一種小功率光伏並網逆變器的控製係統：DC/DC控製器的拓撲結構采用推挽式電路
，是用芯片SG3525來控製的
，該電路有效地防止了偏磁，DC/AC逆變器為全橋逆變電路，是用DSP來控製的
，由於DSP的(de)運(yun)算(suan)速(su)度(du)比(bi)較(jiao)高(gao)
，因(yin)此(ci)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)能(neng)夠(gou)很(hen)好(hao)地(di)跟(gen)蹤(zong)電(dian)網(wang)電(dian)壓(ya)波(bo)形(xing)。該(gai)光(guang)伏(fu)並(bing)網(wang)逆(ni)變(bian)器(qi)控(kong)製(zhi)方(fang)案(an)的(de)有(you)效(xiao)性(xing)在(zai)實(shi)驗(yan)室(shi)得(de)到(dao)驗(yan)證(zheng)。該(gai)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)能(neng)確(que)保(bao)逆(ni)變(bian)電(dian)源(yuan)的(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)接(jie)近(jin)1
，輸出電流為正弦波形。

係統工作原理及其控製方案

1 光伏並網逆變器電路原理

太陽能光伏並網逆變器的主電路原理圖如圖1所示。在本係統中，太陽能電池板輸出的額定電壓為62V的直流電，通過DC/DC變換器被轉換為400V直流電，接著經過DC/AC逆變後就得到220V/50Hz的交流電。係統保證並網逆變器輸出的220V/50Hz正弦電流與電網的相電壓同步。


2 係統控製方案

圖2為光伏並網逆變器的主電路拓撲圖，此係統由前級的DC/DC變換器和後級的DC/AC逆變器組成。DC/DC變換器的逆變電路可選擇的型式有半橋式
、全橋式、推挽式。考慮到輸入電壓較低

，如采用半橋式則開關管電流變大，而采用全橋式則控製複雜、開關管功耗增大，因此這裏采用推挽式電路。DC/DC變換器由推挽逆變電路
、高頻變壓器、整流電路和濾波電感構成，它將太陽能電池板輸出的62V的直流電壓轉換成400V的直流電壓。


DC/AC逆變器的主電路采用全橋式結構，由4個MOS管(該管內部寄生了反並聯的二極管)構成
，它將400V的直流電轉換成為220V/50Hz的工頻交流電。

下頁內容：DC/DC變換器控製方案
[page]
2.2.1 DC/DC變換器控製方案


DC/DC變換器的控製框圖如圖3所示。控製電路是以集成電路SG3525為核心
，由SG3525輸出的兩路50kHz的驅動信號，經門極驅動電路加在推挽電路開關管Q1和Q2的門極上。為保持DC/DC變換器輸出電壓的穩定
，將檢測到的輸出電壓與指令電壓進行比較
，該誤差電壓經PI調節器後控製 SG3525輸出驅動信號的占空比。該控製電路還具有限製輸出過流過壓的保護功能。當檢測到DC/DC變換器輸出電流過大時，SG3525將減小門極脈衝的寬度
，降低輸出電壓，進而降低了輸出電流。當輸出電壓過高時，會停止DC/DC變(bian)換(huan)器(qi)的(de)工(gong)作(zuo)。由(you)於(yu)推(tui)挽(wan)式(shi)電(dian)路(lu)容(rong)易(yi)因(yin)直(zhi)流(liu)偏(pian)磁(ci)導(dao)致(zhi)變(bian)壓(ya)器(qi)飽(bao)和(he)，因(yin)此(ci)，推(tui)挽(wan)式(shi)電(dian)路(lu)的(de)設(she)計(ji)難(nan)點(dian)在(zai)於(yu)如(ru)何(he)防(fang)止(zhi)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)磁(ci)飽(bao)和(he)。在(zai)本(ben)電(dian)路(lu)中(zhong)，除(chu)了(le)注(zhu)意(yi)電(dian)路(lu)的(de)對(dui)稱(cheng)性(xing)之(zhi)外(wai)
，還(hai)設(she)計(ji)了(le)磁(ci)飽(bao)和(he)檢(jian)測(ce)電(dian)路(lu)，當(dang)流(liu)經(jing)推(tui)挽(wan)電(dian)路(lu)的(de)兩(liang)個(ge)支(zhi)路(lu)電(dian)流(liu)失(shi)衡(heng)時(shi)，就(jiu)會(hui)啟(qi)動(dong)SG3525的軟啟動功能

，使DC/DC變換器重新啟動，變壓器得以複位。


偏磁檢測電路如圖4所(suo)示(shi)。圖(tu)中(zhong)隻(zhi)畫(hua)出(chu)了(le)磁(ci)環(huan)的(de)副(fu)邊(bian)。原(yuan)邊(bian)兩(liang)個(ge)線(xian)圈(quan)接(jie)在(zai)主(zhu)電(dian)路(lu)的(de)變(bian)壓(ya)器(qi)原(yuan)邊(bian)的(de)兩(liang)個(ge)繞(rao)組(zu)上(shang)，流(liu)過(guo)兩(liang)個(ge)線(xian)圈(quan)中(zhong)的(de)電(dian)流(liu)方(fang)向(xiang)要(yao)相(xiang)反(fan)。當(dang)變(bian)壓(ya)器(qi)發(fa)生(sheng)偏(pian)磁(ci)時(shi)
，某(mou)一(yi)方(fang)向(xiang)的(de)電(dian)流(liu)異(yi)常(chang)大(da)，通(tong)過(guo)電(dian)流(liu)互(hu)感(gan)器(qi)檢(jian)測(ce)，可(ke)在(zai)互(hu)感(gan)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)阻(zu)R1上產生一個電壓，如果該電壓足夠大
，可以使穩壓二極管D5導通
，在電位器上產生壓降，將電位器的值調到合適的阻值，使電位器上的壓降大於三極管的門限電壓，使三極管導通，接在芯片SG3525的腳8與地之間的電容放電
，然後SG3525中的恒流源對它充電，SG3525重新啟動

，從而使變壓器磁心複位。

2.2.2 DC/AC逆變器控製方案

DC/AC逆變器是光伏並網的重點和難點
，因此以下將著重闡述該部分。DC/AC逆變器控製框圖如圖5所示。核心控製芯片采用了TI公司的 TMS320F240。盡管單片機也能實現並網逆變器的脈寬調製，但是DSP實時處理能力更強大
，因此可以保證係統有更高的開關工作頻率。從圖5可以清楚看出係統輸入和輸出信號的情況。

下頁內容： 輸出功率優化控製方案
[page]
3 輸出功率優化控製方案

在靜態情況下
，當並網逆變器與太陽能電池相連時，並網逆變器可等效為太陽能電池的負載電阻。當光強λ和溫度Tbianhuashi，taiyangnengdianchishuchudeduandianyajianghuisuizhifashengbianhua。weileyouxiaodiliyongtaiyangneng，yingshitaiyangnengdianchideshuchushizhongchuyushidangdegongzuodian。yinci，kongzhifanganyaoqiudangtaiyangnengdianchidedianyashenggaoshi
，keyizengdatadeshuchugonglv
；反之就降低它的輸出功率。


DSP的控製方案如圖6所示，參考電壓和太陽能電池的實際電壓相比較後
，其誤差經過PI調節，將得到的電流指令(直流量)IREF與ROM裏的正弦表值相乘，就得到交變的輸出電流指令iref
，再將它與實際的輸出電流值比較後，其誤差經過比例(P)環節，將所得到的指令取反
，與采集到的交流側電壓Us相加後，所得到的波形再與三角波比較
，就產生4路PWM調製信號(三角波的頻率為20kHz)。

4 交流側電壓Us的檢測

將同步變壓器副邊的同步信號，濾波、整流，就可以得到比較穩定的直流電
，將其送到DSP的A/D轉換口。由於最後得到的直流電壓與電網電壓有一個比較穩定的關係，因此，就比較容易換算Us的值了。


由於涉及到共地的問題
，因此，采用了運算放大器的全波精密整流電路，如圖7所示。

5 電流指令的同步

並網時要求逆變器輸出的正弦波電流與電網電壓同頻、同相。首先
，將電網電壓信號經過濾波整形為同步方波信號，再將其輸入到TMS320F240的外部中斷口XINT1

，目的是為了捕捉電網電壓的過零信號。如圖8所示，電網電壓正弦波，經過整形後就得到了方波。


當DSP檢測到過零信號的上跳沿時，便觸發同步中斷

，以此時間點作為基準給定正弦波信號時間起點，也就是正弦表指針複位到零;每當T1下溢中斷(PWM實時控製)時
，正弦表指針便加1，並從正弦表中取值。一個周期的單位正弦波數據被分成了400個(ge)點(dian)采(cai)用(yong)表(biao)的(de)形(xing)式(shi)存(cun)放(fang)在(zai)存(cun)儲(chu)器(qi)中(zhong)。由(you)於(yu)同(tong)步(bu)信(xin)號(hao)比(bi)較(jiao)容(rong)易(yi)受(shou)到(dao)諧(xie)波(bo)和(he)尖(jian)峰(feng)電(dian)壓(ya)的(de)幹(gan)擾(rao)，因(yin)此(ci)在(zai)進(jin)入(ru)同(tong)步(bu)中(zhong)斷(duan)後(hou)可(ke)以(yi)先(xian)做(zuo)一(yi)個(ge)延(yan)時(shi)，判(pan)斷(duan)外(wai)部(bu)中(zhong)斷(duan)腳(jiao)XINT1是否仍然是高電平，如果是高電平，就執行中斷程序，否則就從中斷程序跳出。

從圖6的控製方案可看出，IREF與正弦表中數據相乘後，便形成了幅值可調的正弦波的電流給定信號
，然後，再實時比較電流給定值

，經過P環節後，所得信號反相後
，與采集到的交流側電網電壓信號Us相加，所得波形與三角波比較

，就產生了PWM波，控製橋臂的通斷。總之，輸出電流和電網電壓的同頻、同相的要求是通過電流跟蹤控製實現的。

下頁內容：PWM脈寬調製波的產生
[page]
6 PWM脈寬調製波的產生

PWM波的產生是通過TMS320F240的全比較單元輸出的
，頻率為20kHz。從圖6可知，調製脈衝的產生是通過將電流指令值與實際電流值比較後
，經過P環節，所得到的波形與三角波(頻率為20kHz)比較後獲得的。因此MOS管Q3、Q4、Q5


、Q6(見圖2)脈衝的產生時刻可以從圖8得出，參照正弦波與三角波調製
，兩者相交決定了PWM的脈衝時刻。實際由采樣的波形(實際上是階梯波)yusanjiaoboxiangjiao

，youjiaodiandechumaichongkuandu。benxitongshizaisanjiaobodedidianweizhiduiboxingjinxingcaiyangerxingchengdejietibo。cijietiboyusanjiaobodejiaodiansuoquedingdemaikuanzaiyigecaiyangzhouqineideweizhishiduichengde，rutu9所示。


圖9(a)正弦波B與三角波的交點決定了Q3的導通時刻；正弦波A與三角波的交點決定了Q5的導通時刻。
圖9(b)為Q3的脈衝示意圖，同一橋臂上Q3與Q4的脈衝是互補的。
圖9(c)為Q5的脈衝示意圖
，同一橋臂上Q5與Q6的脈衝是互補的。

7 TMS320F240軟件控製流程


這部分的軟件主要分成4塊，即主程序，T1下溢中斷，T2下溢中斷和同步中斷。流程圖如圖10所示。T1下溢中斷每50μs發生一次，程序主要用來生成 PWM波；T2下溢中斷每10ms發生一次，程序主要用來產生電流指令；同步中斷大約每20ms(網壓周期)發生一次。

8 係統保護

本係統設計有直流側過壓、欠壓，交流側過流
，過熱等多種保護。當出現太陽能電池板的輸出電壓過壓、欠壓故障的時候，由TMS320F240向SG3525發出一個信號，封鎖DC/DC的脈衝，使其停止工作，當檢測到直流電壓恢複正常時
，DC/DC又自動複位開始工作;當出現交流過流
、過熱故障時

，程序進入中斷服務子程序
，封鎖所有驅動信號。當故障排除後，手動複位，係統重新啟動。

9 主要元器件選擇

推挽式電路MOS管選用的是IRFP350(耐壓400V
，漏源額定電流為16A)。橋式逆變電路MOS管選用的是IRFPC40(耐壓600V
，漏源額定電流為6.8A)。DC/DC濾波電感L1選用1.2mH,DC/AC濾波電感L2選用33.4mH。