Microchip公司的連接電網(wǎng)的太陽(yáng)能微逆變器參考設(shè)計(jì)(220V)采用PIC 33FJx6GS系列產(chǎn)品。該16位數(shù)字信號(hào)控制器包括DSP功能和高性能16位微控制器(MCU)架構(gòu),3.0V-3.6 V時(shí)的性能高達(dá)40 MIPS。太陽(yáng)能微逆變器系數(shù)的前端效率高達(dá)94%,輸出電流的THD小于5%,功率系數(shù)大于0.95,具有最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT),全數(shù)字控制,太陽(yáng)能電池板的電壓從25V到55VDC,MPPT電壓25V-45V,最大DC短路電流10A,廣泛用于連接電網(wǎng)農(nóng)村家庭太陽(yáng)能系統(tǒng)。引線,電路圖和材料清單與PCB布局圖。
dsPIC33FJ06GS101 / X02和dsPIC33FJ16GSX02 / X04器件包含廣泛的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)功能以及高性能的16位微控制器(MCU)架構(gòu)。
dsPIC33FJx6GS系列主要特性:
?最高40 MIPS操作(在3.0-3.6V下):
-工業(yè)溫度范圍(-40℃至+ 85℃)
-擴(kuò)展溫度范圍(-40℃至+ 125℃)
高性能DSC CPU:
?改進(jìn)的哈佛架構(gòu)
?C編譯器優(yōu)化的指令集
?16位寬的數(shù)據(jù)路徑
?24位寬的指令
?線性程序存儲(chǔ)器可尋址多達(dá)4M個(gè)指令字
?線性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可尋址多達(dá)64 KB
?83個(gè)基本指令:主要為1個(gè)字/ 1個(gè)周期
?兩個(gè)具有舍入和飽和選項(xiàng)的40位累加器
?靈活而強(qiáng)大的尋址模式:
-間接
-模
-反轉(zhuǎn)位
?軟件堆棧
?16 x 16小數(shù)/整數(shù)乘法運(yùn)算
?32 /16和16/16除法運(yùn)算
?單周期乘法和累加:
-用于DSP操作的累加器回寫
-雙重?cái)?shù)據(jù)獲取
?最多±16位移位,最多40個(gè)位數(shù)據(jù)
數(shù)字I / O:
?外圍引腳選擇功能
?多達(dá)35個(gè)可編程數(shù)字I / O引腳
?多達(dá)30個(gè)引腳的喚醒/電平變化中斷
?輸出引腳可將電壓從3.0V驅(qū)動(dòng)至3.6V
?具有漏極開路配置的高達(dá)5V輸出
?5V耐壓數(shù)字輸入引腳(RB5除外)
?所有PWM引腳上的16 mA源/吸收片上
閃存和SRAM:
?閃存程序存儲(chǔ)器(最大16 KB)
?數(shù)據(jù)SRAM(最大2 KB)
?程序閃存
外設(shè)的啟動(dòng)和一般安全性:
?定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,最多三個(gè)16位定時(shí)器:
-可以配對(duì)以組成一個(gè)32位定時(shí)器
?輸入捕獲(最大兩個(gè)通道):
-在上,下或兩個(gè)邊緣上進(jìn)行
捕獲-16位捕獲輸入功能
-每個(gè)捕獲上具有4個(gè)深度的FIFO
?輸出比較(最多兩個(gè)通道):
-單或雙16位比較模式
-16-位無(wú)毛刺PWM模式
?4線SPI:
-幀支持簡(jiǎn)單編解碼器的I / O接口
-1深度FIFO緩沖器。
-支持8位和16位數(shù)據(jù)
-支持所有串行時(shí)鐘格式和采樣模式
?I2C?:
-支持完全多主從模式
-7位和10位尋址
-總線沖突檢測(cè)和仲裁
-集成信號(hào)調(diào)理
-從地址屏蔽
?UART:
-地址位檢測(cè)
中斷-UART錯(cuò)誤中斷
-喚醒睡眠模式的起始位
-4個(gè)字符的TX和RX FIFO緩沖區(qū)
-LIN總線支持
-硬件中的IrDA?編碼和解碼
-高速波特率模式
-帶有CTS和RTS
中斷控制器的硬件流控制:
?5周期延遲
?向上
多達(dá)35個(gè)可用中斷源?多達(dá)三個(gè)外部中斷
?七個(gè)可編程優(yōu)先級(jí)
?四個(gè)處理器例外
高速PWM模塊功能:
?多達(dá)四個(gè)PWM發(fā)生器,具有四到八個(gè)輸出
?八個(gè)PWM輸出中的每一個(gè)都有各自的時(shí)基和占空比
?上升沿和下降沿的死區(qū)時(shí)間
?占空比分辨率為1.04 ns
?死區(qū)時(shí)間分辨率為1.04 ns
?相移分辨率為1.04 ns
?頻率分辨率為1.04 ns
?支持的PWM模式:
-標(biāo)準(zhǔn)邊沿對(duì)齊
-真獨(dú)立輸出
-互補(bǔ)
-中心對(duì)齊
-推挽
-多相
-可變相位
-固定關(guān)斷時(shí)間
-電流復(fù)位
-限流
?用于8個(gè)PWM輸出的獨(dú)立故障/限流輸入
?輸出超馳控制
?特殊事件觸發(fā)器
?PWM捕獲功能
?輸入時(shí)鐘的預(yù)分頻器
?從PWM到ADC的雙重觸發(fā)
?PWMxL,PWMxH輸出引腳交換
?PWM4H,PWM4L引腳可重映射
?動(dòng)態(tài)更改PWM頻率,占空比和相移
?禁用單個(gè)PWM發(fā)生器
?多達(dá)四個(gè)模擬比較器:
-響應(yīng)時(shí)間20 ns
-10位DAC每個(gè)模擬比較
- DACOUT引腳提供DAC輸出
-可編程輸出極性
-可選輸入源
-ADC采樣和轉(zhuǎn)換功能
?PWM模塊接口:
-PWM占空比控制
-PWM周期控制
-PWM故障檢測(cè)高速10位ADC
?10位分辨率
?多達(dá)12個(gè)輸入通道分為六個(gè)轉(zhuǎn)換線對(duì)
?將兩個(gè)內(nèi)部基準(zhǔn)監(jiān)視輸入分組為一對(duì)
?用于模擬對(duì)的并行轉(zhuǎn)換的逐次逼近寄存器(SAR)轉(zhuǎn)換器:
-帶有兩個(gè)SAR的設(shè)備為4 Msps-
帶有一個(gè)SAR的設(shè)備為2 Msps
?每個(gè)模擬通道都有專用的結(jié)果緩沖區(qū)
?每個(gè)模擬輸入轉(zhuǎn)換對(duì)
電源管理的獨(dú)立觸發(fā)源部分:
?片上2.5V穩(wěn)壓器
?實(shí)時(shí)在時(shí)鐘源之間切換
?具有快速喚醒
CMOS閃存技術(shù)的空閑,睡眠和打ze模式:
?低功耗,高速閃存技術(shù)
?全靜態(tài)設(shè)計(jì)
?3.3V (±10%)工作電壓
?工業(yè)和擴(kuò)展溫度
?低功耗
系統(tǒng)管理:
?靈活的時(shí)鐘選項(xiàng):
-外部,晶體,諧振器,內(nèi)部RC-
具有120 MHz VCO的鎖相環(huán)(PLL)
-主晶體振蕩器(OSC)在3 MHz到40 MHz范圍內(nèi)
-內(nèi)部低功耗RC(LPRC)振蕩器在32 kHz頻率下
-內(nèi)部快速RC(FRC)振蕩器在7.37 MHz頻率下
?上電復(fù)位(POR)
?欠壓復(fù)位(BOR)
?上電延時(shí)定時(shí)器(PWRT)
?振蕩器起振定時(shí)器(OST)
?帶RC振蕩器的看門狗定時(shí)器
?故障保護(hù)時(shí)鐘監(jiān)視器(FSCM)
?通過(guò)多個(gè)源進(jìn)行復(fù)位
?在線串行編程?(ICSP?)
?參考振蕩器輸出
應(yīng)用示例
?AC-DC轉(zhuǎn)換器
?汽車HID
?電池充電器
?DC-DC轉(zhuǎn)換器
?數(shù)字照明
?感應(yīng)烹飪
? LED鎮(zhèn)流器
?可再生功率/純正弦波逆變器
?不間斷電源(UPS)封裝:
?18引腳SOIC
?28引腳SPDIP / SOIC / QFN-S
?44引腳TQFP / QFN
圖1.dsPIC33FJx6GS系列片斷圖
圖2.dsPIC33FJx6GS系列CPU核方框圖
圖3.采用dsPIC33FJ16GS504的PFC和三輸出(12V,5V和3.3V),AC / DC框圖電源
太陽(yáng)能(光伏(PV))微逆變器參考設(shè)計(jì)
由于全球環(huán)境問題,光伏(PV)系統(tǒng)(即,太陽(yáng)能電池板)作為可再生能源變得越來(lái)越普遍。
PV能量的主要缺點(diǎn)是制造硅太陽(yáng)能電池板的高成本和低轉(zhuǎn)換效率。但是,利用制造中的最新技術(shù),光伏系統(tǒng)變得越來(lái)越高效,同時(shí)成本效益也越來(lái)越高。
輸出電壓的從太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)換成可使用的直流或交流電壓,必須在其完成馬克西姆嗯功率點(diǎn),或MPP。MPP是PV輸出電壓,PV模塊在該輸出電壓下將最大能量傳遞給負(fù)載。
將太陽(yáng)能逆變器模塊與電網(wǎng)連接涉及兩個(gè)主要任務(wù)。一種是確保太陽(yáng)能逆變器模塊在最大功率點(diǎn)(MPP)下運(yùn)行。第二種是將正弦波電流注入電網(wǎng)。由于逆變器已連接到電網(wǎng),因此必須遵守公用事業(yè)公司給出的標(biāo)準(zhǔn)。EN61000-3-2,IEEE1547標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)國(guó)家電氣法規(guī)(NEC)690是值得考慮的。這些標(biāo)準(zhǔn)處理諸如電能質(zhì)量,檢測(cè)孤島運(yùn)行,接地等問題。
這些逆變器必須能夠檢測(cè)孤島情況,并采取適當(dāng)?shù)拇胧?,以防止人身傷害和?duì)并網(wǎng)設(shè)備的損壞。當(dāng)電網(wǎng)被有意地,意外地或損壞地拆除時(shí),孤島是逆變器的繼續(xù)運(yùn)行。換句話說(shuō),如果電網(wǎng)已從逆變器中移出;然后,逆變器應(yīng)停止為電網(wǎng)供電或?yàn)殡娋W(wǎng)供電。
當(dāng)今最常見的太陽(yáng)能技術(shù)是單晶硅和多晶硅組件。這些PV組件的MPP電壓范圍通常定義為27V至45V,發(fā)電量約為200W,其開路電壓為低于45V。
為了從光伏模塊中獲取最大能量,太陽(yáng)能逆變器必須保證光伏模塊在MPP上運(yùn)行。這是通過(guò)稱為最大功率點(diǎn)跟蹤器(MPPT)的最大功率點(diǎn)控制環(huán)路來(lái)完成的。它還涉及到PV模塊端子處的PV輸出電壓紋波要足夠小,以便在MPP周圍操作而不會(huì)造成PV電流的太大變化。
圖3.農(nóng)村家庭太陽(yáng)能系統(tǒng)坐標(biāo)
圖4.逆變器(微逆變器)系統(tǒng)布局
圖5.太陽(yáng)能微逆變器系統(tǒng)兩級(jí)拓?fù)鋱D
圖6.太陽(yáng)能微逆變器參考設(shè)計(jì)指南
圖7.交錯(cuò)式反激轉(zhuǎn)換器電路
圖8.連接電網(wǎng)的太陽(yáng)能微逆變器散熱器
圖9.連接電網(wǎng)的太陽(yáng)能微逆變器參考設(shè)計(jì)板外形圖
該參考設(shè)計(jì)演示了并網(wǎng)功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中SMPSdsPIC?數(shù)字信號(hào)控制器的靈活性和功率。該參考設(shè)計(jì)適用于最大220瓦的開路電壓在25V至55V DC之間的任何光伏(PV)面板。該參考設(shè)計(jì)可確保跟蹤25V至45V DC之間的光伏電池板電壓的最大功率。該參考設(shè)計(jì)的兩個(gè)版本可用于支持110V和220V電網(wǎng)。
該參考設(shè)計(jì)使用Microchip的單個(gè)dsPIC33F“ GS”數(shù)字電源DSC實(shí)現(xiàn),該DSC提供了電源轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)管理功能的全數(shù)字控制。如本參考設(shè)計(jì)所示,dsPIC33F‘GS’器件使設(shè)計(jì)人員能夠使用先進(jìn)的開關(guān)技術(shù)輕松,經(jīng)濟(jì)地創(chuàng)建產(chǎn)品,從而降低開關(guān)損耗并實(shí)現(xiàn)高達(dá)94%的效率。按照許可協(xié)議使用時(shí),電網(wǎng)連接的太陽(yáng)能微逆變器參考設(shè)計(jì)是免費(fèi)的版稅。
太陽(yáng)能微逆變器參考設(shè)計(jì)主要特性:
高達(dá)94%的峰值效率
高達(dá)92%的貝塔構(gòu)建峰值效率
輸出電流THD 《 5%
功率因數(shù)》 0.95
最大功率點(diǎn)跟蹤
電網(wǎng)電壓和頻率跟蹤
防止各種電流和電壓故障的
系統(tǒng)孤島,以檢測(cè)電網(wǎng)故障
全數(shù)字控制技術(shù)
指標(biāo):
用于單個(gè)PV模塊的微型逆變器,最大220W
寬PV面板電壓:25V至55V DC
最大功率點(diǎn)跟蹤電壓:25V至45V
最大DC短路電流:10A
電網(wǎng)頻率范圍:
對(duì)于220V系統(tǒng)為47 – 53 Hz對(duì)于110V系統(tǒng)為
57 – 63 Hz
電網(wǎng)電壓范圍:
對(duì)于110V系統(tǒng)為90V – 140V
對(duì)于220V系統(tǒng)為180V – 264V
圖10.太陽(yáng)能微逆變器參考設(shè)計(jì)電路圖(1)
圖11.太陽(yáng)能微逆變器參考設(shè)計(jì)電路圖(2)
圖12.太陽(yáng)能微逆變器參考設(shè)計(jì)電路圖(3)
圖13.太陽(yáng)能微逆變器參考設(shè)計(jì)電路圖(4)
圖15.太陽(yáng)能微逆變器參考設(shè)計(jì)電路圖(4)
圖16.太陽(yáng)能微逆變器參考設(shè)計(jì)板PCB布局圖
圖17.太陽(yáng)能微逆變器參考設(shè)計(jì)板PCB布局圖(底層)
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