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采用PIC 33FJx6GS系列產(chǎn)品的太陽(yáng)能微逆變器參考設(shè)計(jì)

電子設(shè)計(jì) ? 來(lái)源:電子工程網(wǎng) ? 作者:電子工程網(wǎng) ? 2021-03-11 15:16 ? 次閱讀
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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

?前沿消隱(LEB)功能高速模擬比較器

?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

采用PIC 33FJx6GS系列產(chǎn)品的太陽(yáng)能微逆變器參考設(shè)計(jì)

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)

責(zé)任編輯:gt

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    發(fā)表于 11-09 13:17 ?2760次閱讀