PDF《AN1338》

2 kPV

1 C ? ? PMPP ? d

2 PPV dUPV

2 ? ? ? ? ? ? - ? = iPV ? UPV

2 ? uPV ? + ? + ? = uPV UMPP u ? Sin ? t ? ? ? ? + = ? 0.5 d

2 IMPP dUMPP

2 - ? = ? dIMPP dUMPP -

2 ? UMPP ? ? C = ? ? UMPP

2 dIMPP dUMPP - UMPP IMPP + ? C ? = ?

2010 Microchip Technology Inc. DS01338A_CN 第5页AN1338 图4: PV 模块电气特性中的最大功率点 最大功率点 功率 G =

1000 Wm2 G =

600 Wm2 G =

300 Wm2 电压

10 20

30 40

50 电流-电压与照度曲线 (36 个电池串列) 150W 100W 50W AN1338 DS01338A_CN 第6页?2010 Microchip Technology Inc. 太阳能系统的演变 PV 电池已在许多应用中被用来产生电力.本部分将会 简要讨论其中部分应用. 小木屋系统 ―― 采用简易的 12V 直流系统为独立式木 屋提供照明.低瓦数( 94% (尽可能高) . ? 直流输入电压范围宽. ? 每瓦特成本 <

$0.50 (产量) . ? 安全性:故障检测和防止孤岛运转. ? 交流品质,总谐波失真 (THD) 0.95 ? 总谐波失真 = 0.95 ? 总谐波失真 = 0.8 此并网太阳能微型逆变器参考设计的框图如图14所示. 图14: 太阳能微型逆变器参考设计框图 辅助电源 直流 / 直流 升压和 MPPT 单相 交流电网 直流 / 交流 逆变器 单PV 模块 220W 时为 36V LCD 显示屏 和用户界面 +12V +5V +3.3V EMI 滤波器 太阳能微型逆变器 dsPIC? DSC ?

2010 Microchip Technology Inc. DS01338A_CN 第11 页AN1338 PV电池板的输出被转换成与电网同相的正弦输出电流和 电压. EMI/EMC1 滤波器用于抑制 EMI/EMC 噪声并在逆 变器输出和电网间提供阻抗.控制器和所有反馈电路的 辅助电源来自 PV 电池板电压.使用一个 Microchip dsPIC33F GS 系列器件 (dsPIC33FJ16GS504)来控 制从 PV 电池板流向电网的功率.此dsPIC DSC 还会执 行MPPT 算法、故障控制,以及可选的数字通信程序. 并网太阳能微型逆变器的关键要求是在宽范围的输入电 压和输入功率下保持高效率,因为这些输入变量作为太 阳能照射和环境温度的函数,被定义了非常宽的范围. 而且,由于大多数 PV 模块制造商为产品初始效率的 80% 提供

25 年的质保,因此逆变器必须高度可靠 (长 运行寿命) . 电解电容用于 PV 模块和单相电网间的功率 去耦,是逆变器内部的主要限制元件.大多数制造商所 提供的电解电容的运行寿命从

5000 小时到

10000 小时 不等. 电解电容的寿命长短由公式

8 决定. 公式 8: Lhrs 为运行寿命,Lhrsto 为温度 t0 下的运行寿命,th 为热 点温度, ?t 为升温幅度,并以

2 为因数减少电容寿命. 电解电容中的纹波电流会产生热,从而致使温度升高. 运行纹波电流的有效值(RMS)与额定纹波电流的 RMS 之比也会影响电容的寿命. 此并网太阳能微型逆变器参考设计使用交错反激转换 器,如图

15 中所示. 图15: 交错反激转换器框图 1. 电磁干扰 = EMI 电磁兼容性 = EMC Lhrs Lhrsto

2 t0 t C h ? ? ?t - ? ? ? ? ? = 单个 PV 模块 EMI/EMC 单相 交流电网 滤波器 交错反激 AN1338 DS01338A_CN 第12 页?2010 Microchip Technology Inc. 交错反激转换器可减小通过大容量输入电解电容的纹波 电流的 RMS, 从而延长电容的寿命. 交错操作还可减小 输出电流纹波,从而降低输出电流的 THD.图16 中显 示了当反激 MOSFET 以50% 的占空比工作时,交错反 激转换器的输入和输出电流波形. 图16: 交错反激转换器的电流和电压波形 PWM1 PWM2 Ipri1 ID1 Ipri2 IPV ID2 IACrect ?

2010 Microchip Technology Inc. DS01338A_CN 第13 页AN1338 每个部分中的输入 / 输出信号、 信号类型和预期信号水平 图17 中的框图显示了如何测量电网电压, 此电压是锁相 环(PLL) 、输出电流控制和系统孤岛运转所必需的. 要实现将逆变器输出电压与电网电压同步以及进行系统 孤岛效应检测,必须先测量逆变器的输出电压. 测量电网电流的目的是确保逆变器提供的正弦电流与电 网同相. 测量 PV 电压和反激 MOSFET 电流是为了进行 MPP 检测.此外,还会测量两个 MOSFET 电流以确保 两个转换器之间的负载平衡. 图17: 太阳能微型逆变器资源图 PWM1H PWM2H Ipv1 Vinv Vgrid dsPIC? DSC Ipv2 IAC ADC 与I/O Vgrid IAC Vin Ipv1 ZCD Ipv2 PLL MPPT 过零 PWM IPV Ipri1 Ipri2 ID1 ID2 PWM1 PWM2 交流 电网 Kp + KI/s Vin 检测器 AN1338 DS01338A_CN 第14 页?2010 Microchip Technology Inc. 表1提供太阳能微型逆变器数字设计所必需的资源. 表1: 太阳能微型逆变器数字设计的必需资源 微型逆变器电路的工作原理 来自 PV 模块的直流输入被馈送到反激初级.经调制的 高频正弦 PWM 用于驱动反激 MOSFET, 以在反激输出 电容上产生整流的正弦输出电压 / 电流.两个反激转换 器的工作相位相差