一種最大功率跟蹤逆變器的設計與實(shí)現

摘要: 為解決直流逆變交流的問(wèn)題，有效地利用能源，讓電源輸出最大功率，設計了高性能的基于IR2101最大功率跟蹤逆變器，并以SPMC75F2413A單片機作為主控制器。高電壓、高速功率的MOSFET或IGBT驅動(dòng)器IR2101采用高度集成的電平轉換技術(shù)，同時(shí)上管采用外部自舉電容上電，能夠穩定高效地驅動(dòng)MOS管。該逆變器可以實(shí)現DC/AC的轉換，最大功率點(diǎn)的跟蹤等功能。實(shí)際測試結果表明，該逆變器系統具有跟蹤能力強，穩定性高，反應靈敏等特點(diǎn)，該逆變器不僅可應用于普通的電源逆變系統，而且可應用于光伏并網(wǎng)發(fā)電的逆變系統，具有廣泛的市場(chǎng)前景。

　　隨著(zhù)工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對電能質(zhì)量的要求將越來(lái)越高，包括市電電網(wǎng)在內的原始電能的質(zhì)量可能滿(mǎn)足不了設備要求，必須經(jīng)過(guò)電力電子裝置變換后才能使用，而DC／AC逆變技術(shù)在這種變換中將起到重要的作用。根據市場(chǎng)趨勢，逆變器的選型安裝越來(lái)越傾向于小型化、智能化、模塊化等方向發(fā)展，其控制電路主要采用數字控制，系統的安全性，可靠性以及擴展性，同時(shí)將各個(gè)完善的保護電路考慮其中。因此，這里提出一種基于IR2101的最大功率跟蹤逆變器設計方案。

　　1 IR2101簡(jiǎn)介

　　IR2101是雙通道、柵極驅動(dòng)、高壓高速功率驅動(dòng)器，該器件采用了高度集成的電平轉換技術(shù)，大大簡(jiǎn)化了邏輯電路對功率器件的控制要求，同時(shí)提高了驅動(dòng)電路的可靠性。同時(shí)上管采用外部自舉電容上電，使驅動(dòng)電源數目較其他IC驅動(dòng)大大減少，在工程上減少了控制變壓器體積和電源數目，降低了產(chǎn)品成本，提高了系統可靠性。

　　IR2101采用HVIC和閂鎖抗干擾制造工藝，集成DIP、SOIC封裝。其主要特性包括：懸浮通道電源采用自舉電路；功率器件柵極驅動(dòng)電壓范圍10～20 V；邏輯電源范圍5～20 V，而且邏輯電源地和功率地之間允許+5 V的偏移量；帶有下拉電阻的CNOS施密特輸入端，方便與LSTTL和CMOS電平匹配；獨立的低端和高端輸入通道。IR2101的內部結構框圖如圖1所示。

圖1 IR2101的內部結構框圖

　　圖1中，HIN為邏輯輸入高；LIN為邏輯輸入低；VB為高端浮動(dòng)供應；HO為高邊柵極驅動(dòng)器輸出；Vs為高端浮動(dòng)供應返回；Voc為電源；LO為低邊柵極驅動(dòng)器輸出；COM為公共端。

　　2 系統硬件設計

　　根據系統設計功能需求，其硬件組成框圖如圖2所示。該系統硬件設計是由SPMC75F2413A單片機主控制器模塊、外部供能系統(普通或光伏)、斬波電路模塊、IR2101逆變電路模塊和最大功率跟蹤外部電路模塊組成。通過(guò)最大功率跟蹤外部電路模塊檢測外部電壓，將檢測值返回到SPMC75F2413A主控制器中。斬波電路模塊通過(guò)主控制器對其控制，實(shí)現最大功率跟蹤。外部供能系統是為各個(gè)模塊提供電源。IR2101逆變電路模塊主要實(shí)現DC／AC的轉換，并由斬波電路為其提供最大功率點(diǎn)的電能。

圖2 系統硬件總體設計框圖

　　圖2中的SPMC75F2413A單片機正常工作電壓為5 V。但是其他模塊所加的電壓不同，斬波電路模塊與IR2101逆變電路模塊所加的電壓為15 V。因為IR2101的正常工作電壓為10～20V。