優(yōu)化太陽(yáng)能系統新招：用微型逆變器連接太陽(yáng)能板

不存在微型逆變器的“餅干?！保ㄍㄓ茫┰O計。這也就是說(shuō)，設計人員必須發(fā)揮聰明才智，創(chuàng )新地找出一些新的技巧和方法，特別是在太陽(yáng)能板間和系統間通信方面。所選MCU應該支持各種協(xié)議，包括一些特殊協(xié)議，例如：電力線(xiàn)通信（PLC）和控制器局域網(wǎng)（CAN）等。特別是電力線(xiàn)通信可以通過(guò)去除通信專(zhuān)用線(xiàn)來(lái)減少系統成本。然而，這要求集成到MCU中的高性能PWM功能、快速ADC和高性能CPU。

　　太陽(yáng)能逆變器應用專(zhuān)用MCU中一種意料之外卻是高價(jià)值的特性是雙片上振蕩器，其可用于增強可靠性的時(shí)鐘故障檢測。同時(shí)運行兩個(gè)系統時(shí)鐘的能力也有助于減少太陽(yáng)能板安裝期間的問(wèn)題。

　　由于太陽(yáng)能微型逆變器設計注定會(huì )出現如此多的創(chuàng )新，或許對MCU而言最重要的特性是軟件可編程性。這種特性為電源電路設計和控制帶來(lái)最大程度的靈活性。

　　由于擁有一個(gè)能夠有效處理算法計算的先進(jìn)數字運算內核以及一些功率轉換控制的片上外圍器件組合，C2000微控制器已經(jīng)廣泛地用于許多傳統太陽(yáng)能板逆變器拓撲。一種更為低成本的選擇是Piccolo系列C2000微控制器。它擁有最少38引腳的封裝尺寸、功能構架改進(jìn)以及增強型外圍器件，以將32位實(shí)時(shí)控制優(yōu)勢帶到如微型逆變器等要求更低總系統成本的應用中。

　　圖3：基于微型逆變器的PV系統的MCU系統配置包括CPU、內存、電源及時(shí)鐘和一些外圍器件。

　　另外，Piccolo MCU系列的各種產(chǎn)品都集成了用于時(shí)鐘比較的雙片上10MHz振蕩器、具有上電復位功能和擊穿保護的片上VREG、多個(gè)高精度150-ps PWM、一個(gè)12位及4.6兆采樣/秒 ADC，以及一些用于I2C （PMBus）、CAN、SPI和UART通信協(xié)議的接口。圖3顯示了一個(gè)與基于微型逆變器的PV系統一起工作的計算機系統配置。

　　對于微型逆變器來(lái)說(shuō)，性能是一個(gè)關(guān)鍵特性。盡管相比其他C2000 MCU產(chǎn)品，Piccolo器件更便宜且具有更小的尺寸，但這種器件卻擁有許多改進(jìn)之處，例如：可編程浮點(diǎn)控制律加速器（CLA）設計旨在緩解復雜的高速控制算法，從而讓CPU能夠分配資源用于處理I/O和反饋環(huán)路指標測定，從而在一些閉環(huán)應用中獲得最多達5倍的性能提升。　　PV挑戰

　　太陽(yáng)能發(fā)電系統的缺點(diǎn)之一是轉換效率。太陽(yáng)能板從每100mm2PV單元采集約1mW的平均功率。一般效率大約為10%。發(fā)電利用率PV源（即，平均產(chǎn)生功率與太陽(yáng)始終照射情況下能夠產(chǎn)生的功率大小之比）約為15%到20%。產(chǎn)生這種結果的原因有很多，其中包括陽(yáng)光自身的變化無(wú)常，即在晚上全部消失，而在白天又通常會(huì )受陰影和天氣狀況影響而減弱。

　　PV轉換將更多變量引入效率方程式中，包括太陽(yáng)能板溫度及其理論峰值效率。對于設計工程師們來(lái)說(shuō)，另一個(gè)問(wèn)題是PV單元會(huì )產(chǎn)生約0.5V不規律變化的電壓。在選擇功率轉換拓撲時(shí)，這種變化會(huì )帶來(lái)嚴重的影響。例如，較差的功率轉換技術(shù)實(shí)施可能會(huì )消耗大量的已采集PV電能。

　　為了適應太陽(yáng)并非一天24小時(shí)照射這種情況，太陽(yáng)能系統包括了一些電池，以及高效地對這些電池充電所需的復雜電子元件。電池被整合到系統以后，必須為電池充電增加額外的DC/DC轉換，同時(shí)還要求電池管理和監控。

　　許多太陽(yáng)能系統還連接電網(wǎng)，從而要求相位同步和功率因數校正。另外，還有幾種要求復雜控制的使用情形。例如，必須內建故障預測，以防止公共電網(wǎng)出現如限制用電和停電等事件。這只是一些設計工程師們必須要考慮的重要問(wèn)題。