用微型逆變器優(yōu)化太陽(yáng)能系統

MCU特性

仔細權衡這些高層次要求是確定MCU需要哪些功能的最好方法。例如，當并聯(lián)面板時(shí)需要負載平衡控制。所選MCU必須能檢測負載電流以及能通過(guò)開(kāi)/關(guān)輸出MOSFET升高或降低輸出電壓。這需要一個(gè)高速片上ADC來(lái)采樣電壓和電流。

微型逆變器設計沒(méi)有“一成不變”的模式。這意味著(zhù)設計者必須有能力和創(chuàng )新精神采用新技巧、新技術(shù)，特別是在面板間和系統間的通信方面。最合適的MCU應支持各種協(xié)議，包括一些平常不會(huì )想到的如電力線(xiàn)通訊(PLC)和控制器局域網(wǎng)(CAN)等。特別是電力線(xiàn)通訊，因不再需專(zhuān)門(mén)的通信線(xiàn)路，所以可降低系統成本。但這需要MCU內置高性能PWM、高速ADC和高性能CPU。

對于針對太陽(yáng)能逆變器應用所設計的MCU，一個(gè)意想不到但極具價(jià)值的特性是雙片上振蕩器，它們可用于時(shí)鐘故障檢測以提高可靠性。能夠同時(shí)運行兩個(gè)系統時(shí)鐘的能力也有助于減少太陽(yáng)能電池板安裝時(shí)出現的問(wèn)題。

由于在太陽(yáng)能微型逆變器設計中凝聚了如此多的創(chuàng )新，對MCU來(lái)說(shuō)，其最重要的特性也許就是軟件編程能力了。該特性使得在電源電路設計和控制中擁有最高的靈活性。

C2000微控制器配備了可高效處理算法運算的先進(jìn)數字運算處理內核以及用于能量轉換控制的片上外設集，已廣泛應用于傳統的太陽(yáng)能電池板逆變器拓撲中。新推出的Piccolo系列C2000系列微控制器是經(jīng)濟款，該系列的最小封裝只有38個(gè)引腳，但其架構更先進(jìn)、外設也得到增強，從而可把32位實(shí)時(shí)控制的好處帶給要求低總體系統成本的微型逆變器等應用。

此外，Piccolo MCU系列的各款產(chǎn)品都集成了兩個(gè)用于時(shí)鐘比較的片上10MHz振蕩器，以及帶上電復位和掉電保護的片上VREG、多個(gè)高分辨率150ps的PWM、一個(gè)12位4.6兆次采樣/秒的ADC以及I2C(PMBus)、CAN、SPI和UART等通信協(xié)議接口。圖3顯示了一個(gè)與基于微型逆變器的光伏系統一起使用的計算機系統配置。

圖3：面向基于微逆變器PV的系統的MCU系統包含CPU、存儲器、電源及時(shí)鐘、外設。

性能是微型逆變器的關(guān)鍵特性。盡管Piccolo系列器件相比其它C2000 MCU產(chǎn)品尺寸更小、價(jià)格更低，但其功能卻有提升，例如它具有可為CPU分擔處理復雜高速控制算法的可編程浮點(diǎn)控制律加速器(CLA)，從而使CPU無(wú)需處理I/O和反饋回路，在閉環(huán)應用中，可使性能提高5倍。

光伏電池的挑戰

基于太陽(yáng)能發(fā)電系統的缺點(diǎn)之一是轉換效率。太陽(yáng)能電池板能從每100mm2的光伏電池獲取約1mW的平均電能。典型效率約為10％。光伏電源的功率系數(即在陽(yáng)光一直照射的條件下，太陽(yáng)能電池實(shí)際產(chǎn)生的平均電能與理論上可產(chǎn)生的電能之比)約為15％至20％。有多種原因導致這一結果，包括陽(yáng)光本身的變化，如夜間完全消失，以及即使在白天，陰影和天氣條件也常常導致光照減少。

led/' target='_blank'>光電轉換為效率計算引入了更多變數，包括太陽(yáng)能電池板的溫度及其理論峰值效率。對設計工程師來(lái)說(shuō)，另一個(gè)問(wèn)題是光伏電池產(chǎn)生的電壓約有0.5V不規則變化。當選擇能量轉換拓撲時(shí)，這種變化會(huì )帶來(lái)嚴重影響。例如，對低效的能量轉換技術(shù)來(lái)說(shuō)，它有可能消耗掉所采集到的很大一部分光伏電能。

為適應太陽(yáng)不是全天24小時(shí)都照射這一事實(shí)，太陽(yáng)能供電系統要包含電池以及給電池高效充電所需的復雜電子器件。當電池被集成到系統中時(shí)，電池充電需要額外的DC/DC轉換電路，同時(shí)還需要電池管理和監控。

許多由太陽(yáng)能供電的系統還與電網(wǎng)對接，從而要求相位同步和功率因數校正。還有許多需要復雜控制的使用環(huán)境。例如，必須內置故障預警機制以防范公共電網(wǎng)的停掉電等事件。這些僅僅是設計工程師必須要考慮的頭等大事。