dsPIC33F設計的連接電網(wǎng)的太陽(yáng)能逆變器

本文介紹了dsPIC33F系列主要特性，系列產(chǎn)品方框圖以及連接電網(wǎng)的220W太陽(yáng)能微型逆變器參考設計，包括主要特性和指標，參考設計方框圖，設計板電路圖和材料清單（BOM）。

dsPIC33F系列是高性能16 位數字信號控制器（DSC），采用改進(jìn)型哈佛架構和C 編譯器優(yōu)化指令集，具有16 位寬數據總線(xiàn)和24 位寬指令，3.0-3.6V 時(shí)的工作速度達40MIPS，適用于多回路開(kāi)關(guān)電源（SMPS）和其它數字電源轉換器如AC/DC轉換器，DC/DC轉換器，功率因素修正（PFC），不間斷電源（UPS），逆變器，嵌入電源控制器和數字照明等。

高性能16 位數字信號控制器主要特性:

工作范圍：

? 最高40 MIPS 的工作速度（3.0-3.6V 時(shí)）：

- 工業(yè)級溫度范圍（-40℃ 至+85℃）

- 擴展級溫度范圍（-40℃ 至+125℃）

高性能數字信號控制器（Digital Signal Controller，DSC）CPU：

? 改進(jìn)型哈佛架構

? C 編譯器優(yōu)化指令集

? 16 位寬數據總線(xiàn)

? 24 位寬指令

? 可尋址最大4M 指令字的線(xiàn)性程序存儲空間

? 可尋址最大64 KB 的線(xiàn)性數據存儲空間

? 83 條基本指令：多為單字/ 單周期指令

? 兩個(gè)帶舍入和飽和選項的40 位累加器

? 靈活而強大的尋址模式：

- 間接尋址

- 模尋址

- 位反轉尋址

? 軟件堆棧

? 16 x 16 位小數/ 整數乘法運算

? 32/16 位和16/16 位除法運算

? 單周期乘- 累加運算：

- DSP運算的累加器回寫(xiě)操作

- 雙數據取操作

? 可將最多40 位數據左移或右移最多16 位

數字I/O：

? 外設引腳選擇功能

? 最多35 個(gè)可編程數字I/O 引腳

? 最多30 個(gè)引腳上具有喚醒/ 電平變化中斷功能

? 輸出引腳可驅動(dòng)3.0V 至3.6V 的電壓

? 漏極開(kāi)路配置、最高5V 的輸出

? 數字輸入引腳可耐受5V 的電壓（RB5 除外）

? 所有PWM 引腳的拉/ 灌電流為16 mA片上閃存和SRAM：

? 閃存程序存儲器（最大16 KB）

? 數據SRAM （最大2 KB）

? 閃存程序存儲器的引導和通用安全性外設特性：

? 定時(shí)器/ 計數器，最多3 個(gè)16 位定時(shí)器

- 最多可以配對成1 個(gè)32 位定時(shí)器

? 輸入捕捉（最多2 路通道）：

- 上升沿捕捉、下降沿捕捉或上升/ 下降沿捕捉

- 16位捕捉輸入功能

- 每路捕捉通道都帶有4 級深度的FIFO 緩沖區

? 輸出比較（最多2 路通道）：

- 單次或兩次16 位比較模式

- 16位無(wú)毛刺PWM 模式

? 4 線(xiàn)SPI：

- 幀支持與簡(jiǎn)單編解碼器的I/O 接口

- 1級深度FIFO 緩沖區

- 支持8 位和16 位數據

- 支持所有串行時(shí)鐘格式和采樣模式

? I2C?：

- 支持完全的多主機從模式

- 7位和10 位尋址

- 總線(xiàn)沖突檢測和仲裁

- 集成信號調理

- 從地址掩碼

? UART：

- 檢測到地址位時(shí)產(chǎn)生中斷

- 出現UART 錯誤時(shí)產(chǎn)生中斷

- 檢測到啟動(dòng)位時(shí)將器件從休眠模式喚醒

- 4字符深的發(fā)送和接收FIFO 緩沖區

- LIN總線(xiàn)支持

- 硬件IrDA? 編碼和解碼

- 高速波特率模式

- 使用CTS 和RTS 的硬件流控制

中斷控制器：

? 中斷響應延時(shí)為5 個(gè)周期

? 118 個(gè)中斷向量

? 最多35 個(gè)中斷源

? 最多3 個(gè)外部中斷

? 7 個(gè)可編程優(yōu)先級

? 4 個(gè)處理器異常

高速PWM 模塊特性：

? 最多支持4 個(gè)PWM 發(fā)生器，能提供4-8 路輸出

? 8 路PWM 輸出的每一路都具有獨立的時(shí)基和占空比

? 上升沿和下降沿死區

? 占空比分辨率為1.04 ns

? 死區分辨率為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：

- 標準邊沿對齊

- 真正獨立輸出

- 互補

- 中心對齊

- 推挽

- 多相

- 可變相位

- 固定關(guān)斷時(shí)間

- 電流復位

- 限流

? 用于8 路PWM 輸出的獨立故障/ 限流輸入

? 輸出改寫(xiě)控制

? 特殊事件觸發(fā)器

? PWM 捕捉功能

? 輸入時(shí)鐘的預分頻器

? 由PWM 模塊送至ADC （analog-to-digital converter， ADC）的雙路觸發(fā)信號

? PWMxL 和PWMxH 輸出引腳交換

? PWM4H 和PWM4L 引腳可重映射

? 可在運行過(guò)程中更改PWM 頻率、占空比和相移

? 各獨立PWM 發(fā)生器的禁止

? 前沿消隱（Leading-Edge Blanking，LEB）功能高速模擬比較器

? 最多4 個(gè)模擬比較器：

- 20 ns 響應時(shí)間

- 與每個(gè)模擬比較器相關(guān)的10 位DAC

- 提供DAC 輸出的DACOUT 引腳

- 可編程的輸出極性

- 可選擇輸入信號源

- ADC采樣和轉換功能

? 與PWM 模塊的接口：

- PWM占空比控制

- PWM周期控制

- PWM故障檢測

高速10 位ADC

? 10 位分辨率

? 最多12 路輸入通道可組成6 個(gè)轉換對

? 兩個(gè)內部參考電壓監控輸入組成一對內部模擬輸入

? 用于并行轉換模擬輸入對的逐次逼近型（Successive Approximation Register， SAR）轉換器：

- 對于帶兩個(gè)SAR 的器件，轉換速率為4 Msps

- 對于帶一個(gè)SAR 的器件，轉換速率為2 Msps

? 用于每路模擬通道的專(zhuān)用結果緩沖區

? 用于每個(gè)模擬輸入轉換對的獨立觸發(fā)源

功耗管理：

? 片上2.5V 穩壓器

? 實(shí)時(shí)時(shí)鐘源切換

? 可快速喚醒的空閑、休眠和打盹模式

CMOS 閃存技術(shù)：

? 低功耗高速閃存技術(shù)

? 全靜態(tài)設計

? 3.3V （±10%）工作電壓

? 工業(yè)級和擴展級溫度

? 低功耗

系統管理：

? 靈活的時(shí)鐘選擇：

- 外部振蕩器、晶振、諧振器和內部RC 振蕩器

- 帶120 MHz 壓控振蕩器（Voltage Controlled Oscillator，VCO）的鎖相環(huán)（Phase-Locked Loop，PLL）

- 3 MHz至40 MHz 范圍內的主晶振

- 頻率為32 kHz 的內部低功耗RC （Low-Power RC， LPRC）振蕩器

- 頻率為7.37 MHz 的內部快速RC （Fast RC， FRC）振蕩器

? 上電復位（Power-on Reset， POR）

? 欠壓復位（Brown-out Reset， BOR）

? 上電延時(shí)定時(shí)器（Power-up Timer， PWRT）

? 振蕩器起振定時(shí)器（Oscillator Start-up Timer，OST）

? 自帶RC 振蕩器的看門(mén)狗定時(shí)器

? 故障保護時(shí)鐘監視器（FSCM）
? 多個(gè)復位源

? 在線(xiàn)串行編程（In-Circuit Serial Programming? ， ICSP?）

封裝：

? 18 引腳SOIC

? 28 引腳SPDIP/SOIC/QFN-S

? 44 引腳TQFP/QFN


圖1。dsPIC33F系列產(chǎn)品方框圖

連接電網(wǎng)的太陽(yáng)能微型逆變器參考設計

Grid-Connected Solar Micro Inverter Reference Design

This reference design demonstrates the flexibility and power of SMPS dsPIC? Digital Signal Controllers in Grid connected power conversion systems. This reference design works with any photovoltaic (PV) panel of maximum 220 Watts having open circuit voltage between 25V to 55V DC. This reference design ensures maximum power tracking for PV panel voltage between 25V to 45V DC. Two versions of this reference design is available to support 110V and 220V Grid.

圖2。連接電網(wǎng)的太陽(yáng)能系列框圖

This reference design is implemented using a single dsPIC33F “GS” digital-power DSCs from Microchip that provides the full digital control of the power conversion and system management functions. As shown in this reference design the dsPIC33F ‘GS’ devices enable designers to easily and cost effectively create products using advanced switching techniques that lower switching losses and enable efficiencies as high as 95%. Grid-Connected Solar Micro Inverter Reference Design is royalty free when used in accordance with the licensing agreement.

連接電網(wǎng)的太陽(yáng)能微型逆變器參考設計主要特性：

Peak efficiency of 95%

Output current THD 5%

Power factor >0.95

Maximum power point tracking

Grid voltage and frequency tracking

Protection against various current and voltage faults

Night time power consumption 1W

System Islanding to detect grid failure

Full Digital Control

連接電網(wǎng)的太陽(yáng)能微型逆變器參考設計指標：

Micro Inverter for individual PV Module up to 220W

Wide PV Panel voltage : 25V to 55V DC

Maximum Power Point Tracking voltage: 25V to 45V

Maximum DC short circuit current : 10A

Grid Frequency range :

47 – 53 Hz for 220V systems

57 – 63 Hz for 110V systems

Grid voltage range :

90V – 140V for 110V systems

180V – 264V for 220V systems

230V太陽(yáng)能微型逆變器系統指標：

? Maximum output power = 185 watt

? N