200W太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)逆變器控制設計方案

　　一款功率為200W太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)逆變器設計方案全過(guò)程，可將太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的直流電直接轉換為220V/50Hz的工頻正弦交流電輸出至電網(wǎng)。

　　一種小功率光伏并網(wǎng)逆變器的控制系統：DC/DC控制器的拓撲結構采用推挽式電路，是用芯片SG3525來(lái)控制的，該電路有效地防止了偏磁，DC/AC逆變器為全橋逆變電路，是用DSP來(lái)控制的，由于DSP的運算速度比較高，因此逆變器的輸出電流能夠很好地跟蹤電網(wǎng)電壓波形。該光伏并網(wǎng)逆變器控制方案的有效性在實(shí)驗室得到驗證。該控制系統能確保逆變電源的輸出功率因數接近1，輸出電流為正弦波形。

　　系統工作原理及其控制方案

　　1光伏并網(wǎng)逆變器電路原理

　　太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)逆變器的主電路原理圖如圖1所示。在本系統中，太陽(yáng)能電池板輸出的額定電壓為62V的直流電，通過(guò)DC/DC變換器被轉換為400V直流電，接著(zhù)經(jīng)過(guò)DC/AC逆變后就得到220V/50Hz的交流電。系統保證并網(wǎng)逆變器輸出的220V/50Hz正弦電流與電網(wǎng)的相電壓同步。

　　圖1電路原理框圖

　　2系統控制方案

　　圖2為光伏并網(wǎng)逆變器的主電路拓撲圖，此系統由前級的DC/DC變換器和后級的DC/AC逆變器組成。DC/DC變換器的逆變電路可選擇的型式有半橋式、全橋式、推挽式?？紤]到輸入電壓較低，如采用半橋式則開(kāi)關(guān)管電流變大，而采用全橋式則控制復雜、開(kāi)關(guān)管功耗增大，因此這里采用推挽式電路。DC/DC變換器由推挽逆變電路、高頻變壓器、整流電路和濾波電感構成，它將太陽(yáng)能電池板輸出的62V的直流電壓轉換成400V的直流電壓。

　　圖2主電路拓撲圖

　　DC/AC逆變器的主電路采用全橋式結構，由4個(gè)MOS管(該管內部寄生了反并聯(lián)的二極管)構成，它將400V的直流電轉換成為220V/50Hz的工頻交流電。

　　2.2.1 DC/DC變換器控制方案

　　圖3 DC/DC變換器的控制框圖

　　DC/DC變換器的控制框圖如圖3所示?？刂齐娐肥且约呻娐稴G3525為核心，由SG3525輸出的兩路50kHz的驅動(dòng)信號，經(jīng)門(mén)極驅動(dòng)電路加在推挽電路開(kāi)關(guān)管Q1和Q2的門(mén)極上。為保持DC/DC變換器輸出電壓的穩定，將檢測到的輸出電壓與指令電壓進(jìn)行比較，該誤差電壓經(jīng)PI調節器后控制SG3525輸出驅動(dòng)信號的占空比。該控制電路還具有限制輸出過(guò)流過(guò)壓的保護功能。當檢測到DC/DC變換器輸出電流過(guò)大時(shí)，SG3525將減小門(mén)極脈沖的寬度，降低輸出電壓，進(jìn)而降低了輸出電流。當輸出電壓過(guò)高時(shí)，會(huì )停止DC/DC變換器的工作。由于推挽式電路容易因直流偏磁導致變壓器飽和，因此，推挽式電路的設計難點(diǎn)在于如何防止變壓器的磁飽和。在本電路中，除了注意電路的對稱(chēng)性之外，還設計了磁飽和檢測電路，當流經(jīng)推挽電路的兩個(gè)支路電流失衡時(shí)，就會(huì )啟動(dòng)SG3525的軟啟動(dòng)功能，使DC/DC變換器重新啟動(dòng)，變壓器得以復位。

　　圖4偏磁檢測電路

　　偏磁檢測電路如圖4所示。圖中只畫(huà)出了磁環(huán)的副邊。原邊兩個(gè)線(xiàn)圈接在主電路的變壓器原邊的兩個(gè)繞組上，流過(guò)兩個(gè)線(xiàn)圈中的電流方向要相反。當變壓器發(fā)生偏磁時(shí)，某一方向的電流異常大，通過(guò)電流互感器檢測，可在互感器的輸出電阻R1上產(chǎn)生一個(gè)電壓，如果該電壓足夠大，可以使穩壓二極管D5導通，在電位器上產(chǎn)生壓降，將電位器的值調到合適的阻值，使電位器上的壓降大于三極管的門(mén)限電壓，使三極管導通，接在芯片SG3525的腳8與地之間的電容放電，然后SG3525中的恒流源對它充電，SG3525重新啟動(dòng)，從而使變壓器磁心復位。

　　2.2.2 DC/AC逆變器控制方案

　　DC/AC逆變器是光伏并網(wǎng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，因此以下將著(zhù)重闡述該部分。DC/AC逆變器控制框圖如圖5所示。核心控制芯片采用了TI公司的TMS320F240.盡管單片機也能實(shí)現并網(wǎng)逆變器的脈寬調制，但是DSP實(shí)時(shí)處理能力更強大，因此可以保證系統有更高的開(kāi)關(guān)工作頻率。從圖5可以清楚看出系統輸入和輸出信號的情況。

　　圖5 DC/AC逆變器的控制框圖

　　3輸出功率優(yōu)化控制方案

　　在靜態(tài)情況下，當并網(wǎng)逆變器與太陽(yáng)能電池相連時(shí)，并網(wǎng)逆變器可等效為太陽(yáng)能電池的負載電阻。當光強λ和溫度T變化時(shí)，太陽(yáng)能電池輸出的端電壓將會(huì )隨之發(fā)生變化。為了有效地利用太陽(yáng)能，應使太陽(yáng)能電池的輸出始終處于適當的工作點(diǎn)。因此，控制方案要求當太陽(yáng)能電池的電壓升高時(shí)，可以增大它的輸出功率;反之就降低它的輸出功率。

　　圖6 DSP的控制方案