利用C2000 MCU實施并網(wǎng)微型太陽能逆變器

電容器額定電壓必須超出NVo，并且超出量為Lr的壓降：

鉗位電容器和諧振電感的諧振時間可通過下列方程式計算得到：

2.3.3 有源鉗位反激的開環(huán)仿真

圖11為這種有源鉗位反激的開環(huán)仿真模型。下列值用于該仿真：輸入電壓Vin=36V，主MOSFET開關頻率fs=65kHz，諧振電感Lr=0.5µH，諧振電容Cr=1nF，鉗位電容Cc=10µF，主開關MOSFET的最大占空因數(shù)D=0.6，而負載Rload=100 Ω。

圖 11 有源鉗位反激的開環(huán)仿真模型

(紅色波形為VGS，綠色波形為VDS)

圖 12 Q1的VDS和VGS仿真波形

圖12顯示了漏極到源極電壓降至零以后門驅(qū)動的電壓上升，因此Q1實現(xiàn)ZVS得到了證實。另外，VDS的電壓尖峰被箝至Vin+NVout，其意味著一次側實現(xiàn)了有源鉗位。

2.4 隔離式MOSFET橋驅(qū)動電路設計

為了實現(xiàn)一次側到二次側的完全隔離，除輔助電源隔離以外，還要求使用A/D采樣和驅(qū)動電路隔離。

由于MCU放置于二次側中，而主開關MOSFET位于一次側，因此我們必須把二次側控制信號傳輸至一次側，以對MOSFET進行控制。

為了把控制信號從二次側傳輸至一次側，可選擇高速數(shù)字隔離器加高低端驅(qū)動器芯片。圖14顯示了這種隔離式MOSFET高低端驅(qū)動器的原理圖。

圖 14 隔離式高低端驅(qū)動器的原理圖

在本應用中，隔離式MOSFET擁有許多特點，其包括：

l 結構簡單，易于實現(xiàn)

l +600V全工作范圍

l 4kV ESD保護

l 自舉工作

另外，請注意高速數(shù)字隔離器的初始狀態(tài);否則，它會損壞主開關MOSFET。

表 1 高速數(shù)字隔離器功能表

(PU=上電;PD=掉電;X=無關;H=高電平;L=低電平)

3、固件設計

3.1 固件規(guī)范

3.1.1 功能規(guī)范

系統(tǒng)固件包括如下功能：

1、 開/關。用戶可通過按下開/關按鈕開啟或者關閉系統(tǒng)。軟件設置必須啟用這種功能。

2、 自動開/關。如果需要開啟狀態(tài)，則系統(tǒng)會自動開啟。當狀態(tài)不適合向電網(wǎng)輸電時，系統(tǒng)保持待機模式，并監(jiān)控狀態(tài)變化。如果系統(tǒng)已經(jīng)開啟，則當狀態(tài)不適合供電時系統(tǒng)自動關閉。

3、 軟件啟動開啟。當系統(tǒng)必須開啟時，其從零電流供給狀態(tài)啟動，同時PWM在零交叉點開啟，從而減少給電網(wǎng)帶來的沖擊電流。

4、 LED控制。系統(tǒng)擁有一個狀態(tài)LED指示。當系統(tǒng)處在待機模式下時，相應LED每1.2秒閃爍一次。當系統(tǒng)開啟時，LED每隔2.4秒閃爍一次。當出現(xiàn)故障時，LED持續(xù)亮起。

5、 用戶控制鍵。逆變器具有一個用戶鍵。該用戶鍵可開啟或者關閉逆變器，并且還可以清除故障。當系統(tǒng)處在待機模式下時，如果該鍵被按下1秒以上，則如果條件符合系統(tǒng)便開啟。如果系統(tǒng)已經(jīng)開啟，則當該鍵被按下1秒以上時，系統(tǒng)關閉。當出現(xiàn)故障且系統(tǒng)處在故障模式下時，按下該用戶鍵1秒以上，可清除故障并再次進入待機模式。

3.1.2 測量

為了控制和監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)，需計算下列測量結果：

l 電網(wǎng)電壓RMS

l 電網(wǎng)頻率

l 逆變器的輸出有效功率

l 輸入功率

l 輸入PV電壓

l 溫度

3.1.3 保護

系統(tǒng)具有一些基本保護功能。

1、 一次側沖擊電流保護。當短路或者主電感引起沖擊電流時，PWM首選會進入CBC模式;但是，當CBC三次以上時，系統(tǒng)關閉并進入故障模式。

2、 二次側過電壓保護。當SCR未正常開啟時，出現(xiàn)二次側超高壓。系統(tǒng)關閉，并進入故障模式。

3、 輸出過電流保護。當輸出電流量超出閾值時，出現(xiàn)輸出過電流。系統(tǒng)關閉，并進入故障模式。

4、 電網(wǎng)電壓/頻率過高/過低保護。如果系統(tǒng)已經(jīng)開啟，當電網(wǎng)電壓/頻率超出正常范圍時，系統(tǒng)在五個電網(wǎng)周期內(nèi)關閉。

5、 反孤島抑制保護。如果達到孤島條件，則系統(tǒng)在4秒內(nèi)關閉。如果恢復至正常狀態(tài)，則系統(tǒng)在1秒內(nèi)重新啟動。

6、 過溫保護

3.1.4 入網(wǎng)轉換器控制器

為了向電網(wǎng)輸電，必須在系統(tǒng)中實現(xiàn)下列控制器算法：

1、 鎖相環(huán)(PLL)控制器。PLL控制器用于與電網(wǎng)電壓同步，其可向電流控制器提供一個基準相。