光伏并网逆变器的设计

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【大比特导读】基于光伏并网逆变器的基本原理和控制策略，设计了并网型
逆变器的结构，其采用了内置高频变压器的前后两级结构，即前级DC/DC高频
升压，后级DC/AC工频逆变。

该设计模式具有电路简单、性能稳定、转换效率
高等优点。

基于光伏并网逆变器的基本原理和控制策略，设计了并网型逆变器的结构，其采用了内
置高频变压器的前后两级结构，即前级DC/DC高频升压，后级DC/AC工频逆变。

该设计模式
具有电路简单、性能稳定、转换效率高等优点。

在能源日益紧张的今天，光伏发电技术越来越受到重视。

太阳能电池和风力发电机产生
的直流电需要经过逆变器逆变并达到规定要求才能并网，因此逆变器的设计关乎到光伏系统
是否合理、高效、经济的运行。

1光伏逆变器的原理结构
光伏并网逆变器的结构如图1所示，主要由前级DC/DC变换器和后级DC/AC逆变器构成。

其基本原理是通过高频变换技术将低压直流电变成高压直流电，然后通过工频逆变电路得到220V交流电。

这种结构具有电路简单、逆变电源空载损耗很小、输出功率大、逆变效率高、
稳定性好、失真度小等优点。

图1光伏逆变器结构图
逆变器主电路如图2所示。

DC/DC模块的控制使用SG3525芯片。

SG3525是双端输出式SPWM脉宽调制芯片，产生占空比可变的PWM波形用于驱动晶闸管的门极来控制晶闸管通断，
从而达到控制输出波形的目的。

作为并网逆变器的关键模块，DC/AC模块具有更高的控制要求，本设计采用TI公司的TMS320F240作为主控芯片，用于采集电网同步信号、交流输入电压信号、调节IGBT门极驱
动电路脉冲频率，通过基于DSP芯片的软件锁相环控制技术，完成对并网电流的频率、相位
控制，使输出电压满足与电网电压的同频、同相关系。

滤波采用二阶带通滤波器，是有源滤波器的一种，用于传输有用频段的信号，抑制或衰减无用频段的信号。

其可以有效地滤除逆变后产生的高频干扰波形，使逆变后的电压波形达到并网的要求。

图2逆变器主电路
2 DC/DC控制模块
SG3525是专用于驱动N沟道功率MOSFET的PWM控制芯片。

SG3525的输出驱动为推拉输出形式，可直接驱动MOS管;内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，具有过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比。

其2个输出分别接2个MOS管控制其开断，为了提高对推挽式DC/DC高频升压过程有效的控制，提高频宽调制的准确性，相应设计了检测电路，检测输出电流、电压，然后反馈到控制芯片。

检测电路包括偏磁检测电路、电压反馈采样电路、电流反馈采样电路。

SG3525控制模块结构如图3.
图3 SG3525主控芯片框图
3 DC/AC控制模块
3.1 TMS320F240控制核心
TMS320F240是美国TI公司的定点式数字信号处理器芯片，硬件架构以16位为基本数据处理单元，它集成了高性能DSP内核，并且有着丰富的外设功能，处理速度快。

DSP系统的外围电路包括时钟电路、复位电路、电源电路等，配合各种信号检测电路、驱动电路，以达到对逆变系统的波形控制、脉宽调制、故障保护等要求，其结构图如图4.
图4 TMS320F240主控芯片框图
3.2电压和电流检测电路
(1)电网电压过零检测电路
逆变后交流电的电压必须与电网电压同相、同频才能并网，因此要对输出电压进行锁相控制。

由于输出的电压信号为正弦波，而控制芯片只能识别TTL电平信号，因此需要一个电路将正弦波信号转换为控制芯片可以识别的TTL电平信号。

本设计中用LV25P电压传感器，将电网电压采集并转换成与电网电压等相位的低电压脉冲信号，经过一组比较器电路，可以输出一组与电网电压同相的低压方波信号。

当被检测的电网电压超过零点，则输出高电平。

电网电压过零检测电路如图5所示。

图5电网电压过零检测电路
电网电压过零检测电路得到的方波信号，经过双施密特反相电路将信号送到DSP芯片的捕获引脚上，捕获单元在检测到上升沿时触发中断，进行锁相。

(2)交流电流检测电路
交流电流检测电路使用CSM300LT闭环式电流传感器，如图6.CSM300LT是应用霍尔效应闭环原理的电流传感器，在电隔离条件下测量交流电流。

当交流电通过传感器时，传感器将电流信号转换成电压信号送给信号调理电路，经处理后输入到DSP芯片的管脚。

调理电路由RC滤波电路和二组集成运放隔离电路组成。

图6交流电流检测电路
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