太陽能發(fā)電控制逆變器設(shè)計(jì)

　　1.4 PWM控制芯片

　　樣機(jī)采用SG3525作為PWM控制芯片。這是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強(qiáng)的單片集成控制芯片。它能夠輸出兩路PWM信號(hào)，信號(hào)的頻率可調(diào)、死區(qū)時(shí)間可以單獨(dú)設(shè)置。芯片內(nèi)部還含有欠壓鎖定電路、軟啟動(dòng)電路、鎖存器，并具有PWM脈沖信號(hào)封鎖功能和振蕩器外部同步功能。它的輸出方式為推挽式，不但開關(guān)速度更快，而且驅(qū)動(dòng)能力更強(qiáng)。因此，這款芯片被廣泛用于開關(guān)電源中。

　　圖3SG3525的原理圖圖3示出了SG3525的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在應(yīng)用中，SG3525的腳6和腳5分別接振蕩電容和電阻，腳7接一個(gè)放電電阻，它決定了死區(qū)時(shí)問的長(zhǎng)短。輸出反饋信號(hào)加在誤差放大器（EA）的反相端腳1，與腳2的參考電壓比較后產(chǎn)生誤差信號(hào)以調(diào)制輸出信號(hào)的脈寬。腳11和腳14輸出PWM信號(hào)，用以驅(qū)動(dòng)功放MOSFET。當(dāng)輸入電壓或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，PWM信號(hào)的脈寬會(huì)隨之而變，以穩(wěn)定輸出電壓。腳8接一個(gè)電解電容以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。腳4和腳l0接有從MCU送來的控制信號(hào)，當(dāng)過流或短路時(shí)會(huì)停止SG3525的振蕩輸出。腳9與一個(gè)比較器的輸出端相連。當(dāng)短路發(fā)生時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，將腳9的電平拉低，立即關(guān)斷輸出。

圖3 SG3525的原理圖

　1.5 功放

　　樣機(jī)的功放采用全橋電路。由SG3525的腳l1和腳14送來的信號(hào)，又各自分成兩路。一路直接驅(qū)動(dòng)全橋的下管，另一路經(jīng)過自舉電路倒相后驅(qū)動(dòng)上管。由于SG3525提供的兩個(gè)信號(hào)問存在一個(gè)死區(qū)，所以防止了同一側(cè)橋臂的上下兩管直通。在兩個(gè)下管的源極與地之間接有一個(gè)采樣電阻，采到的電流信號(hào)用于過載和短路的判斷。

　　2 MCU軟件設(shè)計(jì)

　　2.1 主要功能的實(shí)現(xiàn)方案

　?。?）蓄電池充電控制充電MOSFET的柵極由MCU的一個(gè)I／O口控制。當(dāng)蓄電池電壓低于直充閾值時(shí)，MCU跳過PCA，直接輸出一個(gè)高電平信號(hào)打開充電MOSFET，使太陽板不間斷地向蓄電池充電。蓄電池電壓超過后，MCU接人PCA，改為PWM方式充電。充電的脈寬隨著蓄電池電壓的升高而逐漸變窄。達(dá)到充電上限后，再次跳過PCA，輸出一個(gè)低電平，完全關(guān)斷充電。

　　（2）直流輸出控制直流輸出MOSFET也由MCU的一個(gè)I／O口控制。蓄電池的電壓低于欠壓閾值時(shí)，MCU輸出關(guān)斷信號(hào)，停止放電。高于恢復(fù)閾值時(shí)，輸出開啟信號(hào)。

　?。?）直流和交流過載保護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)戶用太陽能逆變器規(guī)定：逆變器過載20％時(shí)應(yīng)輸出不少于一分鐘，過載50％時(shí)輸出不少于10S。程序巾定義了一個(gè)名為“過載量”的參數(shù)，它等于過載電流采樣值對(duì)持續(xù)時(shí)間的累積。一旦過載發(fā)生，程序便開始計(jì)算過載量。當(dāng)過載量達(dá)到設(shè)定值時(shí)立即關(guān)斷輸出。

　?。?）直流和交流短路保護(hù)當(dāng)檢測(cè)到短路發(fā)生時(shí)，立即啟動(dòng)優(yōu)先級(jí)最高的外中斷程序，向SG3525的腳4和腳10送出短路保護(hù)信號(hào)，關(guān)斷其輸出。同時(shí)，切斷為逆變器供電的繼電器，使逆變器電源中斷。

　?。?）LED指示當(dāng)檢測(cè)到太陽板的電壓時(shí)，“發(fā)電”LED點(diǎn)亮。當(dāng)蓄電池電壓降到欠壓閾值后，“欠壓”LED點(diǎn)亮，只有電壓升到恢復(fù)閾值，“欠壓”LED才會(huì)熄滅。無論交流或直流的短路、過載故障發(fā)生，“過載”LED都會(huì)點(diǎn)亮。必須關(guān)機(jī)才能使其熄滅。在逆變器正常輸出時(shí)，“輸出”LED點(diǎn)亮。

　　2.2 主程序流程圖

　　圖4是主函數(shù)的流程圖。單片機(jī)上電后先初始化系統(tǒng)，允許中斷，開啟PCA。隨后進(jìn)入無限循環(huán)。

　　在每個(gè)循環(huán)中依次完成下列任務(wù)：

　?。?）根據(jù)蓄電池電壓設(shè)置蓄電池的標(biāo)志位，以決定直流輸出管的開關(guān)狀態(tài)。

　?。?）根據(jù)直流開關(guān)和交流開關(guān)的狀態(tài)（開或關(guān)）設(shè)置標(biāo)志，以決定樣機(jī)是否開啟相應(yīng)功能。

　?。?）查詢有無過載發(fā)生。如果有，則進(jìn)入過載子程序，計(jì)算過載量并進(jìn)行相應(yīng)的處理。

　?。?）根據(jù)各種電氣參數(shù)和工作狀態(tài)，確定LED指示燈的亮、滅。

　　在主函數(shù)之外，還有6個(gè)中斷函數(shù)。其中定時(shí)器0、定時(shí)器1和定時(shí)器2中斷分別為PCA、直流過載保護(hù)和交流過載保護(hù)提供時(shí)基。直流短路中斷和交流短路中斷都是外中斷，一旦進(jìn)入，會(huì)馬上切斷振蕩信號(hào)和功率管的電源，以保護(hù)樣機(jī)。PCA中斷在下面另作介紹。

圖4主程序流程圖

圖5PCA中斷流程圖