基于Microchip dsPIC33CK256MP505 高性能DSP開發(fā)的250W微逆變電源方案

隨著傳統(tǒng)化石能源的供應(yīng)不穩(wěn)定因素增加以及國(guó)家碳達(dá)峰，碳中和的要求，太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源需求急增；同時(shí)戶外運(yùn)動(dòng)的不斷普及也給便攜式儲(chǔ)能電源的發(fā)展帶來(lái)了前所未有有機(jī)遇，另外隨著我們經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展；智能家電在人民日常生活中廣泛應(yīng)用，家用儲(chǔ)能電源也日益得到人民的重視，這些行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用需求推動(dòng)了逆變電源轉(zhuǎn)換的巨大發(fā)展。如何實(shí)現(xiàn)可靠穩(wěn)定并網(wǎng)運(yùn)行、降低轉(zhuǎn)換損耗、增加功率密度，降低開發(fā)難度及開發(fā)周期是廣大電源研發(fā)工程師的關(guān)注焦點(diǎn)。Microchip 的 Level 4 純數(shù)字電源方案，將為新能源儲(chǔ)能逆變這個(gè)行業(yè)提供完美的解決方案。

大多數(shù)情況下，大規(guī)模使用可再生資源會(huì)帶來(lái)成本問(wèn) 題，需要進(jìn)一步的研究使其具有成本效益。PV系統(tǒng)（也稱為太陽(yáng)能微型逆變器）作為一種便捷和前景廣闊的可 再生能源，在過(guò)去多年已獲得眾多關(guān)注。與風(fēng)能等其它形式的可再生能源相比， PV能源系統(tǒng)具備許多優(yōu)勢(shì)。 PV能源的主要缺點(diǎn)是硅太陽(yáng)能電池板的制造成本高， 且轉(zhuǎn)換效率低。憑借先進(jìn)的晶體電池板制造技術(shù)和高效 的電能轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)，可以使 PV 項(xiàng)目具有成本效益。 將太陽(yáng)能電池板的輸出電壓轉(zhuǎn)化成可使用的直流或交流 電壓這一過(guò)程必須在其最大功率點(diǎn)（Maximum Power Point， MPP）完成。 MPP 是 PV 模塊向負(fù)載傳送最大能量時(shí)的 PV 輸出電壓。

將太陽(yáng)能微型逆變器模塊接入電網(wǎng)包含兩大主要任務(wù)。 一是確保太陽(yáng)能微型逆變器模塊工作于最大功率點(diǎn) （MPP） 。二是將正弦電流注入電網(wǎng)。由于逆變器接入電網(wǎng)，因此必須符合公共事業(yè)機(jī)構(gòu)給定的標(biāo)準(zhǔn)。有必要考慮 EN61000-3-2、 IEEE1547 標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)國(guó)家電氣規(guī)范（NEC）690。這些標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的事項(xiàng)包括電能質(zhì)量、孤島效應(yīng)檢測(cè)和接地等。 這些逆變器必須能夠檢測(cè)孤島運(yùn)轉(zhuǎn)情況，并采取適當(dāng)措 施以防止對(duì)接入電網(wǎng)的設(shè)備造成整體損害和破壞。孤島運(yùn)轉(zhuǎn)是指當(dāng)由于事故或損壞的原因而有意移除電網(wǎng)后， 逆變器仍然繼續(xù)工作。換言之，如果電網(wǎng)已經(jīng)從逆變器 移除，逆變器應(yīng)該隨即停止嘗試將電力提供給電網(wǎng)或?yàn)?電網(wǎng)提供能量。 目前最常見(jiàn)的太陽(yáng)能技術(shù)是單晶硅模塊和多晶硅模塊。這些PV模塊的MPP電壓范圍通常被限定在27V至45V 的范圍內(nèi)，發(fā)電量約為 200W，開路電壓低于 45V。

此電路設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)如下：

1. 交錯(cuò)反激轉(zhuǎn)換器可減小通過(guò)大容量輸入電解電容的紋波電流的 RMS，從而延長(zhǎng)電容的壽命。

2. 交錯(cuò)操作還可減小輸出電流紋波，從而降低輸出電流的THD。

3. 測(cè)量電網(wǎng)電壓，此電壓是鎖相環(huán)（PLL）、輸出電流控制和系統(tǒng)孤島運(yùn)轉(zhuǎn)所必需的。要實(shí)現(xiàn)將逆變器輸出電壓與電網(wǎng)電壓同步以及進(jìn)行系統(tǒng)孤島效應(yīng)檢測(cè)，必須先測(cè)量逆變器的輸出電壓。

4. 測(cè)量電網(wǎng)電流，確保逆變器提供的正弦電流與電網(wǎng)同相。

測(cè)量 PV 電壓和反激 MOSFET 電流，以進(jìn)行 MPP 檢測(cè)。此外還測(cè)量?jī)蓚€(gè) MOSFET 電流以確保兩個(gè)轉(zhuǎn)換器之間的負(fù)載平衡。

?場(chǎng)景應(yīng)用圖

?產(chǎn)品實(shí)體圖

?展示板照片

?方案方塊圖

?核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)

方案核心器件列表：(均為工業(yè)級(jí)以上)

核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)： 

1、高速DSP運(yùn)算： 主控制器MICROCHIP DSP dsPIC33CK256MP505為高性能數(shù)字電源專用控制器，DSC工作頻率為100MHz，單指令周期運(yùn)行。

2、高分辨率PWM

?方案規(guī)格

輸入功率： 250W (max)； 

輸出功率： 215W (max)； 

開路PV電壓：53Vdc； 

最大功率點(diǎn)跟蹤：99.5%； 

MPPT電壓：25~45Vdc； 

AC輸出電壓范圍：210Vac~264Vac(230Vac), 90Vac~140Vac(120Vac)； 

輸出TDD：<5%； 

輸出功率因數(shù)：0.95； 

峰值效率：94.5%（230Vac unit-nominal Condition）；