一款小功率光伏并网逆变器控制设计方案

1、基于一款小功率光伏并网逆变器控制的设计方案2013-11-29 16:41文章来源： 电源网有371人阅读过引言21世纪，人类将面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战。在有限资源和保护环境的双重制约下能源 问题将更加突出，这主要体现在：能源短缺；环境污染；温室效应。因此，人类在解决能源问题，实现可持续发展时，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。太阳能具有储量大、普遍存在、 利用经济、清洁环保等优点，因此太阳能的利用越来越受到人们的广泛重视，成为理想的替代能源。文中 阐述的功率为200W太阳能光伏并网逆变器，将太阳能电池板产生的直流电直接转换为220V/50HZ的工频正弦交流电输

2、岀至电网。系统工作原理及其控制方案1光伏并网逆变器电路原理太阳能光伏并网逆变器的主电路原理图如图1所示。在本系统中，太阳能电池板输出的额定电压为 62V的直 流电，通过DC/DC变换器被转换为400V直流电，接着经过 DC/AC逆变后就得到220V/50HZ的交流电。系 统保证并网逆变器输出的220V/50HZ正弦电流与电网的相电压同步。图1电路原理框图系统控制方案图2主电路拓扑图图2为光伏并网逆变器的主电路拓扑图，此系统由前级的DC/DC变换器和后级的DC/AC逆变器组成。DC/DC变换器的逆变电路可选择的型式有半桥式、全桥式、推挽式。考虑到输入电压较低，如采用半桥式则开关管电流变大，而采用

3、全桥式则控制复杂、开关管功耗增大，因此这里采用推挽式电路。DC/DC变换器由推挽逆变电路、高频变压器、整流电路和滤波电感构成，它将太阳能电池板输岀的62V的直流电压转换成400V 的直流电压。DC/AC逆变器的主电路采用全桥式结构，由4个MOS管（该管内部寄生了反并联的二极管）构成，它将400V的直流电转换成为220V/50HZ的工频交流电。1、DC/DC变换器控制方案DC INI叫5门级輾动HFFiUiift图3 DC/DC变换器的控制框图DC/DC变换器的控制框图如图3所示。控制电路是以集成电路 SG3525为核心，由SG3525输出的两路50kHz 的驱动信号，经门极驱动电路加在推挽电路

4、开关管Q1和Q2的门极上。为保持DC/DC变换器输岀电压的稳定，将检测到的输岀电压与指令电压进行比较，该误差电压经PI调节器后控制 SG3525输岀驱动信号的占空比。该控制电路还具有限制输岀过流过压的保护功能。当检测到DC/DC变换器输岀电流过大时，SG3525将减小门极脉冲的宽度，降低输出电压，进而降低了输出电流。当输出电压过高时，会停止DC/DC变换器的工作。由于推挽式电路容易因直流偏磁导致变压器饱和，因此，推挽式电路的设计难点在于如何防止变 压器的磁饱和。在本电路中，除了注意电路的对称性之外，还设计了磁饱和检测电路，当流经推挽电路的 两个支路电流失衡时，就会启动SG3525的软启动功能，

5、使 DC/DC变换器重新启动，变压器得以复位。图4偏磁检测电路偏磁检测电路如图4所示。图中只画岀了磁环的副边。 原边两个线圈接在主电路的变压器原边的两个绕组上， 流过两个线圈中的电流方向要相反。当变压器发生偏磁时， 某一方向的电流异常大， 通过电流互感器检测，可在互感器的输岀电阻 R1上产生一个电压，如果该电压足够大，可以使稳压二极管D5导通，在电位器上产生压降，将电位器的值调到合适的阻值，使电位器上的压降大于三极管的门限电压，使三极管导通，接 在芯片SG3525的脚8与地之间的电容放电， 然后SG3525中的恒流源对它充电，SG3525重新启动，从而使 变压器磁心复位。2、DC/AC逆变器控

6、制方案ALKi kts5：（：-J-10PM Ml PWMM PWW 1M4AfK Id廿.： f：irj It流吐压1DC. IX.1 变换器1DCZAC14At 22iV50Hz图5 DC/AC逆变器的控制框图DC/AC逆变器是光伏并网的重点和难点，因此以下将着重阐述该部分。DC/AC逆变器控制框图如图5所示。核心控制芯片采用了 TI公司的TMS320F240。尽管单片机也能实现并网逆变器的脉宽调制，但是DSP实时处理能力更强大，因此可以保证系统有更高的开关工作频率。从图5可以清楚看岀系统输入和输岀信号的情况。3、输岀功率优化控制方案在静态情况下，当并网逆变器与太阳能电池相连时，并网逆变器

7、可等效为太阳能电池的负载电阻。当光强 入和温度T变化时，太阳能电池输出的端电压将会随之发生变化。为了有效地利用太阳能，应使太阳能电 池的输岀始终处于适当的工作点。因此，控制方案要求当太阳能电池的电压升高时，可以增大它的输岀功 率;反之就降低它的输岀功率。图6 DSP的控制方案DSP的控制方案如图6所示，参考电压和太阳能电池的实际电压相比较后，其误差经过PI调节，将得到的电流指令（直流量）IREF与ROM里的正弦表值相乘，就得到交变的输岀电流指令 iref，再将它与实际的输岀 电流值比较后，其误差经过比例 （P）环节，将所得到的指令取反，与采集到的交流侧电压Us相加后，所得到的波形再与三角波比较

8、，就产生 4路PWM调制信号（三角波的频率为20kHz）。4、交流侧电压Us的检测将同步变压器副边的同步信号，滤波、整流，就可以得到比较稳定的直流电，将其送到DSP的A/D转换口 fsfm 模式下的工作原理，一个开关周期内整个工作过程如下所述，工作波形如图3所示，PS1 ,PS2分别为Q1 ,Q2的驱动脉冲波形：to - t1 阶段：to时刻谐振电流为负，Q1体二极管导通，Q1两端电压钳位在0,此时让Q1导通为零电 压导通。能量从电源正极流向C1 ,C2中点，Lr ,Cr谐振，谐振电流ILr经过开关管Q1并以正弦形式逐渐上升，流过变压器原边的电流IT1为谐振电流ILr与励磁电流ILm之差，变压

9、器原边电压极性上正下负，副边极性也为上正下负，因此D1、D4自然导通，变压器原边电压被钳位在nVo（n为变压器变比），励磁电流线性上升。经过半个周期谐165现代电子技术2013年第36卷振时Q1仍处于导通状态。半个周期之后谐振电流开始减小，励磁电流继续线性上升，t1时刻谐振电流与励磁电流相等。t1 - t2 阶段：t1时刻谐振电流ILr等于励磁电流ILm,变压器原边电压为0,副边电压也为0,副边整流二极 管全部截止，原边不再向副边提供能量，励磁电感Lm开始参与谐振。由于 Lm要比Lr大很多，LLC谐振周期明显变长，所以谐振电流基本不变。t2时刻Q1关断。t2 - t3 阶段：t2时刻Q1关断，

10、此时Q2也处于关断状态，电路进入死区时间。谐振电流ILr对Q2的 结电容放电，当它的电压降到 0时，体二极管导通，变压器原边绕组极性变为上负下正，副边整流二极管D2、D3自然导通，励磁电感 Lm电压被输出电压钳位，不再参与谐振。谐振电流开始以2 n LrCr为周期程正弦规律减小，励磁电流线性减小。t3时刻Q2零电压开通。t3 - t4 阶段：t3时刻Q2零电压开通，与第一阶段类似，Lr、Cr谐振，谐振电流以正弦形式减小，励磁电流线性减小。t4时刻谐振电流等于励磁电流。t4 - t5 阶段：t4时刻开始变压器原边电压为 0,副边整流二极管全部截止，原边不再向副边提供能量，励 磁电感不再被输岀电压

11、钳位，开始参与谐振。LLC谐振电流基本不变。t5 - t6 阶段：与t2 - t3 阶段类似，电路进入死区时间，Q1、Q2全部关断，谐振电流ILr对Q1的结电容充电，当它的电压等于电源电压时，体二极管导通，变压器原边绕组极性上正下负，副边整流二极管D1、D4自然导通，励磁电感 Lm电压被输出电压钳位，不再参与谐振。谐振电流开始以2 n LrCr为周期程正弦规律增大，励磁电流线性增大。t6时刻Q1零电压开通，开始进入下一个周期。在t1 - t2 阶段和t4 - t5 阶段，假设谐振电流不变，设为Im ,则输出电压Uo可表示为：式中：Ui为输入电压;T为开关周期；Ts为Lr和Cr谐振时的谐振周期。

12、从式中可以看出，当T = Ts即fr=fs时这种情况下t1 - t2 阶段和t4 - t5 阶段将不存在，谐振电流是纯粹的正弦波，副边整流电路输出 电流临界连续，均方根值最小，开关管导通损耗最小，电路效率最高8.所以，当LLC电路工作在谐振频率时，效率最高。本文中 LLC电路的主要作用就是隔离，在保证隔离的基础上要使效率最高，因此本文中 使开关管的开关频率等于谐振频率。3最大功率点跟踪控制策略3.1最大功率跟踪基本原理太阳能电池是一种非线性直流电源，它的输岀受太阳光照条件的和温度等环境影响非常大。在一定太阳照 度和一定结温的条件下，当光伏电池的端电压(电流)发生变化时，其工作点也会沿着曲线变化

13、。但是，一定会存在一个点，使得太阳能电池输岀的功率最大。这一点就被称为最大功率点，寻找这一最大功率点的 技术就被称为最大功率跟踪技术 (Maximum Power Point Track-ing,MPPT)。在常规的线性系统电气设备中，为了获得最大功率需要使负载的电阻等于电源内阻。但太阳能电池是一个 非线性电源，它的内阻受环境影响而不断变化，为了进行负载电阻匹配从而获得最大功率，就需要不断调 整负载阻值。DC-DC变换器的等效电阻跟开关管的工作状态有关，因此可以通过调节它的占空比来改变它 的等效电阻，使它的等效阻值一直等于太阳能电池的内阻，这样就可以使太阳能电池一直工作在最大功率 点。这就是光

14、伏并网逆变器最大功率跟踪的基本原理。3.2最大功率跟踪算法 目前常用的最大功率跟踪算法主要有恒定电压跟踪法、扰动观察法、电导增量法等几种，其中电导增量法 以优良的跟踪性能倍受青睐。下面简单介绍其工作原理。图4是太阳能电池特性曲线图。由图可以看出，在最大功率点的时候功率曲线斜率为 0,即功率P对电压V的导数为0,所以有dPdU =0,又因为P=UI，所以：df.叭 d/“d7=dF=/+t/3r=0整 JBPTflh1/ w /切 L由上式可知，当输岀电导的变化量等于输岀电导的负数时，太阳能电池工作在最大功率点。具体实现方法是：通过检测太阳能电池的输岀电压和电流，根据上一个采样周期电压和电流的值

15、计算岀变化量；然后判断电压的变化量是否为零。若为零，再判断电流的变化量是否为零，若都为零，则表示阻抗一致，则参考电压Vref不变，占空比不变。若电压变化量为零，电流变化量不为零，则表示光照强度有变化，根据电流的 变化方向来决定扰动方向。当电压变化量不为零时，判断是否符合上式，若符合，表示在最大功率点。若 电导变化量大于负电导值，则表示功率曲线斜率为正，功率点在最大功率点左侧，需要增大Vref，反之需要减小Vref 。西4 丈阳血电也时1働我4结语本文鉴于传统光伏并网逆变器使用工频变压器进行隔离的不足而提岀了一种利用半桥LLC串联谐振电路进行隔离的光伏并网逆变器设计方案，该设计方案通过将传统变压

16、器隔离型光伏并网逆变器和采用LLC谐振电路隔离的光伏并网 逆变器进行对比分析可知，半桥 LLC串联谐振电路能实现开光管的零电压开关，减小 开关损耗，从而大大提高逆变器系统的转换效率。而且LLC谐振电路体积小，重量轻，成本低，易于实现小型化和模块化，有助于光伏并网逆变器的广泛推广使用，以此证实了改方案的具有很强的实用性。一种逆变H桥IGBT单管驱动以及工作保护方案2013-11-28 17:23文章来源：电源网有207人阅读过大家都知道，IGBT单管相当的脆弱，同样电流容量的IGBT单管，比同样电流容量的 MOSFET脆弱多了，也就是说，在逆变 H桥里头，MOSFET上去没有问题，但是IGBT上

17、去，可能开机带载就炸了。这一点很 多人估计都深有体会。当时我看到做鱼机的哥们用FGH25N120AND这个，反映很容易就烧了，当时不以为然。只到我在工作中遇到，一定要使用IGBT的时候，我才发现我错了，当初我非常天真的认为，一个IRFP460,20A/500V 的MOSFET,我用个SGH40N60UFD40A/600V 的IGBT上去怎么样也不会炸的吧， 实际情况却是，带载之后，突然加负载和撤销负载，几次下来就炸了，我以为是电路没有焊接好，然后同样的 换上去，照样炸掉，这样白白浪费了好多IGBT。后来发现一些规律，就是采用峰值电流保护的措施就能让IGBT不会炸，下面我就会将这些东西一起详细的

18、说一说，说的不好请大家见谅，这个帖子会慢慢更新，也希望高手们多多提出意见。我们将这个问题看岀几个部分来解决：1，驱动电路；2，电流采集电流；3，保护机制；驱动电路这次采用的IGBT为IXYS的，IXGH48N60B3D1，详细规格书如下：IXGH48N60B3D1驱动电路如下：这是一个非常典型的应用电路，完全可以用于IGBT或者MOSFET,但是也有些不一样的地方。1，有负压产生电路，2，隔离驱动，3，单独电源供电。首先我们来总体看看，这个电路没有保护，用在逆变上100%炸，但是我们可以将这个电路的实质摸清楚。先讲讲重点：1:驱动电阻R2,这个在驱动里头非常重要，图上还有D1配合关闭的时候，让

19、IGBT的CGE快速的放电，实际上看需要，这个 D1也可以不要，也可以在 D1回路里头串联一个电阻做 0FF关闭时候的栅极电阻。 下面发几个波形照片，不同的栅极电阻，和高压HV+400V共同产生作用的时候，上下 2个IGBT栅极的实际情况。为何第二个图会有一个尖峰呢。这个要从 IGBT的内部情况说起，简单来说，IGBT的GE上有一个寄生的 电容，它和另外的 CGC 一个寄生电容共同组成一个水池子，那就是 QG,其实这个和 MOSFET也很像的。 那么在来看看为何400V加上去，就会在下管上的 G级上产生尖峰。借花献佛，抓个图片来说明：resistor. If thi+HVDCvoltage,

20、a pu that rising IGI reduction of Thk parasitic turned on.如上图所示，当上官开通的时候，此时是截止的，由于上官开通的时候，这个时候要引入DV/DT的概念，这个比较抽象，先不管它，简单通俗的说就是上管开通的时候，上管等效为直通了，+DC400V电压立马加入到下管的C级上，这么高的电压立刻从 IGBT的寄生电容上通过产生一个感应电流，这个感应电流上图 有公式计算，这个电流在 RG电阻和驱动内阻的共同作用下，在下管的栅极上构成一个尖峰电压，如上面 那个示波器的截图所示。到目前为止，没有引入米勒电容的概念，理解了这些，然后对着规格书一看，米 勒电容是什么，对电路有何影响，就容易理解多了。RIG33L STOPf Q .80UafiJTS6769kHzPrd(l) = 100,0UFre*i(y = ie.00kHz CHI- 5.00U 用：记 5.0U Time 前缜 Dns &*? .?52r.sR J 旨 OL ST OPjf 0 3 r 06UPrcKB#*- F-r#(li*C