利用C2000 MCU实施并网微型太阳能逆变器

因此：

　　其中，DHL表示最大输入电压工作，fs为Q1和Q2的工作开关频率。

　　电容器额定电压必须超出NVo，并且超出量为Lr的压降：

　　钳位电容器和谐振电感的谐振时间可通过下列方程式计算得到：

　　2.3.3 有源钳位反激的开环仿真

　　图11为这种有源钳位反激的开环仿真模型。下列值用于该仿真：输入电压Vin=36V，主MOSFET开关频率fs=65kHz，谐振电感Lr=0.5µH，谐振电容Cr=1nF，钳位电容Cc=10µF，主开关MOSFET的最大占空因数D=0.6，而负载Rload=100 Ω。

　　图 11 有源钳位反激的开环仿真模型

　　（红色波形为VGS，绿色波形为VDS）

　　图 12 Q1的VDS和VGS仿真波形

　　图12显示了漏极到源极电压降至零以后门驱动的电压上升，因此Q1实现ZVS得到了证实。另外，VDS的电压尖峰被箝至Vin+NVout，其意味着一次侧实现了有源钳位。

　　图 13 仿真输出电压波形

　　2.4 隔离式MOSFET桥驱动电路设计

　　为了实现一次侧到二次侧的完全隔离，除辅助电源隔离以外，还要求使用A/D采样和驱动电路隔离。

　　由于MCU放置于二次侧中，而主开关MOSFET位于一次侧，因此我们必须把二次侧控制信号传输至一次侧，以对MOSFET进行控制。

　　为了把控制信号从二次侧传输至一次侧，可选择高速数字隔离器加高低端驱动器芯片。图14显示了这种隔离式MOSFET高低端驱动器的原理图。

　　图 14 隔离式高低端驱动器的原理图

　　在本应用中，隔离式MOSFET拥有许多特点，其包括：

　　·结构简单，易于实现

　　·+600V全工作范围

　　·4kV ESD保护

　　·自举工作

　　另外，请注意高速数字隔离器的初始状态；否则，它会损坏主开关MOSFET。

　　表 1 高速数字隔离器功能表

　　（PU=上电；PD=掉电；X=无关；H=高电平；L=低电平）

　　3、固件设计

　　3.1 固件规范

　　3.1.1 功能规范

　　系统固件包括如下功能：

　　1、开/关。用户可通过按下开/关按钮开启或者关闭系统。软件设置必须启用这种功能。

　　2、自动开/关。如果需要开启状态，则系统会自动开启。当状态不适合向电网输电时，系统保持待机模式，并监控状态变化。如果系统已经开启，则当状态不适合供电时系统自动关闭。

　　3、软件启动开启。当系统必须开启时，其从零电流供给状态启动，同时PWM在零交叉点开启，从而减少给电网带来的冲击电流。

　　4、LED控制。系统拥有一个状态LED指示。当系统处在待机模式下时，相应LED每1.2秒闪烁一次。当系统开启时，LED每隔2.4秒闪烁一次。当出现故障时，LED持续亮起。

　　5、用户控制键。逆变器具有一个用户键。该用户键可开启或者关闭逆变器，并且还可以清除故障。当系统处在待机模式下时，如果该键被按下1秒以上，则如果条件符合系统便开启。如果系统已经开启，则当该键被按下1秒以上时，系统关闭。当出现故障且系统处在故障模式下时，按下该用户键1秒以上，可清除故障并再次进入待机模式。

　　3.1.2 测量

　　为了控制和监测系统状态，需计算下列测量结果：

　　·电网电压RMS

　　·电网频率

　　·逆变器的输出有效功率

　　·输入功率

　　·输入PV电压

　　·温度

　　3.1.3 保护

　　系统具有一些基本保护功能。

　　1、一次侧冲击电流保护。当短路或者主电感引起冲击电流时，PWM首选会进入CBC模式；但是，当CBC三次以上时，系统关闭并进入故障模式。

　　2、二次侧过电压保护。当SCR未正常开启时，出现二次侧超高压。系统关闭，并进入故障模式。

　　3、输出过电流保护。当输出电流量超出阈值时，出现输出过电流。系统关闭，并进入故障模式。

　　4、电网电压/频率过高/过低保护。如果系统已经开启，当电网电压/频率超出正常范围时，系统在五个电网周期内关闭。

　　5、反孤岛抑制保护。如果达到孤岛条件，则系统在4秒内关闭。如果恢复至正常状态，则系统在1秒内重新启动。

　　6、过温保护

　　3.1.4 入网转换器控制器

　　为了向电网输电，必须在系统中实现下列控制器算法：

　　1、锁相环（PLL）控制器。PLL控制器用于与电网电压同步，其可向电流控制器提供一个基准相。

　　2、入网电流控制器。电流控制器可确保输出电流为正弦波，并遵循电流基准，从而平衡输入功率和输出功率。

　　3、最大功率点追踪（MPPT）。MPPT用于让太阳能板进入最大功率输出状态。

　　3.2 固件结构

　　3.2.1 后台与任务

　　整个固件系统为一个前向后台系统。图15显示了该后台结构。

　　图15后台结构

　　本系统中，有一个1ms任务和四个4ms任务。

1、1ms任务A0。1ms定期任务。在这种任务中，LED控制执行。除此以外