两级拓扑结构的离网型光伏逆变器设计

推挽变换电路适用于中小功率场合和低压大电流输入，满足本系统要求。推挽变换电路如图2中DC-DC升压电路所示。

MOSFET管V1和V2是由SG3525芯片的两个引脚Output A(脚11)和Output B(脚14)输出的两组PWM控制信号，通过控制使V1、V2以相同的开关频率交替导通，且每个开关管的占空比均小于50%，以留出一定死区时间避免V1和V2同时导通，将直流输入电压转换成高频交流信号。通过变压器传送到次级，再经过全波整流和滤波后得到所期望的直流电压。

(3)DC/AC部分

DC/AC逆变环节的作用是将前级输出的330V直流电逆变成用户终端所需要的220V正弦交流电，供负载使用。常用逆变器的拓扑有单相全桥和单相半桥两种形式，本文选用单相全桥式逆变器完成DC/AC变换，因为全桥比半桥具有更高的直流电压利用率，且电路结构简单、容易控制。

另外，电容C2作为连接升压与逆变的中间环节，作用是减小逆变输入电压的脉动，保证逆变输出稳定的正弦交流电^[3]。

4 控制电路设计

4.1 C8051F330芯片

本文选用的C8051F330芯片是美国Silabs公司生产的一款完全集成的混合信号片上系统型MCU。内置高速流水线结构的8051兼容的CIP-51内核、全速非侵入式的系统调试接口、768字节片内RAM、8KB可在系统编程的FLASH存储器、17个I/O端口、真正带模拟多路器的10位200ksps的16通道单端/差分ADC、高精度可编程的25MHz内部振荡器、4个通用的16位定时器、可编程计数器/定时器阵列(PCA)、VDD监视器和温度传感器等数字资源。因此，这款芯片可完全满足离网型光伏逆变器的要求。

C8051F330除了具有以上数字资源外，还有几个非常关键的特点。一个是Silicon Labs二线(C2)开发接口，它允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式(不占用片内资源)、全速的在系统调试;一个是优先权交叉开关译码器，它按照预先设定的优先权，灵活地给片内各数字资源分配端口引脚;还有一个是C8051系列的芯片，与8051完全兼容，因此可以很方便地进行开发和应用^[4]。

4.2 SG3525芯片

随着功率MOSFET在开关变换器中广泛使用，美国硅通用半导体公司(Silicon General)推出SG3525。SG3525是电流控制型PWM控制器，用于驱动N沟道功率MOSFET。它的工作电压范围宽：8V~35V;振荡器工作频率范围宽：100Hz~400kHz，并且同时具有振荡器外部同步功能。该芯片另一个重要特点是，可以同时输出两路PWM信号。除此以外，芯片还具有欠电压锁定功能，内置软启动电路和锁存器。它的输出方式为推挽式，不但开关速度更快，而且驱动能力更强。因此，这款芯片是目前比较理想的新型控制器。

图4是SG3525芯片的内部结构。在应用中，SG3525的CT端(脚5)接振荡电容，RT端(脚6)接振荡电阻。Discharge端(脚7)是振荡器放电端，该端与脚5之间外接放电电阻，构成放电回路。输出反馈信号加在误差放大器(EA)的反相端(脚1)，与脚2的参考电压比较后产生误差信号以调制输出信号的脉宽。Output A(脚11)和Output B(脚14)分别是输出端A和B，输出两组PWM信号，用以驱动功放MOSFET，当输人电压或负载发生变化时，PWM信号的脉宽会随之而变，以稳定输出电压。Soft-Start端(脚8)是软启动电容接入端，该端通常接一个电解电容以实现软启动。Shutdown端(脚10)是外部关断信号输入端，连接从MCU送来的控制信号，当过流或短路时该端接高电。OSC.Output端(脚4)振荡器输出被禁止，以实现故障保护。

4.3 控制方案实现

1)蓄电池充、放电控制。MOSFET管Q1的栅极是由C8051F330单片机的一个I/O口输出的控制信号控制。当蓄电池电压低于设定值VD时，MCU跳过PCA，I/O口直接输出高电平信号，打开MOSFET管Q1，使太阳能电池板向蓄电池充电。达到充电电压上限VH后，MCU接入PCA，改为PWM方式充电。充电的脉宽随着蓄电池电压的升高而逐渐变窄。达到充电上限VH后，再次跳过PCA，I/O口输出低电平，关断充电。

2)直流输出控制。直流输出MOSFET管也是由C8051F330单片机的一个I/O口控制。当电压采样电路检测出蓄电池的电压低于欠压限值PD时，MCU输出关断信号，放电停止;当检测出的电压高于恢复限值PG时，MCU输出开启信号，使放电MOSFET导通，开始放电。在PD和PG之间时，MCU的输出保持不变。

3)电压采样电路控制。直流电压选用霍尔传感器进行检测，传感器型号则选用LEM公司型号为LV100的电压传感器，具有精度高、线性度好、频带宽、抗干扰能力强等优点，同时它也是霍尔效应的闭环电压传感器，所以原副边具有非常良好的隔离作用。交流电压传感器的型号为CHV-50P，具有过载能力强、性能稳定可靠、易于安装、原副边电气隔离等优点。不管直流还是交