太阳能发电控制逆变器设计

PWM信号，用以驱动功放MOSFET。当输入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。脚8接一个电解电容以实现软启动。脚4和脚l0接有从MCU送来的控制信号，当过流或短路时会停止SG3525的振荡输出。脚9与一个比较器的输出端相连。当短路发生时，比较器翻转，将脚9的电平拉低，立即关断输出。

图3 SG3525的原理图

　1.5 功放

样机的功放采用全桥电路。由SG3525的脚l1和脚14送来的信号，又各自分成两路。一路直接驱动全桥的下管，另一路经过自举电路倒相后驱动上管。由于SG3525提供的两个信号问存在一个死区，所以防止了同一侧桥臂的上下两管直通。在两个下管的源极与地之间接有一个采样电阻，采到的电流信号用于过载和短路的判断。

2 MCU软件设计

2.1 主要功能的实现方案

（1）蓄电池充电控制充电MOSFET的栅极由MCU的一个I／O口控制。当蓄电池电压低于直充阈值时，MCU跳过PCA，直接输出一个高电平信号打开充电MOSFET，使太阳板不间断地向蓄电池充电。蓄电池电压超过后，MCU接人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。达到充电上限后，再次跳过PCA，输出一个低电平，完全关断充电。

（2）直流输出控制直流输出MOSFET也由MCU的一个I／O口控制。蓄电池的电压低于欠压阈值时，MCU输出关断信号，停止放电。高于恢复阈值时，输出开启信号。

（3）直流和交流过载保护相关标准对户用太阳能逆变器规定：逆变器过载20％时应输出不少于一分钟，过载50％时输出不少于10S。程序巾定义了一个名为“过载量”的参数，它等于过载电流采样值对持续时间的累积。一旦过载发生，程序便开始计算过载量。当过载量达到设定值时立即关断输出。

（4）直流和交流短路保护当检测到短路发生时，立即启动优先级最高的外中断程序，向SG3525的脚4和脚10送出短路保护信号，关断其输出。同时，切断为逆变器供电的继电器，使逆变器电源中断。

（5）LED指示当检测到太阳板的电压时，“发电”LED点亮。当蓄电池电压降到欠压阈值后，“欠压”LED点亮，只有电压升到恢复阈值，“欠压”LED才会熄灭。无论交流或直流的短路、过载故障发生，“过载”LED都会点亮。必须关机才能使其熄灭。在逆变器正常输出时，“输出”LED点亮。

2.2 主程序流程图

图4是主函数的流程图。单片机上电后先初始化系统，允许中断，开启PCA。随后进入无限循环。

在每个循环中依次完成下列任务：

（1）根据蓄电池电压设置蓄电池的标志位，以决定直流输出管的开关状态。

（2）根据直流开关和交流开关的状态（开或关）设置标志，以决定样机是否开启相应功能。

（3）查询有无过载发生。如果有，则进入过载子程序，计算过载量并进行相应的处理。

（4）根据各种电气参数和工作状态，确定LED指示灯的亮、灭。

在主函数之外，还有6个中断函数。其中定时器0、定时器1和定时器2中断分别为PCA、直流过载保护和交流过载保护提供时基。直流短路中断和交流短路中断都是外中断，一旦进入，会马上切断振荡信号和功率管的电源，以保护样机。PCA中断在下面另作介绍。

图4主程序流程图

图5PCA中断流程图2.3 过载保护流程图

直流过载和交流过载的保护程序基本上是相同的。以直流过载保护为例，它是由图6所示的直流过载保护程序和图7所示的定时器l中断程序配合实现的。每当检测出过载，程序立即启动定时器1，同时根据过载的程度，为一个“过载常数”赋值。定时器1每次溢出即进入中断，对过载常数进行累加以得到过载量。一旦过载量达到设定的阈值，MCU就会关断输出。

如果在连续的45S钟内未检测到过载，程序便自动将过载量清零。这样，就防止了偶然干扰所造成的过载会累计至过载阈值，使样机进入过载保护。

图6直流过载保护流程图

图7定时器1中断流程图

3 实验结果

对样机进行检测的结果如下：

（1）设定Vo=13.5V，VH=14.4V。当蓄电池电压低于13.5V时，充电管完全打开；高于14.4V时，充电管完全关断。在13.5V和14.4V之间为PWM充电方式，输出脉冲的宽度随蓄电池电压的升高而减小。

（2）设定=11.0V，VR=13.3V。电池电压处在11.0V和14.4V之间时，样机有稳定的直流或／和交流输出。当电压降低到11.0V以下时，MCU自动切断输出，同时“欠压”LED点亮。直到蓄电池电压恢复到l3.3V后，才可继续供电。

（3）蓄电池电压在11.0V～14.4V之间变化，负载在0～100％之间变化时，逆变器的输出电压变动不大于额定输出电压的5％。

（4）过载在12O一150％范围内时，样机在60S后关机。在15