基于TMS320F2802的实施并网微型太阳能逆变器设计

）

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，PLL控制器也位于该任务中。
2、4ms任务A1。A1 4ms定期任务。状态机处理器。
3、4ms任务A2。A2 4ms定期任务。所有测量均在该任务中计算。
4、4ms任务A3。A3 4ms定期任务。用户键检测便在这里，同时检测超出或者未达到运行状态范围，并发出故障指令。
5、4ms任务A4。A4 4ms定期任务。MPPT控制器与调试支持。

3.2.2 系统状态机

图16状态机

图16显示了任务A1中处理的状态机。不同状态代表不同的运行模式。
本系统中共有4种状态模式：
上电
待机
开启
故障

上电模式是系统上电的一种过渡模式。在这种模式下，系统进行一些初始化，之后，系统便自动进入待机模式。

待机模式是系统等待开启指令的一种模式。所有PWM和SCR控制信号都关闭。在这种模式下，所有测量均有效。系统探测外部状态，并检查系统是否可以开启。
当系统成功地从待机模式启动以后，系统进入开启模式。这种模式下，所有PWM和SCR控制信号均开启。系统开始向电网输电。

如果出现故障，系统进入故障模式，所有PWM和SCR控制信号均关闭。如果故障清除，则系统自动返回待机模式。

3.2.3 中断服务程序
本系统的中断服务程序（ISR）具有如下功能：
读取ADC结果和部分测量计算。
入网电流控制器
SCR开/关控制
紧急保护。一次侧冲击电流、二次侧过电压和输出电流保护。
调试支持。把调试数据记录到缓冲器。