用微型逆变器优化太阳能系统

制的片上外设集，已广泛应用于传统的太阳能电池板逆变器拓扑中。新推出的Piccolo系列C2000系列微控制器是经济款，该系列的最小封装只有38个引脚，但其架构更先进、外设也得到增强，从而可把32位实时控制的好处带给要求低总体系统成本的微型逆变器等应用。

此外，Piccolo MCU系列的各款产品都集成了两个用于时钟比较的片上10MHz振荡器，以及带上电复位和掉电保护的片上VREG、多个高分辨率150ps的PWM、一个 12位4.6兆次采样/秒的ADC以及I2C(PMBus)、CAN、SPI和UART等通信协议接口。图3显示了一个与基于微型逆变器的光伏系统一起使用的计算机系统配置。

图3 面向基于微逆变器PV的系统的MCU系统包含CPU、存储器、电源及时钟、外设

性能是微型逆变器的关键特性。尽管Piccolo系列器件相比其它C2000 MCU产品尺寸更小、价格更低，但其功能却有提升，例如它具有可为CPU分担处理复杂高速控制算法的可编程浮点控制律加速器(CLA)，从而使CPU无需处理I/O和反馈回路，在闭环应用中，可使性能提高5倍。

光伏电池的挑战

基于太阳能发电系统的缺点之一是转换效率。太阳能电池板能从每100mm2的光伏电池获取约1mW的平均电能。典型效率约为10％。光伏电源的功率系数(即在阳光一直照射的条件下，太阳能电池实际产生的平均电能与理论上可产生的电能之比)约为15％至20％。有多种原因导致这一结果，包括阳光本身的变化，如夜间完全消失，以及即使在白天，阴影和天气条件也常常导致光照减少。

光电转换为效率计算引入了更多变数，包括太阳能电池板的温度及其理论峰值效率。对设计工程师来说，另一个问题是光伏电池产生的电压约有0.5V 不规则变化。当选择能量转换拓扑时，这种变化会带来严重影响。例如，对低效的能量转换技术来说，它有可能消耗掉所采集到的很大一部分光伏电能。

为适应太阳不是全天24小时都照射这一事实，太阳能供电系统要包含电池以及给电池高效充电所需的复杂电子器件。当电池被集成到系统中时，电池充电需要额外的DC/DC转换电路，同时还需要电池管理和监控。

许多由太阳能供电的系统还与电网对接，从而要求相位同步和功率因数校正。还有许多需要复杂控制的使用环境。例如，必须内置故障预警机制以防范公共电网的停掉电等事件。这些仅仅是设计工程师必须要考虑的头等大事。