并⽹型逆变器的设计⽅案
导读：光伏发电作为新能源开发利⽤的重要内容，对于解决能源和环境问题，有着深远的意义。逆变器是光伏发电过程中的重要环节。⽂中对逆变系统的拓扑结构进⾏了研究，设计了以⾼频升压和全桥逆变为拓扑结构的逆变系统，再配合有源滤波，为太阳能的进⼀步开发利⽤起到⼀定的作⽤。
在能源⽇益紧张的今天，光伏发电技术越来越受到重视。太阳能电池和风⼒发电机产⽣的直流电需要经过逆变器逆变并达到规定要求才能并⽹，因此逆变器的设计关乎到光伏系统是否合理、⾼效、经济的运⾏。
1 光伏逆变器的原理结构
光伏并⽹逆变器的结构如图1所⽰，主要由前级DC/DC变换器和后级DC/AC逆变器构成。其基本原理是通过⾼频变换技术将低压直流电变成⾼压直流电，然后通过⼯频逆变电路得到220V交流电。这种结构具有电路简单、逆变电源空载损耗很⼩、输出功率⼤、逆变效率⾼、稳定性好、失真度⼩等优点。 李逢鹏 图1 光伏逆变器结构图
逆变器主电路如图2所⽰。DC/DC模块的控制使⽤SG3525芯⽚。SG3525是双端输出式SPWM脉宽调制芯⽚，产⽣占空⽐可变的PWM波形⽤于驱动晶闸管的门极来控制晶闸管通断，从⽽达到控制输出波形的⽬的。 作为并⽹逆变器的关键模块，DC/AC模块具有更⾼的控制要求，本设计采⽤TI公司
的TMS320F240作为主控芯⽚，⽤于采集电⽹同步信号、交流输⼊电压信号、调节IGBT门极驱动电路脉冲频率，通过基于DSP芯⽚的软件锁相环控制技术，完成对并⽹电流的频率、相位控制，使输出电压满⾜与电⽹电压的同频、同相关系。 滤波采⽤⼆阶带通滤波器，是有源滤波器的⼀种，⽤于传输有⽤频段的信号，抑制或衰减⽆⽤频段的信号。其可以有效地滤除逆变后产⽣的⾼频⼲扰波形，使逆变后的电压波形达到并⽹的要求。
水质改良
图2 逆变器主电路
2 DC/DC控制模块
SG3525是专⽤于驱动N沟道功率MOSFET的PWM控制芯⽚。SG3525的输出驱动为推拉输出形式，可直接驱动MOS管；内部含有⽋压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，具有过流保护功能，频率可调，同时能限制最⼤占空⽐。其2个输出分别接2个MOS管控制其开断，为了提⾼对推挽式DC/DC⾼频升压过程有效的控制，提⾼频宽调制的准确性，相应设计了检测电路，检测输出电流、电压，然后反馈到控制芯⽚。检测电路包括偏磁检测电路、电压反馈采样 电路、电流反馈采样电路。SG3525控制模块结构如图3.
图3 SG3525主控芯⽚框图
通乳器
3 DC/AC控制模块
3.1 TMS320F240控制核⼼
TMS320F240是美国TI公司的定点式数字信号处理器芯⽚，硬件架构以16位为基本数据处理单元，它集成了⾼性能DSP内核，并且有着丰富的外设功能，处理速度快。DSP系统的外围电路包括时钟电路、复位电路、电源电路等，配合各种信号检测电路、驱动电路，以达到对逆变系统的波形控制、脉宽调制、故障保护等要求，其结构图如图4.
图4 TMS320F240主控芯⽚框图
3.2 电压和电流检测电路
（1）电⽹电压过零检测电路
逆变后交流电的电压必须与电⽹电压同相、同频才能并⽹，因此要对输出电压进⾏锁相控制。由于输出的电压信号为正弦波，⽽控制芯⽚只能识别TTL电平信号，因此需要⼀个电路将正弦波信号转换为控制芯⽚可以识别的TTL电平信号。本设计中⽤LV25P电压传感器，将电⽹电压采集并转换成与电⽹电压等相位的低电压脉冲信号，经过⼀组⽐较器电路，可以输出⼀组与电⽹电压同相的低压⽅波信号。当被检测的电⽹电压超过零点，则输出⾼电平。电⽹电压过零检测电路如图5所⽰。
图5 电⽹电压过零检测电路
电⽹电压过零检测电路得到的⽅波信号，经过双施密特反相电路将信号送到DSP芯⽚的捕
获引脚上，捕获单元在检测到上升沿时触发中断，进⾏锁相。
（2）交流电流检测电路
交流电流检测电路使⽤CSM300LT闭环式电流传感器，如图6.CSM300LT是应⽤霍尔效应闭环原理的电流传感器，在电隔离条件下测量交流电流。当交流电通过传感器时，传感器将电流信号转换成电压信号送给信号调理电路，经处理后输⼊到DSP芯⽚的管脚。调理电路由RC滤波电路和⼆组集成运放隔离电路组成。
图6 交流电流检测电路
金属磷化 4 辅助电源
逆变器的控制电路、信号采集电路及开关管驱动电路等需要不同的适应电源，因此需要⼀个独⽴的电源为其供电。所设计辅助电源输出的电压分别为+15V、-15V、+5V三种，采⽤单端反激式DC/DC拓扑结构，运⾏稳定、可靠，辅助电源电路的基本电路如图7所⽰。
图7 单端反激式辅助电源
5 有源滤波
有源滤波采⽤⼆阶带通滤波器，它是由运算放⼤器和阻容元件组成的⼀种选频⽹络，⽤来滤除逆变过程中产⽣的⾼次谐波，其原理是通过设置电路参数允许某⼀个通频带范围内的信号通过，⽽⽐通频带下限频率低和⽐上限频率⾼的信号均加以衰减或抑制，如图8.
图8 ⼆阶带通滤波器
通带增益礼花发射器
中⼼频率
通带宽度
品质因数
6 结语
基于光伏并⽹逆变器的基本原理和控制策略，设计了并⽹型逆变器的结构，其采⽤了内置⾼频变压器的前后两级结构，即前级DC/DC⾼频升压，后级DC/AC⼯频逆变。该设计模式具有电路简单、性能稳定、转换效率⾼等优点。
技术资料出处：电⼦技术设计
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