基于Microchip dsPIC33CK256MP505 高性能DSP開發(fā)的250W微逆變電源方案

隨著傳統(tǒng)化石能源的供應不穩(wěn)定因素增加以及國家碳達峰，碳中和的要求，太陽能、風能等可再生能源需求急增；同時戶外運動的不斷普及也給便攜式儲能電源的發(fā)展帶來了前所未有有機遇，另外隨著我們經(jīng)濟不斷發(fā)展；智能家電在人民日常生活中廣泛應用，家用儲能電源也日益得到人民的重視，這些行業(yè)領域的應用需求推動了逆變電源轉換的巨大發(fā)展。如何實現(xiàn)可靠穩(wěn)定并網(wǎng)運行、降低轉換損耗、增加功率密度，降低開發(fā)難度及開發(fā)周期是廣大電源研發(fā)工程師的關注焦點。Microchip的Level4純數(shù)字電源方案，將為新能源儲能逆變這個行業(yè)提供完美的解決方案。

大多數(shù)情況下，大規(guī)模使用可再生資源會帶來成本問 題，需要進一步的研究使其具有成本效益。PV系統(tǒng)（也稱為太陽能微型逆變器）作為一種便捷和前景廣闊的可 再生能源，在過去多年已獲得眾多關注。與風能等其它形式的可再生能源相比， PV能源系統(tǒng)具備許多優(yōu)勢。 PV能源的主要缺點是硅太陽能電池板的制造成本高， 且轉換效率低。憑借先進的晶體電池板制造技術和高效 的電能轉換器設計，可以使 PV 項目具有成本效益。 將太陽能電池板的輸出電壓轉化成可使用的直流或交流 電壓這一過程必須在其最大功率點（Maximum Power Point， MPP）完成。 MPP 是 PV 模塊向負載傳送最大能量時的 PV 輸出電壓。

將太陽能微型逆變器模塊接入電網(wǎng)包含兩大主要任務。 一是確保太陽能微型逆變器模塊工作于最大功率點 （MPP） 。二是將正弦電流注入電網(wǎng)。由于逆變器接入電網(wǎng)，因此必須符合公共事業(yè)機構給定的標準。有必要考慮 EN61000-3-2、 IEEE1547 標準和美國國家電氣規(guī)范（NEC）690。這些標準所規(guī)定的事項包括電能質量、孤島效應檢測和接地等。 這些逆變器必須能夠檢測孤島運轉情況，并采取適當措 施以防止對接入電網(wǎng)的設備造成整體損害和破壞。孤島運轉是指當由于事故或損壞的原因而有意移除電網(wǎng)后， 逆變器仍然繼續(xù)工作。換言之，如果電網(wǎng)已經(jīng)從逆變器 移除，逆變器應該隨即停止嘗試將電力提供給電網(wǎng)或為 電網(wǎng)提供能量。 目前最常見的太陽能技術是單晶硅模塊和多晶硅模塊。這些PV模塊的MPP電壓范圍通常被限定在27V至45V 的范圍內，發(fā)電量約為 200W，開路電壓低于 45V。

此電路設計的優(yōu)點如下：

1. 交錯反激轉換器可減小通過大容量輸入電解電容的紋波電流的 RMS，從而延長電容的壽命。
2. 交錯操作還可減小輸出電流紋波，從而降低輸出電流的THD。
3. 測量電網(wǎng)電壓，此電壓是鎖相環(huán)（PLL）、輸出電流控制和系統(tǒng)孤島運轉所必需的。要實現(xiàn)將逆變器輸出電壓與電網(wǎng)電壓同步以及進行系統(tǒng)孤島效應檢測，必須先測量逆變器的輸出電壓。
4. 測量電網(wǎng)電流，確保逆變器提供的正弦電流與電網(wǎng)同相。

測量 PV 電壓和反激 MOSFET 電流，以進行 MPP 檢測。此外還測量兩個 MOSFET 電流以確保兩個轉換器之間的負載平衡。

?場景應用圖

?產(chǎn)品實體圖

?展示板照片

?方案方塊圖

?核心技術優(yōu)勢

方案核心器件列表：(均為工業(yè)級以上) No. 品牌 原廠型號 類別1_MCU / Connectivity / Sensor 1 Microchip dsPIC33CK256MP505 MCU 2 Microchip MCP14E4-E/SN MOSFET DRIVER 3 Microchip MCP16301T-I/CHY BUCK 4 Microchip MCP1700T-3302E/MB LDO 5 Microchip MCP9700-E/LT TEMP SENSOR 6 Microchip MCP6022T-I/SN OPA 7 Infineon IPB60R190C6 MOSFET 8 National LM5008AMM/NOPB BUCK Semiconductor 9 Infineon IRFS4321TRLPBF MOSFET 10 Vishay/Siliconix SI7115DN-T1-GE3 MOSFET 核心技術優(yōu)勢： 1、高速DSP運算： 主控制器MICROCHIP DSP dsPIC33CK256MP505為高性能數(shù)字電源專用控制器，DSC工作頻率為100MHz，單指令周期運行。 2、高分辨率PWM

?方案規(guī)格

輸入功率： 250W (max)；
輸出功率： 215W (max)；
開路PV電壓： 53Vdc；
最大功率點跟蹤： 99.5%；
MPPT電壓： 25~45Vdc；

AC輸出電壓范圍： 210Vac~264Vac(230Vac), 90Vac~140Vac(120Vac)；

輸出TDD： <5%； 輸出功率因數(shù)： 0.95；?

峰值效率： 94.5%（230Vac unit-nominal Condition）；

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