【正文】 我們可以從以下幾個(gè)方面來選取電感值： （ 1）電流的紋波系數(shù) 并網(wǎng)逆變器輸出的濾波電感的值將直接影響輸出文波電流的大小，通過電感基本的伏安關(guān)系*diULdt?? 可得： 0onT ll UI dtL??? （ ） 其中 lU 為電感的電壓，當(dāng)輸出電壓在峰值附近即 0 gridUU? 時(shí)，輸出電流的紋波系數(shù)最大，設(shè)此時(shí)開關(guān)管的開關(guān)周期為 Ts，占空比為 ? ，則有： grid onl UTI L?? （ ） 另外根據(jù)電感的伏秒特性平衡原理，可得： ? ?? ?1g r i d s d c g r i d sU T U U T??? ? ? （ ） 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 41 于是可得占空比： dc griddcUUU? ?? （ ） 有以上各式可。 二、交流測輸出濾波電感的設(shè)計(jì) 在單相全橋逆變器中，逆變器輸出濾波電感的設(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵的元器件，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)要求逆變器輸出側(cè)的波形為正弦波，輸出側(cè)要實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為 1，就能夠?qū)崿F(xiàn)輸出電流與電網(wǎng)側(cè)電壓同頻同相。在電流方面，為了保證系統(tǒng)的工作安全，對開關(guān)管電流也要選取較大的裕量；逆變器的開關(guān)頻率為 10kHz，在散熱方面，為了保證開關(guān)管的充分散熱，采用了將 IGBT 固定在散熱器上的措施。 ：在 IGBT 開關(guān)過程中，會產(chǎn)生大量的開關(guān)損耗而使器件發(fā)熱，因此，在選擇器件時(shí)必須 綜合考慮系統(tǒng)的散熱條件 —— 最大集電極功耗 CMP 。在 IGBT 選擇中，需要注意以下幾個(gè)方面的問題： ：在 IGBT 工作過程中，集電極峰值電流 cMI 必須要處于 IGBT 開關(guān)安全工作區(qū)以內(nèi)。它是復(fù)合型功率開關(guān)器件，是 GTR和 MOSFET 復(fù)合而成。隨著光伏并網(wǎng)并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，主電路開關(guān)器件的選擇也需要具體考慮與研究。但在逆變器的設(shè)計(jì)中，由于輸出濾波電感電容的作用，使續(xù)流時(shí)間較長，容易燒壞 MOSFET。 逆變器電路設(shè)計(jì)與參數(shù)選擇 一、 IGBT 開關(guān)管的選擇 逆變器的功率開關(guān)器件的選擇至關(guān)重要，目前使用較多的功率開關(guān)器件有門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)，雙極結(jié)型晶體管 (BJT)，金屬氧化物功率場效應(yīng)管 (MOSFET)和絕緣柵極晶體管 (IGBT)等。 四、升壓電路二極管的選擇 Boost升壓斬波電路中的續(xù)流兼有防反作用的二極管應(yīng)該具有較低的通太電壓降和快速恢復(fù) 的特性。其承受的最大電壓為 400V，最大電流為 14A。 所以電容值的大小為： 0 sdc dcPTC U??? （ ） 其中 400dcUV? ， 0 1000PW? ， 2%?? ， ?? ， 510sTs?? 代入上式（ ）得： 510 00 10 2 40 0dcCF ??????? （ ） 在實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，當(dāng)開關(guān)管給電感充電時(shí)，后級逆變部分所需要的能量是由電容提供 的，所以給設(shè)計(jì)的電容留下充足的裕量，所以給電容留一定的 5倍以上的容量，本文采用 4500F? /450V的電容。 二、直流母線穩(wěn)壓電容參數(shù)的設(shè)計(jì) 升壓斬波電路輸出端電容的作用：①給直流母線 穩(wěn)壓②盡可能的濾除紋波電壓。但工作頻率過高則功率開關(guān)管的發(fā)熱和和損耗都會增加。開關(guān)頻率的選取時(shí)，應(yīng)該綜合考慮。 有以上各式可得電感的大小 ： 220(1 ) dc sUTL P????? （ ） 其中 0 1000PW? 為輸出功率。 整理可得： 11dcPVUU ?? ? （ ） 本系統(tǒng)中，太 陽能電池板陣列輸入電壓范圍是 60～ 140V，直流母線電壓為 dcU =380V，有上式（ ）可得m a x 4 0 0 6 0 0 . 8 5400d c P VdcUUU? ? ?? ? ?，m i n 4 0 0 1 4 0 0 . 6 5400d c P VdcUUU? ? ?? ? ?，所以本系統(tǒng)中boost升壓斬波電路中占空比 ? 的范圍是 ～ 。 根據(jù)伏秒平衡的定理，電感電壓在開關(guān)管的一個(gè)周期內(nèi)對時(shí)間的積分為零。因此，設(shè)計(jì)中選擇濾波元件總是盡量選取小的寄生電阻元件，且實(shí)際應(yīng)用中，是占空比調(diào)節(jié) ?? [14]。 圖 單相雙級光伏并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) Boost電路設(shè)計(jì)與參數(shù)選擇 圖 Boost 斬波電路 一、 Boost 升壓電感參數(shù)的設(shè)計(jì) 對于一般的 變換器來說，由于電感和電容寄生電阻的影響，隨負(fù)載電流增加，輸出電壓會下降，輸出電壓對占空比 ? 的敏感度下降，控制特性變差。 其驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)如圖 所示。尤其是上管驅(qū)動采用外部自舉電容上電 ， 使得驅(qū)動電源路數(shù)目較其他 IC 驅(qū)動大大減小。 圖 電網(wǎng)電壓同步信號采樣電路 七、 IGBT 驅(qū)動電路 IR2110驅(qū)動芯片 是美國國際整流器公司 (International Rectifier Company )利用自身獨(dú)有的高壓集成電路及無門鎖 COMS 技術(shù) ，于 1990 年前后開發(fā)并投放市場的大功率 MOSFET 和 IGBT 專用驅(qū)動集成電路 ， 已在電源變換 、 馬達(dá)調(diào)速等功率驅(qū)動領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。 六、電網(wǎng)電壓同步信號采樣電路設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 41 逆變器輸出的電壓只有與電網(wǎng)側(cè)的電壓幅值、相位、頻率一致時(shí)，才能并入交流電網(wǎng)之中。 圖 電網(wǎng)交流側(cè)過零比較電路 將電網(wǎng)電壓通過霍爾電壓傳感器，送入到 21倍的運(yùn)算放大電路中，然后驅(qū)動 三極管的開斷，產(chǎn)生方波信號，利用與非門產(chǎn)生數(shù)字信號送入 DSP 的 IOA8/cap 引腳，正向脈沖信號被 DSP 的捕捉到產(chǎn)生一個(gè)中斷。 五、電網(wǎng)交流側(cè)過零比較電路 由于 TMS320F2812芯片只能采集 TTL信號，所以需要硬件電路輔助實(shí)現(xiàn)將電網(wǎng)正弦波電壓信號轉(zhuǎn)換為 ，該脈沖信號和正弦波有相同的過零點(diǎn)。輸出端的電流信號串接合適的電阻即可轉(zhuǎn)換為一定范圍的采樣電壓信號。其額定電流為 100A/輸出額定電流為 50mA，電源電壓為 15V? 。其采樣調(diào)理電路如圖 所示。然后再將信號減半，通過 RC 濾波電路，經(jīng)過兩個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 41 串聯(lián)的肖特基二極管限幅送到 DSP 的 AD4 引腳。 圖 交流側(cè)電壓采樣電路 上圖中的輸入為霍爾電壓傳感器采集到的輸出信號，范圍為 [5V， +5V]。取得電壓傳感器的電壓幅值在 [5V， +5V]范圍內(nèi)。 三、交流側(cè)電壓采樣電路 交流側(cè)的電壓通過霍爾電壓傳 感器測得，本設(shè)計(jì)選用霍爾電壓傳感器型號為 HNV025A。其中的電壓跟隨器起到緩沖、隔離、帶負(fù)載能力提高的作用。 圖 直流側(cè)電流采樣電路 電流傳感器的實(shí)際和采樣輸出的比例為 1000： 1， R5 取樣電阻，將電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號。 二、直流側(cè)電流采樣電路 對于直流側(cè)電流的采樣，我們通過在直流輸入端串入一個(gè)電流傳感器來檢測直流側(cè)的電流 dcI ，把采集到的 光伏電池陣列輸出的直流電流和升壓斬波電路輸出的直流電流都送到 TMS320F2812芯片中。 圖 直流側(cè)電壓采樣電路 通過電壓霍爾采樣電路， R2 為功率電阻，用來確定原邊電流和被測電壓之比。 圖 片外擴(kuò)展 RAM 采樣和調(diào)理保護(hù)電路設(shè)計(jì) 一、直流側(cè)電壓采樣電路 直流側(cè)電壓的采樣，我們通過在直流輸入端串入一個(gè)電壓霍爾傳感器來檢測直流側(cè)的電壓，把采集到的光伏電池陣列輸出的直流電壓和升壓斬波電路輸出的直流電壓都 送到 TMS320F2812 芯片中。本設(shè)計(jì)選用 CY7C1021（ 64K）的片外 RAM，只需將它的 A0A15 引腳直接和 DSP 的XA0XA15 數(shù)據(jù)線相連， IO0IO15 與 DSP 的 XD0XD15 地址線相連。 圖 電平轉(zhuǎn)換 緩沖電路的作用是用來解決電路中信號可能受到大的干擾，產(chǎn)生大的脈沖波，用來消除干擾，減少對控制芯片內(nèi)部器件沖擊，其連接電路如圖 所示。 由于 TMS320F2812 采用的是畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 41 ，所以 MAX202E 與 TMS320F2812芯片之間必須加電平轉(zhuǎn)換電路。 圖 A/D 轉(zhuǎn)換電路 四、電平轉(zhuǎn)換和緩沖電路 在新一代電子電路設(shè)計(jì)中 ， 隨著低電壓邏輯的引入 ， 系統(tǒng)內(nèi)部常常出現(xiàn)輸入 /輸出邏輯不協(xié)調(diào)的問題 ， 從而提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。通常模擬信號的采集需要用到電壓互感器、電流互感器、壓力傳感器、霍爾元件等把大的信號轉(zhuǎn)化為弱電信號，然后經(jīng)過調(diào)理電路才能送入 DSP。其接線如圖 所示。 SCI 模塊采用標(biāo)準(zhǔn)非歸 0 數(shù)據(jù)格式，可以與 CPU 或其他通信數(shù)據(jù)格式兼容的異步外設(shè)進(jìn)行數(shù)字通信。 圖 輔助電源電路 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 41 三、 2 路串行通信 SCI 接口電路和 A/D 轉(zhuǎn)換電路 2 路串行通信接口（ SCI）是采用雙線通信的異步串行通 信接口，即通常所說的 UART 口。為TPS767D318提供 5V輸入，就可以得到輸出電壓分別為 ，每路的最大輸出電流為 750mA，并且提供兩個(gè)寬度為 200ms 的低電平復(fù)位脈沖。與 比， 。 圖 JTAG 接口電路 TMS320F2812 采用了雙電源供電機(jī)制，以獲得更好的電源性能，其工作電壓為 和 。 JTAG接口用于連接 DSP 系統(tǒng)板和仿真器， 實(shí)現(xiàn)仿真器 DSP 訪問， JTAG的接口必須和仿真器的接口一致，否則將無法連接上仿真器。標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG接口是4 線 —— TMS、 TDI、 TDO、 TCK，分別是模式選擇、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出和時(shí)鐘。其電路原路如圖 所示。當(dāng)按鈕松開時(shí)，由于電容上的電壓不能突變，所以通過電阻 R22 進(jìn)行充電，充電時(shí)間由 R22 和 C26 的乘積值決定，一般要求大于 5 個(gè)外部時(shí)鐘周期。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 41 圖 DSP 芯片和 時(shí)鐘晶振 通過按鈕實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。因?yàn)榫д竦念l率越高 DSP 運(yùn)行速度就越快，越能夠滿足 DSP 處理能力的要求。連接起振電容是為了保證正常的起振，對振蕩頻率的影響極小。 一、 時(shí)鐘晶振電路和復(fù)位電路 通過晶振電路的作用為 DSP 系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號。它是由 Altium 公司在 2021 年推出的，是目前最受歡迎的電子線路設(shè)計(jì)軟件，利用它可以方便地設(shè)計(jì)各種電路原理圖和 PCB 圖。 DSP 外設(shè)部分的連接如圖 所示。因此， CPU 將所有的外設(shè)都映射到了數(shù)據(jù)存儲器空間。 56個(gè)可配置通用目的 I/O引腳，先進(jìn)的仿真調(diào)試功能，低功耗模式和省點(diǎn)模式。 ，串行外設(shè)接口（ SPI）、兩個(gè) UART 接口模塊（ SCI）、增強(qiáng)的 塊、多通道緩沖串口（ McBSP）。三個(gè)外部中斷，外設(shè)中斷擴(kuò)展模塊（ PIE）支持 45 個(gè)外設(shè)中斷、三個(gè) 32 位 CPU 定時(shí)器、 128 位保護(hù)密碼。引導(dǎo)（ BOOT） ROM,外部存儲器擴(kuò)展接口。 32 位 CPU，哈佛結(jié)構(gòu)、快速中斷響應(yīng)和處理能力、統(tǒng)一尋址模式、高效的代碼轉(zhuǎn)換功能。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 41 圖 DSP 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 通過 DSP 的結(jié)構(gòu)可以歸納出 DSP 的以下特點(diǎn)： COMS技術(shù)，主頻達(dá) 150MHz（時(shí)鐘周期 ）、功耗低、 Flash 編程電壓為 。這種芯片集成了 128KB 的 Flash 儲存器， 4KB的引導(dǎo) ROM，數(shù)學(xué)運(yùn)算表以及 2KB 的 OTPROM，因此能夠大大改善其應(yīng)用的靈活性。諾依曼結(jié)構(gòu)的處理器相比有了本質(zhì)的改進(jìn)，為復(fù)雜信號處理算法和控制算法的實(shí)現(xiàn)提供了良好的實(shí)現(xiàn)平臺 [11]。其一是Cooley 和 Tuckey 對離散傅立葉變換的有效算法的解密，另一個(gè)就是可編程數(shù)字信號處理器在 20 世紀(jì) 60 年代的引入。 數(shù)字信號處理器是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ玫奶幚碓O(shè)備，以數(shù)值計(jì)算的方式對信號進(jìn)行采集、變換、綜合、估計(jì)與識別等加工處理，從而達(dá)到拾取信息和控制的目的。與模擬信號處理系統(tǒng)相比，數(shù)字信號處理技術(shù)及設(shè)備具有靈活、精確、快速、坑干擾能力強(qiáng)、設(shè)備尺寸小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，所以目前大多設(shè)備采用數(shù)字技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。所以需要增加一個(gè) DC/DC 升壓變換電路來升高直流母線電壓，采用閉環(huán)控制來實(shí)現(xiàn)直流母線電壓的穩(wěn)定。它包括直流升壓 斬波電路變換、DC/AC 工頻變換以及 LCL 濾波器等部分，其中 Ugrid 表示電網(wǎng)側(cè)的電壓。即使光伏電源的功率與局部電網(wǎng)負(fù)載的功率平衡時(shí)，也會通過擾動破壞功率平衡，造成系統(tǒng)的電壓、頻率和相角有明顯變化，從而能夠檢測出孤島效應(yīng)。主動檢測法是通過并網(wǎng)逆變