【正文】 方法，即把變換器的輸出頻率范圍劃分成若干頻段，每個頻段內(nèi)都保持載波比N為恒定，在輸出頻率的高頻段采用較低的載波比，以使載波頻率不致過高。各頻段的載波比應(yīng)該都取3的整數(shù)倍且為奇數(shù)。 關(guān)于SPWM的開關(guān)頻率SPWM調(diào)制后的信號中除了含有調(diào)制信號和頻率很高的載波頻率及載波倍頻附近的頻率分量之外，幾乎不含其它諧波，特別是接近基波的低次諧波。當(dāng)載波頻率越高時(shí)，SPWM的基波就越接近期望的正弦波。另外，開關(guān)瞬間電壓或電流的急劇變化形成很大的或，會產(chǎn)生強(qiáng)的電磁干擾；高頻還會在線路和器件的分布電容和電感上引起沖擊電流和尖峰電壓。 SPWM發(fā)生電路由于本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)軟件生成單極性SPWM波型，其電路比用模擬芯片搭建的電路要簡單很多。每個與非門再由兩個非門來擴(kuò)展成兩路輸出，以組成4路SPWM控制全橋逆變電路。采用隔離驅(qū)動方式時(shí)需要將多路驅(qū)動電路、控制電路、主電路互相隔離，以免引起災(zāi)難性的后果。美國IR公司生產(chǎn)的IR2110驅(qū)動器。2IR2110內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)：IR2110采用HVIC和閂鎖抗干擾CMOS制造工藝，DIP14腳封裝。50V/ns，15V下靜態(tài)功耗僅116mW；輸出的電源端（腳3,即功率器件的柵極驅(qū)動電壓）電壓范圍10～20V；邏輯電源電壓范圍（腳9）5～15V，可方便地與TTL，CMOS電平相匹配，而且邏輯電源地和功率地之間允許有177。 。如上所述IR2110的特點(diǎn)，可以為裝置的設(shè)計(jì)帶來許多方便。 IR2110的內(nèi)部功能框圖高壓側(cè)懸浮驅(qū)動的自舉原理：。假定在關(guān)斷期間已充到足夠的電壓（≈VCC）。此時(shí)VC1可等效為一個電壓源。經(jīng)短暫的死區(qū)時(shí)間（）之后，為高電平，開通，VCC經(jīng)，給充電，迅速為補(bǔ)充能量。自舉電容的選擇：工程應(yīng)用則取。自舉二極管的選擇：自舉二極管是一個重要的自舉器件，它應(yīng)能阻斷直流干線上的高壓，二極管承受的電流是柵極電荷與開關(guān)頻率之積。自舉電容的參數(shù)選擇：在逆變電路中我們采用功率開關(guān)管IRF540。IRF2110的電壓VCC=15V。 實(shí)際驅(qū)動電路 過零檢測電路由于頻率檢測和相位調(diào)整的需要，要對正弦波進(jìn)行過零檢測以產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。LM393的輸出需要用上拉電阻，否則輸出電平不穩(wěn)定。由于片內(nèi)AD只能轉(zhuǎn)換電壓量，因此電流量要相應(yīng)地轉(zhuǎn)換成電壓量。當(dāng)采集直流側(cè)電量時(shí)，只需把被測電量分壓即可。電壓、 電壓、電流的AD轉(zhuǎn)換接線4 軟件設(shè)計(jì)本次應(yīng)用程序設(shè)計(jì)所應(yīng)用到的相關(guān)編譯軟件為WinAVR、AVR Studio 4和Proteus仿真軟件。具體過程：（1）分配寄存器地址、生成SPWM正弦表格；（2）初始化初始化I/O口、T/C0定時(shí)器T/C1定時(shí)器和外部中斷；（3）判斷是否出現(xiàn)故障；（4）關(guān)機(jī)。相位跟蹤一般采用鎖相環(huán)技術(shù)(PhaseLocked Loop,PLL)來實(shí)現(xiàn)。 鎖相環(huán)控制原理(APLLAnalog PLL)，它由鑒相器(PD)、低通濾波器(LF)、壓控振蕩器(VCO)組成。低通濾波器濾除中的高頻信號后得到，再由來控制壓控振蕩器來改變輸出信號的頻率和相位來逼進(jìn)的頻率和相位。APLL、DPLL、HPLL都是以硬件方式實(shí)現(xiàn)鎖相功能的，有著較為復(fù)雜的硬件電路，還遇到一些硬件不可避免的問題，諸如直流零點(diǎn)漂移、器件飽和、器件老化。PDLFVCO本論文基于AVR Atmage16單片機(jī)來進(jìn)行光伏并網(wǎng)控制，所以可以比較方便的采用目前較為先進(jìn)的軟件鎖相環(huán)，與傳統(tǒng)的模擬鎖相相比，模擬鎖相環(huán)電路中的鑒相器的輸出量代表了相位與頻率兩種誤差，與模擬鎖相環(huán)相似的SPLL也必須對頻率和相位分別進(jìn)行調(diào)整才能達(dá)到鎖相的目的。（1）最優(yōu)時(shí)間法最優(yōu)時(shí)間法的基本控制思想是：在每次進(jìn)入捕獲中斷就將正弦表的偏移量置零，也就是說一旦檢測到市電電壓過零，那么內(nèi)部的正弦表就從初值開始讀起，跟蹤市電相位，在頻率一致的情況下，這就保證了逆變器的輸出量相位和電網(wǎng)電壓同相，但是在頻率不等的情況下，如果相位差大，輸出量會有一個很大的跳變，這方法可能會帶來嚴(yán)重畸變，甚至影響穩(wěn)定性。這種方法的缺點(diǎn)在于鎖相速度慢。綜合前兩種跟蹤方法的優(yōu)點(diǎn)，在頻率跟蹤方面以時(shí)間優(yōu)先，在相位跟蹤方面以穩(wěn)定優(yōu)先。調(diào)整相位應(yīng)兼顧速度和平緩性，保證相位差在允許范圍內(nèi)。而頻率和相位的跟蹤速度對于逆變器工作狀態(tài)有很大的影響，跟蹤過快必然會引起逆變器輸出電壓大范圍的突變，甚至造成變壓器飽和，但是太慢顯然也是不合理。太陽能電池的輸出電壓與輸出電流成非線性關(guān)系，并且輸出功率會隨著日照與溫度的變化而改變，輸出功率受環(huán)境因素的影響不可忽略，因此必須根據(jù)太陽能電池所能產(chǎn)生最大功率調(diào)節(jié)輸出，才能達(dá)到最大的功率轉(zhuǎn)換效率。(1)固定電壓法固定電壓法是最簡單的一種最大功率跟蹤法，經(jīng)測試后得到在某個日照強(qiáng)度以及溫度下的最佳工作電壓值，然后控制使得太陽能電池的工作點(diǎn)一直維持在這個電壓上。(2)實(shí)際測量法固定電壓法的弱點(diǎn)在于不能適時(shí)跟隨環(huán)境變化來改變給定的電壓基準(zhǔn)，如果利用一片額外的小太陽能電池通過對其掃描在不同輸出電壓(~)下的輸出功率，經(jīng)比較得出最大功率點(diǎn)電壓來得到當(dāng)前環(huán)境下的最大功率點(diǎn)處的工作電壓，再讓主太陽能電池參照這個電壓值來控制，那么就可以到達(dá)MPPT效果，于是有了實(shí)際測量法。一條直線來近似在某一溫度下各種不同日照強(qiáng)度下的最大功率點(diǎn)，只要控制輸出電流在此直線上即可實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。只要將工作曲線一直保持在這條曲線上，就可以達(dá)到最大功率跟蹤的目的。 (42)可以推出若太陽能電池工作點(diǎn)左半曲線時(shí)，其輸出電壓電流關(guān)系為；在右半曲線的話就有d的關(guān)系。此跟蹤法最大的優(yōu)點(diǎn)在于日照變化是，太陽能電池的輸出電壓可以平穩(wěn)的跟蹤日照變化，電壓的波動比擾動法小，但是此方法的算法復(fù)雜，并且對采用的精度要求較高。(6)三點(diǎn)比較法此方法是擾動觀察法的改進(jìn)發(fā)展，針對擾動觀察法的不足，三點(diǎn)觀察法在日照驟變時(shí)并不會跟蹤，而是在日照較穩(wěn)定的時(shí)候才去跟蹤，以減少擾動損失。設(shè)定一個變量Value，規(guī)定比較法則：(1)CB，則Value=1，否則Value=1；(2)BA，則Value=1，否則Value=1。但是在日照突變的情況下，但可以發(fā)現(xiàn)這三種情況下的Value都等于零，則工作點(diǎn)不會移動，避免這樣的擾動損失。 MPPT方法的基本原理及其優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用比較方法基本原理優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)用比較電壓反饋太陽能板 PV 特性可見最大功率點(diǎn)分布近視在一固定電壓值，測得此電壓，再以此值反饋控制太陽能板的輸出電壓恒定。較簡單，但精度不高用于精度要求不是很高的場合下擾動觀察改變太陽能板的端電壓，觀察、比較變動前后輸出功率的大小來決定下一步電壓增、減動作來達(dá)到跟蹤目的結(jié)構(gòu)簡單，需要觀測參數(shù)較少；在最大功率附近存在振蕩損耗環(huán)境不斷變化的環(huán)境下，是目前應(yīng)用較多的方法三點(diǎn)比較基本思想與擾動觀察法類似，不同的是該方法以考察三點(diǎn)的電壓功率特性來決定下步的電壓、功率的增減。其基本原理為：，可知在某一個日照及溫度環(huán)境下，唯一的工作電壓對應(yīng)唯一的輸出功率，那么就可以通過控制太陽能電池工作的工作電壓來控制太陽能電池的輸出功率，給定不同的工作電壓，則可得到不同的輸出功率，所以擾動觀察法實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤的中心任務(wù)就是找到最大功率點(diǎn)處的工作電壓值。采樣PV的輸出電壓、電流計(jì)算出輸出功率，通過對前后兩次輸出功率、電壓的比較關(guān)系給出參考基準(zhǔn)量送入控制器來調(diào)節(jié)變換器以達(dá)到最大功率點(diǎn)跟蹤。假設(shè)：(1)采樣當(dāng)前太陽能電池的輸出電壓、電流，分別記作；(2)將、相乘得到當(dāng)前的輸出功率，并讀取上次的輸出功率；(3)將與做比較，得到兩次功率變化情況，(4)再將當(dāng)前的電壓值與前次做比較，得到兩次電壓的變化情況，結(jié)合(3)就知道工作點(diǎn)是在左半坡，還是在右半坡，應(yīng)該如何去調(diào)節(jié)；(5)將根據(jù)(3)、(4)的判斷，對Vpv做運(yùn)算，將此運(yùn)算結(jié)果作為太陽能電池最大功率點(diǎn)處對應(yīng)的輸出電壓值，再將此結(jié)果記作前次輸出電壓值，另外把當(dāng)前的功率賦給前次功率。開始采樣和，并計(jì)算與比較=,==,===,==END SPWM的算法實(shí)現(xiàn) SPWM算法根據(jù)SPWM變換器的基本原理和控制方法，可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路，用比較器來確定它們的交點(diǎn)。但這種模擬電路的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的控制。基本的SPWM算法有：(1) 等效面積法： 其生成原理就是按面積相等的原則構(gòu)成與正弦波 等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形。這是實(shí)時(shí)控制中最簡單的算法。由于兩點(diǎn)對三角載波的中心線并不對稱,須把脈寬時(shí)間分成和 兩部分： (44)這是一個超越方程,其中、不但與載波比有N關(guān)，而且是調(diào)制度M的函數(shù)。另外，、確定與調(diào)制度的關(guān)系也要花費(fèi)很多時(shí)間。 (3) 規(guī)則采樣法( Regular Sampling) ： 工程上實(shí)用的方法要求算法簡單，只要誤差不太大，允許作出一些近似處理， 這樣就提出了各種規(guī)則采樣法?？梢哉J(rèn)為它們就是SPWM波形中脈沖的生成時(shí)刻，其區(qū)間就是脈寬時(shí)間。鑒于這次設(shè)計(jì)是采用單片機(jī)設(shè)計(jì)，不宜采用計(jì)算量太大的算法。等面積法是在一個采樣周期內(nèi), 用一個與原正弦曲線與時(shí)間軸所圍面積相等的矩形脈沖作為PWM 控制信號, 等面積法的諧波較規(guī)則采樣法的諧波明顯減少。同時(shí)，單極性SPWM調(diào)制相對于雙極性SPWM的優(yōu)點(diǎn)，我們將采取單極性SPWM調(diào)制方式。 將正弦半波分成N等份，每等份的寬度為，第k等份的起始角度為， 終止角度為圍成的面積： （k=1,2,3則第k等分的對應(yīng)的脈沖寬度： (47) 對于中間輸出模式的OCR1B的比較輸出值為： (48)為了減少計(jì)算量，可以把余弦函數(shù)差值做成包含N個數(shù)據(jù)的表格COSTAB[N]，在計(jì)算到相應(yīng)的脈寬時(shí)直接調(diào)用結(jié)果就可以了。SPWM發(fā)生流程圖（） SPWM流程圖T/C1溢出中斷觸發(fā)OCR1B=輸出當(dāng)前脈沖寬度余弦表指針sw++指向下一值sw==N？Nsw=0YReturnsw=0？OCR =~OCRYN AD采樣及過流、過壓保護(hù)Atmage16 單片機(jī)自帶10位8通道的AD轉(zhuǎn)換功能。為了準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換各通道的電量，減少采樣誤差將采用單次采樣中斷模式。由于需要欠壓和過流保護(hù)，因此只需把采樣的和分別與相應(yīng)的閥值、比較就可以實(shí)現(xiàn)。 AD采樣流程圖i= 0；新一輪采樣ADC中斷觸發(fā)ADget[i]=ADC通道指針和數(shù)組指針i++判斷是否采樣完5個電量：I = = 5？N返回主程序Y或給主程序返回關(guān)機(jī)參數(shù)YN5 系統(tǒng)制作及調(diào)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)制作的流程為：（1） 系統(tǒng)原理性仿真。（2） 元器件參數(shù)選擇。（3） PBC設(shè)計(jì)。（4） 器件完整性檢測。如果不能正常工作的元器件焊接到電路板上，而造成電路能正常工作或者損壞是非常不值得的一件事，不但浪費(fèi)時(shí)間和精力，還浪費(fèi)錢。元器件焊接要做到無虛焊、不短路、不燙壞元器件和焊點(diǎn)圓滑。主要測試各個器件是否工作在理論工作點(diǎn)附近，如果沒有達(dá)到要求則調(diào)整參數(shù)、查看器件引腳是否插對，還有測試器件是否損壞。 硬件調(diào)試該電路摘要調(diào)試部分為單片機(jī)SPWM輸出波形，還有驅(qū)動電路參數(shù)的調(diào)整。晶振在受到外干擾時(shí)，時(shí)鐘頻率改變，甚至單片機(jī)不能工作。在IR2110驅(qū)動部分遇到的問題為：自舉電容和自舉二極管的參數(shù)選擇。其中，自舉電容的參數(shù)最難確定，其選擇還要考慮到開關(guān)管的柵電荷，并用工程設(shè)計(jì)公式計(jì)算自舉電容的參數(shù)，并選取合適的值。 軟件調(diào)試本次單片機(jī)程序編寫是基于WinAVR2010編譯軟件（GCC編譯軟件的移植版）支持標(biāo)準(zhǔn)C。在實(shí)際編程中也碰到過此類問題，由于此類問題的隱蔽性不易發(fā)現(xiàn)被發(fā)現(xiàn)，而影響了設(shè)計(jì)的進(jìn)度。應(yīng)用程序的驗(yàn)證是在protues完成的。如果達(dá)到預(yù)期效果嗎，則下載到單片機(jī)中實(shí)際運(yùn)行。不是硬件的問題則查看程序。對于不能實(shí)現(xiàn)的功能只作了理論上的分析和說明。雖然不能完整完成整個設(shè)計(jì)，但是也從中得到了許多的經(jīng)驗(yàn)和知識。從示波器觀察Atmage16SPWM波形輸出來看，使用AVR Atmage16單片機(jī)實(shí)現(xiàn)SPWM發(fā)生的方案時(shí)可行的。其中，MPPT控制仍將是研究的重點(diǎn)，更加智能和高效的算法有待進(jìn)一步研究。謝 辭本設(shè)計(jì)是在郭福力導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的，在此感謝郭老師在設(shè)計(jì)期間對我的指導(dǎo)。當(dāng)我在硬件設(shè)計(jì)上遇到困難時(shí)，他以豐富的經(jīng)驗(yàn)和知識，使我很快就明白了問題的所在，對我能保證設(shè)計(jì)的進(jìn)度，提供了很大的幫助。當(dāng)然，我還要感謝所有教過我的老師了。老師的每一點(diǎn)付出都是辛勞的，在此，我向他們表示感謝。我們大家的畢設(shè)都是在一起完成的，雖然大家的題目不一樣，但是對知識的掌握和認(rèn)識是一致。在他們的幫助下解決了許多問題，特別在單片機(jī)應(yīng)用程序編譯的問題上，因?yàn)锳VR單片機(jī)是我以前是不熟悉的，與51系列差別太大。最后，感謝在百忙之中給我審稿的諸位老師。采樣頻率為240*50即12K Hzconst unint SPWM[MW] ={50,150,250,348,446,541,635,726,814,899,980,1057, 1131,1199,1264,1323,1376,1425,1468,1505,1536, 1561,1580,1592,1598,1598,1592,1580,1561,1536, 1505,1468,1425,1376,1323,1264,11