采用PIC 33FJx6GS系列產(chǎn)品的太陽能微逆變器參考設(shè)計

Microchip公司的連接電網(wǎng)的太陽能微逆變器參考設(shè)計（220V）采用PIC 33FJx6GS系列產(chǎn)品。該16位數(shù)字信號控制器包括DSP功能和高性能16位微控制器（MCU）架構(gòu)，3.0V-3.6 V時的性能高達(dá)40 MIPS。太陽能微逆變器系數(shù)的前端效率高達(dá)94％，輸出電流的THD小于5％，功率系數(shù)大于0.95，具有最大功率點跟蹤（MPPT），全數(shù)字控制，太陽能電池板的電壓從25V到55VDC，MPPT電壓25V-45V，最大DC短路電流10A，廣泛用于連接電網(wǎng)農(nóng)村家庭太陽能系統(tǒng)。引線，電路圖和材料清單與PCB布局圖。

dsPIC33FJ06GS101 / X02和dsPIC33FJ16GSX02 / X04器件包含廣泛的數(shù)字信號處理器（DSP）功能以及高性能的16位微控制器（MCU）架構(gòu)。

dsPIC33FJx6GS系列主要特性：

?最高40 MIPS操作（在3.0-3.6V下）：

-工業(yè)溫度范圍（-40℃至+ 85℃）

-擴(kuò)展溫度范圍（-40℃至+ 125℃）

高性能DSC CPU：

?改進(jìn)的哈佛架構(gòu)

?C編譯器優(yōu)化的指令集

?16位寬的數(shù)據(jù)路徑

?24位寬的指令

?線性程序存儲器可尋址多達(dá)4M個指令字

?線性數(shù)據(jù)存儲器可尋址多達(dá)64 KB

?83個基本指令：主要為1個字/ 1個周期

?兩個具有舍入和飽和選項的40位累加器

?靈活而強(qiáng)大的尋址模式：

-間接

-模

-反轉(zhuǎn)位

?軟件堆棧

?16 x 16小數(shù)/整數(shù)乘法運(yùn)算

?32 /16和16/16除法運(yùn)算

?單周期乘法和累加：

-用于DSP操作的累加器回寫

-雙重數(shù)據(jù)獲取

?最多±16位移位，最多40個位數(shù)據(jù)

數(shù)字I / O：

?外圍引腳選擇功能

?多達(dá)35個可編程數(shù)字I / O引腳

?多達(dá)30個引腳的喚醒/電平變化中斷

?輸出引腳可將電壓從3.0V驅(qū)動至3.6V

?具有漏極開路配置的高達(dá)5V輸出

?5V耐壓數(shù)字輸入引腳（RB5除外）

?所有PWM引腳上的16 mA源/吸收片上

閃存和SRAM：

?閃存程序存儲器（最大16 KB）

?數(shù)據(jù)SRAM（最大2 KB）

?程序閃存

外設(shè)的啟動和一般安全性：

?定時器/計數(shù)器，最多三個16位定時器：

-可以配對以組成一個32位定時器

?輸入捕獲（最大兩個通道）：

-在上，下或兩個邊緣上進(jìn)行

捕獲-16位捕獲輸入功能

-每個捕獲上具有4個深度的FIFO

?輸出比較（最多兩個通道）：

-單或雙16位比較模式

-16-位無毛刺PWM模式

?4線SPI：

-幀支持簡單編解碼器的I / O接口

-1深度FIFO緩沖器。

-支持8位和16位數(shù)據(jù)

-支持所有串行時鐘格式和采樣模式

?I2C?：

-支持完全多主從模式

-7位和10位尋址

-總線沖突檢測和仲裁

-集成信號調(diào)理

-從地址屏蔽

?UART：

-地址位檢測

中斷-UART錯誤中斷

-喚醒睡眠模式的起始位

-4個字符的TX和RX FIFO緩沖區(qū)

-LIN總線支持

-硬件中的IrDA?編碼和解碼

-高速波特率模式

-帶有CTS和RTS

中斷控制器的硬件流控制：

?5周期延遲

?向上

多達(dá)35個可用中斷源?多達(dá)三個外部中斷

?七個可編程優(yōu)先級

?四個處理器例外

高速PWM模塊功能：

?多達(dá)四個PWM發(fā)生器，具有四到八個輸出

?八個PWM輸出中的每一個都有各自的時基和占空比

?上升沿和下降沿的死區(qū)時間

?占空比分辨率為1.04 ns

?死區(qū)時間分辨率為1.04 ns

?相移分辨率為1.04 ns

?頻率分辨率為1.04 ns

?支持的PWM模式：

-標(biāo)準(zhǔn)邊沿對齊

-真獨立輸出

-互補(bǔ)

-中心對齊

-推挽

-多相

-可變相位

-固定關(guān)斷時間

-電流復(fù)位

-限流

?用于8個PWM輸出的獨立故障/限流輸入

?輸出超馳控制

?特殊事件觸發(fā)器

?PWM捕獲功能

?輸入時鐘的預(yù)分頻器

?從PWM到ADC的雙重觸發(fā)

?PWMxL，PWMxH輸出引腳交換

?PWM4H，PWM4L引腳可重映射

?動態(tài)更改PWM頻率，占空比和相移

?禁用單個PWM發(fā)生器

?前沿消隱（LEB）功能高速模擬比較器

?多達(dá)四個模擬比較器：

-響應(yīng)時間20 ns

-10位DAC每個模擬比較

- DACOUT引腳提供DAC輸出

-可編程輸出極性

-可選輸入源

-ADC采樣和轉(zhuǎn)換功能

?PWM模塊接口：

-PWM占空比控制

-PWM周期控制

-PWM故障檢測高速10位ADC

?10位分辨率

?多達(dá)12個輸入通道分為六個轉(zhuǎn)換線對

?將兩個內(nèi)部基準(zhǔn)監(jiān)視輸入分組為一對

?用于模擬對的并行轉(zhuǎn)換的逐次逼近寄存器（SAR）轉(zhuǎn)換器：

-帶有兩個SAR的設(shè)備為4 Msps-

帶有一個SAR的設(shè)備為2 Msps

?每個模擬通道都有專用的結(jié)果緩沖區(qū)

?每個模擬輸入轉(zhuǎn)換對

電源管理的獨立觸發(fā)源部分：

?片上2.5V穩(wěn)壓器

?實時在時鐘源之間切換

?具有快速喚醒

CMOS閃存技術(shù)的空閑，睡眠和打ze模式：

?低功耗，高速閃存技術(shù)

?全靜態(tài)設(shè)計

?3.3V （±10％）工作電壓

?工業(yè)和擴(kuò)展溫度

?低功耗

系統(tǒng)管理：

?靈活的時鐘選項：

-外部，晶體，諧振器，內(nèi)部RC-

具有120 MHz VCO的鎖相環(huán)（PLL）

-主晶體振蕩器（OSC）在3 MHz到40 MHz范圍內(nèi)

-內(nèi)部低功耗RC（LPRC）振蕩器在32 kHz頻率下

-內(nèi)部快速RC（FRC）振蕩器在7.37 MHz頻率下

?上電復(fù)位（POR）

?欠壓復(fù)位（BOR）

?上電延時定時器（PWRT）

?振蕩器起振定時器（OST）

?帶RC振蕩器的看門狗定時器

?故障保護(hù)時鐘監(jiān)視器（FSCM）

?通過多個源進(jìn)行復(fù)位

?在線串行編程?（ICSP?）

?參考振蕩器輸出

應(yīng)用示例

?AC-DC轉(zhuǎn)換器

?汽車HID

?電池充電器

?DC-DC轉(zhuǎn)換器

?數(shù)字照明

?感應(yīng)烹飪

? LED鎮(zhèn)流器

?可再生功率/純正弦波逆變器

?不間斷電源（UPS）封裝：

?18引腳SOIC

?28引腳SPDIP / SOIC / QFN-S

?44引腳TQFP / QFN

圖1.dsPIC33FJx6GS系列片斷圖

圖2.dsPIC33FJx6GS系列CPU核方框圖

圖3.采用dsPIC33FJ16GS504的PFC和三輸出（12V，5V和3.3V），AC / DC框圖電源

太陽能（光伏（PV））微逆變器參考設(shè)計

由于全球環(huán)境問題，光伏（PV）系統(tǒng)（即，太陽能電池板）作為可再生能源變得越來越普遍。

PV能量的主要缺點是制造硅太陽能電池板的高成本和低轉(zhuǎn)換效率。但是，利用制造中的最新技術(shù)，光伏系統(tǒng)變得越來越高效，同時成本效益也越來越高。

輸出電壓的從太陽能電池板轉(zhuǎn)換成可使用的直流或交流電壓，必須在其完成馬克西姆嗯功率點，或MPP。MPP是PV輸出電壓，PV模塊在該輸出電壓下將最大能量傳遞給負(fù)載。

將太陽能逆變器模塊與電網(wǎng)連接涉及兩個主要任務(wù)。一種是確保太陽能逆變器模塊在最大功率點（MPP）下運(yùn)行。第二種是將正弦波電流注入電網(wǎng)。由于逆變器已連接到電網(wǎng)，因此必須遵守公用事業(yè)公司給出的標(biāo)準(zhǔn)。EN61000-3-2，IEEE1547標(biāo)準(zhǔn)和美國國家電氣法規(guī)（NEC）690是值得考慮的。這些標(biāo)準(zhǔn)處理諸如電能質(zhì)量，檢測孤島運(yùn)行，接地等問題。

這些逆變器必須能夠檢測孤島情況，并采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以防止人身傷害和對并網(wǎng)設(shè)備的損壞。當(dāng)電網(wǎng)被有意地，意外地或損壞地拆除時，孤島是逆變器的繼續(xù)運(yùn)行。換句話說，如果電網(wǎng)已從逆變器中移出；然后，逆變器應(yīng)停止為電網(wǎng)供電或為電網(wǎng)供電。

當(dāng)今最常見的太陽能技術(shù)是單晶硅和多晶硅組件。這些PV組件的MPP電壓范圍通常定義為27V至45V，發(fā)電量約為200W，其開路電壓為低于45V。

為了從光伏模塊中獲取最大能量，太陽能逆變器必須保證光伏模塊在MPP上運(yùn)行。這是通過稱為最大功率點跟蹤器（MPPT）的最大功率點控制環(huán)路來完成的。它還涉及到PV模塊端子處的PV輸出電壓紋波要足夠小，以便在MPP周圍操作而不會造成PV電流的太大變化。

圖3.農(nóng)村家庭太陽能系統(tǒng)坐標(biāo)

圖4.逆變器（微逆變器）系統(tǒng)布局

圖5.太陽能微逆變器系統(tǒng)兩級拓?fù)鋱D

圖6.太陽能微逆變器參考設(shè)計指南

圖7.交錯式反激轉(zhuǎn)換器電路

圖8.連接電網(wǎng)的太陽能微逆變器散熱器

圖9.連接電網(wǎng)的太陽能微逆變器參考設(shè)計板外形圖

該參考設(shè)計演示了并網(wǎng)功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中SMPSdsPIC?數(shù)字信號控制器的靈活性和功率。該參考設(shè)計適用于最大220瓦的開路電壓在25V至55V DC之間的任何光伏（PV）面板。該參考設(shè)計可確保跟蹤25V至45V DC之間的光伏電池板電壓的最大功率。該參考設(shè)計的兩個版本可用于支持110V和220V電網(wǎng)。

該參考設(shè)計使用Microchip的單個dsPIC33F“ GS”數(shù)字電源DSC實現(xiàn)，該DSC提供了電源轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)管理功能的全數(shù)字控制。如本參考設(shè)計所示，dsPIC33F‘GS’器件使設(shè)計人員能夠使用先進(jìn)的開關(guān)技術(shù)輕松，經(jīng)濟(jì)地創(chuàng)建產(chǎn)品，從而降低開關(guān)損耗并實現(xiàn)高達(dá)94％的效率。按照許可協(xié)議使用時，電網(wǎng)連接的太陽能微逆變器參考設(shè)計是免費(fèi)的版稅。

太陽能微逆變器參考設(shè)計主要特性：

高達(dá)94％的峰值效率

高達(dá)92％的貝塔構(gòu)建峰值效率

輸出電流THD 《 5％

功率因數(shù)》 0.95

最大功率點跟蹤

電網(wǎng)電壓和頻率跟蹤

防止各種電流和電壓故障的

系統(tǒng)孤島，以檢測電網(wǎng)故障

全數(shù)字控制技術(shù)

指標(biāo)：

用于單個PV模塊的微型逆變器，最大220W

寬PV面板電壓：25V至55V DC

最大功率點跟蹤電壓：25V至45V

最大DC短路電流：10A

電網(wǎng)頻率范圍：

對于220V系統(tǒng)為47 – 53 Hz對于110V系統(tǒng)為

57 – 63 Hz

電網(wǎng)電壓范圍：

對于110V系統(tǒng)為90V – 140V

對于220V系統(tǒng)為180V – 264V

圖10.太陽能微逆變器參考設(shè)計電路圖（1）

圖11.太陽能微逆變器參考設(shè)計電路圖（2）

圖12.太陽能微逆變器參考設(shè)計電路圖（3）

圖13.太陽能微逆變器參考設(shè)計電路圖（4）

圖15.太陽能微逆變器參考設(shè)計電路圖（4）

圖16.太陽能微逆變器參考設(shè)計板PCB布局圖

圖17.太陽能微逆變器參考設(shè)計板PCB布局圖（底層）

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