集成的MCU實現(xiàn)經(jīng)濟高效的微型逆變器的太陽能設(shè)計

微逆變通過提供電力轉(zhuǎn)換在各個面板水平提供了有效的解決方案，以太陽能收獲。高度集成的MCU的出現(xiàn)提供了一個有吸引力的方法，以微型逆變器的設(shè)計，提供了一個選項，降低了復(fù)雜性成本這限制了廣泛采用微逆變器的過去?，F(xiàn)在，設(shè)計人員可以利用現(xiàn)有的MCU的半導(dǎo)體制造商，包括飛思卡爾半導(dǎo)體，英飛凌，Microchip的技術(shù)，Spansion公司和德州儀器，以及其他搭建高效微型逆變器的設(shè)計。太陽能收集系統(tǒng)繼續(xù)演變遠離傳統(tǒng)的集中式的解決方案。不像基于單個中央逆變器甚至多個串逆變器系統(tǒng)，微逆變轉(zhuǎn)換功率從一個單一的面板。反過來，由微逆變每個面板上產(chǎn)生的AC電源組合對輸出到負載。

通過產(chǎn)生交流電力的每個太陽能電池板，所述微逆變方法減少或消除了昂貴的布線，冷卻，并與中央 - 或甚至串逆變器系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的其他設(shè)施要求相關(guān)的成本。設(shè)施級，在總轉(zhuǎn)換效率，由于在照明，底紋，污垢，或面板的年齡差異損失大大降低。雖然使用微逆變的增加個體面板的成本，太陽能裝置整體通常具有更低的成本和更高的轉(zhuǎn)換效率。

高性價比的解決方案

對于所有的優(yōu)勢明顯，微逆變器卻遲遲沒有出現(xiàn)，以傳統(tǒng)的逆變器系統(tǒng)的成本效益的替代品。在過去，太陽能逆變器設(shè)計的復(fù)雜的功能增加了這些系統(tǒng)足以抵消集中-太陽能能源解決方案的缺點的成本。事實上，有必要響應(yīng)變化的環(huán)境條件，以最大限度地提高太陽能轉(zhuǎn)換需要復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計，是很難達到在需要在單個太陽能電池板的使用成本和有效性。在理想的情況下，太陽能電池板產(chǎn)生其最大功率輸出在它的IV曲線的特定點的環(huán)境的特性和面板本身所決定的。在實踐中，這種最大功率點（MPP）可以是難以捉摸的，轉(zhuǎn)移到不同的點功率曲線上進行陰影通過橫跨面板從云或碎片收集在面板上。復(fù)雜的太陽能系統(tǒng)使用最大功率點追蹤（MPPT）的方法修改面板的工作電壓，以確保面板產(chǎn)生其最大功率輸出，盡管不斷變化的條件。

熱門MPPT的方法，如擾亂和觀察（P＆O）使用的周期性調(diào)整面板的漸進步驟的工作電壓，尋求任何增加或減少面板的工作電壓，可以提高面板電源簡單的權(quán)宜之計輸出。如果在工作電壓的逐步增加導(dǎo)致了低功率輸出時，P＆O算法將逐漸降低工作電壓在下一個調(diào)整步驟 - 重復(fù)這個過程，直到工作電壓增量的變化在兩個方向上會導(dǎo)致較低的面板輸出功率。在實踐中，然而，在電源輸出曲線的局部最大值的外觀通常需要比簡單步驟增量的更復(fù)雜的方法。

基于MCU的解決方案

在過去，建立一個有效的MPPT系統(tǒng)是一個復(fù)雜的任務(wù)，可能迅速增加成本和延長的明細表工程師處理角落例如局部最大值或其他因素。如今，工程師們可以找到各種各樣的能夠提供完整的解決方案，用最少的附加組件可用設(shè)備。事實上，集成的MCU提供片上功能能夠處理的測量和分析的要求，經(jīng)常需要僅僅互補模擬電路的電壓和電流檢測上的輸出的輸入和功率調(diào)節(jié)。單片機制造商通常提供相關(guān)聯(lián)的軟件庫，包括準備使用的MPPT算法，進一步簡化了設(shè)計過程微逆變設(shè)計者。

對于MPPT實現(xiàn)，適合的MCU如在Microchip Technology的PIC 16F系列，Spansion的FM3 MB9B520M系列，以及英飛凌XMC4000系列結(jié)合了處理器核心，內(nèi)存模擬外設(shè)的全面補充。至少，這些MCU提供一種模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），用于測量面板電壓與電流，電壓參考和模擬比較器，用于精確的模擬處理，并且脈沖寬度調(diào)制（PWM）輸出需要在電壓轉(zhuǎn)換器級。例如，Microchip Technology的PIC MCU 16F系列器件結(jié)合了8位CMOS微控制器核心，閃存和所需的模擬外設(shè)集。該PIC16F690 MCU集成了一個12通道10位ADC，兩個模擬比較器，可編程片上電壓參考，并捕捉/比較/ PWM，提供16位捕捉，分辨率下降到12.5 NS和16位分辨率比較下來以200納秒。對PIC MCU 16F系列的其他成員擴展這些功能與需要提供進一步的增強了微型逆變器設(shè)計的其他外圍設(shè)備。例如，Microchip的PIC16F913 MCU擴充基座周邊設(shè)置了一臺液晶控制模塊，使設(shè)計人員能夠直接在面板上提供用戶反饋。飛思卡爾半導(dǎo)體公司的MC56F82xx數(shù)字信號控制器（DSC）系列提供針對微型逆變器設(shè)計的32位DSP內(nèi)核和片上外設(shè)。它的特點，該MC56F82xx系列是基于60 MIPS 32位56800E內(nèi)核。該系列的哈佛建筑風(fēng)格融合了并行操作的三個執(zhí)行單元，允許每個指令周期多達六個操作。與此同時，這些裝置提供一個MCU式編程模型和優(yōu)化的指令集。在他們的外圍設(shè)備，這些設(shè)備包括兩個12位8通道ADC，三個模擬比較器，集成ADC和飛思卡爾的增強型FlexPWM（eFlexPWM）與對照，邊安置浩如煙海，和觸發(fā)功能。德州儀器解決了需要與C2000 MCU的產(chǎn)品線，包括32位Piccolo MCU的32位多核德爾菲諾MCU，32位定點DSC，以及16位DSP微控制器系列的實時性能。專為實時應(yīng)用而設(shè)計，C2000 MCU系列提供了能夠快速采集的模擬數(shù)據(jù)，執(zhí)行所需的計??算，并在單個時鐘周期內(nèi)調(diào)節(jié)PWM輸出的高度集成的器件廣泛的價格/性能點。除了為MCU需要用片上外設(shè)和實時性能，工程師開發(fā)的太陽能能量采集也能發(fā)現(xiàn)自己面臨的安全要求，如IEC 61508 SIL-3安全標準的高電壓應(yīng)用的必要補充。為了滿足這一新興需求，德州儀器（TI）提供了大力神RM系列安全微控制器中。圍繞著一對鎖步操作的ARM Cortex-R4F內(nèi)核，這些器件結(jié)合的ADC，用的PWM設(shè)計，不斷監(jiān)視自己的操作，并提供近乎實時的故障檢測，而不影響性能的功能。

結(jié)論

放置每個單獨的太陽能電池板，微逆變可以提供高效率的太陽能轉(zhuǎn)換，降低成本。在過去，但是，需要能夠從太陽能電池陣列中提取最大功率復(fù)雜的設(shè)計排除廣泛使用這種分散的方法。如今，工程師們可以利用廣泛的MCU陣列集成到執(zhí)行有效的能量收集所需要的外圍設(shè)備的優(yōu)勢。這樣一來，工程師可以快速實現(xiàn)基于能夠滿足廣泛的應(yīng)用性能需求和功能能力的MCU的高性價比微逆變器的設(shè)計。