光伏逆变器芯片,用DSP2812实现5kW离网型光伏逆变器设计

光伏发电是当今世界最有前景的新能源技术。太阳能光伏发电系统根据系统运行方式的不同可分为离网光伏发电系统、并网光伏发电系统和混合光伏发电系统。随着中国的快速发展随着美国光伏发电系统，特别是光伏屋顶计划的实施，国内对离网光伏逆变器的需求将会越来越大。离网型光伏发电系统主要由光伏电池阵列、控制器、逆变器、储能装置等环节组成，如图1所示。其中，逆变器是光伏系统中的重要器件之一，其可靠性和转换效率对于推广光伏系统和降低系统成本至关重要。

目前国内同类产品主要存在以下缺点：a .大多采用单片机控制，实时性差，数据处理和通信能力有限；b .用变压器，体积大，笨重；c .输出电压的精度不高，这会不适应社会发展的需要。提出了一种5kW光伏控制器的设计方案，可广泛应用于离网型光伏发电系统和风光互补发电系统。它具有体积小、重量轻、输出电压精度高、波形好、现场总线智能监控等特点。

1、5kW离网型光伏逆变器基本结构

光伏逆变器的结构如下图所示，包括初级电路和次级电路，其中初级电路由输入滤波电路、Boost升压电路、全桥逆变电路和输出滤波电路组成，次级电路由TMS320Fz812控制器电路、信号检测电路、人机交互电路和通信电路组成。设计了5kW离网型光伏逆变器的硬件主电路和控制策略。图2光伏控制器结构图

2、5kW离网型光伏逆变器的硬件设计

目前常用的离网逆变电路主要有工频隔离单级逆变、高频隔离两级逆变和非隔离两级逆变三种拓扑。通过理论计算和实际验证，采用了一种更适合光伏发电系统的电路拓扑结构：非隔离两级逆变器，也叫Boost逆变器，如图3所示。

光伏太阳能输入的48V直流电经输入滤波电路滤波后，由Boost升压电路升压，经全桥逆变器逆变，输出SPWM波。最后经过LC低通滤波器滤波，输出频率为50Hz的正弦波。

2.1输入滤波电路的设计

输入滤波电路由滤波电容组成，用于降低输入端电压的纹波。假设转换器的最大传输功率为Pmax，则可以得出结论，输入滤波电容在一个周期内提供的能量约为

2.2升压电路

升压电路如图4所示，其中Q为全控功率器件IGBT。升压电路是非隔离的DC转换电路，其输出电压等于或高于输入电压。当光伏控制器的输入电压在允许范围内波动时，控制功率开关器件Q的导通比D以保持输出电压稳定。

根据升压电路中电感电流是否连续，分为电感电流连续、电感电流间歇和电感电流临界连续三种工作模式。当工作在临界工作模式时，电感值满足等式(3)。

2.3单相全桥逆变电路

本文采用调制法获得单相全桥逆变电路的驱动波形，信号波和载波的产生和调制均由DSP2812实现。SPWM有三种调制方式：同步调制、异步调制和分段同步调制。本设计输出频率为50Hz，频率不会太低，所以采用同步调制。

2.4 LC低通滤波器

SPWM波包含载波频率的整数倍及其附近的谐波分量。为了获得良好的输出电压波形，必须使用LC低通滤波器来消除hi

在设计中，要综合考虑滤波电路的体积、重量和制造成本。通常截止频率为开关频率的1/10 ~ 1/20。本设计中，系统开关频率为18kHz，逆变器输出交流电源频率为50Hz，截止频率初步确定为1kHz。滤波器中有两个待定参数，即滤波电感和滤波电容。

LC低通滤波器的结构如图5所示，

3、5kW离网型光伏逆变器的控制策略

SPWM控制技术广泛应用于逆变电路中。本文采用PID控制和闭环负反馈控制相结合的数字控制策略。

3.1控制脉冲的产生

本文采用TI公司的TMS320F2812作为主控芯片。F2812有两个事件管理器EVA和EVB，每个事件管理器可以产生8路脉冲输出，其中全比较单元输出3对互补信号，每对互补信号的延迟时间可以由对应的死区定时器产生。事件管理器使用内部定时器和比较单元来产生相应的脉冲。本文中，EVA输出一对互补的SPWM脉冲信号和一个独立的PWM信号，分别控制升压电路和逆变电路。

3.2输出频率的计算

逆变器输出SPWM脉冲信号的频率为50Hz，每个正弦波周期SPWM波形的输出点数主要取决于目标输出正弦波的频率和SPWM脉冲波的载波频率。例如，如果SPWM的载波频率为18kHz，则需要输出的正弦波频率分别为50Hz，需要的正弦表数量n为

3.3闭环负反馈控制

DSP2812实时检测输入和输出的电压和电流值，并将它们反馈给DSP。PI调节后，改变相关寄存器参数，控制驱动脉冲波形，实现实时闭环控制。系统的控制框图如图6所示。系统采用两次闭环负反馈调节，根据不同的反馈信号实时调节输出，使输出稳定。此外，当输出电流信号突然增加超过最大允许电流时，PWM输出会关闭，以保护逆变器免受损坏。

4、5kW离网型光伏逆变器的软件设计

4.1 SPWM控制程序

本设计采用事件管理器的完整比较单元输出一对互补的PWM脉冲，时钟由通用定时器1提供，计数器的工作模式设置为连续递增或递减。功率器件具有一定的关断延迟。当同一桥臂的上管断开时，下管不能立即接通，否则会因短路而击穿。使用DSP事件管理器的完整比较。

装置中的空载时间控制器在同一桥臂的断开和闭合之间插入空载时间，以防止短路并保护功率器件。SPWM程序主要包括：EV初始化、相关变量初始化、正弦表生成、CMPR1重载。前三个功能在主程序中完成。正弦表生成以下语句：

4.2 A/D转换中断服务程序

RA/D转换的触发源设置为EV中的事件源触发。当AD单元接收到触发信号时，它将自动启动A/D转换，转换结果将自动存储在结果寄存器ADC-RESULT中。当转换结束信号到来时，会进入ADCINT中断服务程序进行相应的处理。在中断服务程序中，首先读取转换结果，然后利用算术平均滤波算法对转换结果进行数字滤波，将转换结果按照一定的关系转换成相应的实际电压和电流。计算出电流和电压的有效值，然后传送到主程序进行判断和谐波分析，并通过LCD显示。程序流程图如图8所示。

5、测试验证

5kW光伏逆变器一次电路和二次电路组装测试，CCS3.3输出波形如图9所示。给出了逆变电路稳态运行的实验结果。

在稳态运行时，测得的电压有效值在216226v之间波动，频率在49.650.5hz之间波动