3kw 单相光伏并网逆变器硬件设计

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1、3KW单相光伏并网逆变器硬件设计戈波杜昭平江苏科技大学电子信息工程学院江苏镇江212003【文章】基于非隔离型光伏并X逆变器的原理与控制策略，本文提出了3KARGIN:0cm8pt0pt"class=Pa2>【关键词】光伏；非隔离；并X；逆变器0引言随着世界经济的发展，能源问题日益突出，太阳能作为是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，有广阔发展应用前景，太阳能光伏发电作为太阳能的一种利用方式，为解决能源危机提供了新的思路。并X逆变器是光伏发电系统中的核心设备，直接影响光伏发电系统的转换效率、可靠性和并X电能的质量，所以研究光伏逆变器硬件电路的设计

2、具有重大的现实意义。工频隔离型光伏并X逆变器虽然实现了电压变换和电气隔离，安全性能好、可靠性高、还能有效的抑制进X电流直流分量。但是，工频变压器体积大、重量重、价格高，且MPPT控制、并X控制、相位同步控制均在一个环节实现，算放复杂。因此本文选择了前级DC/DC为BOOST升压电路、后级为全桥的两级式非隔离型光结构。1单相光伏并X逆变器系统构成图1所示为本论文研究单相两级非隔离式光伏并X逆变系统，前级DC/DC变换器为Boost升压电路，后级DC/AC变换器为全桥逆变电路。控制电路的主控芯片选择功能强大、运算速度快的TMS320F2812DSP,

3、对DC/DC环节的MPPT、DC/AC环节直流母线电压稳定和逆变环节进行控制，使主电路输出与电X电压同频同相的正弦电流，进行并X。2硬件设计研制的额定功率为3KARGIN:0cm0cm0pt"class=Pa4>2.1辅助电源设计辅助电源是逆变器最基本的组成部分，它为逆变器提供稳定、精准的供电。辅助电源拓扑采用双管反激电路，双管反激电路效率高、开关的电压应力小、输出纹波低，特别适合高电压输入。主控芯片采用NCP1351，它空载功耗低，空载时功耗小于0.3OSFET选择FQP8N90C(900V、6.3A)。辅助电源是从光伏电池板分压取电，当光伏电

4、池板输出大于120V时分压电阻的两端电压达到+15V时，芯片启动，反激电路开始工作。由于TMS320F2812DSP需要1.8V和3.3V供电，本设计中使用TPS7301将7V电压转换成3.3V和1.8V给DSP芯片供电。具体电路如图2所示：2.2BOOST电路设计本文中的光伏电池板输出最大为500V，电X电压的最大值为，并X时直流母线电压需要高于电X电压的最大值，由于光伏太阳能的输出受光照强度、温度等的影响，不能一直满足输出电压大于电X电压最大值的条件，因此本文提出的方案在光伏逆变器的前级引入了BOOST（升压）电路，目的是让直流母电压一直大于

5、电X电压最大值。BOOST电路中关键元器件包括电感L、MOSFET、二极管D以及电容C。①电感设计为了能把光伏电池板的输出功率最大化，BOOST电路选择连续工作模式，输入电压输出直流母线电压关系为：，由于光伏电池板输入输出功率相等，因此也有：，由于输入电流为流过电感的平均电流IL，因此：，电感中的电压电流关系有：，因此电感的纹波电流为：，设则：，当D=1/3时，L为最大值：。由，MOSFET开关频率为20K，输出功率为3kARGIN:0cm0cm0pt"class=Pa7>取。②MOSFET与二极管的选择本文选择英飞凌的SPOSFET，额定电压6

6、50V，额定电流47A。由于BOOST电路中003电子科技ElectronicsTechnology电子制作的二极管需要有低通态压降和快速反向恢复特性，因此选用APT30DQ60BG，额定电压为600V，额定电流为30A。③直流母线电容设计直流母线电容主要作用为稳压以及滤除电压纹波。电容的电压电流关系为：，因此有，设，则，，,MOSFET开关管为20kHz，取，电压纹波η为0.001。则。一般在设计会一些余量，取，则选用3个470μF和390μF的500V的NCC电解电容并联使用。具体电路如图3所示：2.3DC/AC电路在设计3KOSFET，额定

7、电压650V，额定电流20A，这样用的好处是提高整机的效率。2.4驱动电路的设计考虑到驱动信号是从DSP中输出的，防止工作中开关管出现故障而烧坏控制芯片，需要在控制器和开关管之间加一个光耦来实现电气隔离，本文采用的是光耦有着优良性能是FOD3120SDV,驱动电路设计如图5所示：3光伏逆变器的软件设计当系统达到启动电压120V时，进入等待模式。在等待模式中对电X电压/频率进行检查，同时对ISO（绝缘阻抗）和GFCI（漏电流）进行检测。当有故障时，根据故障类型进入相应的故障模式。如果无故障时BOOST电路开始工作，将直流母线电压升压到360V以上，

8、当等待时间变为0时，模式进入正常模式，逆变器开始并X运行，向电X输送能量，MPPT开始工作，此时出现故障时，同样根据故障类型进入相应的故