感謝電源網(wǎng)的璐璐推送了【我的畢設(shè)作品】這個(gè)活動(dòng)，感覺很有意義，已經(jīng)畢業(yè)幾年，當(dāng)時(shí)的畢設(shè)內(nèi)容和工作內(nèi)容是一樣的，所以想簡(jiǎn)單聊聊這幾年的理解。畢設(shè)集結(jié)了在大學(xué)時(shí)幾年的精華，單單上傳一篇畢設(shè)就結(jié)束感覺挺浪費(fèi)的，主要還是探討下理論知識(shí)以及設(shè)計(jì)中的一些難點(diǎn)吧。其實(shí)回過頭想一下，當(dāng)年寫的論文和做的東西還有很多缺陷的，甚至還有一些錯(cuò)誤，如果能拿出來和同行從業(yè)者討論一下，也很是很有趣的。
微逆的特點(diǎn)是一塊光伏板對(duì)應(yīng)連接一塊微逆，商業(yè)化的單路微逆功率一般為250W~300W，這也是造成成本高的原因，個(gè)板子上至少300以上的元器件，能不貴么？但是這樣的好處是具有獨(dú)立的最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT），可以最大化的利用光伏板的電能?，F(xiàn)在為了降低成本，一些微逆廠家已經(jīng)做出了4路獨(dú)立MPPT，功率在1200W的大個(gè)頭微逆了，功率等級(jí)快趕上小功率的組串逆變器了，其實(shí)質(zhì)上是相當(dāng)于將4個(gè)單板微逆集成到了一起，這樣可以連接4個(gè)光伏板。從單路到雙路，然后是4路，不知道以后會(huì)不會(huì)有6路、8路或者更多路輸入，逐漸組串化發(fā)展？！所以，簡(jiǎn)單說下單路的微逆，也就能對(duì)雙路和四路有所了解了。
微逆為什么要用用反激拓?fù)洌?/span>
微逆是一個(gè)電流源，控制并網(wǎng)電流向電網(wǎng)輸送電能，組串和集中式光伏逆變器是一個(gè)電壓源并網(wǎng)。反激式拓?fù)淙缦聢D所示，主要包括輸入端的光伏電池板、反激變換器、全橋反轉(zhuǎn)電路、EMI濾波電路和電網(wǎng)組成：
微逆的主要控制算法就是在反激變換器（FLYBACK）這個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)，因此研究微逆的重點(diǎn)應(yīng)該放在此處。
反激式微型逆變器拓?fù)潆娐分械姆醇な礁綦x變壓器為周期性工作模式，可根據(jù)變壓器磁通是否連續(xù)分為斷續(xù)導(dǎo)通模式（Discontinuous Current Mode，DCM）、連續(xù)導(dǎo)通模式（Continuous Current Mode，CCM）和臨界導(dǎo)通模式（Boundary Current Mode，BCM）三種模式。當(dāng)反激變換器工作在DCM時(shí)，具有電流源特性，CCM時(shí)具有電壓源特性，BCM是介于DCM和CCM的一種特殊模式，工作在BCM時(shí)也具有電流源特性。因此作為電流源，反激拓?fù)涞奈⒛鏁?huì)將反激變換器設(shè)定在DCM和BCM兩種工作模式下。
我們知道開關(guān)電源中，反激拓?fù)涞碾娔苻D(zhuǎn)換效率一般不高，而微逆想在市場(chǎng)上具有競(jìng)爭(zhēng)力，就需要有高效的電能轉(zhuǎn)換效率，使用反激拓?fù)洳捎玫目刂撇呗允菍⒃撏負(fù)淇闯梢粋€(gè)準(zhǔn)單級(jí)，并且反激變換器的開關(guān)管使用ZVS，以降低開關(guān)損耗。微逆采用反激拓?fù)溥€有一個(gè)原因是需要小體積，且盡可能的降低硬件成本。
為什么用交錯(cuò)并聯(lián)反激方式？
單端反激式變換電路的輸出端紋波電壓較大，因此限制了輸出功率，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多用于較小功率范圍的電路中。為提高反激變換電路輸出功率，改善電路的紋波現(xiàn)象，交錯(cuò)并聯(lián)反激式變換電路應(yīng)運(yùn)而生。交錯(cuò)并聯(lián)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是在單端反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，將兩個(gè)單端反激電路并聯(lián)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能減小輸入端開關(guān)器件的電流應(yīng)力，輸出電流是兩個(gè)單端反激電路輸出電流的和，同時(shí)輸出端電壓保持不變，因此可以提高系統(tǒng)的輸出功率。反激式變換電路輸出的峰值功率等于并網(wǎng)逆變器輸出的峰值功率，采用交錯(cuò)并聯(lián)方式時(shí)變壓器的峰值功率能成倍減小，從而減小變壓器的體積和磁芯損耗。另外，交錯(cuò)并聯(lián)反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還可降低系統(tǒng)輸出電流諧波、減小輸出端的濾波電路設(shè)計(jì)、減小系統(tǒng)裝置體積、降低硬件設(shè)計(jì)成本。
激變換器的特征是：當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，反激變換器儲(chǔ)能；當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，反激變換器釋放電能。那么在同一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，將兩個(gè)反激變換器交錯(cuò)并聯(lián)：FLYBACK1導(dǎo)通時(shí)，F(xiàn)LYBACK2關(guān)斷；FLYBACK1關(guān)斷時(shí)，F(xiàn)LYBACK2導(dǎo)通；這樣在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，時(shí)時(shí)刻刻都有能量從原邊輸送到副邊，單端反激變換器一般功率在100W~150W，通過這種交錯(cuò)并聯(lián)方式直接將輸出功率翻倍，因此大大的提高反激變換器的功率密度。
在反激變換器中加入了有源鉗位電路：有源鉗位電路的原理是利用變壓器的電感電流短時(shí)間內(nèi)不能突變的特性，來抑制開關(guān)器件的電流上升率，再利用電容電壓短時(shí)間內(nèi)不能突變的特性，來抑制開關(guān)器件的電壓上升率，鉗位電路可以抑制尖峰電壓和尖峰電流，減少開關(guān)器件損耗，提高系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率。
微逆的控制的核心算法有哪些？
微逆的控制算法主要是三大塊：峰值功率控制、最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）和鎖相環(huán)，三者緊密相連，共同組成了準(zhǔn)單級(jí)反激式光伏并網(wǎng)微型逆變器。由于微逆需要處理的數(shù)據(jù)較多，因此需要選擇高性能的DSP，常見是常見選擇的是TI或者FREESCALE的32位DSP，有的直接選擇使用FPGA。
DSP/FPGA將硬件電路檢測(cè)到的電網(wǎng)電壓進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，使用軟件鎖相環(huán)實(shí)時(shí)運(yùn)算，將檢測(cè)到電網(wǎng)的電角度θ、電網(wǎng)電壓和頻率，最關(guān)鍵的一環(huán)就是這個(gè)電網(wǎng)電角度θ，θ是用于計(jì)算反激變換器開關(guān)周期的關(guān)鍵參數(shù)。
因?yàn)榉醇ぷ儞Q器開關(guān)周期表達(dá)式TS是：
其中，Lp是反激變壓器原邊感量、Pop是輸出功率、D是占空比、UPV是光伏電池板輸出的電壓，以上這幾個(gè)量是常數(shù)或者可以使用硬件電路檢測(cè)得到。sinθG即是由電網(wǎng)電角度計(jì)算得到。
一個(gè)電網(wǎng)周期如下圖：
因此在一個(gè)電網(wǎng)周期內(nèi)，不同時(shí)刻的電網(wǎng)電角度θ是不同的，那么反激變換器開關(guān)周期Ts也是跟隨者變化的，所以反激變換器輸出的電網(wǎng)半個(gè)周期的電流波形呈現(xiàn)為“饅頭波”，其包絡(luò)線就是正弦半波，如下圖：
簡(jiǎn)單點(diǎn)說，就是半個(gè)電網(wǎng)的波形長什么樣子，由電網(wǎng)電角度反饋到反激變換器的開關(guān)周期形成的包絡(luò)線就長什么樣子。
主要控制波形如下圖所示：UGS1和UGS2是交錯(cuò)并聯(lián)反激變換器的開關(guān)控制波形，UG3(UG5)和UG4(UG6)是全橋反轉(zhuǎn)電路控制波形，iD1和iD2是兩個(gè)反激變換器的整流二極管輸出的電流波形，uG是電網(wǎng)電壓，iG是并網(wǎng)電流
注：上圖借用于網(wǎng)絡(luò)，不是我自己畫的，我之前畫的比這個(gè)詳細(xì)的多，但是筆記本換硬盤了，一時(shí)之間沒有找到。
這個(gè)時(shí)候，全橋反轉(zhuǎn)電路就登場(chǎng)了，反激變換器經(jīng)過整流二極管輸出的是包絡(luò)線為正弦半波的饅頭波，此時(shí)通過一個(gè)工頻（50Hz/60Hz）控制，在兩個(gè)饅頭波的交接處（就是過零點(diǎn)的地方）進(jìn)行反轉(zhuǎn)，即可將正弦半波反轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)的正弦交流，PWM也就是上圖中的UG3(UG5)和UG4(UG6)。
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最大功率點(diǎn)跟蹤：
最大功率點(diǎn)跟蹤的目的是：將光伏電池板上的電能，最大化的送給光伏逆變器。由于光伏電池板不是電流源也不是電壓源，表現(xiàn)光伏電池板主要特性是曲線如下圖：
決定光伏電池板輸出的電能大小的因素中，光照強(qiáng)度是影響最大的因素，因此光照好的時(shí)候自然發(fā)電也最多，其他影響光伏發(fā)電量的還有溫度、濕度和海拔等。但是，總會(huì)有陰天、多云或者其他天氣狀態(tài)存在，還有建筑物和樹木遮擋，鳥糞、污點(diǎn)和粉塵等，這時(shí)就需要使用到了MPPT。在任何時(shí)刻，有且僅有一個(gè)點(diǎn)使得光伏電池板輸出功率最大，即是PPV=UPV×IPV。
常見的MPPT算法有恒定電壓跟蹤法、電導(dǎo)增量法和擾動(dòng)觀察法，還有像神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制和電流掃描法等。常見的，而且用于商用的MPPT是觀察法居多，或者在擾動(dòng)觀察法進(jìn)一步優(yōu)化的算法。
簡(jiǎn)單點(diǎn)說，就是計(jì)算某時(shí)刻的PPV，然后和下一時(shí)刻的PPV做對(duì)比，看看這倆值的大小，然后左右移動(dòng)，不挺的計(jì)算對(duì)比，一直移動(dòng)到兩個(gè)差值非常接近的時(shí)候，就是最大功率點(diǎn)了。不過這種方式的弊端是，如果有兩個(gè)以上峰值時(shí)，可能會(huì)掉落在近似最大功率點(diǎn)上，而非真正的最大功率點(diǎn)。如下圖：
如果有壇友感興趣的話，我可以把這些論文上傳到論壇。
部分截圖如下：
并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓的仿真波形如下圖所示。
其中，紅色的波形為電網(wǎng)電壓，粉色的波形是逆變器輸出的并網(wǎng)電流。
并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓呈現(xiàn)的是同頻同相的狀態(tài)，這時(shí)需要注意，根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定，并網(wǎng)的電流總諧波含量（THDi）應(yīng)該小于等于5%才允許并網(wǎng)。
否則，諧波太大了會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成污染，而且也會(huì)損壞用電器。
系統(tǒng)總的設(shè)計(jì)框圖大體上是這樣的。
系統(tǒng)主控芯片為 Microchip 公司的 dsPIC33FJ16GS504 數(shù)字信號(hào)控制器（Digital Signal Controller，DSC）芯片，DSC 除了完成 PWM 控制信號(hào)和電壓電流檢測(cè)以外，還負(fù)責(zé)峰值功率控制、 MPPT 算法、數(shù)字鎖相環(huán)算法等其他功能。
微型逆變器主要包括輸入解端耦電容、有源鉗位交錯(cuò)并聯(lián)反激變換電路、全橋電路、輸出濾波電路。外圍電路主要包括輔助電源、柵極驅(qū)動(dòng)電路、隔離驅(qū)動(dòng)、光伏電池板電壓檢測(cè)、反激電流檢測(cè)電路、電網(wǎng)電壓和電流檢測(cè)電路等。
EMI濾波電路：
由于經(jīng)過了高頻（180kHz~450kHz）的反激變換器電路轉(zhuǎn)換，并網(wǎng)電流中會(huì)含有高頻諧波，
所以需要濾波電路濾除這些諧波，而且還應(yīng)該滿足安規(guī)和EMC要求。
當(dāng)然我這個(gè)設(shè)計(jì)是屬于畢設(shè)，不能過商業(yè)用的安規(guī)、可靠性和EMC，更拿不到認(rèn)證，
主要以研究學(xué)習(xí)為主，屬于簡(jiǎn)化版的微逆，因?yàn)樯虡I(yè) 還要考慮孤島效應(yīng)、連接監(jiān)控等。
設(shè)計(jì)的PCB如下圖，尺寸是：125mm×230mm×45mm。
現(xiàn)在回頭看看，感覺畫的板子還是很粗糙的。
另外還搜集了3D封裝，轉(zhuǎn)換成3D視圖的畫，看起來會(huì)好看很多：
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