采用PIC 33FJx6GS系列产品的太阳能微逆变器参考设计

Microchip公司的连接电网的太阳能微逆变器参考设计（220V）采用PIC 33FJx6GS系列产品。该16位数字信号控制器包括DSP功能和高性能16位微控制器（MCU）架构，3.0V-3.6 V时的性能高达40 MIPS。太阳能微逆变器系数的前端效率高达94％，输出电流的THD小于5％，功率系数大于0.95，具有最大功率点跟踪（MPPT），全数字控制，太阳能电池板的电压从25V到55VDC，MPPT电压25V-45V，最大DC短路电流10A，广泛用于连接电网农村家庭太阳能系统。引线，电路图和材料清单与PCB布局图。

dsPIC33FJ06GS101 / X02和dsPIC33FJ16GSX02 / X04器件包含广泛的数字信号处理器（DSP）功能以及高性能的16位微控制器（MCU）架构。

dsPIC33FJx6GS系列主要特性：

•最高40 MIPS操作（在3.0-3.6V下）：

-工业温度范围（-40℃至+ 85℃）

-扩展温度范围（-40℃至+ 125℃）

高性能DSC CPU：

•改进的哈佛架构

•C编译器优化的指令集

•16位宽的数据路径

•24位宽的指令

•线性程序存储器可寻址多达4M个指令字

•线性数据存储器可寻址多达64 KB

•83个基本指令：主要为1个字/ 1个周期

•两个具有舍入和饱和选项的40位累加器

•灵活而强大的寻址模式：

-间接

-模

-反转位

•软件堆栈

•16 x 16小数/整数乘法运算

•32 /16和16/16除法运算

•单周期乘法和累加：

-用于DSP操作的累加器回写

-双重数据获取

•最多±16位移位，最多40个位数据

数字I / O：

•外围引脚选择功能

•多达35个可编程数字I / O引脚

•多达30个引脚的唤醒/电平变化中断

•输出引脚可将电压从3.0V驱动至3.6V

•具有漏极开路配置的高达5V输出

•5V耐压数字输入引脚（RB5除外）

•所有PWM引脚上的16 mA源/吸收片上

闪存和SRAM：

•闪存程序存储器（最大16 KB）

•数据SRAM（最大2 KB）

•程序闪存

外设的启动和一般安全性：

•定时器/计数器，最多三个16位定时器：

-可以配对以组成一个32位定时器

•输入捕获（最大两个通道）：

-在上，下或两个边缘上进行

捕获-16位捕获输入功能

-每个捕获上具有4个深度的FIFO

•输出比较（最多两个通道）：

-单或双16位比较模式

-16-位无毛刺PWM模式

•4线SPI：

-帧支持简单编解码器的I / O接口

-1深度FIFO缓冲器。

-支持8位和16位数据

-支持所有串行时钟格式和采样模式

•I2C™：

-支持完全多主从模式

-7位和10位寻址

-总线冲突检测和仲裁

-集成信号调理

-从地址屏蔽

•UART：

-地址位检测

中断-UART错误中断

-唤醒睡眠模式的起始位

-4个字符的TX和RX FIFO缓冲区

-LIN总线支持

-硬件中的IrDA®编码和解码

-高速波特率模式

-带有CTS和RTS

中断控制器的硬件流控制：

•5周期延迟

•向上

多达35个可用中断源•多达三个外部中断

•七个可编程优先级

•四个处理器例外

高速PWM模块功能：

•多达四个PWM发生器，具有四到八个输出

•八个PWM输出中的每一个都有各自的时基和占空比

•上升沿和下降沿的死区时间

•占空比分辨率为1.04 ns

•死区时间分辨率为1.04 ns

•相移分辨率为1.04 ns

•频率分辨率为1.04 ns

•支持的PWM模式：

-标准边沿对齐

-真独立输出

-互补

-中心对齐

-推挽

-多相

-可变相位

-固定关断时间

-电流复位

-限流

•用于8个PWM输出的独立故障/限流输入

•输出超驰控制

•特殊事件触发器

•PWM捕获功能

•输入时钟的预分频器

•从PWM到ADC的双重触发

•PWMxL，PWMxH输出引脚交换

•PWM4H，PWM4L引脚可重映射

•动态更改PWM频率，占空比和相移

•禁用单个PWM发生器

•前沿消隐（LEB）功能高速模拟比较器

•多达四个模拟比较器：

-响应时间20 ns

-10位DAC每个模拟比较

- DACOUT引脚提供DAC输出

-可编程输出极性

-可选输入源

-ADC采样和转换功能

•PWM模块接口：

-PWM占空比控制

-PWM周期控制

-PWM故障检测高速10位ADC

•10位分辨率

•多达12个输入通道分为六个转换线对

•将两个内部基准监视输入分组为一对

•用于模拟对的并行转换的逐次逼近寄存器（SAR）转换器：

-带有两个SAR的设备为4 Msps-

带有一个SAR的设备为2 Msps

•每个模拟通道都有专用的结果缓冲区

•每个模拟输入转换对

电源管理的独立触发源部分：

•片上2.5V稳压器

•实时在时钟源之间切换

•具有快速唤醒

CMOS闪存技术的空闲，睡眠和打ze模式：

•低功耗，高速闪存技术

•全静态设计

•3.3V （±10％）工作电压

•工业和扩展温度

•低功耗

系统管理：

•灵活的时钟选项：

-外部，晶体，谐振器，内部RC-

具有120 MHz VCO的锁相环（PLL）

-主晶体振荡器（OSC）在3 MHz到40 MHz范围内

-内部低功耗RC（LPRC）振荡器在32 kHz频率下

-内部快速RC（FRC）振荡器在7.37 MHz频率下

•上电复位（POR）

•欠压复位（BOR）

•上电延时定时器（PWRT）

•振荡器起振定时器（OST）

•带RC振荡器的看门狗定时器

•故障保护时钟监视器（FSCM）

•通过多个源进行复位

•在线串行编程™（ICSP™）

•参考振荡器输出

应用示例

•AC-DC转换器

•汽车HID

•电池充电器

•DC-DC转换器

•数字照明

•感应烹饪

• LED镇流器

•可再生功率/纯正弦波逆变器

•不间断电源（UPS）封装：

•18引脚SOIC

•28引脚SPDIP / SOIC / QFN-S

•44引脚TQFP / QFN

图1.dsPIC33FJx6GS系列片断图

图2.dsPIC33FJx6GS系列CPU核方框图

图3.采用dsPIC33FJ16GS504的PFC和三输出（12V，5V和3.3V），AC / DC框图电源

太阳能（光伏（PV））微逆变器参考设计

由于全球环境问题，光伏（PV）系统（即，太阳能电池板）作为可再生能源变得越来越普遍。

PV能量的主要缺点是制造硅太阳能电池板的高成本和低转换效率。但是，利用制造中的最新技术，光伏系统变得越来越高效，同时成本效益也越来越高。

输出电压的从太阳能电池板转换成可使用的直流或交流电压，必须在其完成马克西姆嗯功率点，或MPP。MPP是PV输出电压，PV模块在该输出电压下将最大能量传递给负载。

将太阳能逆变器模块与电网连接涉及两个主要任务。一种是确保太阳能逆变器模块在最大功率点（MPP）下运行。第二种是将正弦波电流注入电网。由于逆变器已连接到电网，因此必须遵守公用事业公司给出的标准。EN61000-3-2，IEEE1547标准和美国国家电气法规（NEC）690是值得考虑的。这些标准处理诸如电能质量，检测孤岛运行，接地等问题。

这些逆变器必须能够检测孤岛情况，并采取适当的措施，以防止人身伤害和对并网设备的损坏。当电网被有意地，意外地或损坏地拆除时，孤岛是逆变器的继续运行。换句话说，如果电网已从逆变器中移出；然后，逆变器应停止为电网供电或为电网供电。

当今最常见的太阳能技术是单晶硅和多晶硅组件。这些PV组件的MPP电压范围通常定义为27V至45V，发电量约为200W，其开路电压为低于45V。

为了从光伏模块中获取最大能量，太阳能逆变器必须保证光伏模块在MPP上运行。这是通过称为最大功率点跟踪器（MPPT）的最大功率点控制环路来完成的。它还涉及到PV模块端子处的PV输出电压纹波要足够小，以便在MPP周围操作而不会造成PV电流的太大变化。

图3.农村家庭太阳能系统坐标

图4.逆变器（微逆变器）系统布局

图5.太阳能微逆变器系统两级拓扑图

图6.太阳能微逆变器参考设计指南

图7.交错式反激转换器电路

图8.连接电网的太阳能微逆变器散热器

图9.连接电网的太阳能微逆变器参考设计板外形图

该参考设计演示了并网功率转换系统中SMPSdsPIC®数字信号控制器的灵活性和功率。该参考设计适用于最大220瓦的开路电压在25V至55V DC之间的任何光伏（PV）面板。该参考设计可确保跟踪25V至45V DC之间的光伏电池板电压的最大功率。该参考设计的两个版本可用于支持110V和220V电网。

该参考设计使用Microchip的单个dsPIC33F“ GS”数字电源DSC实现，该DSC提供了电源转换和系统管理功能的全数字控制。如本参考设计所示，dsPIC33F‘GS’器件使设计人员能够使用先进的开关技术轻松，经济地创建产品，从而降低开关损耗并实现高达94％的效率。按照许可协议使用时，电网连接的太阳能微逆变器参考设计是免费的版税。

太阳能微逆变器参考设计主要特性：

高达94％的峰值效率

高达92％的贝塔构建峰值效率

输出电流THD 《 5％

功率因数》 0.95

最大功率点跟踪

电网电压和频率跟踪

防止各种电流和电压故障的

系统孤岛，以检测电网故障

全数字控制技术

指标：

用于单个PV模块的微型逆变器，最大220W

宽PV面板电压：25V至55V DC

最大功率点跟踪电压：25V至45V

最大DC短路电流：10A

电网频率范围：

对于220V系统为47 – 53 Hz对于110V系统为

57 – 63 Hz

电网电压范围：

对于110V系统为90V – 140V

对于220V系统为180V – 264V

图10.太阳能微逆变器参考设计电路图（1）

图11.太阳能微逆变器参考设计电路图（2）

图12.太阳能微逆变器参考设计电路图（3）

图13.太阳能微逆变器参考设计电路图（4）

图15.太阳能微逆变器参考设计电路图（4）

图16.太阳能微逆变器参考设计板PCB布局图

图17.太阳能微逆变器参考设计板PCB布局图（底层）

责任编辑：gt