本實用新型涉及逆變器研究領域，特別涉及一種微型光伏并網逆變器。

背景技術：

從消費總量來看，我國是一個能源大國，但由于環保問題日益嚴峻，和傳統能源的枯竭，光伏發電憑借其獨特的優點得到了越來越多的關注。

光伏發電主要分為集中式、組串式和微型逆變器。集中式、組串式逆變器輸出功率大，但不能對每塊光伏板進行最大功率跟蹤，抗陰影能力差。傳統的逆變器控制，只是根據光伏板能達到的最大功率進行跟蹤，而忽略了逆變器本身能工作的最大功率大小。如果光伏板在能達到的最大功率下工作有可能會超過逆變器本身工作的最大功率，最終導致逆變器損壞。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種微型光伏并網逆變器，該逆變器具有并網諧波率低，最大功率跟蹤效率高，抗陰影能力強的優點。

本實用新型的目的通過以下的技術方案實現：一種微型光伏并網逆變器，包括帶有源鉗位的交錯反激電路、全橋電路、EMI電路、檢測電路以及主控芯片，外部太陽能板輸出的直流電壓輸入到交錯反激電路，交錯反激電路包括兩個反激電路和與其對應的兩個有源鉗位電路，所述兩個反激電路相位相差180度交替工作，有源鉗位電路與反激電路中的開關管并聯，交錯反激電路的輸出端與全橋電路的輸入端相連；全橋電路包括柵極驅動變壓器、上橋臂、下橋臂，上橋臂和下橋臂由柵極驅動變壓器驅動，全橋電路通過EMI電路與電網相連；主控芯片通過檢測電路與交錯反激電路和全橋電路進行數據通信。

優選的，所述有源鉗位電路由P-MOS管和鉗位電容組成。有源鉗位電路的P-MOS管在反激電路開關管關斷的時刻開啟，利用鉗位電路中的鉗位電容吸收漏感尖峰。

優選的，所述全橋電路采用去折疊橋式驅動的全橋電路，其中上橋臂采用SCR管，下橋臂采用傳統的MOS管。由于全橋的上橋臂性能要求比較高，采用SCR管可以承受大電流。

更進一步的，全橋電路中MOS管驅動芯片的PWM輸出端與柵極驅動變壓器之間串聯有陶瓷電容。從而防止柵極驅動變壓器飽和。

更進一步的，所述全橋電路中采用頻率為228kHZ、占空比固定為50％的PWM驅動信號。

更進一步的，柵極驅動變壓器中設有用于將高頻驅動信號轉換為直流信號的低通濾波器。用于以2倍工頻驅動全橋。

優選的，EMI電路中包括一用于濾除輸出電流中的高頻干擾并抑制共模信號的LCL電路，LCL電路由共模扼流電感和安規電容組成，設置在全橋電路的輸出端。

更進一步的，在LCL電路中安規電容兩端的零線和火線上分別串聯一保險絲。該保險絲用于防止瞬間過流導致主電路燒壞。

更進一步的，每個保險絲后設有一低通濾波電路，該低通濾波電路由一安規電容和電阻組成，電阻接到地線。用于消除高頻干擾，降低諧波率。

更進一步的，每個保險絲的輸出端設有一差模濾波器，該差模濾波器由一電感和安規電容組成，該安規電容接到地線。具有防止電網瞬間高峰如防雷的作用。

更進一步的，差模濾波器中的電感兩端還經過壓敏電阻接到地線。用于額外保護，防止瞬間電壓尖峰。

優選的，所述逆變器包括功率解耦電路，功率解耦電路包括若干個鋁電解電容，鋁電解電容設置在太陽能板輸出的正負極兩端。由于太陽能板的輸入功率必須保持恒定才能使電池板的能量采集最大化，因此輸入功率和輸出功率之間會存在瞬時功率不匹配，通過上述電容可以平衡不同瞬間的功率。

本實用新型與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：

(1)本實用新型采用帶有源嵌位的交錯反激電路和全橋電路作為主電路拓撲。先將太陽能板輸入的直流電壓通過交錯反激電路轉化成單極性的正弦波，再通過全橋逆變電路將單極性的正弦波轉化成正弦波。有源鉗位電路可有效的減少在開關管關斷時的原邊尖峰電流。

(2)本實用新型通過設置功率解耦電路，可以避免輸入功率和輸出功率之間不匹配導致主電路的不穩定。

(3)本實用新型可實時對光伏板電壓、反激輸出電流、輸出電流、溫度等進行檢測，如果出現錯誤能通過LED閃爍的次數進行對故障進行顯示，而且具有孤島保護功能。

附圖說明

圖1是本實施例主電路拓撲圖。

圖2是本實施例帶有源鉗位的交錯反激電路圖。

圖3是本實施例反激電路工作波形圖。

圖4是本實施例EMI電路圖。

圖5是本實施例電流控制環。

圖6是MPPT程序流程圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。

實施例1

圖1是本實施例一種微型光伏并網逆變器主電路拓撲圖。微型光伏并網逆變器包括功率解耦電路、帶有源鉗位的交錯反激電路、全橋電路、EMI電路、檢測電路以及DSP主控芯片，外部太陽能板輸出的直流電壓輸入到交錯反激電路，交錯反激電路的輸出端與全橋電路的輸入端相連，全橋電路通過EMI電路與電網相連，主控芯片通過檢測電路與交錯反激電路和全橋電路進行數據通信。

本實施例中，功率解耦電路主要是設置在太陽能板輸出的正負極兩端的5個2200uF的鋁電解電容。由于太陽能板的輸入功率必須保持恒定才能使電池板的能量采集最大化，因此輸入功率和輸出功率之間會存在瞬時功率不匹配，通過上述電容可以平衡不同瞬間的功率。

圖2是本實施例帶有源鉗位的交錯反激電路圖。交錯反激電路包括兩個反激電路(FLYBACK1、FLYBACK2)和與其對應的兩個有源鉗位電路，所述兩個反激電路相位相差180度交替工作，從而提高工作頻率，減少紋波大小。而且其包含了有源鉗位電路，有源鉗位電路由P-MOS管和鉗位電容組成，能夠有效減少開關管關斷瞬間，其漏源兩端的電壓尖峰，并使漏感能量得以利用。交錯反激電路作用是將光伏電池的直流電壓轉化成兩倍電網頻率的正弦半波電流。以Flyback1為例，為分析其工作原理，參見如圖3所示的工作波形圖，Ug1,Ug2為V11，V21的驅動信號，ip,is為變壓器原邊、副邊的電流波型，ig1,ig2為輸出的電流。當保證電路處于連續工作模式時，開關管閉合時，原邊電流ip線性增加，變壓器T1儲能；當開關管斷開時，副邊電流is線性減少，電容Csn有鉗位作用，吸收漏感，同時變壓器向副邊釋放能量，is線性減少。利用控制占空比，從而實現輸出正弦半波。為實現光伏板25-40V輸入，輸出200W功率，開關管最大占空比75％。故設計的反激變壓器參數如下：初次級匝數比為12:1，初級電感27.6uH，次級電感0.087uH。按照反激電路設計準則，開關管最大承受電壓值設定為400V，最大通過電流12A。

本實施例中，全橋電路采用去折疊式驅動的全橋電路，包括柵極驅動變壓器、上橋臂、下橋臂，上橋臂和下橋臂由柵極驅動變壓器驅動。上橋臂采用SCR管，下橋臂采用傳統的MOS管。柵極驅動變壓器中設有低通濾波器，實現了225KHZ高頻驅動信號轉換為直流信號，用于以2倍工頻驅動全橋。全橋電路采用頻率為228kHZ、占空比固定為50％的PWM驅動信號。全橋電路中MOS管驅動芯片的PWM輸出端與柵極驅動變壓器之間串聯有陶瓷電容。

圖4是本實施例EMI電路圖。使用了DKFPC22C2N3L和4mH共模扼流電感和6個并聯安規電容、壓敏電阻S14K320、2A的保險絲組成。共模扼流電感和一個安規電容組成LCL電路，用于濾除輸出電流中的高頻干擾并抑制共模信號。在LCL電路中安規電容兩端的零線和火線上分別串聯一保險絲F1、F2。每個保險絲后設有一低通濾波電路，該低通濾波電路由兩個安規電容C49、C53組成，電阻接到地線。每個保險絲的輸出端設有一共模濾波器L4、L7，后接到差模濾波器，該差模濾波器由一電感L6和安規電容C48、C52組成，該安規電容接到地線。

本實施例基于上述微型光伏并網逆變器的并網控制方法，所述交錯反激電路采用基于電流控制的無差拍并網控制方法，參見圖5，包括步驟：

(1)通過采樣電路將PV電壓、反激輸出電流、反激輸出電壓、電網電壓、輸出電流轉化為0-3.3V電壓，并輸入到主控芯片的AD轉換通道，并在一個反激電路的PWM周期內，執行一次采樣程序，將以上的模擬量轉化為數字量；

(2)通過鎖相環PLL確定電網的頻率和相位，然后根據正弦表得到輸出電流I的參考值；在軟件中，每個ADC中斷采樣一次電網電壓，每次采樣時都會檢查電網電壓的極性，如果電網電壓極性發生變化，設置一個過零檢測標志，各個過零點之間的ADC中斷數量決定了周期值；然后使用周期值確定正弦表參考的相位角增量；其中，正弦表記錄了幅值按照0到90度正弦變化的輸出電流參考值；

(3)根據PV電壓Vin,電網電壓Vo，輸出電流Io，參考電流Iref，和MPPT因數k,得到由電流環反饋和電壓環前饋的控制算法：

Kpwm＝Vo/(N*Vin+Vo)+PI(k*Iref-Io)；

式中，N表示反激變壓器的匝數比，PI表示對輸出電流I進行PI運算，從而得到其中一個反激電路主MOS管的PWM信號，另一個反激電路主MOS管的PWM信號與該反激電路的PWM信號寬度相等，相位滯后半個周期。從而實現反激電路輸出電流為兩倍電網頻率單極性的正弦波，而反激電路中鉗位電路的P-MOS管的PWM信號則與反激電路主MOS管的PWM信號交替導通，用來吸收反激電路開關管閉合瞬間的漏感。

負載平衡主要是針對兩個反激電路雖然設計參數是一樣、開關管占空比也一樣，但有可能由于器件中誤差產生兩個反激電路工作在有差異的狀態下，長期工作有可能導致變壓器磁芯飽和而燒壞開關管。所以當檢測到兩個反激電路的輸入電流之間差值大于某范圍，則對以后每次并網控制算法求得的反激電路開關管PWM信號進行手動補償一個恒定值。

由于微型逆變器是工作在標稱電壓(25-45V)下支持輸出最大功率不大于300W。功率降額步驟就是為了確保微型逆變器不會工作在超過300W的功率下。為了實現功率降額，根據測量的峰值交流電壓，設計了一個針對最大允許輸出電流的軟件鉗位。為了實現以上功能，我們首先要得出，系統在最大/最小輸出電壓下輸出的峰值逆變器輸出電流。則可以使用峰值電流和輸入電壓的關系圖，來確定任意輸入電壓，得出最大的峰值逆變器電流。

狀態機程序是每100us執行一次，主要有故障檢測、MPPT跟蹤、負載平衡的功能。如圖6是基于電流擾動的MPPT跟蹤流程圖，通過改變電流參考值Iref，來使功率改變，從而追蹤最大功率點。工作原理是：根據測量的輸入功率定期遞增或遞減參考電流。如果給定擾動導致PV模塊輸出功率增大(減小)，則會在相同(反)方向上產生后續擾動。每三個交流周期執行一次MPPT程序。平均輸入電壓和平均輸入電流是傳遞到MPPT程序的參數。在此處計算平均輸入功率以及輸入電壓的變化。是遞增還是遞減mpptFactor(參考電流)基于輸入功率和輸入電壓的變化。

整體軟件主要包括初始化程序、中斷程序和狀態機程序三個部分。

其中初始化程序包括系統時鐘、PWM、AD采樣、SPI通信、CMP比較器、I/O口初始化程序。

中斷程序包括AD采樣中斷程序、CMP中斷程序。AD采樣中斷程序先是采樣PV電壓、反激輸入電流、反激輸出電壓、電網電壓、輸出電流等，然后通過如圖5的反饋控制，得到下一時刻反激電路占空比，從而使電流波型成為標準正弦波。具體流程是先通過鎖相環PLL確定電網的頻率和相位，然后根據正弦表得到輸出電流I的參考值。再使用得到的參考值與實際檢測到的電流值相減然后經過PI反饋調節，最后得到較準確的正弦波。CMP中斷程序實際上是為了防止反激輸出過壓或反激輸入過流而設定的，一旦反激輸入電流過流就會讓系統進入嚴重錯誤模式，同時禁止PWM。

上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。