200W太阳能光伏并网逆变器控制设计方案

DSP的控制方案如图6所示，参考电压和太阳能电池的实际电压相比较后，其误差经过PI调节，将得到的电流指令(直流量)IREF与ROM里的正弦表值相乘，就得到交变的输出电流指令iref，再将它与实际的输出电流值比较后，其误差经过比例(P)环节，将所得到的指令取反，与采集到的交流侧电压Us相加后，所得到的波形再与三角波比较，就产生4路PWM调制信号(三角波的频率为20kHz)。

4 交流侧电压Us的检测

将同步变压器副边的同步信号，滤波、整流，就可以得到比较稳定的直流电，将其送到DSP的A/D转换口。由于最后得到的直流电压与电网电压有一个比较稳定的关系，因此，就比较容易换算Us的值了。

图7 Us的整流电路

由于涉及到共地的问题，因此，采用了运算放大器的全波精密整流电路，如图7所示。

5 电流指令的同步

并网时要求逆变器输出的正弦波电流与电网电压同频、同相。首先，将电网电压信号经过滤波整形为同步方波信号，再将其输入到TMS320F240的外部中断口XINT1，目的是为了捕捉电网电压的过零信号。如图8所示，电网电压正弦波，经过整形后就得到了方波。

图8 同步信号波形

当DSP检测到过零信号的上跳沿时，便触发同步中断，以此时间点作为基准给定正弦波信号时间起点，也就是正弦表指针复位到零;每当T1下溢中断(PWM实时控制)时，正弦表指针便加1，并从正弦表中取值。一个周期的单位正弦波数据被分成了400个点采用表的形式存放在存储器中。由于同步信号比较容易受到谐波和尖峰电压的干扰，因此在进入同步中断后可以先做一个延时，判断外部中断脚XINT1是否仍然是高电平，如果是高电平，就执行中断程序，否则就从中断程序跳出。

从图6的控制方案可看出，IREF与正弦表中数据相乘后，便形成了幅值可调的正弦波的电流给定信号，然后，再实时比较电流给定值，经过P环节后，所得信号反相后，与采集到的交流侧电网电压信号Us相加，所得波形与三角波比较，就产生了PWM波，控制桥臂的通断。总之，输出电流和电网电压的同频、同相的要求是通过电流跟踪控制实现的。

6 PWM脉宽调制波的产生

PWM波的产生是通过TMS320F240的全比较单元输出的，频率为20kHz。从图6可知，调制脉冲的产生是通过将电流指令值与实际电流值比较后，经过P环节，所得到的波形与三角波(频率为20kHz)比较后获得的。因此MOS管Q3、Q4、Q5、Q6(见图2)脉冲的产生时刻可以从图8得出，参照正弦波与三角波调制，两者相交决定了PWM的脉冲时刻。实际由采样的波形(实际上是阶梯波)与三角波相交，由交点得出脉冲宽度。本系统是在三角波的底点位置对波形进行采样而形成的阶梯波。此阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽在一个采样周期内的位置是对称的，如图9所示。

图9 正弦脉宽调制波形

图9(a)正弦波B与三角波的交点决定了Q3的导通时刻;正弦波A与三角波的交点决定了Q5的导通时刻。

图9(b)为Q3的脉冲示意图，同一桥臂上Q3与Q4的脉冲是互补的。

图9(c)为Q5的脉冲示意图，同一桥臂上Q5与Q6的脉冲是互补的。

7 TMS320F240软件控制流程

图10 软件流程图

这部分的软件主要分成4块，即主程序，T1下溢中断，T2下溢中断和同步中断。流程图如图10所示。T1下溢中断每50μs发生一次，程序主要用来生成 PWM波;T2下溢中断每10ms发生一次，程序主要用来产生电流指令;同步中断大约每20ms(网压周期)发生一次。

8 系统保护

本系统设计有直流侧过压、欠压，交流侧过流，过热等多种保护。当出现太阳能电池板的输出电压过压、欠压故障的时候，由TMS320F240向SG3525发出一个信号，封锁DC/DC的脉冲，使其停止工作，当检测到直流电压恢复正常时，DC/DC又自动复位开始工作;当出现交流过流、过热故障时，程序进入中断服务子程序，封锁所有驱动信号。当故障排除后，手动复位，系统重新启动。

9 主要元器件选择

推挽式电路MOS管选用的是IRFP350(耐压400V，漏源额定电流为16A)。桥式逆变电路MOS管选用的是IRFPC40(耐压600V，漏源额定电流为6.8A)。DC/DC滤波电感L1选用1.2mH,DC/AC滤波电感L2选用33.4mH。