2 系统设计思路
2.1 系统框图及工作原理
图2为系统框图。系统以PIC16F877A单片机为核心,由I/O口产生的SPWM信号控制DC-AC逆变电路,通过LC滤波器获得正弦波;经过工频变压器耦合分两路输出,一路作为输出电压供用户使用,另一路作为反馈信号,与外接基准信号比对,经调理电路,利用单片机的捕捉模块和外部中断实现相位和频率的跟踪;当改变外部基准电压频率时,输出的正弦波也随之改变;系统中还设有过流、欠压、过压等各种保护功能,保证系统安全可靠地工作。利用A/D模块采样电源电压和输入电压,通过调节调制度m,使Ud=Us/2,实现最大功率点跟踪;此外系统由LCD液晶实时显示电流、电压及频率。
2.2 电压SPWM波的产生
正弦脉宽调制原理是建立在脉冲调制波的等面积设计的基础上,使每段矩形波的面积等于对应段正弦电压波的面积。采用对称规则采样法去逼近正弦波,从而可求得SPWM的导通时间:
其中m<1,为渊制率,N为SPWM载波周期数,载波周期为T0,则逆变输出调制电压的周期T=N·T0。由(1)式可知,改变调制比m,可改变SPWM的导通时间,即改变输出电压的幅度。
根据(1)式,利用PIC6F877A内含的16位定时器,可用软件算法结合I/O口实现相位相反的2路SPWM信号。[page]
2.3 驱动电路及逆变主电路
IR2110驱动电路如图3所示。IR2110具有3路输入信号和2路可用于直接驱动中小容量功率场效应管(MOSFET)、场效应控制晶闸管(MCT)等的输出信号。IR2110没有死区时间的控制,但可通过软件设置死区时间控制,这样可以灵活地调整死区时间的设置。
图4为DC-AC逆变主电路,其中G1~G4为MOSFET管IRF840控制端,单片机通过I/O口产生的SPWM控制信号间接控制G1~G4,来控制MOSFET管IRF480的开关,经过LC滤波,再经变压器隔离后输出正弦波。
在LC低通滤波器中,对于基波电压而言,串联电感阻抗小,落在电感上的基波电压小,并联电容等效阻抗大,流过电容的基波电流小,负载等效电压、电流大。SPWM调制下输出滤波电感的值一般是由电感电流的最大纹波所决定,一般可取该值为满功率输出时正弦电流峰值的15%。
2.4 最大功率点跟踪
当RS=RL时,即Ud=Us/2,功率达到最大。由图4的AN0、AN1分别对Us及Ud采样,当控制系统检测到Ud>Us/2时,适当调大调制率m,使装置中的等效电流Id增大,根据欧姆定律Rd=Uo/Id可知,系统的等效输出电阻Rd减小,最终光伏电池的端电压Ud下降。反之,当控制系统检测到Ud
如图4所示,由TL084、CD4030及外围电路实现频率相位跟踪。UF为反馈信号输入端,UREF为基准信号输入端。反馈信号和基准信号经过滤波、跟随、比较后,在各自的比较器输出方波。将比较器的输出作为异或门输入信号,若两反馈信号与基准信号同相,则输出为逻辑0,否则输出逻辑1。相位信号被接到单片机的外部中断,经单片机处理可实现相位跟踪。基准信号调理电路的比较器的输出信号接到RC2,通过PIC单片机的捕捉模块CCP1进行频率捕捉,实现频率跟踪。为了达到较好的跟踪效果,反馈信号和基准信号的调理电路应完全相同。
2.6 保护功能
在设计中采用交流互感器作为电流检测。如图4所示,CT102为电流互感器,取样电阻200 Ω,电流互感器检测法具有较宽的宽带,可以输出良好的波形。单片机可根据电流大小实现过流保护。
[page]
3 程序流程
4 测试结果
图6中(a)(b)(c)分别是在频率为50 Hz,输入电源Us为31.4 V下纯阻性、感性和容性负载下的波形。从图中可看出,在不同负载下相位都能达到相位跟踪的效果,但反馈信号中波形出现毛刺。(d)的输出波形很光滑,可见出现毛刺可能是因为反馈变压器的问题。系统测试结
果如表1~表3所列。
结语
系统主要实现以PIC16F877A单片机为核心,输入电源Us为25~50 V可调的并网发电装置,实现了最大功率点跟踪、相位和频率的跟踪。在频率45~78 Hz范围内,不管是容性、感性、纯阻性的负载,相位和频率误差满足预期设计要求(<5%);系统中还设有过流、欠压、过压
等各种保护功能,其中过流保护的电流值可设定,并且实际的保护动作与设置的保护基本同步,保证系统安全可靠地工作。
『本文转载自网络,版权归原作者所有,如有侵权请联系删除』