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最大功率盯梢逆变器的规划与完成

随着工业和科学技术的不断发展,对电能质量的要求将越来越高,包括市电电网在内的原始电能的质量可能满足不了设备要求,必须经过电力电子装置变换后才能使用,而DC/AC逆变技术在这种变换中将起到重要的作用。根

  跟着工业和科学技能的不断开展,对电能质量的要求将越来越高,包含市电电网在内的原始电能的质量或许满意不了设备要求,有必要经过电力电子设备改换后才干运用,而DC/AC逆变技能在这种改换中将起到重要的效果。依据市场趋势,逆变器的选型装置越来越倾向于小型化、智能化、模块化等方向开展,其操控电路首要选用数字操控,体系的安全性,可靠性以及扩展性,一起将各个完善的维护电路考虑其间。因而,这儿提出一种依据IR2101的最大功率盯梢逆变器规划方案。

  1 IR2101简介

  IR2101是双通道、极驱动、高压高速功率驱动器,该器材选用了高度集成的电平转化技能,大大简化了逻辑电路对功率器材的操控要求,一起提高了驱动电路的可靠性。一起上管选用外部自举电容上电,使驱动电源数目较其他IC驱动大大削减,在工程上削减了操控变压器体积和电源数目,降低了产品成本,提高了体系可靠性。

  IR2101选用HVIC和闩锁抗干扰制作工艺,集成DIP、SOIC封装。其首要特性包含:悬浮通道电源选用自举电路;功率器材栅极驱动电压规模10~20 V;逻辑电源规模5~20 V,并且逻辑电源地和功率地之间答应+5 V的偏移量;带有下拉电阻的CNOS施密特输入端,便利与LSTTL和CMOS电平匹配;独立的低端和高端输入通道。IR2101的内部结构框图如图1所示。

  

  图1 IR2101的内部结构框图

  图1中,HIN为逻辑输入高;LIN为逻辑输入低;VB为高端起浮供给;HO为高边栅极驱动器输出;Vs为高端起浮供给回来;Voc为电源;LO为低边栅极驱动器输出;COM为公共端。

  2 体系硬件规划

  依据体系规划功用需求,其硬件组成框图如图2所示。该体系硬件规划是由SPMC75F2413A单片机主操控器模块、外部供能体系(一般或光伏)、斩波电路模块、IR2101逆变电路模块和最大功率盯梢外部电路模块组成。经过最大功率盯梢外部电路模块检测外部电压,将检测值回来到SPMC75F2413A主操控器中。斩波电路模块经过主操控器对其操控,完成最大功率盯梢。外部供能体系是为各个模块供给电源。IR2101逆变电路模块首要完成DC/AC的转化,并由斩波电路为其供给最大功率点的电能。

  

  图2 体系硬件总体规划框图

  图2中的SPMC75F2413A单片机正常作业电压为5 V。可是其他模块所加的电压不同,斩波电路模块与IR2101逆变电路模块所加的电压为15 V。因为IR2101的正常作业电压为10~20V。

  2.1 IR2101逆变电路

  IR2101逆变电路原理图如图3所示,H1、H2为IR2101集成驱动芯片,VQ1、VQ2、VQ3、VQ4为MOS管,Up、Un、Vp、Vn是SPMC75F2413A单片机中输出的两相四路PWM波。其间Up、Un是一相PWM波的上下臂,Vp、Vn为另一相PWM波的上下臂,因为单片机中输出的PWM波不能驱动大功率MOS管,因而使用IR2101的电容自举功用,经过二极管VD1、VD2(选用肖特基管所具有的快康复功用,提高电容充电电压,关断进程削减耗费能量)对自举电容C1、C2进行充电,以此提高驱动MOS管的信号电压,使其具有扩展信号输出的功用,扩展后的信号PWM波就能有序地操控VQ-1、VQ2、VQ3、VQ4的通断,在逆变电路中同一相的上下臂的驱动信号是互补。

  

  图3  IR2101逆变电路原理图

  当Up输入高时,HO输出也为高,经过IR2101的%&&&&&%自举功用,就能操控VQ1导通,此刻因为LO输出为低,不能驱动VQ2,因而VQ2处于关断状况,一起Vp也输入一个高电平,即HO为高,使VQ4处于导通状况,而此刻VQ3处于关断状况,因而T1→VQ1→R5(负载)→VQ4→GND构成一个通路。反之,当Up、Vp为低电平,Un、Vn为高电平时,即电流的首要流向为T1→VQ3→R5(负载)→VQ2→GND,4个MOS管开关器材有序地替换通断,从而在R5(负载)处构成了沟通电。在实践使用中为了避免上下臂一起导通而构成短路,在软件规划的进程中,添加了死区时刻,来维护整个电路。  2.2 斩波电路

  斩波电路原理图如图4所示,该电路首要用于进行最大功率盯梢,其电源为独立电压源,R6(30 Ω/30 W)为功率电阻,其首要作为电源内阻,R7、R8是为了检测负载端的电压值而构成的分压电路,经过Ud1进行检测,将检测成果回来到单片机中进行处理,经过调理PWM波的占空比,从而操控VQ5敞开与关断的时刻。当检测到Ud1X(R7+R8)/R8的值大于一半时,单片机就会将斩波电路的占空比调大,让其经过的电压增大,从而使其值挨近光伏电池的一半,假如检测到其值小于一半的时分,会将占空比调小,让其经过的电压变小,这样经过盯梢电压来完成频率的盯梢功用。

  

  图4 斩波电路原理图

  2.3 最大功率盯梢模型剖析

  本规划为了完成最大功率的盯梢模型,如图5所示电路,使得内阻R8和外阻Rb持平,Ud的电压为电池电源的一半就能够得到电池输出功率最大了,这种状况使用于线性电路中,可是在非线性电路中也能够使用这个原理,本项目经过电压盯梢的功用,完成最大功率的盯梢,首要经过调理PWM波的占空比巨细完成本功用。

  

  图5 最大功率的盯梢模型

  3 体系软件规划

  A/D采样函数流程图如图6所示,此函数首要是用于收集负载端的的电压值,最终转化为起伏调制系数。本此函数中运用了CMT0定时器中止,在此中止中进行了A/D采样,将收集的电压值与换算后的电源电压中点值Vmid(见图4,即使用R7、R8组成分压电路,R7:R8=9:1),进行比较,当差值的绝对值大于100的时分,判别为收集值出现异常,强制将电源电压转化后的中点值转化为起伏调制系数,当二者之间的差值的绝对值小于100时,将差值加到Vmid上,然后再转化为起伏调制系数,最终回来中止。

  

  图6 A/D采样函数流程图

  在本函数中斩波电路的PWM中止运用了TPM2中止,在此中止中运用了起伏调制系数去调理斩波电路的PWM波的占空比,从而完成电压的盯梢功用,最终是完成最大功率的盯梢。斩波电路PWM中止子函数流程图如图7所示。

  

  图7 斩波电路PWM中止子函数流程图

  4 最大功率测验成果

  对斩波电路后的J2点进行测验的,将J2点处接1个30 W/30 Ω的功率电阻作为负载,测验出表1中的各项数据。

  表1 测验成果

  

  5 结束语

  本规划方案选用具有超卓功用的定时器PWM信号发生器组的16位结构的微处理器SPMC75F2413A单片机进行规划,首要使用了此单片机的PWM信号发生器组发生操控逆变电路和斩波电路的PWM波,还使用了IR2101的自举功用,对功率MOS管进行有序驱动,完成逆变,操控斩波电路的PWM波占空比,完成了最大功率的盯梢逆变器的规划。经过验证,输出的正弦沟通信号非常显着,并具有最大功率的盯梢功用。

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