(集成微控制器)使(微逆变器)太阳能设计成本有效

电源

微逆变器提供的太阳能收集在个人面板提供电源转换的一种有效的解决方案。高度集成的MCU的出现提供了微逆变器的设计一个有吸引力的方法，提供一个选项，降低了复杂度，限制了微逆变器广泛应用在过去的成本。今天，设计师可以使用包括飞思卡尔半导体，英飞凌芯片技术，飞索半导体制造商提供的MCU构建高效的微逆变器的设计，德州仪器也在其中。

太阳能收集系统已经从传统的集中式解决方案（图1）中继续进化。不同于基于一个单一的中央逆变器甚至多组串逆变器系统，微逆变器转换功率从一个单一的面板。反过来，通过对每个面板的微逆变器产生交流电源被结合到输出到负载。

图1：太阳能能量收集方法继续从中央逆变器系统的演化（左）更多的分布式组串逆变器系统（中），最后微逆变器（右）建成的单独的面板。

通过交流电源在每个太阳能电池板，该微逆变器的方法减少或消除了昂贵的布线，相关费用和冷却，中央甚至串式逆变器系统有关的其他设施的要求。在设备的水平，整体转换效率的损失，由于照明，阴影，污垢，或面板的年龄差异大大降低。虽然微逆变器的使用增加了一个面板的成本，太阳能安装整体通常具有较低的成本和更高的转换效率。

成本有效的解决方案

对于他们所有的明显优势，微逆变器已慢慢成为传统逆变器系统的成本效益的替代品。在过去，太阳能逆变器的设计复杂的功能，增加了这些系统的成本，足以抵消了集中的太阳能解决方案的不利影响。事实上，需要响应不断变化的环境条件，以最大限度地提高太阳能转换需要复杂的系统设计，很难达到在单个太阳能电池板的使用所需的成本和有效性。

在一个理想的情况下，太阳能电池板产生的最大功率输出在其四曲线由环境的特点和面板本身（图2，左）的特点决定的。在实践中，这一最大功率点（MPP）可能难以捉摸，转移到不同的点上的功率曲线的阴影穿过面板从云或碎片收集面板（图2右）。先进的太阳能系统使用最大功率点跟踪（MPPT）方法来改变板的工作电压，以确保面板产生最大输出功率尽管变化的条件。

图2：在充分的阳光从72细胞180瓦的太阳能电池板的输出功率（左）和部分遮荫（右）在功率曲线的某一点达到最大值，但发现最大功率点可以代表一个重大的挑战

流行的MPPT方法如扰动观察（P＆O）使用定期调整增量步骤面板操作电压的简单的权宜之计，寻求任何增加或减少面板的操作电压，可以提高面板的输出功率。如果在工作电压的增量增加导致较低的功率输出，该算法将逐步减少在下一步调整工作电压-并重复这个过程，直到在任何方向上的工作电压的增量变化，将导致较低的面板输出功率。然而，在实践中，在电源输出曲线的局部极大值的外观（见图2）通常需要一个更复杂的方法比简单的步增量。

基于单片机的解决方案

在过去，建立一个有效的控制系统是一个复杂的任务，可以迅速增加成本和延长计划工程师处理案例如局部极大值或其他因素。今天，工程师可以找到各种各样的可用的设备，能够提供完整的解决方案，具有最小的附加组件。事实上，集成的MCU提供片内功能能够解决测量和分析的要求，通常只需要互补的模拟电路的电压和电流传感输入对输出和功率调节（图3）。单片机制造商通常会提供相关的软件库，包括准备使用的MPPT算法，进一步简化了设计过程，微逆变器设计。

图3：集成MCU如Microchip PIC16F690单片机提供一套完整的微逆变器数字控制所需的功能和片上外设。

[tr]一个MPPT实现合适的MCU，如那些在微芯片技术PIC 16F[tr]系列，Spansion FM3 mb9b520m系列，和英飞凌xmc4000[tr]系列处理器核心和内存结合完整的模拟外设。至少，这些微控制器提供一个模拟数字转换器（ADC）测量面板的电压和电流，电压参考和精确的模拟处理模拟比较器和脉冲宽度调制（PWM）的阶段所需要的输出电压转换器。

[tr]例如，在Microchip PIC系列MCU器件16F结合一个8位CMOS闪存和套模拟外设的单片机为核心的。这个PIC16F690[tr]单片机内部集成了12通道10位ADC，两个模拟比较器，可编程的片上电压参考，并捕获/比较/脉宽调制，提供16位捕捉分辨率为12.5 ns和200 ns分辨率下比较16位。PIC系列单片机的16F其他成员提供这些功能需要提供一个微逆变器的设计进一步增强了额外的外围设备。例如，微芯片P[tr]IC160F913[tr]单片机增强基地周边设置LCD控制模块，使设计人员能够提供用户反馈直接在面板。

[tr]飞思卡尔半导体mc56f82xx数字信号控制器（DSC）的家庭提供一个32位DSP核心和片上外设针对微逆变器的设计。在它的功能，这mc56f82xx家庭是基于MIPS 60位56800E核心。家庭的哈佛建筑风格相结合的三个执行单元的并行操作，允许多达六个操作数的指令周期。同时，这些设备的指令集提供了一个单片机的风格的编程模型和优化。在他们的外围设备，这些设备包括两个12位8通道ADC，三个模拟比较器集成ADC，以及飞思卡尔的增强flexpwm（eFlexPWM）与广泛的控制，边缘的位置，和触发能力。

德州仪器地址需要实时性能与它的线C2000MCU包括32短笛单片机，32德尔菲诺多核单片机，32位定点DSC，和16位DSP单片机系列。专为实时应用，C2000 MCU系列提供了高度集成的设备能够快速获取模拟数据范围广泛的价格/性能点，执行所需的计算和调整，在一个时钟周期内PWM输出。

除了与片上外设和实时性能的必要补充MCU的需要，工程师开发高压应用太阳能也发现自己面临的安全要求，如IEC 61508 SIL-3安全标准。为了解决这个新兴的需求，德克萨斯仪器公司提供的大力神RM安全MCU家族。围绕着一对臂cortex-r4f芯操作步调一致，这些设备结合ADC，旨在不断监控自己的操作和提供接近即时故障检测不影响性能特征因子。

结论

[tr]放置在每个单独的太阳能电池板，微逆变器可以提供高效的太阳能转换和降低成本。然而在过去，复杂的设计可以从太阳能阵列排除这种分散的方式广泛使用提取的最大功率的需要。今天，工程师们可以利用一系列MCU集成的要求进行有效的能量收集设备。作为一个结果，工程师可以快速实现高性价比的微逆变器的设计基于MCU能够满足范围广泛的应用程序的性能要求和功能。

林旭东 · 2016-3-7 22:19:58

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