[分享] 大家一起来参与，我搞的光伏逆变控制(MPPT)一体机

木犯001号 2018-6-26 14:38 楼主

这个项目是将离网逆变，MPPT对电池充电，和电网能量互动切换的一个东西，是在太阳能离网发电上完成所有应用场景的一种机器；
由于集成功能比较多，可能需要经过一些升级后，最终完善！技术资料会等硬件完善后，一步步更新上来，和大家分享！
   这是一次想自制MPPT，或者想自制高性能逆变切换一体机的福音，因为第二版会单独出控制板，可以提供大家自制。DIY的梦想就是用最简单，最少的东西，做出符合心里想象的完美的东西。
   试想，如果有一台自己亲手打造的MPPT、逆变带市电，逆变优先切换的，还有充电自动管理的光伏一体机，那是多么享受的一件事情，可是目前这类机器能完成的太少了，需要有一个方案，一个平台来入手，目前我们完成以上功能的符合光伏发电者各种要求的最简单一个东西出来了。    目前很多逆变器无MPPT，逆变器完成市电优先或者逆变优先的切换都不太成熟，因为从核心控制上，没有一个比较成熟的方案，需要多个芯片协同工作，为此，为了简化电路，必须从核心控制芯片上入手，重新设计一个基于单芯片的方案，能够包含以下功能：
   1，集成MPPT充电，为了提升这个效率，设计为单相的BUCK DC-DC方式，结合以前MPPT成熟的经验，专门配合在逆变一体机上。
   2，集成光伏充电电流检测，通过外部运放，将光伏电流给CPU做MPPT的运算，省去过多繁琐的过程。
   3，集成逆变H桥的4路PWM，PWM采用目前效率最高，最稳定的双边调制的SPWM输出，直接从芯片出来4路SPWM，进一步简化外围，
   4，集成市电锁相，采用独特的硬件锁相方式，在芯片内处理市电上的干扰杂波，丢波等一系列的干扰，将逆变输出的交流电压和市电的交流信号，严格对称，在市电有的时候，将逆变电压追随市电的频率，相位，乃至在切换的时候，都是追踪市电的当前电压完成逆变和市电电压一致，切换过去之后，电压再次恢复到默认值。这样做的目的最大化的保证切换的完美，切换平稳过渡，无压差的切换。
   5，集成通讯控制功能，让用户能够设置逆变优先，或者市电优先，并且能够将MPPT数据，逆变数据，市电数据，都能实时的输出给外界，比如有的锂电池系统需要此类数据，进一步做控制，这个就非常有用，有了这些，才有做远程控制和监控的基础，有兄弟开始做上位机软件，到时候有了这个，就可以提供监控了。
   6，配合专门开发的电流感测元件，简化短路保护电路，独特的芯片内部短路保护动作电路，在外部发生短路的时候，逆变器执行恒流+电流内环模式，避免烧IGBT和驱动，另外此模式会优化带载功能，3KW高频机，直接启动2P空调一点问题都不会有，逆变器基本无压力感觉，就能平稳启动。
   7，集成5大保护功能，过压，欠压，过温，短路和过载。
   8，这次是使用STM32芯片实现以上功能，目前初步型号，定为：STM32F103RET6.
硬件平台我使用控制板+功率主板的分开模式，使用排针对插的结构，便于调试。这个项目目前开放在QQ群内.基于论坛不方便，可以私下联系我，提供给大家。
这次搞的基本参数如下：
逆变器额定输入电压24V，电压范围为DC21-DC30V
输出电压:AC220V，纯正弦波
输出频率：50hz、60hz（自动追随市电频率，并记忆）
输出额定功率：2000W
MPPT输入电压范围：PV/30V-180VDC
MPPT充电电流：30A
市电、逆变切换时间<10ms

下面一步步分析电路。从主板开始。。。。

控制板实物照片如下：

控制板，小信号电路部分分析：

1：辅助电源控制部分：
由于设计的为DC24V电池输入，CPU和其他的芯片都是低电压供电，所以需要采用一个辅助电源来将输入的DC24V降压到几种合适的电压，提供给芯片，驱动电路供电，这里使用经典的UC3845芯片做成反激供电，如下图，变压器没有画出来，因为在主板上，后面再更新主板电路图的时候，就能看到辅助变压器的连接，这里只分析小信号控制部分，辅助电源产生12V,5V和3.3V电压，12V电压还有一组隔离的，隔离将会提供给逆变的IGBT驱动用，5V提供给运放，3.3V提供给CPU，辅助电源部分就是这些了。

1：逆变升压DC-DC部分：
为了简化升压部分，我这次还是用经典的SG3525芯片来实现推挽升压，目前DC24V升压到DC400V，推挽应该是最合适的一种电路了，驱动也比较简单，
此电路下部的光耦，是用来隔离反馈，直接控制SG3525的SD脚，只要升压电压超过DC400V，光耦会导通，SD脚电压升高，PWM占空比会自动缩减。实现类似稳压，由于这里稳压无需精确，所以电路越简单越好了！

3:CPU部分：
这次使用了STM32F103RET6来做主控部分，为64pin芯片，使用资源，IO都足够实现这个板子的功能了。
由于这个芯片速度比较牛，具体是什么性能，大家可以自行百度，这里就不去再打一遍字了，这样得以简化了外面很多东西，特别是硬件会变得简洁多了如下：

一步步看信号的定义了。
下面这4个PWM通道对应的是逆变的H桥，分别驱动左右桥臂的上下管子，产生SPWM，实现正弦波输出。

下面的这2组PWM是产生相位交错180度占空比的，用来做BUCK模式的MPPT充电使用，占空比定为0-96%。

下面的这个是用来做逆变SPWM的逐波限流的故障检测引脚，实现逆变部分的短路保护和兼顾带载能力和不炸管子，就靠它了。

WM输出电平转换部分：
为了能将PWM信号隔离CPU，不至于CPU受到外面驱动的噪音干扰，把PWM信号，用电平缓冲芯片隔离了一下：
这样可以将3.3V的PWM经过这个芯片缓冲后，进一步提高抗噪能力，对于后面输入到驱动，都是有好处的。

5：光耦驱动部分：设计的为TLP250的光耦驱动，次级供电采用自举的方式。简化供电侧的电路。

6：MPPT需要用到的太阳能电池板电流检测。使用一个运放放大采样电阻上的电压，放大倍数为51倍。

7：市电锁相，同步，VRMS检测首先使用差分将市电电压降低到0-3.3V ,CPU的ADC能检测的范围，另外使用一个比较器，产生市电频率同步方波，进入DSP，用来计算零点和市电周期，程序需要这些参数做锁相和同步用。

8：逆变AC220V电压检测
使用差分将逆变出来的220V电压衰减到0-3.3V对应的信号，输入到CPU的ADC口，程序使用该参数实现AC220V的电压闭环、瞬时值反馈。

9：逆变负载电流检测
将主板上互感器输出信号在采样电阻上得到一个正弦波电压，经过运放的调理后送入CPU的ADC做IRMS检测，依据参数实现过载保护和功率，电流显示。

10:1.65V基准偏置电压产生将3.3V电压通过2个同样大小的电阻分压，让运放跟随后，通过1.65V稳定的偏置，由于交流参数的缘故，此1.65用来给各个交流信号做加法器用。

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沙发木犯001号

主板.pdf (64.45 KB)
(下载次数: 91, 2018-6-26 14:39 上传)

主控板.pdf (71.9 KB)
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以上更新了主板电路图，下面一步步看主板上的部分。
主板上做了一级DCDC推挽升压，外加逆变部分和MPPT的充电部分。
先看看DCDC推挽的部分，如下：
很经典的推挽，由于此电路输入是24V，推挽的开关管实际用80-100V耐压的就够了，图中参数是IXTQ96N20的，可以适用于DC48V使用
实际上可以直接用IRFB4310的100V管子做就行了。
图中D5-D6是用来吸收推挽的开关管尖峰，增加管子的安全性。