专利名称：一种数字化并网太阳能逆变器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力技术领域，尤其涉及ー种数字化并网太阳能逆变器。
背景技术：
太阳能是最終解决常规能源，特别是化石能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，2010年全球太阳能装机总量达到1200万千瓦，并且将在21世纪继续得到长足的发展，并终将在世界能源结构转移中担当重任，成为21世纪后期的主导能源。并网太阳能逆变器是ー种分散化的太阳能发电装置集中向电カ网络供电的必备设备，逆变器拓扑结构更加多祥化，逆变器体积小型化，效率不断提高。现有技术中，并网太阳能逆变器普遍存在输入电流和输入电压的质量不佳，转换效率低、体积大和功率损耗大等现象。
发明内容本实用新型的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供ー种数字化并网太阳能逆变器，该数字化并网太阳能逆变器的输入电流和输入电压的质量高，转换效率高、体积小和功率损耗小。本实用新型的目的通过以下技术方案实现。ー种数字化并网太阳能逆变器，包括主电路、控制检测电路、通讯显示电路和辅助开关电源电路；所述主电路包括太阳能电池板、输入滤波模块、高频开关直流升压模块、高低频控制全桥逆变模块、输出滤波模块和电网；所述输入滤波模块包括电容Cl和电容C2 ;所述高频开关直流升压模块包括电感LI、ニ极管Dl、场效应管SI、电容C3和电容C4 ;所述高低频控制全桥逆变模块包括三极管S2、三极管S4、场效应管S3和场效应管S5 ;所述输出滤波模块包括电感L2、电感L3和电容C5 ；所述太阳能电池板的正极与电容Cl 一端、电容C2—端、电感LI 一端电连接，电感LI另一端与ニ极管Dl正扱、场效应管SI的漏极电连接，ニ极管Dl负极与电容C3 —端、电容C4 一端、三极管S2集电极、三极管S4集电极电连接，三级管S2发射极与场效应管S3漏极、电感L3 —端电连接，三极管S4发射极与电感L2 —端、场效应管S5漏极电连接，电感L2另一端与电容C5 —端、电网正端电连接，电感L3另一端与电容C5另一端、电网负端电连接，太阳能电池板的负极、电容Cl另一端、电容C2另一端、场效应管SI源极、电容C3另ー端、电容C4另一端、场效应管S3源扱、场效应管S5源极均与电源地电连接。优选的，所述三极管S2和三极管S4设置为绝缘栅双极型晶体管。另ー优选的,所述电感LI为高频储能电感。 另ー优选的，所述ニ极管Dl为碳化硅ニ极管。[0014]另ー优选的，所述场效应管SI、场效应管S2、场效应管S3均为采用CoolMOS技术制作的开关管。另ー优选的，所述控制检测电路包含DSP控制芯片、逆变器输入电流、电压检测模块、并网输出电流检测模块、电网电压检测模块、驱动隔离模块、过压欠压保护模块、过流保护模块；所述控制检测电路包括有驱动隔离模块的输出第一端、驱动隔离模块的输出第二端、驱动隔离模块的输出第三端、驱动隔离模块的输出第四端、驱动隔离模块的输出第五端;所述DSP控制芯片包括有EPWM模块输出端、GPIO模块输入端、ADC模块输入端、ECAP模块输入端和SPI通讯模块接ロ ；所述驱动隔离模块的输出第一端与场效应管SI的栅极电连接，驱动隔离模块的输出第二端与场效应管S2基极电连接，驱动隔离模块的输出第三端与场效应管S3栅极电连接，驱动隔离模块的输出第四端与场效应管S4基极电连接，驱动隔离模块的输出第五端与场效应管S5栅极电连接；所述输入滤波模块的输出端与过压欠压保护模块的输入第一端、逆变器输入电流电压检测模块的输入端电连接，过压欠压保护模块的输出第一端和输出第二端与GPIO模块输入端电连接，逆变器输入电流电压检测模块的输出端与ADC模块输入端电连接，高频开关直流升压模块的输出第一端与过流保护模块的输入第一端电连接，高低频控制全桥逆变模块的输出第二端与过压欠压保护模块的输入第二端电连接，过流保护模块的输出第一端和输出第二端与GPIO模块输入端电连接；所述PWM信号输出端与驱动隔离模块的输入第一端电连接,SPWM信号输出第一端与驱动隔离模块的输入第二端电连接，SPWM信号输出第二端与驱动隔离模块的输入第三端电连接，SPWM信号输出第三端与驱动隔离模块的输入第四端电连接，SPWM信号输出第四端与驱动隔离模块的输入第五端电连接；所述输出滤波模块的输出端与并网输出电流检测模块的输入端、电网电压检测模块的电网电压输入端、电网电压检测模块的电网频率输入端电连接，并网输出电流检测模块的输出端、电网电压输出端与ADC模块输入端电连接，电网频率输出端与ECAP模块输入端电连接。更优选的，所述DSP控制芯片的型号为TMS320F2808。另ー优选的，还包括通讯显示电路，所述通讯显示电路包含ARM控制芯片、以太网通讯模块、EEPROM模块、RTC模块、蓝牙通讯模块、RS232通讯模块、RS485通讯模块和IXD显示模块；所述ARM控制芯片包括以太网通讯端、I2C接ロ端、GPIO模块输入端、SCI端和SPI通讯模块接ロ ；所述ARM控制芯片的SPI通讯模块接ロ与DSP控制芯片的SPI通讯模块接ロ连接；所述以太网通讯端与以太网通讯模块电连接，所述EEPROM模块、RTC模块分别与I2C接ロ端电连接，IXD显示模块的输入端与GIPO端电连接，蓝牙通讯模块、RS232通讯模块、RS485通讯模块分别与SCI端电连接。[0029]更优选的，所述ARM控制芯片的型号为LM3S8962。另ー优选的，还包括辅助开关电源电路，所述辅助开关电源包括型号为UC3843的控制芯片。本实用新型的ー种数字化并网太阳能逆变器的有益效果如下ー种数字化并网太阳能逆变器，包括主电路、控制检测电路、通讯显示电路和辅助开关电源电路；主电路包括太阳能电池板、输入滤波模块、高频开关直流升压模块、高低频控制全桥逆变模块、输出滤波模块和电网；来自太阳能板的直流电压经过输入滤波模块进行EMI滤波，从而提高逆变器输入电流和输入电压的质量，高频开关直流升压模块把电压升高至400伏直流电压，并控制稳定在400伏。其中控制信号为20千赫兹，高频的控制不仅提高了电路的转换效率，而且减小了储能电感的体积，结合了三极管功耗小与场效应管开关速度快的优点，进ー步降低了系统的功率损耗。高低频控制全桥逆变电路采用高低频控制方式把400V直流电逆变成SPWM方波，最后由LC网络构成的输出滤波电路把输出滤成标准正弦波，并入电网供电。经过一系列的处理，使得逆变器具有输入电流和输入电压的质量高、转换效率高、体积小和功率损耗小的优点。
利用附图对本实用新型做进ー步说明，但附图中的内容不构成对本实用新型的任何限制。图I是本实用新型的ー种数字化并网太阳能逆变器的一个实施例的系统框图。图2是图I中主电路的电路图。图3是本实用新型的的ー种数字化并网太阳能逆变器的主电路控制程序流程图。在图I和图2中包括有主电路100;太阳能电池板I;输入滤波模块2 ；高频开关直流升压模块3 ；高低频控制全桥逆变模块4 ；输出滤波模块5;电网6 ;控制检测电路200 ；通讯显示电路300;辅助开关电源电路400。
具体实施方式
结合以下实施例对本实用新型作进ー步说明。实施例I。ー种数字化并网太阳能逆变器，如图2所示，包括主电路100、控制检测电路200 ；通讯显示电路300和辅助开关电源电路400。主电路100包括太阳能电池板I、输入滤波模块2、高频开关直流升压模块3、高低频控制全桥逆变模块4、输出滤波模块5和电网6。输入滤波模块2包括电容Cl和电容C2 ;高频开关直流升压模块3包括电感LI、ニ极管D1、场效应管SI、电容C3和电容C4 ;高低频控制全桥逆变模块4包括三极管S2、三极管S4、场效应管S3和场效应管S5 ;输出滤波模块5包括电感L2、电感L3和电容C5。太阳能电池板I的正极与电容Cl 一端、电容C2 —端、电感LI 一端电连接，电感LI另一端与ニ极管Dl正扱、场效应管SI的漏极电连接，ニ极管Dl负极与电容C3 —端、电容C4 一端、三极管S2集电极、三极管S4集电极电连接，三级管S2发射极与场效应管S3漏极、电感L3 —端电连接，三极管S4发射极与电感L2 —端、场效应管S5漏极电连接，电感L2另一端与电容C5 —端、电网6正端电连接，电感L3另一端与电容C5另一端、电网6负端电连接，太阳能电池板I的负极、电容Cl另一端、电容C2另一端、场效应管SI源极、电容C3另 一端、电容C4另一端、场效应管S3源扱、场效应管S5源极均与电源地电连接。三极管S2和三极管S4设置为绝缘栅双极型晶体管。绝缘栅双极型晶体管具有高输入阻抗、低导通压降、驱动功率小和开关速度快等特点。电感LI为高频储能电感。ニ极管Dl为碳化硅ニ极管。场效应管SI、场效应管S2、场效应管S3均为采用CoolMOS技术制作的开关管。碳化娃ニ极管和采用CoolMOS技术制作的开关管结合在一起使用,采用CoolMOS技术制作的开关管与碳化硅材质的ニ极管极大提升了逆变器的转换效率。本实用新型的工作原理如下来自太阳能板的直流电压经过输入滤波模块2进行EMI滤波，从而提高逆变器输入电流和输入电压的质量，高频开关直流升压模块3把电压升高至400伏直流电压，并控制稳定在400伏。其中控制信号为20千赫兹，高频的控制不仅提高了电路的转换效率，而且减小了储能电感的体积，结合了绝缘栅双极型晶体管功耗小与采用CoolMOS技术制作的开关管速度快的优点，进ー步降低了系统的功率损耗。高低频控制全桥逆变电路采用高低频控制方式把400V直流电逆变成SPWM方波，最后由LC网络构成的输出滤波电路把输出滤成标准正弦波，并入电网6供电。经过一系列的处理，使得逆变器具有输入电流和输入电压的质量高、转换效率高、体积小和功率损耗小的优点。本实用新型的主电路控制程序流程图如图3所示，其过程如下首先进行系统參数初始化，包括DSP控制芯片各端ロ的设置和变量初始化以及ADC模块、ECAP模块、EPWM模块和SPI通讯模块的初始化。然后对太阳能电池电压和电网电压及频率进行检测，监测输入电压与电网环境是否满足条件。如满足条件则进行高频开关直流升压电路软启动，保护高频开关直流升压电路的场效应管，让其安全进入工作状态，并把高频开关直流升压电路输出电压稳定在400V直流电压。接着根据所接收的检测信号，启动并网程序，实现并网电流的软启动，后级高低频控制全桥逆变电路开始工作，高频开关直流升压电路用于最大功率点跟踪的控制，而后级高低频控制全桥逆变电路用于400V直流电压的稳定，输出电流由所追踪到的最大功率决定。最后程序进入循环状态，等待中断程序对相关信号的检测和判断处理，实时检测过压欠压、孤岛效应，以防止危害到整个配电系统及用户端的设备，此时系统进入相应中断程序的命令状态。实施例2。[0063]ー种数字化并网太阳能逆变器，如图I所示，本实施例的其它结构与实施例I相同，不同之处在于控制检测电路200包含DSP控制芯片、逆变器输入电流、电压检测模块、并网输出电流检测模块、电网电压检测模块、驱动隔离模块、过压欠压保护模块、过流保护模块。控制检测电路200包括有驱动隔离模块的输出第一端、驱动隔离模块的输出第二端、驱动隔离模块的输出第三端、驱动隔离模块的输出第四端、驱动隔离模块的输出第五端。DSP控制芯片包括有EPWM模块输出端、GPIO模块输入端、ADC模块输入端、ECAP模块输入端和SPI通讯模块接ロ。驱动隔离模块的输出第一端与场效应管SI的栅极电连接，驱动隔离模块的输出第二端与场效应管S2基极电连接，驱动隔离模块的输出第三端与场效应管S3栅极电连接， 驱动隔离模块的输出第四端与场效应管S4基极电连接，驱动隔离模块的输出第五端与场效应管S5栅极电连接。输入滤波模块2的输出端与过压欠压保护模块的输入第一端、逆变器输入电流电压检测模块的输入端电连接，过压欠压保护模块的输出第一端和输出第二端与GPIO模块输入端电连接，逆变器输入电流电压检测模块的输出端与ADC模块输入端电连接，高频开关直流升压模块3的输出第一端与过流保护模块的输入第一端电连接，高低频控制全桥逆变模块4的输出第二端与过压欠压保护模块的输入第二端电连接，过流保护模块的输出第一端和输出第二端与GPIO模块输入端电连接。PWM信号输出端与驱动隔离模块的输入第一端电连接，SPWM信号输出第一端与驱动隔离模块的输入第二端电连接，SPWM信号输出第二端与驱动隔离模块的输入第三端电连接，SPWM信号输出第三端与驱动隔离模块的输入第四端电连接，SPWM信号输出第四端与驱动隔离模块的输入第五端电连接。EPWM模块输出一路PWM信号通过驱动隔离模块为高频开关直流升压模块3的开关管提供100千赫兹的控制信号；EPWM模块输出四路SPWM信号通过驱动隔离模块为高低频控制全桥逆变模块4的四个开关管分别提供50赫兹、50赫兹、200赫兹和200赫兹的控制信号。输出滤波模块5的输出端与并网输出电流检测模块的输入端、电网电压检测模块的电网电压输入端、电网电压检测模块的电网频率输入端电连接，并网输出电流检测模块的输出端、电网电压输出端与ADC模块输入端电连接，电网频率输出端与ECAP模块输入端电连接。 控制检测电路200的工作原理如下逆变器输入电流电压检测模块从主电路100输入滤波模块2的输出端采集信号，送入DSP控制芯片的ADC模块输入端。并网输出电流检测模块从主电路100输出滤波模块5输出端采集电流信号，送入DSP控制芯片的ADC模块输入端。过压欠压保护检测模块所产生的保护信号发送至DSP控制芯片的GPIO模块输入端。过流保护电路检测流过开关管的电流信号，发送保护信号至DSP控制芯片的GPIO模块输入端。驱动隔离模块分别接收来自DSP控制芯片的EPWM模块输出端输出的I路PWM信号和4路SPWM信号，分别用来驱动高频开关直流升压模块3的开关管与高低频控制全桥逆变电路的开关管。电网电压检测模块与主电路100输出滤波的输出端连接(即和电网6相连)，检测电网电压输入到DSP控制芯片的ADC模块输入端，检测电网频率发送到DSP控制芯片的ECAP模块输入端。DSP控制芯片的型号为TMS320F2808。型号为TMS320F2808的DSP控制芯片是32位数字信号处理器，能很好地满足各种控制算法、信号处理算法等实时运算的需求，性能高。本实用新型还包括通讯显示电路300，通讯显示电路300包含ARM控制芯片、以太网通讯模块、EEPROM模块、RTC模块、蓝牙通讯模块、RS232通讯模块、RS485通讯模块和IXD显示模块；ARM控制芯片包括以太网通讯端、I2C接ロ端、GPIO模块输入端、SCI端和SPI通讯模块接ロ；ARM控制芯片的SPI通讯模块接ロ与DSP控制芯片的SPI通讯模块接ロ连接；以太网通讯端与以太网通讯模块电连接，EEPROM模块、RTC模块分别与I2C接ロ端电连接，IXD显示模块的输入端与GIPO端电连接，蓝牙通讯模块、RS232通讯模块、RS485通讯模块分别与SCI端电连接。通讯显示电路300的工作原理如下IXD显示模块实时显示并网太阳能逆变器的相关运行參数，如太阳能板电压、电网电压、电网频率、输出功率、工作模式、累计发电量等；I2C通讯模块包括外部数据存储和RTC模块，前者用于保存并网太阳能逆变器的发电历史记录及运行状态，后者则为光伏并网逆变器提供时间基准；以太网通讯功能保证用户能通过以太网对并网太阳能逆变器进行数据读取和相关操作；SPI通讯模块负责DSP控制芯片与ARM控制芯片之间的数据通讯，DSP控制芯片向ARM控制芯片发送相关数据和命令标志位，让ARM控制芯片进行相应的功能操作，这些运行參数的显示为全自动循环显示，无需人工操作；SCI通讯模块包括RS232通讯，用于近距离数据读取；RS485通讯，用于远距离数据读取；蓝牙通讯，方便所研制的光伏并网逆变器与外部PC设备的无线通讯。ARM控制芯片的型号为LM3S8962。型号为LM3S8962的ARM控制芯片除了可达到減少存储容量的需求和降低成本之外，还与很多代码兼容，为用户提供了更多的灵活性，能够适应各种精确的需求。本实用新型还包括辅助开关电源电路400，辅助开关电源包括型号为UC3843的控制芯片。辅助开关电源电路400为逆变器各个模块提供供电电源，分别为±15V及5V直流电压。辅助开关电源电路400输入电压由高频开关直流升压模块3的输出电压提供，以高性能固定频率电流模式控制芯片UC3843及多绕组的变压器为核心电路组成，输入端与太阳能电池连接，输出端由变压器变压，经三端稳压管7815、7915、7805等稳压后给各种控制芯片和驱动芯片的供电。最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管參照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。
权利要求1.一种数字化并网太阳能逆变器，包括主电路、控制检测电路、通讯显示电路和辅助开关电源电路； 其特征在于所述主电路包括太阳能电池板、输入滤波模块、高频开关直流升压模块、高低频控制全桥逆变模块、输出滤波模块和电网； 所述输入滤波模块包括电容Cl和电容C2 ;所述高频开关直流升压模块包括电感LI、二极管Dl、场效应管S I、电容C3和电容C4 ;所述高低频控制全桥逆变模块包括三极管S2、三极管S4、场效应管S3和场效应管S5 ;所述输出滤波模块包括电感L2、电感L3和电容C5 ； 所述太阳能电池板的正极与电容Cl 一端、电容C2 —端、电感LI 一端电连接，电感LI另一端与二极管Dl正极、场效应管SI的漏极电连接，二极管Dl负极与电容C3 —端、电容C4一端、三极管S2集电极、三极管S4集电极电连接，三级管S2发射极与场效应管S3漏极、电感L3 —端电连接，三极管S4发射极与电感L2 —端、场效应管S5漏极电连接，电感L2另一端与电容C5 —端、电网正端电连接，电感L3另一端与电容C5另一端、电网负端电连接，太阳能电池板的负极、电容Cl另一端、电容C2另一端、场效应管SI源极、电容C3另一端、电容C4另一端、场效应管S3源极、场效应管S5源极均与电源地电连接。
2.根据权利要求I所述的一种数字化并网太阳能逆变器，其特征在于所述三极管S2和三极管S4设置为绝缘栅双极型晶体管。
3.根据权利要求I所述的一种数字化并网太阳能逆变器，其特征在于所述电感LI为高频储能电感。
4.根据权利要求I所述的一种数字化并网太阳能逆变器，其特征在于所述二极管Dl为碳化娃二极管。
5.据权利要求I所述的一种数字化并网太阳能逆变器，其特征在于所述场效应管SI、场效应管S2、场效应管S3均为采用CoolMOS技术制作的开关管。
6.根据权利要求I所述的一种数字化并网太阳能逆变器，其特征在于所述控制检测电路包含DSP控制芯片、逆变器输入电流电压检测模块、并网输出电流检测模块、电网电压检测模块、驱动隔离模块、过压欠压保护模块、过流保护模块； 所述控制检测电路包括有驱动隔离模块的输出第一端、驱动隔离模块的输出第二端、驱动隔离模块的输出第三端、驱动隔离模块的输出第四端、驱动隔离模块的输出第五端; 所述DSP控制芯片包括有EPWM模块输出端、GPIO模块输入端、ADC模块输入端、ECAP模块输入端和SPI通讯模块接口 ； 所述驱动隔离模块的输出第一端与场效应管SI的栅极电连接，驱动隔离模块的输出第二端与场效应管S2基极电连接，驱动隔离模块的输出第三端与场效应管S3栅极电连接，驱动隔离模块的输出第四端与场效应管S4基极电连接，驱动隔离模块的输出第五端与场效应管S5栅极电连接； 所述输入滤波模块的输出端与过压欠压保护模块的输入第一端、逆变器输入电流电压检测模块的输入端电连接，过压欠压保护模块的输出第一端和输出第二端与GPIO模块输入端电连接，逆变器输入电流电压检测模块的输出端与ADC模块输入端电连接，高频开关直流升压模块的输出第一端与过流保护模块的输入第一端电连接，高低频控制全桥逆变模块的输出第二端与过压欠压保护模块的输入第二端电连接，过流保护模块的输出第一端和输出第二端与GPIO模块输入端电连接； 所述PWM信号输出端与驱动隔离模块的输入第一端电连接,SPWM信号输出第一端与驱动隔离模块的输入第二端电连接，SPWM信号输出第二端与驱动隔离模块的输入第三端电连接，SPWM信号输出第三端与驱动隔离模块的输入第四端电连接，SPWM信号输出第四端与驱动隔离模块的输入第五端电连接； 所述输出滤波模块的输出端与并网输出电流检测模块的输入端、电网电压检测模块的电网电压输入端、电网电压检测模块的电网频率输入端电连接，并网输出电流检测模块的输出端、电网电压输出端与ADC模块输入端电连接，电网频率输出端与ECAP模块输入端电连接； 所述驱动隔离模块的输出第一端与场效应管SI的栅极电连接，驱动隔离模块的输出第二端与场效应管S2基极电连接，驱动隔离模块的输出第三端与场效应管S3栅极电连接，驱动隔离模块的输出第四端与场效应管S4基极电连接，驱动隔离模块的输出第五端与场效应管S5栅极电连接。
7.根据权利要求6所述的一种数字化并网太阳能逆变器，其特征在于所述DSP控制芯片的型号为TMS320F2808。
8.根据权利要求I所述的一种数字化并网太阳能逆变器，其特征在于还包括通讯显示电路，所述通讯显示电路包含ARM控制芯片、以太网通讯模块、EEPROM模块、RTC模块、蓝牙通讯模块、RS232通讯模块、RS485通讯模块和IXD显示模块； 所述ARM控制芯片包括以太网通讯端、I2C接口端、GPIO模块输入端、SCI端和SPI通讯模块接口； 所述ARM控制芯片的SPI通讯模块接口与DSP控制芯片的SPI通讯模块接口连接； 所述以太网通讯端与以太网通讯模块电连接，所述EEPROM模块、RTC模块分别与I2C接口端电连接，IXD显示模块的输入端与GIPO端电连接，蓝牙通讯模块、RS232通讯模块、RS485通讯模块分别与SCI端电连接。
9.根据权利要求8所述的一种数字化并网太阳能逆变器，其特征在于所述ARM控制芯片的型号为LM3S8962。
10.据权利要求I所述的一种数字化并网太阳能逆变器，其特征在于还包括辅助开关电源电路，所述辅助开关电源包括型号为UC3843的控制芯片。
专利摘要本实用新型涉及电力技术领域，特别是涉及一种数字化并网太阳能逆变器，包括主电路、控制检测电路、通讯显示电路和辅助开关电源电路；主电路包括太阳能电池板、输入滤波模块、高频开关直流升压模块、高低频控制全桥逆变模块、输出滤波模块和电网；输入滤波模块包括电容C1和电容C2；高频开关直流升压模块包括电感L1、二极管D1、场效应管S1、电容C3和电容C4；高低频控制全桥逆变模块包括三极管S2、三极管S4、场效应管S3和场效应管S5；输出滤波模块包括电感L2、电感L3和电容C5；本实用新型具有输入电流和输入电压的质量高、转换效率高、体积小和功率损耗小的优点。
文档编号H02J3/38GK202406052SQ201120551218
公开日2012年8月29日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者潘少辉 申请人:保力新能源科技(东莞)有限公司