文档介绍：光伏并网发电模拟装置
摘要
本作品采用AVRmega16单片机产生SPWM信号,控制逆变桥电路产生与电网同频、同相的电源信号的光伏并网发电模拟装置,实现了电路的欠压和过流保护、最大功率点跟踪和相频跟踪等功能。其主要由双极性SPWM信号生成、桥式逆变电路及其驱动和输出显示电路组成。其中双极性SPWM信号控制开关管的关断,再经过滤波电路产生正弦交流信号;逆变电路主回路采用功率开关管(MOSFET),其驱动电路采用了CMOS管直接控制;电压检测电路实现最大功率点跟随;逆变拓扑电路提高了DC-AC的变换效率;并且能利用单片机实现过流、欠压报警及保护和输出显示等其他控制功能。本作品性能优越、效率高等优点。
关键词:桥式逆变;SPWM;AVR单片机;相频跟踪
方案论证
-AC逆变电路方案
方案一:采用半桥逆变电路,原理图如图1。其电路简单,使用器件少,开关较少。但是有直通问题,可靠性低。
方案二:采用全桥逆变电路。原理图如图2。整个电路容易达到大功率,且损耗低、效率高、工作频率高、驱动容易、可靠性大大提高,我们选用方案二。
图1 半桥逆变电路图图2 全桥逆变电路图

方案一:采用MOSFET栅极驱动控制专用集成电路芯片IR2110。该芯片为8引脚封装,可驱动同桥臂的两个MOSFET,内部自举工作,允许在600V电压下直接工作,栅极驱动电压范围宽(10~20V),施密特逻辑输入,S电平兼容,死区时间内置,输入、输出同相,低边输出死区时间调整后与输入反相,最高可达40KHZ。
方案二:利用分立元件驱动MOSFET。直接用MOS管驱动功率MOSFET,他们可以共用一组电源,栅极电压小于10V时,功率MOSFET将处于电阻区,不需要外接电阻,电路非常简单。
比较上述两种方案,方案一采用了MOSFET专用的集成电路,可以说性能极其优越,但由于经验不足,我们没能把预先设计的IR2110驱动电路调试成功。考虑方案二电路简单,易于实现控制,我们最终采用了方案二。

本设计采用了双极性SPWM技术来实现正弦波变频控制。实现SPWM有以下两个方案:
方案一:采用规则采样法。规则采样法一般采样三角波作为载波。其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波形,再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断,从而实现SPWM法。
方案二:采用自然采样法。以正弦波为调制波,等腰三角波为载波进行比较,在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断,这就是自然采样法。
由于方案二的计算比较繁琐,难于实现在控制中的在线计算,所以本设计采用方案一,用
数学软件MATLAB生成正弦表(正弦信号采样表),存储在单片机中作为调制信号。

方案一:采用51单片机。采用51单片机和SPWM芯片组合实现控制功能。
方案二:采用ATmega单片机。此单片机具有16KB的系统内可编程FLASH的8位AVR微控制器,具有高效能、低功耗的8位微处理器、先进的RISC机构和具有SPWM功能的8位定时器/计数器0.
综合比较以上两个方案,方案一的实用性差,成本高,而方案二使用的单片机功能强大、集成度高,实现功能易满足题目要求,我们认为方案二最佳。
系统总体方案框图如下:
图3 系统方框图