優化太陽能系統新招：用微型逆變器連接太陽能板

不存在微型逆變器的“餅干?！保ㄍㄓ茫┰O計。這也就是說，設計人員必須發揮聰明才智，創新地找出一些新的技巧和方法，特別是在太陽能板間和系統間通信方面。所選MCU應該支持各種協議，包括一些特殊協議，例如：電力線通信（PLC）和控制器局域網（CAN）等。特別是電力線通信可以通過去除通信專用線來減少系統成本。然而，這要求集成到MCU中的高性能PWM功能、快速ADC和高性能CPU。

　　太陽能逆變器應用專用MCU中一種意料之外卻是高價值的特性是雙片上振蕩器，其可用于增強可靠性的時鐘故障檢測。同時運行兩個系統時鐘的能力也有助于減少太陽能板安裝期間的問題。

　　由于太陽能微型逆變器設計注定會出現如此多的創新，或許對MCU而言最重要的特性是軟件可編程性。這種特性為電源電路設計和控制帶來最大程度的靈活性。

　　由于擁有一個能夠有效處理算法計算的先進數字運算內核以及一些功率轉換控制的片上外圍器件組合，C2000微控制器已經廣泛地用于許多傳統太陽能板逆變器拓撲。一種更為低成本的選擇是Piccolo系列C2000微控制器。它擁有最少38引腳的封裝尺寸、功能構架改進以及增強型外圍器件，以將32位實時控制優勢帶到如微型逆變器等要求更低總系統成本的應用中。

　　圖3：基于微型逆變器的PV系統的MCU系統配置包括CPU、內存、電源及時鐘和一些外圍器件。

　　另外，Piccolo MCU系列的各種產品都集成了用于時鐘比較的雙片上10MHz振蕩器、具有上電復位功能和擊穿保護的片上VREG、多個高精度150-ps PWM、一個12位及4.6兆采樣/秒 ADC，以及一些用于I2C （PMBus）、CAN、SPI和UART通信協議的接口。圖3顯示了一個與基于微型逆變器的PV系統一起工作的計算機系統配置。

　　對于微型逆變器來說，性能是一個關鍵特性。盡管相比其他C2000 MCU產品，Piccolo器件更便宜且具有更小的尺寸，但這種器件卻擁有許多改進之處，例如：可編程浮點控制律加速器（CLA）設計旨在緩解復雜的高速控制算法，從而讓CPU能夠分配資源用于處理I/O和反饋環路指標測定，從而在一些閉環應用中獲得最多達5倍的性能提升。　　PV挑戰

　　太陽能發電系統的缺點之一是轉換效率。太陽能板從每100mm2PV單元采集約1mW的平均功率。一般效率大約為10%。發電利用率PV源（即，平均產生功率與太陽始終照射情況下能夠產生的功率大小之比）約為15%到20%。產生這種結果的原因有很多，其中包括陽光自身的變化無常，即在晚上全部消失，而在白天又通常會受陰影和天氣狀況影響而減弱。

　　PV轉換將更多變量引入效率方程式中，包括太陽能板溫度及其理論峰值效率。對于設計工程師們來說，另一個問題是PV單元會產生約0.5V不規律變化的電壓。在選擇功率轉換拓撲時，這種變化會帶來嚴重的影響。例如，較差的功率轉換技術實施可能會消耗大量的已采集PV電能。

　　為了適應太陽并非一天24小時照射這種情況，太陽能系統包括了一些電池，以及高效地對這些電池充電所需的復雜電子元件。電池被整合到系統以后，必須為電池充電增加額外的DC/DC轉換，同時還要求電池管理和監控。

　　許多太陽能系統還連接電網，從而要求相位同步和功率因數校正。另外，還有幾種要求復雜控制的使用情形。例如，必須內建故障預測，以防止公共電網出現如限制用電和停電等事件。這只是一些設計工程師們必須要考慮的重要問題。