用微型逆變器優化太陽能系統

MCU特性

仔細權衡這些高層次要求是確定MCU需要哪些功能的最好方法。例如，當并聯面板時需要負載平衡控制。所選MCU必須能檢測負載電流以及能通過開/關輸出MOSFET升高或降低輸出電壓。這需要一個高速片上ADC來采樣電壓和電流。

微型逆變器設計沒有“一成不變”的模式。這意味著設計者必須有能力和創新精神采用新技巧、新技術，特別是在面板間和系統間的通信方面。最合適的MCU應支持各種協議，包括一些平常不會想到的如電力線通訊(PLC)和控制器局域網(CAN)等。特別是電力線通訊，因不再需專門的通信線路，所以可降低系統成本。但這需要MCU內置高性能PWM、高速ADC和高性能CPU。

對于針對太陽能逆變器應用所設計的MCU，一個意想不到但極具價值的特性是雙片上振蕩器，它們可用于時鐘故障檢測以提高可靠性。能夠同時運行兩個系統時鐘的能力也有助于減少太陽能電池板安裝時出現的問題。

由于在太陽能微型逆變器設計中凝聚了如此多的創新，對MCU來說，其最重要的特性也許就是軟件編程能力了。該特性使得在電源電路設計和控制中擁有最高的靈活性。

C2000微控制器配備了可高效處理算法運算的先進數字運算處理內核以及用于能量轉換控制的片上外設集，已廣泛應用于傳統的太陽能電池板逆變器拓撲中。新推出的Piccolo系列C2000系列微控制器是經濟款，該系列的最小封裝只有38個引腳，但其架構更先進、外設也得到增強，從而可把32位實時控制的好處帶給要求低總體系統成本的微型逆變器等應用。

此外，Piccolo MCU系列的各款產品都集成了兩個用于時鐘比較的片上10MHz振蕩器，以及帶上電復位和掉電保護的片上VREG、多個高分辨率150ps的PWM、一個12位4.6兆次采樣/秒的ADC以及I2C(PMBus)、CAN、SPI和UART等通信協議接口。圖3顯示了一個與基于微型逆變器的光伏系統一起使用的計算機系統配置。

圖3：面向基于微逆變器PV的系統的MCU系統包含CPU、存儲器、電源及時鐘、外設。

性能是微型逆變器的關鍵特性。盡管Piccolo系列器件相比其它C2000 MCU產品尺寸更小、價格更低，但其功能卻有提升，例如它具有可為CPU分擔處理復雜高速控制算法的可編程浮點控制律加速器(CLA)，從而使CPU無需處理I/O和反饋回路，在閉環應用中，可使性能提高5倍。

光伏電池的挑戰

基于太陽能發電系統的缺點之一是轉換效率。太陽能電池板能從每100mm2的光伏電池獲取約1mW的平均電能。典型效率約為10％。光伏電源的功率系數(即在陽光一直照射的條件下，太陽能電池實際產生的平均電能與理論上可產生的電能之比)約為15％至20％。有多種原因導致這一結果，包括陽光本身的變化，如夜間完全消失，以及即使在白天，陰影和天氣條件也常常導致光照減少。

led/' target='_blank'>光電轉換為效率計算引入了更多變數，包括太陽能電池板的溫度及其理論峰值效率。對設計工程師來說，另一個問題是光伏電池產生的電壓約有0.5V不規則變化。當選擇能量轉換拓撲時，這種變化會帶來嚴重影響。例如，對低效的能量轉換技術來說，它有可能消耗掉所采集到的很大一部分光伏電能。

為適應太陽不是全天24小時都照射這一事實，太陽能供電系統要包含電池以及給電池高效充電所需的復雜電子器件。當電池被集成到系統中時，電池充電需要額外的DC/DC轉換電路，同時還需要電池管理和監控。

許多由太陽能供電的系統還與電網對接，從而要求相位同步和功率因數校正。還有許多需要復雜控制的使用環境。例如，必須內置故障預警機制以防范公共電網的停掉電等事件。這些僅僅是設計工程師必須要考慮的頭等大事。