#第四届立创大赛#基于新型拓扑的非隔离低漏电流并网逆变器 - 嘉立创EDA开源硬件平台

注：*为必填项。 【请在报名阶段填写 ↓】 *  简要介绍作品：        本设计是基于新型拓扑的非隔离低漏电流并网逆变器，采用五个功率开关器件、一个电容、和一个滤波器即可实现正弦波逆变。控制器采用TI的TMS320F2808 16位定点DSP，工作主频高达100MHz，通过软件锁定并网电压相位实现逆变器并网。新的逆变器拓扑及其控制的主要优点是：1）光伏电池的负端直接和电网零点相连，完全消除漏电流；2）所用器件少，成本低；3）损耗低，效率高；4）具有无功功率传输的能力；5）相对于半桥型拓扑来说，不需要很高的直流输入；6）使用简单的单极性SPWM调制，实现简单；7）使用简单的双闭环控制就可以实现很好的并网效果。 【请在竞赛阶段填写 ↓】 *  一、作品详情；        本作品是基于新型拓扑的非隔离低漏电流并网逆变器，能够将350V左右的直流电压转换成交流220V频率50Hz的电压，实现并网供电，孤岛运行、无功与有功功率传输等功能。控制器采用TI公司的TMS320F2808，实现采样、控制与通信等功能。 作品分为两部分，主板与控制板，两者通过排针连接。主板主要负责功率转换、信号采集与处理、辅助电源供电，并离网控制。控制板主要负责开关管驱动、DSP控制。并离网切换采用交流接触器，通过控制继电器进而控制接触器。                 新型拓扑结构图 新型拓扑的工作原理与细节见附录文献，并且该新型拓扑已申请专利。   主板PCB  控制板正面  控制板反面 *  二、描述作品所面临的挑战及所解决的问题；         面临的挑战：         先为了降低漏电流本设计采用的是新型拓扑，对于这个拓扑的工作原理不是非常的了解。其次是并网控制的实现，尽管之前也做过逆变器，但都是离网的，并网要比离网复杂得多。再次是功率解耦的问题，要实现有功与无功的传输，就要进行功率解耦，需要进行坐标变换。最后是硬件设计，DSP刚刚开始入门学习，软件硬件都不甚了解。        解决的问题： 经过师兄的讲解与查阅相关资料，我们了解了这个拓扑的工作方式，实现了逆变的~~~~功能。其次我们了解了并网所需的条件和需要解决的问题，采用软件锁相环实现电网锁相并网，同时通过PSIM仿真验证了该方案的可行性和功率解耦控制问题。最后，通过自己查阅资料，学习DSP软件与硬件知识，设计出了能稳定工作的DSP最小系统板与驱动电路。 *  三、描述作品硬件、软件部分涉及到的关键点；         硬件设计有一下几个关键点。其一，电网电压、电流的采样。电网电压首先通过精密电压互感器衰减后送入信号处理电路，通过运放对信号进行电平移位处理与滤波处理，将信号控制在0V到3V之间，最后送入DSP进行软件处理。并网电流通过电流霍尔传感器，实现电流信号转换成电压信号，即可送入DSP处理。上述方案精度高，稳定性好，高压与低压完全隔离。其二，驱动与辅助电源的设计。由于采用了新型拓扑，传统驱动电路无法直接应用，需要隔离的驱动电路。故采用光耦隔离驱动器，通过三极管驱动光耦隔离驱动器，进而控制MOSFET导通与关断。同时需要多组隔离辅助电源，为了降低系统设计难度，提高辅助电源的稳定性，采用UC3842作为反激电源控制器，通过该反激电源输出一路12V稳定电压后，再通过四个隔离DC/DC模块分别给驱动电路供电，保证了电源的稳定性的同时实现了辅助电源的隔离。         软件设计的最大难点在于如何实现并网与功率解耦。经过讨论，采用了以下的方法实现电网电压锁相与并网。采样得到电网电压后首先经过广义二阶积分将电网电压变换为两组正交的电压信号，再将输出信号作为锁相环的输入，经过PLL后得到电网电压的相位。电流给定值与电网相位相乘得到电流瞬时值，电流瞬时值与反馈采样的电流值比较后经过PI调节器输出控制信号，将控制信号与载波调制后就能得到需要的SPWM。通过控制电流幅值实现控制有功功率的大小，控制电流的相位实现控制无功功率的大小。 编程软件采用CCS6.0，程序调试完成后下载到片内FLASH。  *  四、作品材料清单；                             控制板材料清单：                                                           主电路板材料清单   *  五、作品图片上传；（PCB上须有大赛logo标识并拍照上传，若无视为放弃参赛）  反面Logo特写   整体图   控制板正面及反面  逆变输出电压波形 *  六、演示您的作品并录制成视频上传；（视频内容须包含：作品介绍；功能演示；性能测试；PCB上大赛logo标识特写镜头，若无视为放弃参赛） 视频链接：[https://www.bilibili.com/video/av68592541](https://www.bilibili.com/video/av68592541) 七、开源文档。 见附录 后记：        这个作品前后花了近两个月的时间，由于时间与精力有限，自己还要其他的工作，所以每次都是在零碎的时间里来焊电路，调试。在设计过程中，自己也在不断的思考哪里可能出现问题，哪里可以进行优化设计。历经种种困难，最终在队员的配合下，完成了该作品，其中包括我们通宵熬夜调试等过程。在调试初期，由于各种原因导致的炸管，烧DSP控制芯片、驱动芯片等问题就非常令自己头疼。作品也存在有一些不足之处：控制器没有预留通信接口，实现通信功能。没有接LCD、按键等人机交互设备。作品效率未能达到预期的94%。后面有机会再一一对其进行优化。（ 刚好洗板水没了，板子看上去很丑，有强迫症的我看着也不舒服，各位多多体谅。有任何问题可以和大家一起探讨。）