1、電流采樣電路的設(shè)計(jì)文中研制了一套模擬并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了頻率跟蹤、最大功率跟蹤、相位跟蹤、輸入欠壓保護(hù)、輸出過流保護(hù)、反孤島效應(yīng)等功能；采用 Atmega16 高速單片機(jī),實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部集成定 時(shí)、計(jì)數(shù)器功能；利用定時(shí)器T/ C2的快速 PW岫能，實(shí)現(xiàn) spwra號的產(chǎn)生；采用 T/C1的輸入捕獲功能，實(shí)現(xiàn)了頻率相位監(jiān)測和跟蹤以及對失真度、輸入電壓、輸出電流等物理量的檢測與控制。1整體方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)采用 Atmega16單片機(jī)為主體控制 電路,工作過程為：與基準(zhǔn)信號同頻率、同相位正弦波經(jīng)過 SPW涮制后，輸出正弦波脈寬調(diào)制信號，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電胳放大，驅(qū)動(dòng)H橋功率管工作，經(jīng)過濾波器和工頻變壓器產(chǎn)生于基準(zhǔn)信號

2、通頻率、同相位的正弦波電流。其中，過流、欠壓保護(hù)由硬件實(shí)現(xiàn)，同步信號采集、頻率的采集、控制信號的輸出等功能，均由 Atmega16完成。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1 所示。2. 1 DCAC 驅(qū)動(dòng)電路是由 R1、R2、R& R4 R3 R6、Q& Q4 P3和 P4組成，其中 P3 和 P4是控制信號輸入2 硬件電路設(shè)計(jì)D(y AC 驅(qū)動(dòng)電路、分為所示。DCy AC 電路和濾波電路 3局部和平滑 電容 C1,電路原理如圖 2端，R3 和 R4 為限流電阻。集電極的電流直接影響波形上升沿的陡峭度，集電極電流越大輸 出的波形越陡峭。因?yàn)?R2 和 R1 與集電極 pn節(jié)的寄生電容形成了一

3、個(gè) RC充放電的時(shí)間常數(shù)，集電極 pn結(jié)的寄生電容無法改變，只有通過改變R1 和 R2 的值來改變時(shí)間常數(shù)，所以 R1和 R2 值越小，Q3 和 Q4的集電極電流就越大；RC的充電時(shí)間常數(shù)越小，波形的上升沿越陡峭，而增加集電極電流，會(huì)增加系統(tǒng)的功耗，權(quán)衡利弊選擇一個(gè)適宜的值。其次，射級pn結(jié)的寄生電容也會(huì)影響 Q3 和 Q4 的關(guān)斷時(shí)間和波形上升沿的陡峭度。所以在驅(qū)動(dòng)電路中各加了一個(gè)放電回路，即拉地電阻 R5 和 R6, R5 和 R6 的引入，加快了 Q3 和 Q4 的關(guān)閉速度，這 樣就使集電極的波形更陡峭。同樣在保證基極射極pn不損壞的條件下，基極的電流也是越大越好，但也會(huì)帶來損耗問題，權(quán)

4、衡利弊選擇一個(gè)適宜的值。關(guān)于兩個(gè)電阻的取值，這里假設(shè)三極管的放大倍數(shù)為 3，基極電流 Ib,集電極電流 Ic ,流過 R5 的電流為 I5,流過 R3 的電流為 I3 , R3 的壓降為 V3,驅(qū)動(dòng)信號為 V, R5 的壓降為 V5,有 L鄧x乙(2)崎(4)=峋十七(5)由式(1)、式(5)得& = (%伊-氏即,)/(3“同)!(6)實(shí)際中 R3和 R5 應(yīng)該比計(jì)算值小，這樣是為了讓三極管工作在飽和狀態(tài)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。2 . 2 DC-AC 電路 是由兩只 p 溝道 MOSFET。Q1、Q2和兩只 n溝道 MOSFET Q5 Q6 組成。在這里沒有采用 4只 n溝道 MOSFET

5、原因是驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，如果采用上面的驅(qū)動(dòng)電路接近電源的兩個(gè)導(dǎo)體管不能完全導(dǎo)通，發(fā)熱量為接近地一側(cè)導(dǎo)體管 4 倍以上，功耗增加，所以采用對管逆變即 減小了功耗，而且驅(qū)動(dòng)電路簡單。通過控制 4個(gè)導(dǎo)體管的開關(guān)速度再通過低通濾波器即可實(shí)現(xiàn) D(yAC 功能。2. 3 濾波電路兩個(gè)肖特基整流 二極管 1N5822為續(xù)流二極管，這里為防止產(chǎn)生負(fù)電壓， C2、C& C4 C5 L1、L2組成低通濾波器，其中 C3 C6 為瓷片電容，C2、C3 用電解電容，充放電電流可 以流進(jìn)地，L1、L2 為帶鐵芯的電感，帶鐵芯的電感對高頻的抑制比空心電感更好，電感值更高。關(guān)于參數(shù)的選取和截止頻率的計(jì)算如下小位A=

6、Xc； IlC.eOTife3采樣電路3. 1 電流采樣電路的設(shè)計(jì)由于終端負(fù)載一定，所以電流采樣實(shí)際等同于一個(gè)峰值檢測的過程，此電路實(shí)際是一個(gè)峰值檢測電路，P3為信號的 2 個(gè)輸入端，調(diào)整 R10, R11和 R17、R18取值來實(shí)現(xiàn)峰值測功 能，電路中的阻值并不準(zhǔn)確，需要實(shí)際中根據(jù)信號的幅值來調(diào)整R10、R11和 R17、R18阻值和比值。R14、R15 R19 R20 的電流為模擬比擬器內(nèi)部偏置電流的 10倍以上，電阻的阻值 盡可能大，這樣既減小了功耗也保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。Y3 采用模擬比擬器 LM393 LM393內(nèi)部為開集電極輸出，應(yīng)用的時(shí)候輸出端要接一個(gè)上拉電阻，電路如圖3所示。3V

7、100 kQ lOOkAidbtn fk| iCOkft圖3電流棄樣電酪3. 2 MPPT采樣電路在光伏系統(tǒng)中，通常要求太陽能電池的輸出功率始終最大，系統(tǒng)要能跟蹤太陽電池輸出的最大功率點(diǎn)。如果負(fù)載不能工作在電池提供的最大功率點(diǎn)，就不能充分利用在當(dāng)前條件下電池所能提供的最大功率。因此，必須在太陽能電池和負(fù)載之間參加阻抗變換器，使得變換后的工作點(diǎn)正好和太陽能電池的最大功率點(diǎn)重合，使太陽能電池以最大功率輸出，這就是太陽能電池的最大功率跟蹤。即最大功率跟蹤MPPT是本套光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置研究的一個(gè)重要方向。由于光伏電池的最大功率輸出點(diǎn)是隨光強(qiáng)、負(fù)載和溫度變化的。為充分利用太陽能，系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)最大功率

8、點(diǎn)的跟蹤。本套光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬采用恒定電壓控制方法,其優(yōu)點(diǎn)是簡單易行，且可以跟蹤最大功率點(diǎn)。電路的工作原理：本模塊電路的核心也是模擬比 較器 LM393TL431提供 7. 5 V的基準(zhǔn)電壓，在這里基準(zhǔn)電壓取值建議 A 7. 5 V,取值可以 比 7. 5 V稍大，以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，應(yīng)保證流過R& R9 的電流為模擬比擬器 LM393偏置電流的 10倍以上，R& R9的取值盡可能大。R1、R2 并聯(lián)是為了調(diào)試方便，現(xiàn)實(shí)中很難找到阻 值很適宜的電阻，滑動(dòng)變阻器昂貴，所以用兩個(gè)電阻并聯(lián)調(diào)試效果比擬理想。假設(shè)R 為 R1、R2 并聯(lián)值，流過 R 的電流為 I ,那么有15 -7 5廣

9、.(9)式(9)中的，可以認(rèn)為是 TL431的灌電流的最小值，流過 R6的電流和模擬比擬器 LM393 的偏置電流忽略不計(jì)。 R6 和 R13 阻值選取，應(yīng)參考 TL431 內(nèi)部 1腳的偏置電流，流過 R6 和 R13的電流應(yīng)該 10倍于 TL431內(nèi)部 1 腳的偏置電流，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下盡量減小功耗。輸出用了光電耦合器 U4 把控制電路和主電路隔離，防止主電路干擾控制電路，R4 和 R5的取值太大影響穩(wěn)定性，取值太小那么使流過R4 R5 的電流大功耗增加甚至損壞器件。模擬比擬器 LM393的正相輸入端 3 腳位固定電壓 7.5V ,正常狀態(tài)下 PD4采集到的為 高電平，當(dāng) 2腳的電壓高

10、于 7. 5 V時(shí)輸出端 1腳輸出低電平，光耦導(dǎo)通，PD4采集到的為低電平開始處理 SPWM!號調(diào)整輸出阻抗來實(shí)現(xiàn)恒電壓跟蹤，最終實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。電 路如圖 4 所示。H4 MPRT姚罪尊05想壓電擇3. 3 欠壓采樣電路設(shè)計(jì)如圖 5與圖 4電路相似，模擬比擬器的反相輸入端為基準(zhǔn)電壓7. 5 V,而 R22換成電位器，目的是為了便于調(diào)整使本裝置適用于不同欠壓值控制。輸出采用光電耦合器U4把控制電路和主電路隔離，防止主電路干擾控制電路，R22、R24的取值太大影響穩(wěn)定性，取值太小那么使流過 R22、R24的電流大功耗增加甚至損壞器件，R21、R23的取值大小參見 4N25的輸入輸出特性曲線。

11、模擬比擬器 LM393的反相輸入端 6腳位固定電壓 7. 5 V,正常狀態(tài)下欠壓采樣輸出為 高電平，當(dāng) 5腳電壓7. 5 V時(shí)，輸出端 7腳輸出為低電平，光耦導(dǎo)通，欠壓輸出端采集到 的低電平欠壓保護(hù)電路開始工作，切斷主電路供電，實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù)。4欠壓過流保護(hù)電路設(shè)計(jì)電路如圖 6所示，當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，此過流保護(hù)的輸入端過流信號和欠壓即CD4011的 1腳和 2腳，檢測到的信號都是高電平，C04011的 3腳輸出低電平，經(jīng)過 U10B和 U10C兩級反相最終 CD4011的 10腳輸出低電平， 三極管 2N3904截止，繼電器常閉端處于導(dǎo)通狀 態(tài)，系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)輸出流過負(fù)載的電流過大或者輸入電壓缺乏時(shí)低電平觸發(fā) CD4011的 1 腳 2腳，這時(shí)候 3腳輸出高電平， 電容 C10充電經(jīng)過 U10B和 U10C兩級反相后 10腳輸出高電平， 三極管 2N3904導(dǎo)通，繼電器的常閉端斷開，主電路停止供電，處于保護(hù) 狀態(tài)。由于主電路 電源被切斷 U10A的輸入端檢測到高電平，3腳輸出低電平，由于 CD4011的高輸入阻抗和開關(guān) 二極管 D6 單向?qū)ㄗ饔茫珻10 的電荷只能通過 R27 釋放，當(dāng) U10B的輸 入端電位低于門限電壓，經(jīng)過U10B和 U10C兩級反相后，三極管 2N3904 關(guān)閉，主電路開始供電。這樣實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)過流、欠壓故障排除后，