CN102291028A - 基于有源功率因数校正芯片控制的微功率并网逆变器 - Google Patents

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王小彬
吴生红
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Abstract

本发明涉及一种基于有源功率因数校正APFC芯片控制的微功率并网逆变器，其是用模拟APFC芯片实现模拟控制逆变，逆变电路采用两级结构，前级为高频BUCK正弦双半波调制电路，后级为低频全桥逆变电路，并网电流放在前级控制，后级电路实现工频逆变与同步并网。本发明可以在光伏并网发电系统中作为并网逆变器用，具有易于开发，成本低，性能高的特点，特别适用于微功率并网光伏逆变器。

Description

基于有源功率因数校正芯片控制的微功率并网逆变器
技术领域
本发明涉及一种基于有源功率因数校正APFC芯片控制的新型并网逆变器，特别适用于微功率光伏并网发电系统中作为逆变器用。 
背景技术
可再生能源由于具有永续利用、环境污染小等特点，已成为我国节能减排基本国策的重要组成部分。在诸多可再生能源中，太阳能以其储量的无限性、存在的普遍性、开发利用的清洁性等优势，更被视为人类理想的未来重要替代能源之一。光伏发电为利用太阳能的主要形式之一，有离网型和并网型两种发电形式。相对于离网型，并网型由于其负载为大容量的电网，正常工作时可以时时最大发挥太阳能电池的光电转换能力，有更低的成本和维护费用，为光伏发电系统的主要发展趋势。目前，为提高光伏发电输出功率，光伏电池往往采用多组先串联而后再并联的连接方式构成光伏阵列，然后再共用一个并网逆变器的方案，这种发电方案存在最大功率点跟踪时无法兼顾光伏阵列中每块电池板，单块电池板的利用率较低、系统抗局部阴影能力差，且系统扩展灵活性不够等不足。采用单电池板供电的微功率或者小功率光伏并网逆变器则具有很强的抗局部阴影能力，且安装方便，系统冗余度高、可靠性强，有很好的应用前景。但与此同时，微功率并网逆变器具有产量大特点，对成本要求更加严苛。但目前，一般的光伏并网发电系统中的逆变器普遍采用数字控制（如DSP芯片），数字控制有着外围电路简单、修改成本低、改造周期短等优点，但也存在着控制系统算法复杂、响应速度慢以及成本相对较高等缺点。本发明提出的基于有源功率因数校正APFC(Active Power Factor Correction)芯片控制的新型并网逆变器具有成本低，易于开发等优点，特别适用于微功率并网逆变器应用场合。
发明内容
本发明目的是公开一种基于APFC芯片控制的新型并网逆变器，能在微功率光伏并网发电系统中作为逆变器用，具有控制简单、成本低、开发设计调试容易、并网电流畸变率低、功率因数高以及容易实现并网等优点。
本发明采用以下方案实现：一种基于有源功率因数校正APFC芯片控制的微功率并网逆变器，包括直流变直流升压电路、高频BUCK正弦双半波调制电路、低频全桥逆变电路、基于APFC芯片的控制电路、电压采样电路、同步信号与驱动电路和电流采样电路；其特征在于：光伏电池板的直流电压Upv经过所述直流变直流升压电路升压后，作为高频BUCK正弦双半波调制电路的输入电压，该高频BUCK正弦双半波调制电路的输出电流经过所述电流采样电路和电网电压经电压采样电路采样后提供给基于APFC芯片的控制电路，由该控制电路进行控制，使所述输出电流波形为一个正弦双半波，该输出电流再经低频全桥逆变电路变换，在同步信号与驱动电路的控制下，输出能跟踪电网电压的正弦波交流电流，使网侧功率因数PF=1。    
在本发明一实施例中，所述高频BUCK正弦双半波调制电路由开关管Q2、续流二极管D2、滤波电感L和电流采样电阻Rs组成，该电路的输入接由直流变直流升压电路升压后的直流电压，通过控制开关管Q2的开通关断，由电感L滤波后输出正弦双半波电流。
上述的基于APFC芯片的控制电路，利用APFC原理，在所述电压采样电路、电流采样电路的输入信号作用下，输出PWM信号驱动所述的开关管Q2。
       在本发明一实施例中，所述低频全桥逆变电路由四个开关管T1、T2、T3、T4组成，四个开关管均工作在低频状态，该电路的输出接到电网中，通过控制所述四个开关管，将输入的正弦双半波电流变换成正弦波交流电流并到电网中。
在本发明一实施例中，所述的基于APFC芯片的控制电路采用L6562芯片设计实现。
与常用的采用数字芯片控制以及传统的全桥逆变电路对比，本发明优点：①、由于并网逆变器采用APFC模拟芯片实现控制并网，因此光伏发电系统中的实时性要求低且简单的最大功率跟踪、孤岛保护控制可以采用便宜的数字芯片单片机实现控制，从而有效降低了成本。②、由于APFC芯片技术比较成熟，因此并网逆变器的并网调试很简单，不需要编写复杂的并网控制程序，缩短开发时间和开发成本，降低开发门槛。③、由于采用BUCK正弦双半波调制电路，再经过一个低频桥逆变的两级功率电路结构，此时高频BUCK正弦双半波调制输出的电流采样可以采用电阻Rs很方便地采样得到，克服了采用霍尔传感器采样时价格昂贵和传统全桥逆变电路当采用电阻采样时需要构造一个电流采样地带来的不便。这不仅有效降低了系统成本，而且由于电阻采样带宽宽，从而易于实现逆变器高频化，进而减小滤波电感L的感量和体积。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
图2是本发明逆变主电路的电原理图。
图3基于L6562芯片控制的并网逆变器电路原理图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施方式予以详细说明，附图中以APFC的L6562为控制芯片。如图1所示，本实施例由直流变直流升压电路1，高频BUCK正弦双半波调制电路2，低频全桥逆变电路3，基于APFC芯片的控制电路4，电压采样电路5，同步信号与驱动电路6，电流采样电路7组成。光伏电池板输出的直流电Upv经过直流变直流升压电路1升到足够高的电压Vbus，该电压作为高频BUCK正弦双半波调制电路2的输入电压，其输出电流（1）经电流采样电路7采样和电网电压经电压采样电路5采样后提供给基于APFC芯片的控制电路4，由该电路控制高频BUCK正弦双半波调制电路2，使输出电流（1）为一个正弦双半波，电流（1）经低频全桥逆变电路3变换，在同步信号与驱动电路6的控制下，输出能跟踪电网电压的正弦波交流电流（2），使网侧功率因数PF=1。
请继续参照图2和图3，我们这里以APFC芯片L6562为例，其中，图2为本发明的逆变主电路的电原理图，图3为基于L6562控制的微功率并网逆变器电路原理图。在电路中：直流变直流升压电路1采用非隔离Boost升压电路，由C1、L1、Q1、D1、C2构成，实现把光伏电池板电压Upv升压到Vbus，以满足后级的高频BUCK正弦双半波调制电路2使用。
高频BUCK正弦双半波调制电路2由Q2、L、D2构成，低频全桥逆变电路3由T1、T2、T3、T4构成。BUCK正弦双半波调制电路2接光伏电池升压后的电压Vbus，通过控制开关管Q2，使通过滤波电感L的电流为正弦双半波；后级低频全桥逆变电路3的输入接前级的输出，经过四个开关管的切换，完成将前级的正弦双半波电流转换成正弦交流电流，实现并网功能。 
电压采样电路5采用由R2、R4、R6、R7、Am1构成的差分电路将电网电压信号转换成对地信号，此信号分为两路，一路经全波整流电路R5、R3、D3、Am2整成正弦双半波信号uiref，作为基于APFC芯片的控制电路4的电流给定信号；另一路usyn送给同步信号与驱动电路6，之后用作低频全桥逆变电路3的极性翻转控制信号。
同步信号与驱动电路6由R8、R9、R10、Comp、IC1构成，经过由R8、R9、R10、Comp组成的过零比较电路把usyn转换成输出周期与电网电压周期相同占空比为0.5的方波信号，来驱动低频全桥逆变电路3的两个开关管T1、T4，同时该方波信号经过反相器IC1，输出与方波互补的信号，用于驱动另两个开关管T2、T3，完成将前级正弦双半波电流变换成正弦交流电流，而且确保了输出的正弦交流电流与电网电压同频同相，实现并网功能。
电流采样电路7由Rs构成，电流经采样电阻Rs采样后作为反馈信号输入，跟电流给定信号uiref相比较形成闭环反馈控制，控制输出电流（1）为正弦双半波。
基于APFC芯片的控制电路4由L6562、R1、与L耦合的线圈T，该电路根据APFC控制芯片的工作原理，把uiref作为电流的给定信号，采样高频BUCK正弦双半波调制电路2的输出电流与电流给定信号比较，通过APFC控制电路，输出PWM波驱动开关管Q2，控制输出电流（1）为正弦双半波。
本发明的用于微功率并网发电系统的逆变器是用模拟APFC芯片4实现模拟控制逆变，逆变电路采用两级结构，前级为高频BUCK正弦双半波调制电路2，后级为低频全桥逆变电路3，并网电流放在前级控制，后级电路实现工频逆变与同步并网。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。 

Claims (5)

1.一种基于有源功率因数校正APFC芯片控制的微功率并网逆变器，包括直流变直流升压电路、高频BUCK正弦双半波调制电路、低频全桥逆变电路、基于APFC芯片的控制电路、电压采样电路、同步信号与驱动电路和电流采样电路；其特征在于：光伏电池板的直流电压Upv经过所述直流变直流升压电路升压后，作为高频BUCK正弦双半波调制电路的输入电压，该高频BUCK正弦双半波调制电路的输出电流经过所述电流采样电路和电网电压经电压采样电路采样后提供给基于APFC芯片的控制电路，由该控制电路进行控制，使所述输出电流波形为一个正弦双半波，该输出电流再经低频全桥逆变电路变换，在同步信号与驱动电路的控制下，输出能跟踪电网电压的正弦波交流电流，使网侧功率因数PF=1。  
2.根据权利要求1所述的基于APFC芯片控制的微功率并网逆变器，其特征在于：所述高频BUCK正弦双半波调制电路由开关管Q2、续流二极管D2、滤波电感L和电流采样电阻Rs组成，该电路的输入接由直流变直流升压电路升压后的直流电压，通过控制开关管Q2的开通关断，由电感L滤波后输出正弦双半波电流。
3.根据权利要求2所述的基于APFC芯片控制的微功率并网逆变器，其特征在于：所述的基于APFC芯片的控制电路，利用APFC原理，在所述电压采样电路、电流采样电路的输入信号作用下，输出PWM信号驱动所述的开关管Q2。
4. 根据权利要求1所述的基于APFC芯片控制的微功率并网逆变器，其特征在于：所述低频全桥逆变电路由四个开关管T1、T2、T3、T4组成，四个开关管均工作在低频状态，该电路的输出接到电网中，通过控制所述四个开关管，将输入的正弦双半波电流变换成正弦波交流电流并到电网中。
5.根据权利要求1所述的基于APFC芯片控制的微功率并网逆变器，其特征在于：所述的基于APFC芯片的控制电路采用L6562芯片设计实现。
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