分立式逆變器挑戰

分立式逆變器使用的直流電來自電池中的太陽能模塊或其他電源，它會根據需要將直流電轉換為交流電。在用戶對電源的要求不斷變化的應用中，設計人員必須能夠按相并聯額外的逆變器，或者必須使產品適用于三相工作環境。此外，他們還需有效切實地提供此類電源。這就要求逆變器采用靈活的設計，能夠輕松適應未來的任何需求。

另外，鑒于應用領域的性質，這些逆變器必須小巧且便于攜帶。例如，像偏遠露營地、船上，以及需要緊急備用電源而通常又沒有電網供電的場所，這些情況下就需要使用電源。同時這些類型的逆變器必須簡單易用且能夠進行現場維修。

解決方案

客戶的逆變器僅重8千克，可接受24V或48V的標稱電池電壓，能夠提供2200 VA的標稱輸出，效率最高達93%。這些分立式逆變器將充電技術和逆變器融為一體。為了實現小巧的外形且方便攜帶，客戶采用了基于高頻變壓器的逆變器架構，該架構由輸入高頻功率級、高頻變壓器、中間直流鏈路以及輸出功率級組成。這樣一來，分立式逆變器只需依托于小型高頻變壓器，而不必像其他同類設計中那樣采用龐大的低頻重型變壓器。

通過運用此高頻概念，連接到逆變器的負載幾乎直接與輸出級相連，從而消除了采用低頻變壓器設計時通常面臨的衰減問題。也就是說，可以通過輸出功率級來調節負載端的所有波動。該設計過程中面臨的一個主要挑戰是，需要高效實施此架構并輸出一個符合頻率、電壓和諧波失真規范的高質量正弦波。

另外，對于如何在交流端并聯及切換分立式逆變器，客戶也面臨多項挑戰。原因在于分立式逆變器起到電壓源的作用，它會產生特有的穩定輸出電壓并根據連接的負載調節電流。因此，連接兩個或更多個電壓源而它們又互不同步時，將造成負載不對稱且電流在電壓源之間流動而不會流入負載。這會導致功率損耗并產生無功功率。更讓人擔心的是，這種電流還可能損壞電源。

如果兩個電壓源之間存在微小相移，也可能出現這種不對稱的情況，從而導致兩個電壓源之間出現電壓差并致使電壓源在交流端直接相連。這是因為電阻非常低，導致逆變器之間產生非常大的電流。為了解決這個問題，客戶采用了非常快速且精確的控制與通信算法。

鑒于多個分立式逆變器并聯運行這一工作需求，客戶必須提出一套模塊化設計概念。備用逆變器的工作方式與標準逆變器（（DC -AC）相似，它采用與發電機相同的電源電子電路通過交流電源（AC -DC）對電池進行充電。目前，市場上沒有任何一款逆變器能夠支持此功能并依托于高頻變壓器架構。為了實現這些目標，必須開發出全新的接口和控制策略。圖1中的框圖最貼切地描述了這一概念。客戶構想的逆變器系統包含四個不同的功能模塊，由三個不同的信號控制器控制：

1. DC-DC

2. DC-AC

3. 顯示和用戶界面

經過對市場上提供的多種數字信號控制器（Digital Signal Controller，DSC）進行研究之后，客戶選用了Microchip Technology的dsPIC（r） DSC。該dsPIC DSC配有電源友好型外設，例如基于計數器的脈寬調制（Pulse-Width-Modulation，PWM）模塊、基于模擬比較器的反饋和協調模數轉換器（Analog-to-Digital Converter，ADC）采樣；此外還能在單個時鐘周期內實現快速乘法。這些功能的組合使得dsPIC30F DSC可應對客戶逆變器所需的各種控制環算法的高執行速率。

另外，這些高度集成的DSC消除了對許多外部元件的需求，例如復位控制器、存儲芯片、ADC和控制器局域網（Controller Area Network，CAN）控制器。通過提供最高可達30 MIPS的執行速率，dsPIC30F DSC可確保提升逆變器系統的效率和可靠性。DSC的另外一個優勢是支持各種工作電壓（2.5V-5.5V），可確保后續順利升級。

DSC還具有各種容量的閃存和RAM并配備多種連接選項，這也有助于實現靈活的模塊化逆變器設計。例如，在直流到直流功率級功能模塊中，dsPIC30F5015 DSC控制電池輸入與高頻變壓器之間的高頻級。客戶還使用此器件精確測量電池的電壓和電流。直流到交流功率級模塊上采用了dsPIC30F6010A，用于使電源電子電路通過比例積分（Proportional Integral，PI）控制環（專利申請中）。

dsPIC30F6010A通過CAN總線與用于逆變器前面板和顯示控制的dsPIC30F5011相連。它還會根據用戶的指令調整逆變器的功能模式。客戶專門選用了dsPIC30F5011來執行此任務，因為它配有66 KB的閃存和一個CAN接口。另外，dsPIC30F5011的片上閃存可幫助存儲逆變器多語言用戶界面的所有圖形圖標。借助前面板上的導航鍵，用戶可以輕松瀏覽各種工作模式和菜單。