毕业论文硬件部分初稿.doc

南 阳 理 工 学 院本科生毕业设计（论文）光伏并网发电模拟系统的硬件设计学 生： 刘 磊 专业：电气工程及其自动化指导教师：徐源 讲师2011年4月摘 要太阳能作为一种高效无污染的新能源，一种未来世纪常规能源的替代品。目前，太阳能光伏并网发电是太阳能光伏的重要应用之一，其系统包括包括光伏电池、变换器、蓄电池、控制器四大部分。该设计从实验的角度，对光伏并网发电系统进行模拟，主要由DCAC变换电路、控制电路、驱动保护电路、采样电路、工频变换电路以及显示电路等六部分组成。基本思路是在单片机C8051F020控制作用下采用正弦波脉宽调制技术（SPWM）对系统进行控制，主电路采用MOSFET为主要元器件的单相桥式逆变电路，经滤波电路滤波后变压进行输出。基于此，本设计采用单片机本身的PCA模块，定时器模块，完成相应的控制功能，使光伏发电频率紧跟模拟电网频率，绝对误差小于3%，同时实现光伏最大功率跟踪，系统具有欠压保护、过流保护以及频率和相位跟踪等功能，并在欠压、过流故障排除或能自动恢复正常状态。在负载变化范围内DC-AC变换效率可达70%以上，该系统性能相对稳定，能够满足本次设计的需要。关键词：光伏并网 DCAC逆变电路 SPWM 最大功率点跟踪Abstract第一章 绪 论1.1选题目的和意义当今世界，传统化石能源正走向枯竭，且环境污染问题也日益严重，新能源和可再生能源的利用已经成为世界各国未来能源战略的重要组成部分。开发利用新能源和可再生能源，增加能源供给，促进节能降耗，保障能源安全，减少温室气体排放，发展低碳经济是实现经济和社会可持续发展的需要。太阳能作为新型环保能源，具有地域分布广阔、资源丰富、清洁无污染等特点，成为解决电能匮乏的新途径。太阳能作为一种巨量的可再生资源，每年到达地球表面的辐射能量相当于数亿万桶石油燃烧的能量。根据欧洲、日本等能源机构预测，2020年，光伏发电将占到全球发电量的1%，2040年将占到全球发电量的21%，2050年，太阳能将成为全球主要替代能源之一。我国有十分丰富的太阳能资源。据估算，陆地表面每年接收的太阳辐射能约为51022焦耳，约相当于17000亿吨标准煤。太阳能发电技术的开发和利用主要是光伏发电，其用户分布在工业和商业利用、边远地区供电和城市照明电源等。2005年我国光伏发电装机容量达到7万千瓦以上，主要为边远地区的居民供电。其中边远地区居民供电站50%以上，每年的增长速度在20%以上。除了在边远无电地区得到应用外，十五期间也开展了并网屋顶光伏发电的示范，取得了一定的技术和工程经验。光伏发电在工业和商业利用领域也有稳定的市场，城市照明灯具的年生产量超过了10兆瓦，占世界市场的70%。2005年我国光伏电池的制造能力已超过10万千瓦，生产企业有10多家，近两年，国际市场，尤其是在德国和日本极为优惠的经济政策的激励下，光伏市场需求强劲，我国的光伏产品也大量出口，刺激了国内产业建设的热潮，目前还有几条万千瓦级的组件生产线正在建设之中。与其他发电方式相比，目前的光伏发电的成本还是很高，因此，考虑到经济成本和支持我国光伏产业持续发展的需要，我国的光伏发电应采取稳步发展的原则和策略。十一五期间，我国的光伏发电系统的应用一方面以采用用户发电系统和建设小型光伏电站为主，来解决偏远地区无电村和无电户的供电问题，建设了光伏发电20万千瓦，为200万户偏远地区农牧民提供了最基本的生活用电。另一方面，借鉴发达国家发展屋顶系统的经验，在经济较发达、城市现代化水平较高的大中城市，在公益性建筑物和其他建筑物以及在道路、公园、车站等公共设施照明中推广使用光伏电源，到2010年已经建设总容量5万千瓦的屋顶光伏发电项目。此外，还将开展大型并网光伏系统的示范，为在光伏成本下降到一定水平时开展大型并网光伏系统的大规模应用作准备。十一五末期，光伏系统的这三个方面的应用总量达到约40万千瓦。2010年是中国太阳能光伏发电产业处在结构调整、产业升级阶段；也是中国太阳能光伏发电产业步入“十二五”规划承上启下的关键一年。2010年，中国光伏电池产量达到8000兆瓦，约占全球总产量一半，居世界首位;光伏发电市场装机量预计达380兆瓦，占全球总装机的3%。 “十二五”是我国能源发展的关键时期，在我国战略性新兴产业政策的激励下，我国光伏市场前景广阔。在一系列国家政策的支持和引导下，我国光伏市场将迎来新一轮增长期。综上所述，我国光伏并网发电取得了一定的成绩，主要体现在光伏产品生产方面。但总体来看，尚处于起步阶段，还出来光伏发电成本高、发电不连续的特点，与世界发达国家的利用规模和技术水平相比，还有很大的差距。因此，国内对光伏发电技术和设备制造的研发对提高我国光伏发电水平具有重要意义。1.2 国内外研究现状1.2.1光伏发电系统分类1. 独立发电系统光伏独立发电系统主要解决偏远的无电地区和特殊领域的供电问题，且以用户及村庄用的中小系统居多。随着电力电子及控制技术的发展，光伏独立发电系统从早期单一的直流供电输出发展到现在的交、直流并存输出。光伏独立发电系统由光伏电池阵列、充电控制器、蓄电池组、正弦波逆变器等组成，其工作原理为：光伏电池将接收到得太阳辐射能量直接转换成电能供给直流负载或通过正弦波逆变器变换为交流电供给交流负载，并将多余能量经过充电控制器后以化学能形式存储在蓄电池中，在日照不足时，存储在蓄电池中的能量经变换后供给负载。2.并网发电系统光伏并网发电系统可分为两种，一种为不含蓄电池储能环节的“不可调度式光伏并网发电系统”，另一种为含蓄电池组的“可调度式光伏并网发电系统”。不可调度式光伏并网发电系统中，当电网正常时，并网逆变器将光伏电池产生的直流电能直接转化成与电网电压同步的交流电馈入电网，当主电网断电或无光照时，系统自动停止向电网馈电。可调度式光伏并网发电系统一般由充电控制器和并网逆变器构成，在有光照的情况下，充电控制器将光伏电池采集的电能存储在蓄电池中；无光照时，充电控制器停止工作，同时并网逆变器根据需要，决定是否将存储在蓄电池组中的电能馈入电网。可调度式并网系统在功能上虽然优于不可调度式并网系统，但是由于增加了蓄电池储能环节，带来了若干严重的缺点：蓄电池组有寿命问题、价格较贵、体积笨重。正是由于上述缺点的存在，使得可调度式并网系统的应用规模难以与不可调度式并网系统相比，目前大部分光伏并网发电系统能采用不可调度式并网结构。1.2.2 光伏并网发电系统研究现状光伏并网发电系统的核心是并网逆变器，可以分为电流型和电压型两大类。电流型的特征是直流侧采用电感进行直流储能，从而使直流侧呈现高阻抗的电流源特征。光伏并网系统从结构上还可以分为高频和工频两种。如图1-11-4所示：工频并网逆变器首先通过DC/AC变换器将光伏电池输出的直流电能转换为交流电能，然后通过工频变压器和电网相连，完成电压匹配以及与电网的隔离，实现并网发电。（本课题研究的就是此种形式。）工频并网逆变器由于带有工频变压器，存在体积大、效率低、成本高等缺点。图1-1非隔离的光伏并网发电系统图1-2 带工频变压器的光伏并网发电系统图1-3基于高频链DC/DC变换型的光伏并网发电系统图1-4 基于周波变换器的高频链光伏并网发电系统高频并网逆变器首先通过DC/DC变换器将光伏电池输出的直流电压进行电压等级变化及稳压，然后通过DC/AC逆变器直接和电网相连，将能量馈入电网。如图1-2所示，有高频变压器隔离并升压。其优点是省去了体积庞大的工频逆变器。主要缺点：采用了两级拓扑效率有所降低，特别是DC/AC环节包括高频逆变以及高频整流两个环节，多级管压降使得效率进一步降低。图1-3与图1-4均采用了高频链的思想，两种拓扑类似，不同之处在于图1-4采用了周波变换器来代替整流器以及工频逆变。这样一来，就可以省去一级损耗，提高效率，并且可以实现能量的双向流动。并网逆变器作为光伏发电系统和电网的接口设备，其控制目标是实现正弦电流输出，使其工作在单位功率因数并网模式。并网逆变器输出电流波形直接影响到光伏发电系统的供电质量，因此，并网逆变器输出电流控制策略成为光伏发电系统研究热点之一。现有的控制方法有PI控制、滞环电流控制、空间矢量控制（SVPWM）、无差拍控制、重复控制、比例谐振控制等。PI控制具有算法简单、可靠性高、开关频率固定、易于设计等特点，是目前最常有的控制方法之一。但是常规的PI控制在开关频率不够高的情况下，电流动态响应相对较慢，相对于正弦参考电流存在一定偏差，并且在输出功率变化或电网电压波动时难以快速跟踪参考电流，从而造成并网电能质量下降。采用电网电压前馈和电流跟踪控制技术，利用前馈补偿有效抑制电网波动，提高系统的抗扰动性，取得了良好的效果。滞环电流控制根据瞬时值电流偏差来决定功率器件的开关状态，虽然存在开关频率不固定的缺点，但是具有峰值自动限制能力、电流跟踪精度高、动态响应快、不依赖于负载参数以及稳定性高等优点。空间矢量控制方法同坐坐标变换，将三相电流变换到与基波频率同步旋转的两相坐标系，稳态时三相正弦电流变成了直流量，而PI调节器对直流信号的放大倍数为无穷大，电流稳态跟踪误差接近于零，可以实现电流的无差跟踪控制，因此该方案可以获得高功率因数低谐波的三相并网电流，已广泛用于三相并网系统。无差拍控制是一种基于被控对象精确数学模型的数字控制方法，具有动态性能好，控制过程无过调等优点。但控制方法也存在着 要求脉宽必须当拍计算当拍输出，存在算法复杂，采样频率高等缺点。重复控制是一种基于内模原理的控制方法，把作用于系统外部的信号模型植入系统控制器内部以构成高精度反馈控制。重复控制能在较低采样频率下提供高质量的稳态波形，消除周期性干扰产生的稳态无差，其缺点是动态性能较差。光伏并网发电系统在一般情况下只提供电网有功电能，并保证其具有较高的功率因数，而负载的无功电能一般由电网提高或由专用的无功补偿设备提供。当日照强度很低甚至夜晚时，光伏电池实际上丧失了输出能力。这样一来，不仅在系统关闭时整套设备处于闲置状态，而且频繁的并网与解列动作造成系统控制困难，部分设备损耗增加且使用寿命变短。针对上述问题，一些学者提供了光伏并网发电与无功补偿的统一控制方法，当光伏电池输出能量时，并网逆变器将直流电变换成交流输送到电网上，同时有选择地对电网进行无功补偿：当光伏电池停止输出时，并网逆变器单独对电网进行无功补偿。这样可以实现一套装置的过功能使用，既改善了电网的电能质量，又提高了整个系统的利用率，可以有效提高电网末梢供电质量。1.2.3 最大功率点跟踪研究现状要想提高光伏系统的整体效率，一个重要的途径就是实时调整光伏电池的工作点，使之始终工作在最大功率点附近，这一过程称之为最大功率点跟踪（aximum Power Point Tracking,MPPT）。目前，光伏发电系统的应用日渐增多，但系统造价仍居高不下，转换效率也很低，因此，通过控制光伏电池的输出功率，使光伏电池按MPPT工作，提高系统效率，从某种意义上说相对地降低了系统成本，从而可以促进光伏产业的发展。下面针对目前较常见的MPPT控制方法进行详细介绍。 扰动观察法（Perturb and observe）扰动观察法也称之为爬上法，是目前最常用的MPPT控制方法，它给变换器叠加一个扰动量，通过检测并计算光伏电池输出功率的变化情况进行最大功率点跟踪。扰动观测法具有算法简单，实现方便，可以实现最大功率点的动态跟踪。但是扰动观测法在跟踪稳定时，只是在最大功率点附近振荡运行，从而降低了系统效率。 增量电导法（Incremental Conductance）由光伏电池输出特性可知，在光伏电池最大功率点处得电导为零，左侧电导为正，右侧为负，其表达式如下： MPP处 MPP左侧 （1-1） MPP右侧通过简单的数学推导可得： （1-2）将式（1-2）代人（1-1）得： MPP处 MPP左侧 （1-3） MPP右侧因此，以式（1-3）作为判断光伏电池是否工作在最大功率点的依据并对系统进行相应的控制，则可以实现最大功率跟踪。增量电导法具有控制稳定度高，当外部环境参数变化时系统能平稳地追踪其变化，并且与光伏电池组件的特性及参数无关。但是，增量电导法存在控制算法较复杂，对控制系统采样精度要求较高，控制电压初始化参数对系统启动过程中的跟踪性有较大影响等缺点。 开路电压法（Open-Circuit Voltage）开路电压法是一种最简单的最大功率点跟踪法，在变化的日照强度和温度下，光伏电池的最大功率点电压和开路电压成近似线性关系，即： （1-4）式中为比例常数。由于依赖于光伏电池本身的特性，通过事先凭经验通过测试不同的日照强度和温度条件下的和计算得到，一般在0.71到0.78之间。因此，开路电压法根据事先确定的，周期性切断变换器并测量当前，通过计算获得。开路电压法相隔一定周期需要切断变换器以进行开路电压测量，势必造成光伏电池暂时的功率损耗，同时该方法仅仅是对光伏电池最大功率点的一个估算，并不是真正意义上的MPPT控制技术。但是由于开路电压法不需要任何控制器就可以实现，大大降低了成本，因此在某些应用场合，这种方法基本上能满足最大功率点跟踪的要求。 短路电流法（Short-Circuit Current）短路电流法和开环电压法相似，在气候变化条件的情况下，光伏电池最大功率点电流和短路电流近似线性变化，即：=* （1-5）其中同样由光伏电池特性决定，通常在0.78到0.92之间。在工作过程中，为了测量，需要一个额外的开关管加入到变换器中，用于周期性地短路光伏电池，这无疑增加了开关管的数目和成本，造成功率损耗。除了上述几种较常见的MPPT控制方法外，还有模糊逻辑控制法（Fuzzy Logic Control）、神经网络法（Neural Network）、直流电容下降控制法、负载电流或负载电压最大法、dP/dV或dP/dI反馈控制法、滑模控制法、状态空间模型法等。1.3光伏并网发电系统工作的基本原理 光伏发电系统是利用半导体界面的光生伏效应将光能直接转变为电能的一种技术。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳能电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电系统装置。光伏并网发电系统是将光伏阵列产生的可再生能源不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接反馈入国家电网的发电系统，成为电网的补充。主要由太阳能电池、控制器和逆变器等部件构成。光伏电池用于完成光电转换。控制器作用于整个系统的控制。逆变器的功能是直交转换，因此这个部件最重要的指标是可靠性和转换效率。并网逆变器采用最大功率跟踪技术，以便最大限度地把光伏电池转换的电能送入电网。1.4本课题的主要内容和技术要求1.4.1主要内容本课题要求用直流稳压电源 US 和电阻 RS 模拟光伏电池，US=60V，RS=3036；uREF 为模拟电网电压的正弦参考信号，其峰峰值为2V，频率 fREF为 45Hz55Hz；T为工频隔离变压器，变比为 n2:n1=2:1、n3:n1=1:10，将 uF 作为输出电流的反馈信号；负载电阻RL=3036。其结构框图如图1-5所示图1-5其设计的主要内容包括：DC-AC逆变电路的设计与驱动控制；控制回路的设计，主要包括PI控制策略设计、最大功率跟踪（MPPT）方案的设计、同频控制方案设计、同相控制方案设计、保护电路（欠压和过流保护）设计；滤波电路、工频变换电路、信号反馈电路、显示电路的设计以及故障排除后系统的自恢复功能设计等。1.4.2技术要求由于工程应用的太阳能电池是典型的非线性电源，输出特性受光照、温度等因素的影响，使得光伏电池的输出功率随着环境的变化不断发生变换，其实际的光电转换效率受到一定的限制。为了充分利用太阳能，降低建造成本，就有必要对太阳能的输出功率进行跟踪控制即最大功率跟踪（MPPT）。为了使设计更加接近实际工程应用技术，所以本课题要求达到以下目标： 具有最大功率点跟踪（MPPT）功能：RS和RL在给定范围内变化时，使得Ud=1/2Us相对偏差的绝对值不大于1%。 具有频率跟踪功能：当fREF在给定范围内变化时，使得uF的频率fF=fREF,相对偏差绝对值不大于1%。 当RS=RL=30时，DC-AC变换器的效率60%。（80%（RS=RL=30时）提高） 当RS=RL=30时，输出电压Uo的失真度THD5%。（THD1%（提高） 具有输入欠压保护功能，动作电压Ud(th)=(250.5)V。 具有输出过流保护功能，动作电流Io(th)=(1.50.2)A。 实现相位跟踪功能：当fREF在给定范围内变化以及加非阻性负载时，均能保证uF与uREF同相，相位偏差的绝对值5。 过流、欠压故障排除后，装置能自动恢复为正常状态。第二章 光伏并网发电模拟系统硬件设计方案2.1 各模块方案论证与选择2.1.1 DC-AC逆变器主回路拓扑方案比较与选择方案一： 用电流型DC-AC逆变回路作为系统功率变换的核心，将前级直流输入变换成交流输出。电流型逆变电路主要特点是直流侧串联大电感，电流基本无脉动，相当于电流源；交流输出电流为矩形波，含有较多谐波，输出电压波形和相位因负载不同而不同，电阻性负载的电压为矩形波。电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路应用较多，换流方式有负载换流、强迫换流。电流型DC-AC逆变电路控制电路复杂，且输出电压难以满足题目要求。方案二：用电压型DC-AC逆变回路作为系统功率变换的核心，将前级直流输入变换成交流输出。电压型逆变电路主要特点是输入端并接大电容，提供恒压源，电路逆变功率脉动波形由直流电流体现，输出电压是矩形波，幅值为电容电压，输出电流大小由负载决定，波形由负载性质决定。电阻型负载的电压和电流波形均为矩形波；当采用RLC谐振负载，且开关频率与谐振频率一致，负载上的波形电压和电流都是正弦波。电压型逆变电路对输出电压进行调节，便于进行功率转换；包括半桥式和全桥式电路，全桥式电路输出功率比半桥式大，且效率较半桥式电路高、谐波少、输出特性好、供电简单，且输出端滤波较为容易。综上比较：根据题目所给条件和要求，我们选择方案二所述的电压型全桥逆变电路为DC-AC变换核心。2.1.2 DC-AC逆变回路主控器选型方案比较与选择 设计中，正弦逆变电路的控制电路为装置的核心部分，而选择性能优良的控制器则能起到事半功倍的效果。方案一：采用51系列单片机。51系列拥有基于复杂指令集（CISC）的单片机内核，虽然其速度不快，12个振荡周期才执行一个单周期指令，但其端口结构为准双向并行口，可兼有外部并行总线，故使其扩展性能非常强大。51系列单片机外接A/D和D/A比较简单，操作方便，但是由于本题的功耗要求特别严格，对效率的提高不利。方案二：采用低功耗单片机C8051F020，这是一个完全集成的混合信号系统级MCU芯片。内部含有64kB片内Flash程序存储器，4352B的RAM、8个IO端口共64根IO口线、一个12位AD转换器和一个8位AD转换器以及一个双12位DA转换器、2个比较器、5个16位通用定时器、5个捕捉比较模块的可编程计数定时器阵列、看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器等部分。C8051F020单片机支持双时钟，其工作电压范围为2736V（端口I/O,RST和JTAG引脚的耐压为5V）。与以前的51系列单片机相比，C8051F020增添了许多功能，同时其可靠性和速度也有了很大提高。且这个单片机管脚丰富，操作完全与51单片机兼容。采用JTAG方式，可通过USB口在线下载调试，使用十分方便，并且低功耗便于整体效率的提高。方案三：采用主流16位单片机作为控制器，我国目前常用的16 位单片机主要有Motorola 的68HC16 系列、PHILIPS 的P51XA-S3 系列、日立的H8 系列、西门子的SAB80C166 系列、凌阳机SPCE061A系列等。TI 的MSP430F133 是一种超低功耗的FLASH 微控制器，芯片中的低功耗、比较器、定时器等功能典型应用在工业仪表、计数装置和手持式仪表等的产品设计中；Motorola 的68HC12的CAN 总线接口的功能使其在汽车电子上得到了较好的应用，加上强大的定时/计数、I/O功能使其在通信、计算机外设、工业控制、消费类电子产品等方面有广泛的应用；PHILIPS 的P51XA-S3、西门子的C161RI、日立系列的单片机具有I2C 接口及其它设计的功能使其主要应用在消费类家电产品中；凌阳的16位机主要用于MP3、DVD等语音识别领域。但是这些单片机价位都比较高。结合题目设计功能要求，若采用51系列单片机将需要添加大量的A/D芯片，以及PWM发生电路等，电路复杂，可靠性低。主流16位单片机虽含有丰富的片内资源，但应用领域具有较强的针对性，编程复杂，且性价比较低。故综合考虑下，由于C8051F020单片机具有片内A/D采集功能，且处理速度能满足系统要求，性价比较高，故选用为主控制器。2.1.3 显示模块方案比较与选择方案一：采用LCD液晶显示器显示。采用 12864 点阵 LCD 液晶显示，可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强，调用方便简单，而且可以节省了软件中断资源。其缺点在于显示内容需要存储字模信息，需要一定存储空间，并且点阵型液晶功耗比较大，不适合本设计。方案二：采用LED显示器。LED显示器是由LED发光二极管发展过来的一种显示器件，它具有高亮度。宽视角反应速度快，可靠性高，反应速度快等特点。本设计中只显示电压，电流，频率值，且显示数据的精度不需要很高，无需显示繁琐的文字，字母等。考虑到效率的要求采用方案二。2.1.4 驱动电路方案选择与比较方案一：利用脉冲变压器直接驱动MOSFET，来自控制脉冲形成单元的脉冲信号经高频晶体管进行功率放大后加到脉冲变压器上，由脉冲变压器隔离耦合，稳压管限幅后来驱动MOSFET，其优点是电路简单，应用廉价的脉冲变压器实现了被驱动MOSFET与控制脉冲形成部分的隔离。方案二：采用栅极驱动控制专用集成电路IR2113。该芯片可驱动同桥臂的两个MOSFET，内部自举工作，允许在600V电压下直接工作，栅极驱动电压范围宽（10V-20V），施密特逻辑输入，输入电平与TTL及CMOS电平兼容，死区时间内置，输出输入同相，最高工作频率可达40KHZ。比较以上两种方案，方案一的不足表现在：高平脉冲变压器因漏感及肌肤效应的存在较难绕制且容易产生振荡。方案二芯片性能好，体积小，满足题目要求，故采用方案二。2.1.5 SPWM控制波实现方案比较与选择方案一：模拟调制法。用硬件电路产生正弦波和三角波，其中正弦波作为调制信号，三角波作为载波，两路信号模拟比较器比较后输出SPWM波形，通过功率驱动全桥，完成功率放大，实现逆变。方案二：采用专用集成SPWM芯片，产生SPWM信号，通过全桥驱动，实现逆变。方案三：采用单片机内部PCA模块和自编程软件产生SPWM信号，经MOS管全桥功率驱动，实现逆变。方案一电路简单，响应速度快，但参数漂移大，集成度低，波形易受外界噪声干扰，设计不灵活，且需要很复杂的硬件来控制逆变器功率器件的死区。方案二虽易于控制，但增加硬件电路复杂程度，且带来不必要的硬件成本。综合成本及效率问题，本系统选用方案三，利用C8051F020单片机内部自带的PCA模块，并配以软件编程实现SPWM波控制，可靠性高、可重复编程、响应快、精度高、控制简单。2.1.6辅助电源设计方案比较与选择方案一：采用稳压集成电路78XX系列和79XX系列组成的组合电路实现不同电压的输出，这种方法虽然可以实现给单片机和芯片供电，但是功率损耗较大。方案二：采用以MC34063a控制器为核心的多输出直流稳压电源，该辅助电源外围元件较少，通过合理的设计可以有效减小损耗功率，实现设计中需要的低功耗、高效率要求。考虑题目的效率要求，选择方案二。同时尽量选择和单片机供电电压相同的芯片，以减少路数。2.2 光伏并网发电模拟系统硬件电路设计2.2.1光伏并网发电模拟系统设计框图设计的光伏并网发电模拟装置系统组成框图如图2-1所示，采用C8051F020单片机控制，太阳能光伏电池由实验室可调直流稳压电源模拟，输出稳定的直流60V电压。 稳压电源逆变电路LC滤波变压器升压负载半波整流C8051F020单片机降压变压器过零比较过零比较电压采样驱动电路图2-1光伏并网发电模拟装置系统组成框图2.2.2电路中主要器件选型介绍及各单元电路设计 DCAC变换电路。由此系统知，MOSFET管漏源两端的最大电压为60V，直流母线上最大电流为3A。因此，逆变主电路中功率MOSFET采用Intersil公司的IRF540型号。IRF540是N沟道增强型 Power MOSFET管，相当易购和价廉。它具有开关速度快、导通电阻小、栅极电容小和无二次击穿等显著特点。其耐压为100V，漏极最大电流28A，导通电阻为0.077，栅极电容1700pF, 充分满足题目要求。4个桥臂在SPWM信号控制下轮流导通，为防止驱动器输出的栅极电压过冲，在每个MOSFET的栅极串联一个电阻，并在源、漏极之间反并联一个二极管，防止MOSFET截止瞬间被击穿。图2-2 单相全桥式逆变电路本设计中采用单相全桥式逆变电路，4个MOSFET管组成逆变电路的桥臂，桥中各臂在控制信号作用下轮流导通，它的基本工作方式为180度导电方式。单相桥式逆变电路电路如图2-2所示。 驱动电路。在驱动回路中，采用IR2113作为半桥驱动芯片，兼有光耦隔离和电磁隔离的优点，是中小功率变换装置中驱动器件的首选。IR2113能同时输出两路驱动信号，驱动逆变桥中高压侧与低压侧MOSFET。它具有自举悬浮电源，最大驱动电流2A，可直接用于母线电压为-4+600V的系统中来驱动功率MOSFET，工作电压范围1020V，功耗很小。芯片自身具有整形功能，实现了不论其输入信号前后沿陡度如何，都可保证加到被驱动MOSFET栅极上的驱动信号前后沿很陡，因而可极大地减少被驱动功率器件的开关时间，降低开关损耗，具有电源欠压