太陽能逆變器用的精確的電流測量

光伏用逆變器最新的動向是多串技術(shù)：把系列相連的太陽能電池組成的多個串連接到單個逆變器上，其中每塊電池都有自己的最大功率點跟蹤（MPPT）裝置，從而最大限度地產(chǎn)生能量。太陽能電池是不易使用的電源。電池是開路，輸出的額定電壓約0.6V：通常每個太陽能電池板最多有72塊電池，形成44伏的開路。短路電池可以輸出一定水平的電流。在這些極限之間的一個點上，電池將在一定電壓和電流下輸出最大功率。這個最大功率點隨運行條件（如投射的太陽輻射水平）變化，因此逆變器必須跟蹤這個點以保持最高效率。設(shè)計人員依靠瞬時采集數(shù)據(jù)的電壓和電流傳感器，通過軟件運算法則做到這一點。

逆變器的輸出電流一般在15A~50A，通過傳感器測量到脈寬調(diào)制（PWM）正弦波控制器的反饋輸出，測量進入電網(wǎng)的電量?？刂破髦饕谖⑻幚砥骰驍?shù)字信號處理器，這些處理器備有+5V電源，與電子控制系統(tǒng)的其他有功組件共用工作電壓基準(zhǔn)。LEM的HMS電流傳感器使用+5V電源運行。通過單獨的管腳提供內(nèi)部基準(zhǔn)電壓（2.5V），使它們易于和DSP或微處理器一同使用。但是，它們也能承受這些DSP的外部基準(zhǔn)（1.5V~2.8V之間），從中生成自己的基準(zhǔn)。這使整個應(yīng)用更加高效，有利于在計算誤差時消除基準(zhǔn)漂移。

太陽能電池板采用的逆變器通過變壓器或者使用直連式無變壓器設(shè)計接入電網(wǎng)。根據(jù)布局情況，前一種方法可在電網(wǎng)接入點使用工頻變壓器，或者使用高頻變壓器作為逆變器電路內(nèi)部的隔離點?；诘皖l變壓器的電路提供內(nèi)在的保護，能夠防止直流電注入交流電網(wǎng)，但變壓器本身的損耗會造成效率損失。由于IGBT交換不夠精確等原因，逆變器的交流輸出可能有直流成分;逆變器控制回路中采用的電流傳感器的直流偏移本身顯示為輸出電路的直流成分，因此偏移應(yīng)當(dāng)盡量減小。電網(wǎng)可接受的直流供電受到非常嚴(yán)格的限制;設(shè)計人員面臨的問題不僅是這些限制在各國存在差異，而且有的以額定電流百分比表示（如0.5%），有的以低至 20 mA（英國標(biāo)準(zhǔn)）的絕對限值表示。所有情況下，都需要測量很大的交流電流中的很小的直流電流，同時需要有最小的偏移和漂移。

另一個安全問題是對地漏電。無變壓器的配置下，任何情況下太陽能電池板漏電容或人體阻抗都有接地通路。需要采用剩余電流裝置（RCD）探測不安全的入地電流，或者再次采用適當(dāng)規(guī)格的電流傳感器，把RCD功能嵌入逆變器設(shè)計。通過這種方法，系統(tǒng)能在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的公認(rèn)的不同安全水平上（幾mA）（交流和直流）啟動運行，同時承受太陽能電池裝置與附近地面間的電容產(chǎn)生的較強交流接地電流。

當(dāng)今的太陽能逆變器布局需要基于電流傳感器的緊湊、低成本和可靠的接地電流檢測方案。LEM據(jù)此特別設(shè)計了CT系列傳感器。它們是額定范圍為 100mA、200mA和400mA的不同電流裝置，在額定電流下提供5V的線性輸出。在額定電流的80%和90%的條件下，響應(yīng)時間不超過20ms和 60ms。采用高技術(shù)設(shè)計（“磁通門”）是關(guān)鍵，要在低偏移或漂移的條件下準(zhǔn)確測量很小的直流或交流電流更是如此;可測量直流和最高18kHz的交流電流。CT產(chǎn)品可以安裝在PCB上，尺寸小，重量輕，有供相線穿過的通孔。安裝在PCB上的CAS/CASR/CKSR電流傳感器采用相同的閉環(huán)磁通門技術(shù);可對交流和直流電流進行隔離測量，它們涵蓋6A~50A的額定范圍，最高測量值為額定值的三倍，同時頻率可達(dá)到300kHz（±3dB）。按照最新的逆變器設(shè)計趨勢的要求對它們進行了特別設(shè)計，改進了以下方面的性能：共模干擾，溫度漂移（偏移和增益;根據(jù)型號的不同，最大零點溫度漂移為7到30 ppm/K），響應(yīng)時間（低于0.3μs）、絕緣水平、+5V電源和緊湊尺寸。

為了與電網(wǎng)同步，需要特別控制逆變器的輸出端。逆變器必須輸出正弦交流電，因此要盡量減小諧波，同時對電網(wǎng)一側(cè)的電流變化做出快速反應(yīng)。這里采用的傳感器必須有很快的反應(yīng)時間和低零點漂移。減小溫度變化造成的零點漂移也有助于減少對復(fù)雜的補償運算法則的需要。相反，在通過傳感器監(jiān)控MPPT的逆變器的直流輸入端，電流的變相應(yīng)少一些，從而可以采用低成本的開環(huán)傳感器。