dsPIC33F設(shè)計(jì)的連接電網(wǎng)的太陽(yáng)能逆變器

本文介紹了dsPIC33F系列主要特性，系列產(chǎn)品方框圖以及連接電網(wǎng)的220W太陽(yáng)能微型逆變器參考設(shè)計(jì)，包括主要特性和指標(biāo)，參考設(shè)計(jì)方框圖，設(shè)計(jì)板電路圖和材料清單（BOM）。

dsPIC33F系列是高性能16 位數(shù)字信號(hào)控制器（DSC），采用改進(jìn)型哈佛架構(gòu)和C 編譯器優(yōu)化指令集，具有16 位寬數(shù)據(jù)總線(xiàn)和24 位寬指令，3.0-3.6V 時(shí)的工作速度達(dá)40MIPS，適用于多回路開(kāi)關(guān)電源（SMPS）和其它數(shù)字電源轉(zhuǎn)換器如AC/DC轉(zhuǎn)換器，DC/DC轉(zhuǎn)換器，功率因素修正（PFC），不間斷電源（UPS），逆變器，嵌入電源控制器和數(shù)字照明等。

高性能16 位數(shù)字信號(hào)控制器主要特性:

工作范圍：

? 最高40 MIPS 的工作速度（3.0-3.6V 時(shí)）：

- 工業(yè)級(jí)溫度范圍（-40℃ 至+85℃）

- 擴(kuò)展級(jí)溫度范圍（-40℃ 至+125℃）

高性能數(shù)字信號(hào)控制器（Digital Signal Controller，DSC）CPU：

? 改進(jìn)型哈佛架構(gòu)

? C 編譯器優(yōu)化指令集

? 16 位寬數(shù)據(jù)總線(xiàn)

? 24 位寬指令

? 可尋址最大4M 指令字的線(xiàn)性程序存儲(chǔ)空間

? 可尋址最大64 KB 的線(xiàn)性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間

? 83 條基本指令：多為單字/ 單周期指令

? 兩個(gè)帶舍入和飽和選項(xiàng)的40 位累加器

? 靈活而強(qiáng)大的尋址模式：

- 間接尋址

- 模尋址

- 位反轉(zhuǎn)尋址

? 軟件堆棧

? 16 x 16 位小數(shù)/ 整數(shù)乘法運(yùn)算

? 32/16 位和16/16 位除法運(yùn)算

? 單周期乘- 累加運(yùn)算：

- DSP運(yùn)算的累加器回寫(xiě)操作

- 雙數(shù)據(jù)取操作

? 可將最多40 位數(shù)據(jù)左移或右移最多16 位

數(shù)字I/O：

? 外設(shè)引腳選擇功能

? 最多35 個(gè)可編程數(shù)字I/O 引腳

? 最多30 個(gè)引腳上具有喚醒/ 電平變化中斷功能

? 輸出引腳可驅(qū)動(dòng)3.0V 至3.6V 的電壓

? 漏極開(kāi)路配置、最高5V 的輸出

? 數(shù)字輸入引腳可耐受5V 的電壓（RB5 除外）

? 所有PWM 引腳的拉/ 灌電流為16 mA片上閃存和SRAM：

? 閃存程序存儲(chǔ)器（最大16 KB）

? 數(shù)據(jù)SRAM （最大2 KB）

? 閃存程序存儲(chǔ)器的引導(dǎo)和通用安全性外設(shè)特性：

? 定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器，最多3 個(gè)16 位定時(shí)器

- 最多可以配對(duì)成1 個(gè)32 位定時(shí)器

? 輸入捕捉（最多2 路通道）：

- 上升沿捕捉、下降沿捕捉或上升/ 下降沿捕捉

- 16位捕捉輸入功能

- 每路捕捉通道都帶有4 級(jí)深度的FIFO 緩沖區(qū)

? 輸出比較（最多2 路通道）：

- 單次或兩次16 位比較模式

- 16位無(wú)毛刺PWM 模式

? 4 線(xiàn)SPI：

- 幀支持與簡(jiǎn)單編解碼器的I/O 接口

- 1級(jí)深度FIFO 緩沖區(qū)

- 支持8 位和16 位數(shù)據(jù)

- 支持所有串行時(shí)鐘格式和采樣模式

? I2C?：

- 支持完全的多主機(jī)從模式

- 7位和10 位尋址

- 總線(xiàn)沖突檢測(cè)和仲裁

- 集成信號(hào)調(diào)理

- 從地址掩碼

? UART：

- 檢測(cè)到地址位時(shí)產(chǎn)生中斷

- 出現(xiàn)UART 錯(cuò)誤時(shí)產(chǎn)生中斷

- 檢測(cè)到啟動(dòng)位時(shí)將器件從休眠模式喚醒

- 4字符深的發(fā)送和接收FIFO 緩沖區(qū)

- LIN總線(xiàn)支持

- 硬件IrDA? 編碼和解碼

- 高速波特率模式

- 使用CTS 和RTS 的硬件流控制

中斷控制器：

? 中斷響應(yīng)延時(shí)為5 個(gè)周期

? 118 個(gè)中斷向量

? 最多35 個(gè)中斷源

? 最多3 個(gè)外部中斷

? 7 個(gè)可編程優(yōu)先級(jí)

? 4 個(gè)處理器異常

高速PWM 模塊特性：

? 最多支持4 個(gè)PWM 發(fā)生器，能提供4-8 路輸出

? 8 路PWM 輸出的每一路都具有獨(dú)立的時(shí)基和占空比

? 上升沿和下降沿死區(qū)

? 占空比分辨率為1.04 ns

? 死區(qū)分辨率為1.04 ns

? 相移分辨率為1.04 ns

? 頻率分辨率為1.04 ns

? 支持的PWM 模式：

- 標(biāo)準(zhǔn)邊沿對(duì)齊

- 真正獨(dú)立輸出

- 互補(bǔ)

- 中心對(duì)齊

- 推挽

- 多相

- 可變相位

- 固定關(guān)斷時(shí)間

- 電流復(fù)位

- 限流

? 用于8 路PWM 輸出的獨(dú)立故障/ 限流輸入

? 輸出改寫(xiě)控制

? 特殊事件觸發(fā)器

? PWM 捕捉功能

? 輸入時(shí)鐘的預(yù)分頻器

? 由PWM 模塊送至ADC （analog-to-digital converter， ADC）的雙路觸發(fā)信號(hào)

? PWMxL 和PWMxH 輸出引腳交換

? PWM4H 和PWM4L 引腳可重映射

? 可在運(yùn)行過(guò)程中更改PWM 頻率、占空比和相移

? 各獨(dú)立PWM 發(fā)生器的禁止

? 前沿消隱（Leading-Edge Blanking，LEB）功能高速模擬比較器

? 最多4 個(gè)模擬比較器：

- 20 ns 響應(yīng)時(shí)間

- 與每個(gè)模擬比較器相關(guān)的10 位DAC

- 提供DAC 輸出的DACOUT 引腳

- 可編程的輸出極性

- 可選擇輸入信號(hào)源

- ADC采樣和轉(zhuǎn)換功能

? 與PWM 模塊的接口：

- PWM占空比控制

- PWM周期控制

- PWM故障檢測(cè)

高速10 位ADC

? 10 位分辨率

? 最多12 路輸入通道可組成6 個(gè)轉(zhuǎn)換對(duì)

? 兩個(gè)內(nèi)部參考電壓監(jiān)控輸入組成一對(duì)內(nèi)部模擬輸入

? 用于并行轉(zhuǎn)換模擬輸入對(duì)的逐次逼近型（Successive Approximation Register， SAR）轉(zhuǎn)換器：

- 對(duì)于帶兩個(gè)SAR 的器件，轉(zhuǎn)換速率為4 Msps

- 對(duì)于帶一個(gè)SAR 的器件，轉(zhuǎn)換速率為2 Msps

? 用于每路模擬通道的專(zhuān)用結(jié)果緩沖區(qū)

? 用于每個(gè)模擬輸入轉(zhuǎn)換對(duì)的獨(dú)立觸發(fā)源

功耗管理：

? 片上2.5V 穩(wěn)壓器

? 實(shí)時(shí)時(shí)鐘源切換

? 可快速喚醒的空閑、休眠和打盹模式

CMOS 閃存技術(shù)：

? 低功耗高速閃存技術(shù)

? 全靜態(tài)設(shè)計(jì)

? 3.3V （±10%）工作電壓

? 工業(yè)級(jí)和擴(kuò)展級(jí)溫度

? 低功耗

系統(tǒng)管理：

? 靈活的時(shí)鐘選擇：

- 外部振蕩器、晶振、諧振器和內(nèi)部RC 振蕩器

- 帶120 MHz 壓控振蕩器（Voltage Controlled Oscillator，VCO）的鎖相環(huán)（Phase-Locked Loop，PLL）

- 3 MHz至40 MHz 范圍內(nèi)的主晶振

- 頻率為32 kHz 的內(nèi)部低功耗RC （Low-Power RC， LPRC）振蕩器

- 頻率為7.37 MHz 的內(nèi)部快速RC （Fast RC， FRC）振蕩器

? 上電復(fù)位（Power-on Reset， POR）

? 欠壓復(fù)位（Brown-out Reset， BOR）

? 上電延時(shí)定時(shí)器（Power-up Timer， PWRT）

? 振蕩器起振定時(shí)器（Oscillator Start-up Timer，OST）

? 自帶RC 振蕩器的看門(mén)狗定時(shí)器

? 故障保護(hù)時(shí)鐘監(jiān)視器（FSCM）
? 多個(gè)復(fù)位源

? 在線(xiàn)串行編程（In-Circuit Serial Programming? ， ICSP?）

封裝：

? 18 引腳SOIC

? 28 引腳SPDIP/SOIC/QFN-S

? 44 引腳TQFP/QFN


圖1。dsPIC33F系列產(chǎn)品方框圖

連接電網(wǎng)的太陽(yáng)能微型逆變器參考設(shè)計(jì)

Grid-Connected Solar Micro Inverter Reference Design

This reference design demonstrates the flexibility and power of SMPS dsPIC? Digital Signal Controllers in Grid connected power conversion systems. This reference design works with any photovoltaic (PV) panel of maximum 220 Watts having open circuit voltage between 25V to 55V DC. This reference design ensures maximum power tracking for PV panel voltage between 25V to 45V DC. Two versions of this reference design is available to support 110V and 220V Grid.

圖2。連接電網(wǎng)的太陽(yáng)能系列框圖

This reference design is implemented using a single dsPIC33F “GS” digital-power DSCs from Microchip that provides the full digital control of the power conversion and system management functions. As shown in this reference design the dsPIC33F ‘GS’ devices enable designers to easily and cost effectively create products using advanced switching techniques that lower switching losses and enable efficiencies as high as 95%. Grid-Connected Solar Micro Inverter Reference Design is royalty free when used in accordance with the licensing agreement.

連接電網(wǎng)的太陽(yáng)能微型逆變器參考設(shè)計(jì)主要特性：

Peak efficiency of 95%

Output current THD 5%

Power factor >0.95

Maximum power point tracking

Grid voltage and frequency tracking

Protection against various current and voltage faults

Night time power consumption 1W

System Islanding to detect grid failure

Full Digital Control

連接電網(wǎng)的太陽(yáng)能微型逆變器參考設(shè)計(jì)指標(biāo)：

Micro Inverter for individual PV Module up to 220W

Wide PV Panel voltage : 25V to 55V DC

Maximum Power Point Tracking voltage: 25V to 45V

Maximum DC short circuit current : 10A

Grid Frequency range :

47 – 53 Hz for 220V systems

57 – 63 Hz for 110V systems

Grid voltage range :

90V – 140V for 110V systems

180V – 264V for 220V systems

230V太陽(yáng)能微型逆變器系統(tǒng)指標(biāo)：

? Maximum output power = 185 watt

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