基于FPGA 的太阳能并网逆变器的研究

　　2.3.5 测量电路设计

　　电流测量电路设计

　　电流测量的可供选择方案很多,常用的是运用采样电阻测量电流和电流霍尔测量电流方案。

　　系统的充电回路的过流量很大，采用电阻测量电流时，电阻发热会很大，有明显温升，采样电阻的阻值不稳定，测量值误差较大。由于控制回路对采样电流测量的要求较高，这种测量方案不适宜。

　　我们选择了霍尔电流测量电流的方案，霍尔电流测量方案同时还可以实现可供选择的型号为TBC5LX、TBC10LX、TBC15LX等。其中TBC10LX的测量电流最大值为30A，恰好可以满足我们测量需求。

　　霍尔电流传感器输入电流量，输出电压值。输出电压为4V/10A，考虑到AD采样输入电压范围，电流采样后级加入同相放大电路做信号调理，实现信号电压匹配。

　　考虑到对控制器的AD采样端口的保护，在同相放大电路中选取了单5V供电的轨到轨运放，限制了输出电压，起到了控制器采样端口的保护作用。

　　电流测量电路的电路图如下：

　　图2.1.3 电流测量电路

　　电压测量电路设计

　　电压常用的测量方案是分压电阻测量方案和电压霍尔测量方案。

　　由分压电阻测量电压隔离需要使用线性光耦，测量电路会复杂些。使用霍尔测量电压更加简洁。我们选择了电压霍尔测量电路。

　　电压霍尔输出的是电流信号，可以直接通过接电阻转换成电压信号。这种方案很容易受到负载效应的影响，测量精度差。电压霍尔的输出信号可以通过I-V转换电路和反向电路转换成与AD采样端口电压匹配的信号。

　　由于设计的电压霍尔测量电路的信号中存在负压信号，需要双电源供电运放，而双电源供电的轨到轨运放不常见。为了保护控制器的AD采样端口，在电压霍尔测量电路的输出端加入了电压钳位电路，保护控制器的AD采样端口。

　　电压测量电路：

　　图 2.1.4 电压测量电路

　　2.3.6 电路控制策略

　　充电控制主要实现MPPT跟踪和蓄电池充电保护两个功能，在允许范围内应保证可以从光伏电池侧获得最大功率。

　　MPPT控制策略采用改进的扰动观察法[5]进行最大功率点跟踪。BUCK输出电压与输入电压关系为

　　图 2.1.7 光伏电池电特性

　　传统的扰动法很难实现步长的自设定，要使系统具备比较优越的性能，就要在非峰值点附近要增大调整步进，在非峰值点附近要减小步进。通过改变步进，然后测得输出功率变化量即可以知道步进变化对输出功率的影响。

　　为了优化控制系统，由于在电压很低处输出功率很小，可以适当增大步进，加速系统启动过程。在稳态时应给一个小扰动，使峰值发生变化时也能跟踪到新的峰值点。如果系统出现故障或者出现过压过流，则退出MPPT控制系统。控制流程见图2.3.6.1 。

　　2.1.8 MPPT控制流程图