基于最大功率跟踪逆变器的设计与实现
摘要：为解决直流逆变交流的问题，有效地利用能源，让电源输出最大功率，设计了高性能的基于IR2101最大功率跟踪逆变器，并以SPMC75F2413A单片机作为主控制器。高电压、高速功率的MOSFET或IGBT驱动器IR2101采用高度集成的电平转换技术，同时上管采用外部自举电容上电，能够稳定高效地驱动MOS管。该逆变器可以实现DCAC的转换，最大功率点的跟踪等功能。实际测试结果表明，该逆变器系统具有跟踪能力强，稳定性高，反应灵敏等特点，该逆变器不仅可应用于普通的电源逆变系统，而且可应用于光伏并网发电的逆变系统，具有广泛的市场前景。随着工业和科学技术的不断发展，对电能质量的要求将越来越高，包括市电电网在内的原始电能的质量可能满足不了设备要求，必须经过电力电子装置变换后才能使用，而DCAC逆变技术在这种变换中将起到重要的作用。根据市场趋势，逆变器的选型安装越来越倾向于小型化、智能化、模块化等方向发展，其控制电路主要采用数字控制，系统的安全性，可靠性以及扩展性，同时将各个完善的保护电路考虑其中。因此，这里提出一种基于IR2101的最大功率跟踪逆变器设计方案。1IR2101简介IR2101是双通道、栅极驱动、高压高速功率驱动器，该器件采用了高度集成的电平转换技术，大大简化了逻辑电路对功率器件的控制要求，同时提高了驱动电路的可靠性。同时上管采用外部自举电容上电，使驱动电源数目较其他IC驱动大大减少，在工程上减少了控制变压器体积和电源数目，降低了产品成本，提高了系统可靠性。IR2101采用HVIC和闩锁抗干扰制造工艺，集成DIP、SOIC封装。其主要特性包括：悬浮通道电源采用自举电路功率器件栅极驱动电压范围10～20V逻辑电源范围5～20V，而且逻辑电源地和功率地之间允许5V的偏移量带有下拉电阻的CNOS施密特输入端，方便与LSTTL和CMOS电平匹配独立的低端和高端输入通道。IR2101的内部结构框图如图1所示。
图1IR2101的内部结构框图
f图1中，HIN为逻辑输入高LIN为逻辑输入低VB为高端浮动供应HO为高边栅极驱动器输出Vs为高端浮动供应返回Voc为电源LO为低边栅极驱动器输出COM为公共端。2系统硬件设计根据系统设计功能需求，其硬件组成框图如图2所示。该系统硬件设计是由SPMC75F2413A单片机主控制器模块、外部供能系统普通或光伏、斩波电路模块、IR2101逆变电路模块和最大功率跟踪外部电路模块组成。通过最大功率跟踪外部电路模块检测外部电压，将检测值返回到SPMC75F2413A主控制器r