基于 TI TMS320F28377D 的适用于太阳能串式逆变器的 10kW 三相 3 级并网逆变器方案

时间:2019-09-02 13:38来源:21Dianyuan

摘要:方案采用增强型隔离栅极驱动器ISO5852S,是57kVRMS用于IGBT和MOSFET,具有分离输出,OUTH和OUTL,提供25A源和5A吸收电流。

光伏行业对发电量和发电效率的要求越来越高,而集中式逆变器在 MPPT(最大功率点跟踪)上的效果存在一定不足,组串式逆变器方案因为较集中式逆变器方案能够提升发电效率而受到重视。基于 TI TMS320F28377D 的适用于太阳能串式逆变器方案实现了基于 SiC 的三级三相直流/交流并网逆变器级。

方案采用增强型隔离栅极驱动器 ISO5852S,是5.7kVRMS用于IGBT和MOSFET,具有分离输出,OUTH和OUTL,提供2.5A源和5A吸收电流。 输入侧采用2.25 V至5.5 V单电源供电。 输出侧允许的电源范围从最小15 V到最大30 V。两个互补的CMOS输入控制栅极驱动器的输出状态。76 ns的短传播时间可精确控制输出级。控制器采用 TI TMS320F28377D,Delfino™TMS320F2837xD 是一款功能强大的32位浮点微控制器单元(MCU),专为高级死循环控制应用而设计,如工业驱动和伺服电机控制; 太阳能逆变器和转换器; 数字电源; 运输; 和电力线通信。作为powerSUITE和DesignDRIVE计划的一部分,可提供完整的数字电源和工业驱动器开发包。 虽然Delfino产品线不是TMS320C2000™产品系列的新产品,但F2837xD支持全新的双核C28x架构,可显著提升系统性能。 集成的模拟和控制外设还使设计人员能够整合控制架构,并消除高端系统中多处理器的使用。采用的UCC5320是紧凑型单通道隔离式IGBT,SiC和MOSFET栅极驱动器系列,具有出色的隔离额定值以及引脚配置和驱动强度的变体。
 
展示板照片

这种经过验证的参考设计概述了如何实现三级三相SiC基于DC:AC并网逆变器级.50KHz的高开关频率减小了滤波器设计的磁性尺寸,并实现了更高的功率密度。 采用具有开关损耗的SiC MOSFET可确保高达1000V的直流母线电压和更低的开关损耗,峰值效率达到99%。 该设计可配置为两电平或三电平逆变器。该系统由单个C2000微控制器(MCU)TMS320F28379D控制,可在所有工作模式下为所有电力电子开关设备生成PWM波形。

此设计达到更高电压的太阳能电池数组,并减小板载磁性的尺寸通过从数组将电压增加到1000V或1500V DC,可以减小电流以保持并相同的功率水平。这种电流的减少导致更少的铜和更小的功率传导.也减少了对电子组件的压力。然而,大于 1kV的持续DC电压,可能难以设计或甚至找不到可能的组件,为了补偿高压太阳能电池数组产生的电压应力,此种新的太阳能拓扑结构逆变器较传统的半桥,可阻止每次开关的全部输入电压。通过添加额外的开关阻塞和传导组件,使组件可以承受应力,进而设备应力可以大大减少。该参考设计展示三级转换器。进一步提高了电压处理能力。太阳能电子设备的高功率密度也可以通过提高到更高的开关速度来实现
 
方案方块图
 
核心技术优势
1. 基于高压(1200V)SiC MOSFET的全桥逆变器,峰值效率达98.5%
2. 通过50kHz开关逆变器实现紧凑型输出滤波器
3. 满载时的输出电流THD小于2%
4. 用于驱动高压SiC-MOSFET并具有增强型隔离功能的隔离式驱动器ISO5852S 
5. 在 400VAC 50/60Hz 并网连接时的最大输出功率为 10kW/10KVA
6. 工作功率因数范围为 0.7 滞后至 0.7 超前
7. 使用 AMC1301 进行隔离式电流检测,从而实现负载电流监测
 
方案规格
1. 输出功率 :10千瓦
2. 输出电压 :三相400 V AC
3. 输出频率 :50或60 Hz
4. 输出电流 :18 A(最大值)
5. 标称输入电压 :800-V DC
6. 输入电压范围 :600V至1000V DC
7. 逆变器开关频率 :50 kHz
8. 效率 :99%
9. 功率密度 :1000W

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