引言

　　利用光伏效应将太阳的光能转变为电能的一种发电方式-太阳能光伏发电。虽然光伏效应的发现已经有近200年的历史，但我国较大规模的利用是从上个世纪八十年代才开始。近年来，由于节能和环保意识的加强，太阳能光伏发电日益受到重视。

　　尤其是从2008年开始，国家出台了新的能源政策，更使得太阳能光伏发电产业如火如荼地发展。对光伏发电设备的研究也进入了一个高潮，相关论文的数量骤增。

　　随着近年来无电地区居民对光伏发电系统的需求也不断提高，逆变器已经成为光伏发电系统的必备部件。这些地区居住分散、交通不便，一旦出了故障，极难维修。因此对控制一逆变器的要求是功能简单，坚固耐用。相对于高频逆变器而言，工频逆变器能够耐受比较复杂的负载条件，故障率较低。本文介绍的就是一种用单片机控制的控制一工频逆变器。

　　1  整机结构及主要部件

　　户用型太阳能光伏发电系统主要用于无电地区居民家庭的电力供应。它一般由太阳能电池组件、蓄电池、控制一逆变器这三个主要部分组成（图1）。

　　控制一逆变器又可分为控制器和逆变器两部分。控制器的功能是对蓄电池的充放电进行管理，并对直流负载供电。逆变器的功能是将直流电转变为交流电，供给交流负载使用。

图1太阳能光伏发电系统的组成

　　1.1 设计依据

　　户用太阳能光伏控制一逆变器，应当具有以下基本功能：

　　（1）对蓄电池的充放电进行管理，即根据蓄电池的电压确定充电方式（直充或PWM即脉宽调制式充电）；达到充满阈值时完全停止充电；根据蓄电池的环境温度来调整充满阈值；在蓄电池降低到欠压阈值时停止放电。

　　（2）提供直流／交流输出的过载保护，根据过载程度的不同，确定启动保护的时刻。

　　（3）提供直流／交流输出的短路保护，一旦短路发生，立即切断振荡信号和电源。

　　（4）提供必要的方式来指示机器的工作状态。

　　依靠硬件电路也可以实现上述功能，但存在着控制精度不高，调节比较麻烦等缺点。而用单片机进行控制，不但可以克服这些缺点，而且能够提供更多的功能，如定时和分路输、智能化的保护功能、根据蓄电池的电量（一般是根据电压）进行充放电管理、根据需要重新设定各种阈值等。因此，研发者通常在设计中大都采用单片机。

　　1.2 电路结构

　　图2是样机的电路框图。从图中可以看出，MCU处于样机的中心位置。蓄电池电压、开关信号及输出电流和电压被采样入MCU。MCU按照预先写入的程序，经过运算后输出蓄电池管理、电路保护等控制信号和LED指示信号。这些功能的实现，还需要有A／D转换、温度采集、PWM信号产生、时间控制等电路的支持。PWM控制芯片给功放管提供一个脉宽可以调制的驱动信号（这个信号与充电的PWM信号不同，后者是由MCU产生的），以保持输出电压的稳定。另外，PWM控制芯片还与MCU一道实现过载和短路保护的功能。功放采用4只MOS.

　　FET组成全桥电路，保证系统有足够的输出。

图2控制一逆变器的整体结构

　　1.3 MCU

　　样机选用的C8051F330是一款完全集成的混合信号片上系统型MCU，内置高速流水线结构的CIP一51内核、768字节片内RAM和8KB可在系统编程的FLASH存储器、17个I／O端口、带模拟多路器的16通道单端或差分输人10位ADC、温度传感器、高精度可编程的25MHz内部振荡器、4个通用的16位定时器、可编程计数器／定时器阵列（PCA）及其他数字资源。因此，这款芯片可完全满足控制一逆变器的要求。

　　C8051F330除了具有丰富的数字资源外，还有两个非常有用的特点。一个是SILIConLabs二线（C2）开发接口，它允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。另一个是优先权交叉开关译码器，它按照预先设定的优先权，灵活地给片内各数字资源分配端口引脚。此外，C8051系列的芯片与8051完全兼容，因此可以很方便地进行开发和应用。

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