本文解析了一款6KW高防護并(離)網逆變器應用實例,其核心組成部分涵蓋了電池管理系統(BMS)、光伏(PV)控制模塊、最大功率點跟蹤(MPPT)、逆變電路以及系統保護等功能。此解析旨在介紹光耦等器件的應用,為讀者提供參考。
先來看看這款太陽能逆變器外觀。

整機面板正面簡潔易識別:有系統工作指示、狀態指示、太陽能指示等。尺寸為L*W*T:65*40*15(cm),是一款長方體的壁掛式產品。

其正面朝下,可見到太陽能板連接端口、負載連接端口、專用的電池接入端口,以及一個標準的電池管理系統(BMS)通信接口。

在設備的左側面,配置有開關(ON/OFF)按鈕、RS232通信接口、并聯連接端口(PAR1/PAR2),以及一個用于連接WIFI外置天線的插口。
接下來,拆開機蓋,看看內部電路。

正中央位置的主控電路,使用TEXAS INSTRUMENTS TMS320F28069PZT 微控制器, 32位,90MHz,高達256KB的閃存,100KB的隨機存取存儲器(RAM),2KB一次性可編程(OTP)ROM,LQFP100封裝。背板式結構,將主板用6個飛機架固定在底板上。

功率回路的關鍵器件之一是功率電感,直接影響功率和效率。其大功率電感器的安裝,采用了導熱膠進行灌封處理,有效增強了其穩定性并提升了散熱性能,確保能在高溫環境下可靠使用。

在逆變回路中,直流輸入和升壓輸出部分均采用了豐明薄膜電容進行濾波,相較于電解電容,薄膜電容具有更高的耐熱性能和更長的使用壽命,從而能夠滿足長時間處于高溫環境下的應用要求。

集成了專用的WIFI模組,以實現設備的在線通信功能。

功率MOSFET元件用螺絲鎖定,緊貼在底部的散熱片上,能夠高效地輔助逆變器電路的運行,確保逆變器能夠持續穩定地在滿功率狀態下輸出。

功率MOSFET的驅動系統采用了14顆晶臺品牌光耦,型號為KL1018,長小型貼片式LSOP4封裝,上升時間tr=2us,下降時間tf=3us;ton=4us,toff=3us;這些光耦元件能夠適配高達30KHz頻率的高頻開關信號。

電路板正面使用了6顆晶臺品牌光耦,采用KL1019,LSOP4封裝。這些光耦專門用于通信接口的隔離,實現了BMS、并聯信號、并網鏈接信號以及RS232等接口之間的數據交互功能。


在電路板的背面,使用了兩顆晶臺品牌光耦,均為KL1019型號,LSOP4封裝。其中一顆光耦負責輔助電源的隔離反饋功能,而另一顆則專門用于信號的傳輸。
晶臺光耦KL1018/KL1019系列產品,被廣泛應用于太陽能儲能逆變器產品;由一個紅外發射二極管,通過光耦合到一個光電晶體管構成光電耦合器,均采用4引腳LSOP封裝,工作溫度Topr適應-55~110℃,5KV隔離電壓,8mm長爬電距離,是嚴格通過UL,VDE,CQC等安全認證的工業級產品。


▲ 參考晶臺光耦的數據手冊(DataSheet)
總結:
該整機功能完備,線路布局合理,材料選型堅實可靠。主電路依次集成了EMI濾波模塊、開關管驅動與保護模塊、升壓(BOOST)模塊、移相高頻隔離模塊、逆變模塊以及輸出濾波模塊等。晶臺光耦合器,在電路中起到關鍵的隔離驅動和信號隔離傳輸作用;光耦隔離電路的使用,使得該設計簡單,便于并網發電,實現多機組并聯輸出,從而進行功率擴展應用。
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