AN3095 datasheet(4/55 Pages) STMICROELECTRONICS

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AN3095

4/55

Doc ID 16555 Rev 3

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Figure 1.

3 kW PV system image. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Figure 2.

Block scheme of hardware implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Figure 3.

DC-DC and DC-AC converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Figure 4.

DC-DC converter control signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Figure 5.

DC-DC converter equivalent circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Figure 6.

Current flow in mode 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Figure 7.

Current flow in mode 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Figure 8.

Current path in mode 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Figure 9.

DC-DC converter operating waveforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Figure 10.

Modulation and transformer current in DCM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Figure 11.

Power transfer function for different input voltages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Figure 12.

Variation of parameter “d” with input voltage for n=1.2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Figure 13.

Conversion systems with modified DC-AC inverter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Figure 14.

Schematic of the power stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Figure 15.

Output sensing and relay board schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Figure 16.

Schematic of the AC voltage measurement circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Figure 17.

Line current conditioning circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Figure 18.

ADC interrupt service routine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Figure 19.

STM32F103xx microcontroller schematic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Figure 20.

DC-DC converter driver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Figure 21.

DC-AC converter driver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Figure 22.

5 V,1 A flyback converter with VIPER17HN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Figure 23.

Multi-output flyback converter with VIPER27HN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Figure 24.

Block diagram of the implemented control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Figure 25.

Stationary reference frame and rotating reference frame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Figure 26.

Implemented PLL structure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Figure 27.

DQ components of the current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Figure 28.

Block diagram of the implemented MPPT algorithm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Figure 29.

Grid angle and Vd component . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Figure 30.

Grid angle and grid voltage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Figure 31.

Grid angle (yellow), grid voltage (red), 90° phase-shifted voltage (blue) . . . . . . . . . . . . . . 46

Figure 32.

DC-DC phase-shift modulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Figure 33.

Phase-shifted signals, transformer current in CCM, power MOSFET M1 drain current . . . 47

Figure 34.

Power MOSFET M1- Ch1 gate signal; Ch2 drain-source voltage and drain current Ch4. . 47

Figure 35.

Phase-shifted gate signals (Ch1, Ch2), primary and secondary transformer voltage

(Ch3, Ch4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Figure 36.

DC-AC voltage and current in standalone mode (open-loop operation) . . . . . . . . . . . . . . . 48

Figure 37.

Grid voltage (blue), inverter voltage (red), injected current (green); injected power (math

function) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Figure 38.

Inverter voltage (green) and current (blue) at 800 W,PF=0.97 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Figure 39.

Inverter voltage (green) and current (yellow) at 2500 W, PF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Figure 40.

DC-DC converter efficiency at different input voltages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Figure 41.

System efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Figure 42.

MOSFET M1- Ch1 gate signal, Ch2 drain-source voltage and Ch 4 drain current. . . . . . . 49

Figure 43.

Phase-shifted gate signals (Ch1, Ch2), primary and secondary transformer voltage (Ch3,

Ch4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

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