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一種光伏逆變器用多路輸出開關(guān)電源設(shè)計(jì)
廣州從化市技工學(xué)校 李志林 2014/1/25 10:17:48
摘 要：光伏發(fā)電與傳統(tǒng)的發(fā)電形式相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，能夠保證對(duì)環(huán)境的無污染和持續(xù)利用，因此，近年來得到了很大的發(fā)展。其中，光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分——逆變器對(duì)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的效率高低有著重要影響。因此，加強(qiáng)對(duì)逆變器開關(guān)的設(shè)計(jì)和研究對(duì)提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體效率具有重要的意義。
關(guān)鍵字：光伏逆變器；多路輸出；開關(guān)；電源
一、前言
能源是整個(gè)世界發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長的最基本驅(qū)動(dòng)力，現(xiàn)代社會(huì)能源消耗高且效率較低，不僅浪費(fèi)了資源，還對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的污染。太陽能是一種無污染又可再生的潔凈能源，資源豐富，對(duì)環(huán)境無任何污染，是世界各個(gè)國家競相開發(fā)的一種新型能源。太陽能光伏發(fā)電是利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。由于其無污染、無噪聲、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在城市建筑、美化工程等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，發(fā)展前景廣闊。
光伏發(fā)電系統(tǒng)效率的提高是我們研究的重要部分，光伏新能源發(fā)電技術(shù)主要包括太陽電池板、控制器以及逆變器三個(gè)主要部分，其中逆變器主要是將電能從直流電轉(zhuǎn)換為交流電，是發(fā)電系統(tǒng)的主要器件，其開關(guān)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)效率的高低都有著重要的影響。一般情況下，提高光伏逆變器的開關(guān)頻率能夠有效增加輸出信號(hào)的質(zhì)量，但是也明顯提高了開關(guān)損耗，造成逆變器效率的降低，而輔助的軟開關(guān)雖然能夠一定程度上提高效率，但是造成了成本的上升。所以加強(qiáng)對(duì)光伏逆變器開關(guān)的研究十分必要。這里，我們就對(duì)一種光伏逆變器使用的多路輸出開關(guān)電源的設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡要探討。
二、總體設(shè)計(jì)規(guī)劃
（一）開關(guān)電源的設(shè)計(jì)要求
光伏逆變器的主要結(jié)構(gòu)如下圖所示。其中，輸入為低壓光伏陣列，輸出為高壓交流電網(wǎng)。高、低壓側(cè)使用高頻變壓器進(jìn)行電氣隔離，而且，光伏逆變器使用的輔助電源輸出路數(shù)較多。
圖1 光伏逆變器主要結(jié)構(gòu)
為了使得光伏逆變器能夠輸出穩(wěn)定且符合質(zhì)量要求的電流，我們首先要對(duì)逆變器的供電可靠性及其供電質(zhì)量進(jìn)行維護(hù)設(shè)計(jì)。這里我們控制芯片的電源開關(guān)使用具有較高頻率的UC3842。同時(shí)，光伏陣列的輸出電壓要求開關(guān)電源能夠具有較大范圍的適應(yīng)性，因此使用過程中要對(duì)噪聲和兼容特性進(jìn)行充分的考慮。這里，我們對(duì)外圍電路做了一些改進(jìn)，從而滿足減小電壓紋波、提高開關(guān)電源適用性以及保證電源穩(wěn)定的要求。
（二）UC3842介紹
UC3842包括直插式和表貼式兩種形式，主要由5V的基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器、高頻振蕩器、PWM鎖存器、過流檢測(cè)比較器以及欠壓鎖定電路等幾個(gè)部分組成。
UC3842電路結(jié)構(gòu)中，誤差放大器與阻容元件相連接，從而和反向的輸入端組合成PI補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，可以對(duì)誤差放大器的頻率進(jìn)行有效的補(bǔ)償。反饋電壓輸入端可以把分壓以后的反饋電壓添加到誤差放大器的反相輸入端，然后和同相輸入端的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行相互比較，從而產(chǎn)生誤差電壓。UC3842開啟、關(guān)閉的電壓設(shè)計(jì)為16V和10V，在器件內(nèi)部存在一個(gè)34V穩(wěn)壓管，可以通過電壓電路作用而產(chǎn)生一個(gè)5V基準(zhǔn)電壓，這個(gè)電壓可以作為器件內(nèi)部電源。如果這個(gè)電壓經(jīng)過衰減以后得到2.5V的電壓，則還可以作為比較器的電壓。
一般情況下，UC3842把經(jīng)過電阻分壓后得到的信號(hào)輸入到誤差放大器，然后通過其反向輸入端和內(nèi)部的2.5V基準(zhǔn)電壓做比較，并把獲得誤差電壓的部分和反向輸入端連接成為PI補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，另一部分則和電流采樣電壓做比較，從而獲得電壓電流的雙環(huán)控制PWM序列占空比，這樣就可以達(dá)到穩(wěn)定電路的目的。
三、開關(guān)電源設(shè)計(jì)的具體介紹
這里，我們主要設(shè)計(jì)一種單端反激式的多路輸出開關(guān)電源。這種開關(guān)電源的主要工作原理是：開關(guān)管導(dǎo)通以后，通過高頻變壓器把電能轉(zhuǎn)換為儲(chǔ)存的磁能，并且在開關(guān)管截止以后，再通過高頻變壓器把儲(chǔ)存的磁能轉(zhuǎn)換為電能，在這個(gè)過程中副邊通過輸出電能達(dá)到向負(fù)載供電的目的。
這種設(shè)計(jì)包括連續(xù)和斷續(xù)兩種工作模式。其硬件主要包括反饋電路、輸入濾波電路、過流保護(hù)電路、脈寬調(diào)制電路、輸出側(cè)整流濾波電路、外圍振蕩電路以及誤差補(bǔ)償電路等部分。在輸入的直流電壓產(chǎn)生變化后，UC3842可以通過電壓的反饋回路對(duì)脈寬占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證變壓器的副邊直流電壓能夠穩(wěn)定運(yùn)行。下面我們就對(duì)開關(guān)電源設(shè)計(jì)中的主要部分進(jìn)行簡要的介紹：
（一）啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)
光伏逆變器系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)，直流電壓會(huì)逐漸增大，從而能夠不斷對(duì)電容進(jìn)行充電，當(dāng)電容電壓達(dá)到器件的啟動(dòng)電壓后，UC3842就可以開始工作。脈寬調(diào)制信號(hào)能夠?qū)OSFET的開關(guān)執(zhí)行動(dòng)作進(jìn)行控制，從而使得變壓器能夠進(jìn)行不間斷的充放電，并且可以把電磁能量傳送到副邊，然后通過整流濾波后代替啟動(dòng)時(shí)的直流電壓為UC3842提供電（未完，下一頁）
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