【正文】 耦隔離電路 后 級輸出 驅(qū)動開關(guān)管時同樣需要進行光耦隔離，為了簡化電路，采用 4 個TLP250 光藕， 如圖 410 所示。 （ 3） PWM 控制電路 ① PIC16F73 供電電源 由于本文設(shè)計的光伏發(fā)電系統(tǒng)只有蓄電池提供的 12V 電壓，故此芯片的 5V供電電源需要進行電壓轉(zhuǎn)換，采用 78L05 三端集成穩(wěn)壓器 ，其電路接法如圖 48所示： IN3GND2+5V1U278L05C1220ufC2104VCC 圖 48 78L05 電平轉(zhuǎn)換電路 ②時序和死 區(qū)電路 在電路工作中 ,開關(guān)管的關(guān)斷時間往往長于接通建立時間 ,會出現(xiàn)上下橋臂直通的危險 ,為此 ,電路設(shè)有死區(qū)時間。 PIC 單片機是采用 RISC結(jié)構(gòu)的高性價比嵌入式控制器，采取數(shù)據(jù)總線和地址總線分離的 Harvard 雙總線結(jié)構(gòu)，具有很高的流水處理速度。采用電壓瞬時值反饋，對輸出電壓進行采樣隔離，反饋信號送給控制芯片，通過 PWM 生成環(huán)節(jié)產(chǎn) 生各功率管的開關(guān)信號，控制功率管的通斷，使輸出電壓盡可能跟蹤 給定信號。 逆變主電路的設(shè)計 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變電路的設(shè)計主要包括逆變主電路的設(shè)計、控制電路、保護電路、驅(qū)動電路等的設(shè)計。 電感濾波屬 于 電流濾波，是靠通過電流產(chǎn)生電磁感應(yīng)來平滑輸出電流 ，防止電流尖 峰。肖特基二極管的上正向通態(tài)壓降很小，為 0． 30． 8 V，而快恢復(fù)二極管的導(dǎo)通壓降都在 1V以上。對于電流，一般電壓峰值時的電流峰值為最大值的 2倍，即為 2=。此時可以用 EE55 的。 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)推挽升壓電路的原理圖 根據(jù)上文的設(shè)計說明，對獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)推挽升壓環(huán)節(jié)的原理圖設(shè)計如圖46 所示： 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 27 12BAT+12VHeader 2H1234J1Header 4HTITrans CT IdealQ21Q224700pFC211KR21F1D21LED110mHLr21Inductor100pFCr21C22680u/450vC23105/630vQ1Q2Q4Q31KR22Res212345678910J2Header 10H1234J3Header 4H保護BAT100uFC25104C241mHLr22Inductor100pFCr22TLP521保護FNTL4311KR241KR25140KR271KR281KR26100pFCr2100pFCr31KR23BATFN電壓檢測 圖 46 推挽升壓電路的原理圖 推挽升壓電路環(huán)節(jié)電路參數(shù)的選擇 推挽升壓電路中主要的元件包括：高頻變壓器、 N 溝道 MOSFET 開關(guān)管、高頻整流二極管、輸出濾波電容、 輸 出濾波電感。如圖45 所示： TLP521TL4311KR241KR25140KR271KR281KR26100pFCr2100pFCr31KR23BATFN電壓檢測 圖 45 光耦隔離電路 TLP521 的原邊相當(dāng)于一個發(fā)光二極管，原邊電流 If越大，光強越強，副邊三極管的電流 Ic 越大。然而光耦是一種非線性元件，需要增加偏置電路來產(chǎn)生線性的傳輸函數(shù)。因此在反饋環(huán)中也需要某種形式的隔離。 ? 具有 PWM 瑣存功能，禁止多脈沖。 ? 振蕩器工作頻率范圍寬： 100Hz— 400KHz. ? 具有振蕩器外部同步功能。 在本文的系統(tǒng)設(shè)計中，由于 系統(tǒng) 前級 采用模擬芯片進行控制，對整個系統(tǒng)的抗干擾性有特別高的要求，考慮電壓型控制方式抗干擾性能強、控制簡單、易于設(shè)計，因此采用電壓型控制方案，對于其動態(tài)響應(yīng)速度慢的固有缺點，采 SG3525控制芯片時通過調(diào)整軟啟動延時時間來緩解。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 24 電流控制型具有快速的瞬態(tài)響應(yīng)和高度的穩(wěn)定性。因此，電壓型控制系統(tǒng)的靜態(tài)性能，動態(tài)性能與穩(wěn)定性之間存在著矛盾。 電壓型控制方式的優(yōu)點是控制簡單，易于設(shè)計和 分析，抗干擾性能強，其最大缺點是動態(tài)響應(yīng)速度慢。 脈寬調(diào)制（ PWM）型高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源只對輸出電壓進行采樣，實行的是閉環(huán)控制，這 種控制方式屬電壓控制型，是一種單環(huán)控制系統(tǒng)。 因此抑制變壓器運行過程中的偏磁現(xiàn)象，除了在主電路的設(shè)計上有效抑制偏磁現(xiàn)象之外，對于控制芯片 SG3525 的軟啟動時間可以適當(dāng)延長，使電壓緩慢建立。 本文設(shè)計采用特性一致的 MOSFET作為功率開關(guān)器件，變壓器設(shè)計時也適當(dāng)增大磁芯面積、使磁芯保留一定的氣隙。其缺點是使開關(guān)電源的效率降低。 （ 4)推挽電路的全部時間都被強制箝位，沒有像單端電路那樣的負電壓面積自動和正電壓面積相平衡的時間上和電壓上的自由度。 (2)兩路驅(qū)動信號傳輸過程中的延遲不同，功率器件自身開關(guān)速度上存在差異。 推挽式變壓器偏磁現(xiàn)象產(chǎn)生的原因 理論上對于兩個 MOSFET 管正，負半周的電壓波形對稱，磁通在正負兩個方向變化時，在一個管道通時有正的增量，另一個管導(dǎo)通時有負的增量，理論上無直流磁化分量，故磁通正負對稱，勵磁電流也正負對稱。 推挽式電路變壓器的偏磁現(xiàn)象 推挽變換器電路拓撲的特點就是結(jié)構(gòu)有很好的對稱性，應(yīng)用方便。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 20 4 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變電源的設(shè)計 推挽式 DC／ DC 變換器原理介紹 圖 41所示推挽電路工作原理如下，開關(guān) Sl、 S2交替導(dǎo)通。該方法是將傾斜面上的太陽輻射轉(zhuǎn)換成等同的利用標(biāo)準(zhǔn)太陽輻射 1000W／ 1112 照射的小時數(shù)。 ② 衰減因子 由于太陽能電池實際工作中會受到外界環(huán)境的影響。 太陽能電池組件配置計算 (1)基本公式 計算太陽能電池組件數(shù)量的基本方法是用負載平均每天所需要的能量（安時數(shù)）除以一塊太陽能電池組件在一天中可以產(chǎn)生的能量即組件日輸出（安時數(shù)），這樣就可以算出系統(tǒng)需要并聯(lián)的太陽能電池組件數(shù)，其中組件日輸出的計算為太陽能光伏組件最大工作點電流（安）乘以每日太陽輻照最小時數(shù)（小時），使用這些組件并聯(lián)可以產(chǎn)生系統(tǒng)負載所需要的電流。 太陽能光伏陣 列的設(shè)計 太陽能電池組件設(shè)計的基本原理 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 18 太陽能電池組件設(shè)計的主要原則是滿足負載的每日用電需求，當(dāng)設(shè)計的太陽能電池組件輸出等于全年負載需求的平均值時，太陽能電池組件將提供負載所需要的所有能量，但這意味著每年將有近一半的時間蓄電池處于虧電狀態(tài)。 本文設(shè)計的光伏發(fā)電系統(tǒng)為中小功率的小型系統(tǒng)，假設(shè)負載每天耗電為5kWh／天，負載平均工作時間 lOh，系統(tǒng)所處地平均最低溫度為典型溫度 10℃，選擇自給天數(shù)為 5 天，蓄電池選用深度循環(huán)電池，放電深度為 80％。 （ 2） 溫度修正系數(shù)：當(dāng)溫度降低的時候，蓄電池的容量將會減少。如果在嚴寒地區(qū)，就要考慮到低溫防凍問題對此進行必要的修正。 蓄電池生產(chǎn)商一般會提供相關(guān)的蓄電池溫度 容量修正曲線在該曲線上可以查到對應(yīng)溫度的蓄電池容量修正系數(shù)。 一方面，蓄電池的容量隨溫度的下降而下降 通常，鉛酸蓄電池容量是在 25℃時標(biāo)定的，隨著溫度的降低， 0℃時的容量大約下降到額定容量的 90%,而在 20℃的時候大約下降到額定容量的 80%，所以必須考慮蓄電池的環(huán)境溫度對其容量的影響。在設(shè)計時我們要用到在蓄電池技術(shù)中常用的平均放電率的概念。 蓄電池的容量隨放電率的降低（即蓄電池放電時間變長）而相應(yīng)增加， 這樣就會對我們的容量設(shè)計產(chǎn)生影響?；竟饺缦拢? = ?自 給 天 數(shù) 日 平 均 負 載蓄 電 池 容 量 最 大 放 電 深 度 （ 31） 每個蓄電池都有它的標(biāo)稱電壓，為了達到負載工作的標(biāo)稱電壓，我們將蓄電池串聯(lián)起來給負載供電，需要串聯(lián)的蓄電池的個數(shù)等于負載的標(biāo)稱電壓除以蓄電池的標(biāo)稱電壓。一般來說，自給天數(shù)由兩個因素決定：負載對電源的要求程度和光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝處的最大連續(xù)陰雨天數(shù)。直流升壓采用推挽電路，工作頻率在 100kHz。數(shù)字信號處理器是在模擬信號變換為數(shù)字信號后對數(shù)字信號進行高速實時處理的專用處理器，它具有計算速度快、體積小、功耗低等優(yōu)點，是實現(xiàn)數(shù)字信號處理的強大工具。但單片機控制也存在一些缺點，比如控制靈活行不夠，由于程序執(zhí)行的時間限制導(dǎo)致在升壓及逆變環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓控制跟隨性差，不能有效起到穩(wěn)壓作用；另外，當(dāng)系統(tǒng)復(fù)雜時，對單片機要求比較高，芯片發(fā)熱問題等等都是設(shè)計時需要考慮的因素。但存在很多固有缺點： 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 12 ①控制電路的元器件比較多，體積龐大 ,結(jié)構(gòu)復(fù)雜； ②靈活性不夠，硬件電路一旦設(shè)計完成，控制策略就不能改變； ③由于元器件特性的差異，致使電源一致性差，且模擬器件的工作點漂移。該電路的缺點是電路相對復(fù)雜。由于采用工頻變壓器，體積大 ，質(zhì)量大，價格也較貴。在每個周期各對開關(guān)管通斷半個周期就產(chǎn)生 180度的方波電壓。 BTTCDQ 圖 26 反激式變壓器電路結(jié)構(gòu) 此外，目前市場流行的升壓方式為 BUCKBOOST，但本系統(tǒng)輸入端電壓 12V，屬于低壓，若想得到工頻 220V輸出電壓，必須含有變壓器升壓環(huán)節(jié)，綜合考慮上述各拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，選擇推挽變換方式。 S1 D1D2S2D3BTD4D5C1C2 圖 24 半橋式變壓器電路結(jié)構(gòu) 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 10 (4)全橋式 如圖 25所示，功率管只承受電源電壓。但電路必須有良好的對稱，否則鐵芯容易引起電流偏磁飽和。其次，主功率管一般占空比小于 。 主電路拓撲結(jié)構(gòu)的設(shè)計 升壓環(huán)節(jié)拓撲結(jié)構(gòu)比較 升壓環(huán) 節(jié)實際上是 DCDC開關(guān)電源， DCDC變換器的拓撲結(jié)構(gòu)有很多，但本設(shè)計的是作為逆變電源的直流升壓環(huán)節(jié)，需要有電氣隔離。 （ 3）直流輸入電壓 具 有較寬的適應(yīng)范圍 。光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變電源 有 較高 的 要求： （ 1）具有較高的效率。升壓電路把太陽電池的直流電壓升壓到逆變器輸出控制所需的直流電壓；逆變橋式電路則把升壓后的直流電壓等價地轉(zhuǎn)換成常用頻率的交流電壓。 綜合考慮以上各因素，本系統(tǒng)采用市場上普遍使用的 VRLA蓄電池。 太 陽能電池是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光能通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件，這種光電轉(zhuǎn)換過程是通過“光生伏特效應(yīng) 實現(xiàn)的，因此又被稱為“光伏電池 ” ， 其作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動 負載 工作。 (2)對獨立型光伏 系統(tǒng)的不同主電路結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)，工作原理，控制策略進行詳細的分析， 并根據(jù)設(shè)計要求選擇合適的拓撲結(jié)構(gòu)?；旌闲凸夥l(fā)電系統(tǒng)是在系統(tǒng)中增加一臺備用發(fā)電機組，當(dāng)光伏陣列發(fā)電不足或蓄電池容量不足時，可以啟動備用發(fā)電機組，它既可以直接給交流負載供電，又可以經(jīng)整流后給蓄電池補充充電，在混合系統(tǒng)中，還可以由兩種可再生能源發(fā)電技術(shù)構(gòu)成混合系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏系統(tǒng)是指太陽能發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)化為和電網(wǎng)同頻同相的交流電，既向負載供電，也可以向電網(wǎng)發(fā)電， 可以分為帶蓄電池的和不帶蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。在蓄電池沒有充滿的情況下，一般由蓄電池提供電能進行逆變提供給用戶，如果天氣晴朗，當(dāng)蓄電池充滿電的情況下，也可以由太陽能電池板直接提供電能進行逆變，用戶可以根據(jù)天氣情況和蓄電池剩余電量的多少來判斷是由蓄電池進行逆變還是直接由太陽能電池板進行逆變過程。若在電池兩端接上負載，負載上就有電流通過，當(dāng)光線一直照射時，負載上將源源不斷地有電流流過。與常規(guī)發(fā)電及其他綠色能源發(fā)電技術(shù)相比，太剛能光伏發(fā)電技術(shù)有以優(yōu)點： (1)是真正的無污染排放、不破壞環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的綠色能源； (2)能量具有廣泛性，隨處可得，不受地域的限制； (3)由于無機械轉(zhuǎn)動部件而運行可靠，故障率低； (4)維護簡單，可以無人值守； (5)應(yīng)用場合廣泛和靈活，既可以獨立于電網(wǎng)運行，也可以與電網(wǎng)并網(wǎng)返行； (6)無需架設(shè)輸電線路 ，可以方便地與建筑物相結(jié)合； (7)建站周期短，規(guī)模大小隨意，發(fā)電效率不隨發(fā)電規(guī)模的大小而變。 根據(jù)《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，到 2020年，我國力爭使太陽能發(fā)電裝機容量達到 （百萬千瓦），到 2050年將達到 600GW（百萬千瓦）。中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)于 20世紀(jì) 70年代起步， 90年代中期進入穩(wěn)步發(fā)展時期。 20xx年的光伏行業(yè)調(diào)查表明，到 20xx年，光伏產(chǎn)業(yè)的年發(fā)展速度將保持在 30%以上。 世界光伏組件在 1990年 — 20xx年年平均增長率約 15%。1997年又提出 “百萬屋頂 ”計劃。 太陽能以其獨有的優(yōu)勢而成為人們重視的焦點 ， 豐富的太陽輻射能是重要的 可再生 能源，取之不盡、 用 之不竭、無污染、廉價、 是 人類能夠自由利用的能源 。 關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電 推挽升壓 單相全橋逆變 PIC16F73