【正文】 Pulse Width Modulation)控制就是脈 寬調(diào)制技術(shù)，即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值 )。也就是說(shuō)是利用電容的低阻抗而將交流電流分量的絕大部分，更希望是全部分流到濾波電容器上，使輸出電流沒(méi)有或非常小的交流電流分量。 （ 3） DC/DC 整流二極管的選擇 整流二極管的設(shè)計(jì)要去為具有正向壓降小，反向漏電流小，反向恢復(fù)時(shí)間短等的特點(diǎn)。 本文設(shè)計(jì)的光伏發(fā)電系統(tǒng)指標(biāo)如下： 輸入 12V 輸出頻率 為 50Hz 輸出功率為 500W 輸出電壓 220V 額定負(fù)載時(shí)變換效率 80％ 過(guò)載能力 110％ 120% 由于輸出電壓 220v，因此有單相全橋整流的工作原理可知，對(duì)于輸入電壓最小值為 220 2V=311V，因此，本文設(shè)計(jì)時(shí)使直流升壓輸出電壓為 360V。 （ 3）采用專門隔離器件 如電壓霍爾或電流霍爾元件，這種辦法控制精度高，但是價(jià)格昂貴。 ? 雙路輸出（灌電流 /拉電流） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 25 （ 3） SG3525 控制電路的原理圖 V1V+2SYNG3OSC4CT5RT6DISC7CSS8CDMP9SD10OUTA11GND12VC13OUTB14VCC15VREF16SG3525AU110uFC17100R16102C1918KR17103C18100KR18103C12R11104C1110KR1310KR1210KR14104C15104C1447uFC132KR15104C1612BAT+12V1234J1Header 4保護(hù)FN 圖 44 SG3525 控制外圍電路 工作頻率 100KHz，計(jì)算公式為： 鋸齒波的基本周期 T為： 1 2 T D TT t t ( 0 .6 7 R 1 .3 R ) C? ? ? ? 頻率： f=1/T 電壓采樣隔離電路 推挽升壓電路實(shí)現(xiàn)了輸入與輸出之間的隔離，因此，輸出是浮地的。 ② SG3525 引腳功能及特點(diǎn) ? 工作電壓范圍寬： 8— 35V。所謂電流控制型，就是在脈寬比較器的輸進(jìn)端將電流采樣信號(hào)與誤差放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行比較，以此來(lái)控制輸出脈沖的占空比，使輸出的峰值電流跟隨誤差電壓變化。 ① 電 壓控制型的基本原理 電壓控制型的基本原理圖如圖 42所示。由于這是電壓型控制芯片，其優(yōu)點(diǎn)是只有電壓環(huán)，單環(huán)控制容易設(shè)計(jì)和分析；波形振幅坡度大，因而噪聲小，工作穩(wěn)定；多模塊輸出時(shí)，低阻抗輸出能提供很好的交互控制。 (1)盡量選用特性一致的開(kāi)關(guān)管，并適當(dāng)增大變壓器磁芯面積，或使磁芯保留一定的氣隙，使之在 電路不平衡的狀態(tài)下，磁通不至于飽和。兩個(gè) MOSFET 開(kāi)關(guān)管上的壓降不等。當(dāng) Sl 或 S2 通時(shí)，電感工的電流逐漸上升；兩個(gè)開(kāi)關(guān)都斷開(kāi)時(shí)，電感 L 的電流逐漸下降。通常的做法就是在計(jì)算的時(shí)候減少太陽(yáng)能電池組件的輸出的 10%來(lái)解決上述不可預(yù)知和不可量化的因素。而在獨(dú)立光伏系統(tǒng)中沒(méi)有備用電源在天氣較差的情況下給蓄電池進(jìn)行再充電，這樣蓄電池的使用壽命和性能將會(huì)受到很大影響，使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用也將大幅度增加。 （ 3） 指定放電率：指定放電率 是考慮到慢的放電率將會(huì)從蓄電池得到更多的容量。如圖二給出 了一般鉛酸蓄電池的最大放電深度與蓄電池溫度的關(guān)系。公式如下： ?? ? ?負(fù) 載 功 率 負(fù) 載 工 作 時(shí) 間加 權(quán) 平 均 負(fù) 載 工 作 時(shí) 間負(fù) 載 功 率 （ 35） 根據(jù)上面兩式就可以算出光伏系統(tǒng)的實(shí)際平均放電率，根據(jù)蓄電池生產(chǎn)商提供 的該型號(hào)電池在不同放電速率下的蓄電池容量，就可以對(duì)蓄電池的容量進(jìn)行修正。公式如下： = 負(fù) 載 標(biāo) 稱 電 壓串 聯(lián) 蓄 電 池 數(shù) 量 蓄 電 池 標(biāo) 稱 電 壓 （ 32） = 蓄 電 池 總 容 量并 聯(lián) 蓄 電 池 數(shù) 量 單 個(gè) 蓄 電 池 容 量 （ 33） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 15 (2)公式的修正 對(duì)于鉛酸蓄電池，蓄電池的容量不是一成不變的與兩個(gè)重要因素有關(guān)：蓄電池的放電率和環(huán)境溫度。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 14 3 光伏發(fā)電電池容量及光伏陣列的設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)出 500W 的戶用型中小功率光伏發(fā)電系統(tǒng)，在考慮設(shè)計(jì)指標(biāo)和開(kāi)發(fā)成本的基礎(chǔ)上，基于目前比較普遍的容量計(jì)算方法，對(duì)本系統(tǒng)的蓄電池容量以及太陽(yáng)能電池板的設(shè)計(jì)如下： 太陽(yáng)能光伏發(fā)電蓄電池組的設(shè)計(jì) 蓄電池容量設(shè)計(jì)的基本原理 設(shè)計(jì)思想是保證在太陽(yáng)光照連續(xù)低于平均值的情況下負(fù)載仍可以正常工作。 數(shù)字信號(hào)處理 （ DSPdigital signal processing） 是一門涉及許多領(lǐng)域的新興學(xué)科，在現(xiàn)代科技發(fā)展中發(fā)揮著極其重要的作用。 控制脈沖的生成，控制算法的實(shí)現(xiàn)全部由模擬器件完成。這種電路方式效率比較高 (可達(dá) 90％以上 )、可靠性較高、抗輸出短路的能力較強(qiáng)。 S1 D1D2S2D3BTD4D5D2D3S3S2 圖 25 全橋式變壓器電路結(jié)構(gòu) (5)反激式 如圖 26所示，它的電路形式與正激式變換器相似，主功率管的承受的電壓也相同，只是變壓器的接法不同。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 9 BTLCN3N1D1N2D2D3 圖 22 正激式變壓器電路結(jié)構(gòu) (2)推挽式 如圖 23所示，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以看成兩個(gè)完全對(duì)稱的單端反激式交換器的組合。 （ 4）在中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變電源的輸出應(yīng)為失真度較小的正弦波。 對(duì)于蓄電池部分，太陽(yáng)能光伏陣列發(fā)出的直 流電能，經(jīng)過(guò)控制器對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電控制，如 MPPT控制；但由于本文設(shè)計(jì)的的光伏逆變系統(tǒng)低電壓輸入，太陽(yáng)能電池板滿足輸出電流小，蓄電池組處于充放電的循環(huán)狀態(tài)，綜合考慮成本，經(jīng)濟(jì)效益等方面，因此不考慮對(duì)蓄電池的控制，只進(jìn)行基本的穩(wěn)壓措施即可。在設(shè)計(jì)選擇光伏系統(tǒng)蓄電池時(shí)需要考慮的指標(biāo)因素很多，如容量、電壓、放電深度、循環(huán)壽命、充放電性能 、自放電率、運(yùn)行溫度及維護(hù)要求等等。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 5 本文的研究?jī)?nèi)容 本論文研究的目的是開(kāi)發(fā)出一個(gè)高性能、價(jià)格低廉的修正正弦波輸出的獨(dú)立型 光伏逆變系統(tǒng)。獨(dú)立光伏系統(tǒng)一般將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在蓄電池中，然后再通過(guò)逆變成為普通用戶所使用的交流電。當(dāng)太陽(yáng)能光照射到由 P、 N型兩種不同導(dǎo)電類型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的太陽(yáng)能電池上時(shí)，其中一部分光線被反射，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 3 一部分光線被吸收，還有一部分光線透過(guò)電池片。經(jīng)過(guò) 30多年的努力，已迎來(lái)了快速發(fā)展的新階段。商品化電池效率從 10%～ 13%提高到 13%～ 15%，生產(chǎn)規(guī)模從 1～ 5兆瓦 /年發(fā)展到 5～ 25兆瓦 /年，并正在向 50兆瓦甚至 100兆瓦擴(kuò)大。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景 （ 1）世界太陽(yáng)能光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀及前景 近幾年國(guó)際上光伏發(fā)電快速發(fā) 展，世界上已經(jīng)建成了 10多座兆瓦級(jí)光伏發(fā)電系統(tǒng)， 6個(gè)兆瓦級(jí)的聯(lián)網(wǎng)光伏電站。軟件設(shè)計(jì)中，采用瞬時(shí)電壓反饋，增加了電路保護(hù)等功能，論文闡述了軟件設(shè)計(jì)總體思想構(gòu)架，給出了程序代碼。逆變環(huán)節(jié)采用 PWM調(diào)制方式，控制芯片為 PIC16F73，簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電是一種將太陽(yáng)光輻射能 量直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)，它是可再生能源和新能源的重要組成部分，被認(rèn)為是當(dāng)今世界上最有發(fā)展前景的新能源技術(shù) 。 20世紀(jì) 90年代后期，發(fā)展更加迅速， 1999年光伏組件生產(chǎn)達(dá)到 200兆瓦。太陽(yáng)電池及組件產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng) 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的基本原理 太陽(yáng)能 光伏發(fā)電的基本原理是利用太陽(yáng)能電池（一種類似于晶體二極管的半導(dǎo) 體 器件）的光生伏 特 效應(yīng)直接把太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N發(fā)電方式，太陽(yáng)能 轉(zhuǎn)化為電能 的轉(zhuǎn)換器件就是太陽(yáng)能電池。 作為家用的小型系統(tǒng)，獨(dú)立光伏系統(tǒng)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，它體積小，便于安裝使用和維護(hù)，成本較小，由于獨(dú)立光伏系統(tǒng)中有并網(wǎng)系統(tǒng)所沒(méi)有的蓄電池部分，所 以可以應(yīng)用更長(zhǎng)時(shí)間，基本能夠滿足普通用戶的需要。最常見(jiàn)的是風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)。 蓄電池組 蓄電池是獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中必須的儲(chǔ)能部件。 對(duì)逆變器的基本要求是： （ 1） 能輸出一個(gè)電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定的交流電，無(wú)論是輸入電壓發(fā)生波動(dòng)還是負(fù)載發(fā)生變換，都要能達(dá)到一定的電壓精度； （ 2） 具有一定的過(guò)載能力，一般能過(guò)載 120%150%； （ 3） 輸出電壓波形含的諧波成分應(yīng)盡量少； 控制器 控制器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，主要用于實(shí)現(xiàn)整套系統(tǒng)地充、放電管理控制。 由于太陽(yáng)電池的端電壓隨負(fù)載和日照強(qiáng)度而變化，蓄電池雖然對(duì)太陽(yáng)電池的電壓具有鉗位作用，但由于蓄電池的電壓隨蓄電池剩余容量和內(nèi)阻的變化而波動(dòng)，特別是當(dāng)蓄電池老化時(shí)其端電壓的變化范圍很大，如 12V蓄電池，其端電壓可在 10V～ 16V之間變化，這就要求逆變電源必須在較大的直流輸入電壓范圍內(nèi)保證正常工作，并保證交流輸出電壓的穩(wěn)定。另外，由于添加了去磁繞組使變壓器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，變壓器工藝水平的高低將直接影響到電路的性能。并且鐵芯利用率高，易采用軟開(kāi)關(guān)的工作方式，但功率器件較多，控制及驅(qū)動(dòng)較復(fù)雜，并且存在直通現(xiàn)象，適合大功率場(chǎng)合。 光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較 （ 1）工頻變壓器（ DCAC) 將直流電壓逆變成有效值基本不變的 PWM波形，由工頻變壓器升壓得到220V交流電壓。 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器控制方法的比較 光 伏逆變器實(shí)現(xiàn)輸出正弦波的工頻電壓，控制方案的實(shí)現(xiàn)通常分為模擬控制和數(shù)字控制，具體實(shí)現(xiàn)方案有以下幾種： (1)模擬控制。 (3)由 DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。升壓變壓器采用高頻磁芯材料，因而具有體積小、重量畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 13 輕的特點(diǎn)；后級(jí)的單相全橋逆變電路，采用 PWM調(diào)制，經(jīng)濾波電路得到 220V 50Hz的工頻交流輸 出。當(dāng)蓄電池總?cè)萘看笥趩蝹€(gè)蓄電池容量時(shí)，我們需要將單個(gè)蓄電池并聯(lián)起來(lái)組成總?cè)萘俊? 公式如下： = ?自 給 天 數(shù) 負(fù) 載 工 作 時(shí) 間平 均 放 電 率 （ 小 時(shí) ） 最 大 放 電 深 度 （ 34） 對(duì)于多個(gè)不同負(fù)載的光伏系統(tǒng)，負(fù)載的工作時(shí)間可以使用加權(quán)平均負(fù)載工作時(shí)間。 另一方面，蓄電池的最大放電深度受低溫的影響 在寒冷氣候條件下，如果蓄電池放電過(guò)多，電解液凝結(jié)點(diǎn)上升，電解液就可能凝結(jié)，以致?lián)p壞蓄電池。溫度修正系數(shù)的作用就是保證安裝的蓄電池容量要大于按照 25℃ 標(biāo)準(zhǔn)情況算出來(lái)的容量值，從而使得設(shè)計(jì)的蓄電池容量能夠滿足實(shí)際負(fù)載的用電需求。蓄電池長(zhǎng)時(shí)間處于虧電狀態(tài)將使蓄電池的極板硫酸鹽化。將太陽(yáng)能電池組件輸出降低 10% 在實(shí)際工作情況下，太陽(yáng)能電池組件的輸出會(huì)受到外在環(huán)境的影響而降低，如泥土、灰塵的覆蓋和組件性能的慢慢衰變等。 當(dāng) Sl 通時(shí)， DD3 導(dǎo)通；當(dāng) S2 通時(shí)， D D4導(dǎo)通。但是在實(shí)際中導(dǎo)致變壓器偏磁的原因主要有以下幾種： (1)功率管中器件通態(tài)壓降存在差異。 推挽式變壓器偏磁的抑制方法 推挽式變壓器偏磁抑制方法，可從主電路和控制電路兩方面著手。然而控制芯片采用的是 SG3525。而電流控制型 DC／ DC開(kāi)關(guān)變換器是在電壓控制型的基礎(chǔ)上，增加了電流反饋環(huán)，形成了雙環(huán)控制系統(tǒng)，這使得高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有所進(jìn)步，是目前較為理想的工作方式。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 23 圖 42 電壓控制型原理 ② 電流控制型的基本原理 電流控制型正是基于電壓控制型的缺點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的，從如圖 43 所示的電路中可以看到，它除保存了電壓控制型的輸出電壓反饋外，又增加了一個(gè)電流反饋環(huán)節(jié)。 （ 2） PWM 控制芯片 SG3525 的介紹 ① PWM 控制芯片 SG3525 功能簡(jiǎn)介 SG3525 為 美國(guó)硅通用半導(dǎo)體公司（ Silicon General）推出 的 用于驅(qū)動(dòng) N 溝道功率 MOSFET 的電壓控制性 PWM 控制器， 在脈寬比較器 的輸入端直接用流過(guò)輸出電感線圈的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。 ? 逐個(gè)脈沖關(guān)斷。其控制精度在光耦線性變化范圍內(nèi)還可以，但在光耦飽和時(shí)精度不高。對(duì)于 SG3525 外圍電路參數(shù)設(shè)計(jì)參考 Silicon General 公司提供的數(shù)據(jù)手冊(cè)。因此選用 銳俊半導(dǎo)體的 RU6099，參數(shù)為 VDs=60V， Id=120A， RDs=6m 歐