【正文】 圖 48 78L05 電平轉換電路 ②時序和死 區(qū)電路 在電路工作中 ,開關管的關斷時間往往長于接通建立時間 ,會出現上下橋臂直通的危險 ,為此 ,電路設有死區(qū)時間。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 生各功率管的開關信號，控制功率管的通斷，使輸出電壓盡可能跟蹤 給定信號。 電感濾波屬 于 電流濾波，是靠通過電流產生電磁感應來平滑輸出電流 ，防止電流尖 峰。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=。 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)推挽升壓電路的原理圖 根據上文的設計說明，對獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)推挽升壓環(huán)節(jié)的原理圖設計如圖46 所示： 畢業(yè)設計（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 開關管、高頻整流二極管、輸出濾波電容、 輸 出濾波電感。然而光耦是一種非線性元件，需要增加偏置電路來產生線性的傳輸函數。 ? 具有 PWM 瑣存功能，禁止多脈沖。 在本文的系統(tǒng)設計中，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、易于設計，因此采用電壓型控制方案，對于其動態(tài)響應速度慢的固有缺點，采 SG3525控制芯片時通過調整軟啟動延時時間來緩解。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。 脈寬調制（ PWM）型高頻開關穩(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)。 本文設計采用特性一致的 MOSFET作為功率開關器件，變壓器設計時也適當增大磁芯面積、使磁芯保留一定的氣隙。 （ 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。 推挽式變壓器偏磁現象產生的原因 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。 畢業(yè)設計（論文）專用紙 20 4 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變電源的設計 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 Sl、 S2交替導通。 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。 太陽能光伏陣 列的設計 太陽能電池組件設計的基本原理 畢業(yè)設計（論文）專用紙 18 太陽能電池組件設計的主要原則是滿足負載的每日用電需求，當設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)。 （ 2） 溫度修正系數：當溫度降低的時候，蓄電池的容量將會減少。 蓄電池生產商一般會提供相關的蓄電池溫度 容量修正曲線在該曲線上可以查到對應溫度的蓄電池容量修正系數。在設計時我們要用到在蓄電池技術中常用的平均放電率的概念?；竟饺缦拢? = ?自 給 天 數 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稱電壓，為了達到負載工作的標稱電壓，我們將蓄電池串聯起來給負載供電，需要串聯的蓄電池的個數等于負載的標稱電壓除以蓄電池的標稱電壓。直流升壓采用推挽電路，工作頻率在 100kHz。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，當系統(tǒng)復雜時，對單片機要求比較高，芯片發(fā)熱問題等等都是設計時需要考慮的因素。該電路的缺點是電路相對復雜。在每個周期各對開關管通斷半個周期就產生 180度的方波電壓。 S1 D1D2S2D3BTD4D5C1C2 圖 24 半橋式變壓器電路結構 畢業(yè)設計（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。其次，主功率管一般占空比小于 。 （ 3）直流輸入電壓 具 有較寬的適應范圍 。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換成常用頻率的交流電壓。 太 陽能電池是利用光電轉換原理使太陽的輻射光能通過半導體物質轉變?yōu)殡娔艿囊环N器件，這種光電轉換過程是通過“光生伏特效應 實現的，因此又被稱為“光伏電池 ” ， 其作用是將太陽能轉化為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動 負載 工作?；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)電技術構成混合系統(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。與常規(guī)發(fā)電及其他綠色能源發(fā)電技術相比，太剛能光伏發(fā)電技術有以優(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)應用場合廣泛和靈活，既可以獨立于電網運行，也可以與電網并網返行； (6)無需架設輸電線路 ，可以方便地與建筑物相結合； (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。中國光伏發(fā)電產業(yè)于 20世紀 70年代起步， 90年代中期進入穩(wěn)步發(fā)展時期。 世界光伏組件在 1990年 — 20xx年年平均增長率約 15%。 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 。推挽升壓的控制器采用電壓型控制芯片 SG3525,采用電壓反 饋，增加了系統(tǒng)的動態(tài)響應速度，同時詳細討論了高頻變壓器的設計、濾波元件參數的選擇等。 最后 ,利用 單片機仿真軟件 proteus對系統(tǒng)進行仿真并給出仿真原理圖及仿真波形。美國是最早制定光伏發(fā)電的發(fā)展規(guī)劃的國家。光伏組件的生產成本降到 3美元 /瓦以下。在 “ 光明工程 ” 先導項目和 “ 送電到鄉(xiāng) ” 工程等國家項目及世界光伏市場的有力拉動下，我國光伏發(fā)電產業(yè)迅猛發(fā)展。被吸收的光能激發(fā)被束縛的高能級狀態(tài)下的電子，產生電子 —空穴 對 ，在 PN結的內建電場作用下，電子 、 空穴相互運動， N區(qū)的空穴向 P區(qū)運動， P區(qū)的電子向 N區(qū)運動，使太陽能電池的受光面有大量負電荷（電子）積累，而在電池的背光面有大量正電荷（空穴）積累。 畢業(yè)設計（論文）專用紙 4 (2)并網型光伏發(fā)電系統(tǒng) 并網型光伏發(fā)電系統(tǒng)的結構如圖 l2所示。針對獨立光伏系統(tǒng)進行較為深入的分析，對于系統(tǒng)的工作原理、結構、控制方法、參數選擇等方面進行論證，主要有以下幾方面內容： (1)在介紹太陽能電池板的分類特點，蓄電池的特性的基礎上對太陽能電池板和蓄電池進行選型和設計，并對蓄電池的充放電的控制進行研究。光伏系統(tǒng)對蓄電池組的要求是： （ 1） 自放電率低； （ 2） 使用壽命長； （ 3） 深放電能力強； 畢業(yè)設計（論文）專用紙 7 （ 4） 充電效率高； （ 5） 少維護或免維護； （ 6） 工作溫度范圍寬； （ 7） 價格低廉。 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變電源設計的要求 逆變電源部分將太陽能電池或蓄電池的直流電轉化為交流電供用戶使用，是光伏系統(tǒng)的關鍵部件 。這是由于在中、大容量系統(tǒng)中，若采用方波供電，則輸出將含有較多的諧波分量，高次諧波將產生附加損耗，許多光伏發(fā)電系統(tǒng)的負載為通信或儀表設備，這些設備對電網品質有較高的外，當中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)并網運行時，為避免 對 公共電網的電力污染，也要求逆變電源輸出正弦波電流。因此變壓器鐵芯是雙向磁化的，相同鐵芯尺寸下，推挽電路比正激式電路輸出更大的功率。從輸出端看，反激式是電流源，不能開路。但 是，它響應速度較慢，波形畸變較 重，帶非線性負載的能力較差，而噪聲大。優(yōu)點是技術前常成熟。近年來，數字 信號處理理論在不斷取得進步的同時，隨著半導體技術的突飛猛進，專用的數字信號處理器芯片也獲得了飛速發(fā)展。為了量化評估太陽光連續(xù)低于平均值的情況，首先需要引進一個參數：自給天數，即系統(tǒng)在沒有任何外來能源的情況下，負載仍 然能正常工作的天數。 ① 放電率對蓄電池容量的影響。 ② 溫度對蓄電池容量的影響。 圖 31 蓄電池最低溫度與最大放電深度關系圖 修正后公式如下： ?? ?自 給 天 數 日 平 均 負 載蓄 電 池 容 量 最 大 允 許 放 電 深 度 溫 度 修 正 因 子 （ 36） 蓄電池容量的計算 根據上述蓄電池容量的設計原理及分析， 對每個參數 設計時的分析總結如下 ： （ 1） 最大允許放電深度：一般而言，淺循環(huán)蓄電池的最大允許放電深度為畢業(yè)設計（論文）專用紙 17 50％，而深循環(huán)蓄電池的最大允許放電深度為 80％。使用供應商提供的數據，可以選擇適于設計系統(tǒng)的在指定放電率下的合適蓄電池容量。所以在計算系統(tǒng)容量過程中要以該地方光照最惡劣季節(jié)里的負載需求來 計算，也就是保證在光照最差的情況下蓄電池也能夠完全的充滿電，這樣蓄電池全年可達到全滿狀態(tài)，可延長蓄電池的使用壽命減少維護費用。 ③組件日輸出計算 用峰值小時數的方法來估算太剛能電池組件的輸出。為避免兩管均導通造成變壓器原邊短路， Sl、 S2的占空比均不能大于 50％，并相互錯開以留有一定的死區(qū)。這畢業(yè)設計（論文）專用紙 21 將導致加在變壓器原邊繞組上的電壓波形正、負幅值不等。加大功率器件的容量，可以使偏磁的危害得到緩解。缺點是擾動必須轉化為輸出擾動，才能被電壓環(huán)反饋，系統(tǒng)響應慢。電源輸出電壓 outU 與參考電壓 refU比較放大，得到誤差信號 EU 再與斜坡信號比較后，由 PWM比較器輸出一定占空比的系列脈沖，這就是電壓控制型的基本原理。 圖 43 電流控制型原理 電流控制型的工作原理是：首先采用恒頻時鐘脈沖置位鎖存器的輸出脈沖驅動功率管，使其導通，此時電源回路中的電流 脈沖逐漸增大，當電流在采樣電阻R 兩端電壓幅度達到 EU 時，脈寬比較器狀態(tài)翻轉，鎖存器復位，驅動信號變低，開關管關斷，直到下一個時鐘脈沖使 RS鎖存器置位，這樣逐個檢測和調節(jié)電流脈沖，就可達到控制電源輸出的目的了。 ? 微調基準電源。由于輸入與輸出通過控制系統(tǒng)形成了另一個回路。 畢業(yè)設計（論文）專用紙 26 綜合考慮各種因素，本文采用 TL431 和 TLP521 組成的光耦隔離電路。 畢業(yè)設計（論文）專用紙 28 （ 1）變壓器參數設計 對于 500W 用 EE42 的磁芯足夠，設定原邊為 2 匝，副邊為 360V/12V=60 匝，但在 12V 的情況下，要做到 500W，主要問題是繞線比較難，可能繞不下。通常使用的整流二極管有快恢復二極管和肖特基二極管。 在本文的系統(tǒng)設計中，根據工程設計經驗，取電感 10mH,濾波電容 100pF 即可。 （ 2）控制芯片 控制芯片為 Microchip 公司的 PIC16F73 單片機。 C17104R16510R2622RH 橋驅動1234 5678U8TLP250D11HER107R2710+1515V 圖 410 后級光耦隔離電路