【正文】 置繞組匝數(shù)，電感量。通過選定的匝數(shù)比，重新計(jì)算各副邊繞組的電壓值，并與要求輸出的值比較，計(jì)算其誤差。以5V為例，（333）（334）其中是輸出二極管的導(dǎo)通壓降。根據(jù)式（333）、（334）計(jì)算得到輸出端的誤差為，5V輸出端的誤差為，24V輸出端的誤差為，15V輸出端的誤差為。接下來選擇各繞組繞線的規(guī)格，設(shè)定電流密度，線徑計(jì)算為（335）帶入數(shù)值計(jì)算各邊的線徑，根據(jù)得到的數(shù)值選取直徑大一些的導(dǎo)線，并重新計(jì)算導(dǎo)線的截面積，記為,計(jì)算需要繞線的股數(shù)（336）帶入數(shù)值計(jì)算各個(gè)繞組繞線的股數(shù)，最后對選定的磁芯進(jìn)行窗口校核：（337）帶入數(shù)值計(jì)算得到。 UC3844的外圍電路設(shè)計(jì)首先計(jì)算UC3844的啟動(dòng)電路，即7腳的啟動(dòng)電壓，采用電阻分壓的方式從輸入端直流母線上獲得啟動(dòng)電壓，而正常工作期間是從偏置繞組獲得工作電壓。從資料上可以看到3844有一個(gè)最小的啟動(dòng)電壓，設(shè)定電源的啟動(dòng)電壓略低于最小直流輸入電壓，取200V，設(shè)置電阻的比例。另外，從3844的工作電流和工作電壓曲線圖可以看到，當(dāng)?shù)碾妷褐荡笥趦?nèi)置齊納管的額定電壓以后，電流會(huì)急劇上升，這種情況比較危險(xiǎn)，因此有必要限制工作電流。考慮最壞情況，當(dāng)輸入電壓最大為700V時(shí)，工作電壓最大為，該電壓對應(yīng)的電流最大為 ，則可以根據(jù)分壓的關(guān)系計(jì)算電阻，帶入數(shù)值計(jì)算得到，這是最小的一個(gè)電阻值。留有足夠的余量，取，則。計(jì)算3844的輸出部分電路，R15為MOSFET的柵極電阻，取值與MOSFET的上升時(shí)間及輸入電容有關(guān)。查詢型號(hào)為MTB3N120E的MOSFET資料，其上升時(shí)間，輸入電容，這些值都是在一定的測試條件下取得的，是動(dòng)態(tài)參數(shù)，因此根據(jù)他們計(jì)算得到的柵極電阻應(yīng)該是一個(gè)估算值，帶入數(shù)值計(jì)算。R16用來提供給MOSFET的柵源極足夠的電壓，其取值按經(jīng)驗(yàn)可以從1K到十幾K，而與柵源極并聯(lián)的還有一個(gè)20V的穩(wěn)壓管，其作用是在柵源極電壓大于20V時(shí)保護(hù)MOSFET。考慮3844的電流感應(yīng)引腳的外圍電路。根據(jù)3844的最大電流感應(yīng)輸入閾值為，可以計(jì)算感應(yīng)電阻，即取。，也為從電流感應(yīng)電阻到電流補(bǔ)償器輸入端提供了延時(shí)功能。為避免出現(xiàn)由最大輸入電壓時(shí)導(dǎo)通時(shí)間太短的情況引起的不穩(wěn)定，必須要選取一個(gè)最小的時(shí)延。首先決定電容值，滿足這個(gè)條件的電容值通常在到，取，對延時(shí)較好的估計(jì)值大約為[13]，則。設(shè)置振蕩頻率，根據(jù)資料中定時(shí)電阻和振蕩頻率曲線圖，先選定定時(shí)電容值，按照頻率82KHz讀取定時(shí)電阻值在左右，選。連接時(shí)將電容接地，電阻接參考端，由參考電壓提供充電電荷，同時(shí)連接光耦副邊的集電極提供工作電壓。引腳2接光耦副邊的發(fā)射極，引入誤差放大器的反相輸入端。引腳1是誤差放大器的輸出端，也用作環(huán)路補(bǔ)償。整個(gè)電路用5V輸出電壓作為反饋信號(hào)，引出端在輸出濾波電感之前，避免了由LC引入的二階系統(tǒng)。先決定輸出端的輸出電容，選取的電解電容，其串聯(lián)等效電阻。考慮光耦和精密寬電壓穩(wěn)壓管TL431的組合電路，光耦的原邊LED的前向電流最大為50mA，必須設(shè)置限流電阻使電流小于這個(gè)值。，，取。為了保證光耦LED導(dǎo)通電流不足時(shí)仍有1mA的電流流過TL431的陰極，這是TL431的工作條件之一，設(shè)置一個(gè)電阻與光耦并聯(lián)，計(jì)算該值，取。接著計(jì)算補(bǔ)償電路，取決于TL431參考端的電壓和電流值，所以。同樣上位采樣電阻，該阻值由R7和R8串聯(lián)得到，則。電容C16用于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，采用主極點(diǎn)補(bǔ)償?shù)姆绞?，為系統(tǒng)提供一個(gè)在原點(diǎn)的極點(diǎn)。原功率部分的傳遞函數(shù)為[15]（338）其中，是輸出負(fù)載阻抗，是原副邊匝數(shù)比。將具體數(shù)值帶入式（338）得到：（339）從式中可以看出RHZ的頻率為。在Matlab中仿真得到截止頻率，176?？梢娤到y(tǒng)有足夠的相角裕度，但是幅值裕度有點(diǎn)小，而且系統(tǒng)的帶寬不夠?qū)挕Ｒ虼?，加入補(bǔ)償電路，增加系統(tǒng)的帶寬，并且在保證足夠大相角裕度的前提下改善幅值裕度。選用主極點(diǎn)補(bǔ)償電路，重新選取帶寬，為了避免RHZ引起過大的相移，取環(huán)路帶寬為RHZ頻率的1/5,即，代入式（229），,即,已知，求得。此時(shí)，得到一個(gè)新的開環(huán)傳遞函數(shù)，用Matlab仿真可以看到其相角裕度為48176。，幅值裕度為∞，滿足工程上穩(wěn)定的需要。 工程實(shí)踐中，基本上采用實(shí)驗(yàn)方法，上述理論討論僅僅是為實(shí)踐提供參考，而在UC3844的補(bǔ)償端加了一個(gè)PI調(diào)節(jié)電路，引入一個(gè)零點(diǎn)和兩個(gè)極點(diǎn)。，工作頻率是固定的，通過設(shè)置定時(shí)電阻和定時(shí)電容實(shí)現(xiàn)。這種固定頻率的穩(wěn)壓電源，輸入范圍一般只有1：3，無法實(shí)現(xiàn)更寬范圍的電壓輸入。，用一個(gè)電壓控制的變頻振蕩器VCO來實(shí)現(xiàn)更寬范圍的電壓輸入，其最大范圍可擴(kuò)大到大約1：[14]。上一節(jié)中，定時(shí)電阻和定時(shí)電容接到一個(gè)固定不變的參考電壓，因此工作頻率是固定的。如果把定時(shí)電阻和定時(shí)電容接到一個(gè)變化的電壓，那么就可以改變振蕩頻率了。光耦采樣并反饋輸出電壓到UC3844內(nèi)部集成的誤差放大器的反相輸出端，引起誤差放大器的輸出端電壓變化，因此可以考慮使用該電壓來控制和改變頻率。為了利用誤差放大器的全部輸出電壓范圍，在其輸出端和VCO之間加一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器件。另外，在檢測電流之前對實(shí)際的電流波形進(jìn)行延時(shí)，有效地抑制了前沿尖峰電壓。 寬輸入反激式輔助電源方框圖電路拓?fù)涑薝C3844的個(gè)別引腳接法不同。將引腳2同引腳5一起接地，電壓反饋信號(hào)僅通過補(bǔ)償端引腳1傳送至電流感應(yīng)比較器的同相端，實(shí)現(xiàn)占空比的調(diào)節(jié)。 寬輸入反激式輔助電源部分電路拓?fù)涞谒恼?光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中輔助電源的實(shí)驗(yàn)測試在上一章的討論中已經(jīng)提到，電路存在眾多不確定因素，因此對其進(jìn)行試驗(yàn)測試沒有很大的意義。本課題僅對能穩(wěn)定輸出電壓的UC3844拓?fù)潆娐?。首先采用逐個(gè)加載的方式，從最輕載到滿載，對其各路輸出電壓值在各種輸入電壓條件下進(jìn)行測量，分析所得到的測量值。然后選擇幾個(gè)代表性的輸入電壓，觀察原邊線圈、副邊線圈、MOSFET的漏源極等幾個(gè)重要的節(jié)點(diǎn)的電壓和電流波形，分析波形的特點(diǎn)，討論效率、功率損耗和紋波變換等一些有關(guān)技術(shù)指標(biāo)的問題。反激式電源由于原邊沒有消磁線圈，必須要讓副邊提供復(fù)位電路，所以反激式電源不允許負(fù)載全部開路。根據(jù)實(shí)際工作情況，輸入端上電，開關(guān)管開始工作，5V輸出端首先開始工作。因此，設(shè)計(jì)測試方案，從5V輸出端開始，采用逐級(jí)加載的方式，直到全部滿載，分別測量每種情況下的輸出電壓值。實(shí)驗(yàn)中輸入和輸出電壓都用同一型號(hào)的萬用表測量，其型號(hào)為fluke 117C，%，在加載過程中始終都顯示讀數(shù)，~。 +5V輸出端加載其余空載情況下各路輸出電壓值 4035026047065V輸出12V輸出+15V輸出+24V輸出 逐級(jí)加載輸出電壓測試示意圖 +5V和12V輸出端加載其余空載情況下各路輸出電壓值 4045076037045V輸出12V輸出+15V輸出+24V輸出 除+24V空載外其余輸出端加載情況下各路輸出電壓值 4075026047015V輸出12V輸出+15V輸出+24V輸出 所有輸出滿載情況下各路輸出電壓值 4045075987025V輸出12V輸出+15V輸出+24V輸出衡量電源優(yōu)劣的指標(biāo)有很多，其中兩項(xiàng)就是電網(wǎng)調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率。電網(wǎng)調(diào)整率表示輸入電網(wǎng)由額定值變化時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出電壓的相對變化量。負(fù)載調(diào)整率指在額定電網(wǎng)電壓下，負(fù)載電流從零變化到最大時(shí)，輸出電壓的最大相對變化量。從定義上可以看出，這兩個(gè)指標(biāo)相對較小時(shí)電源性能比較好。從以上測試得到的各數(shù)據(jù)表中看到，當(dāng)直流輸入從250V變化到最大的700V，各路的輸出電壓變化不大，除以外，其他各路輸出波動(dòng)均在1V以內(nèi)。波動(dòng)比較大，是因?yàn)闇y量點(diǎn)在UC3844的輸入端，該點(diǎn)電壓和輸入電壓及UC3844的導(dǎo)通阻抗有關(guān)。而在上述逐級(jí)加載的過程中，實(shí)際上就是一個(gè)負(fù)載電流從零變化到最大的一個(gè)過程，可以看到輸出電壓的最大變化量不到2V，相對變化量在8%左右。效率是電源的一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)用型號(hào)為YOKOGAWA WT3000的精準(zhǔn)功率分析儀測試輸入和各路輸出的電流、電壓和功率，以此來計(jì)算電源的效率。由于電路有4路輸出，加上輸入需要5路，而YOKOGAWA WT3000功率分析儀只有4個(gè)通道，所以實(shí)驗(yàn)中先把4個(gè)通道測試輸出端，然后把一路通道斷開改接輸入端。 電源效率測試電路示意圖選定在滿載的情況下，并在末行計(jì)算電源的效率。表 滿載情況下不同輸入電壓下的效率測試 輸入電壓輸入電流輸入功率5V輸出（續(xù)）12V輸出+15V輸出+24V輸出電源效率%%%%%%選擇一個(gè)比較典型的輸入電壓值，觀察關(guān)鍵電路節(jié)點(diǎn)的電壓波形。考慮在500V的輸入電壓值下，觀察+5V副邊線圈、原邊尖峰抑制的TVS管兩端、MOSFET漏源極和MOSFET柵源極電壓波形，并進(jìn)行簡單的分析。 +5V副邊線圈的電壓波形 TVS兩端電壓波形 MOSFET漏源極電壓波形 MOSFET柵源極電壓波形 +5V輸出端繞組上的電壓波形圖，可以看到在功率管開通時(shí)其電壓值為18V，而在功率管關(guān)斷時(shí)其電壓值為5V。 。可以從圖中看到，TVS吸收的電壓尖峰達(dá)到200V，。 ，在其關(guān)斷期間漏源極電壓尖峰達(dá)到750V，經(jīng)過振蕩后在MOSFET導(dǎo)通時(shí)變?yōu)?，導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間都比較理想。，可見此設(shè)計(jì)方法在安全范圍之內(nèi)。 ，在導(dǎo)通期間其電壓值約為12V，在關(guān)斷期間電壓值為1V，可以有效防止誤導(dǎo)通。第五章 總結(jié)與展望本課題主要針對5KW光伏并網(wǎng)逆變器中輔助電源進(jìn)行了拓?fù)溥x型、理論分析、樣機(jī)設(shè)計(jì)、仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究，具體討論了反激式輔助電源的三種工作模式和工作原理，并在此基礎(chǔ)上采用了三種不同的電路拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)輔助電源的技術(shù)指標(biāo)。完成的主要研究工作概述如下：，綜合考慮了要實(shí)現(xiàn)電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)成本等方面的要素，進(jìn)行可行性分析，最終選擇反激式開關(guān)電源為合適的電路拓?fù)?。，重點(diǎn)討論了三種工作模式，即電流連續(xù)模式、電流臨界連續(xù)模式和電流斷續(xù)模式，得出每種工作模式下的參數(shù)計(jì)算方式。，以及其中的高頻變壓器的設(shè)計(jì)方法。，結(jié)合課題要研究的輔助電源的技術(shù)指標(biāo)對其加以修改，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其工程實(shí)踐可行性。，重新設(shè)計(jì)每一部分電路的參數(shù)，并結(jié)合自動(dòng)控制理論對系統(tǒng)進(jìn)行相角和幅值裕量控制，提高電路的穩(wěn)定性。在這一基礎(chǔ)上，對控制方式進(jìn)行修改，添加一個(gè)壓控振蕩器，實(shí)現(xiàn)更寬范圍的輸入電壓。，選擇第二種方案就行測試實(shí)驗(yàn)，用逐級(jí)加載的方式真實(shí)模擬實(shí)際工作情況，測量沒中工作情況下的電壓值。在滿載的情況下，測量各路的輸出，計(jì)算電源的工作效率，并選擇一個(gè)典型工作電壓下觀察幾個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的波形，分析功率損耗。由于時(shí)間和水平有限，本課題的研究雖然取得了一定的成功，但還存在眾多需要改進(jìn)的地方，例如對于各部分電路功率損耗的問題沒有進(jìn)行詳細(xì)分析，有些損耗在工作環(huán)境變化時(shí)會(huì)有很大的影響，如變壓器的溫升損耗，MOSFET的開關(guān)損耗等都會(huì)隨溫度的上升急劇增加。工程上使用MOSFET通常都需要加散熱片。還有一些細(xì)節(jié)的部分沒有考慮周到，如輸出端的二極管的反向恢復(fù)時(shí)間，會(huì)影響到輸出端電流的波動(dòng)，這些都可以用緩沖電路來消除。光伏并網(wǎng)是一個(gè)新興的技術(shù)領(lǐng)域，隨著人們越來越多地使用太陽能，各個(gè)國家相繼出臺(tái)對光伏產(chǎn)業(yè)的相關(guān)扶持政策，光伏并網(wǎng)技術(shù)將得到越來越多的應(yīng)用，作為光伏并網(wǎng)的核心，光伏并網(wǎng)逆變器的前景一片光明，對于其中輔助電源的研究也將會(huì)得到更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。由于作者水平有限，難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，敬請各位專家和學(xué)者指正。參 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