【正文】 ）恒壓充電 充電時(shí)給蓄電池輸入的是穩(wěn)定的電壓。 2）恒流充電 恒流充電是指輸入給蓄電池的是恒定的電流。使用此充 電方法是，電流越大，充電速度越快。有兩階段和三階段兩種方法。充電放電循環(huán)次數(shù)相對(duì)減少，浮充電流除了維內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 18 持自身放電之外，還能維持蓄電池內(nèi)部氧的循環(huán)，這樣可以大大延長(zhǎng)了蓄電池的壽命。 4）脈沖充電 脈沖充電的方式是把一種周期性的電流注入到蓄電池。從而提高從電能轉(zhuǎn)變效率。我們常見(jiàn)的應(yīng)急電源，一般都是把直流電瓶逆變成 220V交流的。他通過(guò)與蓄電池的配合可以為用電設(shè)備提供出穩(wěn)定的不間斷的電能 它主要的工作原理是加在逆變器輸入端的直流電壓通過(guò)控制開(kāi)關(guān)在負(fù)載上變成具有正負(fù)極性的交流。 逆變器分類 逆變器的分類有很多種，根據(jù)逆變?cè)淼牟煌?，可以將逆變器分為脈寬調(diào)制? ?PWM 逆變器、 梯波疊加自激振蕩型逆變器和階 逆變器等。根據(jù)控制輸出波形類型不同分為電流跟蹤型逆變器和電壓跟蹤型逆變器。單相逆變器從電路結(jié)構(gòu)上可的不同，可以分為三類。 圖 所示的是推挽電路的結(jié)構(gòu)：電路中的 Q Q2 兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件的基極收到 PWM 控制信號(hào)的控制，交替在導(dǎo)通和關(guān)斷兩個(gè)狀態(tài)。到了 Q1 基極上的脈沖消失的時(shí)候，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管都關(guān)斷，集電極和發(fā)射極的電壓都成了直流輸入電壓。就這樣交替導(dǎo)通，不斷重復(fù)來(lái)達(dá) 到逆變效果。電路中的四個(gè)開(kāi)關(guān)管按照給定 PWM信號(hào)交替導(dǎo)通。 圖 家用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)逆變器要求 逆變器是獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中最后的一步，它把來(lái)自蓄電池或者光伏陣列的直流電逆變成交流供給負(fù)載使用。是系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，所以對(duì)它有如下幾點(diǎn)要求： 逆變器的轉(zhuǎn)換 效率要高 轉(zhuǎn)換效率在光伏發(fā)電系統(tǒng)中一直是一個(gè)十分受重視的問(wèn)題。就目前而言，光伏陣列，和蓄電池的效率難以再有大的效率提升，逆變器的效率提升相對(duì)比較容易。所以要求逆變器要有足夠的安全性，穩(wěn)定性。 輸入到逆變器的電量可以有較寬的波動(dòng)范圍 由于光伏陣列的端電壓隨溫度、光照強(qiáng)度和負(fù)載大小而變化，與此同時(shí)，蓄電池的端電壓也會(huì)隨其剩余容量和內(nèi)阻的變化而變化，尤其是其老化時(shí)的變化就更大。 逆變器后輸出波形畸變要小 假如經(jīng)過(guò)逆變器后的波形不是清晰的波，而是里面存在著很多諧波分量，那么所產(chǎn)生的電能質(zhì)量將會(huì)大打折扣。現(xiàn)在的很多用電設(shè)備（例如通信設(shè)備）對(duì)電能質(zhì)量要求都較高 。所以盡量減小逆變過(guò)程中導(dǎo)致的波形畸變也是對(duì)逆變器的要求。這個(gè)介紹時(shí)十分必要的，對(duì)于一個(gè)完整系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)分類和工作原理有詳細(xì)的 了解，這樣在接下來(lái)電路設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)選擇中才能選擇出符合自己要求的電路，這樣的設(shè)計(jì)能有更高的實(shí)用價(jià)值。對(duì)于類型繁多的器件還做了一些分類的介紹。系統(tǒng)的工作電壓先確 定了，根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)計(jì)算出用戶在這一電壓下的需要的平均安時(shí)數(shù)。對(duì)負(fù)載的確定其實(shí)是比較復(fù)雜的，即使用電器的功率和工作電壓都可以從說(shuō)明書(shū)或者廠家得到。所以負(fù)載的實(shí)地調(diào)查和統(tǒng)計(jì)是一項(xiàng)非常重要的工作。 總功率 6362W 圖 普通 家庭用電情況，某月的收據(jù) 經(jīng)統(tǒng)計(jì)，確定一般家庭用電為每月 130 度，平均日用電量為 度。=緯度 +（ 10o15o） () 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 23 由以上的計(jì)算，設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能電池方陣放置的角度為 45o39?16??。 c 太陽(yáng)能電池并聯(lián)數(shù)計(jì)算 電池組件日發(fā)電量： zop CKhIQ ???? ocP () Ioc 為最佳工作電流， Kop 斜面修正系數(shù) ， Cz衰減修正系數(shù) 據(jù)得出 Qp=64W。帶入數(shù)據(jù)得出 Bcb=9460W。 所以選擇 PW500 電池板，最大功率 140W，工作電壓 ，工作電流 8A 的電池板四塊。 蓄電池組容量設(shè)計(jì) 在獨(dú)立太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，儲(chǔ)能元件的選擇不能單獨(dú)的去遵循一個(gè)原則，要綜合的考慮。這樣才能為用戶提供更好質(zhì)量的電能。本設(shè)計(jì)選擇鉛酸蓄電池為儲(chǔ)能元件。 一個(gè)蓄電池的額定工作電壓是 12V 的，設(shè)計(jì)的電路中，逆變器輸入電壓是內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 24 48V直流電，經(jīng)過(guò)逆變后達(dá)到 50 赫茲 220V的家用電。確定了串聯(lián)的電壓后，再由并聯(lián)的個(gè)數(shù)來(lái)達(dá)到符合系統(tǒng)需求的容量。以便有一定的富余。 4 個(gè)串聯(lián)， 2 個(gè)并聯(lián)共 8 個(gè)就可以滿足要求。而如果蓄電池組的容量太小的話，它就不能滿足用戶對(duì)它的需求，設(shè)計(jì)也失去了意義。推挽式拓?fù)潆娐罚怯蓛蓚€(gè)參數(shù)一致的功率 IBJT 管或者是 MOSFET 管，以推 挽的方式連 接在電路中，每個(gè)晶體管分別承擔(dān)正負(fù)半個(gè)周的波形放大任務(wù)。推挽式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的輸出是雙向的，它既可以向負(fù)載輸出電流，也可以從負(fù)載中抽取電流。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下面圖所示。該電路采取直接直流升壓，電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，損耗較小，效率較高。 Boost 升壓式 DCDC變換器不使用高頻變壓器，本設(shè)計(jì)電路中需要從 24V 升壓至 48V，沒(méi) 有必要選擇加高頻變壓器，使電路復(fù)雜。 方案中電感計(jì)算： ? ?2 DD1RT 2?L （ ） 其中 R=Vo/Po、 T=1/f、 D= 帶入數(shù)值得出 L 為 36mH。要選取足夠大的電容來(lái)存儲(chǔ)電能，同時(shí)濾除低頻諧波，選取 C=100uf。 設(shè)計(jì)中用 PSIM 對(duì)使用的電路進(jìn) 行仿真如下 圖 Boost升壓電路仿真圖 圖 Boost仿真波形圖 逆變器 的方案選擇 方案一：半橋式逆變器。半橋式逆變器夾在輸入方電壓僅僅有一半加在了電路負(fù)載上，因此就會(huì)引起負(fù)載電流的峰值增加。半橋逆變器原理圖如圖所示。全橋逆變器。這時(shí)負(fù)載兩端的電壓成了有正負(fù)極性的交流電。雖然全橋逆變也就是方案二與方案一比較半橋和全橋的IGBT 工作電壓同樣是為 DCV ，而輸出電壓半橋逆變只有DCV21，全橋逆變產(chǎn)生的輸出峰值電壓還是 DCV 。出于綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用方案二全橋逆變。 帶入數(shù)值得出 Umax=433V IGBT 截至是后的最大電壓： ? ? ????? 1501 .1 5UU m a xf （ ） 式中， Uf— IGBT 管對(duì)最大電壓電壓， α — 安全系數(shù)，取 。 帶入數(shù)值得出 Uf=。 帶入數(shù)據(jù)得出 Ic= 由上面計(jì)算得出的數(shù)據(jù)，選取額定電流 IC為 20A，額定電壓為 800V 的 IGBT作為開(kāi)關(guān)器件。電壓信號(hào)的得到是根據(jù)兩個(gè)分壓電阻的比例在上面產(chǎn)生的不同壓降得到的 [19]。由于電阻分壓形成的電流將對(duì)主電路和采樣電路產(chǎn)生影響，故采用高阻值的精密電阻。它的好處在于幾乎不消耗能量就能得到高質(zhì)量的電流信號(hào)。感應(yīng)電流值得大小為阻數(shù)比乘以被測(cè)目標(biāo)電流。于是，輸出電壓 Uo 與輸入電流 Ip 的關(guān)系為： mRIpUo ??? 10005 （ ） 與此同時(shí)，在電流傳感器輸出端后面我們要加入一個(gè)電壓跟隨器，這樣做的為了使得控制電路和主電路中有隔離，減小后級(jí)電路對(duì)前面電路的影響。轉(zhuǎn)變前后的電量信息有著以一定的聯(lián)系。決定選取的電壓互感器型號(hào)為 CHV25P。 % 177。因?yàn)樵诘蛪旱那闆r下，它的開(kāi)關(guān)頻率還是比較高的 ，而且通態(tài)時(shí)候的壓降也不是很大，損耗小。家用太陽(yáng)能發(fā)電系中的驅(qū)動(dòng)電路的作用是控制功率器件的導(dǎo)通與關(guān)斷。 不止在本設(shè)計(jì)中，電力電子器件的控制大都不可以直接用低電能的控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)正常工作要求。于此同時(shí)控制電路是相對(duì)脆弱的，所以必須將他與主電路隔離才能保證其工作過(guò)程中的安全性，和能長(zhǎng)久 高效工作的穩(wěn)定性，否則將有可能造成電路中的器件的嚴(yán)重?fù)p壞，產(chǎn)生不必要的損失。 2）可以給 IGBT 輸入最為合適的開(kāi)通電壓，一般柵極上要加 +15 V 就可以。 3）驅(qū)動(dòng)中要存在柵壓限幅部分，保證柵極電壓不會(huì)過(guò)大而損壞器件。 DC/DC 變換器驅(qū)動(dòng)電路 參考一些文獻(xiàn)資料后，對(duì)比各種芯片驅(qū)動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)，我選擇 EXB841 芯片作內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 33 為 Boost 變換器開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)芯片。 圖 EXB841 內(nèi)部 原理圖 EXB 系列驅(qū)動(dòng)器的各引腳功能如下： 腳 1 ：接反向偏置電源濾波； 腳 2 ：電源（＋ 20V ）； 腳 3 ：驅(qū)動(dòng)輸出； 腳 4 ：用于連接外部電容器，以防止過(guò)流保護(hù) 電路誤動(dòng)作（大多數(shù)場(chǎng)合不需要該電容器）； 腳 5 ：過(guò)流保護(hù)輸出 腳 6 ：集電極電壓監(jiān)視； 腳 7 、 8 ：不接； 腳 9 ：電源； 腳 10 、 11 ：不接； 腳 14 、 15 ：驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入（一，＋）； 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 34 圖 驅(qū)動(dòng) 電路原理圖 逆變器驅(qū)動(dòng)電路 由于本文采用了單相全控逆變電路，有四個(gè) IJBT，所以驅(qū)動(dòng)電路用分立元件搭會(huì)比較的復(fù)雜所以本文采用了 IR2110。 IR2110 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下 圖 IR2110 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 對(duì) IR2110 引腳的介紹： LO 腳 1 ：低端輸出 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 35 COM 腳 2 ：公共端 Vcc 腳 3 ：低端固定電源電壓 Nc 腳 4 ： 空端 Vs 腳 5 ：電源偏移電壓 VB 腳 6 ：高端浮置電源電壓 HO 腳 7 ：高端輸出 Nc 腳 8 ：空端 VDD 腳 9 ：邏輯電源電壓 HIN 腳 10 ：邏輯高端輸入 SD 腳 11 ：關(guān)斷 LIN 腳 12 ：邏輯低端輸入 Vss 腳 13 ：邏輯電路地電位端，其值可以為 0V Nc 腳 15 ：空端 IR2110 接線圖： 圖 IR2110 芯片 的驅(qū)動(dòng)電路 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 36 本章小結(jié) 本章是整篇論文的工作重點(diǎn)。首先做了家庭用電的調(diào)查工作然后根據(jù)所得出的結(jié)果設(shè)計(jì)好了電池方陣還有蓄電池組的容量以及連接方式。然后把控制電路中的驅(qū)動(dòng)電路，信號(hào)采集電路使用的芯片進(jìn)行了介紹。 下圖為控制電路框圖。對(duì)此電路控制策略是使用的當(dāng)前應(yīng)用十分廣泛的 PWM 控制方式，用脈寬波經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制開(kāi)關(guān)器件 IGBT 的開(kāi)通和關(guān)斷。常見(jiàn)的整流電路和逆變電路中都可以看到 PWM 控制技術(shù)。在現(xiàn)在的應(yīng)用中，中小功率的逆變裝置的結(jié)構(gòu)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 38 上幾乎都有 PWM 的應(yīng)用。這種技術(shù)的理論基礎(chǔ)是面積等效原理，此原理是采樣控制理論中的重要結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)沖量相等卻形狀不一樣的窄脈沖作用在慣性環(huán)節(jié)上時(shí)，他 們所產(chǎn)生的最終效果基本一致。 圖 PWM 波 輸出 原理圖 圖 PWM 調(diào)節(jié) 原理圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 39 最大功率點(diǎn)跟蹤控制 最大功率點(diǎn)跟蹤（ MPPT）指的是實(shí)時(shí)跟蹤日照強(qiáng)度和溫度的變化，及時(shí)調(diào)整 DC/ DC 變換器，最終的目的是達(dá)到用電設(shè)備的阻抗與太陽(yáng)能電池方陣的輸出阻抗能夠匹配，實(shí)現(xiàn)最大工作點(diǎn)運(yùn)行 系統(tǒng)。因此，只要調(diào)節(jié)等效電阻時(shí)刻與光伏電池內(nèi)阻保持一致，就可以得到光伏陣列的最大功率輸出。因此，只要滿足輸出電壓為總電壓的一半，電源同樣有最大輸出功率。對(duì)經(jīng)典的干擾法有如下的解釋。產(chǎn)生的這個(gè)較小干擾信號(hào)具有不變的步長(zhǎng)，改變的有兩個(gè)方向，一個(gè)是增大功率的，另一個(gè)是減小功率的。在進(jìn)行過(guò)擾動(dòng)之后，就要確定哪一個(gè)擾動(dòng)的方向是正確的。如果發(fā)現(xiàn)擾動(dòng)后的功率沒(méi)有擾動(dòng)之前的大， 那么就可以得出擾動(dòng)方向錯(cuò)誤的結(jié)論，接下來(lái)向著相反方向進(jìn)行干擾。如果增大電壓的結(jié)果相反，功率減小了，那么最大工作點(diǎn)在另一邊，那么久應(yīng)該在當(dāng)前電壓的基礎(chǔ)上減小電壓，尋找最大工作點(diǎn) [22]。 2)不能同時(shí)把跟蹤響應(yīng)速度和精 確度做到，因?yàn)橛懈檿r(shí)確定的步長(zhǎng)相矛盾。 蓄電池 的 充放電 控制 蓄電池 控制參數(shù)確定 本設(shè)計(jì)中，前文提到蓄電池組時(shí)四個(gè) 12V 電池串聯(lián)。 階段一：快速充電階段。充電進(jìn)行中的時(shí)候，蓄電池的電壓慢慢的變高，直到達(dá)到了快速充電的停止電壓閾值，本階段結(jié)束 階段二：恒壓充電階段。此過(guò)程進(jìn)行時(shí)電流會(huì)有減小的趨勢(shì)，當(dāng)電流減小到一個(gè)確定的閾值，則階段結(jié)束。給蓄電池一個(gè)額定工作電壓的輸入電壓值，可以補(bǔ)償蓄電池自放電。 C) 均衡電壓 (25176。 C) 調(diào)節(jié)精度 1% 負(fù)載切斷電壓 4448V， 最大充電電流 10A 最大負(fù)載電流 10A 充電控制中主程序流程圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 41 圖 充電總程序 充電方式子程序流程圖： 圖 充電模塊 子 程序 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 42 逆變器的調(diào)制技術(shù)