摘要：提出了一種500VA光伏逆變電源的設(shè)計(jì)方案，將光伏控制器和光伏逆變電源有效地結(jié)合在一起，并具有欠壓、過壓、過熱、短路保護(hù)功能。
關(guān)鍵詞：光伏；逆變電源；研制

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1引言
太陽電池居高不下的價(jià)格是導(dǎo)致交流光伏電源系統(tǒng)難以推廣的重要因素之一，為了降低交流光伏電源系統(tǒng)的整體造價(jià)，除了降低太陽電池的價(jià)格外，提高逆變電源的電能變換效率，減少太陽電池的用量也不失之為一條有效的途徑，因此各國的光伏專家一直在努力開發(fā)適于這個(gè)行業(yè)使用的逆變電源。實(shí)踐證明，采用高效可靠的逆變電源能有效地降低光伏系統(tǒng)的整體造價(jià)^[1－2]。

目前，光伏逆變電源存在的主要問題是可靠性不高、效率低，這制約了戶用交流光伏電源系統(tǒng)的推廣和使用。500VA新型高效光伏逆變電源是針對(duì)光伏系統(tǒng)的特殊性而專門設(shè)計(jì)的，電路設(shè)計(jì)思想新穎、獨(dú)特，克服了現(xiàn)有的逆變電源電能變換效率低、可靠性差，輸出頻率及波形隨負(fù)載的性質(zhì)（感性、容性、阻性）變化大等缺點(diǎn)。理論和試驗(yàn)表明：它具有可靠、高效、體積小、重量輕、低污染等特點(diǎn)。

2電路設(shè)計(jì)

2.1概述

整個(gè)電路如圖1所示，輸入為24V直流，通過高頻DC/DC變換、整流、濾波后得到約260V的直流電壓，該電壓經(jīng)逆變后得到220V、50Hz的類正弦交流電，保護(hù)電路由欠壓保護(hù)，過壓保護(hù)，短路保護(hù)及過熱保護(hù)等組成。

2.2電路結(jié)構(gòu)及工作原理

2.2.1單端正激式DC/DC變換器原理及主開關(guān)器件的選擇

DC/DC變換器選用當(dāng)前國際電源界認(rèn)為可靠性很高的單端正激PWM調(diào)制方案，并根據(jù)光伏系統(tǒng)電能高效變換的要求對(duì)其進(jìn)行了特殊的設(shè)計(jì)與改進(jìn)[3]，原理如圖2所示。當(dāng)場效應(yīng)管被輸入脈沖驅(qū)動(dòng)而導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓Ui便加到變壓器初級(jí)繞組上，由于變壓器的極性，二次繞組為上正下負(fù)，二極管導(dǎo)通，向負(fù)載提供能量。為了提高電源的變換效率，減少體積，在實(shí)驗(yàn)中選用PWM頻率為200kHz，且將去磁電路接到次級(jí)繞組上；磁芯選用多個(gè)N67并聯(lián)。理論分析和實(shí)驗(yàn)表明：電器產(chǎn)品的體積重量與其供電頻率的平方根成反比，所以當(dāng)把頻率從50Hz提高到20kHz時(shí)，其體積、重量將降至工頻時(shí)體積、重量的5％～10％，因而采用該方案設(shè)計(jì)的光伏逆變電源體積很小。由于脈沖變壓器的工作頻率較高，脈沖間隔時(shí)間很短，占空比通常會(huì)達(dá)到50％，而且要求在下一個(gè)脈沖到來之前變壓器磁通必須復(fù)位，因此變壓器的純磁化電感不能太大。另外，必須精心設(shè)計(jì)磁通復(fù)位電路。

由于MOSFET與雙極性晶體管相比，具有開關(guān)速度快，輸入阻抗高，易于驅(qū)動(dòng)，沒有二次擊穿，可靠性高，參數(shù)一致性好等優(yōu)點(diǎn)，因此在本設(shè)計(jì)中選用多個(gè)MOSFET并聯(lián)作為主開關(guān)器件。在實(shí)際安裝時(shí)，盡量縮短MOSFET各管腳引線的長度，以消除寄生振蕩。

2.2.2PWM電路設(shè)計(jì)

PWM電路控制器件選用電流型控制電路TL494，具體接法如圖3所示。穩(wěn)壓用脈寬調(diào)制信號(hào)由260V的直流高壓經(jīng)R₁、R₂分壓后加到TL494的腳1，PWM信號(hào)由腳8輸出經(jīng)V₁，V₂功放后驅(qū)動(dòng)主開關(guān)器件。

2.2.3類正弦變換波形產(chǎn)生電路

類正弦變換波形產(chǎn)生電路用于生成全橋變換的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，如圖4所示。信號(hào)源由晶體振蕩器產(chǎn)生，振蕩頻率為25.6kHz，經(jīng)4060分頻分別形成50Hz、100Hz、200Hz的脈沖信號(hào)，最后合成為50Hz的類正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)。采用這種設(shè)計(jì)可使最終的輸出頻率穩(wěn)定，不隨負(fù)載的性質(zhì)及溫度的變化而變化。

2.2.4DC/AC電路

DC/AC電路選用通常的全橋變換電路，如圖5所示。由信號(hào)產(chǎn)生電路輸出兩路互差180°的信號(hào)，做為上下橋臂器件的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)MOSFET，最后得到220V、50Hz的類正弦交流電。

2.2.5保護(hù)電路設(shè)計(jì)

鑒于光伏系統(tǒng)的使用環(huán)境，因而光伏逆變電源必須要有可靠且強(qiáng)大的保護(hù)電路。各保護(hù)點(diǎn)的設(shè)計(jì)參考了文獻(xiàn)[4]的結(jié)果。具體電路如圖6所示。圖中U_ref為參考電壓，U_i為電源輸入電壓。

1）過壓保護(hù)當(dāng)U_i>32.0V時(shí)，A₁同相輸入端電平高于U_ref，比較器A₁輸出高電平U_o，送到TL494的腳4，關(guān)斷輸出脈沖。

2）欠壓報(bào)警當(dāng)U_i<22.0V時(shí)，比較器A₄輸出高電平，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，提醒用戶關(guān)機(jī)。

3）欠壓關(guān)斷當(dāng)U_i<21.6V時(shí)，比較器A₂輸出高電平，關(guān)斷振蕩器；恢復(fù)輸出時(shí)的Ui應(yīng)大于24.6V。

4）過熱保護(hù)當(dāng)光伏逆變電源因重載或長時(shí)間工作而引起機(jī)內(nèi)溫度超過50℃時(shí)，溫度傳感器RT使比較器A₃輸出高電平，A₄輸出高電平，同時(shí)比較器A₂輸出高電平，強(qiáng)行關(guān)斷逆變電源。

5）短路保護(hù)負(fù)載短路信號(hào)及DC/AC短路信號(hào)被送到TL494的腳16，關(guān)斷輸出脈沖以實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變電源的短路保護(hù)。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果
在研制過程中，進(jìn)行了多次嚴(yán)酷環(huán)境下的老化實(shí)驗(yàn)，證明設(shè)計(jì)方案是可行的，保護(hù)功能是可靠的。5臺(tái)樣機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)如下：
空載電流<0.1A
頻率50Hz±0.25Hz
輸入電壓范圍DC22～32V
輸出電壓范圍AC220(1±5％)V
效率>95％
負(fù)載為800W時(shí)，正常工作時(shí)間>15min
負(fù)載為600W時(shí)，正常工作時(shí)間>30min
4結(jié)語
研制出的24V/500VA光伏逆變電源適合于光伏行業(yè)使用。實(shí)踐表明：該光伏逆變電源具有高的可靠性與效率，過載能力強(qiáng)，保護(hù)功能全等特點(diǎn)，特別適合于對(duì)電源知識(shí)了解不多的人們使用。

參考文獻(xiàn)

[1]楊宏,王鶴.光伏系統(tǒng)用中小功率逆變電源的現(xiàn)狀與展望.中國第六屆光伏會(huì)議論文集[C],昆明,2000.
[2]J.Martin,S.Heribert,S.Jurgen.Resultsoftheconcertedactiononpowerconditioningandcontrol[C].EleventhE.C.PhotovoltaicSolarEnergyConference,Montreux,Switzerland,1992.
[3]王鶴,楊宏.高效單端正激變換器的研制[J].電源技術(shù)應(yīng)用.No.11,2000.
[4]王鶴,楊宏.智能電池充電器性能的研究[J].電源技術(shù)應(yīng)用.No.6,2000.