摘要：提出了一種500VA光伏逆變電源的設計方案，將光伏控制器和光伏逆變電源有效地結合在一起，并具有欠壓、過壓、過熱、短路保護功能。
關鍵詞：光伏；逆變電源；研制

1引言
太陽電池居高不下的價格是導致交流光伏電源系統難以推廣的重要因素之一，為了降低交流光伏電源系統的整體造價，除了降低太陽電池的價格外，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適于這個行業使用的逆變電源。實踐證明，采用高效可靠的逆變電源能有效地降低光伏系統的整體造價^[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的推廣和使用。500VA新型高效光伏逆變電源是針對光伏系統的特殊性而專門設計的，電路設計思想新穎、獨特，克服了現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載的性質（感性、容性、阻性）變化大等缺點。理論和試驗表明：它具有可靠、高效、體積小、重量輕、低污染等特點。

2電路設計

2.1概述

2.2電路結構及工作原理

DC/DC變換器選用當前國際電源界認為可靠性很高的單端正激PWM調制方案，并根據光伏系統電能高效變換的要求對其進行了特殊的設計與改進[3]，原理如圖2所示。當場效應管被輸入脈沖驅動而導通時，輸入電壓Ui便加到變壓器初級繞組上，由于變壓器的極性，二次繞組為上正下負，二極管導通，向負載提供能量。為了提高電源的變換效率，減少體積，在實驗中選用PWM頻率為200kHz，且將去磁電路接到次級繞組上；磁芯選用多個N67并聯。理論分析和實驗表明：電器產品的體積重量與其供電頻率的平方根成反比，所以當把頻率從50Hz提高到20kHz時，其體積、重量將降至工頻時體積、重量的5％～10％，因而采用該方案設計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，脈沖間隔時間很短，占空比通常會達到50％，而且要求在下一個脈沖到來之前變壓器磁通必須復位，因此變壓器的純磁化電感不能太大。另外，必須精心設計磁通復位電路。

由于MOSFET與雙極性晶體管相比，具有開關速度快，輸入阻抗高，易于驅動，沒有二次擊穿，可靠性高，參數一致性好等優點，因此在本設計中選用多個MOSFET并聯作為主開關器件。在實際安裝時，盡量縮短MOSFET各管腳引線的長度，以消除寄生振蕩。

2.2.2PWM電路設計

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。穩壓用脈寬調制信號由260V的直流高壓經R₁、R₂分壓后加到TL494的腳1，PWM信號由腳8輸出經V₁，V₂功放后驅動主開關器件。

2.2.3類正弦變換波形產生電路

類正弦變換波形產生電路用于生成全橋變換的驅動信號，如圖4所示。信號源由晶體振蕩器產生，振蕩頻率為25.6kHz，經4060分頻分別形成50Hz、100Hz、200Hz的脈沖信號，最后合成為50Hz的類正弦驅動信號。采用這種設計可使最終的輸出頻率穩定，不隨負載的性質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。由信號產生電路輸出兩路互差180°的信號，做為上下橋臂器件的控制信號驅動MOSFET，最后得到220V、50Hz的類正弦交流電。

2.2.5保護電路設計

鑒于光伏系統的使用環境，因而光伏逆變電源必須要有可靠且強大的保護電路。各保護點的設計參考了文獻[4]的結果。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）過壓保護當U_i>32.0V時，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，關斷輸出脈沖。

2）欠壓報警當U_i<22.0V時，比較器A₄輸出高電平，蜂鳴器發出報警聲，提醒用戶關機。

3）欠壓關斷當U_i<21.6V時，比較器A₂輸出高電平，關斷振蕩器；恢復輸出時的Ui應大于24.6V。

4）過熱保護當光伏逆變電源因重載或長時間工作而引起機內溫度超過50℃時，溫度傳感器RT使比較器A₃輸出高電平，A₄輸出高電平，同時比較器A₂輸出高電平，強行關斷逆變電源。

5）短路保護負載短路信號及DC/AC短路信號被送到TL494的腳16，關斷輸出脈沖以實現對逆變電源的短路保護。

3實驗結果
在研制過程中，進行了多次嚴酷環境下的老化實驗，證明設計方案是可行的，保護功能是可靠的。5臺樣機的各項參數如下：
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％
負載為800W時，正常工作時間>15min
負載為600W時，正常工作時間>30min
4結語
研制出的24V/500VA光伏逆變電源適合于光伏行業使用。實踐表明：該光伏逆變電源具有高的可靠性與效率，過載能力強，保護功能全等特點，特別適合于對電源知識了解不多的人們使用。

參考文獻

[1]楊宏,王鶴.光伏系統用中小功率逆變電源的現狀與展望.中國第六屆光伏會議論文集[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].電源技術應用.No.11,2000.
[4]王鶴,楊宏.智能電池充電器性能的研究[J].電源技術應用.No.6,2000.