基于太陽能逆變電源的結(jié)構(gòu)設(shè)計

李劉明　楊祥　江均亮　羅奇　涂九州

摘 要 隨著能源需求量的增加，一次能源正日漸枯竭，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，可再生能源和新能源研究勢在必行。太陽能逆變電源的研制能夠改善現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)，具有長遠的現(xiàn)實意義。本文對太陽能逆變電源進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用全橋逆變結(jié)構(gòu)，并對電源保護電路設(shè)計，實現(xiàn)了蓄電池反接保護和MOSFET過壓保護。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，能夠應(yīng)用于各種低功率電器供電，節(jié)能環(huán)保。

關(guān)鍵詞 太陽能 全橋逆變電路 保護電路

0前言

目前，能源結(jié)構(gòu)仍以煤、石油、天然氣等一次能源為主，隨著能源需求的增加，這些一次能源儲量正在日趨枯竭。同時，煤、石油、天然氣等常規(guī)能源在滿足能源需求的同時，也對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的破壞。因而，要解決能源需求問題，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進步，大規(guī)模開發(fā)利用可再生能源和新能源。

小型高效率太陽能逆變電源將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)過能量存儲、變換、控制等環(huán)節(jié)，向負載提供交流電源，可應(yīng)用于各種功率較低的電器，如照明設(shè)備等，對于節(jié)能環(huán)保具有重大意義。

1太陽能電池板儲能

太陽能電池板作為太陽能逆變電源中的核心部分，將太陽能電池通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)化成電能，進而用蓄電池中存儲起來，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

儲能蓄電池一般為鉛酸電池，有12V和24V這兩種，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。本設(shè)計采用24V鉛酸電池。

2逆變電路設(shè)計

逆變主電路拓撲結(jié)構(gòu)主要有全橋、半橋、推挽等結(jié)構(gòu)。本文所設(shè)計的逆變電源采用全橋結(jié)構(gòu)，電路如下圖2所示。

逆變電源結(jié)構(gòu)由全橋逆變電路、升壓變壓器及LC濾波電路構(gòu)成。其中，全橋逆變電路的每個橋臂由可控器件MOSFET以及反并聯(lián)的二極管組成，橋臂VT1、VT4為一對，橋臂VT2、VT3為一對，對角橋臂輪流控制導(dǎo)通，二極管實現(xiàn)續(xù)流作用；升壓變壓器可將電壓升高到系統(tǒng)所需的電壓等級，具有電氣隔離、升壓和儲能的作用；濾波電路由電感Lf和電容Cf構(gòu)成，濾除輸出電壓中的高次諧波分量， 實現(xiàn)正弦波輸出。

3保護電路設(shè)計

為保證電路正常工作，除了主電路之外，還需設(shè)計必要的保護電路。

3.1蓄電池反接保護

蓄電池反接保護如圖3所示， D0為防反二極管，F(xiàn)U為保險絲。二極管D0及保險絲FU構(gòu)成蓄電池反接保護電路，當(dāng)蓄電池反接時，二極管D0及保險絲FU構(gòu)成短路回路，過大的短路電流使保險絲L1快速熔斷，從而保護了蓄電池充電電路中的其它元器件。

3.2 MOSFRT過壓保護

為了抑制MOSFET關(guān)斷時的過電壓并減小其關(guān)斷損耗，需設(shè)置關(guān)斷緩沖吸收電路。常見的關(guān)斷緩沖吸收電路分為充放電型和放電阻止型兩類。而充放電型的吸收效果好于放電阻止型，本設(shè)計采用RCD充放電型關(guān)斷緩沖吸收電路，電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。

RCD吸收電路并聯(lián)在MOSFET的漏極和源極兩端，關(guān)斷時吸收電容C的電壓從零開始充電上升，具有較好的過電壓吸收效果。但電容C從零電壓開始充放電的電流通過電阻R，造成其功耗較大，當(dāng)運行頻率較高時，會嚴重影響裝置的運行效率。

4小結(jié)

隨著電力電子器件的進步及各種新型電路拓撲結(jié)構(gòu)的研究，太陽能逆變電源的應(yīng)用將有更為廣闊的發(fā)展前景。本設(shè)計中的太陽能逆變電源還有值得改進的地方，在調(diào)試中將進一步完善。

參考文獻

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