一種多路隔離輸出光伏輔助電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

譚港港+諶倫佳+劉亞雯+劉春莉

摘要：為了解決光伏系統(tǒng)中隔離保護(hù)、輸出電壓紋波小、光伏電池輸出電壓范圍寬的問題，設(shè)計(jì)了一種以電流型PWM控制芯片UC3842AN為核心的反激式開關(guān)穩(wěn)壓輔助電源。利用開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器LM2596S配合UC3842AN實(shí)現(xiàn)了對(duì)光伏電池電壓的控制和穩(wěn)壓輸出，并采用了三端穩(wěn)壓器78、79系列芯片實(shí)現(xiàn)了紋波小和負(fù)壓輸出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該輔助電源輸出電壓穩(wěn)定、輸出紋波小，不僅能為單片機(jī)、輻照度測(cè)試儀、隔離驅(qū)動(dòng)電路提供工作電源，還能為檢測(cè)芯片提供負(fù)壓。

關(guān)鍵詞：光伏系統(tǒng)；輔助電源；UC3843AN

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）27-0255-02

隨著時(shí)代的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，不可再生資源的加速消耗。因而帶來的能源危機(jī)與環(huán)境污染非常嚴(yán)重[1]。世界各國都在積極開發(fā)可再生能源。其中，太陽能綠色清潔，能量巨大而受世界各國的青睞，光伏產(chǎn)業(yè)得以發(fā)展迅速[2]。采用光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為實(shí)用價(jià)值最大，應(yīng)用面積最廣的新能源應(yīng)用技術(shù)[3] 。為了能讓光伏系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作同時(shí)具有隔離保護(hù)的功能，給單片機(jī)、檢測(cè)電路、輻照度測(cè)試儀以及隔離驅(qū)動(dòng)電路提供各種芯片的工作電源。為此設(shè)計(jì)一個(gè)多路隔離輸出的光伏輔助電源。

在光伏系統(tǒng)發(fā)電過程中，光伏電池板輸出的直流電直接與輔助電源的輸入端相連，不需要經(jīng)過整流。由于光伏電池板受太陽光光照強(qiáng)度、濕度、溫度等外界因素影響大，輸出端的電壓波動(dòng)也會(huì)大[4]。即輔助電源的輸入端并不是一個(gè)穩(wěn)定的電壓，而傳統(tǒng)開關(guān)電源一般是輸入網(wǎng)電220V，50HZ的交流電，經(jīng)過整流，降壓后接到其輸入端。因此傳統(tǒng)開關(guān)電源具有穩(wěn)定的輸入電壓。根據(jù)光伏系統(tǒng)輸入電壓不穩(wěn)定的這種特性，進(jìn)行輔助電源的設(shè)計(jì)。

1 光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

以UC3843AN為核心控制部件，設(shè)計(jì)一款直流0～40V輸入，+12V、+5V、-5V輸出的反激式開關(guān)穩(wěn)壓輔助電源。根據(jù)光伏系統(tǒng)的供電需求，設(shè)計(jì)5路輸出：+12V、+5V、-5V、+12V、+5V，輸出紋波小于1%。光伏輔助電源在光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的作用如圖1所示，光伏輔助電源從太陽能電池板上取電后穩(wěn)壓給單片機(jī)、檢測(cè)電路、輻照度測(cè)試儀以及隔離驅(qū)動(dòng)電路提供各種芯片的工作電壓。

1.1 主電路的設(shè)計(jì)

光伏電池輸出電壓經(jīng)LM2596穩(wěn)壓后輸出VCC通過D2管加至芯片UC3843AN的7腳，供芯片U1用電。LM2596支持輸出可調(diào)，在輸入40V時(shí)，輸出可連續(xù)調(diào)整為0～37V，滿足供電條件。為滿足多輸出和隔離的要求，高頻變壓器副邊需要兩個(gè)繞組，其中一個(gè)繞組必須帶有中間抽頭才能輸出負(fù)壓。繞組線圈經(jīng)整流后直接接78、79系列芯片穩(wěn)定輸出5路電壓。

1.2 UC3843AN控制電路設(shè)計(jì)

直流電壓VCC向UC3843AN提供+16 V啟動(dòng)電壓，C4和C3均為0.1uF的濾波電容。R5、C8構(gòu)成一個(gè)RC濾波器可以減小內(nèi)部誤差放大器產(chǎn)生的頻率響應(yīng)，R7是增強(qiáng)型N溝道MOS管Q1的G極限流電阻。由R2、C5構(gòu)成濾波器吸收諧波和尖峰電壓。以6腳VO為輸出端，此腳為驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出，峰值輸出電流為正負(fù)1A。二極管D5對(duì)被驅(qū)動(dòng)的增強(qiáng)型N溝道MOS管起保護(hù)作用，防止電流倒灌同時(shí)加快開關(guān)管的開關(guān)速度。2腳VFB是反饋電壓輸入端，接高頻變壓器的次級(jí)繞組，此腳與芯片UC3843AN的內(nèi)部誤差放大器正向輸入端的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行對(duì)比，產(chǎn)生控制電壓，調(diào)制脈沖的寬度，即PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

為測(cè)試本輔助電源的實(shí)際性能，對(duì)電路進(jìn)行了檢測(cè)。光伏電池板經(jīng)過晴天、雨天、多云等各種氣候條件下輸入電壓為10～40V，穩(wěn)定輸出電壓為+12V、+5V、-5V 。圖3為控制芯片U1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形。隨著輸入直流電壓的升高，芯片UC3843AN輸出PWM波的占空比逐漸變小，來確保輔助電源輸出電壓的穩(wěn)定。輔助電源的輸出電壓紋波為0.6%，電壓調(diào)整率為4.1%。用這個(gè)輔助電源給光伏系統(tǒng)提供電源各個(gè)模塊能夠正常工作。

3 結(jié)束語

本輔助電源設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、結(jié)構(gòu)緊湊。輔助電源的輸入電壓范圍0～40V，各路輸出電壓精確、穩(wěn)定，紋波小，能夠給單片機(jī)、檢測(cè)電路、輻照度測(cè)試儀和隔離驅(qū)動(dòng)電路供電，經(jīng)過晴天、雨天、多云等各種氣候條件下的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，光伏電池的電壓從10～40V波動(dòng)，輔助電源依然能夠?qū)⒐夥姵厣喜环€(wěn)定的電壓經(jīng)過濾波和控制將電壓穩(wěn)定在+12V、+5、-5V，電壓紋波的參數(shù)從示波器上看為0.6%滿足紋波小的需求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明輔助電源設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)單實(shí)用，穩(wěn)壓性能良好，電壓調(diào)整率為4.1%，能夠正常供電。同時(shí)設(shè)計(jì)成本低，可靠性強(qiáng)，實(shí)用價(jià)值大，長(zhǎng)時(shí)間工作發(fā)熱量不大，穩(wěn)定輸出。

參考文獻(xiàn)：

[1] 秦嶺，謝少軍，楊晨，許津銘，王挺.太陽能電池的動(dòng)態(tài)模型和動(dòng)態(tài)特性[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013（07）：19-26+123.

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