光伏逆變輔助電源的設(shè)計

光伏逆變輔助電源的設(shè)計摘要：為了設(shè)計光伏逆變器的輔助開關(guān)電源，電路結(jié)構(gòu)采用電流型隔離式單端反激的控制方式，通過實驗得出設(shè)計的電路適合光伏逆變電源的結(jié)論。該實驗涉及開關(guān)電源的一些基本設(shè)計指標(biāo)、變壓器磁芯及繞組的設(shè)計、反饋及穩(wěn)壓電路的設(shè)計。設(shè)計的輔助電源已經(jīng)用于光伏逆變器上，運行穩(wěn)定，輸出紋波小，變壓器無發(fā)熱現(xiàn)象，達(dá)到了設(shè)計目標(biāo)。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；變壓器；脈寬控制芯；UC38420引言隨著我國電力電子技術(shù)的不斷革新以及光伏發(fā)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用，研究光伏逆變電源內(nèi)部的供電部分具有較大的實用價值。本文針對光伏逆變電源中輔助電源的特點，設(shè)計了一種隔離式單端反激的多路輸出開關(guān)電源，它具有小體積、高性能和便于實現(xiàn)多路輸出等優(yōu)點。1原理與設(shè)計1.1輔助電源工作原理隔離式單端反激電源電路結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。VD斑1隔離式單端反激電源電蹤結(jié)兩原理圖隔離式單端電源是指高頻變壓器作為主要隔離器件，且變壓器磁芯僅工作在其磁滯回線一側(cè)。所謂反激式系指開關(guān)功率管VT1導(dǎo)通時，在初級電感線圈中儲存能量，而當(dāng)VT1關(guān)閉時，初級線圈中儲存能量再通過次級線圈感應(yīng)釋放給負(fù)載。其電路工作過程如下：當(dāng)MOS管VT1導(dǎo)通時，電流從電池正極經(jīng)脈沖變壓器上端流經(jīng)脈沖變壓器至下端，再從功率管VT1的D極至S極，最后返回至電池負(fù)極。電流在流過脈沖變壓器時它在變壓器初級電感線圈中做功儲存了能量。經(jīng)變壓器耦合，使變壓器次級產(chǎn)生了一個上負(fù)下正的電壓，該電壓同時使與變壓器次級相連接的二極管VD處于反偏壓狀態(tài)，所以二極管VD截止。在變壓器次級回路無電流流過，既沒有能量傳遞給負(fù)載。當(dāng)MOS管VT1截止時，因電感線圈的自感電動勢作用，電流方向變成了上負(fù)下正，經(jīng)耦合，變壓器次級電感線圈中的電壓反轉(zhuǎn)過來，即上正下負(fù)，從而使二極管導(dǎo)通，初級上電壓經(jīng)二極管整流成為直流單向脈動電壓，該電壓給輸出電容C充電，同時在負(fù)載RL上也有了電流IL流過。2開關(guān)電源的設(shè)計技術(shù)指標(biāo)具體技術(shù)要求為：

(1)輸入電源電壓：DC24V,48V,110V,220V,330V±99V。(2)輸出電壓電流：VCC1=15V±0.15V,0.7A；VDD1=5V±0.05V,0.3A；VCC2=12V±0.12V,0.1A；VCC3=15V±0.15V,0.2A；VCC4=24V±0.24V,0.1A；VCC5=24V±0.24V,0.3A。(3)額定輸出功率：30W,最大輸出功率40W。(4)電壓調(diào)整率：＜1%,1I(I指額定輸出電流)。(5)負(fù)載調(diào)整率：＜1%,0.2?11。(6)紋波系數(shù)：VPP200mV。(7)整機效率：多路電源＞80%。(8)工作環(huán)境溫度：-10?+45℃。(9)溫升：＜35%。(10)過載承受能力：1.11(10min)。開關(guān)電源主回路主回路開關(guān)管選用電壓驅(qū)動型功率管IRF530,與傳統(tǒng)的反激自激式開關(guān)電源中的晶體管相比,具有頻率高,驅(qū)動控制簡單,驅(qū)動功率小的優(yōu)點。為了減小開關(guān)管的開關(guān)應(yīng)力,設(shè)計了與初級電感并聯(lián)的RC緩沖電路，吸收關(guān)斷過電壓的能量。為了滿足輸出低紋波的要求，輸出由TL431構(gòu)成的精密光耦反饋電路與多級電容濾波。2.3變壓器的設(shè)計設(shè)計高頻變壓器首先應(yīng)該從選擇磁芯開始,然后是確定繞組的匝數(shù)。設(shè)計過程中需要了解與磁芯相關(guān)的多種特性及參數(shù),需要進行各種參數(shù)計算和校驗。本文設(shè)計的變壓器與傳統(tǒng)線性變壓器相比,具有體積小,重量輕,能量傳遞效率高,易于改裝等優(yōu)點。變壓器磁芯計算：反激式開關(guān)電源高頻變壓器磁芯計算可按面積乘積法(AP)計算。式中：AP式中：AP單位為cm4；P0為輸出面積積；D占空比選為0.4；效率選為0.8；A/cm2；△B=Bm-Br。AP計算值可簡化為：單位為W；Ae為磁芯截面積；Aw是窗口面Kw為窗口面積的利用系數(shù)值為0.4；J=40099X40式中：99X40式中：f為工作頻率，S=(s/0.11)2x0.8AP=A小==0.2c】i?式中Bm-Br取值0.15T。查表則可直接選用EE25型磁芯，為了留出足夠的功率余量，實際選用EE28型磁芯。1.2.4各輸出繞組與繞線變壓器初次線圈匝數(shù)計算公式：aX10BABfS值為150kHz；B為鐵心磁感應(yīng)強度值為1000T；S為容量，其中s為鐵芯截面積，單位為cm2；Vi為輸入電壓；Vo為輸出

電壓。次級線圈匝數(shù)計算公式：M 土山X11式中4V取值為1.5?？紤]到集膚效應(yīng)，繞線不易太粗，并且盡量覆蓋磁芯面積，可以采用多根并繞的方式。另外，繞制高壓側(cè)的3個繞組時，應(yīng)盡量繞在磁芯的中間位置，即離磁芯的上、下端部都要有一定的距離，且在磁芯上、下端都纏上幾毫米的膠帶，這樣可以保證與低壓側(cè)的繞組在開關(guān)電源變壓器內(nèi)部有足夠的距離。2實驗1實驗主電路主電路如圖2所示。+5VOJA+15VO.7AU,或心卓L*5VVINDT即心TVDJAC「恰［□圖2主電路VTi+5VOJA+15VO.7AU,或心卓L*5VVINDT即心TVDJAC「?。邸鯃D2主電路VTii卜■-czS該電路采用在變壓器初級加上RCD箝位的反激變換器，6路輸出；控制電路以鼾“、丁X-*12V_GND:MC78L55

UC3542oC>'?r^4心+24VUC3842為核心，再配以少量的外接元件。在整個電源運行系統(tǒng)中，電源系統(tǒng)實施的是個負(fù)反饋過程。如某種原因使輸出電壓上升時，則采樣回路把上升的信號采集至系統(tǒng)放大器，即UC3842的反向端，經(jīng)內(nèi)部比較后輸出一個減窄脈沖的過程，經(jīng)脈沖變壓器傳遞至次級，使次級的導(dǎo)通等面積相應(yīng)減小，從而使輸出電壓下降。同理，當(dāng)輸出電壓下降時，也可理解為一個相反的過程，使輸出電壓上升。UC38422實驗結(jié)果分析直流電壓經(jīng)R1向UC3842的第7腳提供電壓，當(dāng)電壓大于17V時電路啟動。啟動后，反饋繞組通過D3,D4,C7,C8給UC3842供電；R7,R8組成光耦發(fā)射極信號輸出端引入至第2腳內(nèi)部的高速放大器的反相輸入端，最終形成電源系統(tǒng)負(fù)反饋，使輸出電壓穩(wěn)定。電源在額定功率輸出時，主回路輸出電壓15V,比較光滑。紋波峰峰值約為140mV,