安防之家讯：提出了一种500VA光伏逆变电源的设计方案，将光伏控制器和光伏逆变电源有效地结合在一起，并具有欠压、过压、过热、短路保护功能。
关键词：光伏；逆变电源；研制

1引言
太阳电池居高不下的价格是导致交流光伏电源系统难以推广的重要因素之一，为了降低交流光伏电源系统的整体造价，除了降低太阳电池的价格外，提高逆变电源的电能变换效率，减少太阳电池的用量也不失之为一条有效的途径，因此各国的光伏专家一直在努力开发适于这个行业使用的逆变电源。实践证明，采用高效可靠的逆变电源能有效地降低光伏系统的整体造价[1－2]。


目前，光伏逆变电源存在的主要问题是可靠性不高、效率低，这制约了户用交流光伏电源系统的推广和使用。500VA新型高效光伏逆变电源是针对光伏系统的特殊性而专门设计的，电路设计思想新颖、独特，克服了现有的逆变电源电能变换效率低、可靠性差，输出频率及波形随负载的性质（感性、容性、阻性）变化大等缺点。理论和试验表明：它具有可靠、高效、体积小、重量轻、低污染等特点。


2电路设计


2.1概述


整个电路如图1所示，输入为24V直流，通过高频DC/DC变换、整流、滤波后得到约260V的直流电压，该电压经逆变后得到220V、50Hz的类正弦交流电，保护电路由欠压保护，过压保护，短路保护及过热保护等组成。

2.2电路结构及工作原理


2.2.1单端正激式DC/DC变换器原理及主开关器件的选择


DC/DC变换器选用当前国际电源界认为可靠性很高的单端正激PWM调制方案，并根据光伏系统电能高效变换的要求对其进行了特殊的设计与改进[3]，原理如图2所示。当场效应管被输入脉冲驱动而导通时，输入电压Ui便加到变压器初级绕组上，由于变压器的极性，二次绕组为上正下负，二极管导通，向负载提供能量。为了提高电源的变换效率，减少体积，在实验中选用PWM频率为200kHz，且将去磁电路接到次级绕组上；磁芯选用多个N67并联。理论分析和实验表明：电器产品的体积重量与其供电频率的平方根成反比，所以当把频率从50Hz提高到20kHz时，其体积、重量将降至工频时体积、重量的5％～10％，因而采用该方案设计的光伏逆变电源体积很小。由于脉冲变压器的工作频率较高，脉冲间隔时间很短，占空比通常会达到50％，而且要求在下一个脉冲到来之前变压器磁通必须复位，因此变压器的纯磁化电感不能太大。另外，必须精心设计磁通复位电路。

由于MOSFET与双极性晶体管相比，具有开关速度快，输入阻抗高，易于驱动，没有二次击穿，可靠性高，参数一致性好等优点，因此在本设计中选用多个MOSFET并联作为主开关器件。在实际安装时，尽量缩短MOSFET各管脚引线的长度，以消除寄生振荡。


2.2.2PWM电路设计


PWM电路控制器件选用电流型控制电路TL494，具体接法如图3所示。稳压用脉宽调制信号由260V的直流高压经R1、R2分压后加到TL494的脚1，PWM信号由脚8输出经V1，V2功放后驱动主开关器件。

2.2.3类正弦变换波形产生电路


类正弦变换波形产生电路用于生成全桥变换的驱动信号，如图4所示。信号源由晶体振荡器产生，振荡频率为25.6kHz，经4060分频分别形成50Hz、100Hz、200Hz的脉冲信号，最后合成为50Hz的类正弦驱动信号。采用这种设计可使最终的输出频率稳定，不随负载的性质及温度的变化而变化。

2.2.4DC/AC电路


DC/AC电路选用通常的全桥变换电路，如图5所示。由信号产生电路输出两路互差180°的信号，做为上下桥臂器件的控制信号驱动MOSFET，最后得到220V、50Hz的类正弦交流电。

2.2.5保护电路设计


鉴于光伏系统的使用环境，因而光伏逆变电源必须要有可靠且强大的保护电路。各保护点的设计参考了文献[4]的结果。具体电路如图6所示。图中Uref为参考电压，Ui为电源输入电压。

1）过压保护当Ui>32.0V时，A1同相输入端电平高于Uref，比较器A1输出高电平Uo，送到TL494的脚4，关断输出脉冲。


2）欠压报警当Ui<22.0V时，比较器A4输出高电平，蜂鸣器发出报警声，提醒用户关机。


3）欠压关断当Ui<21.6V时，比较器A2输出高电平，关断振荡器；恢复输出时的Ui应大于24.6V。


4）过热保护当光伏逆变电源因重载或长时间工作而引起机内温度超过50℃时，温度传感器RT使比较器A3输出高电平，A4输出高电平，同时比较器A2输出高电平，强行关断逆变电源。


5）短路保护负载短路信号及DC/AC短路信号被送到TL494的脚16，关断输出脉冲以实现对逆变电源的短路保护。


3实验结果
在研制过程中，进行了多次严酷环境下的老化实验，证明设计方案是可行的，保护功能是可靠的。5台样机的各项参数如下：
空载电流<0.1A
频率50Hz±0.25Hz
输入电压范围DC22～32V
输出电压范围AC220(1±5％)V
效率>95％
负载为800W时，正常工作时间>15min
负载为600W时，正常工作时间>30min
4结语
研制出的24V/500VA光伏逆变电源适合于光伏行业使用。实践表明：该光伏逆变电源具有高的可靠性与效率，过载能力强，保护功能全等特点，特别适合于对电源知识了解不多的人们使用。

参考文献 [1]杨宏,王鹤.光伏系统用中小功率逆变电源的现状与展望.中国第六届光伏会议论文集[C],昆明,2000.
[2]J.Martin,S.Heribert,S.Jurgen.Resultsoftheconcertedactiononpowerconditioningandcontrol[C].EleventhE.C.PhotovoltaicSolarEnergyConference,Montreux,Switzerland,1992.
[3]王鹤,杨宏.高效单端正激变换器的研制[J].电源技术应用.No.11,2000.
[4]王鹤,杨宏.智能电池充电器性能的研究[J].电源技术应用.No.6,2000.

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