便携式太阳能发电系统设计
小型太阳能光伏发电系统控制器的设计
本科毕业设计（论文）题目小型太阳能光伏发电系统控制器的设计学院物理与电子工程学院年级2011专业光伏技术与产业班级学号学生姓名校内导师职称校外导师职称论文提交日期2015-5-10常熟理工学院本科毕业设计(论文)诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计(论文)，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
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保密的毕业设计(论文)在解密后遵守此规定。
本人签名：日期：导师签名：日期：小型太阳能光伏发电系统控制器的设计摘要目前，光伏发电已受到广大人民的追捧，很多国家建立了光伏发电站。
在新能源领域中，小型独立光伏发电系统以其简单，灵活等特点占有重要的地位，光伏发电控制器作为独立光伏发电系统的核心部件，对其研究具有重要意义。
本文基于单片机STC89C52设计了控制系统，控制太阳能电池板对蓄电池的充电。
控制系统硬件设计包括单片机STC89C52最小电路，充放电电路、光耦驱动电路，A/D转换电路和电压显示电路的设计。
本文设计的单片机STC89C52最小电路主要包括时钟电路，复位电路，工作状态显示电路和蜂鸣器报警电路。
控制系统软件设计包括确定整体系统布局，设计系统各个程序流程图以及按照自顶向下的层次完成对各个程序模块的设计。
伊朗太阳能离网光伏发电站系统研发设计方案 (自动保存)
太阳能离网发电系统设计一、工程概述1、工程名称伊朗家用小型离网发电系统2、地理位置（经度、纬度、环境状况、气候条件、风力状况、阳光资源等）伊朗位于亚洲西南部，北邻亚美尼亚、阿塞拜疆、土库曼斯坦，西与土耳其和伊拉克接壤，东面与巴基斯坦和阿富汗相连，南面濒临海湾和阿曼湾。
国土绝大部分在伊朗高原上，是高原国家，海拔一般在900—1500米之间。
西南部为厄尔布尔士山与科彼特山，东部为加恩-比尔兼德高地，北部有厄尔布兹山脉，德马万德峰海拔5670米，为伊朗最高峰。
西部和西南部是宽阔的扎格罗斯山山系，约占国土面积一半。
中部为干燥的盆地，形成许多沙漠，有卡维尔荒漠与卢特荒漠，平均海拔1,000余米。
仅西南部波斯湾沿岸与北部里海沿岸有小面积的冲击平原。
西南部扎格罗斯山麓至波斯湾头的平原称胡齐斯坦。
主要河流有卡流伦河与塞菲德。
里海是世界最大的咸水湖，南岸属伊朗。
伊朗东部和内地属大陆性的亚热带草原和沙漠气候，干燥少雨，寒暑变化大。
西部山区多属地中海式气候。
年降水量除西北部山区与里海沿岸超过1,000毫米外，一般在50-500毫米之间。
中央高原年平均降水量在100毫米以下。
3、气象资料气象资料以伊朗首都NASA数据库中德黑兰气象数据为参考，德黑兰位于伊朗北部。
二、方案设计（一）用户负载信息冰箱的耗能根据冰箱的使用模式和开关冰箱门的频率有关，目前普通冰箱的日耗电大约1度左右，这里选取耗电为1.5度。
（二）系统方案设计根据用户要求，本方案为光伏离网系统本系统是一个离网系统，其原理如下图所示：1、蓄电池组的设计（容量计算、安装地区户用电压情况、蓄电池型号选择、数量确定、布局）在系统中储能主要靠铅酸蓄电池，蓄电池的容量利用下下面公式计算：其中：C：蓄电池容量[kWh]D：最长无日照间用电时[h]F：蓄电池放电效率的修正系数（通常取1.05）Po：平均负荷容量[kW]L：蓄电池的维修保养率（通常取0.8)U：蓄电池的放电深度（通常取0.5)Ka：包括逆变器等交流回路的损失率（通常取0.7，如逆变器效率高可取0.8）所以此处的蓄电池的容量应该为：C=3.071×3×1.05/（0.8×0.5×0.7）=34.5KWh 由于系统设计的参考连续阴雨天数为2天。
小型太阳能光伏发电系统设计
小型太阳能光伏发电系统设计一、引言随着能源需求的不断增长和环境问题的日益严重，可再生能源逐渐成为人们关注的焦点。
太阳能光伏发电作为一种清洁、可再生的能源，具有广阔的发展前景。
本文旨在设计一个小型太阳能光伏发电系统，以满足家庭日常用电需求，并探讨其在实际应用中的可行性和优势。
二、系统设计1. 光伏组件选择光伏组件是太阳能光伏发电系统中最关键的部分，其性能直接影响系统的发电效率。
在选择光伏组件时，应考虑其转换效率、耐久性和成本等因素。
常见的光伏组件有单晶硅、多晶硅和薄膜太阳能电池等。
根据实际需求和经济考虑，本文选择多晶硅太阳能电池作为光伏组件。
2. 逆变器设计逆变器是将直流电转换成交流电供家庭用电器使用的关键设备。
在设计逆变器时，应考虑其转换效率、输出波形质量以及负载容量等因素。
根据实际需求，本文选择了高效率、低失真的逆变器，并根据家庭用电负载的特点进行适当的容量选择。
3. 电池储能系统设计太阳能光伏发电系统在夜晚或阴天时无法直接发电，因此需要储能系统来存储白天产生的多余电能。
在设计储能系统时，应考虑其容量、充放电效率以及寿命等因素。
本文选择了高容量、高效率的锂离子电池作为储能系统，并根据实际需求进行适当的容量选择。
4. 控制与监测系统设计为了保证太阳能光伏发电系统的正常运行和安全性，需要设计相应的控制与监测系统。
控制系统可以实现对光伏组件、逆变器和储能系统等设备进行监控和调节，以保证其正常运行和最大化发电效果。
监测系统可以对发电功率、负载功率以及储存状态等进行实时监测，并提供相应数据供用户参考。
三、性能分析1. 发电效率分析通过对太阳辐射强度和光伏组件转换效率等因素进行分析，可以评估太阳能光伏发电系统的发电效率。
根据实际数据和模拟计算，本文得出了系统的平均发电效率，并与其他可再生能源发电系统进行了比较。
2. 经济性分析太阳能光伏发电系统的经济性是评估其实际应用价值的重要指标。
本文通过对系统的投资成本、运行维护成本和可回收能源价值等进行综合分析，得出了太阳能光伏发电系统在经济上的可行性，并与传统能源供应方式进行了对比。
离网型光伏发电系统设计方案
离网型光伏发电系统设计方案一、引言离网型光伏发电系统是指将光伏发电系统与电网完全隔离，并通过储能设备储存电能，提供给用户使用。
光伏发电系统通过太阳能板将太阳能转换为直流电能，再经过逆变器将直流电转换为交流电，供电给用户使用。
在无法接入传统电网的地区或需要独立供电的应用场景中，离网型光伏发电系统具有广泛的应用前景。
二、系统组成1.光伏电池组：光伏电池组是光伏发电系统的核心部件，由多个太阳能电池板组成。
太阳能板能够将阳光转化为直流电能，为系统提供能源。
2.充放电控制器：充放电控制器主要负责对光伏电池组进行控制和管理，确保系统的充电和放电过程稳定。
充放电控制器还可监测电池组的电压、电流和温度等参数，以提高系统的安全性和效率。
3.储能设备：储能设备是离网型光伏发电系统的关键组成部分，用于储存多余的电能，并在需要时释放。
常见的储能设备包括蓄电池、超级电容、储氢罐等。
蓄电池是较常用的储能设备，能够将电能长时间存储，并通过逆变器将储存的直流电转换为交流电。
4.逆变器：逆变器是将光伏电池组输出的直流电转换为交流电的关键设备。
逆变器可以将直流电的电压和频率转换为符合用户需求的交流电。
三、系统设计1.太阳能资源评估：根据光照强度和日照时间等要素，评估系统所处地区可利用的太阳能资源。
通过太阳能资源评估，确定光伏电池组的组件类型和数量，以及逆变器的容量。
2.负载需求分析：根据用户的用电需求，确定系统的负载容量和负载类型。
负载需求的分析包括负载功率和运行时间的估算。
对于不同类型的负载，可以分配不同的储能容量。
3.储能容量设计：储能容量的设计需要考虑系统的负载需求和太阳能资源。
通过计算所需的电能储存量，确定储能设备的容量。
储能设备的容量应能满足负载的用电需求，并在连续阴天等情况下保证供电稳定。
4.系统可靠性设计：离网型光伏发电系统的可靠性设计是确保系统正常运行的重要因素。
采用双冗余设计可以提高系统的可靠性，例如采用多组光伏电池板、多台储能设备和逆变器等。
小型光伏发电系统的设计
目录摘要为实现我国的可持续发展，我国致力于把能源短缺和污染问题放在首位，因此针对目前我国城市建设过程中的实际情况，为使太阳能这一新能源更好的服务于城市电气化建设，以上海为例，根据当地的气象、环境状况及具体负荷情况，进行小型光伏发电系统的设计，对系统的光伏倾角、光伏电池板、蓄电池、控制器和逆变器进行了设计和选择。
在满足用户供电需求下，尽量减少初始投资，同时归纳了设计过程中应注意的事项。
最后，用专业的光伏系统设计软件Pvsyst对设计方案进行仿真，对其用户满足率、能源利用率、蓄电池工作状态、经济效益及环境效益进行了详细的分析。
关键词：小型光伏发电系统的设计；Pvsyst仿真；用户AbstractTo achieve the sustainable development of our country,our country is devoted to the problem of energy shortage and pollution in the first place, therefore, according to the present actual situation in the process of urban construction in our country, to make the solar better service in the city of electrification construction of the new energy source, illustrated by the case of Shanghai, according to the local weather, environmental conditions and the specific load case, for thedesign of small photovoltaic power generation systems, photovoltaic inclination of the system, photovoltaic panels, batteries, controller, AC and DC power distribution cabinets and inverter has carried on the design and selection. As far as possible to meet user demand, reduce initial investment,at the same time, summarizes the matters that should be paid attention to in the design process. Finally, Pvsyst with professional PV system design software to design the simulation, the user fillⅰ目录rate,energy efficiency, battery working status,economic and environmental benefits are analyzed in detail.Key words: small photovoltaic system design; Pvsyst simulation; the user目录第1章绪论 (1)1.1课题研究背景 (1)1.2光伏发电的历史和系统分类 (2)1.2.1光伏发电的历史 (2)1.2.2光伏发电系统分类 (2)1.3光伏发电的优势及存在的问题 (3)1.4课题任务和重点研究内容 (4)1.4.1课题任务 (4)1.4.2课题重点研究内容 (4)1.4.3课题设计步骤 (5)第2章小型独立光伏发电系统 (6)2.1小型光伏发电系统的组成与原理 (6)2.2小型光伏发电系统容量设计原则 (7)2.3 太阳能光伏发电系统容量的设计和计算 (8)2.3.1太阳电池组件及方阵的设计和计算 (8)ⅰ目录2.3.2蓄电池和蓄电池组的设计和计算 (9)2.4其他几种计算公式和设计方法 (9)第3章设计案例 (12)3.1 负载参数 (12)3.2 环境参数 (13)ⅰ目录3.2.1上海地区的日均峰值小时数 (13)3.2.1上海地区的最长连续阴雨天数 (14)3.3蓄电池的选型 (15)3.3.1蓄电池的种类 (16)3.3.2蓄电池组容量设计 (17)3.3.3 蓄电方阵的阵列设计 (19)3.3.4蓄电池安装规范 (20)3.4 光伏组件的选型 (20)3.4.1 光伏方阵容量的设计 (21)3.4.2 太阳光伏方阵最佳倾角的确定 (22)3.4.3 光伏组件阵列间距的确定 (24)3.4.4 光伏方阵的布置 (26)3.4.5 光伏方阵的安装规范 (27)3.5光伏控制器的选型 (27)3.5.1光伏控制器的功能 (29)3.5.2 光伏控制器的计算 (29)3.5.3 光伏控制器的安装规范 (30)3.6光伏逆变器的选型 (31)3.6.1光伏逆变器的选择原则 (31)3.6.2逆变器的确定 (32)3.6.3逆变器的安装规范 (33)第4章光伏系统的接线与过电流保护 (34)ⅱ目录4.1 导线和电缆截面的一般选择原则 (34)4.2光伏发电电缆的类型 (35)4.3光伏系统电缆遵循的原则 (36)4.4电缆的选型 (36)4.5过电流保护选型 (37)第5章防雷接地保护的设计 (38)5.1 关于雷击入侵及开关浪涌 (38)5.2雷击对光伏发电系统的危害 (39)5.3太阳能光伏发电系统的防雷措施和设计要求 (40)第6章 Pvsyst软件仿真 (41)6.1地理位置的确定 (41)6.2 光伏系统基本参数的设置 (42)6.3 行距设计 (42)6.4负载参数 (43)6.5 系统性能分析 (44)附录 (45)参考文献 (47)致谢 (48)ⅲ吉林工程技术师范学院毕业论文第1章绪论1.1课题研究背景在当今油、碳等能源短缺的现状下，各国都加紧了发展光伏的步伐。
小型独立光伏发电系统控制电路的设计【开题报告】
毕业设计开题报告电气工程及其自动化小型独立光伏发电系统控制电路的设计1选题的背景、意义随着科学技术日新月异的飞速发展，对能源的需求在不断增长。
然而供应常规电力所用的室友燃料的储量是有限的，即使储量最丰富的煤炭最多也只能维持二三百年。
就连近代发展起来的核能发电的原料铀也是有限的，而且还存在安全和污染的难题。
因此，研究新一代取之不尽而又没有公害的新能源势在必行。
太阳能是人类最早认识并加以利用的能源之一。
早在3000年前人们就懂得聚焦太阳能来取火。
在二十一世纪的今天，在经历建立在化石能源基础之上的工业革命之后，随着世界经济的发展进入21世纪以来，各国对能源的消耗以日俱增。
众多不可再生能源的消耗殆尽和环境污染问题的日益严重，已成为制约人类社会可持续发展的两个关键性因素。
人类开始将目光转向可再生能源的发展。
太阳能作为一种新型的绿色可再生能源，与其他新能源相比利用最大,是最理想的可再生能源[ 1 ]。
经济界权威人士在综合分析了科学技术的发展和突破、全球环境的制约，以及经济和政治等诸方面的因素后指出：如果说20世界是石油实际，21世界已将进去新能源世界。
我国有着十分丰富的太阳能资源。
据估算，陆地表面每年接收的太阳辐射能约为KJ 191058 ，约相当于1700亿t 标准煤的热值。
全国各地年太阳辐射总量达3340-8400MJ/2m ·a,全国年平均光照小时数为2200h 、平均太阳能电力为1700TW ·h 。
我国西北地区、西南地区、南方的广东省、海南省及沿海岛屿等广大地区的太阳辐射总量很大，具有得天独厚的开发利用太阳能的优越资源条件。
太阳能作为一种可再生的新能源，越来越引起人们的关注，尤其是可再生能源法正式颁布和环保政策的出台，显示了国家对可再生能源发展的重视，为太阳能光伏发电的发展提供了政策保证。
太阳能电池发电，又称光伏发电，光伏发电是利用太阳能电池这种半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转变成电能的直接发电方式[ 2 ]。
离网型光伏发电系统设计方案
离网型光伏发电系统设计方案
一、系统基本原理离网型光伏发电系统广泛应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等应用场所。
系统一般由太阳电池组件组成的光伏方阵、太阳能充放电控制器、蓄电池组、离网型逆变器、直流负载和交流负载等构成。
光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能充放电控制器给负载供电，同时给蓄电池组充电；在无光照时，通过太阳能充放电控制器由蓄电池组给直流负载供电，同时蓄电池还要直接给独立逆变器供电，通过独立逆变器逆变成交流电，给交流负载供电。
图1 离网型光伏发电系统示意图
(1)太阳电池组件
太阳电池组件是太阳能供电系统中的主要部分，也是太阳能供电系统中价值最高的部件，其作用是将太阳的辐射能量转换为直流电能；
(2)太阳能充放电控制器
也称光伏控制器，其作用是对太阳能电池组件所发的电能进行调节和控制，最大限度地对蓄电池进行充电，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。
在温差较大的地方，光伏控制器应具备温度补偿的功能。
(3)蓄电池组
其主要任务是贮能，以便在夜间或阴雨天保证负载用电。
(4)离网型逆变器
离网发电系统的核心部件，负责把直流电转换为交流电，供交流负荷使用。
为了提高光伏发电系统的整体性能，保证电站的长期稳定运行，逆变器的性能指标非常重要。
二、主要组成部件介绍。
2013年中国红星设计大奖作品欣赏
2014纳金网“红星-红点”作品征集大赛报名入口/club/plugin.php?id=sosv_vote&ctl=home&actid=3欢迎大家踊跃报名参赛2013年中国设计红星奖获奖作品赏金奖：250公里时速动车组，来自唐车公司（唐山），具体就不多说了，也不太了解这玩意，250公里的时速，车头造型来自鲨鱼，也算是仿生设计了，据说其加速性能和刹车性能都非常优异，并具备实时诊断和控制系统，还能远程监控。
金奖：便携式风能太阳能发电系统，来自成都公司Iding的设计。
这款便携式风能太阳能发电系统，两个人就能移动和部署，其中，太阳能电池板功率为90瓦，而风力发电系统的功率为400瓦。
驴行或者野外勘探之类的场合会很实用。
金奖：LED灯泡，来自上海公司Moma的设计。
这款LED灯泡，最大的创新点在于，它能提供360度的光照，并改进了散热和能量利用率。
金奖：小米2A手机，这个更不多说了，小米公司的明星产品，哈哈。
金奖：小米盒子，还是小米公司的产品，一款人气视频盒子——小米很猛啊，两个金奖，这里面有故事么？嘿嘿金奖：把手可拆卸的厨具，来自设计师胡永新（音，Hu Yongxin）等人的设计，这个系列的厨具，最大的特色是把手可以很方便地拆装，以方便进烤箱。
金奖：Wow!dea多功能安全锤，来自北京Yuanlong Yato公司的设计。
这款安全锤功能超多，包括破窗、应急照明、安全带切割、警报灯、手摇发电和USB充电等，能适应多种应急场合。
银奖：JBL Pebbles音箱，造型就像是一颗卵石，带有可收纳的USB线，即插即用，能为笔记本之类的设备提供“效果惊人”的立体声音效。
银奖：Smart Security Speedlane闸机，内置红外传感器，能有效阻隔未授权用户。
使用了自主研发的电机系统，使用24V的安全电压运行，至少能无故障地开合500万次。
并配置有UPS供电系统，紧急情况下能自动打开闸机，确保行人安全。
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浙江科技学院学报,第22卷第3期,2010年6月Journal of Zhejiang University of Science and TechnologyVol.22No.3,J une2010DOI:10.3969/j.issn.167128798.2010.03.007便携式太阳能发电系统设计郑玉珍1,李武华2,何湘宁2(1.浙江科技学院自动化及电气工程学院,杭州310023;2.浙江大学电气工程学院,杭州310027)摘 要:介绍了便携式太阳能发电系统的组成,直流变换模块和逆变模块中主电路和控制电路的设计,给出了电路中各主要器件的具体参数,并给出实验结果。
直流变换主电路采用带高频变压器的推挽电路、全桥整流和滤波电路。
控制电路采用专用的脉宽调制集成电路芯片;逆变电路采用全桥逆变电路和滤波电路。
控制电路采用AVR单片机,产生单极性正弦脉宽调制(SPWM)的控制信号,使主电路输出标准的正弦波交流电压。
关键词:太阳能发电系统;直流变换电路;逆变电路;正弦脉宽调制;AVR单片机中图分类号:TM464 文献标识码:A 文章编号:167128798(2010)0320186206Design of portable photovoltaic generation systemZH EN G Yu2zhen1,L I Wu2hua2,H E Xiang2ning2(1.School of Automation and Electrical Engineering,Zhejiang University of Science and Technology,Hangzhou310023,China;2.College of Electrical Engineering,Zhejiang University,Hangzhou310027,China)Abstract:A const ruction of a portable PV generation system was int roduced,along wit h which were t he main circuit topology and t he design of cont rol system.Parameters of t he key component s were designed,and t he experimental result s were showed.The DC2DC converter employed a p ush2p ull topology wit h high2f requency t ransformer,f ull2bridge rectification circuit and filter circuit,while a specified PWM IC was adopted in t he cont rol system.The main circuit of DC2AC inverter consisted of a f ull2bridge circuit and a L C filter,while an AVR SCM took t he role of controlling and producing a unipolar SPWM signal,which enabled t he DC2AC inverter o utp ut a standard sinusoidal voltage.K ey w ords:PV generation system;DC2DC converter;DC2AC inverter;SPWM;AVR SCM为保护人类的生存环境,越来越多的人致力于开发可再生能源特别是太阳能的利用,太阳能发电技术得到广泛的关注[1]。
便携式太阳能发电系统由太阳能电池板提供电能,输出频率为50Hz,有效值为220V,频率和幅度都稳定的正弦交流电,是一个独立的发电系统,具有高效轻便的特点。
该系统对手机、笔记本电脑、照相机等设备在野外的使用提供了便利,也是野外科考设备的重要电源。
直流变换和逆变技术是便携收稿日期:2009212208作者简介:郑玉珍(1970— ),女,浙江兰溪人,副教授,硕士,主要从事应用电子技术研究。
式太阳能发电系统的主要组成部分,国内外现有的产品大多采用逆变电路—工频变压器—滤波电路[2]来实现电压的变换,输出波形多为方波或阶梯波,体积大,效率低,成本高。
本文介绍一种体积小、效率高的直流变换和逆变技术,采用先进的SPWM 技术,输出与市电具有同频率、有效值为220V 的正弦交流电,以满足野外作业时一般电器的使用要求。
1 太阳能发电系统的构成独立的太阳能发电系统由太阳能电池方阵、充电器、蓄电池、直流变换器、逆变器等部分构成[3]。
太阳能电池方阵是将许多单个的太阳能电池经过串联或并联组合,并进行封装后构成的太阳能电池组件,由半导体材料制成,将太阳能转换成直流形式的电能。
该直流电经过电压变换后可以直接供给直流负载使用;对多余的能量经充电器以化学能的形式储存于蓄电池组中,供夜晚或日照不足时使用。
将太阳能电池或蓄电池输出的直流电进行电压变换供给负载的工作由直流变换器完成。
对于交流电源供电的用电设备,需要将太阳能电池或蓄电池输出的直流电经过逆变器转换成交流电形式供电,逆变器将直流电经过高频升压、SPWM 逆变、滤波等环节,转换成交流220V 、50Hz 的市电形式供给电器使用。
本文研究的太阳能发电系统采用输出电压为12V 的太阳能电池,经过直流变换和逆变两级结构,输出频率为50Hz 、电压有效值为220V 的正弦交流电,功率等级150W ,为小功率的便携式太阳能发电系统,适合于各种使用交流电源的设备。
由于太阳能电池的输出受许多因素的影响,难以保持稳定,因此在设计直流变换器和逆变器时,需根据太阳能电池的特点来设计电路结构和电路参数。
2 直流变换电路设计本系统的直流变换电路对太阳能电池输出的直流电进行电压变换和稳压,输出稳定的310V 直流电,作为逆变器的输入。
由于太阳能电池本身的特性,标称为12V 输出的太阳能电池输出电压可以在9～16V 的范围内变化。
在户外,太阳能电池获得的太阳能量也随着天气阴晴变化或电池板摆放角度变化等因素而随时会产生变化,因此要针对太阳能电池的输出特性设计电路结构和参数。
本系统直流变换的主电路采用推挽升压结构,高频变压器的设计要保证输入电压在9V 或16V 时都能输出有效的电压;控制电路产生的PWM 控制信号也要有效地将输出电压稳定在310V 左右,以保证逆变器能输出有效值为220V 的正弦交流电压。
2.1 主电路2.1.1 电路结构与工作原理图1 推挽式直流变换主电路拓扑Fig.1 Topology of Push 2Pull DC 2DC converter 作为便携式太阳能发电系统,太阳能电池是系统的唯一能源,因此本系统直流变换器的主电路采用推挽拓扑结构。
由于推挽结构输入电路与输出电路的电气隔离,可以利用变压器多个次级绕组实现多路输出,其中一组次级绕组将电压升至310V ,供逆变器进行变换后输出正弦交流电压;另一组次级绕组将电压变换至18V ,然后经过整流稳压后作为辅助电源,供系统中控制电路使用。
主电路采用推挽结构具有在一定开关频率下磁芯和线圈损耗小的优点。
主电路结构如图1所示,图中未包括辅助电源部分。
高频变压器原边2个绕组N p 1和N p 2分别通过开关管S 1和S 2连接到直流电源V s ,形成回路,S 1和S 2以相同占空比D 导通工作,相位相差180°[4]。
当开关管S 1和S 2轮流导通时,变压器副边感应出极性交替变化的交流电,经过全桥整流和电容滤波,得到直流输出电压,实现直流电压变换。
781第3期郑玉珍,等:便携式太阳能发电系统设计881浙江科技学院学报第22卷2.1.2 参数设计主电路开关管选择MOSFET功率管,考虑到开关管的最大电流为I max=P o/V in,开关管截止时承受的最大电压为V max=2V in,再考虑适当的电压和电流裕量,本电路中选择IR公司的开关管IRF141,其额定耐压值为V DS=60V,额定电流I D=27A,导通电阻R DS=0.085Ω。
整流二极管的选择主要考虑其反向耐压和正向电流,本电路采用全桥整流结构,开关频率为50k Hz,因此选用快恢复二极管。
当S1导通时,D2、D3导通,脉冲电压加在D1和D4上,承受的最大反压为310V;二极管上流过的最大正向电流参照一般教材的计算,本系统选择H ER305。
滤波电容的作用是减小直流母线上的纹波,选择时要考虑其耐压值,本系统中用一个1000UF/450V 的电解电容和一个0.1UF/450V的C BB电容进行滤波。
高频变压器的设计包括:磁心的选择,功率开关管最大导通时间的选择,初级匝数的选择,最大磁通变化的选择,次级匝数的选择,还要考虑太阳能电池输出电压在9～16V范围内变化。
根据系统总输出功率,变压器的设计从磁芯开始。
由系统工作频率、最大工作磁密、磁心面积、窗口面积及各绕组电流密度来确定磁芯的有效输出功率。
这些参数的选择是互相关联的,选择的原则是尽量减小变压器尺寸和减少温升[5]。
在本系统中,工作频率为50k Hz,选择EI30铁氧体磁芯,最大磁通B max=1600G,电流密度为D cma=500圆密耳每有效安培值,初级线圈采用120股0.1mm丝包线绕制,匝数N p1=N p2=7,次级采用0.3mm丝包线绕制,匝数N s=182,变比为26[6]。
2.2 控制电路直流变换的控制电路主要作用是提供主电路开关管的PWM门极导通控制信号,以及对太阳能电池输出电压进行欠压和过压、电路的过流等现象进行监控和保护。
考虑到控制精度和生产成本,在本系统中采用PWM专用芯片UC3525,其内部集成了误差放大器、脉冲宽度调制器、振荡电路和电压参考电路,具有内部软启动、死区控制、低电压保护和输出驱动电路等功能,输出脉冲频率最高可达400k Hz。
控制电路如图2所示。
振荡器产生50k Hz锯齿波;直流母线电压经采样反馈至误差放大器反相输入端,同相输入端接2.5V比较电压,PWM控制和驱动信号由OU TA和OU TB输出;当有欠压、过压和过流时可通过引脚10将关断PWM输出,而当消除欠压、过压和过流时则重新开放PWM输出;死区时间通过引脚7电阻调节;软启动通过引脚8的电容实现。
图2 直流变换控制电路Fig.2 Scheme of DC2DC controller3 逆变电路设计由于一般电器都以交流电作为其电源形式,因此需要将升压后的稳压直流电转换成交流电的形式。