畢業(yè)設(shè)計：1kW太陽能光伏獨立逆變系統(tǒng)設(shè)計研究

1、蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 0 頁 共 42 頁摘摘 要：要：太陽能作為綠色生態(tài)能源，以光伏技術(shù)與電力電子技術(shù)為依托，結(jié)合我國的實際利用它為人類服務(wù)，是能源工作者的重要任務(wù)之一。市場上，戶用光伏電源系統(tǒng)產(chǎn)品正在逐步走向成熟，并以其標準化與兼容性等優(yōu)點引起了越來越多人的注意，但這些產(chǎn)品仍存在著體積大、重量大、交流噪音大等不足之處。本文圍繞光伏發(fā)電系統(tǒng)的組件展開，重點研究了如何開發(fā)一個高性能、純正弦波輸出的高頻獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器，以實現(xiàn)戶用光伏逆變電源系統(tǒng)體積與重量小、效率與性價比高、功率密度大、易于市場化。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：獨立式 太陽能 光

2、伏 逆變器蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 1 頁 共 42 頁AbstractAbstractSolar energy as a green ecological energy, which is based on photovoltaic technology and power electronic technology, combined with Chinas actual use of it for the service of humanity, is one of the important tasks of energy work

3、ers.On the market, household photovoltaic power system products is gradually mature, and with its advantages of standardization and compatibility has attracted the attention of more and more people, but these products still exist in large volume, weight big, noisy communication etc.Addresses the com

4、ponents of photovoltaic power generation system, this paper focuses on how to develop a high performance, pure sine wave inverter output high frequency independent photovoltaic power generation system, in order to realize the household photovoltaic inverter power supply system has small volume and w

5、eight, efficiency and high cost performance, large power density, easy to market.Keywords Detached Solar energy Photovoltaic Inverter蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 2 頁 共 42 頁目目 錄錄1 1 引言引言.4 41.1 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)概述.41.2 太陽能電池方陣.71.3 蓄電池組.81.4 控制器.91.5 逆變器.91.6 本文的主要研究內(nèi)容.92 2 逆變器概述逆變器概述.11112.1 逆變器特點

6、.112.2 逆變基本工作原理.122.3 逆變器的分類.122.4 PWM 控制原理 .153 3 逆變器設(shè)計逆變器設(shè)計.18183.1 逆變器控制方案確定.183.2 逆變器系統(tǒng)電路框圖.193.3 升壓電路原理.193.4 升壓電路參數(shù)設(shè)計.213.5 基于 EG8010 芯片的純正弦波驅(qū)動電路.254 4 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試.29294.1 SG3525 驅(qū)動板調(diào)試 .294.2 升壓電路調(diào)試.30蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 3 頁 共 42 頁4.4 后級逆變電路調(diào)試.33結(jié)論結(jié)論.3535致謝致謝.3636參考文獻：參考文獻：.37

7、37蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 4 頁 共 42 頁1 1 引言引言隨著傳統(tǒng)能源的不斷減少，新能源發(fā)展迅猛。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人類生活水平的提高，世界范圍內(nèi)對能源的需求日益增長，目前世界能源的利用仍以煤炭、石油、天然氣和水與核能等一次能源為主，然而這些有限的能源儲量正在日趨枯竭。據(jù)世界能源委員會（WEC）預(yù)測，按照資源己探明儲量和目前的發(fā)展速度，石油將在45 年后枯竭，天然氣將在 60 年后殆盡，資源量最大的煤炭也只夠再開采 220 年。另外，由于燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數(shù)十萬噸硫等有害物質(zhì)排向天空，使大氣環(huán)境遭到嚴重污染，同時由于大

8、量排放 CO2 等溫室氣體而使地球產(chǎn)生明顯的溫室效應(yīng)，引起全球氣候變化；水力發(fā)電受到水力資源的限制和季節(jié)的影響，并且有時會破壞當?shù)氐纳鷳B(tài)平衡；核電在正常情況下固然是干凈的，但萬一發(fā)生核泄漏，后果同樣十分嚴重，并且核廢料的處理直至今日仍然是一個全球性待解決的問題。自 1973 年世界石油危機以來，常規(guī)能源頻頻告急。人們對能源提出了越來越高的要求，尋找新能源己經(jīng)是當前人類面臨的迫切課題。太陽能以其清潔、無污染，并且取之不盡、用之不竭等優(yōu)點越來越得到人們的關(guān)注。地球表面每年接受太陽的輻射量達 5.41024J，相當于 1.81014t 標準煤。若將其中的 0.1%按轉(zhuǎn)換率 5%轉(zhuǎn)換為電能，每年發(fā)電量

9、可達 5600TWh，相當于目前全世界能耗的 40 倍。因此，太陽能發(fā)電，必將成為 21 世紀后期的主導(dǎo)能源。據(jù)歐洲 JRC 預(yù)測，到未來的 2100 年時，太陽能在整個能源結(jié)構(gòu)中將占 68%的份額。因此，太陽能發(fā)電對今后能源發(fā)展有著特別重要的意義。太陽能發(fā)電因環(huán)保清潔等因素備受各國青睞，并且日益廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。為了保證太陽能系統(tǒng)穩(wěn)定，可靠，我們在設(shè)計初期就會綜合考慮多種因素，合理化設(shè)計系統(tǒng)方案，以達到光伏系統(tǒng)最優(yōu)化配置。1.1 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)概述光伏系統(tǒng)是利用太陽電池組件和其他輔助設(shè)備將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的系統(tǒng)。一般我們將光伏系統(tǒng)分為獨立系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。如果根據(jù)太陽能光伏系統(tǒng)

10、的應(yīng)用形式，應(yīng)用規(guī)模和負載的類型，對光伏供電系統(tǒng)進行比較細致的劃分。還可以將光伏系統(tǒng)細分為如下六種類型：小型太陽能供電系統(tǒng)（SmallDC） 、簡單直流系統(tǒng)（SimpleDC） 、大型太陽能供電系統(tǒng)（LargeDC） 、交流、直流供電系統(tǒng)（AC/DC） 、并網(wǎng)系統(tǒng)（UtilityGridConnect） 、混合供電系統(tǒng)（Hybrid）;并網(wǎng)混合蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 5 頁 共 42 頁系統(tǒng)。下面就每種系統(tǒng)的工作原理和特點進行說明。 1）小型太陽能供電系統(tǒng)（SmallDC）該系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)中只有直流負載而且負載功率比較小，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡

11、單，操作簡便。其主要用途是一般的家庭戶用系統(tǒng)，各種民用的直流產(chǎn)品以及相關(guān)的娛樂設(shè)備。如在我國西部地區(qū)就大面積推廣使用了這種類型的光伏系統(tǒng)，負載為直流燈，用來解決無電地區(qū)的家庭照明問題。2）簡單直流系統(tǒng)（SimpleDC）該系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)中的負載為直流負載而且對負載的使用時間沒有特別的要求，負載主要是在白天使用，所以系統(tǒng)中沒有使用蓄電池，也不需要使用控制器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，直接使用光伏組件給負載供電，省去了能量在蓄電池中的儲存和釋放過程，以及控制器中的能量損失，提高了能量利用效率。其常用于 PV 水泵系統(tǒng)、一些白天臨時設(shè)備用電和一些旅游設(shè)施中。下圖顯示的就是一個簡單直流的 PV 水泵系統(tǒng)。這種系

12、統(tǒng)在發(fā)展中國家的無純凈自來水供飲的地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的社會效益。3）大型太陽能供電系統(tǒng)（LargeDC）與上述兩種光伏系統(tǒng)相比，這種光伏系統(tǒng)仍然是適用于直流電源系統(tǒng)，但是這種太陽能光伏系統(tǒng)通常負載功率較大，為了保證可以可靠地給負載提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，其相應(yīng)的系統(tǒng)規(guī)模也較大，需要配備較大的光伏組件陣列以及較大的蓄電池組，其常見的應(yīng)用形式有通信、遙測、監(jiān)測設(shè)備電源，農(nóng)村的集中供電，航標燈塔、路燈等。我國在西部一些無電地區(qū)建設(shè)的部分鄉(xiāng)村光伏電站就是采用的這種形式，中國移動公司和中國聯(lián)通公司在偏僻無電網(wǎng)地區(qū)建設(shè)的通訊基站也有采用這種光伏系統(tǒng)供電的。如山西萬家寨的通訊基站工程。 4）交流、

13、直流供電系統(tǒng)（AC/DC）與上述的三種太陽能光伏系統(tǒng)不同的是，這種光伏系統(tǒng)能夠同時為直流和交流負載提供電力，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上比上述三種系統(tǒng)多了逆變器，用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電以滿足交流負載的需求。通常這種系統(tǒng)的負載耗電量也比較大，從而系統(tǒng)的規(guī)模也較大。在一些同時具有交流和直流負載的通訊基站和其它一些含有交、直流負載的光伏電站中得到應(yīng)用。5）并網(wǎng)系統(tǒng)（UtilityGridConnect）這種太陽能光伏系統(tǒng)最大的特點就是光伏陣列產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 6 頁 共 42 頁換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入市電網(wǎng)

14、絡(luò)，并網(wǎng)系統(tǒng)中 PV 方陣所產(chǎn)生電力除了供給交流負載外，多余的電力反饋給電網(wǎng)。在陰雨天或夜晚，光伏陣列沒有產(chǎn)生電能或者產(chǎn)生的電能不能滿足負載需求時就由電網(wǎng)供電。因為直接將電能輸入電網(wǎng)，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，可以充分利用 PV 方陣所發(fā)的電力從而減小了能量的損耗，并降低了系統(tǒng)的成本。但是系統(tǒng)中需要專用的并網(wǎng)逆變器，以保證輸出的電力滿足電網(wǎng)電力對電壓，頻率等指標的要求。因為逆變器效率的問題，還是會有部分的能量損失。這種系統(tǒng)通常能夠并行使用市電和太陽能光伏組件陣列作為本地交流負載的電源。降低了整個系統(tǒng)的負載缺電率。而且并網(wǎng) PV 系統(tǒng)可以對公用電網(wǎng)起到調(diào)峰作用。但是，并網(wǎng)光伏

15、供電系統(tǒng)作為一種分散式發(fā)電系統(tǒng)，對傳統(tǒng)的集中供電系統(tǒng)的電網(wǎng)會產(chǎn)生一些不良的影響，如諧波污染，孤島效應(yīng)等。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列、并網(wǎng)逆變器、控制器和繼電保護裝置組成。光伏陣列是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的主要部件，由其將接收到的太陽光能直接轉(zhuǎn)換為電能。目前工程上應(yīng)用的光伏陣列一般是由一定數(shù)量的晶體硅太陽能電池組件按照系統(tǒng)需要的電壓的要求串、并聯(lián)組成的。 并網(wǎng)逆變器是整個光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心，它將光伏陣列發(fā)出的電能逆變成 220V50Hz 的正弦波電流并入電網(wǎng)。電壓型逆變器主要由電力電子開關(guān)器件組成，以脈寬調(diào)制的形式向電網(wǎng)提供電能。控制器一般由單片機或 DSP 芯片作為核心器件，控制光伏陣列的最

16、大功率點的跟蹤、控制逆變器并網(wǎng)電流的功率和波形。繼電保護裝置可以保證光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)的安全性。獨立運行太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池方陣，蓄電池組，控制器和逆變器四部分構(gòu)成。6）混合供電系統(tǒng)（Hybrid）這種太陽能光伏系統(tǒng)中除了使用太陽能光伏組件陣列之外，還使用了油機作為備用電源。使用混合供電系統(tǒng)的目的就是為了綜合利用各種發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點，避免各自的缺點。比方說，上述的幾種獨立光伏系統(tǒng)的優(yōu)點是維護少，缺點是能量的輸出依賴于天氣，不穩(wěn)定。綜合使用柴油發(fā)電機和光伏陣列的混合供電系統(tǒng)和單一能源的獨立系統(tǒng)相比就可以提供不依賴于天氣的能源，它的優(yōu)點是：a）使用混合供電系統(tǒng)的還可以達到可再生能源

17、的更好的利用。因為使用可再生能源的獨立系統(tǒng)通常是按照最壞的情況進行設(shè)計，因為可再生能源是變化的，不穩(wěn)定的，所以系統(tǒng)必須按照能量產(chǎn)生最少的時期進行設(shè)計。由于系統(tǒng)是按照最差的情況進行設(shè)計，所以在其他的時間，系統(tǒng)的容量是過大的。在太陽輻照最高峰時期產(chǎn)蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 7 頁 共 42 頁生的多余的能量沒法使用而浪費了。整個獨立系統(tǒng)的性能就因此而降低。如果最差月份的情況和其他月份差別很大，有可能導(dǎo)致浪費的能量等于甚至超過設(shè)計負載的需求。b）具有較高的系統(tǒng)實用性。在獨立系統(tǒng)中因為可再生能源的變化和不穩(wěn)定會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)供電不能滿足負載需求的情況

18、，也就是存在負載缺電情況，使用混合系統(tǒng)則會大大的降低負載缺電率。 3.和單用柴油發(fā)電機的系統(tǒng)相比，具有較少的維護和使用較少的燃料。c）較高的燃油效率。在低負荷的情況下，柴油機的燃油利用率很低，會造成燃油的浪費。在混合系統(tǒng)中可以進行綜合控制使得柴油機在額定功率附近工作，從而提高燃油效率。d）負載匹配更佳的靈活性。使用混合系統(tǒng)之后，因為柴油發(fā)電機可以即時提供較大的功率，所以混合系統(tǒng)可以適用于范圍更加廣泛的負載系統(tǒng)，例如可以使用較大的交流負載，沖擊載荷等。還可以更好的匹配負載和系統(tǒng)的發(fā)電。只要在負載的高峰時期打開備用能源即可簡單的辦到。有時候，負載的大小決定了需要使用混合系統(tǒng)，大的負載需要很大的電流

19、和很高的電壓。如果只是使用太陽能成本就會很高。簡單的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)是利用以光生伏打效應(yīng)原理制成的太陽能電池將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。它由太陽能電池方陣、控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等部分組成，其系統(tǒng)組成如圖 11 所示。 太陽能電池板圖11 太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)示意圖1.2 太陽能電池方陣光伏電池是組成太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)最基本的單位。但單體光伏電池發(fā)出的電能很小，工作電壓約 0.45-0.5V，工作電流 20-25mA/cm2，而且是直流電，在大多數(shù)控制器直流/交流逆變器交流負載蓄電池組直流負載蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第

20、8 頁 共 42 頁情況下很難滿足實際應(yīng)用的需要。為滿足負載要求的輸出功率，一般都將電池組串并成太陽能電池組件。常用的太陽能電池主要是硅太陽能電池。晶體硅太陽能電池由一個晶體硅片組成，在晶體硅片的上表面緊密排列著金屬柵線，下表面是金屬層。硅片本身是 P 型硅，表面擴散層是 N 區(qū)，在這兩個區(qū)的連接處就是所謂的 PN 結(jié)。PN 結(jié)形成一個電場。太陽能電池的頂部被一層抗反射膜所覆蓋，以便減少太陽能的反射損失。太陽能電池的工作原理如下：光是由光子組成，而光子是包含有一定能量的微粒，能量的大小由光的波長決定，光被晶體硅吸收后，在 PN 結(jié)中產(chǎn)生一對對正負電荷，由于在 PN 結(jié)區(qū)域的正負電荷被分離，因而

21、可以產(chǎn)生一個外電流場，電流從晶體硅片電池的底端經(jīng)過負載流至電池的頂端。這就是“光生伏打效應(yīng)” 。將一個負載連接在太陽能電池的上下兩表面間時，將有電流流過該負載，于是太陽能電池就產(chǎn)生了電流；太陽能電池吸收的光子越多，產(chǎn)生的電流也就越大。光子的能量由波長決定，低于基能能量的光子不能產(chǎn)生自由電子，一個高于基能能量的光子將僅產(chǎn)生一個自由電子，多余的能量將使電池發(fā)熱，伴隨電能損失的影響將使太陽能電池的效率下降。目前世界上有 3 種已經(jīng)商品化的硅太陽能電池：單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。對于單晶硅太陽能電池，由于所使用的單晶硅材料與半導(dǎo)體工業(yè)所使用的材料具有相同的品質(zhì)，使單晶硅的使

22、用成本比較昂貴。多晶硅太陽能電池的晶體方向的無規(guī)則性，意味著正負電荷對并不能全部被 PN 結(jié)電場所分離，因為電荷對在晶體與晶體之間的邊界上可能由于晶體的不規(guī)則而損失，所以多晶硅太陽能電池的效率一般要比單晶硅太陽能電池低。多晶硅太陽能電池用鑄造的方法生產(chǎn)，所以它的成本比單晶硅太陽能電池低。非晶硅太陽能電池屬于薄膜電池，造價低廉，但光電轉(zhuǎn)換效率比較低，穩(wěn)定性也不如晶體硅太陽能電池，目前多數(shù)用于弱光性電源，如手表、計算器等。一般產(chǎn)品化單晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 1315%產(chǎn)品化多晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 1113%產(chǎn)品化非晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 58%。1.3 蓄電池組太陽能發(fā)電系統(tǒng)只

23、能在日間有陽光的時候才能發(fā)電，而多數(shù)情況人們主要在夜間大量用電，所以需要存儲太陽能電池方陣發(fā)出的電能并隨時向負載供電。光伏系蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 9 頁 共 42 頁統(tǒng)對蓄電池組的要求是：1）自放電率低；2）使用壽命長；3）深放電能力強；4）充電效率高；5）少維護或免維護；6）工作溫度范圍寬；7）價格低廉。配套 200Ah以上的鉛酸蓄電池，一般選用固定式或工業(yè)密封免維護鉛酸電池。1.4 控制器控制器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，主要用于實現(xiàn)整套系統(tǒng)地充、放電管理。太陽能光伏陣列發(fā)出的直流電能，經(jīng)過控制器對蓄電池充電，在蓄電池未充滿時，控

24、制器的作用是最大限度地對蓄電池充電，當蓄電池被充滿時，控制太陽能充電，使蓄電池處于浮充狀態(tài)。當蓄電池放電至接近蓄電池過放點電壓時，控制器將發(fā)出蓄電池電量不足報警并切斷蓄電池的放電回路，以保護蓄電池。由于蓄電池組被過充電或過放電后將嚴重影響其性能和壽命，充放電控制器在光伏系統(tǒng)中一般是必不可少的。充放電控制器，按照開關(guān)器件在電路中的位置，可分為串聯(lián)控制型和分流控制型；按照控制方式，可分為普通開關(guān)控制型（含單路和多路開關(guān)控制）和PWM 脈寬調(diào)制控制型（含最大功率跟蹤控制器） 。開關(guān)器件，可以是繼電器，也可以是 MOSFET 模塊。但 PWM 脈寬調(diào)制控制器，只能用 MOSFET 模塊作為開關(guān)器件。隨

25、著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，控制器的功能越來越強大，有將傳統(tǒng)的控制器、逆變器以及監(jiān)測系統(tǒng)集成的趨勢，如 AES 公司的 SPP 和 SMD 系列的控制器就集成了上述三種功能。1.5 逆變器通常把將交流電能變換成直流電能的過程稱為整流，把完成整流功能的電路稱為整流電路，把實現(xiàn)整流過程的裝置稱為整流設(shè)備或整流器。與之相對應(yīng)，把將直流電能變換成交流電能的過程稱為逆變，把完成逆變功能的電路稱為逆變電路，把實現(xiàn)逆變過程的裝置稱為逆變設(shè)備或逆變器。目前我國在小功率逆變器上與國際處于同一水平，在大功率并網(wǎng)逆變器上，合肥陽光電源大功率逆變器 2005 年已經(jīng)批量向國內(nèi)、國際供貨。該公司250KW、500KW 等大功率產(chǎn)

26、品都取得了國際、國內(nèi)認證，部分技術(shù)指標已經(jīng)超過國外產(chǎn)品水平，并在國內(nèi)西部荒漠、世博會、奧運場館等重點項目上運行，效果良好。1.6 本文的主要研究內(nèi)容本文在學習光伏獨立發(fā)電系統(tǒng)逆變器工作原理及前人研究的基礎(chǔ)上，研究光伏蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 10 頁 共 42 頁逆變器的結(jié)構(gòu)與控制，進行了較為深入的理論分析和研究。 第 1 章引言，簡要介紹了課題背景光伏獨立發(fā)電系統(tǒng)及其逆變器，對光伏發(fā)電系統(tǒng)有了初步認識。第 2 章對逆變器進行了基本的概述研究了光伏逆變系統(tǒng)的特點、分類和光伏逆變器的工作原理。第 3 章主要闡述了逆變器的設(shè)計，升壓電路、驅(qū)動電

27、路、后級逆變電路的設(shè)計，對各種控制策略進行了比較，較好的實現(xiàn)了逆變器的單位功率因數(shù)正弦電流輸出控制。并且研究設(shè)計了其它重要電路保護裝置。 第 4 章完成了對逆變器系統(tǒng)的調(diào)試。蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 11 頁 共 42 頁2 2 逆變器概述逆變器概述 逆變器是電力電子技術(shù)的一個重要應(yīng)用方面。電力電子技術(shù)是電力、電子、自動控制、計算機及半導(dǎo)體等多種技術(shù)相互滲透與有機結(jié)合的綜合技術(shù)。眾所周知，整流器的功能是將 50HZ 的交流電整流成為直流電。而逆變器與整流器恰好相反，它的功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。這種對應(yīng)于整流的逆向過程，被稱之為 “逆變”

28、 。太陽能電池在陽光照射下產(chǎn)生直流電，然而以直流電形式供電的系統(tǒng)有很大的局限性。例如，日光燈、電視機、電冰箱、電風扇等均不能直接用直流電源供電，絕大多數(shù)動力機械也是如此。此外，當供電系統(tǒng)需要升高電壓或降低電壓時，交流系統(tǒng)只需加一個變壓器即可，而在直流系統(tǒng)中升降壓技術(shù)與裝置則要復(fù)雜得多。因此，除特殊用戶外，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中都需要配備逆變器。逆變器還具備有自動調(diào)壓或手動調(diào)壓功能，可改善光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。綜上所述，逆變器已成為光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的重要配套設(shè)備。目前我國光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是直流系統(tǒng)，即將太陽電池發(fā)出的電能給蓄電池充電，而蓄電池直接給負載供電，如我國西北地區(qū)使用較多的太陽能戶用照

29、明系統(tǒng)以及遠離電網(wǎng)的微波站供電系統(tǒng)均為直流系統(tǒng)。此類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，但由于負載直流電壓的不同（如 12V、24V、48V 等） ，很難實現(xiàn)系統(tǒng)的標準化和兼容性，特別是民用電力，由于大多為交流負載，以直流電力供電的光伏電源很難作為商品進入市場。另外，光伏發(fā)電最終將實現(xiàn)并網(wǎng)運行，這就必須采用交流系統(tǒng)。隨著我國光伏發(fā)電市場的日趨成熟，今后交流光伏發(fā)電系統(tǒng)必將成為光伏發(fā)電的主流。2.1 逆變器特點逆變器的主要特點包括：1）要求具有較高的效率 由于目前太陽能電池的價格偏高，為了最大限度的利用太陽能電池，提高系統(tǒng)效率，必須設(shè)法提高逆變器的效率。 2）要求具有較高的可靠性 目前光伏電站系統(tǒng)主要用于邊

30、遠地區(qū)，許多電站無人值守和維護，這就要求逆變器有合理的電路結(jié)構(gòu)，嚴格的元器件篩選，并要求逆變器具備各種保護功能，如：輸入直流極性接反保護、交流輸出短路保護、過熱、過載保護等。 蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 12 頁 共 42 頁（3）要求輸入電壓有較寬的適應(yīng)范圍由于太陽能電池的端電壓隨負載和日照強度變化而變化。特別是當蓄電池老化時其端電壓的變化范圍很大，如 12V 的蓄電池，其端電壓可能在 10V-16V 之間變化，這就要求逆變器在較大的直流輸入電壓范圍內(nèi)保證正常工作。2.2 逆變基本工作原理逆變電源的拓撲結(jié)構(gòu)很多，各自的工作過程不完全相同，但

31、最基本的逆變過程是相同的。下面以最基本的單相橋式逆變電路為例，具體說明逆變器的“逆變”過程。單相橋式逆變電路如圖 3-1 所示，T1，T2，T3，T4 是橋式電路的 4 功率管，由電力電子器件及輔助電路組成。輸入直流電壓為 Vcc，Z 代表逆變器的負載。當開關(guān)T1、T4 接通時，電流流過 T1，Z 和 T4，負載上的電壓極性是左正右負；當開關(guān)T1、T4 斷開，T2、T3 接通時，電流流過 T2，Z 和 T3，負載上的電壓極性反向，把直流電變成了交流電。改變兩組開關(guān)的切換頻率就可以改變輸出交流電頻率，得到的是正負半周對稱的交流方波電壓。負載為純阻型時，負載電流電壓波形相同，相位也相同；負載為感性

32、時，電流滯后于電壓，波形也不同。 圖2-1 橋式逆變原理圖2.3 逆變器的分類1）光伏逆變器按宏觀可分為：a）普通型逆變器b）逆變/控制一體機c）郵電通信專用逆變器d）航天、軍隊專用逆變器2）按逆變器輸出交流電能的頻率分： 蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 13 頁 共 42 頁a）工頻逆變器 工頻逆變器的頻率為 5060Hz 的逆變器。 b）中頻逆器 中頻逆變器的頻率一般為 400Hz 到十幾 kHz。 c）高頻逆變器 高頻逆變器的頻率一般為十幾 kHz 到 MHz。3）按逆變器輸出的相數(shù)分可分為： a）單相逆變器 b）三相逆變器 c）多相逆變器

33、 4）按照逆變器輸出電能的去向分可分為： a）有源逆變器 b）無源逆變器 5）按逆變器主電路的形式分可分為： a）單端式逆變器 b）推挽式逆變器 c）半橋式逆變器 d）全橋式逆變器 6）按逆變器主開關(guān)器件的類型分可分為： a）晶閘管逆變器 b）晶體管逆變器 c）場效應(yīng)逆變器 d）絕緣柵雙極晶體管（IGBT）逆變器 7）按直流電源分可分為: a）電壓源型逆變器（VSI）b）電流源型逆變器（CSI）8）按逆變器控制方式分可分為： a）調(diào)頻式（PFM）逆變器 b）調(diào)脈寬式（PWM）逆變器 9）按逆變器開關(guān)電路工作方式分可分為： 蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)

34、設(shè)計第 14 頁 共 42 頁a）諧振式逆變器 b）定頻硬開關(guān)式逆變器 c）定頻軟開關(guān)式逆變器 10）按逆變器輸出電壓或電流的波形分可分為： a）方波逆變器 方波逆變器輸出的電壓波形為方波，此類逆變器所使用的逆變電路也不完全相同，但共同的特點是線路比較簡單，使用的功率開關(guān)數(shù)量很少。設(shè)計功率一般在百瓦至千瓦之間。方波逆變器的優(yōu)點是：線路簡單，維修方便，價格便宜。缺點是：方波電壓中含有大量的高次諧波，在帶有鐵心電感或變壓器的負載用電器中將產(chǎn)生附加損耗，對收音機和某些通訊設(shè)備有干擾。此外，這類逆變器還有調(diào)壓范圍不夠?qū)?，保護功能不夠完善，噪聲比較大等缺點。 b）階梯波逆變器 此類逆變器輸出的電壓波形為

35、階梯波。逆變器實現(xiàn)階梯波輸出也有多種不同的線路。輸出波形的階梯數(shù)目差別很大。階梯波逆變器的優(yōu)點是：輸出波形比方波有明顯改善，高次諧波含量減少，當階梯達到 17 個以上時輸出波形可實現(xiàn)準正弦波，當采用無變壓器輸出時整機效率很高。缺點是：階梯波疊加線路使用的功率開關(guān)較多，其中還有些線路形式還要求有多組直流電源輸入。這給太陽能電池方陣的分組與接線和蓄電池的均衡充電均帶來麻煩。此外階梯波電壓對收音機和某些通訊設(shè)備仍有一些高頻干擾。c）正弦波逆變器 正弦波逆變器輸出的電壓波形為正弦波。 正弦波逆變器的優(yōu)點是：輸出波形好，失真度很低，對收音機及通訊設(shè)備 干擾小，噪聲低。此外，保護功能齊全，整機效率高。 缺

36、點是：線路相對復(fù)雜，對維修技術(shù)要求高 ，價格昂貴。 11）按隔離方式光伏逆變器可分為： a）獨立光伏系統(tǒng)逆變器 獨立逆變器包括邊遠地區(qū)的村莊供電系統(tǒng)，太陽能戶用電源系統(tǒng)，通信信號電源，陰極保護，太陽能路燈等帶有蓄電池的獨立發(fā)電系統(tǒng)。b）并網(wǎng)光伏系統(tǒng)逆變器 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是與電網(wǎng)相連并向電網(wǎng)輸送電力的光伏發(fā)電系統(tǒng)。通過光伏組件蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 15 頁 共 42 頁將接收來的太陽輻射能量經(jīng)過高頻直流轉(zhuǎn)換后變成高壓直流電，經(jīng)過逆變器逆變后轉(zhuǎn)換后向電網(wǎng)輸出與電網(wǎng)電壓同頻、同相的正弦交流電流。2.4 PWM 控制原理脈寬調(diào)制(PWM)是利用微

37、處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。模擬信號的值可以連續(xù)變化，其時間和幅度的分辨率都沒有限制。9V 電池就是一種模擬器件，因為它的輸出電壓并不精確地等于 9V，而是隨時間發(fā)生變化，并可取任何實數(shù)值。與此類似，從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先確定的可能取值集合之內(nèi)，例如在0V，5V這一集合中取值。模擬電壓和電流可直接用來進行控制，如對汽車收音機的音量進行控制。在簡單的模擬收音機中，音量旋鈕被連接到一個可變電阻。擰動旋鈕時，電阻值變大或變??；流經(jīng)這個電阻

38、的電流也隨之增加或減少，從而改變了驅(qū)動揚聲器的電流值，使音量相應(yīng)變大或變小。與收音機一樣，模擬電路的輸出與輸入成線性比例。 盡管模擬控制看起來可能直觀而簡單，但它并不總是非常經(jīng)濟或可行的。其中一點就是，模擬電路容易隨時間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個問題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重(如老式的家庭立體聲設(shè)備)和昂貴。模擬電路還有可能嚴重發(fā)熱，其功耗相對于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對噪聲很敏感，任何擾動或噪聲都肯定會改變電流值的大小。 逆變電路中的脈寬調(diào)制（PWM）控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或

39、所需要的波形。也就是在輸出波形的半個周期中產(chǎn)生多個脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次斜波諧波少。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。在采樣控制理論中有一個重要的結(jié)論，即沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上，其效果基本相同。沖量既指窄脈沖的面積。這里所說的效果基本相同。是指該環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。如把各輸出波形用傅里葉變換分析，則它們的低頻段特性非常接近，僅在高頻段略有差異。例如圖 2-2 所示的三個窄脈沖形狀不同，其中圖 2-2（a）為矩形脈沖，圖 2-2（b）為三角形脈沖，圖 2-2（c）蘇州市職業(yè)大學

40、電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 16 頁 共 42 頁為正弦半波脈沖，但它們的面積（即沖量）相等，那么，當它們分別加在具有慣性的同一個環(huán)節(jié)上時，其輸出響應(yīng)基本相同。 （a）矩形脈沖（b）三角形脈沖（c）正弦半波脈沖圖 2-2 沖量相等形狀不同的窄脈沖上述原理可以稱為面積等效原理。它是 PWM 控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。根據(jù)上面理論我們就可以用不同寬度的矩形波來代替正弦波，通過對矩形波的控制來模擬輸出不同頻率的正弦波。例如，把正弦半波波形分成 N 等份，就可把正弦半波看成由 N 個彼此相連的脈沖所組成的波形。這些脈沖寬度相等，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而

41、是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點和相應(yīng)正弦等分的中點重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分面積（即沖量）相等，就得到一組脈沖序列，這就是 PWM 波形?？梢钥闯?，各脈沖寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)沖量相等效果相同的原理，PWM 波形和正弦半波是等效的。對于正弦的負半周，也可以用同樣的方法得到 PWM 波形。如圖 2-3 所示，可以看出，各脈沖的幅值相等，而寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)面積等效原則，PWM 波形和正弦半波是等效的。對于正弦波的負半周，也可以用同樣的方法得到 PWM 波形。像這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和

42、正弦波等效的 PWM 波形，也稱 SPWM（Sinusoidal PWM）波形。蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 17 頁 共 42 頁在 PWM 波形中，各脈沖的幅值是相等的，要改變等效輸出正弦波的幅值時，只要按同一比例系數(shù)改變各脈沖的寬度即可，因此在交直交變頻器中，整流電路采用不可控的二極管電路即可，PWM 逆變電路輸出的脈沖電壓就是直流側(cè)電壓的幅值。根據(jù)上述原理，在給出了正弦波頻率，幅值和半個周期內(nèi)的脈沖數(shù)后，PWM 波形各脈沖的寬度和間隔就可以準確計算出來。按照計算結(jié)果控制電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的 PWM 波形。PWM 變

43、頻電路具有以下特點：1）可以得到相當接近正弦波的輸出電壓。2）整流電路采用二極管，可獲得接近 1 的功率因數(shù)。3）電路結(jié)構(gòu)簡單。4）通過對輸出脈沖寬度的控制可改變輸出電壓，加快了變頻過程的動態(tài)響應(yīng)現(xiàn)在通用變頻器基本都再用 PWM 控制方式。通過以數(shù)字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外，許多微控制器和 DSP 已經(jīng)在芯片上包含了 PWM 控制器，這使數(shù)字控制的實現(xiàn)變得更加容易了。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種 PWM 技術(shù)，其中包括：相電壓控制 PWM、脈寬 PWM 法、隨機 PWM、SPWM 法、線電壓控制 PWM 等，而在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬 PWM 法，它是把

44、每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為 PWM 波形，通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化?？梢酝ㄟ^調(diào)整 PWM 的周期、PWM 的占空比而達到控制充電電流的目的。圖 2-3 用 PWM 波代替正弦半波 蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 18 頁 共 42 頁3 3 逆變器設(shè)計逆變器設(shè)計3.1 逆變器控制方案確定光伏逆變器的性能很大程度上決定了整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能和效率，隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣，人們對光伏逆變器輸出電壓的質(zhì)量要求也越來越高，不僅要求逆變器的輸出電壓穩(wěn)定以及工作可靠，

45、而且要求其輸出電壓正弦度高。所以光伏逆變器的控制技術(shù)也得到了不斷的發(fā)展。逆變器要實現(xiàn)輸出純正弦波，控制方案的實現(xiàn)通常分為模擬控制和數(shù)字控制，具體實現(xiàn)方案有如下幾種。1）模擬控制?？刂泼}沖的生成，控制算法的實現(xiàn)全部由模擬器件完成。優(yōu)點是技術(shù)非常成熟，有很多可以參考的實例。但其存在很多固有的缺點：控制器的元器件比較多，電路復(fù)雜，所占的體積較大；靈活性不夠，硬件電路設(shè)計好了，控制策略就無法改變；調(diào)試不方便，由于所采用器件特性存在差異，致使電源一致性差，且模擬器件工作點的漂移導(dǎo)致系統(tǒng)參數(shù)漂移。逆變電源數(shù)字化控制是發(fā)展的趨勢，是現(xiàn)代逆變電源研究的一個熱點。2）由單片機實現(xiàn)數(shù)字控制。為改善系統(tǒng)的控制性能，

46、通過 A/D 轉(zhuǎn)換器，將微處理器與系統(tǒng)相連，在位處理器中實現(xiàn)數(shù)字控制算法，然后通過輸入、輸出口或脈寬調(diào)制口（PWM）發(fā)出開關(guān)控制信號，微處理器還能將采集的功率變換裝置工作數(shù)據(jù)顯示或傳送至計算機保存。一些控制中所用到的參考值可以存儲在微處理器的存儲器中，并對電路進行實時監(jiān)控。微處理器的使用在很大程度上提高了電路系統(tǒng)的性能，但由于微處理器運算速度的限制，在許多情況下，這種微處理器輔助的電路系統(tǒng)仍舊要用到運算放大器等模擬控制元件。3）由 DSP 實現(xiàn)數(shù)字控制。信號處理器（Digital Signal Processor，DSP）技術(shù)的發(fā)展，逆變電源的全數(shù)字化控制成為現(xiàn)實。DSP 能夠?qū)崟r地讀取逆變電

47、源的輸出，并實時地計算出 PWM 輸出值，使得一些先進的控制策略應(yīng)用于逆變電源控制成為可能，從而可對非線性負載動態(tài)變化時產(chǎn)生的諧波進行動態(tài)補償，使輸出諧波達到可以接受的水平。但 DSP 入門門檻較高，開發(fā)成本高，造價也較高。4）由專用芯片控制。EG8010 是一款數(shù)字化的、功能很完善的自帶死區(qū)控制的純正弦波逆變發(fā)生器芯片，應(yīng)用于 DC-DC-AC 兩級功率變換架構(gòu)或 DC-AC 單級工頻變蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 19 頁 共 42 頁壓器升壓變換架構(gòu)，外接 12MHz 晶體振蕩器，能實現(xiàn)高精度、失真和諧波都很小的純正弦波 50Hz 或 6

48、0Hz 逆變器專用芯片。該芯片采用 CMOS 工藝，內(nèi)部集成 SPWM 正弦發(fā)生器、死區(qū)時間控制電路、幅度因子乘法器、軟啟動電路、保護電路、RS232串行通訊接口和 12832 串行液晶驅(qū)動模塊等功能。經(jīng)過以上的比較與選擇，本設(shè)計選用的是基于 EG8010 的正弦波驅(qū)動芯片。此芯片方便設(shè)計，能快速的設(shè)計出純正弦交流電的逆變方案。3.2 逆變器系統(tǒng)電路框圖逆變器系統(tǒng)電路框圖如圖 3-1 所示。圖 3-1 逆變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 由于高頻電路體積小，便攜性比較強，本人選用的是高頻逆變電路，12V 直流電經(jīng)過 MOS 管推挽產(chǎn)生高頻電流由變壓器升壓成高頻電壓，經(jīng)過整流輸出高壓直流電，高壓直流電再經(jīng)過 EG

49、8010 驅(qū)動電路逆變?yōu)?220V 純正弦交流電。3.3 升壓電路原理本電路采用的雙端推挽電路，是兩個單端正激型的合并，其變壓器工作在第、象限，提高了磁芯的利用率，其原理框圖如圖 3-2 所示。 電源輸入 輸出圖 3-2 雙端推挽電路原理框圖12V 直流電源DC-DC 升壓電路 圖 3-1 逆變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖DC-AC 逆變電路SG3525 驅(qū)動電路EG8010 驅(qū)動電路220V 交流電濾波器脈寬調(diào)制器PWM變壓器MOS 管驅(qū)動電路整流電路蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 20 頁 共 42 頁 圖 3-3 推挽式變換器電路及相關(guān)波形雙端推挽 DC-

50、DC 變換器的基本電路結(jié)構(gòu)及其工作波形如圖 3-4 所示。開關(guān)管VT1、VT2 在 PWM 控制器的控制下交替導(dǎo)通，將變壓器的初級電壓和電流傳遞到次級，經(jīng)整流濾波后輸出直流電壓，調(diào)節(jié) VT1、VT2 的導(dǎo)通/截止時間，可改變輸出電壓。雙端推挽 DC-DC 變換器的輸出電壓可表示為：U0=DUiNs/Np （3-1）式中：U0輸出電壓（V） ；Ui輸入電壓（V） ；D整流管的占空比；Np變壓器初級匝數(shù)（匝） ；Ns變壓器次級匝數(shù)（匝） 。蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 21 頁 共 42 頁3.4 升壓電路參數(shù)設(shè)計1）主要元器件的選用該 DC-DC

51、 變換器的主要元器件是脈寬調(diào)制 PWM 芯片、變壓器、開關(guān)管和整流管。根據(jù)本電路的特點和電源的輸出要求，PWM 芯片選用的 SG3525,變壓器選用的 EC42磁芯，開關(guān)管選用的 IRF3205，整流管選用的 HER508。SG3525 脈寬調(diào)制型控制器是美國通用電氣公司的產(chǎn)品，作為 SG3524 的改進型，更適合于運用 MOS 管作為開關(guān)器件的 DC/DC 變換器，它是采用雙級型工藝制作的新型模擬數(shù)字混合集成電路，性能優(yōu)異，所需外圍器件較少。它的主要特點是:輸出級采用推挽輸出，雙通道輸出，占空比 0-50%可調(diào).每一通道的驅(qū)動電流最大值可達200mA,灌拉電流峰值可達 500mA?？芍苯域?qū)動

52、功率 MOS 管，工作頻率高達 400KHz，具有欠壓鎖定、過壓保護和軟啟動等功能。該電路由基準電壓源、震蕩器、誤差放大器、PWM 比較器與鎖存器、分相器、欠壓鎖定輸出驅(qū)動級，軟啟動及關(guān)斷電路等組成，可正常工作的溫度范圍是 0-700C?；鶞孰妷簽?5.1V 士 1%，工作電壓范圍很寬，為 8V 到 35V。SG3525 驅(qū)動電路圖如圖 3-4 所示：圖 3-4 SG3525 驅(qū)動電路GROUND(接地端):該芯片上的所有電壓都是相對于 GROUND 而言，即是功率地也是信號地。在實驗電路中，由于接入誤差放大器反向輸入端的反饋電壓也是相對與12 腳而言，所以主回路和控制回路的接地端應(yīng)相連。+V

53、IN(芯片電源端):直流電源從 15 腳引入分為兩路:一路作為內(nèi)部邏輯和模擬電路的工作電壓；另一路送到基準電壓穩(wěn)壓器的輸入端，產(chǎn)生 5.1 士 1%V 的內(nèi)部基準電壓。如果該腳電壓低于門限電壓(Turn-off: 8V)，該芯片內(nèi)部電路鎖定，停止工蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 22 頁 共 42 頁作基準源及必要電路除外)使之消耗的電流降至很小(約 2mA)。另外，該腳電壓最大不能超過 35V.使用中應(yīng)該用電容直接旁路到 GROUND 端。VC(推挽輸出電路電壓輸入端):作為推挽輸出級的電壓源，提高輸出級輸出功率?？梢院?15 腳共用一個電源，

54、也可用更高電壓的電源。電壓范圍是 1.8V-3.4V。INPUT(反相輸入端):誤差放大器的反相輸入端，該誤差放大器的增益標稱值為80db，其大小由反饋或輸出負載來決定，輸出負載可以是純電阻，也可以是電阻性元件和電容元件的組合。該誤差放大器共模輸入電壓范圍是 1.5V-5.2V。此端通常接到與電源輸出電壓相連接的電阻分壓器上。負反饋控制時，將電源輸出電壓分壓后與基準電壓相比較。INPUT（同相輸入端):此端通常接到基準電壓 16 腳的分壓電阻上，取得 2.5V 的基準比較電壓與 INPUT 端的取樣電壓相比較。SYNC(同步端):為外同步用。需要多個芯片同步工作時，每個芯片有各自的震蕩頻率，可

55、以分別他們的 4 腳和 3 腳相連，這時所有芯片的工作頻率以最快的芯片工作頻率同步。也可以使單個芯片以外部時鐘頻率工作。OSC. OUTPUT(同步輸出端):同步脈沖輸出。作為多個芯片同步工作時使用。但幾個芯片的工作頻率不能相差太大，同步脈沖頻率應(yīng)比震蕩頻率低一些。如不需多個芯片同步工作時，3 腳和 4 腳懸空。4 腳輸出頻率為輸出脈沖頻率的 2 倍。輸出鋸齒波電壓范圍為 0.6V 到 3.5V。Cr(震蕩電容端):震蕩電容一端接至 5 腳，另一端直接接至地端。其取值范圍為0.001,u F 到 0. 1 u F。正常工作時，在 Cr 兩端可以得到一個從 0.6V 到 3.5V 變化的鋸齒波。

56、Rr(震蕩電阻端):震蕩電阻一端接至 6 腳，另一端直接接至地端。Rr 的阻值決定了內(nèi)部恒流值對 Cr 充電。其取值范圍為 2K 歐到 150K 歐 Rr 和 Cr 越大充電時間越長，反之則充電時間短。DISCHATGE RD(放電端):Cr 的放電由 5.7 兩端的死區(qū)電阻決定。把充電和放電回路分開，有利與通過死區(qū)電阻來調(diào)節(jié)死區(qū)時間，使死區(qū)時間調(diào)節(jié)范圍更寬。其取值范圍為 0 歐到 500 歐。放電電阻 RD 和 CT 越大放電時間越長，反之則放電時間短。SOFTSTATR(軟啟動):比較器的反相端即軟啟動器控制端 8,端 8 可外接軟啟動電容?該電容由內(nèi)部 Vf 的 50uA 恒流源充電。V

57、REF(基準電壓端):基準電壓端 16 腳的電壓由內(nèi)部控制在 5.1V 土 1%。可以分蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 23 頁 共 42 頁壓后作為誤差放大器的參考電壓。OUTPUT A, OUTPUT B(脈沖輸出端):輸出末級采用推挽輸出電路，驅(qū)動場效應(yīng)功率管時關(guān)斷速度更快.11 腳和 14 腳相位相差 1800，拉電流和灌電流峰值達 200mA。由于存在開閉滯后，使輸出和吸收間出現(xiàn)重迭導(dǎo)通。在重迭處有一個電流尖脈沖，起 持續(xù)時間約為 l00ns?？梢栽?V VAC *1.414（3-6）一般需要在重載下穩(wěn)定運行時，需要留有一定的余量，在2

58、20V 交流輸出時，建議功率電源電壓為330V-450V。高頻模式時，交流輸出端需接 LC 濾波，將調(diào)制波濾除，需在輸出端焊接一個2.2uf 的 CBB 電容，和焊接一個3.3mh 的電感。如圖3-10電壓饋電路：蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 29 頁 共 42 頁 圖3-10 電壓反饋電路此電壓反饋電路能夠自動實現(xiàn)穩(wěn)壓功能，且輸出的交流電壓可以通過調(diào)節(jié)電位器 R5調(diào)節(jié)。蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 30 頁 共 42 頁4 4 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試4.1 SG3525驅(qū)動板調(diào)試SG3525驅(qū)動板調(diào)

59、試比較簡單，它有電源輸入和兩個方波輸出端，還有一個帶光耦隔離的電路過流輸入端，此驅(qū)動板可以輸出16KHZ-60KHZ 可調(diào)的方波，加有三極管的放大驅(qū)動。因為升壓電路采用的是雙端推挽電路，所以此驅(qū)動板輸出的是互為相反的驅(qū)動波形。如圖4-1 OUT1輸出與 OUT2輸出波形：圖4-1 驅(qū)動板輸出方波波形從圖中可以看出此驅(qū)動板輸出正常，電壓輸出是8.6伏特，頻率為27.78kHZ，占空比為46.7%，符合設(shè)計要求。4.2 升壓電路調(diào)試以下為升壓電路實物圖，此模塊有兩個小模塊：1）一個 MOS 管雙端推挽電路；2）一個是變壓器升壓整流電路，如圖4-2所示。蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職

60、業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 31 頁 共 42 頁圖4-2 升壓電路MOS 管兩端電壓峰峰值為33.6伏，本電路選用的 MOS 管為 irf3205，耐壓為50伏，完全可以應(yīng)用， 。具體 MOS 管 DS 極驅(qū)動波形如圖4-3所示： 圖4-3 MOS 管 DS 極驅(qū)動波形從下圖4-4中可以看出直流輸出456伏直流電壓，Vpp=12伏，參數(shù)符合設(shè)計的要求。蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院畢業(yè)設(shè)計第 32 頁 共 42 頁圖4-4 直流輸出波形4.3 EG8010驅(qū)動板調(diào)試如圖4-5所示：上半橋輸出 pwm 調(diào)制波，調(diào)制的輸出是根據(jù)電壓反饋來的，EG801