光伏逆變輔助電源的設(shè)計(jì)

光伏逆變輔助電源的設(shè)計(jì)摘要：為了設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)得出設(shè)計(jì)的電路適合光伏逆變電源的結(jié)論。該實(shí)驗(yàn)涉及開關(guān)電源的一些基本設(shè)計(jì)指標(biāo)、變壓器磁芯及繞組的設(shè)計(jì)、反饋及穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的輔助電源已經(jīng)用于光伏逆變器上，運(yùn)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(jì)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(guó)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(shí)用價(jià)值。本文針對(duì)光伏逆變電源中輔助電源的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)多路輸出等優(yōu)點(diǎn)。1原理與設(shè)計(jì)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(shí)，在初級(jí)電感線圈中儲(chǔ)存能量，而當(dāng)VT1關(guān)閉時(shí)，初級(jí)線圈中儲(chǔ)存能量再通過次級(jí)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(shí)，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?gòu)墓β使躒T1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(shí)它在變壓器初級(jí)電感線圈中做功儲(chǔ)存了能量。經(jīng)變壓器耦合，使變壓器次級(jí)產(chǎn)生了一個(gè)上負(fù)下正的電壓，該電壓同時(shí)使與變壓器次級(jí)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(jí)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(shí)，因電感線圈的自感電動(dòng)勢(shì)作用，電流方向變成了上負(fù)下正，經(jīng)耦合，變壓器次級(jí)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(jí)上電壓經(jīng)二極管整流成為直流單向脈動(dòng)電壓，該電壓給輸出電容C充電，同時(shí)在負(fù)載RL上也有了電流IL流過。2開關(guān)電源的設(shè)計(jì)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(jī)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(dòng)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(dòng)控制簡(jiǎn)單,驅(qū)動(dòng)功率小的優(yōu)點(diǎn)。為了減小開關(guān)管的開關(guān)應(yīng)力,設(shè)計(jì)了與初級(jí)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(jí)電容濾波。2.3變壓器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)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(jì)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(jìn)行各種參數(shù)計(jì)算和校驗(yàn)。本文設(shè)計(jì)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(diǎn)。變壓器磁芯計(jì)算：反激式開關(guān)電源高頻變壓器磁芯計(jì)算可按面積乘積法(AP)計(jì)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(jì)算值可簡(jiǎn)化為：?jiǎn)挝粸閃；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(shí)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(jì)算公式：aX10BABfS值為150kHz；B為鐵心磁感應(yīng)強(qiáng)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(jí)線圈匝數(shù)計(jì)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(gè)繞組時(shí)，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(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)主電路主電路如圖2所示。+5VOJA+15VO.7AU,或心卓L*5VVINDT即心TVDJAC「?。邸鯃D2主電路VTi+5VOJA+15VO.7AU,或心卓L*5VVINDT即心TVDJAC「恰［□圖2主電路VTii卜■-czS該電路采用在變壓器初級(jí)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(gè)電源運(yùn)行系統(tǒng)中，電源系統(tǒng)實(shí)施的是個(gè)負(fù)反饋過程。如某種原因使輸出電壓上升時(shí)，則采樣回路把上升的信號(hào)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(gè)減窄脈沖的過程，經(jīng)脈沖變壓器傳遞至次級(jí)，使次級(jí)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(shí)，也可理解為一個(gè)相反的過程，使輸出電壓上升。UC38422實(shí)驗(yàn)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(shí)電路啟動(dòng)。啟動(dòng)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(hào)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(shí)，主回路輸出電壓15V,比較光滑。紋波峰峰值約為140mV,