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[導(dǎo)讀]太陽(yáng)能逆變器是一種能夠?qū)⑻?yáng)能 蓄電池 中的直流電改變?yōu)榻涣麟姷难b置?!澳孀儭敝傅氖菍⒅绷麟姼淖冸娏餍再|(zhì)轉(zhuǎn)化為交流電的過(guò)程。而太陽(yáng)能逆變器的工作電路必須是一個(gè)全橋電路,通過(guò)在全橋電路中的一系列的濾波、調(diào)制,改變了電流的負(fù)載與電性,達(dá)到使用者預(yù)期的,目的。這就是太陽(yáng)能逆變器的主要的工作。

太陽(yáng)能逆變器是一種能夠?qū)⑻?yáng)能 蓄電池 中的直流電改變?yōu)榻涣麟姷难b置?!澳孀儭敝傅氖菍⒅绷麟姼淖冸娏餍再|(zhì)轉(zhuǎn)化為交流電的過(guò)程。而太陽(yáng)能逆變器的工作電路必須是一個(gè)全橋電路,通過(guò)在全橋電路中的一系列的濾波、調(diào)制,改變了電流的負(fù)載與電性,達(dá)到使用者預(yù)期的,目的。這就是太陽(yáng)能逆變器的主要的工作。

我們生活中常見(jiàn)的太陽(yáng)發(fā)電系統(tǒng)主要由四部分構(gòu)成,分別是 太陽(yáng)能電池板 、充電控制器、太陽(yáng)能逆變器和蓄電池。太陽(yáng)能電池板是提供直流電的裝置,能夠?qū)⑻?yáng)能轉(zhuǎn)化為電能;充電控制器主要負(fù)責(zé)控制轉(zhuǎn)化能量;太陽(yáng)能逆變器則是將電池板的直流電轉(zhuǎn)化為交流電,以供蓄電池的存儲(chǔ)、蓄電池主要是將交流電存儲(chǔ)起來(lái),以供人們的使用??梢哉f(shuō),太陽(yáng)能逆變器是整個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中承上啟下的裝置,如果沒(méi)有逆變器的話,就無(wú)法獲得交流電。

基于PSIM的單相全橋逆變器建模設(shè)計(jì)

蓄電池低壓通過(guò)變壓器升為高壓時(shí),低壓側(cè)電流I_L與高壓側(cè)電流I_H之比等于變壓器變比n。逆變器設(shè)計(jì)功率1kW,效率95%,那么輸入的功率約為1.052kW,假設(shè)前級(jí)推挽電路和后級(jí)H橋的效率均為97.5%。直流母線電壓為380V,推挽電路輸出效率需達(dá)到1026W,那么輸出電流平均值為2.7A,折算至原邊輸入電流為21.6A。輸入電流平均值高達(dá)21.6A,那么功率MOS管的選型就十分有講究,在滿(mǎn)足電壓和電流的條件下應(yīng)選擇內(nèi)阻較小的MOS管,假設(shè)MOS管Rds(on)=0.33Ω,那么損耗的功率為154W,這顯然是不符合實(shí)際的,所以應(yīng)該考慮幾十mΩ的電阻,這樣功率管的損耗就會(huì)大大降低,假設(shè)Rds(on)=0.03Ω,此時(shí)損耗為14W,這個(gè)值符合實(shí)際情況。前次的仿真由于不注意把MOS管的電阻設(shè)置為0.56Ω,MOS管上的損耗261W(這就是錯(cuò)誤的),導(dǎo)致輸出電壓與輸入電壓不等于變比,而且仿真的諧振波形嚴(yán)重畸變,效率也十分低。

48V/5KVA的逆變器方案

輸入電壓:48V。

輸入欠壓:42V

輸入過(guò)壓:60V

輸出電壓:220V/50Hz

輸出功率:5KVA,預(yù)計(jì)整機(jī)效率>0.9

保護(hù)方面就一些常規(guī)的保護(hù)功能,比如過(guò)溫保護(hù)、短路保護(hù),過(guò)載保護(hù)等等。

前級(jí)方案準(zhǔn)備用全橋,因?yàn)槭?8V電池,滿(mǎn)電的時(shí)候大概會(huì)有55V以上的電壓,如果用推挽的話就需要選擇150V以上的MOS管了,全橋的話使用80V或者100V的MOS管都是可以的,這樣可選的型號(hào)也多了,缺點(diǎn)就是驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)比較麻煩?,F(xiàn)在準(zhǔn)備用HY4008或者HY3810,這兩個(gè)都是常用的MOS管。

升壓變壓器準(zhǔn)備用4個(gè)PQ5050的磁芯來(lái)搞定,粗略的算了一下,假定逆變部分效率95%,阻性負(fù)載足功率輸出5000W的時(shí)候,前級(jí)需要輸出5263W的功率,平均到每個(gè)變壓器差不多1315W的功率,算上點(diǎn)兒效率,一個(gè)PQ5050出1400W的功率,變壓器的功率余量應(yīng)該還挺多的。

變壓器的連接方式準(zhǔn)備采用原邊并聯(lián)次級(jí)串聯(lián)的方式,打算分別用四個(gè)H橋帶四個(gè)變壓器原邊,這樣的話每個(gè) MOS都是均流的,不用擔(dān)心某一顆MOS電流過(guò)大導(dǎo)致炸雞。電流方面,在最低電壓42V下,以0.9的整機(jī)效率計(jì)算,5000W輸出時(shí)前級(jí)平均電流132A,一個(gè)H橋模塊輸入平均電流33A,電流不算特別大,變壓器也好繞線。

關(guān)于前級(jí)閉環(huán)方面,現(xiàn)在一直在考慮是做開(kāi)環(huán)的準(zhǔn)諧振還是做全閉環(huán),開(kāi)環(huán)準(zhǔn)諧振的好處就是前級(jí)MOS開(kāi)關(guān)損耗小,次級(jí)二極管沒(méi)有尖峰,控制也方便。全閉環(huán)的話母線電壓可以做到很穩(wěn)定,輸入的紋波電流也不會(huì)有開(kāi)環(huán)的那么大,但是次級(jí)尖峰處理起來(lái)比較麻煩。由于這個(gè)是自己做著玩兒的,所以也不需要啥指標(biāo),前級(jí)的話暫定使用開(kāi)環(huán)諧振的方案,省事兒。

后級(jí)逆變就很簡(jiǎn)單了,一個(gè)經(jīng)典的全橋逆變電路搞定,功率管打算用4顆650V的IGBT,型號(hào)YGW50N65F1,4顆理論上輸出5KW的功率是夠了的,輸出電感準(zhǔn)備用兩個(gè),一個(gè)橋臂一個(gè),每個(gè)電感量500~600uH,兩個(gè)串聯(lián)起來(lái)就是1mH了,電感打算自己用鐵硅鋁磁環(huán)繞制,成品價(jià)格小貴,基本都在30~50一個(gè),輸出濾波電容用一個(gè)350V10uF的電容,然后再用一個(gè)互感器采集輸出電流,后級(jí)基本就這樣。

前級(jí)升壓的驅(qū)動(dòng)發(fā)波有兩種方式,一種是使用可以堆成輸出兩路PWM的電源芯片,最經(jīng)典的就是3525或者494了,國(guó)產(chǎn)的估計(jì)也是一大把,使用電源芯片發(fā)波主要是方便,電路焊接好了后就可以調(diào)試了,另外一種就是使用單片機(jī)來(lái)發(fā)波,單片機(jī)發(fā)波頻率占空比修改都很方便,而且穩(wěn)定度和精度都很高?,F(xiàn)目前打算用一個(gè)單片機(jī)來(lái)搞定前級(jí)發(fā)波,選型暫定使用STC8H1K08,這個(gè)單片機(jī)自帶8路PWM還有9路ADC,可以做很多功能了。

后級(jí)的SPWM芯片準(zhǔn)備使用大家十分熟悉的APR9029,這個(gè)芯片老壽師傅在他的逆變實(shí)訓(xùn)營(yíng)里用過(guò),看起來(lái)確實(shí)不錯(cuò),功能完善,引腳也少。

輔助電源方面,肯定還是經(jīng)典的反激走起,輔助供電考慮只輸出一組12V給前級(jí),后級(jí)的驅(qū)動(dòng)采用驅(qū)動(dòng)小板的方式,驅(qū)動(dòng)小板自帶隔離供電變壓器和驅(qū)動(dòng)光耦,雖然成本會(huì)比自舉驅(qū)動(dòng)高很多,但是勝在安全,反正也是給自己做,不考慮增加的那幾塊錢(qián)成本~哈哈哈哈。具體的驅(qū)動(dòng)芯片還在查找當(dāng)中,要么一個(gè)集成的電源芯片搞定,要么一個(gè)PWM芯片+MOS搞定,個(gè)人更傾向于用集成電源芯片。


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