基于太阳能逆变电源的结构设计

李刘明　杨祥　江均亮　罗奇　涂九州

摘 要 随着能源需求量的增加，一次能源正日渐枯竭，为实现可持续发展，可再生能源和新能源研究势在必行。太阳能逆变电源的研制能够改善现有能源结构，具有长远的现实意义。本文对太阳能逆变电源进行结构设计，采用全桥逆变结构，并对电源保护电路设计，实现了蓄电池反接保护和MOSFET过压保护。系统结构简单，安全可靠，能够应用于各种低功率电器供电，节能环保。

关键词 太阳能 全桥逆变电路 保护电路

0前言

目前，能源结构仍以煤、石油、天然气等一次能源为主，随着能源需求的增加，这些一次能源储量正在日趋枯竭。同时，煤、石油、天然气等常规能源在满足能源需求的同时，也对生态环境造成了严重的破坏。因而，要解决能源需求问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模开发利用可再生能源和新能源。

小型高效率太阳能逆变电源将太阳能转换为电能，经过能量存储、变换、控制等环节，向负载提供交流电源，可应用于各种功率较低的电器，如照明设备等，对于节能环保具有重大意义。

1太阳能电池板储能

太阳能电池板作为太阳能逆变电源中的核心部分，将太阳能电池通过光电效应或者光化学效应把光能转化成电能，进而用蓄电池中存储起来，其结构如图1所示。

储能蓄电池一般为铅酸电池，有12V和24V这两种，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。本设计采用24V铅酸电池。

2逆变电路设计

逆变主电路拓扑结构主要有全桥、半桥、推挽等结构。本文所设计的逆变电源采用全桥结构，电路如下图2所示。

逆变电源结构由全桥逆变电路、升压变压器及LC滤波电路构成。其中，全桥逆变电路的每个桥臂由可控器件MOSFET以及反并联的二极管组成，桥臂VT1、VT4为一对，桥臂VT2、VT3为一对，对角桥臂轮流控制导通，二极管实现续流作用；升压变压器可将电压升高到系统所需的电压等级，具有电气隔离、升压和储能的作用；滤波电路由电感Lf和电容Cf构成，滤除输出电压中的高次谐波分量， 实现正弦波输出。

3保护电路设计

为保证电路正常工作，除了主电路之外，还需设计必要的保护电路。

3.1蓄电池反接保护

蓄电池反接保护如图3所示， D0为防反二极管，FU为保险丝。二极管D0及保险丝FU构成蓄电池反接保护电路，当蓄电池反接时，二极管D0及保险丝FU构成短路回路，过大的短路电流使保险丝L1快速熔断，从而保护了蓄电池充电电路中的其它元器件。

3.2 MOSFRT过压保护

为了抑制MOSFET关断时的过电压并减小其关断损耗，需设置关断缓冲吸收电路。常见的关断缓冲吸收电路分为充放电型和放电阻止型两类。而充放电型的吸收效果好于放电阻止型，本设计采用RCD充放电型关断缓冲吸收电路，电路结构如图4所示。

RCD吸收电路并联在MOSFET的漏极和源极两端，关断时吸收电容C的电压从零开始充电上升，具有较好的过电压吸收效果。但电容C从零电压开始充放电的电流通过电阻R，造成其功耗较大，当运行频率较高时，会严重影响装置的运行效率。

4小结

随着电力电子器件的进步及各种新型电路拓扑结构的研究，太阳能逆变电源的应用将有更为广阔的发展前景。本设计中的太阳能逆变电源还有值得改进的地方，在调试中将进一步完善。

参考文献

[1] 史卫华，陈玉.独立式太阳能光伏逆变电源的研究[J].信息与电脑：理论版，2010（3）.

[2] 肖啸，许德富，等.太阳能电池的光学管理基本概念[J].四川大学学报（自然科学版），2015（5）.

[3] 王兆安，等.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2000（5）.

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