當前位置:首頁 > 電源 > 功率器件
[導讀]摘要:光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中通常使用寬輸入范圍的開關電源來為低壓微控制器、IGBT驅(qū)動器以及LCD供電。文中介紹了一種輸入范圍為120~800 V,輸出為20V/1A的開關隔離電源的設計方法,從而有效地解決了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

摘要:光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中通常使用寬輸入范圍的開關電源來為低壓微控制器、IGBT驅(qū)動器以及LCD供電。文中介紹了一種輸入范圍為120~800 V,輸出為20V/1A的開關隔離電源的設計方法,從而有效地解決了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的供電問題。
關鍵詞:開關電源;PWM;變壓器;MOSFET

0 引言
    根據(jù)《太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)研制技術協(xié)議》的規(guī)定,接入太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的電池陣列在最強光照的情況下的開路電壓將不能超過750 V,最低不低于120 V。本文介紹的開關電源就是在120~750 V的輸入電壓范圍內(nèi)能穩(wěn)定地輸出,從而使太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能在協(xié)議規(guī)定的輸入范圍內(nèi)穩(wěn)定地為低壓控制器、IGBT驅(qū)動器以及LCD供電,并使系統(tǒng)可靠地工作。

1 電路拓撲
    本設計的電路拓撲結構如圖1所示,圖中,當VT1和VT2同時導通時,DC電源和變壓器初級組成回路,變壓器初級的電流上升,變壓器的磁通密度從初始的剩余磁通Br上升到峰值Bw,并將能量存儲在變壓器中,這時,由于次級的二極管VD3的截止作用,使得變壓器不能向次級傳送能量;而當VT1和VT2同時關斷的時候,由于反激的作用,變壓器初級的電壓反向,鉗位二極管VD1和VD2導通,以把原邊繞組的反激電壓和開關管上的電壓鉗制在電源電壓Vdc。此時,存儲在變壓器的能量一部分向副邊傳遞,另一部分通過鉗位二極管返回給電容C1和C2。因而在反激時間內(nèi),變壓器的磁通密度從峰值Bw下降到剩余磁通Br。經(jīng)過一段時間,VT1和VT2又同時開通,以進入下一個周期。整個電路通過連續(xù)地開關VT1和VT2,就可以得到穩(wěn)定的直流輸出。


    由于實際電路的分布參數(shù)以及開關管VT1和VT2的屬性并非完全相同,所以,VT1和VT2不是完全同時開關。當VT1先關斷時,變壓器初級T1、VT2和VD2組成回路續(xù)流,而當VT2關斷時,變壓器儲存的能量將向次級傳送;同理,當VT2先關斷,變壓器初級T1、VT1和VD1將組成回路續(xù)流,并當VT1關斷時,變壓器存儲的能量向次級傳送。
    與一般采用單管加控制芯片的開關電源不同的是,本設計采用了上下兩個MOSFET,這樣做的目的一是可以降低每個開關管上承受的電壓,二是兩個開關管不需要采用兩個控制芯片來控制,而只用一個PWM波就可以實現(xiàn)兩個開關管的同時開通和關斷。

[!--empirenews.page--]
    圖2所示是本設計的主電路圖,圖中,D1和D2主要防止由于反激電壓串入DC電源引起DC電壓波動,R1和R2取值相同,C1和C2的容值屬性均相同,這樣一方面可以平衡C1和C2上的電壓,另一方面可以降低C1的C2的耐壓。VT1和VT2共用一個驅(qū)動信號,故可實現(xiàn)同時開通和關斷。  R3為采樣電阻,該主電路采用的是峰值電流控制模式。VT4的作用主要是外加保護。輔助繞組的設計主要是為控制電路供電。次級整流二極管后加π型濾波器的效果要比只用電容濾波更好,R4為假負載,主要是防止開關電源的空載。R5,R6,tl431,pc817和R7共同組成反饋電路。



2 控制電路的設計
    本設計采用SG6841高集成環(huán)保模式PWM控制器,該控制器采用電流模式(逐周期電流限制)的工作方式,可以實現(xiàn)軟驅(qū)動圖騰柱輸出的可調(diào)控的PWM波形,其輸出電壓可達18 V,足以同時驅(qū)動兩路MOSFET。本設計還在PWM輸出端設計了一個信號耦合變壓器,這樣可用同一個PWM信號來控制兩個MOSFET,使Q1和Q2同時開通和關斷,還可以實現(xiàn)驅(qū)動MOSFET信號的隔離。另外,該控制器也可以提供欠壓鎖定和過溫保護功能,當VDD小于10 V時,控制器內(nèi)部將鎖定,不再向外發(fā)送PWM波。
    本設計采用負載繞組給控制芯片SG6841供電,從主電路可知,輔助繞組和次級繞組處在相同的工作方式下,這在設計變壓器的時候只要根據(jù)次級輸出就可以確定輔助繞組的設計。應當注意的是,在雙管反激電路中,兩個開關管中間有一個懸浮地,因而不能直接驅(qū)動,所以,這里采用變壓器隔離驅(qū)動方法來使VT1和VT2公用同一驅(qū)動信號。
    圖3所示是本設計的控制芯片電路及驅(qū)動電路,圖中,R3接在直流電壓DC端主要用來啟動,當流入3腳的電流足夠啟動芯片的時候,芯片8腳Gate輸出PWM波,從而使主電路導通,電源開始工作。R4主要確定芯片輸出PWM波的頻率,R5和C5組成電流采樣的匹配網(wǎng)路。由于芯片采用逐周峰值電流工作方式,故在初級線圈電流達到峰值時,芯片將關斷PWM波,變壓器向次級傳送能量。


    圖4所示是其系統(tǒng)中的輸入欠壓和輸出過壓保護電路。由于本開關電源設計采用了輸入過壓和輸入欠壓保護,故當輸入高于750 V或低于120V時,比較器的2腳電壓值會高于2.5 V或比較器的5腳會低于2.5 V,本設計采用精密可調(diào)線性穩(wěn)壓器TL431來產(chǎn)生2.5 V的基準源,并分別給比較器的3腳和6腳供電,這樣,在比較器的1腳或7腳就會產(chǎn)生低電平,Q5由于基級電壓過低而截止,線性光耦U5的發(fā)光二極管不能發(fā)光。這時,由于Q4S接到輸出儲能電容上,Q4C和Q4S不能組成通路,所以,加在Q4管的GS間的電壓Ugs為零,開關管Q4關斷,電源不能向后面負載供電,從而實現(xiàn)欠壓和過壓保護功能。[!--empirenews.page--]



3 電路變壓器的設計
    采用兩個開關管串聯(lián)不會影響主電路中變壓器的設計,故可根據(jù)《開關電源設計指南》中相關介紹來計算變壓器參數(shù),本設計選用TDK公司的PC40EE25高頻磁性材料作為鐵芯,變壓器的參數(shù)計算如下:
   
    根據(jù)反激式變壓器的伏秒面積相等原理可知:
   
    式中,Ac為有效磁芯面積,單位為cm2,Bmax為最大磁通密度,單位為G(高斯Wb/cm2)。

4 實驗結果
    目前,筆者采用該技術成功地設計出了一種輸入范圍為120~800 V,輸出功率為20 W的輔助開關電源。
    本設計采用直流120~800 V輸入,輸出單路為20 V/1 A,其實驗的工作頻率f為100 kHz,主變壓器選用PC40 EE25高頻磁芯,驅(qū)動隔離變壓器選用T57 R12.5x7.5x5高頻脈沖變壓器磁芯,主開關VT1和VT2選用APT 4M120K N溝道MOSFET,鉗位二極管VD1和VD2選用HER308肖特基二極管,整流二極管VD3選用CQ504,保護電路開關管VD4選用IRF9640 P溝道MOSFET。

5 結束語
    實驗證明,由于本設計采用了反激式拓撲結構,因此,電路工作穩(wěn)定度好。這種結構的特點是整個電路使用元器件少,本身固有效率高(典型效率為80%),采用單片開關控制,整體設計比較經(jīng)濟,又因為和主功率回路分開,從而避免了相互干擾,提高了可靠性。

本站聲明: 本文章由作者或相關機構授權發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉型技術解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務中斷的風險,如企業(yè)系統(tǒng)復雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務連續(xù)性,提升韌性,成...

關鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關鍵字: 華為 12nm EDA 半導體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務引領增長 以科技創(chuàng)新為引領,提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術學會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術創(chuàng)新聯(lián)...

關鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關鍵字: BSP 信息技術
關閉
關閉