太陽能電源逆變裝置的設計

張英杰

摘要：本文中主要介紹了太陽能電源逆變裝置的設計，其主要包括兩大類電路，一是主電路，另一個是，檢測保護電路。主電路主要包括：PWM波產生電路，驅動電路，逆變電路，DC/DC電路等；檢測保護電路主要包括：欠電壓電路，過電壓電路，過電流電路，故障報警電路等。最后對該逆變電源進行了計算機仿真，驗證了其可行性和有效性。

關鍵詞：太陽能，電源，脈寬調制，全橋逆變

1 系統設計

本次設計的太陽能逆變電源主要是由PWM波產生電路，驅動電路，逆變電路，DC/DC電路等組成的主電路和由欠電壓保護電路、過電壓保護電路、過電流保護電路等電路組成保護電路構成。其總體框圖如圖2-1所示：

2 電源逆變裝置的主電路的設計

2.1 PWM波的產生電路

這次設計中我們選用RC正弦波振蕩電路。實用的正弦波振蕩電路多種多樣，我們采用RC橋式正弦波振蕩電路，也稱為文氏橋振蕩電路。通過文氏橋振蕩電路產生我們需要的正弦波，然后將此輸出作為電壓比較器的輸入產生方波。我們可將前一級振蕩電路的輸出端作為過零比較器同向端的輸入電壓。當輸入信號為正值時，經過比較器輸出高電平，當輸入電壓為負值時，經過比較器輸出低電平。這樣一來我們就得到了需要的方波。即PWM波。

2.2 驅動電路

采用集成芯片IR2110驅動，其有驅動能力強、控制方便、電能利用效率高等優點，可以充分簡化驅動電路的設計。

2.3 逆變電路的設計

本次設計是采用單相全橋式電路。此電路輸出電流較大且電路的功耗較小的優點，它采用四個MOS管IRF460組成全橋式主電路，四路控制信號分別接G1和G2端、G3和G4端。

2.3 濾波電路的設計

采用LC濾波電路，一方面可以大大簡化電路結構，實現濾波功能；另一方面，通過電感L和電容C適當匹配，可以使得輸出電壓相位和輸入電壓相位一致，方便電壓相位的控制；此外LC的合理搭配還可以降低無功功率，抑制電壓和電流的脈動。

2.4 變壓電路的設計

由于經逆變電路逆變后出來為低壓交流而我國民用標準電壓為220V，頻率為50HZ，即要求使其輸出為交流220V，50HZ。 故而需要選用變壓器對其進行升壓處理。

3 保護電路的設計

3.1 電壓保護電路的設計

3.1.1 過電壓保護電路

當采樣主電路中的輸入的電壓大于LM358的正向輸入端的電壓時，其LM358輸出低電平，從而使發光二極管發亮，輸出低電平給PWM波的產生電路，從而使PWM輸出零電平。同時將低電平經過非門輸入故障報警電路。

3.1.2 欠電壓保護電路

當采樣主電路中的輸入的電壓小于LM358的反向輸入端的電壓時，其LM358輸出低電平，從而使發光二極管發亮，輸出低電平給PWM波的產生電路，從而使PWM輸出零電平。同時將低電平經過非門輸入故障報警電路。

3.2 過電流保護電路

a）當經霍爾元件、整流、濾波后輸出的電壓大于所設定的電壓（運算放大器的正輸入端），則運算放大器輸出低電平，使SR觸發器的置數端 有效，從而SR觸發器的 輸出為低電平，從而使三極管基極為低電平，即三極管截止，從而三極管集電極輸出高電平，使芯片IR2110的引腳端SD（關斷）為高電平，從而達到保護的目的。

b）當經霍爾元件、整流、濾波后輸出的電壓小于所設定的電壓（運算放大器的正輸入端），則運算放大器輸出高電平，使SR觸發器的復位端 及置數端無效，從而SR觸發器不動作，為原來的初始狀態，電路正常工作。

c）在a中的情況出現時，三極管集電極輸出高電平使芯片IR2110的引腳端SD（關斷）為高電平的同時將其高電平輸入故障報警電路使其工作。

3.3 故障報警電路的設計

在該電路中，當電路發生故障時，保護電路給故障報警電路輸入電平信號，從而使該電路中的三極管導通，其集電極為低電平，使二極管發光，同時蜂鳴器開始鳴叫，從而起到對故障進行報警的作用。其中過電流保護從4端輸入高電平，過電壓與欠電壓保護從10端與11端輸入低電平。

4 小結

在充分研究逆變電源的成果的基礎上，本文設計了小功率太陽能電源逆變裝置。該逆變器主要由主電路和保護電路組成。經過理論分析和multisim仿真調試，驗證了設計的可行性；獲得了一定成果，但是由于學識水平、實踐經驗以及時間等的限制，在很多方面做得還不夠完善，需要進一步加強。

參考文獻

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術[M]（第四版）.北京：機械工業出版社.2007

[2]李愛文，張承慧等.現代逆變技術及其應用.[M]北京：科學出版社.2002

[3]李昊華.太陽能發電系統正弦波逆變電源的研制[J].河北工業大學.2007.11

[4]趙爭鳴，劉建政，孫曉瑛等.太陽能光伏發電及其應用[M].北京：科學出版社.2005