什么是太陽能逆變器？如何進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)？

太陽能逆變器是一種能夠?qū)⑻柲?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)化為交流電的過程。而太陽能逆變器的工作電路必須是一個(gè)全橋電路，通過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。這就是太陽能逆變器的主要的工作。

我們生活中常見的太陽發(fā)電系統(tǒng)主要由四部分構(gòu)成，分別是 太陽能電池板 、充電控制器、太陽能逆變器和蓄電池。太陽能電池板是提供直流電的裝置，能夠?qū)⑻柲苻D(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，以供人們的使用?？梢哉f，太陽能逆變器是整個(gè)太陽能發(fā)電系統(tǒng)中承上啟下的裝置，如果沒有逆變器的話，就無法獲得交流電。

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)前級推挽電路和后級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，比如過溫保護(hù)、短路保護(hù)，過載保護(hù)等等。

前級方案準(zhǔn)備用全橋，因?yàn)槭?8V電池，滿電的時(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)于前級閉環(huán)方面，現(xiàn)在一直在考慮是做開環(huán)的準(zhǔn)諧振還是做全閉環(huán)，開環(huán)準(zhǔn)諧振的好處就是前級MOS開關(guān)損耗小，次級二極管沒有尖峰，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)有開環(huán)的那么大，但是次級尖峰處理起來比較麻煩。由于這個(gè)是自己做著玩兒的，所以也不需要啥指標(biāo)，前級的話暫定使用開環(huán)諧振的方案，省事兒。

后級逆變就很簡單了，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，后級基本就這樣。

前級升壓的驅(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)來搞定前級發(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)營里用過，看起來確實(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，后級的驅(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。