光伏并网简易逆变器.docx
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光伏并网简易逆变器
北京工业大学电子课程设计报告
（模电部分）
题目：
光伏并网发电模拟装置
一、设计题目：
光伏并网发电模拟装置
二、设计任务：
光伏并网发电是指太阳能电池板获得直流电压，经过逆变转换为交流电，为交流电器提供能源，是一种常见的思路，本课题模拟这个过程，输出交流电改为低压，以保证安全。
设计并制作一个模拟光伏并网发电的装置，其结构的框图如下图所示。
用直流稳压电源US和电阻RS模拟光伏电池，US=60V,RS=30Ω~36Ω;UREF为模拟电网电压的正弦参考信号，其峰值为2V，频率为50HZ，T为工频隔离变压器，变比为n2:
n1=2:
1、n3:
n1=1:
10，将uF作为输出电流的反馈信号；负载电阻RL=30Ω~36Ω。
图2.1
三、基本要求：
1、当RS=RL=30Ω时，DC-AC变换器的效率n>=50%
2、当RS=RL=30Ω时，输出电压u0的失真度THD<=10%
四、扩展要求：
1、提高DC-AC变换器的效率，n>=70%（RS=RL=30Ω时）
2、降低输出电压失真度，使THD<=3%（RS=RL=30Ω时）
3、当RL在给定的范围内变化时，具有保持稳定u0的方法
五、补充说明
1、本题中所有交流量除特别说明外均为有效值
2、Us采用实验室可调的直流稳压电源
3、控制电路允许采用单片机、装用IC等多种方法
4、DC-AC变换器效率n=Po/Pd,其中Po=Uo1*Io1，Pd=Ud*Id
5、制作时应合理设置测试点（图2.1），以方便测试
六、电路原图
七、电路设计
1、方波发生
脉冲发生电路是由NE555及外接阻容元件构成的多谐振荡器产生的，多谐振荡器是一种可以产生周期性的矩形脉冲信号的自己振荡电路。
图7.1
根据公式f=1/[ln2（R1+2R2）C]和q=（R1+R2）/（R1+2R2）可分别计算出其频率和占空比
当R1=14KΩR2=7KΩC=1uF时
计算数值为f=50HZq=50%
实际数值为f=48.7HZ
在实际应用中应为后边出现了MOS同时导通的情况，为了解决问题，在老师的提示下我将频率提高到了62+HZ
2、场效应管驱动电路
由于方波信号发生器输出的振荡信号电压最大振幅为0~5V，为充分驱动电源开关电路，这里用8050将振荡信号电压放大至0~12V。
如图6.2所示。
c8050参数：
RB和RC均为1kΩ（图中未标出RB和RC）
图6.2
C8050参数
开关型三极管
耗散功率1W
集电极电流1.5A
集电极--基极电压40V
集电极--发射极击穿电压25V
特征频率fT最小100MHZ 典型190MHZ
放大倍数：
按三极管后缀号分为BCD档
放大倍数B：
85-160 C：
120-200 D：
160-300
图6.3
实际测量：
频率：
62.9HZ
幅值：
12.2V
示波器双路输入波形
应加入了74LS06取反，出CH2的波形与CH1的波形相反。
3、场效应管电源开关电路
场效应管是该装置的核心，下面简述一下用C—MOS场效应管（增强型MOS场效应管）组成的应用电路的工作过程（见图8）。
电路将一个增强型P沟道MOS场校管（IF9540）和一个增强型N沟道MOS场效应管（IRF540）组合在一起使用。
当输入端为底电平时，P沟道MOS场效应管导通，输出端与电源正极接通。
当输入端为高电平时，N沟道MOS场效应管导通，输出端与电源地接通。
在该电路中，P沟道MOS场效应管和N沟道场效应管总是在相反的状态下工作，其相位输入端和输出端相反。
通过这种工作方式我们可以获得较大的电流输出。
同时由于漏电流的影响，使得栅压在还没有到0V，通常在栅极电压小于1V到2V时，MOS场效应管即被关断。
不同场效应管关断电压略有不同。
也以为如此，使得该电路不会因为两管同时导通而造成电源短路。
图6.4
图6.4
IRF9540参数
IRF540参数
查IRF540的规格书，得到最低电压是2.0V，最高是4.0V由此，让540导通的电压可以认为4.0V；安全的控制电压是正负20V，超过有烧坏危险。
IRF540的G极接PWM波转换后的直流电压，D极接能提供15V/5A电流的电源（可采用开关电源），S极用来接采样电阻和负载。
采样电阻应采用温漂系数低、阻值为10mΩ、精度为1%的大功率锰铜丝电阻。
当对采样电阻两端信号进行差分后，可得到采样电阻两端的电压值U，而在已知采样电阻阻值情况下，很容易得到流经采样电阻的电流，即I=U/R。
4、变压器
变压器变压比:
黄：
蓝：
红=1：
10：
20
为了安全，人体的安全电压为36V，我们选择蓝线做输入端，红线接输出端，输入信号为12V，输出24V。
5、死区时间
死区时间是PWM输出时，为了使H桥或半H桥的上下管不会因为开关速度问题发生同时导通而设置的一个保护时段。
由于IGBT等功率器件都存在一定的结电容，所以会造成器件导通关断的延迟现象。
一般在设计电路时已尽量降低该影响，比如尽量提高控制极驱动电压电流，设置结电容释放回路等。
为了使igbt工作可靠，避免由于关断延迟效应造成上下桥臂直通，有必要设置死区时间，也就是上下桥臂同时关断时间。
死区时间可有效地避免延迟效应所造成的一个桥臂未完全关断，而另一桥臂又处于导通状态，避免直通炸模块。
死区时间大，模块工作更加可靠，但会带来输出波形的失真及降低输出效率。
死区时间小，输出波形要好一些，只是会降低可靠性，一般为us级。
一般来说死区时间是不可以改变的，只取决于功率元件制作工艺！
死区时间是指控制不到的时间域。
在变频器里一般是指功率器件输出电压、电流的“0”区，在传动控制里一般是指电机正反向转换电压、电流的过零时间。
死区时间当然越小越好。
但是所以设置死区时间，是为了安全。
因此又不可没有。
最佳的设置是：
在保证安全的前提下，越小越好。
以不炸功率管、输出不短路为目的。
八、电路调试
最先完成的脉冲发生电路，计算中频率应为50HZ这时使R1=14KΩR2=7KΩC=1uF占空比q=50%，但由于后面的p-mos和n-mos总是同时导通，所以将频率提高至62HZ。
后面的74LS06和c8050的组装和调试比较顺利，但在逆变部分出现了很严重的问题，两组p-mos和n-mos管总是同时导通，导致管子发烫的厉害，也没有波形，学生电源总是提示电路过载，电压从12V直接降到7V。
老师说是应为死去时间的问题，但我看网上说死去时间的单位都是us级的，不知道怎么调。
最后将两组换了芯片才好。
最后在变压器的输出端接一个36Ω的负载电阻，波形虽有些失真，但幅值达到了21V。
九、附录
1、列表
仪器：
直流流稳压电源（双路）
1台
万用表
1块
双踪示波器
1台
数字面包板
1块
工具：
电烙铁
1把
剥线钳
1把
尖嘴钳
1把
一字改锥
1把
镊子
1把
元件：
变压器（变压比1:
10:
20）
1台
NE555
1片
74LS06
1片
8050
2片
36Ω负载电阻
1个
电阻
若干
电容1uf
2个
20k电位器（未用）
1个
IRF9540
2片
IRF540
2片
导线
若干
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