一种光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路.docx

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一种光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路

说明书摘要

本实用新型公开了一种光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路，包括变压器，依次连接在光伏逆变器的直流母排和变压器之间的直流输入滤波电路、启动电路、电压反馈电路、振荡电路、电流检测电路和缓冲吸收电路，分别与所述气动电路、电压反馈电路、振荡电路和电流检测电路配合连接的UC3842芯片，以及与所述UC3842芯片连接的外围驱动电路。

本实用新型所述光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路，可以克服现有技术中适用范围小和供电稳定性差等缺陷，以实现适用范围大和供电稳定性好的优点。

摘要附图

权利要求书

1．一种光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路，其特征在于，包括变压器，依次连接在光伏逆变器的直流母排和变压器之间的直流输入滤波电路、启动电路、电压反馈电路、振荡电路、电流检测电路和缓冲吸收电路，分别与所述气动电路、电压反馈电路、振荡电路和电流检测电路配合连接的UC3842芯片，以及与所述UC3842芯片连接的外围驱动电路。

2．根据权利要求1所述的光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路，其特征在于，所述直流输入滤波电路，包括依次连接在光伏逆变器的直流母排一端与变压器原边线圈的第二连接端之间的熔断器F1和第一电感器L1，连接在光伏逆变器的直流母排另一端与地之间的第二电感器L2，并联在熔断器F1和第一电感器L1的连接端与第二电感器L2和光伏逆变器的直流母排的连接端之间的第一指示灯支路和第一电容C1，以及连接在第一电感器L1远离电容器F1的一端与第二电感器L2远离光伏逆变器的直流母排一端之间的第二电容C2；

所述第一指示灯支路，第一电阻R1和第一发光二极管LED1；第一电阻R1的一端与熔断器F1和第一电感器L1的连接端连接，第一电阻R1的另一端与第一发光二极管LED1的阳极连接；第一发光二极管LED1的阴极与第二电感器L2和光伏逆变器的直流母排的连接端连接。

3．根据权利要求2所述的光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路，其特征在于，所述启动电路，包括第二电阻R2、第四电容C4、第五电容C5、开关管Q2201、第二二极管VD2和第三二极管VD3，其中：

所述第二电阻R2的一端与第一电感器L1和第二电容C2的公共端连接，第二电阻R2的另一端与UC3842芯片的第7引脚连接；第四电容C4和第五电容C5并联在UC3842芯片的第7引脚与地之间；

所述UC3842芯片的第6引脚，与开关管Q2201的控制端连接；第二二极管VD2的阳极与变压器副边线圈的第一连接端连接，第二二极管VD2的阴极分别与开关管Q2201的第一连接端、变压器原边线圈的第一连接端和第三二极管VD3的阳极连接；第三二极管VD3的阴极连接至UC3842芯片的第7引脚。

4．根据权利要求3所述的光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路，其特征在于，所述电压反馈电路，包括第四电阻R4、第五电阻R5、可调电阻R10、第二发光二极管LED2、以及由第七电阻R7和第八电容并联构成的RC并联电路，其中：

所述第四电阻R4和可调电阻R10依次连接在UC3842芯片的第7引脚与地之间；所述第二发光二极管LED2的阴极接地，第二发光二极管LED2的阳极经第五电阻R5后与第三二极管VD3的阳极连接；所述RC并联电路连接在UC3842芯片的第1引脚与第四电阻R4和可调电阻R10的公共端之间。

5．根据权利要求4所述的光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路，其特征在于，所述振荡电路，包括第十一电阻R11、第十一电容C11和第十二电容C12，其中：

所述第十一电阻R11和第十二电容C12依次连接在UC3842芯片的第8引脚与地之间，第十一电容C11连接在UC3842芯片的第8引脚与地之间，第十一电阻R11和第十二电容C12的公共端与UC3842芯片的第4引脚连接。

6．根据权利要求5所述的光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路，其特征在于，所述电流检测电路，包括第十三电阻R13、第十四电阻R14和第十三电容C13，其中：

所述第十三电容C13连接在UC3842芯片的第3引脚与地之间，所述第十三电阻R13和第十四电阻R14依次连接在UC3842芯片的第3引脚与地之间，第十三电阻R13和第十四电阻R14的公共端连接至开关管Q2201的第二连接端。

7．根据权利要求6所述的光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路，其特征在于，所述缓冲吸收电路，包括第一二极管VD1、第四二极管VD4、由第三电阻R3和第三电容C3并联组成的RC吸收电路、第九电阻R9和第十电容C10，其中：

所述第一二极管VD1的阳极与第二二极管VD2的阴极连接，第一二极管VD1的阴极与RC吸收电路的一端连接，RC吸收电路的另一端分别与变压器原边线圈的第二连接端和第一电感器L1远离熔断器F1的一端连接；

所述第十电容C10和第九电阻R9依次连接在开关管Q2201的第一连接端和第二连接端之间，第四二极管VD4的阳极与第十电容C10和第九电阻R9的公共端连接，第四二极管VD4的阴极与开关管Q2201的第二连接端连接。

8．根据权利要求7所述的光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路，其特征在于，所述驱动电路，包括第八电阻R8和第十二电阻R12，其中：

所述第八电阻R8连接在开关管Q2201的控制端与UC3842芯片的第6引脚之间，第十二电阻R12连接在开关管Q2201的控制端与地之间。

9．根据权利要求3-8中任一项所述的光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路，其特征在于，所述开关管Q2201为MOS管，所述MOS管的栅极为控制端、源极为第二连接端、漏极为第一连接端。

说明书

一种光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路

技术领域

本实用新型涉及光伏发电技术领域，具体地，涉及一种光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路。

背景技术

随着人们对清洁能源发电重视程度的不断加深，并网型光伏逆变器得到了越来越广泛的应用。

光伏逆变器正常工作需要对其开关器件驱动、电压/电流传感器和控制系统进行多路相互隔离的直流供电，一般使用开关电源实现此功能。

开关电源需从光伏阵列输出的直流母线取电，经过DC/DC变换实现对光伏逆变器的多路独立供电。

由于光伏逆变器可能在不同光照条件下工作，且运行中需要实时控制直流母线电压，因此要求开关电源能适应较大范围内输入直流电压的变化并保证输出电压稳定。

随着电源技术的不断进步，开关电源的控制更加集成化，即通常将PWM控制和保护等功能集中到主控芯片上，以提高可靠性并使得外围电路简单。

美国Unitrode公司开发的UC3842是一种高性能的新型开关电源控制器，其频率固定，单端输出，可直接驱动晶体管和MOSFET，作为一种新型的电流控制型芯片，其结构上的电压电流双环系统可以有效提高开关电源的电压调整率、负载调整率、系统稳定性和瞬态响应特性。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在适用范围小和供电稳定性差等缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路，以实现适用范围大和供电稳定性好的优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路，包括变压器，依次连接在光伏逆变器的直流母排和变压器之间的直流输入滤波电路、启动电路、电压反馈电路、振荡电路、电流检测电路和缓冲吸收电路，分别与所述气动电路、电压反馈电路、振荡电路和电流检测电路配合连接的UC3842芯片，以及与所述UC3842芯片连接的外围驱动电路。

进一步地，所述直流输入滤波电路，包括依次连接在光伏逆变器的直流母排一端与变压器原边线圈的第二连接端之间的熔断器F1和第一电感器L1，连接在光伏逆变器的直流母排另一端与地之间的第二电感器L2，并联在熔断器F1和第一电感器L1的连接端与第二电感器L2和光伏逆变器的直流母排的连接端之间的第一指示灯支路和第一电容C1，以及连接在第一电感器L1远离电容器F1的一端与第二电感器L2远离光伏逆变器的直流母排一端之间的第二电容C2；

所述第一指示灯支路，第一电阻R1和第一发光二极管LED1；第一电阻R1的一端与熔断器F1和第一电感器L1的连接端连接，第一电阻R1的另一端与第一发光二极管LED1的阳极连接；第一发光二极管LED1的阴极与第二电感器L2和光伏逆变器的直流母排的连接端连接。

进一步地，所述启动电路，包括第二电阻R2、第四电容C4、第五电容C5、开关管Q2201、第二二极管VD2和第三二极管VD3，其中：

所述第二电阻R2的一端与第一电感器L1和第二电容C2的公共端连接，第二电阻R2的另一端与UC3842芯片的第7引脚连接；第四电容C4和第五电容C5并联在UC3842芯片的第7引脚与地之间；

所述UC3842芯片的第6引脚，与开关管Q2201的控制端连接；第二二极管VD2的阳极与变压器副边线圈的第一连接端连接，第二二极管VD2的阴极分别与开关管Q2201的第一连接端、变压器原边线圈的第一连接端和第三二极管VD3的阳极连接；第三二极管VD3的阴极连接至UC3842芯片的第7引脚。

进一步地，所述电压反馈电路，包括第四电阻R4、第五电阻R5、可调电阻R10、第二发光二极管LED2、以及由第七电阻R7和第八电容并联构成的RC并联电路，其中：

所述第四电阻R4和可调电阻R10依次连接在UC3842芯片的第7引脚与地之间；所述第二发光二极管LED2的阴极接地，第二发光二极管LED2的阳极经第五电阻R5后与第三二极管VD3的阳极连接；所述RC并联电路连接在UC3842芯片的第1引脚与第四电阻R4和可调电阻R10的公共端之间。

进一步地，所述振荡电路，包括第十一电阻R11、第十一电容C11和第十二电容C12，其中：

所述第十一电阻R11和第十二电容C12依次连接在UC3842芯片的第8引脚与地之间，第十一电容C11连接在UC3842芯片的第8引脚与地之间，第十一电阻R11和第十二电容C12的公共端与UC3842芯片的第4引脚连接。

进一步地，所述电流检测电路，包括第十三电阻R13、第十四电阻R14和第十三电容C13，其中：

所述第十三电容C13连接在UC3842芯片的第3引脚与地之间，所述第十三电阻R13和第十四电阻R14依次连接在UC3842芯片的第3引脚与地之间，第十三电阻R13和第十四电阻R14的公共端连接至开关管Q2201的第二连接端。

进一步地，所述缓冲吸收电路，包括第一二极管VD1、第四二极管VD4、由第三电阻R3和第三电容C3并联组成的RC吸收电路、第九电阻R9和第十电容C10，其中：

所述第一二极管VD1的阳极与第二二极管VD2的阴极连接，第一二极管VD1的阴极与RC吸收电路的一端连接，RC吸收电路的另一端分别与变压器原边线圈的第二连接端和第一电感器L1远离熔断器F1的一端连接；

所述第十电容C10和第九电阻R9依次连接在开关管Q2201的第一连接端和第二连接端之间，第四二极管VD4的阳极与第十电容C10和第九电阻R9的公共端连接，第四二极管VD4的阴极与开关管Q2201的第二连接端连接。

进一步地，所述驱动电路，包括第八电阻R8和第十二电阻R12，其中：

所述第八电阻R8连接在开关管Q2201的控制端与UC3842芯片的第6引脚之间，第十二电阻R12连接在开关管Q2201的控制端与地之间。

进一步地，所述开关管Q2201为MOS管，所述MOS管的栅极为控制端、源极为第二连接端、漏极为第一连接端。

本实用新型各实施例的光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路，由于包括变压器，依次连接在光伏逆变器的直流母排和变压器之间的直流输入滤波电路、启动电路、电压反馈电路、振荡电路、电流检测电路和缓冲吸收电路，分别与气动电路、电压反馈电路、振荡电路和电流检测电路配合连接的UC3842芯片，以及与UC3842芯片连接的外围驱动电路；可以适应输入直流电压的大范围波动，可以长期稳定地在不同直流输入时保证为逆变器稳定供电；从而可以克服现有技术中适用范围小和供电稳定性差的缺陷，以实现适用范围大和供电稳定性好的优点。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

在附图中：

图1为本实用新型光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路的工作原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

根据本实用新型实施例，如图1所示，提供了一种光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路，包括变压器，依次连接在光伏逆变器的直流母排和变压器之间的直流输入滤波电路、启动电路、电压反馈电路、振荡电路、电流检测电路和缓冲吸收电路，分别与气动电路、电压反馈电路、振荡电路和电流检测电路配合连接的UC3842芯片，以及与UC3842芯片连接的外围驱动电路。

具体地，上述直流输入滤波电路，包括依次连接在光伏逆变器的直流母排一端与变压器原边线圈的第二连接端之间的熔断器F1和第一电感器L1，连接在光伏逆变器的直流母排另一端与地之间的第二电感器L2，并联在熔断器F1和第一电感器L1的连接端与第二电感器L2和光伏逆变器的直流母排的连接端之间的第一指示灯支路和第一电容C1，以及连接在第一电感器L1远离电容器F1的一端与第二电感器L2远离光伏逆变器的直流母排一端之间的第二电容C2；第一指示灯支路，第一电阻R1和第一发光二极管LED1；第一电阻R1的一端与熔断器F1和第一电感器L1的连接端连接，第一电阻R1的另一端与第一发光二极管LED1的阳极连接；第一发光二极管LED1的阴极与第二电感器L2和光伏逆变器的直流母排的连接端连接。

上述启动电路，包括第二电阻R2、第四电容C4、第五电容C5、开关管Q2201、第二二极管VD2和第三二极管VD3，其中：

第二电阻R2的一端与第一电感器L1和第二电容C2的公共端连接，第二电阻R2的另一端与UC3842芯片的第7引脚连接；第四电容C4和第五电容C5并联在UC3842芯片的第7引脚与地之间；UC3842芯片的第6引脚，与开关管Q2201的控制端连接；第二二极管VD2的阳极与变压器副边线圈的第一连接端连接，第二二极管VD2的阴极分别与开关管Q2201的第一连接端、变压器原边线圈的第一连接端和第三二极管VD3的阳极连接；第三二极管VD3的阴极连接至UC3842芯片的第7引脚。

开关管Q2201为MOS管，MOS管的栅极为控制端、源极为第二连接端、漏极为第一连接端。

上述电压反馈电路，包括第四电阻R4、第五电阻R5、可调电阻R10、第二发光二极管LED2、以及由第七电阻R7和第八电容并联构成的RC并联电路，其中：

第四电阻R4和可调电阻R10依次连接在UC3842芯片的第7引脚与地之间；第二发光二极管LED2的阴极接地，第二发光二极管LED2的阳极经第五电阻R5后与第三二极管VD3的阳极连接；RC并联电路连接在UC3842芯片的第1引脚与第四电阻R4和可调电阻R10的公共端之间。

上述振荡电路，包括第十一电阻R11、第十一电容C11和第十二电容C12，其中：

第十一电阻R11和第十二电容C12依次连接在UC3842芯片的第8引脚与地之间，第十一电容C11连接在UC3842芯片的第8引脚与地之间，第十一电阻R11和第十二电容C12的公共端与UC3842芯片的第4引脚连接。

上述电流检测电路，包括第十三电阻R13、第十四电阻R14和第十三电容C13，其中：

第十三电容C13连接在UC3842芯片的第3引脚与地之间，第十三电阻R13和第十四电阻R14依次连接在UC3842芯片的第3引脚与地之间，第十三电阻R13和第十四电阻R14的公共端连接至开关管Q2201的第二连接端。

上述缓冲吸收电路，包括第一二极管VD1、第四二极管VD4、由第三电阻R3和第三电容C3并联组成的RC吸收电路、第九电阻R9和第十电容C10，其中：

第一二极管VD1的阳极与第二二极管VD2的阴极连接，第一二极管VD1的阴极与RC吸收电路的一端连接，RC吸收电路的另一端分别与变压器原边线圈的第二连接端和第一电感器L1远离熔断器F1的一端连接；第十电容C10和第九电阻R9依次连接在开关管Q2201的第一连接端和第二连接端之间，第四二极管VD4的阳极与第十电容C10和第九电阻R9的公共端连接，第四二极管VD4的阴极与开关管Q2201的第二连接端连接。

上述驱动电路，包括第八电阻R8和第十二电阻R12，其中：

第八电阻R8连接在开关管Q2201的控制端与UC3842芯片的第6引脚之间，第十二电阻R12连接在开关管Q2201的控制端与地之间。

上述实施例的光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路，采用单端反激式开关电源，在开关管导通时，高频变压器原边流过电流，将电能变为磁能储存；而在开关管截止时，高频变压器就将原先储存的磁能变为电能，在副边输出电能向负载供电。

单端反激式开关电源具有断续和连续2种工作模式。

单端反激式开关电源的硬件结构参见图1。

单端反激式开关电源主要由直流输入滤波电路、启动电路、电压反馈电路、振荡电路、电流检测电路、缓冲吸收电路以及UC3842的外围驱动电路组成。

当输入的直流电压发生变化时，UC3842能够通过电压反馈回路调节脉宽的占空比，使得变压器副边的直流电压保持稳定。

直流输入滤波电路，从光伏逆变器的直流母排取电，L1、L2、C1和C2的功能是滤除高频分量，获得稳定的直流输入电压，保证良好的电磁兼容性。

熔断器F1起到过流保护的作用，电路中设计了一个发光LED1用以指示直流输入。

启动电路的启动过程如下：

直流电压逐渐增大，并通过R2向电容C4、C5充电，当电容上的电压达到UC3842的启动电压16V时，UC3842开始工作。

UC3842的引脚6输出脉宽调制信号控制MOSFET执行高频的开关动作，从而使得变压器不停地充放电并将电磁能量传递到副边，此后反馈绕组的交流输出经过VD2和VD3整流滤波后接替启动过程中的直流电压为UC3842供电。

电压反馈电路为保证输出直流电压的稳定性，取高频变压器的一个副边绕组作为电压反馈回路。

开关电源正常工作时，变压器反馈绕组的输出经过VD2和VD3整流滤波后一方面为UC3842供电，另一方面经过R4和可调电阻R10的分压作为电压反馈输入UC3842内部误差放大器的反向输入端，此处设置另一个LED2用以指示反馈。

此外，UC3842的引脚1和引脚2之间外接RC并联电路形成PI补偿电路，用以改善其闭环和频率特性。

当输出电压增大时，引脚2的输入增加，UC3842据此调节输出脉宽的占空比以保证输出电压保持稳定。

R10设计为可调电阻，可以在调试时调节各路直流电压的输出大小。

同时，R2、R4、R10的配合还可以决定系统的启动电压。

振荡电路，由R11、C11和C12组成，用UC3842引脚8的基准参考电压输出，使得R11和C12形成振荡电路，C11起旁路滤波的作用，振荡的锯齿波形接入引脚4决定其电源的开关频率。

开关频率过大则增加开关管损耗和发热，开关频率太小不利于发挥高频变压器体积小的特性，输出直流脉动大，取R11=20kΩ，C12=2.2nF，振荡频率f=1.72×103/20×2.2）=40（kHz）。

电流检测电路用于检测开关管流过的电流，通过电流取样电阻R14将电流信号转为电压信号，通过R13和C13滤除尖峰后接入UC3842引脚3，形成电流反馈环节并参与调节脉冲序列的输出。

当检测到R14上的电压超过1V时，UC3842过流保护功能启动，不再输出脉冲，起到保护作用。

C13，可以用2-3个小电容并联进一步减小噪声。

缓冲吸收电路由并联的RC吸收电路，VD4、R9、C10组成，同时对于单端反激式电源的高频变压器原边绕组，设计了VD1、R3、C3组成的吸收电路起到保护作用。

驱动电路由UC3842的引脚6外接驱动电阻R8驱动栅极，R12的作用在于限制峰值驱动电流。

综上所述，本实用新型上述各实施例的光伏逆变器用单端反激式开关电源原边电路，至少可以达到以下有益效果：

输出直流电压纹波在可以接受的范围内，能够适应输入直流电压的大范围波动，可以长期稳定地在不同直流输入时保证为逆变器稳定供电，其电路具有较强的通用性、外围电路简单、安装与调试简便、性能优良、价格低等优点。

最后应说明的是：

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。

凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

说明书附图

图1