开关电源应用之光伏系统用中小功率逆变电源的现状与展望

中小功率逆变电源是户用独立沟通光伏体系中重要的环节之一,其牢靠性和功率对推行光伏体系、有效用能、下降体系造价至关重要,因此各国的光伏专家们一向在尽力开发适于户用的逆变电源,以促使该职业十分好更快地开展。
  2 光伏体系用中小功率逆变电源的技能现状 

  逆变电源按改换方法可分为工频改换和高频改换。工频改换是运用分立器材或集成块发生50Hz方波信号,然后运用该信号去推进功率开关管,运用工频升压变压器发生220V沟通电。这种逆变电源布局简略,作业牢靠,但因为电路布局本身的缺陷,不适合于带理性负载,如电冰箱、电风扇、水泵、日光灯等。别的,这种逆变电源因为选用了工频变压器,因此体积大、粗笨、报价高。当前首要用在大型太阳能光伏电站。

  20世纪70年代前期,20kHzPWM型开关电源的应用在世界上引起了所谓“20kHz电源技能革命”。这种改换思维其时即被用在逆变电源体系中,但因为其时的功率器材昂贵,且损耗大,高频高效逆变电源的研讨一向处于阻滞状况。到了80年代今后,跟着功率MOSFET技能的日趋老练及磁性材料质量的进步,高频改换逆变电源才走向商场(1)。

  高频改换逆变电源是通过高频DC/DC改换技能,先将低压直流变为高频低压沟通,通过脉冲变压器升压后再整流成高压直流。因为在DC/DC改换中选用了PWM技能,因此在此可得到一安稳的直流电压,运用该电压可直接驱动沟通节能灯、白炽灯、彩电等负载。若对该高压直流进行类正弦改换或正弦改换,即可得到220V、50Hz类正弦波沟通电或220V、50Hz正弦波沟通电。这种逆变器因为选用高频改换(现多为20kHz~200kHz),因此体积小、重量轻,再因为选用了二次调宽及二次稳压技能,因此输出电压十分安稳,负载能力强,性能报价比高,是当前可再生能源发电体系中首选商品。在国外发达国家的中小沟通光伏体系中得到遍及的运用,但在国内,因为技能方面的缘由及商场的混乱,一些逆变电源厂家一向在推行工频改换逆变电源,有的为了下降本钱乃至运用低硅硅钢片,这样的逆变电源充满商场,使得沟通光伏体系的归纳本钱升高,将会阻止沟通光伏体系的推行,这对职业的开展是很晦气的。

  3 国内高频改换中小功率逆变电源存在疑问剖析 

  3.1 牢靠性 

  当前,高频改换中小功率逆变电源存在的疑问首要是牢靠性不高。咱们多年的研讨,出产及运用说明:影响高频改换中小功率逆变电源寿数的首要因素有电解电容器、光电耦合器及磁性材料(2)。

  实践证明:寻求寿数的延长要从规划方面着手,而不是依赖于运用方。下降器材的结温,削减器材的电应力,下降运转电流及选用优质的磁性材料等办法可大大进步其牢靠性。国内之所以有人对高频改换逆变电源的牢靠性发生置疑,一个重要的缘由是一些厂家为了下降本钱而仍运用70年代研发的第一代磁性材料,如TDK的H35、FDK的H45等,因为这种磁性材料的饱满磁通密度及居里温度点较低,因此在功率较大时长时刻运用很容易出故障。咱们运用80年代中后期研发的第三代磁性材料,如TDK的H7C4、FDK的H63B和H45C、西门子的N47和N67,不光能有效地进步改换功率(3),并且大大进步了逆变电源牢靠性。事实上,彩电及计算机中运用的开关电源也证明了高频改换方法的牢靠性。用户的长时刻运用也证明了咱们当前出产的高频改换中小功率逆变电源具有高的牢靠性和功率,彻底可与MASTERVOLT等大公司的商品相媲美。

  3.2 功率 

  要进步逆变电源的功率,就必须减小其损耗。逆变电源中的损耗一般可分为两类:导通损耗和开关损耗。导通损耗是因为器材具有必定的导通电阻Rds,因此当有电流流过期将会发生必定的功耗,损耗功率Pc由下式计算:Pc=I2×Rds。在器材注册和关断过程中,器材不只流过较大的电流,并且还接受较高的电压,因此器材也将发生较大的损耗,这种损耗称为开关损耗。开关损耗可分为注册损耗、关断损耗和电容放电损耗。

  注册损耗:

  Pon=(1/2)×Ip×Vp×ts×f;

  关断损耗:

  Poff=1/2×Ip×Vp×ts×f;

  电容放电损耗:

  Pcd=(1/2)×Cds×Vc2×f;

  总的开关损耗:

  Pcf=Ip×Vp×ts×f+(1/2)×Cds×Vc2×f。

  式中:Ip为器材开关过程中流过的电流最大值;Vp为器材开关过程中接受的电压最大值;ts为注册关断时刻;f为作业频率;Cds为功率MOSFET的漏源寄生电容。

  现代电源理论指出:要减小上述这些损耗,就必须对功率开关管施行零电压或零电流改换,即选用谐振型改换布局。

  4 光伏体系用中小功率逆变电源的开展展望 

  跟着谐振开关电源的开展,谐振改换的思维也被用在逆变电源体系中,即构成了谐振型高效逆变电源。该逆变电源是在DC/DC改换中选用了零电压或零电流开关技能,因此开关损耗基本上能够消除,即便当开关频率超越1MHz以上后,电源的功率也不会显着下降。试验证明:在作业频率相同的情况下,谐振型改换的损耗可比非谐振型改换下降30%~40%。当前,谐振型电源的作业频率可达500kHz到1MHz。

  别的值得注意的是,光伏体系用中小功率逆变电源的研讨正朝着模块化方向开展,即选用不一样的模块组合,就可构成不一样的电压、波形改换体系。

  毫无疑问,光伏体系用中小功率逆变电源会选用高频改换电路布局。在一些技能细节上,也会有别于其它场合运用的逆变电源,如除了寻求高牢靠、高功率外,还应针对光伏职业的特色,将操控、逆变有效地合二为一,即光伏逆变电源在规划上应具有过压、欠压、短路、过热、极性接反等维护功能。这样做不光下降了体系的造价,并且进步了体系的牢靠性(4)。

  5结语 

  跟着光伏体系的不断标准,高频改换中小功率逆变电源将会得到商场的逐渐认可,它的运用将会推进光伏职业的良性开展。 

 
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