一種光伏接口電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種光伏接口電路，其用于光伏最大功率跟蹤系統(tǒng)中。本實(shí)用新型采用三相并聯(lián)交錯運(yùn)行的Boost電路作為太陽能電池的接口電路，三個三極管的導(dǎo)通時間相差一定時間交錯運(yùn)行。本實(shí)用新型可以有效地減小輸入輸出電流紋波幅值，減小濾波電容器及開關(guān)器件的容量進(jìn)而減小了損耗;同時當(dāng)有功率器件損耗時依然能夠保證系統(tǒng)正常工作，減少了對系統(tǒng)的維護(hù)，使系統(tǒng)的可靠性和容鉗性在很大程度上得到了改善。
【專利說明】一種光伏接口電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型關(guān)于一種光伏接口變換器，具體地說，是一種用于光伏最大功率跟蹤的交錯并聯(lián)變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源問題和環(huán)境問題的日益突出，作為清潔能源的太陽能越來越受到重視。光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率相對比較低，鑒于此，提高太陽能電池后級系統(tǒng)的工作效率是一個非常重要的設(shè)計因素，此時采用高效率的變換器成為了關(guān)鍵。光伏發(fā)電系統(tǒng)對變換器的設(shè)計要求主要有以下幾點(diǎn):
[0003]1.變換器的輸入電流紋波要小。由太陽能電池的電氣特性可知，只有保證了這一點(diǎn)才能有效地控制電池板輸出功率的波動，從而提高最大功率跟蹤的效率。
[0004]2.變換器在低光照強(qiáng)度下也能保持高的轉(zhuǎn)換效率。作為太陽能電池接口電路的變換器的作用就是調(diào)節(jié)太陽能電池的輸出特性與負(fù)載的輸入特性，使負(fù)載以最大的功率從太陽能電池吸收能量。
[0005]3.變換器在較大的功率范圍內(nèi)正常地工作。由于太陽能電池在一天的工作中，輸出的功率在零到額定功率范圍內(nèi)時時的變化，這就要求作為太陽能電池接口電路的變換器能在這個功率范圍內(nèi)保證正常工作。
[0006]通常的Boost變換器作為太陽能電池的接口電路，如圖1所示，典型的boost電路包括一個直流電源Vpv，直流電源的正極連接一個電感L1的第一端，電感L1的第二端分別連接一個二極管D1的正極和一個三極管S1的集電極，二極管D1的負(fù)極連接一個電容C2的第一端，電容C2的第二端以及三極管S1的發(fā)射極均連接至直流電源Vpv的負(fù)極。其中，電容C2的兩端作為輸出端，用于連接負(fù)載電阻RlMd。在直流電源兩端還可以連接一個輸入濾波電容C1，用于吸收變換單元向光伏電池板索取的高幅值脈動電流，使直流電壓波動保持在允許范圍內(nèi)，當(dāng)電池陣列工作在低光照強(qiáng)度時，變換器有可能進(jìn)入斷續(xù)工作模式，這樣會導(dǎo)致功率器件的工作失效，增大電流紋波系數(shù)并且增加電流傳導(dǎo)損耗。另外對于通常的單向Boost變換器，當(dāng)功率器件損壞時，整個接口電路將停止工作，導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007](一 )要解決的技術(shù)問題
[0008]本實(shí)用新型所要解決的一個技術(shù)問題是彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的光伏接口電路輸入輸出電流紋波幅值大，損耗大且穩(wěn)定性較差的不足。
[0009]( 二 )技術(shù)方案
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出一種光伏接口電路，包括直流電源(Vpv)、第一電感(U)、第二電感(L2)、第三電感(L3)、第一二極管(D1)、第二二極管(D2)、第三二極管(D3)、第一三極管(S1)、第二三極管(S2)、第三三極管(S3)、輸出端電容(C2)和信號延遲器，其中，所述直流電源(Vpv)的正極分別連接所述第一電感(L1)的第一端、第二電感(L2)的第一端和第三電感(L3)的第一端；所述第一電感(L1)的第二端分別連接所述第一二極管(D1)的正極和所述第一三極管(S1)的集電極，所述第二電感(L2)的第二端分別連接所述第二二極管(D2)的正極和所述第二三極管(S2)的集電極，所述第三電感(L3)的第二端分別連接所述第三二極管(D3)的正極和所述第三三極管(S3)的集電極；所述第一二極管(D1)、第二二極管(D2)和第三二極管(D3)的負(fù)極均連接所述輸出端電容(C2)的第一端；所述輸出端電容(C2)的第二端以及所述第一三極管(SJ、第二三極管(S2)、第三三極管(S3)、的發(fā)射極均連接至所述直流電源(Vpv)的負(fù)極；所述輸出端電容(C2)的兩端作為該光伏接口電路的輸出端口 ；所述信號延遲器用于將光伏最大功率跟蹤方波信號分成三路，一路不加延遲，另一路加入三分之一個開關(guān)周期的延遲，第三路加入三分之二個開關(guān)周期延遲，使三路信號分別相差120°，并將該三路信號分別輸入至所述第一三極管餌)、第二三極管(S2)和第三三極管(S3)的基極。
[0011 ] 根據(jù)本實(shí)用新型的一種【具體實(shí)施方式】，該光伏接口電路還包括一個輸入濾波電容(C1),其連接于所述直流電源(Vpv)的兩端。
[0012](三)有益效果
[0013]本實(shí)用新型可以有效地減小輸入輸出電流紋波幅值，減小了濾波電容器及開關(guān)器件的容值，減小了損耗；同時當(dāng)有功率器件損耗時依然能夠保證系統(tǒng)正常工作，減少了對系統(tǒng)的維護(hù)，使系統(tǒng)的可靠性和容錯性在很大程度上得到了改善。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為現(xiàn)有的Boost電路的電路圖；
[0015]圖2為三相并聯(lián)交錯運(yùn)行Boost電路應(yīng)用于光伏系統(tǒng)；
[0016]圖3為三相交錯并聯(lián)運(yùn)行電感電流疊加分析波形；
[0017]圖4為兩相交錯并聯(lián)運(yùn)行電感電流疊加分析波形。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0019]本實(shí)用新型提出的光伏接口電路采用三相并聯(lián)交錯運(yùn)行的Boost電路。具體來說，本實(shí)用新型的接口電路包括三路相同的Boost電路，并且該三路Boost電路共用相同的直流電源和輸出端的電容，而各Boost電路分別具有一個電感、一個二極管和一個三極管，且各Boost電路的電感、二極管和三極管組成的電路部分則相互并聯(lián)。Boost電路的三極管也管開關(guān)管，本實(shí)用新型使三個開關(guān)管的導(dǎo)通時間相差一定時間，實(shí)現(xiàn)交錯運(yùn)行。
[0020]圖2顯示了本實(shí)用新型的光伏接口電路的電路圖。如圖2所示，本實(shí)用新型的接口電路包括三個Boost電路，三個Boost電路共用一個直流電源Vpv和輸出端電容C2，第一Boost電路還包括電感L1、二極管D1和三極管S1，第二 Boost電路還包括電感L2、二極管D2和三極管S2，第三Boost電路還包括電感L3、二極管D3和三極管S3。各Boost電路的電感、二極管和三極管組成的電路部分則相互并聯(lián)。
[0021]具體來說，本實(shí)用新型的光伏接口電路包括一個直流電源Vpv，直流電源Vpv的正極分別連接第一電感L1、第二電感L2和第三電感L3的第一端，第一電感L1的第二端分別連接第一二極管D1的正極和第一三極管S1的集電極，第二電感L2的第二端分別連接第二二極管D2的正極和第二三極管S2的集電極，第三電感L3的第二端分別連接第三二極管D3的正極和第三三極管S3的集電極，第一二極管D1、第二二極管D2和第三二極管D3的負(fù)極均連接輸出端電容C2的第一端，輸出端電容C2的第二端以及各三極管SpS2、S3的發(fā)射極均連接至直流電源Vpv的負(fù)極。輸出端電容C2的兩端作為輸出端口，用于連接負(fù)載電阻RlMd。
[0022]本實(shí)用新型的光伏接口電路還包括一個信號延遲器(圖中未顯示)，其用于將一路觸發(fā)脈沖變?yōu)槿酚|發(fā)脈沖，具體來說，其將信號發(fā)生器得到的光伏最大功率跟蹤方波信號分成三路，一路不加延遲，另一路加入三分之一個開關(guān)周期的延遲，第三路加入三分之二個開關(guān)周期延遲，使三路信號分別相差120°，并將該三路信號分別輸入至所述三極管S1^ S2和S3的基極，這樣使得三路電感電流紋波也相差120°，疊加之后波峰與波谷之間相互抵消，減小輸出紋波。
[0023]同樣，在直流電源Vpv的兩端還可以連接一個輸入濾波電容仏，用于吸收變換單元向光伏電池板索取的高幅值脈動電流，使直流電壓波動保持在允許范圍內(nèi)。
[0024]圖2為三相交錯運(yùn)行Boost變換器工作在連續(xù)狀態(tài)占空比D=0.2時，某一時段的三相主電感電流和疊加后的電流波形。從圖2可見，三相Boost交錯運(yùn)行時，波形各差120°，經(jīng)過疊加后使總紋波大大減小，同時紋波頻率增大為原來的3倍，使輸出波形更為平滑。
[0025]此外，當(dāng)一路開關(guān)器件損壞導(dǎo)致無法正常工作時，本實(shí)用新型的電路中的其余兩相仍能使系統(tǒng)正常穩(wěn)定工作。當(dāng)檢測到故障時，控制PWM波發(fā)生器，使其輸出的兩相有效脈沖由原來的120°增加到180°，即半個開關(guān)中期。由于元件選型時會按照額定值的1.5~2倍選取，故兩相運(yùn)行時即使每相電流增大到原來的1.5倍，仍能正常運(yùn)行。輸出電流紋波較三相運(yùn)行時相比雖有所增加，但與單相運(yùn)行相比仍有效地減小了紋波。這樣就充分發(fā)揮三相交錯運(yùn)行的優(yōu)勢，大大減小了輸出電流紋波，減少系統(tǒng)維護(hù)，使系統(tǒng)的可靠性和容錯性在很大程度上得到了改善。
[0026]圖3為兩相運(yùn)行時某一時段的各主電感電流和疊加后的電流波形。如圖3所示，兩相運(yùn)行時，脈沖間隔由120°變?yōu)?80°，電流波形也相應(yīng)相差180°，經(jīng)疊加后的電流紋波較三相運(yùn)行時相比雖有所增加，但與單相運(yùn)行相比仍有效地減小了紋波，增加了系統(tǒng)可靠性。
[0027]由上可知，本實(shí)用新型與圖1所示的普通的單相Boost電路具有相同的輸出特性，雖然此拓?fù)湓黾恿似骷?shù)量，但電路的性能得到了提高。
[0028]以上所述的具體實(shí)施例，對本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏接口電路，包括直流電源(Vpv)、第一電感(U)、第二電感(L2)、第三電感(L3)、第一二極管(D1)、第二二極管(D2)、第三二極管(D3)、第一三極管⑶)、第二三極管(S2)、第三三極管(S3)、輸出端電容(C2)和信號延遲器，其中， 所述直流電源(Vpv)的正極分別連接所述第一電感(L1)的第一端、第二電感(L2)的第一端和第三電感(L3)的第一端； 所述第一電感(L1)的第二端分別連接所述第一二極管(D1)的正極和所述第一三極管(S1)的集電極，所述第二電感(L2)的第二端分別連接所述第二二極管(D2)的正極和所述第二三極管(S2)的集電極，所述第三電感(L3)的第二端分別連接所述第三二極管(D3)的正極和所述第三三極管(S3)的集電極； 所述第一二極管(D1)、第二二極管(D2)和第三二極管(D3)的負(fù)極均連接所述輸出端電容(C2)的第一端； 所述輸出端電容(C2)的第二端以及所述第一三極管(Si)、第二三極管(S2)、第三三極管(S3)、的發(fā)射極均連接至所述直流電源(Vpv)的負(fù)極； 所述輸出端電容(C2)的兩端作為該光伏接口電路的輸出端口 ； 所述信號延遲器用于將光伏最大功率跟蹤方波信號分成三路，一路不加延遲，另一路加入三分之一個開關(guān)周期的延遲，第三路加入三分之二個開關(guān)周期延遲，使三路信號分別相差120°，并將該三路信號分別輸入至所述第一三極管(S1)、第二三極管(S2)和第三三極管(S3)的基極。
2.如權(quán)利要求1所述的光伏接口電路，其特征在于，還包括一個輸入濾波電容(C1)，其連接于所述直流電源(Vpv)的兩端。
【文檔編號】H02M1/42GK203645531SQ201320692738
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】趙向陽, 周銳 申請人:北京航天航空大學(xué)