摘 要: 根據(jù)太陽能電池在光照不足時無法對蓄電池正常充電的情況,經(jīng)過分析,確定采用Boost電路的DC-DC變換電路來解決太陽能電池的不穩(wěn)定問題。針對DC-DC變換電路的特點,設計了電源輸入電路、脈寬調制電路以及推挽電路,應用Multisim軟件對電路進行了仿真。各部分電路的仿真結果證明了該方案的可行性。
關鍵詞: 太陽能;DC-DC;Boost電路;脈寬調制
隨著太陽能發(fā)電技術的發(fā)展,太陽能電池已在交通、通信、家庭燈具電源、衛(wèi)星、航天器的電源系統(tǒng)等很多領域被廣泛使用。它是一種很有前途的新型電源,具有永久性、清潔性和靈活性等優(yōu)點。但太陽能電池也存在不穩(wěn)定性,這將導致在晝夜、不同天氣等條件下對負載正常供電產(chǎn)生影響,同時,在日照不足時蓄電池的儲能也存在不能工作的問題。針對這個問題,國內也有關于太陽能電池升壓控制電路的相關設計,但只給出了主體設計及充電電路,未進行深入的分析與驗證。本文根據(jù)DC-DC變換電路的特點,設計了電源輸入電路、脈寬調制電路以及推挽電路,通過Multisim軟件對各部分電路進行仿真,驗證了該方案的可行性。
1 設計方案
單節(jié)太陽能電池最低電壓一般在0.4 V~0.7 V之間,將20節(jié)太陽能電池串聯(lián)起來,當光照不足時,該電源產(chǎn)生的電壓約為9 V,為了將電壓升高至14 V,直接對12 V的蓄電池充電,本文設計了一款DC-DC升壓電路,該電路主要由脈寬調制控制和推挽電路兩部分組成,主要設計框圖如圖1所示。
由圖1可見,太陽能電池輸出的直流電壓經(jīng)濾波除掉噪聲干擾后,由脈寬調制控制器實現(xiàn)脈寬調制。經(jīng)推挽變換器和濾波電路后輸出直流電壓。輸出電壓與反饋控制電路進行比較,如輸出電壓為14 V,可直接對蓄電池充電;如小于14 V,則經(jīng)升壓電路升壓至14 V后對蓄電池充電,由此可保持電源持續(xù)工作。
2 電路的設計與仿真
2.1 電源輸入濾波電路設計
電源輸入濾波電路主要是抑制直流公共電源噪聲耦合,去除串入電源的外來干擾噪聲,并可抑制電路自身因電流或電壓變化產(chǎn)生的噪聲對鄰近電路之間通過電源的耦合干擾。電路中C2采用低阻電解電容,C1采用高頻特性好的瓷片或聚苯乙烯電容[1],如圖2所示。
2.3 推挽變換器的設計
推挽電路結構如圖4所示,它由逆變器(DC-AC)、高頻整流濾波電路(AC-DC)及控制驅動電路組成。兩個高頻開關三極管TIP41A和變壓器組成推挽逆變電路,將直流輸入變換為高頻方波脈沖,其中,開關三極管也有電流放大的作用,二次側輸出的高頻正負脈沖電壓經(jīng)二極管整流成2倍于開關管頻率的正向脈沖[3-4]。
對推換電路進行仿真,結果如圖5所示。由圖可知,開關管在關斷瞬間會產(chǎn)生很高的電壓尖峰脈沖,反向恢復過程中也會出現(xiàn)很高的反向恢復電壓尖峰脈沖。這是
濾波電路參數(shù)設定后,用Multisim軟件進行仿真,結果如圖8所示。由仿真波形可以看出,該電路能在極短時間內升壓至設定電壓值,而且經(jīng)過LC濾波電路平滑高頻,輸出穩(wěn)定直流電壓,可見該升壓電路對輸入電壓有很好的調節(jié)作用;對所設計的緩沖、濾波等電路的電子元件的選擇是合理的;功率器件也符合該升壓電路的設計要求。由此可以說明,本文的設計方法正確,結果符合設計要求。
本文以太陽能電池升壓電路為研究對象,根據(jù)太陽能的不穩(wěn)定性問題,確定了以Boost電路的DC-DC變換電路為解決方案。對濾波電路、脈寬調制電路、推挽變換器和整流濾波電路進行了分析和設計。用Multisim軟件對電路進行了仿真,結果證明本文的設計在理論上是可行的。該設計性能可靠、結構相對簡單、成本低、重量輕、體積小,具有較大的應用潛力。
參考文獻
[1] 張占松,蔡宣三.開關電源的原理與設計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.
[2] 李桂丹,高晗瓔,張春喜.基于SG3525的DC/DC直流變換器的研究[J].通信電源技術,2008,25(5):28-30.
[3] 李雪蓮,陳軼萌.一種低壓DC-DC升壓電路的設計和實現(xiàn)[J].軟件導刊,2010,9(3):80-81.
[4] 吳建進,魏學業(yè),袁磊.一種推挽式直流升壓電路的設計[J].電氣自動化,2011,33(2):54-56.
[5] 王川川,趙錦成,臧巨輪.基于單片機的DC-DC升壓電路設計與仿真[J].軍械工程學院學報,2009,21(5):55-59.