摘 要： 根據(jù)太陽(yáng)能電池在光照不足時(shí)無(wú)法對(duì)蓄電池正常充電的情況，經(jīng)過(guò)分析，確定采用Boost電路的DC-DC變換電路來(lái)解決太陽(yáng)能電池的不穩(wěn)定問(wèn)題。針對(duì)DC-DC變換電路的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了電源輸入電路、脈寬調(diào)制電路以及推挽電路，應(yīng)用Multisim軟件對(duì)電路進(jìn)行了仿真。各部分電路的仿真結(jié)果證明了該方案的可行性。
關(guān)鍵詞： 太陽(yáng)能；DC-DC；Boost電路；脈寬調(diào)制
隨著太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)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(lǐng)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(diǎn)。但太陽(yáng)能電池也存在不穩(wěn)定性，這將導(dǎo)致在晝夜、不同天氣等條件下對(duì)負(fù)載正常供電產(chǎn)生影響，同時(shí)，在日照不足時(shí)蓄電池的儲(chǔ)能也存在不能工作的問(wèn)題。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)也有關(guān)于太陽(yáng)能電池升壓控制電路的相關(guān)設(shè)計(jì)，但只給出了主體設(shè)計(jì)及充電電路，未進(jìn)行深入的分析與驗(yàn)證。本文根據(jù)DC-DC變換電路的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了電源輸入電路、脈寬調(diào)制電路以及推挽電路，通過(guò)Multisim軟件對(duì)各部分電路進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了該方案的可行性。
1 設(shè)計(jì)方案
單節(jié)太陽(yáng)能電池最低電壓一般在0.4 V~0.7 V之間，將20節(jié)太陽(yáng)能電池串聯(lián)起來(lái)，當(dāng)光照不足時(shí)，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(duì)12 V的蓄電池充電，本文設(shè)計(jì)了一款DC-DC升壓電路，該電路主要由脈寬調(diào)制控制和推挽電路兩部分組成，主要設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。
由圖1可見(jiàn)，太陽(yáng)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(diào)制控制器實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)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(jìn)行比較，如輸出電壓為14 V，可直接對(duì)蓄電池充電；如小于14 V，則經(jīng)升壓電路升壓至14 V后對(duì)蓄電池充電，由此可保持電源持續(xù)工作。
2 電路的設(shè)計(jì)與仿真
2.1 電源輸入濾波電路設(shè)計(jì)
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(lái)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(duì)鄰近電路之間通過(guò)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(shè)計(jì)
推挽電路結(jié)構(gòu)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(qū)動(dòng)電路組成。兩個(gè)高頻開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)三極管也有電流放大的作用，二次側(cè)輸出的高頻正負(fù)脈沖電壓經(jīng)二極管整流成2倍于開(kāi)關(guān)管頻率的正向脈沖[3-4]。
對(duì)推換電路進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖5所示。由圖可知，開(kāi)關(guān)管在關(guān)斷瞬間會(huì)產(chǎn)生很高的電壓尖峰脈沖，反向恢復(fù)過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)很高的反向恢復(fù)電壓尖峰脈沖。這是
濾波電路參數(shù)設(shè)定后，用Multisim軟件進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖8所示。由仿真波形可以看出，該電路能在極短時(shí)間內(nèi)升壓至設(shè)定電壓值，而且經(jīng)過(guò)LC濾波電路平滑高頻，輸出穩(wěn)定直流電壓，可見(jiàn)該升壓電路對(duì)輸入電壓有很好的調(diào)節(jié)作用；對(duì)所設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要求。由此可以說(shuō)明，本文的設(shè)計(jì)方法正確，結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。
本文以太陽(yáng)能電池升壓電路為研究對(duì)象，根據(jù)太陽(yáng)能的不穩(wěn)定性問(wèn)題，確定了以Boost電路的DC-DC變換電路為解決方案。對(duì)濾波電路、脈寬調(diào)制電路、推挽變換器和整流濾波電路進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。用Multisim軟件對(duì)電路進(jìn)行了仿真，結(jié)果證明本文的設(shè)計(jì)在理論上是可行的。該設(shè)計(jì)性能可靠、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、成本低、重量輕、體積小，具有較大的應(yīng)用潛力。
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