5kW光伏逆變電源DC-DC模塊的設計

摘要：介紹了5kW光伏逆變電源直流模塊主電路和控制電路的設計，對主變壓器、主開關管、輸出二極管和諧振電容、電感參數進行了計算，得出了仿真波形。 敘詞：電源，移相全橋，零電壓開關，UC3879 Abstract：The main circuit and control circuit design of the DC-DC module in this power supply is introduced. Giving the calculation of the main transformer、main ON-OFF 、output diode 、resonant capacitor and inductance, also the emulation waves. Keyword：Power Supply, Phase-shifted and Full Bridge, Zero-Voltage-Switching, UC387
0 引言

　　光伏戶用電源系統，由光伏陣列、充電控制器、蓄電池放電控制器和逆變電源五部分組成。如圖1所示。

　　圖1　 光伏逆變電源系統結構框圖
　　目前光伏逆變電源多采用高頻變換，通過高頻DC-DC變換技術，先將低壓直流變為高頻低壓交流，經過高頻變壓器升壓后再整流成高壓直流，若對其進行正弦變換，即可得到50Hz、220V正弦波交流電。但因采用高頻變換，因而體積小、重量輕、噪音小、效率高。

　　隨著諧振開關電源的發展，諧振變換也被用在逆變電源系統中，即構成了諧振型高效逆變電源。該逆變電源是在DC-DC變換中采用了零電壓開關技術，因而開關損耗基本上可以消除，即使當開關頻率超過1MHz以上后，電源的效率也不會明顯降低。本文選用移相控制全　橋零電壓開關PWM變換器作為DC-DC升壓環節。本設計就針對DC-DC模塊進行詳細設計。

設計指標如下：
1。輸入直流電壓44V~48V；
2。輸出直流電壓為350V，輸出電流14A；
3。最大輸出功率：5000W；

1　主電路設計

1.1 主電路拓撲

圖2　 Phase-shifted FB ZVS主電路拓撲

　　圖2是移相控制全橋零電壓開關PWM變換器電路原理圖。其中，Vin 為輸入直流電壓，D1-D4分別為Q1-Q4的內部寄生二極管，C1-C4分別為Q1-Q4的寄生電容或外接電容，Lr是諧振電感，它包括變壓器的漏感。Q1和Q2組成的橋臂為超前橋臂,Q3和Q4組成的橋臂為滯后橋臂。開關頻率為100KHZ。

1.2　高頻變壓器原副邊變比

　　為了在規定的輸入電壓范圍內能夠輸出所要求的電壓，變壓器的變比應按最低輸入電壓Vin選擇。考慮到移相控制存在副邊占空比丟失現象，選擇副邊占空比為0.85，則可技術出副邊電壓Vsec(min)為：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

其中，V0是輸出直流電壓，VD是輸出整流二極管的通態壓降，VL是輸出濾波電感上的直流壓降。故變壓器原副邊變比為：

，選擇變比為 K=1/10。

1.3　主功率管的選擇

　　本直流升壓環節選用MOSFET作為功率開關管來構成全橋電路。由于輸入直流電壓最大值為48V，原邊電流最大值為

。根據經驗，此升壓電路功率開關管選用FAIRCHILD公司的FQA160N08,其漏源電壓為80V，正常漏極電流為160A。其溝道電阻Rds(on)=0.0056Ω。

1.4　諧振電容