開關(guān)電源應(yīng)用之光伏系統(tǒng)用中小功率逆變電源的現(xiàn)狀與展望
中小功率逆變電源是戶用獨(dú)立溝通光伏體系中重要的環(huán)節(jié)之一，其牢靠性和功率對(duì)推行光伏體系、有效用能、下降體系造價(jià)至關(guān)重要，因此各國的光伏專家們一向在盡力開發(fā)適于戶用的逆變電源，以促使該職業(yè)十分好更快地開展。
2 光伏體系用中小功率逆變電源的技能現(xiàn)狀
逆變電源按改換方法可分為工頻改換和高頻改換。工頻改換是運(yùn)用分立器材或集成塊發(fā)生50Hz方波信號(hào)，然后運(yùn)用該信號(hào)去推進(jìn)功率開關(guān)管，運(yùn)用工頻升壓變壓器發(fā)生220V溝通電。這種逆變電源布局簡(jiǎn)略，作業(yè)牢靠，但因?yàn)殡娐凡季直旧淼娜毕�，不適合于帶理性負(fù)載，如電冰箱、電風(fēng)扇、水泵、日光燈等。別的，這種逆變電源因?yàn)檫x用了工頻變壓器，因此體積大、粗笨、報(bào)價(jià)高。當(dāng)前首要用在大型太陽能光伏電站。
20世紀(jì)70年代前期，20kHzPWM型開關(guān)電源的應(yīng)用在世界上引起了所謂“20kHz電源技能革命”。這種改換思維其時(shí)即被用在逆變電源體系中，但因?yàn)槠鋾r(shí)的功率器材昂貴，且損耗大，高頻高效逆變電源的研討一向處于阻滯狀況。到了80年代今后，跟著功率MOSFET技能的日趨老練及磁性材料質(zhì)量的進(jìn)步，高頻改換逆變電源才走向商場(chǎng)（1）。
高頻改換逆變電源是通過高頻DC/DC改換技能，先將低壓直流變?yōu)楦哳l低壓溝通，通過脈沖變壓器升壓后再整流成高壓直流。因?yàn)樵贒C/DC改換中選用了PWM技能，因此在此可得到一安穩(wěn)的直流電壓，運(yùn)用該電壓可直接驅(qū)動(dòng)溝通節(jié)能燈、白熾燈、彩電等負(fù)載。若對(duì)該高壓直流進(jìn)行類正弦改換或正弦改換，即可得到220V、50Hz類正弦波溝通電或220V、50Hz正弦波溝通電。這種逆變器因?yàn)檫x用高頻改換（現(xiàn)多為20kHz～200kHz），因此體積小、重量輕，再因?yàn)檫x用了二次調(diào)寬及二次穩(wěn)壓技能，因此輸出電壓十分安穩(wěn)，負(fù)載能力強(qiáng)，性能報(bào)價(jià)比高，是當(dāng)前可再生能源發(fā)電體系中首選商品。在國外發(fā)達(dá)國家的中小溝通光伏體系中得到遍及的運(yùn)用，但在國內(nèi)，因?yàn)榧寄芊矫娴木売杉吧虉?chǎng)的混亂，一些逆變電源廠家一向在推行工頻改換逆變電源，有的為了下降本錢乃至運(yùn)用低硅硅鋼片，這樣的逆變電源充滿商場(chǎng)，使得溝通光伏體系的歸納本錢升高，將會(huì)阻止溝通光伏體系的推行，這對(duì)職業(yè)的開展是很晦氣的。
3 國內(nèi)高頻改換中小功率逆變電源存在疑問剖析
3.1 牢靠性
當(dāng)前，高頻改換中小功率逆變電源存在的疑問首要是牢靠性不高。咱們多年的研討，出產(chǎn)及運(yùn)用說明：影響高頻改換中小功率逆變電源壽數(shù)的首要因素有電解電容器、光電耦合器及磁性材料（2）。
實(shí)踐證明：尋求壽數(shù)的延長要從規(guī)劃方面著手，而不是依賴于運(yùn)用方。下降器材的結(jié)溫，削減器材的電應(yīng)力，下降運(yùn)轉(zhuǎn)電流及選用優(yōu)質(zhì)的磁性材料等辦法可大大進(jìn)步其牢靠性。國內(nèi)之所以有人對(duì)高頻改換逆變電源的牢靠性發(fā)生置疑，一個(gè)重要的緣由是一些廠家為了下降本錢而仍運(yùn)用70年代研發(fā)的第一代磁性材料，如TDK的H35、FDK的H45等，因?yàn)檫@種磁性材料的飽滿磁通密度及居里溫度點(diǎn)較低，因此在功率較大時(shí)長時(shí)刻運(yùn)用很容易出故障。咱們運(yùn)用80年代中后期研發(fā)的第三代磁性材料，如TDK的H7C4、FDK的H63B和H45C、西門子的N47和N67，不光能有效地進(jìn)步改換功率（3），并且大大進(jìn)步了逆變電源牢靠性。事實(shí)上，彩電及計(jì)算機(jī)中運(yùn)用的開關(guān)電源也證明了高頻改換方法的牢靠性。用戶的長時(shí)刻運(yùn)用也證明了咱們當(dāng)前出產(chǎn)的高頻改換中小功率逆變電源具有高的牢靠性和功率，徹底可與MASTERVOLT等大公司的商品相媲美。
3.2 功率
要進(jìn)步逆變電源的功率，就必須減小其損耗。逆變電源中的損耗一般可分為兩類：導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。導(dǎo)通損耗是因?yàn)槠鞑木哂斜囟ǖ膶?dǎo)通電阻Rds，因此當(dāng)有電流流過期將會(huì)發(fā)生必定的功耗，損耗功率Pc由下式計(jì)算：Pc=I2×Rds。在器材注冊(cè)和關(guān)斷過程中，器材不只流過較大的電流，并且還接受較高的電壓，因此器材也將發(fā)生較大的損耗，這種損耗稱為開關(guān)損耗。開關(guān)損耗可分為注冊(cè)損耗、關(guān)斷損耗和電容放電損耗。
注冊(cè)損耗：
Pon=（1/2）×Ip×Vp×ts×f;
關(guān)斷損耗：
Poff=1/2×Ip×Vp×ts×f;
電容放電損耗：
Pcd=（1/2）×Cds×Vc2×f;
總的開關(guān)損耗：
Pcf=Ip×Vp×ts×f＋（1/2）×Cds×Vc2×f。
式中：Ip為器材開關(guān)過程中流過的電流最大值；Vp為器材開關(guān)過程中接受的電壓最大值；ts為注冊(cè)關(guān)斷時(shí)刻；f為作業(yè)頻率；Cds為功率MOSFET的漏源寄生電容。
現(xiàn)代電源理論指出：要減小上述這些損耗，就必須對(duì)功率開關(guān)管施行零電壓或零電流改換，即選用諧振型改換布局。
4 光伏體系用中小功率逆變電源的開展展望
跟著諧振開關(guān)電源的開展，諧振改換的思維也被用在逆變電源體系中，即構(gòu)成了諧振型高效逆變電源。該逆變電源是在DC/DC改換中選用了零電壓或零電流開關(guān)技能，因此開關(guān)損耗基本上能夠消除，即便當(dāng)開關(guān)頻率超越1MHz以上后，電源的功率也不會(huì)顯著下降。試驗(yàn)證明：在作業(yè)頻率相同的情況下，諧振型改換的損耗可比非諧振型改換下降30％～40％。當(dāng)前，諧振型電源的作業(yè)頻率可達(dá)500kHz到1MHz。
別的值得注意的是，光伏體系用中小功率逆變電源的研討正朝著模塊化方向開展，即選用不一樣的模塊組合，就可構(gòu)成不一樣的電壓、波形改換體系。
毫無疑問，光伏體系用中小功率逆變電源會(huì)選用高頻改換電路布局。在一些技能細(xì)節(jié)上，也會(huì)有別于其它場(chǎng)合運(yùn)用的逆變電源，如除了尋求高牢靠、高功率外，還應(yīng)針對(duì)光伏職業(yè)的特色，將操控、逆變有效地合二為一，即光伏逆變電源在規(guī)劃上應(yīng)具有過壓、欠壓、短路、過熱、極性接反等維護(hù)功能。這樣做不光下降了體系的造價(jià)，并且進(jìn)步了體系的牢靠性（4）。
5結(jié)語
跟著光伏體系的不斷標(biāo)準(zhǔn)，高頻改換中小功率逆變電源將會(huì)得到商場(chǎng)的逐漸認(rèn)可，它的運(yùn)用將會(huì)推進(jìn)光伏職業(yè)的良性開展。
以上由開關(guān)電源公司提供！
2 光伏體系用中小功率逆變電源的技能現(xiàn)狀
逆變電源按改換方法可分為工頻改換和高頻改換。工頻改換是運(yùn)用分立器材或集成塊發(fā)生50Hz方波信號(hào)，然后運(yùn)用該信號(hào)去推進(jìn)功率開關(guān)管，運(yùn)用工頻升壓變壓器發(fā)生220V溝通電。這種逆變電源布局簡(jiǎn)略，作業(yè)牢靠，但因?yàn)殡娐凡季直旧淼娜毕�，不適合于帶理性負(fù)載，如電冰箱、電風(fēng)扇、水泵、日光燈等。別的，這種逆變電源因?yàn)檫x用了工頻變壓器，因此體積大、粗笨、報(bào)價(jià)高。當(dāng)前首要用在大型太陽能光伏電站。
20世紀(jì)70年代前期，20kHzPWM型開關(guān)電源的應(yīng)用在世界上引起了所謂“20kHz電源技能革命”。這種改換思維其時(shí)即被用在逆變電源體系中，但因?yàn)槠鋾r(shí)的功率器材昂貴，且損耗大，高頻高效逆變電源的研討一向處于阻滯狀況。到了80年代今后，跟著功率MOSFET技能的日趨老練及磁性材料質(zhì)量的進(jìn)步，高頻改換逆變電源才走向商場(chǎng)（1）。
高頻改換逆變電源是通過高頻DC/DC改換技能，先將低壓直流變?yōu)楦哳l低壓溝通，通過脈沖變壓器升壓后再整流成高壓直流。因?yàn)樵贒C/DC改換中選用了PWM技能，因此在此可得到一安穩(wěn)的直流電壓，運(yùn)用該電壓可直接驅(qū)動(dòng)溝通節(jié)能燈、白熾燈、彩電等負(fù)載。若對(duì)該高壓直流進(jìn)行類正弦改換或正弦改換，即可得到220V、50Hz類正弦波溝通電或220V、50Hz正弦波溝通電。這種逆變器因?yàn)檫x用高頻改換（現(xiàn)多為20kHz～200kHz），因此體積小、重量輕，再因?yàn)檫x用了二次調(diào)寬及二次穩(wěn)壓技能，因此輸出電壓十分安穩(wěn)，負(fù)載能力強(qiáng)，性能報(bào)價(jià)比高，是當(dāng)前可再生能源發(fā)電體系中首選商品。在國外發(fā)達(dá)國家的中小溝通光伏體系中得到遍及的運(yùn)用，但在國內(nèi)，因?yàn)榧寄芊矫娴木売杉吧虉?chǎng)的混亂，一些逆變電源廠家一向在推行工頻改換逆變電源，有的為了下降本錢乃至運(yùn)用低硅硅鋼片，這樣的逆變電源充滿商場(chǎng)，使得溝通光伏體系的歸納本錢升高，將會(huì)阻止溝通光伏體系的推行，這對(duì)職業(yè)的開展是很晦氣的。
3 國內(nèi)高頻改換中小功率逆變電源存在疑問剖析
3.1 牢靠性
當(dāng)前，高頻改換中小功率逆變電源存在的疑問首要是牢靠性不高。咱們多年的研討，出產(chǎn)及運(yùn)用說明：影響高頻改換中小功率逆變電源壽數(shù)的首要因素有電解電容器、光電耦合器及磁性材料（2）。
實(shí)踐證明：尋求壽數(shù)的延長要從規(guī)劃方面著手，而不是依賴于運(yùn)用方。下降器材的結(jié)溫，削減器材的電應(yīng)力，下降運(yùn)轉(zhuǎn)電流及選用優(yōu)質(zhì)的磁性材料等辦法可大大進(jìn)步其牢靠性。國內(nèi)之所以有人對(duì)高頻改換逆變電源的牢靠性發(fā)生置疑，一個(gè)重要的緣由是一些廠家為了下降本錢而仍運(yùn)用70年代研發(fā)的第一代磁性材料，如TDK的H35、FDK的H45等，因?yàn)檫@種磁性材料的飽滿磁通密度及居里溫度點(diǎn)較低，因此在功率較大時(shí)長時(shí)刻運(yùn)用很容易出故障。咱們運(yùn)用80年代中后期研發(fā)的第三代磁性材料，如TDK的H7C4、FDK的H63B和H45C、西門子的N47和N67，不光能有效地進(jìn)步改換功率（3），并且大大進(jìn)步了逆變電源牢靠性。事實(shí)上，彩電及計(jì)算機(jī)中運(yùn)用的開關(guān)電源也證明了高頻改換方法的牢靠性。用戶的長時(shí)刻運(yùn)用也證明了咱們當(dāng)前出產(chǎn)的高頻改換中小功率逆變電源具有高的牢靠性和功率，徹底可與MASTERVOLT等大公司的商品相媲美。
3.2 功率
要進(jìn)步逆變電源的功率，就必須減小其損耗。逆變電源中的損耗一般可分為兩類：導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。導(dǎo)通損耗是因?yàn)槠鞑木哂斜囟ǖ膶?dǎo)通電阻Rds，因此當(dāng)有電流流過期將會(huì)發(fā)生必定的功耗，損耗功率Pc由下式計(jì)算：Pc=I2×Rds。在器材注冊(cè)和關(guān)斷過程中，器材不只流過較大的電流，并且還接受較高的電壓，因此器材也將發(fā)生較大的損耗，這種損耗稱為開關(guān)損耗。開關(guān)損耗可分為注冊(cè)損耗、關(guān)斷損耗和電容放電損耗。
注冊(cè)損耗：
Pon=（1/2）×Ip×Vp×ts×f;
關(guān)斷損耗：
Poff=1/2×Ip×Vp×ts×f;
電容放電損耗：
Pcd=（1/2）×Cds×Vc2×f;
總的開關(guān)損耗：
Pcf=Ip×Vp×ts×f＋（1/2）×Cds×Vc2×f。
式中：Ip為器材開關(guān)過程中流過的電流最大值；Vp為器材開關(guān)過程中接受的電壓最大值；ts為注冊(cè)關(guān)斷時(shí)刻；f為作業(yè)頻率；Cds為功率MOSFET的漏源寄生電容。
現(xiàn)代電源理論指出：要減小上述這些損耗，就必須對(duì)功率開關(guān)管施行零電壓或零電流改換，即選用諧振型改換布局。
4 光伏體系用中小功率逆變電源的開展展望
跟著諧振開關(guān)電源的開展，諧振改換的思維也被用在逆變電源體系中，即構(gòu)成了諧振型高效逆變電源。該逆變電源是在DC/DC改換中選用了零電壓或零電流開關(guān)技能，因此開關(guān)損耗基本上能夠消除，即便當(dāng)開關(guān)頻率超越1MHz以上后，電源的功率也不會(huì)顯著下降。試驗(yàn)證明：在作業(yè)頻率相同的情況下，諧振型改換的損耗可比非諧振型改換下降30％～40％。當(dāng)前，諧振型電源的作業(yè)頻率可達(dá)500kHz到1MHz。
別的值得注意的是，光伏體系用中小功率逆變電源的研討正朝著模塊化方向開展，即選用不一樣的模塊組合，就可構(gòu)成不一樣的電壓、波形改換體系。
毫無疑問，光伏體系用中小功率逆變電源會(huì)選用高頻改換電路布局。在一些技能細(xì)節(jié)上，也會(huì)有別于其它場(chǎng)合運(yùn)用的逆變電源，如除了尋求高牢靠、高功率外，還應(yīng)針對(duì)光伏職業(yè)的特色，將操控、逆變有效地合二為一，即光伏逆變電源在規(guī)劃上應(yīng)具有過壓、欠壓、短路、過熱、極性接反等維護(hù)功能。這樣做不光下降了體系的造價(jià)，并且進(jìn)步了體系的牢靠性（4）。
5結(jié)語
跟著光伏體系的不斷標(biāo)準(zhǔn)，高頻改換中小功率逆變電源將會(huì)得到商場(chǎng)的逐漸認(rèn)可，它的運(yùn)用將會(huì)推進(jìn)光伏職業(yè)的良性開展。
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