中小功率逆变电源
逆变电源
"逆变"是逆变与"整流"交流电转换为直流电的方法就是整流;而直流电转换
为交流电的方法是逆变。 整流,全波整流电路就是利用二极管单向导通的特
性,用 4个二极管连成一个桥式整流电路,使输入端 E2是交流电流,其波形是
正弦波,电流方向是交变的,而输出端波形电流变为同一方向,再经过滤波电路
将波形滤掉之后可得到直流电。
是户用独立交流光伏系统中重要的环节之一,其可靠性和效率对推广光伏系统、
有效用能、降低系统造价至关重要 因而各国的光伏专家们一直在努力开发适于
户用的逆变电源
电源
电源是向电子设备提供功率的装置,也称电源供应器,它提供计算机中所有部件
所需要的电能。
,以促使该行业更好更快地发展。
光伏系统用中小功率逆变电源的技术
逆变电源按变换方式可分为工频变换和高频变换。工频变换是利用分立器件
分立器件
分立器件概念与半导体器件类似,所以也被称为半导体分立器件。从结构和
用途上来看,分立器件是二极管,光电二极管,三极管,功率晶体管以及其他半
导体器件的统称。不难看出,分立器件的发展与市场状况已经成为能够反映整个
电子业的特征。 [全文]
或集成块产生50Hz方波信号,然后利用该信号去推动功率开关
开关
开关是最常见的电子元件,功能就是电路的接通和断开。接通则电流可以通
过,反之电流无法通过。在各种电子设备、家用电器中都可以见到开关。
管,利用工频升压变压器
变压器
变压器(Transformer)是利用互感原理来改变交流电压的装置,主要构件是
初级线圈、次级线圈和铁心(磁芯)。在电器设备和无线电路中,常用作升降电
压、匹配阻抗,安全隔离等。变压器是变换电压、电流和阻抗的器件,当初级线
圈中通有交流电流时,铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通,使次级线圈中感应出
电压(或电流)。它由铁芯(或磁芯)和线圈组成,线圈有两个或两个以上的绕
组,其中接电源的绕组叫初级线圈,其余的绕组叫次级线圈。
产生220V交流电。这种逆变电源结构简单,工作可靠,但由于电路结构本身
的缺陷,不适合于带感性负载,如电冰箱、电风扇、水泵、日光灯等。另外,这
种逆变电源由于采用了工频变压器,因而体积大、笨重、价格高。目前主要用在
大型太阳能光伏电站。
20世纪70年代初期,20kHzPWM型开关电源
开关电源
开关电源 1是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,
维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制 IC
和 MOSFET构成。开关电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增
加而增长,但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于
开关电源,这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关
电源技术也在不断地创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,这为开关
电源提供了广阔的发展空间
的应用在世界上引起了所谓“20kHz电源技术*”。这种变换思想当时即被用
在逆变电源系统中,但由于当时的功率器件昂贵,且损耗大,高频高效逆变电源
的研究一直处于停滞状态。到了80年代以后,随着功率MOSFET工艺的日
趋成熟及磁性
磁性材料
磁性材料主要是指由过度元素铁,钴,镍极其合金等能够直接或间接产生磁性
的物质.
质量的提高,高频变换逆变电源才走向市场。
高频变换逆变电源是通过高频DC/DC变换技术,先将低压直流变为高频
低压交流,经过脉冲变压器
脉冲变压器
脉冲变压器用于各种脉冲电路中,其工作电压、电流等均为非正弦脉冲波。常用
的脉冲变压器有电视机的行输出变压器、行推动变压器、开关变压器、电子点火
器的脉冲变压器、臭氧发生器的脉冲变压器等。
升压后再整流成高压直流。由于在DC/DC变换中采用了PWM技术,因而在
此可得到一稳定的直流电压,利用该电压可直接驱动交流节能灯、白炽灯、彩电
等负载。若对该高压直流进行类正弦变换或正弦变换,即可得到220V、50
Hz类正弦波交流电或220V、50Hz正弦波交流电。这种逆变器
逆变器
逆变器(inverter)是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为
220v50HZ正弦或方波)。应急电源,一般是把直流电瓶逆变成 220V交流的。通
俗的讲,逆变器是一种将直流电(DC)转化为交流电(AC)的装置。它由逆变
桥、控制逻辑和滤波电路组成.广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工
具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱,录像机、
按摩器、风扇、照明等。
由于采用高频变换(现多为20kHz~200kHz),因而体积小、重量轻,
再由于采用了二次调宽及二次稳压技术,因而输出电压非常稳定,负载能力强,
性能价格比高,是目前可再生能源发电系统中首选产品。在国外发达国家的中小
交流光伏系统中得到普遍的使用,但在国内,由于技术方面的原因及市场的混乱,
一些逆变电源厂家一直在推广工频变换逆变电源,有的为了降低成本甚至使用低
硅硅钢片,这样的逆变电源充斥市场,使得交流光伏系统的综合成本升高,将会
阻碍交流光伏系统的推广,这对行业的发展是很不利的。
国内高频变换中小功率逆变电源存在问
分析
a.可靠性
目前,高频变换中小功率逆变电源存在的问题主要是可靠性不高。我们多年
的研究、生产及使用说明:影响高频变换中小功率逆变电源寿命的主要因素有电
解电容器
电容器
所谓电容器就是能够储存电荷的“容器”。只不过这种“容器”是一种特殊的物
质——电荷,而且其所存储的正负电荷等量地分布于两块不直接导通的导体板
上。至此,我们就可以描述电容器的基本结构:两块导体板(通常为金属板)中
间隔以电介质,即构成电容器的基本模型。
、光电耦合器
耦合器
耦合器是在微波系统中,能够将一路微波功率按比例分配成几路的元件。耦
合器的作用是将信号不均匀地分成几分(称为主干端和耦合端,也有的称为直通
端和耦合端),主要包括: 定向耦合器、功率分配器以及各种微波分支器件。 这
些元器件一般都是线性多端口互易网络, 因此可用微波网络理论进行分析 。
及磁性材料。
实践证明:追求寿命的延长要从设计方面着手,而不是依赖于使用方。降低
器件的结温,减少器件的电应力,降低运行电流及采用优质的磁性材料等
可
大大提高其可靠性。国内之所以有人对高频变换逆变电源的可靠性产生怀疑,一
个重要的原因是一些厂家为了降低成本而仍使用70年代研制的第一代磁性材
料,如TDK的H35、FDK的H45等,由于这种磁性材料的饱和磁通密度
及居里温度点较低,因而在功率较大时长时间使用极易出故障。我们使用80年
代中后期研制的第三代磁性材料,如TDK的H7C4、FDK的H63B和H
45C、西门子的N47和N67,不但能有效地提高转换效率,而且大大提高
了逆变电源可靠性。事实上,彩电及计算机中使用的开关电源也证明了高频变换
方式的可靠性。用户的长时间使用也证明了我们目前生产的高频变换中小功率逆
变电源具有高的可靠性和效率,完全可与MASTERVOLT等大公司的产品
相媲美。
b.效率
要提高逆变电源的效率,就必须减小其损耗。逆变电源中的损耗通常可分为
两类:导通损耗和开关损耗。导通损耗是由于器件具有一定的导通电阻
电阻
电阻,物质对电流的阻碍作用就叫该物质的电阻。电阻小的物质称为电导体,
简称导体。电阻大的物质称为电绝缘体,简称绝缘体。
Rds,因此当有电流流过时将会产生一定的功耗,损耗功率Pc由下式计算:
Pc=I2×Rds。在器件开通和关断过程中,器件不仅流过较大的电流,而
且还承受较高的电压,因此器件也将产生较大的损耗,这种损耗称为开关损耗。
开关损耗可分为开通损耗、关断损耗和电容放电损耗。
开通损耗 Pon= 1/2 ×Ip×Vp×ts×f
关断损耗 Poff=1/2×Ip×Vp×ts×f
电容放电损耗 Pcd=(1/2)×Cds×Vc2×f
总的开关损耗 Pcf=Ip×Vp×ts×f+ 1/2 ×Cds×Vc2
×f。
式中:Ip为器件开关过程中流过的电流最大值;
Vp为器件开关过程中承受的电压最大值;
ts为开通关断时间;
f为工作频率;
Cds为功率MOSFET的漏源寄生电容。
现代电源理论指出:要减小上述这些损耗,就必须对功率开关实施零电压或
零电流转换,即采用谐振型变换结构。
光伏系统用中小功率逆变电源的发展展望
随着谐振开关电源的发展,谐振变换的思想也被用在逆变电源系统中,即构
成了谐振型高效逆变电源。该逆变电源是在DC/DC变换中采用了零电压或零
电流开关技术,因而开关损耗基本上可以消除,即使当开关频率超过1MHz以
上后,电源的效率也不会明显降低。实验证明:在工作频率相同的情况下,谐振
型变换的损耗可比非谐振型变换降低30%~40%。目前,谐振型电源的工作
频率可达500kHz到1MHz。
另外值得注意的是,光伏系统用中小功率逆变电源的研究正朝着模块化方向
发展,即采用不同的模块组合,就可构成不同的电压、波形变换系统。
毫无疑问,光伏系统用中小功率逆变电源会采用高频变换电路结构。在一些
技术细节上,也会有别于其它场合使用的逆变电源,如除了追求高可靠、高效率
外,还应针对光伏行业的特点,将控制、逆变有效地合二为一,即光伏逆变电源
在设计上应具有过压、欠压、短路、过热、极性接反等保护功能。这样做不但降
低了系统的造价,而且提高了系统的可靠性。