CN203645531U - 一种光伏接口电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种光伏接口电路，其用于光伏最大功率跟踪系统中。本实用新型采用三相并联交错运行的Boost电路作为太阳能电池的接口电路，三个三极管的导通时间相差一定时间交错运行。本实用新型可以有效地减小输入输出电流纹波幅值，减小滤波电容器及开关器件的容量进而减小了损耗;同时当有功率器件损耗时依然能够保证系统正常工作，减少了对系统的维护，使系统的可靠性和容钳性在很大程度上得到了改善。

Description

一种光伏接口电路
技术领域
本实用新型关于一种光伏接口变换器，具体地说，是一种用于光伏最大功率跟踪的交错并联变换器。 
背景技术
随着能源问题和环境问题的日益突出，作为清洁能源的太阳能越来越受到重视。光伏发电系统中，太阳能电池的光电转换效率相对比较低，鉴于此，提高太阳能电池后级系统的工作效率是一个非常重要的设计因素，此时采用高效率的变换器成为了关键。光伏发电系统对变换器的设计要求主要有以下几点： 
1.变换器的输入电流纹波要小。由太阳能电池的电气特性可知，只有保证了这一点才能有效地控制电池板输出功率的波动，从而提高最大功率跟踪的效率。 
2.变换器在低光照强度下也能保持高的转换效率。作为太阳能电池接口电路的变换器的作用就是调节太阳能电池的输出特性与负载的输入特性，使负载以最大的功率从太阳能电池吸收能量。 
3.变换器在较大的功率范围内正常地工作。由于太阳能电池在一天的工作中，输出的功率在零到额定功率范围内时时的变化，这就要求作为太阳能电池接口电路的变换器能在这个功率范围内保证正常工作。 
通常的Boost变换器作为太阳能电池的接口电路，如图1所示，典型的boost电路包括一个直流电源VPv，直流电源的正极连接一个电感L1的第一端，电感L1的第二端分别连接一个二极管D1的正极和一个三极管S1的集电极，二极管D1的负极连接一个电容C2的第一端，电容C2的第二端以及三极管S1的发射极均连接至直流电源VPv的负极。其中，电容C2的两端作为输出端，用于连接负载电阻Rload。在直流电源VPv的两端还可以连接一个输入滤波电容C1，用于吸收变换单元向光伏电池板索取的高幅值 脉动电流，使直流电压波动保持在允许范围内，当电池阵列工作在低光照强度时，变换器有可能进入断续工作模式，这样会导致功率器件的工作失效，增大电流纹波系数并且增加电流传导损耗。另外对于通常的单向Boost变换器，当功率器件损坏时，整个接口电路将停止工作，导致系统稳定性较差。 
实用新型内容
(一)要解决的技术问题 
本实用新型所要解决的一个技术问题是弥补现有技术的光伏接口电路输入输出电流纹波幅值大，损耗大且稳定性较差的不足。 
(二)技术方案 
为解决上述技术问题，本实用新型提出一种光伏接口电路，包括直流电源(VPv)、第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三电感(L3)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第一三极管(S1)、第二三极管(S2)、第三三极管(S3)、输出端电容(C2)和信号延迟器，其中，所述直流电源(VPv)的正极分别连接所述第一电感(L1)的第一端、第二电感(L2)的第一端和第三电感(L3)的第一端；所述第一电感(L1)的第二端分别连接所述第一二极管(D1)的正极和所述第一三极管(S1)的集电极，所述第二电感(L2)的第二端分别连接所述第二二极管(D2)的正极和所述第二三极管(S2)的集电极，所述第三电感(L3)的第二端分别连接所述第三二极管(D3)的正极和所述第三三极管(S3)的集电极；所述第一二极管(D1)、第二二极管(D2)和第三二极管(D3)的负极均连接所述输出端电容(C2)的第一端；所述输出端电容(C2)的第二端以及所述第一三极管(S1)、第二三极管(S2)、第三三极管(S3)、的发射极均连接至所述直流电源(VPv)的负极；所述输出端电容(C2)的两端作为该光伏接口电路的输出端口；所述信号延迟器用于将光伏最大功率跟踪方波信号分成三路，一路不加延迟，另一路加入三分之一个开关周期的延迟，第三路加入三分之二个开关周期延迟，使三路信号分别相差120°， 并将该三路信号分别输入至所述第一三极管(S1)、第二三极管(S2)和第三三极管(S3)的基极。 
根据本实用新型的一种具体实施方式，该光伏接口电路还包括一个输入滤波电容(C1)，其连接于所述直流电源(Vpv)的两端。 
(三)有益效果 
本实用新型可以有效地减小输入输出电流纹波幅值，减小了滤波电容器及开关器件的容值，减小了损耗；同时当有功率器件损耗时依然能够保证系统正常工作，减少了对系统的维护，使系统的可靠性和容错性在很大程度上得到了改善。 
附图说明
图1为现有的Boost电路的电路图； 
图2为三相并联交错运行Boost电路应用于光伏系统； 
图3为三相交错并联运行电感电流叠加分析波形； 
图4为两相交错并联运行电感电流叠加分析波形。 
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。 
本实用新型提出的光伏接口电路采用三相并联交错运行的Boost电路。具体来说，本实用新型的接口电路包括三路相同的Boost电路，并且该三路Boost电路共用相同的直流电源和输出端的电容，而各Boost电路分别具有一个电感、一个二极管和一个三极管，且各Boost电路的电感、二极管和三极管组成的电路部分则相互并联。Boost电路的三极管也管开关管，本实用新型使三个开关管的导通时间相差一定时间，实现交错运行。 
图2显示了本实用新型的光伏接口电路的电路图。如图2所示，本实用新型的接口电路包括三个Boost电路，三个Boost电路共用一个直流电源Vpv和输出端电容C2，第一Boost电路还包括电感L1、二极管D1和三 极管S1，第二Boost电路还包括电感L2、二极管D2和三极管S2，第三Boost电路还包括电感L3、二极管D3和三极管S3。各Boost电路的电感、二极管和三极管组成的电路部分则相互并联。 
具体来说，本实用新型的光伏接口电路包括一个直流电源Vpv，直流电源Vpv的正极分别连接第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3的第一端，第一电感L1的第二端分别连接第一二极管D1的正极和第一三极管S1的集电极，第二电感L2的第二端分别连接第二二极管D2的正极和第二三极管S2的集电极，第三电感L3的第二端分别连接第三二极管D3的正极和第三三极管S3的集电极，第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3的负极均连接输出端电容C2的第一端，输出端电容C2的第二端以及各三极管S1、S2、S3的发射极均连接至直流电源Vpv的负极。输出端电容C2的两端作为输出端口，用于连接负载电阻R1oad。 
本实用新型的光伏接口电路还包括一个信号延迟器(图中未显示)，其用于将一路触发脉冲变为三路触发脉冲，具体来说，其将信号发生器得到的光伏最大功率跟踪方波信号分成三路，一路不加延迟，另一路加入三分之一个开关周期的延迟，第三路加入三分之二个开关周期延迟，使三路信号分别相差120°，并将该三路信号分别输入至所述三极管S1、S2和S3的基极，这样使得三路电感电流纹波也相差120°，叠加之后波峰与波谷之间相互抵消，减小输出纹波。 
同样，在直流电源Vpv的两端还可以连接一个输入滤波电容C1，用于吸收变换单元向光伏电池板索取的高幅值脉动电流，使直流电压波动保持在允许范围内。 
图2为三相交错运行Boost变换器工作在连续状态占空比D=0.2时，某一时段的三相主电感电流和叠加后的电流波形。从图2可见，三相Boost交错运行时，波形各差120°，经过叠加后使总纹波大大减小，同时纹波频率增大为原来的3倍，使输出波形更为平滑。 
此外，当一路开关器件损坏导致无法正常工作时，本实用新型的电路中的其余两相仍能使系统正常稳定工作。当检测到故障时，控制PWM波发生器，使其输出的两相有效脉冲由原来的120°增加到180°，即半个开关中期。由于元件选型时会按照额定值的1.5～2倍选取，故两相运行时 即使每相电流增大到原来的1.5倍，仍能正常运行。输出电流纹波较三相运行时相比虽有所增加，但与单相运行相比仍有效地减小了纹波。这样就充分发挥三相交错运行的优势，大大减小了输出电流纹波，减少系统维护，使系统的可靠性和容错性在很大程度上得到了改善。 
图3为两相运行时某一时段的各主电感电流和叠加后的电流波形。如图3所示，两相运行时，脉冲间隔由120°变为180°，电流波形也相应相差180°，经叠加后的电流纹波较三相运行时相比虽有所增加，但与单相运行相比仍有效地减小了纹波，增加了系统可靠性。 
由上可知，本实用新型与图1所示的普通的单相Boost电路具有相同的输出特性，虽然此拓扑增加了器件数量，但电路的性能得到了提高。 
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (2)

1.一种光伏接口电路，包括直流电源(Vpv)、第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三电感(L3)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第一三极管(S1)、第二三极管(S2)、第三三极管(S3)、输出端电容(C2)和信号延迟器，其中，
所述直流电源(Vpv)的正极分别连接所述第一电感(L1)的第一端、第二电感(L2)的第一端和第三电感(L3)的第一端；
所述第一电感(L1)的第二端分别连接所述第一二极管(D1)的正极和所述第一三极管(S1)的集电极，所述第二电感(L2)的第二端分别连接所述第二二极管(D2)的正极和所述第二三极管(S2)的集电极，所述第三电感(L3)的第二端分别连接所述第三二极管(D3)的正极和所述第三三极管(S3)的集电极；
所述第一二极管(D1)、第二二极管(D2)和第三二极管(D3)的负极均连接所述输出端电容(C2)的第一端；
所述输出端电容(C2)的第二端以及所述第一三极管(S1)、第二三极管(S2)、第三三极管(S3)、的发射极均连接至所述直流电源(Vpv)的负极；
所述输出端电容(C2)的两端作为该光伏接口电路的输出端口；
所述信号延迟器用于将光伏最大功率跟踪方波信号分成三路，一路不加延迟，另一路加入三分之一个开关周期的延迟，第三路加入三分之二个开关周期延迟，使三路信号分别相差120°，并将该三路信号分别输入至所述第一三极管(S1)、第二三极管(S2)和第三三极管(S3)的基极。
2.如权利要求1所述的光伏接口电路，其特征在于，还包括一个输入滤波电容(C1)，其连接于所述直流电源(Vpv)的两端。
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