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1、毕毕 业设计说明书业设计说明书（2014届）（太阳能逆变器的设计）学学 号号 0408100228 系系 别别 信息与信息与电电子系子系 专业专业班班级级 自自动动化化1002 完成日期完成日期 2014-5-12 太阳能逆变器的设计摘要摘要近年来，太阳能由于具有众多的环保和经济方面的好处以及久经验证的可靠性，因 而成为一种主要的再生能源形态。太阳能逆变器作为太阳能发电系统中重要组成部 分，具有最大限度发挥太阳电池性能和系统保护功能，经逆变器输出电流的性质决 定了太阳能发电系统的输出电能质量。太阳能逆变器主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电。通过全桥电路，一般采 用SPWM处理器经过调制、滤
2、波、升压等，得到与照明负载频率、额定电压等相匹配 的正弦交流电供系统终端用户使用。目前市场上太阳能逆变器的主要朝着：外观持 续多元化、智慧电网管理功、蓄电装置与逆变器一体化、提升单一输出功率、微型逆 变器与功率优化器等方向发展。本文根据逆变原理,在充分考虑目前不同DC/AC逆变器拓扑结构特点的基础上，对D C（24V）/AC（220V）逆变器进行设计和试验研究，以期实现逆变器的高效率、高品质 输出。在硬件电路设计方面，采用了增加滤波网络、光电隔离等措施减小电磁干扰；系统采 用能输出较高功率的全桥式逆变结构作为主电路拓扑结构，使用MOS管作为功率驱 动元件，驱动电路采用专用驱动芯片（TL494）
3、。关键词：太阳能逆变器；效率；驱动；拓扑结构。SOLRAR INVERTER DESIGNABSTRACTIn recent years , with the benefits of solar energy due to the large number of environmental and economic aspects as well as proven reliability , and thus become a major renewable energy forms. Solar inverter solar power as an important part of th
4、e system has to maximize solar cell performance and system protection features , by the nature of the inverter output current determines the output power quality solar power systems.Solar inverter main function is to reverse into AC DC battery . By full-bridge circuit , the general processor after S
5、PWM modulation, filtering, boost , etc., to get the lighting load frequency, rated voltage sinusoidal AC match for the system end users. Solar inverter on the market today mainly towards : the appearance of continuous diversification, smart grid management capabilities , storage devices and inverter
6、 integrated to enhance the single output power, micro-inverters and power optimizers other direction.Based on the inverter principle , taking full account of the different current DC / AC inverter topology based on the characteristics of DC (24V) / AC (220V) inverter design and experimental studies
7、, in order to achieve high inverter efficiency, high -quality output .In the hardware circuit design , using a filter network increases , optical isolation and other measures to reduce electromagnetic interference ; system uses a high energy output full-bridge inverter power structure as the main ci
8、rcuit topology , using MOS transistor as a power drive components , drive circuit using a dedicated driver chip (TL494).Keywords: solar inverters; efficiency; drive; topology目目录录摘要 ABSTRACT 前 言 1 设计综述 1.1设计需求 1.2技术要求 1.3设计步骤 1.4撰写论文 2 绪论 2.1太阳能开发的背景及意义 2.2太阳能逆变器的发展前沿 2.3太阳能逆变器的分类、应用、组成 2.4太阳能光伏发电国内外
9、研究现状与发展趋势 2.4.1国外太阳能光伏发电现状与发展趋势 2.4.2国内太阳能光伏发电现状与发展趋势 3 太阳能逆变器的硬件设计 3.1逆变器硬件构成 3.2逆变器主电路 3.2.1升压环节拓扑结构 3.2.2桥式整流电路 3.2.3逆变电路 3.3控制电路 3.3.1控制芯片（000）简介 3.3.2 SPWM控制方式？ 3.4辅助电路 3.4.1电压采样电路 3.4.2电流采样电路 3.5驱动电路 3.6保护电路 4 辅助电源 4.1（000）芯片工作电源 4.2（000）集成运放工作电源 5 总结 参考文献 附录 致谢1设计综设计综述述1.1设计设计需求需求 设计一款逆变器，可将蓄
10、电池的直流电逆变为工频交流电。 1.2技技术术要求要求输入直流电压： 24V； 输出交流电压：220V2%； 输出电压频率：50Hz0.1%； 输出波形：500W； 工作效率：80%； 具有欠压、超温、过流和短路保护。 根据实验室条件完成实物，并调试（选做） 1.3设计设计步步骤骤 （1）确定总体设计方案结合任务书的要求查找参考文献，确定系统总体设计方案。并对方案进行必要的说明以及论证。（2）各部分电路设计在总体设计方案确定的基础上，选择并设计测量电路，设计档位切换功能、A/D转换电路、单片机、显示电路、按键设置和应用系统软件；（3）系统调试根据实验室条件和个人能力完成，可选。 1.4撰写撰写
11、论论文文 阐述整个设计过程，要求突出重点和特色，图文并茂，文字畅通。并根据参考论文撰写规范进行正确的排版。2绪论绪论2.1太阳能开太阳能开发发的背景及意的背景及意义义 21世纪，随着经济的发展、人口的增加和社会生活水平的提高，人类对能源的需 求益增加，同时人类常规所利用石油、天然气和煤炭等一次性能源的储量正同趋枯 竭，且大量使用一次性能源已经给人类生存环境带来了严重的后果，已逐步成为制 约世界经济的可持续发展的重大因素。而相对于其它国家，中国的化石能源更加匮 乏。 随着中国经济发展与人民越来越高生活水平需求，中国面临的能源危机将会成 为制约中国经济发展的重大因素之一，因此发展清洁可靠的新型能源
12、势在必行，相 对于传统水力发电与火力发电太阳能发电，太阳能资源具有普遍性、可持续性、清洁 性、丰富性等优势，所以开发利用太阳能光伏发电前景广阔。在我国中西部地区有着 切实可行的环境因素。我国约有23的地区太阳能资源非常丰富，日辐射量超过51 kwhm2。特别是青藏高原、新疆、西藏、内蒙、甘肃等地区，最高日辐射量达到7kw hm2，我国每年地表吸收的太阳能大概为中国煤炭总储量的280倍，也就是17万亿 吨左右。目前，世界各国日益关注太阳能资源的利用，开始大范围的发展光伏发电。 我国政府也非常关注光伏研究，在这方面投入了大量资金，光伏技术的发展呈现了 一片令人鼓舞的景象。特别是2006年1月份发改
13、委最新出台可再生能源发电有关管 理规定，指出，生物质发电、地热能发电、海洋能发电和太阳能发电等四类项目可 向国家申报政策和资金支持后，更是呈现出了一片繁荣景象。 截至2009年，中国有2万个无电乡村、500万个无电用户、2000万无电人口，且在 中国50的地区电力匮乏非常严重。但这些地区的太阳能资源却非常丰富，光伏发 电拥有很大的市场。虽然光伏发电成本较高，较之传统发电而言又具备比较高的可 实施性，在偏远地区拥有其独特的优势，采用小型太阳能光伏发电系统就比较廉价， 可以很好的解决偏远地区无电村、无电户的供电问题。综上所述，可以看出，利用太 阳能资源进行光伏发电，既可解决能源短缺，减少资源消耗和
14、环境污染、缓解全球变 暖的速度，又可满足偏远地区居民对电能的需求，缓解城镇用电压力。因此，发展太 阳能光伏发电的研究拥有巨大的社会效益和经济效益，具有很好的市场前景和重大 的理论意义、现实意义。 2.2太阳能逆太阳能逆变变器的器的发发展前沿展前沿 光伏逆变器是太阳能光伏电站的核心设备之一，在太阳能光伏发电系统中，太 阳能通过电池组件转换为直流电能，再通过光伏逆变器中的功率变换及控制系统将 直流电转化为符合电网电能质量要求的交流电。逆变器在此过程中承担直交变换功 能，还具有最大限度发挥太阳电池性能和系统保护功能，在业界，逆变器号称“光 伏之芯”，可见其在光伏设备技术及产业链中的重要地位。 太阳能
15、逆变器未来的发展趋势将朝着转换效率高、更低的成本、性能稳定、先 进的通信功能、并网型逆变器为主流的方向发展。(1)转换效率高 随着太阳能逆变器技术的不断发展,转换效率持续上升,由过去90-92%上升到 98%以上,未来的目标是要达到 99%以上。因此,转换效率提高是太阳能逆变器未来发展趋势之一。目前，美国市场 上逆变器的最高效率可达95。在欧洲，由于采用无变压器的设计和创新的拓扑结 构，可实现更高效率。例如：有一款产品(SMASunnyMiniCentral8000TL)就声称可 达到98的效率。 (2)更低的成本 大约0.2- 0.3美元/瓦的价格已被设定为2020年逆变器的价格目标，这意味
16、着比目前售价降低 了50-75。这个目标最有可能通过增加产量和改善学习曲线来实现。 (3)性能稳定 性能稳定是系统运营商在选用逆变器中越来越重视的要素,太阳能逆变器产品 的各项特性,包括可靠度、耐用度、安装的简易与便利、并网是否安全等都是系统 运营商重点考虑的范围,因此,要求太阳能逆变器的性能稳定是必然趋势。：目前， 逆变器的MTBF(平均无故障时间)为510年。理想情况是，逆变器的寿命应与光伏发 电系统内的其它组件一样长(即25年)。但很多人怀疑，是否有可能以合理的成本实 现这样的目标。在中近期，通过改进质量控制、更好地散热并降低复杂性，MTBF大 于10年的目标是可能实现的。 （4）先进的通信功能 今天，逆变器可以记录并借助制造商特定的协议传递信息。下一代单元应使用 通用的通信标准传送更全面的系统信息，以实现先进的诊断功能，并能与公用服务 机构通信，以支持电网的稳定性。 (5)逆变器以并网型为主
