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1、DC-DC 变换器原理DC/DC Converter Principle太阳电池输出的是直流电，是不是可直接作为直流电源使用呢，对于对电压没有准确要求的微、 小型用电设备是可以的，如计算器、玩具等。太阳电池输出电压取决于光伏器件的连接方式与数 量，并与负载大小与光照强度直接有关，不能直接作为正规电源使用。通过DC-DC变换器可以把 太阳电池输出的直流电转换成稳定的不同电压的直流电输出。DC-DC变换器就是直流一一直流变 换器，是太阳能光伏发电系统的重要组成部分，下面就其原理作简单介绍。DC-DC 变换基本原理直流变换电路主要工作方式是脉宽调制（PWM）工作方式，基本原理是通过开关管把直流电斩成
2、 方波（脉冲波），通过调节方波的占空比（脉冲宽度与脉冲周期之比）来改变电压。降压斩波电路直流斩波电路简单，是使用广泛的直流变换电路。图1左上部是一个斩波基本电路，Ud是输 入的直流电压，V是开关管，UR是负载R上的电压，开关管V把输入的Ud斩成方波输出到R上，图1右上部绿线为斩波后的输出波形，方波的周期为T,在V导通时输出电压等于Ud,导通 时间为ton,在V关断时输出电压等于0关断时间为tof,占空比D=ton/T,方波电压的平均值 与占空比成正比。图 1 下部绿线为连续输出波形,其平均电压如红线所示。改变脉冲宽度即可改 变输出电压，在时间t1前脉冲较宽、间隔窄，平均电压（UR1）较高；在时
3、间t1后脉冲变窄， 平均电压（UR2）降低。固定方波周期T不变，改变占空比调节输出电压就是（PWM）法，也称为 定频调宽法。由于输出电压比输入电压低，称之为降压斩波电路或Buck变换器。/Uri/UdUr2图1 DC-DC变换基本原理方波脉冲不能算直流电源，实际使用要加上滤波电路，图2是加有LC滤波的电路，L是滤波 电感、C2是滤波电容、D是续流二极管。当V导通时，L与C2蓄能，向负载R输电；当V关 断时，C2向负载R输电，L通过D向负载R输电。输出方波选用的频率较高，一般是数千赫兹 至几十千赫兹，故电感体积很小，输出波纹也不大。LVaUr图2 降压型DC-DC变换电路新能源课件网站 该电路输
4、出电压UR=D Ud, D是占空比，值为0至1。升压斩波电路通过电感元件还可组成升压斩波电路，见图3,当开关管V导通时，电流通过电感L时会在L 中存储能量，此时负载上的电压由C2提供，当开关管V关断时，电感L释放能量，输出电压为输入电压Ud与L产生的电压相加，故提高了输入电压。UdUr广新能源课件网站 .www.pengky.c n.图3 升压型DC-DC变换电路该电路称为升压斩波电路或Boost变换器，输出电压UR= Ud/ (1-D), D是占空比，值必须小于 1。升压斩波电路在新能源控制设备中应用很广，为了减小输出电压的波纹，通常采用多通道多重 化并联升压型变换电路，图4是三通道多重化并
5、联升压型变换电路。L1、VI、D1组成通道1,电 路与工作原理与前面介绍的单通道升压斩波电路相同；L2、V2、D2组成通道2,电路与工作原理 与前面介绍的单通道升压斩波电路相同；L3、V3、D3组成通道3,电路与工作原理与前面介绍的 单通道升压斩波电路相同。三个通道开关周期相同、通断时间相同,关键是三个开关管通断时间 必须均匀错开才能起到降低输出波纹的作用。多通道并联电路可增大输出电流。D3I7dUr图4多通道并联升压型）C-DC变换电路L3_L2_|烬_|炉新能源课件网站 iWWW.pengkya,还有既可以降压也可以升压的斩波电路，这里就不介绍了，具体电路与应用等请查阅其他书籍或资料。以上
6、电路属单象限变换，电路简单可靠，在小型变换器中应用较多。在下面介绍双象限、四象 限电路。推挽式功率变换电路推挽式功率变换电路是双象限变换电路，见图5, W1与W2圈数都为N1,构成一个有中间抽 头的线圈，作为输出变压器的初级，W3与W4圈数都为N2,构成一个有中间抽头的线圈，作为 输出变压器的次级，V1与V2交替导通，在次级就会感生电压，经全波整流后滤波到负载。变压 器两侧电压之比为N1与N2之比，通过变压器可输出高低不同的多种电压；而且变压器把太阳电 池与用户隔离开来，有利于系统的安全。有关细节请查阅其他书籍或资料。i-MW3c=IDiL1新能源课件网站-WwwpEngky.c n图5推挽式
7、变换电路推挽式功率变换电路电路简单，使用器件少，但开关管要承受两倍的输入电压，一般只在微、 小型变换器中使用。单相全桥变换电路图 6 是单相全桥变换电路。TsUra图6 单相全桥变换电路厂新能源课件网站 图中Ud是直流输入电压，为稳定电压配有电容C, 4个开关晶体管T1、T2、T3、T4, 4个开 关管的保护二极管（续流二极管）D1、D2、D3、D4,输出交流电到负载R。下面就具体分析这 个电路。图7与图8是输出正向与负向电流流向图，为清晰起见把电路简化，只保留主要器件。当开关管T1与T4导通，T3、T2关断，时，在负载R上有正向电流通过，输出正向电压，见 图 7。负载R上的电压+ _10!t
8、*-udL广新能源课件网站、 图7单相全桥方波正向输出当开关管T3与T2导通，T1、T4关断，时，在负载R上有负向电流通过，输出负向电压，见图 8。+ o图8单相全桥方波负向输出负载R上的电压+ I7d新能源课件网站图 9 是带变压器输出的全桥直流变换电路，采用变压器 T 将输入的光伏电源与输出方的负载隔离，并实现电压的变比。在变压器次级采用了桥式全波整流与 LC 滤波。Ud广新能源课件网站www.pE图9变压器隔离的单相全桥变换电路图10是变压器隔离的单相全桥变换电路主要波形图，图中的控制信号与波形变化顺序如下:控制开关管V1与V4导通，V3、V2关断，全桥输出电压u1为Ud；到时间ton时
9、，关断开关管V1与V4,全桥输出电压u1为0；到时间T1时，开关管V3、V2导通，全桥输出电压u1为-Ud；到时间T1+ton时，关断开关管V3与V2,全桥输出电压u1为0；到时间T2时，开关管V1与V4导通，全桥输出电压u1为Ud；到时间T2+ton时，关断开关管V1与V4,全桥输出电压u1为0；到时间T3时，开关管V3、V2导通，全桥输出电压u1为-Ud；到时间T3+ton时，关断开关管V3与V2,全桥输出电压u1为0；到时间T4时，控制开关管V1与V4导通，全桥输出电压u1为Ud；到时间T4+ton时，；到时间T5时,这样控制各开关管的导通与关断，循环下去全桥输出电压u1 （变压器输入电压）波形如图10 上部绿色线所示；变压器次级输出交变电压u2如图10中部紫色线所示；桥式整流输出电压u3如 图 10下部蓝色线所示；滤波后输出到负载上的电压如图 10下部红色线所示。全桥直流变换电路工作动画DC-DC 变换器可以把直流电转换成不同电压的直流电输出，在光伏发电系统中作为控制器使用，可控制对蓄电池的充电，可作为直流电源使用。
