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浅谈MPPT中,DC-DC变换电路的工作原理

光伏逆变器  来源:深圳市盛能杰科技有限公司    2018/10/30 10:11:27  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:光伏扶贫、光伏阳光房、光伏大棚等诸多利民项目已深入居民生活,很多高大上的专业术语也早已为众人熟知。比如,购买一台逆变器时,多数人会问道:这台逆变器有几路MPPT?发电效率怎么样?

然而,很多人都知道MPPT的功能,却并不清楚其内部电路的工作原理。今天,小杰就为大家简单科普下,MPPT中重要的DC-DC变换电路。

MPPT(最大功率点追踪)作为光伏逆变器的重要功能,不仅能有效提高辐照利用率、最大限度提升光伏逆变器工作效率,还能通过对组件输出电压电流的变换,使组件功率伴随日照等因素适时调整。特别是在弱光条件下,MPPT可极大拓宽组件输入电压,从而实现逆变器的最大功率追踪。此处,我们不妨以最常用的BOOST变换电路为例,做下简单分析。

Boost,英文解释为抬升、提高、向上推起。事实上,其功能也确实是抬升电压,接下来我们就看看,它到底是如何实现电压变换的!

1.png

单相逆变器内部电路原理图

上图是单相机常用的拓扑结构,这里我们把红色框图部分单独拿出来看:

2.png

从图中不难看出,构成Boost的三要素为电感、开关管、二极管。下面,我们来简单分析下它的工作模式。

工作模式1:开关管S导通

3.png

直流电E全部加在电感上,即此时电源E为电感充电,设开关管导通时间为Ton,那么在此期间内电感上的电压等于E。

工作模式2:开关管S断开

4.png

此时直流电源E以及电感储存的能量通过二极管D为电容C充电至U0。同样,我们设开关管S关断的时间为Toff ,根据基尔霍夫定律,电感上的电压UL= U0-E;

我们都知道,稳态下电感上的电流不会突变(伏秒平衡定律),即开关导通时通过电感的电流增加量与开关断开时电感电流的减少量相等,用公式表达:

E×Ton=(U0-E)×Toff

我们对上式进行变换:

5.png

引入占空比D,即设导通期间的占空比为D,则关断时间的占空比为1-D,重新改写上述公式:

6.png

从①式我们可以看到,输出电压U0>E,即Boost实现了其抬升电压的作用。这时,只要给开关管S一个合适的占空比控制信号,便可实现输出电压的调整,并得到想要的电压值,从而实现拓宽输出电压的目的。

7.png

当然,占空比并不是随意选取的,而是要考虑诸多设计因素,这里不再展开。总之,DC-DC变换器作为实现MPPT功能的核心电路,已被广泛应用于光伏并网逆变器及光储充等领域,并大大提高了光伏能源利用率。特别是在实际应用中,DC-DC还发展出BUCK-BOOST、 CUK等特色转换电路,从而极大满足了特殊需求。



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