100w光伏逆变器的设计前级dcdc电路设计(附件)
随着世界能源危机的愈发严重，新能源的开发势不可挡，太阳能因其分布广泛、不污染环境等有利条件而受到了广泛的重视。本次设计的对象为一款100W的光伏逆变器。本文的主要设计对象是前级DC/DC升压电路。接着本文选择了Boost电路作为DC/DC升压主电路。然后本文在分析太阳能电池和Boost电路原理的基础上进一步完成了太阳能电池的选取以及两级Boost电路、MPPT控制电路和电流电压检测和保护电路的设计。最后完成系统的仿真和调试。关键词 光伏逆变器，太阳能电池，DC/DC升压电路，MPPT
目 录
1 引言 1
研究的背景 1
本课题的国内外研究现状 2
1.2.1 国内的研究现状 2
1.2.2 国外的研究现状 2
1.3 光伏逆变器的发展趋势 2
1.4本文主要的研究内容 2
2 系统的总体设计及工作原理 3
2.1 光伏逆变器系统的组成 3
2.2 系统的总体设计方案 4
2.3 DC/DC升压电路的分类与选择 4
2.3.1 DC/DC升压电路的分类 4
2.3.2 DC/DC升压主电路的选择 4
2.4 系统的工作原理 5
2.4.1 太阳能电池的基本原理 5
2.4.2 Boost电路的工作原理 6
2.4.3 Boost电路工作波形图 8
3 控制策略 9
3.1 太阳能电池的输出特性 9
3.2 MPPT的原理 10
3.3 MPPT的控制方法 11
3.3.1 扰动观察法 11
3.3.2 电导增量法 12
3.3.3 固定电压法 13
3.4 固定电压法MPPT的实现 14
4 电路设计 14
4.1 太阳能电池板的设计与选取 15
4.2 Boost主电路的设计 15
4.2.1 电感的设计 15
4.2.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
电容的设计 16
4.2.3 开关管的设计 16
4.2.4 二极管的设计 16 4.3 采样及保护电路的设计 17
4.3.1 输入电压采样及欠压保护电路的设计 17
4.3.2 输出电流采样及过流保护电路的设计 18
4.4 MPPT控制电路的设计 19
4.5 电源电路的设计 21
5 系统的仿真 23
5.1 MATLAB软件简介 23
5.2 仿真功能的实现 23
5.3 仿真结果及分析 24
6 系统的制作及调试 27
6.1 系统的制作 28
6.1.1 Altium Designer软件简介 28
6.1.2 硬件原理图的绘制及硬刷电路板（PCB）的设计 28
6.2 系统的调试 28
6.2.1 电源部分的调试 29
6.2.2 主电路和驱动电路的调试 29
6.2.3 电压电流采样及保护电路的调试 29
6.3 系统的调试结果及分析 30
结论 33
致谢 34
参考文献 35
附录A 系统的硬件原理图 36 1 引言
1．1 研究的背景
当今世界，国家的生产发展和个人的家庭生活，无处不充满着电的身影，可以说如果失去电能人们的生活无法继续。然而现今各种化石能源几乎被消耗殆尽，能源危机愈发严重。从环保角度看，当今火力发电等常规发电手段已经对地球带来了严重的危害，常规发电手段已经不能满足当今社会发展的要求。化石能源的使用尤其是煤炭的燃烧排放大量的温室气体，这必将使全球的气温不断地升高，并由此引发一系列无法挽回的问题，例如海平面的抬升、反常气候现象等问题的出现。
由此，在面临如此严峻的境况下，开发和利用新能源和可再生能源已成为必然的趋势。太阳能因其分布广泛、不污染环境等先天有利条件成为国际社会公认的理想替代能源，它的开发利用将有效解的决化石能源短缺、环境污染等问题。根据某权威组织的预测，到2050年，在世界能源结构中，可再生能源将占据超过一半的比例，而可再生能源中将有15％的比例由太阳能提供。太阳能将成为21世纪后期的主导能源[1]。
我国地处北半球、亚洲东部，太阳辐射资源相当丰富，尤其是西北部地区，平均光照时间很长，因其气候干旱、晴天多、降水少等因素，在太阳能发电行业与其他地区相比具有无比的优越性。我国自1958年开始研制光伏电池[2]，由此我国光伏发电产业以欣欣向荣之势前进。
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图11 20112016年我国光伏产业新增装机量、增长率情况
图11反映了20112016年我国光伏产业新增装机量、增长率情况，可见我国的光伏发电产业蓬勃发展，2016年我国光伏发电新增装机容量为34.54GW，累计装机容量77.42GW，新增和累计装机容量均为全球第一。其中，地面电站30.3GW，分布式电站4.24GW，分布式电站同比增长200%[3]。我国的光伏发电产业仍然会在未来保持中高速增长的趋势。
1．2 本课题的国内外研究现状
1.2.1 国内的研究现状
我国的光伏发电产业起步时间较晚。且我国光伏发电产业自动化程度低，生产规模较小；现生产的产品型号较为单一，然而生产成本却很高；最为重要的是我国光伏并网逆变器的生产技术水平较为落后、可靠性与稳定性欠佳，与发达国家相比具有很大的差距，且目前大部分并网型逆变器还主要靠进口的方式获得。
目前，我国的光伏发电产业正面临巨大的压力，从前文的分析可知我国光伏发电产业的发展前景十分广阔，但是矛盾十分突出。要想实现国内光伏发电市场的产业化，将我国的光伏发电技术送入国际市场，就必须全面提升我国的光伏发电技术，尤其是核心技术——光伏逆变器技术，这样才能从根本上解决目前我国光伏发电产业所面临的挑战，也只有这样我国光伏发电产业才会得到更加全面的发展[4]。我相信未来我国的光伏发电产业将会取得惊人的进展。
1.2.2 国外的研究现状
近年来, 全球光伏发电市场一片繁荣。美国、德国和日本是世界上光伏发电市场的三大巨头，占据着大部分的世界市场。国外的光伏逆变器产品与我国相比，无论是可靠性还是稳定性，都领先于我国。例如德国的SMA公司、Siemens公司和美国的Satcon公司的产品都已生产出比较成熟的市场产品，其中SMA公司生产的光伏逆变器已占有欧洲市场的50%的份额。
目 录
1 引言 1
研究的背景 1
本课题的国内外研究现状 2
1.2.1 国内的研究现状 2
1.2.2 国外的研究现状 2
1.3 光伏逆变器的发展趋势 2
1.4本文主要的研究内容 2
2 系统的总体设计及工作原理 3
2.1 光伏逆变器系统的组成 3
2.2 系统的总体设计方案 4
2.3 DC/DC升压电路的分类与选择 4
2.3.1 DC/DC升压电路的分类 4
2.3.2 DC/DC升压主电路的选择 4
2.4 系统的工作原理 5
2.4.1 太阳能电池的基本原理 5
2.4.2 Boost电路的工作原理 6
2.4.3 Boost电路工作波形图 8
3 控制策略 9
3.1 太阳能电池的输出特性 9
3.2 MPPT的原理 10
3.3 MPPT的控制方法 11
3.3.1 扰动观察法 11
3.3.2 电导增量法 12
3.3.3 固定电压法 13
3.4 固定电压法MPPT的实现 14
4 电路设计 14
4.1 太阳能电池板的设计与选取 15
4.2 Boost主电路的设计 15
4.2.1 电感的设计 15
4.2.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
电容的设计 16
4.2.3 开关管的设计 16
4.2.4 二极管的设计 16 4.3 采样及保护电路的设计 17
4.3.1 输入电压采样及欠压保护电路的设计 17
4.3.2 输出电流采样及过流保护电路的设计 18
4.4 MPPT控制电路的设计 19
4.5 电源电路的设计 21
5 系统的仿真 23
5.1 MATLAB软件简介 23
5.2 仿真功能的实现 23
5.3 仿真结果及分析 24
6 系统的制作及调试 27
6.1 系统的制作 28
6.1.1 Altium Designer软件简介 28
6.1.2 硬件原理图的绘制及硬刷电路板（PCB）的设计 28
6.2 系统的调试 28
6.2.1 电源部分的调试 29
6.2.2 主电路和驱动电路的调试 29
6.2.3 电压电流采样及保护电路的调试 29
6.3 系统的调试结果及分析 30
结论 33
致谢 34
参考文献 35
附录A 系统的硬件原理图 36 1 引言
1．1 研究的背景
当今世界，国家的生产发展和个人的家庭生活，无处不充满着电的身影，可以说如果失去电能人们的生活无法继续。然而现今各种化石能源几乎被消耗殆尽，能源危机愈发严重。从环保角度看，当今火力发电等常规发电手段已经对地球带来了严重的危害，常规发电手段已经不能满足当今社会发展的要求。化石能源的使用尤其是煤炭的燃烧排放大量的温室气体，这必将使全球的气温不断地升高，并由此引发一系列无法挽回的问题，例如海平面的抬升、反常气候现象等问题的出现。
由此，在面临如此严峻的境况下，开发和利用新能源和可再生能源已成为必然的趋势。太阳能因其分布广泛、不污染环境等先天有利条件成为国际社会公认的理想替代能源，它的开发利用将有效解的决化石能源短缺、环境污染等问题。根据某权威组织的预测，到2050年，在世界能源结构中，可再生能源将占据超过一半的比例，而可再生能源中将有15％的比例由太阳能提供。太阳能将成为21世纪后期的主导能源[1]。
我国地处北半球、亚洲东部，太阳辐射资源相当丰富，尤其是西北部地区，平均光照时间很长，因其气候干旱、晴天多、降水少等因素，在太阳能发电行业与其他地区相比具有无比的优越性。我国自1958年开始研制光伏电池[2]，由此我国光伏发电产业以欣欣向荣之势前进。
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图11 20112016年我国光伏产业新增装机量、增长率情况
图11反映了20112016年我国光伏产业新增装机量、增长率情况，可见我国的光伏发电产业蓬勃发展，2016年我国光伏发电新增装机容量为34.54GW，累计装机容量77.42GW，新增和累计装机容量均为全球第一。其中，地面电站30.3GW，分布式电站4.24GW，分布式电站同比增长200%[3]。我国的光伏发电产业仍然会在未来保持中高速增长的趋势。
1．2 本课题的国内外研究现状
1.2.1 国内的研究现状
我国的光伏发电产业起步时间较晚。且我国光伏发电产业自动化程度低，生产规模较小；现生产的产品型号较为单一，然而生产成本却很高；最为重要的是我国光伏并网逆变器的生产技术水平较为落后、可靠性与稳定性欠佳，与发达国家相比具有很大的差距，且目前大部分并网型逆变器还主要靠进口的方式获得。
目前，我国的光伏发电产业正面临巨大的压力，从前文的分析可知我国光伏发电产业的发展前景十分广阔，但是矛盾十分突出。要想实现国内光伏发电市场的产业化，将我国的光伏发电技术送入国际市场，就必须全面提升我国的光伏发电技术，尤其是核心技术——光伏逆变器技术，这样才能从根本上解决目前我国光伏发电产业所面临的挑战，也只有这样我国光伏发电产业才会得到更加全面的发展[4]。我相信未来我国的光伏发电产业将会取得惊人的进展。
1.2.2 国外的研究现状
近年来, 全球光伏发电市场一片繁荣。美国、德国和日本是世界上光伏发电市场的三大巨头，占据着大部分的世界市场。国外的光伏逆变器产品与我国相比，无论是可靠性还是稳定性，都领先于我国。例如德国的SMA公司、Siemens公司和美国的Satcon公司的产品都已生产出比较成熟的市场产品，其中SMA公司生产的光伏逆变器已占有欧洲市场的50%的份额。
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