推挽电路在并网型MIC系统中的仿真与应用

　　1.前言

　　随着电力电子在光伏发电行业得到越来越广泛的用，光伏逆变器得到了快速的发展。目前，光伏逆变器正朝着小型化、智能化和模块化的方向发展。在此基础上，我们准备做一个MIC(Module IntegratedConverter)系统,该系统是建立在单个PV 模块上的逆变器，解决了MPPT 的难控制问题，不存在多模块串并联的功率严重损失问题，在国外得到了广泛的关注和发展。本论文主要介绍整套系统中的前级升压电路，主电路拓扑使用推挽升压，控制芯片选用SG3525。

　　2.推挽主电路设计本文采用推挽升压结构，因为推挽电路是PV 模块接入的第一级电路，在升压级主要做MPPT 控制，本文不涉及MPPT 的控制电路设计，给出的控制基准为一个电压常数，可自行进行修改。主电路拓扑结构如图1所示。

　　2.1 系统设计要求

　　对于 MIC 系统的设计，要求满足输入光伏模块的给定指标，本设计采用的光伏模块为聚光光伏组件CM2402，具体参数见表1,根据给定输入我们来确定系统的设计要求。

　　PV module 输出为一个直流的电压与电流，介于输入电压过低，我们必须对PV 输出电压进行升压以满足并网要求，同时还要考虑在器件选择上对耐压，最大电流的承受能力。从上表可以得到，系统的设计指标范围如下：

　　(1) 输入电压：0-48V;

　　(2) 输入电流: 0-5A

　　(3) 输入最大功率：200W

　　(4) 开关频率：50Khz

　　2.2 实际电路器件选择

　　实际电路中器件的选择根据系统设计要求来确定，首先确定FUSE,FUSE 主要起到限制输入电流过大作用，由于本系统输入为一个PV module，受到自身光电转换能力影响，电流最大为5A 左右，所以本设计中选用一个保险电流值为6A 的保险管。高频开关管的确定，在参考文献[1]中，可以得到，推挽电路的耐压值大约为2.5 倍的输入电压值，电流的允许最大值为5A,选择管子时，最低允许通过电流不能低于这个数值。另外，我们还要考虑到管子的损耗问题，我们需要选择一个低导通损耗的管子来保证再不外加散热情况下，管子可以正常使用，不至于过热导致系统崩溃。

　　为降低电路的开关损耗和减小关断瞬间电压尖峰，可以结合实际情况给电路加上RC 缓冲电路。推挽电路中，变压器的设计成功与否直接影响推挽级电路的工作能力，下面我们来重点介绍推挽电路

　　中变压器的设计：

　　(1)确定几个重要参数。高频开关管设计频率为50Khz;所采用的磁芯材料为PC40，额定磁通密度选择0.6* m B =0.6*5100=3000G;导线的电流密度根据经验选择10A/mm2。

　　(2)确定磁芯尺寸。根据上一步得到的原始设计尺寸根据公式可以计算出变压器设计的视在功率容量为:

　　3.推挽控制电路设计

　　推挽级电路的控制环路设计，旨在满足最大功率点跟踪(MPPT),本文对MPPT 不做过多介绍，只提供一种控制策略。MIC 系统经过对PV module 的输入电压，电流进行采样，计算，得到一个浮动范围较小的变量基准，本文将此基准假定为一个定值(选择值为CM240-2 提供的最大功率点电压44V )。整个推挽升压电路的控制电路设计目标为通过控制输入到并网逆变器的电压值，保证PV module 时刻保证在最大功率点附近工作，保证整机输出效率，系统控制框图如图 2，控制芯片采用SG3525。

　　4.推挽电路的仿真分析

　　根据上文对推挽级升压电路的大致介绍，我们可以从仿真角度来验证系统可行性，通过对系统进行仿真，确定系统可行性，并调整具体参数，为实验平台的建立打下坚实的基础，仿真文件如图 3 示，仿真结果如图 4，由仿真结果可以得出结论，设计可以满足要求，PV module 输入电压被控制在MPPT 附近，输出级电压可以升高到高于电网峰值电压的一个合理数值。

　　5.实验结果

　　通过上述分析和仿真结果，我们搭建一个具体的电路板，电路器件完全根据上述计算和分析选择，实验波形如图所示。在调试过程中，我们首先对控制电路进行调试，验证控制环路是否有效，此时应对输出电压进行控制，占空比输出最大则控制电路可以正常工作，之后再接成我们上文提到的控制策略，验证我们系统主电路与控制电路的有效性。图5 为输入电压电流参数,图6 为输出电压和驱动波形。

　　在系统调试过程中，我们的输入为一个直流稳压源串联变阻器来模拟PV modue，对变阻器后面的电压进行控制，来达到控制这一点输出的功率的目的。通过推挽电路，把推挽级输出电压升高到足够的高度来完成下面的并网逆变环节。最后通过简单的功率计算，可以得到推挽级升压电路的整体效率可以达到90%以上。

　　6.总结

　　以上分析了并网型MIC 系统前级升压电路，全文指出设计电路的各个重要环节需注意的问题。器件选型需要在给定的范围进行选择，超出范围将造成系统烧毁。通过对推挽级系统进行闭环仿真，验证其可实现性，并给下一步的具体实验平台搭建创造良好的条件，最后给出设计波形。随着全世界能源短缺的不断恶化，光伏将起到越来越重要的作用。小型化，模块化是光伏未来的发展方向。并网型MIC 系统以后必将在光伏市场上占据重要的地位。

　　参考文献

　　[1] Abraham I. Pressman.王志强译.开关电源设计(第二

　　版).北京：电子工业出版社，2005.9;

　　[2] 李桂丹，毕志军，高素玲.一种基于PWM 的推挽式开关

　　电源的研究.电源世界.2008,(12);

　　[3] 刘伟涵.600W 28VDC/360VDC 推挽正激变换器的研制和

　　偏磁研究.南京航空航天大学.2006

　　作者简介：

　　郝晓飞 男，1987年生，北方工业大学机电工程学院，

　　研究生，主要研究方向为MIC系统。