太阳能逆变电源的制作方法

本实用新型涉及光伏电源技术领域，特别涉及一种太阳能逆变电源。

背景技术：

光伏电源系统应包括太阳能直流充电系统和逆变系统两大部分。自关断器件相继被发明出来，例如可关断晶闸管、电力晶体管等，这也促进了逆变电源的发展，于是，利用自关断器件当作开关器件的逆变器出世了，即是二代逆变电源，使用自关断器件的逆变器，其逆变电源的能力得到了巨大提升，使用了自关断器件的逆变器与初代逆变器相比有了许多优点，首先因为有了自关断功能，所以不再需要换流电路，这样使主电路得到简化以至于降低了成本；其次由于逆变器使用了自关断器件，以至于其性能相比初代得到了极大的提升。这一代的逆变电源一般是采用带有电压有效值反馈的SPWM控制技术来实现。这一代的逆变器拥有简单的结构和容易实现的优点，但也并不意味这他没有缺点，由于它没有考虑信号传输过程中开关点的变化及负载的影响，所以还是有不少的缺点的，首先它如果负载是非线性的就没有良好的适应能力，非线性的负载会使输出电压的波形发生畸变；其次因为没有瞬时值的反馈所以它的动态特性也不好；最后因为有控制不到的时间域，同样会使输出的电压波形发生畸变。这些缺点使得第二代逆变电源依然不够完善。

通过近十年来新型电源控制技术的高速发展，为了应对第二代逆变电源的缺点，我们发明了实时反馈控制技术，这也使第三代逆变电源因此诞生，三代逆变电源使用了这种技术又一次使逆变电源的性能提高了，同时还弥补了第二代的缺点，这种技术到目前为止还在不断地被完善，实时反馈控制技术拥有许多种，基于对动态性能和适应性等方面的考虑目前被广泛采用的技术是带电流内环的电压瞬时值反馈控制。

技术实现要素：

本实用新型目的是：提供一种太阳能逆变电源，一方面实现逆变电源的效率更高，结构更简单、成本更低，另一方面实现数字化控制和显示，输出电压质量更高，系统响应更快，具有更稳定的动态性能以及更大范围的适应性。

本实用新型的技术方案是：

太阳能逆变电源，包括依次连接的前置滤波电路、逆变电路、LC滤波电路，还包括单片机和驱动电路，所述单片机通过驱动电路连接控制逆变电路进行单极性的正弦波脉宽调制，输出SPWM波形。

优选的，所述逆变电路采用四个MOS管组成的单相全桥逆变电路。

优选的，还包括分别与逆变电路输入端、输出端连接的电压检测电路和电流检测电路，所述电压检测电路和电流检测电路的输出端分别连接到单片机。

优选的，所述单片机还连接有显示模块。

优选的，所述前置滤波电路采用电容滤波电路，连接在太阳能电池与逆变电路之间。

优选的，所述驱动电路为半桥式驱动电路，采用IR2104作为驱动芯片。

优选的，所述单片机通过非门门逻辑芯片连接驱动电路。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1．本实用新型所提供的太阳能逆变电源，对单相全桥逆变电路采用单极性的SPWM调制，输出电压质量更高，系统响应更快，具有更稳定的动态性能以及更大范围的适应性；

2．本实用新型基于单片机的控制，具有构成简易、保护功能完善的优点，实现数字化控制和显示；

3．本实用新型采用电压检测电路和电流检测电路，可以防止系统过压或过流，具有更高的安全性、可靠性。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型所述的太阳能逆变电源的主回路原理图；

图2为本实用新型所述的太阳能逆变电源的系统硬件原理图；

图3为本实用新型所述的基于IR2104的半桥驱动电路的原理图；

图4为本实用新型所述的电流检测电路的原理图。

具体实施方式

如图1和2所示，本实用新型所揭示太阳能逆变电源，包括依次连接的前置滤波电路、逆变电路、LC滤波电路，还包括单片机、IR2104驱动电路、电压检测电路、电流检测电路以及一些外围电路，所述电压检测电路和电流检测电路逆变电路输入端、输出端连接的输出端分别连接到单片机。太阳能电池输入12V直流电压经过前置滤波电路的这个部分采用电容进行过滤，在逆变的部分采用了四个金属氧化物半导体管（即MOS管）组成了一个单相全桥逆变电路，所述单片机通过非门门逻辑芯片、IR2104驱动电路连接控制逆变电路进行单极性的正弦波脉宽调制，输出SPWM波形经电感、电容组成的LC滤波器滤除高次谐波，得到一个8V的正弦波。

具体实施时，各部件分别作以下选择。

单片机的选择

本实用新型所采用的单片机是PIC16F1937，它能使系统的到充分的实现，能有效输出两路PWM波形，通过软硬件设计，实现多功能的驱动控制，这种单片机的存储字节数能达到60K之多，它还拥有36个I/O口和14路10位ADC模数转换。该单片机内置上电复位电路，性价比高，抗静电，抗干扰，低功耗，低成本。

滤波电路的选择

滤波电路的作用是把直流电压过滤，过滤掉其中不平整的脉动，这样的目的是确保之后的电路环节能得到优秀质量的电压或电流，本电路的滤波电路部分采用的是电容滤波电路。虽然从理论上来讲只要电容值越大那么过滤的效果就越好，但是出于对实际的考虑无论结构上还是价值上都不能这样，所以要计算电容的实际大小。

要设计一个滤波电路通常都会选择具有较高电抗性的元件，简单的滤波电路一般是在负载上并联一个电容器或者在负载上串联一个电感器，如果同时使用电容和电感组成滤波电路则被称为复式滤波电路。 交流电转换为直流电后会有电压波动，这里通过电容率波过滤掉电压波动。当直流电转换为交流电的时候为了在负载得到无畸变的正弦波这里采用复式滤波器。

电压检测电路

由于在电机运行过程中，可能会产生电网电压波动的情况，如果电网低于某个数值时，可能会损坏正在运行的用电器，所以需要两个电阻对母线电压进行分压检测，由于太阳能电池输出电压为12V，而单片机的采样电压最高位5V，故采样电阻比例需要大于(12+5)/5=3.4，这里取两个电阻分别为 470K 和4.7K。

场效应管的选择

所述逆变电路需要用到四个场效应管VT1～VT4，电路的输出端要与用电器连接。由于是市电接入所以要选用拥有足够大耐压值的场效应管，本实施方案选用8N80场效应管即8A 800V的场效应管，这种场效应管无论是从耐压方面考虑还是从通断时间方面考虑都能满足设计的要求。

驱动电路的选择

如图3所示，所述驱动电路采用半桥式驱动电路，采用IR2104来当作驱动芯片，它具有的优点是结构简单，性能可靠，巨大提升电路的稳定性且降低了设计难度。该芯片采用被动式泵荷升压原理。上电时，电源流过快恢复二极管D向电容C充电，C上的端电压很快升至接近Vcc，这时如果下管导通，C负级被拉低，形成充电回路，会很快充电至接近Vcc，当PWM波形翻转时，芯片输出反向电平，下管截止，上管导通，C负极电位被抬高到接近电源电压，水涨船高，C正极电位这时已超过Vcc电源电压。因有D的存在，该电压不会向电源倒流，C此时开始向芯片内部的高压侧悬浮驱动电路供电，C上的端电压被充至高于电源高压的Vcc，只要上下管一直轮流导通和截止，C就会不断向高压侧悬浮驱动电路供电，使上管打开的时候，高压侧悬浮驱动电路电压一直大于上管的S极。采用该芯片降低了整体电路的设计难道，只要电容C选择恰当，该电路运行稳定。

IR2104内部自带死区功能，确保了上下管不会出现共态导通的问题。

电流检测电路的选择

电流检测电路采用电阻分压检测电路，检测方法的电路和程序控制相对而言比较简单。实现对输出电压和电流的闭环控制，必须对采样反馈输出电流和电压。本设计采用如图4所示的电流电压检测电路。为了便于单片机采集，分压电阻产生的电压经过由LM358构成的同相比例放大器放大后，输入到单片机的ADC端口。

如图4所示，为了使用者的安全，我们设定保护电流为1A，即电流超过1A，系统进行保护，并停止输出。

7 显示模块选择

本实用新型采用的是LCD1602液晶显示器，液晶驱动电流较小，能显示较大信息量，无需增外设电路。能显示多行数据，方便用户进行更多的操作。LCD1602A 是一种可以同时显示16列2行字符的液晶显示器。它可以用来显示数字和字母字符，因为使用比较方便，显示比较全面，很多方面都会用到这种显示器。1602液晶显示器具有显示文字清晰、具有数字式接口、显示屏十分小巧、功耗低的优点。

综合以上的分析论证，本实用新型公开了一种采用PIC16F1937单片机为核心的SPWM逆变电源，能将输入的12V直流电逆变成稳定的12V交流电输出，单片机通过自然数查表法在两硬件PWM模块产生SPWM脉冲信号，采用单极性调制方案通过LC低通滤波器的单相全桥逆变电路输出驱动，最后稳定的正弦波交流电在负载上得到。其正弦波输出频率由单片机内部程序控制调节。另外本系统外接液晶屏，液晶屏能实时显示输入电压及输出电流，输出正弦波的频率，使系统的安全及稳定得到了很大提升。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。