随着全球能源危机的日益加剧，如何加快新能源开发与利用是每个国家都必须面临的难题。太阳能作为人类赖以生存的能源，其能量之巨大，利用前景之广阔，都表明太阳能是人类未来最有发展和利用潜力的新能源。然而，尽管太阳能取之不尽，用之不竭，但是太阳能却有许多缺点，如单位能量少，受天气影响因素较大等。因此，如何提高太阳能利用率和利用方式，是目前研究的热点；比较成熟的产品有太阳能逆变器，控制器等。本文提出的是给1KW太阳能离网逆变器提供高压直流电平的直流升压装置，该装置能提供稳定的大功率直流电源。
太阳能离网逆变器包括太阳能电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池四个部分。太阳能逆变器主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电。通过全桥电路，一般采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压等，得到与照明负载频率、额定电压等相匹配的正弦交流电供系统终端用户使用[1]。有了逆变器，就可使用直流蓄电池为电器提供交流电。
本文通过隔离变压器进行升压，确保输出的高压直流电平稳定在一个合理的范围内。最后的测试结果表明，该系统具有很高的效率，系统稳定性很好，可以用于实际产品的应用。
1 直流升压拓扑结构
太阳能离网逆变器的直流升压拓扑结构，本质上是一个推挽电路。其电路图如图1所示。
图1 直流升压拓扑结构
推挽变换器电路拓扑的特点是结构对称，应用方便。推挽电路一般用在输入电压较低的场合，此时对原边MOS管的耐压要求很低，方便选取相应的器件型号，但这种变换器中的变压器存在偏磁现象[2]。对于推挽电路，在初级绕组正反两个方向激励时，相应的伏秒积不相等，此时变压器处于不平衡运行状态，磁芯的工作磁化曲线不再关于原点对称，严重的时候会损坏硬件器件[3]。为了抑制偏磁现象，必须对变压器原边进行电流检测，来抑制偏磁现象；因此，必须使用电流型控制芯片。
要想传输1KW的功率，若使用单个变压器，则变压器体积过于庞大，且损耗较大，显然不是合适的选择，因此，需要使用多个变压器同时工作。此处采用的是IPOS策略，即多个变压器原边并联输入，副边串联输出[4]。其示意图如图2所示，其中每个模块都互相独立，但却都由同一个控制芯片控制，并且每一个模块都有相应的检测信号和保护电路[5][6]。使用此控制方法的优点是，将低电压转换为高电压，再将输出的电压串联起来，达到所需的电压。同时每个变压器所传输的功率降低了，对硬件的要求也降低了。因此，这种结构特别适合应用于低电压大电流输入，高电压小电流输出的场合[7]。
图2 IPOS模块示意图
2 硬件实现技术
2.1 控制芯片3846的运用
UC3846采用定频电流模式控制，改善了系统的线电压调节率和负载响应特性，简化了控制环路的设计。UC3846内置精密带隙可调准电压、高频振荡器、误差放大器、差动电流检测放大器、欠电压锁定电路以及软启动电路，具有推挽变化自动对称校正、并联运行、外部关断、双脉冲抑制以及死区时间调节等功能。其内部分原理框图如图3所示[8]。
图3 3846内部框图
3846具有双脉冲输出且自带死区时间调节，可以很方便的控制信号的占空比，从而使推挽变压器能够稳定的输出电压；同时，3846最突出的特点是能够对电流进行检测，确保电流值限定在一定的范围内。因此，通过这个功能，对推挽变压器原边电流进行检测，保证电流的大小被限定在一定的范围内，就可以很好的抑制变压器偏磁的现象。
2.2保护电路[9]
对电源模块来说，输入电压的变化对系统有着很大的影响；尤其是低电压大电流这种情况下，蓄电池电压会出现比较大的范围内的波动。因此，必须对电路进行保护，确保系统工作在安全条件下。
图4 低压警报和低压关断保护电路
如图4所示为低压警报和低压关断保护电路。当蓄电池电压低于预设值时，U1输出高电平，将三极管Q1导通，使蜂鸣器BZ1鸣叫报警；当电压继续下降时，低于预设值，则U2输出高电平，给CUT信号，关断3846控制芯片，保护电路；同时导通了三极管Q3，此时R7与R9并联，使蓄电池经电阻分压后电压更低了，此时，并不是蓄电池电压恢复到关断电压的值时就能重新启动电路；要使电路重新正常工作，此时蓄电池电压必须高于某一值时才能重新启动电路，这也能很好的保护电路，防止因蓄电池在大电流放电时所导致电压不稳，进而使得电路忽而工作，忽而停止的情况。
图5 过温和过压保护电路
如图5所示为过温和过压保护电路。当系统温度过高时，此时U3输出高电平，给3846一个关断信号；同理，当蓄电池电压超过预设值时，U4输出高电平，关断控制芯片。当过温或者过压信号出现时，此时U5正向输入端电压高于反向输入端比较电平，U5输出高电平；当系统电路温度上升到一定值时，系统会启动风扇，使电路散热片降温；若启动风扇后系统温度仍然继续上升，则单片机判断系统过温了，关断输出，使系统停止工作；当过压和过温信号消失时，U5正向输入端的电容通过接地电阻放电，最终将正向输入端电压拉低，使U5输出低电平，重新启动电路。经过试验，整个保护电路是合理且满足要求的。......
|