【導(dǎo)讀】光伏系統(tǒng)通常包括一種儲能方式——電池或超級電容器——在沒有陽光或電源瞬變期間為負(fù)載提供電力。但是,在可行的情況下,無存儲系統(tǒng)是具有更高 MTBF 的更環(huán)保的替代方案。
光伏系統(tǒng)通常包括一種儲能方式——電池或超級電容器——在沒有陽光或電源瞬變期間為負(fù)載提供電力。但是,在可行的情況下,無存儲系統(tǒng)是具有更高 MTBF 的更環(huán)保的替代方案。
圖 1 中描述的設(shè)計理念 是一種光伏穩(wěn)壓器,它以開關(guān)式 開關(guān)模式運(yùn)行,可實(shí)現(xiàn)高效率。它易于擴(kuò)展且僅使用分立組件。
圖 1 簡單的自由運(yùn)行光伏穩(wěn)壓器(注:D2 和 D3 是齊納二極管)。
PMOS 晶體管 M1 的導(dǎo)通和截止為輸出電容 C1 充電。當(dāng) M1 打開時,光伏電源達(dá)到其開路電壓C1向負(fù)載放電;當(dāng)M1導(dǎo)通時,光伏電源被鉗位到輸出電壓V O,C1再次充電。
光伏源的 SPICE 模型由 I1-D1-R1-R2 給出,它代表一串 30 個串聯(lián)的低功率硅太陽能電池。
電路操作如下:M1 在啟動期間導(dǎo)通,因?yàn)?R3 和齊納二極管 D2 將 V GS設(shè)置 為 12V。當(dāng) C1 充電時,齊納 D3 上的電壓上升直至達(dá)到 10V,從而設(shè)置電壓參考電平。V O 繼續(xù)上升,直到由 Q3 和 Q4 組成的差分放大器的輸出打開 Q2 和 Q1,從而關(guān)閉 M1。
然后V O 下降,直到差分放大器的輸出不足以保持 Q2 導(dǎo)通。穩(wěn)壓器無限期地保持在 bang-bang 模式,輸出電壓由下式給出:
(1)
輸出電壓紋波和開關(guān)頻率可以通過輸出電容C1和反饋網(wǎng)絡(luò)電容C2來調(diào)節(jié)。增加 C2 值會減慢電壓檢測速度,這可能是穩(wěn)定目的所必需的,但也會增加輸出紋波。建議根據(jù)應(yīng)用在開關(guān)頻率和輸出電壓紋波之間取得平衡。
原型的波形如圖 2所示。15V 輸出的紋波小于 0.5V P-P ,開關(guān)頻率略高于 25kHz。
圖 2 穩(wěn)壓器波形。藍(lán)色:輸出電壓;綠色:輸入電壓;青色:M1電流。
總而言之,該電路是一種簡單但穩(wěn)健且通用的解決方案,可從光伏電源獲得穩(wěn)壓電壓。該設(shè)計很容易適應(yīng)其他電壓或電流需求。
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