一种多路隔离输出光伏辅助电源的设计与实现

谭港港+谌伦佳+刘亚雯+刘春莉

摘要：为了解决光伏系统中隔离保护、输出电压纹波小、光伏电池输出电压范围宽的问题，设计了一种以电流型PWM控制芯片UC3842AN为核心的反激式开关稳压辅助电源。利用开关电压调节器LM2596S配合UC3842AN实现了对光伏电池电压的控制和稳压输出，并采用了三端稳压器78、79系列芯片实现了纹波小和负压输出。实验结果表明，该辅助电源输出电压稳定、输出纹波小，不仅能为单片机、辐照度测试仪、隔离驱动电路提供工作电源，还能为检测芯片提供负压。

关键词：光伏系统；辅助电源；UC3843AN

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）27-0255-02

随着时代的进步，经济的发展，不可再生资源的加速消耗。因而带来的能源危机与环境污染非常严重[1]。世界各国都在积极开发可再生能源。其中，太阳能绿色清洁，能量巨大而受世界各国的青睐，光伏产业得以发展迅速[2]。采用光伏发电技术已经成为实用价值最大，应用面积最广的新能源应用技术[3] 。为了能让光伏系统能够稳定的工作同时具有隔离保护的功能，给单片机、检测电路、辐照度测试仪以及隔离驱动电路提供各种芯片的工作电源。为此设计一个多路隔离输出的光伏辅助电源。

在光伏系统发电过程中，光伏电池板输出的直流电直接与辅助电源的输入端相连，不需要经过整流。由于光伏电池板受太阳光光照强度、湿度、温度等外界因素影响大，输出端的电压波动也会大[4]。即辅助电源的输入端并不是一个稳定的电压，而传统开关电源一般是输入网电220V，50HZ的交流电，经过整流，降压后接到其输入端。因此传统开关电源具有稳定的输入电压。根据光伏系统输入电压不稳定的这种特性，进行辅助电源的设计。

1 光伏系统结构设计

以UC3843AN为核心控制部件，设计一款直流0～40V输入，+12V、+5V、-5V输出的反激式开关稳压辅助电源。根据光伏系统的供电需求，设计5路输出：+12V、+5V、-5V、+12V、+5V，输出纹波小于1%。光伏辅助电源在光伏系统结构中的作用如图1所示，光伏辅助电源从太阳能电池板上取电后稳压给单片机、检测电路、辐照度测试仪以及隔离驱动电路提供各种芯片的工作电压。

1.1 主电路的设计

光伏電池输出电压经LM2596稳压后输出VCC通过D2管加至芯片UC3843AN的7脚，供芯片U1用电。LM2596支持输出可调，在输入40V时，输出可连续调整为0～37V，满足供电条件。为满足多输出和隔离的要求，高频变压器副边需要两个绕组，其中一个绕组必须带有中间抽头才能输出负压。绕组线圈经整流后直接接78、79系列芯片稳定输出5路电压。

1.2 UC3843AN控制电路设计

直流电压VCC向UC3843AN提供+16 V启动电压，C4和C3均为0.1uF的滤波电容。R5、C8构成一个RC滤波器可以减小内部误差放大器产生的频率响应，R7是增强型N沟道MOS管Q1的G极限流电阻。由R2、C5构成滤波器吸收谐波和尖峰电压。以6脚VO为输出端，此脚为驱动信号输出，峰值输出电流为正负1A。二极管D5对被驱动的增强型N沟道MOS管起保护作用，防止电流倒灌同时加快开关管的开关速度。2脚VFB是反馈电压输入端，接高频变压器的次级绕组，此脚与芯片UC3843AN的内部误差放大器正向输入端的基准电压进行对比，产生控制电压，调制脉冲的宽度，即PWM驱动信号。

2 实验结果及分析

为测试本辅助电源的实际性能，对电路进行了检测。光伏电池板经过晴天、雨天、多云等各种气候条件下输入电压为10～40V，稳定输出电压为+12V、+5V、-5V 。图3为控制芯片U1的驱动信号波形。随着输入直流电压的升高，芯片UC3843AN输出PWM波的占空比逐渐变小，来确保辅助电源输出电压的稳定。辅助电源的输出电压纹波为0.6%，电压调整率为4.1%。用这个辅助电源给光伏系统提供电源各个模块能够正常工作。

3 结束语

本辅助电源设计简洁、结构紧凑。辅助电源的输入电压范围0～40V，各路输出电压精确、稳定，纹波小，能够给单片机、检测电路、辐照度测试仪和隔离驱动电路供电，经过晴天、雨天、多云等各种气候条件下的实时监测，光伏电池的电压从10～40V波动，辅助电源依然能够将光伏电池上不稳定的电压经过滤波和控制将电压稳定在+12V、+5、-5V，电压纹波的参数从示波器上看为0.6%满足纹波小的需求。实验结果表明辅助电源设计思路简单实用，稳压性能良好，电压调整率为4.1%，能够正常供电。同时设计成本低，可靠性强，实用价值大，长时间工作发热量不大，稳定输出。

参考文献：

[1] 秦岭，谢少军，杨晨，许津铭，王挺.太阳能电池的动态模型和动态特性[J].中国电机工程学报，2013（07）：19-26+123.

[2] 陈圣伦，金天均.光伏发电系统辅助电源设计[J].电力电子技术，2007，41（5）：1-3.

[3] 谢宁.大型光伏电站电能质量分析与补偿系统研究[D].湖南大学，2015.

[4] 谈敏.基于UC3843反激式开关电源的设计[J].通信电源技术，2016（04）：115-118.endprint