光伏逆变器中反激式辅助开关电源的设计

光伏逆变器中反激式辅助开关电源的设计

发表时间：2017-05-25T10:23:18.713Z 来源：《基层建设》2017年4期作者：谭宁

[导读] 摘要：光伏逆变器系统需要稳定、高效的辅助电源，因此对该电源的设计方法、工作原理加以分析显十分重要。

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摘要：光伏逆变器系统需要稳定、高效的辅助电源，因此对该电源的设计方法、工作原理加以分析显十分重要。在对其进行系统化分析的基础上，使用TOP258智能开关电源芯片，设计出多路隔离的反激式辅助开关电源，用作为光伏逆变器的辅助电源。其具有的体积小、效率高等优点，可以很好的满足光伏逆变器的使用需求。

关键词：反激式变换器；多路隔离；辅助开关电源；光伏逆变器

科学技术的飞速发展，为人类社会的物质生活水平的提升奠定了良好的基础，随之产生的问题也逐渐呈现出来，对于能源的短缺以及环境污染问题被世界国家更加重视，如今，清洁以及安全的光伏发电技术已作为重要研究课题。

在光伏发电系统中，光伏逆变器是其重要构成部分，其自身的安全、高效运行成为了重要基础。因为逆变器本身系统的特殊性，致使其控制系统以及通信系统等要求使用±15V及5V等多路隔离电源，所以设计一个结构简单、安全可靠、性能优越的辅助电源对光伏逆变器的运行有着至关重要的影响，确保运行的安全性和效率成为了人们考虑的首要因素。与此同时，在一般情况下，控制电路与功率MOSFET分开结构的反激式开关电源系统，具有运行成本高、开发周期长的特点，其结构的复杂性同时也增加了使用难度，降低了使用效率。PowerIntegrations公司推出的第五代开关电源芯片TOP258，具有诸多优点，它将结合自启动电路、维系电路、PWM控制电路以及功率MOSFET等在一块，让得系统更加简单，运行成本降低，运行高效稳定。故本设计将TOP258作为开关电源控制器，在此基础上开展设计和研究。

1 对TOP258开关电源控制器概述

所谓TOP258，其为一款集成式开关电源芯片，可以把控制引脚输入电流转化成高压功率MOSFET开关输出的占空比。按照器件的固有特性，MOSFET开关输出电压的占空比随着控制脚输入电流的增加而降低。

对于TOP258芯片来讲，其优点较多，不但拥有高压启动、自动重启、周期电流限制以及热关断等特点，还具备其他设计灵巧、减少运行成本以及增加电源性能等优点[1]。而且，TOPSwitch的一些型号使用高压CMOS 技术，可以很好地把MOSFET及低压控制电路集合到一片集成电路中，可以到达很高的性价比，因此对于小功率的开关电源很适合，其特点主要为：

a.能够在17 ms内完成软启动，使用扫描，能够很好限制启动时峰值电流以及电压；

b.输出电压的最大占空比最大可达到78%，设计选型时可以选用更小的电容；

c.系统可以多种模式稳定工作，还实现了整个负载范围内的电源效率优化。

2 电路设计

构建的反激式开关电源主要采用TOP258单片开关电源控制芯片，其系统原理如图1所示。能够接受直流输入范围：170～400 V，输出包括六路：±15V（200mA），+15V1（300 mA），+15V2（150 mA），+15V3（150mA）以及5V（3000mA）。设计的高频变压器额

定输出功率：30W。参照电源功率选择开关电源控制器：TOP258。

2.1 初级钳位保护电路

对于反激式辅助开关电源系统设计时，MOSFET开关管关断一瞬间，高频变压器的漏感产生尖峰电压（VL），同时，高频变压器的二次侧绕组输出电压经过变压器器耦合到原边，此时变压器的原边输入直流电压、原边漏感产生的电压尖峰以及副边反射到原边的电压全部叠加MOSFET漏源极，很易损坏MOSFET，所以要在设计中增加保护电路，削减和吸收有害的尖峰电压。

本设计选取了快速恢复二极管、阻容式吸收元件以及TVS管，这样组成了限幅吸收电路（R、C、TVS、VD型），保证了电源系统能可以很好发挥出TVS快速响应优势特点，而且能够承受瞬态高能量脉冲，同时限幅电路还兼具RC吸收回路的能力。

2.2 对回路设计进行反馈

进行设计时，选取TL431以及光耦构成反馈电路，对于5V电压反馈信号，其通过R6以及R8进行分压，然后进到TL431的Ref管脚端，进而转成电流反馈信号，最后通过光耦隔离，再送入TOP234Y的控制端。对于光耦电流传输比允许50%～200%的范围。

2.4 变压器设计

2.4.1 对于磁心的选择

选用高频变压器应用于设计时，对于其工作过程，反激式的开关电源作用可以储存能量以及隔离危险，所以能够合理设计高频变压器

已作为了开关电源系统设计的重要部分。SJ：高频变压器磁芯的截面积以及 Pmax：可承受最大功率，二者相应关系如下式：

4 结语

此次设计过程中，通过分析光伏逆变器反激式开关电源系统的系统结构和工作原理，设计并成功制作了一台基于TOP258 智能芯片的反激式开关电源系统，在试验过程中，该电源系统被成功运用于光伏逆变器的辅助开关电源，通过试验数据以及记过能够很好地看出，在核心控制器设计时把TOP258芯片当作光伏逆变器辅助开关电源系统，具有良好的稳定性，输出电源电能质量高，完全可以满足光伏逆变器系统稳定工作的要求。

参考文献：

[1]蒋晓明，曾德志，黄丹，等.基于NCP1351B的光伏并网逆变器辅助电源的设计[J].电源技术，2016，40（1）：141-143.

[2]宋明明，汪海宁.光伏微型逆变器中磁集成开关电源设计[J].电器与能效管理技术，2014.2（18）：37-41.