微功耗清洁能源存贮系统

1传统能源存贮系统

传统贮能系统中，DC/DC、AC/DC、DC/AC三种功率变换器都采用PWM脉宽调制技术，无论是电能存贮侧充电功率的获得，还是电能释放侧的并网功率的获得，都采用PWM脉宽调制，电路拓朴有桥式、半桥式、推挽式、正激式、反激式等等，还有Boost、Buck、Cuk等电路形式。其工作方式是，首先把输入直流电压全部变换成高频方波，然后用大电容滤波，变成另一种直流或交流电压。这种方法有以下弊端：

⑴ 采用脉宽调制的方法，高频率、大功率方波的产生过程，也就是强烈EMI干扰产生的过程，大功率直流变换器相当于一个高频功率发射台，可以想见，所产生的干扰何其严重。

⑵ 功率变换过程中，输入功率的全部必须进行实际的功率变换，所有变换的功率必须通过磁芯变压器或电感传递才能到达输出端，损耗大，效率低。

图1是传统能源存贮系统框图，两侧功率总损耗接近30%，对于清洁能源来说，比如光伏发电，其效率本来就很低，好不容易花大成本把太阳能变换成电能，却让电能存贮系统两侧的功率变换器白白浪费了这么多，实在可惜。

2 微功耗清洁能源存贮系统

图1是微功耗清洁能源存贮系统的原理框图，由3部份组成：充电侧的微功耗充电、蓄电池、并网侧的微功耗逆变。微功耗充电包括：产生恒流恒压的直流稳压器、功率因数校正器、无损充电等。微功耗逆变包括：单相或三相逆变器。

在充电侧，可接受来自电网谷电、风力发电的交流电压，也可以接受来自太阳能发电、潮汐发电、地热发电的直流电压。对于交流电压，首先要进行功率因数校正，对于直流电压，要获得恒流、恒压充电功率;在并网侧，要进行单相或三相逆变，由直流变换到交流，然后并入电网;蓄电池可以是锂离子动力蓄电池、千网水平蓄电池、普通铅酸蓄电池、其他类型蓄电池。

图1 微功耗清洁能源存贮系统框图

微功耗充电，可以接受交流电压，也可以接受直流电压。如果输入交流电压，进入功率因数校正器，如果输入直流电压，进入直流稳压器，产生恒流恒压充电功率。无论输入的是交流电压还是直流电压，都采用无损充电方式。在并网侧，对于单相交流输出，有一个单相直流逆变器，对于三相交流输出，有一个三相直流逆变器。

3直流稳压器

图2是直流稳压器原理电路。设输入电压Vi=10.5V，要求输出电压Vo=12V，该电路产生一个补偿电压Vc=1.5V，叠加在输入电压之上，使得输出电压等于12V。V2是功率MOS管Q2的栅极100kHz的方波驱动信号，V1是输入直流电压。电路启动后，Q2饱和导通，电池电压V1通过Q2的漏源极向电感L1充电，电感电流线性增加，电感中存贮的能量不断增多。与此同时，电容C2上的电压向负载R2放电。半个周期后，Q2截止，存贮在电感L1中的电能通过Q1的体内二极管向电容C1充电。C1上的电压叠加在电池电压V1之上，在向负载电阻R2供电的同时，也向电容C2充电。图2右边是各点电压的仿真波形，从上到下依次是：输出电压Vo、输入电压Vi、补偿电压Vc。从图可以看到，输出电压Vo(12V)是输入电压Vi(10.5V)和补偿电压Vc(1.5V)之和。

图2 直流稳压器原理电路

功率MOS管Q1没有驱动信号，只利用功率MOS管Q1体内二极管的正向特性，其饱和压降小，通过电流大。

与传统直流功率变换不同的是，在这儿并不是不问青红皂白地行把输入电压全部变换成方波电压，而是根据情况，只把输入电压中的极小部份变换成方波电压。例如：输入电压是10.5V，输出电压是12V，应该在10.5V的输入电压之上补偿1.5V。因此，仅仅只须把这应该补偿的1.5V变换成方波电压即可。图2右边是各点电压的仿真波形，从上到下依次是：输出电压Vo，输入电压Vi，补偿电压Vc 。

图3是引入UC1825的直流稳压器实用电路，在控制芯片UC1825的右边电路与图2完全一样，只是Q1的栅极驱动信号V2换成了UC1825输出信号OUT_A，当负载或输入电压变化时，由UC1825调节脉宽，保持输出电压Vo不变。

图3 引入UC1825的直流稳压器实用电路

调节UC1825输出信号OUT_A的脉宽来控制输出电压Vo不变，只不过是调节由电感L1而来的极小部份的直流电压，即电容C1上的补偿电压，而绝大部份直流电压，即负载电阻R6上的绝大部份电压是由输入电压直接而来，未经任何功率变换。

图3右边是接UC1825芯片的电压补偿电路各点电压仿真波形，与图2的仿真波形相似。

4 功率因数校正器

功率因数校正器就是直流稳压电路，当输入电压是交流时，就是功率因数校正电路，当输入电压是直流时，就是直流稳压电路，

图4是单相微功耗功率因数校正器的原理电路。把图2直流稳压电路中的电池V2代之以整流后的馒头波电压Vd即可，要使输出电压Vo成为直流电