太阳能电池升压电路的设计与仿真

　随着太阳能发电技术的发展，太阳能电池已在交通、通信、家庭灯具电源、卫星、航天器的电源系统等很多领域被广泛使用。它是一种很有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性等优点。但太阳能电池也存在不稳定性，这将导致在昼夜、不同天气等条件下对负载正常供电产生影响，同时，在日照不足时蓄电池的储能也存在不能工作的问题。针对这个问题，国内也有关于太阳能电池升压控制电路的相关设计，但只给出了主体设计及充电电路，未进行深入的分析与验证。本文根据DC-DC变换电路的特点，设计了电源输入电路、脉宽调制电路以及推挽电路，通过Multisim软件对各部分电路进行仿真，验证了该方案的可行性。
1 设计方案
　单节太阳能电池最低电压一般在0.4 V~0.7 V之间，将20节太阳能电池串联起来，当光照不足时，该电源产生的电压约为9 V，为了将电压升高至14 V，直接对12 V的蓄电池充电，本文设计了一款DC-DC升压电路，该电路主要由脉宽调制控制和推挽电路两部分组成，主要设计框图如图1所示。

　由图1可见，太阳能电池输出的直流电压经滤波除掉噪声干扰后，由脉宽调制控制器实现脉宽调制。经推挽变换器和滤波电路后输出直流电压。输出电压与反馈控制电路进行比较，如输出电压为14 V，可直接对蓄电池充电；如小于14 V，则经升压电路升压至14 V后对蓄电池充电，由此可保持电源持续工作。
2 电路的设计与仿真
2.1 电源输入滤波电路设计
　电源输入滤波电路主要是抑制直流公共电源噪声耦合，去除串入电源的外来干扰噪声，并可抑制电路自身因电流或电压变化产生的噪声对邻近电路之间通过电源的耦合干扰。电路中C2采用低阻电解电容，C1采用高频特性好的瓷片或聚苯乙烯电容[1]，如图2所示。

2.3 推挽变换器的设计

　推挽电路结构如图4所示，它由逆变器（DC-AC）、高频整流滤波电路（AC-DC）及控制驱动电路组成。两个高频开关三极管TIP41A和变压器组成推挽逆变电路，将直流输入变换为高频方波脉冲，其中，开关三极管也有电流放大的作用，二次侧输出的高频正负脉冲电压经二极管整流成2倍于开关管频率的正向脉冲[3-4]。
　对推换电路进行仿真，结果如图5所示。由图可知，开关管在关断瞬间会产生很高的电压尖峰脉冲，反向恢复过程中也会出现很高的反向恢复电压尖峰脉冲。这是

　滤波电路参数设定后，用Multisim软件进行仿真，结果如图8所示。由仿真波形可以看出，该电路能在极短时间内升压至设定电压值，而且经过LC滤波电路平滑高频，输出稳定直流电压，可见该升压电路对输入电压有很好的调节作用；对所设计的缓冲、滤波等电路的电子元件的选择是合理的；功率器件也符合该升压电路的设计要求。由此可以说明，本文的设计方法正确，结果符合设计要求。

　本文以太阳能电池升压电路为研究对象，根据太阳能的不稳定性问题，确定了以Boost电路的DC-DC变换电路为解决方案。对滤波电路、脉宽调制电路、推挽变换器和整流滤波电路进行了分析和设计。用Multisim软件对电路进行了仿真，结果证明本文的设计在理论上是可行的。该设计性能可靠、结构相对简单、成本低、重量轻、体积小，具有较大的应用潜力。
参考文献
[1] 张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社，2004.
[2] 李桂丹，高晗璎，张春喜.基于SG3525的DC/DC直流变换器的研究[J].通信电源技术，2008，25（5）：28-30.
[3] 李雪莲，陈轶萌.一种低压DC-DC升压电路的设计和实现[J].软件导刊，2010，9（3）：80-81.
[4] 吴建进，魏学业，袁磊.一种推挽式直流升压电路的设计[J].电气自动化，2011，33（2）：54-56.
[5] 王川川，赵锦成，臧巨轮.基于单片机的DC-DC升压电路设计与仿真[J].军械工程学院学报，2009，21（5）：55-59.