摘 要

随着世界能源危机的加剧,可再生能源的开发和利用正受到世界上越来越多的国家的重视。太阳能具有很多优点，例如经济性、清洁性等，所以太阳能发电很受人们青睐。光伏电池组件的串联数量会受很多因素的影响，其中最重要的就是太阳能电池板的耐压水平带来的影响和太阳能光伏电池板的绝缘水平的影响，所以光伏电池的输出和电网母线之间需要有一个升压变换设备做隔离，这个升压变换设备就是升压型DC-DC变换器。本课题的主要内容如下：

本课题的目的是设计一个100kW级光伏电池升压DCDC变换器，本毕业设计首先对课题的研究背景和意义进行说明，然后论述了光伏电池的基本情况，本文的重点是说明升压型DC-DC变换装置的实际应用功能。本文以最基本的Boost变换器的原理为切入点，深入研究了四相交错并联DC-DC变换器的电路拓扑和工作原理，然后选择了符合要求的主电路图，对主电路的工作原理和不同的工作模式进行了详细的介绍，对电压增益的大小进行了介绍，确定了占空比D的范围，计算了主电路中各个硬件的参数，选出了合适的器件型号，对控制电路进行设计并绘制了各个部分的电路图。之后，用MATLAB/simulink对四相交错并联升压DC-DC变换器主电路做了仿真，通过对仿真波形的计算和分析，证明了本毕业设计的可行性，最后，得出结论并进行总结。

关键词：光伏电池，升压DC/DC变换器，四相交错并联，仿真实验

Abstract

With the intensification of the world energy crisis, more and more countries in the world began to pay attention to the development and utilization of renewable energy. Solar energy has the advantages of economy, cleanliness, so much favored by people. Solar panel pressure and insulation requirements limit the number of photovoltaic modules in series, so it is important to design a transforming device with a boost capability between the output of the photovoltaic cell and the bus of the grid,

that is, boost DCDC converter .The content of this paper is about four-phase interleaved parallel boost DCDC converter .The main design is as follows:

It is the calculation of high power and big voltage of 100KW class. Firstly explaining the background and significance of the topic, and the basic situation of the PV is discussed, focusing on the application of DCDC devices. Based on the analysis of the basic boost principle and the analysis of the DC/DC boost converter topology, the main circuit for this requirement is determined. This paper introduces the working principle and mode of the design circuit. The range of the voltage gain size and the duty cycle of the D is calculated. The hardware parameters of the main circuit are calculated. Complete the design of device selection and control circuit (power drive circuit,voltage, current and temperature acquisition and processing circuit, etc), and draw the design of each part. Then introducing software design, the specific description of the synthesis of software and hardware, through the host computer and related hardware devices to achieve total control. The block diagram of the main program and interrupt program is given. Finally through the simulation software MATLAB/simulink simulation of two phase staggered parallel main circuit, the simulation waveform analysis, confirmed the reliability and feasibility of the design and the corresponding conclusions.

Keyword:PV, DC/DC converter, multiphase crisscross parallel, simulation experiment.

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章 绪论 1

1.1 光伏发电存在的问题 1

1.2 课题研究背景及意义 1

1.3 DC/DC变换器研究现状 2

1.3.1 升压型DC/DC变换器的应用现状 2

1.3.2 交错并联DC/DC变换器研究现状 3

1.4 本文研究内容 5

第2章 光伏电池升压DC/DC变换器方案设计 6

2.1 总体设计目标 6

2.2 DC/DC变换器种类 6

2.3 升压型DC/DC电路分析 8

2.4 四相交错并联升压DC/DC电路设计 10

2.4.1 DC/DC变换器方案设计 10

2.4.2 主电路运行原理 12

2.5 本章小结 13

第3章 升压DC/DC变换器硬件设计 14

3.1 主电路参数设计 14

3.1.1 储能L和滤波电路LC的选择 14

3.1.2 开关管Q和二极管D的选择 15

3.2 控制电路设计 16

3.2.1 驱动电路的调制方式 16

3.2.2 PWM电压电流控制 17

3.2.3 驱动控制集成电路选型 17

3.3 采集处理设计 18

3.3.1 电压、电流采集处理 18

3.3.2 保护电路设计 19

3.4 通信电路 20

3.5 本章小结 21

第4章 DC/DC变换器软件设计 22

4.1 引言 22

4.2 主程序设计 22

4.3 中断程序设计 23

4.4 本章小结 23

第5章 DC-DC建模仿真与分析 24

5.1 仿真软件介绍 24

5.2 电路模型搭建和仿真结果 24

5.2.1 仿真建立及参数设置 24

5.2.2 仿真波形 26

5.2.3 实验结果分析 37

5.3 本章小结 37

第六章 结论 39

致 谢 40

参考文献 41

第1章 绪论

近年来，资源和环境问题越来越突出，新能源的研究和发展越来越受到人们的关注。太阳能再生周期短，取之不尽用之不竭并且清洁无污染，是一种非常理想的可再生能源，所以开发利用太阳能是解决能源短缺问题的最佳途径。开发利用太阳能的技术发展的很迅速,目前人们利用太阳能的主要方式有光伏发电、太阳能热利用等。其中在全球范围内发展速度最快的就是太阳能光伏发电,人们普遍认为当今地球上发展前景最好的新能源技术是太阳能光伏发电。各发达国家为了对光伏发电进行相关研究,都正在积极投入巨资、并不断推动产业化进程。缓解全球能源危机，光伏发电技术的发展有着举足轻重的作用^[1]。

1.1 光伏发电存在的问题

光伏发电技术存在的问题如下：

（1）发电效率低

光伏阵列主要为硅电池和薄膜电池等。一般情况下，晶体硅光伏电池的转换效率可达到10%~15%，非晶硅光伏电池转换效率可达到5%~8%，目前，薄膜光伏电池的转化效率仅可达到2%~4%。就是因为过低的光电转换效率，高功率发电系统难以形成。因此，科学家面临的最重要难题是如何研制光电转换效率高的新型材料。

（2）成本造价高