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太阳能能量密度低，要求电力电子变换装置的主电路拓扑结构应尽量简单，以提高整个系统的效率。而在中小功率光伏系统中，除了Buck，Boost和Buck-Boost变换器3种基本直流变换器外，其他电路结构并不适用。基于这里的设计要求，直流变换器需进行大压差的升压，而具有升压功能的Boost电路具有输入电流连续、对电源电磁干扰相对较小、开关管发射极接地、驱动电路简单等优点，这里采用两级Boost电路串联的电路结构，如图5所示。

假设电路中电感和电容均很大，电流连续。则变换器输出电压Uo=Upv／[(1-D1)(1-D2)]，其中，D1，D2分别为开关管V1，V2的占空比；Upv为光伏组件输出电压。由Uo计算式可见，该电路具有较高的增益。其中前级Boost电路通过采集Upv和光伏组件输出电流Ipv完成MPPT控制：后级Boost电路通过采集直流母线电压U完成稳压控制。

4 直流变换器参数设计
设计的直流变换器输出额定电压35 V，输出直流母线电压350 V，开关频率20 kHz，输出电压纹波2％，变换器额定功率200 W。
4．1 储能电感设计
级联Boost电路中，两个电感的设计需保证电感流过峰值电流时不能饱和。设计过程为：①电感参数：L1=0．8 mH，IL1max=6．3 A；L2=1．9 mH，IL2max=2．2 A。均采用KS130-125A型铁硅铝磁芯，其起始磁导率μ=125，电感系数A=127，有效磁路长度l=8．15；②线圈匝数：L1采用内径0．63 mm的漆包线，其截面积为0．312 mm2，电流密度取1 000 A／cm2，采用多股并绕，则需要的并绕股数为2．22，取3股并绕，所需匝数，取80匝。最大直流偏置磁场强度H=0．4πNILmax／l=6．691 kA／m，磁芯直流磁通密度B=μoμH≈0．7 T1．05 T，在最大输入电流下，铁硅铝磁芯未饱和。同理，L2也采用0．63 mm的漆包线，采用2股并绕，匝数为126匝，B=0．5 T，在最大输入电流下磁芯未饱和。
4．2 其他器件的参数和选择
输入滤波电容Cin采用50μF／100 V电解电容；C1选择220μF／250 V电解电容，其两端并联一个1 mF／250 V陶瓷电容，以滤除高频及脉冲干扰信号；C2采用两个100μF／450 V电解电容串联，再并联一个1 mF／650 V陶瓷电容。选择IRFP460型MOSFET，其耐压值为500 V，耐流值为20 A，导通电阻为0．27 Ω。采用MUR15120型肖特基二极管，最大电流15 A，最大反向电压1 200 V。

5 实验
为验证提出的直流变换器性能，进行测试。Upv=35 V，800 Ω阻性负载。利用PIC16F877A作为控制器向V1，V2发出控制脉冲。占空比D从20％不断升高，当D=70％时，Uo达350 V，见图6a。为测试变换器的动态响应，给Upv一个由零到24 V的跳变，Uo由零跳变到约175 V，动态响应时间约0．1 s，动态响应见图6b。

在D=50％，60％，70％时，分别对变换器效率η进行了测试，变换器输出端接一个可变电阻负载R，测试结果如表1所示。

6 结论
为提高建筑光伏一体化系统发电效率，降低阴影对输出功率的影响，从电路结构出发设计了一款直流模块式变换器，直流模块式结构可大大消减阴影对系统的影响，提高发电效率。通过实验分析验证了直流变换器具有较高的增益和较短的动态响应时间，对提高建筑光伏一体化系统发电效率有重要意义。

关键词： 变换器 建筑光伏一体化 直流模块 高增益