某农田太阳能发电围栏系统变换器设计

Dr. G.Prasanthi 1, M.Harinarayana 2

印度安得拉邦Ananthapuramu, JNTUA工程学院工程学系教授
印度安得拉邦Ananthapuramu工程学院工程学系PG研究学者[ES]

摘要

印度拥有广阔的农业土地，有不同的作物，从水稻到西红柿。但由于动物的威胁，很少有作物被破坏，因此需要保护作物免受动物的侵害。在这个项目中，试图通过使用太阳能围栏来保护这些作物免受这种威胁。为了在更大程度上保护动物，使动物在很短的时间内经受高压小电流的冲击，从而挽救动物的生命，采用了三升力附加电路来代替变压器和整流桥产生高压小电流。

关键字

罗转换器，太阳能围栏，农业。

I.INTRODUCTION

农业是印度最广泛的经济部门，在印度整体社会经济因素中发挥着重要作用。电视和报纸上越来越多关于野生动物在收获季节袭击农作物的新闻报道表明，这些动物可以摧毁农民的生计。在这些区域，可以采用电围栏系统，使动物在很短的时间内受到高压低电流的冲击。由于电流的大小对动物的生命没有威胁，同时，大的电压吓跑了动物。

太阳能可以用来为这种围栏布置提供能量。太阳能被选择用于这种应用，因为它可以减少对传统电源的依赖，也可以克服能源危机的问题。与煤、汽油、石油等不可再生能源相比，太阳能因其无污染、维护费用低而越来越受欢迎。来自太阳的能量是免费的，它还具有在转换能量时减少功率损失的优点。

通常，高压是由单相变压器和整流桥产生的。但是设备体积大，功耗高。为了在毫安数量级上产生高电压增益和低电流，考虑了罗变换器系列。罗变换器系列的超升力技术实现了输出电压的几何级数递增。它有效地提高了幂律下的电压传递增益。从超升力罗变换器系列出发，考虑了二次升力电路和三重升力附加电路两种变换器。超升力技术以几何级数增加电压传递增益。另一种新颖的方法是正输出级联升压变换器，它实现了输出电压按几何级数递增，但结构更简单。该方法还有效地提高了幂律电压传递增益。因此，从正输出级联升压变换器系列出发，考虑了三升力附加电路进行研究和实现。

通过对两种功率变换器的比较分析，发现三升力附加电路有效地实现了在mA级获得高电压增益和低电流的目标。因此，该转换器拓扑结构被用于拟议的太阳能围栏系统并提出。

2系统描述

搭建太阳能栅栏的框图如图2.1所示。太阳能光伏(PV)阵列将光能转换为电能。

获得的太阳能储存在电池中。该电池供应被馈送到脉冲发生器，并反过来馈送到一个MOSFET，该MOSFET能够产生不同频率的ON/OFF脉冲。这是馈送到一个高压低电流转换器，然后它给围栏。

a .太阳能光伏板的数学建模

采用电流源和二极管并联组成的等效基本结构对太阳能光伏板进行了数学建模。为了简单和准确，采用了单二极管模型(图2.2)。等效电路由串联电阻和并联电阻组成，它们分别说明了欧姆接触中的损失和电池边缘上的损失，这是由于电流分别从一端漏到另一端，原因是绝缘不良。雷竞技网页版

由等效电路可得:

3高压低电流转换器

A.正输出超升力罗变换器的再升力电路

再升降电路电路图如图3.1所示。该升压电路可实现升压DC-DC转换。

再升力电路由初等电路推导而来。这些电路中的开关S是一个p通道功率MOSFET器件(PMOS)。它由工作频率f和导通占空比k的脉宽调制(PWM)开关信号驱动。在这种情况下，开关重复周期为T = l/f，因此开关周期为kT，开关周期为(1-k) T。对于所有电路，负载通常是电阻性的。

B.三升附加电路

三升附加电路电路图如图3.2所示。在接通期间，二极管D1、D4、D7、D11导通，二极管D2、D3、D5、D6、D8、D12不导通

因此，电容器C1上的电压被充电到Vin, C2上的电压被充电到V1, C4上的电压被充电到V2。在开关期间，C5上的电压被充电到V2, C6和C11上的电压被充电到V3。在开关期间，二极管D1、D4、D7、D11不导通，二极管D2、D3、D5、D6、D8、D12导电。电容之间的电压被放电到负载上，因此Vo出现在负载上。在开合期间，流过电感L3的电流随电压V2增加，在开合期间(1-k)T，电流随电压(Vo-2V2)减少。

iv .结果和讨论

在计算传导占空比k = 0.7时所有上述转换器的传输增益时，结果如下表4.1所示。

从上面的表格结果可以清楚地看出，在所有变换器中，有两种变换器是更好的，它们是正输出级联boost和超升力luo变换器。

在输入电压Vin = 8V，传导占空比k = 0.7的情况下，计算所有转换器的输出电压，电感均为10mh，电容器均为20μF, R = 1000Ω， f = 50 kHz，结果如下表所示。

从上面的表格结果可以清楚地看出，与正级联升压变换器相比，超升力罗氏变换器的传输增益较高，但由于其成本和复杂性，它不适合用于拓扑结构。

根据应用要求，在正输出级联升压变换器中可获得高电压级，即优选三升附加电路。因此选择它作为太阳能栅栏系统的转换器拓扑结构。正输出级联升压变换器，实现输出电压按几何级数递增，但结构更简单。该方法还有效地提高了幂律电压传递增益。因此，从正输出级联升压变换器系列出发，考虑了三升力附加电路进行研究和实现。

在输入电压为8V的情况下，完成了两级级联升压变换器的硬件实现。可用于太阳能栅栏的功率转换器在硬件上实现如图4.1所示

功率转换器中使用的开关设备的门控脉冲从PIC控制器获得，然后通过光耦合器电路馈送到开关。两级级联升压变换器的硬件组成如图4.2所示。

计算输入电压Vin= 8V，传导占空比k = 0.7时，三升力级联升压变换器的传输增益和输出电压，所有电感均为10mh，所有电容均为20μF, R = 1000Ω， f = 50 kHz

电压传递增益为

根据应用要求，在正输出级联升压变换器:三升力附加电路中获得了高电压量级。因此选择它作为太阳能栅栏系统的转换器拓扑结构。

V.CONCLUSION

通过实验得出以下结论:当输入电压为8v，导通占空比为0.7时，正输出三升程级联升压变换器的传输增益为143.96，输出电压为1151.6v。结果表明，采用级联变换器，传输增益可达3.3%左右。紧凑的太阳能围栏模型是可用的，可以推广到任何土地地形所遵循的农业实践，而不会对动物造成伤害。

参考文献

电力电子手册，m.h.r ashid。ed。，学术，圣地亚哥，加州，2001年8月。
M. G. B. De Martino, F. S. Dos Reis和G. A. D. Dias，“一种电栅栏激励器的设计方法”，发表在《IEEE期刊》。计算机协会。工业电子，pp。727-732，会议，2006。
罗，叶，“正输出级联升压变换器”，ieee Proc.- eletr。权力达成。，Vol. 151, No. 5,2004
罗f.l.l o，一种新型的DC-DC升压变换器，电子学报，33(1)，5-7,1997。
罗福林，再升力变换器的设计、试验、仿真及稳定性分析，电机工程学报，45(4)，315-325,1998。
f.l.l Luo，新型DC-DC升压转换器，国际会议论文集ISIC-97，新加坡，227- 230,1997。
罗f.l.l o，罗转换器，一系列新的DC-DC升压(升压)转换电路，IEEE国际会议论文集，1997年，新加坡，582-589。
罗凤林，“正输出罗氏变换器，电压提升技术”，中国机械工程学会。选举。Eng。，vol. 146, no. 4, pp. 415–432, July 1999.
Duleepa J. Thrimawithana, IEEE学生成员，和Udaya K. Madawala, IEEE高级成员，“沿单线电栅栏的脉冲传播”，IEEE电力传输汇刊，VOL.23,NO.4,2008。
电力电子教科书:先进转换技术，罗方林，叶宏。