光伏应用产品电子线路分析与设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张培明，胡建宏，副主编 著，廖东进，黄建华，张培明，胡建宏，副 编

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• 光伏
• 太阳能
• 电子线路
• 电路分析
• 电路设计
• 电力电子
• 新能源
• 应用技术
• 可再生能源
• 电气工程

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122243843

版次：1

商品编码：11766070

包装：平装

开本：16

出版时间：2015-10-01

用纸：胶版纸

页数：166

正文语种：中文

内容简介

《光伏应用产品电子线路分析与设计》以模拟电子技术为知识载体，以光伏应用产品实际电路为案例，分析了直流稳压电源电路、太阳能草坪灯电路、直流升降压电路、蓄电池充放电保护电路、波形发生电路、光伏逆变器电路、小信号放大电路等内容。
《光伏应用产品电子线路分析与设计》按照项目驱动方式设置教学内容，每个项目包含案例引导、项目任务、预习练习、相关知识、训练与提高、课后思考题等内容。
本书可以作为光伏发电相关专业学生的专业基础课教材以及各类光伏发电技术培训班的教学用书。

作者简介

廖东进，衢州职业技术学院，教研室主任 讲师，2003年8月——2008年8月 浙江工业大学浙西分校，教师。
2008年8月——至今 衢州职业技术学院，光伏应用技术教研室主任

目录

项目1常用电子元器件及测量工具使用1
1.1数字万用表的使用2
1.1.1指针式万用表2
1.1.2数字式万用表4
【课后思考题】6
1.2电阻元件的认知及测试6
1.2.1电阻种类及阻值识别7
1.2.2光敏电阻9
【课后思考题】11
1.3电容、电感元件的认知及测试11
1.3.1电容元件的认识及测试12
1.3.2电感元件的认识及测试15
【课后思考题】17

项目2市电直流稳压电源分析与设计18
2.1二极管的单向导电特性19
2.1.1二极管的单向导电特性20
2.1.2二极管电路模型23
【课后思考题】24
2.2特殊二极管及应用25
2.2.1稳压二极管工作原理26
2.2.2稳压二极管稳压电路分析27
2.2.3其他特殊二极管28
【课后思考题】29
2.3三端直流稳压电源制作30
2.3.1市电直流稳压电源组成31
2.3.2整流稳压电路32
【课后思考题】36
2.4LM317连续可调的稳压电路制作36
【课后思考题】38

项目3太阳能草坪灯电路分析与制作39
3.1双极型三极管直流电路及应用40
3.1.1双极型三极管电流放大特性41
3.1.2晶体管伏安特性与开关特性43
【课后思考题】45
3.2太阳能草坪灯控制电路分析46
3.2.1小功率太阳能草坪灯控制电路分析46
3.2.2大功率太阳能草坪灯控制电路分析48
【课后思考题】50

项目4小信号放大电路分析与设计51
4.1单级信号放大电路52
4.1.1基本共射极放大电路分析53
4.1.2共射极放大电路静态分析54
4.1.3共射极放大电路动态分析54
4.1.4分压偏置电路56
【课后思考题】57
4.2多级信号放大电路58
【课后思考题】60
4.3放大电路输入、输出级60
4.3.1共集电极放大电路60
4.3.2共基极放大电路分析62
【课后思考题】63

项目5太阳能充放电控制器电路分析与设计64
5.1集成运算放大器认识与基本应用66
5.1.1集成运算放大器认识66
5.1.2集成运算放大器LM35867
【课后思考题】69
5.2集成运算放大器基本运算电路分析69
5.2.1同相比例运算放大器70
5.2.2加、减运算放大电路71
5.2.3积分、微分运算放大电路73
【课后思考题】74
5.3比较器电路分析75
5.3.1单限比较器76
5.3.2双限比较器78
【课后思考题】79
5.4迟滞比较器电路79
【课后思考题】81
5.5反馈认识及应用82
5.5.1反馈基本概念82
5.5.2负反馈对电路的影响85
【课后思考题】86
5.6太阳能充放电控制器电路分析86

项目6直流升降压电路分析与设计89
6.1Boost升压电路90
【课后思考题】93
6.2Buck电路分析与制作93
【课后思考题】96
6.3Buck�睟oost电路分析与制作97
【课后思考题】101
6.4太阳能升压草坪灯电路制作101
6.4.1以光敏电阻为光感器件的升压电路102
6.4.2以太阳能电池为光敏器件的升压电路102
【课后思考题】103

项目7波形发生电路分析与设计104
7.1变压馈式LC正弦波振荡电路105
7.1.1振荡电路概述106
7.1.2LC振荡电路工作原理108
7.1.3变压器反馈式振荡电路108
【课后思考题】109
7.2电容三点式LC振荡电路109
7.2.1电容三点式振荡电路110
7.2.2改进型电容三点式电路111
【课后思考题】113
7.3电感三点式LC振荡电路114
【课后思考题】116
7.4RC正弦波振荡电路116
【课后思考题】119
7.5占空比可调的方波振荡电路119
【课后思考题】122
7.6晶体管多谐振荡电路122
【课后思考题】124
7.7555定时器及其应用124
7.7.1555定时器工作原理124
7.7.2555定时器应用126
【课后思考题】129

项目8简易光伏逆变器电路分析与设计131
8.1场效应管电路分析132
8.1.1结型场效应管133
8.1.2绝缘栅场效应管136
【课后思考题】139
8.2逆变器结构及方波逆变器电路分析139
8.2.1逆变器结构140
8.2.2方波逆变器电路分析142
【课后思考题】143
8.3RC滤波电路设计143
【课后思考题】146
8.4正弦波逆变器电路分析146
8.4.1电路组成146
8.4.2电路参数设计147
【课后思考题】148

项目9Multisim在电子线路分析中的应用149
9.1Multisim用户界面及基本操作149
9.1.1Multisim用户界面149
9.1.2Multisim菜单中英对照表151
9.1.3Multisim仿真基本操作153
9.2直流稳压电源电路设计157
9.2.1二极管正向导通特性曲线157
9.2.2正15V直流稳压电源电路分析158
9.3简易太阳能草坪灯电路分析与制作160
9.3.1三极管输出特性曲线分析160
9.3.2光伏电池为光敏器件的太阳能草坪灯电路分析160
9.4小信号放大电路分析与设计162
9.4.1基本共射极放大电路分析162
9.4.2多级放电电路分析164

参考文献166

前言/序言

太阳能资源分布广泛，利用前景广阔。太阳能发电作为太阳能利用的重要方式，已经得到世界各国的普遍关注。近几年，太阳能发电技术进步很快，产业规模持续扩大，发电成本不断下降，在全球已实现较大规模的应用。
本书在编写时既考虑到要使学生获得必要的电子技术基础知识和基本技能，也充分考虑到实际课堂的执行情况，在编写过程中理论以够用为度，加强应用，同时引入EDA仿真技术，提高学生分析和解决问题的能力。
本书的编写思路如下。
①关注电子技术与光伏发电应用的结合，引入相关典型案例，提高学生光伏发电应用能力。
②注重理论与工程实践相结合，重在会用，各项目列举大量应用实例，以加深学生对各个单元电路功能的理解。
③在教材的组织上，按照“行动导向”教学理念，采用任务驱动、项目训练的体例，侧重实践操作技能。
④在项目实施过程中，采用了大量EDA仿真技术，便于项目化课堂的实施和学生技能考核与培养。
本教材以模拟电子技术为知识载体，以光伏应用产品实际电路为案例，分析了直流稳压电源电路、太阳能草坪灯电路、直流升降压电路、蓄电池充放电保护电路、波形发生电路、光伏逆变器电路、小信号放大电路等内容。
本书按照项目驱动方式设置课程教学内容，每个项目包含案例引导、项目任务、预习练习、相关知识、训练与提高、课后思考题等内容，并且每个项目都以Multisim仿真技术为手段，较好地实现了“做中学、学中做”的教学模式，培养学生电子线路的分析与设计能力。
全书分为9个项目，由廖东进、黄建华任主编，张培明、胡建宏任副主编。其中项目1、项目2、项目3、项目4由衢州职业技术学院廖东进编写；项目5、项目6由湖南理工职业技术学院黄建华编写；项目7由武威职业学院胡建宏编写；项目8、项目9由济南工程职业技术学院张培明编写。另外，山东理工职业技术学院静国梁，衢州职业技术学院毛玉清、方晓敏、刘晓龙对本书资料的收集与整理做了很多工作。全书由廖东进统稿，衢州职业技术学院黄云龙教授主审。
由于笔者水平有限，书中若有疏漏之处，诚恳欢迎读者批评指正。

编者
2015年4月

《光伏应用产品电子线路分析与设计》 内容概述： 本书深入探讨了光伏发电系统中各种应用产品的电子线路设计与分析。本书的目标读者是电子工程、新能源工程、自动化控制等相关专业的学生、研究人员以及从事光伏产品开发、生产、运维的工程师。本书的撰写旨在为读者构建一个扎实的光伏电子线路理论基础，并结合实际应用，提供实用的设计方法和分析工具。 第一部分：光伏基础理论与电路模型 本部分为读者打下坚实的光伏基础。首先，我们将从半导体物理原理出发，详细阐述太阳能电池（光伏电池）的工作机理，包括光生伏特效应、PN结特性、以及不同类型光伏电池（如晶硅电池、薄膜电池）的结构与性能特点。在此基础上，我们将引入光伏电池的等效电路模型，重点讲解其理想模型、单二极管模型、双二极管模型等，并分析不同模型在不同工况下的适用性。理解这些模型是进行后续电路分析和设计的基础。 此外，本部分还将介绍影响光伏电池性能的环境因素，如光照强度、温度、光谱等，并分析它们如何通过电学参数（如开路电压、短路电流、最大功率点）的变化来体现。最后，我们将简要介绍光伏阵列的串并联配置原理及其对整体输出特性的影响，为理解更大规模的光伏系统打下基础。 第二部分：光伏电源转换电路核心模块 光伏系统离不开高效的能量转换，本部分将聚焦于实现这一目标的关键电子线路模块。 DC/DC 变换器： 光伏电池的输出电压和电流会随环境变化而波动，而许多应用产品需要稳定的直流输入。DC/DC 变换器是实现这一功能的关键。本书将详细讲解主流的DC/DC变换拓扑，包括升压（Boost）、降压（Buck）、升降压（Buck-Boost）以及更高效率的SEPIC、Ćuk、Four-switch Buck-Boost等。对于每种拓扑，我们将从基本工作原理、开关波形、电感和电容设计、占空比控制等方面进行深入剖析。特别地，我们将重点关注与光伏特性相结合的设计考量，例如如何应对输入电压的宽范围变化，以及如何减小纹波对光伏电池的影响。 最大功率点跟踪（MPPT）技术： 光伏电池的输出功率并非恒定，存在一个最佳工作点，即最大功率点（MPP）。MPPT技术的目标就是实时检测并追踪这个MPP，从而最大限度地提高光伏能量的利用效率。本书将系统性地介绍各类MPPT算法，包括传统的扰动观察法（P&O）、增量电导法（INC），以及更先进的基于模型预测控制、模糊逻辑控制、神经网络等方法的MPPT技术。我们将分析各种算法的优缺点、收敛速度、动态响应特性以及在不同光照条件下的表现。同时，本书还将深入讲解实现MPPT控制所需的电路设计，包括电压电流采样电路、微控制器（MCU）接口设计、以及PWM（脉冲宽度调制）信号生成与驱动电路。 DC/AC 逆变器： 对于需要交流输出的应用，如并网光伏系统或独立光伏交流供电系统，DC/AC逆变器至关重要。本书将剖析单相和三相逆变器的主流拓扑，如全桥、半桥、多电平逆变器（如NPC、H桥多电平）等，并分析其工作原理、开关策略（如SPWM、SVPWM）和滤波器的设计。我们将重点关注逆变器在光伏应用中的特殊需求，例如低谐波失真（THD）、高功率因数、快速动态响应以及防孤岛效应保护。 第三部分：光伏应用产品中的电子线路设计实践 在前两部分构建了理论基础和核心模块的理解后，本部分将着眼于实际的光伏应用产品，深入分析其电子线路设计。 离网光伏电源系统： 独立运行的光伏系统需要储能装置（如电池）和相应的充电/放电管理电路。本书将详细分析离网光伏系统的充电控制器设计，包括太阳能充电管理（PWM/MPPT）、过充过放保护、温度补偿等。同时，我们将探讨DC/AC逆变器在离网系统中的设计，以提供稳定的交流电源给负载。本书还将分析离网系统中的电池管理系统（BMS），包括电池状态监测、均衡充电、安全保护等。 并网光伏逆变器： 并网系统是当前光伏应用的主流。本书将深入解析并网逆变器的关键设计要点，包括高效率能量转换、低THD的AC输出、与电网同步的控制策略、以及防孤岛效应等安全保护功能。我们将详细介绍并网逆变器中功率器件的选择、滤波器的设计、以及电网参数监测与交互控制电路的设计。 光伏储能系统（PCS）： 随着储能技术的发展，光伏储能系统日益普及。本书将讲解光伏储能系统（PCS）的整体架构，包括光伏接口、电池接口、以及并网/离网切换控制。我们将详细分析PCS中DC/DC变换器、DC/AC逆变器、以及电池管理系统（BMS）的集成设计，并探讨其能量管理策略。 其他光伏应用产品： 除了上述主流产品，本书还将涉及一些其他重要的光伏应用产品，例如： 光伏照明系统： 包括太阳能路灯、太阳能庭院灯等，分析其集成化的电源管理和LED驱动电路设计。 便携式光伏充电器： 分析其紧凑型DC/DC转换、MPPT以及USB充电接口的设计。 光伏追踪器控制系统： 讲解实现单轴或双轴追踪所需的电机驱动、角度传感器接口和控制算法。 第四部分：电子线路设计中的关键考量与进阶话题 本部分将提升读者在实际设计中的工程能力，并介绍一些进阶的设计理念。 功率器件选型与驱动： 详细分析MOSFET、IGBT等功率器件在光伏电路中的选型原则，包括耐压、电流能力、导通损耗、开关损耗等。同时，将深入讲解功率器件的驱动电路设计，包括栅极驱动、死区时间控制、以及高低侧驱动的隔离技术。 PCB布局与EMC设计： 针对高频开关电路和高功率应用，PCB布局对电路性能和电磁兼容性（EMC）至关重要。本书将提供详细的PCB布局指导，包括信号完整性、电源完整性、接地设计、以及对电磁干扰的抑制措施。 可靠性与安全性设计： 光伏产品往往工作在户外严苛环境下，因此可靠性和安全性设计至关重要。本书将讨论温度管理、防水防尘、浪涌保护、过压过流保护、以及安全绝缘等方面的设计考量。 仿真工具与测试验证： 介绍常用的电子电路仿真软件（如PSIM, MATLAB/Simulink, LTspice等）在光伏电路设计中的应用，以及实际产品开发中的测试验证方法，包括性能测试、效率测试、可靠性测试等。 未来发展趋势： 简要展望光伏应用电子线路设计领域未来的发展趋势，如更高效率的转换技术、集成化智能化设计、新型材料的应用、以及物联网（IoT）与光伏系统的融合等。 总结： 《光伏应用产品电子线路分析与设计》以其系统性的理论讲解、丰富的电路拓扑分析、详实的设计实例和深入的工程实践指导，为读者提供了一个全面深入学习光伏应用产品电子线路设计的平台。本书力求在理论与实践之间架起桥梁，帮助读者掌握光伏电子线路的设计精髓，胜任光伏产品研发的各项挑战。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一名有一定电路基础，但对光伏应用产品不熟悉的工程师来说，《光伏应用产品电子线路分析与设计》提供了一个非常好的切入点。我主要负责一些电源类产品的开发，对效率和可靠性有极高的要求。 书中关于光伏组件特性及接入电路的分析，为我理解光伏系统的输入端打下了坚实的基础。它详细介绍了不同类型光伏组件（晶硅、薄膜）的电气特性曲线，以及如何根据这些特性来设计合适的接入电路，例如防逆流二极管、熔断器、断路器等。我尤其关注书中对光伏阵列防雷和接地设计的分析，这对于保障户外设备的安全运行至关重要。此外，书中对光伏产品中的直流隔离技术，比如高频变压器设计和隔离驱动电路的讲解，对我来说也很有价值。虽然我之前接触过一些DC-AC的隔离设计，但光伏应用的特殊性，如更高的电压等级和对可靠性的要求，让我需要更深入地理解其电路实现。这本书在这方面给予了我很好的指导，让我能更自信地进行相关设计。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在光伏逆变器领域摸爬滚打多年的工程师，我一直关注着行业的技术发展和产品迭代。市面上关于光伏逆变器的书籍不少，但真正能触及核心技术、深入分析电路细节的却屈指可数。这次读到《光伏应用产品电子线路分析与设计》，感觉像是遇到了知音。 书中对于单相和三相并网逆变器拓扑结构的讲解，我个人认为非常到位。它没有仅仅停留在理论层面，而是深入到各种拓扑（如全桥、多电平）的详细电路分析，包括开关器件的驱动、电流采样、电压反馈等关键环节。让我印象深刻的是，书中对SPWM（空间矢量脉宽调制）技术的讲解，不仅仅是介绍其基本原理，还结合实际电路，分析了如何通过MCU生成SPWM信号，以及如何处理载波频率、调制深度等参数对输出波形的影响。这对于我们实际设计中优化输出电流的谐波含量，提高功率因数，至关重要。此外，书中还涉及了并网保护机制的电路设计，如过压、欠压、过流、孤岛效应检测等，这些都是保证光伏系统安全稳定运行的生命线，其详尽的分析让我受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

我是一名电子专业的学生，正在进行一项与光伏储能系统相关的毕业设计。起初，对于如何将光伏发电与电池储能有效地结合起来，我感到非常迷茫。市面上有很多关于储能系统的介绍，但大多侧重于整体架构和管理策略，对于其中的电子线路设计，涉及的比较有限。 《光伏应用产品电子线路分析与设计》这本书，正好填补了我的这一知识空白。它在介绍光伏充放电管理方面，进行了非常详细的电路分析。首先，它从基本的电池充电管理电路入手，详细讲解了恒流、恒压充电的原理，以及不同类型的充电控制器（如PWM、MPPT充电控制器）的电路结构和工作特点。我尤其欣赏书中对锂电池充电保护电路的讲解，包括过充、过放、过流、短路保护等，以及相应的检测和控制电路设计。这对于保证储能系统的安全性和电池的寿命至关重要。此外，书中还涉及了DC-DC变换器在储能系统中的应用，例如升压或降压电路，用于匹配不同电压等级的电池和逆变器，其电路拓扑和工作原理的分析，为我的毕业设计提供了宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

我是一名光伏电站的运维人员，平时接触最多的就是各种光伏逆变器、汇流箱等设备。虽然我能够进行一些基本的故障判断和维修，但对于设备内部的电子线路原理，总是感到一知半解。 《光伏应用产品电子线路分析与设计》这本书，为我揭开了这些“黑箱”的神秘面纱。书中对光伏产品常用的功率电子器件（如MOSFET、IGBT）的选型、驱动和保护电路的详细讲解，让我对设备内部的 power stage 有了更清晰的认识。我特别喜欢书中对电流采样和电压检测电路的分析，这些电路是实现精确控制和保护的关键。例如，书中对霍尔电流传感器和分流电阻的比较分析，以及不同电压检测电路的优缺点，为我理解设备报警和故障指示提供了理论基础。此外，书中对通信接口电路（如RS485、CAN总线）的讲解，也帮助我理解了设备之间是如何进行数据交互和远程监控的，这对于我优化运维流程，提高故障响应速度，大有裨益。这本书让我不再仅仅是“操作者”，而是能从更深层次理解设备，从而更好地服务于光伏电站的稳定运行。

评分☆☆☆☆☆

作为一名初入光伏应用领域的设计新人，我一直渴望找到一本能够深入浅出、系统讲解相关电子线路原理的书籍。之前也零散地看过一些资料，但总感觉碎片化，缺乏整体的脉络。这次偶然的机会接触到《光伏应用产品电子线路分析与设计》，抱着试一试的心态翻开，却发现它给了我意想不到的惊喜。 这本书在介绍光伏阵列与电网连接的环节，并没有直接跳到复杂的并网逆变器，而是从最基础的DC-DC升压电路开始。我一直对如何高效地从光伏板收集最大能量感到困惑，而书中对MPPT（最大功率点跟踪）算法的讲解，简直是点亮了我思维的火花。它不仅仅是列出几个公式，而是详细分析了不同MPPT算法（如扰动观察法、电导增量法）的工作原理、优缺点，并通过图示清晰地展示了其控制流程。我尤其喜欢书中对各种MPPT控制器电路的详细剖析，从最简单的比较器实现，到更复杂的基于微控制器的方案，都一一罗列，并对其元器件选型、参数计算进行了深入的阐述。这让我不再是死记硬背，而是真正理解了“为什么”这么设计，以及如何根据实际需求进行优化。