具有耦合電感的逆變器的制造方法
【專利摘要】一種逆變器（1），用于將在兩條輸入線（3、4）之間流動的直流轉(zhuǎn)換為在兩條輸出線（11、12）之間流動的交流，所述逆變器包括：第一和第二串聯(lián)電路（5、6），每一個(gè)都包括能夠在高頻下進(jìn)行切換的兩個(gè)開關(guān)（S1、S2；S3、S4）和連接在開關(guān)之間的電感（L1、L2），其中，兩個(gè)電感（L1、L2）磁耦合。所述逆變器進(jìn)一步包括：從所述電感（L1、L2）的相反側(cè)通向第一中間點(diǎn)的二極管（D1、D3）和從第二中間點(diǎn)（8）通向所述電感的相反側(cè)的二極管（D2、D4）；以及展開電路，其將在所述中間點(diǎn)（7和8）之間流動的且由正弦形半波構(gòu)成的直流以一個(gè)半波接一個(gè)半波改變的極性發(fā)送到輸出線（11、12）。
【專利說明】具有耦合電感的逆變器
[0001]相關(guān)申請的引用
[0002]本發(fā)明要求于2011年8月17日提交的發(fā)明名稱為“Wechselrichter mitgekoppelten 丨nduktiviliiten ” 的德國專利申請 DE 10 2011 052 768.0 的優(yōu)先權(quán)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及一種逆變器，用于將在第一和第二輸入線之間流動的直流轉(zhuǎn)換為在第一和第二輸出線之間流動的交流。具體地，本發(fā)明涉及一種逆變器，包括:串聯(lián)電路，所述串聯(lián)電路包括可以高頻切換的第一開關(guān)，電感和可以高頻切換的第二開關(guān)，并且連接在所述第一和第二輸入線之間；第一整流二極管，從所述電感的第一側(cè)通向第一中間點(diǎn)，以及第二整流二極管，從第二中間點(diǎn)通向所述電感的第二側(cè)；以及展開電路(unfolding circuit),連接到所述第一和第二中間點(diǎn)與所述第一和第二輸出線，且包括能夠在交流的頻率下進(jìn)行切換的開關(guān)。
[0004]由于其類似于電流源的特性，這樣的逆變器也稱為電流源逆變器。
[0005]具體地，本發(fā)明涉及逆變器，用于將由光伏發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能饋入單相AC電網(wǎng)中。
[0006]本公開內(nèi)容區(qū)分能夠在高頻下進(jìn)行切換的開關(guān)和能夠在交流的頻率下進(jìn)行切換的開關(guān)，所述能夠在高頻下進(jìn)行切換的開關(guān)在此也稱為高頻開關(guān)，而并非旨在局限于特定的聞?lì)l(HF)范圍，所述能夠在交流的頻率下進(jìn)行切換的開關(guān)在此也稱為低頻開關(guān)。聞?lì)l開關(guān)被配置為在I到幾十kHz范圍中的頻率下適合地工作，而低頻開關(guān)被配置為在最大約500Hz的頻率下適合地工作。通常，低頻開關(guān)在約50到60Hz的頻率下工作?！斑m合地工作”表示開關(guān)能夠在延長的時(shí)間段以相應(yīng)的頻率切換或工作，而不會產(chǎn)生過多的功率損耗。
【背景技術(shù)】
[0007]由DE 196 42 522 Cl獲知了一種用于將在兩條輸入線之間流動的直流轉(zhuǎn)換為兩條輸出線之間流動的交流的逆變器，作為電流源而運(yùn)行，并包括由第一高頻開關(guān)、電感和第二高頻開關(guān)構(gòu)成的串聯(lián)電路，且連接在兩條輸入線之間。在此，一條輸出線直接連接到一條輸入線。公知逆變器的展開電路包括:第一低頻開關(guān)，從第一中間點(diǎn)通向另一條輸出線；和第二低頻開關(guān)，從第二中間點(diǎn)通向另一條輸出線。此外，在第二中間點(diǎn)與直接連接到一條輸入線的一條輸出線之間提供第三低頻開關(guān)。通過在電感兩側(cè)高頻運(yùn)行兩個(gè)高頻開關(guān)，形成了預(yù)期的交流的半波。在此，位于第一整流二極管通向第一中間點(diǎn)的電感的一側(cè)的高頻開關(guān)在交流輸出在輸出線之間為負(fù)電壓的那些半波中閉合。在這些負(fù)半波期間，展開電路的第一低頻開關(guān)閉合。展開電路的其他兩個(gè)低頻開關(guān)打開。在交流輸出在輸出線之間為正電壓的半波期間，以高頻運(yùn)行與電感串聯(lián)連接的兩個(gè)高頻開關(guān)，連接在第一中間點(diǎn)與另一條輸出線之間的展開電路的第二低頻開關(guān)，和連接在第二中間點(diǎn)與連接到所述一條輸入線的所述一條輸出線之間的展開電路的第三低頻開關(guān)閉合。在已知逆變器的輸出線之間與輸入線之間都提供緩沖電容。在公知逆變器的實(shí)際應(yīng)用中，在輸出線之間的緩沖電容由在一條輸出線中的電感補(bǔ)充以組成LC濾波器，用于減小由公知逆變器產(chǎn)生的交流的電流紋波，SP用于減小在高頻下的交流的變化，這起因于其形成借助了高頻開關(guān)。這個(gè)電流紋波是已知逆變器的主要缺點(diǎn)。另外，它在連接到其輸入線的光伏發(fā)電機(jī)接地方面也缺乏靈活性。具體地，接地僅在直接連接到另一條輸出線的輸入線是可能的。
[0008]取決于光伏發(fā)電機(jī)的太陽能電池組件的類型，將光伏發(fā)電機(jī)運(yùn)行在相對于地的完全負(fù)電位或完全正電位是適合的。在某些條件下，像例如為了限制相對于地的電壓，將光伏發(fā)電機(jī)的中心點(diǎn)連接到地也是適合的。公知的逆變器不具有該靈活性。
[0009]由DE 10 2007 028 078 B4獲知了一種逆變器，該逆變器包括串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路由第一高頻開關(guān)、電感和第二高頻開關(guān)構(gòu)成，并連接在兩條輸入線之間。第一整流二極管從電感的一側(cè)通向電壓鏈路的一端，相反阻塞方向的第二整流二極管從電感的第二側(cè)通向電壓鏈路的另一端。電壓鏈路包括鏈路電容；其端點(diǎn)之間連接了半橋，由兩個(gè)開關(guān)與反平行二極管組成。半橋的中心點(diǎn)經(jīng)由電網(wǎng)扼流器連接到相連AC電網(wǎng)的L型導(dǎo)體。AC電網(wǎng)的N型導(dǎo)體連接到鏈路電容的中心點(diǎn)。以高頻運(yùn)行半橋的開關(guān)，以成形由電壓鏈路的鏈路電壓驅(qū)動的交流。在此，電網(wǎng)扼流器對于限制饋入AC電網(wǎng)的交流的電流紋波是必要的。具有所稱的電壓鏈路的公知逆變器是電壓源逆變器的典型代表。其串聯(lián)電路的電感可以耦合到另一個(gè)電感，它經(jīng)由另外的二極管連接到電壓鏈路，并且它也加載了電壓鏈路。在公知逆變器的這個(gè)實(shí)施例中，可以自由地選擇一條其輸入線來連接到地。
[0010]EP 2 244 367 Al公開了一種升壓轉(zhuǎn)換器組件，連接在光伏發(fā)電機(jī)與在逆變器橋的輸入側(cè)的電壓鏈路之間。升壓轉(zhuǎn)換器組件包括多個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器單元，每一個(gè)都包括可控開關(guān)和輸入電感器。多個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器單元并列連接，并在電壓鏈路提供DC鏈路電壓，其高于由光伏發(fā)電機(jī)提供的DC電壓。以交錯(cuò)模式運(yùn)行各個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器單元。
[0011]US2009/0251937A1公開了一種電路布置，用于將出現(xiàn)在DC電壓端的DC電壓轉(zhuǎn)換為經(jīng)由AC電壓端提供的交流。這個(gè)電路布置具有連接到DC電壓端的第一串聯(lián)電路且包括第一電子開關(guān)和電感器。電路布置進(jìn)一步包括多個(gè)第二電子開關(guān)。一個(gè)DC電壓端和一個(gè)AC電壓端連接到中性導(dǎo)體。電感器是雙電感器形式，具有彼此緊密耦合布置的兩個(gè)繞組，其中，第一繞組與第一電子開關(guān)串聯(lián)連接，緩存經(jīng)由所述電子開關(guān)產(chǎn)生的能量。兩個(gè)繞組每一個(gè)都連接到AC電壓端，其沒有經(jīng)由一個(gè)第二電子開關(guān)連接到中性導(dǎo)體。這些第二電子開關(guān)中的一個(gè)在交流在AC電壓端之間具有正電壓的半波期間閉合，而其他第二電子開關(guān)在交流在AC電壓端之間具有負(fù)電壓的半波期間閉合。因此，電感器的第一繞組和第二繞組交替提供交流，其通過一個(gè)半波接一個(gè)半波地以高頻操作第一開關(guān)而形成。在公知的電路布置的一個(gè)實(shí)施例中，提供了兩個(gè)串聯(lián)電路，每一個(gè)都包括第一電子開關(guān)和電感器，并聯(lián)連接到兩個(gè)第二電子開關(guān)。在此，以一定偏移量來操作兩個(gè)串聯(lián)電路的第一開關(guān)，以具有更一致的能量流。
[0012]W02011/016449A1公開了一種包括兩組四個(gè)開關(guān)元件的DC/DC轉(zhuǎn)換器。兩組之一的四個(gè)開關(guān)元件布置在DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入線之間的兩個(gè)半橋中，兩組中另一個(gè)的四個(gè)開關(guān)元件布置在DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出線之間的兩個(gè)半橋中。一組的每一個(gè)半橋的一個(gè)中心點(diǎn)都經(jīng)由磁場消除型變壓器的初級繞組連接到另一組的一個(gè)半橋的一個(gè)中心點(diǎn)，而一組的另一個(gè)半橋的中心點(diǎn)經(jīng)由變壓器的次級繞組連接到另一組的另一個(gè)半橋的中心點(diǎn)。此外，一條輸入線直接連接到一條輸出線。DC/DC轉(zhuǎn)換器能夠改變升壓和降壓比，以及雙向升壓-降壓操作。
[0013]仍需要一種逆變器，用于將在兩條輸入線之間流動的直流轉(zhuǎn)換為在兩條輸出線之間流動的交流，其無需用于去除電流紋波的高性能LC濾波器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明涉及一種逆變器，用于將在第一和第二輸入線之間流動的直流轉(zhuǎn)換為在第一和第二輸出線之間流動的交流。逆變器包括:第一串聯(lián)電路，所述第一串聯(lián)電路包括可以高頻切換的第一開關(guān)，第一電感和可以高頻切換的第二開關(guān)，并且連接在兩條輸入線之間；和第二串聯(lián)電路，所述第二串聯(lián)電路包括可以高頻切換的第三開關(guān)，第二電感和可以高頻切換的第四開關(guān)，并且連接在兩條輸入線之間；其中，所述第一電感和第二電感磁耦合。所述逆變器進(jìn)一步包括:第一整流二極管，從所述第一電感的第一側(cè)通向第一中間點(diǎn);第二整流二極管，從第二中間點(diǎn)通向所述第一電感的第二側(cè)；第三整流二極管，從所述第二電感的第一側(cè)通向所述第一中間點(diǎn)；和第四整流二極管，從所述第二中間點(diǎn)通向所述第二電感的第二側(cè)。所述逆變器還包括展開電路，所述展開電路連接到所述第一中間點(diǎn)和第二中間點(diǎn)以及所述第一輸出線和第二輸出線，所述展開電路包括能夠在交流的頻率下進(jìn)行切換的開關(guān)。
[0015]在研究了以下附圖及詳細(xì)說明后，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說會變得顯而易見。旨在將所有這樣附加的特征和優(yōu)點(diǎn)都包括在如權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]參考附圖會更好地理解本發(fā)明。附圖中的部件不一定是按比例的，重點(diǎn)是清楚地示出本發(fā)明的原理。在附圖中，在全部幾個(gè)圖中相似的參考標(biāo)記標(biāo)明相應(yīng)的部分。
[0017]圖1顯示了本發(fā)明的逆變器的第一實(shí)施例，應(yīng)用于將電能從光伏發(fā)電機(jī)饋入單相AC電網(wǎng)中。
[0018]圖2示出了根據(jù)圖1的逆變器的第一開關(guān)狀態(tài)。
[0019]圖3示出了根據(jù)圖1的逆變器的第二開關(guān)狀態(tài)。
[0020]圖4示出了根據(jù)圖1的逆變器的第三開關(guān)狀態(tài)。
[0021]圖5示出了圖1的逆變器的變型的第四開關(guān)狀態(tài)，在其輸出補(bǔ)充了緩沖電容。
[0022]圖6顯示了與將光伏發(fā)電機(jī)接地有關(guān)的逆變器的變型。
[0023]圖7顯示了與將光伏發(fā)電機(jī)接地有關(guān)的逆變器的另一個(gè)變型。
[0024]圖8是根據(jù)圖1的逆變器的變型，包括代替僅兩個(gè)串聯(lián)電路的三個(gè)串聯(lián)電路，每一個(gè)都由以高頻操作的兩個(gè)開關(guān)和一個(gè)中間電感組成，并連接在第一和第二輸入線之間。
[0025]圖9顯示了保護(hù)電路，其可以與根據(jù)任一在前附圖的逆變器的展開電路并聯(lián)連接；和
[0026]圖10是用于根據(jù)圖1的逆變器的開關(guān)的控制信號的圖，以便從直流輸入形成交流輸出。
【具體實(shí)施方式】[0027]在本說明書中，術(shù)語“電容”用于指代并聯(lián)和/或串聯(lián)連接的一個(gè)或多個(gè)電容器，用于提供電容量。類似地，術(shù)語“電感”指代串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的一個(gè)或多個(gè)電感器，用于提供電感量。
[0028]在根據(jù)本發(fā)明的逆變器中，除了由可以高頻切換的第一開關(guān)、第一電感和可以高頻切換的第二開關(guān)組成的第一串聯(lián)電路以外，由可以高頻切換的第三開關(guān)、第二電感和可以高頻切換的第四開關(guān)組成的另一個(gè)串聯(lián)電路連接在第一和第二輸入線之間，第一串聯(lián)電路的第一電感和第二串聯(lián)電路的第二電感磁耦合。整流二極管從第一電感的第一側(cè)通向第一中間點(diǎn)，在此也稱為第三整流二極管的另一個(gè)整流二極管從第二串聯(lián)電路的第二電感的相應(yīng)第一側(cè)也通向第一中間點(diǎn)；以及第二和第四整流二極管從第二中間點(diǎn)分別通向第一和第二串聯(lián)電路的第一和第二電感的相應(yīng)第二側(cè)。
[0029]在新的逆變器的操作中，電流在第一和第二中間點(diǎn)之間流動，其方向由第一到第四整流二極管的阻塞方向來確定，同時(shí)借助于以高頻操作可以高頻切換的開關(guān)，它也是正弦形的一個(gè)半波接一個(gè)半波。通常，這個(gè)高頻在幾千赫范圍中。提供的這個(gè)正弦形幾乎不含電流紋波，因?yàn)?盡管是正弦形的-但例如借助直接脈沖寬度調(diào)制，電流可以幾乎無中斷地流過交替工作的串聯(lián)電路。因此，連接到第一和第二中間點(diǎn)的展開電路只能一個(gè)半波接一個(gè)半波地以交變的極性將這個(gè)直流發(fā)送到輸出線。無需對這個(gè)交流濾波。
[0030]實(shí)際上，本發(fā)明-盡管有在輸入線之間的第二串聯(lián)電路中的第二電感一導(dǎo)致了減小的構(gòu)造尺寸。具體地，可以完全避免LC濾波器及因此的大電網(wǎng)扼流器。同時(shí)，可以使得兩個(gè)串聯(lián)電路的無論如何都較小的電感每一個(gè)都可以比在輸入線之間的單個(gè)串聯(lián)電路的電感小得多。從電感的觀點(diǎn)來看，由于磁耦合，相對于實(shí)際開關(guān)頻率，有效頻率增大了系數(shù)
2。因此，與沒有磁耦合的單個(gè)電路相比，每一個(gè)電感器的尺寸可以減小至少30%。本發(fā)明的逆變器不僅在無需LC濾波器的電容的情況下工作，還在無需電壓鏈路電容的情況下工作。然而，在展開電路前或后提供小的平滑電容在某些條件下可以是有利的，所述展開電路對成形的交流提供額外的平滑。但理論上，本發(fā)明的逆變器在其輸入線之間具有緩沖電容。
[0031]與僅包括一個(gè)串聯(lián)電路的逆變器相比，本發(fā)明的逆變器的高頻開關(guān)受到較低電壓負(fù)荷和較低電流負(fù)荷，所述一個(gè)串聯(lián)電路在輸入線之間包括電感的。因此，高頻開關(guān)的尺寸可以保持較小，其至少部分補(bǔ)償了額外的高頻開關(guān)?？梢允沟谜归_電路的交流的頻率切換的開關(guān)作為回流阻塞開關(guān)，像例如低成本的柵極晶閘管，因?yàn)楸苊饬溯敵鰝?cè)電感。此外，可以借助高頻開關(guān)使用所謂的常開碳化硅(SiC)半導(dǎo)體技術(shù)，因?yàn)?由于經(jīng)由在輸入線之間的兩個(gè)串聯(lián)電路的兩條電流支路-減小了開關(guān)的負(fù)荷和短路風(fēng)險(xiǎn)。
[0032]在新的逆變器中，可以使第一和第二輸入線中的任何一條，或者在輸入側(cè)的任何其他點(diǎn)，像例如連接到輸入線的光伏發(fā)電機(jī)的中心點(diǎn)可以按所希望地接地。接地的輸入線可以直接連接到同樣接地的輸出線。但這對于本發(fā)明的逆變器的功能不是必不可少的。
[0033]在本發(fā)明的逆變器中，兩個(gè)高頻開關(guān)和中間電感的串聯(lián)電路的數(shù)量不限于兩個(gè)，其每一個(gè)都彼此并聯(lián)連接在輸入線之間。因此，例如可以存在連接在兩條輸入線之間的第三串聯(lián)電路，所述第三串聯(lián)電路包括可以高頻切換的第五開關(guān)、第三電感和可以高頻切換的第六開關(guān)。在此情況下，第一電感、第二電感和第三電感磁耦合，第五整流二極管從第三電感的第一側(cè)通向第一中間點(diǎn)，第六整流二極管從第二中間點(diǎn)通向第三電感的第二側(cè)。應(yīng)當(dāng)理解，第五整流二極管從其通向第一中間點(diǎn)的第一側(cè)指向與第一和第二電感的第一側(cè)相同的第一輸入線，其中，第一和第二整流二極管從第一和第二電感的第一側(cè)通向第一中間點(diǎn)。類似的規(guī)則適用于電感的第二側(cè)，第二、第四和第六整流二極管從第二中間點(diǎn)通向它，其指向相同的第二輸入線。在這點(diǎn)上，可以指出，在此，相應(yīng)的整流二極管“通向”的方向指代其傳導(dǎo)方向，以這樣的方式來分別定向整流二極管的傳導(dǎo)方向，以使得從輸入線到輸出線的電流通量僅可能通過相應(yīng)的電感。即使有閉合的鄰近高頻開關(guān)，來自鄰近輸入線的直接流動也是不可能的，因?yàn)檫@樣的流動會由整流二極管阻塞。
[0034]展開電路可以具體為包括在第一和第二中間點(diǎn)之間的全橋的換向器電路，且所述展開電路可以相應(yīng)地包括:第一開關(guān)，能夠在交流的頻率下進(jìn)行切換，并連接到第一中間點(diǎn)和第一輸出線，第二開關(guān)，能夠在交流的頻率下進(jìn)行切換，并連接到第二中間點(diǎn)和第一輸出線，第三開關(guān)，能夠在交流的頻率下進(jìn)行切換，并連接到第一中間點(diǎn)和第二輸出線，以及第四開關(guān)，能夠在交流的頻率下進(jìn)行切換，并連接到第二中間點(diǎn)和第二輸出線。
[0035]展開電路的低頻開關(guān)可以由控制器來操作，其還操作在輸入線之間的串聯(lián)電路的高頻開關(guān)。還可以借助于連接到輸出線的交流電網(wǎng)來提供用于展開電路的開關(guān)的線路換向的控制電路。這樣的線路換向的展開電路是普遍公知的。
[0036]盡管通常在從第一中間點(diǎn)和第二中間點(diǎn)直到連接到輸出線的交流電網(wǎng)的電力電流路徑中僅提供低頻開關(guān)和無電感LC濾波器等，逆變器仍然可以包括連接在第一中間點(diǎn)與第二中間點(diǎn)之間的保護(hù)電路。保護(hù)電路可以包括兩個(gè)反向定向的整流二極管的兩個(gè)串聯(lián)電路，每一個(gè)都并聯(lián)連接，兩個(gè)串聯(lián)電路的整流二極管包括相反的阻塞方向，兩個(gè)串聯(lián)電路的中間點(diǎn)經(jīng)由并聯(lián)的電容和變阻器相互相連。這個(gè)保護(hù)電路提供了動態(tài)箝位功能，其在交流電網(wǎng)方向上和在連接到本發(fā)明的逆變器的輸入線的光伏發(fā)電機(jī)的方向上都是有效的。
[0037]現(xiàn)在更詳細(xì)地參考附圖，圖1顯示了逆變器1，用于將電能從光伏發(fā)電機(jī)2饋入單相交流電網(wǎng)13中。在此，光伏發(fā)電機(jī)2的負(fù)端子接地，就如同AC電網(wǎng)13的零線。光伏發(fā)電機(jī)12連接到逆變器I的輸入線3和4。由一個(gè)或多個(gè)單電容器提供的緩沖電容C連接在輸入線3和4之間。此外，第一串聯(lián)電路5和第二串聯(lián)電路6連接在輸入線3和4之間。每一個(gè)串聯(lián)電路5和6都由兩個(gè)高頻開關(guān)SI和S2以及相應(yīng)的S3和S4、與相應(yīng)的電感LI和L2組成，電感LI和L2分別布置在兩個(gè)開關(guān)SI和S2及S3和S4之間。兩個(gè)電感LI和L2磁耦合，例如作為共同核心部分上的兩個(gè)繞組。從電感LI和L2的指向輸入線4并因此指向光伏發(fā)電機(jī)2的負(fù)端子的一側(cè)，第一整流二極管Dl和在此稱為第三整流二極管的整流二極管D3通向第一中間點(diǎn)7，而第二整流二極管D2和第四整流二極管D4從第二中間點(diǎn)通向電感LI和L2的相應(yīng)的另一側(cè)。以如下方式定向整流二極管Dl和D4的阻塞方向，以使得即使閉合了能夠在高頻下進(jìn)行切換的鄰近開關(guān)SI到S4，也沒有電流可以從連接到中間點(diǎn)7和8的輸入線3和4直接流出，而是僅通過相應(yīng)的電感LI或L2。通過在高頻下以適合的方式操作開關(guān)SI到S4，可以在中間點(diǎn)7和8之間形成交流。尤其是電流可以形成為半波接半波的正弦形。另外，在此可以升壓出現(xiàn)在兩條輸入線形3和4之間的電壓。直到中間點(diǎn)7和8的逆變器I的輸入側(cè)電路部分9原則上還可以分別用作降壓-升壓-轉(zhuǎn)換器，即用作可以提升或降低輸入電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器。在此，這個(gè)輸入側(cè)電路部分9主要用于一個(gè)半波接一個(gè)半波地正弦成形在中間點(diǎn)7和8之間的直流，逆變器I的輸出側(cè)展開電路10將這個(gè)直流經(jīng)由輸出線11和12以一個(gè)半波接一個(gè)半波交變的極性饋入到AC電網(wǎng)13中。為此，展開電路10包括在中間點(diǎn)7和8之間的全橋，其包括能夠在交流的頻率下進(jìn)行切換的開關(guān)S7到S10。輸出線11和12以公知的方式連接到全橋的半橋的中點(diǎn)。可以直接支配全橋的開關(guān)S7到S10，即由交變的電網(wǎng)電壓來操作。
[0038]在以下的圖2到5中，示出了不同的開關(guān)狀態(tài)和通過根據(jù)圖1的逆變器I產(chǎn)生的電流路徑，啟動它們以便在中間點(diǎn)7和8之間形成直流，其具有一個(gè)半波接一個(gè)半波的正弦形。
[0039]根據(jù)圖2，串聯(lián)電路5的開關(guān)SI和S2閉合。這樣，為電感LI賦能。第二串聯(lián)電路6的兩個(gè)開關(guān)S3和S4打開，因此在此沒有示出。經(jīng)由二極管D3和D4使連接在兩個(gè)開關(guān)S3和S4之間的第二電感L2失能。在此，通過第二電感L2的電流由與第一電感LI的磁耦合及其以前的賦能來維持。
[0040]根據(jù)圖3，根據(jù)圖1的全部高頻開關(guān)SI到S4都打開。由于兩個(gè)電感LI和L2以前的賦能,經(jīng)由二極管Dl到D4將通過兩個(gè)電感的電流驅(qū)動到AC電網(wǎng)中。
[0041]根據(jù)圖4，呈現(xiàn)了關(guān)于串聯(lián)電路5和6的與圖2中相反的情形。在此，開關(guān)S3和S4閉合，而開關(guān)SI和S2打開，因此在此沒有示出。為電感L2賦能。電流從電感LI經(jīng)由二極管Dl和D2流入AC電網(wǎng)13中；電流由與第二電感L2的磁耦合以及電感LI以前的賦能來維持。
[0042]圖5示出了當(dāng)根據(jù)圖1的全部四個(gè)高頻開關(guān)SI到S4閉合，以同時(shí)為電感LI和L2賦能，以便提升輸入電壓時(shí)的情形。在此情況下，如果提供了額外的輸出側(cè)電容Ca，就僅可以維持在朝向AC電網(wǎng)13的方向上流動的電流，否則在根據(jù)圖1的逆變器I中無需電容CA。
[0043]而在圖1中，以虛線指示了在接地的輸入線4與接地的輸出線12之間的可任選連接14，圖6以虛線顯示了在輸出線12與輸入線3之間的這樣的連接14。這表示根據(jù)圖6，整個(gè)光伏發(fā)電機(jī)2相對于地電位處于負(fù)電位，因?yàn)槠湔俗咏拥亍７粗嗳?，根?jù)圖1，整個(gè)光伏發(fā)電機(jī)2相對于地處于正電位。取決于組成光伏發(fā)電機(jī)2的太陽能電池組件，這些電位中的一個(gè)對于光伏發(fā)電機(jī)2的長壽命是有利的。
[0044]在圖7中，以虛線指示的可任選連接14在輸出線12與光伏發(fā)電機(jī)2的中間點(diǎn)17之間延伸，中間點(diǎn)17在此接地，例如用于將光伏發(fā)電機(jī)的區(qū)域中相對于地的最大電壓限制為由光伏發(fā)電機(jī)提供的PV電壓的一半。圖6和7連同圖1 一起展示了在使用逆變器I時(shí)所給與的自由度，二者都與其輸入線3和4的區(qū)域中的接地，以及其輸出線11和12的區(qū)域中的接地有關(guān)。
[0045]圖8示出了由另外的串聯(lián)電路來增大串聯(lián)電路5和6的數(shù)量的選擇，其每一個(gè)都由兩個(gè)高頻開關(guān)和中間電感組成。因此，在此提供了由兩個(gè)高頻開關(guān)S5和S6及連接在其間的電感L3組成的一個(gè)另外的串聯(lián)電路15，其磁性連接到串聯(lián)電路5和6的電感LI和L2。從電感L3指向連接到輸入線4的開關(guān)S6的一側(cè)，第五整流二極管D5通向中間點(diǎn)7，而第六整流二極管D6從中間點(diǎn)8通向電感L3的另一側(cè)。通過額外的串聯(lián)電路15，能夠產(chǎn)生在中間點(diǎn)7和8之間流動的更為連續(xù)的電流，盡管其由脈沖寬度調(diào)制形成，即使例如在每一個(gè)正弦形半波的開始或結(jié)束，開關(guān)SI到S6僅具有短占空周期，以在此產(chǎn)生預(yù)期的小電流。
[0046]圖9示出了在中間點(diǎn)7和8之間的保護(hù)電路16，其并聯(lián)連接到包括開關(guān)S7到SlO的展開電路。保護(hù)電路16包括并聯(lián)連接的兩個(gè)相反整流二極管D7和D8的第一串聯(lián)電路，與兩個(gè)相反整流二極管D9和DlO的第二串聯(lián)電路。在此，在一方面的整流二極管D7和D9與在另一方面的D8和DlO包括彼此相反的阻塞方向。一方面的整流二極管D7和D8與另一方面的D9和DlO的兩個(gè)串聯(lián)電路的中心點(diǎn)18和19經(jīng)由并聯(lián)連接的電容Cs和變阻器20相連。如果在中間點(diǎn)7和8之間出現(xiàn)不能由電容Cs補(bǔ)償?shù)倪^壓，則變阻器20就變?yōu)閷?dǎo)電，并通過在中間點(diǎn)7和8之間的電流的直接流動來補(bǔ)償過壓。
[0047]圖10示出了用于逆變器I的串聯(lián)電路5和6的高頻開關(guān)SI到S4的控制信號，高頻開關(guān)在此以高頻操作，及用于展開電路10的低頻開關(guān)S7到S9的控制信號，低頻開關(guān)以交流AC的頻率操作。交流到正弦形半波的成形由以開關(guān)SI與S2的等相位操作的脈寬調(diào)制來實(shí)現(xiàn)，開關(guān)SI與S2的等相位操作相對于開關(guān)S3與S4的等相位操作反向定相。相應(yīng)地，在此僅使用根據(jù)圖2和4的開關(guān)狀態(tài)。通過在換向器中成對地操作開關(guān)S7到S10，以使得預(yù)期的正弦形交流AC在這些輸出線11和12之間流動，于是將在中間點(diǎn)7和8之間的直流的半波發(fā)送到逆變器的輸出線11和12。
[0048]在實(shí)質(zhì)上不脫離本發(fā)明的精神和原理的情況下，可以對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例做出許多變化和變型。旨在將所有此類變型和變化都包括在由以下權(quán)利要求書定義的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0049]參考標(biāo)記的列表
[0050] 1逆變器
2光伏發(fā)電機(jī)
3輸入線
4輸入線
5串聯(lián)電路
6串聯(lián)電路
7中間點(diǎn)
8中間點(diǎn)
9部分
10展開電路
11輸出線
12輸出線
13AC電網(wǎng)
14連接
15串聯(lián)電路
16保護(hù)電路
17中心點(diǎn)
18中心點(diǎn)
19中心點(diǎn)
20變阻器
SI到S6能夠在高頻下進(jìn)行切換的開關(guān)
S7到SlO能夠在交流的頻率下進(jìn)行切換的開關(guān)
Dl到DlO整流二極管
C電界
Caki 容
Cs電界
LI到L3電感
【權(quán)利要求】
1.一種逆變器(1)，用于將在第一輸入線和第二輸入線(3、4)之間流動的直流轉(zhuǎn)換為在第一輸出線和第二輸出線(11、12 )之間流動的交流(AC)，所述逆變器包括: -第一串聯(lián)電路(5)，所述第一串聯(lián)電路包括能夠在高頻下進(jìn)行切換的第一開關(guān)(SI)、第一電感(LI)以及能夠在高頻下進(jìn)行切換的第二開關(guān)(S2)，并且所述第一串聯(lián)電路連接在所述第一輸入線和所述第二輸入線(3、4)之間； -第一整流二極管(Dl )，所述第一整流二極管從所述第一電感(LI)的第一側(cè)通向第一中間點(diǎn)(7)，以及第二整流二極管(D2)，所述第二整流二極管從第二中間點(diǎn)(8)通向所述第一電感(LI)的第二側(cè)；以及 -展開電路(10)，所述展開電路連接到所述第一中間點(diǎn)和所述第二中間點(diǎn)(7、8)以及所述第一輸出線和所述第二輸出線(11、12)，并且所述展開電路包括能夠在所述交流(AC)的頻率下進(jìn)行切換的開關(guān)(S5到S8)； 所述逆變器的特征在于: -第二串聯(lián)電路(6 )連接在所述第一輸入線和所述第二輸入線(3、4)之間，所述第二串聯(lián)電路包括能夠在高頻下進(jìn)行切換的第三開關(guān)(S3)、第二電感(L2)以及能夠在高頻下進(jìn)行切換的第四開關(guān)(S4)， -其中，所述第一電感(LI)和所述第二電感(L2)磁耦合，并且-其中，第三整流二極管(D3)從所述第二電感(L2)的第一側(cè)通向所述第一中間點(diǎn)(7)，且第四整流二極管(D4)從所述第二中間點(diǎn)(8)通向所述第二電感(L2)的第二側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器(I)， -其中，第三串聯(lián)電路(15)連接在所述第一輸入線和所述第二輸入線(3、4)之間，所述第三串聯(lián)電路包括能夠在高頻下進(jìn)行切換的第五開關(guān)(S5)、第三電感(L3)和能夠在高頻下進(jìn)行切換的第六開關(guān)(S6)， -其中，所述第一電感(LI)、所述第二電感(L2)和第三電感(L3)磁耦合，并且-其中，第五整流二極管(D5)從所述第三電感(L3)的第一側(cè)通向所述第一中間點(diǎn)(7)，且第六整流二極管(D6)從所述第二中間點(diǎn)(8)通向所述第三電感(L3)的第二側(cè)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的逆變器(1)，其中，所述第一輸入線和所述第二輸入線(3、4)中的一條連接到所述第一輸出線和所述第二輸出線(11、12)中的一條。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的逆變器(I)，其中，所述第一輸入線和所述第二輸入線(3、4)中的一條連接到地。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的逆變器(1)，其中，在所述第一輸入線和所述第二輸入線(3、4)之間的中心點(diǎn)(17)連接到地。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的逆變器(1)，其中，緩沖電容(C)連接在所述第一輸入線和所述第二輸入線(3、4)之間。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的逆變器(1)，其中，所述展開電路(10)包括: -第一開關(guān)(S7)，所述第一開關(guān)能夠在所述交流的所述頻率下進(jìn)行切換，并連接到所述第一中間點(diǎn)(7 )和所述第一輸出線(11)， -第二開關(guān)(S8)，所述第二開關(guān)能夠在所述交流的所述頻率下進(jìn)行切換，并連接到所述第二中間點(diǎn)(8 )和所述第一輸出線(11)， -第三開關(guān)(S9)，所述第三開關(guān)能夠在所述交流的所述頻率下進(jìn)行切換，并連接到所述第一中間點(diǎn)(7)和所述第二輸出線(12)，以及 -第四開關(guān)(S10)，所述第四開關(guān)能夠在所述交流的所述頻率下進(jìn)行切換，并連接到所述第二中間點(diǎn)(8)和所述第二輸出線(12)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的逆變器(I)，其中，對能夠在所述交流(AC)的所述頻率下進(jìn)行切換的所述展開電路(10)的所有開關(guān)(S7到S10)進(jìn)行控制的控制電路被配置為根據(jù)連接到所述輸出線(11、12)的AC電網(wǎng)(13)對這些開關(guān)(S7到S10)進(jìn)行線路換向。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的逆變器(1)，其中，在從所述第一中間點(diǎn)和所述第二中間點(diǎn)(7、8)延伸直到連接到所述第一輸出線和所述第二輸出線(11、12)的AC電網(wǎng)(13)的所有電力電流路徑中僅提供能夠在所述交流(AC)的所述頻率下進(jìn)行切換的開關(guān)(S7 到 SlO)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的逆變器(1)，其中，保護(hù)電路(16)連接在所述第一中間點(diǎn)和所述第二中間點(diǎn)(7、8)之間，所述保護(hù)電路包括并聯(lián)連接的兩個(gè)串聯(lián)電路，每一個(gè)串聯(lián)電路都包括在相反方向上導(dǎo)通的兩個(gè)整流二極管(D7、D8 ;D9、D10)，其中，所述兩個(gè)串聯(lián)電路的所述整流二極管(D7到D10)包括相反的阻塞方向，并且其中，兩個(gè)串聯(lián)電路的中心點(diǎn)(18、19)都經(jīng)由并聯(lián)連接的電容(Cs)和變阻器(20)相互相連。
【文檔編號】H02M7/538GK103765754SQ201280039974
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月17日
【發(fā)明者】M·卡贊巴斯, C·諾丁, P·扎哈里亞斯 申請人:艾思瑪太陽能技術(shù)股份公司