逆變器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種逆變器（100），其被構(gòu)造為在該逆變器（100）的輸入端處接收DC電并且將AC電饋送到電網(wǎng)中，該逆變器（100）包括諧振轉(zhuǎn)換器（102）和干線橋（103），其中該干線橋（103）被構(gòu)造為在該干線橋（103）的輸入端處接收所述諧振轉(zhuǎn)換器（102）的輸出并且將AC電饋送到所述電網(wǎng)中，其特征在于，該逆變器（100）包括輸入級DC-DC轉(zhuǎn)換器（101），其中，所述諧振轉(zhuǎn)換器（102）被構(gòu)造為在所述諧振轉(zhuǎn)換器（102）的輸入端處接收所述輸入級DC-DC轉(zhuǎn)換器（101）的輸出并且在所述諧振轉(zhuǎn)換器（102）的輸出端處產(chǎn)生DC電壓，所述諧振轉(zhuǎn)換器（102）的輸出端與所述諧振轉(zhuǎn)換器（102）的輸入端電隔離。
【專利說明】逆變器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及被構(gòu)造為在其輸入端處接收DC電并且將AC電饋送到電網(wǎng)中的逆變器。
【背景技術(shù)】 [0002]逆變器，例如用于光伏系統(tǒng)的逆變器，針對寬輸入電壓范圍而設(shè)計，以便適應(yīng)變化的環(huán)境條件(太陽輻射，溫度，……)以及不同的光伏發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和模塊設(shè)計，同時在整個輸入電壓范圍內(nèi)是高效的。
實用新型內(nèi)容
[0003]本申請的目的是提供一種逆變器，該逆變器被構(gòu)造為在寬輸入電壓范圍內(nèi)工作，并且在輸入和輸出之間提供電隔離，同時在整個輸入電壓范圍內(nèi)具有優(yōu)化的效率。
[0004]此目的通過這樣的一種逆變器來實現(xiàn)，這種逆變器包括諧振轉(zhuǎn)換器和干線橋，其中該干線橋被構(gòu)造為在該干線橋的輸入端處接收所述諧振轉(zhuǎn)換器的輸出并且將AC電饋送到電網(wǎng)中。該逆變器包括輸入級DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中，所述諧振轉(zhuǎn)換器被構(gòu)造為在所述諧振轉(zhuǎn)換器的輸入端處接收所述輸入級DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出并且在所述諧振轉(zhuǎn)換器的輸出端處產(chǎn)生DC電壓，所述諧振轉(zhuǎn)換器的輸出端與所述諧振轉(zhuǎn)換器的輸入端電隔離。
[0005]即使在光伏模塊的變化的日曬和溫度的情況下或者在不同的光伏模塊構(gòu)造的情況下，根據(jù)本實用新型的逆變器也以最佳效率來操作。通過如下的事實來使開關(guān)損耗最小化:所述諧振轉(zhuǎn)換器在最佳操作點處與所述逆變器的輸入端處的實際電壓相獨立地操作，該最佳操作點由輸入級DC-DC轉(zhuǎn)換器在寬輸入電壓范圍內(nèi)設(shè)定。根據(jù)與所述逆變器的輸入端實際連接的光伏發(fā)電機(jī)的電壓范圍以及要在所述諧振轉(zhuǎn)換器的輸入端處和輸出端處獲得的電壓，所述輸入級DC-DC轉(zhuǎn)換器可以是升壓轉(zhuǎn)換器、降壓轉(zhuǎn)換器或降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。通常，在越高的穩(wěn)定輸入電壓下，所述諧振轉(zhuǎn)換器獲得越高的效率。
[0006]根據(jù)本實用新型的逆變器在不需要協(xié)調(diào)不利的功率和電壓額定值、高的適應(yīng)階段的重復(fù)率、開關(guān)過電壓、以及有限的操作范圍的情況下提供諧振轉(zhuǎn)換器電路的輸入電壓和操作的電壓適應(yīng)。
[0007]在本實用新型的一個實施例中，所述逆變器包括升壓轉(zhuǎn)換器和諧振轉(zhuǎn)換器，該諧振轉(zhuǎn)換器包括:高頻變壓器，半橋電路構(gòu)造中的半導(dǎo)體開關(guān)，和/或至少一個諧振電容器。所述諧振轉(zhuǎn)換器在恒定操作點處操作，使得其輸入/輸出電壓比固定，其中該輸入/輸出電壓比由所述高頻變壓器的變壓比給出。在所述升壓轉(zhuǎn)換器的輸入端處的電壓可以變化。
[0008]升壓轉(zhuǎn)換器可以有利地被構(gòu)造為以非連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)來操作，使得所述升壓轉(zhuǎn)換器的續(xù)流二極管永遠(yuǎn)不會經(jīng)歷截止時的硬開關(guān)換向。因為避免了開啟功率損耗，所以所述逆變器的EMI (電磁干擾)性能得到了優(yōu)化并且效率提高了。
[0009]如果在所述升壓轉(zhuǎn)換器的輸入端處的電壓(例如，光伏(PV)發(fā)電機(jī)的輸出電壓)乘以所述諧振轉(zhuǎn)換器的變壓比后所得的值足夠高從而能夠在所述干線橋的輸入端處的直流鏈電容器(DC link capacitor)處提供足以使所述干線橋?qū)⒃谒錾龎恨D(zhuǎn)換器的輸入端處接收到的電能饋送到電網(wǎng)中的電壓，則所述升壓轉(zhuǎn)換器可以停用。如果實際的PV電壓不足以使所述干線橋設(shè)定在所述逆變器的輸出端處的干線電壓，則所述升壓轉(zhuǎn)換器啟用。
[0010]由于所述逆變器的總損耗被最小化，尤其是在沒有升壓轉(zhuǎn)換器操作情況下的輸入電壓下操作時，因此本實用新型顯著提高了效率。如果所述升壓轉(zhuǎn)換器中的各電感器由于所述升壓轉(zhuǎn)換器以非連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)來操作(因而包括極低的歐姆電阻)而特別小，則這一點特別有效。
[0011]在本實用新型的另一個實施例中，所述諧振轉(zhuǎn)換器的半橋電路中的各半導(dǎo)體開關(guān)的開關(guān)頻率低于所述諧振轉(zhuǎn)換器的諧振頻率，所述諧振頻率根據(jù)所述高頻變壓器的漏感和所述至少一個諧振電容器的電容來獲得。結(jié)果，所述半導(dǎo)體開關(guān)在接通和斷開時都在零電流下進(jìn)行開關(guān)。
[0012]在本實用新型的另一個實施例中，所述升壓轉(zhuǎn)換器和所述諧振轉(zhuǎn)換器同步地進(jìn)行開關(guān)，因而將在所述諧振轉(zhuǎn)換器的輸入端處的直流鏈電容器中的有效電流負(fù)載最小化。如果將在所述諧振轉(zhuǎn)換器中的各開關(guān)的開關(guān)頻率配置為可變的，則還可以實現(xiàn)所述逆變器的操作的另一個自由度。
[0013]在各從屬權(quán)利要求中描述了本實用新型的其它有益實施例。
[0014]下文參照附圖來更詳細(xì)地描述一個示例性實施例，同時描述本實用新型的其它有益改進(jìn)實現(xiàn)及其優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]在附圖中:
[0016]圖1示出根據(jù)本實用新型的逆變器的示意圖；
[0017]圖2示出根據(jù)本實用新型的另一個實施例的逆變器的示意圖。
[0018]在各附圖中，相同的元件由相同的附圖標(biāo)記表示。
【具體實施方式】
[0019]圖1示出用于光伏系統(tǒng)的逆變器100。其包括DC-DC轉(zhuǎn)換器101、諧振轉(zhuǎn)換器102和干線橋103。諧振轉(zhuǎn)換器102包括半橋電路，該半橋電路包括半導(dǎo)體開關(guān)104、半導(dǎo)體開關(guān)105和高頻變壓器106。高頻變壓器106包括諧振電容器107和整流橋108。諧振電容器107與高頻變壓器106的初級側(cè)繞組串聯(lián)連接。
[0020]諧振轉(zhuǎn)換器102的輸入/輸出比是固定的，并且由高頻變壓器106的變壓比給出。諧振轉(zhuǎn)換器102和整流橋108 —起形成HF (高頻)電路。
[0021]根據(jù)本實用新型，將DC-DC轉(zhuǎn)換器101布置在諧振轉(zhuǎn)換器102的輸入側(cè)。如圖2所示，DC-DC轉(zhuǎn)換器101可以是升壓轉(zhuǎn)換器201，或者作為替換可以是降壓轉(zhuǎn)換器或降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。
[0022]DC-DC轉(zhuǎn)換器101設(shè)定諧振轉(zhuǎn)換器102的輸入電壓。雖然由于由變化的環(huán)境條件(日曬，溫度，……)引起的與逆變器的輸入端連接的光伏發(fā)電機(jī)的最大功率點(MPP)的電壓的變化導(dǎo)致在逆變器100的輸入端處的電壓可能改變，但是諧振轉(zhuǎn)換器102的輸入電壓保持恒定，使得諧振轉(zhuǎn)換器102在其最佳操作點處操作。[0023]DC-DC轉(zhuǎn)換器101將在其輸入端處提供的電能傳送給布置在諧振轉(zhuǎn)換器102的輸入端處的直流鏈電容器112和直流鏈電容器113。直流鏈電容器112和直流鏈電容器113的電容優(yōu)選為大于諧振電容器107的電容。
[0024]DC-DC轉(zhuǎn)換器101可以只在一定的輸入電壓范圍內(nèi)操作。例如，如果將在干線橋103的輸入端處的電容器114處的最小輸入電壓設(shè)置為350伏，以便使干線橋103能夠?qū)㈦娔莛佀偷诫娋W(wǎng)中，則若諧振轉(zhuǎn)換器102的輸入/輸出比等于I則在諧振轉(zhuǎn)換器102的輸入端處的電壓也是350伏。如果在DC-DC轉(zhuǎn)換器101的輸入端處的電壓，例如所連接的光伏發(fā)電機(jī)的MPP電壓，低于350伏，則DC-DC轉(zhuǎn)換器101可以將電壓升高到350伏。如果在DC-DC轉(zhuǎn)換器101的輸入端處的電壓超過了 350伏，則DC-DC轉(zhuǎn)換器101停用，并且在諧振轉(zhuǎn)換器102的輸入端處的電壓和在干線橋103的輸入端處的電壓與在DC-DC轉(zhuǎn)換器101的輸入端處的電壓相對應(yīng)，盡管存在高頻變壓器的變壓比。
[0025]根據(jù)圖1的諧振轉(zhuǎn)換器102單向操作。也可以使用雙向操作的其它電路裝置，例如使用包括雙向開關(guān)的同步整流橋來代替包括單向二極管的整流橋108。
[0026]DC-DC轉(zhuǎn)換器101和諧振轉(zhuǎn)換器102可以同步地開關(guān)和/或以相同的開關(guān)頻率操作，以便減小電容器的有效電流負(fù)載。
[0027]諧振轉(zhuǎn)換器102的開關(guān)頻率可以低于諧振轉(zhuǎn)換器102的諧振頻率，諧振轉(zhuǎn)換器102的諧振頻率由高頻變壓器106的漏感和諧振電容器107確定。結(jié)果，流過高頻變壓器106的電流的半波短于開關(guān)周期的一半，并且電流在半導(dǎo)體開關(guān)104和半導(dǎo)體開關(guān)105切換至下一個半波之前到達(dá)零；因而可以實現(xiàn)有益的零電流開關(guān)方案。
[0028]圖2示出DC-DC轉(zhuǎn)換器101的另一個實施例，在本實施例中，DC-DC轉(zhuǎn)換器是包括電感器109、開關(guān)110和二極管111的升壓轉(zhuǎn)換器201 ;在本實施例中，諧振電容器107由分離的諧振電容器115和諧振電容器116代替；并且在本實施例中，直流鏈電容器112和直流鏈電容器113由單個直流鏈電容器117代替；串聯(lián)連接的兩個諧振電容器115和116與布置在諧振轉(zhuǎn)換器102的輸入端處的直流鏈電容器117并聯(lián)連接，其中，兩個諧振電容器115和116之間的中點連接至高頻變壓器106的初級側(cè)繞組。諧振電容器115和諧振電容器116小于直流鏈電容器117，直流鏈電容器117與諧振電容器115和諧振電容器116并聯(lián)安裝并且與半導(dǎo)體開關(guān)104和半導(dǎo)體開關(guān)105并聯(lián)安裝。此電路的優(yōu)點是:一方面，減小了總的電容器電流，使得各電容器的總成本降低；另一方面，開關(guān)損耗顯著減小。
[0029]與圖1中所示的電路相比，在圖2所示的電路中開關(guān)損耗減小了，這是因為:高頻變壓器106的磁化電流導(dǎo)致半導(dǎo)體開關(guān)104和半導(dǎo)體開關(guān)105的寄生電容在恢復(fù)時間期間放電，在該恢復(fù)時間內(nèi)，兩個半導(dǎo)體開關(guān)104和105斷開，結(jié)果，在半導(dǎo)體開關(guān)104和105再次接通之前，開關(guān)電壓下降至如下的值，該值通過將相應(yīng)的諧振電容器115和116的電壓減去直流鏈電容器117電壓的一半而得到。相比之下，在圖1中所示的電路中，在半導(dǎo)體開關(guān)104和105再次接通之前并且在恢復(fù)時間期間，半導(dǎo)體開關(guān)104和105的寄生電容只能放電至諧振電容器107的值，使得開關(guān)損耗因此較高。
[0030]附圖標(biāo)記列表:
[0031]100逆變器
[0032]101 DC-DC 轉(zhuǎn)換器
[0033]102諧振轉(zhuǎn)換器[0034]103干線橋
[0035]104、105半導(dǎo)體開關(guān)
[0036]106高頻變壓器
[0037]107諧振電容器
[0038]108整流橋
[0039]109 電感器
[0040]110 開關(guān)
[0041]111 二極管
[0042]112、113直流鏈電容器
[0043]114 電容器
[0044]115、116諧振電容器
[0045]117直流鏈電容器
[0046]201升壓轉(zhuǎn)換器
【權(quán)利要求】
1.一種逆變器(100)，其被構(gòu)造為在該逆變器(100)的輸入端處接收DC電并且將AC電饋送到電網(wǎng)中，該逆變器(100)包括諧振轉(zhuǎn)換器(102)和干線橋(103)，其中該干線橋(103)被構(gòu)造為在該干線橋(103)的輸入端處接收所述諧振轉(zhuǎn)換器(102)的輸出并且將AC電饋送到所述電網(wǎng)中，其特征在于，該逆變器(100)包括輸入級DC-DC轉(zhuǎn)換器(101 )，其中，所述諧振轉(zhuǎn)換器(102)被構(gòu)造為在所述諧振轉(zhuǎn)換器(102)的輸入端處接收所述輸入級DC-DC轉(zhuǎn)換器(101)的輸出并且在所述諧振轉(zhuǎn)換器(102)的輸出端處產(chǎn)生DC電壓，所述諧振轉(zhuǎn)換器(102)的輸出端與所述諧振轉(zhuǎn)換器(102)的輸入端電隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器(100)，其特征在于，所述輸入級DC-DC轉(zhuǎn)換器(101)是升壓轉(zhuǎn)換器(201)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器(100)，其特征在于，所述諧振轉(zhuǎn)換器(102)包括高頻變壓器(106)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的逆變器(100)，其特征在于，所述諧振轉(zhuǎn)換器(102)包括半橋電路構(gòu)造中的半導(dǎo)體開關(guān)(104、105)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的逆變器(100)，其特征在于，所述諧振轉(zhuǎn)換器(102)包括至少一個諧振電容器(107 ;115、116)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的逆變器(100)，其特征在于，所述諧振轉(zhuǎn)換器(102)的所述半導(dǎo)體開關(guān)(104、105)被構(gòu)造為，以比由所述高頻變壓器(106)的漏感和所述至少一個諧振電容器(107 ;115、116)所確定的諧振頻率低的開關(guān)頻率進(jìn)行切換。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器(100)，其特征在于，所述輸入級DC-DC轉(zhuǎn)換器(101)和所述諧振轉(zhuǎn)換器(102)被構(gòu)造為同步地切換。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的逆變器(100)，其特征在于，所述升壓轉(zhuǎn)換器(201)以非連續(xù)導(dǎo)通模式來操作。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的逆變器(100)，其特征在于，所述升壓轉(zhuǎn)換器(201)被構(gòu)造為在所述升壓轉(zhuǎn)換器(201)的輸入端處的電壓乘以所述諧振轉(zhuǎn)換器(102)的電壓變壓比后的值超過預(yù)定最小電壓時停用，其中所述預(yù)定最小電壓足以使所述干線橋(103)將在所述升壓轉(zhuǎn)換器(201)的輸入端處接收到的電能饋送到所述電網(wǎng)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的逆變器(100)，其特征在于，所述諧振電容器(107)與所述高頻變壓器(106)的初級側(cè)繞組串聯(lián)連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的逆變器(100)，其特征在于，串聯(lián)連接的兩個諧振電容器(115、116 )與布置在所述諧振轉(zhuǎn)換器(102 )的輸入端處的直流鏈電容器(117)并聯(lián)連接，其中，所述兩個諧振電容器(115、116)之間的中點連接至所述高頻變壓器(106)的初級側(cè)繞組。
【文檔編號】H02J3/38GK203482111SQ201320291208
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月24日
【發(fā)明者】馬蒂亞斯·維克托, 布卡德·米勒, 安德列亞斯·法爾克 申請人:艾思瑪太陽能技術(shù)股份公司