帶有卸壓電容器的升壓或降壓變換器的制造方法
【專利說明】
[0001]本發(fā)明的
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種變換器，尤其一種升壓變換器(HSS)或一種降壓變換器(TSS)，該變換器具有一個變換器扼流器、一個變換器二極管、一個變換器開關(guān)器、以及與該變換器開關(guān)器并聯(lián)連接的一個卸壓電路(Entlastungsschaltung)。該卸壓電路具有一個卸壓電容器和與該卸壓電容器串聯(lián)連接的一個二極管，其中該二極管的通過方向與通過該變換器開關(guān)器的常規(guī)的電流流動方向相同，并且其中為該卸壓電容器設(shè)置有一個放電電路。本發(fā)明還涉及一個此類的變換器的用途。
[0003]—個此類的變換器能夠例如用于在由光伏發(fā)電機提供的電壓與逆變器的輸入端中間回路的電壓之間進行適配，電能借助該變換器從該光伏發(fā)電機中被饋送到一個交流電網(wǎng)中。在此，該變換器能夠設(shè)置為，在該逆變器的輸入端中間回路電壓恒定的情況下以如下方式設(shè)定該光伏發(fā)電機的運行點，使得該光伏發(fā)電機提供在實際運行條件下的最大電功率。
[0004]借助該卸壓電容器能夠在該變換器開關(guān)器打開時實現(xiàn)對該變換器開關(guān)器上的電壓升高的限制。該卸壓電容器能夠在該變換器開關(guān)器打開時“緩沖”雖間斷、但仍流動的電流，由此使該卸壓電容器充電。在此，在該卸壓電容器上構(gòu)成的電壓決定在該打開的變換器開關(guān)器上施加的電壓，也就是說，不超過通過該卸壓電容器的電容而預(yù)定的電壓上升。該放電電路使該卸壓電容器放電以用于該變換器開關(guān)器的下一次打開，其中在該卸壓電容器中存儲的電能被提供給該變換器的一個輸出端中間回路或輸入端中間回路。
現(xiàn)有技術(shù)
[0005]在常見的升壓變換器中，一個升壓變換器扼流器在連接到一個直流電壓源的兩條線路之一中與一個升壓變換器二極管串聯(lián)連接。在該升壓變換器二極管之后在這兩條線路之間連接有一個中間回路電容器，由該升壓變換器相對于其輸入端電壓而升壓的輸出端電壓施加在該中間回路電容器處。在該升壓變換器扼流器與該升壓變換器二極管之間從一條線路向另一條線路引導(dǎo)一個橫向支路，在該橫向支路中安排有一個升壓變換器開關(guān)器。該輸入端電壓通過閉合該升壓變換器開關(guān)器直接施加到該升壓變換器扼流器處，以便用通過該升壓變換器開關(guān)器流動的大的電流向該升壓變換器扼流器供能。當該升壓變換器開關(guān)器打開之后，能量通過該升壓變換器二極管被輸出到該具有更高的電壓的中間回路電容器處。
[0006]在從DE 101 03 633 Al中已知的升壓變換器中設(shè)置有多個并聯(lián)的子變換器。這些子變換器分別具有由一個升壓變換器扼流器和一個升壓變換器二極管及在該升壓變換器扼流器與該升壓變換器二極管之間分支出來的、具有一個升壓變換器開關(guān)器的一個橫向支路組成的一個串聯(lián)電路，并且使一個共用的中間回路電容器充電。在此這些單獨的升壓變換器開關(guān)器對應(yīng)地被操控，以便實現(xiàn)通過這些從屬的升壓變換器扼流器流動的電流的間歇運行或短暫的間歇運行。這意味著，在該從屬的升壓變換器開關(guān)器的閉合的時間點通過該對應(yīng)的升壓變換器扼流器的電流為零，并且在該從屬的升壓變換器開關(guān)器重新打開之后(在從配屬的升壓變換器開關(guān)器重新閉合之前)再次返回至零。在該間歇運行中，以有利的方式使得形成為IGBT半導(dǎo)體開關(guān)器的升壓變換器開關(guān)器的接通損失以及還有升壓變換器二極管的斷開損失最小化。然而，即使這些升壓變換器開關(guān)器沒有耗盡(aufzehren)其他的切換損失的所述的最小化，由于借助間歇運行中用升壓變換器開關(guān)器斷開高電流，在這些升壓變換器開關(guān)器中出現(xiàn)相對高的斷開損失。在已知的升壓變換器中，電流紋波通過這些并聯(lián)連接的子變換器的升壓變換器開關(guān)器的錯開(versetztes)的操控而被減少。也就是說，即使存在這些單獨的子變換器的間歇運行，進入該中間回路電容器中充電電流也沒有返回至零。
[0007]從文件EP I 519 475 Al中已知帶有一個卸壓路徑的一種升壓變換器，該卸壓路徑并聯(lián)于該帶有升壓變換器開關(guān)器的橫向支路延伸，并且和該橫向支路相同地在該升壓變換器扼流器與該升壓變換器二極管之間分支出來。在該卸壓路徑中安排有用于該升壓變換器開關(guān)器的一個卸壓電容器，其中該卸壓電容器在該卸壓路徑中與一個二極管串聯(lián)連接。當該升壓變換器開關(guān)器打開時，電流能夠通過該二極管向該卸壓電容器繼續(xù)流動，直到該卸壓電容器被充電至與該升壓變換器的一個輸出側(cè)的中間回路電容器的電壓相同。由于在該升壓變換器開關(guān)器上施加的電壓通過在該卸壓電容器上施加的電壓預(yù)定，由此使得在該升壓變換器開關(guān)器上的電壓上升被限制。為了使該卸壓電容器為下一次關(guān)閉而放電并且在此向該中間回路電容器提供在該卸壓電容器中存儲的電能，設(shè)置有帶有一個可操控的開關(guān)器的一個放電電路。該放電電路的開關(guān)器以如下方式被控制，使得當該升壓變換器開關(guān)器在電流斷開前閉合時，該放電電路的開關(guān)器閉合。
[0008]從US 2006/0274558 Al已知帶有一個所謂的緩沖器(Snubber)電路的一種升壓變換器。該升壓變換器具有兩個輸入端口和兩個輸出端口，其中一個升壓變換器扼流器和一個升壓變換器二極管在該第一輸入端口與該第一輸出端口之間串聯(lián)連接，并且其中帶有一個升壓變換器開關(guān)器的一個橫向支路在該升壓變換器扼流器與該升壓變換器二極管之間分支出來。該緩沖器電路具有一個路徑，該路徑帶有一個第一二極管、一個第二二極管和一個扼流器，該第一二極管、第二二極管和扼流器在該升壓變換器的該第一輸出端口與該第二輸入端口之間串聯(lián)連接。在此，該緩沖器電路的扼流器與該升壓變換器扼流器磁耦合，并且該緩沖器電路的這兩個二極管的通過方向彼此相同地取向。該緩沖器電路還具有一個電容器，該電容器在該升壓變換器的該第一輸出端口和(在該升壓變換器扼流器與該升壓變換器二極管之間的)一個節(jié)點之間與該緩沖器電路的該第一二極管串聯(lián)連接。當該升壓變換器開關(guān)器閉合時，由于該扼流器與該升壓變換器扼流器的磁耦合而在該緩沖器電路的該第一路徑中實現(xiàn)一個電流，該電流使該電容器充電，其中在該電容器上所得到的電壓的極性與在這些輸出端口之間的中間回路電容器上的電壓的極性相反。當該升壓變換器開關(guān)器再次打開時，間斷的電流流向該電容器，由此使得該電容器放電。由于在該升壓變換器開關(guān)器上施加的電壓不能超過在這些輸出端口之間施加的電壓與在該電容器上施加的電壓的差，由此抵制了在該升壓變換器開關(guān)器處出現(xiàn)過壓。
[0009]在常見的降壓變換器中，一個降壓變換器開關(guān)器在連接到一個直流電壓源的兩條線路之一中與一個降壓變換器扼流器串聯(lián)連接。在該降壓變換器二極管之后在這兩條線路之間連接有一個中間回路電容器，由該降壓變換器相對于其輸入端電壓而降壓的輸出端電壓施加在該中間回路電容器處。在該降壓變換器開關(guān)器與該降壓變換器扼流器之間從一條線路向另一條線路引導(dǎo)一個橫向支路，在該橫向支路中安排有一個降壓變換器二極管。通過閉合該降壓變換器開關(guān)器，向該降壓變換器扼流器供能的、受限的電流通過該降壓變換器扼流器流向該中間回路電容器的一側(cè)。在該降壓變換器開關(guān)器打開之后，用于使該中間回路電容器進一步充電的能量通過該降壓變換器二極管被輸出。
[0010]從US 2006/0262577 Al中已知具有獨立專利權(quán)利要求1的前序部分的特征的一種升壓變換器。在此:在帶有該升壓變換器開關(guān)器的該橫向支路之后，在該升壓變換器扼流器與該升壓變換器二極管之間安排有一個可飽和的扼流器。用于與該升壓變換器開關(guān)器(該升壓變換器開關(guān)器與一個二極管串聯(lián)連接)并聯(lián)的卸壓電容器的一個放電電路具有一個扼流器(該扼流器和與該卸壓電容器串聯(lián)連接的二極管連接到該卸壓電容器的相同的端口處)和與該扼流器串聯(lián)連接的一個另外的二極管。這兩個二極管具有從該卸壓電容器來看彼此相反的通過方向。該另外的二極管一方面通向一個諧振電容器并且另一方面通向一個放電二極管，該諧振電容器與該卸壓電容器和該扼流器一起形成一個串聯(lián)諧振回路并且以其另一個末端連接在該可飽和的扼流器與該升壓變換器二極管之間；該放電二極管在該升壓變換器二極管之后連接到該升壓變換器的輸出端處。當該升壓變換器開關(guān)器打開時，該卸壓電容器被充電；并且當該升壓變換器開關(guān)器閉合時，該卸壓電容器在該諧振電容器中的串聯(lián)諧振回路的一半諧振周期內(nèi)放電。該諧振電容器(由于該中間連接的另外的二極管，電荷不能從該諧振電容器向該卸壓電容器回流)在該升壓變換器開關(guān)器再次打開時放電，其中于是該卸壓電容器也再次被充電。
[0011]本發(fā)明的目的
[0012]本發(fā)明所基于的目的在于，提供一種具有改善的效率、尤其還關(guān)于在間歇運行中的變換器開關(guān)器中的斷開損失方面具有改善的效率和更簡單的構(gòu)造的變換器。
[0013]解決方案
[0014]本發(fā)明的目的是根據(jù)本發(fā)明通過具有獨立權(quán)利要求1的特征的一種變換器實現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā)明的變換器的優(yōu)選的設(shè)計可以自從屬權(quán)利要求2至14中得出。權(quán)利要求15針對根據(jù)本發(fā)明的變換器的一個優(yōu)選的用途。
[0015]本發(fā)明的說明
[0016]根據(jù)本發(fā)明的變換器具有用于其變換器開關(guān)器的一個卸壓電路，該卸壓電路與該變換器開關(guān)器并聯(lián)連接，并且在該卸壓電路中一個卸壓電容器與一個二極管串聯(lián)連接。針對該卸壓電容器設(shè)置有一個放電電路，該放電電路具有與該變換器扼流器磁耦合的一個扼流器。
[0017]由于該放電電路具有與該變換器扼流器磁耦合的扼流器，實現(xiàn)了:當該變換器開關(guān)器閉合時，該卸壓電容器通過該放電電路被動受控地放電。通過該扼流器與該變換器扼流器的磁耦合，當該變換器開關(guān)器閉合時，隨著電流開始通過該變換器扼流器，還產(chǎn)生通過該放電電路的扼流器的電流，該電流導(dǎo)致該卸壓電容器放電。因此，該卸壓電容器尤其也能夠抵抗該輸出端或輸入端中間回路的、在該卸壓電容器和該放電電路上施加的電壓而放電。
[0018]根據(jù)本發(fā)明得出，不必針對