專利名稱：電能轉(zhuǎn)換電路器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電能轉(zhuǎn)換電路器件、一種電設(shè)備、一種操作電能轉(zhuǎn)換電路器件的方法以及一種計(jì)算機(jī)程序。具體來說，本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)換由光伏模塊提供的電能。
背景技術(shù)：
美國專利申請公開號US 2008/0266919 Al公開了一種用于通過無變壓器方式將直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓的電路設(shè)備。所述電路設(shè)備包括兩個(gè)降壓一升壓斬波器，其中第二降壓一升壓斬波器被連接到第一降壓一升壓斬波器的下游。所述兩個(gè)降壓一升壓斬波器當(dāng)中的第一個(gè)被適配成把由第一電能源(比如光伏模塊)提供的輸入電壓轉(zhuǎn)換成第一中間直流電壓。所述兩個(gè)降壓一升壓斬波器當(dāng)中的第二個(gè)被適配成把第一中間直流電壓轉(zhuǎn)換成第二中間直流電壓。第一和第二中間電壓都由相應(yīng)的中間電容器進(jìn)行濾波。所述兩個(gè)中間電容器通過聯(lián)合連接點(diǎn)串聯(lián)連接，所述聯(lián)合連接點(diǎn)分別連接到地或中性點(diǎn)。提供輸入電壓的所述能源也分別連接到地或中性點(diǎn)。所述電路設(shè)備還包括用于把第一和第二中間直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓的半橋。所述交流電壓在被饋送到電網(wǎng)中之前由所述電路設(shè)備的濾波電路進(jìn)行濾波。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種允許接地的高效率電能轉(zhuǎn)換電路器件。在本發(fā)明的第一方面中給出一種用于把直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓的電能轉(zhuǎn)換電路器件，其中，所述電能轉(zhuǎn)換電路器件包括
一用于接收直流輸入電壓的正接觸件和恒定電位的共同接觸件； 一第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器，其連接到正接觸件和共同接觸件，并且被適配成根據(jù)第一控制信號生成第一中間電流；
一第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器，其與第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器并聯(lián)連接，并且被適配成根據(jù)第二控制信號生成第二中間電流；
一輸出電容器，其被適配成接收第一和第二中間電流并且根據(jù)第一和第二中間電流生成直流輸出電壓；
一控制器，其被適配成提供第一控制信號和第二控制信號，從而使得第一和第二中間電流彼此發(fā)生相移，進(jìn)而調(diào)節(jié)直流輸出電壓的量值。本發(fā)明是基于以下認(rèn)識前面提到的現(xiàn)有技術(shù)電路設(shè)備的兩個(gè)降壓一升壓斬波器分別為其相應(yīng)的自身的中間電容器充電，從而特別由于其產(chǎn)生的高電流波紋而導(dǎo)致所述電路設(shè)備的效率低下。由于高電流波紋不會相應(yīng)地增大有效電流或電壓，因此高峰值電流特別在開關(guān)中會導(dǎo)致能量損耗，并且對電路的無源組件和有源組件造成電應(yīng)力。此外，高電流波紋會顯著縮短電路設(shè)備的使用壽命，這是因?yàn)槠溥€會對電路設(shè)備的有源器件(比如半導(dǎo)體電力開關(guān))和電路設(shè)備的無源器件(比如二極管、扼流圈或電容器)造成機(jī)械應(yīng)力。此外， 高電流波紋需要被適配成耐受所述高電流波紋的更大電容器。但是大電容器會導(dǎo)致更加沉重并且更加昂貴的電路設(shè)備，這通常來說是不利的。此外，由于現(xiàn)有技術(shù)電路設(shè)備的兩個(gè)降壓一升壓斬波器的串聯(lián)連接，現(xiàn)有技術(shù)電路設(shè)備的兩個(gè)串聯(lián)連接的降壓一升壓斬波器當(dāng)中的第一個(gè)的規(guī)格必須被確定成輸送相當(dāng)于整個(gè)現(xiàn)有技術(shù)電路設(shè)備的100%額定功率的功率。只有現(xiàn)有技術(shù)電路設(shè)備的兩個(gè)降壓一升壓斬波器當(dāng)中的第二個(gè)的規(guī)格才能被確定成輸送小于整個(gè)現(xiàn)有技術(shù)電路設(shè)備的100%額定功率的功率。因此，現(xiàn)有技術(shù)電路設(shè)備表現(xiàn)出低功率密度。所提出的電能轉(zhuǎn)換電路器件(其在下面也被稱作電路器件)克服了現(xiàn)有技術(shù)電路設(shè)備的前述缺陷。由于所述控制器被適配成控制第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器從而使得第一和第二中間電流彼此發(fā)生相移，因此減小了第一和第二中間電流的總和的電流波紋。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的電路器件被設(shè)置成使得輸出電容器接收第一和第二中間電流的總和。由于所述相移，在開關(guān)周期的一個(gè)時(shí)間段期間，第一中間電流正在上升并且第二中間電流正在下降。這種操作模式也被稱作第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的交織操作，其優(yōu)點(diǎn)在于，與轉(zhuǎn)換相同數(shù)量的功率的單個(gè)降壓一升壓轉(zhuǎn)換器相比，在輸出電容器和提供直流輸入電壓的輸入電容器處出現(xiàn)的電流應(yīng)力可以減小60%。第一和第二中間電流都源自直流輸入電壓源，并且因而都來自輸入電容器，并且作用在降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的電路組件上，比如扼流圈、電阻器、電容器、開關(guān)、二極管，并且還作用在輸出電容器上。因此，減小的電流波紋具有多個(gè)互相有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)首先，第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的損耗減小。第二，降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的各個(gè)組件的規(guī)格不需要被確定得過高以便耐受高電流波紋。第三，直流輸出電壓和直流輸入電壓的波紋減小。因此，可以減小輸出電容器和/或輸入電容器的電容，從而得到更小并且因此更便宜的電容器。電流波紋減小的這些效果還導(dǎo)致本發(fā)明的電路器件的使用壽命增加。此外，由于第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的并聯(lián)連接，所述電路器件表現(xiàn)出高功率密度。第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的規(guī)格都可以被確定成輸送基本上相當(dāng)于電路器件的50%額定功率的功率。本發(fā)明還基于以下認(rèn)識直流輸入電壓源的負(fù)極常常有利地連接到地/地電位， 以避免提供直流輸入電壓的源的性能降低。舉例來說，優(yōu)選地充當(dāng)直流輸入電壓源的薄膜光伏模塊在太陽輻射到電能的轉(zhuǎn)換方面可以顯著降低成本。但是大多數(shù)薄膜光伏模塊需要接地以避免性能降低。對于許多其他的直流輸入電壓源來說，提供接地或地電位連接是有利的或者甚至是需要的。需要接地/地電位連接可能具有物理原因，但是也可能是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。由于本發(fā)明的電路器件包括用于接收輸入電壓的恒定電位的共同接觸件，因此提供該輸入電壓的源也被連接到共同接觸件。這樣做的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，多個(gè)不同的源可以充當(dāng)直流輸入電壓源。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，獲得了直流輸入電壓源(比如薄膜光伏模塊)的高效率。因此，包括直流輸入電壓源和所述電路器件的設(shè)置的效率得以提高。所述直流輸入電壓可以由任何適當(dāng)?shù)脑刺峁?，比如燃料電池、連接到電路器件上游的整流器、蓄電池或者任何直流電壓發(fā)電機(jī)。優(yōu)選的是，所述直流輸入電壓由光伏模塊提供。在大多數(shù)情況下，在正接觸件與共同接觸件之間連接有輸入電容器。輸入電容器可以作為連接在所述源與電路器件之間的外部電容器，或者可替換地作為所述源的集成輸出電容器，或者相應(yīng)地作為電能轉(zhuǎn)換電路器件的內(nèi)部輸入電容器。還有可能的情況是，所述源包括集成輸出電容器，并且所述電路器件包括內(nèi)部輸入電容器，二者一起充當(dāng)輸入電容器。在描繪本發(fā)明的范圍內(nèi)，“恒定電位”一詞指的是基本上隨著時(shí)間恒定的電位。與恒定電位的略微偏差，比如1V、5V和10V，其應(yīng)當(dāng)仍然被視為恒定。還應(yīng)當(dāng)理解的是，“接觸件”一詞不僅表示特定的連接點(diǎn)，而且還可以指代具有多個(gè)連接點(diǎn)的信號線等等，其中連接線在空間上表現(xiàn)出基本上恒定的電位。此外還應(yīng)當(dāng)理解的是，“正接觸件”一詞以及后面引入的“負(fù)接觸件”一詞不必需是指其電位關(guān)于共同接觸件的電位分別確實(shí)是正的或負(fù)的。正接觸件的電位可以是正的或負(fù)的，并且負(fù)接觸件的電位也可以是正的或負(fù)的。此外，負(fù)接觸件和正接觸件可以表現(xiàn)出相同極性或不同極性。如前所述，恒定電位的共同接觸件優(yōu)選地分別接地或連接到地電位。這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于，提供直流輸入電壓的源也分別接地或連接到地電位。第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器連接到正接觸件和共同接觸件以便處理直流輸入電壓。在描繪本發(fā)明的范圍內(nèi)，“降壓一升壓轉(zhuǎn)換器”一詞指的是被適配成將第一直流電壓轉(zhuǎn)換成第二直流電壓的功率電子轉(zhuǎn)換器，其中第二直流電壓的量值可以小于、等于或大于第一直流電壓。本發(fā)明的電路器件的第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器分別至少包括扼流圈、 開關(guān)和二極管。應(yīng)當(dāng)理解的是，在描繪本發(fā)明的范圍內(nèi)，“扼流圈”一詞也指代電感器或線圈或者用于電扼流圈的任何其他措辭。還應(yīng)當(dāng)理解的是，在描繪本發(fā)明的范圍內(nèi)，“并聯(lián)” 一詞指的是并聯(lián)連接的兩個(gè)單元關(guān)于功率流具有完全相同的輸入和輸出連接點(diǎn)。當(dāng)然并聯(lián)連接的單元可以接收不同的控制信號。并聯(lián)連接的單元當(dāng)中的一個(gè)相應(yīng)單元還可以附加地表現(xiàn)出另外的電流和/或電壓抽頭。具體來說，本發(fā)明的電路器件的并聯(lián)連接的第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器都在其相應(yīng)的輸入側(cè)連接到正接觸件和共同接觸件，并且關(guān)于其相應(yīng)的輸出側(cè)都連接到輸出電容器。第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器分別為相同的輸出電容器提供第一或第二中間電流。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器關(guān)于其拓?fù)浜徒M件方面完全相同。這樣便于控制所述兩個(gè)降壓一升壓轉(zhuǎn)換器。還優(yōu)選的是，第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的規(guī)格被確定成輸送基本上相當(dāng)于所述電路器件的50%額定功率的功率。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器是雙向降壓一升壓轉(zhuǎn)換器。這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于，既可以從輸入電容器向輸出電容器也可以從輸出電容器向輸入電容器輸送能量。優(yōu)選的是，所述控制器被適配成利用外部控制回路調(diào)節(jié)直流輸出電壓，并且利用內(nèi)部控制回路調(diào)節(jié)第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器。因此，根據(jù)直流輸出電壓的所期望的量值來調(diào)節(jié)第一和第二中間電流。優(yōu)選的是，所述控制器被適配成控制第一和第二中間電流，從而使得第一和第二中間電流的平均量值基本上相等。這樣便于執(zhí)行控制，從而減小電流波紋。在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制器被適配成控制第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器，從而使得直流輸入電壓與直流輸出電壓的量值基本上相等。在該實(shí)施例中，第一和第二中間電流之間的相移是大約180°。在其他實(shí)施例中，所述控制器被適配成控制第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器，從而使得直流輸入電壓與直流輸出電壓的量值不相等。在這些實(shí)施例中，所述相移優(yōu)選地不同于180°，其中電流波紋保持被減小。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述控制器被適配成控制第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器， 從而使得直流輸出電壓的量值基本上恒定。優(yōu)選的是，輸出電容器的電容的規(guī)格被確定成使得直流輸出電壓的波紋數(shù)值不超過10%，優(yōu)選地不超過5%。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的電路器件的輸出電容器還可以通過與所述輸出電容器并聯(lián)連接的負(fù)載的電容器來實(shí)現(xiàn)。在這種情境中，所述電路器件的輸出電容器的電容與負(fù)載的電容相比小到可以忽略。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述輸出電容器是膜電容器。在一個(gè)替換實(shí)施例中，所述輸出電容器是電解電容器。電解電容器的優(yōu)點(diǎn)在于高容量密度；但是電解電容器的操作溫度會隨著電流波紋的增大而增大，從而導(dǎo)致使用壽命縮短。由于所述電路器件提供到輸出電容器的電流的電流波紋減小，因此仍然可以采用電解電容器。優(yōu)選的是，本發(fā)明的電路器件被用于為直流(DC)負(fù)載供電，比如連接到所述電路器件的輸出電容器的本地DC電網(wǎng)。這樣的DC電網(wǎng)特別存在于家庭或交通車輛中，比如汽車、火車、船舶以及飛機(jī)。所述DC負(fù)載還可以是電阻性負(fù)載。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的電路器件被用于為蓄電池供電。在其他實(shí)施例中，所述DC負(fù)載是電照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)或加熱系統(tǒng)。由直流輸出電壓供電的DC負(fù)載為輸出電容器放電。所述控制器優(yōu)選地被適配成監(jiān)測直流輸出電壓以及控制從輸入電容器到輸出電容器的所需功率輸送。在所述電路器件的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，輸出電容器被連接在電能轉(zhuǎn)換電路器件的共同接觸件與負(fù)接觸件之間，并且所生成的直流輸出電壓的極性與直流輸入電壓的極性相反。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于產(chǎn)生了具有高量值的第二輸出電壓，即跨接正接觸件與負(fù)接觸件的電壓。因此，第二輸出電壓的量值基本上等于直流輸入電壓的量值與直流輸出電壓的量值的總和。第二輸出電壓可用于負(fù)載。優(yōu)選的是，把用于處理第二輸出電壓的另外的電路裝置連接到正接觸件和負(fù)接觸件的下游。在另一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，所述電路器件附加地包括在正接觸件與負(fù)接觸件之間連接到并聯(lián)連接的第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器下游的單相逆變器。該實(shí)施例的有利之處在于，所述電路器件現(xiàn)在被適配成不僅為DC電網(wǎng)提供電能， 而且還為交流(AC)電網(wǎng)或任何其他AC負(fù)載(比如電機(jī))提供電能。因此，如果由直流輸入電壓源提供的能量超出連接到所述電路器件的輸出電容器的DC負(fù)載的需求，則剩余的能量可以被提供給連接到所述單相逆變器的AC負(fù)載(比如AC電網(wǎng))。因此，所述單相逆變器優(yōu)選地連接到AC電網(wǎng)，例如230V AC電網(wǎng)或120V AC電網(wǎng)。優(yōu)選的是，所述單相逆變器通過濾波扼流圈連接到AC電網(wǎng)，所述濾波扼流圈用于對所述單相逆變器的交流輸出電流的高頻分量進(jìn)行濾波。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述共同接觸件連接到與所述單相逆變器相連的AC電網(wǎng)的中性接觸件。由于所述單相逆變器被連接在正接觸件與負(fù)接觸件之間，因此其有效輸入電壓是直流輸入電壓與直流輸出電壓的總和。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述電路器件的控制器被適配成為所述單相逆變器提供第三控制信號，以便控制該單相逆變器。在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制器被適配成控制所述單相逆變器所輸送的功率。如果所述單相逆變器的輸出電壓例如由于與經(jīng)過不同地調(diào)節(jié)的AC電網(wǎng)(其也被稱作AC市電)的連接而已經(jīng)是固定的，則該實(shí)施例是優(yōu)選的。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述控制器被適配成控制所述單相逆變器的輸出電壓。如果無源AC負(fù)載連接到所述單相逆變器，則該實(shí)施例是優(yōu)選的。優(yōu)選的是，所述第三控制信號是經(jīng)過脈沖寬度調(diào)制(PWM)的信號。在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制器被適配成借助于電流允差帶控制來生成第三控制信號。在另一個(gè)實(shí)施例中， 所述控制器被適配成借助于三角信號或鋸齒信號與參考信號(其優(yōu)選地是正弦參考信號) 的比較來生成第三控制信號。優(yōu)選的是，所述控制器被適配成在多種控制模式下控制第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器以及所述單相逆變器。在控制器的第一種控制模式下，只把能量從直流輸入電壓源輸送到與輸出電容器連接的DC負(fù)載。在第二種控制模式下，把能量從直流輸入電壓源輸送到與所述單相逆變器連接的AC負(fù)載。在第三種控制模式下，把能量從直流輸入電壓源輸送到 DC負(fù)載和AC負(fù)載。優(yōu)選的是，所述電能轉(zhuǎn)換電路器件的單相逆變器被適配成作為單相整流器操作。 因此，所述單相逆變器允許雙向能量流。該實(shí)施例的有利之處在于，連接到所述電路器件的輸出電容器的本地DC負(fù)載可以由直流輸入電壓源或連接到作為單相整流器操作的單相逆變器的AC電網(wǎng)供電，或者如果直流輸入電壓源無法為DC負(fù)載提供足夠能量的話，可以由AC電網(wǎng)和直流輸入電壓源兩者供電。優(yōu)選的是，所述單相逆變器被適配成作為由所述電路器件的控制器控制的受控單相整流器操作。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在所述電路器件的控制器的第四種控制模式下，能量從直流輸入電壓源和連接到所述單相逆變器的AC電網(wǎng)兩者輸送到與輸出電容器連接的DC負(fù)載。優(yōu)選的是，所述直流輸入電壓源是適當(dāng)?shù)脑?，比如燃料電池、光伏模塊、連接到風(fēng)力渦輪機(jī)下游的整流器。優(yōu)選的是，所述AC電網(wǎng)是230V電網(wǎng)或120V電網(wǎng)。該實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，通常經(jīng)由AC電網(wǎng)供電的DC負(fù)載不需要裝配有其自身的整流器或功率因數(shù)校正單元，這是因?yàn)榭梢岳盟鲭娐菲骷闹绷鬏敵鲭妷簽橹╇?。因此，許多DC負(fù)載的成本可以降低。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述電路器件的控制器可以被適配成在最大功率點(diǎn)下(最大功率點(diǎn)跟蹤；MPPT)操作直流輸入電壓源。這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于使用了直流輸入電壓源(例如光伏模塊陣列或風(fēng)力渦輪機(jī))的最大可用能量。如果將由表現(xiàn)出波動(dòng)功率曲線的輸入電壓源為基本上恒定的電負(fù)載供電，則該實(shí)施例是特別優(yōu)選的。所述源的波動(dòng)功率與電負(fù)載的基本上恒定的功率之間的正的或負(fù)的差異可以分別由連接到所述單相逆變器的AC電網(wǎng)提供或者被提供到所述AC電網(wǎng)。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述電路器件包括在正接觸件與負(fù)接觸件之間連接到并聯(lián)連接的第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器下游的多相逆變器。一般來說，該實(shí)施例產(chǎn)生與其中設(shè)置單相逆變器的所述電路器件的實(shí)施例類似的優(yōu)點(diǎn)。此外并且特別地，該實(shí)施例具有與前面所描述的完全相同或類似的實(shí)施模式。但是在所述電路器件的該實(shí)施例中，所述多相逆變器優(yōu)選地連接到多相AC電網(wǎng)或多相AC負(fù)載(比如電機(jī))。如果將要經(jīng)由所述電路器件輸送大量功率(比如5kW或更高)， 則多相逆變器特別是優(yōu)于單相逆變器的。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述多相逆變器是三相逆變器。優(yōu)選的是，所述三相逆變器連接到三相AC電網(wǎng)，比如208V AC電網(wǎng)或400V AC電網(wǎng)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述控制器被適配成為所述多相逆變器提供第四控制信號。優(yōu)選的是，所述電路器件的控制器被適配成借助于空間矢量調(diào)制生成第四控制信號。但是在其他實(shí)施例中，所述控制器被適配成借助于電流允差帶控制或者借助于參考信號與三角或鋸齒信號(比如自然采樣)的比較而生成第四控制信號。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述電能轉(zhuǎn)換電路器件的多相逆變器被適配成作為多相整流器操作。因此，所述多相逆變器允許雙向能量流。該實(shí)施例是特別有利的，這是因?yàn)檫B接到所述電路器件的輸出電容器的本地DC 負(fù)載可以由直流輸入電壓源或連接到作為多相整流器操作的多相逆變器的AC電網(wǎng)供電， 或者由多相AC電網(wǎng)和直流輸入電壓源兩者供電。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在所述電路器件的控制器的第四種控制模式期間，能量從直流輸入電壓源和多相AC電網(wǎng)兩者輸送到與輸出電容器連接的DC負(fù)載。優(yōu)選的是，所述直流輸入電壓源是適當(dāng)?shù)脑矗热缛剂想姵?、光伏模塊、連接到風(fēng)力渦輪機(jī)下游的整流器。優(yōu)選的是，所述多相AC電網(wǎng)是208V電網(wǎng)或400V電網(wǎng)。高度靈活性是所提出的電路器件的一個(gè)一般優(yōu)點(diǎn)如前所述，其可以用于多個(gè)目的。第一個(gè)目的是把能量從直流輸入電壓源(其優(yōu)選地是可持續(xù)源，比如風(fēng)力發(fā)電機(jī)或光伏模塊)輸送到DC負(fù)載。第二個(gè)目的是把能量從直流輸入電壓源(其優(yōu)選地是可持續(xù)源，比如燃料電池或光伏模塊)和交流電壓源(其優(yōu)選地是單相或多相電網(wǎng))輸送到DC負(fù)載。在該實(shí)施例中，所述電路器件包括前面所提到的作為整流器操作的單相或多相逆變器。第三個(gè)目的是把能量從直流輸入電壓源(其優(yōu)選地是可持續(xù)源，比如燃料電池或光伏模塊)輸送到 AC負(fù)載(比如AC電網(wǎng))。此外，在該實(shí)施例中，所述電路器件包括前面所提到的作為逆變器操作的單相或多相逆變器。因此，所提出的電路器件可以用于所有這些目的而不必改動(dòng)其設(shè)置。直流輸入電壓的量值可以根據(jù)所述電路器件的地理位置的AC市電電壓而變化。 直流輸入電壓的量值的典型數(shù)值可以是處于200V到400V之間，或者處于350V到700V之間。直流輸出電壓的量值的典型數(shù)值可以處于175V到200V之間，或者處于350V到400V 之間。本發(fā)明的電路器件的規(guī)格適于被確定成用于轉(zhuǎn)換較寬的額定功率范圍，比如處于IkW 到1麗之間。但是本發(fā)明的電路器件的額定功率可以小于IkW或者高于1麗。在下文中將描述所述電能轉(zhuǎn)換電路器件及其電路拓?fù)涞牧硗獾挠欣麑?shí)施例。 對于下面描述的降壓一升壓轉(zhuǎn)換器及其控制的電路拓?fù)浜蛢?yōu)點(diǎn)的詳細(xì)描述，可以參照同一發(fā)明人 U. Boeke 的以下出版物"Transformer-less converter concept for a grid-connection of thin-film photovoltaic modules (用于薄膜光伏模塊的電網(wǎng)連接的無變壓器轉(zhuǎn)換器概念)” (Proceedings of the IEEE Industry Application Societymeeting, 2008 年)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述電能轉(zhuǎn)換電路器件的第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器是有源箝位降壓一升壓轉(zhuǎn)換器。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于進(jìn)一步減小了第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)損耗。因此，所述電路器件的效率得以提高。此外還減小了電磁干擾，從而導(dǎo)致電路器件的更加可靠的操作。在所述電能轉(zhuǎn)換電路的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第一有源箝位降壓一升壓轉(zhuǎn)換器包括
一第一開關(guān)支路，其具有彼此串聯(lián)連接的第一開關(guān)和第一輔助開關(guān)； 一連接在第一開關(guān)支路的第一開關(guān)和第一輔助開關(guān)之間的第一接觸節(jié)點(diǎn)與第二接觸節(jié)點(diǎn)之間的第一扼流圈，第一扼流圈被分成兩個(gè)第一串聯(lián)連接扼流圈，其中兩個(gè)第一串聯(lián)連接扼流圈之間的節(jié)點(diǎn)通過第一二極管連接到所述電能轉(zhuǎn)換電路器件的第四接觸節(jié)點(diǎn)。在該實(shí)施例中，第二有源箝位降壓一升壓轉(zhuǎn)換器包括 一第二開關(guān)支路，其具有彼此串聯(lián)連接的第二開關(guān)和第二輔助開關(guān)；
一連接在第二開關(guān)支路的第二開關(guān)和第二輔助開關(guān)之間的第一接觸節(jié)點(diǎn)與第三接觸節(jié)點(diǎn)之間的第二扼流圈，第二扼流圈被分成兩個(gè)第二串聯(lián)連接扼流圈，其中兩個(gè)第二串聯(lián)連接扼流圈之間的節(jié)點(diǎn)通過第二二極管連接到第四接觸節(jié)點(diǎn)，并且其中第一和第二開關(guān)支路彼此并聯(lián)連接。在該實(shí)施例中，所述電能轉(zhuǎn)換電路器件還包括
一與并聯(lián)連接的第一和第二開關(guān)支路串聯(lián)連接的箝位電容器，箝位電容器與并聯(lián)連接的第一和第二開關(guān)支路的串聯(lián)連接被連接在正接觸件與第四接觸節(jié)點(diǎn)之間，其中輸出電容器被連接在第一和第四接觸節(jié)點(diǎn)之間。第一二極管被設(shè)置成使得第一二極管的陰極連接到兩個(gè)第一串聯(lián)連接扼流圈之間的節(jié)點(diǎn)，并且第一二極管的陽極連接到第四接觸節(jié)點(diǎn)。相應(yīng)地，第二二極管被設(shè)置成使得第二二極管的陰極連接到兩個(gè)第二串聯(lián)連接扼流圈之間的節(jié)點(diǎn)，并且第二二極管的陽極連接到第四接觸節(jié)點(diǎn)。該優(yōu)選實(shí)施例具有用于實(shí)現(xiàn)高效地零電壓開關(guān)的有源箝位第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的有利拓?fù)?。第一和第二開關(guān)以及第一和第二輔助開關(guān)優(yōu)選地在零電壓下開關(guān)，從而進(jìn)一步減小了開關(guān)損耗。該實(shí)施例的電路拓?fù)涞牧硪粋€(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)開關(guān)的峰值電壓都被箝位到內(nèi)部直流電壓，即被箝位到直流輸入電壓、直流輸出電壓以及箝位電容器兩端的電壓的總和。因此，在第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)的操作期間，電壓上的瞬變被減小。下面也把箝位電容器兩端的電壓稱作箝位電壓。第一和第二二極管被適配成在有限的電流改變速率下操作，從而減小了這些二極管中的反向恢復(fù)損耗。此外，第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)兩端的電壓改變速率也被減小。因此，所述電路器件的電磁干擾也被減小。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述電路器件的控制器被適配成控制內(nèi)部箝位電壓和直流輸出電壓兩者，這優(yōu)選地是通過把占空比和開關(guān)頻率用作獨(dú)立控制參數(shù)而實(shí)現(xiàn)的。因此，箝位電容器兩端的電壓不會超出特定極限。因此，各條開關(guān)支路的開關(guān)兩端的電壓也受到限制。在這種情境中，本發(fā)明的電路器件也可以被稱作雙輸出受控轉(zhuǎn)換器。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第一接觸節(jié)點(diǎn)被連接到恒定電位的共同接觸件。在該實(shí)施例中，負(fù)接觸件和第四接觸節(jié)點(diǎn)指代同一接觸件。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于產(chǎn)生了高量值的第二輸出電壓，即正接觸件與第四接觸節(jié)點(diǎn)(或相應(yīng)的負(fù)接觸件)之間的電壓。如前所述，有利地由另外的電路裝置來處理第二輸出電壓，比如連接到第一和第二有源箝位降壓一升壓轉(zhuǎn)換器下游的單相或多相逆變器。在所述電能轉(zhuǎn)換電路器件的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述控制器包括
一第一控制信號提供單元，其被適配成根據(jù)所測第一中間電流、箝位電容器的所測箝位電壓以及所測直流輸出電壓為第一開關(guān)支路的第一開關(guān)提供第一控制信號并且為第一開關(guān)支路的第一輔助開關(guān)提供第一輔助控制信號；
一第二控制信號提供單元，其被適配成根據(jù)所測第二中間電流以及第一控制信號和第一輔助控制信號的至少其中之一為第二開關(guān)支路的第二開關(guān)提供第二控制信號并且為第二開關(guān)支路的第二輔助開關(guān)提供第二輔助控制信號。在電路器件的該實(shí)施例中，所述控制器設(shè)置對應(yīng)于一種主從配置。這樣做是有利的，這是因?yàn)橛糜诳刂频诙祲阂簧龎恨D(zhuǎn)換器的工作量非常少所述控制器被適配成從第一控制信號和第二中間電流的至少其中之一導(dǎo)出用于控制第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的第二控制信號。因此，為了控制第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器，第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的控制器只需要還配備有用于捕獲第二中間電流的測量器件和低復(fù)雜度邏輯模塊(比如比較器和觸發(fā)器)。在該實(shí)施例中，所述電路器件優(yōu)選地操作在一定開關(guān)頻率下，所述開關(guān)頻率是所測直流輸入電壓、所測直流輸出電壓以及通過所述電路器件輸送的所測功率的函數(shù)。因此， 所述開關(guān)頻率不固定到特定數(shù)值，而是可以根據(jù)前面提到的相關(guān)性而改變。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，所述電路器件作為準(zhǔn)自振蕩電源操作。這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于，不需要提供生成固定開關(guān)頻率的附加振蕩器。此外，所述開關(guān)模式不需要被適配到固定頻率，而是被適配到變化的開關(guān)頻率。具體來說，第一和第二中間電流之間的相移不限于180°，而是可變的。在所述電路器件的大多數(shù)實(shí)施例中，所述控制器優(yōu)選地被適配成調(diào)節(jié)箝位電壓以及直流輸出電壓，這是借助于改變第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率和/或占空比而實(shí)現(xiàn)的。在所述電能轉(zhuǎn)換電路器件的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器分別包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(M0SFET)。優(yōu)選地對于較小的直流輸入和較小的直流輸出電壓采用M0SFET。舉例來說，如果直流電壓不超出1000V則采用M0SFET。在所述電能轉(zhuǎn)換電路器件的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器分別包括絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。優(yōu)選地對于較大的直流輸入和較小的直流輸出電壓采用IGBT。舉例來說，如果直流電壓不超出1000V則采用IGBT。在所述電能轉(zhuǎn)換電路器件的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器分別包括碳化硅(SiC)半導(dǎo)體開關(guān)，例如SiC-MOSFET。SiC半導(dǎo)體開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)在于開關(guān)損耗非常低。但是對于所采用的半導(dǎo)體開關(guān)的選擇通常取決于電路器件的成本和/或電路器件的期望效率以及/或者電路器件的電壓、電流和功率額定值的總體考慮的結(jié)果。在本發(fā)明的第二方面中給出一種電設(shè)備，其中，所述電設(shè)備包括
12一被適配成生成第一直流電壓的電能源；
一本發(fā)明的第一方面的電能轉(zhuǎn)換電路器件，其用于將第一直流電壓轉(zhuǎn)換成輸出電壓； 一用于把輸出電壓輸出到耗電單元的輸出裝置。優(yōu)選的是，所述電能源是光伏模塊。在所述電設(shè)備的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述電能源是燃料電池。所述耗電單元可以被集成到所述電設(shè)備中。在一個(gè)實(shí)施例中，所述耗電單元是諸如膝上型計(jì)算機(jī)之類的個(gè)人計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、個(gè)人組織器、數(shù)字?jǐn)z影機(jī)等等，其由燃料電池和連接到燃料電池下游的電能轉(zhuǎn)換電路器件供電。所述電設(shè)備的輸出電壓可以是本發(fā)明的第一方面的電能轉(zhuǎn)換電路器件的直流輸出電壓，所述電能轉(zhuǎn)換電路器件的第二輸出電壓，或者連接到所述電能轉(zhuǎn)換電路器件的并聯(lián)連接的第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的下游的單相或多相逆變器的輸出電壓。在本發(fā)明的第三方面中給出一種用于將直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓的電能轉(zhuǎn)換電路器件的操作方法，其中，所述方法包括以下步驟
一通過所述電能轉(zhuǎn)換電路器件的正接觸件和恒定電位的共同接觸件接收直流輸入電
壓；
一根據(jù)第一控制信號通過所述電能轉(zhuǎn)換電路器件的第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器生成第一中間電流；
一根據(jù)第二控制信號通過與第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器并聯(lián)連接的第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器生成第二中間電流；
一通過所述電能轉(zhuǎn)換電路器件的輸出電容器接收第一和第二中間電流，從而生成直流輸出電壓；
一提供第一控制信號和第二控制信號，從而使得第一和第二中間電流彼此發(fā)生相移， 進(jìn)而調(diào)節(jié)直流輸出電壓的量值。在本發(fā)明的第四方面中給出一種用于將直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述計(jì)算機(jī)程序包括程序代碼裝置，其用于在控制本發(fā)明的第一方面的電能轉(zhuǎn)換電路器件的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)使得所述電能轉(zhuǎn)換電路器件實(shí)施本發(fā)明的第三方面的方法的各個(gè)步驟。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的第一方面的電能轉(zhuǎn)換電路器件、本發(fā)明的第二方面的電設(shè)備、本發(fā)明的第三方面的操作電能轉(zhuǎn)換電路器件的方法以及本發(fā)明的第四方面的計(jì)算機(jī)程序具有特別如在從屬權(quán)利要求中所限定的類似的和/或完全相同的優(yōu)選實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例還可以是從屬權(quán)利要求與相應(yīng)的獨(dú)立權(quán)利要求的任意組合。參照下面描述的實(shí)施例，本發(fā)明的上述和其他方面將變得顯而易見并且將對其進(jìn)行闡述。


在下面的附圖中
圖1示意性并且示例性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第一方面的包括單相逆變器的電能轉(zhuǎn)換電路器件的功率級的電路拓?fù)涞谋硎荆?br> 圖2示意性并且示例性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第一方面的包括三相逆變器的電能轉(zhuǎn)換電路器件的表示；
圖3示意性并且示例性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第一方面的電能轉(zhuǎn)換電路器件的控制器的電路拓?fù)涞谋硎荆?br> 圖4示意性并且示例性地示出了根據(jù)對應(yīng)于一個(gè)開關(guān)周期的相應(yīng)控制信號流的電能轉(zhuǎn)換電路器件中的電流的圖形表示；
圖5示意性并且示例性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第二方面的電設(shè)備的表示；以及圖6示例性地示出了本發(fā)明的第三方面的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1示意性并且示例性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第一方面的包括單相逆變器210的電能轉(zhuǎn)換電路器件的功率級的電路拓?fù)?00的表示。電路器件100包括用于接收直流輸入電壓Iio的正接觸件112和恒定電位的共同接觸件114。直流輸入電壓110可以由任何適當(dāng)?shù)脑?在圖1中未示出)提供，例如由燃料電池、 連接到電路器件上游的整流器、蓄電池或者任何直流電壓發(fā)電機(jī)提供。在一個(gè)實(shí)施例中，直流輸入電壓110由光伏模塊提供。在大多數(shù)情況下，在正接觸件112與共同接觸件114之間連接有輸入電容器101。輸入電容器101可以作為連接在所述源與電路器件之間的外部電容器，或者可替換地作為所述源的集成輸出電容器，或者相應(yīng)地作為電能轉(zhuǎn)換電路器件 100的內(nèi)部輸入電容器101。還有可能的情況是，所述源包括集成輸出電容器，并且電路器件100包括內(nèi)部輸入電容器101，二者一起充當(dāng)輸入電容器。電路器件100包括輸出電容器160，其生成直流輸出電壓120。輸出電容器160被連接在電能轉(zhuǎn)換電路器件100的共同接觸件114與負(fù)接觸件116之間，并且所生成的直流輸出電壓120的極性與直流輸入電壓110的極性相反。電路器件100包括兩個(gè)并聯(lián)連接的降壓一升壓轉(zhuǎn)換器，其連接到正接觸件112和共同接觸件114，并且被適配成根據(jù)由圖3中所示的控制器300 (在圖1中未示出)提供的第一 312和第二控制信號382生成第一 131和第二中間電流141。為了適當(dāng)?shù)卣f明本發(fā)明，在分開的圖中示出了所述電路器件的控制器級和功率級。下面將關(guān)于圖3和圖4描述對于所述電路器件的控制。在圖1中，第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器是有源箝位降壓一升壓轉(zhuǎn)換器。第一有源箝位降壓一升壓轉(zhuǎn)換器是通過以下組件實(shí)現(xiàn)的具有彼此串聯(lián)連接的第一開關(guān)130和第一輔助開關(guān)132的第一開關(guān)支路130、132 ；連接在第一開關(guān)130和第一輔助開關(guān)132之間的第一接觸節(jié)點(diǎn)152與第二接觸節(jié)點(diǎn)154之間的第一扼流圈134、136，其中第一扼流圈134、136被分成兩個(gè)串聯(lián)連接扼流圈134、136，并且其中兩個(gè)扼流圈之間的節(jié)點(diǎn)通過第一二極管138連接到負(fù)接觸件116。在圖1中所示的電路器件100的實(shí)施例中，開關(guān)和輔助開關(guān)分別包括功率半導(dǎo)體， 所述功率半導(dǎo)體具有內(nèi)部或外部反并聯(lián)二極管以及內(nèi)部或外部緩沖電容。相應(yīng)的緩沖電容可以通過已經(jīng)存在的寄生電容或者附加的電容器來實(shí)現(xiàn)。與第一有源箝位降壓一升壓轉(zhuǎn)換器并聯(lián)連接的第二有源箝位降壓一升壓轉(zhuǎn)換器
14在其設(shè)置方面基本上完全相同，并且是通過以下組件實(shí)現(xiàn)的具有彼此串聯(lián)連接的第二開關(guān)140和第二輔助開關(guān)142的第二開關(guān)支路140、142 ；連接在第二開關(guān)140和第二輔助開關(guān)142之間的第一接觸節(jié)點(diǎn)152與第三接觸節(jié)點(diǎn)156之間的第二扼流圈144、146，其中第二扼流圈144、146被分成兩個(gè)串聯(lián)連接扼流圈144、146，并且其中兩個(gè)扼流圈之間的節(jié)點(diǎn)通過第二二極管148連接到負(fù)接觸件116。第一和第二開關(guān)支路彼此并聯(lián)連接。箝位電容器150與并聯(lián)連接的第一和第二開關(guān)支路串聯(lián)連接，并且既是第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的一部分也是第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的一部分。箝位電容器150與并聯(lián)連接的第一和第二開關(guān)支路的串聯(lián)連接被設(shè)置在電能轉(zhuǎn)換電路器件100的正接觸件112與負(fù)接觸件116之間。正如前面所解釋的那樣，第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器根據(jù)由控制器300提供的第一控制信號312生成第一中間電流131，并且第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器根據(jù)第二控制信號382生成第二中間電流141，其中第一 131和第二中間電流141彼此發(fā)生相移。輸出電容器160被適配成接收第一 131和第二中間電流141，并且根據(jù)第一 131和第二中間電流141生成直流輸出電壓120。由于控制器300被適配成控制第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器；從而使得第一 131 和第二中間電流141彼此發(fā)生相移，因此第一和第二中間電流的總和的電流波紋被減小。 應(yīng)當(dāng)理解的是，電路器件100被設(shè)置成使得輸出電容器160接收第一和第二中間電流的總和。由于所述相移，在開關(guān)周期的一個(gè)時(shí)間段期間，第一中間電流131正在上升并且第二中間電流141正在下降。第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的這種交織操作的優(yōu)點(diǎn)在于，與轉(zhuǎn)換相同數(shù)量的功率的單個(gè)降壓一升壓轉(zhuǎn)換器相比，在輸出電容器160和提供直流輸入電壓 110的輸入電容器101處有效的電流應(yīng)力被減小大約60%。第一 131和第二中間電流141都源自直流輸入電壓110的源，從而都來自輸入電容器101，并且作用在降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的電路組件上，比如扼流圈、電阻器、電容器、開關(guān)、 二極管，并且還作用在輸出電容器160上。因此，減小的電流波紋具有多個(gè)互相有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)首先，第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的損耗減小。第二，降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的各組件的規(guī)格不需要被確定得過高以便耐受高電流波紋。第三，直流輸出電壓120和直流輸入電壓 110的波紋減小。因此，可以減小輸出電容器160和/或輸入電容器101的電容，從而得到更小并且因此更便宜的電容器。電流波紋減小的這些效果還導(dǎo)致所述電路器件的使用壽命增加。電路器件100被有利地用于為直流(DC)負(fù)載(圖1中未示出)供電，比如本地DC 電網(wǎng)，其連接到電路器件100的輸出電容器160。這樣的DC電網(wǎng)特別存在于家庭或交通車輛中，比如汽車、火車、船舶以及飛機(jī)。圖1中描繪的電路器件100還包括在正接觸件112與負(fù)接觸件116之間連接到并聯(lián)連接的第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的下游的單相逆變器210。這樣做是有利的，這是因?yàn)殡娐菲骷?00現(xiàn)在被適配成不僅為DC電網(wǎng)提供電能，而且還為交流(AC)電網(wǎng)220提供電能。因此，如果由直流輸入電壓110的源提供的能量超出連接到電路器件100的輸出電容器160的DC負(fù)載的需求，則可以把剩余的能量提供給連接到單相逆變器210的AC電網(wǎng) 220。
AC電網(wǎng)220例如是230V AC電網(wǎng)或者120V AC電網(wǎng)。單相逆變器210通過濾波扼流圈222連接到AC電網(wǎng)220，所述濾波扼流圈用于對單相逆變器210的交流輸出電流的高頻分量進(jìn)行濾波。共同接觸件114連接到AC電網(wǎng)220的中性接觸件201或者相應(yīng)地連接到地電位 201。由于單相逆變器210被連接在正接觸件112與負(fù)接觸件116之間，因此其有效輸入電壓是直流輸入電壓110與直流輸出電壓120的總和。由于共同接觸件114連接到地電位201，因此提供輸入電壓110的源也被連接到地電位201。這樣做的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，多個(gè)不同的源可以充當(dāng)直流輸入電壓110的源。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，獲得了直流輸入電壓110的源(比如薄膜光伏模塊)的高效率。因此，包括直流輸入電壓110的源和電路器件100的設(shè)置的效率得以提高。第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器以及單相逆變器210被控制在多種控制模式下。在第一種控制模式下，只把能量從直流輸入電壓Iio的源輸送到DC負(fù)載。在第二種控制模式下，把能量從直流輸入電壓110的源輸送到AC負(fù)載(比如AC電網(wǎng)220)。在第三種控制模式下，把能量從直流輸入電壓110的源輸送到DC負(fù)載和AC負(fù)載。電能轉(zhuǎn)換電路器件100的單相逆變器210被適配成作為單相整流器操作。因此， 單相逆變器210允許雙向能量流。這樣做是特別有利的，這是因?yàn)檫B接到電路器件100的輸出電容器160的本地DC負(fù)載可以由直流輸入電壓110的源或連接到作為單相整流器操作的單相逆變器210的AC電網(wǎng)220供電，或者如果直流輸入電壓110的源無法為DC負(fù)載提供足夠能量的話，則由AC電網(wǎng)和直流輸入電壓110的源兩者供電。因此，在第四種控制模式下，能量從直流輸入電壓110的源和AC電網(wǎng)220兩者輸送到與輸出電容器160連接的DC負(fù)載。如果單相逆變器210作為將正接觸件112與負(fù)接觸件116之間的電壓逆變成交流并且為AC電網(wǎng)220供應(yīng)能量的逆變器操作，則單相逆變器210通常受到電流控制。如果單相逆變器210為諸如電阻器之類的無源AC負(fù)載供應(yīng)能量，則其通常受到電壓控制。在一個(gè)實(shí)施例中，直流輸入電壓110的源是可持續(xù)源，比如燃料電池、光伏模塊、 連接到風(fēng)力渦輪機(jī)下游的整流器。所述AC電網(wǎng)例如是230V電網(wǎng)或120V電網(wǎng)。對于所描述的降壓一升壓轉(zhuǎn)換器及其控制的電路拓?fù)?90和優(yōu)點(diǎn)的詳細(xì)描述，可以參照同一發(fā)明人 U. Boeke 的以下出版物“Transformer-less converter concept for a grid-connection of thin-film photovoltaic modules (ΜΤ Ιτ^^ΙΙ^^
接的無變壓器轉(zhuǎn)換器概念)”(Proceedings of the IEEE Industry Application Society meeting, 2008 年)。圖2示意性并且示例性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第一方面的包括三相逆變器250的電能轉(zhuǎn)換電路器件200的表示。電路方框190的電路拓?fù)鋵?yīng)于圖1中所描繪的電路方框 190的電路拓?fù)?。三相逆變?50通過三個(gè)濾波扼流圈251、252、253連接到三相AC電網(wǎng) 260。三相AC電網(wǎng)260例如是208V AC電網(wǎng)或400V AC電網(wǎng)。AC電網(wǎng)260的中性點(diǎn)262或者相應(yīng)的地電位262連接到電能轉(zhuǎn)換電路器件200的共同接觸件114。在一個(gè)實(shí)施例中，通過空間矢量調(diào)制來控制三相逆變器250。三相逆變器250被適配成作為整流器操作。如果三相逆變器250作為將正接觸件112與負(fù)接觸件116之間的電壓逆變成三相交流電壓并且為三相AC電網(wǎng)260供應(yīng)能量的逆變器操作，則三相逆變器250通常受到電流控制。如果三相逆變器250為諸如電阻器之類的無源AC負(fù)載供應(yīng)能量，則其通常受到電壓控制。一般來說，該實(shí)施例200產(chǎn)生與其中設(shè)置單相逆變器的圖1中所描繪的實(shí)施例100 類似的優(yōu)點(diǎn)。圖2的電能轉(zhuǎn)換電路器件的實(shí)施例200具有與前面所描述的完全相同或類似的實(shí)施模式。連接到電路器件190的輸出電容器160 (圖2中未示出)的本地DC負(fù)載(圖2中未示出)可以由直流輸入電壓Iio的源或連接到作為三相整流器操作的三相逆變器250的三相AC電網(wǎng)260供電，或者由三相AC電網(wǎng)260和直流輸入電壓110的源兩者供電。高度靈活性是電路器件100和200的一個(gè)一般優(yōu)點(diǎn)如前所述，其可以用于多個(gè)目的。第一個(gè)目的是把能量從直流輸入電壓110的源(比如風(fēng)力發(fā)電機(jī)、燃料電池、光伏模塊) 輸送到DC負(fù)載。第二個(gè)目的是把能量從直流輸入電壓110的源和單相電網(wǎng)220或相應(yīng)的三相電網(wǎng)260輸送到DC負(fù)載。第三個(gè)目的是把能量從直流輸入電壓110的源輸送到單相 AC電網(wǎng)220或相應(yīng)的三相AC電網(wǎng)260。因此，所提出的電路拓?fù)?00和200可以用于所有這些目的而不必改動(dòng)其相應(yīng)的設(shè)置。直流輸入電壓110的量值可以根據(jù)所述電路器件的地理位置的AC市電電壓而變化。直流輸入電壓110的量值的典型數(shù)值可以處于200V到400V之間，或者處于350V到 400V之間。直流輸出電壓的量值的典型數(shù)值可以處于175V到200V之間，或者處于350V到 400V之間。電路器件190、100、200的規(guī)格適于被確定成用于轉(zhuǎn)換較寬的額定功率范圍，比如處于IkW到1麗之間。但是本發(fā)明的電路器件的額定功率可以小于IkW或者高于1麗。圖3示意性并且示例性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第一方面的電能轉(zhuǎn)換電路器件190 的控制器300的電路拓?fù)涞谋硎?。所述控制器被適配成控制電路方框190。控制器300包括第一控制信號提供單元310，其被適配成根據(jù)所測第一中間電流331、箝位電容器150的所測箝位電壓351以及所測輸出電壓360為第一開關(guān)支路的第一開關(guān)130提供第一控制信號312并且為第一開關(guān)支路的第一輔助開關(guān)132提供第一輔助控制信號322。所測電壓是取決于相應(yīng)電壓的實(shí)際數(shù)值的信號。所測電流是取決于相應(yīng)電流的實(shí)際數(shù)值的信號。第一控制信號提供單元310接收所測箝位電壓351，并且根據(jù)所接收到的所測箝位電壓351通過第一比例積分(PI)電壓調(diào)節(jié)器(第一電壓調(diào)節(jié)器)320生成箝位電壓調(diào)節(jié)信號321。第一比較器330把箝位電壓調(diào)節(jié)信號321與所測第一中間電流331進(jìn)行比較，并且輸出第一比較信號332。因此，第一電壓調(diào)節(jié)器320通過箝位電壓調(diào)節(jié)信號321設(shè)定第一中間電流的第一參考峰值。因此，如果第一中間電流達(dá)到其峰值，則由第一比較器輸出的第一比較信號332開始關(guān)斷第一開關(guān)130并且接通第一輔助開關(guān)132 (下面將更加詳細(xì)地解釋)。第一電壓調(diào)節(jié)器320包括根據(jù)圖3彼此互連的第一逆變放大器329、第一參考電壓源328和第一限制器電路327。通過改動(dòng)第一參考電壓源328的電壓的量值，可以改變第一參考值。第一限制器電路327被適配成在將其饋送到第一比較器330之前限制箝位電壓調(diào)節(jié)信號321的量值。此外，可以通過設(shè)定第一限制器電路327的各個(gè)電壓源的電壓值來設(shè)定箝位電壓調(diào)節(jié)信號321的最大值。第一控制信號提供單元310的第二比例積分電壓調(diào)節(jié)器(第二電壓調(diào)節(jié)器)340 接收所測直流輸出電壓360，并且根據(jù)所測直流輸出電壓360生成直流輸出電壓調(diào)節(jié)信號 342。第二比較器350把直流輸出電壓調(diào)節(jié)信號342與所測第一中間電流331進(jìn)行比較，并且輸出第二比較信號352。因此，第二電壓調(diào)節(jié)器340通過直流輸出電壓調(diào)節(jié)信號342設(shè)定第二中間電流的第二參考峰值。第二電壓調(diào)節(jié)器340的拓?fù)浜凸δ苄袨榛旧系韧诘谝浑妷赫{(diào)節(jié)器320。第二電壓調(diào)節(jié)器包括根據(jù)圖3彼此互連的第二逆變放大器349、第二參考電壓源348和第二限制器電路347。通過改動(dòng)第二參考電壓源348的電壓，可以改變第二參考值的量值。第二限制器電路347被適配成在將其饋送到第二比較器350之前限制直流輸出電壓調(diào)節(jié)信號342的量值。此外，可以通過設(shè)定第二限制器電路347的各個(gè)電壓源的電壓值來設(shè)定直流輸出電壓調(diào)節(jié)信號342的最大值。第一比較信號由邏輯與門334接收到。與門334還接收導(dǎo)出信號335，導(dǎo)出信號 335是通過第一倒相器333、一次脈沖發(fā)生器336和第二倒相器337的串聯(lián)連接從第一比較信號332導(dǎo)出的。與門334輸出設(shè)定信號353。第一控制信號提供單元310還包括第一觸發(fā)器361，其接收設(shè)定信號353和第二比較信號352。第一觸發(fā)器361生成用于操作第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的第一開關(guān)130的第一控制信號312以及用于操作第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的第一輔助開關(guān)132的第一輔助控制信號322。因此，如果導(dǎo)出信號335再次為高，則可以生成用于第一觸發(fā)器361的下一個(gè)設(shè)定信號353。控制器300還包括第二控制信號提供單元380，其被適配成為第二開關(guān)支路的第二開關(guān)140提供第二控制信號382并且為第二開關(guān)支路的第二輔助開關(guān)142提供第二輔助控制信號392，這是根據(jù)所測第二中間電流341以及直流輸出電壓調(diào)節(jié)信號342和第二比較信號352的至少其中之一實(shí)現(xiàn)的。第二控制信號提供單元380包括第三比較器370，其把直流輸出電壓調(diào)節(jié)信號342 與所測第二中間電流341進(jìn)行比較，并且輸出第三比較信號372。第二控制信號提供單元 380的第二觸發(fā)器371接收第二比較信號352和第三比較信號372。第二觸發(fā)器371生成用于操作電路器件190的第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的第二開關(guān)140的第二控制信號382，以及用于操作電路器件190的第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的第二輔助開關(guān)142的第二輔助控制信號 392?？刂破?00的設(shè)置對應(yīng)于一種主從配置。這樣做是有利的，這是因?yàn)橛糜诳刂频诙祲阂簧龎恨D(zhuǎn)換器的工作量非常低控制器300被適配成從第二比較信號352、直流輸出電壓調(diào)節(jié)信號342和所測第二中間電流341導(dǎo)出用于控制第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的第二控制信號382、392。因此，為了控制第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器，第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的控制器 310只需要進(jìn)一步配備有用于捕獲第二中間電流的測量器件以及低復(fù)雜度邏輯模塊370和 371。應(yīng)當(dāng)理解的是，用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)130、132、140、142的信號312、322、382、392通常在饋送到各個(gè)開關(guān)之前被處理。具體來說，在根據(jù)圖1饋送到各個(gè)開關(guān)之前，如果需要的話， 圖3中所示的信號312、322、382、392通常被優(yōu)先饋送到子電路(圖中未示出)中，所述子電路生成相應(yīng)的死時(shí)間信號并且實(shí)現(xiàn)電平移動(dòng)。圖4示意性并且示例性地示出了根據(jù)對應(yīng)于一個(gè)開關(guān)周期的相應(yīng)控制信號流480 的電能轉(zhuǎn)換電路器件190中的電流490的圖形表示400。下面為了描述清楚將參照圖1、圖 3和圖4。
圖4中的圖形表示400示出了 5個(gè)時(shí)間軸410。在表示400的上半部分480中描繪出由控制器300提供的控制信號312、322、382和392的流程。在表示400的下半部分 490中示出了第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的仿真電流131和135以及第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的仿真電流141和145。由控制器300提供的4個(gè)輸出信號312、322、382和392決定哪一個(gè)降壓一升壓轉(zhuǎn)換器是主轉(zhuǎn)換器，以及哪一個(gè)降壓一升壓轉(zhuǎn)換器是從屬轉(zhuǎn)換器?，F(xiàn)在參照圖4和圖1，第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器包括以下組件第一二極管138、扼流圈134和扼流圈136、第一開關(guān)130 以及第一輔助開關(guān)132 ；第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器包括以下組件第二二極管148、扼流圈144 和扼流圈146、第二開關(guān)140以及第二輔助開關(guān)142?？刂破?00具有利用適當(dāng)?shù)目刂菩盘?12、322、382、392來操作第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的各個(gè)開關(guān)的多項(xiàng)功能，從而使得直流輸出電壓160基本上恒定并且使得箝位電壓151不超出特定極限，以便限制第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的各個(gè)開關(guān)的最大電壓應(yīng)力并且支持軟開關(guān)。電路器件190從連接在正接觸件112與負(fù)接觸件114之間的輸入電容器101取得能量，并且把能量輸送到輸出電容器160。存儲在箝位電容器150中的能量在一個(gè)開關(guān)周期期間只發(fā)生微小改變。直流輸入電壓110和直流輸出電壓120都可以被用來為已知的單相逆變器210或已知的三相逆變器250供電，以便將電力饋送到AC電網(wǎng)220或260中。在一個(gè)實(shí)施例中，電路器件190以一定開關(guān)頻率操作，所述開關(guān)頻率是直流輸入電壓110和直流輸出電壓120、所輸送的功率以及電路器件190的各個(gè)組件的規(guī)范的函數(shù)。 在圖4中示出了一個(gè)開關(guān)周期。下面對于一個(gè)開關(guān)周期的描述考慮了第一 138和第二二極管148以及4個(gè)開關(guān)130、132、140和142的較小寄生輸出電容，因此一旦某一個(gè)組件由于存儲在扼流圈134、136、144和146中的能量而被關(guān)斷之后，這些組件處的電壓非?？焖俚馗淖?。在作為一個(gè)開關(guān)周期的開頭的時(shí)間420處，第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器完成了自從第一中間電流131達(dá)到其負(fù)峰值之后的前一個(gè)開關(guān)周期的放電周期。如前所述，第一中間電流131由控制器300的第一比較器330監(jiān)測。如果第一中間電流131達(dá)到其負(fù)峰值，則第一輔助開關(guān)132被關(guān)斷并且接通第一開關(guān)130的反向二極管。此外，由第一比較器330輸出的第一比較信號332導(dǎo)致一次脈沖發(fā)生器336輸出導(dǎo)出信號335并且導(dǎo)致生成設(shè)定信號 353，設(shè)定信號353使得第一觸發(fā)器361輸出在時(shí)間411處接通第一開關(guān)130的第一控制信號 312。第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器仍然處在放電模式下，并且在所述開關(guān)周期的開頭(即時(shí)間420)處將能量從扼流圈144饋送到輸出電容器中。在一個(gè)較短但是明確定義的死時(shí)間段之后，第一開關(guān)130在時(shí)間411處被接通，并且第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器開始一個(gè)充電周期。由于接通了的第一開關(guān)130把扼流圈134和 136連接到直流輸入電壓110，因此扼流圈134和扼流圈136中的電流131增大。第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器仍然處在放電模式下，并且第二二極管148傳導(dǎo)扼流圈 144的電流145，從而把能量輸送到輸出電容器160。由于第二輔助開關(guān)142將第二中間電流141傳導(dǎo)到箝位電容器，因此扼流圈146中的第二中間電流141減小。在時(shí)間412處，第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的扼流圈134中的電流135和第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的扼流圈136中的第一中間電流131超出由第二電壓調(diào)節(jié)器340設(shè)定的正峰值。因此，第二比較器350生成正的第二比較信號352，其重置第一觸發(fā)器361并且設(shè)定第二觸發(fā)器371。因此，第一開關(guān)130被關(guān)斷。其結(jié)果是，第一二極管138變?yōu)閷?dǎo)通，從而開始第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的放電模式以及從扼流圈134到輸出電容器160中的能量輸送。此夕卜，由于第二觸發(fā)器371的設(shè)定，第一輔助開關(guān)132和第二開關(guān)140在時(shí)間412之后的較短但是明確定義的時(shí)間413處被接通。第一輔助開關(guān)132的接通改變扼流圈136的充電，以便支持具有低開關(guān)損耗的第一開關(guān)130和第一輔助開關(guān)132的軟開關(guān)。在時(shí)間413處，第二開關(guān)140被接通，從而開始第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的充電模式以及從直流輸入電壓110到扼流圈144中的能量輸送。這樣，與單個(gè)降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的操作相比，與輸入電容器101和輸出電容器160中的顯著減小的峰值電流和較低電流應(yīng)力相組合地在兩個(gè)相繼時(shí)間間隔內(nèi)實(shí)現(xiàn)了從直流輸入電壓110通過扼流圈134和145到輸出的能量轉(zhuǎn)換。在時(shí)間414處，第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的扼流圈144中的電流145和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的扼流圈146中的第二中間電流141超出由第二電壓調(diào)節(jié)器340設(shè)定的正峰值電流參考值。因此，第三比較器370生成正的第三比較信號372，其通過生成對于第二觸發(fā)器371的重置而結(jié)束第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的充電模式。重置的第二觸發(fā)器371關(guān)斷第二開關(guān)140。其結(jié)果是，第二二極管148變?yōu)閷?dǎo)通，從而開始第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的放電模式以及從扼流圈144到輸出電容器中的能量輸送。在時(shí)間415處，在時(shí)間414之后的一個(gè)較短但是明確定義的死時(shí)間段之后，第二輔助開關(guān)142通過第二輔助控制信號392被接通。這就改變了扼流圈146的充電，并且支持具有低開關(guān)損耗的第二開關(guān)140和第二輔助開關(guān)142的軟開關(guān)。在時(shí)間416處，也就是在所述開關(guān)周期的末尾，第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的扼流圈 136中的第一中間電流131超出由第一電壓調(diào)節(jié)器320設(shè)定的負(fù)峰值電流參考值。這就生成了設(shè)定信號353，其導(dǎo)致通過第一控制信號312在下一個(gè)開關(guān)周期的開頭處接通第一開關(guān) 130。在前面描述的模式下，電路器件190作為自激振蕩電路操作。不需要附加的振蕩器電路。低功率水平導(dǎo)致低峰值電流參考水平，并且從而導(dǎo)致不利的高開關(guān)頻率。通過一次脈沖發(fā)生器336避免了所述不利的高開關(guān)頻率，其實(shí)現(xiàn)了在把新的設(shè)定信號353傳送到第一觸發(fā)器361從而以下一個(gè)開關(guān)周期開始之前的最小等待時(shí)間間隔。一次脈沖發(fā)生器336例如由STMicroelectronics公司生產(chǎn)的集成電流NE555實(shí)現(xiàn)。圖5示意性并且示例性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第二方面的電設(shè)備500的表示。電設(shè)備500包括被適配成生成第一直流電壓520的電能源510，以及用于把第一直流電壓轉(zhuǎn)換成輸出電壓530的本發(fā)明的第一方面的電能轉(zhuǎn)換電路器件190、100或200。此外，電設(shè)備 500包括用于把輸出電壓輸出到耗電單元550的輸出裝置540。電能源510例如是光伏模塊。在電設(shè)備500的另一個(gè)實(shí)施例中，電能源510是燃料電池。耗電單元550可以被集成到所述電設(shè)備中。在一個(gè)實(shí)施例中，耗電單元550是個(gè)人計(jì)算機(jī)(比如膝上型計(jì)算機(jī))、移動(dòng)電話、個(gè)人組織器、數(shù)字?jǐn)z影機(jī)等等，其由源510和連接到源510下游的電能轉(zhuǎn)換電路器件190、100、 200供電。如前所述，所述設(shè)備的電路器件還可以包括單相逆變器(實(shí)施例100)或多相逆變器(實(shí)施例200)或者可以不包括逆變器(實(shí)施例190)。電設(shè)備500的輸出電壓530可以是電路器件190的直流輸出電壓、電路器件190 的第二輸出電壓或者電路器件100、200的單相或多相逆變器的輸出電壓。所述電設(shè)備的輸出裝置540還可以包括用于處理輸出電壓530的電路裝置，比如用于對輸出電壓530的高頻分量進(jìn)行濾波的濾波裝置。在另一個(gè)實(shí)施例中，輸出裝置540 簡單地是將輸出電壓530引導(dǎo)到電設(shè)備500的外部的輸電線。圖6示例性地示出了用于將直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓的電能轉(zhuǎn)換電路器件的操作方法600的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。在第一步驟610中，通過所述電能轉(zhuǎn)換電路器件的正接觸件和恒定電位的共同接觸件接收直流輸入電壓。在第二步驟620、630中，利用所述電能轉(zhuǎn)換電路器件的第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器根據(jù)第一控制信號生成(620)第一中間電流。此外，利用與第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器并聯(lián)連接的第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器根據(jù)第二控制信號生成(630)第二中間電流。在第三步驟640中，利用所述電能轉(zhuǎn)換電路器件的輸出電容器接收第一和第二中間電流。從而生成直流輸出電壓。在第四步驟650中，提供第一控制信號和第二控制信號，從而使得第一和第二中間電流彼此發(fā)生相移。從而調(diào)節(jié)直流輸出電壓的量值。應(yīng)當(dāng)理解的是，前面描述的方法600的各個(gè)步驟可以按照不同于前面描述的順序來執(zhí)行?？梢酝瑫r(shí)執(zhí)行一些或所有步驟，比如步驟620、630和650。在前面描述的各個(gè)實(shí)施例中，描述了用于與連接到其下游的單相逆變器或多相逆變器相組合或者不與之組合地控制第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器的特定控制模式。在其他實(shí)施例中采用了其他控制方法。此外，在前面的描述中，舉出了單相和多相逆變器以作為連接到并聯(lián)連接的第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器下游的可能電路裝置。在其他實(shí)施例中，在所述電路器件的下游連接另外的或不同的電路裝置，比如變壓器之類的絕緣裝置。此外，在前面的描述中，舉出了燃料電池和光伏模塊以作為可能的直流輸入電壓源。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，薄膜光伏模塊是適當(dāng)?shù)闹绷鬏斎腚妷涸?。在其他?yīng)用中提供不同的源， 比如蓄電池或連接到所述電路器件上游的電路裝置。具體來說，所述電路裝置可以包括如前面在圖1、圖2、圖3和圖4中描述的控制器的替換安排和/或替換設(shè)置。舉例來說，第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器也可以是諧振降壓一升壓轉(zhuǎn)換器。通過研究附圖、本公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求書，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)踐所要求保護(hù)的本發(fā)明時(shí)可以理解并實(shí)施所公開實(shí)施例的其他變型。應(yīng)當(dāng)理解的是，相應(yīng)的附圖的元件安排主要用于顯而易見的描述；其不涉及根據(jù)本發(fā)明的制造器件的各個(gè)部分的任何實(shí)際的幾何安排。特別涉及所述電路器件，所描述的逆變器可以被安裝在所述電路器件內(nèi)部或者被安排在緊鄰或遠(yuǎn)離所述電路器件。本發(fā)明的第四方面的計(jì)算機(jī)程序可以被存儲/分布在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)上，比如與其他硬件一起或者作為其一部分提供的光學(xué)存儲介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，但是也可以通過其他形式分發(fā)，比如通過因特網(wǎng)或者其他有線或無線電信系統(tǒng)。
21
在權(quán)利要求書中，“包括”一詞不排除其他元件或步驟，“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。單個(gè)單元或器件可以實(shí)現(xiàn)在權(quán)利要求中所引述的幾個(gè)項(xiàng)目的功能。在互不相同的從屬權(quán)利要求中引述某些措施并不意味著不能使用這些措施的組合來獲益。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制其范圍。本發(fā)明涉及一種電能轉(zhuǎn)換電路器件、一種操作電能轉(zhuǎn)換電路器件的方法、一種電設(shè)備以及一種計(jì)算機(jī)程序。所述電路器件允許接地，并且包括兩個(gè)并聯(lián)連接的降壓一升壓轉(zhuǎn)換器以用于將直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓。所述轉(zhuǎn)換器被適配成生成由輸出電容器接收的兩個(gè)相移電流。由于所述相移，電流波紋得以減小。所述直流輸出電壓和直流輸入電壓優(yōu)選地具有共同電位和相反極性。因此還提供了具有高量值的第二電壓，即所述直流輸入電壓和直流輸出電壓的總和。
權(quán)利要求
1.一種用于把直流輸入電壓(110)轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓(120)的電能轉(zhuǎn)換電路器件 (190 ； 100 ；200)，其中，所述電能轉(zhuǎn)換電路器件(190 ； 100 ；200)包括一用于接收直流輸入電壓(110)的正接觸件(112)和恒定電位的共同接觸件(114)； 一第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器，其連接到正接觸件(112)和共同接觸件(114)，并且被適配成根據(jù)第一控制信號(312)生成第一中間電流(131)；一第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器，其與第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器并聯(lián)連接，并且被適配成根據(jù)第二控制信號(382 )生成第二中間電流(141)；一輸出電容器(160)，其被適配成接收第一(131)和第二中間電流(141)并且根據(jù)第一(131)和第二中間電流(141)生成直流輸出電壓(120)；一控制器(300)，其被適配成提供第一控制信號(312)和第二控制信號(382)，從而使得第一(131)和第二中間電流(141)彼此發(fā)生相移，進(jìn)而調(diào)節(jié)直流輸出電壓(120)的量值。
2.權(quán)利要求1的電能轉(zhuǎn)換電路器件(190； 100 ；200)，其中，輸出電容器(160)被連接在電能轉(zhuǎn)換電路器件(190 ； 100 ；200)的共同接觸件(114)與負(fù)接觸件(116)之間，并且其中所生成的直流輸出電壓(120)的極性與直流輸入電壓(110)的極性相反。
3.權(quán)利要求2的電能轉(zhuǎn)換電路器件(100)，其附加地包括一在正接觸件(112)與負(fù)接觸件(116)之間連接到并聯(lián)連接的第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器下游的單相逆變器(210)。
4.權(quán)利要求3的電能轉(zhuǎn)換電路器件(100)，其中，所述單相逆變器(210)被適配成作為單相整流器操作。
5.權(quán)利要求2的電能轉(zhuǎn)換電路器件(200)，其附加地包括一在正接觸件(112)與負(fù)接觸件(116)之間連接到并聯(lián)連接的第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器下游的多相逆變器(230)。
6.權(quán)利要求5的電能轉(zhuǎn)換電路器件(200)，其中，所述多相逆變器(250)被適配成作為多相整流器操作。
7.權(quán)利要求1的電能轉(zhuǎn)換電路器件(190)，其中，第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器是有源箝位降壓一升壓轉(zhuǎn)換器。
8.權(quán)利要求7的電能轉(zhuǎn)換電路器件(190)，其中，第一有源箝位降壓一升壓轉(zhuǎn)換器包括一第一開關(guān)支路(130，132)，其具有彼此串聯(lián)連接的第一開關(guān)(130)和第一輔助開關(guān)(132)；一連接在第一開關(guān)支路(130，132)的第一開關(guān)(130)和第一輔助開關(guān)(132)之間的第一接觸節(jié)點(diǎn)(152)與第二接觸節(jié)點(diǎn)(154)之間的第一扼流圈(134，136)，第一扼流圈(134， 136)被分成兩個(gè)第一串聯(lián)連接扼流圈，其中兩個(gè)第一串聯(lián)連接扼流圈之間的節(jié)點(diǎn)通過第一二極管(138)連接到所述電能轉(zhuǎn)換電路器件(190)的第四接觸節(jié)點(diǎn)(158)， 并且其中，第二有源箝位降壓一升壓轉(zhuǎn)換器包括一第二開關(guān)支路(140，142)，其具有彼此串聯(lián)連接的第二開關(guān)(140)和第二輔助開關(guān) (142)；一連接在第二開關(guān)支路的第二開關(guān)(140)和第二輔助開關(guān)(142)之間的第一接觸節(jié)點(diǎn)(152)與第三接觸節(jié)點(diǎn)(156)之間的第二扼流圈(144，146)，第二扼流圈(144，146)被分成兩個(gè)第二串聯(lián)連接扼流圈，其中兩個(gè)第二串聯(lián)連接扼流圈之間的節(jié)點(diǎn)通過第二二極管 (148)連接到第四接觸節(jié)點(diǎn)(158)，并且其中，第一(130，132)和第二開關(guān)支路(140，142)彼此并聯(lián)連接，并且所述電能轉(zhuǎn)換電路器件(190)還包括一與并聯(lián)連接的第一(130，132)和第二開關(guān)支路(140，142)串聯(lián)連接的箝位電容器 (150)，所述箝位電容器(150)與并聯(lián)連接的第一(130，132)和第二開關(guān)支路(140，142)的串聯(lián)連接被連接在正接觸件(112)與第四接觸節(jié)點(diǎn)(158)之間，并且其中，輸出電容器(160)被連接在第一(152)和第四接觸節(jié)點(diǎn)(158)之間。
9.權(quán)利要求8的電能轉(zhuǎn)換電路器件(190)，其中，所述控制器(300)包括一第一控制信號提供單元(310)，其被適配成根據(jù)所測第一中間電流(331)、箝位電容器(150)的所測箝位電壓(351)以及所測直流輸出電壓(361)為第一開關(guān)支路(130，132) 的第一開關(guān)(130)提供第一控制信號(312)并且為第一開關(guān)支路(130，132)的第一輔助開關(guān)(132)提供第一輔助控制信號(322);一第二控制信號提供單元(380)，其被適配成根據(jù)所測第二中間電流(341)以及第一控制信號(312)和第一輔助控制信號(322)的至少其中之一為第二開關(guān)支路(140，142)的第二開關(guān)(140)提供第二控制信號(382)并且為第二開關(guān)支路(140，142)的第二輔助開關(guān) (142)提供第二輔助控制信號(392)。
10.權(quán)利要求1的電能轉(zhuǎn)換電路器件(190； 100 ；200)，其中，第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器分別包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
11.權(quán)利要求1的電能轉(zhuǎn)換電路器件(190； 100 ；200)，其中，第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器分別包括絕緣柵雙極型晶體管。
12.權(quán)利要求1的電能轉(zhuǎn)換電路器件(190；100 ；200)，其中，第一和第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器分別包括碳化硅半導(dǎo)體開關(guān)。
13.一種電設(shè)備，其包括一被適配成生成第一直流電壓(520)的電能源(510)；一權(quán)利要求1的電能轉(zhuǎn)換電路器件(190 ； 100 ；200)，其用于將第一直流電壓(520)轉(zhuǎn)換成輸出電壓(530)；一用于把輸出電壓(530)輸出到耗電單元(550)的輸出裝置(540)。
14.一種用于將直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓的電能轉(zhuǎn)換電路器件的操作方法 (600)，所述方法包括以下步驟一通過所述電能轉(zhuǎn)換電路器件的正接觸件和恒定電位的共同接觸件接收(610)直流輸入電壓；一根據(jù)第一控制信號通過所述電能轉(zhuǎn)換電路器件的第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器生成(620) 第一中間電流；一根據(jù)第二控制信號通過與第一降壓一升壓轉(zhuǎn)換器并聯(lián)連接的第二降壓一升壓轉(zhuǎn)換器生成(630)第二中間電流；一通過所述電能轉(zhuǎn)換電路器件的輸出電容器接收(640)第一和第二中間電流，從而生成直流輸出電壓；一提供(650)第一控制信號和第二控制信號，從而使得第一和第二中間電流彼此發(fā)生相移，進(jìn)而調(diào)節(jié)直流輸出電壓的量值。
15. 一種用于將直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括程序代碼裝置，其用于在控制如權(quán)利要求1所限定的電能轉(zhuǎn)換電路器件的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)，使得所述電能轉(zhuǎn)換電路器件實(shí)施如權(quán)利要求14所限定的方法的各個(gè)步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電能轉(zhuǎn)換電路器件(190)、一種操作電能轉(zhuǎn)換電路器件的方法(600)、一種電設(shè)備(500)以及一種計(jì)算機(jī)程序。所述電路器件(190)允許接地，并且包括兩個(gè)并聯(lián)連接的降壓－升壓轉(zhuǎn)換器以用于將直流輸入電壓(110)轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓(120)。所述轉(zhuǎn)換器被適配成生成由輸出電容器(160)接收的兩個(gè)相移電流(131，141)。由于所述相移，電流波紋得以減小。所述直流輸出電壓(120)和直流輸入電壓(110)優(yōu)選地具有共同電位(114)和相反極性。因此還提供了具有高量值的第二電壓，即所述直流輸入電壓(110)和直流輸出電壓(120)的總和。
文檔編號H02M3/158GK102484427SQ201080039769
公開日2012年5月30日 申請日期2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月7日
發(fā)明者伯克 U. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司