本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)和方法，用于直流功率和交流功率之間的功率轉換。

背景技術：

目前有許多申請是關于直流功率和交流功率之間的轉換。早期的國際專利申請，申請?zhí)枮閃O2012 / 016285和WO2013 / 023248，公開了有促進這種轉換的方法的系統(tǒng)。

所述系統(tǒng)用于產(chǎn)生適用于電力供給或自直流電源注入主電源的交流信號，所述直流電源包括一組串聯(lián)模塊，每個模塊都連接有一個直流電源。模塊切換退出串聯(lián)，以形成一個交流信號的逐步逼近，同時進一步的斜坡變化使得信號更接近于一個平穩(wěn)的交流信號。

WO2012 / 016285和WO2013 / 023248描述的系統(tǒng)在每個模塊中使用了開關式穩(wěn)壓器。使用脈沖寬度調制信號，所述開關式穩(wěn)壓器調節(jié)電壓上升或從最大電壓下降，使得輸出信號更接近于所需的交流信號，并且這些系統(tǒng)描述了旁路機制，以減少未進行穩(wěn)壓調節(jié)轉換時的能量損耗。

這種系統(tǒng)的一個問題是開關裝置較為復雜、可靠性較低并且每個模塊中的開關式穩(wěn)壓器或電壓校正器成本較高。

基于這一方面，本發(fā)明提供的系統(tǒng)所具有的結構能夠減少這種復雜性，提高可靠性并降低成本。

這一系統(tǒng)的另一個問題涉及作為動力源的系統(tǒng)的電磁兼容性（EMC），例如電池板切換。通過減少每個模塊中開關式穩(wěn)壓器的使用，降低EMC是有可能的。通過使用較長串聯(lián)的可切換電池板導入普通電壓校正器，較低的EMC會引發(fā)問題。

這一系統(tǒng)的另一個潛在的問題是處理來自電源的電壓尖峰或浪涌。一般情況下，最大電壓可超出平常電壓的20％，240V交流的浪涌可能達到290Vac。有理由認為這種類型的系統(tǒng)中的存儲裝置為了應付產(chǎn)生的可能激增至290Vac的電壓波形，很容易吸收開關故障引起的超過這一電壓的電流。然而，由于電源的低阻抗和串聯(lián)的開關存儲裝置的極低阻抗，較高的電壓浪涌可以產(chǎn)生破壞性的強電流進入存儲裝置。

因此，迫切需要一種低成本高效益并且高效率的系統(tǒng)，能夠處理外部電源短路所導致的保險絲熔斷和隨后的高電壓電流尖峰而避免損壞。

此外，在這種系統(tǒng)中，直流功率電源會經(jīng)常在不同模塊的特性間改變。例如，在太陽能電池板形成所述直流功率電源的情況下，輸出可由陰影、面板類型、方向、使用年限和其他因素影響。這些模塊通過串聯(lián)連接進行傳輸，所以每個模塊的輸出電流必須相等，但其各自的電壓可以相差較大。

本發(fā)明涉及一種改進的系統(tǒng)和方法用于直流電源轉換為交流電源旨在解決，至少部分解決上述的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，用于轉換功率，包括：

多個模塊，每個模塊具有一個輸入和一個輸出，串聯(lián)連接，使得任何模塊的輸出與后續(xù)模塊的輸入連接，所述模塊中的至少一個被連接到至少一個直流電源以便為模塊供電；

一個或多個存儲裝置，與直流電源相連接，所述電源用于向所述存儲裝置充電；

在每個模塊中設置有對存儲裝置的輸入和輸出進行切換操控的電壓控制電路，所述電壓控制電路提供最大模塊電壓和最小模塊電壓；

一個補償器單元，具有一個輸入和一個輸出，與各模塊串聯(lián)連接，所述補償器單元包括一個由系統(tǒng)的串聯(lián)電流充電的存儲裝置和用于改變補償器輸入和輸出供電電壓的補償器電壓控制電路；

一個控制單元，所述控制單元與每個模塊的電壓控制電路和補償器單元相連接，用于控制所述電壓控制電路和補償器單元輸入和輸出之間的電壓；

當所述控制單元操控模塊中所述電壓控制電路改變模塊的供給電壓時，所述控制單元通過所述補償器電壓控制電路對補償器單元的電壓做出相應的且相反的改變，在這些變化中控制單元斜坡上升或降低補償器單元輸入與輸出間的電壓，以輸出所需的信號。

優(yōu)選的是，控制單元控制每個模塊的電壓控制電路，使系統(tǒng)的串聯(lián)電流保持對補償器存儲裝置充電。

優(yōu)選的是，電壓控制電路包括開關裝置，所述開關裝置可以與電源電壓連接，通過開關切換提供第一電極的輸出和輸入間的電壓，或提供第二電極的輸入和輸出間的電壓或形成旁路繞過。

優(yōu)選的是，控制單元接收每個模塊的信息，以決定對每個存儲裝置充電，使可用的最大和最小電壓通過切換每個模塊的開或關傳輸至系統(tǒng)。

在一個優(yōu)選的實施方案中，控制單元監(jiān)測和存儲模塊的存儲裝置的電容和充電頻率的相關信息，以便于控制單元隨著時間的推移根據(jù)任一時段的串聯(lián)電流中所連接模塊的相關信息確定向每個模塊中存儲能量。

優(yōu)選的是，所述控制單元定期接收各模塊有關存儲電荷的信息，用以校正計算一段時間中存儲電荷所產(chǎn)生的誤差。

在一個優(yōu)選的實施方案中，補償器單元使用脈沖寬度調制使供給電壓斜坡上升或降低。

在一個實施例中，控制單元連接到控制線，所述控制線與每一模塊進行通訊連接，用于開關裝置的控制操作。

在進一步的實施方案中，無線通信用于來自和/或傳送至控制單元的信息傳遞。

優(yōu)選的是，壓擺率控制電路中提供一個或多個模塊，所述壓擺率控制電路用于供給電壓在最大值和最小值之間變化時對模塊的輸出進行轉換。

優(yōu)選的是，壓擺率控制電路用于控制串聯(lián)模塊中存儲裝置以一定頻率進行開關切換所導致的電壓改變，優(yōu)化快速開關切換中的電磁兼容性（EMC）以及慢速切換引起的能量損失。

在一個優(yōu)選的實施方案中，壓擺率控制電路引起模塊提供的電壓在10μs和100ns之內在最大值和最小值之間變化。

在一個優(yōu)選的實施方案中，壓擺率控制電路引起模塊提供的電壓在大約1μs的時間內在最大值和最小值之間變化。

在一個優(yōu)選的實施方案中，每個模塊包括串聯(lián)電感器和并聯(lián)電阻器，降低模塊切換過程中產(chǎn)生的信號振鈴。

進一步優(yōu)選的是，在串聯(lián)連接模塊的每一端均設置有串聯(lián)電感器和并聯(lián)電阻器，以進一步減少與電磁兼容性（EMC）有關的問題。

優(yōu)選的是，在串聯(lián)連接模塊各端設置的串聯(lián)電感器和并聯(lián)電阻器的電感和/或電阻值是模塊內設置的電感器和電阻器的電感和/或電阻值的至少三倍。

本發(fā)明的第二個方面，提供了一種用于轉換功率的系統(tǒng)，包括：

多個模塊，每個模塊具有一個輸入和一個輸出，并串聯(lián)連接，使得任何模塊的輸出與后續(xù)模塊的輸入連接，所述模塊中的至少一個被連接到至少一個直流電源，以便為模塊供電；

一個或多個存儲裝置，與每個模塊的電源相連接，所述電源用于向所述存儲裝置充電；

在每個模塊中設置有對存儲裝置的輸入和輸出進行切換操控的電壓控制電路，所述電壓控制電路提供最大模塊電壓和最小模塊電壓；

一個控制單元，所述控制單元與每個模塊的電壓控制電路相連接，用于控制所述電壓控制電路輸入和輸出之間的電壓；

一個或多個耗散電路，包括一個耗散裝置，所述耗散裝置與一個電子開關并聯(lián)；

一個或多個傳感器，用于檢測過載電流或過載電壓；

其中，在耗散電路中的電子開關在傳感器檢測過載電流或過載電壓時處于打開狀態(tài)，在耗散設備中耗散能量。

在一個實施例中，耗散裝置包括一個金屬氧化物變阻器，電子開關包括一個或多個場效應晶體管（FET）。

優(yōu)選的是，金屬氧化物變阻器的選用使得整個金屬氧化物變阻器的電壓降小于場效應晶體管（FET）的最大額定電壓。

在一個實施例中，每個模塊設置有耗散電路和傳感器。

優(yōu)選的是，傳感器進行多等級的檢測并根據(jù)檢測等級立即或延遲激活耗散電路，設置于每個模塊的傳感器用于第一級檢測和第二級檢測，在所述第一級檢測后耗散電路在預定的延遲時間激活，在第二級檢測過載電流比第一級更強時，耗散電路沒有推遲，立即激活。

本發(fā)明的另一方面，還提供了一種轉換功率的方法，包括：

控制多個串聯(lián)連接模塊的操作，至少在一些所述模塊中，包括一個直流電源和由所述電源充電的存儲裝置，使得該模塊的存儲裝置被切換到串聯(lián)電路中，以提供一個最大的模塊電壓和一個最小模塊電壓；

向串聯(lián)于所述模塊補償器單元中的存儲裝置進行充電；

當控制單元操控模塊中的電壓控制電路改變模塊供給的電壓時，經(jīng)由補償器單元對電壓做出相應但是相反的改變；并且

在這樣的改變之間，斜坡上升或下降補償器單元輸入和輸出之間的電壓，以輸出所需的信號。

優(yōu)選的是，控制單元控制每個模塊的電壓控制電路，使系統(tǒng)的串聯(lián)電流持續(xù)向補償器的存儲裝置充電。

優(yōu)選的是，在模塊中的電源通過開關切換提供第一電極的輸入和輸出間的電壓或者提供第二電極的輸入和輸出間電壓，或者形成旁路繞過。

優(yōu)選的是，控制單元接收每個模塊中每個存儲裝置的充電信息，以此確定通過切換每個模塊的開或關將可用于傳輸至系統(tǒng)的最大和最小電壓。

在一個優(yōu)選的實施方案中，控制單元監(jiān)測并存儲關于模塊中存儲裝置的電容和充電頻率的信息，使控制單元可以根據(jù)串聯(lián)連接中的模塊在任一時間的串聯(lián)電流確定每個模塊在一段時間中的能量存儲。

優(yōu)選的是，所述控制單元接收各模塊關于一定時間間隔內電荷存儲的信息，用于校正計算一段時間的電荷存儲所產(chǎn)生的誤差。

優(yōu)選的是，補償器單元所提供的電壓的斜坡上升或下降是通過脈沖寬度調節(jié)的。

在一個實施例中，控制單元通過控制線與每個模塊傳輸信息，以控制開關裝置的操作。

再進一步的實施例中，無線連接用于接收來自控制單元的信息和/或向控制單元發(fā)出信息。

在一個優(yōu)選的實施方案中，在供給電壓的最大值和最小值間變化中，一個或多個模塊轉換模塊的輸出。

優(yōu)選的是，存儲裝置切入或切出串聯(lián)連接導致的電壓改變以一定頻率轉換，以優(yōu)化快速切換中的電磁兼容性（EMC）和慢速切換引起的能量損失。

優(yōu)選的是，模塊供給的電壓在大約在10μs和100ns之內在最大值和最小值之間變化。

優(yōu)選的是，模塊提供的電壓在大約1μs之內在最大值和最小值之間變化。

附圖說明

本發(fā)明現(xiàn)在將通過舉例的方式進行描述，參考以下附圖，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明提供的一種功率轉換系統(tǒng)的一部分的結構示意圖；

圖2是示出了補償器單元和本發(fā)明的模塊進行切換的示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中補償器單元的電路圖；

圖4a是示出了電路的功能方面的壓擺率電路的示意圖；

圖4b用于本發(fā)明系統(tǒng)的模塊中壓擺率電路的一個實施例的示意圖；

圖5是本發(fā)明一個保護電路的實施例的示意圖

圖6是根據(jù)本發(fā)明的補償器單元電路的第二實施例的示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的補償器單元電路的第三實施例的示意圖；

圖8a是根據(jù)本發(fā)明的補償器單元電路的第四實施例的示意圖；

圖8b是根據(jù)本發(fā)明的補償器單元電路的第五實施例的示意圖。

優(yōu)選實施方案的詳細描述

功率轉換系統(tǒng)10從總體上說是本申請人在較早的國際專利申請WO2012 / 016285和WO2013 / 023248中描述的類型。圖1所示體現(xiàn)了系統(tǒng)10的整體元件。

功率轉換系統(tǒng)10包括多個模塊14，每個模塊14與至少一個電源相關聯(lián)。電源可以是，例如，太陽能電池板或電池。

每個模塊14還設置有一個存儲裝置18，并且連接到電源的端子。存儲裝置18可包括電解電容器或可有效并可靠地提供脈沖電流的這類電池。存儲裝置18由電源充電，使得當模塊14被旁路繞過時，由電源產(chǎn)生的電力繼續(xù)被存儲在存儲裝置18備用。存儲裝置18可以獨立于電源的或作為電源的一部分。

每個模塊14具有一個輸入和一個輸出。直流電壓可由存儲裝置18的輸入和輸出提供，并且模塊14串聯(lián)連接，每個模塊14的輸出與后續(xù)的模塊14的輸入相連接。因此，功率轉換系統(tǒng)10包括一個輸入系統(tǒng)和一個輸出系統(tǒng)，提供每個模塊14的串聯(lián)電壓。也就是說，所有模塊14的輸入和輸出之間提供了電壓的總和。

每個模塊14中設置有電壓控制電路，以改變模塊14的輸入和輸出間所提供的電壓。在輸入和輸出間提供的模塊電壓可由電壓控制電路控制在最大模塊電壓和最小模塊電壓之間變化。電壓控制電路可包括開關裝置，所述開關裝置為上述本申請人的較早的專利申請中所述的開關裝置。所述開關裝置的連接，使所述存儲裝置18可以切換為提供第一電極的輸入和輸出之間的電壓，或者提供第二電極輸入和輸出之間的電壓或旁路繞過。因此在這一實施例中，最大模塊電壓是存儲裝置電壓，最小模塊電壓是相反電極存儲設備電壓。

總的來說，當電源電壓在通路的正極增加時，模塊14從旁路配置切換到存儲裝置18與所述第一電極（正極）相連的配置，以提高主電源信號后系統(tǒng)的輸出電壓。當電源電壓在電路中的正極下降時，所述模塊14被切換到旁路模式，以降低總的電壓，并與電源電壓匹配。同樣，在主電路負極中模塊14的配置切換，使得第二電極（負極）提供的電壓與電源電壓信號相匹配。如本申請人早先專利中所述，模塊14可選擇性的形成一個經(jīng)整流的AC信號。

功率轉換系統(tǒng)10設置有一個控制單元（未示出），以控制開關裝置的操作?？刂茊卧B接于控制線，與每個模塊14進行信息交換，用于控制開關裝置的操作。無線通信方法可被用于向控制單元傳遞信息和/或接收來自控制單元的信息。

控制單元與主電源信息通信，用于接收關于所述電源信號的相位電壓和電流的信息，并進行模塊控制，例如，產(chǎn)生的交流信號電壓位于主電源信號的相位，并且所控制的電流適于提供給電源系統(tǒng)。

所述系統(tǒng)10還包括串聯(lián)于模塊14的補償器單元20。補償器單元20包括一個存儲裝置18和補償器電壓控制電路21。存儲裝置18由系統(tǒng)10的電源充電并且通過串聯(lián)于模塊14的補償器電壓控制電路21提供電壓，補償器電壓控制電路21由控制單元控制。

控制單元與每個模塊14和補償器單元20進行信息交流?？刂茊卧邮諄碜愿髂K14的信息，使得控制單元可以確定向每個存儲裝置18充電，因此，通過切入或切出模塊14，可向系統(tǒng)10傳遞最大和最小電壓。控制單元檢測并存儲模塊14、20中存儲裝置電容和充電頻率的相關信息。當控制單元接收到任意時間模塊14被串聯(lián)連接的相關信息，同時對串聯(lián)電流進行監(jiān)測時，控制單元可確定這一時間內每個模塊的能量存儲。進一步，控制單元接收每個模塊14、20的關于特定間隔內電荷存儲的信息用于校正計算一段時間的電荷存儲所產(chǎn)生的誤差。

控制單元操控每個模塊14的電壓控制電路在最大電壓、最小電壓和零之間進行模塊切換，以形成一個逐步逼近的交流信號。更平穩(wěn)的交流信號通過操控補償器單元20產(chǎn)生。當每個模塊14被供給最大、最小或零電壓，所述補償器電壓控制電路21進行操作使補償器單元20提供的電壓斜坡上升或降低。變化的斜率依據(jù)于所需交流信號的變化率?？赡苁峭ㄟ^脈沖寬度調制（PWM）使得補償器單元20提供的電壓斜坡上升或降低，如本申請人較早的專利申請中所述。

在每個模塊14被切換進或出串聯(lián)電路時，控制單元控制補償器單元20的操作。特別是，在每個模塊14從零切換到最大或最小電壓切換時，或相反的切換時，補償器單元20的補償器電壓控制電路21對補償器單元20提供的電壓做出相應的但是相反的改變。例如，如果控制單元將模塊14從零切換進入串聯(lián)連接，使得模塊14提供40V電壓，然后補償器單元20提供的電壓發(fā)生變化抵消-40V，使得串聯(lián)輸出保持相對恒定。然后補償器單元20逐步恢復到之前的水平。

圖2示出的實施例中，兩個模塊14通過開關切換設置于串聯(lián)連接中。最初，補償器單元20向系統(tǒng)提供的電壓“Vc”，Vc斜坡上升達到主電源信號的水平。在時間T1，第一模塊14被切換進入模塊的串聯(lián)連接，模塊向總電壓提供了電壓Vm1。同時，由補償器提供的電壓Vc降低，降低的數(shù)值與Vm1提供的電壓值相同。然后，補償器單元20提供的電壓持續(xù)斜坡上升，重新恢復到電源信號相匹配的數(shù)值。在時間T2，第二模塊14被切換進入串聯(lián)連接，補償器單元20再次使Vc提供的電壓降低相應的數(shù)值。

當主電源信號下降時，相反的過程發(fā)生。模塊14被切換出串聯(lián)連接，從而減少由模塊14提供的總電壓。補償器單元20增加電壓“Vc”電壓，使得提供的總電壓能夠滿足主電源信號的降低。

圖3為根據(jù)本發(fā)明一種補償器單元的電路的實施例。補償器單元20由控制單元控制并獲取階躍或壓擺的指令?？刂茊卧梢允茄a償器單元20的一部分?？刂茊卧_定串聯(lián)連接模塊切換的方式和時間，并根據(jù)電源波形確定以逐步方式切換的方向。補償器單元20獲得指令，因此校正了電源信號和所述串聯(lián)連接的模塊14之間的電壓差。也就是說，如果一個模塊14在一個規(guī)定的時間切換至正向，然后補償器會在同時被命令切換至相反的方向。如果電源電壓預計斜坡上升則補償器被命令斜坡上升。這樣做是為了保持模塊14的串聯(lián)連接的電壓加上補償器單元20的電壓與電源電壓相同。

對于入網(wǎng)，電源電壓直接通過串聯(lián)連接的模塊14與補償器單元20串聯(lián)連接。對于單機操作，需要電源電壓正弦波交流電。補償器單元20在串聯(lián)連接的模塊14開關切換所產(chǎn)生的階梯信號與所需的正弦波形之間設置有一個電壓差。

參見圖3，電解電容器C1組成補償器單元20的存儲裝置。開關裝置Q1和Q2控制存儲裝置被切換到電路中的水平。開關裝置Q7和Q8提供脈沖寬度調制（PWM）功能對系統(tǒng)10中模塊14的開關切換所提供的電壓執(zhí)行斜坡上升或降低。開關裝置Q3和Q4也提供脈沖寬度調制（PWM）用于控制在B點的電平，以通過該電壓的步進控制數(shù)值，同時開關裝置Q5和Q6提供步進函數(shù)來控制補償器單元20中的步進上升或降壓，以補償模塊14切換進或出串聯(lián)連接時電壓的變化。

參見圖3，正步意味著在C點電壓步進上升或在A點電壓步進降低或同時進行這兩項。對于負步，在C點的電壓步進降低或在A點電壓步進上升或兩者同時。電壓的測量與C1上的負極電壓有關。

補償器單元20由控制單元控制，提供多項功能。首先，補償器單元20補償階躍電壓隨模塊14的開關發(fā)生的變化。補償器單元20滿足電源電壓的形狀和串聯(lián)連接的模塊的波形形狀之間的差異。補償器單元20還在串聯(lián)電流在對存儲裝置18充電或放電時以及電源對模塊14中的存儲裝置18充電時，補償來自存儲裝置18的串聯(lián)連接電壓的變化。補償器單元20還立即糾正了階躍和本地調整串聯(lián)電壓引起的電流改變，控制通過系統(tǒng)10的電流。

其中的一些功能是主動的，在這些功能中，控制單元確定模塊14切換的時間點，隨著時間的推移電容器的電壓下降，同時在充電和電流通過系統(tǒng)10時，與模塊14相關的斜坡變化改變了模塊14中存儲裝置18的電荷存儲。每時每刻，補償電壓被主動調整，按著與模塊14的串聯(lián)連接的總和改變的相反的方向。

遵循電源信號的斜坡變化功能為單機操作，或者在繼電器關閉電源信號連接之前啟動。

補償器單元20最初為外部供電，但是一旦電流流入系統(tǒng)就會被切換入電路的正向或反向成為回路電源。在單機操作中，需要保持回路供電。足以對補償器進行回路供電的電流由主電源的額定電容器C5和C6提供，C5和C6由跨越該串聯(lián)連接提供。無負載條件下，控制單元對模塊進行排列以向提供的相位電壓外的補償器供電，使補償器由在額定電容器電源的無功電流充電。

其它功能是反應性的。補償器單元20監(jiān)測L1兩端不斷產(chǎn)生的電壓，一旦發(fā)生開關切換并驅動C（通過調節(jié)Q7 / Q8的脈沖寬度調制（PWM））上的電壓，便立即快速糾正開關切換引起的誤差（例如，存在于開關切換的模塊和電容器之間的時間和階躍的大小的不同能夠引發(fā)這些誤差）。此外，補償器單元20利用電阻或電磁電流傳感器（未示出）監(jiān)測通過系統(tǒng)的電流，以及C上電壓的增加或減少（通過調節(jié)Q7 / Q8的脈沖寬度調制（PWM））以改變通過系統(tǒng)的電流。

補償器單元20可提供的階躍大小可以從零到兩倍于C1上電壓之間變化。它可以從幾乎C1上的負電壓到近C1上的正電壓轉變。在端點，壓擺率由達到0或100％的脈沖寬度調制（PWM）限制。補償器可以在接近+/- 200％脈沖寬度調制（PWM）范圍完全轉變。當A點電壓處于高值（Q1打開），階躍回退至0%使A點電壓設置為低值（Q1關閉，Q2打開），進一步的斜坡上升至100%，此時，通過0到100％的斜坡變化，補償器轉換至200%。階躍下降至0％的步驟必須先作好準備，然后執(zhí)行階躍下降完成。Q5、Q6結點上的電壓是控制器。為了做好準備，當A位于高值并且在脈沖寬度調制（PWM）達到100％之前，階躍電壓B斜坡改變至Q5結點的電壓，Q5和Q6打開使C4鎖定至B。當脈沖寬度調制（PWM）達到100％時，脈沖寬度調制（PWM）階躍為0％，C4左側的電壓通過關閉Q5打開Q6階躍降低?；剞D下降至200％時，發(fā)生反轉。

當所述補償器單元20校正的階躍改變時，補償器單元20的電感器L1抗拒電流的改變。 R 1被選作相當于一個典型特性的串聯(lián)連接系統(tǒng)的阻抗，以便它最佳地吸收電壓瞬時變化所生成的能量。當電池板發(fā)生開關切換時，通過精確控制開關切換的時間，補償器單元20主動阻止電流的改變。切換前后100ns，60V的階躍和L1 =10uH引起大約+/-600毫安對電流瞬時變化的調整。

補償器單元20相應以三種方式校正了電流變化引起的階躍電壓。首先，在開關切換并且啟動C快速校正產(chǎn)生的切換誤差之前或者之后，補償器單元20監(jiān)測的電壓C和D。重要的是，對開關切換誤差的校正包括需要主動地瞬時地驅動進一步的電壓來消除電壓C和D之間的電壓差。瞬間地驅動進一步電壓協(xié)助開關切換誤差帶來的效果的糾正。其次，補償器單元20監(jiān)測電流的變化，并通過調整C的電壓以抵消電流變化，從而迅速響應不能預測的電流變化。第三，補償器單元20記錄之前發(fā)生的電流變化并且調整后續(xù)的開關切換時間（相對于切換器），使電流導致的階躍變化最小化。

電容器C5抵抗瞬時電壓變化并在誤差產(chǎn)生效果之前使補償器單元20能夠校正開關切換的誤差，通過共模扼流圈T1連通到主電源。共模扼流圈T1設置于電路中，用于防止進入主電源時不可接受的共模切換階躍脈沖。共模扼流圈T1和電容器C5和C6的協(xié)助防止進入電源不可接受的差分電壓。

當控制B的電壓以設置階躍電壓時，需要考慮很多因素。通過禁用閑時Q3和Q4的低場效應晶體管（FET），提高效率。此外，通過移除不必要的脈沖寬度調制（PWM)循環(huán)，使最初和最后的電壓脈沖效率提高。

此外，斜坡必須在特定時段相對快速的建立，例如在高電源壓擺率，階躍電壓必須快速準備好用于后續(xù)的步驟?？焖俎D換實現(xiàn)了通過從一個電壓移動到接下來一個滿足升余弦曲線（升余弦由FFT窗口獲知）的電壓從而避免振蕩。一個升余弦的優(yōu)選方案是，最初通過引入電壓脈沖到電感器啟動電流，脈沖期的總時間通常超過脈沖寬度調制（PWM）期的時間。脈沖期的計算是從使用電壓和C2、C3和L2的值所需的壓擺率來計算的。初始脈沖后，脈沖寬度調制（PWM）的斜坡幾乎呈線性，以和壓擺率及最終相反的脈沖相匹阻止電流。相反脈沖在此之前略微失效，以確保在最短的時間內轉換停止，且不會逆轉。控制單元在轉換完成后讀取電壓，并且可以進行后續(xù)的較小的階躍使B上的電壓更準確或更適于接下來的步驟。此外，Q5打開，B的轉換涉及的電壓作用于C上的電壓。補償器通過較低的壓擺率和/或通過Q7和Q8上脈沖寬度調制（PWM）的校正減少這一作用。

當補償器單元20經(jīng)過開關切換正向切入串聯(lián)（帶有電流）時，補償器的存儲裝置C1進行放電；當補償器單元20反向切入串聯(lián)（逆電流）時，進行充電。

控制單元控制每個模塊14的電壓控制電路，得該系統(tǒng)的串聯(lián)電流維持補償器單元20的存儲裝置18中的電荷?？刂茊卧ǔＪ寡a償器單元20反向切換入串聯(lián)，并較長的保持在串聯(lián)中以增加其電荷，反之亦然，以減少其電荷的水平?？刂茊卧倏馗S主電源信號引起模塊開關切換的交流目標電壓，增加補償器反向切換的平均時間，控制單元增加所述交流目標電壓。

控制單元控制所述系統(tǒng)使得補償器單元20的存儲裝置18保持凈空水平。凈空水平包括在最大電壓之上的電壓水平，在最大電壓之上的電壓水平時模塊14可以切換到系統(tǒng)中。設置凈空水平用于允許主電源的尖峰或浪涌，使得這些增長可以由補償器單元20補償。當補償器消耗完余量時，控制單元可以選擇交換到一個更高的電壓模塊，而不是增加一個模塊。要交換面板，補償器首先配置一個小的階躍（階躍的大小是兩個電池板之間的電壓差），然后兩個模塊作為補償器同時交換完成這個小的階躍。

補償器單元20實現(xiàn)了Q7和Q8關閉時脈沖寬度調制（PWM）穿過其在0%到100%的中點的完全轉換，其中在0%時Q2開，在100%時Q1開，利用了Q5到Q6同時發(fā)生的全正向階躍。為了實現(xiàn)100％的完全轉換，階躍的大小必須設定為100％。當階躍大小小于100％，例如，當補償器單元20補償一個模塊14的開關切換時，則控制單元確定的補償器單元20的階躍不能落在其中點或其中電周圍。這是必需的原因在于，從需要階躍電壓到模塊進行切換至100%，重新配置階躍電壓的時間有限，反之亦然。

圖6示出一個替代實施例，補償器單元20克服了中點切換的限制。在本實施例中，不存在左側的開關切換，取而代之的是使用更高的總電壓，并且A點常用點C1a、C1b。排列中含有增加到Q5和Q6的轉換控制。為了提高本實施例中的EMC，Q5、Q6的轉換斜坡的產(chǎn)生與模塊14的斜坡大致相等且相反。一個單獨的開關穩(wěn)壓器（未示出）可以用來移動C1a和C1 b間的電荷。在本實施例中，C1a和C1b間電荷的移動是通過重新使用開關穩(wěn)壓器Q3、Q4、L2的開關切換完成的。開關穩(wěn)壓器與A連接的重新啟用是通過Q9a、Q9b的開關切換完成的。當階躍電壓B不再用于階躍，B上的電壓設定為與A上的電壓相匹配。然后Q9a和Q9b切換至開，使電流通過，電荷在C1a和C1b間移動。當C與A的電壓不同時，控制器使電路中的補償器單元20切換至獲取電能的狀態(tài)，C1a和C1b的總電荷增加。控制單元通過將補償器單元20保持在帶有平均電壓偏移的電路中使其充電，同時通過所述激活Q9a、Q9b的過程移動C1a和C1b間的電荷。

圖6中帶有C20的Q20到Q23示出了可逆的階梯信號發(fā)生器，可以在補償器單元20的任何實施例的串聯(lián)中使用，以減少所需轉化并將開關切換的電壓減半?？赡骐A梯信號發(fā)生器由Q21、Q23打開而被旁路繞過。在使用時，可逆的階梯信號發(fā)生器使補償器單元20生成的階躍加倍，但是通過減少補償器單元20的工作電壓，使效率顯著提高了一半多一些?？刂茊卧刂艭20的電壓。通過反向切入電路使電壓增加，通過切入至其他方式使電壓下降?？刂茊卧獮镃20充電使其電壓達到模塊14最大階躍電壓的約25％。為了在補償一個高壓模塊開關切換時執(zhí)行一個大的階躍，控制單元引起C20極化，C20通過在補償器單元20交換Q5、Q6產(chǎn)生階躍的同時，交換周圍的Q20-Q23使C20被交換。為了準備下一個較大的階躍，補償器單元20斜坡變化并且產(chǎn)生一個階躍，階躍的大小與可逆的階梯信號發(fā)生器反轉其最后一個階躍時，階梯信號發(fā)生器在斜坡相反的方向的階躍相同。然后補償器單元20繼續(xù)斜坡變化。

圖7示出了補償器單元20另一可選排列，提供了兩種方法用于克服圖3的中點壓擺限制。第一種可選排列添加了Q10a、Q10b，以提供用于控制單元的替代階躍選項。為了避免階躍至0％（或100％）的脈沖寬度調制（PWM），控制單元使補償器單元20通過切換到C1a、C1b的中點產(chǎn)生部分階躍，當設定一個隨后的階躍時，進一步轉換，然后階躍其余部分，通常是在相同的方向。用于改進EMC的中間階躍越小，補償器單元的電壓模塊14匹配的越準確。Q9作為替代或除了使用Q10a、Q10b之外添加的一個組成。補償器單元20調節(jié)B點上的電壓，以優(yōu)化在將B與Q9、Q6結點電壓匹配的第一斜坡改變后所需的階躍，使得Q5a和Q5b打開將C4連接到B。當?shù)竭_產(chǎn)生階躍的時間，控制單元通過打開Q9選擇正向步進，或通過Q6選擇負向步進。通過這種排列，補償器單元20通過選擇隨后的100％階躍能夠立即執(zhí)行正或負方向斜坡的中點階躍。100％階躍是通過Q9和Q6之間步進完成的，同時Q1和Q2在同一時間進行交換。

圖8a示出了一個補償器單元由一個可調電壓可逆階梯信號發(fā)生器形成。 Q34、Q35與L30和C30形成一個開關穩(wěn)壓器。開關穩(wěn)壓器控制Q30和Q32的漏電壓并且可以從0％斜坡變化到100％，或反之亦然。階躍和電荷控制操作類似于圖6的可逆階梯信號發(fā)生器。所述補償器單元的排列具有相同的變換和步進的功能，但很容易以較低的成本制造，并且比圖3至圖7的補償器單元更高效。

通過舉例的方式對操作進行說明。最初考慮以Q31、Q32打開及開關穩(wěn)壓器Q34、Q35設定為P％為開始。 C上的電壓比A上C31xP％/ 100的電壓高。如果有必要在相反的方向變換將p％通過0％下降到q％，則涉及到Q34、Q35斜坡下降到0％，交換Q31、Q32到Q30、Q33，然后再次斜坡回升到q％。當達到q%，Q30、Q33被交換回Q31、Q32，階躍產(chǎn)生。當階躍產(chǎn)生后，一個完整的周期已經(jīng)完成。在操作中，控制單元選擇q%，因此A2上的電壓是一個將被切換且斜率與波形相匹配的模塊電壓的一半。

在本實施例中，電流在從A到C流過系統(tǒng)，也流過電感器L30，并且當Q30、Q33被交換到Q31、Q32時反流。電流的逆轉可以造成不可接受的電壓脈沖到C30和電壓A2的振蕩。圖8b示出了克服這種問題的排列。

圖8b示出一個可調電壓可逆階梯信號發(fā)生器形成的一個補償器單元20。Q34至Q39作為雙極開關并且控制單元在Q30交換至Q33的同時交換電感器電極。這防止了C30上的電壓脈沖和與其有關的振蕩。圖8b的電路由外部電源供電，當使用一個補償器單元20時，其對稱開關的特性阻止其成為環(huán)路電壓。

圖8b所示類型為兩個串聯(lián)連接的補償器單元20，適合于1000Vac太陽能電池串的高dV / dt。由于具有兩個單元，當交流電壓變換通過0V時，高dV / dt由兩個補償器單元同時分擔壓擺。在操作中二者彼此緊密聯(lián)系并各控制一半的太陽能電池串。在高壓擺率過程中，每個補償器單元與其控制模塊的太陽能電池串相配合創(chuàng)建各自部分的電源AC波形。這兩個補償器單元通力合作形成小的階躍，用以糾正雙電池板的交換，其中一個斜坡上升而另一個斜坡下降以便準備形成小的階躍。兩個補償器單元通過在串聯(lián)中充電和放電的交換輪流調整功率水平。補償器單元20共同工作調整其功率水平。當dV / dt朝向波形的頂部和底部降低時，兩個補償器單元對其功率水平進行控制。

所述系統(tǒng)相比于使用中的每個模塊14的開關式穩(wěn)壓器而言復雜??度降低。然而，由于模塊14的階躍切換，可能使EMC降低。

為了防止開關切換引起的EMC降低，每個模塊14設置有一個壓擺率控制電路。當模塊14的輸出在最大和最小供給電壓之間變化時，壓擺率控制電路用于變換模塊14的輸出。

當存儲裝置18切換進入或切換出模塊14的串聯(lián)連接導致電壓的增加和減少時，壓擺率控制電路用于提供轉換。較差的EMC與較快的開關切換相關，能量的損失與較慢的開關切換相關，壓擺率在二者之間優(yōu)化選擇。壓擺率控制電路使由模塊14提供的電壓在100ns到10μs的時間內在最大值和最小值之間變化。優(yōu)選為約1μs。

圖4示出了一個電路的例子，其中一個模塊14包括壓擺率控制電路40。壓擺率控制電路40通過向壓擺率限制電容C1提供電流產(chǎn)生轉換。電流是可控的，并被引導至電容器通過開關Q1充電或放電，通過電流鏡Q2充電電流反射促使形成高通轉換，壓擺電流通過Q3緩沖快速啟動場效應管Q4的高電容。在轉換過程中足夠長的時間使場效應晶體管（FET）Q4充分開啟（或關閉）時，一個本地控制器在強電流下持續(xù)驅動電容器的轉換。各場效應晶體管（FET）Q4完全接通（或關閉）后，本地控制器脈沖轉換電路，以保持電容器C1充電或放電，但足夠低的脈沖寬度調制（PWM）顯著減少了加熱，提高了效率。

參照圖4a，高場效應晶體管（FET）的向下轉換是通過保持一個正向的“Hi轉換下降”以及隨后的“Lo轉換下降”的正向脈沖完成的。上升轉換是相反的，并由保持一個正向“Lo轉換上升”及其隨后的“Hi轉換上升”的正向脈沖完成的。

壓擺電流被調節(jié)以改變壓擺率，并且可以在轉變期間調整，以通過迂回轉換形成轉換進一步改善EMC。壓擺電流及壓擺率在各階梯之間抖動，因此高頻EMC跨多個頻率傳播。另外，控制單元可避免模塊在特定時期的開關切換，以改善低頻的EMC。

為了進一步改善EMC，每個模塊14包括一個串聯(lián)電感器和并聯(lián)電阻器以減少模塊14切換期間可能產(chǎn)生的信號振鈴。進一步的串聯(lián)電感器和并聯(lián)電阻器設置在串聯(lián)連接模塊一端或兩端部，以進一步改善EMC。在串聯(lián)連接模塊14端部的串聯(lián)電感器和并連電阻器具有的電感值和電阻值是模塊內設置的電感器和電阻器的電感值和電阻值的至少三倍。

在一個實施例中，例如，每個模塊14串聯(lián)電感器和并聯(lián)電阻器的值為470nH 和18Ω，在串聯(lián)連接模塊14端部的串聯(lián)電感器和并聯(lián)電阻器的值為10μΗ和100Ω，并且與補償器結合為L1和R1以及在連接器的一端結合（未示出）。

本系統(tǒng)10進一步需要解決的問題涉及電源電壓浪涌或尖峰，可以在系統(tǒng)內產(chǎn)生強電流。參照圖5，系統(tǒng)10包括至少一個耗散電路30，可以在串聯(lián)模塊中操控電流流動。耗散電路30包括一個耗散設備，所述耗散設備與一個或多個電子開關并聯(lián)。在示出的實施方案中，電子開關包括與通用電源背對背設置的場效應晶體管（FET）32，耗散裝置包括一個金屬氧化物變阻器（MOV）34。當系統(tǒng)10內的傳感器檢測到的過載電壓或過載電流，耗散電路30抵制電壓浪涌而起到保護作用。開關與主電源串聯(lián)，并且通過將電壓B設定為A至0V切換至關的狀態(tài)，以保護系統(tǒng)免受損壞。

當系統(tǒng)檢測到一個浪涌或尖峰，電子開關32被打開，使得電流流過金屬氧化物變阻器（MOV）34。金屬氧化物變阻器（MOV） 34被選擇，使得整個金屬氧化物變阻器（MOV） 34上全電流的電壓降小于開關32額定的最大電壓。開關32由此受到金屬氧化物變阻器（MOV） 34的保護免受損壞，金屬氧化物變阻器（MOV） 34在浪涌或尖峰期間消耗能量。

這種類型的耗散電路可以作為每個模塊14中電路保護的一部分，其中所述保護電路還包括系統(tǒng)中的保護裝置的其他方式。所述保護電路還包括用于激活壓擺率控制電路40以關閉場效應管35的方法。場效應管35被迅速地關閉（在最大轉換），從而使電源電涌或尖峰引起的串聯(lián)電流由存儲裝置18吸收。本地控制器監(jiān)測存儲裝置18上的電壓，并防止模塊免于過量電壓的損傷，模塊通過切換下部裝置35至0V，在過電壓損害發(fā)生之前激活旁路模式，旁路模式繼續(xù)進行直到本地控制器能確定電流回落到不會引起損壞的水平或直到完成主電源循環(huán)。通過這種方式，較少的充電模塊持續(xù)吸收能量，大體足夠的模塊保留在旁路模式外，以抵御浪涌電壓。在補償器的保護裝置30和補償器的電源軌之間加入二極管37以保護相關的開關電路。

模塊14包括一個電流傳感器用于保護電路的控制操作。傳感器進行多個等級檢測，同時根據(jù)檢測到的等級決定即時或推遲激活保護電路。每個模塊14的傳感器檢測第一級，在所述第一級保護電路在檢測到第一級之后在預定延遲的時間激活。傳感器也可用于檢測第二級，第二級比第一級更強，在所述第二級保護電路無推遲地立即激活。

這種排列確保當一個模塊上的保護電路被第一級過載電流激活但是時間允許時，確保其它每個模塊14的過載電流傳感器也檢測到過載電流并激活其保護電路。然而，如果過載電流超過第二級過載電流水平，或接近損壞模塊14部件的水平時，保護電路被立即激活。根據(jù)過載電流的水平對時間進行調整，既滿足足夠長的時間使所有模塊檢測過載電流，又確保時間足夠短能夠保護電路免受損壞。因此過載電流的能量可以被吸收和/或耗散均勻通過系統(tǒng)10。激活第二級過載電流感應產(chǎn)生的保護電路優(yōu)選在硬件模塊14內進行，而不是本地控制器或控制單元的控制之下。

對本領域技術人員對前面所述實施例進行各種修改和改進顯而易見的，除了已經(jīng)描述的實施例，不脫離本發(fā)明的其他實施例均屬于基本發(fā)明的發(fā)明構思。