升壓變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于把輸入直流電壓（USG）升壓到輸出直流電壓（UDC）的升壓變換器（4），包括：電壓輸入端，其具有正和負(fù)輸入節(jié)點(diǎn)（12，16）以施加輸入直流電壓（USG）；電壓輸出端，其具有正和負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)（22，26）以提供輸出直流電壓；第一和第二輸出電容器裝置（27，29），其在電壓輸出端處串聯(lián)在正和負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)（22，26）之間并通過輸出中間節(jié)點(diǎn)（24）相互連接；以及連接在正輸入節(jié)點(diǎn)（12）與正輸出節(jié)點(diǎn)（22）之間的第一電抗器（LP）；連接在第一電抗器（LP）與輸出中間節(jié)點(diǎn)（24）之間的第一開關(guān)裝置（SP），其準(zhǔn)備用于脈沖觸發(fā)地開關(guān)以與第一電抗器（LP）相連接地對(duì)輸入電壓（USG）進(jìn)行升壓；連接在負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)（26）與負(fù)輸入節(jié)點(diǎn)（16）之間的第二電抗器（LN）；連接在輸出中間節(jié)點(diǎn)（24）與第二電抗器（LN）之間的第二開關(guān)裝置（SN），其用于脈沖觸發(fā)地開關(guān)以與第二電抗器（LN）相連接地對(duì)輸入電壓（USG）進(jìn)行升壓；以及在電壓輸入端處連接在正和負(fù)輸入電壓節(jié)點(diǎn)（12，16）之間的總輸入電容器裝置（18），其用于接收和平滑輸入電壓（USG），其中第一和第二電抗器（LP,LN）相互電感耦合。
【專利說明】升壓變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于把輸入直流電壓升壓到輸出直流電壓的升壓變換器。另外本發(fā)明還涉及具有升壓變換器的逆變器裝置以及具有升壓變換器的太陽(yáng)能裝置。另外本發(fā)明還涉及用于運(yùn)行升壓變換器的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]升壓變換器是一般已知的，其用于把具有第一電壓幅度的直流電壓升壓到具有第二電壓幅度的直流電壓，使得該第二電壓幅度大于該第一電壓幅度。這尤其對(duì)于與太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)和逆變器相關(guān)聯(lián)的應(yīng)用已知，所述逆變器用于把由太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能饋入到交流電壓電網(wǎng)中。該太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)、也即至少一個(gè)、通常四個(gè)光伏電池的裝置生成直流電壓并提供該直流電壓。其電壓幅度尤其可以根據(jù)溫度而波動(dòng)。逆變器由直流電壓、也即中間回路電壓例如借助脈寬調(diào)制方法生成交流電流以饋入到交流電流網(wǎng)中。為此需要與該交流電流網(wǎng)中的電壓相對(duì)應(yīng)的電壓幅度，并且該中間回路電壓為此必須具有相應(yīng)較高的電壓。這通過升壓變換器來實(shí)現(xiàn)，該升壓變換器把太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)所提供的電壓升壓到中間回路電壓。
[0003]簡(jiǎn)單地說，升壓變換器如此起作用，使得通過開關(guān)的閉合生成電流，該電流從該升壓變換器的輸入側(cè)、也即在前述太陽(yáng)能應(yīng)用中從太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)流過電感(其在該上下文中通常稱作“電抗器”)以及流過該開關(guān)。如果開關(guān)斷開，那么該電感首先嘗試?yán)^續(xù)驅(qū)動(dòng)該電流，并且該升壓變換器在此如此構(gòu)建，使得該電流被傳導(dǎo)至輸出電壓側(cè)并在那里對(duì)電容器、也即中間回路電容器或中間回路電容充電。該電感從而是該升壓變換器的一個(gè)重要構(gòu)件，并且該電感必須針對(duì)令人滿意的功能而具有一定大小，以能夠?qū)⑺鲭娏黩?qū)動(dòng)一定時(shí)長(zhǎng)。該電抗器在此常常是該升壓變換器的最貴的器件，為此通常也占據(jù)顯著的構(gòu)造空間，并且為此該電抗器通常是最重的器件。
[0004]從德國(guó)公開文件DE 10 2004 037 446 Al中已知具有升壓變換器的逆變器，其規(guī)定把電抗器分為兩個(gè)較小的單個(gè)電抗器。
[0005]另一種有些不同的升壓變換器類型可從Zhang等人的“Single-PhaseThree-Level Boost Power Factor Correction Converter，，(Applied Power ElectronicsConference and Exposition, 1995(APEC'95),會(huì)刊 1995,第 10 屆年會(huì))中獲悉。在那里圖1示出了僅使用一個(gè)電抗器的實(shí)施方式。那里所示的升壓變換器具有分開的中間回路電容器，其具有第一和第二串聯(lián)的中間回路電容器。在此設(shè)置有兩個(gè)開關(guān)，利用所述開關(guān)可以基本上單個(gè)地控制該第一和第二中間回路電容器，并從而可以對(duì)其電壓彼此分開地升壓。
[0006]日本公開文件JP 09140157 A示出了一種完全類似的電路。從歐洲公開文件EP 2244 367 Al中已知一種升壓變換器，其具有分開的中間回路和多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)以及多個(gè)電抗器。美國(guó)專利US 7，839，665 B2同樣描述了具有升壓變換器和逆變器的系統(tǒng)，其中該文件特別涉及過壓保護(hù)和欠壓保護(hù)。
[0007]這種以及其他的升壓變換器大多仍然需要相對(duì)大的電感器件，并且也不適合或不是非常適合在單獨(dú)運(yùn)行中或者在電網(wǎng)中的不平衡負(fù)載情況下對(duì)后接的三點(diǎn)逆變器的中間回路進(jìn)行對(duì)稱。
[0008]作為現(xiàn)有技術(shù)，在這一點(diǎn)上一般參見文件US 2009/0085537 Al。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]從而本發(fā)明所基于的任務(wù)是處理前述問題中的至少一個(gè)。尤其應(yīng)該提供一種如下解決方案，其改善了對(duì)稱性能，尤其在成本方面減少了構(gòu)件使用，和/或改善了升壓變換器的質(zhì)量。至少應(yīng)該提出一種替換解決方案。
[0010]根據(jù)本發(fā)明提出一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的升壓變換器。該升壓變換器構(gòu)造用于把輸入直流電壓升壓到輸出直流電壓。該升壓變換器包括電壓輸入端，其具有正的和負(fù)的輸入節(jié)點(diǎn)，在其上施加有輸入電壓。另外設(shè)置有電壓輸出端，其具有正的和負(fù)的輸出節(jié)點(diǎn)。在這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間提供輸出電壓。相應(yīng)地，輸入電壓、也即輸入直流電壓在其電壓幅度上小于輸出電壓、也即輸出直流電壓。
[0011]在電壓輸出端處設(shè)置有輸出電容器裝置，其分為第一和第二輸出電容器裝置。該第一和第二輸出電容器裝置以串聯(lián)電路連接在正輸出節(jié)點(diǎn)與負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)之間，并具有輸出中間節(jié)點(diǎn)，這兩個(gè)輸出電容器裝置有效地連接在該輸出中間節(jié)點(diǎn)處。該第一輸出電容器裝置、也即尤其是第一電容器、尤其是第一中間回路電容器，連接在正輸出節(jié)點(diǎn)與輸出中間節(jié)點(diǎn)之間。在升壓變換器的運(yùn)行中第一輸出分壓落在該第一輸出電容器裝置上。相應(yīng)地，第二輸出電容器裝置、尤其是第二輸出電容器、尤其是第二中間回路電容器，連接在輸出中間節(jié)點(diǎn)與負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)之間，并且第二輸出分壓降落在其上。該第一和第二輸出分壓之和得出在正輸出節(jié)點(diǎn)和負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)之間的輸出電壓或輸出直流電壓。
[0012]在正輸入節(jié)點(diǎn)和負(fù)輸入節(jié)點(diǎn)之間的電壓輸入端處設(shè)置有總輸入電容器裝置。
[0013]為了運(yùn)行升壓變換器設(shè)置有第一電抗器連同第一開關(guān)裝置、尤其是開關(guān)、尤其是半導(dǎo)體開關(guān)。該第一電抗器設(shè)置在正輸入節(jié)點(diǎn)與正輸出節(jié)點(diǎn)之間，也即設(shè)置在正支路中，并且該第一電抗器另外通過第一開關(guān)裝置與輸出中間節(jié)點(diǎn)相連或連接。相應(yīng)地對(duì)于負(fù)支路，第二電抗器設(shè)置在負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)與負(fù)輸入節(jié)點(diǎn)之間，并通過也可以構(gòu)造為開關(guān)或半導(dǎo)體開關(guān)的第二開關(guān)裝置與輸出中間節(jié)點(diǎn)相連接。
[0014]所述的升壓變換器也可以稱為三點(diǎn)升壓變換器。該升壓變換器執(zhí)行從電壓輸入端到電壓輸出端的升壓，其中在該電壓輸出端處一也即在正和負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)處以及在輸出中間節(jié)點(diǎn)處一存在三個(gè)電壓電位，通過該升壓變換器可以有針對(duì)性地對(duì)所述電壓電勢(shì)施加影響。
[0015]提出第一和第二電抗器相互電感耦合。兩個(gè)電抗器的耦合優(yōu)選地通過使用共同的磁芯來進(jìn)行。現(xiàn)在可以借助第一和第二開關(guān)裝置或第一和第二開關(guān)的交替脈沖觸發(fā)在大于所設(shè)置的一半輸出電壓的高輸入電壓的情況下把輸入電壓升壓到輸出電壓。有利地致使在第一和第二電抗器充磁時(shí)存在該一半輸出電壓的反電壓，由此降低了電流波紋。另一優(yōu)點(diǎn)在于這兩個(gè)開關(guān)的交替脈沖觸發(fā)，也即所述開關(guān)的交替接通和斷開，由此在電抗器處可見的開關(guān)頻率被加倍。所述的這些效應(yīng)相對(duì)于可比較的傳統(tǒng)升壓變換器解決方案能夠共同用于顯著地、例如在50%或更多的范圍內(nèi)降低第一和第二電抗器的總電感，如從所述的文件DE 10 2004 037 446 Al 中已知的。[0016]在低輸入電壓情況下，也即當(dāng)輸入電壓小于所設(shè)置的一半輸出電壓時(shí)，可以如下地改變開關(guān)狀態(tài)，使得脈沖觸發(fā)、也即第一和第二開關(guān)裝置的開關(guān)進(jìn)行為使得這兩個(gè)開關(guān)裝置有時(shí)分別同時(shí)閉合。在高輸入電壓的情況下，脈沖觸發(fā)可以如此進(jìn)行，使得兩個(gè)開關(guān)裝置有時(shí)作為重疊地?cái)嚅_。原則上在這兩種情況下、也即在高輸入電壓和低輸入電壓情況下都得出了針對(duì)交替脈沖觸發(fā)所述的優(yōu)點(diǎn)。
[0017]優(yōu)選地總輸入電容器裝置分為第一和第二輸入電容器裝置，尤其是設(shè)置第一和第二輸入電容器來作為第一和第二輸入電容器裝置。這兩個(gè)輸入電容器裝置從而在電壓輸入端處串聯(lián)，并且具有輸入中間節(jié)點(diǎn)，這兩個(gè)輸入電容器裝置在該輸入中間節(jié)點(diǎn)處相連接。在下面也簡(jiǎn)化地、而這不應(yīng)理解為限制地對(duì)于第一和第二輸出電容器裝置使用名稱“第一或第二輸出電容器”，并對(duì)于第一和第二輸入電容器裝置使用概念“第一或第二輸入電容器”。
[0018]輸入中間節(jié)點(diǎn)和輸出中間節(jié)點(diǎn)在該實(shí)施方式中相互連接，并相應(yīng)地具有相同的電壓電位。通過輸入中間節(jié)點(diǎn)耦合到輸出中間節(jié)點(diǎn)并優(yōu)選地耦合到接地端子或PE端子，能夠明顯降低由運(yùn)行所導(dǎo)致的漏電流。在此方面，漏電流尤其是通過太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)對(duì)地的電容耦合而下降。
[0019]通過設(shè)置第一和第二輸入電容器裝置并從而具有與輸出中間節(jié)點(diǎn)相連接的輸入中間節(jié)點(diǎn)的該實(shí)施方式，可以把第一和第二電抗器的電感稱合的優(yōu)點(diǎn)與使用輸入電壓對(duì)地或?qū)敵鲋虚g節(jié)點(diǎn)的電容耦合的優(yōu)點(diǎn)相組合。通過電抗器的這種耦合，能夠把第一輸入電容器裝置的能量交換至第二輸出電容器裝置以及相反。在此通過輸入電壓或輸入電壓源對(duì)地或?qū)敵鲋虚g節(jié)點(diǎn)的電容耦合，還可以降低由運(yùn)行所導(dǎo)致的漏電流。
[0020]有利的是，輸出中間節(jié)點(diǎn)以及因此也可能輸入中間節(jié)點(diǎn)是接地的。由此得出尤其是輸入電壓對(duì)地的電容耦合。恰恰在使用太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)作為輸入電壓源的情況下，對(duì)地的這種耦合可以是重要的，其中所述太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)可通過電容效應(yīng)引起由原理所導(dǎo)致的高的漏電流。
[0021]優(yōu)選地，所述升壓變換器基本上具有對(duì)稱的構(gòu)造，只要第一和第二輸出電容器裝置和/或第一和第二電抗器和/或第一和第二輸入電容器裝置分別具有相同的大小。換句話說，輸出電容器可以分為兩個(gè)相同大小的電容器，尤其是分為第一和第二相同大小的、也即相同電容的所謂中間回路電容器。同樣的情況對(duì)于這兩個(gè)電抗器適用，所述電抗器可以具有相同的電感，并且同樣提出兩個(gè)輸入電容器具有相同的電容。
[0022]同樣提出一種用于由直流電壓來生成交流電流的逆變器裝置。該逆變器裝置具有根據(jù)上述實(shí)施方式之一所述的升壓變換器。該升壓變換器在此把輸入電壓升壓到輸出電壓。該逆變器設(shè)置用于由通過升壓變換器所升壓的輸出直流電壓尤其通過調(diào)制方法來生成交流電壓。因此，在該逆變器裝置的情況下升壓變換器的輸出直流電壓構(gòu)成了中間回路電壓，該中間回路電壓可以相應(yīng)地視為該逆變器的輸入電壓。
[0023]優(yōu)選地，輸出中間節(jié)點(diǎn)在此與逆變器中的零線相連，并且該逆變器從而生成了以該零線電位為基準(zhǔn)的交流電壓信號(hào)。從而該交流電壓也以輸出中間節(jié)點(diǎn)的電位為基準(zhǔn)，并從而可能以輸入中間節(jié)點(diǎn)的電位為基準(zhǔn)。
[0024]另外還提出一種太陽(yáng)能設(shè)備，該太陽(yáng)能設(shè)備具有太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)以由光、尤其由太陽(yáng)光生成電能。這種太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)設(shè)置用于提供直流電壓。另外還包括尤其是如上所述的逆變器裝置，該逆變器裝置由該太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)所提供的直流電壓生成交流電流。因此提出了一種在整體系統(tǒng)中尤其是利用了所述升壓變換器的優(yōu)點(diǎn)的太陽(yáng)能設(shè)備。
[0025]另外還提出一種用于運(yùn)行升壓變換器的方法。該方法——其就此而言也可以用于運(yùn)行如所述的逆變器裝置并相應(yīng)地用于運(yùn)行太陽(yáng)能設(shè)備——提出與輸入電壓相關(guān)地控制升壓變換器。
[0026]如果輸入直流電壓、也即尤其是由太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)所提供的直流電壓大于預(yù)定的極限電壓、也即尤其是大于一半所設(shè)置的輸出電壓，那么就提出對(duì)第一和第二開關(guān)裝置進(jìn)行交替脈沖觸發(fā)。由此基本上在第一或第二輸出電容器處的第一和第二輸出分壓被交替升壓。在第一和第二電抗器電感耦合的情況下，由此可以降低電流波紋并可以使有效開關(guān)頻率加倍。
[0027]但如果輸入電壓較小，則脈沖觸發(fā)可以如此進(jìn)行，使得第一和第二開關(guān)裝置有時(shí)同時(shí)閉合。
[0028]優(yōu)選地提出，如此控制升壓變換器，使得第一和第二電容器裝置持續(xù)地或周期地被不等地充電。根據(jù)該升壓變換器的上述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種控制是可行的，因?yàn)榈谝缓偷诙娙萜餮b置、也即尤其是第一和第二中間回路電容器可以相互獨(dú)立地被控制。不等地充電在此尤其可以理解為如下的情況，即通過該升壓變換器在第一和第二電容器裝置處調(diào)整不同的電壓。
[0029]由于這兩個(gè)電容器裝置、也即尤其是這兩個(gè)中間回路電容器具有不同的電壓幅度，所以可以考慮應(yīng)該借助逆變器向其中饋電的交流電壓電網(wǎng)中的不平衡負(fù)載狀況。尤其是當(dāng)該升壓變換器與逆變器一起在孤立電網(wǎng)處被運(yùn)行時(shí)，在該孤立電網(wǎng)處不對(duì)稱的負(fù)載或不對(duì)稱的耗電器可導(dǎo)致電網(wǎng)中的這種不對(duì)稱、也即不平衡負(fù)載。通過所提出的對(duì)升壓變換器的輸出電容器裝置的不等充電可以在必要時(shí)反作用于這種不平衡負(fù)載并且可能地實(shí)現(xiàn)對(duì)稱或者至少致力于此。電網(wǎng)中的不平衡負(fù)載常常還導(dǎo)致逆變器的中間回路的不對(duì)稱負(fù)載，這種不對(duì)稱負(fù)載可以通過所提出的解決方案被反作用。
[0030]優(yōu)選地如此控制所述升壓變換器，使得第一和第二輸出分壓彼此相反地波動(dòng)，以跟蹤其要生成的交流電壓的幅度。優(yōu)選地，所述輸出分壓在此如此波動(dòng)，使得它們的和大致保持恒定。換句話說，在正輸入節(jié)點(diǎn)和負(fù)輸入節(jié)點(diǎn)之間的電壓大致保持恒定，但該電壓在輸出中間節(jié)點(diǎn)上的基準(zhǔn)發(fā)生變化或波動(dòng)。
[0031]由此可以實(shí)現(xiàn)，在具有逆變器以向交流電壓電網(wǎng)饋電的使用中，與要生成的電壓幅度或要生成的大致正弦形電流的電流幅度相比在相應(yīng)的中間回路電容器處分別施加略高的電壓，也即在第一輸出電容器裝置、也即用于正半波波峰區(qū)域的第一中間回路電容器處施加尤其是高的電壓，并相應(yīng)地在第二輸出電容器裝置、也即用于負(fù)半波波峰區(qū)域的第二中間回路電容器處施加高的電壓。由此可以給逆變器在其中間回路處提供一定的電壓儲(chǔ)備，或者必要時(shí)可以持續(xù)降低該中間回路處的總電壓。后一種情況在必要時(shí)也可以影響升壓變換器和/或逆變器的器件尺寸。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]下面借助實(shí)施例示例地參照附圖來詳細(xì)解釋本發(fā)明。
[0033]圖1示意性示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的太陽(yáng)能裝置，其具有太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)、升壓變換器和逆變器。[0034]圖2示出了根據(jù)另一實(shí)施方式的太陽(yáng)能裝置，其具有發(fā)電機(jī)、升壓變換器和逆變器。
[0035]圖3示出了根據(jù)另一實(shí)施方式的太陽(yáng)能裝置，其具有太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)、升壓變換器和逆變器。
[0036]圖4示出了根據(jù)另一實(shí)施方式的太陽(yáng)能裝置，其具有太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)、升壓變換器和逆變器。
[0037]下文中對(duì)于類似的、但不相同的元件也可能使用相同的附圖標(biāo)記，以表明其功能的相似性。
【具體實(shí)施方式】
[0038]圖1示出了太陽(yáng)能裝置I，其具有太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2、升壓變換器4和逆變器6。該逆變器饋電到電網(wǎng)8中。
[0039]圖1以及另外還有圖2在此示出了到電網(wǎng)8的單相饋電。同樣也考慮三相饋電。由此對(duì)于升壓變換器4以及在本申請(qǐng)中所述的其他升壓變換器的基本構(gòu)造原則上沒有改變。
[0040]所述的升壓變換器4在此結(jié)合太陽(yáng)能裝置I來描述，但也可以在其他的應(yīng)用中采用。按照?qǐng)D1，太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2提供太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)電壓Use，該太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)電壓作為輸入電壓或作為輸入直流電壓施加在正輸入節(jié)點(diǎn)12與負(fù)輸入節(jié)點(diǎn)16之間。在此該輸入電壓施加在整個(gè)輸入電容器裝置18上。由此升壓變換器4生成輸出電壓，也即中間回路電壓Udc，該中間回路電壓施加在正輸出節(jié)點(diǎn)22與負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)26之間。為了說明，出于簡(jiǎn)化目的在圖1中假定在正輸出節(jié)點(diǎn)處施加1/2Udc的電壓電位，并相應(yīng)地在負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)26處施加_1/2Udc的電壓電位。這是對(duì)稱的情況或平衡的情況。但是如上所述，可以根據(jù)一種有利的控制規(guī)定在此設(shè)置不同的電壓。在第一輸出電容器裝置27、也即第一中間回路電容器上施加第一輸出分壓U1，并在第二輸出電容器裝置29、也即第二中間回路電容器上施加第二輸出分壓U2。該第一和第二中間回路電容器27、29通過輸出中間節(jié)點(diǎn)24相互連接。
[0041]正輸出節(jié)點(diǎn)22和負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)26以及輸出中間節(jié)點(diǎn)24可以看做該升壓變換器4的輸出端子，并且按照?qǐng)D1的圖示在右邊示出的其他元件是逆變器6的一部分，并且因此在此不需進(jìn)一步解釋。原則上，該直流電壓中間回路——也即正輸出節(jié)點(diǎn)22、負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)26和輸出中間節(jié)點(diǎn)24連同在其間所設(shè)置的中間回路電容器27和29——也可以被看作逆變器6的一部分。優(yōu)選地，該逆變器6和該升壓變換器4組合在一個(gè)電路中，使得對(duì)所述的元件不再進(jìn)行具體的分配。
[0042]該升壓變換器4現(xiàn)在具有第一或正電抗器LP，該第一或正電抗器設(shè)置在正輸入節(jié)點(diǎn)12與正輸出節(jié)點(diǎn)22之間。另外在正支路中還設(shè)置有第一二極管D1。在該第一電抗器Lp與該第一二極管Dl之間連接開關(guān)裝置SP，該開關(guān)裝置另外還與輸出中間節(jié)點(diǎn)24相連接。該第一開關(guān)裝置或正開關(guān)裝置Sp具有帶并聯(lián)二極管的開關(guān)。
[0043]在負(fù)支路中相應(yīng)地設(shè)置第二或負(fù)電抗器Ln，并通過第二二極管D2連接在負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)26與負(fù)輸入節(jié)點(diǎn)16之間。另外，所述第二電抗器還通過第二或負(fù)開關(guān)裝置Sn與輸出中間節(jié)點(diǎn)24相連接，該第二或負(fù)開關(guān)裝置由開關(guān)和并聯(lián)二極管來構(gòu)建。該輸出中間節(jié)點(diǎn)24另外還連接到地或PE。[0044]第一和第二電抗器或正電抗器Lp和負(fù)電抗器Ln相互電感耦合，這在圖1中通過耦合30來表不。
[0045]所示的升壓變換器4構(gòu)成了具有兩個(gè)前接電抗器LP、LN的三點(diǎn)升壓變換器，這兩個(gè)電抗器在一個(gè)磁芯上耦合，這用耦合30來表示。在此處應(yīng)一般性說明的是，在該申請(qǐng)中所述的升壓變換器原則上也可以稱作三點(diǎn)升壓變換器。所述升壓變換器執(zhí)行從電壓輸入到電壓輸出的升壓，其中在電壓輸出處、也即在正和負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)以及在輸出中間節(jié)點(diǎn)處存在三個(gè)電壓電位，通過升壓變換器可以達(dá)到這三個(gè)電壓電位。
[0046]另外關(guān)于圖1特別要說明的是，所示的電路向著電網(wǎng)側(cè)、也即朝向電網(wǎng)8通過三點(diǎn)逆變器6與該電網(wǎng)8相耦合。該三點(diǎn)逆變器也可以實(shí)施為兩相或三相的。
[0047]借助開關(guān)裝置Sp和Sn的交替脈沖觸發(fā)，在相應(yīng)高的輸入電壓情況下下，也即當(dāng)太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)電壓Usg大于Udc/2時(shí)，可以把該太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)電壓Usg升壓到中間回路電壓UDC。在此有利地致使在電抗器Ln和Lp充磁時(shí)存在Udc/2的反電壓，并從而降低電流波紋。另一優(yōu)點(diǎn)在于開關(guān)S1^P Sp的交替脈沖觸發(fā)，由此在所述電抗器處可見的開關(guān)頻率被加倍。也就是在電抗器Lp和LN&，不僅分別直接的電路變得可見，而且在分別其他的、通過電感耦合發(fā)揮作用的電抗器處的電路也變得可見。相對(duì)于可比較的穿通升壓變換器解決方案，所述的兩種效應(yīng)可以用于明顯降低電抗器Lp和Ln的總電感。有時(shí)所述降低可以為至少50%。
[0048]在低輸入電壓情況下，也即當(dāng)太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)電壓Use小于Urc/2時(shí)，如下地改變開關(guān)狀態(tài)，使得兩個(gè)開關(guān)裝置SP、SN有時(shí)被同時(shí)閉合。也即在該第一開關(guān)裝置Sp還閉合時(shí)，該第二開關(guān)裝置Sn就閉合，并且反之亦然。這基本上針對(duì)每個(gè)開關(guān)周期都適用。在高輸入電壓的情況下，兩個(gè)開關(guān)裝置SP、SN可以有時(shí)同時(shí)斷開。也即當(dāng)該第一開關(guān)裝置Sp已經(jīng)斷開時(shí)，該第二開關(guān)裝置Sn斷開。在這兩種情況下都可以實(shí)現(xiàn)電流紋波降低以及可見開關(guān)頻率的加倍。
[0049]另一優(yōu)點(diǎn)在于，該中間回路、也即這兩個(gè)中間回路電容器27和29可以通過開關(guān)裝置Sp和Sn的不同占空比從太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)側(cè)、也即從該升壓變換器4的輸入側(cè)開始在該中間回路的不平衡負(fù)載情況下進(jìn)行對(duì)稱，也即抑制不等的負(fù)載。由此可以在逆變器側(cè)或者通過逆變器來避免不對(duì)稱或必要時(shí)對(duì)對(duì)稱進(jìn)行補(bǔ)償。通過該優(yōu)點(diǎn)，該電路、也即尤其還有該升壓變換器4特別適用于孤立運(yùn)行，其中在該孤立運(yùn)行中特別應(yīng)當(dāng)考慮不平衡負(fù)載。
[0050]按照?qǐng)D2的太陽(yáng)能裝置I的實(shí)施方式與圖1的差別基本在于，圖1的組合電容器裝置18、也即圖1的輸入電容器18在圖2的實(shí)施方式中被分開，并相應(yīng)地具有第一和第二輸入電容器裝置17、19，其也可以稱作第一和第二輸入電容器17、19。該第一和第二輸入電容器17、19串聯(lián)在正輸入節(jié)點(diǎn)12與負(fù)輸入節(jié)點(diǎn)16之間，并通過輸入中間節(jié)點(diǎn)14連接。該輸入中間節(jié)點(diǎn)14與輸出中間節(jié)點(diǎn)24電氣連接。這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)接地或連接到PE。
[0051]圖2的實(shí)施方式從而與圖1類似。在圖2中，DC輸入端子、也即正和負(fù)輸入節(jié)點(diǎn)12,16通過兩個(gè)電容器、也即第一和第二輸入電容器17、19固定耦合到PE。這致使有時(shí)明顯地降低由運(yùn)行所決定的漏電流。通過電抗器LP、Ln的電感耦合得出上調(diào)節(jié)器與下調(diào)節(jié)器的耦合。上調(diào)節(jié)器可以理解為升壓變換器4的如下部分，該部分主要包括第一輸入電容器
17、第一電抗器LP、第一開關(guān)裝置SP、第一二極管Dl和第一中間回路電容器27。
[0052]相應(yīng)地得出由第二輸入電容器19、第二電抗器Ln、第二開關(guān)裝置Sn、第二二極管D2和第二中間回路電容器29的元件組成的下調(diào)節(jié)器。[0053]通過電抗器的稱合、也即電感稱合30,能夠把上面的輸入電容器、也即第一輸入電容器17的能量交換到下面的中間回路電容器、也即第二中間回路電容器29，并且反之亦然。太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2在此通過兩個(gè)電容器、也即第一和第二輸入電容器17和19以及通過輸入中間節(jié)點(diǎn)14與地電容耦合。由此降低了由運(yùn)行所決定的漏電流。
[0054]圖3和4的實(shí)施方式基本分別對(duì)應(yīng)于圖1和2的實(shí)施方式。但圖3和4的實(shí)施方式僅說明了逆變器6，并另外對(duì)于圖3和4的兩個(gè)實(shí)施方式適用地還分別示出了如下變型方案，該變型方案不具有輸出中間節(jié)點(diǎn)24對(duì)地或?qū)E的耦合。[0055]還提出一種方法，其中意識(shí)到不對(duì)稱地由通過Si^PSn構(gòu)成的升壓變換器對(duì)中間回路半部充電。如果以這種方式來跟蹤中間回路、也即電網(wǎng)的相應(yīng)半波在輸出電容器裝置處的電壓，則得出后接的逆變器的開關(guān)損耗降低。此外可以降低總的中間回路電壓。這種跟蹤在單相逆變器情況下是特別有利的，但是在三相逆變器情況下也可以實(shí)現(xiàn)改善。
【權(quán)利要求】
1.用于把輸入直流電壓(Use)升壓到輸出直流電壓(UD。)的升壓變換器(4)，包括 -電壓輸入端，其具有正輸入節(jié)點(diǎn)和負(fù)輸入節(jié)點(diǎn)(12，16)以施加輸入直流電壓(Use)， -電壓輸出端，其具有正輸出節(jié)點(diǎn)和負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)(22，26)以提供輸出直流電壓， -第一輸出電容器裝置和第二輸出電容器裝置(27, 29),所述輸出電容器裝置在電壓輸出端處串聯(lián)在正輸出節(jié)點(diǎn)和負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)(22，26)之間，并通過輸出中間節(jié)點(diǎn)(24)相互連接，以及 -連接在正輸入節(jié)點(diǎn)(12)與正輸出節(jié)點(diǎn)(22)之間的第一電抗器(LP)， -連接在第一電抗器(Lp)與輸出中間節(jié)點(diǎn)(24)之間的第一開關(guān)裝置(SP)，其準(zhǔn)備用于脈沖觸發(fā)地開關(guān)以與第一電抗器(Lp)相連接地對(duì)輸入電壓(Use)進(jìn)行升壓， -連接在負(fù)輸出節(jié)點(diǎn)(26)與負(fù)輸入節(jié)點(diǎn)(16)之間的第二電抗器(Ln)， -連接在輸出中間節(jié)點(diǎn)(24)與第二電抗器(Ln)之間的第二開關(guān)裝置(SN)，其用于脈沖觸發(fā)地開關(guān)以與第二電抗器(Ln)相連接地對(duì)輸入電壓(Use)進(jìn)行升壓，以及 -在電壓輸入端處連接在正輸入電壓節(jié)點(diǎn)和負(fù)輸入電壓節(jié)點(diǎn)(12，16)之間的總輸入電容器裝置(18)，其用于接收和平滑輸入電壓(Use)，其中第一電抗器和第二電抗器(LP，Ln)相互電感耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的升壓變換器，其中所述總輸入電容器裝置具有第一輸入電容器裝置和第二輸入電容器裝置(17，19)，所述第一輸入電容器裝置和第二輸入電容器裝置在電壓輸入端處串聯(lián)在正輸入電壓節(jié)點(diǎn)和負(fù)輸入電壓節(jié)點(diǎn)(12，16)之間并通過輸入中間節(jié)點(diǎn)(14)相互連接，并且其中該輸入中間節(jié)點(diǎn)(14)與輸出中間節(jié)點(diǎn)(24)相互連接。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的升壓變換器(4)， 其特征在于，所述輸出中間節(jié)點(diǎn)(24 )接地。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的升壓變換器(4)， 其特征在于， -第一輸出電容器裝置和第二輸出電容器裝置(27, 29), -第一電抗器和第二電抗器(Lp, Ln),和/或 -第一輸入電容器裝置和第二輸入電容器裝置(17，19)分別具有相同的大小。
5.用于由直流電壓生成交流電壓的逆變器裝置，具有 -根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的、用于把輸入直流電壓(Use)升壓到輸出直流電壓(Udc)的升壓變換器(4)， -用于由升壓變換器(4)的輸出直流電壓(Udc)生成交流電壓的逆變器(6)，其中尤其是升壓變換器(4)的輸出直流電壓(Udc)構(gòu)成逆變器(6)的中間回路電壓(Udc)和輸入電壓(Udc),并且第一輸出電容器裝置和第二輸出電容器裝置(27, 29)構(gòu)成第一中間回路電容器和第二中間回路電容器(27，29)。
6.太陽(yáng)能設(shè)備(1)，具有 -太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)(2)，其用于由光生成電能并用于提供直流電壓(Use)， -根據(jù)權(quán)利要求5所述的逆變器裝置，其用于由太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)(2)所提供的直流電壓(Use)生成交流電流。
7.用于運(yùn)行根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的升壓變換器(4)的方法，其中第一開關(guān)裝置和第二開關(guān)裝置(SP，SN)被交替脈沖觸發(fā)，以對(duì)在第一輸出電容器裝置或第二輸出電容器裝置(27,29)處的第一輸出分壓和第二輸出分壓(Udc；/2)交替升壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中 -第一開關(guān)裝置和第二開關(guān)裝置(SP，Sn)的交替脈沖觸發(fā)如此進(jìn)行，使得在輸入直流電壓(UD。)大于預(yù)定極限電壓、尤其是大于輸出電壓的一半額定電壓(Use)時(shí)，兩個(gè)開關(guān)裝置(Sp, Sn)有時(shí)同時(shí)斷開，以及 -第一開關(guān)裝置和第二開關(guān)裝置(sp，Sn)的交替脈沖觸發(fā)如此進(jìn)行，使得在輸入直流電壓(UD。)小于預(yù)定極限電壓、尤其是小于輸出電壓的一半額定電壓(Use)時(shí)，兩個(gè)開關(guān)裝置(Sp, Sn)有時(shí)同時(shí)閉合。
9.尤其是根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的、用于運(yùn)行根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的升壓變換器(4)的方法，其中升壓變換器(4)如此被驅(qū)動(dòng)，使得第一輸出電容器裝置和第二輸出電容器裝置(27，29)持續(xù)地或周期地被不等地充電。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9之一所述的方法， 其特征在于，升壓變換器(4)被如此控制，使得第一輸出分壓和第二輸出分壓(％。/2)彼此相反地波動(dòng)，以跟蹤其要生成的交流電壓的幅度，其中所述輸出分壓尤其如此波動(dòng)，使得它們的和大致保持恒 定。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK103748758SQ201280027640
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月7日
【發(fā)明者】S.海姆法特, P.克瑙普, T.倫茨 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司