帶有卸壓電容器的升壓或降壓變換器的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)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(gè)變換器扼流器、一個(gè)變換器二極管、一個(gè)變換器開(kāi)關(guān)器、以及與該變換器開(kāi)關(guān)器并聯(lián)連接的一個(gè)卸壓電路(Entlastungsschaltung)。該卸壓電路具有一個(gè)卸壓電容器和與該卸壓電容器串聯(lián)連接的一個(gè)二極管,其中該二極管的通過(guò)方向與通過(guò)該變換器開(kāi)關(guān)器的常規(guī)的電流流動(dòng)方向相同,并且其中為該卸壓電容器設(shè)置有一個(gè)放電電路。本發(fā)明還涉及一個(gè)此類(lèi)的變換器的用途。
[0003]—個(gè)此類(lèi)的變換器能夠例如用于在由光伏發(fā)電機(jī)提供的電壓與逆變器的輸入端中間回路的電壓之間進(jìn)行適配,電能借助該變換器從該光伏發(fā)電機(jī)中被饋送到一個(gè)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(jī)的運(yùn)行點(diǎn),使得該光伏發(fā)電機(jī)提供在實(shí)際運(yùn)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(kāi)關(guān)器打開(kāi)時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)該變換器開(kāi)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(kāi)關(guān)器打開(kāi)時(shí)“緩沖”雖間斷、但仍流動(dòng)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(kāi)的變換器開(kāi)關(guān)器上施加的電壓,也就是說(shuō),不超過(guò)通過(guò)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(kāi)關(guān)器的下一次打開(kāi),其中在該卸壓電容器中存儲(chǔ)的電能被提供給該變換器的一個(gè)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(jiàn)的升壓變換器中,一個(gè)升壓變換器扼流器在連接到一個(gè)直流電壓源的兩條線路之一中與一個(gè)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(gè)中間回路電容器,由該升壓變換器相對(duì)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(gè)橫向支路,在該橫向支路中安排有一個(gè)升壓變換器開(kāi)關(guān)器。該輸入端電壓通過(guò)閉合該升壓變換器開(kāi)關(guān)器直接施加到該升壓變換器扼流器處,以便用通過(guò)該升壓變換器開(kāi)關(guān)器流動(dòng)的大的電流向該升壓變換器扼流器供能。當(dāng)該升壓變換器開(kāi)關(guān)器打開(kāi)之后,能量通過(guò)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(gè)并聯(lián)的子變換器。這些子變換器分別具有由一個(gè)升壓變換器扼流器和一個(gè)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(lái)的、具有一個(gè)升壓變換器開(kāi)關(guān)器的一個(gè)橫向支路組成的一個(gè)串聯(lián)電路,并且使一個(gè)共用的中間回路電容器充電。在此這些單獨(dú)的升壓變換器開(kāi)關(guān)器對(duì)應(yīng)地被操控,以便實(shí)現(xiàn)通過(guò)這些從屬的升壓變換器扼流器流動(dòng)的電流的間歇運(yùn)行或短暫的間歇運(yùn)行。這意味著,在該從屬的升壓變換器開(kāi)關(guān)器的閉合的時(shí)間點(diǎn)通過(guò)該對(duì)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(kāi)關(guān)器重新打開(kāi)之后(在從配屬的升壓變換器開(kāi)關(guān)器重新閉合之前)再次返回至零。在該間歇運(yùn)行中,以有利的方式使得形成為IGBT半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器的升壓變換器開(kāi)關(guān)器的接通損失以及還有升壓變換器二極管的斷開(kāi)損失最小化。然而,即使這些升壓變換器開(kāi)關(guān)器沒(méi)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(yùn)行中用升壓變換器開(kāi)關(guān)器斷開(kāi)高電流,在這些升壓變換器開(kāi)關(guān)器中出現(xiàn)相對(duì)高的斷開(kāi)損失。在已知的升壓變換器中,電流紋波通過(guò)這些并聯(lián)連接的子變換器的升壓變換器開(kāi)關(guān)器的錯(cuò)開(kāi)(versetztes)的操控而被減少。也就是說(shuō),即使存在這些單獨(dú)的子變換器的間歇運(yùn)行,進(jìn)入該中間回路電容器中充電電流也沒(méi)有返回至零。
[0007]從文件EP I 519 475 Al中已知帶有一個(gè)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(kāi)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(lái)。在該卸壓路徑中安排有用于該升壓變換器開(kāi)關(guān)器的一個(gè)卸壓電容器,其中該卸壓電容器在該卸壓路徑中與一個(gè)二極管串聯(lián)連接。當(dāng)該升壓變換器開(kāi)關(guān)器打開(kāi)時(shí),電流能夠通過(guò)該二極管向該卸壓電容器繼續(xù)流動(dòng),直到該卸壓電容器被充電至與該升壓變換器的一個(gè)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(kāi)關(guān)器上施加的電壓通過(guò)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(kāi)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(chǔ)的電能,設(shè)置有帶有一個(gè)可操控的開(kāi)關(guān)器的一個(gè)放電電路。該放電電路的開(kāi)關(guān)器以如下方式被控制,使得當(dāng)該升壓變換器開(kāi)關(guān)器在電流斷開(kāi)前閉合時(shí),該放電電路的開(kāi)關(guān)器閉合。
[0008]從US 2006/0274558 Al已知帶有一個(gè)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(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口,其中一個(gè)升壓變換器扼流器和一個(gè)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(gè)升壓變換器開(kāi)關(guān)器的一個(gè)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(lái)。該緩沖器電路具有一個(gè)路徑,該路徑帶有一個(gè)第一二極管、一個(gè)第二二極管和一個(gè)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(gè)二極管的通過(guò)方向彼此相同地取向。該緩沖器電路還具有一個(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)之間與該緩沖器電路的該第一二極管串聯(lián)連接。當(dāng)該升壓變換器開(kāi)關(guān)器閉合時(shí),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(shí)現(xiàn)一個(gè)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(dāng)該升壓變換器開(kāi)關(guān)器再次打開(kāi)時(shí),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(kāi)關(guān)器上施加的電壓不能超過(guò)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(kāi)關(guān)器處出現(xiàn)過(guò)壓。
[0009]在常見(jiàn)的降壓變換器中,一個(gè)降壓變換器開(kāi)關(guān)器在連接到一個(gè)直流電壓源的兩條線路之一中與一個(gè)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(gè)中間回路電容器,由該降壓變換器相對(duì)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(kāi)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(gè)橫向支路,在該橫向支路中安排有一個(gè)降壓變換器二極管。通過(guò)閉合該降壓變換器開(kāi)關(guān)器,向該降壓變換器扼流器供能的、受限的電流通過(guò)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(kāi)關(guān)器打開(kāi)之后,用于使該中間回路電容器進(jìn)一步充電的能量通過(guò)該降壓變換器二極管被輸出。
[0010]從US 2006/0262577 Al中已知具有獨(dú)立專(zhuān)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(kāi)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(gè)可飽和的扼流器。用于與該升壓變換器開(kāi)關(guān)器(該升壓變換器開(kāi)關(guān)器與一個(gè)二極管串聯(lián)連接)并聯(lián)的卸壓電容器的一個(gè)放電電路具有一個(gè)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(gè)另外的二極管。這兩個(gè)二極管具有從該卸壓電容器來(lái)看彼此相反的通過(guò)方向。該另外的二極管一方面通向一個(gè)諧振電容器并且另一方面通向一個(gè)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(gè)串聯(lián)諧振回路并且以其另一個(gè)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(dāng)該升壓變換器開(kāi)關(guān)器打開(kāi)時(shí),該卸壓電容器被充電;并且當(dāng)該升壓變換器開(kāi)關(guān)器閉合時(shí),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(kāi)關(guān)器再次打開(kāi)時(shí)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(yùn)行中的變換器開(kāi)關(guān)器中的斷開(kāi)損失方面具有改善的效率和更簡(jiǎn)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(guò)具有獨(dú)立權(quán)利要求1的特征的一種變換器實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā)明的變換器的優(yōu)選的設(shè)計(jì)可以自從屬權(quán)利要求2至14中得出。權(quán)利要求15針對(duì)根據(jù)本發(fā)明的變換器的一個(gè)優(yōu)選的用途。
[0015]本發(fā)明的說(shuō)明
[0016]根據(jù)本發(fā)明的變換器具有用于其變換器開(kāi)關(guān)器的一個(gè)卸壓電路,該卸壓電路與該變換器開(kāi)關(guān)器并聯(lián)連接,并且在該卸壓電路中一個(gè)卸壓電容器與一個(gè)二極管串聯(lián)連接。針對(duì)該卸壓電容器設(shè)置有一個(gè)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(gè)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(shí)現(xiàn)了:當(dāng)該變換器開(kāi)關(guān)器閉合時(shí),該卸壓電容器通過(guò)該放電電路被動(dòng)受控地放電。通過(guò)該扼流器與該變換器扼流器的磁耦合,當(dāng)該變換器開(kāi)關(guān)器閉合時(shí),隨著電流開(kāi)始通過(guò)該變換器扼流器,還產(chǎn)生通過(guò)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(duì)