用於由直流電壓源進行交流供電的整流器電路和方法
2023-06-03 11:53:16
專利名稱：用於由直流電壓源進行交流供電的整流器電路和方法
技術領域：
本發明涉及一種用於由時間上非恆定的具有例如在5伏與200伏 之間擺動的直流電壓源向具有例如230伏峰值電壓的交流電網中供電 的整流器電路和相應方法。這種整流器電路例如應用在太陽能設施中。電管的數量。這裡所產生的時間上非恆定^直流電壓必須藉助^f一個 整流器電路向交流電網中供電。
背景技術：
現有技術中整流器電路例如由一個增高調節器、 一個具有緩衝電 容器的中間電路和在交流電壓連接端之間有一個扼流圏和一個電容器 的橋式電路(最好是H型橋式電路)組成。這種現有技術下的整流器電路的結構上的缺點在於，必須有多個 組成元件，從而不能低成本地生產。發明內容因此本發明的目的在於給出一種用於將非恆定的直流電壓轉換為 交流電壓的整流器電路及相應的方法，此電路具有少量的元件，從而 可低成本地生產，並且它允許供電直流電壓的電壓值小於交流電壓的 峰值。上述任務根據本發明由權利要求1和4的特徵完成。具有優點的 實施方式由從屬權利要求給出。根據本發明的整流器電路用於將非恆定的直流電壓轉換為交流電 壓，其中具有優點的是，交流電壓具有超過直流電壓最大值的峰值。 此整流器電路具有與直流電壓源相連接的輸入扼流圍和後接的H型橋 式電路，以及在H型橋式電路的兩個交流電壓輸出端之間的電容器。H型橋式電路在每個支路上分別具有第一電流閥和第二電流閥， 其中每個電流閥具有一個可切換的導通方向和一個截止方向。特別具 有優點的是，相應的電流岡被構造成一個反向阻斷的絕緣柵極雙極性 電晶體(RB-IGBT)。根據本發明的用於藉助上述電路將一個非恆定的直流電壓轉換為 交流電壓的方法的特徵在於，H型橋式電路中的電流閥以周期性的脈 沖方式工作，並且與輸入扼流圏一起用作增高調節器。
下面藉助圖l至4所示實施例詳細說明本發明的構思。圖1示出釆用現有技術的電路結構。圖2示出根據本發明的電路的第一種實施例。圖3示出根據本發明的電路的第二種實施例。圖4示出根據本發明的方法的第一種實施例的仿真結果。圖5示出根據本發明的方法的另一種實施例的仿真結果。
具體實施方式
圖l舉例示出一種現有技術中已知的電路結構。這種電路結構的 任務是將其輸入端上的直流電壓10轉換為其輸出端上的交流電壓20。 在所述的太陽能設施的應用中，輸入電壓10 —般是具有在時間上非恆 定的電壓值的直流電壓。為了將具有大電壓範圍(對於具有230伏供電電壓的電網來說例 如為40伏至200伏)的輸入電壓10提高到一個用於中間電路30的恆 定值，這種電路結構具有一個已知的增高調節器50。它由一個開關以 及一個輸入扼流團52和一個後接的二極體54組成，所述開關是具有 反並聯二極體58的電晶體56,用於短接該電路結構的輸入直流電壓。 這樣在中間電路30中產生一個具有超出要饋送的交流電壓峰值的電 壓值的直流電壓。根據現有技術的電路結構在增高器50之後接有一個電容器40，它作為在兩個具有準恆定電勢的直流電壓支路32， 34之間的中間電路 30的能量存儲器。中間電路後接一個H型橋式電路60，其每個支路 由一個第一電流閥和一個第二電流閥組成。這些電流閥分別被構造成 一個具有反並聯二極體64， 68， 74， 78的雙極性電晶體62， 66， 72， 76，最好是IGBT (絕緣柵極雙極性電晶體)。在H型橋式電路60的交流電壓輸出端的一個支路中接入一個輸 出扼流圏80，並在兩個支路之間接入一個電容器82，該電容器與要饋 電的交流電網20電路連接。圖2示出根據本發明的電路的第一種實施例。其中在一個直流電 壓支路320 (這裡為正極性支路)中設置一個輸入扼流圏52。在這個 輸入扼流圏52後面接有一個H型橋式電路60，該橋式電路的每個支 路具有一個第一電流閥620， 720和一個第二電流閥660， 760。這些 電流閥具有一個可切換的導通方向和一個截止方向，並且分別被構造 成由二極體624, 664， 724， 764和最好是IGBT的電晶體622， 662, 722， 762組成的串聯電路。在H型橋式電路的交流電壓輸出端的兩個支路之間接有一個電容 器82，它與要饋電的交流電網20電路連接。圖3示出根據本發明的電路的第二種實施例，相對於圖2， IGBT 被RB-IGBT (反向阻斷的絕緣柵極雙極性電晶體)628， 668， 728， 768代替，並且從而可放棄使用二極體(圖2中的624， 664， 724， 764)。 這樣與現有技術相比，所需元件數量比圖2所示的又明顯減少了，這 一方面提供了高效的功能，另一方面可以更有效地生產。根據本發明用於將非恆定的直流電壓轉換為峰值超過直流電壓最 大值的交流電壓的方法利用輸入扼流圏52和H橋式電路60中的電流 閥620, 660， 720， 760 —起作為增高調節器。為此，該方法具有第一個和接著的第二個子循環的循環重複。第 一個子循環的特徵在於以下工作步驟.H型橋式電路60的第一支路中的兩個電流閥620， 660導通， 並且通過輸入扼流圏52流過一個電流，其中由於短接，相應的電流強
度提高。 第一支路中的第一電流閥620和第二支路中的第二電流閥760 對於一個適當的時間段是導通的，流過輸入扼流圏52的電流繼續與要 饋電的電網的交流電壓相反地流過，其中電流強度重又降低。-為了均勻地所有電流閥進行加栽，H型橋式電路60的第二支路 中的兩個電流閥720， 760導通，其中電流繼續流過輸入扼流團52， 並且其電流強度重又提高。作為替代，也可以是H型橋式電路60的 第一支路中的電流閥620， 660重又導通。 第一支路中的第一電流閥620和第二支路中的第二電流閥760 導通，流過輸入扼流圏52的電流繼續與要饋電的電網的交流電壓相反 地流過，其中其電流強度重又下降。在第一子循環中，這些循環步驟的時間關係如此選擇，使得正弦 形輸出電流的第一半波通過脈寬調製而被適當地逼近。輸出電容82 用於平滑所產生的交流電壓。第二個子循環的循徵在於以下步驟，其 中流過輸入扼流圏52的電流繼續保持 H型橋式電路60的第二支路中的兩個電流閥720， 760導通。 第二支路中的第一電流閥720和第一支路中的第二電流閥660導通。
H型橋式電路60的第一支路中的兩個電流閥620， 660導通。 作為替代，第二支路中的兩個電流閥720， 760導通。 第二支路中的第一電流閥720和第一支路中的第二電流閥660導通。這個第二子循環產生第二半波，它與第一半波有相反的極性。 圖4示出本發明所述方法的第一種實施例，其中輸入扼流圏52 的電感量明顯大於下面將要描述的第二種實施例中的電感量。在本發 明所述方法的第一種實施例中，電感量如此選擇，使得流過輸入扼流 圏52的電流ID在輸出電壓的一個半波的脈衝工作期間近似為恆定， 且沒有降到零。電流ID近似為恆定分布在此意味著在H型橋式電路60的一個支
路中的兩個電流閥短路期間內的電流上升量微小，並且在H型橋式電 路60中對角設置的電流閥導通的供電階段內此電流重又微小地下降。 與此過程相重疊的是一個具有雙倍電網電壓頻率的正弦振蕩。通過H型橋式電路60的脈寬調製控制，使得在H型橋式電路60 的正連接端320和負連接端360之間的電壓UHB的包絡具有一個正 弦波形，其中此電壓UHB本身在短路期間內下降到零。在輸出電壓的一個半波周期內短路期間的時間間隔之和由輸入電 壓與輸出電壓平均值的比例關係來確定。具有近似恆定幅值的輸出電流lout形成一個脈衝圖樣，其佔空比 在時間上平均對應於一個正弦波形。通過本發明所述方法的第一種實施例，直流電壓源10 ^L均勻加 載，因為在半個周期期間內的能量被存儲在輸入扼流圏52中並被再次 輸出。在輸出端向要饋電的電網饋送脈衝電流，其中電流Iout的一次 諧波基波與電壓Uout同相。圖5示出本發明所述方法的第二種實施例的仿真結果。這裡輸入 扼流圏52的電感量明顯小於上面所述第一種實施例中的電感量。在這 種實施例中，由於輸入扼流圏52的電感量^f艮小，在脈寬調製時流過輸 入扼流圏52的電流ID隨時間降到零。在適當選擇的H型橋式電路60的一個支路中的兩個電流閥的相 應短路時間間隔內，流過輸入扼流圏52的電流ID上升。在H型橋式 電路60中對角設置的電流閥導通的時間間隔內，電流ID下降至零。 這裡脈寬調製方法如此控制，〗吏得流過輸入扼流圏52的電流ID的包 絡為正弦波形。在H型橋式電路60的輸出端，電流Iout同樣也是具有正弦形包 絡的脈沖波形。在輸出端電容器82上的電壓Uout同樣呈現一個正弦 波形，並且它與電流曲線Iout的包絡同相。這樣在半波周期的相應時間間隔內，來自直流電壓源10的實際所 需的能量被存儲到輸入扼流團52中，並接著被饋送到電網20中。從 而形成供電電流Iout的包絡的正弦波形。
權利要求
1.一種用於將時間上非恆定的直流電壓(10)轉換為交流電壓(20)的電路，它具有輸入扼流圈(52)和H型橋式電路(60)，所述H型橋式電路的每個支路具有第一電流閥(620，720)和第二電流閥(660，760)，其中每個電流閥具有一個可切換的導通方向和一個截止方向，並且具有連接在H型橋式電路(60)的交流電壓連接端的兩個支路之間的電容器(82)。
2. 如權利要求1所述的電路，其中第一和第二電流閥(620， 660， 720， 760)分別是一個反向阻斷的絕緣柵極雙極性電晶體(RB-IGBT)(628， 668, 728， 768)。
3. 如權利要求l所述的電路，其中第一和第二電流閥(620， 660， 720, 760)分別由二極體(624， 664， 724， 764 )與電晶體(622， 662， 722， 762 )所組成的串聯電路構成。
4. 一種藉助如權利要求l所述的電路將非恆定的直流電壓轉換為 交流電壓的方法，其中H型橋式電路(60)的電流閥以周期性的脈衝 方式工作，並且與輸入扼流圏(52)—起以分時方式用作增高調節器。
5. 如權利要求4所述的方法，其特徵在於，第一個循環由以下子 循環組成 H型橋式電路(60)的第一支路中的兩個電流閥(620， 660)導通； 第一支路中的第一電流閥(620 )和第二支路中的第二電流閥 (760 )導通； H型橋式電路(60)的第二支路中的兩個電流閥(720， 760)導通； 第一支路中的第一電流閥(620 )和第二支路中的第二電流閥 (760)導通，並且第二個循環由以下子循環組成 H型橋式電路(60)的第二支路中的兩個電流閥(720, 760)導通；.第二支路中的第一電流閥(720 )和第一支路中的第二電流閥 (660 )導通； H型橋式電路(60)的第一支路中的兩個電流閥(620， 660)導通；.第二支路中的第一電流閥(720 )和第一支路中的第二電流閥 (660)導通。
6. 如權利要求4所述的方法，其中在工作中電流連續地流過輸入 扼流圏(52)，並且輸出電壓(Uout)與輸出電流(lout)的一次諧波 同相。
7. 如權利要求4所述的方法，其特徵在於，在工作中流過輸入扼 流圏(52)的電流(ID)具有正弦形包絡，並且輸出電流(lout)的 包絡與輸出電壓(Uout)同相。
全文摘要
本發明涉及一種用於將特別是由太陽能設施產生的時間上非恆定的直流電壓轉換為交流電壓的電路和方法。該電路具有輸入扼流圈和H型橋式電路，所述H型橋式電路的每個支路具有第一電流閥和第二電流閥，最好是RB-IGBT。其中每個電流閥具有一個可切換的導通方向和一個截止方向。在H型橋式電路的交流電壓連接端的兩個支路之間附加地連接一個電容器。在本發明所述方法中，H型橋式電路的RB-IGBT以周期性的脈衝方式工作，並且與輸入扼流圈一起以分時方式用作增高調節器。
文檔編號H02M1/12GK101132154SQ20071014689
公開日2008年2月27日 申請日期2007年8月24日 優先權日2006年8月25日
發明者德簡·施賴伯 申請人:塞米克朗電子有限及兩合公司