用於功率轉換器的系統和方法
2023-10-23 18:37:37
用於功率轉換器的系統和方法
【專利摘要】本發明涉及用於功率轉換器的系統和方法。根據本發明的一個優選實施例，逆變器電路包括直流（DC）到DC功率轉換器，其被配置為經由第一輸入端子和第二輸入端子從裝置接收輸入能量，其中所述DC到DC功率轉換器被配置為將所述輸入能量的第一部分轉換為DC能量。所述逆變器電路還包括逆變器級，其被耦合到所述DC到DC功率轉換器的輸出，並且被連接到所述DC到DC功率轉換器的第一輸入端子和所述DC到DC功率轉換器的第二輸入端子，其中所述逆變器級被配置為將所述輸入能量的第二部分轉換為第一輸出能量。
【專利說明】用於功率轉換器的系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明一般涉及電路，並且尤其涉及用於功率轉換器的系統和方法。
【背景技術】
[0002]光伏系統使用光伏面板將太陽光轉換成電力。光伏系統可以包含一個或多個逆變器，也被稱為直流(DC)到交流(AC)功率轉換器。由光伏系統產生的電力可以被存儲、直接使用、饋送到電網中或與其他發電機結合。
[0003]光伏系統中所使用的逆變器可以包括獨立逆變器、併網逆變器和電池備用逆變器。獨立逆變器被用於隔離系統中，其中逆變器從由光伏系統充電的電池汲取DC能量。電池備用逆變器被設計為從電池汲取能量、管理電池充電以及將過量的能量輸出到電網。一些逆變器使用最大功率點追蹤(MPPT)來將最大功率從DC輸入轉換成AC輸出。
[0004]電網連接逆變器以在電網頻率下同步到電網的正弦形式供應AC功率，其中電壓以電網電壓為上限。如果電網電壓被關斷，則將AC輸出從電網斷開連接以提供孤島效應(ant1-1slanding)保護。因此，電網連接逆變器並不在設施停電期間提供備用電源。孤島(island)在功率被饋送到電網的小區段時存在，並且可能對認為這些區域未被供電的工人來說呈現危險。而且，在沒有電網信號對其同步的情況下，逆變器的功率輸出可能從由連接到孤島的客戶設備所需的容限漂移。
【發明內容】
[0005]根據本發明的一個優選實施例，逆變器電路包括直流(DC)到DC功率轉換器，其被配置為經由第一輸入端子和第二輸入端子從裝置接收輸入能量，並且被配置為將輸入能量的第一部分轉換為DC能量。逆變器電路進一步包括逆變器級，其被耦合到DC到DC功率轉換器的輸出，並且被連接到DC到DC功率轉換器的第一輸入端子和DC到DC功率轉換器的第二輸入端子。逆變器級被配置為將輸入能量的第二部分轉換為第一輸出能量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]為了更完整地理解本發明及其優點，現在對結合附圖進行的以下描述做出參考，其中:
圖1圖示了功率轉換器系統的實施例；
圖2圖示了母線電壓的電壓對比時間的曲線圖；
圖3圖示了實施例功率轉換器系統的框圖；
圖4圖示了母線電壓的電壓對比時間的曲線圖；
圖5圖示了實施例功率轉換器電路的示意圖；
圖6圖不了另一實施例功率轉換器電路的不意圖；
圖7圖示了附加實施例功率轉換器電路的示意圖；
圖8圖不了另一實施例功率轉換器電路的不意圖； 圖9圖示了對於實施例功率轉換器電路的電壓和電流對比時間的曲線圖；
圖10圖示了實施例方法的框圖；
圖11圖示了對於實施例功率轉換器電路的仿真示意圖；以及圖12圖示了對於仿真的功率轉換器電路的電壓和電流對比時間的曲線圖。
[0007]除非另有指示，否則不同附圖中對應的數字和符號通常指代對應的部分。附圖被繪製為清楚地圖示優選實施例的相關方面，並且不一定是按比例繪製的。為了更清楚地圖示某些實施例中，指示相同結構、材料或過程步驟的變化的字母可以在圖號之後。
【具體實施方式】
[0008]下面詳細討論當前優選實施例的製造和使用。然而，應當理解的是，本發明提供了可以被體現在各種各樣的具體情境中的很多可適用的發明性概念。所討論的具體實施例僅僅說明了製造和使用本發明的說具體方式，並且不限制本發明的範圍。
[0009]將相對於特定情境中的優選實施例，即用於功率轉換器的系統和方法，來描述本發明。然而，本發明也可以適用於其他類型的電路、系統和方法，例如其他電源電路、系統和方法。
[0010]實施例功率轉換器將DC輸入電壓轉換成AC輸出電壓。功率轉換器包括DC到DC功率轉換器和將DC電壓轉換為AC電壓的兩個逆變器。一個逆變器將DC到DC功率轉換器的輸出電壓轉換為AC輸出電壓,而另一個逆變器將輸入DC電壓的一部分轉換為AC輸出電壓。在一些實施例中，其他逆變器也將DC到DC功率轉換器的輸出電壓的一部分轉換為AC輸出電壓。
[0011]圖1示出了功率轉換器系統100，其可以被用來將功率從光伏面板101傳輸到電網106。光伏面板(PV) 101通過將太陽能轉換為電能來產生直流(DC)輸出，包括正輸出電壓(Vpv_pos)和負輸出電壓(Vpv_neg)。漏電容108將正電壓耦合到接地112，而漏電容110將負輸出電壓耦合到接地112。正輸出電壓和負輸出電壓被耦合到逆變器104，其將DC輸出電壓轉換成被耦合到電網106的交流(AC)電壓。
[0012]漏電容108和漏電容110表示從光伏電池的端子到接地的寄生電容。該漏電容可以存在於例如，從光伏電池的端子到光伏電池的接地框架或底座。在另一示例中，在其中逆變器104為單相逆變器並且光伏面板101的負相輸出被接地的情況下，漏電容可能存在。將光伏電池的底座接地保證了系統的安全性、降低了電磁幹擾(EMI)，並且減輕了共模電流。然而，對接地的高開關頻率可能引起高的漏電流，這可能引起用於薄膜光伏面板的透明導電氧化物(TCO)層的劣化，從而降低了面板的壽命。此外，由用於背接觸晶體光伏面板的正母線電壓所引起的表面極化效應可能進一步使光伏面板劣化。
[0013]圖2圖示了對於電壓轉換器系統100的電壓對比時間的曲線圖。曲線122表示光伏面板101的正輸出電壓的電壓對比時間，而曲線124表不光伏面板101的負輸出電壓的電壓對比時間。接地電壓隨開關頻率具有顯著變化。
[0014]圖3圖示了實施例功率轉換器系統140。光伏面板102通過經由光電效應將太陽能轉換為電能來產生正輸出電壓和負輸出電壓，該光伏面板102可以是光伏電池的組件。在一些示例中，光伏電池包含基於晶片的晶體矽電池或薄填充碲化鎘電池或矽電池。陽光引起了置於光伏電池內的pn結內的電子-空穴對的產生，從而導致了產生DC電壓的電流積累。
[0015]正輸出電壓和負輸出電壓被耦合到DC到DC功率轉換器142。可以使用開關模式電源(諸如升壓轉換器、降壓轉換器、或其他DC至DC轉換器類型，諸如LLC轉換器或相移全橋轉換器)來實現DC到DC功率轉換器142。DC到DC功率轉換器142具有比其輸入電壓更大的輸出電壓。
[0016]DC到DC功率轉換器142的輸出被耦合到逆變器級144和逆變器級148。逆變器級144將DC電壓的一部分轉換為AC電壓，其被饋送到電網模塊146。類似地，逆變器級148將DC電壓的一部分轉換為AC電壓，其被饋送到電網模塊146。另外，逆變器級148將來自光伏面板102的輸出電壓的一部分轉換為被饋送到電網模塊146的AC電壓。因而，由光伏面板102輸出的能量被傳輸到電網模塊146。
[0017]另一方面，圖4圖示了對於圖3中所圖示的功率轉換器系統140的電壓對比功率接地(power earth)的曲線圖。曲線122示出了光伏面板102的正輸出電壓的電壓對比功率接地，而曲線134示出了光伏面板102的負輸出電壓對比功率接地。在功率轉換器系統140中，漏電流是較低的，因為提供給輸出的大部分電流在低頻率下被切換。圖4中的曲線圖描繪了其中電路未要求無功功率的示例。當需要無功功率時，開關損耗可能稍微增加。
[0018]圖5圖示了功率轉換器電路150，其可以例如被用來實現功率轉換器系統140。光伏面板102被耦合到DC到DC功率轉換器143。高頻噪聲的濾波是由電容器152 (Cpv)所提供的，該電容器152被f禹合在光伏面板102的正輸出和負輸出之間。光伏面板102的正輸出被耦合到電感器154 (Lbst)，其抵抗電流中的瞬時變化。電晶體158 (Qbstl)被耦合在光伏面板102的電感器154和負輸出之間。並且，電晶體156 (Qbst2)被稱合在電晶體158和DC到DC功率轉換器143的正DC輸出之間。電晶體156被操作為實現同步整流，以增加DC到DC功率轉換器143的效率。在一個示例中，電晶體156和電晶體158是η溝道金屬氧化物半導體場效應電晶體(M0SFET)。替代地，電晶體156和158可以是ρ溝道M0SFET，或者可以使用其他類型的電晶體。電容器160 (Cdc)被耦合在DC到DC功率轉換器143的DC輸出和光伏面板102的負輸出電壓之間。DC到DC功率轉換器143由電晶體158的佔空比所控制，該電晶體158相對於電晶體156以互補方式被切換。當電晶體158被關閉時，電流流過電感器154，且能量被存儲在電感器154中。當電晶體158被開通時，流過電感器154的電流被降低，並且電流流過電晶體156來對電容器160充電。來自光伏面板102的輸出功率的僅一部分被DC到DC功率轉換器143所傳輸。
[0019]DC到DC功率轉換器143的輸出被耦合到將DC輸入轉換為AC輸出的逆變器級145。逆變器級145為二級電橋。電晶體162 (Q5)和電晶體164 (Q6)被串聯配置在DC到DC功率轉換器143的正DC輸出和負輸出電壓之間。在一個示例中，電晶體162和電晶體164被實現為M0SFET。電晶體162和電晶體164利用相反的佔空比進行操作，因此一個電晶體始終是開通的，而另一個電晶體是關閉的。
[0020]逆變器級145的AC輸出被耦合到電網模塊147。電網模塊147包含電網106(Ug)和電感器178 (Lf)0因此，由逆變器級145輸出的AC功率被輸出到電網106。
[0021]逆變器級149直接轉換由光伏面板102所輸出的能量的一部分而繞過DC到DC功率轉換器143。在一個實施例中，使用中性點鉗位式三級電橋來實現逆變器級149，並且將逆變器級149耦合到DC到DC功率轉換器143的DC輸出並耦合到電網模塊147。另外，逆變器級149被耦合到光伏面板102的輸出。電晶體166 (Q1)、電晶體170 (Q2)、電晶體172(Q3)、電晶體176 (Q4)被串聯配置在DC到DC功率轉換器143的輸出之間。在一個實施例中，電晶體166、170、172和176為MOSFET。電晶體170和電晶體172之間的中點被耦合到電網模塊147。並且，將二極體174 (D2)從電晶體172和電晶體176之間的中點耦合到光伏面板102的正輸出。類似地，二極體168被耦合在光伏面板102的正輸出和電晶體166與電晶體170之間的中點之間。鉗位二極體(二極體168和二極體174)的中點被連接到光伏面板102的正輸出電壓。
[0022]逆變器級149將光伏面板102的輸出電壓和/或DC到DC功率轉換器143的輸出電壓轉換為輸出到電網106的AC輸出。當電網106的電壓為正且小於光伏面板102的輸出時，逆變器級149直接轉換由光伏面板102所輸出的功率而繞過DC到DC功率轉換器143。電晶體166關斷,而電晶體170為主開關電晶體。當電晶體170關斷時，電晶體172和電晶體176的體二極體形成續流(freewheeling)路徑。
[0023]圖6圖示了功率轉換器電路180，其包括光伏面板102、逆變器級145、逆變器級149以及電網模塊147，其類似於功率轉換器電路150中的那些部分，除了已經用DC到DC功率轉換器141中的二極體182替換了 DC到DC功率轉換器143中的電晶體156。光伏面板102的正輸出被耦合到電感器154 (Lbst)，並且電晶體158 (Qbstl)被耦合在電感器154和光伏面板102的負輸出之間。並且，二極體182被耦合在電晶體158和DC到DC功率轉換器143的正DC輸出之間。DC到DC功率轉換器143由電晶體158的佔空比所控制。當電晶體158被關閉時，電流流過電感器154，並且能量被存儲在電感器154中。當電晶體158被開通時，流過電感器154的電流被降低，並且電流流過二極體182來對電容器160充電。
[0024]圖7圖示了功率轉換器電路190，其包括光伏面板102、逆變器級145以及電網模塊147，其類似於功率轉換器電路150中的那些部分。在一個示例中，DC到DC功率轉換器197類似於功率轉換器電路150中的DC到DC功率轉換器143。在另一個示例中，DC到DC功率轉換器197類似於功率轉換器電路180中的DC到DC功率轉換器141。DC到DC功率轉換器197將由光伏面板102所輸出的功率的一部分轉換為DC輸出功率。並且，逆變器級145將由DC到DC功率轉換器197所輸出的功率的一部分轉換為輸出到電網模塊147的AC輸出。
[0025]逆變器級199被耦合到DC到DC功率轉換器197的DC輸出。電晶體192和電晶體194被串聯耦合在DC到DC功率轉換器197的輸出之間。在一個示例中，電晶體192和電晶體194為M0SFET。電晶體192和電晶體194、AC輸出之間的中點被耦合到電網模塊147。電晶體198 (Q8)和電晶體196 (Q7)被串聯耦合在逆變器級199的AC輸出和光伏面板102的正輸出之間。因而，逆變器級199將光伏面板102的輸出的一部分的直接轉換為AC輸出。逆變器級199包含比逆變器級149少兩個的二極體。
[0026]當電網106的電壓為正且小於光伏面板102的電壓時，電晶體164接通並被箝位到DC到DC功率轉換器的負DC輸出電壓，並且電晶體192起到主開關電晶體的作用，而電晶體162和198關斷。當電晶體196關斷時，電晶體194的體二極體充當續流路徑。繞過DC到DC功率轉換器197，直接從光伏面板102汲取功率。
[0027]當電網106的電壓為正且大於光伏面板102的電壓時，電晶體164保持接通，並且電晶體196為主開關電晶體。電晶體196從DC輸出電壓和光伏面板輸出電壓產生兩個電壓電平。從光伏面板102直接汲取部分功率，以及從光伏面板102通過DC到DC功率轉換器143汲取部分功率。
[0028]當電網電壓為負且大於光伏面板輸出電壓減去DC輸出電壓時，電晶體162保持接通，且電晶體198為主開關電晶體。當電網電壓為負且小於光伏面板輸出電壓減去DC輸出電壓時，電晶體162保持接通，且電晶體194為主開關電晶體。
[0029]圖8圖示了功率轉換器電路210。光伏面板102、逆變器級145以及電網模塊147類似於功率轉換器電路150中的那些部分。在一個示例中，DC到DC功率轉換器213類似於功率轉換器電路150中的DC到DC功率轉換器143。在另一個示例中，DC到DC功率轉換器213類似於功率轉換器電路180中的DC到DC功率轉換器141。DC到DC功率轉換器142將由光伏面板102輸出的功率的一部分轉換為DC輸出。然後，逆變器級145將DC輸出功率的一部分轉換為AC功率，其被饋送到電網模塊147。
[0030]類似於逆變器級199，逆變器級211包含串聯耦合到DC輸出的電晶體192和電晶體194。電晶體192、電晶體194以及逆變器級211的AC輸出經由節點a被耦合到電網模塊147。雙向開關215被耦合在逆變器級211的AC輸出和光伏面板102的輸出之間，並包含電晶體212和二極體214、216、218和220。在某些情況下，逆變器級211的轉換效率低於逆變器級199或逆變器級149的轉換效率，因為存在附加的二極體，其導致了更高的導通損耗。然而，逆變器級211包含比逆變器級199和逆變器級149更少的電晶體。使用控制信號激活電晶體212，該控制信號是用於激活圖5中所示實施例中電晶體Q2和Q3的控制信號的邏輯和(AND)。
[0031]圖9圖示了對於電壓轉換器電路150的電壓和電流對比時間的曲線圖。曲線242表示電網106的正弦電壓(Ug)，曲線241表示光伏面板102的DC輸出電壓(Vpv)，曲線240表示DC到DC功率轉換器143的DC輸出電壓(Vdc)，曲線245表示跨越DC到DC功率轉換器143的負DC電壓(-Vdc)，以及曲線243表示DC輸出電壓和從光伏面板102輸出的電壓之間的差的負值-(Vdc-Vpv)。此外，曲線244表示跨越電晶體166的電壓，曲線246示出了跨越電晶體170的電壓，曲線248表示跨越電晶體172的電壓，曲線250示出了跨越電晶體176的電壓，曲線252表示跨越電晶體162的電壓，以及曲線254表示跨越電晶體164的電壓，以及曲線256表示通過電網模塊147的電流(If)，而曲線258示出了跨越整個電網模塊147的電壓。
[0032]相對於光伏面板輸出電壓和DC輸出電壓基於電網電壓來將電路操作劃分成多個區域。在區域247中，由曲線242表示的電網電壓為正且小於由曲線241表示的來自光伏面板的電壓。由曲線244表示的電晶體166以及由曲線252表示的電晶體162是關斷的，而由曲線254表示的電晶體164是接通的並被鉗位到DC到DC功率轉換器142的負DC輸出電壓。主開關電晶體170和電晶體176在區域247中進行切換。當電晶體170關斷時，由曲線248表示的電晶體172的體二極體形成續流路徑。該區域中，直接從光伏面板102汲取功率，且DC到DC功率轉換器143消耗非常少的有功功率。
[0033]然後，在區域249中，電網的電壓為正且大於光伏面板的輸出電壓，並且一直增力口。在區域251中，電網106的電壓為正且大於光伏面板102的輸出電壓,但一直減少。在區域249和251中，由曲線246表示的電晶體170的控制電壓保持接通，且由曲線244表示的電晶體166是主開關電晶體。由曲線248表示的電晶體172也在區域249中進行切換。電晶體166從DC輸出電壓和光伏面板輸出電壓產生兩個電壓電平。從光伏面板102直接汲取部分功率，以及從光伏面板102通過DC到DC功率轉換器143汲取部分功率。
[0034]在區域253中，電網電壓為正且小於光伏面板輸出電壓。如區域247中的那樣，由曲線246表示的電晶體170的控制電壓是主開關電晶體，而由曲線244表示的電晶體166是關斷的，並且由曲線250表示的電晶體176在區域253中進行切換。當電晶體170關斷時，由曲線248表示的電晶體172的體二極體形成續流路徑，DC到DC功率轉換器143在區域253中消耗非常少的有功功率，因為功率是直接從光伏面板102汲取的。
[0035]在區域255中，電網電壓為負且大於光伏面板輸出電壓減去DC輸出電壓。由曲線252表示的電晶體162的控制電壓保持接通，而由曲線248表示的電晶體172的控制電壓是主開關電晶體，並且由曲線244表示的電晶體166在區域255中進行切換。當電晶體172關斷時，由曲線246表示的電晶體170的體二極體形成續流路徑，並提供了零電壓矢量。由曲線254表示的電晶體164保持關斷。而且，在區域257中，電網電壓為負且小於光伏面板輸出電壓減去DC輸出電壓。由曲線250表示的電晶體176是主開關電晶體，且由曲線248表示的電晶體172保持接通，而由曲線246表示的電晶體170在區域257中進行切換。
[0036]如區域255中的那樣,在區域259中，電網電壓為負且大於光伏面板輸出電壓減去DC輸出電壓。由曲線248表示的電晶體172的控制電壓是主開關電晶體，而由曲線250表示的電晶體176保持接通，且由曲線244表示的電晶體166在區域259中進行切換。
[0037]當需要無功功率時，電晶體166和170與電晶體172和176互補地進行切換。在該情況下，開關損耗稍微高於不需要無功功率時的情況。
[0038]圖10圖示了功率轉換方法的流程圖390。最初，在步驟392中，接收能量。在一個示例中，從以DC輸出電壓形式將太陽能轉化成電能的光伏面板接收能量。然後，在步驟394中，將所接收的能量由DC到DC功率轉換器轉換為更高的DC電壓，可以使用升壓轉換器、降壓轉換器或另一種轉換器類型來實現該DC到DC功率轉換器。接下來，在步驟396中，將由DC到DC功率轉換器輸出的DC由第一逆變器轉換為AC電壓。在一個示例中，第一逆變器為二級電橋。由第一逆變器產生的AC電壓被輸出到電網。
[0039]在步驟398中，第二逆變器將DC電壓能量轉換為AC電壓。在一個示例中，在一個區域的操作期間，僅將所接收的能量直接轉換為AC電壓，而沒有使用DC到DC功率轉換器的輸出。在另一區域的操作期間，所接收能量的部分以及由DC到DC功率轉換器所轉換的能量的部分均被轉換為AC輸出電壓。在一個示例中，第二逆變器為中性點鉗位式三級電橋。由第二逆變器輸出的AC電壓被耦合到電網。
[0040]圖11圖示了功率轉換器電路150的仿真示意圖260。圖12圖示了對於仿真示意圖260的結果的電壓和電流對比時間的曲線圖。曲線374示出了由DC到DC功率轉換器142產生的DC輸出電壓，以及曲線372示出了光伏面板102的輸出電壓。曲線376示出了電網106的電壓，以及曲線378示出了電網模塊147的電流。並且，曲線380示出了電網模塊146的電壓。
[0041]實施例逆變器電路包括DC到DC功率轉換器，其被配置為經由第一輸入端子和第二輸入端子從裝置接收輸入能量，其中DC到DC功率轉換器被配置為將輸入能量的第一部分轉換為DC能量。逆變器電路還包括逆變器級，其被耦合到DC到DC功率轉換器的輸出，並被連接到DC到DC功率轉換器的第一輸入端子和DC到DC功率轉換器的第二輸入端子，其中該逆變器級被配置為將輸入能量的第二部分轉換為第一輸出能量。在一個示例中，該逆變器級進一步被配置為將DC能量的第三部分轉換為第二輸出能量。
[0042]在另一示例中，DC到DC功率轉換器包括第一電感，其被耦合到DC到DC功率轉換器的第一輸入端子，以及第一電容器，其被稱合在DC到DC功率轉換器的第一輸入端子和DC到DC功率轉換器的第二輸入端子之間。DC到DC功率轉換器還包括第一電晶體，其被耦合在DC到DC功率轉換器的第二輸入端子和第一電感器之間，以及第二電晶體，其被耦合到第一電感器和第一電晶體。
[0043]在附加示例中，DC到DC功率轉換器包括第一電感器，其被耦合到DC到DC功率轉換器的第一輸入端子，以及第一電容器，其被稱合在DC到DC功率轉換器的第一輸入端子和DC到DC功率轉換器的第二輸入端子之間。DC到DC功率轉換器還包括第一電晶體，其被耦合在DC到DC功率轉換器的第二輸入端子和第一電感器之間，以及第一二極體，其被耦合到第一電感器和第一電晶體。在另一實施例中，逆變器級被直接連接到DC到DC功率轉換器的第一輸入端子和DC到DC功率轉換器的第二輸入端子，且逆變器級被配置為將輸入能量的第二部分直接轉換為第一輸出能量。在一個實施例中，逆變器級為中性點鉗位式三級電橋。該逆變器級可以被進一步配置為耦合到AC功率源。在另一示例中，該裝置包括光伏面板。
[0044]在一個示例中，逆變器電路包括DC到DC功率轉換器，其被配置為經由第一輸入端子和第二輸入端子從裝置接收輸入能量，以及將輸入能量的第一部分轉換為DC能量。此夕卜，該逆變器電路包括第一逆變器級，其被耦合到DC到DC功率轉換器的第一輸出和DC到DC功率轉換器的第二輸入端子，以及第一電網端子。逆變器電路還包括第二逆變器級，其被耦合到DC到DC功率轉換器的第一輸出、DC到DC功率轉換器的第二輸入端子、和DC到DC功率轉換器的第二電網端子，其中第二逆變器級被連接到DC到DC功率轉換器的第一輸入端子和DC到DC功率轉換器的第二輸入端子。
[0045]在另一示例中，DC到DC功率轉換器為升壓轉換器和/或第一逆變器為二級電橋。第一逆變器級可以包括第一電晶體，其被耦合在DC到DC功率轉換器的第一輸出和第一電網端子之間，以及第二電晶體，其被耦合在第一電網端子和DC到DC功率轉換器的第二輸入端子之間。在附加示例中，第一逆變器被配置為在工頻(line-frequency)切換下進行操作。
[0046]在另一示例中，第二逆變器級包括第一電晶體，其被耦合在DC到DC功率轉換器的第一輸出和第二節點之間，以及第二電晶體，其被耦合到第二節點和第二電網端子之間。第二逆變器級還包括第三電晶體，其被耦合在第二電網端子和第三節點之間，以及第四電晶體，其被耦合在第三節點和DC到DC功率轉換器的第二輸入端子之間。另外，第二逆變器級包括第一二極體，其被耦合在第二節點和DC到DC功率轉換器的第一輸入端子之間，以及第二二極體，其被耦合在第三節點和DC到DC功率轉換器的第一輸入端子之間。
[0047]在附加示例中，第二逆變器級包括第一電晶體，其被耦合在DC到DC功率轉換器的第一輸出和第二電網端子之間，以及第二電晶體，其被耦合在第二電網端子和DC到DC功率轉換器的第二輸入端子之間。而且，第二逆變器級包括第三電晶體，其被耦合在第二電網端子和第二節點之間，以及第四電晶體，其被耦合在第二節點和DC到DC功率轉換器的第一輸入端子之間。
[0048]在另一示例中，第二逆變器級包括第一電晶體，其被耦合在DC到DC功率轉換器的第一輸出和第二電網端子之間，以及第二電晶體，其被耦合在第二電網端子和DC到DC功率轉換器的第二輸入端子之間。第二逆變器級還包括第一二極體，其被耦合在第二電網端子和第二節點之間，以及第二二極體管，其被耦合在第二節點和DC到DC功率轉換器的第一輸入端子之間。另外，第二逆變器級包括第三二極體，其被耦合在第二電網端子和第三節點之間，以及第三電晶體，其被耦合在第二節點和第三節點之間。而且，第二逆變器級包括第四二極體，其被耦合在DC到DC功率轉換器的第一輸入端子和第三節點之間。在附加的示例中，第一電網端子和第二電網端子被配置為耦合到AC功率源。在另一示例中，裝置是光伏面板。
[0049]在一個示例中，轉換光伏能量的方法包括:從光伏面板接收輸入能量，並由DC到DC功率轉換器將輸入能量的第一部分轉換為第一轉換能量，其中第一轉換能量包括比輸入能量更少的能量。另外，該方法包括:由第一逆變器級將輸入能量的第二部分轉換為第二轉換能量。該方法還可以包括由第一逆變器級將第一轉換能量的第三部分轉換為第三轉換能量。此外，該方法可以包括由第二逆變器級將第二轉換能量的第四部分轉換為第四轉換的倉tfi。
[0050]在一個實施例中，由DC到DC功率轉換器轉換所接收的能量的僅一部分，使得DC到DC功率轉換器的功率損耗少於轉換全部輸入功率的功率損耗。在一個示例中，第一逆變器的開關損耗相比於導通損耗是可忽略。第二逆變器的效率非常高，因為在某些實施例中一次僅有一個有效開關進行操作。實施例的優點包括處理降壓和/或升壓模式中輸入電壓上的廣泛變化的能力。而且，實施例在處理輸入電壓的廣泛變化的同時具有良好的效率。實施例的附加優點包括在低頻率下操作實施例的逆變器的DC側，這降低了漏電流。在一個示例中，因為使用了電壓鉗位類型的調製，所以開關電壓應力是較低的。在另一示例中，升壓轉換器僅將光伏功率的一部分傳輸到DC鏈路。在附加實施例中，第二逆變器級被直接連接到DC到DC功率轉換器的第一輸入端子和DC到DC功率轉換器的第二輸入端子。
[0051]雖然已經參照說明性實施例描述了本發明，但該描述並不旨在以限制意義被解釋。說明性實施例以及本發明的其他實施例的各種修改和組合，在參考該描述時將對於本領域技術人員是顯而易見的。因此，所旨在的是，所附權利要求涵蓋了任何這樣的修改或實施例。
【權利要求】
1.一種逆變器電路，包括: 直流(DC)到DC功率轉換器，其被配置為經由第一輸入端子和第二輸入端子從裝置接收輸入能量，其中所述DC到DC功率轉換器被配置為將所述輸入能量的第一部分轉換為DC能量；以及 逆變器級，其被耦合到所述DC到DC功率轉換器的輸出，並且被連接到所述DC到DC功率轉換器的第一輸入端子和所述DC到DC功率轉換器的第二輸入端子，其中所述逆變器級被配置為將所述輸入能量的第二部分轉換為第一輸出能量。
2.如權利要求1所述的逆變器電路，其中所述逆變器級進一步被配置為將DC能量的第三部分轉換為第二輸出能量。
3.如權利要求1所述的逆變器電路，其中所述DC到DC功率轉換器包括: 第一電感器，其被耦合到所述DC到DC功率轉換器的第一輸入端子； 第一電容器，其被耦合在所述DC到DC功率轉換器的第一輸入端子和所述DC到DC功率轉換器的第二輸入端子之間； 第一電晶體，其被耦合在所述DC到DC功率轉換器的第二輸入端子和所述第一電感器之間，以及 第二電晶體，其被耦合到所述第一電感器和所述第一電晶體。
4.如權利要求1所述的逆變器電路，其中所述DC到DC功率轉換器包括: 第一電感器，其被耦合到所述DC到DC功率轉換器的第一輸入端子； 第一電容器，其被耦合在所述DC到DC功率轉換器的第一輸入端子和所述DC到DC功率轉換器的第二輸入端子之間； 第一電晶體，其被耦合在所述DC到DC功率轉換器的第二輸入端子和所述第一電感器之間，以及 第一二極體，其被耦合到所述第一電感器和所述第一電晶體。
5.如權利要求1所述的逆變器電路，其中所述逆變器級被直接連接到所述DC到DC功率轉換器的第一輸入端子和所述DC到DC功率轉換器的第二輸入端子，並且所述逆變器級被配置為將所述輸入能量的第二部分直接轉換為所述第一輸出能量。
6.如權利要求1所述的逆變器電路，其中所述逆變器級被配置為耦合到交流(AC)功率源。
7.如權利要求1所述的逆變器電路，其中所述裝置包括光伏面板。
8.一種逆變器電路，包括: 直流(DC)到DC功率轉換器，其被配置為經由第一輸入端子和第二輸入端子從裝置接收輸入能量，以及將所述輸入能量的第一部分轉換為DC能量； 第一逆變器級，其被耦合到所述DC到DC功率轉換器的第一輸出、所述DC到DC功率轉換器的第二輸入端子、和第一電網端子；以及 第二逆變器級，其被耦合到所述DC到DC功率轉換器的第一輸出、所述DC到DC功率轉換器的第二輸入端子、和所述DC到DC功率轉換器的第二電網端子，其中所述第二逆變器級被連接到所述DC到DC功率轉換器的第一輸入端子和所述DC到DC功率轉換器的第二輸入端子。
9.如權利要求8所述的逆變器電路，其中所述第二逆變器級被直接連接到所述DC到DC功率轉換器的第一輸入端子和所述DC到DC功率轉換器的第二輸入端子。
10.如權利要求8所述的逆變器電路，其中所述第一逆變器是二級電橋。
11.如權利要求10所述的逆變器電路，其中所述第一逆變器級包括: 第一電晶體，其被耦合在所述DC到DC功率轉換器的第一輸出和所述第一電網端子之間；以及 第二電晶體，其被耦合在所述第一電網端子和所述DC到DC功率轉換器的第二輸入端子之間。
12.如權利要求8所述的逆變器電路，其中所述第一逆變器被配置為在工頻切換下進行操作。
13.如權利要求8所述的逆變器電路，其中所述第二逆變器級包括: 第一電晶體，其被耦合在所述DC到DC功率轉換器的第一輸出和第二節點之間； 第二電晶體，其被耦合在所述第二節點和所述第二電網端子之間； 第三電晶體，其被耦合在所述第二電網端子和第三節點之間； 第四電晶體，其被耦合在所述第三節點和所述DC到DC功率轉換器的第二輸入端子之間； 第一二極體，其被耦合在所述第二節點和所述DC到DC功率轉換器的第一輸入端子之間；以及 第二二極體，其被耦合在所述第三節點和所述DC到DC功率轉換器的第一輸入端子之間。
14.如權利要求8所述的逆變器電路，其中所述第二逆變器級包括: 第一電晶體，其被耦合在所述DC到DC功率轉換器的第一輸出和所述第二電網端子之間； 第二電晶體，其被耦合在所述第二電網端子和所述DC到DC功率轉換器的第二輸入端子之間； 第三電晶體，其被耦合在所述第二電網端子和第二節點之間；以及 第四電晶體，其被耦合在所述第二節點和所述DC到DC功率轉換器的第一輸入端子之間。
15.如權利要求8所述的逆變器電路，其中所述第二逆變器級包括: 第一電晶體，其被耦合在所述DC到DC功率轉換器的第一輸出和所述第二電網端子之間； 第二電晶體，其被耦合在所述第二電網端子和所述DC到DC功率轉換器的第二輸入端子之間； 第一二極體，其被耦合在所述第二電網端子和第二節點之間； 第二二極體，其被耦合在所述第二節點和所述DC到DC功率轉換器的第一輸入端子之間； 第三二極體，其被耦合在所述第二電網端子和第三節點之間； 第三電晶體，其被耦合在所述第二節點和所述第三節點之間；以及 第四二極體，其被耦合在所述DC到DC功率轉換器的第一輸入端子和所述第三節點之間。
16.如權利要求8所述的逆變器電路，其中所述第一電網端子和所述第二電網端子被配置為耦合到交流(AC)功率源。
17.如權利要求8所述的逆變器電路，其中所述裝置是光伏面板。
18.一種轉換光伏能量的方法，所述方法包括: 從光伏面板接收輸入能量； 由DC到DC功率轉換器將所述輸入能量的第一部分轉換為第一轉換能量，其中所述第一轉換能量包括比所述輸入能量更少的能量；以及 由第一逆變器級將所述輸入能量的第二部分轉換為第二轉換能量。
19.如權利要求18所述的方法，進一步包括由所述第一逆變器級將所述第一轉換能量的第三部分轉換為第三轉換能量。
20.如權利要求18所述的方法，進一步包括由第二逆變器級將所述第二轉換能量的第四部分轉換為第四轉換能量。
【文檔編號】H02M7/487GK104348377SQ201410375510
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年8月1日 優先權日:2013年8月2日
【發明者】唐燚, 餘偉福 申請人:英飛凌科技奧地利有限公司