用于对由多个桥接器件构成的升压转换器的电容器进行放电的方法和设备的制作方法

专利名称：用于对由多个桥接器件构成的升压转换器的电容器进行放电的方法和设备的制作方法
用于对由多个桥接器件构成的升压转换器的电容器进行放
电的方法和设备本发明总体上涉及用于对由多个桥接器件构成的升压转换器的电容器进行放电的方法和设备。传统的DC/DC转换器使用电感器以便将直流电从第一电压转换到可能大于或小于第一电压的第二电压。电感器被用于以磁场(电流)的形式存储能量，以及它们具有许多缺点。电感器重， 它们的成本相对较大，这是因为它们主要由铜材料构成。已经提出了开关与电容器的组合以便替代电感器。举例来说，电荷泵(也被称作DC/DC转换器)使用电容器作为能量存储元件。与还使用电感器作为能量存储元件的电感性开关DC/DC转换器相比，电荷泵提供了使其对于特定终端用户应用来说具有吸引力的独特特征。当升压转换器操作时，升压转换器的电容器被充电。为了允许将升压转换器设定为已知的初始条件或者出于维护的原因，有时必须对升压转换器的电容器进行放电。由于电容器能够在相对较高的DC电压(例如在240伏及更高)下存储大量电荷，因此当从升压转换器去除或断开电源时必须对电容器进行放电，以便遵守安全标准从而防止任何电容器对维修人员或操作者产生电击危险。IEC 950标准或CENELEC EN60950要求将电容器放电到作为小于2伏的电压水平的安全电荷水平。一种解决方案可以是向每个电容器添加并联电阻器，以便实现对电容器的放电。这样的解决方案在电力损耗和成本方面不令人满意。并联电阻器在升压转换器的正常操作期间持续地耗散电力，从而导致在电力系统中表现为热的浪费的能量。此外，根据IEC 950标准推荐，电容器必须在短时间内达到安全电压水平，所述短时间是一秒或十秒，这取决于电力是如何被连接的。由于升压转换器利用高电容值，因此适合用于遵守IEC 950标准的并联电阻器将导致高电力损耗，这是因为高电阻器值无法与短放电时间要求相容。最后，升压转换器中的电容器的大数目将要求需要使用相同数目的并联电阻器， 这也导致昂贵且体积大的解决方案。本发明旨在提供一种在电力损耗、体积和成本方面令人满意的解决方案。为此，本发明涉及一种用于对由串联连接的η个桥接器件构成的升压转换器的电容器进行放电的方法，由η个桥接器件构成的所述升压转换器被连接到直流电提供装置， 每个桥接器件由多个开关以及电容器构成，其特征在于所述方法包括以下步骤
-将各桥接器件的开关设定在η-1种不同配置中，以便在η-1个连续时间周期内对η-1 个不同桥接器件的电容器进行放电。本发明还涉及一种用于对由串联连接的η个桥接器件构成的升压转换器的电容器进行放电的设备，由η个桥接器件构成的所述升压转换器被连接到直流电提供装置，每个桥接器件由多个开关以及电容器构成，其特征在于所述设备包括
4-用于将各桥接器件的开关设定在n-1种不同配置中以便在η-l个连续时间周期内对 n-1个不同桥接器件的电容器进行放电的装置。因此，有可能对由η个桥接器件构成的升压转换器的电容器进行放电而不需要用于每个电容器的放电电阻器。由η个桥接器件构成的升压转换器的成本由于其尺寸而被最小化。当有人与由η个桥接器件构成的升压转换器的电容器接触时没有危险。此外，任何时候都可以控制由η个桥接器件构成的升压转换器的电容器上的电压。于是有可能设定当由η个桥接器件构成的升压转换器被置于操作中时的初始条件。根据一个特定特征，由η个桥接器件构成的升压转换器还包括至少由二极管、输出电容器、放电电阻器和放电开关构成的输出级，以及各桥接器件的开关和放电开关被设定在第η种配置中，以便在第η个时间周期内对输出电容器进行放电。因此有可能对由η个桥接器件构成的升压转换器的输出电容器进行放电而不需要用于输出电容器的专用电阻器。由η个桥接器件构成的升压转换器的成本由于其尺寸而被最小化。当有人与输出电容器接触时没有危险。根据一个特定特征，第η种配置还实现在第η个时间周期内对连接到输出级的第 η个桥接器件的电容器的放电。因此有可能对由η个桥接器件构成的升压转换器的第η个桥接器件的电容器进行放电而不需要用于第η个桥接器件的电容器的专用电阻器。由η个桥接器件构成的升压转换器的成本由于其尺寸而被最小化。当有人与第η个桥接器件的电容器接触时没有危险。根据一个特定特征，由η个桥接器件构成的升压转换器还包括至少由输入二极管、输入电容器和输入电阻器构成的输入级，以及各桥接器件的开关和放电开关被设定在第(η+1)种配置中，以便在第(η+1)个时间周期内对输入电容器进行放电。因此有可能对由η个桥接器件构成的升压转换器的输入电容器进行放电而不需要专用于输入电容器的电阻器。由η个桥接器件构成的升压转换器的成本由于其尺寸而被最小化。当有人与输入电容器接触时没有危险。根据一个特定特征，第η种配置被设定为第一种，之后是第(η+1)种配置，再之后是其他η-l种不同配置。根据一个特定特征，每个桥接器件的每个开关由N-MOSFET晶体管及其本征体二极管构成，所述体二极管的阳极被连接到该N-MOSFET的源极，并且所述体二极管的阴极被连接到该N-MOSFET晶体管的漏极。根据一个特定特征，由η个桥接器件构成的升压转换器还包括连接直流电提供装置与输入级的开关，并且连接直流电提供装置与输入级的所述开关在所述η+1种配置期间处于不导通状态。因此，所述直流电提供装置在不同配置期间不被短路。根据一个特定特征，所述直流电提供装置是光伏模块。根据一个特定特征，由η个桥接器件构成的升压转换器还包括连接光伏模块与输入级的开关，并且连接光伏模块与输入级的所述开关在所述n+1种配置期间处于导通状态。因此，如果使用没有反并联保护二极管的光伏模块，则对于放电过程不需要附加器件。根据一个特定特征，由η个桥接器件构成的升压转换器还包括连接在用以连接直流电提供装置的开关与第一桥接器件之间的放电电路，所述放电电路由放电二极管和第二放电电阻器构成，所述放电二极管的阴极被连接到第一桥接器件的输入，所述放电二极管的阳极被连接到第二放电电阻器的第一端子，以及第二放电电阻器的第二端子被连接到直流电提供装置的负端子。因此，当直流电提供装置与由η个桥接器件构成的升压转换器断开并且第一桥接器件的输入与直流电提供装置的负端子之间的电压变为负时，存在用于对由η个桥接器件构成的升压转换器的至少一个电容器进行放电的路径。通过阅读下面对示例实施例的描述，本发明的特征将更清楚地呈现出来，所述描述是参照附图进行的，其中
图Ia表示由三个桥接器件构成的升压转换器的第一实例，并且其中直流电提供装置是没有反并联保护二极管的光伏模块；
图Ib表示由三个桥接器件构成的升压转换器的第二实例，并且其中直流电提供装置是任何种类的DC电源；
图2表示包括由η个桥接器件构成的升压转换器的器件的实例； 图3是由三个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例； 图如是用于对在升压转换器的第一实例中描述的由η例如等于三个桥接器件构成的升压转换器的电容器进行放电的算法的实例；
图4b是用于对在升压转换器的第二实例中描述的由η例如等于三个桥接器件构成的升压转换器的电容器进行放电的算法的实例；
图5表示对于升压转换器的第一实例、由三个桥接器件构成的升压转换器的各电容器在不同时间周期期间的电压变化；
图6表示对于升压转换器的第一实例、当至少一个电容器在第一时间周期期间在第一配置中被放电时由三个桥接器件构成的升压转换器的各开关的状态；
图7表示对于升压转换器的第一实例、当至少一个电容器在第二时间周期期间在第二配置中被放电时由三个桥接器件构成的升压转换器的各开关的状态；
图8表示对于升压转换器的第一实例、当至少一个电容器在第三时间周期期间在第三配置中被放电时由三个桥接器件构成的升压转换器的各开关的状态；
图9表示对于升压转换器的第一实例、当至少一个电容器在第四时间周期期间在第四配置中被放电时由三个桥接器件构成的升压转换器的各开关的状态；


图10表示对于升压转换器的第二实例、由三个桥接器件构成的升压转换器的各电容器在不同时间周期期间的电压变化。图Ia表示由三个桥接器件(η=3)构成的升压转换器的第一实例，并且其中直流电提供装置是光伏模块。由三个桥接器件构成的升压转换器也被称作无电抗器升压转换器(RLBC)或无电感器升压转换器。基本上，常规DC/DC升压转换器的电感器被串联连接的“η”个桥接器件或比特所替代。如图1中所示，每个桥接器件由多个开关以及电容器构成。这里必须注意，两个开关可以采取充当开关的二极管的形式。这种单独的桥结构也被称作“比特”。在图1中，每个桥接器件或比特Bi、Β2和Β3的每个开关Sn、S12、S13、S14、&2、 s23> S24, S31 > S32和S33由N-MOSFET晶体管及其本征体二极管构成。所述体二极管的阳极被连接到该N-MOSFET的源极，并且所述体二极管的阴极被连接到该N-MOSFET晶体管的漏极。在图1中示出三个比特B1、B2和B3。通过需要多少比特Bl就复制多少比特Bi，可以获得由更大数目的桥接器件构成的升压转换器。比特Bl由四个开关Sn、S12、S13和S14以及一个电容器C1构成。比特B2由四个开关Ι:、S22, S23和、以及一个电容器C2构成。比特B3由三个开关S32> S33以及一个电容器C3构成。对于i=l或2的每个比特Bi，由于n=3(i=l到n_l)，因此Sil的N-MOSFET晶体管的漏极被连接到电容器Ci的正端子和Si4的N-MOSFET晶体管的漏极。Sil的N-MOSFET晶体管的源极被连接到Si2的N-MOSFET晶体管的漏极。Si4的N-MOSFET晶体管的源极被连接到 Si3的N-MOSFET晶体管的漏极。Si2的N-MOSFET晶体管的源极被连接到电容器Ci的负端子和Si4的N-MOSFET晶体管的源极。DC电提供装置例如是提供输入电压Vin的光伏元件((一个或多个)PV模块)。DC 电提供装置的正端子被连接到开关Swb的第一端子。开关Swb可以是由维修人员或处理器控制的开关。开关Swb可以是断路器或断续器或继电器或N-MOSFET晶体管。开关Swb的第二端子被连接到由电阻器Rs、电容器Cs和二极管Ds构成的输入电路 (被称作缓冲电路)。开关Swb的第二端子被连接到二极管Ds的阳极、电阻器&的第一端子和开关S12的 N-MOSFET晶体管的漏极。二极管Ds的阴极被连接到电阻器&的第二端子和电容器Cs的第
一端子。电容器Cs的第二端子被连接到DC电提供装置的负端子。S14的N-MOSFET晶体管的源极被连接到知的N-MOSFET晶体管的漏极。S24的N-MOSFET晶体管的源极被连接到的N-M0SFET晶体管的漏极。S31的N-MOSFET晶体管的源极被连接到S32的N-M0SFET晶体管的漏极。的 N-MOSFET晶体管的源极被连接到电容器C3的负端子和S33的N-MOSFET晶体管的漏极。S31的N-MOSFET晶体管的漏极被连接到电容器C3的正端子和输出电路的二极管Dq 的阳极。输出电路由开关^lis、电阻器Rdis、二极管Dq和电容器Cq构成。S33的N-MOSFET晶体管的源极被连接到DC电提供装置的负端子。二极管Dq的阴极被连接到电容器Cq的正端子和电阻器Rdis的第一端子。放电电阻器Rdis的第二端子被连接到开关^lis的第一端子。开关^lis可以是继电器或N-MOSFET晶体管或者任何可控开关。开关的第二端子被连接到电容器Q的负端子和DC电提供装置的负端子。
升压转换器的负载被连接在二极管D0的阴极与DC电提供装置的负端子之间。电容器Ctj上的电压等于Vro，电容器Cs上的电压等于Ves，电容器C1上的电压等于 Vci,电容器C2上的电压等于Ve2，以及电容器C3上的电压等于Vc3。Bl的输入与输出之间的电压差被称作Vbl，B2的输入与输出之间的电压差被称作 Vb2,以及B3的输入与输出之间的电压差被称作Vb3。Vb3在开关S33接通时等于Vb3*，并且在开关S33关断时等于Vb3**。在操作中，RLBC提供取决于可用“比特”的数目的电压升压比的离散值。升压比的离散值的该数目可以遵循以下法则
n =9n
ijTatios 。
其中，“nMti。s”是可能的升压比(或占空比)的总数，以及“η”是串联连接的比特的数目。在每个比特中施加的电压值可以遵循以下法则 [Vcl:Vc2:— :Vcn] = [l:2: —2(n_1)]VC0/2n
其中，Vro是经升压的输出电压。为了获得恒定的输出电压，有可能具有“nMti。/’个不同的输入电压，其将遵循以下法则
Vin=V⑶/ratiOi, i=l, 2，...nratios
对于图 1 的 n=3 个比特的情况，[Vcl:Vc2:Vc3] = [l:2:4]Vref0每个桥Bi的各开关的切换模式被定义以便在该桥的连接器处提供等于 +Vci, -Vci或0的电压Vbi，其中Vci是电容器Ci的电压。此外，每个比特Bi的切换模式在时间上被定义为主开关周期T=l/f的一连串的2n个相等的子周期Δ Τ。将参照图3描述由三个桥接器件构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例。这里必须注意，可以使用诸如[VC1:VC2:VC3] = [2:3:4]或者 [Vcl:Vc2:Vc3:Vc3] = [l:l:l:4]之类的其他配置。此外，nrati。s可以最终高于2n。切换模式被应用在开关Sn、S12, S13、S14, S21, S22, S23> S24, S31 > S32 和 S33 的 N-M0SFET 晶体管的栅极上。根据本发明，在至少n+1个时间周期内对电容器C1到Cn、Cs和C。进行放电。根据本发明，各桥接器件的开关被设定在n-1种不同配置中，以便在n-1个连续时间周期内对n-1个不同桥接器件的电容器进行放电。根据本发明，由三个桥接器件构成的升压转换器包括至少由二极管、输出电容器、 放电电阻器和放电开关构成的输出级，以及各桥接器件的开关和放电开关被设定在第η种配置中，以便在第η个时间周期内对输出电容器进行放电。根据本发明，第η种配置还实现在第η个时间周期内对第η个桥接器件的电容器的放电。根据本发明，由三个桥接器件构成的升压转换器还包括至少由输入二极管、输入电容器和输入电阻器构成的输入级，以及各桥接器件的开关和放电开关被设定在第(n+1) 种配置中，以便在第(n+1)个时间周期内对输入电容器进行放电。根据本发明，第η种配置被设定为第一种，之后是第(n+1)种配置，再之后是n_l 种不同配置。图Ib表示由三个桥接器件构成的升压转换器的第二实例，并且其中直流电提供装置是任何种类的DC电源。由三个桥接器件构成的升压转换器的第二实例与所述转换器的第一实例几乎完全相同。所述转换器的第二实例由相同的电气图和相同的组件511、512、513、514、521、522、&3、 S24、S31、S32、 S33、Sdis, S·、C” C2、C3> C0、Cs、Rdis, Rs、Ds、D0 构成，并且还包括放电电路。所述附加的放电电路由放电二极管Ddis和第二放电电阻器Rdis，构成。放电二极管Ddis的阴极被连接到第一桥接器件Bl的输入，其由连接到S12的 N-MOSFET晶体管的漏极的S11的N-MOSFET晶体管的源极构成。放电二极管Ddis的阳极被连接到第二放电电阻器Rdis，的第一端子，并且第二放电电阻器I^dis，的第二端子被连接到直流电提供装置的负端子。如果直流电提供装置具有保护二极管(其中阴极被连接到直流电提供装置的正端子并且阳极被连接到直流电提供装置的负端子)，则在开关Sto处于导通模式的情况下，在C2 或(^的放电期间巨大的电流流过所述保护二极管。该电流可能会毁坏所述保护二极管或者由三个桥接器件构成的升压转换器的其他开关的电容器。所述放电电路实现当开关Swb不导通时对电容器C1和C2的放电，并且由于选择第二电阻器Rdis，的适当值而限制放电电流。图2表示包括由三个桥接器件构成的升压转换器的器件的实例。所述器件20例如具有基于通过总线201以及受与图如或4b中公开的算法有关的程序控制的处理器200连接在一起的组件的体系结构。这里必须注意，器件20在变型中被实施为一个或几个专用集成电路的形式，所述集成电路执行的操作与下文中公开的由处理器200所执行的操作相同。总线201将处理器200链接到只读存储器ROM 202、随机存取存储器RAM 203、模数转换器ADC 206以及如在图Ia或Ib中公开的RLBC模块。只读存储器ROM 202包含与图如或4b中所公开的算法有关的程序的指令，其在器件20通电时被传送到随机存取存储器RAM 203。只读存储器ROM 202存储在由三个桥接器件构成的升压转换器的正常操作期间如图3中所示的表，并且还存储在放电过程期间对应于RLBC的各开关的第一、第二、第三和第四配置的切换模式。RAM存储器203包含用来接收变量以及与图如或4b中所公开的算法有关的程序的指令的寄存器。模数转换器206被连接到RLBC，并且将表示输入电压Vin和/或输出电压Vout=Vro 的电压转换成二进制信息。图3是为了具有比Vro/Vin=N/(N-P)=8 (D=0. 875)的、由三个桥构成的升压转换器的各桥上的电压值的实例。当RLCB对DC电提供装置进行升压时所使用的周期性模式被分解成八个时间间隔。参考电压Vref等于Vout除以八。在行301中，等于1的值意味着Vbl=Vref,等于-1的值意味着Vbl=-Vref，以及等于0的值意味着Vb 1=0。在行302中，等于1的值意味着Vb2=2Vref，等于_1的值意味着Vb2=_2Vref，以及等于0的值意味着Vb2=0。在行303中，等于1的值意味着Vb3=4Vref，等于_1的值意味着Vb3=_4Vref，以及等于0的值意味着Vb3=0。每个时间间隔、到、的持续时间是ΔΤ=Τ/Ν(Ν=8)，其中T是由图1的开关&3操作的周期的持续时间。需要八个时间间隔以便获得Vout/Vin=8的比。在时间间隔t” t2、t3禾口 t4处，Vbl=Vref, Vb2=Vb3=0。在时间间隔t5禾口 t6处， Vbl=-Vref, Vb2=2Vref,并且 Vb3=0。在时间间隔 t7 处，Vbl=-Vref, Vb2=_2Vref，并且 Vb3=4Vref0 在时间间隔 t8 处，Vbl=-Vref, Vb2=-2Vref,并且 Vb3=-4Vref0图如是用于对由η (其例如等于三)个桥接器件构成的升压转换器的第一实例的各电容器进行放电的算法的实例。更确切地说，本算法是通过包括由η个桥接器件构成的升压转换器的器件20的处理器200来执行的。每当需要对RLBC断电例如以便进行维护时或者当需要将RLBC设定在已知的初始条件时执行本算法。在步骤S400，处理器200将RLBC的各开关设定在第一配置中。在第一配置中，处理器200命令RLBC的各开关以便将开关S11到S33设定为关断(OFF)状态，也就是将开关 S11, S12, S13、S14, S21, S22, S23> S24, S31 > S32 和 S33 的 N-MOSFET 晶体管置于不导通模式。在第一配置中，处理器200命令RLBC的各开关以便将开关^lis设定为接通(ON)状态(即设定为导通状态)，并且将开关Swb保持为接通状态。RLBC的第一配置对应于图6中所示的电路。图6表示对于升压转换器的第一实例、当至少一个电容器在第一时间周期期间在第一配置中被放电时由三个桥接器件构成的升压转换器的各开关的状态。由于开关S11到S33的N-MOSFET晶体管处于不导通模式，因此根据开关S11到S33的体二极管的极性，在所述体二极管中可能有或者没有电流流动。在开始于Tl的第一时间周期中，电容器C3和Q如图5d和k中所示被放电，并且 C1, C2和Cs如图5ajb和5c中所示不被放电。图如表示对于升压转换器的第一实例、由三个桥接器件构成的升压转换器的电容器C1在不同时间周期期间的电压变化Va。图恥表示对于升压转换器的第一实例、由三个桥接器件构成的升压转换器的电容器C2在不同时间周期期间的电压变化\2。图5c表示对于升压转换器的第一实例、由三个桥接器件构成的升压转换器的电容器Cs在不同时间周期期间的电压变化vcs。图5d表示对于升压转换器的第一实例、由三个桥接器件构成的升压转换器的电容器C3在不同时间周期期间的电压变化VC3。图^表示对于升压转换器的第一实例、由三个桥接器件构成的升压转换器的电容器Q在不同时间周期期间的电压变化vro。时间Tl对应于在步骤S400执行的第一配置中的开关命令的时刻。如图k中所示，在Tl之后，电容器Ctj通过电阻器I DIS被放电。图如到5(1中的其
10他电压vei、Vc2, Vc3和Ves直到νω+να+ν。2的值变为等于Vin=Ves才发生改变。从该时刻起，Vci和Vc2将开始通过Sn、S13、S21和S23的体二极管而被充电。这一充电过程将持续到Vro被完全放电并且Vin=Va+VC2=Vre为止，其中Vre是当电源不提供电流时的电压Vin，这是指光伏模块的开路电压。在第一时间周期期间，在图5d中的特定时刻， Vco=Vc3,并且从Tl’起，电容器Ctj和C3被一起放电，这是因为S33的体二极管也变为导通。由于电压Vro和Vc3都被监视，因此当Vaj=Vc3时，N-MOSFET S33可以被设定在接通状态，以便避免对其体二极管造成应力。在第一时间周期的末尾，Vco=Vc3=O,并且Vin=Vcs=Vre=Va+VC2。在下一步骤S401，处理器200检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间， 即第一时间周期是否过去。如果到了改变将要对其放电的电容器的时间，则处理器200移到步骤S402。否则， 处理器200返回到步骤S401。处理器200可以通过检查电压Vro和Vra是否等于或低于2伏来检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间，或者可以通过检查在步骤S400激活的表示第一时间周期的定时器是否至少高于根据电容器Q、C3以及电阻器Rdis的值确定的预定值来检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间。在步骤S402，处理器200将RLBC的各开关设定在第二配置中。在第二配置中，处理器200命令RLBC的各开关以便将开关STO、S11, S14, S21, S24, S32和S33设定为接通状态，也就是把开关Sn、S14, S21, S24, S32和S33的N-MOSFET晶体管置于导通模式。处理器200命令 RLBC的各开关以便将开关S12、S13、&2、&3、S31和^as设定为关断状态，也就是将开关S12、S13、 S22> S24, S23> S31的N-MOSFET晶体管置于不导通模式。RLBC的第二配置对应于图7中所示的电路。图7表示对于升压转换器的第一实例、当至少一个电容器在第二时间周期期间在第二配置中被放电时由三个桥接器件构成的升压转换器的各开关的状态。由于开关Sn、S14, S21, S24, S32和S33的N-MOSFET晶体管处于导通模式，因此开关 Sn、S14、S2I、S24、S32 和S33由旁路表示。在第二时间周期内，电容器Cs通过电阻器&被放电，这是因为所述缓冲电路通过导通的N-MOSFET S11, S14, S21, S24, S32和S33而被短路到接地。当DC电提供装置是光伏模块时，Vin将立即改变为零，并且光伏模块被强制到短路电流Ise条件。电容器Cs将根据缓冲电路时间常数而放电，并且电流峰值将被限制为Vcs/ &。在该第二时间间隔的末尾，电容器Cs被完全放电。图5c表示对于升压转换器的第一实例、由三个桥接器件构成的升压转换器的电容器Cs在不同时间周期期间的电压变化vcs。时间Tl对应于在步骤S400执行的第一配置中的开关命令的时刻。时间T2对应于在步骤S402执行的第二配置中的开关命令的时刻。时间T3和T4对应于将在本算法的步骤S404和S406公开的第三和第四配置中的开关命令的时刻。在下一步骤S403，处理器200检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间， 即第二时间周期是否过去。如果到了改变将要对其放电的电容器的时间，则处理器200移到步骤S404。否则，
11处理器200返回到步骤S403。处理器200可以通过检查电压Vcs是否小于等于2伏来检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间，或者可以通过检查在步骤S402激活的定时器是否至少高于根据电容器Cs和电阻器&的值确定的预定值来检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间。在步骤S404，处理器200将RLBC的各开关设定在第三配置中。在第三配置中，处理器200命令RLBC的各开关以便将开关STO、S11, S14, S22, S24, S32和S33设定为接通状态，也就是把开关Sn、S14, S22, S24, S32和S33的N-MOSFET晶体管置于导通模式。处理器200命令 RLBC的各开关以便将开关S12、S13、S1A23.S31和^lis设定为关断状态，也就是将开关S12、S13、 S21以及&3、S31的N-MOSFET晶体管置于不导通模式。RLBC的第三配置对应于图8中所示的电路。图8表示对于升压转换器的第一实例、当至少一个电容器在第三时间周期期间在第三配置中被放电时由三个桥接器件构成的升压转换器的各开关的状态。由于开关Sn、S14, S22, S24, S32和S33的N-MOSFET晶体管处于导通模式，因此开关
Sll、Si4、S22、S24、S32 和S33由旁路表示。在第三时间周期中，V。2按照与V。s几乎相同的方式被放电。图恥表示对于升压转换器的第一实例、由三个桥接器件构成的升压转换器的电容器C2在不同时间周期期间的电压变化\2。时间Tl对应于在步骤S400执行的第一配置中的开关命令的时刻。时间T3对应于在步骤S404执行的第三配置中的开关命令的时刻。当DC电提供装置是没有保护二极管的光伏模块时，V。2被施加到光伏模块，这意味着在该光伏模块上将有负电压，所述负电压将持续到电容器C2被完全放电的时刻为止。经过电容器C2的电流将是Isc (光伏模块短路电流)加上经过电阻器&的分量，其中电流峰值被限制为Is。+V。2/%。所述负电压也出现在电容器Cs上，正如图5c中的T3处所示。在下一步骤S405，处理器200检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间， 即第三时间周期是否过去。如果到了改变将要对其放电的电容器的时间，则处理器200移到步骤S406。否则， 处理器200返回到步骤S405。处理器200可以通过检查电压Vc2是否小于等于2伏来检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间，或者可以通过检查在步骤S404激活的定时器是否至少高于根据电容器C2和电阻器&的值确定的预定值来检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间。在步骤S406，处理器200将RLBC的各开关设定在第四配置中。在第四配置中，处理器200命令RLBC的各开关以便将开关STO、S14, S12, S21, S24, S32和S33设定为接通状态，也就是把开关S14、S12、S21、S24、S32和S33的N-MOSFET晶体管置于导通模式。在第四配置中，处理器200命令RLBC的各开关以便将开关Sn、S13、S22, S23> S31和设定为关断状态，也就是将开关Sn、S13、S22, S23> S31的N-MOSFET晶体管置于不导通模式。RLBC的第四配置对应于图9中所示的电路。
图9表示对于升压转换器的第一实例、当至少一个电容器在第四时间周期期间在第四配置中被放电时由三个桥接器件构成的升压转换器的各开关的状态。由于开关S14、S12, S21, S24, S32和S33的N-MOSFET晶体管处于导通模式，因此开关 S14、δ。、S2i、S24、S32 和S33由旁路表示。在第四时间周期中，C1按照与C2相同的方式被放电。图如表示对于升压转换器的第一实例、由三个桥接器件构成的升压转换器的电容器C1在不同时间周期期间的电压变化Va。时间Tl对应于在步骤S400执行的第一配置中的开关命令的时刻。时间T4对应于在步骤S406执行的第四配置中的开关命令的时刻。当DC电提供装置是光伏模块时，Va被施加到光伏模块，这意味着在该光伏模块上将有负电压，所述负电压将持续到电容器C1被完全放电的时刻为止。经过该电容器的电流将是Isc加上经过电阻器&的分量，其中电流峰值被限制为Isc+Va/%。所述负电压也出现在电容器Cs上，正如图5c中的T3处所示。在下一步骤S407，处理器200检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间。如果到了改变将要对其放电的电容器的时间，则处理器200移到步骤S408。否则， 处理器200返回到步骤S407。处理器200可以通过检查电压Va是否小于等于2伏来检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间，或者可以通过检查在步骤S406激活的定时器是否至少高于根据电容器C1和电阻器&的值确定的预定值来检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间。在下一步骤S408，开关Sto被置于关断状态。这里必须注意，在变型中，可以在步骤S404之前执行步骤S406和S407。此外，当RLBC由更大数目的比特(例如多一个比特)构成时，则本算法对于每个补充比特包括另外的两个步骤，这实现对每个补充比特的电容器的放电。图4b是用于对由三个桥接器件构成的升压转换器的第二实例的各电容器进行放电的算法的实例。更确切地说，本算法是通过包括由η (例如等于三)个桥接器件构成的升压转换器的器件20的处理器200来执行的。每当需要对RLBC断电例如以便进行维护时或者当需要将RLBC设定在已知的初始条件时执行本算法。在步骤S450，处理器200命令RLBC的各开关以便将开关S11到S33设定为关断 (OFF)状态，也就是将开关 Sn、S12、S^S14A21A22 A23A24A31. S32 和 S33 的 N-MOSFET 晶体管置于不导通模式。处理器200命令RLBC的各开关以便将开关Sto和设定为关断状态， 即设定为不导通状态。因此就把RLBC从负载以及从直流电提供装置断开，所述直流电提供装置可以是电压源、电流源或者使用或不使用反并联保护二极管的光伏模块。RLBC的所有电容器Cs、 C1, C2、C3和Ctj都被保持充电，这是因为没有用于它们的放电的电流路径。在步骤S451，处理器200将RLBC的各开关设定在第一配置中。在第一配置中，处理器200命令RLBC的各开关以便将开关S11到S33设定为关断状态，也就是将开关Sn、S12,
1S13、S14, S21^S22, S23> S24, S31^S32和S33的N-MOSFET晶体管置于不导通模式。在第一配置中， 处理器200命令RLBC的各开关以便将开关Swb设定为关断状态，并且将开关^lis设定为接通状态(即设定为导通状态)。在第一时间周期期间，电容器Q开始通过Rdis放电。RLBC的第一配置被设定达第一时间周期，所述第一时间周期开始于图IOe中所示的Tib。图IOe表示对于升压转换器的第二实例、由三个桥接器件构成的升压转换器的电容器Q在不同时间周期期间的电压变化Vro。在时间Tib’，电容器C3的电压水平变为等于电容器Ctj的电压水平。这样，S33的体二极管以及还有二极管Dt/变为导通，并且从这一时刻起，全部两个电容器都通过电阻器 Rdis放电。电容器(；也开始通过开关Sn、S13、S21、S23、S31的体二极管和Dtj放电，并且因此也通过电容器CpC2和电阻器&放电。这一阶段持续到电容器Q和C3被完全放电为止，因此 Vcs, Vci和\2将处于平衡，并且将不再有经过它们的电流。在图IOa到IOe中公开了这些行为。图IOa表示对于升压转换器的第二实例、由三个桥接器件构成的升压转换器的电容器C1在不同时间周期期间的电压变化Va。图IOb表示对于升压转换器的第二实例、由三个桥接器件构成的升压转换器的电容器C2在不同时间周期期间的电压变化\2。图IOc表示对于升压转换器的第二实例、由三个桥接器件构成的升压转换器的电容器Cs在不同时间周期期间的电压变化vcs。图IOd表示对于升压转换器的第二实例、由三个桥接器件构成的升压转换器的电容器C3在不同时间周期期间的电压变化VC3。在下一步骤S452，处理器200检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间， 即第一时间周期是否过去。如果到了改变将要对其放电的电容器的时间，则处理器200移到步骤S453。否则， 处理器200返回到步骤S452。 处理器200可以通过检查电压Vro和Vra是否等于或低于2伏来检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间，或者可以通过检查在步骤S451激活的表示第一时间周期的定时器是否至少高于根据电容器Q、C3以及电阻器Rdis的值确定的预定值来检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间。在步骤S453，处理器200将RLBC的各开关设定在第二配置中。在第二配置中，处理器200命令RLBC的各开关以便将开关Sn、S14、S21、S24、S32和S33设定为接通状态，也就是把开关Sn、S14, S21, S24, S32和S^的N-MOSFET晶体管置于导通模式。处理器200命令RLBC 的各开关以便将开关STO、S12, S13、S22, S23> S31和设定为关断状态，也就是将开关S12、S13、 S22> S24, S23> S31的N-MOSFET晶体管置于不导通模式。在第二时间周期内，电容器Cs通过电阻器&放电，这是因为所述缓冲电路通过 Sn、S14, S21, S24, S32和S^的导通的N-MOSFET晶体管而被短路到接地。图IOc表示对于升压转换器的第二实例、由三个桥接器件构成的升压转换器的电容器Cs在不同时间周期期间的电压变化vcs。时间Tib’对应于在步骤S451执行的第一配置中的开关命令之后Cs开始被放电的时刻。时间T2b对应于在步骤S453执行的第二配置中的开关命令的时刻。时间Bb和T4b对应于将在本算法的步骤S455和S457公开的第三和第四配置中的开关命令的时刻。在下一步骤S454，处理器200检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间， 即第二时间周期是否过去。如果到了改变将要对其放电的电容器的时间，则处理器200移到步骤S455。否则， 处理器200返回到步骤S妨4。处理器200可以通过检查电压Vcs是否小于等于2伏来检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间，或者可以通过检查在步骤S453激活的定时器是否至少高于根据电容器Cs和电阻器&的值确定的预定值来检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间。在步骤S455，处理器200将RLBC的各开关设定在第三配置中。在第三配置中，处理器200命令RLBC的各开关以便将开关Sn、S14、S22、S24、S32和S33设定为接通状态，也就是把开关Sn、S14, S22, S24, S32和S^的N-MOSFET晶体管置于导通模式。处理器200命令RLBC 的各开关以便将开关STO、S12, S13、S21, S23> S31和设定为关断状态，也就是将开关S12、S13、 S21以及&3、S31的N-MOSFET晶体管置于不导通模式。在第三时间周期中，Vra按照与Vcs几乎相同的方式被放电。图IOb表示对于升压转换器的第二实例、由三个桥接器件构成的升压转换器的电容器C2在不同时间周期期间的电压变化\2。时间Bb对应于在步骤S455执行的第三配置中的开关命令的时刻。时间T4b对应于在步骤S457执行的第四配置中的开关命令的时刻。电容器C2通过Ddis和Rdis，并且还通过电阻器&和电容器Cs放电。电容器Cs经历由电容器C2施加的初始负电压，随后与之同时被放电，直到全部两个电容器C2和Cs完全放电。所述负电压也出现在电容器Cs上，正如图IOc中的Bb处所示。在下一步骤S456，处理器200检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间， 即第三时间周期是否过去。如果到了改变将要对其放电的电容器的时间，则处理器200移到步骤S457。否则， 处理器200返回到步骤S456。处理器200可以通过检查电压Vc2是否小于等于2伏来检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间，或者可以通过检查在步骤S455激活的定时器是否至少高于根据电容器C2和Cs以及电阻器&和Rdis’的值确定的预定值来检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间。在步骤S457，处理器200将RLBC的各开关设定在第四配置中。在第四配置中，处理器200命令RLBC的各开关以便将开关S14、S12、S21、S24、S32和S33设定为接通状态，也就是把开关S14、S12、S1A2^Sm和S33的N-MOSFET晶体管置于导通模式。在第四配置中，处理器 200命令RLBC的各开关以便将开关STO、S11, S13、S22, S23> S31和设定为关断状态，也就是将开关Sn、S13、S22, S23> S31的N-MOSFET晶体管置于不导通模式。在第四时间周期中，Va按照与\2相同的方式被放电。
图IOa表示对于升压转换器的第二实例、由三个桥接器件构成的升压转换器的电容器C1在不同时间周期期间的电压变化Va。时间T4b对应于在步骤S457执行的第四配置中的开关命令的时刻。电容器C1通过Ddis和Rdis，并且还通过电阻器&和电容器Cs放电。电容器Cs经历由电容器C2施加的初始负电压，随后与之同时被放电，直到全部两个电容器C2和Cs完全放电。所述负电压也出现在电容器Cs上，正如图IOc中的T4b处所示。在下一步骤S458，处理器200检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间。如果到了改变将要对其放电的电容器的时间，则处理器200中断本算法。否则，处理器200返回到步骤S458。处理器200可以通过检查电压Va是否小于等于2伏来检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间，或者可以通过检查在步骤S457激活的定时器是否至少高于根据电容器C1和Cs以及电阻器&和Rdis，的值确定的预定值来检查是否到了改变将要对其放电的电容器的时间。这里必须注意，当RLBC由更大数目的比特(例如多一个比特)构成时，则本算法对于每个补充比特包括另外的两个步骤，这实现对每个补充比特的电容器的放电。当然，在不背离本发明的范围的情况下，可以对上面所描述的本发明的实施例做出许多修改。
权利要求
1.用于对升压转换器的电容器进行放电以便将所述升压转换器设定在避免电击危险的配置中或者为所述升压转换器设定初始条件的方法，所述升压转换器由串联连接的η个桥接器件构成，由η个桥接器件构成的所述升压转换器被连接到直流电提供装置，每个桥接器件由多个开关以及电容器构成，其特征在于，所述方法包括以下步骤-将各桥接器件的开关设定在η-1种不同配置中，以便提供允许在相应的时间周期内对η-1个不同桥接器件的η-1个电容器中的每个进行放电的路径。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，由η个桥接器件构成的所述升压转换器包括至少由二极管、输出电容器、放电电阻器和放电开关构成的输出级，其特征在于，所述方法还包括以下步骤-将各桥接器件的开关和所述放电开关设定在第η种配置中，以便在第η个时间周期内对所述输出电容器进行放电。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，第η种配置还实现在第η个时间周期内对第η 个桥接器件的电容器的放电。
4.根据权利要求1到3中的任一项的方法，其特征在于，由η个桥接器件构成的所述升压转换器还包括至少由输入二极管、输入电容器和输入电阻器构成的输入级，其特征在于， 所述方法还包括以下步骤-将各桥接器件的开关和所述放电开关设定在第(η+1)种配置中，以便在第(η+1)个时间周期内对所述输入电容器进行放电。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，第η种配置被设定为第一种，之后是第(η+1) 种配置，再之后是其他η-1种不同配置。
6.用于对升压转换器的电容器进行放电以便将所述升压转换器设定在避免电击危险的配置中或者为所述升压转换器设定初始条件的设备，所述升压转换器由串联连接的η个桥接器件构成，由η个桥接器件构成的所述升压转换器被连接到直流电提供装置，每个桥接器件由多个开关以及电容器构成，其特征在于，所述设备包括-用于将各桥接器件的开关设定在η-1种不同配置中的装置，以便提供允许在相应的时间周期内对η-1个不同桥接器件的η-1个电容器中的每个进行放电的路径。
7.根据权利要求6的设备，其特征在于，由η个桥接器件构成的所述升压转换器还包括至少由二极管、输出电容器、放电电阻器和放电开关构成的输出级，其特征在于，所述设备还包括-用于将各桥接器件的开关和所述放电开关设定在第η种配置中的装置，以便在第η 个时间周期内对所述输出电容器进行放电。
8.根据权利要求7的设备，其特征在于，第η种配置还实现在第η个时间周期内对第η 个桥接器件的电容器的放电。
9.根据权利要求6到8中的任一项的设备，其特征在于，由η个桥接器件构成的所述升压转换器还包括至少由输入二极管、输入电容器和输入电阻器构成的输入级，其特征在于， 所述设备还包括-用于将各桥接器件的开关和所述放电开关设定在第(η+1)种配置中的装置，以便在第(η+1)个时间周期内对所述输入电容器进行放电。
10.根据权利要求6到9中的任一项的设备，其特征在于，所述直流电提供装置是光伏模块。
11.根据权利要求10的设备，其特征在于，由η个桥接器件构成的所述升压转换器还包括连接所述光伏模块与所述输入级的开关，并且连接所述光伏模块与所述输入级的所述开关在所述η+1种配置期间处于导通状态。
12.根据权利要求6到8中的任一项的设备，其特征在于，由η个桥接器件构成的所述升压转换器还包括连接所述直流电提供装置与所述输入级的开关，并且连接所述直流电提供装置与所述输入级的所述开关在所述η+1种配置期间处于不导通状态。
13.根据权利要求12的设备，其特征在于，由η个桥接器件构成的所述升压转换器还包括连接在用以连接所述直流电提供装置的所述开关与第一桥接器件之间的放电电路，所述放电电路由放电二极管和第二放电电阻器构成，所述放电二极管的阴极被连接到第一桥接器件的输入，所述放电二极管的阳极被连接到第二放电电阻器的第一端子，以及第二放电电阻器的第二端子被连接到所述直流电提供装置的负端子。
全文摘要
本发明涉及一种用于对由串联连接的n个桥接器件构成的升压转换器的电容器进行放电的方法，所述升压转换器被连接到直流电提供装置，每个桥接器件由多个开关以及电容器构成。所述方法包括以下步骤将各桥接器件的开关设定在n-1种不同配置中，以便在n-1个连续时间周期内对n-1个不同桥接器件的电容器进行放电。
文档编号H02M3/07GK102460923SQ201080027905
公开日2012年5月16日 申请日期2010年4月22日 优先权日2009年4月23日
发明者比亚蒂 G., 富布 L. 申请人:三菱电机株式会社, 三菱电机研发中心欧洲有限公司