用于功率转换器的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及用于功率转换器的系统和方法。根据本发明的一个优选实施例，逆变器电路包括直流（DC）到DC功率转换器，其被配置为经由第一输入端子和第二输入端子从装置接收输入能量，其中所述DC到DC功率转换器被配置为将所述输入能量的第一部分转换为DC能量。所述逆变器电路还包括逆变器级，其被耦合到所述DC到DC功率转换器的输出，并且被连接到所述DC到DC功率转换器的第一输入端子和所述DC到DC功率转换器的第二输入端子，其中所述逆变器级被配置为将所述输入能量的第二部分转换为第一输出能量。
【专利说明】用于功率转换器的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及电路，并且尤其涉及用于功率转换器的系统和方法。
【背景技术】
[0002]光伏系统使用光伏面板将太阳光转换成电力。光伏系统可以包含一个或多个逆变器，也被称为直流(DC)到交流(AC)功率转换器。由光伏系统产生的电力可以被存储、直接使用、馈送到电网中或与其他发电机结合。
[0003]光伏系统中所使用的逆变器可以包括独立逆变器、并网逆变器和电池备用逆变器。独立逆变器被用于隔离系统中，其中逆变器从由光伏系统充电的电池汲取DC能量。电池备用逆变器被设计为从电池汲取能量、管理电池充电以及将过量的能量输出到电网。一些逆变器使用最大功率点追踪(MPPT)来将最大功率从DC输入转换成AC输出。
[0004]电网连接逆变器以在电网频率下同步到电网的正弦形式供应AC功率，其中电压以电网电压为上限。如果电网电压被关断，则将AC输出从电网断开连接以提供孤岛效应(ant1-1slanding)保护。因此，电网连接逆变器并不在设施停电期间提供备用电源。孤岛(island)在功率被馈送到电网的小区段时存在，并且可能对认为这些区域未被供电的工人来说呈现危险。而且，在没有电网信号对其同步的情况下，逆变器的功率输出可能从由连接到孤岛的客户设备所需的容限漂移。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一个优选实施例，逆变器电路包括直流(DC)到DC功率转换器，其被配置为经由第一输入端子和第二输入端子从装置接收输入能量，并且被配置为将输入能量的第一部分转换为DC能量。逆变器电路进一步包括逆变器级，其被耦合到DC到DC功率转换器的输出，并且被连接到DC到DC功率转换器的第一输入端子和DC到DC功率转换器的第二输入端子。逆变器级被配置为将输入能量的第二部分转换为第一输出能量。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]为了更完整地理解本发明及其优点，现在对结合附图进行的以下描述做出参考，其中:
图1图示了功率转换器系统的实施例；
图2图示了母线电压的电压对比时间的曲线图；
图3图示了实施例功率转换器系统的框图；
图4图示了母线电压的电压对比时间的曲线图；
图5图示了实施例功率转换器电路的示意图；
图6图不了另一实施例功率转换器电路的不意图；
图7图示了附加实施例功率转换器电路的示意图；
图8图不了另一实施例功率转换器电路的不意图； 图9图示了对于实施例功率转换器电路的电压和电流对比时间的曲线图；
图10图示了实施例方法的框图；
图11图示了对于实施例功率转换器电路的仿真示意图；以及图12图示了对于仿真的功率转换器电路的电压和电流对比时间的曲线图。
[0007]除非另有指示，否则不同附图中对应的数字和符号通常指代对应的部分。附图被绘制为清楚地图示优选实施例的相关方面，并且不一定是按比例绘制的。为了更清楚地图示某些实施例中，指示相同结构、材料或过程步骤的变化的字母可以在图号之后。
【具体实施方式】
[0008]下面详细讨论当前优选实施例的制造和使用。然而，应当理解的是，本发明提供了可以被体现在各种各样的具体情境中的很多可适用的发明性概念。所讨论的具体实施例仅仅说明了制造和使用本发明的说具体方式，并且不限制本发明的范围。
[0009]将相对于特定情境中的优选实施例，即用于功率转换器的系统和方法，来描述本发明。然而，本发明也可以适用于其他类型的电路、系统和方法，例如其他电源电路、系统和方法。
[0010]实施例功率转换器将DC输入电压转换成AC输出电压。功率转换器包括DC到DC功率转换器和将DC电压转换为AC电压的两个逆变器。一个逆变器将DC到DC功率转换器的输出电压转换为AC输出电压,而另一个逆变器将输入DC电压的一部分转换为AC输出电压。在一些实施例中，其他逆变器也将DC到DC功率转换器的输出电压的一部分转换为AC输出电压。
[0011]图1示出了功率转换器系统100，其可以被用来将功率从光伏面板101传输到电网106。光伏面板(PV) 101通过将太阳能转换为电能来产生直流(DC)输出，包括正输出电压(Vpv_pos)和负输出电压(Vpv_neg)。漏电容108将正电压耦合到接地112，而漏电容110将负输出电压耦合到接地112。正输出电压和负输出电压被耦合到逆变器104，其将DC输出电压转换成被耦合到电网106的交流(AC)电压。
[0012]漏电容108和漏电容110表示从光伏电池的端子到接地的寄生电容。该漏电容可以存在于例如，从光伏电池的端子到光伏电池的接地框架或底座。在另一示例中，在其中逆变器104为单相逆变器并且光伏面板101的负相输出被接地的情况下，漏电容可能存在。将光伏电池的底座接地保证了系统的安全性、降低了电磁干扰(EMI)，并且减轻了共模电流。然而，对接地的高开关频率可能引起高的漏电流，这可能引起用于薄膜光伏面板的透明导电氧化物(TCO)层的劣化，从而降低了面板的寿命。此外，由用于背接触晶体光伏面板的正母线电压所引起的表面极化效应可能进一步使光伏面板劣化。
[0013]图2图示了对于电压转换器系统100的电压对比时间的曲线图。曲线122表示光伏面板101的正输出电压的电压对比时间，而曲线124表不光伏面板101的负输出电压的电压对比时间。接地电压随开关频率具有显著变化。
[0014]图3图示了实施例功率转换器系统140。光伏面板102通过经由光电效应将太阳能转换为电能来产生正输出电压和负输出电压，该光伏面板102可以是光伏电池的组件。在一些示例中，光伏电池包含基于晶片的晶体硅电池或薄填充碲化镉电池或硅电池。阳光引起了置于光伏电池内的pn结内的电子-空穴对的产生，从而导致了产生DC电压的电流积累。
[0015]正输出电压和负输出电压被耦合到DC到DC功率转换器142。可以使用开关模式电源(诸如升压转换器、降压转换器、或其他DC至DC转换器类型，诸如LLC转换器或相移全桥转换器)来实现DC到DC功率转换器142。DC到DC功率转换器142具有比其输入电压更大的输出电压。
[0016]DC到DC功率转换器142的输出被耦合到逆变器级144和逆变器级148。逆变器级144将DC电压的一部分转换为AC电压，其被馈送到电网模块146。类似地，逆变器级148将DC电压的一部分转换为AC电压，其被馈送到电网模块146。另外，逆变器级148将来自光伏面板102的输出电压的一部分转换为被馈送到电网模块146的AC电压。因而，由光伏面板102输出的能量被传输到电网模块146。
[0017]另一方面，图4图示了对于图3中所图示的功率转换器系统140的电压对比功率接地(power earth)的曲线图。曲线122示出了光伏面板102的正输出电压的电压对比功率接地，而曲线134示出了光伏面板102的负输出电压对比功率接地。在功率转换器系统140中，漏电流是较低的，因为提供给输出的大部分电流在低频率下被切换。图4中的曲线图描绘了其中电路未要求无功功率的示例。当需要无功功率时，开关损耗可能稍微增加。
[0018]图5图示了功率转换器电路150，其可以例如被用来实现功率转换器系统140。光伏面板102被耦合到DC到DC功率转换器143。高频噪声的滤波是由电容器152 (Cpv)所提供的，该电容器152被f禹合在光伏面板102的正输出和负输出之间。光伏面板102的正输出被耦合到电感器154 (Lbst)，其抵抗电流中的瞬时变化。晶体管158 (Qbstl)被耦合在光伏面板102的电感器154和负输出之间。并且，晶体管156 (Qbst2)被稱合在晶体管158和DC到DC功率转换器143的正DC输出之间。晶体管156被操作为实现同步整流，以增加DC到DC功率转换器143的效率。在一个示例中，晶体管156和晶体管158是η沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)。替代地，晶体管156和158可以是ρ沟道M0SFET，或者可以使用其他类型的晶体管。电容器160 (Cdc)被耦合在DC到DC功率转换器143的DC输出和光伏面板102的负输出电压之间。DC到DC功率转换器143由晶体管158的占空比所控制，该晶体管158相对于晶体管156以互补方式被切换。当晶体管158被关闭时，电流流过电感器154，且能量被存储在电感器154中。当晶体管158被开通时，流过电感器154的电流被降低，并且电流流过晶体管156来对电容器160充电。来自光伏面板102的输出功率的仅一部分被DC到DC功率转换器143所传输。
[0019]DC到DC功率转换器143的输出被耦合到将DC输入转换为AC输出的逆变器级145。逆变器级145为二级电桥。晶体管162 (Q5)和晶体管164 (Q6)被串联配置在DC到DC功率转换器143的正DC输出和负输出电压之间。在一个示例中，晶体管162和晶体管164被实现为M0SFET。晶体管162和晶体管164利用相反的占空比进行操作，因此一个晶体管始终是开通的，而另一个晶体管是关闭的。
[0020]逆变器级145的AC输出被耦合到电网模块147。电网模块147包含电网106(Ug)和电感器178 (Lf)0因此，由逆变器级145输出的AC功率被输出到电网106。
[0021]逆变器级149直接转换由光伏面板102所输出的能量的一部分而绕过DC到DC功率转换器143。在一个实施例中，使用中性点钳位式三级电桥来实现逆变器级149，并且将逆变器级149耦合到DC到DC功率转换器143的DC输出并耦合到电网模块147。另外，逆变器级149被耦合到光伏面板102的输出。晶体管166 (Q1)、晶体管170 (Q2)、晶体管172(Q3)、晶体管176 (Q4)被串联配置在DC到DC功率转换器143的输出之间。在一个实施例中，晶体管166、170、172和176为MOSFET。晶体管170和晶体管172之间的中点被耦合到电网模块147。并且，将二极管174 (D2)从晶体管172和晶体管176之间的中点耦合到光伏面板102的正输出。类似地，二极管168被耦合在光伏面板102的正输出和晶体管166与晶体管170之间的中点之间。钳位二极管(二极管168和二极管174)的中点被连接到光伏面板102的正输出电压。
[0022]逆变器级149将光伏面板102的输出电压和/或DC到DC功率转换器143的输出电压转换为输出到电网106的AC输出。当电网106的电压为正且小于光伏面板102的输出时，逆变器级149直接转换由光伏面板102所输出的功率而绕过DC到DC功率转换器143。晶体管166关断,而晶体管170为主开关晶体管。当晶体管170关断时，晶体管172和晶体管176的体二极管形成续流(freewheeling)路径。
[0023]图6图示了功率转换器电路180，其包括光伏面板102、逆变器级145、逆变器级149以及电网模块147，其类似于功率转换器电路150中的那些部分，除了已经用DC到DC功率转换器141中的二极管182替换了 DC到DC功率转换器143中的晶体管156。光伏面板102的正输出被耦合到电感器154 (Lbst)，并且晶体管158 (Qbstl)被耦合在电感器154和光伏面板102的负输出之间。并且，二极管182被耦合在晶体管158和DC到DC功率转换器143的正DC输出之间。DC到DC功率转换器143由晶体管158的占空比所控制。当晶体管158被关闭时，电流流过电感器154，并且能量被存储在电感器154中。当晶体管158被开通时，流过电感器154的电流被降低，并且电流流过二极管182来对电容器160充电。
[0024]图7图示了功率转换器电路190，其包括光伏面板102、逆变器级145以及电网模块147，其类似于功率转换器电路150中的那些部分。在一个示例中，DC到DC功率转换器197类似于功率转换器电路150中的DC到DC功率转换器143。在另一个示例中，DC到DC功率转换器197类似于功率转换器电路180中的DC到DC功率转换器141。DC到DC功率转换器197将由光伏面板102所输出的功率的一部分转换为DC输出功率。并且，逆变器级145将由DC到DC功率转换器197所输出的功率的一部分转换为输出到电网模块147的AC输出。
[0025]逆变器级199被耦合到DC到DC功率转换器197的DC输出。晶体管192和晶体管194被串联耦合在DC到DC功率转换器197的输出之间。在一个示例中，晶体管192和晶体管194为M0SFET。晶体管192和晶体管194、AC输出之间的中点被耦合到电网模块147。晶体管198 (Q8)和晶体管196 (Q7)被串联耦合在逆变器级199的AC输出和光伏面板102的正输出之间。因而，逆变器级199将光伏面板102的输出的一部分的直接转换为AC输出。逆变器级199包含比逆变器级149少两个的二极管。
[0026]当电网106的电压为正且小于光伏面板102的电压时，晶体管164接通并被箝位到DC到DC功率转换器的负DC输出电压，并且晶体管192起到主开关晶体管的作用，而晶体管162和198关断。当晶体管196关断时，晶体管194的体二极管充当续流路径。绕过DC到DC功率转换器197，直接从光伏面板102汲取功率。
[0027]当电网106的电压为正且大于光伏面板102的电压时，晶体管164保持接通，并且晶体管196为主开关晶体管。晶体管196从DC输出电压和光伏面板输出电压产生两个电压电平。从光伏面板102直接汲取部分功率，以及从光伏面板102通过DC到DC功率转换器143汲取部分功率。
[0028]当电网电压为负且大于光伏面板输出电压减去DC输出电压时，晶体管162保持接通，且晶体管198为主开关晶体管。当电网电压为负且小于光伏面板输出电压减去DC输出电压时，晶体管162保持接通，且晶体管194为主开关晶体管。
[0029]图8图示了功率转换器电路210。光伏面板102、逆变器级145以及电网模块147类似于功率转换器电路150中的那些部分。在一个示例中，DC到DC功率转换器213类似于功率转换器电路150中的DC到DC功率转换器143。在另一个示例中，DC到DC功率转换器213类似于功率转换器电路180中的DC到DC功率转换器141。DC到DC功率转换器142将由光伏面板102输出的功率的一部分转换为DC输出。然后，逆变器级145将DC输出功率的一部分转换为AC功率，其被馈送到电网模块147。
[0030]类似于逆变器级199，逆变器级211包含串联耦合到DC输出的晶体管192和晶体管194。晶体管192、晶体管194以及逆变器级211的AC输出经由节点a被耦合到电网模块147。双向开关215被耦合在逆变器级211的AC输出和光伏面板102的输出之间，并包含晶体管212和二极管214、216、218和220。在某些情况下，逆变器级211的转换效率低于逆变器级199或逆变器级149的转换效率，因为存在附加的二极管，其导致了更高的导通损耗。然而，逆变器级211包含比逆变器级199和逆变器级149更少的晶体管。使用控制信号激活晶体管212，该控制信号是用于激活图5中所示实施例中晶体管Q2和Q3的控制信号的逻辑和(AND)。
[0031]图9图示了对于电压转换器电路150的电压和电流对比时间的曲线图。曲线242表示电网106的正弦电压(Ug)，曲线241表示光伏面板102的DC输出电压(Vpv)，曲线240表示DC到DC功率转换器143的DC输出电压(Vdc)，曲线245表示跨越DC到DC功率转换器143的负DC电压(-Vdc)，以及曲线243表示DC输出电压和从光伏面板102输出的电压之间的差的负值-(Vdc-Vpv)。此外，曲线244表示跨越晶体管166的电压，曲线246示出了跨越晶体管170的电压，曲线248表示跨越晶体管172的电压，曲线250示出了跨越晶体管176的电压，曲线252表示跨越晶体管162的电压，以及曲线254表示跨越晶体管164的电压，以及曲线256表示通过电网模块147的电流(If)，而曲线258示出了跨越整个电网模块147的电压。
[0032]相对于光伏面板输出电压和DC输出电压基于电网电压来将电路操作划分成多个区域。在区域247中，由曲线242表示的电网电压为正且小于由曲线241表示的来自光伏面板的电压。由曲线244表示的晶体管166以及由曲线252表示的晶体管162是关断的，而由曲线254表示的晶体管164是接通的并被钳位到DC到DC功率转换器142的负DC输出电压。主开关晶体管170和晶体管176在区域247中进行切换。当晶体管170关断时，由曲线248表示的晶体管172的体二极管形成续流路径。该区域中，直接从光伏面板102汲取功率，且DC到DC功率转换器143消耗非常少的有功功率。
[0033]然后，在区域249中，电网的电压为正且大于光伏面板的输出电压，并且一直增力口。在区域251中，电网106的电压为正且大于光伏面板102的输出电压,但一直减少。在区域249和251中，由曲线246表示的晶体管170的控制电压保持接通，且由曲线244表示的晶体管166是主开关晶体管。由曲线248表示的晶体管172也在区域249中进行切换。晶体管166从DC输出电压和光伏面板输出电压产生两个电压电平。从光伏面板102直接汲取部分功率，以及从光伏面板102通过DC到DC功率转换器143汲取部分功率。
[0034]在区域253中，电网电压为正且小于光伏面板输出电压。如区域247中的那样，由曲线246表示的晶体管170的控制电压是主开关晶体管，而由曲线244表示的晶体管166是关断的，并且由曲线250表示的晶体管176在区域253中进行切换。当晶体管170关断时，由曲线248表示的晶体管172的体二极管形成续流路径，DC到DC功率转换器143在区域253中消耗非常少的有功功率，因为功率是直接从光伏面板102汲取的。
[0035]在区域255中，电网电压为负且大于光伏面板输出电压减去DC输出电压。由曲线252表示的晶体管162的控制电压保持接通，而由曲线248表示的晶体管172的控制电压是主开关晶体管，并且由曲线244表示的晶体管166在区域255中进行切换。当晶体管172关断时，由曲线246表示的晶体管170的体二极管形成续流路径，并提供了零电压矢量。由曲线254表示的晶体管164保持关断。而且，在区域257中，电网电压为负且小于光伏面板输出电压减去DC输出电压。由曲线250表示的晶体管176是主开关晶体管，且由曲线248表示的晶体管172保持接通，而由曲线246表示的晶体管170在区域257中进行切换。
[0036]如区域255中的那样,在区域259中，电网电压为负且大于光伏面板输出电压减去DC输出电压。由曲线248表示的晶体管172的控制电压是主开关晶体管，而由曲线250表示的晶体管176保持接通，且由曲线244表示的晶体管166在区域259中进行切换。
[0037]当需要无功功率时，晶体管166和170与晶体管172和176互补地进行切换。在该情况下，开关损耗稍微高于不需要无功功率时的情况。
[0038]图10图示了功率转换方法的流程图390。最初，在步骤392中，接收能量。在一个示例中，从以DC输出电压形式将太阳能转化成电能的光伏面板接收能量。然后，在步骤394中，将所接收的能量由DC到DC功率转换器转换为更高的DC电压，可以使用升压转换器、降压转换器或另一种转换器类型来实现该DC到DC功率转换器。接下来，在步骤396中，将由DC到DC功率转换器输出的DC由第一逆变器转换为AC电压。在一个示例中，第一逆变器为二级电桥。由第一逆变器产生的AC电压被输出到电网。
[0039]在步骤398中，第二逆变器将DC电压能量转换为AC电压。在一个示例中，在一个区域的操作期间，仅将所接收的能量直接转换为AC电压，而没有使用DC到DC功率转换器的输出。在另一区域的操作期间，所接收能量的部分以及由DC到DC功率转换器所转换的能量的部分均被转换为AC输出电压。在一个示例中，第二逆变器为中性点钳位式三级电桥。由第二逆变器输出的AC电压被耦合到电网。
[0040]图11图示了功率转换器电路150的仿真示意图260。图12图示了对于仿真示意图260的结果的电压和电流对比时间的曲线图。曲线374示出了由DC到DC功率转换器142产生的DC输出电压，以及曲线372示出了光伏面板102的输出电压。曲线376示出了电网106的电压，以及曲线378示出了电网模块147的电流。并且，曲线380示出了电网模块146的电压。
[0041]实施例逆变器电路包括DC到DC功率转换器，其被配置为经由第一输入端子和第二输入端子从装置接收输入能量，其中DC到DC功率转换器被配置为将输入能量的第一部分转换为DC能量。逆变器电路还包括逆变器级，其被耦合到DC到DC功率转换器的输出，并被连接到DC到DC功率转换器的第一输入端子和DC到DC功率转换器的第二输入端子，其中该逆变器级被配置为将输入能量的第二部分转换为第一输出能量。在一个示例中，该逆变器级进一步被配置为将DC能量的第三部分转换为第二输出能量。
[0042]在另一示例中，DC到DC功率转换器包括第一电感，其被耦合到DC到DC功率转换器的第一输入端子，以及第一电容器，其被稱合在DC到DC功率转换器的第一输入端子和DC到DC功率转换器的第二输入端子之间。DC到DC功率转换器还包括第一晶体管，其被耦合在DC到DC功率转换器的第二输入端子和第一电感器之间，以及第二晶体管，其被耦合到第一电感器和第一晶体管。
[0043]在附加示例中，DC到DC功率转换器包括第一电感器，其被耦合到DC到DC功率转换器的第一输入端子，以及第一电容器，其被稱合在DC到DC功率转换器的第一输入端子和DC到DC功率转换器的第二输入端子之间。DC到DC功率转换器还包括第一晶体管，其被耦合在DC到DC功率转换器的第二输入端子和第一电感器之间，以及第一二极管，其被耦合到第一电感器和第一晶体管。在另一实施例中，逆变器级被直接连接到DC到DC功率转换器的第一输入端子和DC到DC功率转换器的第二输入端子，且逆变器级被配置为将输入能量的第二部分直接转换为第一输出能量。在一个实施例中，逆变器级为中性点钳位式三级电桥。该逆变器级可以被进一步配置为耦合到AC功率源。在另一示例中，该装置包括光伏面板。
[0044]在一个示例中，逆变器电路包括DC到DC功率转换器，其被配置为经由第一输入端子和第二输入端子从装置接收输入能量，以及将输入能量的第一部分转换为DC能量。此夕卜，该逆变器电路包括第一逆变器级，其被耦合到DC到DC功率转换器的第一输出和DC到DC功率转换器的第二输入端子，以及第一电网端子。逆变器电路还包括第二逆变器级，其被耦合到DC到DC功率转换器的第一输出、DC到DC功率转换器的第二输入端子、和DC到DC功率转换器的第二电网端子，其中第二逆变器级被连接到DC到DC功率转换器的第一输入端子和DC到DC功率转换器的第二输入端子。
[0045]在另一示例中，DC到DC功率转换器为升压转换器和/或第一逆变器为二级电桥。第一逆变器级可以包括第一晶体管，其被耦合在DC到DC功率转换器的第一输出和第一电网端子之间，以及第二晶体管，其被耦合在第一电网端子和DC到DC功率转换器的第二输入端子之间。在附加示例中，第一逆变器被配置为在工频(line-frequency)切换下进行操作。
[0046]在另一示例中，第二逆变器级包括第一晶体管，其被耦合在DC到DC功率转换器的第一输出和第二节点之间，以及第二晶体管，其被耦合到第二节点和第二电网端子之间。第二逆变器级还包括第三晶体管，其被耦合在第二电网端子和第三节点之间，以及第四晶体管，其被耦合在第三节点和DC到DC功率转换器的第二输入端子之间。另外，第二逆变器级包括第一二极管，其被耦合在第二节点和DC到DC功率转换器的第一输入端子之间，以及第二二极管，其被耦合在第三节点和DC到DC功率转换器的第一输入端子之间。
[0047]在附加示例中，第二逆变器级包括第一晶体管，其被耦合在DC到DC功率转换器的第一输出和第二电网端子之间，以及第二晶体管，其被耦合在第二电网端子和DC到DC功率转换器的第二输入端子之间。而且，第二逆变器级包括第三晶体管，其被耦合在第二电网端子和第二节点之间，以及第四晶体管，其被耦合在第二节点和DC到DC功率转换器的第一输入端子之间。
[0048]在另一示例中，第二逆变器级包括第一晶体管，其被耦合在DC到DC功率转换器的第一输出和第二电网端子之间，以及第二晶体管，其被耦合在第二电网端子和DC到DC功率转换器的第二输入端子之间。第二逆变器级还包括第一二极管，其被耦合在第二电网端子和第二节点之间，以及第二二极管管，其被耦合在第二节点和DC到DC功率转换器的第一输入端子之间。另外，第二逆变器级包括第三二极管，其被耦合在第二电网端子和第三节点之间，以及第三晶体管，其被耦合在第二节点和第三节点之间。而且，第二逆变器级包括第四二极管，其被耦合在DC到DC功率转换器的第一输入端子和第三节点之间。在附加的示例中，第一电网端子和第二电网端子被配置为耦合到AC功率源。在另一示例中，装置是光伏面板。
[0049]在一个示例中，转换光伏能量的方法包括:从光伏面板接收输入能量，并由DC到DC功率转换器将输入能量的第一部分转换为第一转换能量，其中第一转换能量包括比输入能量更少的能量。另外，该方法包括:由第一逆变器级将输入能量的第二部分转换为第二转换能量。该方法还可以包括由第一逆变器级将第一转换能量的第三部分转换为第三转换能量。此外，该方法可以包括由第二逆变器级将第二转换能量的第四部分转换为第四转换的倉tfi。
[0050]在一个实施例中，由DC到DC功率转换器转换所接收的能量的仅一部分，使得DC到DC功率转换器的功率损耗少于转换全部输入功率的功率损耗。在一个示例中，第一逆变器的开关损耗相比于导通损耗是可忽略。第二逆变器的效率非常高，因为在某些实施例中一次仅有一个有效开关进行操作。实施例的优点包括处理降压和/或升压模式中输入电压上的广泛变化的能力。而且，实施例在处理输入电压的广泛变化的同时具有良好的效率。实施例的附加优点包括在低频率下操作实施例的逆变器的DC侧，这降低了漏电流。在一个示例中，因为使用了电压钳位类型的调制，所以开关电压应力是较低的。在另一示例中，升压转换器仅将光伏功率的一部分传输到DC链路。在附加实施例中，第二逆变器级被直接连接到DC到DC功率转换器的第一输入端子和DC到DC功率转换器的第二输入端子。
[0051]虽然已经参照说明性实施例描述了本发明，但该描述并不旨在以限制意义被解释。说明性实施例以及本发明的其他实施例的各种修改和组合，在参考该描述时将对于本领域技术人员是显而易见的。因此，所旨在的是，所附权利要求涵盖了任何这样的修改或实施例。
【权利要求】
1.一种逆变器电路，包括: 直流(DC)到DC功率转换器，其被配置为经由第一输入端子和第二输入端子从装置接收输入能量，其中所述DC到DC功率转换器被配置为将所述输入能量的第一部分转换为DC能量；以及 逆变器级，其被耦合到所述DC到DC功率转换器的输出，并且被连接到所述DC到DC功率转换器的第一输入端子和所述DC到DC功率转换器的第二输入端子，其中所述逆变器级被配置为将所述输入能量的第二部分转换为第一输出能量。
2.如权利要求1所述的逆变器电路，其中所述逆变器级进一步被配置为将DC能量的第三部分转换为第二输出能量。
3.如权利要求1所述的逆变器电路，其中所述DC到DC功率转换器包括: 第一电感器，其被耦合到所述DC到DC功率转换器的第一输入端子； 第一电容器，其被耦合在所述DC到DC功率转换器的第一输入端子和所述DC到DC功率转换器的第二输入端子之间； 第一晶体管，其被耦合在所述DC到DC功率转换器的第二输入端子和所述第一电感器之间，以及 第二晶体管，其被耦合到所述第一电感器和所述第一晶体管。
4.如权利要求1所述的逆变器电路，其中所述DC到DC功率转换器包括: 第一电感器，其被耦合到所述DC到DC功率转换器的第一输入端子； 第一电容器，其被耦合在所述DC到DC功率转换器的第一输入端子和所述DC到DC功率转换器的第二输入端子之间； 第一晶体管，其被耦合在所述DC到DC功率转换器的第二输入端子和所述第一电感器之间，以及 第一二极管，其被耦合到所述第一电感器和所述第一晶体管。
5.如权利要求1所述的逆变器电路，其中所述逆变器级被直接连接到所述DC到DC功率转换器的第一输入端子和所述DC到DC功率转换器的第二输入端子，并且所述逆变器级被配置为将所述输入能量的第二部分直接转换为所述第一输出能量。
6.如权利要求1所述的逆变器电路，其中所述逆变器级被配置为耦合到交流(AC)功率源。
7.如权利要求1所述的逆变器电路，其中所述装置包括光伏面板。
8.一种逆变器电路，包括: 直流(DC)到DC功率转换器，其被配置为经由第一输入端子和第二输入端子从装置接收输入能量，以及将所述输入能量的第一部分转换为DC能量； 第一逆变器级，其被耦合到所述DC到DC功率转换器的第一输出、所述DC到DC功率转换器的第二输入端子、和第一电网端子；以及 第二逆变器级，其被耦合到所述DC到DC功率转换器的第一输出、所述DC到DC功率转换器的第二输入端子、和所述DC到DC功率转换器的第二电网端子，其中所述第二逆变器级被连接到所述DC到DC功率转换器的第一输入端子和所述DC到DC功率转换器的第二输入端子。
9.如权利要求8所述的逆变器电路，其中所述第二逆变器级被直接连接到所述DC到DC功率转换器的第一输入端子和所述DC到DC功率转换器的第二输入端子。
10.如权利要求8所述的逆变器电路，其中所述第一逆变器是二级电桥。
11.如权利要求10所述的逆变器电路，其中所述第一逆变器级包括: 第一晶体管，其被耦合在所述DC到DC功率转换器的第一输出和所述第一电网端子之间；以及 第二晶体管，其被耦合在所述第一电网端子和所述DC到DC功率转换器的第二输入端子之间。
12.如权利要求8所述的逆变器电路，其中所述第一逆变器被配置为在工频切换下进行操作。
13.如权利要求8所述的逆变器电路，其中所述第二逆变器级包括: 第一晶体管，其被耦合在所述DC到DC功率转换器的第一输出和第二节点之间； 第二晶体管，其被耦合在所述第二节点和所述第二电网端子之间； 第三晶体管，其被耦合在所述第二电网端子和第三节点之间； 第四晶体管，其被耦合在所述第三节点和所述DC到DC功率转换器的第二输入端子之间； 第一二极管，其被耦合在所述第二节点和所述DC到DC功率转换器的第一输入端子之间；以及 第二二极管，其被耦合在所述第三节点和所述DC到DC功率转换器的第一输入端子之间。
14.如权利要求8所述的逆变器电路，其中所述第二逆变器级包括: 第一晶体管，其被耦合在所述DC到DC功率转换器的第一输出和所述第二电网端子之间； 第二晶体管，其被耦合在所述第二电网端子和所述DC到DC功率转换器的第二输入端子之间； 第三晶体管，其被耦合在所述第二电网端子和第二节点之间；以及 第四晶体管，其被耦合在所述第二节点和所述DC到DC功率转换器的第一输入端子之间。
15.如权利要求8所述的逆变器电路，其中所述第二逆变器级包括: 第一晶体管，其被耦合在所述DC到DC功率转换器的第一输出和所述第二电网端子之间； 第二晶体管，其被耦合在所述第二电网端子和所述DC到DC功率转换器的第二输入端子之间； 第一二极管，其被耦合在所述第二电网端子和第二节点之间； 第二二极管，其被耦合在所述第二节点和所述DC到DC功率转换器的第一输入端子之间； 第三二极管，其被耦合在所述第二电网端子和第三节点之间； 第三晶体管，其被耦合在所述第二节点和所述第三节点之间；以及 第四二极管，其被耦合在所述DC到DC功率转换器的第一输入端子和所述第三节点之间。
16.如权利要求8所述的逆变器电路，其中所述第一电网端子和所述第二电网端子被配置为耦合到交流(AC)功率源。
17.如权利要求8所述的逆变器电路，其中所述装置是光伏面板。
18.一种转换光伏能量的方法，所述方法包括: 从光伏面板接收输入能量； 由DC到DC功率转换器将所述输入能量的第一部分转换为第一转换能量，其中所述第一转换能量包括比所述输入能量更少的能量；以及 由第一逆变器级将所述输入能量的第二部分转换为第二转换能量。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括由所述第一逆变器级将所述第一转换能量的第三部分转换为第三转换能量。
20.如权利要求18所述的方法，进一步包括由第二逆变器级将所述第二转换能量的第四部分转换为第四转换能量。
【文档编号】H02M7/487GK104348377SQ201410375510
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2013年8月2日
【发明者】唐燚, 余伟福 申请人:英飞凌科技奥地利有限公司