升压变换器、对应的逆变器和运行方法
【专利说明】升压变换器、对应的逆变器和运行方法
[0001] 本发明设及一种升压变换器及一种用于升压变换器的运行方法。本发明还设及一 种逆变器、尤其一种光伏的逆变器，该光伏的逆变器具有一个此类的升压变换器。
[0002] 升压变换器尤其在光伏的设备中被用于使单独的串的直流电压适配于一个共用 的中间回路的直流电压。在此值得期望的是，该升压变换器用尽可能好的效率运行，W避免 能量损耗并减少用于冷却该升压变换器（尤其该升压变换器的一个半导体开关器）的部件 的耗费。例如从谐振转换器已知的是，该半导体开关器可W如下方式实现低损耗的开关，在 该开关器是无电流或无电压的时间点开关该开关器。运被称为软开关。
[0003] 从文件DE2639589A1已知一种升压变换器，该升压变换器具有一种对于升压 变换器常见的在多个直流电压输入端与多个直流电压输出端之间的安排，即一个电感 器、一个升压变换器开关器和一个升压变换器二极管，该升压变换器具有一个缓冲电路 (Snubberschaltung)，该缓冲电路带有一个充电路径和一个放电路径，其中该放电路径作 为一个电容器和一个二极管的串联电路与该升压变换器二极管并联地延伸。该电容器在该 升压变换器开关器接通时通过该充电路径充电，该充电路径包括另一个二极管和另一个电 感器的串联电路并且该充电路径的一个末端连接在该电容器和该二极管之间的一个连接 点处，对此在该充电路径的另一个末端处施加一个电压，该电压是该升压变换器的输出电 压的一半大。此外，文件DE2639589A1公开了 ：该充电路径可W连接到在运些直流电压输出 端之间的一个共享的输出端电容的中点处并且为此还示出一个补偿电路，借助该补偿电路 能够补偿该共享的输出端电容的运两个电容的、由该充电电路引起的不均匀的放电。
[0004] 文件US7385833B2同样公开了一种升压变换器，该升压变换器具有对于升压变换 器常见的在多个直流电压输入端与多个直流电压输出端之间的安排，即一个电感器、一个 升压变换器开关器和一个升压变换器二极管，该升压变换器具有一个缓冲电路，该缓冲电 路带有一个充电路径和一个放电路径，其中该放电路径作为一个电容器和一个二极管的串 联电路与该升压变换器二极管并联地延伸，并且其中该充电路径包括另一个二极管和另一 个电感器的串联电路，该充电路径的一个末端连接在该电容器和该二极管之间的一个连接 点处。该充电路径的另一个末端连接到该升压变换器的一条线路处，该线路使运些直流电 压输入端之一与运些直流电压输出端之一相连接。为了在该升压变换器开关器接通时使该 电容器充电，在该充电路径中的该另一个电感器与该升压变换器的电感器磁禪合。由此，从 连接在运些直流电压输入端处的能量源提取用于使该电容器充电的能量。
[0005] 从文件US20080094866A1已知的是，使用与一个光伏发电机相连接的、具有一个 有源开关的缓冲电路的一种升压变换器，该升压变换器具有对于升压变换器常见的在多个 直流电压输入端与多个直流电压输出端之间的安排，即一个电感器、一个升压变换器开关 器和一个升压变换器二极管。
[0006] 本发明的由此的目的在于，提供一种具有改善的效率的升压变换器，该升压变换 器尤其能够实现，对该升压变换器的一个半导体开关器进行软开关。
[0007] 根据本发明，该目的通过独立权利要求1和10所述的升压变换器和通过根据并列 的方法权利要求8和23所述的升压变换器的运行方法W及通过根据并列的装置权利要求 9、24和25所述的一种逆变器实现。本发明的有利的实施方式在从属权利要求中展示。
[0008] -种根据本发明的升压变换器包括：一个第一电感器，该第一电感器使该升压变 换器的一个第一直流电压输入端与一个第一连接点电连接；W及一个升压变换器开关器， 该升压变换器开关器使该第一连接点与一个第二直流电压输入端W及该升压变换器的与 该第一直流电压输入端连接的一个第二直流电压输出端相连接。此外，该升压变换器包括 一个第一二极管，该第一二极管使该第一连接点与该升压变换器的一个第一直流电压输出 端相连接。该升压变换器还具有一个缓冲电路，该缓冲电路带有一个充电路径和一个放电 路径，其中该放电路径作为一个电容器和一个第二二极管的串联电路从第一连接点向第一 直流电压输出端延伸，并且该充电路径从在该电容器和该第二二极管之间的一个连接点出 发，W如下方式被适配为，使得该电容器在该升压变换器开关器接通时充电。在不使用其他 的开关器的情况下进行充电。
[0009] 通过实施为该电容器和该第二二极管的串联电路的放电路径实现了，在该升压变 换器开关器关断的时间点通过该第一电感器的电流首先不转向到该第一二极管（运正是 在一个常规的升压变换器中可能的情况），而是转向到该放电路径，由此使该电容器放电。 在该电容器完全放电之后，该电流才转向到该第一二极管。由于该第一二极管通过该放电 路径的临时跨接实现了该升压变换器开关器的一个无电压的、即软的关断，运极大地减少 了开关损耗。
[0010] 在该升压变换器开关器接通阶段的开始，该电容器通过该充电路径进行重新充 电。在此根据接通阶段的延续时间可W进行部分充电或有利地进行完全充电直至该直流电 压输出端的电压值。因此在一个实施方式中，该电容器借助于一个输出端电容的能量进行 充电，该输出端电容安排在该第一和第二直流电压输出端之间。
[0011] 但是有可能同样好的是，从该直流电压输入端提取用于使该电容器充电的能量。 为此，该充电路径在其一个末端处连接到在该电容器与该第二二极管之间的该连接点处， 并且在其另一个末端处连接到该第一直流电压输入端处。在此特别有利的是，在该第一和 第二直流电压输入端之间安排一个输入端电容，并且该充电路径被适配为用于从该输入端 电容使该电容器充电。
[0012] 该放电路径可W安排为与该第一二极管并联。但是替代性地也可W设想的是，该 第二二极管作为该放电路径的部件安排在该第一直流电压输出端和该第一二极管之间，使 得该第一二极管与在该电容器和该第二二极管之间的一个连接点相连接并且由此通过该 第二二极管与该第一直流电压输出端相连接。
[0013] 在根据本发明的升压变换器的一个实施变体中，该充电路径包括一个电阻器和一 个第二开关器的串联电路，并且使在该电容器和该第二二极管之间的该连接点与该第一直 流电压输出端或替代性地与该第一直流电压输入端相连接。在此，该电阻器用于限制充电 电流。在该实施变体中，该第二开关器适配为用于与该升压变换器开关器共同接通。在运 种情况下，共同接通的概念包括：在该升压变换器开关器接通阶段期间，该第二开关器至少 暂时地接通。在此也明确不排除的是，在该升压变换器开关器接通之前在一个预先确定的 时间段接通该第二开关器。优选的是，该第二开关器的接通与该升压变换器开关器的接通 同时进行。
[0014] 在本发明的一个实施方式中，该充电路径可W包括一个第二电感器和一个第立二 极管的串联电路。
[001引在一个进一步的实施方式中，该输出端电容（Ausgangskapazi做)包括一个第一 输出端电容器和一个第二输出端电容器（Ausgangskondensators)的串联电路，该第一和 第二输出端电容器通过一个中间点彼此相连接。在此，该充电路径使在该电容器和该第 二二极管之间的连接点与该共享的输出端电容的中间点相连接。在此，该第二电感器既可 W与该共享的输出端电容的中间点相连接，也可W与在该电容器和该第二二极管之间的连 接点相连接。在运种情况下，该电容器借助于该输出端电容器的能量进行充电，该输出端电 容器与该升压变换器的该第二直流电压输出端相连接。下面将该输出端电容器作为配属于 该缓冲电路的输出端电容来参考。
[0016] 由于通过能量提取在该第一和该第二输出端电容器之间引起了不均匀的电压分 布，可W通过一个可控的补偿电路补充根据本发明的升压变换器。一个此类的补偿电路可 W包括至少一个补偿开关器，该补偿开关器使该第一直流电压输出端可控地通过该第二电 感器与该共享的输出端电容的中间点相连接。此外，可W在该第二电感器与该补偿开关器、 W及该第二直流电压输出端的连接点之间安排一个续流二极管或另一个开关器。
[0017] 该升压变换器的开头所述的变体（其中该充电路径在其另一个末端处连接到该 第一直流电压输入端处）在没有共享的输出端电容或输入端电容的情况下W及由此也在 没有补偿电路的情况下实现。在此可W看出该变体的特别的优点。如果在运些直流电压输 入端之间的电压大于在运些直流电压输出端之间的电压的一半，则该电容器充电直至该直 流电压输出端的电压值。也在较低的电压值下存在开关的功能，但是那时开关负载并不是 最佳的，即开关损耗的减少较小。
[0018] 为了补偿从一个共享的输出端电容的不均匀的能量提取，可W设想的是，在该升 压变换器下游连接一个另外的转换器，W如下方式控制该转换器，使得该转换器优选从相 对于该另一个电容器具有更高的电压的电容器中提取能量。在本发明的一个可能的实施 方式中，在该升压变换器的直流电压输出端处例如连接一个所谓的3电平桥、例如一个NPC 桥，W如下方式控制该=电平桥，使得实现补偿性能量提取及由此使在运两个输出端电容 器之间的电压对称。当然也可W设想另外的、能够从该共享的中间回路进行补偿性提取能 量的电路，例如用于该升压变换器的或一个电子设备（该升压变换器是该电子设备的部 件）