多級轉(zhuǎn)換器、逆變器以及太陽能供電裝置制造方法
【專利摘要】提供了一種多級轉(zhuǎn)換器、逆變器以及太陽能供電裝置。一種能夠通過使用簡單電路關于單個輸入電源提供具有多種電壓電平的輸出電力的多級轉(zhuǎn)換器、具有其的逆變器，以及具有其的太陽能供電裝置。多級轉(zhuǎn)換器包括：第一降壓升壓單元，具有開閉輸入電源的第一電力開關，并且輸出具有根據(jù)第一電力開關的開閉而變化的電壓電平的第一電力；旁路單元，輸出具有輸入電源的電壓電平的第二電力；以及第二降壓升壓單元，具有開閉輸入電源的第二電力開關，并且輸出具有根據(jù)第二電力開關的開閉而變化的電壓電平的第三電力。
【專利說明】多級轉(zhuǎn)換器、逆變器以及太陽能供電裝置
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2012年6月29日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的第10-2012-0071037號韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，該申請的公開通過引用并入本文。
【技術領域】
[0003]本發(fā)明涉及一種能夠輸出具有多種電壓電平的電力的多級轉(zhuǎn)換器、具有該多級轉(zhuǎn)換器的逆變器以及具有該逆變器的太陽能供電裝置。
【背景技術】
[0004]從20世紀末葉以來，隨著由于石油燃料的使用和二氧化碳(C02)、單氮氧化物(N0X)、氧化硫(SOx)等的排放，環(huán)境污染、地球變暖等現(xiàn)象的嚴重性逐漸地增加，對可再生能源資源的需求和可再生能源資源的發(fā)展增加。特別是，由于基于京都協(xié)定國家對于減少溫室氣體的排放的義務和原油價格的提高，對可再生能源領域的技術發(fā)展需求的必要性的認識提高。如今，能源資源問題直接關系到國家安全問題，而減少二氧化碳排放的意愿和發(fā)展其相關科技已被認為是國家競爭戰(zhàn)略。
[0005]盡管在低效率方面的劣勢，在各種新的可再生能源資源中，提供清潔、無窮盡的能源資源并使用國家半導體技術的光伏(PV)電池(太陽能電池)近來已持續(xù)地在國家市場上擴展開來。在國外，基于長時間積累的技術能力和經(jīng)濟實力，使用光伏(PV)電池的太陽能供電裝置在日本和德國公司的引領下已被商業(yè)化。
[0006]如下面的相關技術文獻所述，太陽能供電裝置包括將來自光伏(PV)電池的DC電力轉(zhuǎn)換為具有預定電壓電平的DC電力的轉(zhuǎn)換器，以及將來自轉(zhuǎn)換器的已轉(zhuǎn)換的DC電力轉(zhuǎn)換為商用AC電力的逆變器。在此相關技術文獻中，轉(zhuǎn)換器的電力轉(zhuǎn)換效率成為最重要的問題。
[0007]隨著轉(zhuǎn)換器性能的提高，在轉(zhuǎn)換器中已主要采用2級拓撲。然而，提高轉(zhuǎn)換器中的電力轉(zhuǎn)換效率可能是很困難的。同時，最近已被積極研究的多級轉(zhuǎn)換器可具有高的電力轉(zhuǎn)換效率以及電力開關中的低諧波產(chǎn)生率和低電壓應變率；然而，在這種類型的多級轉(zhuǎn)換器中，由于要求組件的數(shù)量的增多，電路復雜度和制造成本會上升。
[0008][相關技術文獻]
[0009]韓國專利公開第10-2009-0133036號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的一個方面提供了一種能夠使用簡單電路關于單個輸入電源提供具有多種電壓電平的輸出電力的多級轉(zhuǎn)換器、具有該多級轉(zhuǎn)換器的逆變器以及具有該逆變器的太陽能供電裝置。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種多級轉(zhuǎn)換器，包括:第一降壓升壓單元，具有開閉輸入電源的第一電力開關，并輸出具有根據(jù)第一電力開關的開閉而變化的電壓電平的第一電力；旁路單元，輸出具有所述輸入電源的電壓電平的第二電力；以及第二降壓升壓單元，具有開閉所述輸入電源的第二電力開關，并輸出具有根據(jù)第二電力開關的開閉而變化的電壓電平的第三電力。
[0012]第一降壓升壓單元的第一電力的電壓電平和第二降壓升壓單元的第三電力的電壓電平可被獨立地改變。
[0013]第一降壓升壓單元的第一電力的電壓電平可根據(jù)第一電力開關的周期(duty)而變化，且第二降壓升壓單元的第三電力的電壓電平可根據(jù)第二電力開關的周期而變化。
[0014]第一降壓升壓單元可進一步包括:第一電感器，充放根據(jù)第一電力開關的開閉而轉(zhuǎn)換的電力；第一電容器，充放來自第一電感器的電力；以及第一二極管，根據(jù)電力開關的開閉提供電力傳輸路徑。
[0015]第二降壓升壓單元可進一步包括:第二電感器，充放根據(jù)第二電力開關的開閉而轉(zhuǎn)換的電力；第二電容器，充放來自第二電感器的電力；以及第二二極管，根據(jù)電力開關的開閉提供電力傳輸路徑。
[0016]旁路單元可具有電連接在輸入電源的一端和另一端之間的至少一個電容器，該輸入電源被輸入至該至少一個電容器。
[0017]第一電力開關可包括連接至輸入電源的一端的漏極、連接至第一電感器的一端和第一二極管的負極的源極以及接收控制信號的柵極，輸入電源被輸入至該漏極，且第一電容器可連接至第一電感器的另一端以及第一二極管的正極。
[0018]第二電力開關可包括連接至輸入電源的另一端的源極、連接至第二電感器的一端和第二二極管的正極的漏極以及接收控制信號的柵極，輸入電源被輸入至該源極，且第二電容器可連接至第二電感器的另一端以及第二二極管的負極。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種逆變器，包括:多級轉(zhuǎn)換器，包括第一降壓升壓單元，具有開閉輸入電源的第一電力開關，并且輸出具有根據(jù)第一電力開關的開閉而變化的電壓電平的第一電力；旁路單元，輸出具有輸入電源的電壓電平的第二電力；以及第二降壓升壓單元，具有開閉輸入電源的第二電力開關，并且輸出具有根據(jù)第二電力開關的開閉而變化的電壓電平的第三電力；以及逆變器單元，轉(zhuǎn)換從多級轉(zhuǎn)換器單元輸出的第一至第三電力，以輸出AC電力。
[0020]逆變器單元可分別地轉(zhuǎn)換第一至第三電力，以輸出AC電力。
[0021]逆變器單元可轉(zhuǎn)換第一至第三電力的電壓電平的和，以輸出AC電力。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種太陽能供電裝置，包括:多級轉(zhuǎn)換器，包括第一降壓升壓單元，具有開閉來自太陽能電池的輸入電源的第一電力開關，并且輸出具有根據(jù)第一電力開關的開閉而變化的電壓電平的第一電力；旁路單兀，輸出具有輸入電源的電壓電平的第二電力；以及第二降壓升壓單元，具有開閉輸入電源的第二電力開關，并且輸出具有根據(jù)第二電力開關的開閉而變化的電壓電平的第三電力；以及逆變器單元，轉(zhuǎn)換從多級轉(zhuǎn)換器單元輸出的電力，以輸出AC電力。
[0023]太陽能供電裝置可進一步包括控制多級轉(zhuǎn)換器和逆變器單元的轉(zhuǎn)換的控制單元。【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]從下面結(jié)合附圖的詳細的說明中，本發(fā)明的以上和其他的方面、特征以及其他優(yōu)勢將被更清楚地理解，其中:
[0025]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的多級轉(zhuǎn)換器的示意性配置的電路圖；
[0026]圖2A和圖2B是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的多級轉(zhuǎn)換器的第一降壓升壓單元的電流回路的電路圖；
[0027]圖3A和圖3B是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的多級轉(zhuǎn)換器的第二降壓升壓單元的電流回路的電路圖；
[0028]圖4A至圖4C是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的多級轉(zhuǎn)換器的多電力的輸出電路圖；
[0029]圖5A和圖5B是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的多級轉(zhuǎn)換器的輸出波形的曲線圖；以及
[0030]圖6和圖7是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的具有多級轉(zhuǎn)換器的逆變器以及具有該逆變器的太陽能供電裝置的示意性配置的框圖。
【具體實施方式】
[0031]下文中，將參照附圖詳細地描述本發(fā)明的實施方式。不過本發(fā)明也可以許多不同的形式實施，且不應被解讀為限于本文所述實施方式。而是，提供這些實施方式是為了使本公開全面且完整，并完全地向本領域技術人員傳達本發(fā)明的范圍。在圖中，為了清楚，元件的形狀和尺寸可能會被夸大，并且整篇中相同的參考標號將用于表示相同或相似的元件。
[0032]任意一個部分與其他部分連接的情況包括所述部分彼此直接連接的情況和所述部分彼此間存在其他插入其間元件地間接連接的情況。
[0033]此外，除非額外明白地說明，否則將理解“包括”任何組件是表示包括其他組件但不排除任何其他組件。
[0034]下文中，將參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施方式。
[0035]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的多級轉(zhuǎn)換器的示意性配置的電路圖。
[0036]參照圖1，根據(jù)本發(fā)明實施方式的多級轉(zhuǎn)換器100可包括第一和第二降壓升壓(buck-boost)單兀110和120以及旁路單兀130。
[0037]第一降壓升壓單元110可包括第一電感器L1、第一電容器Cl、第I 二極管Dl和用于開閉(切換)輸入電源Vin的第一電力開關Q1。
[0038]第一電力開關Ql可以是例如MOSFET的開關器件，并且可包括連接至輸入電源的兩端中的一端的漏極、連接至第一電感器LI的一端和第一二極管Dl的負極的源極、以及接收控制信號的柵極，輸入電源Vin被輸入至漏極。第一電容器Cl可連接至第一電感器LI的另一端和第一二極管Dl的正極。
[0039]第二降壓升壓單元120可包括第二電感器L2、第二電容器C4、第二二極管D2和用于開閉輸入電源Vin的第二電力開關Q2。
[0040]第二電力開關Q2例如也可以是M0SFET，并且包括連接至輸入電源的兩端中的另一端的源極、連接至第二電感器L2的一端和第二二極管D2的正極的漏極、以及接收控制信號的柵極，其中，第二電容器C4可連接至第二電感器L2的另一端和第二二極管D2的負極。
[0041]由于前述的第一和第二電力開關Ql和Q2的開閉，從第一和第二降壓升壓單元110和120輸出的第一電力和第三電力的電壓電平“電平I”和“電平3”可獨立地變化。
[0042]旁路單元130可包括電連接在輸入電源端之間的至少一個電容器，并考慮到耐壓性可包括多個電容器C2和C3。旁路單元130可輸出具有輸入電源Vin的原始電壓電平的第二電力“電平2”。
[0043]如上所述，根據(jù)本發(fā)明實施方式的多級轉(zhuǎn)換器100可輸出第一電力“電平I”、第二電力“電平2 ”和第三電力“電平3 ”。
[0044]將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施方式的多級轉(zhuǎn)換器100的工作。
[0045]圖2A和圖2B是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的多級轉(zhuǎn)換器的第一降壓升壓單元的電流回路的電路圖。
[0046]參照圖1和圖2A，在第一電力開關Ql閉合期間如箭頭所示形成電流回路，且第一電感器LI可利用流過由第一電力開關Ql的閉合而形成的電流回路的電力進行充電。
[0047]參照圖1和圖2B，當?shù)谝浑娏﹂_關Ql被斷開，如箭頭所示形成另一電流回路，且第一電感器LI中所充電力可沿著通過第一二極管Dl形成的傳輸路徑而充入第一電容器Cl內(nèi)，以輸出第一電力“電平I”。
[0048]圖3A和圖3B是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的多級轉(zhuǎn)換器的第二降壓升壓單元的電流回路的電路圖。
[0049]參照圖1和圖3A，在第二電力開關Q2閉合期間如箭頭所示形成電流回路，且第二電感器L2可利用流過由第二電力開關Q2的閉合所形成的電流回路的能量進行充電。
[0050]參照圖1和圖3B，當 第二電力開關Q2被斷開時，如箭頭所示形成另一電流回路，且第二電感器L2中所充電力可沿著通過第二二極管D2形成的傳輸路徑充入第二電容器C2內(nèi)，以輸出第三電力“電平3”。
[0051]圖4A至圖4C是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的多級轉(zhuǎn)換器的多個電力被輸出的電路圖。
[0052]參照圖4A，根據(jù)第一降壓升壓單元110的第一電力開關Ql的開閉，第一電容器Cl中所充電力可確定第一電力的電壓電平v_電平1，如箭頭所示，且旁路單元130可輸出具有輸入電源Vin的原始電壓電平V_電平2的第二電力“電平2”。相似地，根據(jù)第二降壓升壓單元120的第二電力開關Q2的開閉，第二電容器C2中所充的電力可如箭頭所示地確定第三電力的電壓電平V電平3。
[0053]更具體地，當?shù)谝浑娏﹂_關Ql被閉合時，可得到下面的電壓等式。
【權(quán)利要求】
1.一種多級轉(zhuǎn)換器,包括: 第一降壓升壓單兀，具有開閉輸入電源的第一電力開關，并且輸出具有根據(jù)所述第一電力開關的開閉而變化的電壓電平的第一電力； 旁路單元，輸出具有所述輸入電源的電壓電平的第二電力；以及 第二降壓升壓單元，具有開閉所述輸入電源的第二電力開關，并且輸出具有根據(jù)所述第二電力開關的開閉而變化的電壓電平的第三電力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一降壓升壓單元的第一電力的電壓電平和所述第二降壓升壓單元的第三電力的電壓電平被獨立地改變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一電力的電壓電平根據(jù)所述第一電力開關的周期而變化，且所述第三電力的電壓電平根據(jù)所述第二電力開關的周期而變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一降壓升壓單元進一步包括: 第一電感器，充放根據(jù)所述第一電力開關的開閉而轉(zhuǎn)換的電力； 第一電容器，充放來自所述第一電感器的電力；以及 第一二極管，根據(jù)所述電力開關的開閉提供電力傳輸路徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級轉(zhuǎn)換器，其中，所述第二降壓升壓單元進一步包括: 第二電感器，充放根據(jù)所述第二 電力開關的開閉而轉(zhuǎn)換的電力； 第二電容器，充放來自所述第二電感器的電力；以及 第二二極管，根據(jù)所述電力開關的開閉提供電力傳輸路徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級轉(zhuǎn)換器，其中，所述旁路單元具有電連接在所述輸入電源的一端和另一端之間的至少一個電容器，所述輸入電源被輸入至所述至少一個電容器。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多級轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一電力開關包括連接至所述輸入電源的一端的漏極、連接至所述第一電感器的一端和所述第一二極管的負極的源極以及接收控制信號的柵極，所述輸入電源被輸入至所述漏極，且所述第一電容器連接至所述第一電感器的另一端以及所述第一二極管的正極。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多級轉(zhuǎn)換器，其中，所述第二電力開關包括連接至所述輸入電源的另一端的源極、連接至所述第二電感器的一端和所述第二二極管的正極的漏極以及接收控制信號的柵極，所述輸入電源被輸入至所述源極，且所述第二電容器連接至所述第二電感器的另一端以及所述第二二極管的負極。
9.一種逆變器，包括: 多級轉(zhuǎn)換器，包括:第一降壓升壓單兀，具有開閉輸入電源的第一電力開關，并且輸出具有根據(jù)所述第一電力開關的開閉而變化的電壓電平的第一電力；旁路單元，輸出具有所述輸入電源的電壓電平的第二電力；以及第二降壓升壓單元，具有開閉所述輸入電源的第二電力開關，并且輸出具有根據(jù)所述第二電力開關的開閉而變化的電壓電平的第三電力；以及 逆變器單元，轉(zhuǎn)換從所述多級轉(zhuǎn)換器單元輸出的第一至第三電力，以輸出AC電力。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的逆變器，其中，所述第一降壓升壓單元的第一電力的電壓電平和所述第二降壓升壓單元的第三電力的電壓電平被獨立地改變。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的逆變器，其中，所述第一電力的電壓電平根據(jù)所述第一電力開關的周期而變化，且所述第三電力的電壓電平根據(jù)所述第二電力開關的周期而變化。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的逆變器，其中，所述第一降壓升壓單元進一步包括: 第一電感器，充放根據(jù)所述第一電力開關的開閉而轉(zhuǎn)換的電力； 第一電容器，充放來自所述第一電感器的電力；以及 第一二極管，根據(jù)所述電力開關的開閉提供電力傳輸路徑。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的逆變器，其中，所述第二降壓升壓單元進一步包括: 第二電感器，充放根據(jù)所述第二電力開關的開閉而轉(zhuǎn)換的電力； 第二電容器，充放來自所述第二電感器的電力；以及 第二二極管，根據(jù)所述電力開關的開閉提供電力傳輸路徑。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的逆變器，其中，所述旁路單元具有電連接在所述輸入電源的一端和另一端之間的至少一個電容器，所述輸入電源被輸入至所述至少一個電容器。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的逆變器，其中，所述第一電力開關包括連接至所述輸入電源的一端的漏極、連接至所述第一電感器的一端和所述第一二極管的負極的源極以及接收控制信號的柵極，所述輸入電源被輸入至所述漏極，且所述第一電容器連接至所述第一電感器的另一端以及所述第一二極管的正極。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的逆變器，其中，所述第二電力開關包括連接至所述輸入電源的另一端的源極、連接至所述第二電感器的一端和所述第二二極管的正極的漏極以及接收控制信號的柵極，所述輸入電源被輸入至所述源極，且所述第二電容器連接至所述第二電感器的另一端以及所述第二二極管`的負極。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的逆變器，其中，所述逆變器單元分別轉(zhuǎn)換第一至第三電力，以輸出AC電力。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的逆變器，其中，所述逆變器單元轉(zhuǎn)換第一至第三電力的電壓電平的和，以輸出AC電力。
19.一種太陽能供電裝置，包括: 多級轉(zhuǎn)換器，包括:第一降壓升壓單元，具有開閉來自太陽能電池的輸入電源的第一電力開關，并且輸出具有根據(jù)所述第一電力開關的開閉而變化的電壓電平的第一電力；旁路單元，輸出具有所述輸入電源的電壓電平的第二電力；以及第二降壓升壓單元，具有開閉所述輸入電源的第二電力開關，并且輸出具有根據(jù)所述第二電力開關的開閉而變化的電壓電平的第三電力；以及 逆變器單元，轉(zhuǎn)換從所述多級轉(zhuǎn)換器單元輸出的電力，以輸出AC電力。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的太陽能供電裝置，其中，所述第一降壓升壓單元的第一電力的電壓電平和所述第二降壓升壓單元的第三電力的電壓電平被獨立地改變。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的太陽能供電裝置，其中，所述第一電力的電壓電平根據(jù)所述第一電力開關的周期而變化，且所述第三電力的電壓電平根據(jù)所述第二電力開關的周期而變化。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的太陽能供電裝置，其中，所述第一降壓升壓單元進一步包括: 第一電感器，充放根據(jù)所述第一電力開關的開閉而轉(zhuǎn)換的電力； 第一電容器，充放來自所述第一電感器的電力；以及第一二極管，根據(jù)所述電力開關的開閉提供電力傳輸路徑。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的太陽能供電裝置，其中，所述第二降壓升壓單元進一步包括: 第二電感器，充放根據(jù)所述第二電力開關的開閉而轉(zhuǎn)換的電力； 第二電容器，充放來自所述第二電感器的電力；以及 第二二極管，根據(jù)所述電力開關的開閉提供電力傳輸路徑。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的太陽能供電裝置，其中，所述旁路單元具有電連接在所述輸入電源的一端和另一端之間的至少一個電容器，所述輸入電源被輸入至所述至少一個電容器。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的太陽能供電裝置，其中，所述第一電力開關包括連接至所述輸入電源的一端的漏極、連接至所述第一電感器的一端和所述第一二極管的負極的源極以及接收控制信號的柵極，所述輸入電源被輸入至所述漏極，且所述第一電容器連接至所述第一電感器的另一端以及所述第一二極管的正極。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的太陽能供電裝置，其中，所述第二電力開關包括連接至所述輸入電源的另一端的源極、連接至所述第二電感器的一端和所述第二二極管的正極的漏極以及接收控制信號的柵極，所述輸入電源被輸入至所述源極，且所述第二電容器連接至所述第二電感器的另一端以及所述第二二極管的負極。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的太陽能供電裝置，其中，所述逆變器單元分別轉(zhuǎn)換第一至第三電力，以輸出AC電力。`
28.根據(jù)權(quán)利要求19所述的太陽能供電裝置，其中，所述逆變器單元分別轉(zhuǎn)換第一至第三電力的電壓電平的和，以輸出AC電力。
29.根據(jù)權(quán)利要求19所述的太陽能供電裝置，進一步包括控制所述多級轉(zhuǎn)換器和所述逆變器單元的轉(zhuǎn)換的控制單元。
【文檔編號】H02M7/48GK103516204SQ201210330353
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】宋斗詠, 樸晟浚, 許珉鎬, 金兌勛, 李泰遠 申請人:三星電機株式會社, 全南大學校產(chǎn)學協(xié)力團