專利名稱:運(yùn)行逆變器的方法和實(shí)施所述方法的裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種運(yùn)行電子控制的逆變器的方法和用于實(shí)施所述方法的裝置。
電子控制的逆變器例如從US-ZC.M.Penalver等人發(fā)表的“Microprocessor Control of DC/AC Static Converters”；IEEETransactions on Industrial Electronics，Vol.IE-32，No.3August 1985，S.186-191中所公知。所述電子控制的逆變器例如在太陽(yáng)能裝置中用于轉(zhuǎn)換由太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的直流電，使得能夠輸入進(jìn)公共交流電網(wǎng)中。從而產(chǎn)生保證實(shí)際上不受限制地利用由太陽(yáng)產(chǎn)生的能量。
逆變器的許多應(yīng)用可能性主要地導(dǎo)致，針對(duì)特定的應(yīng)用情況改變基本類型的升壓變換器、升降壓變換器(Hochsetzsteller)和降壓變換器。在此，可以以2002年10月17日的EDN雜志中Sanjaya Maniktala的文章“Slave converters power auxiliary outputs”為例，其中說(shuō)明了逆變器基本類型的各種組合可能性。
本發(fā)明的任務(wù)是改進(jìn)從現(xiàn)有技術(shù)公知的逆變器。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)用在文章開始處所提到的那類方法完成，其中在輸出交流電壓的正半波期間如此地控制所述逆變器，使得所述逆變器按照SEPIK變換器的方式工作，并且其中在輸出交流電壓的負(fù)半波期間如此地控制所述逆變器，使得所述逆變器按照CUK轉(zhuǎn)換器的方式工作。
SEPIK變換器和CUK轉(zhuǎn)換器的功能的根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合導(dǎo)致一種特別低損耗的逆變器，所述逆變器由此還具有高的效率，并且因此尤其適于用在太陽(yáng)能裝置中。
有利的是，所述逆變器包含由第一、第二、第三和第四半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)成的半導(dǎo)體橋式電路，所述橋式電路的第一輸出端與所述逆變器的第一交流電壓輸出端的第一端子相連接，所述橋式電路的第二輸出端與所述逆變器的交流電壓輸出端的第二端子相連接；此外設(shè)有第一扼流圈，其第一側(cè)與直流電壓源的正極相連接，而其第二側(cè)經(jīng)第五半導(dǎo)體開關(guān)與所述直流電壓源的負(fù)極相連接；在第一扼流圈與第五半導(dǎo)體開關(guān)之間的連接經(jīng)第一電容器與第二扼流圈的第一端子相連接以及與二極管的陽(yáng)極相連接；所述第二扼流圈的第二端子與所述橋式電路的第一輸入端相連接，并且所述二極管的陰極與所述橋式電路的第二輸入端相連接；并且所述直流電壓源的負(fù)極與所述交流電壓輸出端的第二端子相連接。
此外有利的是，借助于微處理器在輸出交流電壓的正半波期間持久地接通所述第二和第三半導(dǎo)體開關(guān)，并且持久地切斷第一和第四半導(dǎo)體開關(guān)，而且脈沖地接通第五半導(dǎo)體開關(guān)；以及在輸出交流電壓的負(fù)半波期間持續(xù)地接通所述第一和第四半導(dǎo)體開關(guān)，并且持續(xù)地?cái)嚅_第二和第三半導(dǎo)體開關(guān)，而且脈沖地接通第五半導(dǎo)體開關(guān)。
有利的是，設(shè)置相應(yīng)地編程用于控制所述半導(dǎo)體開關(guān)的微處理器。
下面借助于附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。
圖1示出示范性的逆變器的電路圖，圖2示出在采用n溝道阻擋層MOSFET的情況下示范性的逆變器的電路圖，圖3和圖4示出在輸出交流電壓的正半波期間示范性的逆變器中的電流和開關(guān)狀態(tài)，圖5和圖6示出在輸出交流電壓的負(fù)半波期間示范性的逆變器中的電流和開關(guān)狀態(tài)，圖7示出半導(dǎo)體開關(guān)的示范性的控制信號(hào)的時(shí)間曲線。
在附圖中示出的逆變器包括具有第一、第二、第三、第四半導(dǎo)體開關(guān)S1、S2、S3、S4的半導(dǎo)體橋式電路。所述半導(dǎo)體橋式電路的由第一和第二半導(dǎo)體開關(guān)S1、S2的連接構(gòu)成的第一輸出端與所述逆變器的交流電壓輸出端UOUT的第一端子相連接。所述半導(dǎo)體橋式電路的由第三和第四半導(dǎo)體開關(guān)S3、S4的連接構(gòu)成的第二輸出端與所述逆變器的所述交流電壓輸出端UOUT的第二端子相連接。此外設(shè)有第一扼流圈L1，其第一側(cè)與直流電壓源UIN的正極相連接，而其第二側(cè)經(jīng)第五半導(dǎo)體開關(guān)S5與所述直流電壓源UIN的負(fù)極相連接。在第一扼流圈L1與第五半導(dǎo)體開關(guān)S5之間的連接經(jīng)第一電容器CC與第二扼流圈L2的第一端子相連接以及與二極管D1的陽(yáng)極相連接，并且第二扼流圈L2的第二端子連接到橋式電路S1、S2、S3、S4的由第一和第三半導(dǎo)體開關(guān)S1、S3的連接構(gòu)成的第一輸入端上。
第一和第二扼流圈L1、L2可以具有公共的磁芯。
二極管D1的陰極與橋式電路S1、S2、S3、S4的通過(guò)第二和第四半導(dǎo)體開關(guān)S2、S4的連接所構(gòu)成的第二輸入端相連接。此外直流電壓源UIN的負(fù)極與交流電壓輸出端UOUT的第二端子相連接。
在采用N溝道阻擋層MOSFET作半導(dǎo)體開關(guān)S1、S2、S3、S4的情況下要注意安裝方向，這在圖2中通過(guò)虛線示出的二極管符號(hào)表明。
在本發(fā)明的該擴(kuò)展中采用二極管D2是適當(dāng)?shù)?，然而其功能還可以通過(guò)相應(yīng)地控制所述半導(dǎo)體開關(guān)實(shí)現(xiàn)。
借助于(未示出的)微控制器控制所述半導(dǎo)體開關(guān)。
在此根據(jù)本發(fā)明，在輸出交流電壓的正半波期間持久地接通第二和第三半導(dǎo)體開關(guān)S2、S3并且持久地?cái)嚅_第一和第四半導(dǎo)體開關(guān)S1、S4，同時(shí)脈沖地開關(guān)第五半導(dǎo)體開關(guān)S5。
在輸出交流電壓的負(fù)半波期間持續(xù)地接通第一和第四半導(dǎo)體開關(guān)S1、S4并且持續(xù)地?cái)嚅_第二和第三半導(dǎo)體開關(guān)S2、S3，而且脈沖地開關(guān)第五半導(dǎo)體開關(guān)S5。
在此，圖3示出這樣的狀態(tài)，在所述狀態(tài)中在輸出交流電壓的正半波期間從直流電壓源UIN取得電能。為此閉合第五半導(dǎo)體開關(guān)S5并由此經(jīng)第一扼流圈L1和第一半導(dǎo)體開關(guān)S1在直流電壓源UIN的正極之間給出電流路徑。第二電流回路經(jīng)第五和第三半導(dǎo)體開關(guān)S5和S3和第二扼流圈L2通過(guò)由儲(chǔ)存在電容器CC中的電能造成。
在此狀態(tài)下扼流圈L1儲(chǔ)存電能，如圖4中所示，所儲(chǔ)存的電能在打開第五半導(dǎo)體開關(guān)S5以后經(jīng)第一半導(dǎo)體二極管D1和所述半導(dǎo)體橋式電路輸出到交流電壓輸出端UOUT上并且同時(shí)輸出到第一電容器CC上。
在第二扼流圈L2中儲(chǔ)存的電能在打開第五半導(dǎo)體開關(guān)S5以后經(jīng)第一半導(dǎo)體二極管D1并且經(jīng)所述半導(dǎo)體橋式電路輸出到交流電壓輸出端UOUT上。
在此出現(xiàn)的電流回路一方面從直流電壓源UIN的正極經(jīng)第一扼流圈L1、第一電容器CC、二極管D1、第二半導(dǎo)體開關(guān)S2通到交流電壓輸出端UOUT上并且經(jīng)交流電網(wǎng)到直流電壓源UIN的負(fù)極，而另一方面從第二扼流圈L2經(jīng)二極管D1和第二半導(dǎo)體開關(guān)S2通到交流電壓輸出端UOUT并且經(jīng)所述交流電網(wǎng)和第三半導(dǎo)體開關(guān)S3回到第二扼流圈L2。
下面借助于圖5和圖6說(shuō)明在輸出交流電壓的負(fù)半波期間的開關(guān)狀態(tài)。如還可以從圖7中看出的那樣，在該時(shí)間段中脈沖地開關(guān)第五半導(dǎo)體開關(guān)S5，持續(xù)地接通第一和第三半導(dǎo)體開關(guān)S1、S3并且持續(xù)地?cái)嚅_第二和第四半導(dǎo)體開關(guān)S2、S4。從而根據(jù)本發(fā)明在輸出交流電壓的負(fù)半波期間執(zhí)行一種所謂的CUK轉(zhuǎn)換器的功能。
圖5示出第五半導(dǎo)體開關(guān)S5閉合時(shí)的情況。形成從直流電源UIN的正極經(jīng)第一扼流圈L1和第五半導(dǎo)體開關(guān)S5至所述直流電壓源的負(fù)極的電流路徑，以及形成經(jīng)第二扼流圈L2、第一電容器CC、第五半導(dǎo)體開關(guān)S5、輸出交流電壓電網(wǎng)UOUT和第一半導(dǎo)體開關(guān)S1的第二電流路徑。
如圖6中所示，在下一個(gè)開關(guān)過(guò)程中打開第五半導(dǎo)體開關(guān)S5。
所得到的電流回路一方面從直流電壓源UIN的正極經(jīng)第一扼流圈L1、第一電容器CC、二極管D1和第四半導(dǎo)體開關(guān)S4通到直流電壓源UIN的負(fù)極，而另一方面經(jīng)第二扼流圈L2、二極管D1、第四半導(dǎo)體開關(guān)S4、輸出交流電壓電網(wǎng)UOUT和第一半導(dǎo)體開關(guān)S1。
在圖7中示出半導(dǎo)體開關(guān)S1、S2、S3、S4和S5的控制信號(hào)的示范性的曲線。
權(quán)利要求
1.用于運(yùn)行電子控制的逆變器的方法，其特征在于，在輸出交流電壓的正半波期間如此地控制所述逆變器，使得所述逆變器按照SEPIK變換器的方式工作，并且在輸出交流電壓的負(fù)半波期間如此地控制所述逆變器，使得所述逆變器按照CUK轉(zhuǎn)換器的方式工作。
2.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述逆變器包含由第一、第二、第三和第四半導(dǎo)體開關(guān)(S1、S2、S3、S4)構(gòu)成的半導(dǎo)體橋式電路，所述橋式電路的第一輸出端與所述逆變器的交流電壓輸出端(UOUT)的第一端子相連接，所述橋式電路的第二輸出端與所述逆變器的交流電壓輸出端(UOUT)的第二端子相連接，此外設(shè)有第一扼流圈(L1)，其第一側(cè)與直流電壓源(UIN)的正極相連接，而其第二側(cè)經(jīng)第五半導(dǎo)體開關(guān)(S5)與所述直流電壓源(UIN)的負(fù)極相連接，在第一扼流圈(L1)與第五半導(dǎo)體開關(guān)(S5)之間的連接經(jīng)第一電容器(CC)與第二扼流圈(L2)的第一端子相連接以及與二極管(D1)的陽(yáng)極相連接，所述第二扼流圈(L2)的第二端子與所述橋式電路(S1、S2、S3、S4)的第一輸入端相連接并且所述二極管(D1)的陰極與所述橋式電路(S1、S2、S3、S4)的第二輸入端相連接，并且所述直流電壓源(UIN)的負(fù)極與所述交流電壓輸出端(UOUT)的第二端子相連接。
3.如權(quán)利要求
2所述的方法，其特征在于，借助于微處理器，在輸出交流電壓的正半波期間持久地接通所述第二和第三半導(dǎo)體開關(guān)(S2、S3)并且持久地?cái)嚅_第一和第四半導(dǎo)體開關(guān)(S1、S4)而且脈沖地接通第五半導(dǎo)體開關(guān)(S5)，以及在輸出交流電壓的負(fù)半波期間持續(xù)地接通所述第一和第四半導(dǎo)體開關(guān)(S1、S4)并且持續(xù)地?cái)嚅_第二和第三半導(dǎo)體開關(guān)(S2、S3)且脈沖地接通第五半導(dǎo)體開關(guān)(S5)。
4.用于實(shí)施如權(quán)利要求
1至3中任一項(xiàng)所述的方法的逆變器，其特征在于，設(shè)置相應(yīng)地編程用于控制所述半導(dǎo)體開關(guān)的微處理器。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種運(yùn)行電子控制的逆變器的方法，其特征在于，在輸出交流電壓的正半波期間如此地控制所述逆變器，使得所述逆變器按照SEPIK變換器的方式工作，并且其中在輸出交流電壓的負(fù)半波期間如此地控制所述逆變器，使得所述逆變器按照CUK轉(zhuǎn)換器的方式工作。
文檔編號(hào)H02M3/00GK1998129SQ20058002367
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2005年7月11日
發(fā)明者J·哈拉克 申請(qǐng)人:奧地利西門子公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan