CN101132154A - 用于由直流电压源进行交流供电的整流器电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将特别是由太阳能设施产生的时间上非恒定的直流电压转换为交流电压的电路和方法。该电路具有输入扼流圈和H型桥式电路，所述H型桥式电路的每个支路具有第一电流阀和第二电流阀，最好是RB－IGBT。其中每个电流阀具有一个可切换的导通方向和一个截止方向。在H型桥式电路的交流电压连接端的两个支路之间附加地连接一个电容器。在本发明所述方法中，H型桥式电路的RB－IGBT以周期性的脉冲方式工作，并且与输入扼流圈一起以分时方式用作增高调节器。

Description

用于由直流电压源进行交流供电的整流器电路和方法
技术领域
本发明涉及一种用于由时间上非恒定的具有例如在5伏与200伏之间摆动的直流电压源向具有例如230伏峰值电压的交流电网中供电的整流器电路和相应方法。这种整流器电路例如应用在太阳能设施中。这里太阳能设施的输出功率和电压取决于照射的光强及电路布线和光电管的数量。这里所产生的时间上非恒定的直流电压必须借助于一个整流器电路向交流电网中供电。
背景技术
现有技术中整流器电路例如由一个增高调节器、一个具有缓冲电容器的中间电路和在交流电压连接端之间有一个扼流圈和一个电容器的桥式电路(最好是H型桥式电路)组成。
这种现有技术下的整流器电路的结构上的缺点在于，必须有多个组成元件，从而不能低成本地生产。
发明内容
因此本发明的目的在于给出一种用于将非恒定的直流电压转换为交流电压的整流器电路及相应的方法，此电路具有少量的元件，从而可低成本地生产，并且它允许供电直流电压的电压值小于交流电压的峰值。
上述任务根据本发明由权利要求1和4的特征完成。具有优点的实施方式由从属权利要求给出。
根据本发明的整流器电路用于将非恒定的直流电压转换为交流电压，其中具有优点的是，交流电压具有超过直流电压最大值的峰值。此整流器电路具有与直流电压源相连接的输入扼流圈和后接的H型桥式电路，以及在H型桥式电路的两个交流电压输出端之间的电容器。
H型桥式电路在每个支路上分别具有第一电流阀和第二电流阀，其中每个电流阀具有一个可切换的导通方向和一个截止方向。特别具有优点的是，相应的电流阀被构造成一个反向阻断的绝缘栅极双极性晶体管(RB-IGBT)。
根据本发明的用于借助上述电路将一个非恒定的直流电压转换为交流电压的方法的特征在于，H型桥式电路中的电流阀以周期性的脉冲方式工作，并且与输入扼流圈一起用作增高调节器。
附图说明
下面借助图1至4所示实施例详细说明本发明的构思。
图1示出采用现有技术的电路结构。
图2示出根据本发明的电路的第一种实施例。
图3示出根据本发明的电路的第二种实施例。
图4示出根据本发明的方法的第一种实施例的仿真结果。
图5示出根据本发明的方法的另一种实施例的仿真结果。
具体实施方式
图1举例示出一种现有技术中已知的电路结构。这种电路结构的任务是将其输入端上的直流电压10转换为其输出端上的交流电压20。在所述的太阳能设施的应用中，输入电压10一般是具有在时间上非恒定的电压值的直流电压。
为了将具有大电压范围(对于具有230伏供电电压的电网来说例如为40伏至200伏)的输入电压10提高到一个用于中间电路30的恒定值，这种电路结构具有一个已知的增高调节器50。它由一个开关以及一个输入扼流圈52和一个后接的二极管54组成，所述开关是具有反并联二极管58的晶体管56，用于短接该电路结构的输入直流电压。这样在中间电路30中产生一个具有超出要馈送的交流电压峰值的电压值的直流电压。
根据现有技术的电路结构在增高器50之后接有一个电容器40，它作为在两个具有准恒定电势的直流电压支路32，34之间的中间电路30的能量存储器。中间电路后接一个H型桥式电路60，其每个支路由一个第一电流阀和一个第二电流阀组成。这些电流阀分别被构造成一个具有反并联二极管64，68，74，78的双极性晶体管62，66，72，76，最好是IGBT(绝缘栅极双极性晶体管)。
在H型桥式电路60的交流电压输出端的一个支路中接入一个输出扼流圈80，并在两个支路之间接入一个电容器82，该电容器与要馈电的交流电网20电路连接。
图2示出根据本发明的电路的第一种实施例。其中在一个直流电压支路320(这里为正极性支路)中设置一个输入扼流圈52。在这个输入扼流圈52后面接有一个H型桥式电路60，该桥式电路的每个支路具有一个第一电流阀620，720和一个第二电流阀660，760。这些电流阀具有一个可切换的导通方向和一个截止方向，并且分别被构造成由二极管624，664，724，764和最好是IGBT的晶体管622，662，722，762组成的串联电路。
在H型桥式电路的交流电压输出端的两个支路之间接有一个电容器82，它与要馈电的交流电网20电路连接。
图3示出根据本发明的电路的第二种实施例，相对于图2，IGBT被RB-IGBT(反向阻断的绝缘栅极双极性晶体管)628，668，728，768代替，并且从而可放弃使用二极管(图2中的624，664，724，764)。这样与现有技术相比，所需元件数量比图2所示的又明显减少了，这一方面提供了高效的功能，另一方面可以更有效地生产。
根据本发明用于将非恒定的直流电压转换为峰值超过直流电压最大值的交流电压的方法利用输入扼流圈52和H桥式电路60中的电流阀620，660，720，760一起作为增高调节器。
为此，该方法具有第一个和接着的第二个子循环的循环重复。第一个子循环的特征在于以下工作步骤：
·H型桥式电路60的第一支路中的两个电流阀620，660导通，并且通过输入扼流圈52流过一个电流，其中由于短接，相应的电流强度提高。
·第一支路中的第一电流阀620和第二支路中的第二电流阀760对于一个适当的时间段是导通的，流过输入扼流圈52的电流继续与要馈电的电网的交流电压相反地流过，其中电流强度重又降低。
·为了均匀地所有电流阀进行加载，H型桥式电路60的第二支路中的两个电流阀720，760导通，其中电流继续流过输入扼流圈52，并且其电流强度重又提高。作为替代，也可以是H型桥式电路60的第一支路中的电流阀620，660重又导通。
·第一支路中的第一电流阀620和第二支路中的第二电流阀760导通，流过输入扼流圈52的电流继续与要馈电的电网的交流电压相反地流过，其中其电流强度重又下降。
在第一子循环中，这些循环步骤的时间关系如此选择，使得正弦形输出电流的第一半波通过脉宽调制而被适当地逼近。输出电容82用于平滑所产生的交流电压。第二个子循环的循征在于以下步骤，其中流过输入扼流圈52的电流继续保持：
·H型桥式电路60的第二支路中的两个电流阀720，760导通。
·第二支路中的第一电流阀720和第一支路中的第二电流阀660导通。
·H型桥式电路60的第一支路中的两个电流阀620，660导通。作为替代，第二支路中的两个电流阀720，760导通。
·第二支路中的第一电流阀720和第一支路中的第二电流阀660导通。
这个第二子循环产生第二半波，它与第一半波有相反的极性。
图4示出本发明所述方法的第一种实施例，其中输入扼流圈52的电感量明显大于下面将要描述的第二种实施例中的电感量。在本发明所述方法的第一种实施例中，电感量如此选择，使得流过输入扼流圈52的电流ID在输出电压的一个半波的脉冲工作期间近似为恒定，且没有降到零。
电流ID近似为恒定分布在此意味着在H型桥式电路60的一个支路中的两个电流阀短路期间内的电流上升量微小，并且在H型桥式电路60中对角设置的电流阀导通的供电阶段内此电流重又微小地下降。与此过程相重叠的是一个具有双倍电网电压频率的正弦振荡。
通过H型桥式电路60的脉宽调制控制，使得在H型桥式电路60的正连接端320和负连接端360之间的电压UHB的包络具有一个正弦波形，其中此电压UHB本身在短路期间内下降到零。
在输出电压的一个半波周期内短路期间的时间间隔之和由输入电压与输出电压平均值的比例关系来确定。
具有近似恒定幅值的输出电流Iout形成一个脉冲图样，其占空比在时间上平均对应于一个正弦波形。
通过本发明所述方法的第一种实施例，直流电压源10被均匀加载，因为在半个周期期间内的能量被存储在输入扼流圈52中并被再次输出。在输出端向要馈电的电网馈送脉冲电流，其中电流Iout的一次谐波基波与电压Uout同相。
图5示出本发明所述方法的第二种实施例的仿真结果。这里输入扼流圈52的电感量明显小于上面所述第一种实施例中的电感量。在这种实施例中，由于输入扼流圈52的电感量很小，在脉宽调制时流过输入扼流圈52的电流ID随时间降到零。
在适当选择的H型桥式电路60的一个支路中的两个电流阀的相应短路时间间隔内，流过输入扼流圈52的电流ID上升。在H型桥式电路60中对角设置的电流阀导通的时间间隔内，电流ID下降至零。这里脉宽调制方法如此控制，使得流过输入扼流圈52的电流ID的包络为正弦波形。
在H型桥式电路60的输出端，电流Iout同样也是具有正弦形包络的脉冲波形。在输出端电容器82上的电压Uout同样呈现一个正弦波形，并且它与电流曲线Iout的包络同相。
这样在半波周期的相应时间间隔内，来自直流电压源10的实际所需的能量被存储到输入扼流圈52中，并接着被馈送到电网20中。从而形成供电电流Iout的包络的正弦波形。

Claims (7)

1.一种用于将时间上非恒定的直流电压(10)转换为交流电压(20)的电路，它具有输入扼流圈(52)和H型桥式电路(60)，所述H型桥式电路的每个支路具有第一电流阀(620，720)和第二电流阀(660，760)，其中每个电流阀具有一个可切换的导通方向和一个截止方向，并且具有连接在H型桥式电路(60)的交流电压连接端的两个支路之间的电容器(82)。
2.如权利要求1所述的电路，其中第一和第二电流阀(620，660，720，760)分别是一个反向阻断的绝缘栅极双极性晶体管(RB-IGBT)(628，668，728，768)。
3.如权利要求1所述的电路，其中第一和第二电流阀(620，660，720，760)分别由二极管(624，664，724，764)与晶体管(622，662，722，762)所组成的串联电路构成。
4.一种借助如权利要求1所述的电路将非恒定的直流电压转换为交流电压的方法，其中H型桥式电路(60)的电流阀以周期性的脉冲方式工作，并且与输入扼流圈(52)一起以分时方式用作增高调节器。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，第一个循环由以下子循环组成：
·H型桥式电路(60)的第一支路中的两个电流阀(620，660)导通；
·第一支路中的第一电流阀(620)和第二支路中的第二电流阀(760)导通；
·H型桥式电路(60)的第二支路中的两个电流阀(720，760)导通；
·第一支路中的第一电流阀(620)和第二支路中的第二电流阀(760)导通，
并且第二个循环由以下子循环组成：
·H型桥式电路(60)的第二支路中的两个电流阀(720，760)导通；
·第二支路中的第一电流阀(720)和第一支路中的第二电流阀(660)导通；
·H型桥式电路(60)的第一支路中的两个电流阀(620，660)导通；
·第二支路中的第一电流阀(720)和第一支路中的第二电流阀(660)导通。
6.如权利要求4所述的方法，其中在工作中电流连续地流过输入扼流圈(52)，并且输出电压(Uout)与输出电流(Iout)的一次谐波同相。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在工作中流过输入扼流圈(52)的电流(ID)具有正弦形包络，并且输出电流(Iout)的包络与输出电压(Uout)同相。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20080227