CN102484427A - 电能转换电路器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电能转换电路器件（190）、一种操作电能转换电路器件的方法（600）、一种电设备（500）以及一种计算机程序。所述电路器件（190）允许接地，并且包括两个并联连接的降压－升压转换器以用于将直流输入电压（110）转换成直流输出电压（120）。所述转换器被适配成生成由输出电容器（160）接收的两个相移电流（131，141）。由于所述相移，电流波纹得以减小。所述直流输出电压（120）和直流输入电压（110）优选地具有共同电位（114）和相反极性。因此还提供了具有高量值的第二电压，即所述直流输入电压（110）和直流输出电压（120）的总和。

Description

电能转换电路器件

技术领域

本发明涉及一种电能转换电路器件、一种电设备、一种操作电能转换电路器件的方法以及一种计算机程序。具体来说，本发明涉及转换由光伏模块提供的电能。

背景技术

美国专利申请公开号US 2008/0266919 A1公开了一种用于通过无变压器方式将直流电压转换成交流电压的电路设备。所述电路设备包括两个降压－升压斩波器，其中第二降压－升压斩波器被连接到第一降压－升压斩波器的下游。所述两个降压－升压斩波器当中的第一个被适配成把由第一电能源（比如光伏模块）提供的输入电压转换成第一中间直流电压。所述两个降压－升压斩波器当中的第二个被适配成把第一中间直流电压转换成第二中间直流电压。第一和第二中间电压都由相应的中间电容器进行滤波。所述两个中间电容器通过联合连接点串联连接，所述联合连接点分别连接到地或中性点。提供输入电压的所述能源也分别连接到地或中性点。所述电路设备还包括用于把第一和第二中间直流电压转换成交流电压的半桥。所述交流电压在被馈送到电网中之前由所述电路设备的滤波电路进行滤波。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种允许接地的高效率电能转换电路器件。

在本发明的第一方面中给出一种用于把直流输入电压转换成直流输出电压的电能转换电路器件，其中，所述电能转换电路器件包括：

－用于接收直流输入电压的正接触件和恒定电位的共同接触件；

－第一降压－升压转换器，其连接到正接触件和共同接触件，并且被适配成根据第一控制信号生成第一中间电流；

－第二降压－升压转换器，其与第一降压－升压转换器并联连接，并且被适配成根据第二控制信号生成第二中间电流；

－输出电容器，其被适配成接收第一和第二中间电流并且根据第一和第二中间电流生成直流输出电压；

－控制器，其被适配成提供第一控制信号和第二控制信号，从而使得第一和第二中间电流彼此发生相移，进而调节直流输出电压的量值。

本发明是基于以下认识：前面提到的现有技术电路设备的两个降压－升压斩波器分别为其相应的自身的中间电容器充电，从而特别由于其产生的高电流波纹而导致所述电路设备的效率低下。由于高电流波纹不会相应地增大有效电流或电压，因此高峰值电流特别在开关中会导致能量损耗，并且对电路的无源组件和有源组件造成电应力。此外，高电流波纹会显著缩短电路设备的使用寿命，这是因为其还会对电路设备的有源器件（比如半导体电力开关）和电路设备的无源器件（比如二极管、扼流圈或电容器）造成机械应力。此外，高电流波纹需要被适配成耐受所述高电流波纹的更大电容器。但是大电容器会导致更加沉重并且更加昂贵的电路设备，这通常来说是不利的。

此外，由于现有技术电路设备的两个降压－升压斩波器的串联连接，现有技术电路设备的两个串联连接的降压－升压斩波器当中的第一个的规格必须被确定成输送相当于整个现有技术电路设备的100%额定功率的功率。只有现有技术电路设备的两个降压－升压斩波器当中的第二个的规格才能被确定成输送小于整个现有技术电路设备的100%额定功率的功率。因此，现有技术电路设备表现出低功率密度。

所提出的电能转换电路器件（其在下面也被称作电路器件）克服了现有技术电路设备的前述缺陷。

由于所述控制器被适配成控制第一和第二降压－升压转换器从而使得第一和第二中间电流彼此发生相移，因此减小了第一和第二中间电流的总和的电流波纹。应当理解的是，本发明的电路器件被设置成使得输出电容器接收第一和第二中间电流的总和。由于所述相移，在开关周期的一个时间段期间，第一中间电流正在上升并且第二中间电流正在下降。这种操作模式也被称作第一和第二降压－升压转换器的交织操作，其优点在于，与转换相同数量的功率的单个降压－升压转换器相比，在输出电容器和提供直流输入电压的输入电容器处出现的电流应力可以减小60%。

第一和第二中间电流都源自直流输入电压源，并且因而都来自输入电容器，并且作用在降压－升压转换器的电路组件上，比如扼流圈、电阻器、电容器、开关、二极管，并且还作用在输出电容器上。因此，减小的电流波纹具有多个互相有关的优点：首先，第一和第二降压－升压转换器的损耗减小。第二，降压－升压转换器的各个组件的规格不需要被确定得过高以便耐受高电流波纹。第三，直流输出电压和直流输入电压的波纹减小。因此，可以减小输出电容器和/或输入电容器的电容，从而得到更小并且因此更便宜的电容器。电流波纹减小的这些效果还导致本发明的电路器件的使用寿命增加。

此外，由于第一和第二降压－升压转换器的并联连接，所述电路器件表现出高功率密度。第一和第二降压－升压转换器的规格都可以被确定成输送基本上相当于电路器件的50%额定功率的功率。

本发明还基于以下认识：直流输入电压源的负极常常有利地连接到地/地电位，以避免提供直流输入电压的源的性能降低。举例来说，优选地充当直流输入电压源的薄膜光伏模块在太阳辐射到电能的转换方面可以显著降低成本。但是大多数薄膜光伏模块需要接地以避免性能降低。对于许多其他的直流输入电压源来说，提供接地或地电位连接是有利的或者甚至是需要的。需要接地/地电位连接可能具有物理原因，但是也可能是标准规范。

由于本发明的电路器件包括用于接收输入电压的恒定电位的共同接触件，因此提供该输入电压的源也被连接到共同接触件。这样做的第一个优点在于，多个不同的源可以充当直流输入电压源。第二个优点在于，获得了直流输入电压源（比如薄膜光伏模块）的高效率。因此，包括直流输入电压源和所述电路器件的设置的效率得以提高。

所述直流输入电压可以由任何适当的源提供，比如燃料电池、连接到电路器件上游的整流器、蓄电池或者任何直流电压发电机。优选的是，所述直流输入电压由光伏模块提供。在大多数情况下，在正接触件与共同接触件之间连接有输入电容器。输入电容器可以作为连接在所述源与电路器件之间的外部电容器，或者可替换地作为所述源的集成输出电容器，或者相应地作为电能转换电路器件的内部输入电容器。还有可能的情况是，所述源包括集成输出电容器，并且所述电路器件包括内部输入电容器，二者一起充当输入电容器。

在描绘本发明的范围内，“恒定电位”一词指的是基本上随着时间恒定的电位。与恒定电位的略微偏差，比如1V、5V和10V，其应当仍然被视为恒定。还应当理解的是，“接触件”一词不仅表示特定的连接点，而且还可以指代具有多个连接点的信号线等等，其中连接线在空间上表现出基本上恒定的电位。此外还应当理解的是，“正接触件”一词以及后面引入的“负接触件”一词不必需是指其电位关于共同接触件的电位分别确实是正的或负的。正接触件的电位可以是正的或负的，并且负接触件的电位也可以是正的或负的。此外，负接触件和正接触件可以表现出相同极性或不同极性。

如前所述，恒定电位的共同接触件优选地分别接地或连接到地电位。这样做的优点在于，提供直流输入电压的源也分别接地或连接到地电位。

第一和第二降压－升压转换器连接到正接触件和共同接触件以便处理直流输入电压。在描绘本发明的范围内，“降压－升压转换器”一词指的是被适配成将第一直流电压转换成第二直流电压的功率电子转换器，其中第二直流电压的量值可以小于、等于或大于第一直流电压。本发明的电路器件的第一和第二降压－升压转换器分别至少包括扼流圈、开关和二极管。应当理解的是，在描绘本发明的范围内，“扼流圈”一词也指代电感器或线圈或者用于电扼流圈的任何其他措辞。

还应当理解的是，在描绘本发明的范围内，“并联”一词指的是并联连接的两个单元关于功率流具有完全相同的输入和输出连接点。当然并联连接的单元可以接收不同的控制信号。并联连接的单元当中的一个相应单元还可以附加地表现出另外的电流和/或电压抽头。具体来说，本发明的电路器件的并联连接的第一和第二降压－升压转换器都在其相应的输入侧连接到正接触件和共同接触件，并且关于其相应的输出侧都连接到输出电容器。第一和第二降压－升压转换器分别为相同的输出电容器提供第一或第二中间电流。

在一个优选实施例中，第一和第二降压－升压转换器关于其拓扑和组件方面完全相同。这样便于控制所述两个降压－升压转换器。

还优选的是，第一和第二降压－升压转换器的规格被确定成输送基本上相当于所述电路器件的50%额定功率的功率。

在另一个优选实施例中，第一和第二降压－升压转换器是双向降压－升压转换器。这样做的优点在于，既可以从输入电容器向输出电容器也可以从输出电容器向输入电容器输送能量。

优选的是，所述控制器被适配成利用外部控制回路调节直流输出电压，并且利用内部控制回路调节第一和第二降压－升压转换器。因此，根据直流输出电压的所期望的量值来调节第一和第二中间电流。

优选的是，所述控制器被适配成控制第一和第二中间电流，从而使得第一和第二中间电流的平均量值基本上相等。这样便于执行控制，从而减小电流波纹。

在一个实施例中，所述控制器被适配成控制第一和第二降压－升压转换器，从而使得直流输入电压与直流输出电压的量值基本上相等。在该实施例中，第一和第二中间电流之间的相移是大约180°。

在其他实施例中，所述控制器被适配成控制第一和第二降压－升压转换器，从而使得直流输入电压与直流输出电压的量值不相等。在这些实施例中，所述相移优选地不同于180°，其中电流波纹保持被减小。

在一个优选实施例中，所述控制器被适配成控制第一和第二降压－升压转换器，从而使得直流输出电压的量值基本上恒定。

优选的是，输出电容器的电容的规格被确定成使得直流输出电压的波纹数值不超过10%，优选地不超过5%。应当理解的是，本发明的电路器件的输出电容器还可以通过与所述输出电容器并联连接的负载的电容器来实现。在这种情境中，所述电路器件的输出电容器的电容与负载的电容相比小到可以忽略。

在一个优选实施例中，所述输出电容器是膜电容器。

在一个替换实施例中，所述输出电容器是电解电容器。电解电容器的优点在于高容量密度；但是电解电容器的操作温度会随着电流波纹的增大而增大，从而导致使用寿命缩短。由于所述电路器件提供到输出电容器的电流的电流波纹减小，因此仍然可以采用电解电容器。

优选的是，本发明的电路器件被用于为直流（DC）负载供电，比如连接到所述电路器件的输出电容器的本地DC电网。这样的DC电网特别存在于家庭或交通车辆中，比如汽车、火车、船舶以及飞机。

所述DC负载还可以是电阻性负载。在一个实施例中，本发明的电路器件被用于为蓄电池供电。在其他实施例中，所述DC负载是电照明系统、空调系统或加热系统。

由直流输出电压供电的DC负载为输出电容器放电。所述控制器优选地被适配成监测直流输出电压以及控制从输入电容器到输出电容器的所需功率输送。

在所述电路器件的一个特别优选的实施例中，输出电容器被连接在电能转换电路器件的共同接触件与负接触件之间，并且所生成的直流输出电压的极性与直流输入电压的极性相反。

该实施例的优点在于产生了具有高量值的第二输出电压，即跨接正接触件与负接触件的电压。因此，第二输出电压的量值基本上等于直流输入电压的量值与直流输出电压的量值的总和。第二输出电压可用于负载。

优选的是，把用于处理第二输出电压的另外的电路装置连接到正接触件和负接触件的下游。

在另一个特别优选的实施例中，所述电路器件附加地包括在正接触件与负接触件之间连接到并联连接的第一和第二降压－升压转换器下游的单相逆变器。

该实施例的有利之处在于，所述电路器件现在被适配成不仅为DC电网提供电能，而且还为交流（AC）电网或任何其他AC负载（比如电机）提供电能。因此，如果由直流输入电压源提供的能量超出连接到所述电路器件的输出电容器的DC负载的需求，则剩余的能量可以被提供给连接到所述单相逆变器的AC负载（比如AC电网）。因此，所述单相逆变器优选地连接到AC电网，例如230V AC电网或120V AC电网。优选的是，所述单相逆变器通过滤波扼流圈连接到AC电网，所述滤波扼流圈用于对所述单相逆变器的交流输出电流的高频分量进行滤波。

在一个优选实施例中，所述共同接触件连接到与所述单相逆变器相连的AC电网的中性接触件。由于所述单相逆变器被连接在正接触件与负接触件之间，因此其有效输入电压是直流输入电压与直流输出电压的总和。

在一个优选实施例中，所述电路器件的控制器被适配成为所述单相逆变器提供第三控制信号，以便控制该单相逆变器。

在一个实施例中，所述控制器被适配成控制所述单相逆变器所输送的功率。如果所述单相逆变器的输出电压例如由于与经过不同地调节的AC电网（其也被称作AC市电）的连接而已经是固定的，则该实施例是优选的。

在另一个实施例中，所述控制器被适配成控制所述单相逆变器的输出电压。如果无源AC负载连接到所述单相逆变器，则该实施例是优选的。

优选的是，所述第三控制信号是经过脉冲宽度调制（PWM）的信号。在一个实施例中，所述控制器被适配成借助于电流允差带控制来生成第三控制信号。在另一个实施例中，所述控制器被适配成借助于三角信号或锯齿信号与参考信号（其优选地是正弦参考信号）的比较来生成第三控制信号。

优选的是，所述控制器被适配成在多种控制模式下控制第一和第二降压－升压转换器以及所述单相逆变器。在控制器的第一种控制模式下，只把能量从直流输入电压源输送到与输出电容器连接的DC负载。在第二种控制模式下，把能量从直流输入电压源输送到与所述单相逆变器连接的AC负载。在第三种控制模式下，把能量从直流输入电压源输送到DC负载和AC负载。

优选的是，所述电能转换电路器件的单相逆变器被适配成作为单相整流器操作。因此，所述单相逆变器允许双向能量流。

该实施例的有利之处在于，连接到所述电路器件的输出电容器的本地DC负载可以由直流输入电压源或连接到作为单相整流器操作的单相逆变器的AC电网供电，或者如果直流输入电压源无法为DC负载提供足够能量的话，可以由AC电网和直流输入电压源两者供电。

优选的是，所述单相逆变器被适配成作为由所述电路器件的控制器控制的受控单相整流器操作。

在一个优选实施例中，在所述电路器件的控制器的第四种控制模式下，能量从直流输入电压源和连接到所述单相逆变器的AC电网两者输送到与输出电容器连接的DC负载。优选的是，所述直流输入电压源是适当的源，比如燃料电池、光伏模块、连接到风力涡轮机下游的整流器。优选的是，所述AC电网是230V电网或120V电网。

该实施例的另一个优点在于，通常经由AC电网供电的DC负载不需要装配有其自身的整流器或功率因数校正单元，这是因为可以利用所述电路器件的直流输出电压为之供电。因此，许多DC负载的成本可以降低。

在另一个实施例中，所述电路器件的控制器可以被适配成在最大功率点下（最大功率点跟踪；MPPT）操作直流输入电压源。这样做的优点在于使用了直流输入电压源（例如光伏模块阵列或风力涡轮机）的最大可用能量。如果将由表现出波动功率曲线的输入电压源为基本上恒定的电负载供电，则该实施例是特别优选的。所述源的波动功率与电负载的基本上恒定的功率之间的正的或负的差异可以分别由连接到所述单相逆变器的AC电网提供或者被提供到所述AC电网。

在另一个优选实施例中，所述电路器件包括在正接触件与负接触件之间连接到并联连接的第一和第二降压－升压转换器下游的多相逆变器。一般来说，该实施例产生与其中设置单相逆变器的所述电路器件的实施例类似的优点。此外并且特别地，该实施例具有与前面所描述的完全相同或类似的实施模式。

但是在所述电路器件的该实施例中，所述多相逆变器优选地连接到多相AC电网或多相AC负载（比如电机）。如果将要经由所述电路器件输送大量功率（比如5kW或更高），则多相逆变器特别是优于单相逆变器的。在一个优选实施例中，所述多相逆变器是三相逆变器。优选的是，所述三相逆变器连接到三相AC电网，比如208V AC电网或400V AC电网。

在一个优选实施例中，所述控制器被适配成为所述多相逆变器提供第四控制信号。优选的是，所述电路器件的控制器被适配成借助于空间矢量调制生成第四控制信号。但是在其他实施例中，所述控制器被适配成借助于电流允差带控制或者借助于参考信号与三角或锯齿信号（比如自然采样）的比较而生成第四控制信号。

在另一个优选实施例中，所述电能转换电路器件的多相逆变器被适配成作为多相整流器操作。因此，所述多相逆变器允许双向能量流。

该实施例是特别有利的，这是因为连接到所述电路器件的输出电容器的本地DC负载可以由直流输入电压源或连接到作为多相整流器操作的多相逆变器的AC电网供电，或者由多相AC电网和直流输入电压源两者供电。在一个优选实施例中，在所述电路器件的控制器的第四种控制模式期间，能量从直流输入电压源和多相AC电网两者输送到与输出电容器连接的DC负载。优选的是，所述直流输入电压源是适当的源，比如燃料电池、光伏模块、连接到风力涡轮机下游的整流器。优选的是，所述多相AC电网是208V电网或400V电网。

高度灵活性是所提出的电路器件的一个一般优点：如前所述，其可以用于多个目的。第一个目的是把能量从直流输入电压源（其优选地是可持续源，比如风力发电机或光伏模块）输送到DC负载。第二个目的是把能量从直流输入电压源（其优选地是可持续源，比如燃料电池或光伏模块）和交流电压源（其优选地是单相或多相电网）输送到DC负载。在该实施例中，所述电路器件包括前面所提到的作为整流器操作的单相或多相逆变器。第三个目的是把能量从直流输入电压源（其优选地是可持续源，比如燃料电池或光伏模块）输送到AC负载（比如AC电网）。此外，在该实施例中，所述电路器件包括前面所提到的作为逆变器操作的单相或多相逆变器。因此，所提出的电路器件可以用于所有这些目的而不必改动其设置。

直流输入电压的量值可以根据所述电路器件的地理位置的AC市电电压而变化。直流输入电压的量值的典型数值可以是处于200V到400V之间，或者处于350V到700V之间。直流输出电压的量值的典型数值可以处于175V到200V之间，或者处于350V到400V之间。本发明的电路器件的规格适于被确定成用于转换较宽的额定功率范围，比如处于1kW到1MW之间。但是本发明的电路器件的额定功率可以小于1kW或者高于1MW。

在下文中将描述所述电能转换电路器件及其电路拓扑的另外的有利实施例。对于下面描述的降压－升压转换器及其控制的电路拓扑和优点的详细描述，可以参照同一发明人U. Boeke的以下出版物：“Transformer-less converter concept for a grid-connection of thin-film photovoltaic modules（用于薄膜光伏模块的电网连接的无变压器转换器概念）”（Proceedings of the IEEE Industry Application Society meeting，2008年）。

在一个优选实施例中，所述电能转换电路器件的第一和第二降压－升压转换器是有源箝位降压－升压转换器。该实施例的优点在于进一步减小了第一和第二降压－升压转换器的开关损耗。因此，所述电路器件的效率得以提高。此外还减小了电磁干扰，从而导致电路器件的更加可靠的操作。

在所述电能转换电路的另一个优选实施例中，第一有源箝位降压－升压转换器包括：

－第一开关支路，其具有彼此串联连接的第一开关和第一辅助开关；

－连接在第一开关支路的第一开关和第一辅助开关之间的第一接触节点与第二接触节点之间的第一扼流圈，第一扼流圈被分成两个第一串联连接扼流圈，其中两个第一串联连接扼流圈之间的节点通过第一二极管连接到所述电能转换电路器件的第四接触节点。

在该实施例中，第二有源箝位降压－升压转换器包括：

－第二开关支路，其具有彼此串联连接的第二开关和第二辅助开关；

－连接在第二开关支路的第二开关和第二辅助开关之间的第一接触节点与第三接触节点之间的第二扼流圈，第二扼流圈被分成两个第二串联连接扼流圈，其中两个第二串联连接扼流圈之间的节点通过第二二极管连接到第四接触节点，并且其中第一和第二开关支路彼此并联连接。

在该实施例中，所述电能转换电路器件还包括：

－与并联连接的第一和第二开关支路串联连接的箝位电容器，箝位电容器与并联连接的第一和第二开关支路的串联连接被连接在正接触件与第四接触节点之间，其中输出电容器被连接在第一和第四接触节点之间。

第一二极管被设置成使得第一二极管的阴极连接到两个第一串联连接扼流圈之间的节点，并且第一二极管的阳极连接到第四接触节点。相应地，第二二极管被设置成使得第二二极管的阴极连接到两个第二串联连接扼流圈之间的节点，并且第二二极管的阳极连接到第四接触节点。

该优选实施例具有用于实现高效地零电压开关的有源箝位第一和第二降压－升压转换器的有利拓扑。

第一和第二开关以及第一和第二辅助开关优选地在零电压下开关，从而进一步减小了开关损耗。

该实施例的电路拓扑的另一个优点在于，第一和第二降压－升压转换器的相应开关的峰值电压都被箝位到内部直流电压，即被箝位到直流输入电压、直流输出电压以及箝位电容器两端的电压的总和。因此，在第一和第二降压－升压转换器的开关的操作期间，电压上的瞬变被减小。下面也把箝位电容器两端的电压称作箝位电压。

第一和第二二极管被适配成在有限的电流改变速率下操作，从而减小了这些二极管中的反向恢复损耗。此外，第一和第二降压－升压转换器的开关两端的电压改变速率也被减小。因此，所述电路器件的电磁干扰也被减小。

在一个优选实施例中，所述电路器件的控制器被适配成控制内部箝位电压和直流输出电压两者，这优选地是通过把占空比和开关频率用作独立控制参数而实现的。因此，箝位电容器两端的电压不会超出特定极限。因此，各条开关支路的开关两端的电压也受到限制。在这种情境中，本发明的电路器件也可以被称作双输出受控转换器。

在另一个优选实施例中，第一接触节点被连接到恒定电位的共同接触件。在该实施例中，负接触件和第四接触节点指代同一接触件。该实施例的优点在于产生了高量值的第二输出电压，即正接触件与第四接触节点（或相应的负接触件）之间的电压。如前所述，有利地由另外的电路装置来处理第二输出电压，比如连接到第一和第二有源箝位降压－升压转换器下游的单相或多相逆变器。

在所述电能转换电路器件的一个优选实施例中，所述控制器包括：

－第一控制信号提供单元，其被适配成根据所测第一中间电流、箝位电容器的所测箝位电压以及所测直流输出电压为第一开关支路的第一开关提供第一控制信号并且为第一开关支路的第一辅助开关提供第一辅助控制信号；

－第二控制信号提供单元，其被适配成根据所测第二中间电流以及第一控制信号和第一辅助控制信号的至少其中之一为第二开关支路的第二开关提供第二控制信号并且为第二开关支路的第二辅助开关提供第二辅助控制信号。

在电路器件的该实施例中，所述控制器设置对应于一种主从配置。这样做是有利的，这是因为用于控制第二降压－升压转换器的工作量非常少：所述控制器被适配成从第一控制信号和第二中间电流的至少其中之一导出用于控制第二降压－升压转换器的第二控制信号。因此，为了控制第二降压－升压转换器，第一降压－升压转换器的控制器只需要还配备有用于捕获第二中间电流的测量器件和低复杂度逻辑模块（比如比较器和触发器）。

在该实施例中，所述电路器件优选地操作在一定开关频率下，所述开关频率是所测直流输入电压、所测直流输出电压以及通过所述电路器件输送的所测功率的函数。因此，所述开关频率不固定到特定数值，而是可以根据前面提到的相关性而改变。在本发明的该实施例中，所述电路器件作为准自振荡电源操作。这样做的优点在于，不需要提供生成固定开关频率的附加振荡器。此外，所述开关模式不需要被适配到固定频率，而是被适配到变化的开关频率。具体来说，第一和第二中间电流之间的相移不限于180°，而是可变的。

在所述电路器件的大多数实施例中，所述控制器优选地被适配成调节箝位电压以及直流输出电压，这是借助于改变第一和第二降压－升压转换器的开关频率和/或占空比而实现的。

在所述电能转换电路器件的一个优选实施例中，第一和第二降压－升压转换器分别包括金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。优选地对于较小的直流输入和较小的直流输出电压采用MOSFET。举例来说，如果直流电压不超出1000V则采用MOSFET。

在所述电能转换电路器件的另一个优选实施例中，第一和第二降压－升压转换器分别包括绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。优选地对于较大的直流输入和较小的直流输出电压采用IGBT。举例来说，如果直流电压不超出1000V则采用IGBT。

在所述电能转换电路器件的另一个优选实施例中，第一和第二降压－升压转换器分别包括碳化硅（SiC）半导体开关，例如SiC-MOSFET。SiC半导体开关的优点在于开关损耗非常低。

但是对于所采用的半导体开关的选择通常取决于电路器件的成本和/或电路器件的期望效率以及/或者电路器件的电压、电流和功率额定值的总体考虑的结果。

在本发明的第二方面中给出一种电设备，其中，所述电设备包括：

－被适配成生成第一直流电压的电能源；

－本发明的第一方面的电能转换电路器件，其用于将第一直流电压转换成输出电压；

－用于把输出电压输出到耗电单元的输出装置。

优选的是，所述电能源是光伏模块。在所述电设备的另一个优选实施例中，所述电能源是燃料电池。

所述耗电单元可以被集成到所述电设备中。

在一个实施例中，所述耗电单元是诸如膝上型计算机之类的个人计算机、移动电话、个人组织器、数字摄影机等等，其由燃料电池和连接到燃料电池下游的电能转换电路器件供电。

所述电设备的输出电压可以是本发明的第一方面的电能转换电路器件的直流输出电压，所述电能转换电路器件的第二输出电压，或者连接到所述电能转换电路器件的并联连接的第一和第二降压－升压转换器的下游的单相或多相逆变器的输出电压。

在本发明的第三方面中给出一种用于将直流输入电压转换成直流输出电压的电能转换电路器件的操作方法，其中，所述方法包括以下步骤：

－通过所述电能转换电路器件的正接触件和恒定电位的共同接触件接收直流输入电压；

－根据第一控制信号通过所述电能转换电路器件的第一降压－升压转换器生成第一中间电流；

－根据第二控制信号通过与第一降压－升压转换器并联连接的第二降压－升压转换器生成第二中间电流；

－通过所述电能转换电路器件的输出电容器接收第一和第二中间电流，从而生成直流输出电压；

－提供第一控制信号和第二控制信号，从而使得第一和第二中间电流彼此发生相移，进而调节直流输出电压的量值。

在本发明的第四方面中给出一种用于将直流输入电压转换成直流输出电压的计算机程序，其中，所述计算机程序包括程序代码装置，其用于在控制本发明的第一方面的电能转换电路器件的计算机上运行所述计算机程序时使得所述电能转换电路器件实施本发明的第三方面的方法的各个步骤。

应当理解的是，本发明的第一方面的电能转换电路器件、本发明的第二方面的电设备、本发明的第三方面的操作电能转换电路器件的方法以及本发明的第四方面的计算机程序具有特别如在从属权利要求中所限定的类似的和/或完全相同的优选实施例。

应当理解的是，本发明的一个优选实施例还可以是从属权利要求与相应的独立权利要求的任意组合。

参照下面描述的实施例，本发明的上述和其他方面将变得显而易见并且将对其进行阐述。

附图说明

在下面的附图中：

图1示意性并且示例性地示出了根据本发明的第一方面的包括单相逆变器的电能转换电路器件的功率级的电路拓扑的表示；

图2示意性并且示例性地示出了根据本发明的第一方面的包括三相逆变器的电能转换电路器件的表示；

图3示意性并且示例性地示出了根据本发明的第一方面的电能转换电路器件的控制器的电路拓扑的表示；

图4示意性并且示例性地示出了根据对应于一个开关周期的相应控制信号流的电能转换电路器件中的电流的图形表示；

图5示意性并且示例性地示出了根据本发明的第二方面的电设备的表示；以及

图6示例性地示出了本发明的第三方面的方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

图1示意性并且示例性地示出了根据本发明的第一方面的包括单相逆变器210的电能转换电路器件的功率级的电路拓扑100的表示。电路器件100包括用于接收直流输入电压110的正接触件112和恒定电位的共同接触件114。

直流输入电压110可以由任何适当的源（在图1中未示出）提供，例如由燃料电池、连接到电路器件上游的整流器、蓄电池或者任何直流电压发电机提供。在一个实施例中，直流输入电压110由光伏模块提供。在大多数情况下，在正接触件112与共同接触件114之间连接有输入电容器101。输入电容器101可以作为连接在所述源与电路器件之间的外部电容器，或者可替换地作为所述源的集成输出电容器，或者相应地作为电能转换电路器件100的内部输入电容器101。还有可能的情况是，所述源包括集成输出电容器，并且电路器件100包括内部输入电容器101，二者一起充当输入电容器。

电路器件100包括输出电容器160，其生成直流输出电压120。输出电容器160被连接在电能转换电路器件100的共同接触件114与负接触件116之间，并且所生成的直流输出电压120的极性与直流输入电压110的极性相反。

电路器件100包括两个并联连接的降压－升压转换器，其连接到正接触件112和共同接触件114，并且被适配成根据由图3中所示的控制器300（在图1中未示出）提供的第一312和第二控制信号382生成第一131和第二中间电流141。

为了适当地说明本发明，在分开的图中示出了所述电路器件的控制器级和功率级。下面将关于图3和图4描述对于所述电路器件的控制。

在图1中，第一和第二降压－升压转换器是有源箝位降压－升压转换器。

第一有源箝位降压－升压转换器是通过以下组件实现的：具有彼此串联连接的第一开关130和第一辅助开关132的第一开关支路130、132；连接在第一开关130和第一辅助开关132之间的第一接触节点152与第二接触节点154之间的第一扼流圈134、136，其中第一扼流圈134、136被分成两个串联连接扼流圈134、136，并且其中两个扼流圈之间的节点通过第一二极管138连接到负接触件116。

在图1中所示的电路器件100的实施例中，开关和辅助开关分别包括功率半导体，所述功率半导体具有内部或外部反并联二极管以及内部或外部缓冲电容。相应的缓冲电容可以通过已经存在的寄生电容或者附加的电容器来实现。

与第一有源箝位降压－升压转换器并联连接的第二有源箝位降压－升压转换器在其设置方面基本上完全相同，并且是通过以下组件实现的：具有彼此串联连接的第二开关140和第二辅助开关142的第二开关支路140、142；连接在第二开关140和第二辅助开关142之间的第一接触节点152与第三接触节点156之间的第二扼流圈144、146，其中第二扼流圈144、146被分成两个串联连接扼流圈144、146，并且其中两个扼流圈之间的节点通过第二二极管148连接到负接触件116。

第一和第二开关支路彼此并联连接。箝位电容器150与并联连接的第一和第二开关支路串联连接，并且既是第一降压－升压转换器的一部分也是第二降压－升压转换器的一部分。箝位电容器150与并联连接的第一和第二开关支路的串联连接被设置在电能转换电路器件100的正接触件112与负接触件116之间。

正如前面所解释的那样，第一降压－升压转换器根据由控制器300提供的第一控制信号312生成第一中间电流131，并且第二降压－升压转换器根据第二控制信号382生成第二中间电流141，其中第一131和第二中间电流141彼此发生相移。

输出电容器160被适配成接收第一131和第二中间电流141，并且根据第一131和第二中间电流141生成直流输出电压120。

由于控制器300被适配成控制第一和第二降压－升压转换器；从而使得第一131和第二中间电流141彼此发生相移，因此第一和第二中间电流的总和的电流波纹被减小。应当理解的是，电路器件100被设置成使得输出电容器160接收第一和第二中间电流的总和。由于所述相移，在开关周期的一个时间段期间，第一中间电流131正在上升并且第二中间电流141正在下降。第一和第二降压－升压转换器的这种交织操作的优点在于，与转换相同数量的功率的单个降压－升压转换器相比，在输出电容器160和提供直流输入电压110的输入电容器101处有效的电流应力被减小大约60%。

第一131和第二中间电流141都源自直流输入电压110的源，从而都来自输入电容器101，并且作用在降压－升压转换器的电路组件上，比如扼流圈、电阻器、电容器、开关、二极管，并且还作用在输出电容器160上。因此，减小的电流波纹具有多个互相有关的优点：首先，第一和第二降压－升压转换器的损耗减小。第二，降压－升压转换器的各组件的规格不需要被确定得过高以便耐受高电流波纹。第三，直流输出电压120和直流输入电压110的波纹减小。因此，可以减小输出电容器160和/或输入电容器101的电容，从而得到更小并且因此更便宜的电容器。电流波纹减小的这些效果还导致所述电路器件的使用寿命增加。

电路器件100被有利地用于为直流（DC）负载（图1中未示出）供电，比如本地DC电网，其连接到电路器件100的输出电容器160。这样的DC电网特别存在于家庭或交通车辆中，比如汽车、火车、船舶以及飞机。

图1中描绘的电路器件100还包括在正接触件112与负接触件116之间连接到并联连接的第一和第二降压－升压转换器的下游的单相逆变器210。这样做是有利的，这是因为电路器件100现在被适配成不仅为DC电网提供电能，而且还为交流（AC）电网220提供电能。

因此，如果由直流输入电压110的源提供的能量超出连接到电路器件100的输出电容器160的DC负载的需求，则可以把剩余的能量提供给连接到单相逆变器210的AC电网220。

AC电网220例如是230V AC电网或者120V AC电网。单相逆变器210通过滤波扼流圈222连接到AC电网220，所述滤波扼流圈用于对单相逆变器210的交流输出电流的高频分量进行滤波。

共同接触件114连接到AC电网220的中性接触件201或者相应地连接到地电位201。由于单相逆变器210被连接在正接触件112与负接触件116之间，因此其有效输入电压是直流输入电压110与直流输出电压120的总和。

由于共同接触件114连接到地电位201，因此提供输入电压110的源也被连接到地电位201。这样做的第一个优点在于，多个不同的源可以充当直流输入电压110的源。第二个优点在于，获得了直流输入电压110的源（比如薄膜光伏模块）的高效率。因此，包括直流输入电压110的源和电路器件100的设置的效率得以提高。

第一和第二降压－升压转换器以及单相逆变器210被控制在多种控制模式下。在第一种控制模式下，只把能量从直流输入电压110的源输送到DC负载。在第二种控制模式下，把能量从直流输入电压110的源输送到AC负载（比如AC电网220）。在第三种控制模式下，把能量从直流输入电压110的源输送到DC负载和AC负载。

电能转换电路器件100的单相逆变器210被适配成作为单相整流器操作。因此，单相逆变器210允许双向能量流。这样做是特别有利的，这是因为连接到电路器件100的输出电容器160的本地DC负载可以由直流输入电压110的源或连接到作为单相整流器操作的单相逆变器210的AC电网220供电，或者如果直流输入电压110的源无法为DC负载提供足够能量的话，则由AC电网和直流输入电压110的源两者供电。

因此，在第四种控制模式下，能量从直流输入电压110的源和AC电网220两者输送到与输出电容器160连接的DC负载。

如果单相逆变器210作为将正接触件112与负接触件116之间的电压逆变成交流并且为AC电网220供应能量的逆变器操作，则单相逆变器210通常受到电流控制。如果单相逆变器210为诸如电阻器之类的无源AC负载供应能量，则其通常受到电压控制。

在一个实施例中，直流输入电压110的源是可持续源，比如燃料电池、光伏模块、连接到风力涡轮机下游的整流器。所述AC电网例如是230V电网或120V电网。

对于所描述的降压－升压转换器及其控制的电路拓扑190和优点的详细描述，可以参照同一发明人U. Boeke的以下出版物：“Transformer-less converter concept for a grid-connection of thin-film photovoltaic modules（用于薄膜光伏模块的电网连接的无变压器转换器概念）”（Proceedings of the IEEE Industry Application Society meeting，2008年）。

图2示意性并且示例性地示出了根据本发明的第一方面的包括三相逆变器250的电能转换电路器件200的表示。电路方框190的电路拓扑对应于图1中所描绘的电路方框190的电路拓扑。三相逆变器250通过三个滤波扼流圈251、252、253连接到三相AC电网260。三相AC电网260例如是208V AC电网或400V AC电网。AC电网260的中性点262或者相应的地电位262连接到电能转换电路器件200的共同接触件114。在一个实施例中，通过空间矢量调制来控制三相逆变器250。三相逆变器250被适配成作为整流器操作。如果三相逆变器250作为将正接触件112与负接触件116之间的电压逆变成三相交流电压并且为三相AC电网260供应能量的逆变器操作，则三相逆变器250通常受到电流控制。如果三相逆变器250为诸如电阻器之类的无源AC负载供应能量，则其通常受到电压控制。

一般来说，该实施例200产生与其中设置单相逆变器的图1中所描绘的实施例100类似的优点。图2的电能转换电路器件的实施例200具有与前面所描述的完全相同或类似的实施模式。

连接到电路器件190的输出电容器160（图2中未示出）的本地DC负载（图2中未示出）可以由直流输入电压110的源或连接到作为三相整流器操作的三相逆变器250的三相AC电网260供电，或者由三相AC电网260和直流输入电压110的源两者供电。

高度灵活性是电路器件100和200的一个一般优点：如前所述，其可以用于多个目的。第一个目的是把能量从直流输入电压110的源（比如风力发电机、燃料电池、光伏模块）输送到DC负载。第二个目的是把能量从直流输入电压110的源和单相电网220或相应的三相电网260输送到DC负载。第三个目的是把能量从直流输入电压110的源输送到单相AC电网220或相应的三相AC电网260。因此，所提出的电路拓扑100和200可以用于所有这些目的而不必改动其相应的设置。

直流输入电压110的量值可以根据所述电路器件的地理位置的AC市电电压而变化。直流输入电压110的量值的典型数值可以处于200V到400V之间，或者处于350V到400V之间。直流输出电压的量值的典型数值可以处于175V到200V之间，或者处于350V到400V之间。电路器件190、100、200的规格适于被确定成用于转换较宽的额定功率范围，比如处于1kW到1MW之间。但是本发明的电路器件的额定功率可以小于1kW或者高于1MW。

图3示意性并且示例性地示出了根据本发明的第一方面的电能转换电路器件190的控制器300的电路拓扑的表示。所述控制器被适配成控制电路方框190。控制器300包括第一控制信号提供单元310，其被适配成根据所测第一中间电流331、箝位电容器150的所测箝位电压351以及所测输出电压360为第一开关支路的第一开关130提供第一控制信号312并且为第一开关支路的第一辅助开关132提供第一辅助控制信号322。所测电压是取决于相应电压的实际数值的信号。所测电流是取决于相应电流的实际数值的信号。

第一控制信号提供单元310接收所测箝位电压351，并且根据所接收到的所测箝位电压351通过第一比例积分（PI）电压调节器（第一电压调节器）320生成箝位电压调节信号321。第一比较器330把箝位电压调节信号321与所测第一中间电流331进行比较，并且输出第一比较信号332。因此，第一电压调节器320通过箝位电压调节信号321设定第一中间电流的第一参考峰值。因此，如果第一中间电流达到其峰值，则由第一比较器输出的第一比较信号332开始关断第一开关130并且接通第一辅助开关132（下面将更加详细地解释）。

第一电压调节器320包括根据图3彼此互连的第一逆变放大器329、第一参考电压源328和第一限制器电路327。通过改动第一参考电压源328的电压的量值，可以改变第一参考值。第一限制器电路327被适配成在将其馈送到第一比较器330之前限制箝位电压调节信号321的量值。此外，可以通过设定第一限制器电路327的各个电压源的电压值来设定箝位电压调节信号321的最大值。

第一控制信号提供单元310的第二比例积分电压调节器（第二电压调节器）340接收所测直流输出电压360，并且根据所测直流输出电压360生成直流输出电压调节信号342。第二比较器350把直流输出电压调节信号342与所测第一中间电流331进行比较，并且输出第二比较信号352。因此，第二电压调节器340通过直流输出电压调节信号342设定第二中间电流的第二参考峰值。

第二电压调节器340的拓扑和功能行为基本上等同于第一电压调节器320。第二电压调节器包括根据图3彼此互连的第二逆变放大器349、第二参考电压源348和第二限制器电路347。通过改动第二参考电压源348的电压，可以改变第二参考值的量值。第二限制器电路347被适配成在将其馈送到第二比较器350之前限制直流输出电压调节信号342的量值。此外，可以通过设定第二限制器电路347的各个电压源的电压值来设定直流输出电压调节信号342的最大值。

第一比较信号由逻辑与门334接收到。与门334还接收导出信号335，导出信号335是通过第一倒相器333、一次脉冲发生器336和第二倒相器337的串联连接从第一比较信号332导出的。与门334输出设定信号353。

第一控制信号提供单元310还包括第一触发器361，其接收设定信号353和第二比较信号352。第一触发器361生成用于操作第一降压－升压转换器的第一开关130的第一控制信号312以及用于操作第一降压－升压转换器的第一辅助开关132的第一辅助控制信号322。因此，如果导出信号335再次为高，则可以生成用于第一触发器361的下一个设定信号353。

控制器300还包括第二控制信号提供单元380，其被适配成为第二开关支路的第二开关140提供第二控制信号382并且为第二开关支路的第二辅助开关142提供第二辅助控制信号392，这是根据所测第二中间电流341以及直流输出电压调节信号342和第二比较信号352的至少其中之一实现的。

第二控制信号提供单元380包括第三比较器370，其把直流输出电压调节信号342与所测第二中间电流341进行比较，并且输出第三比较信号372。第二控制信号提供单元380的第二触发器371接收第二比较信号352和第三比较信号372。第二触发器371生成用于操作电路器件190的第二降压－升压转换器的第二开关140的第二控制信号382，以及用于操作电路器件190的第二降压－升压转换器的第二辅助开关142的第二辅助控制信号392。

控制器300的设置对应于一种主从配置。这样做是有利的，这是因为用于控制第二降压－升压转换器的工作量非常低：控制器300被适配成从第二比较信号352、直流输出电压调节信号342和所测第二中间电流341导出用于控制第二降压－升压转换器的第二控制信号382、392。因此，为了控制第二降压－升压转换器，第一降压－升压转换器的控制器310只需要进一步配备有用于捕获第二中间电流的测量器件以及低复杂度逻辑模块370和371。

应当理解的是，用于驱动开关130、132、140、142的信号312、322、382、392通常在馈送到各个开关之前被处理。具体来说，在根据图1馈送到各个开关之前，如果需要的话，图3中所示的信号312、322、382、392通常被优先馈送到子电路（图中未示出）中，所述子电路生成相应的死时间信号并且实现电平移动。

图4示意性并且示例性地示出了根据对应于一个开关周期的相应控制信号流480的电能转换电路器件190中的电流490的图形表示400。下面为了描述清楚将参照图1、图3和图4。

图4中的图形表示400示出了5个时间轴410。在表示400的上半部分480中描绘出由控制器300提供的控制信号312、322、382和392的流程。在表示400的下半部分490中示出了第一降压－升压转换器的仿真电流131和135以及第二降压－升压转换器的仿真电流141和145。

由控制器300提供的4个输出信号312、322、382和392决定哪一个降压－升压转换器是主转换器，以及哪一个降压－升压转换器是从属转换器。现在参照图4和图1，第一降压－升压转换器包括以下组件：第一二极管138、扼流圈134和扼流圈136、第一开关130以及第一辅助开关132；第二降压－升压转换器包括以下组件：第二二极管148、扼流圈144和扼流圈146、第二开关140以及第二辅助开关142。

控制器300具有利用适当的控制信号312、322、382、392来操作第一和第二降压－升压转换器的各个开关的多项功能，从而使得直流输出电压160基本上恒定并且使得箝位电压151不超出特定极限，以便限制第一和第二降压－升压转换器的各个开关的最大电压应力并且支持软开关。

电路器件190从连接在正接触件112与负接触件114之间的输入电容器101取得能量，并且把能量输送到输出电容器160。存储在箝位电容器150中的能量在一个开关周期期间只发生微小改变。直流输入电压110和直流输出电压120都可以被用来为已知的单相逆变器210或已知的三相逆变器250供电，以便将电力馈送到AC电网220或260中。

在一个实施例中，电路器件190以一定开关频率操作，所述开关频率是直流输入电压110和直流输出电压120、所输送的功率以及电路器件190的各个组件的规范的函数。在图4中示出了一个开关周期。下面对于一个开关周期的描述考虑了第一138和第二二极管148以及4个开关130、132、140和142的较小寄生输出电容，因此一旦某一个组件由于存储在扼流圈134、136、144和146中的能量而被关断之后，这些组件处的电压非常快速地改变。

在作为一个开关周期的开头的时间420处，第一降压－升压转换器完成了自从第一中间电流131达到其负峰值之后的前一个开关周期的放电周期。如前所述，第一中间电流131由控制器300的第一比较器330监测。如果第一中间电流131达到其负峰值，则第一辅助开关132被关断并且接通第一开关130的反向二极管。此外，由第一比较器330输出的第一比较信号332导致一次脉冲发生器336输出导出信号335并且导致生成设定信号353，设定信号353使得第一触发器361输出在时间411处接通第一开关130的第一控制信号312。

第二降压－升压转换器仍然处在放电模式下，并且在所述开关周期的开头（即时间420）处将能量从扼流圈144馈送到输出电容器中。

在一个较短但是明确定义的死时间段之后，第一开关130在时间411处被接通，并且第一降压－升压转换器开始一个充电周期。由于接通了的第一开关130把扼流圈134和136连接到直流输入电压110，因此扼流圈134和扼流圈136中的电流131增大。

第二降压－升压转换器仍然处在放电模式下，并且第二二极管148传导扼流圈144的电流145，从而把能量输送到输出电容器160。由于第二辅助开关142将第二中间电流141传导到箝位电容器，因此扼流圈146中的第二中间电流141减小。

在时间412处，第一降压－升压转换器的扼流圈134中的电流135和第一降压－升压转换器的扼流圈136中的第一中间电流131超出由第二电压调节器340设定的正峰值。因此，第二比较器350生成正的第二比较信号352，其重置第一触发器361并且设定第二触发器371。因此，第一开关130被关断。其结果是，第一二极管138变为导通，从而开始第一降压－升压转换器的放电模式以及从扼流圈134到输出电容器160中的能量输送。此外，由于第二触发器371的设定，第一辅助开关132和第二开关140在时间412之后的较短但是明确定义的时间413处被接通。第一辅助开关132的接通改变扼流圈136的充电，以便支持具有低开关损耗的第一开关130和第一辅助开关132的软开关。

在时间413处，第二开关140被接通，从而开始第二降压－升压转换器的充电模式以及从直流输入电压110到扼流圈144中的能量输送。这样，与单个降压－升压转换器的操作相比，与输入电容器101和输出电容器160中的显著减小的峰值电流和较低电流应力相组合地在两个相继时间间隔内实现了从直流输入电压110通过扼流圈134和145到输出的能量转换。

在时间414处，第二降压－升压转换器的扼流圈144中的电流145和第二降压－升压转换器的扼流圈146中的第二中间电流141超出由第二电压调节器340设定的正峰值电流参考值。因此，第三比较器370生成正的第三比较信号372，其通过生成对于第二触发器371的重置而结束第二降压－升压转换器的充电模式。重置的第二触发器371关断第二开关140。其结果是，第二二极管148变为导通，从而开始第二降压－升压转换器的放电模式以及从扼流圈144到输出电容器中的能量输送。

在时间415处，在时间414之后的一个较短但是明确定义的死时间段之后，第二辅助开关142通过第二辅助控制信号392被接通。这就改变了扼流圈146的充电，并且支持具有低开关损耗的第二开关140和第二辅助开关142的软开关。

在时间416处，也就是在所述开关周期的末尾，第一降压－升压转换器的扼流圈136中的第一中间电流131超出由第一电压调节器320设定的负峰值电流参考值。这就生成了设定信号353，其导致通过第一控制信号312在下一个开关周期的开头处接通第一开关130。

在前面描述的模式下，电路器件190作为自激振荡电路操作。不需要附加的振荡器电路。低功率水平导致低峰值电流参考水平，并且从而导致不利的高开关频率。通过一次脉冲发生器336避免了所述不利的高开关频率，其实现了在把新的设定信号353传送到第一触发器361从而以下一个开关周期开始之前的最小等待时间间隔。

一次脉冲发生器336例如由STMicroelectronics公司生产的集成电流NE555实现。

图5示意性并且示例性地示出了根据本发明的第二方面的电设备500的表示。电设备500包括被适配成生成第一直流电压520的电能源510，以及用于把第一直流电压转换成输出电压530的本发明的第一方面的电能转换电路器件190、100或200。此外，电设备500包括用于把输出电压输出到耗电单元550的输出装置540。

电能源510例如是光伏模块。在电设备500的另一个实施例中，电能源510是燃料电池。

耗电单元550可以被集成到所述电设备中。

在一个实施例中，耗电单元550是个人计算机（比如膝上型计算机）、移动电话、个人组织器、数字摄影机等等，其由源510和连接到源510下游的电能转换电路器件190、100、200供电。如前所述，所述设备的电路器件还可以包括单相逆变器（实施例100）或多相逆变器（实施例200）或者可以不包括逆变器（实施例190）。

电设备500的输出电压530可以是电路器件190的直流输出电压、电路器件190的第二输出电压或者电路器件100、200的单相或多相逆变器的输出电压。

所述电设备的输出装置540还可以包括用于处理输出电压530的电路装置，比如用于对输出电压530的高频分量进行滤波的滤波装置。在另一个实施例中，输出装置540简单地是将输出电压530引导到电设备500的外部的输电线。

图6示例性地示出了用于将直流输入电压转换成直流输出电压的电能转换电路器件的操作方法600的一个实施例的流程图。在第一步骤610中，通过所述电能转换电路器件的正接触件和恒定电位的共同接触件接收直流输入电压。在第二步骤620、630中，利用所述电能转换电路器件的第一降压－升压转换器根据第一控制信号生成（620）第一中间电流。此外，利用与第一降压－升压转换器并联连接的第二降压－升压转换器根据第二控制信号生成（630）第二中间电流。在第三步骤640中，利用所述电能转换电路器件的输出电容器接收第一和第二中间电流。从而生成直流输出电压。在第四步骤650中，提供第一控制信号和第二控制信号，从而使得第一和第二中间电流彼此发生相移。从而调节直流输出电压的量值。

应当理解的是，前面描述的方法600的各个步骤可以按照不同于前面描述的顺序来执行。可以同时执行一些或所有步骤，比如步骤620、630和650。

在前面描述的各个实施例中，描述了用于与连接到其下游的单相逆变器或多相逆变器相组合或者不与之组合地控制第一和第二降压－升压转换器的特定控制模式。在其他实施例中采用了其他控制方法。

此外，在前面的描述中，举出了单相和多相逆变器以作为连接到并联连接的第一和第二降压－升压转换器下游的可能电路装置。在其他实施例中，在所述电路器件的下游连接另外的或不同的电路装置，比如变压器之类的绝缘装置。

此外，在前面的描述中，举出了燃料电池和光伏模块以作为可能的直流输入电压源。应当强调的是，薄膜光伏模块是适当的直流输入电压源。在其他应用中提供不同的源，比如蓄电池或连接到所述电路器件上游的电路装置。

具体来说，所述电路装置可以包括如前面在图1、图2、图3和图4中描述的控制器的替换安排和/或替换设置。举例来说，第一和第二降压－升压转换器也可以是谐振降压－升压转换器。

通过研究附图、本公开内容和所附权利要求书，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解并实施所公开实施例的其他变型。

应当理解的是，相应的附图的元件安排主要用于显而易见的描述；其不涉及根据本发明的制造器件的各个部分的任何实际的几何安排。特别涉及所述电路器件，所描述的逆变器可以被安装在所述电路器件内部或者被安排在紧邻或远离所述电路器件。

本发明的第四方面的计算机程序可以被存储/分布在适当的介质上，比如与其他硬件一起或者作为其一部分提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以通过其他形式分发，比如通过因特网或者其他有线或无线电信系统。

在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，“一”或“一个”不排除多个。

单个单元或器件可以实现在权利要求中所引述的几个项目的功能。在互不相同的从属权利要求中引述某些措施并不意味着不能使用这些措施的组合来获益。

权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制其范围。

本发明涉及一种电能转换电路器件、一种操作电能转换电路器件的方法、一种电设备以及一种计算机程序。所述电路器件允许接地，并且包括两个并联连接的降压－升压转换器以用于将直流输入电压转换成直流输出电压。所述转换器被适配成生成由输出电容器接收的两个相移电流。由于所述相移，电流波纹得以减小。所述直流输出电压和直流输入电压优选地具有共同电位和相反极性。因此还提供了具有高量值的第二电压，即所述直流输入电压和直流输出电压的总和。

Claims (15)

1.一种用于把直流输入电压（110）转换成直流输出电压（120）的电能转换电路器件（190；100；200），其中，所述电能转换电路器件（190；100；200）包括：

－用于接收直流输入电压（110）的正接触件（112）和恒定电位的共同接触件（114）；

－第一降压－升压转换器，其连接到正接触件（112）和共同接触件（114），并且被适配成根据第一控制信号（312）生成第一中间电流（131）；

－第二降压－升压转换器，其与第一降压－升压转换器并联连接，并且被适配成根据第二控制信号（382）生成第二中间电流（141）；

－输出电容器（160），其被适配成接收第一（131）和第二中间电流（141）并且根据第一（131）和第二中间电流（141）生成直流输出电压（120）；

－控制器（300），其被适配成提供第一控制信号（312）和第二控制信号（382），从而使得第一（131）和第二中间电流（141）彼此发生相移，进而调节直流输出电压（120）的量值。

2.权利要求1的电能转换电路器件（190；100；200），其中，输出电容器（160）被连接在电能转换电路器件（190；100；200）的共同接触件（114）与负接触件（116）之间，并且其中所生成的直流输出电压（120）的极性与直流输入电压（110）的极性相反。

3.权利要求2的电能转换电路器件（100），其附加地包括：

－在正接触件（112）与负接触件（116）之间连接到并联连接的第一和第二降压－升压转换器下游的单相逆变器（210）。

4.权利要求3的电能转换电路器件（100），其中，所述单相逆变器（210）被适配成作为单相整流器操作。

5.权利要求2的电能转换电路器件（200），其附加地包括：

－在正接触件（112）与负接触件（116）之间连接到并联连接的第一和第二降压－升压转换器下游的多相逆变器（230）。

6.权利要求5的电能转换电路器件（200），其中，所述多相逆变器（250）被适配成作为多相整流器操作。

7.权利要求1的电能转换电路器件（190），其中，第一和第二降压－升压转换器是有源箝位降压－升压转换器。

8.权利要求7的电能转换电路器件（190），其中，第一有源箝位降压－升压转换器包括：

－第一开关支路（130，132），其具有彼此串联连接的第一开关（130）和第一辅助开关（132）；

－连接在第一开关支路（130，132）的第一开关（130）和第一辅助开关（132）之间的第一接触节点（152）与第二接触节点（154）之间的第一扼流圈（134，136），第一扼流圈（134，136）被分成两个第一串联连接扼流圈，其中两个第一串联连接扼流圈之间的节点通过第一二极管（138）连接到所述电能转换电路器件（190）的第四接触节点（158），

并且其中，第二有源箝位降压－升压转换器包括：

－第二开关支路（140，142），其具有彼此串联连接的第二开关（140）和第二辅助开关（142）；

－连接在第二开关支路的第二开关（140）和第二辅助开关（142）之间的第一接触节点（152）与第三接触节点（156）之间的第二扼流圈（144，146），第二扼流圈（144，146）被分成两个第二串联连接扼流圈，其中两个第二串联连接扼流圈之间的节点通过第二二极管（148）连接到第四接触节点（158），

并且其中，第一（130，132）和第二开关支路（140，142）彼此并联连接，并且所述电能转换电路器件（190）还包括：

－与并联连接的第一（130，132）和第二开关支路（140，142）串联连接的箝位电容器（150），所述箝位电容器（150）与并联连接的第一（130，132）和第二开关支路（140，142）的串联连接被连接在正接触件（112）与第四接触节点（158）之间，

并且其中，输出电容器（160）被连接在第一（152）和第四接触节点（158）之间。

9.权利要求8的电能转换电路器件（190），其中，所述控制器（300）包括：

－第一控制信号提供单元（310），其被适配成根据所测第一中间电流（331）、箝位电容器（150）的所测箝位电压（351）以及所测直流输出电压（361）为第一开关支路（130，132）的第一开关（130）提供第一控制信号（312）并且为第一开关支路（130，132）的第一辅助开关（132）提供第一辅助控制信号（322）；

－第二控制信号提供单元（380），其被适配成根据所测第二中间电流（341）以及第一控制信号（312）和第一辅助控制信号（322）的至少其中之一为第二开关支路（140，142）的第二开关（140）提供第二控制信号（382）并且为第二开关支路（140，142）的第二辅助开关（142）提供第二辅助控制信号（392）。

10.权利要求1的电能转换电路器件（190；100；200），其中，第一和第二降压－升压转换器分别包括金属氧化物半导体场效应晶体管。

11.权利要求1的电能转换电路器件（190；100；200），其中，第一和第二降压－升压转换器分别包括绝缘栅双极型晶体管。

12.权利要求1的电能转换电路器件（190；100；200），其中，第一和第二降压－升压转换器分别包括碳化硅半导体开关。

13.一种电设备，其包括：

－被适配成生成第一直流电压（520）的电能源（510）；

－权利要求1的电能转换电路器件（190；100；200），其用于将第一直流电压（520）转换成输出电压（530）；

－用于把输出电压（530）输出到耗电单元（550）的输出装置（540）。

14.一种用于将直流输入电压转换成直流输出电压的电能转换电路器件的操作方法（600），所述方法包括以下步骤：

－通过所述电能转换电路器件的正接触件和恒定电位的共同接触件接收（610）直流输入电压；

－根据第一控制信号通过所述电能转换电路器件的第一降压－升压转换器生成（620）第一中间电流；

－根据第二控制信号通过与第一降压－升压转换器并联连接的第二降压－升压转换器生成（630）第二中间电流；

－通过所述电能转换电路器件的输出电容器接收（640）第一和第二中间电流，从而生成直流输出电压；

－提供（650）第一控制信号和第二控制信号，从而使得第一和第二中间电流彼此发生相移，进而调节直流输出电压的量值。

15.一种用于将直流输入电压转换成直流输出电压的计算机程序，所述计算机程序包括程序代码装置，其用于在控制如权利要求1所限定的电能转换电路器件的计算机上运行所述计算机程序时，使得所述电能转换电路器件实施如权利要求14所限定的方法的各个步骤。

Images