CN104052100A - 包括至少一个电池的功率转换器电路 - Google Patents

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Abstract

提出了一种包括至少一个电池的功率转换器电路。一种电路包括第一功率转换器电路和第二功率转换器电路。该第二功率转换器电路的输入耦合至第一功率转换器电路的输出并且被配置为接收输入信号。可充电电池耦合至第一功率转换器电路的输出。充电控制电路被配置为通过控制该第二功率转换器电路而对该可充电电池的充电进行控制。

Description

包括至少一个电池的功率转换器电路
技术领域
本发明的实施例涉及一种功率转换器电路，尤其是一种包括至少一个电池的功率转换器电路。
背景技术
随着对可持续能量产生的兴趣的增加，对于使用光伏（PV）模块用于产生电力有所关注。PV模块在阳光照射的时间段期间输出最大功率。然而，例如工业或民用的电力消耗通常并不对应于那些阳光照射的时间段。在民用的情况下，功率消耗在太阳并不照射时甚至会更高，例如在晚上或夜间。
因此，期望在诸如阳光照射时的存在过度电力时对电力进行存储，并且在诸如晚上或夜间的高功率消耗时将所存储的电力提供至电网。
发明内容
根据一个示例，描述了一种电路。该电路包括：包括输出的第一功率转换器电路，包括输入和输出的第二功率转换器电路。该输入耦合至第一功率转换器电路的输出并且被配置为接收输入信号。可充电电池耦合至第一功率转换器电路的输出。该电子电路进一步包括充电控制电路，其被配置为对第二功率转换器电路进行控制。
根据另一个示例，这里描述了一种方法。该方法包括在第一功率转换器电路的输出处提供输出功率，并且通过控制耦合至第一功率转换器电路的输出的第二功率转换器电路而对耦合至第一功率转换器电路的输出的可充电电池的充电进行控制。
附图说明
现在将参考附图对示例进行解释。附图用来图示基本原则，从而仅图示出了理解基本原则所必需的方面。附图并非依比例绘制。在图中，相同的附图标记表示同样的特征。
图1图示了包括第一功率转换器电路、第二功率转换器电路、电池和充电控制电路的电子电路的第一实施例；
图2，包括图2A和2B，示出了可以根据本文所描述的技术进行充电的电池的表示形式的实施例；
图3示出了电池的充电曲线的一个示例；
图4示出了第二功率转换器电路的一个实施例；
图5示出了图4的第二功率转换器电路的功率转换级的一个实施例；
图6示出了图4的第二功率转换器电路的PWM控制器的一个实施例；
图7示出了图4的第二功率转换器电路的功率转换级的另一个实施例；
图8示出了图4的第二功率转换器电路的功率转换级和PWM控制器的另外实施例；
图9示意性图示了由图8的PWM控制器所接收的同步信号的波形；
图10更为详细地示出了图8的PWM控制器的一个实施例；
图11示出了图4的第二功率转换器电路的功率转换级和PWM控制器的另一个实施例；
图12示意性图示了由图11的PWM控制器所接收的同步信号的波形以及转换级的输出电流的波形；
图13示出了包括功率转换器单元的第一功率转换器电路的一个实施例；
图14，包括图14A至14C，示出了PV模块的实施例；
图15更为详细地示出了功率转换器单元的一个实施例；
图16示出了图15的功率转换器单元的功率转换级的一个实施例；
图17示出了图15的功率转换器单元的PWM控制器的一个实施例；
图18示出了图15的功率转换器单元的功率转换级的另一个实施例；
图19图示了图18的功率转换级的操作原则；
图20示出了第一功率转换器电路的另一个实施例；
图21示出了第一功率转换器电路的另一个实施例；
图22示出了具有多个级联电子电路的功率转换器布置；
图23示出了具有多个级联电子电路的功率转换器布置的另外实施例。
具体实施方式
在以下的详细描述中对附图加以参考。该附图形成了描述的一部分并且通过图示示出了可以在其中实践本发明的具体实施例。所要理解的是，除非另外特别指出，否则本文所描述的各个实施例的特征可以互相结合。
图1图示了包括第一功率转换器电路1、第二功率转换器电路3、可充电电池2和充电控制电路4的电子电路的一个实施例。第一功率转换器电路1包括输出，其具有第一输出节点13和第二输出节点14并且被配置为提供输出功率信号。第二功率转换器电路3包括输入，其具有耦合至第一功率转换器电路1的输出并且被配置为接收输入功率信号的第一和第二输入节点31、32。第二功率转换器电路3进一步被配置为向负载Z（在图1中以虚线图示）提供输出功率信号。可充电电池2耦合至第一功率转换器电路1的输出13、14以及第二功率转换器电路3的输入31、32。充电控制电路4被配置为检测可充电电池2的充电状态并且根据可充电电池的充电状态对第二功率转换器电路3进行控制。
参考图1，第二功率转换器电路3接收两个输入信号，即输入电流I31和输入电压V2，其中输入电压V2对应于第一功率转换器电路1的输出电压，以及对应于可充电电池2的端子21、22之间的电压。第二功率转换器电路3的输入电流I31对应于第一功率转换器电路1的输出电流减去可充电电池2的输入电流I2：
I31=I12-I2    (1)
根据图1的电子电路，在一些实施例中，仅通过控制第二功率转换器电路3，特别是仅通过控制第二功率转换器电路3的输入电流I31和输入电压V2中的一个对可充电电池2的充电和放电进行控制。这在下文中更为详细地进行解释。
可充电电池2可以是常规的可充电电池，例如铅酸电池、镍镉（NiCd）电池、镍金属氢化物（NiMH）电池或者锂离子电池。参考图2A，可充电电池2可以包括具有在电池端子21、22之间串联连接的多个电池单元21-2p的一个单元串。根据图2B所示的另外实施例，可充电电池2可以包括与电池端子21、22并联连接的多个单元串，其中每个单元串包括多个串联连接的电池单元211-2p1、212-2p2、21q-2pq。可充电电池2能够在电池端子21、22之间提供的最大电压取决于在一个串中串联连接的电池单元的数量。可充电电池2的容量取决于单个电池单元的容量和/或并联连接的单元串的数量。
根据一个实施例，图1的电子电路支持第一充电模式和第二充电模式中的至少一种，在该第一充电模式中，可充电电池2利用恒定充电电流I2进行充电，而在该第二充电模式中，通过在电池端子21、22之间施加基本恒定的电压V2而对可充电电池2进行充电。在下文中，该第一充电模式也将被称作恒定电流模式，而该第二充电模式则将被称作恒定电压模式。
在恒定电流模式中，通过控制第二功率转换器电路3的输入电流I31而将可充电电池2的输入电流I2控制为基本恒定。例如，当电池输入电流I2高于预定恒定充电电流I2REF时，由充电控制电路4所控制的第二功率转换器电路3增大输入电流I31，并且当电池充电电流I2低于该预定恒定充电电流I2REF时，由充电控制电路4所控制的第二功率转换器电路3减小输入电流I31。在恒定电压模式中，第二功率转换器电路3对电池电压V2进行控制以对应于预定充电电压V2REF，上述电池电压是输入节点31、32之间的电压。
参考图1，充电控制电路4将输入基准信号S3REF提供至第二功率转换器电路3。该输入基准信号S3REF表示恒定电流模式中的输入电流I31或恒定电压模式中的电池电压V2的期望信号水平。在恒定电流模式中，充电控制电路4测量第一功率转换器1的输出电流I12并且如下计算输入基准信号S3REF：
S3REF=I31REF=I12-I2REF    (2)
其中I31REF是表示输入电流I31的期望信号水平的输入基准信号，I12是所测量的第一功率转换器电路1的输出电流，并且I2REF是恒定电路模式中的电池电流I2的期望信号水平。第一功率转换器电路1的输出电流I12可以以图1中并未图示的常规方式进行测量。在图1中，充电控制电路4所接收的信号SI12表示所测量的第一功率转换器电路1的输出电流I12。
在恒定电压模式中，由充电控制电路4所提供的输入基准信号S3REF表示限定输入电压V2的期望信号水平的输入电压基准信号V2REF。
根据一个实施例，充电控制电路4被配置为仅支持两种不同的充电模式中的一种充电模式。在这种情况下，充电控制电路4被配置为向第二功率转换器电路3供应输入电流基准信号I31REF，或者向第二功率转换器电路3供应输入电压基准信号V2REF作为输入基准信号S3REF。
根据另外的实施例，充电控制电路4被配置为检测可充电电池2的充电状态（state of charge,SOC），并且被配置为根据所检测的充电状态对第二功率转换器电路3进行控制。这在以下参考图3进行解释。
图3示意性图示了如充电控制电路4所控制的电池电流I2和电池电压V2。在该实施例中，可充电电池2的充电状态由电池电压V2所表示。也就是说，充电控制电路4测量电池电压V2，并且根据所测量的电池电压V2对第二功率转换器电路3进行操作而使得电池2以恒定电流模式或恒定电压模式进行充电。参考图3所示的曲线，充电控制电路4在电池电压V2低于最大电池电压V2MAX时以恒定电流模式对第二功率转换器电路3进行操作。图3示出随时间的电池电压V2和电池电流I2，其中图3所图示的充电过程在电池电压V2已经下降至最小电压V2MIN时开始。随着在恒定电流模式中利用恒定充电电流I2REF对电池进行充电，电池电压V2通常会有所增加。然而，图3所图示的线性增加仅是一个示例。参考图3，充电控制电路4在电池电压V2达到对应于恒定电压模式的基准V2REF的最大电压V2MAX时变为恒定电压模式。结果，电池电流I2下降。当充电电流下降至最小充电电流I2MIN时，电池已经被完全充电。
根据一个实施例，该电子电路在电池被完全充电之后停留在恒定电压模式。也就是说，由充电控制电路所控制的第二功率转换器电路3将输入电压V2保持在V2REF所表示的基本恒定的水平。
根据另外的实施例，可选开关23分别连接在电池2和第一功率转换器电路1的输出以及第二功率转换器电路3的输入31、32之间。该开关23由充电控制电路4所控制，其中充电控制电路4被配置为在电池2已经被完全充电时也就是当充电电流的电流水平下降至最低水平（电流阈值）I2MIN时关断开关23以便将电池2从第一和第二功率转换器电路1、3断开连接。在电池已经从第一和第二功率转换器电路1、3断开连接之后，充电控制电路4可以控制第二功率转换器电路3以使得输入电压V2被控制为基本上恒定。输入电压基准信号V2REF可以对应于在恒定电压模式中所使用的输入电压基准信号V2REF。然而，在开关23已经被断开之后，也可能将输入电压V2调节为与恒定电压模式中的电压水平不同的电压水平。
在电池2已经被完全充电之后，其可能停留在完全充电状态直至第二功率转换器电路3的功率消耗高于第一功率转换器电路1的输出功率。在这种情况下，该电子电路进入放电模式，其中电池2为了支持第二功率转换器电路3而进行放电。在放电模式中，第二功率转换器电路3的输入电压由电池电压V2所限定，其随着电池2的放电而降低。
根据一个实施例，充电控制电路4在放电模式中并不对第二功率转换器电路3进行控制。根据另外的实施例，充电控制电路4在放电模式中测量电池电流I2（在放电模式中，电池电流I2以与图2所图示的方向相反的方向进行流动）并且对第二功率转换器电路3的输入电流I31进行控制以使得电池电流I2的量级被限制为预定的最大电流。
根据一个实施例，电池2并不被放电至最低电压水平V2MIN以下，并且最低电压水平V2MIN处于最高电压水平V2MAX的60%和80%之间。在电池已经被放电之后，该电子电路可以再次如之前所描述的对电池2进行充电，或者电池2可以停留在放电模式一段时间。在后一种情况下，充电控制电路4对第二功率转换器电路3进行控制以使得第二功率转换器电路3将输入电压（电池电压）V2保持在最低电压水平V2MIN。
根据一个实施例，第二功率转换器电路3被配置为向电网供应输出电流I32。在这种情况下，图1的负载Z是供应供电电压VPG的电网。该电网可以是DC电网或AC电网。在第一种情况下，供电电压VPG是直流电压（DC电压），而在第二种情况下，供电电压VPG是交流电压（AC电压）。电网电压VPG限定了第二功率转换器电路的输出电压V3，也就是V3=VPG。在该实施例中，第二功率转换器电路3的输出电流I32是可变的并且取决于在第二功率转换器电路的输入处所接收的输入功率。根据一个实施例，第二功率转换器电路3被实施为开关模式转换器。
图4示意性图示了被配置为向电网供应输出电流I32的第二功率转换器电路3的一个实施例。参考图4，第二功率转换器电路3包括开关模式转换级35，其被配置为接收输入电流I31和输入电压V2并且供应输出电流I32。转换级35包括至少一个以脉冲宽度调制（PWM）方式导通和断开的开关，至少一个电感器以及至少一个电容存储元件（电容器）。第二功率转换器电路3进一步包括PWM控制器36，其被配置为接收输入基准信号S3REF以及输入电流信号SI31和输入电压SV2中的至少一个。输入电流信号SI31表示第二功率转换器电路3的输入电流I31并且能够通过测量输入电流I31而以常规方式获得。输入电压信号SV2表示第二功率转换器电路3的输入电压V2并且能够通过测量输入电压V2而以常规方式获得。图4中并未示出用于测量输入电流I31和输入电压V2中的至少一个并且用于提供相对应的测量信号SI31、SV2的测量电路。该PWM控制器被配置为输出至少一个PWM信号用于对转换级35中的至少一个开关的PWM操作进行控制。
图5图示了被配置为向DC电压网供应输出电流I32的转换级35的一个实施例。图5的转换级35利用升压转换器拓扑实施并且包括串联电路，该串联电路具有诸如扼流器的电感性存储元件302以及处于输入端子31、32之间的开关301。另外，诸如二极管的整流器元件303连接至共用于电感性存储元件302和开关301的电路节点与第一输出节点33之间。第二输出节点34连接至第二输入节点。诸如电容器的第一电容性存储元件304连接在输入节点31、32之间。可选地，诸如电容器的第二电容性存储元件305连接在输出节点33、34之间。
开关301可以被实施为常规的电子开关，诸如MOSFET（金属氧化物场效应晶体管）或IGBT（绝缘栅双极晶体管）。整流元件303可以被实施为同步整流器，其是使用诸如MOSFET或IGBT之类的电子开关来实施的整流器。根据另外的实施例，开关301被实施为GaN-HEMT（氮化镓系高电子迁移率晶体管）。
参考图5，开关301从PWM控制器36接收PWM信号S35作为驱动信号，其中PWM控制器36被配置为调节PWM驱动信号S35的占空比以使得输入信号（输入电流I31或输入电压V2）被控制为对应于基准信号S3REF。
图6示意性图示了PWM控制器36的一个实施例。在图6中，图示了PWM控制器36的功能模块。这些功能模块可以被实施为模拟电路、数字电路或者能够使用硬件和软件来实施。
参考图6，PWM控制器36根据从充电控制电路4所接收的输入信号S3和基准信号S3REF计算误差信号SERR。输入信号S3表示将被控制的输入信号，也就是说，输入信号S3表示输入电压V2或输入电流I31。在图6的实施例中，PWM控制器被配置为根据从充电模式控制器所接收的操作模式信号SMODE而对输入电流I31或输入电压V2进行控制。该操作模式信号指示将对输入电流I31还是输入电压V2进行控制，而输入基准信号S3REF则指示所控制的输入信号S3的所期望信号水平。在图6的实施例中，多路复用器接收输入电流信号SI31和输入电压信号SV2，并且通过操作模式信号SMODE的控制向计算误差信号SERR的减法元件362输出这些信号之一作为输入信号S3。
在第二功率转换器电路3仅以恒定电流模式或恒定电压模式进行操作的电子电路实施例中，PWM控制器36仅接收输入电流信号SI31和输入电压信号SV2之一。在这种情况下，能够省略多路复用器361和操作模式信号SMODE。
参考图6，误差信号SERR由滤波器363所接收，滤波器363根据该误差信号SERR生成占空比信号SDC。该占空比信号SDC表示PWM控制器36所提供的驱动信号S35的占空比。滤波器363可以是用于根据功率转换级的PWM控制器中的误差信号SERR生成占空比信号SDC的常规滤波器，诸如P滤波器、PI滤波器或PID滤波器。PWM驱动器364接收该占空比信号SDC和时钟信号CLK并且生成驱动信号S35。驱动信号S35具有由时钟信号CLK所限定的开关频率以及如由占空比信号SDC所限定的占空比。该驱动器364可以是如本领域已知的被配置为基于时钟信号和占空比信息生成PWM驱动信号的常规PWM驱动器。
在下文中参考图5和6对图6的PWM控制器36的基本操作原理进行简要解释。总体上，控制器36对PWM信号S35的占空比进行控制以使得误差信号SERR为零，从而输入信号对应于基准信号S3REF。假设输入信号S3已经被调节为由基准信号S3REF所表示的信号水平，并且输入信号S3或基准信号S3REF有所变化，从而输入信号S3需要重新进行调节。出于解释的目的，假设输入信号S3是输入电压SV2并且输入电压V2如基准信号S3REF所限定的要有所增大。在这种情况下，控制器36降低驱动信号S35的占空比。降低驱动信号S35的占空比导致了（平均）输入电流I31下降，其中，在第二功率转换器电路的输入31、32处所接收的给定输入功率时，使得输入电流I31下降导致输入电压V2增大。等同地，在要减小输入电压V2时或者要增大输入电流I31时提高占空比。
图7图示了转换级35的另外实施例，其被配置为向DC电压网供应输出电流I32。图5的转换器35利用降压转换器拓扑实施并且包括串联电路，该串联电路包括诸如扼流器的电感性存储元件（电感器）312，以及处于第一输入节点31和第一输出节点33之间的开关311。诸如二极管之类的续流元件314连接在第二输出节点34和对于电感性存储元件312和开关311共用的电路节点之间。诸如电容器的第一电容性存储元件312连接在输入节点31、32之间。连接至输出节点33、34之间的第二电容性存储元件305是可选的。
与图5的转换级相同，图7的转换级35中的开关311能够被实施为诸如MOSFET或IGBT的常规电子开关，或者能够被实施为GaN-HEMT。另外，续流元件314能够被实施为同步整流器。
与根据图5的转换级35相同，图7的转换级中的开关311由PWM控制器36所提供的PWM驱动信号S35进行驱动。PWM控制器36可以如参考图6所解释的那样来实施，并且在要减小输入电压V2或者要增大输入电流I31时增加驱动信号S35的占空比，并且在要增大输入电压V2或者要减小输入电流I31时降低占空比。
转换级35例如在输入电压V2始终低于电网电压VPG时利用升压拓扑（见图5）实施，并且在输入电压V2始终高于电网电压VPG时利用降压拓扑（见图7）实施。然而，利用升压拓扑和降压拓扑之一实施转换级仅是作为示例。转换级35也能够利用诸如降压-升压转换器拓扑或者升压-降压转换器拓扑的其它非隔离拓扑来实施，或者利用诸如反激转换器拓扑的隔离拓扑来实施，等等。
图5和7的第二功率转换器电路是单向功率转换器电路。也就是说，这些功率转换器电路被配置为仅以一个方向输送电力，也就是本实施例中的从输入31、32到输出33、34。然而，通过利用开关替换图5和7的整流器元件303、314，这些功率转换器电路3能够被轻易地修改以成为双向功率转换器。在这种情况下，该第二功率转换器电路能够进行操作以从输入31、32向输出33、34输送电力或者从输出33、34向输入31、32输送电力。
根据一个实施例，第二功率转换器3是双向转换器电路。在该实施例中，充电控制电路4可以被配置为对第二功率转换器电路3进行操作以使得从施加于第二功率转换器电路的输出33、34的电压V3对电池2进行充电。在这种情况下，充电控制电路向常规电池充电器那样对第二功率转换器电路进行操作，该常规电池充电器被配置为从DC电压或从AC电压对电池进行充电。与之前所解释的电池充电模式相同，充电控制电路4可以被配置为在从电网对电池进行充电时以恒定电流模式或恒定电压模式对电池进行充电。
图8图示了第二功率转换器电路3的一个实施例，其被配置为向AC电网供应输出电流I32或者从AC电网接收AC电压以便对电池2进行充电。在该实施例中，PWM控制器36所控制的转换级35被配置为将输出电流I32生成为具有由交变同步信号SSYNC所限定的信号波形的交变电流。该同步信号SSYNC可以与电网电压同相并且能够通过测量电网电压VPG而生成。然而，也可能提供该同步信号SSYNC而使得在同步信号SSYNC和电网电压VPG之间存在相位偏移。交变输出电流I32的振幅是可变的并且取决于第二功率转换器电路3所接收的输入功率。与之前所解释的第二功率转换器电路3相同，图8的第二功率转换器电路根据从充电控制电路4（图8中未示出）所接收的输入基准信号S3REF而对输入电流I31和输入电压V2进行控制。
供应交变输出电流I32并接收直流输入电压V2和直流输入电流I31的第二功率转换器电路可以被实施为常规的DC/AC转换器（逆变器），其被配置为向电网供应交变电流。然而，下文中参考图8对一个具体实施例进行解释。
参考图8，转换级35具有全桥（H4）转换器拓扑并且包括均连接在输入节点31、32之间的两个半桥电路。这些半桥电路中的每一个包括两个开关，每个开关均具有负载路径和控制路径。一个半桥电路的两个开关的负载路径串联连接在输入节点31、32之间，其中第一开关3211和第二开关3212形成第一半桥，并且第三开关3213和第四开关3214形成第二半桥。每个半桥包括一个输出，其中第一半桥的输出由对于第一和第二开关3211、3212的负载路径共用的电路节点所形成。第二半桥的输出由对于第三和第四开关3213、3214的负载路径共用的电路节点所形成。第一半桥的输出经由诸如扼流器的第一电感性元件3221耦合至第二功率转换器电路3的第一输出节点33。第二半桥的输出经由诸如扼流器的第二电感性元件3222耦合至第二功率转换器电路3的第二输出节点34。根据另外的实施例（未示出），仅采用第一和第二电感性元件3221、3222中的一个。转换级35进一步包括连接在输入节点31、32之间的输入电容器323，以及连接在输出节点33、34之间的可选输出电容器324。
开关3211,3212,3213,3214中的每一个开关在其控制节点接收控制信号S351,S352,S353,S354。这些驱动信号S351-S354由PWM控制器36所提供，并且是被配置为导通和关断相对应的开关3211-3214的脉冲宽度调制（PWM）驱动信号。应当注意的是，PWM信号S351-S354的开关频率明显高于同步信号SSYNC的频率以及输出电流I32的所期望频率。根据电网所实施的国家，该同步信号可以为具有50Hz或60Hz频率的正弦信号，而单独的开关3211-3214的开关频率可以处于数kHz到数10kHz甚至高达数100kHz的范围之内。
PWM控制器被配置为在0和1之间对每个驱动信号S351-S354的占空比进行单独调节，以便使得输出电流I32的波形遵循同步信号的波形，并且以便对输入电流I31和输入电压V2之一进行控制。当一个单独的驱动信号S351-S354的占空比为0时，相对应的开关351-354被永久关断，并且当一个单独的驱动信号S351-S354的占空比为1时，相对应的开关351-354被永久导通。驱动信号S351-S354的占空比是驱动信号切换相对应开关的时间段与一个开关周期的持续时间之间的关系。一个开关周期的持续时间是开关频率的倒数。
根据一个实施例，同步信号SSYNC是具有交替出现的正和负的半周期的周期性信号。因此，输出电流I32是具有其中输出电流I32为正的正半周期以及具有其中输出电流I32为负的负半周期的交变电流。图9中图示了同步信号SSYNC和相对应输出电流I32的一个实施例。
以下简要地对转换级35的两种可能操作原则进行解释。首先，假设要生成输出电流I32的正半周期。根据被称作双极开关或2级开关的第一操作原则，同时导通和关断第一和第四开关3211,3214，而第二和第三开关3212,3213则被永久性关断。在第一和第四开关3211,3214的导通阶段，使输出电流I32通过（多个）扼流器3221,3222，这取决于跨输入电容器323的输入电压V2和输出电压V3之间的电压差异，其中输出电压V3由电网电压VPG所限定。开关3211-3214均包括诸如二极管的续流元件，其也在图8中有所图示。第二和第三开关3212,3213的续流元件在第一和第四开关3211,3214被关断时取得流过（多个）扼流器3221,3222的电流。以该方法，能够通过第一和第四开关3211,3214的同步开关操作的占空比而对输出电流I32的信号水平进行调节。
第一和第四开关3211,3214的开关频率明显高于输出电流I32的频率，从而输出电流I32的振幅、频率和相位能够通过第一和第四开关3211,3214的同步开关操作的占空比进行相应调节。在负半周期期间，第二和第三开关3212,3213被同时导通和关断，而第一和第四开关3211,3214则被永久关断，从而这些第一和第四开关3211,3214的体二极管传导。可替换地，开关3211,3214在其体二极管正向偏压时进行切换（具有短暂的死区时间），以便被操作作为同步整流器。
根据被称作相位斩波或3级开关的第二操作原则，第一开关3211在输出电流I32的正半周期期间被永久导通，第二和第三开关3212、3213则永久关断，并且第四开关3214以钟控方式导通和关断。在第一和第四开关3211,3214的导通阶段期间，输出电流I32被迫使通过（多个）扼流器3221,3222，这取决于跨输入电容器323的输入电压V2和输出电压V3之间的电压差异，其中输出电压V3由电网电压VPG所限定。在第四开关3214的关断阶段期间，由第三开关3213的续流元件和导通的第一开关3211提供续流路径而因此支持跨输出扼流器3221-3222的零伏状态。以该方法，能够通过第四开关3214的开关操作的占空比对输出电流I32的振幅进行调节。在负半周期期间，第一和第四开关3211、3214被永久关断，第二开关3212被永久导通，并且第三开关3213则以钟控方式导通和关断。
为了对输出I32的瞬时信号水平进行控制，PWM控制器36改变以钟控方式进行开关的至少一个开关的占空比。该至少一个开关的占空比及其驱动信号的占空比分别为了提高输出电流I32的信号水平而增大，并且为了降低输出电流I32的振幅而减小。该占空比取决于同步信号SSYNC的瞬时信号水平。开关3211-3214可以被实施为诸如MOSFET、IGBT、GaN-HEMT等的常规电子开关。
图10示意性图示了生成PWM驱动信号S351-S354的PWM控制器36的实施例。图10示出了PWM控制器36的框图以便对其操作原则进行说明。应当注意的是，图10所示的框图仅是用来说明PWM控制器36的功能而非其实施方式。以下将更为详细解释的单独的功能模块可以使用适于实施控制器的常规技术来实施。特别地，PWM控制器36的功能模块可以被实施为模拟电路、数字电路或者可以使用硬件和软件来实施，诸如具体软件在其上运行以便实施PWM控制器36的功能的微控制器。
参考图10，PWM控制器36包括第一控制回路，其具有接收同步信号SSYNC并且输出表示输出电流I32的输出电流信号SI32的第一控制器371。第一控制器371被配置为对同步信号SSYNC的频率以及同步信号SSYNC和输出电流信号SI32之间的相位差进行评估，并且被配置为生成第一占空比信号SDC1。该第一占空比信号SDCI对输出电流I32的信号波形进行控制以对应于同步信号SSYNC的信号波形。参考以上的解释，同步信号SSYNC可以与电网电压同相，或者在同步信号SSYNC和电网电压VPG之间可以具有相位差。
PWM控制器36进一步包括第二控制回路，其具有接收输入基准信号以及输入电流信号SI31和输入电压信号SV2中的至少一个的第二控制器372。可选地，当第二功率转换器电路3支持恒定电流充电和恒定电压充电时，第二控制器372接收操作模式信号SMODE。第二控制器372被配置为生成第二占空比信号SDCII，其对输入信号（输入电压V2或输入电流I31）的信号水平进行控制以使得该信号水平对应于如输入基准信号S3REF所限定的信号水平。第二占空比信号对应于图6的占空比信号SDC。第二控制器372因此能够包括图6的控制器36的生成占空比信号SDC的那些电路模块。那些电路模块是可选的多路复用器（图6中的361）、误差信号计算器（图6中的362）和滤波器（图6中的363）。
第一控制回路可以是相对快速地控制回路，并且第一占空比信号SDCI可以是快速变化以便控制输出电流I32而使得输出电流I32具有如同步信号SSYNC所限定的交变波形的占空比信号。对输入信号的信号水平进行控制的第二控制回路与第一控制回路相比可以相对慢。
参考图10，多路复用器接收第一和第二占空比信号SDCI、SDCII并且输出第三占空比信号SDCIII。PWM驱动器374接收第三占空比信号SDCIII和时钟信号CLK并且使用占空比信号SDCIII生成驱动信号S351-S354。占空比信号SDCIII并不包括是否生成输出电流I32的正或负半周期的信息。PWM驱动器374进一步接收包括该信息的同步信号SSYNC。根据PWM驱动器374所支持的具体驱动方案，PWM驱动器374生成具有由占空比信号SDCIII所限定的占空比的驱动信号S351-S354中的至少一个。例如，当PWM驱动器374以2级模式对转换级35进行操作时，在输出电流I32的正半周期期间利用由占空比信号SDCIII所限定的占空比生成第一和第四开关3211,3214的驱动信号S351,S354，而在输出电流I32的负半周期期间，利用由占空比信号SDCIII所限定的占空比生成第二和第三开关3212,3213的驱动信号S352,S353。
在正半周期期间，第一和第四开关3211,3214同时导通和关断，而第二和第三3212,3213开关则永久性关断。在第一和第四开关3211,3214的导通阶段期间，输出电流I32被迫使通过（多个）扼流器3221,3222，这取决于跨输入电容器323的输入电压V2和输出电压V3之间的电压差异，其中输出电压V3由电网电压VPG所限定。开关3211-3214均可以包括诸如二极管的续流元件，其也在图8中有所图示。第二和第三开关3212,3213的续流元件在第一和第四开关3211,3214被关断时取得流过（多个）扼流器3221,3222的电流。在该方法中，能够通过第一和第四开关3211,3214的同步开关操作的占空比对输出电流I32的瞬时信号水平进行调节。然而，也可能将第二和第三开关3212,3213作为续流元件进行操作。等同地，在负半周期期间，第二和第三开关3212,3213同时被导通和关断，而第一和第四开关3211,3214则被关断。
在图8的第二功率转换器电路3中，如由PWM控制器36所控制的转换级35生成具有由同步信号SSYNC所限定的频率和相位的交变输出电流I32。图11图示了第二功率转换器电路3的另外实施例，其被配置为输出具有由同步信号所限定的交变波形的输出电流。图11的第二功率转换器电路3包括由PWM控制器所控制的转换级35以及连接至转换级35和第二功率转换器电路3的输出33、34之间的展开电路38。在该实施例中，转换级输出对应于整流输出电流I32的电流I32’。也就是说，转换级35的输出电流I32’具有对应于交变输出电流I32的绝对值的信号波形。图12示意性图示了转换级35的输出电流I32’和交变输出电流I32的时序图。
图11的转换级35可以通过省略第三开关3213并利用永久性电连接替换第四开关3214而从图8的转换级35获得。能够省略第二电感器3222。图11的PWM控制器36可以对应于图10的PWM控制器，其差异仅在于生成了第一和第二驱动信号S351,S352。
展开桥电路38可以是从整流输出电流I32’生成交变输出电流I32的常规展开桥电路。根据一个实施例，展开桥38接收同步信号SSYNC并且被配置为根据该同步信号SSYNC而生成输出电流I32的正半周期或负半周期。
虽然图8的第二功率转换器电路3具有非隔离拓扑，但是也可能利用隔离拓扑来实施第二功率转换器电路3，也就是利用包括变压器的拓扑或者用于将电路互相电隔离的其它技术来实施。双向DC/AC转换器的实施例是公知的并且能够被用作第二功率转换器电路3。那些双向DC/AC转换器例如在以下文献中有所公开：Everts,J.、Krismer,F.、Van den Keybus,J.、Driesen,J.、Kolar,J.W.的“Comparativeevaluation of soft-switching,bidirectional,isolated AC/DC convertertopologies,”2012年IEEE第二十七届应用电力电子会议和博览会(APEC)第1067-1074页,2012年2月5-9日，其全文通过引用结合于此。这些转换器的双向属性不仅允许从第二功率转换器电路的输入31、33向输出33、34输送电力，而且允许从输出33、34向输入31、32输送电力以便从电网对电池进行充电。
根据一个实施例，第一功率转换器电路1被配置为从电源提供可在其输出13、14处供应输出功率。根据一个实施例，该电源包括光伏（PV）模块布置。图13示意性地示出了被配置为从PV模块布置5供应输出电流I12的第一功率转换器电路1的一个实施例。
PV模块布置5在图13中仅是示意性地进行图示。该PV模块布置5包括至少一个太阳能单元（光伏单元）。图14A至14C中图示了包括至少一个太阳能单元的PV模块布置5的一些示例性实施例。参考图14A中所示的第一实施例，PV模块布置5仅包括一个太阳能单元51。参考图14B中所示的第二实施例，PV模块布置5包括串联连接的r个太阳能单元51-5r的串，其中r>1。根据图5C中所示的又另一个实施例，s个太阳能单元的串并联连接，其中s>1。这些串中的每一个包括r个太阳能单元511-5r1,51s-5rs。图14A至14C所示的实施例仅是示例性的。能够使用许多其它的太阳能单元布置，而且PV模块布置5耦合至第一功率转换器电路1。
不同于将单个太阳能单元串联连接（如图14B所示）或者将具有单个太阳能单元的串联电路并联连接（如图14C所示），均包括多个太阳能单元的单元布置可以被串联连接，或者具有那些布置的串联电路可以被并联连接。也就是说，在图14A至14C的实施例中，每个太阳能单元都能够由具有多个PV模块（均包括大约72个太阳能单元）的布置所替代以便形成PV模块布置5。
第一功率转换器电路1并不局限于具有被实施为连接至输入11、12的PV模块的电源。也能够使用其它类型的电源，特别是其它类型的DC电源。
参考之前所提供的解释，第一功率转换器电路1的输出电压分别对应于电池电压V2和第二功率转换器电路3的输入电压。该电池电压V2由处于恒定充电模式或放电模式中的电池2的充电状态所限定，或者在电池2以恒定电压模式进行操作时由第二功率转换器电路3所限定。第一功率转换器电路1的输出电流I12根据PV模块布置5提供至功率转换器电路1的输入功率而变化。
参考图13，第一功率转换器电路包括具有耦合至PV模块布置5的第一输入节点11和第二输入节点12的输入。在图13的实施例中，第一功率转换器电路1接收两个输入信号，即输入电流I11和输入电压V1。第一功率转换器电路1所接收的输入功率对应于输入电流I11和输入电压V1的乘积，也即：
P1IN=V1*I11    (3)
第一功率转换器电路1被实施为开关模式转换器，并且包括至少一个耦合在第一功率转换器电路1的输入11、12和输出13、14之间的开关模式功率转换器单元10。根据一个实施例，功率转换器单元10被配置为对输入电流I11和输入电压V1进行控制以便从PV模块布置5接收最大输入功率。
所公知的是，太阳能单元并且因此包括若干太阳能单元的PV模块布置在其暴露于阳光时像提供直流输出电压（DC输出电压）和直流输出电流（DC输出电流）的功率生成器那样进行操作。针对PV模块布置5所接收的给定光功率，存在有PV模块能够进行操作的输出电流的范围以及相对应的输出电压的范围。输出功率假设为其最大值的输出电流和输出电压可以被描述为最大功率点（MPP）。MPP根据PV模块所接收的光功率并且取决于温度而变化。因此，通过适当控制第一功率转换器电路1的输入电流I11和输入电压V1之一，能够在MPP对PV模块布置5进行操作以便向第一功率转换器电路1供应最大输入功率。
图15示意性图示了图13的功率转换器单元10的一个实施例。图15的功率转换器单元15类似于图4的功率转换器电路3，并且包括被配置为接收第一功率转换级的输入电流I11和输入电压V1并且提供输出电流I12的开关模式转换级15。转换级15包括至少一个以脉冲宽度调制（PWM）方式导通和关闭的开关，至少一个电感器，以及至少一个电容性存储元件（电容器）。功率转换器单元10进一步包括PWM控制器16，其被配置为接收第一功率转换器电路1的电流输入信号SI11和输入电压SV1之一。输入电流信号SI11表示第一功率转换器电路1的输入电流I11并且能够通过测量输入电流I11而以常规方式获得。输入电压信号SV1表示第一功率转换器电路1的输入电压V1并且能够通过测量输入电压V1而以常规方式获得。图15中并未示出用于测量输入电流I11和输入电压V1中的至少一个并且用于分别提供相对应的测量信号SI11、SV1的测量电路。
参考图15，PWM控制器16进一步接收限定所要控制的输入信号的所期望信号水平的基准信号S1REF。出于解释的目的，假设输入电压V1要由转换器单元10进行控制。在这种情况下，PWM控制器16接收输入电压信号SV1，并且基准信号S1REF限定输入电压V1的所期望信号水平。PWM控制器16被配置为生成被转换级15所接收的PWM驱动信号S15以使得输入电压具有如基准信号S1REF所限定的信号水平。
图15的转换器单元10进一步包括最大功率点追踪器（MPPT）17，其被配置为生成基准信号S1REF而使得转换器单元10在MPP中对PV模块布置5进行操作。MPPT17接收表示输入电流I11的输入电流信号SI11以及表示输入电压V1的输入电压信号SV1。根据输入电流信号SI11和输入电压信号SV1，MPPT17计算PV模块布置5提供至第一功率转换器电路1的瞬时输入功率。MPPT17在检测周期中被配置为在给定信号范围内改变基准信号S1REF的信号水平并且针对基准信号S1REF所限定的每个不同信号水平来确定PV模块布置5所提供的输入功率。MPPT17进一步被配置为检测已经针对其获得了最大输入功率的输入电压V1，并且最终将基准信号S1REF设置为已经针对其检测到最大输入功率的数值，直至新的检测周期开始。在一个检测周期中检测MPP可以包括用于检测最大功率点的常规算法，例如“爬山算法”或“扰动观察算法”。
由于被实施为PV模块布置5的DC源所接收的太阳能可能有所变化，所以MPPT17进一步被配置为检查DC源5是否仍然在其最大功率点进行操作。因此，MPPT17规律地开始检测周期或者当存在最大功率点可能已经改变的指示时开始检测周期。最大功率点可能已经改变的指示的一个示例是输入电流信号SI11所表示的输入电流I11是否在在基准信号S1REF并未改变的情况下发生了变化。
与参考图5、7和8所解释的转换级35相同，图15的转换级15可以利用诸如升压拓扑、降压拓扑、降压-升压拓扑、反激拓扑等的常规拓扑来实施。
出于解释的原因，图16图示了具有升压拓扑的转换级15的一个示例。在不同16中并未图示MPPT17。参考图16，转换级15包括串联电路，其具诸如扼流器的有电感性存储元件102以及输入节点11、12之间的开关101。另外，诸如二极管的整流器元件103连接至对于电感性存储元件102和开关101共用的电路节点与第一输出节点13之间。第二输出节点14连接至第二输入节点12。诸如电容器的第一电容性存储元件连接至输入节点11、12之间。可选地，诸如电容器的第二电容性存储元件105连接至输出节点13、14之间。
开关101可以被实施为诸如MOSFET或IGBT的常规电子开关。整流元件103可以被实施为同步整流器，这是使用诸如MOSFET或IGBT的电子开关所实施的整流器。根据另外的实施例，开关101被实施为GaN-HEMT。
参考图16，开关101从PWM控制器16接收PWM信号S15作为驱动信号，其中PWM控制器16被配置为对PWM驱动信号S15的占空比进行调节，使得输入信号（输入电压V1）具有如从MPPT所接收的基准信号S1REF所表示的信号水平。
PWM控制器16可以如图6的PWM控制器36那样实施。图17中图示了PWM控制器16的一个可能实施例。在图17中，图示了PWM控制器16的功能模块。这些功能模块可以被实施为模拟电路、数字电路或者能够使用硬件和软件来实施。
参考图17，PWM控制器16根据输入信号也就是本实施例中的输入电压信号SV1和从MPPT17所接收的基准信号S1REF计算误差信号SERR2。该误差信号SERR2被滤波器163所接收，滤波器163根据该误差信号SERR2生成占空比信号SDC2。该占空比信号SDC2表示PWM控制器所提供的驱动信号S15的占空比。滤波器363可以是用于从功率转换级的PWM控制器中的误差信号SERR2生成占空比信号SDC2的常规滤波器，诸如P滤波器、PI滤波器或PID滤波器。PWM驱动器164接收该占空比信号SDC2和时钟信号CLK2并且生成驱动信号S15。驱动信号S15具有如时钟信号CLK2所限定的开关频率以及如占空比信号SDC2所限定的占空比。该驱动器164可以是如本领域已知的被配置为基于时钟信号和占空比信息生成PWM驱动信号的常规PWM驱动器。
图18图示了在输入11、12和输出13、14之间提供电隔离的功率转换级15的一个实施例。图18的功率转换级15包括桥电路111，其耦合至输入11、12并且被配置为从在输入11、12处所接收的输入电压V1生成交流电压V111。桥电路111包括两个半桥，每个半桥包括高侧开关1111,1113和低侧开关1112,1114，其中每个半桥的高侧开关和低侧开关串联连接，并且每个半桥连接在输入的输入节点11、12之间。每个半桥包括输出1115,1116，这是对于每个半桥的高侧开关和低侧开关的负载路径共用的电路节点。交变电压V111在桥电路111的输出1115,1116之间可用。
功率转换级15进一步包括电感器112和变压器113，后者具有初级绕组1131和次级绕组1132。初级绕组1131与电感器112串联连接，其中具有电感器112和初级绕组1131的串联电路连接在桥电路111的输出1115,1116之间。初级绕组1131和次级绕组1132具有相同的绕组感应。
另外，整流器114连接在次级绕组1132和功率转换级10的输出13、14之间。该整流器电路114被实施为桥整流器并且包括连接至次级绕组1132的第一节点和第一输出节点13之间的第一整流器元件1141、连接在第二输出节点14和整流器元件1132的第二节点之间的第二整流器元件1142、连接至整流器元件1132的第二节点和第一输出节点13之间的第三整流器元件、以及连接在第二输出节点14和整流器元件1132的第二节点之间的第四整流器元件1144。整流器元件1141-1144在图18的实施例中被实施为二极管。然而，这仅是作为示例，也可以使用诸如包括MOSFET的同步整流器的其它类型的整流器元件。
在图18的功率转换级15中，桥电路111被配置为从输入电压V1生成交变电压V111，变压器113将经由电感器112施加于初级绕组1131的交变电压传送至次级绕组1132，并且整流器114对可在次级绕组1132获得的交变电压进行整流。
图19中示意性图示了桥电路111所生成的交变电压V111的时序图。参考图19，交变电压V111假设了三个不同的信号水平，即正信号水平+V1、负信号水平-V1和0。正信号水平+V1通过导通第一开关1111和第四开关1114所生成，负信号水平通过导通第二开关1112和第三开关1113所生成，而0则通过导通第一开关1111和第三开关1113或者第二开关1112和第四开关1114而获得。
桥电路111的一个开关周期在交变电压V111具有正水平+V时包括第一时间段T1，信号水平为0时的跟随第一时间段的第二时间段，当信号水平为负时的第三时间段T3，以及当信号水平为0时的第四时间段T4。该开关操作具有两个占空比，也就是由第一和第二时间段T1、T2所限定的第一占空比D1=T1/(T1+T2)以及由第三和第四时间段T3、T4所限定的第二占空比D2=T3/(T3+T4)。根据该实施例，上述占空比相等，从而D1=D2。
与之前所解释的实施例相同，可以通过控制占空比D1、D2而对功率转换级15的输入电压V2进行控制。这些占空比可以以与之前参考图17所解释的相同方式进行控制。在图18的转换级15中，以之前所解释的方式，驱动器电路115接收PWM信号并且以PWM方式对开关1111-1114进行驱动。
图20图示了第一功率转换器电路1的另外实施例。在该实施例中，第一功率转换器电路1包括多个输入111、121-11m、12m，其中多个电源51-5m中的一个电源耦合至这些输入中的每一个输入。另外，第一功率转换器电路1包括多个功率转换器单元101-10m，其中转换器单元101-10m经由输入中的一个耦合至电源51-5m中的一个电源。在图20中，附图标记V11-V1m表示单独的转换器单元101-10m的输入电压，而附图标记I111-I11m则表示单独的转换器单元101-10m的输入电流。转换器单元101-10m中的每一个可以如之前参考图13至15所解释的那样实施并且被配置为输出输出电流I101-I10m。单独的转换器单元101-10m的输出耦合至第一功率转换器电路1的输出13、14，从而第一功率转换器电路1的输出电流I12对应于单独的转换器单元101-10m的输出电流I101-I10m。
图21图示了第一功率转换器电路1的另外实施例。图21的第一功率转换器电路1是基于图20的功率转换器电路并且包括均耦合至电源51-5m的多个功率转换器单元101-10m。功率转换器单元101-10m的输出在第一功率转换器电路1的输出节点13、14之间级联。功率转换器单元101-10m中的每一个供应输出电流I12，并且功率转换器单元101-10m中的每一个供应电压V101-V10m，其中由一个功率转换器单元101-10m所供应的每个电压是第一功率转换器电路1的输出电压V2的一部分，也就是
V 2 = Σ i = 1 m V 10 i - - - ( 4 )
单独的功率转换器单元101-10m能够利用常规转换器拓扑来实施。根据一个实施例，功率转换器单元101-10m中的一个用作根据所接收的输入功率限定输出电流I12的电流水平的主单元，而其它的第二转换器单元则用作对其输出电流的水平进行控制以对应于由该主功率转换器单元所限定的电流水平的从属单元。
参考以上解释，电池电压V2的电压水平可以在最小水平V2MIN和最大水平V2MAX之间发生变化。电池电压的绝对电压水平取决于具体应用。根据一个实施例，第二功率转换器电路3向具有大约240VRMS的电网中供应输出电流。在该实施例中，第二功率转换器电路3的输入电压V2例如处于350V和400V之间。该输入电压V2例如由图21的包括多个级联转换器单元101-102的第一功率转换器电路1所提供。
如果期望向电网中供应输出电流I32，并且如果进一步期望使用具有低于电网（峰值）电压的电压的电池2，能够将多个本文所解释的电子电路进行级联。
图22图示了包括多个电子电路1001-100n的功率转换器布置的实施例。在图22中，电子电路1001对应于如以上所解释的图1所示的电子电路。根据一个实施例，图22中仅示意性图示的其它电子电路1002、100n对应于第一电子电路1001。也就是说，这些电子电路1002-100n中的每一个都包括电池（图22中未示出）。然而，可能在没有电池的情况下实施一个或多个其它电子电路1002、100n。
当电网是交变电网时，单独的电子电路1001-100n的第二功率转换器电路3可以依据参考图8至12所解释的实施例之一来实施。以下对包括均被配置为向AC电网中供应输出电流并且均包括依据图8的第二功率转换器电路的电子电路1001-100n的功率转换器布置的操作原则进行解释。
在图22中，附图标记31表示第一电子电路1001的第二功率转换器电路，附图标记331、341表示第二功率转换器电路31的输出端子。I321表示该第二功率转换器电路31的输出电流，并且I32OUT表示供应至电网的整体输出电流。从其它电子电路1002、100n来看，仅示出了均供应输出电流I322、I32n的第二功率转换器电路32,3m。参考以上解释，单独的第二功率转换器电路31-3n均可以接收相同的同步信号SSYNC或者可以接收一个同步信号的不同相移版本，其中同步信号的不同相移版本是同相的。每个第二功率转换器电路3的输出电流I321-I32n是在对于输出电容器3241-324n以及与第二功率转换器电路31-3n对应的输出节点331-33n,、341-34n共用的电路节点处所接收的电流。
以下对级联电子电路1001-100n的操作原则进行解释。出于解释的目的，假设电网的电压VPG是正弦电压并且同步信号是相对应的正弦信号，其中同步信号SSYNC与电网电压VPG是同相的，或者其中在同步信号SSYNC与电网电压之间存在相位差。
参考以上的解释，第二功率转换器单元31-3n中的每一个被配置为生成要与同步信号SSYNC同相的相对应输出电流I321-I32n。在功率转换器装置的稳定状态，第二功率转换器电路31-3n中的每一个的输出电流I321-I32n对应于总的输出电流I32OUT，并且每一个第二功率转换器电路31-3n的输出电压V31-V3n是电网电压VPG的一部分，其中：
V PG = Σ i = 1 n V 3 i - - - ( 5 )
单独的第二功率转换器电路31-3n的输出电压V31-V3n可以互相不同，其中每个第二功率转换器电路的输出电压V31-V3n取决于相对应的第二功率转换器电路31-3n所接收的输入功率。
出于解释的目的，假设第一电子电路1001的第二功率转换器电路31的输入功率下降。这样的下降可能是由于第一功率转换器电路1的输入功率的下降，或者是由于电池2的充电过程。相对应的第二功率转换器电路31的输出电压V31因此将会下降，而其它第二功率转换器电路32、3n的输出电压将会增大以便满足等式（5）所限定的条件。另外，共用输出电流I32OUT将会下降。该瞬时过程如下。当第二功率转换器电路31所接收的输入功率下降时，共用输出电流I32OUT首先保持不变，而第二功率转换器电路31的输出电流I321下降。输出电流I321的下降以及不变的共用输出电流I32OUT导致了第二功率转换器电路31的输出电容器3241的放电从而输出电压V31下降。然而，第一转换器单元的输出电压下降导致了其它第二功率转换器电路32、3n的输出电压V32、V3n的增大，这现在将使得其输出电流I322、I32n下降以便保持其输出功率等于其输入功率。该变换过程在“新的”共用输出电流I32OUT已迁入至单独的输出电流I321-I32n与之相对应的输出电流时完成。这是自组织和自稳定的过程，其除了之前所公开的单独的电子电路之外并不需要另外的控制回路。
图23图示了具有多个电子电路1001-100n的功率转换器布置的另外实施例。这些电子电路1001-100n在图23中仅是示意性地进行图示。在该实施例中，第二功率转换器电路31-3n均包括对应于图11中的转换级35的转换级并且输出整流输出电流I321-I32n。中心展开电路38向级联的电子电路1001-100n供应整流版本VPG’，从级联电子电路1001-100n接收总的输出电流I32OUT’（这也是整流电流）并且向电网供应交变电流I32OUT。展开桥38具有第一和第二输入节点381、382以及第一和第二输出节点383、384。该展开桥能够假设两种不同操作状态，也就是其中第一输入节点381连接至第一输出节点383并且第二输入节点382连接至第二输出节点384的第一状态，以及其中第一输入节点381连接至第二输出节点384并且第二输入节点382连接至第一输出节点383的第二状态。如同步信号SSYNC或电网电压VPG所控制的展开桥38交替地假设第一和第二状态。
在之前的描述中，诸如“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“之前”、“之后”等的方向性术语随着对于所描述附图的方位的参考而使用。由于实施例的组件能够以多种不同方位定位，所以该方向术语是用于说明的目的而并非进行限制。所要理解的是，可以在不背离本发明范围的情况下利用其它实施例并且可以进行结构或逻辑的变化。因此，以下的详细描述并非以限制的含义加以理解，并且本发明的范围由所附权利要求所限定。
虽然已经公开了本发明的各个示例性实施例，但是对于本领域技术人员明白的是，可以在不背离本发明的精神和范围的情况下进行实现本发明的一些优势的各种变化和修改。对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以适当地替代以执行相同功能的其它组件。应当提到的是，即使在那些并未明确提及的情况下，参考具体附图所解释的特征也可以与其它附图的特征相结合。另外，本发明的方法可以使用适当处理器指令以全软件的实施方式来实现，或者以利用硬件逻辑和软件逻辑的组合来实现相同结果的混合实施方式来实现。对于本发明概念的一些修改意在被所附权利要求所覆盖。
诸如“之下”、“下方”、“较低”、“上方”、“较高”等的空间相关术语被用于描述以便对一个元件关于第二元件的定位进行解释。这些术语意在包含与图中所描绘的那些方位之外的不同设备方位。另外，诸如“第一”、“第二”等的术语也被用来描述各种要素、分区、分段等而同样并非意在进行限制。同样的术语贯穿该描述而指代同样的要素。
如这里所使用的，术语“具有”、“包括”、“包含”等是开放端点的术语，其指示存在所提到的元件或特征，但是并不排除另外的元件或特征。除非上下文明确地另外指出，否则冠词“一个”、“一”和“该”意在包括复数以及单数。
考虑到以上变化形式和应用的范围，应当理解的是，本发明并不被以上描述所限制，也并不被附图所限制。相反，本发明仅被以下权利要求及其法律等同形式所限制。
所要理解的是，除非另外特别指出，否则本文所描述的各个实施例的特征可以互相结合。

Claims (20)

1.一种电路，包括：
第一功率转换器电路，其包括输出；
第二功率转换器电路，其包括输入和输出，其中所述第二功率转换器的所述输入耦合至所述第一功率转换器电路的所述输出并且被配置为接收输入信号；
可充电电池，耦合至所述第一功率转换器电路的所述输出；以及
充电控制电路，其被配置为通过控制所述第二功率转换器电路而控制对所述可充电电池进行的充电。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述充电控制电路被配置为检测所述可充电电池的充电状态并且根据所述可充电电池的所述充电状态而控制所述第二功率转换器电路。
3.根据权利要求1所述的电路，其中所述充电控制电路被配置为基于向所述第二功率转换器电路输出基准信号而对所述第二功率转换器电路的所述输入所接收的所述输入信号进行控制，所述基准信号表示所述输入信号的所期望的信号水平。
4.根据权利要求3所述的电路，其中所述输入信号包括输入电流或输入电压。
5.根据权利要求4所述的电路，其中所述充电控制电路被配置为测量所述电池处的电压，并且当所述电池电压低于电压阈值时控制所述输入电流。
6.根据权利要求5所述的电路，其中所述充电控制电路被配置为当所述电池电压高于所述电压阈值时控制所述电池电压。
7.根据权利要求1所述的电路，进一步包括耦合在所述电池和所述第一功率转换器电路的所述输出之间的电子开关。
8.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一功率转换器电路包括被配置为接收输入信号并且控制所述输入信号的功率转换器单元。
9.根据权利要求8所述的电路，其中所述功率转换器单元包括最大功率点追踪器，所述最大功率点追踪器被配置为生成表示由所述至少一个功率转换器单元所接收的所述输入信号的所期望的信号水平的基准信号。
10.根据权利要求8所述的电路，其中所述第一功率转换器电路包括多个功率转换器单元，每个所述功率转换器单元均包括连接至所述第一功率转换器电路的所述输出的输出。
11.一种方法，包括：
在第一功率转换器电路的输出处供应输出功率；以及
通过控制耦合至所述第一功率转换器电路的所述输出的第二功率转换器电路而控制对耦合至所述第一功率转换器电路的所述输出的可充电电池进行的充电。
12.根据权利要求11所述的方法，其中控制所述充电包括检测所述可充电电池的充电状态并且根据所述可充电电池的所述充电状态而控制所述第二功率转换器电路。
13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括
在所述第二功率转换器电路的所述输入处接收输入信号；以及
通过向所述第二功率转换器电路输出基准信号而对所述输入信号进行控制，所述基准信号表示所述输入信号的所期望的信号水平。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述输入信号包括输入电流或输入电压。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：
测量所述电池处的电压；以及
当所述电池电压低于电压阈值时控制所述输入电流。
16.根据权利要求15所述的方法，其中当所述电池电压高于所述电压阈值时控制所述电池电压。
17.一种电路，包括：
第一功率转换器电路，其包括输出；
第二功率转换器电路，其包括输入和输出，其中所述第二功率转换器的所述输入耦合至所述第一功率转换器电路的所述输出并且被配置为接收输入信号；
可充电电池节点，其耦合至所述第一功率转换器电路的所述输出，所述可充电电池节点被配置为耦合至可充电电池；以及
充电控制电路，其被配置为通过控制所述第二功率转换器电路而控制对所述可充电电池进行的充电。
18.根据权利要求17所述的电路，其中所述充电控制电路被配置为检测所述可充电电池的充电状态并且根据所述可充电电池的所述充电状态而控制所述第二功率转换器电路。
19.根据权利要求17所述的电路，其中所述充电控制电路被配置为基于向所述第二功率转换器电路输出基准信号而对所述第二功率转换器电路的所述输入所接收的所述输入信号进行控制，所述基准信号表示所述输入信号的所期望的信号水平。
20.根据权利要求19所述的电路，其中所述充电控制电路被配置为测量所述电池处的电压并且当所述电池电压低于电压阈值时控制所述输入电流，并且其中所述充电控制电路被配置为当所述电池电压高于所述电压阈值时控制所述电池电压。
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