EP3850745A1 - Micro solar inverter - Google Patents

Micro solar inverter

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Publication number
EP3850745A1
EP3850745A1 EP18815963.6A EP18815963A EP3850745A1 EP 3850745 A1 EP3850745 A1 EP 3850745A1 EP 18815963 A EP18815963 A EP 18815963A EP 3850745 A1 EP3850745 A1 EP 3850745A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
converter
micro
solar inverter
output
voltage
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18815963.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christopher Fromme
Marvin TANNHÄUSER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3850745A1 publication Critical patent/EP3850745A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
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    • H02M7/5387Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582Buck-boost converters
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    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
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    • H02J2300/20The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24The renewable source being solar energy of photovoltaic origin

Definitions

  • the invention relates to a micro solar inverter according to the preamble of claim 1.
  • the solar panels are typically built essentially next to each other, for example by arranging them in a rectangular pattern on a house roof.
  • the solar panels can be interconnected in one or more series, one series being referred to as a "string". For each string or for the entire photovoltaic system, a converter is then provided, which converts the resulting DC voltage of the solar panels into one While the power electronics are advantageously bundled in this embodiment, the power is one
  • Strings depend on the fact that each of the solar panels is optimally illuminated. Shading or other influences on one or a few solar panels disproportionately impair the performance of the string.
  • optimizers are DC / DC actuators and are arranged on each of the solar panels and perform the so-called maximum power point tracking (MPP tracking) there.
  • MPP tracking maximum power point tracking
  • micro solar inverters are used. These are also arranged on each of the solar panels and convert the generated DC voltage into AC voltage.
  • the power electronics are thus decentralized and the overall or string converter can be omitted.
  • the MPP tracking is also carried out by the micro solar inverters. This has other advantages. For example, the micro solar inverters make it possible to work with a significantly lower voltage.
  • micro-solar inverters include a transformer and filter elements. Due to their relative bulkiness, the inductive and capacitive components largely determine the dimensions of the micro-solar inverter.
  • a micro-solar inverter arranged on the back of a solar panel (side facing away from the sun) also projects beyond the frame of a solar panel, which encloses the actual solar cell area. It is therefore not possible to lay the solar panel flat on a flat surface, which makes handling and assembly difficult.
  • the micro-solar inverter according to the invention for converting a DC voltage provided by a photovoltaic panel into an AC voltage has an overall height of at most 24 mm, in particular an overall height of at most 20 mm.
  • the micro solar inverter is constructed without a transformer. Since a transformer noticeably contributes to the construction height, a clear saving of space is achieved by a transformerless construction of the micro solar inverter, which has a particular effect on the height.
  • the micro-solar inverter has a galvanically coupled electrical converter for converting the ones at the first connections
  • the electrical converter in turn comprises an up converter connected on the input side to the first connections, an inverse converter connected on the input side to the first connections and a series circuit comprising two capacitors connected to the output side positive pole of the up converter and the output side negative pole of the inverse converter, the output side negative pole of the up converter and the positive pole of the inverse converter on the output side is connected to the center connection between the capacitors.
  • a converter from a combination of a step-up converter (boost converter) with an inverse converter (inverting buck-boost converter) can provide a comparatively high output voltage by connecting the outputs in series.
  • each of the converters only has to provide about half the output voltage, the respective transmission ratio is significantly reduced compared to the case of a single converter. This makes it possible to provide a high transmission ratio of, for example, more than 20, in particular more than 25, without a transformer. In addition to an improvement in efficiency, this also saves the size of the transformer.
  • the step-up converter can comprise a first series circuit of a first semiconductor switch or a first diode with a second semiconductor switch.
  • the external connections of the first series connection form the poles of the step-up converter on the output side.
  • the step-up converter comprises a first inductance, which is connected to the center connection of the first series circuit and the positive pole of the input voltage. In this way, a step-up converter is implemented.
  • the inverse converter can comprise a second series circuit of a third semiconductor switch with a fourth semiconductor switch or a second diode.
  • One of the external connections forms the negative pole of the inverse converter on the output side and the other external connection is connected to the positive pole of the input voltage.
  • the inverse converter comprises a second inductance, which is connected to the center connection of the second series circuit and the center connection between the capacitors. This creates an inverting render buck boost converter. Using the second diode in turn enables a unidirectional energy flow. In contrast, if the second series connection comprises the fourth semiconductor switch, both energy flow directions are supported by the inverse converter. In order to clarify the design variants, it is repeated in other words that the second series circuit can either have two semiconductor switches or a semiconductor switch and a dio de. Both construction variants can be combined with the variants mentioned below and before.
  • At least part of the first to fourth power semiconductor can be designed as a wide-bandgap switch, in particular gallium nitride switch, in particular as a self-locking gallium nitride switch or as a cascode with a self-conducting gallium nitride switch.
  • This enables low-loss switching even at very high frequencies.
  • High switching frequencies allow the inductive and capacitive components used for the filtering to be selected to be smaller, which in turn enables the construction space, in particular the overall height, to be reduced.
  • As switching frequency for the gallium nitride switch a frequency of at least 200 kHz, in particular at least 500 kHz, is used in a special embodiment at least 1 MHz.
  • a particular advantage of the use of wide bandgap switches and the high switching frequency associated with them is that the first and / or second inductor is chosen to be smaller and can therefore be designed as circuit board inductors. This enables a further reduction in the height required.
  • the electrical converter preferably comprises a full bridge, which is connected on the input side to the output-side poles of the up and inverse converters.
  • the micro solar inverter is designed in such a way that the power semiconductors of the full bridge are operated at least part of the operating time as a pole reverser.
  • the power semiconductors of the full bridge can be MOSFETs, GaN switches or other semiconductor switches.
  • the half bridges comprise a series-connected first and second power semiconductors, a controller for the power semiconductors, a line starting from the connection node of the power semiconductors and a device for measuring the current in the line.
  • the controller is designed to compare the current with an upper and a lower threshold value and to switch off the first power semiconductor when the upper threshold value is reached and to switch on the second power semiconductor after a first dead time.
  • the control is designed to switch off the second power semiconductor when the lower threshold value is reached and to switch on the first power semiconductor after a second dead time has elapsed.
  • the current in a line starting from the connection node of the power semiconductors is measured and compared with an upper and a lower threshold value, when the first threshold value is reached, the first one Power semiconductor turned off and the second power semiconductor turned on after a first dead time, and turned off when the lower threshold value of the second power semiconductor and turned on after a second dead time of the first power semiconductor.
  • the power flow of the half-bridge can run from the line to the external connections of the power semiconductors or vice versa.
  • the direction of current flow in the line can be directed away from the power semiconductors, which is considered herein as positive current flow, or toward the power semiconductors, which is considered as negative current flow.
  • the device for measuring the current can be provided close to the half bridge in the line.
  • the device can also be arranged in a return line from a load to one of the external connections of the power semiconductors, with which the current in the line is measured despite the other placement.
  • the inductive load or part of the inductive load can therefore be arranged between the location of the current measurement and the half-bridge.
  • the switching eitrus Z defines the power semiconductor, but the circuit of the power semiconductor is made based on the measured current values and threshold values for the current.
  • This advantageously enables a direct choice of the mean value for the current and a direct choice of the ripple current.
  • the desired average value of the current is implemented by the control within only one period. Especially at high switching frequencies, this can be seen as a P behavior, which simplifies the control enormously. In the case of digital controls, this method also makes it possible to keep the control frequency well below the switching frequency. This would lead to difficulties with the previous methods because there is usually a more complex timing behavior.
  • the method makes it possible to control systems with very high switching frequencies (several 100 kHz up to the megahertz range) even without large computing power, for example with simple and inexpensive microcontrollers. In addition, this process is very robust with changing input and output voltages and thus creates extensive possibilities in system design.
  • a particular advantage of the half-bridge according to the invention is that the current remains in the range of the threshold values even when the current behavior changes, for example as a result of load changes, and thus remains at the mean current value which is predetermined as the setpoint value, since the switching behavior of the power semiconductors is determined by the threshold values and adapts the current measurement to the current behavior.
  • the setpoint for the mean current - and thus the threshold values - is raised, the current will reach the upper threshold value later or the lower threshold value earlier than before, which shifts the switching times of the power semiconductors and raises the mean current value to the new desired value.
  • the circuit of the micro solar inverter can have a fifth semiconductor switch between the first inductor and the positive pole of the input voltage. Furthermore, the circuit in this case comprises a sixth semiconductor switch or a third diode between the first inductance and the negative pole of the input voltage. Normally, the step-up converter can only generate higher voltages than the input voltage at its output. Due to the fifth and sixth semiconductor switches, it is advantageously possible to represent voltages smaller than the input voltage. If the circuit has the sixth semiconductor switch, both directions of energy flow are supported. If the circuit has the third diode, the energy flow direction is supported from the input voltage side.
  • the circuit can comprise a third inductor, which is connected in series in the first series circuit between the first semiconductor switch or the first diode and the second semiconductor switch. This further increases the possible gear ratio for the step-up converter.
  • the first and third inductors are constructed as a common inductor with a center tap for the second semiconductor switch.
  • a common inductance means that the inductors have a common magnetic circuit, that is to say are arranged on a common core.
  • the circuit can comprise a fourth inductance, which is connected in series in the second series circuit between the third semiconductor switch and the fourth semiconductor switch or the second diode. This further increases the possible gear ratio for the inverse converter.
  • the second and fourth inductors are constructed as a common inductor with a center tap for the third semiconductor switch.
  • a common inductor means that the inductors have a common magnetic circuit, that is to say they are arranged on a common core.
  • the semiconductor switch of the step-up converter and the inverse converter can be operated by the control device in offset timing. This has the effect that the switching frequency of the circuit doubles compared to the switching frequency of the semiconductor switches, for example in the step-up converter. pelt appears. This reduces the size required for the inductances and capacitances of EMC filters, for example at the input of the converter. This makes the components significantly smaller and lighter. Since the size and weight of these components typically have a significant share in the overall size and the total weight of a transducer, the entire transducer thus becomes noticeably smaller and lighter.
  • the step-up and the inverse converter can be operated so that their output voltages are the same. Alternatively, they can be operated so that their output voltages are different from each other.
  • the controller can include a first and second comparator, to which the measured current is fed as the first input signal, the upper threshold being fed to the first comparator as a second input signal and the lower threshold being fed to the second comparator as the second input signal.
  • the controller can include a digital controller that forwards the upper and lower threshold values to the comparators via a D / A converter (digital-to-analog converter, DAC).
  • D / A converter digital-to-analog converter, DAC
  • the outputs of the comparators can be converted in a modulator to control signals for the power semiconductors.
  • the controller can calculate the threshold values from specifiable values for the mean value of the current and for the ripple current in the output line. For example, the threshold values from the sum and difference of the mean value and ripple current be calculated.
  • the threshold values from the sum and difference of the mean value and ripple current be calculated.
  • only values relevant for operation have to be specified from outside the control, while the control generates the correct control values therefrom.
  • the controller can be configured to use a minimum value for the ripple current.
  • the control can force that a minimum distance between the upper and lower threshold value is maintained, this minimum distance corresponding to the minimum value for the ripple current. This ensures that the switching frequency resulting from the distance between the threshold values, which increases as the ripple current decreases, does not become too high.
  • the controller can use values as the upper and lower threshold values that characterize different current directions.
  • the lower threshold value can be chosen so that it has a different sign than the desired average current. This particularly advantageously allows reloading of the output capacitors of the power semiconductors. This in turn makes it possible to switch the power semiconductors on at low voltage, ideally without voltage.
  • the ripple current is selected so large that the threshold values assume different signs, that is, they indicate different current directions. Half the amplitude of the ripple current is then greater than the mean current value. It may also be sufficient to use the value 0 A as one of the threshold values. This also enables the output capacities of the power semiconductors to be reloaded, thus enabling voltage-free switching on.
  • the controller can advantageously use the threshold value, which characterizes a different current direction than the current direction of the mean value for the current, from the summed output capacitor. Calculate the capacitance of the power semiconductors, the inductance in the output line and the voltage at the input and output of the half-bridge.
  • the controller can set the dead times so that the power semiconductors are switched on without voltage. This results in a significant reduction in switching losses. Furthermore, a considerable improvement in the EMC properties is achieved, since a resonant switching process takes place. The edges of the switching voltage are significantly flatter and rounded. The spectrum of such a switching voltage shows considerably lower amplitudes in the harmonics.
  • the controller can either calculate the dead times or select from a stored table of values. For example, the calculation can be based on the summed output capacitance of the power semiconductors, the inductance in the output line and the voltage at the input and output of the half bridge.
  • the half-bridge can have means for measuring the voltage across the first and second power semiconductors. A circuit can then be based on the measured voltage, which enables safe resonant switching.
  • the first and second dead times are expediently different from one another, since the reloading of the capacities of the power semiconductors takes place at different absolute currents and thus takes different times.
  • Figure 1 is a solar panel with a micro solar inverter in
  • FIG. 2 the side view of the solar panel
  • FIG. 3 shows a diagram of the electrical circuit of the micro-solar inverter
  • FIGS. 4 and 5 alternative designs for an input stage of the electrical circuit
  • FIG. 6 shows another embodiment for the circuit
  • FIG. 7 shows a circuit section with a half bridge with a first control circuit
  • FIG. 8 shows a circuit diagram and current profile
  • FIG. 9 shows the half-bridge with a second control circuit
  • FIG. 10 shows the half-bridge with a third control circuit
  • FIG. 11 shows a simulated switching behavior.
  • FIG. 1 shows a highly schematic top view of the rear of an exemplary solar panel 1 with a micro solar inverter 2 belonging to the solar panel 1.
  • the micro solar inverter 2 is arranged near a side edge of the solar panel 1.
  • the solar panel 1 is enclosed by a frame 3.
  • FIG. 2 shows a side view of the solar panel 1.
  • the side view shows that the micro solar inverter 2 rests on the back of the solar panel 1.
  • the micro-solar inverter 2 is so flat that it does not protrude from the frame 3. In other words, the height of the micro solar inverter 2 is less than the projection of the frame over the rear of the solar panel 1.
  • the height of the micro solar inverter 2 in this example is 22 mm, with other possible values for the height 24 mm, 20 mm or 19 mm.
  • the fact that the micro-solar inverter 2 does not protrude beyond the frame 3 means that such a ches solar panel 1 can be enclosed with packaging, the dimensions of which are not influenced by the micro solar inverter 2, but rather the size of which is given only by the frame 3.
  • a scarf device in the micro-solar inverter 2 is used in this exemplary embodiment, which is shown in FIG. 3.
  • the circuit comprises an input stage E, a full bridge V and an output filter.
  • the design of the input stage E corresponds to an interconnection of a step-up converter and an inverse converter, the respective outputs being connected in series.
  • the input stage E has a first and a second input connection 11A, 11B for the input voltage, the first input connection 11A being used as a positive pole.
  • the input stage E has a first and a second output connection 13A, 13B, the first output connection 13A likewise typically representing the positive pole.
  • the input stage E also has three electrical nodes 12A, 12B, 12C, on the basis of which the structure is described.
  • the first node 12A is connected directly to the second input connection 11B and continues to be connected to ground.
  • a first inductor LI is arranged between the first input connection 11A and the second node 12B.
  • a first semiconductor switch S1 is arranged between the first output terminal 13A and the second node 12B.
  • a second semiconductor switch S2 is arranged between the second node 12B and the first Node 12A.
  • a first capacitor Cl is arranged, which is the output of the boost converter, which is formed of the first diode Dl, the second semiconductor switch S2 and the first inductor LI.
  • a third semiconductor switch S3 is arranged between the first input connection 11A and the third node 12C.
  • a fourth semiconductor switch S4 is arranged between the second output terminal 13B and the third node 12C.
  • a second inductor L2 is arranged between the third node 12C and the first node 12A.
  • a second capacitor C2 Arranged between the second output connection 13B and the first node 12A is a second capacitor C2, which represents the output of the converter, which is formed from the second diode D2, the third semiconductor switch S3 and the second inductor L2.
  • the semiconductor switches S1 ... 4 in the converter 10 are GaN switches in this example. These enable a particularly high switching frequency, which in turn ensures that passive components can be smaller in size. Other wide bandgap switches can be used in place of the GaN switches. The switching frequency for this
  • Switch is variable, as described below and is between values of about 100 kHz and about 500 kHz.
  • the step-up converter In operation of the circuit, the step-up converter generates a positive voltage across the first capacitor CI. This positive voltage is inherently at least as large as the A ⁇ input voltage at the input terminals 11A, 11B.
  • the inverter In turn, generates a negative voltage at the second output terminal 13B relative to the first node 12A.
  • the gear ratio which results at a given input and output voltage, is halved for the step-up converter and the inverse converter.
  • the output connections 13A, 13B of the input stage E are connected to the external connections of the full bridge V.
  • the full bridge V comprises four further semiconductor switches S7, S8, S9,
  • the middle connection of a first half bridge of the full bridge V with the seventh and ninth semiconductor switches S7, S9 is connected to a fifth inductor L5.
  • the middle connection of the second half bridge of the full bridge V with the eighth and tenth semiconductor switches S8, S10 is connected to a sixth inductor L6.
  • the center connections are also connected via a third capacitor C3.
  • the two center connections are also connected to an EMI filter 61.
  • the output of the EMI filter 61 represents that at the output connections 53A, 53B for the circuit.
  • a large capacitance (not shown in the figure) is present at the circuit input in order to draw as little pulsating power as possible from the solar panels.
  • a control device for the circuit which controls the semiconductor switches S1 ... S8 is not shown in FIG.
  • the first and second semiconductor switches S1, S2, ie the up converter are controlled with pulse width modulation in such a way that at the output of the step-up converter, ie on the first capacitor CI, the curve of the voltage UC1 takes the form of successive half-waves .
  • the third and fourth semiconductor switches S3, S4, ie the inverse converter are controlled so that at the output of the inverse converter, ie on the second capacitor C2, the course of the voltage UC2 also takes the form of successive half-waves.
  • the boost converter and the buck-boost converter are thus in Ge contrast to the typical operation as a DC-DC converter is now so be exaggerated, that they each stante at its output just no con ⁇ DC voltage produce.
  • the polarity of the voltage UC2 at the second capacitor is such that, overall, there is an increased amplitude for the voltage profile between the first and second output terminals 13A, 13B. With the same amplitude of the two voltage curves UC1, UC2 to twice the amplitude of the Halbwel ⁇ results in sum le.
  • the resulting half-wave is applied to the external connections of the full bridge V.
  • the full bridge V will now be controlled in such a ⁇ that the polarity of the half-wave changes with each half-wave and thus a sinusoidal clamping voltage in the ideal case extends across the center terminals of the full bridge V results.
  • the frequency of the resulting sinusoidal voltage curve expediently corresponds to the frequency of the supply network, for example 50 Hz.
  • the half-waves are then generated in such a way that they follow one another at 100 Hz and the full bridge V must switch the polarity at 100 Hz, so that two half-waves each result a complete sine wave results. From this it follows that the semiconductor switches S7 ... S10 have to switch with only 100 Hz, so comparatively rarely for converter conditions. Therefore, such switches can be USAGE ⁇ det, which are optimized for low conduction losses in the full bridge advantageous. Since the boost converter 3 is not in a position in the circuit of the figure, a lower voltage than the input voltage clamping ⁇ to generate at its output, which is generated Halbwel le at the first capacitor CI incomplete.
  • the control means being staltet may be, at least in the said time ranges the voltage waveform of the sine wave conductor switch by the circuit of the half ⁇ S7 ... S10 to generate the full-bridge V.
  • the semiconductor switches S7 ... S10 must be switched at high frequency in these time ranges and the voltage form must be set using pulse width modulation.
  • the fifth and sixth inductors L5, L6 and the third capacitor C3 are designed for the necessary filtering of the resulting voltage form even with a high-frequency switching of the full bridge V.
  • FIGS. 4 and 5 show alternative configurations of the input stage E.
  • the input stage 30 according to FIG. 4 comprises the components of the input stage E according to FIG. 3.
  • a fourth node 12D is present between the first inductance LI and the first input connection 11A.
  • a fifth semiconductor switch S5 is arranged between the fourth node 12D and the first input terminal 11A.
  • a sixth semiconductor switch S6 is arranged 12A is ⁇ between the fourth node and the first node 12D.
  • the additional semiconductor switches S5, S6 in conjunction with the components of the step-up converter ensure a grain combination of step-down and step-up converters (Engl, a buck-boost converter) realized.
  • the sixth semiconductor switch S6 By turning off the sixth semiconductor switch S6 and turning on the fifth semiconductor switch S5, the properties of the step-up converter can be established. If an output voltage is to be generated which is lower than the input voltage, the first semiconductor switch S1 can be switched on and the second semiconductor switch S2 can be switched off and thus only the down converter can be used.
  • the restriction of the converter according to FIG. 3 with regard to the output voltage is eliminated and all positive DC voltages and waveforms can be generated whose amplitude is not too great.
  • the first, second, fifth and sixth semiconductor switches S1, S2, S5, S6 can be switched diagonally.
  • a switch is made between two switching states, the first and sixth semiconductor switches S1, S6 being switched on in the first switching state and the second and fifth semiconductor switches S2, S5 being switched on in the second switching state.
  • the step-up converter and the step-down converter therefore act at the same time and not independently of one another.
  • FIG. 5 Another embodiment of the input stage is shown in Figure 5.
  • the design of the input stage 40 according to FIG. 5 is based on the input stage according to FIG. 3.
  • the input stage 40 has a third inductance L3 between the second node 12B and the first semiconductor switch S1.
  • the first and third inductors LI, L3 are constructed as a common inductor with center tap, to which the second semiconductor switch S2 connects.
  • the input stage 40 has a fourth inductance L4 between the third node 12C and the fourth semiconductor switch S4.
  • the second and fourth inductors L2, L4 are constructed analogously to the first and third inductors LI, L3 in this example as a common inductor with a handle, to which the third semiconductor switch S3 connects.
  • FIG. 6 shows, as a further exemplary embodiment for the switching of the micro-solar inverter 2, an inverter 90 which is designed for use in a single-phase, three-wire network (split phase grid).
  • the design of the inverter 90 including the design of the control device, largely corresponds to the design of the circuit according to FIG. 3.
  • the first node 12A is provided as a further input for the EMI filter 61 and is led out of it as a neutral conductor.
  • the other functionality corresponds to the circuit according to FIG. 3.
  • FIG. 7 shows a greatly simplified section of a circuit 100 with a half bridge 102, which corresponds, for example, to the pair of first and second semiconductor switches S1, S2 and / or the pair of third and fourth semiconductor switches S3, S4 from FIG. 3.
  • the half bridge 102 can also be one of the bridges from the full bridge V.
  • Half-bridge 102 comprises two power semiconductors 108, 110 connected in series, such as MOSFETs. Often, the half bridge 102 is connected with the external connections 104, 106 to a DC voltage 114, for example to the intermediate circuit of a converter.
  • the center connection 112 between the power semiconductors 108, 110 is connected to an inductive load 116.
  • the inductive load 116 represents all types of loads, which can also be only partially inductive, and for structures in which the inductive part of the load comes about, for example, due to a line inductance.
  • the inductive load 116 can therefore be a dedicated component as well as a parasitic element or both together.
  • the control of the power semiconductors 108, 110 is carried out by a control unit 120.
  • the control unit 120 comprises a digital controller 122, a first and second comparator 124, 126 and a modulator 128. It is possible that these elements are parts of a single microcontroller and are therefore constructed as a single component. Likewise, these elements can also be partially or completely present as separate components.
  • the control unit 120 comprises a current measuring device 130, which detects the current entering or leaving the center connection 112 as a signal 131.
  • the first comparator receives the signal 131 for the measured current and a first threshold value 132 for the maximum current as input signals.
  • the second comparator also receives the signal 131 for the measured current and a second threshold value 134 for the minimum current as input signals.
  • the threshold values 132, 134 are made available by the controller 122.
  • the controller 122 can calculate this from, for example, default values for the average current and the current ripple. These default values can be predetermined from the outside, for example by a higher-level converter control, or determined by the controller 122 itself.
  • the output signals of the comparators 124, 126 are fed into the modulator 128.
  • the modulator 128 sets these and stored values for dead times to be used. into drive signals for the power semiconductors 108, 110, which are passed on to the respective gate driver.
  • the active power semiconductor 108, 110 Forwarding into the modulator 128 is achieved that the active power semiconductor 108, 110 is switched off when the maximum current is reached and, after waiting for the dead time to prevent a short circuit in the half bridge 102, the other power semiconductor 108, 110 is switched on. When the minimum current is reached, the active power semiconductor 108, 110 is also switched off and the other power semiconductor 108, 110 is switched on after waiting for the dead time.
  • FIG. 8 A resulting circuit diagram with a switching profile 202 for the upper power semiconductor 108, a switching profile 204 for the lower power semiconductor 110, a voltage profile 206 via the lower power semiconductor 110 is shown together with a resulting simplified current profile 208 in FIG. 8.
  • Figure 8 shows that the resulting current profile is approximately triangular.
  • the corresponding threshold value 132, 134 is reached later and the corresponding power semiconductor 108, 110 is switched off only later.
  • the procedure described for the control of the power semiconductors 108, 110 thus does not work with a fixed switching frequency.
  • the instantaneous effective switching frequency rather results from the specifications of the threshold values 132, 134 or the specifications for the middle one Current and the ripple current, the inductance 116 and the voltages 114, 117, which determines the current steepness.
  • the current switching frequency can therefore also fluctuate and can change if the default values are changed.
  • such half bridges can be used particularly advantageously if the voltage curve generated is a waveform, for example the sequence of sine half waves.
  • the half bridges then do not generate them in the otherwise customary pulse width modulation with a fixed switching frequency, but continuously adjusted duty cycle. Rather, the mean current value, which matches the instantaneous value of the half waveform, is continuously adjusted.
  • the controller 120 sets upper and lower matching the current average
  • Threshold values that also vary continuously.
  • the correct voltage results from the circuit of the power semiconductors 108, 110, which in the circuit of FIG. 3 correspond to the pair of first and second semiconductor switches S1, S2 and / or the pair of third and fourth semiconductor switches S3, S4, the circuit follows the threshold values and thus automatically reaches the correct voltage.
  • FIG. 9 again shows a section of a circuit with the half bridge, but with a modified structure of the control unit 120.
  • the dead times 210, 212 are no longer permanently stored in the modulator, but rather are specified by the controller 122.
  • the dead times 210, 212 can thus be changed by the controller 122 and adapted to the operating situation.
  • Such an adaptation can be used to reduce the switching losses by allowing a resonant reloading of the output capacitances of the power semiconductors 108, 110.
  • the threshold value 134 for the minimum current is set to a negative value, that is to say to a value with a different sign than the mean value and the threshold value 132 for the maximum current. If the mean value of the current is negative, the threshold value 132 for the maximum current is set to a positive value, that is again to a value with a different sign than the mean value and the threshold value 134 for the minimum current.
  • I H denotes the upper threshold value 132 for the current
  • the respective threshold value is set to 0.
  • the dead times 210, 212 can be determined in various ways by the controller 122. The suitable determination of the dead times 210, 212 enables the power semiconductors 108, 110 to be switched on in a voltage-free manner. On the one hand, the dead times 210, 212 can be calculated or read from a predefined and stored table (look-up).
  • C is the summed output capacitance of the power semiconductors 108, 110
  • the control unit 420 comprises a voltage measuring device 402, 404 for each of the power semiconductors 108, 110.
  • the signals 403, 405 of the voltage measuring devices 402, 404 are fed to a third and fourth comparator 406, 408.
  • a fixed low voltage, for example 1 V is used as the second input signal for the third and fourth comparators 406, 408.
  • the OFF output signals of the third and fourth comparators 406, 408, the modulator 128 are supplied to and used by this, to be the turn Z eit Vietnamese for the respective power semiconductor 108, 110 to use the time at which the clamping voltage over the power semiconductor 108, 110 is low, for example 1 V.
  • Figure 11 shows the waveform of the voltage 206, current 207, and the turn Z nits 502a, b for the first and second power semiconductor 108, 110 as a result of a simulation.
  • the switching edges of voltage 206 are clearly flattened.
  • the output capacities are reloaded before the respective power semiconductor 108, 110 is switched on. This means that the device is switched on without voltage.
  • the flatter edges of the switching voltage mean significantly lower amplitudes of the harmonics and thus also ensure better EMC properties of the structure. Since the switching frequency can become very high with very small current ripple values, it is advantageous to implement a minimum value for the current ripple.
  • the controller 122 is designed to implement and maintain this minimum value. This limits the switching frequency to a desired maximum.

Abstract

The invention relates to a micro solar inverter for converting a DC voltage provided by a photovaltaic panel into an AC voltage. The micro solar inverter does not have a transformator and has a maximum height of 24mm.

Description

Beschreibung description
Mikro-Solarinverter Micro solar inverter
Die Erfindung betrifft einen Mikro-Solarinverter nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. The invention relates to a micro solar inverter according to the preamble of claim 1.
Photovoltaik-Anlagen haben einen immer wichtigeren Anteil an der Versorgung mit elektrischer Energie. Eine Photovoltaik- Anlage umfasst mehrere Solarpanels (= Photovoltaikmodule) , die bei Sonneneinstrahlung elektrische Energie erzeugen. Die Solarpanels werden typischerweise im Wesentlichen nebeneinan der aufgebaut, beispielsweise indem sie in einem rechteckigen Muster auf einem Hausdach angeordnet werden. Photovoltaic systems have an increasingly important share in the supply of electrical energy. A photovoltaic system comprises several solar panels (= photovoltaic modules) that generate electrical energy when exposed to sunlight. The solar panels are typically built essentially next to each other, for example by arranging them in a rectangular pattern on a house roof.
Für den elektrischen Anschluss gibt es mehrere Möglichkeiten. So können die Solarpanels in eine oder mehrere Serien zusam mengeschaltet werden, wobei eine Serie als „String" bezeich net wird. Für jeden String oder für die gesamte Photovoltaik- Anlage ist dann ein Umrichter vorgesehen, der die sich erge bende Gleichspannung der Solarpanels in eine Wechselspannung wandelt. Während in dieser Ausgestaltung die Leistungselekt ronik vorteilhaft gebündelt ist, ist die Leistung eines There are several options for the electrical connection. Thus, the solar panels can be interconnected in one or more series, one series being referred to as a "string". For each string or for the entire photovoltaic system, a converter is then provided, which converts the resulting DC voltage of the solar panels into one While the power electronics are advantageously bundled in this embodiment, the power is one
Strings abhängig davon, dass jedes der Solarpanels optimal ausgeleuchtet ist. Abschattung oder andere Einflüsse auf ei nes oder wenige Solarpanels verschlechtern die Leistung des Strings überproportional. Strings depend on the fact that each of the solar panels is optimally illuminated. Shading or other influences on one or a few solar panels disproportionately impair the performance of the string.
Eine Alternative stellt der Einsatz sog. Optimizer (oder Op- timierer) dar, die DC/DC-Steller sind und an jedem der Solar panels angeordnet sind und dort das sog. Maximum Power Point Tracking (MPP-Tracking) vornehmen. Dadurch wirken sich Leis tungsdefizite eines Solarpanels nicht negativ auf andere So- larpanels desselben Strings aus, es ist aber zusätzliche Leistungselektronik an jedem Panel nötig. An alternative is the use of so-called optimizers (or optimizers), which are DC / DC actuators and are arranged on each of the solar panels and perform the so-called maximum power point tracking (MPP tracking) there. This means that the performance deficits of a solar panel do not have a negative effect on other solar panels. larpanels of the same string, but additional power electronics are required on each panel.
In einer weiteren Alternative werden Mikro-Solarinverter (Micro Solar Inverter) eingesetzt. Diese sind ebenfalls an jedem der Solarpanels angeordnet und wandeln die erzeugte Gleichspannung in Wechselspannung. Die Leistungselektronik ist dadurch dezentralisiert und der Gesamt- oder Stringum richter kann entfallen. Auch das MPP-Tracking wird von den Mikro-Solarinvertern durchgeführt. Es ergeben sich dadurch weitere Vorteile. Beispielsweise ermöglichen die Mikro- Solarinverter, mit deutlich geringerer Spannung zu arbeiten. In a further alternative, micro solar inverters (micro solar inverters) are used. These are also arranged on each of the solar panels and convert the generated DC voltage into AC voltage. The power electronics are thus decentralized and the overall or string converter can be omitted. The MPP tracking is also carried out by the micro solar inverters. This has other advantages. For example, the micro solar inverters make it possible to work with a significantly lower voltage.
Bekannte Mikro-Solarinverter umfassen einen Transformator und Filterelemente. Die induktiven und kapazitiven Komponenten bestimmen durch ihre relative Klobigkeit weitgehend die Abma ße des Mikro-Solarinverters. Ein auf der Rückseite eines So larpanels ( sonnenabgewandte Seite) angeordneter Mikro- Solarinverter überragt dadurch auch den Rahmen eines Solarpa nels, der die eigentliche Solarzellenfläche einfasst. Ein flächiges Auflegen des Solarpanels auf eine ebene Fläche ist dadurch nicht möglich, was Handling und Aufbau erschwert. Known micro-solar inverters include a transformer and filter elements. Due to their relative bulkiness, the inductive and capacitive components largely determine the dimensions of the micro-solar inverter. A micro-solar inverter arranged on the back of a solar panel (side facing away from the sun) also projects beyond the frame of a solar panel, which encloses the actual solar cell area. It is therefore not possible to lay the solar panel flat on a flat surface, which makes handling and assembly difficult.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Mikro- Solarinverter anzugeben, der das eingangs genannte Problem vermindert oder löst. Diese Aufgabe wird durch einen Mikro- Solarinverter mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. It is an object of the present invention to provide a micro solar inverter which reduces or solves the problem mentioned at the outset. This object is achieved by a micro solar inverter with the features of claim 1.
Der erfindungsgemäße Mikro-Solarinverter zur Wandlung einer von einem Photovoltaik-Panel bereitgestellten Gleichspannung in eine Wechselspannung weist eine Bauhöhe von höchstens 24 mm auf, insbesondere eine Bauhöhe von höchstens 20 mm. The micro-solar inverter according to the invention for converting a DC voltage provided by a photovoltaic panel into an AC voltage has an overall height of at most 24 mm, in particular an overall height of at most 20 mm.
Dadurch wird erreicht, dass ein Solarpanel mit einer Panel fläche, die Solarzellen umfasst und einem die Panelfläche einfassenden Rahmen sowie einem auf der Panelfläche angeord neten erfindungsgemäßen Mikro-Solarinverter den Rahmen nicht überragt. Positiv formuliert bedeutet „nicht überragt", dass die Bauhöhe des Mikro-Solarinverters höchstens so groß ist, dass seine maximale Erhebung über die Panelfläche höchstens derjenigen des Rahmens entspricht. This ensures that a solar panel with a panel area that includes solar cells and one the panel area enclosing frame and on the panel surface angeord Neten inventive micro solar inverter does not protrude the frame. Formulated positively, "not towered over" means that the overall height of the micro solar inverter is at most so great that its maximum elevation over the panel surface corresponds at most to that of the frame.
Auf diese Weise wird gewährleistet, dass Handling, Lagerung und Transport eines Solarpanels deutlich verbessert sind. Insbesondere die Stapelung der Solarpanels ist wesentlich we niger problematisch und die Solarpanels können platzsparend transportiert werden. Auch eine Beschädigung von Komponenten durch eine unsachgemäße Stapelung bei über den Rand hinausra gendem Mikro-Solarinverter wird vermieden. This ensures that handling, storage and transportation of a solar panel are significantly improved. In particular, the stacking of the solar panels is much less problematic and the solar panels can be transported to save space. Damage to components due to improper stacking with a micro solar inverter protruding beyond the edge is also avoided.
Erfindungsgemäß ist der Mikro-Solarinverter transformatorlos aufgebaut. Da ein Transformator in merklicher Weise zur Bau höhe beiträgt, wird durch einen transformatorlosen Aufbau des Mikro-Solarinverters eine deutliche Platzersparnis erreicht, die sich insbesondere auf die Höhe auswirkt. According to the invention, the micro solar inverter is constructed without a transformer. Since a transformer noticeably contributes to the construction height, a clear saving of space is achieved by a transformerless construction of the micro solar inverter, which has a particular effect on the height.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Mikro- Solarinverter einen galvanisch gekoppelten elektrischen Wand ler zur Wandlung der an ersten Anschlüssen anliegenden According to a development of the invention, the micro-solar inverter has a galvanically coupled electrical converter for converting the ones at the first connections
Gleichspannung in eine Ausgangsspannung auf. Der elektrische Wandler umfasst wiederum einen eingangsseitig mit den ersten Anschlüssen verbundenen Aufwärtswandler, einen eingangsseitig mit den ersten Anschlüssen verbundenen Inverswandler und eine mit dem ausgangsseitigen Pluspol des Aufwärtswandlers und dem ausgangsseitigen Minuspol des Inverswandlers verbundene Seri enschaltung aus zwei Kondensatoren, wobei der ausgangsseitige Minuspol des Aufwärtswandlers und der ausgangsseitige Pluspol des Inverswandlers mit dem Mittelanschluss zwischen den Kon densatoren verbunden sind. Ein derartiger Wandler aus einer Kombination eines Aufwärts wandlers (Hochsetzsteller, engl. Boost Converter) mit einem Inverswandler (engl, inverting Buck-Boost-Converter) kann durch die Reihenschaltung der Ausgänge eine vergleichsweise hohe Ausgangsspannung bereitstellen . Da jeder der Converter nur etwa die halbe Ausgangsspannung bereitstellen muss, ist das jeweilige Übersetzungsverhältnis gegenüber dem Fall eines einzelnen Converters deutlich verkleinert. Hierdurch ist es möglich, auch ein hohes Übersetzungsverhältnis von beispiels weise mehr als 20, insbesondere mehr als 25, transformatorlos bereitzustellen. Neben einer Verbesserung des Wirkungsgrads wird dadurch vor allem die Baugröße des Transformators einge spart . DC voltage into an output voltage. The electrical converter in turn comprises an up converter connected on the input side to the first connections, an inverse converter connected on the input side to the first connections and a series circuit comprising two capacitors connected to the output side positive pole of the up converter and the output side negative pole of the inverse converter, the output side negative pole of the up converter and the positive pole of the inverse converter on the output side is connected to the center connection between the capacitors. Such a converter from a combination of a step-up converter (boost converter) with an inverse converter (inverting buck-boost converter) can provide a comparatively high output voltage by connecting the outputs in series. Since each of the converters only has to provide about half the output voltage, the respective transmission ratio is significantly reduced compared to the case of a single converter. This makes it possible to provide a high transmission ratio of, for example, more than 20, in particular more than 25, without a transformer. In addition to an improvement in efficiency, this also saves the size of the transformer.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Auf wärtswandler eine erste Serienschaltung eines ersten Halb leiterschalters oder einer ersten Diode mit einem zweiten Halbleiterschalter umfassen. Die Außenanschlüsse der ersten Serienschaltung bilden dabei die ausgangsseitigen Pole des Aufwärtswandlers. Weiterhin umfasst der Aufwärtswandler eine erste Induktivität, die mit dem Mittelanschluss der ersten Serienschaltung sowie dem Pluspol der Eingangsspannung ver bunden ist. Hierdurch wird ein Hochsetzsteller realisiert.In a further embodiment of the invention, the step-up converter can comprise a first series circuit of a first semiconductor switch or a first diode with a second semiconductor switch. The external connections of the first series connection form the poles of the step-up converter on the output side. Furthermore, the step-up converter comprises a first inductance, which is connected to the center connection of the first series circuit and the positive pole of the input voltage. In this way, a step-up converter is implemented.
Mit Verwendung einer Diode wird ein unidirektionaler Energie fluss ermöglicht. Umfasst die erste Serienschaltung den ers ten Halbleiterschalter, werden beide Energieflussrichtungen vom Aufwärtswandler unterstützt. Um die Aufbauvarianten zu verdeutlichen, wird mit anderen Worten wiederholt, dass die erste Serienschaltung entweder zwei Halbleiterschalter auf weisen kann oder aber einen Halbleiterschalter und eine Dio de. Beide Aufbauvarianten sind mit den im Folgenden genannten Varianten kombinierbar. Der Inverswandler kann eine zweite Serienschaltung eines dritten Halbleiterschalters mit einem vierten Halbleiter schalter oder einer zweiten Diode umfassen. Davon bildet ein Außenanschluss den ausgangsseitigen Minuspol des Inverswand lers und der andere Außenanschluss ist mit dem Pluspol der Eingangsspannung verbunden. Weiterhin umfasst der Inverswand ler eine zweite Induktivität, die mit dem Mittelanschluss der zweiten Serienschaltung sowie dem Mittelanschluss zwischen den Kondensatoren verbunden ist. Hierdurch wird ein invertie render Buck-Boost-Converter realisiert. Mit Verwendung der zweiten Diode wird wiederum ein unidirektionaler Energiefluss ermöglicht. Umfasst die zweite Serienschaltung dagegen den vierten Halbleiterschalter, werden beide Energieflussrichtun gen vom Invers-wandler unterstützt. Um die Aufbauvarianten zu verdeutlichen, wird mit anderen Worten wiederholt, dass die zweite Serienschaltung entweder zwei Halbleiterschalter auf weisen kann oder aber einen Halbleiterschalter und eine Dio de. Beide Aufbauvarianten sind mit den im Folgenden und vor her genannten Varianten kombinierbar. A unidirectional energy flow is made possible by using a diode. If the first series connection comprises the first semiconductor switch, both energy flow directions are supported by the step-up converter. In order to clarify the design variants, it is repeated in other words that the first series circuit can either have two semiconductor switches or else a semiconductor switch and a dio de. Both construction variants can be combined with the variants mentioned below. The inverse converter can comprise a second series circuit of a third semiconductor switch with a fourth semiconductor switch or a second diode. One of the external connections forms the negative pole of the inverse converter on the output side and the other external connection is connected to the positive pole of the input voltage. Furthermore, the inverse converter comprises a second inductance, which is connected to the center connection of the second series circuit and the center connection between the capacitors. This creates an inverting render buck boost converter. Using the second diode in turn enables a unidirectional energy flow. In contrast, if the second series connection comprises the fourth semiconductor switch, both energy flow directions are supported by the inverse converter. In order to clarify the design variants, it is repeated in other words that the second series circuit can either have two semiconductor switches or a semiconductor switch and a dio de. Both construction variants can be combined with the variants mentioned below and before.
Wenigstens ein Teil von erstem bis viertem Leistungshalblei ter kann als Wide-Bandgap-Schalter, insbesondere Gallium nitrid-Schalter ausgeführt sein, insbesondere als selbstsper rende Galliumnitrid-Schalter oder als Kaskode mit einem selbstleitenden Galliumnitrid-Schalter. Dadurch wird ein ver lustarmes Schalten auch bei sehr hohen Frequenzen ermöglicht. Hohe Schaltfrequenzen wiederum erlauben es, die für die Fil terung verwendeten induktiven und kapazitiven Bauelemente kleiner zu wählen, was wiederum eine Verringerung des Bau raums, insbesondere der Bauhöhe ermöglicht. Als Schaltfre quenz für die Galliumnitrid-Schalter-Schalter kommt dabei insbesondere eine Frequenz von wenigstens 200 kHz, insbeson dere wenigstens 500 kHz, in einer besonderen Ausgestaltung wenigstens 1 MHz zum Einsatz. Besonders vorteilhaft an der Verwendung von Wide-Bandgap- Schaltern und der damit verbundenen hohen Schaltfrequenz ist, dass die erste und/oder zweite Induktivität kleiner gewählt und dadurch als Leiterplatten-Induktivitäten ausgeführt wer den können. Diese ermöglichen eine weitere Reduzierung der benötigten Bauhöhe. At least part of the first to fourth power semiconductor can be designed as a wide-bandgap switch, in particular gallium nitride switch, in particular as a self-locking gallium nitride switch or as a cascode with a self-conducting gallium nitride switch. This enables low-loss switching even at very high frequencies. High switching frequencies, in turn, allow the inductive and capacitive components used for the filtering to be selected to be smaller, which in turn enables the construction space, in particular the overall height, to be reduced. As switching frequency for the gallium nitride switch, a frequency of at least 200 kHz, in particular at least 500 kHz, is used in a special embodiment at least 1 MHz. A particular advantage of the use of wide bandgap switches and the high switching frequency associated with them is that the first and / or second inductor is chosen to be smaller and can therefore be designed as circuit board inductors. This enables a further reduction in the height required.
Bevorzugt umfasst der elektrische Wandler eine Vollbrücke, die eingangsseitig mit den ausgangsseitigen Polen von Auf wärts- und Inverswandler verbunden ist. Insbesondere ist der Mikro-Solarinverter derart ausgestaltet, dass die Leistungs halbleiter der Vollbrücke wenigstens zu einem Teil der Be triebszeit als Polwender betrieben werden. Bei den Leistungs halbleitern der Vollbrücke kann es sich um MOSFETs, GaN- Schalter oder andere Halbleiterschalter handeln. The electrical converter preferably comprises a full bridge, which is connected on the input side to the output-side poles of the up and inverse converters. In particular, the micro solar inverter is designed in such a way that the power semiconductors of the full bridge are operated at least part of the operating time as a pole reverser. The power semiconductors of the full bridge can be MOSFETs, GaN switches or other semiconductor switches.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst wenigstens ein Teil der Halbbrücken einen in Serie geschalteten ersten und zweiten Leistungshalbleiter, eine Steuerung für die Leistungshalbleiter, eine Leitung, die von dem Verbindungsknoten der Leistungshalbleiter ausgeht und ei ne Einrichtung zur Messung des Stroms in der Leitung. Dabei ist die Steuerung ausgestaltet, den Strom mit einem oberen und einem unteren Schwellwert zu vergleichen und bei Errei chen des oberen Schwellwerts den ersten Leistungshalbleiter abzuschalten und nach Ablauf einer ersten Totzeit den zweiten Leistungshalbleiter einzuschalten. Weiterhin ist die Steue rung ausgestaltet, bei Erreichen des unteren Schwellwerts den zweiten Leistungshalbleiter abzuschalten und nach Ablauf ei ner zweiten Totzeit den ersten Leistungshalbleiter einzu schalten . Es wird also im Sinne eines Verfahrens bei der Ansteuerung der betroffenen Halbbrücken mit einem in Serie geschalteten ersten und zweiten Leistungshalbleiter der Strom in einer vom Verbindungsknoten der Leistungshalbleiter ausgehenden Leitung gemessen und mit einem oberen und einem unteren Schwellwert verglichen, bei Erreichen des oberen Schwellwerts der erste Leistungshalbleiter abgeschaltet und nach Ablauf einer ersten Totzeit der zweite Leistungshalbleiter eingeschaltet, und bei Erreichen des unteren Schwellwerts der zweite Leistungshalb leiter abgeschaltet und nach Ablauf einer zweiten Totzeit der erste Leistungshalbleiter eingeschaltet. In a further advantageous embodiment of the invention, at least some of the half bridges comprise a series-connected first and second power semiconductors, a controller for the power semiconductors, a line starting from the connection node of the power semiconductors and a device for measuring the current in the line. The controller is designed to compare the current with an upper and a lower threshold value and to switch off the first power semiconductor when the upper threshold value is reached and to switch on the second power semiconductor after a first dead time. Furthermore, the control is designed to switch off the second power semiconductor when the lower threshold value is reached and to switch on the first power semiconductor after a second dead time has elapsed. In the sense of a method for controlling the affected half bridges with a series-connected first and second power semiconductors, the current in a line starting from the connection node of the power semiconductors is measured and compared with an upper and a lower threshold value, when the first threshold value is reached, the first one Power semiconductor turned off and the second power semiconductor turned on after a first dead time, and turned off when the lower threshold value of the second power semiconductor and turned on after a second dead time of the first power semiconductor.
Mit Erreichen des oberen Schwellwerts ist dabei ein Erreichen oder Überschreiten im Sinne eines "größer gleich" oder nur ein Überschreiten im Sinne eines "größer als" gemeint. Analog ist mit Erreichen des unteren Schwellwerts ein Erreichen oder Unterschreiten im Sinne eines "kleiner gleich" oder nur ein Unterschreiten im Sinne eines "kleiner als" gemeint. Der Leistungsfluss der Halbbrücke kann von der Leitung zu den Au ßenanschlüssen der Leistungshalbleiter verlaufen oder umge kehrt. Die Stromflussrichtung in der Leitung kann weg von den Leistungshalbleitern gerichtet sein, was hierin als positiver Stromfluss betrachtet wird oder zu den Leistungshalbleitern gerichtet sein, was als negativer Stromfluss betrachtet wird. Die Einrichtung zur Messung des Stroms kann nahe an der Halb brücke in der Leitung vorgesehen sein. Alternativ kann die Einrichtung auch in einer Rückleitung von einer Last zu einem der Außenanschlüsse der Leistungshalbleiter angeordnet sein, womit trotz der anderen Platzierung der Strom in der Leitung gemessen wird. Insbesondere kann also zwischen dem Ort der Strommessung und der Halbbrücke die induktive Last oder ein Teil der induktiven Last angeordnet sein. Mit anderen Worten wird also nicht eine feste Schaltfrequenz gewählt, die die SchaltZeitpunkte der Leistungshalbleiter festlegt, sondern die Schaltung der Leistungshalbleiter wird anhand von gemessenen Stromwerten und Schwellwerten für den Strom vorgenommen. Führt also beispielsweise eine Änderung in der Last der Halbbrücke dazu, dass die zeitliche Stromände rung kleiner wird, dann verlängert sich die Zeit, bis der Strom einen der Schwellwerte erreicht und SchaltZeitpunkte rücken weiter auseinander. Das entspricht einer Reduktion der Schaltfrequenz . Die sich ergebende Schaltfrequenz liegt bei spielsweise zwischen 100 kHz und 500 kHz. Reaching the upper threshold means reaching or exceeding in the sense of a "greater than or equal to" or only exceeding in the sense of a "greater than". Analogously, reaching the lower threshold means reaching or falling below in the sense of "less than or equal to" or only falling below in the sense of "less than". The power flow of the half-bridge can run from the line to the external connections of the power semiconductors or vice versa. The direction of current flow in the line can be directed away from the power semiconductors, which is considered herein as positive current flow, or toward the power semiconductors, which is considered as negative current flow. The device for measuring the current can be provided close to the half bridge in the line. Alternatively, the device can also be arranged in a return line from a load to one of the external connections of the power semiconductors, with which the current in the line is measured despite the other placement. In particular, the inductive load or part of the inductive load can therefore be arranged between the location of the current measurement and the half-bridge. In other words not a fixed switching frequency is selected, the switching eitpunkte Z defines the power semiconductor, but the circuit of the power semiconductor is made based on the measured current values and threshold values for the current. Thus, for example, leads a change in the load of the half bridge to the fact that the temporal Stromände tion becomes smaller, then extends the time until the current reaches one of the thresholds and switch Z eitpunkte move further apart. This corresponds to a reduction in the switching frequency. The resulting switching frequency is between 100 kHz and 500 kHz, for example.
Vorteilhaft ermöglicht das eine direkte Wahl des Mittelwerts für den Strom und eine direkte Wahl des Rippelstroms . Der ge wünschte Mittelwert des Stroms wird durch die Steuerung in nerhalb nur einer Periode umgesetzt. Insbesondere bei großen Schaltfrequenzen kann dies als P-Verhalten angesehen werden, was die Regelung enorm vereinfacht. Bei digitalen Regelungen ist es durch dieses Verfahren außerdem möglich, die Regelfre quenz deutlich unter der Schaltfrequenz zu halten. Bei den bisherigen Verfahren würde das zu Schwierigkeiten führen, weil dort meist ein komplexeres Zeitverhalten vorliegt. Das Verfahren macht es somit überhaupt erst möglich, Systeme mit sehr hohen Schaltfrequenzen (mehrere 100 kHz bis in den Mega hertz-Bereich) auch ohne große Rechenleistung, beispielsweise mit einfachen und kostengünstigen Mikrocontrollern zu regeln. Zusätzlich ist dieses Verfahren sehr robust bei wechselnden Ein- und Ausgangsspannungen und schafft damit weitreichende Möglichkeiten beim Systemdesign. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei dieser Halbbrücke der Rippelstrom unabhängig vom Ar beitspunkt gewählt werden kann, was mit bisherigen Verfahren nicht möglich war. Besonders vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Halbbrücke ist, dass der Strom auch bei Änderungen des Stromverhaltens, beispielsweise durch Laständerungen, im Bereich der Schwell werte und damit bei dem mittleren Stromwert bleibt, der als Sollwert vorgegeben ist, da das Schaltverhalten der Leis tungshalbleiter sich durch die Schwellwerte und die Strommes sung an das Stromverhalten anpasst. Dasselbe gilt auch bei Änderungen der Vorgabewerte. Wird beispielsweise der Sollwert für den mittleren Strom - und damit die Schwellwerte - ange hoben, erreicht der Strom den oberen Schwellwert später oder den unteren Schwellwert früher als zuvor, was die Schaltzeit punkte der Leistungshalbleiter verschiebt und den Strommit telwert auf den neuen gewünschten Wert anhebt. This advantageously enables a direct choice of the mean value for the current and a direct choice of the ripple current. The desired average value of the current is implemented by the control within only one period. Especially at high switching frequencies, this can be seen as a P behavior, which simplifies the control enormously. In the case of digital controls, this method also makes it possible to keep the control frequency well below the switching frequency. This would lead to difficulties with the previous methods because there is usually a more complex timing behavior. The method makes it possible to control systems with very high switching frequencies (several 100 kHz up to the megahertz range) even without large computing power, for example with simple and inexpensive microcontrollers. In addition, this process is very robust with changing input and output voltages and thus creates extensive possibilities in system design. Another advantage is that with this half bridge the ripple current can be selected independently of the operating point, which was not possible with previous methods. A particular advantage of the half-bridge according to the invention is that the current remains in the range of the threshold values even when the current behavior changes, for example as a result of load changes, and thus remains at the mean current value which is predetermined as the setpoint value, since the switching behavior of the power semiconductors is determined by the threshold values and adapts the current measurement to the current behavior. The same applies to changes in the default values. For example, if the setpoint for the mean current - and thus the threshold values - is raised, the current will reach the upper threshold value later or the lower threshold value earlier than before, which shifts the switching times of the power semiconductors and raises the mean current value to the new desired value.
Besonders vorteilhaft ist, dass bei den nun in vergleichswei se einfacher Weise erreichbaren hohen Schaltfrequenzen die bauraumintensiven induktiven und kapazitiven Bauelemente ver kleinert werden können und somit Bauraum und insbesondere Bauhöhe eingespart werden kann. It is particularly advantageous that at the high switching frequencies that can now be achieved in a comparatively simple manner, the installation-space-intensive inductive and capacitive components can be reduced in size and thus installation space and in particular installation height can be saved.
Weitere mögliche Merkmale und Maßnahmen umfassen: Other possible features and measures include:
- Die Schaltung des Mikro-Solarinverters kann einen fünften Halbleiterschalter zwischen der ersten Induktivität und dem Pluspol der Eingangsspannung aufweisen. Weiterhin umfasst die Schaltung in diesem Fall einen sechsten Halbleiterschalter oder eine dritte Diode zwischen der ersten Induktivität und dem Minuspol der Eingangsspannung. Normalerweise kann der Aufwärtswandler prinzipbedingt nur höhere Spannungen als die Eingangsspannung an seinem Ausgang erzeugen. Durch den fünf ten und sechsten Halbleiterschalter ist es vorteilhaft mög lich, auch kleinere Spannungen als die Eingangsspannung dar zustellen. Weist die Schaltung den sechsten Halbleiterschal ter auf, werden beide Energieflussrichtungen unterstützt. Weist die Schaltung die dritte Diode auf, wird die Energief lussrichtung von der Seite der Eingangsspannung her unter stützt . - The circuit of the micro solar inverter can have a fifth semiconductor switch between the first inductor and the positive pole of the input voltage. Furthermore, the circuit in this case comprises a sixth semiconductor switch or a third diode between the first inductance and the negative pole of the input voltage. Normally, the step-up converter can only generate higher voltages than the input voltage at its output. Due to the fifth and sixth semiconductor switches, it is advantageously possible to represent voltages smaller than the input voltage. If the circuit has the sixth semiconductor switch, both directions of energy flow are supported. If the circuit has the third diode, the energy flow direction is supported from the input voltage side.
- Die Schaltung kann eine dritte Induktivität umfassen, die in der ersten Serienschaltung seriell zwischen den ersten Halbleiterschalter oder die erste Diode und den zweiten Halb leiterschalter geschaltet ist. Hierdurch wird das mögliche Übersetzungsverhältnis für den Aufwärtswandler weiter erhöht. Dabei sind die erste und dritte Induktivität als eine gemein same Induktivität mit einem Mittelabgriff für den zweiten Halbleiterschalter aufgebaut. Mit gemeinsamer Induktivität ist dabei gemeint, dass die Induktivitäten einen gemeinsamen magnetischen Kreis aufweisen, also auf einem gemeinsamen Kern angeordnet sind. - The circuit can comprise a third inductor, which is connected in series in the first series circuit between the first semiconductor switch or the first diode and the second semiconductor switch. This further increases the possible gear ratio for the step-up converter. The first and third inductors are constructed as a common inductor with a center tap for the second semiconductor switch. A common inductance means that the inductors have a common magnetic circuit, that is to say are arranged on a common core.
- Die Schaltung kann eine vierte Induktivität umfassen, die in der zweiten Serienschaltung seriell zwischen den dritten Halbleiterschalter und den vierten Halbleiterschalter oder die zweite Diode geschaltet ist. Hierdurch wird das mögliche Übersetzungsverhältnis für den Inverswandler weiter erhöht. Dabei sind die zweite und vierte Induktivität als eine ge meinsame Induktivität mit einem Mittelabgriff für den dritten Halbleiterschalter aufgebaut. Mit gemeinsamer Induktivität ist dabei wie bei der ersten und dritten Induktivität ge meint, dass die Induktivitäten einen gemeinsamen magnetischen Kreis aufweisen, also auf einem gemein-samen Kern angeordnet sind . The circuit can comprise a fourth inductance, which is connected in series in the second series circuit between the third semiconductor switch and the fourth semiconductor switch or the second diode. This further increases the possible gear ratio for the inverse converter. The second and fourth inductors are constructed as a common inductor with a center tap for the third semiconductor switch. As with the first and third inductors, a common inductor means that the inductors have a common magnetic circuit, that is to say they are arranged on a common core.
- Die Halbleiterschalter des Aufwärtswandlers und des Invers wandlers können durch die Steuerungseinrichtung in versetzter Taktung betrieben werden. Hierdurch wird bewirkt, dass die Schaltfrequenz der Schaltung gegenüber der Schaltfrequenz der Halbleiterschalter beispielsweise im Aufwärtswandler verdop- pelt erscheint. Die nötige Größe für die Induktivitäten und Kapazitäten von EMV-Filtern, beispielsweise am Eingang des Wandlers, wird dadurch verringert. Die Bauelemente werden dadurch deutlich kleiner und leichter. Da Größe und Gewicht dieser Bauelemente typischerweise einen erheblichen Anteil an der Gesamtgröße und am Gesamtgewicht eines Wandlers haben, wird dadurch der gesamte Wandler in merklicher Weise kleiner und leichter. - The semiconductor switch of the step-up converter and the inverse converter can be operated by the control device in offset timing. This has the effect that the switching frequency of the circuit doubles compared to the switching frequency of the semiconductor switches, for example in the step-up converter. pelt appears. This reduces the size required for the inductances and capacitances of EMC filters, for example at the input of the converter. This makes the components significantly smaller and lighter. Since the size and weight of these components typically have a significant share in the overall size and the total weight of a transducer, the entire transducer thus becomes noticeably smaller and lighter.
- Der Aufwärts- und der Inverswandler können so betrieben werden, dass ihre Ausgangsspannungen gleich sind. Alternativ können sie so betrieben werden, dass ihre Ausgangsspannungen verschieden voneinander sind. - The step-up and the inverse converter can be operated so that their output voltages are the same. Alternatively, they can be operated so that their output voltages are different from each other.
- Die Steuerung kann einen ersten und zweiten Komparator um fassen, denen als erstes Eingangssignal der gemessene Strom zugeführt wird, wobei der obere Schwellwert dem ersten Kompa rator als zweites Eingangssignal zugeführt wird und der unte re Schwellwert dem zweiten Komparator als zweites Eingangs signal zugeführt wird. Die Steuerung kann einen digitalen Controller umfassen, der den oberen und unteren Schwellwert über einen D/A-Wandler (Digital-Analog-Wandler, DAC) an die Komparatoren weitergibt. Die Ausgänge der Komparatoren können in einem Modulator zu Steuersignalen für die Leistungshalb leiter gewandelt werden. Es ergibt sich ein einfacher Aufbau, da mittlerweile Mikrocontroller verfügbar sind, bei denen D/A-Wandler, Komparatoren und der Modulator integriert sind. Das Verfahren kann damit also ohne zusätzliche Hardware rea lisiert werden. - The controller can include a first and second comparator, to which the measured current is fed as the first input signal, the upper threshold being fed to the first comparator as a second input signal and the lower threshold being fed to the second comparator as the second input signal. The controller can include a digital controller that forwards the upper and lower threshold values to the comparators via a D / A converter (digital-to-analog converter, DAC). The outputs of the comparators can be converted in a modulator to control signals for the power semiconductors. The result is a simple structure, since microcontrollers are now available in which D / A converters, comparators and the modulator are integrated. The method can thus be implemented without additional hardware.
- Die Steuerung kann die Schwellwerte aus vorgebbaren Werten für den Mittelwert des Stroms und für den Rippelstrom in der Ausgangsleitung berechnen. Beispielsweise können die Schwell werte aus Summe und Differenz von Mittelwert und Rippelstrom berechnet werden. Vorteilhaft müssen dann von außerhalb der Steuerung nur für den Betrieb relevante Werte vorgegeben wer den, während die Steuerung daraus die richtigen Regelwerte erzeugt . - The controller can calculate the threshold values from specifiable values for the mean value of the current and for the ripple current in the output line. For example, the threshold values from the sum and difference of the mean value and ripple current be calculated. Advantageously, only values relevant for operation have to be specified from outside the control, while the control generates the correct control values therefrom.
- Die Steuerung kann ausgestaltet sein, einen Mindestwert für den Rippelstrom zu verwenden. Mit anderen Worten kann die Steuerung erzwingen, dass ein Mindestabstand zwischen oberem und unterem Schwellwert eingehalten wird, wobei dieser Min destabstand dem Mindestwert für den Rippelstrom entspricht. Dadurch wird erreicht, dass die sich durch den Ab-stand zwi schen den Schwellwerten ergebende Schaltfrequenz , die bei sinkendem Rippelstrom ansteigt, nicht zu hoch wird. - The controller can be configured to use a minimum value for the ripple current. In other words, the control can force that a minimum distance between the upper and lower threshold value is maintained, this minimum distance corresponding to the minimum value for the ripple current. This ensures that the switching frequency resulting from the distance between the threshold values, which increases as the ripple current decreases, does not become too high.
- Die Steuerung kann als oberen und unteren Schwellwert Werte verwenden, die unterschiedliche Stromrichtungen kennzeichnen. Der vom Betrag geringere Schwellwert kann jeweils so gewählt werden, dass er ein anderes Vorzeichen hat als der gewünschte mittlere Strom. Dadurch wird besonders vor-teilhaft ein Umla den der Ausgangskapazitäten der Leistungs-halbleiter erlaubt. Dadurch wiederum wird es möglich, die Leistungshalbleiter bei geringer Spannung, idealerweise spannungsfrei einzuschalten. Mit anderen Worten wird der Rippelstrom dabei so groß ge wählt, dass die Schwellwerte unterschiedliches Vorzeichen an nehmen, also unterschiedliche Stromrichtung kennzeichnen. Die halbe Amplitude des Rippelstroms ist dann größer als der Strommittelwert. Es kann auch ausreichend sein, als einen der Schwellwerte den Wert 0 A zu verwenden. Auch damit wird ein Umladen der Ausgangskapazitäten der Leistungshalbleiter er laubt und somit ein spannungsfreies Einschalten ermöglicht. - The controller can use values as the upper and lower threshold values that characterize different current directions. The lower threshold value can be chosen so that it has a different sign than the desired average current. This particularly advantageously allows reloading of the output capacitors of the power semiconductors. This in turn makes it possible to switch the power semiconductors on at low voltage, ideally without voltage. In other words, the ripple current is selected so large that the threshold values assume different signs, that is, they indicate different current directions. Half the amplitude of the ripple current is then greater than the mean current value. It may also be sufficient to use the value 0 A as one of the threshold values. This also enables the output capacities of the power semiconductors to be reloaded, thus enabling voltage-free switching on.
- Vorteilhaft kann die Steuerung denjenigen Schwellwert, der eine andere Stromrichtung kennzeichnet als die Stromrichtung des Mittelwerts für den Strom, aus der summierten Ausgangska- pazität der Leistungshalbleiter, der Induktivität in der Aus gangsleitung und der Spannung an Eingang und Ausgang der Halbbrücke berechnen. The controller can advantageously use the threshold value, which characterizes a different current direction than the current direction of the mean value for the current, from the summed output capacitor. Calculate the capacitance of the power semiconductors, the inductance in the output line and the voltage at the input and output of the half-bridge.
- Die Steuerung kann die Totzeiten so einstellen, dass ein spannungsfreies Anschalten der Leistungshalbleiter passiert. Hierdurch wird eine erhebliche Reduzierung der Schaltverluste erreicht. Weiterhin wird auch eine erhebliche Verbesserung der EMV-Eigenschaften erreicht, da ein resonanter Umschwing vorgang stattfindet. Die Flanken der Schaltspannung werden dadurch deutlich flacher und abgerundet. Das Spektrum einer solchen Schaltspannung zeigt erheblich niedrigere Amplituden in den Oberschwingungen. - The controller can set the dead times so that the power semiconductors are switched on without voltage. This results in a significant reduction in switching losses. Furthermore, a considerable improvement in the EMC properties is achieved, since a resonant switching process takes place. The edges of the switching voltage are significantly flatter and rounded. The spectrum of such a switching voltage shows considerably lower amplitudes in the harmonics.
- Die Steuerung kann dazu die Totzeiten berechnen oder aus einer gespeicherten Wertetabelle auswählen. Die Berechnung kann beispielsweise aus der summierten Ausgangskapazität der Leistungshalbleiter, der Induktivität in der Ausgangsleitung und der Spannung an Eingang und Ausgang der Halbbrücke pas sieren. Alternativ kann die Halbbrücke Mittel zur Messung der Spannung über den ersten und zweiten Leistungshalbleiter auf weisen. Eine Schaltung kann dann anhand der gemessenen Span nung erfolgen, was ein sicheres resonantes Schalten ermög licht . - The controller can either calculate the dead times or select from a stored table of values. For example, the calculation can be based on the summed output capacitance of the power semiconductors, the inductance in the output line and the voltage at the input and output of the half bridge. Alternatively, the half-bridge can have means for measuring the voltage across the first and second power semiconductors. A circuit can then be based on the measured voltage, which enables safe resonant switching.
- Erste und zweite Totzeit sind zweckmäßig voneinander ver schieden, da das Umladen der Kapazitäten der Leistungshalb leiter bei unterschiedlichen absoluten Strömen stattfindet und damit unterschiedlich lange dauert. - The first and second dead times are expediently different from one another, since the reloading of the capacities of the power semiconductors takes place at different absolute currents and thus takes different times.
Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren zu entnehmen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile und Funktionen. Es zeigen: Further advantages and features can be found in the following description of exemplary embodiments with reference to the figures. In the figures, the same reference symbols denote the same components and functions. Show it:
Figur 1 ein Solarpanel mit einem Mikro-Solarinverter in Figure 1 is a solar panel with a micro solar inverter in
Draufsicht, Top view,
Figur 2 das Solarpanel in Seitenansicht, FIG. 2 the side view of the solar panel,
Figur 3 ein Schema der elektrischen Schaltung des Mikro- Solarinverters , FIG. 3 shows a diagram of the electrical circuit of the micro-solar inverter,
Figuren 4 und 5 alternative Ausführungen für eine Eingangs stufe der elektrischen Schaltung, FIGS. 4 and 5 alternative designs for an input stage of the electrical circuit,
Figur 6 eine weitere Ausführung für die Schaltung, FIG. 6 shows another embodiment for the circuit,
Figur 7 einen Stromkreisausschnitt mit einer Halbbrücke mit einer ersten Ansteuerschaltung, FIG. 7 shows a circuit section with a half bridge with a first control circuit,
Figur 8 ein Schaltschema und Stromverlauf, FIG. 8 shows a circuit diagram and current profile,
Figur 9 die Halbbrücke mit einer zweiten Ansteuerschaltung, Figur 10 die Halbbrücke mit einer dritten Ansteuerschaltung, Figur 11 ein simuliertes Schaltverhalten. 9 shows the half-bridge with a second control circuit, FIG. 10 shows the half-bridge with a third control circuit, FIG. 11 shows a simulated switching behavior.
Figur 1 zeigt eine stark schematisierte Draufsicht auf die Rückseite eines beispielhaften Solarpanels 1 mit einem zum Solarpanel 1 zugehörigen Mikro-Solarinverter 2. Der Mikro- Solarinverter 2 ist nahe einer Seitenkante des Solarpanels 1 angeordnet. Das Solarpanel 1 ist von einem Rahmen 3 einge fasst. Figur 2 zeigt eine Seitenansicht des Solarpanels 1. In der Seitenansicht ist erkennbar, dass der Mikro-Solarinverter 2 auf der Rückseite des Solarpanels 1 aufliegt. Dabei ist der Mikro-Solarinverter 2 derart flach, dass er den Rahmen 3 nicht überragt. Mit anderen Worten ist die Höhe des Mikro- Solarinverters 2 geringer als der Überstand des Rahmens über die Rückseite des Solarpanels 1. Dazu beträgt die Höhe des Mikro-Solarinverters 2 in diesem Beispiel 22 mm, wobei andere mögliche Werte für die Höhe 24 mm, 20 mm oder 19 mm betragen. In der Seitenansicht ist erkennbar, dass dadurch, dass der Mikro-Solarinverter 2 den Rahmen 3 nicht überragt, ein sol- ches Solarpanel 1 mit einer Verpackung umschließbar ist, de ren Abmessungen durch den Mikro-Solarinverter 2 nicht beein flusst werden, sondern deren Größe vielmehr nur durch den Rahmen 3 gegeben ist. FIG. 1 shows a highly schematic top view of the rear of an exemplary solar panel 1 with a micro solar inverter 2 belonging to the solar panel 1. The micro solar inverter 2 is arranged near a side edge of the solar panel 1. The solar panel 1 is enclosed by a frame 3. FIG. 2 shows a side view of the solar panel 1. The side view shows that the micro solar inverter 2 rests on the back of the solar panel 1. The micro-solar inverter 2 is so flat that it does not protrude from the frame 3. In other words, the height of the micro solar inverter 2 is less than the projection of the frame over the rear of the solar panel 1. For this purpose, the height of the micro solar inverter 2 in this example is 22 mm, with other possible values for the height 24 mm, 20 mm or 19 mm. In the side view it can be seen that the fact that the micro-solar inverter 2 does not protrude beyond the frame 3 means that such a ches solar panel 1 can be enclosed with packaging, the dimensions of which are not influenced by the micro solar inverter 2, but rather the size of which is given only by the frame 3.
Um die geringe Höhe im Vergleich zu bekannten Mikro- Solarinvertern zu realisieren, ist es nötig, vor allem bei den passiven Bauteilen, speziell bei induktiven und kapaziti ven Bauteilen, eine Verringerung der benötigten Größe zu be wirken. Dazu wird in diesem Ausführungsbeispiel eine Schal tung im Mikro-Solarinverter 2 verwendet, die in Fig. 3 sche matisch wiedergegeben ist. In order to realize the low height in comparison to known micro solar inverters, it is necessary to reduce the size required, particularly in the case of passive components, especially inductive and capacitive components. For this purpose, a scarf device in the micro-solar inverter 2 is used in this exemplary embodiment, which is shown in FIG. 3.
Die Schaltung umfasst eine Eingangsstufe E, eine Vollbrücke V und einen Ausgangsfilter. Die Eingangsstufe E entspricht in seinem Aufbau einer Zusammenschaltung eines Aufwärtswandlers und eines Inverswandlers, wobei die jeweiligen Ausgänge in Reihe geschaltet sind. Die Eingangsstufe E hat einen ersten und zweiten Eingangsanschluss 11A, 11B für die Eingangsspan nung, wobei der erste Eingangsanschluss 11A als positiver Pol zu verwenden ist. Weiterhin weist die Eingangsstufe E einen ersten und zweiten Ausgangsanschluss 13A, 13B auf, wobei der erste Ausgangsanschluss 13A ebenfalls typischerweise den po sitiven Pol darstellt. Die Eingangsstufe E weist weiterhin drei elektrische Knotenpunkte 12A, 12B, 12C auf, anhand derer der Aufbau beschrieben wird. The circuit comprises an input stage E, a full bridge V and an output filter. The design of the input stage E corresponds to an interconnection of a step-up converter and an inverse converter, the respective outputs being connected in series. The input stage E has a first and a second input connection 11A, 11B for the input voltage, the first input connection 11A being used as a positive pole. Furthermore, the input stage E has a first and a second output connection 13A, 13B, the first output connection 13A likewise typically representing the positive pole. The input stage E also has three electrical nodes 12A, 12B, 12C, on the basis of which the structure is described.
Der erste Knotenpunkt 12A ist direkt mit dem zweiten Ein gangsanschluss 11B verbunden und weiterhin mit Masse verbun den. Zwischen dem ersten Eingangsanschluss 11A und dem zwei ten Knotenpunkt 12B ist eine erste Induktivität LI angeord net. Zwischen dem ersten Ausgangsanschluss 13A und dem zwei ten Knotenpunkt 12B ist ein erster Halbleiterschalter S1 an geordnet. Zwischen dem zweiten Knotenpunkt 12B und dem ersten Knotenpunkt 12A ist ein zweiter Halbleiterschalter S2 ange ordnet. Zwischen dem ersten Ausganganschluss 13A und dem ers¬ ten Knotenpunkt 12A ist ein erster Kondensator CI angeordnet, der den Ausgang des Aufwärtswandlers darstellt, der aus der ersten Diode Dl, dem zweiten Halbleiterschalter S2 und der ersten Induktivität LI gebildet ist. Zwischen dem ersten Ein gangsanschluss 11A und dem dritten Knotenpunkt 12C ist ein dritter Halbleiterschalter S3 angeordnet. Zwischen dem zwei ten Ausgangsanschluss 13B und dem dritten Knotenpunkt 12C ist ein vierter Halbleiterschalter S4 angeordnet. Zwischen dem dritten Knotenpunkt 12C und dem ersten Knotenpunkt 12A ist eine zweite Induktivität L2 angeordnet. Zwischen dem zweiten Ausganganschluss 13B und dem ersten Knotenpunkt 12A ist ein zweiter Kondensator C2 angeordnet, der den Ausgang des In verswandlers darstellt, der aus der zweiten Diode D2, dem dritten Halbleiterschalter S3 und der zweiten Induktivität L2 gebildet ist. Die Halbleiterschalter S1...4 im Wandler 10 sind in diesem Beispiel GaN-Schalter . Diese ermöglichen eine be sonders hohe Schaltfrequenz , die wiederum dafür sorgt, dass passive Komponenten eine geringere Baugröße haben können. An der Stelle der GaN-Schalter können auch andere Wide-Bandgap- Schalter verwendet werden. Die Schaltfrequenz für diese The first node 12A is connected directly to the second input connection 11B and continues to be connected to ground. A first inductor LI is arranged between the first input connection 11A and the second node 12B. A first semiconductor switch S1 is arranged between the first output terminal 13A and the second node 12B. Between the second node 12B and the first Node 12A is a second semiconductor switch S2 is arranged. Between the first output terminal 13A and the th ers ¬ node 12A, a first capacitor Cl is arranged, which is the output of the boost converter, which is formed of the first diode Dl, the second semiconductor switch S2 and the first inductor LI. A third semiconductor switch S3 is arranged between the first input connection 11A and the third node 12C. A fourth semiconductor switch S4 is arranged between the second output terminal 13B and the third node 12C. A second inductor L2 is arranged between the third node 12C and the first node 12A. Arranged between the second output connection 13B and the first node 12A is a second capacitor C2, which represents the output of the converter, which is formed from the second diode D2, the third semiconductor switch S3 and the second inductor L2. The semiconductor switches S1 ... 4 in the converter 10 are GaN switches in this example. These enable a particularly high switching frequency, which in turn ensures that passive components can be smaller in size. Other wide bandgap switches can be used in place of the GaN switches. The switching frequency for this
Schalter ist variabel, wie im folgenden beschrieben und liegt zwischen Werten von etwa 100 kHz und etwa 500 kHz. Switch is variable, as described below and is between values of about 100 kHz and about 500 kHz.
Im Betrieb der Schaltung erzeugt der Aufwärtswandler eine po sitive Spannung am ersten Kondensator CI. Diese positive Spannung ist prinzipbedingt mindestens so groß wie die Ein¬ gangsspannung an den Eingangsanschlüssen 11A, 11B. Der In verswandler wiederum erzeugt eine negative Spannung am zwei ten Ausgangsanschluss 13B relativ zum ersten Knotenpunkt 12A. Durch die Serienschaltung der beiden Kondensatoren CI, C2 ist die Ausgangsspannung zwischen den beiden Ausgangsanschlüssen 13A, 13B dem Betrag nach die Summe der Beträge der beiden er- zeugten Spannungen. Somit ist das Übersetzungsverhältnis, das sich bei einer gegebenen Ein- und Ausgangsspannung ergibt, für den Aufwärtswandler und den Inverswandler jeweils hal biert . In operation of the circuit, the step-up converter generates a positive voltage across the first capacitor CI. This positive voltage is inherently at least as large as the A ¬ input voltage at the input terminals 11A, 11B. The inverter, in turn, generates a negative voltage at the second output terminal 13B relative to the first node 12A. By connecting the two capacitors CI, C2 in series, the amount of the output voltage between the two output connections 13A, 13B is equal to the sum of the amounts of the two created tensions. Thus, the gear ratio, which results at a given input and output voltage, is halved for the step-up converter and the inverse converter.
Die Ausgangsanschlüsse 13A, 13B der Eingangsstufe E sind mit den Außenanschlüssen der Vollbrücke V verbunden. Die Vollbrü cke V umfasst vier weitere Halbleiterschalter S7, S8, S9,The output connections 13A, 13B of the input stage E are connected to the external connections of the full bridge V. The full bridge V comprises four further semiconductor switches S7, S8, S9,
S10. Der Mittelanschluss einer ersten Halbbrücke der Vollbrü cke V mit dem siebten und neunten Halbleiterschalter S7, S9 ist mit einer fünften Induktivität L5 verbunden. Der Mittel anschluss der zweiten Halbbrücke der Vollbrücke V mit dem achten und zehnten Halbleiterschalter S8, S10 ist mit einer sechsten Induktivität L6 verbunden. Die Mittelanschlüsse sind weiterhin über einen dritten Kondensator C3 verbunden. Die beiden Mittelanschlüsse sind weiterhin mit einem EMI-Filter 61 verbunden. Der Ausgang des EMI-Filters 61 stellt die bei den Ausgangsanschlüsse 53A, 53B für die Schaltung dar. Am Schaltungseingang ist eine nicht in der Figur dargestellte große Kapazität vorhanden, um eine möglichst wenig pulsieren de Leistung aus den Solarpanels zu ziehen. S10. The middle connection of a first half bridge of the full bridge V with the seventh and ninth semiconductor switches S7, S9 is connected to a fifth inductor L5. The middle connection of the second half bridge of the full bridge V with the eighth and tenth semiconductor switches S8, S10 is connected to a sixth inductor L6. The center connections are also connected via a third capacitor C3. The two center connections are also connected to an EMI filter 61. The output of the EMI filter 61 represents that at the output connections 53A, 53B for the circuit. A large capacitance (not shown in the figure) is present at the circuit input in order to draw as little pulsating power as possible from the solar panels.
Nicht in Figur 3 dargestellt ist eine Steuerungseinrichtung für die Schaltung, die die Ansteuerung der Halbleiterschalter S1...S8 vornimmt. Für die Funktion als Wechselrichter werden der erste und zweite Halbleiterschalter Sl, S2, d.h. der Auf wärtswandler, derart mit einer Pulsweitenmodulation angesteu ert, dass am Ausgang des Aufwärtswandlers, d.h. am ersten Kondensator CI, der Verlauf der Spannung UC1 die Form von aufeinanderfolgenden Halbwellen annimmt. Der dritte und vier te Halbleiterschalter S3, S4, d.h. der Inverswandler, werden so angesteuert, dass am Ausgang des Inverswandlers, d.h. am zweiten Kondensator C2, der Verlauf der Spannung UC2 eben falls die Form von aufeinanderfolgenden Halbwellen annimmt. Der Aufwärtswandler und der Inverswandler werden also im Ge gensatz zum typischen Betrieb als DC-DC-Wandler nun so be trieben, dass sie an ihrem Ausgang jeweils gerade keine kon¬ stante DC-Spannung erzeugen. Die Polarität der Spannung UC2 am zweiten Kondensator ist dabei derart, dass sich in Summe eine erhöhte Amplitude für den Spannungsverlauf zwischen dem ersten und zweiten Ausgangsanschluss 13A, 13B ergibt. Bei gleicher Amplitude der beiden Spannungsverläufe UC1, UC2 ergibt sich in Summe die doppelte Amplitude für die Halbwel¬ le . A control device for the circuit which controls the semiconductor switches S1 ... S8 is not shown in FIG. For the function as an inverter, the first and second semiconductor switches S1, S2, ie the up converter, are controlled with pulse width modulation in such a way that at the output of the step-up converter, ie on the first capacitor CI, the curve of the voltage UC1 takes the form of successive half-waves . The third and fourth semiconductor switches S3, S4, ie the inverse converter, are controlled so that at the output of the inverse converter, ie on the second capacitor C2, the course of the voltage UC2 also takes the form of successive half-waves. The boost converter and the buck-boost converter are thus in Ge contrast to the typical operation as a DC-DC converter is now so be exaggerated, that they each stante at its output just no con ¬ DC voltage produce. The polarity of the voltage UC2 at the second capacitor is such that, overall, there is an increased amplitude for the voltage profile between the first and second output terminals 13A, 13B. With the same amplitude of the two voltage curves UC1, UC2 to twice the amplitude of the Halbwel ¬ results in sum le.
Die sich ergebende Halbwelle liegt an den Außenanschlüssen der Vollbrücke V an. Die Vollbrücke V wird nun derart ange¬ steuert, dass die Polarität der Halbwelle mit jeder Halbwelle wechselt und sich somit ein im Idealfall sinusförmiger Span nungsverlauf zwischen den Mittelanschlüssen der Vollbrücke V ergibt. Hierzu wird zwischen zwei Schaltzuständen gewechselt. Im ersten Schaltzustand sind der achte und neunte Halbleiter¬ schalter S8, S9 angeschaltet und der siebte und zehnte Halb¬ leiterschalter S7, S10 abgeschaltet. Im zweiten Schaltzustand sind der siebte und zehnte Halbleiterschalter S7, S10 ange¬ schaltet und der achte und neunte Halbleiterschalter S8, S9 abgeschaltet. Der Wechsel zwischen diesen Schaltzuständen er folgt dabei mit jeder Halbwelle. Zweckmäßig entspricht die Frequenz des sich ergebenden sinusförmigen Spannungsverlaufs der Frequenz des Versorgungsnetzwerks, also beispielsweise 50 Hz. Die Halbwellen werden dann so erzeugt, dass sie mit 100 Hz aufeinanderfolgen und die Vollbrücke V muss die Polarität mit 100 Hz umschalten, sodass sich aus je zwei Halbwellen ei ne vollständige Sinus-Welle ergibt. Daraus folgt, dass die Halbleiterschalter S7...S10 mit nur 100 Hz schalten müssen, al so für Umrichterverhältnisse vergleichsweise selten. Deshalb können in der Vollbrücke vorteilhaft solche Schalter verwen¬ det werden, die für geringe Leitungsverluste optimiert sind. Da in der Schaltung der Figur 3 der Aufwärtswandler nicht in der Lage ist, eine geringere Spannung als die Eingangsspan¬ nung an seinem Ausgang zu erzeugen, ist die erzeugte Halbwel le am ersten Kondensator CI unvollständig. In Zeitbereichen, in denen die Spannung dem Verlauf der Halbwelle nach eigent lich geringer als die Eingangsspannung sein müsste, ent spricht sie trotzdem etwa der Eingangsspannung. Die Steue rungseinrichtung ist zweckmäßig dafür ausgelegt, dieses Prob¬ lem zu behandeln. Dafür kann die Steuerungseinrichtung ausge staltet sein, zumindest in den genannten Zeitbereichen den Spannungsverlauf der Sinuswelle durch die Schaltung der Halb¬ leiterschalter S7...S10 der Vollbrücke V zu erzeugen. Hierzu müssen in diesen Zeitbereichen die Halbleiterschalter S7...S10 hochfrequent geschaltet werden und die Spannungsform per Pulsweitenmodulation eingestellt werden. Die fünfte und sechste Induktivität L5, L6 sowie der dritte Kondensator C3 sind ausgestaltet für die nötige Filterung der sich ergeben den Spannungsform auch bei einer hochfrequenten Schaltung der Vollbrücke V. The resulting half-wave is applied to the external connections of the full bridge V. The full bridge V will now be controlled in such a ¬ that the polarity of the half-wave changes with each half-wave and thus a sinusoidal clamping voltage in the ideal case extends across the center terminals of the full bridge V results. To do this, you switch between two switching states. In the first switching state of the eighth and ninth semiconductor ¬ switches S8, S9 are switched on and off, the seventh and tenth half ¬ conductor switches S7, S10. In the second switching state, the seventh and tenth semiconductor switches S7, switches S10 been ¬ and the eighth and ninth semiconductor switch S8, S9 off. The change between these switching states occurs with every half-wave. The frequency of the resulting sinusoidal voltage curve expediently corresponds to the frequency of the supply network, for example 50 Hz. The half-waves are then generated in such a way that they follow one another at 100 Hz and the full bridge V must switch the polarity at 100 Hz, so that two half-waves each result a complete sine wave results. From this it follows that the semiconductor switches S7 ... S10 have to switch with only 100 Hz, so comparatively rarely for converter conditions. Therefore, such switches can be USAGE ¬ det, which are optimized for low conduction losses in the full bridge advantageous. Since the boost converter 3 is not in a position in the circuit of the figure, a lower voltage than the input voltage clamping ¬ to generate at its output, which is generated Halbwel le at the first capacitor CI incomplete. In time ranges in which the voltage should actually be lower than the input voltage in line with the half-wave, it still corresponds approximately to the input voltage. The Steue is approximately facility appropriately designed to handle this prob ¬ lem. For this, the control means being staltet may be, at least in the said time ranges the voltage waveform of the sine wave conductor switch by the circuit of the half ¬ S7 ... S10 to generate the full-bridge V. For this purpose, the semiconductor switches S7 ... S10 must be switched at high frequency in these time ranges and the voltage form must be set using pulse width modulation. The fifth and sixth inductors L5, L6 and the third capacitor C3 are designed for the necessary filtering of the resulting voltage form even with a high-frequency switching of the full bridge V.
Die Figuren 4 und 5 zeigen alternative Ausgestaltungen der Eingangsstufe E. Die Eingangsstufe 30 gemäß Figur 4 umfasst die Komponenten der Eingangsstufe E gemäß Figur 3. Zusätzlich ist zwischen der ersten Induktivität LI und dem ersten Ein gangsanschluss 11A ein vierter Knotenpunkt 12D vorhanden. Zwischen dem vierten Knotenpunkt 12D und dem ersten Eingangs anschluss 11A ist ein fünfter Halbleiterschalter S5 angeord net. Ein sechster Halbleiterschalter S6 ist zwischen dem vierten Knotenpunkt 12D und dem ersten Knotenpunkt 12A ange¬ ordnet . FIGS. 4 and 5 show alternative configurations of the input stage E. The input stage 30 according to FIG. 4 comprises the components of the input stage E according to FIG. 3. In addition, a fourth node 12D is present between the first inductance LI and the first input connection 11A. A fifth semiconductor switch S5 is arranged between the fourth node 12D and the first input terminal 11A. A sixth semiconductor switch S6 is arranged 12A is ¬ between the fourth node and the first node 12D.
Durch die zusätzlichen Halbleiterschalter S5, S6 in Verbin dung mit den Komponenten des Aufwärtswandlers wird eine Korn- bination aus Abwärts- und Aufwärtswandler (engl, ein Buck- Boost-Converter) realisiert. Durch Abschalten des sechsten Halbleiterschalters S6 und Einschalten des fünften Halb leiterschalters S5 können die Eigenschaften des Aufwärtswand lers hergestellt werden. Ist eine Ausgangsspannung zu erzeu gen, die geringer als die Eingangsspannung ist, kann der ers te Halbleiterschalter S1 angeschaltet und der zweite Halb leiterschalter S2 abgeschaltet werden und somit nur der Ab wärtswandler verwendet werden. Somit fällt die Einschränkung des Wandlers gemäß Figur 3 bezüglich der Ausgangsspannung weg und alle positiven DC-Spannungen und Wellenformen können er zeugt werden, deren Amplitude nicht zu groß ist. The additional semiconductor switches S5, S6 in conjunction with the components of the step-up converter ensure a grain combination of step-down and step-up converters (Engl, a buck-boost converter) realized. By turning off the sixth semiconductor switch S6 and turning on the fifth semiconductor switch S5, the properties of the step-up converter can be established. If an output voltage is to be generated which is lower than the input voltage, the first semiconductor switch S1 can be switched on and the second semiconductor switch S2 can be switched off and thus only the down converter can be used. Thus, the restriction of the converter according to FIG. 3 with regard to the output voltage is eliminated and all positive DC voltages and waveforms can be generated whose amplitude is not too great.
In einer alternativen Betriebsform können der erste, zweite, fünfte und sechste Halbleiterschalter Sl, S2, S5, S6 diagonal geschaltet werden. Dafür wird zwischen zwei Schaltzuständen gewechselt, wobei im ersten Schaltzustand der erste und sechste Halbleiterschalter Sl, S6 angeschaltet sind und im zweiten Schaltzustand der zweite und fünfte Halbleiterschal ter S2, S5 angeschaltet sind. In dieser Betriebsform agieren der Aufwärtswandler und der Abwärtswandler also zur gleichen Zeit und nicht unabhängig voneinander. In an alternative operating mode, the first, second, fifth and sixth semiconductor switches S1, S2, S5, S6 can be switched diagonally. For this purpose, a switch is made between two switching states, the first and sixth semiconductor switches S1, S6 being switched on in the first switching state and the second and fifth semiconductor switches S2, S5 being switched on in the second switching state. In this mode of operation, the step-up converter and the step-down converter therefore act at the same time and not independently of one another.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Eingangsstufe ist in Figur 5 dargestellt. Die Eingangsstufe 40 gemäß Figur 5 geht im Aufbau von der Eingangsstufe gemäß der Figur 3 aus. Zu sätzlich zu diesem weist die Eingangsstufe 40 aber eine drit te Induktivität L3 zwischen dem zweiten Knotenpunkt 12B und dem ersten Halbleiterschalter Sl auf. Die erste und die drit te Induktivität LI, L3 sind in diesem Beispiel als gemeinsame Induktivität mit Mittelabgriff aufgebaut, an den der zweite Halbleiterschalter S2 anschließt. Weiterhin weist die Eingangsstufe 40 eine vierte Induktivität L4 zwischen dem dritten Knotenpunkt 12C und dem vierten Halb leiterschalter S4 auf. Die zweite und die vierte Induktivität L2, L4 sind analog zur ersten und dritten Induktivität LI, L3 in diesem Beispiel als gemeinsame Induktivität mit Mittelab griff aufgebaut, an den der dritte Halbleiterschalter S3 an schließt. Durch den Aufbau der Eingangsstufe 40 gemäß Figur 5 können noch höhere Übersetzungsverhältnisse zwischen der Aus gangs- und der Eingangsspannung erreicht werden. Another embodiment of the input stage is shown in Figure 5. The design of the input stage 40 according to FIG. 5 is based on the input stage according to FIG. 3. In addition to this, the input stage 40 has a third inductance L3 between the second node 12B and the first semiconductor switch S1. In this example, the first and third inductors LI, L3 are constructed as a common inductor with center tap, to which the second semiconductor switch S2 connects. Furthermore, the input stage 40 has a fourth inductance L4 between the third node 12C and the fourth semiconductor switch S4. The second and fourth inductors L2, L4 are constructed analogously to the first and third inductors LI, L3 in this example as a common inductor with a handle, to which the third semiconductor switch S3 connects. By designing the input stage 40 according to FIG. 5, even higher transmission ratios can be achieved between the output voltage and the input voltage.
Figur 6 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel für die Schal tung des Mikro-Solarinverters 2 einen Wechselrichter 90, der für die Verwendung in einem Einphasen-Dreileiternetzwerk (engl, split phase grid) ausgestaltet ist. Der Aufbau des Wechselrichters 90 entspricht einschließlich der Gestaltung der Steuerungseinrichtung weitgehend dem Aufbau der Schaltung gemäß Figur 3. Zusätzlich ist aber der erste Knotenpunkt 12A als weiterer Eingang für den EMI-Filter 61 vorgesehen und wird als Neutralleiter aus diesem herausgeführt. Die sonstige Funktionalität entspricht der Schaltung gemäß Figur 3. FIG. 6 shows, as a further exemplary embodiment for the switching of the micro-solar inverter 2, an inverter 90 which is designed for use in a single-phase, three-wire network (split phase grid). The design of the inverter 90, including the design of the control device, largely corresponds to the design of the circuit according to FIG. 3. In addition, however, the first node 12A is provided as a further input for the EMI filter 61 and is led out of it as a neutral conductor. The other functionality corresponds to the circuit according to FIG. 3.
Figur 7 zeigt einen stark vereinfachten Ausschnitt aus einem Stromkreis 100 mit einer Halbbrücke 102, die beispielsweise dem Paar aus erstem und zweitem Halbleiterschalter Sl, S2 und/oder dem Paar aus drittem und viertem Halbleiterschalter S3, S4 der Figur 3 entspricht. Die Halbbrücke 102 kann auch einer der Brücken aus der Vollbrücke V sein. Die Halbbrücke 102 umfasst zwei in Serie geschaltete Leistungshalbleiter 108, 110 wie beispielsweise MOSFETs. Häufig ist die Halbbrü cke 102 mit den Außenanschlüssen 104, 106 an eine Gleichspan nung 114 angeschlossen, beispielsweise an den Zwischenkreis eines Umrichters. Der Mittelanschluss 112 zwischen den Leis tungshalbleitern 108, 110 ist mit einer induktiven Last 116 verbunden. Die induktive Last 116 steht stellvertretend für alle Sorten von Lasten, die auch nur teilweise induktiv sein können und für solche Aufbauten, in denen der induktive Teil der Last beispielsweise durch eine Leitungsinduktivität zu stande kommt. Die induktive Last 116 kann also ebenso gut ein dediziertes Bauteil sein wie ein parasitäres Element oder beides zusammen. FIG. 7 shows a greatly simplified section of a circuit 100 with a half bridge 102, which corresponds, for example, to the pair of first and second semiconductor switches S1, S2 and / or the pair of third and fourth semiconductor switches S3, S4 from FIG. 3. The half bridge 102 can also be one of the bridges from the full bridge V. Half-bridge 102 comprises two power semiconductors 108, 110 connected in series, such as MOSFETs. Often, the half bridge 102 is connected with the external connections 104, 106 to a DC voltage 114, for example to the intermediate circuit of a converter. The center connection 112 between the power semiconductors 108, 110 is connected to an inductive load 116. The inductive load 116 represents all types of loads, which can also be only partially inductive, and for structures in which the inductive part of the load comes about, for example, due to a line inductance. The inductive load 116 can therefore be a dedicated component as well as a parasitic element or both together.
Die Ansteuerung der Leistungshalbleiter 108, 110 wird durch eine Steuereinheit 120 vorgenommen. Die Steuereinheit 120 um fasst einen digitalen Controller 122, einen ersten und zwei ten Komparator 124, 126 und einen Modulator 128. Es ist mög lich, dass diese Elemente Teile eines einzelnen Mikrocontrol lers sind und somit als ein einzelner Baustein aufgebaut sind. Ebenso können diese Elemente aber auch teilweise oder vollständig als separate Bauteile vorliegen. Ferner umfasst die Steuereinheit 120 eine Strommessvorrichtung 130, die den vom Mittelanschluss 112 ein- oder ausgehenden Strom als Sig nal 131 erfasst. The control of the power semiconductors 108, 110 is carried out by a control unit 120. The control unit 120 comprises a digital controller 122, a first and second comparator 124, 126 and a modulator 128. It is possible that these elements are parts of a single microcontroller and are therefore constructed as a single component. Likewise, these elements can also be partially or completely present as separate components. Furthermore, the control unit 120 comprises a current measuring device 130, which detects the current entering or leaving the center connection 112 as a signal 131.
Der erste Komparator erhält als Eingangssignale das Signal 131 für den gemessenen Strom und einen ersten Schwellwert 132 für den maximalen Strom. Der zweite Komparator erhält als Eingangssignale ebenfalls das Signal 131 für den gemessenen Strom und einen zweiten Schwellwert 134 für den minimalen Strom. Die Schwellwerte 132, 134 werden vom Controller 122 zur Verfügung gestellt. Der Controller 122 kann diese bei spielsweise aus Vorgabe-Werten für den mittleren Strom und den Stromrippel errechnen. Diese Vorgabe-Werte können von au ßen, beispielsweise durch eine übergeordnete Umrichter- Steuerung vorgegeben sein oder vom Controller 122 selbst be stimmt werden. Die Ausgangssignale der Komparatoren 124, 126 werden in den Modulator 128 eingespeist. Der Modulator 128 setzt diese sowie gespeicherte Werte für anzuwendende Totzei- ten in Ansteuersignale für die Leistungshalbleiter 108, 110 um, die an den jeweiligen Gatetreiber weitergegeben werden. The first comparator receives the signal 131 for the measured current and a first threshold value 132 for the maximum current as input signals. The second comparator also receives the signal 131 for the measured current and a second threshold value 134 for the minimum current as input signals. The threshold values 132, 134 are made available by the controller 122. The controller 122 can calculate this from, for example, default values for the average current and the current ripple. These default values can be predetermined from the outside, for example by a higher-level converter control, or determined by the controller 122 itself. The output signals of the comparators 124, 126 are fed into the modulator 128. The modulator 128 sets these and stored values for dead times to be used. into drive signals for the power semiconductors 108, 110, which are passed on to the respective gate driver.
Durch den Vergleich des gemessenen Stroms mit den Schwellwer ten 132, 134 für den maximalen und minimalen Strom und dieBy comparing the measured current with the threshold values 132, 134 for the maximum and minimum current and
Weitergabe in den Modulator 128 wird erreicht, dass bei Er reichen des maximalen Stroms der aktive Leistungshalbleiter 108, 110 abgeschaltet wird und nach Abwarten der Totzeit zur Verhinderung eines Kurzschlusses in der Halbbrücke 102 der andere Leistungshalbleiter 108, 110 eingeschaltet wird. Bei Erreichen des minimalen Stroms wird ebenfalls der aktive Leistungshalbleiter 108, 110 abgeschaltet und nach Abwarten der Totzeit der andere Leistungshalbleiter 108, 110 einge schaltet . Forwarding into the modulator 128 is achieved that the active power semiconductor 108, 110 is switched off when the maximum current is reached and, after waiting for the dead time to prevent a short circuit in the half bridge 102, the other power semiconductor 108, 110 is switched on. When the minimum current is reached, the active power semiconductor 108, 110 is also switched off and the other power semiconductor 108, 110 is switched on after waiting for the dead time.
Ein sich ergebendes Schaltschema mit einem Schaltverlauf 202 für den oberen Leistungshalbleiter 108, einem Schaltverlauf 204 für den unteren Leistungshalbleiter 110, einem Spannungs verlauf 206 über den unteren Leistungshalbleiter 110 ist zu sammen mit einem sich ergebenden vereinfachten Stromverlauf 208 in Figur 8 dargestellt. Die Totzeiten 210, 212, die nach dem Abschalten eines jeweiligen Leistungshalbleiters 108, 110 verstreichen, sind dabei stark verlängert für bessere Erkenn barkeit. Figur 8 zeigt, dass der sich ergebende Stromverlauf näherungsweise dreieckig ist. A resulting circuit diagram with a switching profile 202 for the upper power semiconductor 108, a switching profile 204 for the lower power semiconductor 110, a voltage profile 206 via the lower power semiconductor 110 is shown together with a resulting simplified current profile 208 in FIG. 8. The dead times 210, 212, which elapse after a respective power semiconductor 108, 110 has been switched off, are greatly extended for better recognition. Figure 8 shows that the resulting current profile is approximately triangular.
Ist der Stromverlauf zu einer beliebigen Zeit flacher, wird der entsprechende Schwellwert 132, 134 später erreicht und die Abschaltung des entsprechenden Leistungshalbleiters 108, 110 passiert erst später. Das beschriebene Vorgehen zur Steu erung der Leistungshalbleiter 108, 110 arbeitet also nicht mit einer festen Schaltfrequenz . Die momentane effektive Schaltfrequenz ergibt sich vielmehr aus den Vorgaben der Schwellwerte 132, 134 oder den Vorgaben zu dem mittleren Strom und dem Rippelstrom, der Induktivität 116 und den Span nungen 114, 117, die die Stromsteilheit mitbestimmt. Die mo mentane Schaltfrequenz kann daher auch schwanken und kann sich ändern, wenn die Vorgabe-Werte geändert werden. If the current profile is flatter at any time, the corresponding threshold value 132, 134 is reached later and the corresponding power semiconductor 108, 110 is switched off only later. The procedure described for the control of the power semiconductors 108, 110 thus does not work with a fixed switching frequency. The instantaneous effective switching frequency rather results from the specifications of the threshold values 132, 134 or the specifications for the middle one Current and the ripple current, the inductance 116 and the voltages 114, 117, which determines the current steepness. The current switching frequency can therefore also fluctuate and can change if the default values are changed.
In der Schaltung der Figur 3 können solche Halbbrücken beson ders vorteilhaft verwendet werden, wenn der erzeugte Span nungsverlauf eine Wellenform ist, beispielsweise die Folge von Sinus-Halbwellen. Die Halbbrücken erzeugen diese dann nicht in der sonst üblichen Pulsweitenmodulation mit fest vorgegebener Schaltfrequenz , aber laufend angepasstem Tast grad. Vielmehr wird der Strommittelwert, der zum Momentanwert der Halbwellenform passt, laufend angepasst. Die Steuerung 120 legt zum Strommittelwert passende obere und untere In the circuit of FIG. 3, such half bridges can be used particularly advantageously if the voltage curve generated is a waveform, for example the sequence of sine half waves. The half bridges then do not generate them in the otherwise customary pulse width modulation with a fixed switching frequency, but continuously adjusted duty cycle. Rather, the mean current value, which matches the instantaneous value of the half waveform, is continuously adjusted. The controller 120 sets upper and lower matching the current average
Schwellwerte fest, die damit ebenfalls laufend variieren. Die richtige Spannung ergibt sich durch die Schaltung der Leis tungshalbleiter 108, 110, die in der Schaltung der Figur 3 dem Paar aus erstem und zweitem Halbleiterschalter Sl, S2 und/oder dem Paar aus drittem und viertem Halbleiterschalter S3, S4 entsprechen, wobei die Schaltung den Schwellwerten folgt und somit die richtige Spannung automatisch erreicht. Threshold values that also vary continuously. The correct voltage results from the circuit of the power semiconductors 108, 110, which in the circuit of FIG. 3 correspond to the pair of first and second semiconductor switches S1, S2 and / or the pair of third and fourth semiconductor switches S3, S4, the circuit follows the threshold values and thus automatically reaches the correct voltage.
Figur 9 zeigt wieder einen Ausschnitt aus einem Stromkreis mit der Halbbrücke , aber mit einem veränderten Aufbau der Steuereinheit 120. In diesem Fall werden die Totzeiten 210, 212 nicht mehr im Modulator fest hinterlegt, sondern vielmehr vom Controller 122 vorgegeben. Die Totzeiten 210, 212 können damit vom Controller 122 verändert und der Betriebssituation angepasst werden. Eine solche Anpassung kann dazu verwendet werden, die Schaltverluste zu reduzieren, indem ein resonan- tes Umladen der Ausgangskapazitäten der Leistungshalbleiter 108, 110 erlaubt wird. Hierzu wird bei einem positiven Mittelwert des Stroms der Schwellwert 134 für den minimalen Strom auf einen negativen Wert gesetzt, also auf einen Wert mit einem anderen Vorzei chen als der Mittelwert und der Schwellwert 132 für den maxi malen Strom. Ist der Mittelwert des Stroms negativ, wird der Schwellwert 132 für den maximalen Strom auf einen positiven Wert gesetzt, also wiederum auf einen Wert mit einem anderen Vorzeichen als der Mittelwert und der Schwellwert 134 für den minimalen Strom. FIG. 9 again shows a section of a circuit with the half bridge, but with a modified structure of the control unit 120. In this case, the dead times 210, 212 are no longer permanently stored in the modulator, but rather are specified by the controller 122. The dead times 210, 212 can thus be changed by the controller 122 and adapted to the operating situation. Such an adaptation can be used to reduce the switching losses by allowing a resonant reloading of the output capacitances of the power semiconductors 108, 110. For this purpose, with a positive mean value of the current, the threshold value 134 for the minimum current is set to a negative value, that is to say to a value with a different sign than the mean value and the threshold value 132 for the maximum current. If the mean value of the current is negative, the threshold value 132 for the maximum current is set to a positive value, that is again to a value with a different sign than the mean value and the threshold value 134 for the minimum current.
Die für das Umladen nötigen Werte können in ausreichender Nä herung wie folgt berechnet werden: The values required for reloading can be calculated in sufficient approximation as follows:
Dabei bezeichnen: Designate:
IL den unteren Schwellwert 134 für den Strom I L the lower threshold 134 for the current
L den Wert der Induktivität 116 in der Ausgangsleitung L the value of inductance 116 in the output line
Ui die Spannung über die beiden Leistungshalbleiter 108, 110, also zwischen dem oberen Außenanschluss 104 des oberen Leis tungshalbleiters 108 und dem unteren Außenanschluss 106 des unteren Leistungshalbleiters 110 Ui the voltage across the two power semiconductors 108, 110, that is, between the upper outer connection 104 of the upper power semiconductor 108 and the lower outer connection 106 of the lower power semiconductor 110
U2 die Spannung 117 U2 the voltage 117
C die summierte Ausgangskapazität der Leistungshalbleiter 108, 110, also C the summed output capacitance of the power semiconductors 108, 110, that is
C = C0SS,S1 + C0SS,S2 und C = C 0 SS, S1 + C 0 SS, S2 and
Dabei bezeichnet IH den oberen Schwellwert 132 für den Strom I H denotes the upper threshold value 132 for the current
Hat der Term unter der Wurzel einen Wert < 0, wird der jewei lige Schwellwert auf 0 gesetzt. If the term under the root has a value <0, the respective threshold value is set to 0.
Die Totzeiten 210, 212 können auf verschiedene Weise vom Con troller 122 bestimmt werden. Die geeignete Bestimmung der Totzeiten 210, 212 ermöglicht das spannungsfreie Einschalten der Leistungshalbleiter 108, 110. Zum einen können die Tot zeiten 210, 212 berechnet werden oder aus einer vorab be stimmten und gespeicherten Tabelle (Look-Up) ausgelesen wer den . The dead times 210, 212 can be determined in various ways by the controller 122. The suitable determination of the dead times 210, 212 enables the power semiconductors 108, 110 to be switched on in a voltage-free manner. On the one hand, the dead times 210, 212 can be calculated or read from a predefined and stored table (look-up).
Für eine Berechnung der Totzeiten 210, 212 können in ausrei chender Näherung beispielsweise folgende Formeln verwendet werden : The following formulas can be used, for example, to calculate the dead times 210, 212 in a sufficient approximation:
Dabei bezeichnen: Designate:
tdioi,min die minimale Totzeit 210 für den oberen Leistungshalb leiter 108 t dioi , min the minimum dead time 210 for the upper power semiconductor 108
L den Wert der Induktivität 116 in der Ausgangsleitung L the value of inductance 116 in the output line
Ui die Spannung über die beiden Leistungshalbleiter 108, 110, also zwischen dem oberen Außenanschluss 104 des oberen Leis tungshalbleiters 108 und dem unteren Außenanschluss 106 des unteren Leistungshalbleiters 110 Ui the voltage across the two power semiconductors 108, 110, that is, between the upper outer connection 104 of the upper power semiconductor 108 and the lower outer connection 106 of the lower power semiconductor 110
U2 die Spannung 117 U2 the voltage 117
C die summierte Ausgangskapazität der Leistungshalbleiter 108, 110 C is the summed output capacitance of the power semiconductors 108, 110
Dabei bezeichnet: Inscribed:
tdb2 , min die minimale Totzeit 212 für den unteren Leistungs halbleiter 110 t db 2 , min the minimum dead time 212 for the lower power semiconductor 110
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine bauliche Anpas sung vorzunehmen, die in Figur 10 dargestellt ist. Im Aufbau gemäß Figur 10 umfasst die Steuereinheit 420 je einen Span nungsmesseinrichtung 402, 404 für jeden der Leistungshalblei ter 108, 110. Die Signale 403, 405 der Spannungsmesseinrich tungen 402, 404 werden einem dritten und vierten Komparator 406, 408 zugeführt. Als jeweils zweites Eingangssignal für den dritten und vierten Komparator 406, 408 wird eine feste geringe Spannung, beispielsweise 1 V, verwendet. Die Aus gangssignale des dritten und vierten Komparators 406, 408 werden dem Modulator 128 zugeführt und von diesem verwendet, um als EinschaltZeitpunkt für den jeweiligen Leistungshalb leiter 108, 110 den Zeitpunkt zu verwenden, an dem die Span nung über den Leistungshalbleiter 108, 110 gering ist, also beispielsweise 1 V. Another possibility is to make a structural adjustment, which is shown in Figure 10. 10, the control unit 420 comprises a voltage measuring device 402, 404 for each of the power semiconductors 108, 110. The signals 403, 405 of the voltage measuring devices 402, 404 are fed to a third and fourth comparator 406, 408. A fixed low voltage, for example 1 V, is used as the second input signal for the third and fourth comparators 406, 408. The OFF output signals of the third and fourth comparators 406, 408, the modulator 128 are supplied to and used by this, to be the turn Z eitpunkt for the respective power semiconductor 108, 110 to use the time at which the clamping voltage over the power semiconductor 108, 110 is low, for example 1 V.
Figur 11 zeigt den Verlauf der Spannung 206, des Stroms 207 und der EinschaltZeiten 502a, b für den ersten und zweiten Leistungshalbleiter 108, 110 als Ergebnis einer Simulation. Die Schaltflanken der Spannung 206 sind erkennbar abgeflacht. Hier werden die Ausgangskapazitäten vor dem Einschalten des jeweiligen Leistungshalbleiters 108, 110 umgeladen. Dadurch erfolgt das Einschalten spannungsfrei. Die flacheren Flanken der Schaltspannung bedeuten deutlich niedrigere Amplituden der Oberschwingungen und sorgen somit auch für bessere EMV- Eigenschaften des Aufbaus. Da bei sehr kleinen Stromrippelwerten die Schaltfrequenz sehr groß werden kann, ist es vorteilhaft, einen minimalen Wert für den Stromrippel zu realisieren. Der Controller 122 ist ausgestaltet, diesen minimalen Wert umzusetzen und einzuhal- ten. Dadurch wird die Schaltfrequenz auf ein gewünschtes Ma ximum begrenzt. Figure 11 shows the waveform of the voltage 206, current 207, and the turn Z nits 502a, b for the first and second power semiconductor 108, 110 as a result of a simulation. The switching edges of voltage 206 are clearly flattened. Here, the output capacities are reloaded before the respective power semiconductor 108, 110 is switched on. This means that the device is switched on without voltage. The flatter edges of the switching voltage mean significantly lower amplitudes of the harmonics and thus also ensure better EMC properties of the structure. Since the switching frequency can become very high with very small current ripple values, it is advantageous to implement a minimum value for the current ripple. The controller 122 is designed to implement and maintain this minimum value. This limits the switching frequency to a desired maximum.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Mikro-Solarinverter (2) zur Wandlung einer von einem So larpanel (1) bereitgestellten Gleichspannung in eine Wechsel spannung, wobei der Mikro-Solarinverter (2) transformatorlos aufgebaut ist und eine Bauhöhe von höchstens 24 mm aufweist. 1. Micro solar inverter (2) for converting a DC voltage provided by a solar panel (1) into an alternating voltage, the micro solar inverter (2) being constructed without a transformer and having a height of at most 24 mm.
2. Mikro-Solarinverter (2) nach Anspruch 1, der eine Bauhöhe von höchstens 20 mm aufweist. 2. Micro solar inverter (2) according to claim 1, which has a height of at most 20 mm.
3. Mikro-Solarinverter (2) nach Anspruch 1 oder 2 mit einem galvanisch gekoppelten elektrischen Wandler zur Wandlung der an ersten Anschlüssen (11A, 11B) anliegenden Gleichspannung in eine Ausgangsspannung, aufweisend: 3. Micro-solar inverter (2) according to claim 1 or 2 with a galvanically coupled electrical converter for converting the direct voltage present at first connections (11A, 11B) into an output voltage, comprising:
- einen eingangsseitig mit den ersten Anschlüssen (11A, 11B) verbundenen Aufwärtswandler, a step-up converter connected on the input side to the first connections (11A, 11B),
- einen eingangsseitig mit den ersten Anschlüssen (11A, 11B) verbundenen Inverswandler und - An inverse converter connected on the input side to the first connections (11A, 11B) and
- eine mit dem ausgangsseitigen Pluspol (13A) des Aufwärts wandlers und dem ausgangsseitigen Minuspol (13B) des Invers wandlers verbundene Serienschaltung aus zwei Kondensatoren (CI, C2), wobei der ausgangsseitige Minuspol des Aufwärts wandlers und der ausgangsseitige Pluspol des Inverswandlers mit dem Mittelanschluss (12A) zwischen den Kondensatoren (CI, C2) verbunden sind. - A series circuit comprising two capacitors (CI, C2) connected to the output-side positive pole (13A) of the step-up converter and the output-side negative pole (13B) of the inverse converter, the output-side negative pole of the step-up converter and the output-side positive pole of the inverse converter with the center connection ( 12A) are connected between the capacitors (CI, C2).
4. Mikro-Solarinverter (2) nach Anspruch 3, bei dem der Auf wärtswandler eine erste Serienschaltung eines ersten Halb leiterschalters (Sl) oder einer ersten Diode mit einem zwei ten Halbleiterschalter (S2) umfasst, deren Außenanschlüsse die ausgangsseitigen Pole des Aufwärtswandlers bilden sowie eine erste Induktivität (LI), die mit dem Mittelanschluss (12B) der ersten Serienschaltung sowie dem Pluspol (11A) der Eingangsspannung verbunden ist. 4. micro-solar inverter (2) according to claim 3, wherein the up converter comprises a first series circuit of a first semiconductor switch (Sl) or a first diode with a two-th semiconductor switch (S2), the outer connections of which form the output-side poles of the step-up converter and a first inductance (LI), which is connected to the center connection (12B) of the first series circuit and the positive pole (11A) of the input voltage.
5. Mikro-Solarinverter (2) nach Anspruch 4, bei dem der In verswandler eine zweite Serienschaltung eines dritten Halb leiterschalters (S3) mit einem vierten Halbleiterschalter (S4) oder einer zweiten Diode umfasst, von denen ein Außenan schluss den ausgangsseitigen Minuspol (13B) des Inverswand¬ lers bildet und der andere Außenanschluss mit dem Pluspol (11A) der Eingangsspannung verbunden ist, wobei der Invers wandler weiterhin eine zweite Induktivität (L2) umfasst, die mit dem Mittelanschluss (12C) der zweiten Serienschaltung so wie dem Mittelanschluss (12A) zwischen den Kondensatoren (CI, C2) verbunden ist. 5. Micro-solar inverter (2) according to claim 4, wherein the converter comprises a second series circuit of a third semiconductor switch (S3) with a fourth semiconductor switch (S4) or a second diode, of which an external connection is the output-side negative pole (13B ) of the inverse wall ¬ coupler forms and the other external connection to the positive terminal (11A) of the input voltage is connected to the buck-boost converter further comprises a second inductor (L2) connected to said center terminal (12C) of the second series circuit as the medium connection (12A ) is connected between the capacitors (CI, C2).
6. Mikro-Solarinverter (2) nach Anspruch 4 oder 5, bei dem wenigstens ein Teil von erstem bis viertem Halbleiterschalter (S1...4) als Galliumnitrid-Schalter ausgeführt sind, insbeson dere als selbstsperrende Galliumnitrid-Schalter oder als Kas- kode mit einem selbstleitenden Galliumnitrid-Schalter. 6. Micro solar inverter (2) according to claim 4 or 5, in which at least part of the first to fourth semiconductor switches (S1 ... 4) are designed as gallium nitride switches, in particular as self-locking gallium nitride switches or as cascode with a self-conducting gallium nitride switch.
7. Mikro-Solarinverter (2) nach Anspruch 6, derart ausgestal tet, dass als Schaltfrequenz für die Galliumnitrid-Schalter- Schalter eine Frequenz von wenigstens 200 kHz, insbesondere wenigstens 500 kHz, in einer besonderen Ausgestaltung wenigs tens 1 MHz verwendet wird. 7. Micro solar inverter (2) according to claim 6, in such a way that the switching frequency for the gallium nitride switch is a frequency of at least 200 kHz, in particular at least 500 kHz, at least 1 MHz is used in a special embodiment.
8. Mikro-Solarinverter (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem die erste und/oder zweite Induktivität (LI, L2) Lei- terplatten-Induktivitäten sind. 8. Micro solar inverter (2) according to one of claims 4 to 7, wherein the first and / or second inductor (LI, L2) are circuit board inductors.
9. Mikro-Solarinverter (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 8 mit einer Vollbrücke (V) , die eingangsseitig mit den aus¬ gangsseitigen Polen (13A, 13B) von Aufwärts- und Inverswand ler verbunden ist. 9. Micro solar inverter (2) according to one of claims 3 to 8 with a full bridge (V), the input side of which is connected to the ¬ output-side poles (13A, 13B) of upward and inverse converter.
10. Mikro-Solarinverter (2) nach Anspruch 9, derart ausge staltet, dass die Leistungshalbleiter (S7...10) der Vollbrücke (V) wenigstens zu einem Teil der Betriebszeit als Polwender betrieben werden. 10. micro-solar inverter (2) according to claim 9, designed such that the power semiconductors (S7 ... 10) of the full bridge (V) are operated at least in part of the operating time as a pole reverser.
11. Mikro-Solarinverter (2) nach einem der vorangehenden An sprüche, bei dem wenigstens ein Teil der Halbbrücken (102) umfassen : 11. Micro-solar inverter (2) according to one of the preceding claims, in which at least part of the half-bridges (102) comprise:
- einen in Serie geschalteten ersten und zweiten Halbleiter schalter (S1...4, S7...10, 108, 110), - A series-connected first and second semiconductor switch (S1 ... 4, S7 ... 10, 108, 110),
- eine Steuerung (120) für die Halbleiterschalter (S1...4, S7...10, 108, 110), a controller (120) for the semiconductor switches (S1 ... 4, S7 ... 10, 108, 110),
- eine Leitung, die von dem Verbindungsknoten (112) der Halb leiterschalter (S1...4, S7...10, 108, 110) ausgeht, - A line that starts from the connection node (112) of the semiconductor switches (S1 ... 4, S7 ... 10, 108, 110),
- eine Einrichtung (130) zur Messung des Stroms in der Lei tung, - A device (130) for measuring the current in the line,
wobei die Steuerung (120) ausgestaltet ist, the controller (120) being designed,
- den Strom mit einem oberen und einem unteren Schwellwert (132, 134) zu vergleichen, - compare the current with an upper and a lower threshold value (132, 134),
- bei Erreichen des oberen Schwellwerts (132) den ersten Leistungshalbleiter (108) abzuschalten und nach Ablauf einer ersten Totzeit den zweiten Leistungshalbleiter (110) einzu schalten, und - When the upper threshold value (132) is reached, the first power semiconductor (108) is switched off and the second power semiconductor (110) is switched on after a first dead time, and
- bei Erreichen des unteren Schwellwerts (134) den zweiten Leistungshalbleiter (110) abzuschalten und nach Ablauf einer zweiten Totzeit den ersten Leistungshalbleiter (108) einzu schalten . - When the lower threshold value (134) is reached, switch off the second power semiconductor (110) and switch on the first power semiconductor (108) after a second dead time.
12. Solarpanel (1) mit einer Panelfläche, die Solarzellen um¬ fasst und einem die Panelfläche einfassenden Rahmen (3) sowie einem auf der Panelfläche angeordneten Mikro-Solarinverter (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Mikro- Solarinverter (2) den Rahmen (3) nicht überragt. 12. Solar panel (1) combines with a panel surface, the solar cells to ¬ and the panel surface enclosing frame (3) and, arranged on the panel surface micro-solar inverter (2) according to one of the preceding claims, wherein the micro solar inverter (2) does not protrude the frame (3).
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