并網(wǎng)逆變器、系統(tǒng)和方法

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(10)申請?zhí)朇N102739092日(21)(22)1105284.22011.03.29(71)申請人索尼公地址(72)發(fā)明人約瑟夫·約翰·納撒尼爾·亞(74)專利機構(gòu)東方億思知權(quán)利要求書2說明書10頁附圖11H02M7/519權(quán)利要求書2說明書10頁附圖11(57)CN102739092從DC電壓源生成電流波形的DC-DCCN102739092CNCN102739092權(quán)利要求1/2一種能連接到電網(wǎng)的并網(wǎng)逆變器，所述并網(wǎng)逆變器包括可操作來從DC電壓源生成逆變器包括具有能連接到電池的第一側(cè)繞組和能連接到所述電網(wǎng)的第二側(cè)繞組的變壓器，極管和所述第二二極管串聯(lián)連接在正輸出軌和負輸出軌之間并朝向相同方向；容器和所述第二電容器串聯(lián)連接在所述正輸出軌和所述負輸出軌之間；一種用于操作能連接到電網(wǎng)的并網(wǎng)逆變器，所述并網(wǎng)逆變器包括DC-DC電流饋給極管和所述第二二極管串聯(lián)連接在正輸出軌和負輸出軌之間并朝向相同方向；容器和所述第二電容器串聯(lián)連接在所述正輸出軌和所述負輸出軌之間；CNCN102739092權(quán)利要求2/216連接在所述第二繞組的第二端與所述正供電軌和所述負供電軌中的一者之間，所述第五二極管朝著與所述第一場效應(yīng)晶體管的體二極管相反的方向。一種包含根據(jù)權(quán)利要求1DC源與一種被配置為在其中或其上22所述的計算機程序的介質(zhì)。 [0006] 器包括DC-DC電流饋給推挽變換器，該方法包括從DC電壓源生成電流電流波形基本[0010][0011]變壓器的第一側(cè)可具有連接到第一晶體管開關(guān)和第二晶體管開關(guān)的第一繞組，第 DC 路圖； [0020]52[0021]6A6C[0022]圖7A至圖7C路130。DC-DC變換器120和展開電路130形成根據(jù)本發(fā)明實施例的并網(wǎng)逆變器。130源，并DC-DC變換器120連接到電池被定為30Ah。電池110是能夠在任何一次傳遞大約1kW功率的DC電壓源。然而本發(fā)明不源插頭連接到電池110這些電源插頭通常將包括集成熔絲單元(未示出)。其一個示例是4引腳XLR型公插座。[0026]DC-DC變換120的輸出波形在1中示出。來DC-DC變換120的輸出(fullyrectifiedsignal)DC-DC變換器120的輸出事實上是DC電流并且不是利用橋電路產(chǎn)生但是如從圖2的討[0027]展開電130接收該全波整流信號100Hz切換來DC-DC變換120的輸出的極性以生成AC(交流)信號，該AC信號具有與電網(wǎng)的瞬時電壓類似的瞬時電壓。換言之，由DC-DC變換器120生成的電流波形的“波峰”中的交替波峰被切換為相反極性。因此展 [0029]參考2110被示為連接DC-DC變換120。DC-DC變換120的組件被虛線框環(huán)繞。DC-DC變換器120的輸出被饋送到展開電路130130的組件被另一 [0032]電池110(decouplingcapacitor)C6Q1[0033]Q3體管Q3的第二端子連接到地。第四開關(guān)晶體管Q4的第一端子連接到第二初級繞組的第二端子并且第四開關(guān)晶體管Q4的第二端子連接到地。[0034]Q5[0035]C3C4C4(negativerail)。第三電容器C3的第一端子連接到正供電軌。第一二極管D1的陰子也連接到正供電軌。第一二極管D1的陽子連接到變壓器的次級繞組的第二端子。第二二極管D2的陰子也連接到變壓器的次級繞組的第二端子。第二二極管D2的陽子連接到負供電軌。連接在第三二極管D3的陰子與負供電軌之間。第七開關(guān)晶體管Q7的第二端子連接到變壓器的次級繞組的第二端子。第七開關(guān)晶體管Q7的第一端子連接到第四二極管D4的陰子。第四二極管D4的第二端子連接到正供電軌。第五電容器C5連接在第四二極管D4的陰子與負供電軌之間。這第三和第四二極管D3和D4是肖特表現(xiàn)出快速的開關(guān)能力并且具有低的前向壓降(forwardvoltagedrop)。[0037]如前面提130連接DC-DC變換120。展開電130并聯(lián)連接到[0038] 這里應(yīng)注意第九至第十二開關(guān)晶體管Q9-Q12是功率MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)晶體管。這意味著二極管存在于MOSFET的漏極(陰極)與源極(陽極)之間。這有時被稱“體二極管并且存在于任何場效應(yīng)型晶體管中。在第九開關(guān)晶體管Q9中漏極連接到正供電軌在第十開關(guān)晶體管Q10中漏極連接到正供電在第十一開關(guān)晶體管Q11中漏極連接到負輸出軌在第十二開關(guān)晶體管Q12中漏極連接到正輸出軌[0039] 換言之在第一模式(電池到輸電網(wǎng))中第九至第十二開關(guān)晶體管Q9-Q12被切換來生成適當(dāng)?shù)妮敵霾ㄐ尾⑶以诘诙Ｊ?輸電網(wǎng)到電池)中第九至第十二開關(guān)晶體管Q9-Q12不被切換意味著每個MOSFET的漏極與源極之間的體二極管使第九至第十二開關(guān)晶體管Q9-Q12作為全橋整流器操作該全橋整流器在第五電容器C5兩端產(chǎn)生全波整流信號這確保并網(wǎng)逆變器可在兩種模式中操作并且因此是雙向的這減小了并網(wǎng)逆變器的尺寸和成本并網(wǎng)逆變器在傳統(tǒng)上可能具有一個在第一模式中操作的電路以及另一個在第二模式中操作的并行電路。 [0041]如本領(lǐng)域技術(shù)將理解的，DC-DC變換器120被配置為電流饋給推挽變換器。換到的輸電網(wǎng)之間的任何微小差異都將導(dǎo)致生成大電流(由于放置在并網(wǎng)逆變器與輸電網(wǎng)[0042]DC-DC120[0043]為了生成電流波形，DC-DC1205 n·Vbat(domesticsupply)[0045]0V325V)路的電壓降n·Vbat時，另外的開Q1Q2加。這兩個開關(guān)形成了降升壓電路。DC-DC變換器120可以持續(xù)地在降壓-升壓模式中操作。然為了減少開關(guān)降壓-升壓開關(guān)僅電壓等于或小于n·Vbat時操作。換言由于降壓-升壓模式僅路電壓為n·Vbat或低于n·Vbat時需要因此降壓-升壓模式僅路電壓為n·Vbat或低于n·Vbat時操作。[0046]壓-電-數(shù)DC-DC壓-升壓模式中的操作將被描述。 120的輸出將是由第五電容器C5提供的電流。[0049]在占空比的“關(guān)斷”時間期間，Q1Q2免貫通，在這些轉(zhuǎn)變之間存在輕微延遲。在第一“關(guān)斷”時間期間，使Q3保持導(dǎo)通并且將Q4切換為關(guān)斷。當(dāng)Q1L1兩端的電壓反轉(zhuǎn)。第六開關(guān)晶體管Q6是MOSFET晶體管。開關(guān)晶體管Q6的漏極連接到第二電容器C2。因此，即使第六開關(guān)晶體管Q6被切換為關(guān)斷，第六開關(guān)晶體管Q6內(nèi)的二極管效應(yīng)也充當(dāng)整流二極管(commutationdiode)管將第四開關(guān)晶體管Q4兩端的峰值電壓箝位到2Vline/n其中，Vline是輸電網(wǎng)的瞬時電壓并且n是變壓器的匝實施例中，n為3(即，與初級側(cè)的變壓器次級側(cè)上的線圈數(shù)為3倍)。[0050]在大約20nsQ6Q6被切換為導(dǎo)通可通過Q6流出第二電容器C2。當(dāng)電流經(jīng)由Q6和第二電容器C2流經(jīng)第二初級繞在次級繞組中感應(yīng)出電壓。這對第一二極管D1進行正向偏[0051]3EQ6間中從+I1/2到-I1/2線性地變化。這是因為必須維持箝位電容器C2上的安培-秒平衡(amp-secondsbalance)。在占空比的隨后“導(dǎo)Q4需要被切換為導(dǎo)通并且Q6需要被切換為關(guān)斷。在Q4被切換為導(dǎo)通之前片刻將Q6切換為關(guān)斷是有利的。這是因為當(dāng)電Q4兩端的電壓突降(collapseQ4在零電壓條件下導(dǎo)通。這減少了DC-DC120 DC-DC120L1Vline/n下降到(Vline/n)-Vbat。 n·.Vbat+δ模式(而不是使用電壓作為觸發(fā))。為了實現(xiàn)此輸出線電壓的相位被。在輸出電壓的0360°37°左右。[0057]有與輸電網(wǎng)相匹配的瞬時電壓的全波經(jīng)整流正弦波(full-waverectifiedsinusoid130100Hz(commutate)Q10Q1120-50kHz 大了這些器件的傳導(dǎo)損耗類型的二極管也將是足夠的( Vline/nQ4分支。L1Vbat。D3并流入變壓器繞組(經(jīng)由C4)。這在C4兩端并且因此在變壓器繞組兩端感應(yīng)出Vline/2的電壓。因此，n·Vline/2的電壓出現(xiàn)在L1兩端。 用相似的標(biāo)號表示。次級側(cè)變壓器繞組在圖4中被標(biāo)識為T2。另外，圖4示出了旨在防止或者至少降低變壓器飽和的發(fā)生的多個附加電路元件。該附加電路包括另一繞組TB，繞組TB的一端經(jīng)由電阻器R1連接在電容器C3與電容器C4之間，并且其另一端連接在二極管D5與二極管D6之間。二極管D5和二極管D6串聯(lián)連接在正輸出軌與負輸出軌之間并且兩者朝向與二極管D1和二極管D2相同的方向(即，朝向正輸出軌和負輸出軌中的一者或另一者)。 將理解，希望變壓器繞組T2在電容器C3與C4之間的一端是穩(wěn)定的。在理想電衡，從而導(dǎo)致變壓器飽和。在此情況中這通過另外的繞組TB來緩和，繞組TB用作分壓器(potentialdivider)T2用作該分壓器的另一半。將理通過對每個繞組使用相同或相似數(shù)目的變壓器匝數(shù)來將T2和TB配置為基本上相同量的能量，可以使T2與TB之間的中點并且因此使電容器C3與C4之間的中點穩(wěn)定。電阻器R1用來減小繞組上的紋將被疊加在電阻器R1兩端。如果電阻器R1器R2R3來使電容C3C4間的中點穩(wěn)定。電阻R2R3具有基本上相同的電阻，[0068]與電池到輸電網(wǎng)模式中一樣，在升壓模式中，Q1[0069]DC-DC120 控制電路200140140130輸出Iline和接收自DSP(未示出)的數(shù)字基準電流Iref。外環(huán)比較器140從所接收的IlineIrefIline-Irefεouter并將其傳遞給外環(huán)145140εouterEouter傳遞給控制號EouterDC-DC120Iind150器電流Iind與來自外環(huán)的經(jīng)放大誤差信號Eouter(Iind-Eouter)生成內(nèi)環(huán)誤差信號εinner。內(nèi)環(huán)誤差信號εinner然后被傳遞給內(nèi)環(huán)誤差放大器155155[0071]Eouter130 雖然前面針對一個或多個電池作為DC源進行了，但是本發(fā)明不被如此限制。任何類型的DC源可同樣地被使用。 參考圖6A至圖6C，示意性地圖示出了利用步進式(stepped)設(shè)計的這樣的平面113211341136以及位于各個卡的邊緣處的不同端子位置114211441146。希望每個初1226、第二側(cè)繞組軌道123212341236以及位于各個卡的邊緣處的不同端子位置1242、12441246。每個次級卡位于圖6C中相應(yīng)地標(biāo)記的槽中。圖6C圖示出了(圖6A和圖6B中六個卡的形式的)PCB變壓器將被安裝到的母板的六個槽。母板中的槽之間的連接用于通過將六個卡連接在一起來完成初級繞組和次級繞組的電路。在于卡1:1的槽1:1中，連接1305被設(shè)置。槽2:1中所示的另一連接被用來連接到于卡2:2的槽2:2。槽2:2以類似方式連接到槽2:3。槽2:3包括用作次級繞組的第二端子的輸出連接1307?？ê筒?2236224222442246。希望每個次級卡位于圖7C中相應(yīng)地標(biāo)記的槽中。圖7C圖示出了(圖7A和圖7B中六個卡的形式的)PCB變壓器將被安裝到的母板的六個槽母板中的槽之間的連接用于通過將六個卡連接在一起來完成初級繞組和次級繞組的電路在于A卡之一的槽A1中用作初級繞組的第一端子的輸入連接2311被設(shè)置槽A1中所示的另一連被用來連接到于A卡中的第二個卡的槽A2槽A2以類似方式連接到槽A3槽A3包括用作初級繞組的第二端子的輸出連接2313在于B卡之一的槽B1中用作次級繞組的第一端子的輸入連接2315被設(shè)置槽B1中所示的另一連接被用來連接到于B卡中的第