并网逆变器、系统和方法

(19)中民国家知识

(10)申请号CN102739092日(21)(22)1105284.22011.03.29(71)申请人索尼公地址(72)发明人约瑟夫·约翰·纳撒尼尔·亚(74)专利机构东方亿思知权利要求书2说明书10页附图11H02M7/519权利要求书2说明书10页附图11(57)CN102739092从DC电压源生成电流波形的DC-DCCN102739092CNCN102739092权利要求1/2一种能连接到电网的并网逆变器，所述并网逆变器包括可操作来从DC电压源生成逆变器包括具有能连接到电池的第一侧绕组和能连接到所述电网的第二侧绕组的变压器，极管和所述第二二极管串联连接在正输出轨和负输出轨之间并朝向相同方向；容器和所述第二电容器串联连接在所述正输出轨和所述负输出轨之间；一种用于操作能连接到电网的并网逆变器，所述并网逆变器包括DC-DC电流馈给极管和所述第二二极管串联连接在正输出轨和负输出轨之间并朝向相同方向；容器和所述第二电容器串联连接在所述正输出轨和所述负输出轨之间；CNCN102739092权利要求2/216连接在所述第二绕组的第二端与所述正供电轨和所述负供电轨中的一者之间，所述第五二极管朝着与所述第一场效应晶体管的体二极管相反的方向。一种包含根据权利要求1DC源与一种被配置为在其中或其上22所述的计算机程序的介质。 [0006] 器包括DC-DC电流馈给推挽变换器，该方法包括从DC电压源生成电流电流波形基本[0010][0011]变压器的第一侧可具有连接到第一晶体管开关和第二晶体管开关的第一绕组，第 DC 路图； [0020]52[0021]6A6C[0022]图7A至图7C路130。DC-DC变换器120和展开电路130形成根据本发明实施例的并网逆变器。130源，并DC-DC变换器120连接到电池被定为30Ah。电池110是能够在任何一次传递大约1kW功率的DC电压源。然而本发明不源插头连接到电池110这些电源插头通常将包括集成熔丝单元(未示出)。其一个示例是4引脚XLR型公插座。[0026]DC-DC变换120的输出波形在1中示出。来DC-DC变换120的输出(fullyrectifiedsignal)DC-DC变换器120的输出事实上是DC电流并且不是利用桥电路产生但是如从图2的讨[0027]展开电130接收该全波整流信号100Hz切换来DC-DC变换120的输出的极性以生成AC(交流)信号，该AC信号具有与电网的瞬时电压类似的瞬时电压。换言之，由DC-DC变换器120生成的电流波形的“波峰”中的交替波峰被切换为相反极性。因此展 [0029]参考2110被示为连接DC-DC变换120。DC-DC变换120的组件被虚线框环绕。DC-DC变换器120的输出被馈送到展开电路130130的组件被另一 [0032]电池110(decouplingcapacitor)C6Q1[0033]Q3体管Q3的第二端子连接到地。第四开关晶体管Q4的第一端子连接到第二初级绕组的第二端子并且第四开关晶体管Q4的第二端子连接到地。[0034]Q5[0035]C3C4C4(negativerail)。第三电容器C3的第一端子连接到正供电轨。第一二极管D1的阴子也连接到正供电轨。第一二极管D1的阳子连接到变压器的次级绕组的第二端子。第二二极管D2的阴子也连接到变压器的次级绕组的第二端子。第二二极管D2的阳子连接到负供电轨。连接在第三二极管D3的阴子与负供电轨之间。第七开关晶体管Q7的第二端子连接到变压器的次级绕组的第二端子。第七开关晶体管Q7的第一端子连接到第四二极管D4的阴子。第四二极管D4的第二端子连接到正供电轨。第五电容器C5连接在第四二极管D4的阴子与负供电轨之间。这第三和第四二极管D3和D4是肖特表现出快速的开关能力并且具有低的前向压降(forwardvoltagedrop)。[0037]如前面提130连接DC-DC变换120。展开电130并联连接到[0038] 这里应注意第九至第十二开关晶体管Q9-Q12是功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)晶体管。这意味着二极管存在于MOSFET的漏极(阴极)与源极(阳极)之间。这有时被称“体二极管并且存在于任何场效应型晶体管中。在第九开关晶体管Q9中漏极连接到正供电轨在第十开关晶体管Q10中漏极连接到正供电在第十一开关晶体管Q11中漏极连接到负输出轨在第十二开关晶体管Q12中漏极连接到正输出轨[0039] 换言之在第一模式(电池到输电网)中第九至第十二开关晶体管Q9-Q12被切换来生成适当的输出波形并且在第二模式(输电网到电池)中第九至第十二开关晶体管Q9-Q12不被切换意味着每个MOSFET的漏极与源极之间的体二极管使第九至第十二开关晶体管Q9-Q12作为全桥整流器操作该全桥整流器在第五电容器C5两端产生全波整流信号这确保并网逆变器可在两种模式中操作并且因此是双向的这减小了并网逆变器的尺寸和成本并网逆变器在传统上可能具有一个在第一模式中操作的电路以及另一个在第二模式中操作的并行电路。 [0041]如本领域技术将理解的，DC-DC变换器120被配置为电流馈给推挽变换器。换到的输电网之间的任何微小差异都将导致生成大电流(由于放置在并网逆变器与输电网[0042]DC-DC120[0043]为了生成电流波形，DC-DC1205 n·Vbat(domesticsupply)[0045]0V325V)路的电压降n·Vbat时，另外的开Q1Q2加。这两个开关形成了降升压电路。DC-DC变换器120可以持续地在降压-升压模式中操作。然为了减少开关降压-升压开关仅电压等于或小于n·Vbat时操作。换言由于降压-升压模式仅路电压为n·Vbat或低于n·Vbat时需要因此降压-升压模式仅路电压为n·Vbat或低于n·Vbat时操作。[0046]压-电-数DC-DC压-升压模式中的操作将被描述。 120的输出将是由第五电容器C5提供的电流。[0049]在占空比的“关断”时间期间，Q1Q2免贯通，在这些转变之间存在轻微延迟。在第一“关断”时间期间，使Q3保持导通并且将Q4切换为关断。当Q1L1两端的电压反转。第六开关晶体管Q6是MOSFET晶体管。开关晶体管Q6的漏极连接到第二电容器C2。因此，即使第六开关晶体管Q6被切换为关断，第六开关晶体管Q6内的二极管效应也充当整流二极管(commutationdiode)管将第四开关晶体管Q4两端的峰值电压箝位到2Vline/n其中，Vline是输电网的瞬时电压并且n是变压器的匝实施例中，n为3(即，与初级侧的变压器次级侧上的线圈数为3倍)。[0050]在大约20nsQ6Q6被切换为导通可通过Q6流出第二电容器C2。当电流经由Q6和第二电容器C2流经第二初级绕在次级绕组中感应出电压。这对第一二极管D1进行正向偏[0051]3EQ6间中从+I1/2到-I1/2线性地变化。这是因为必须维持箝位电容器C2上的安培-秒平衡(amp-secondsbalance)。在占空比的随后“导Q4需要被切换为导通并且Q6需要被切换为关断。在Q4被切换为导通之前片刻将Q6切换为关断是有利的。这是因为当电Q4两端的电压突降(collapseQ4在零电压条件下导通。这减少了DC-DC120 DC-DC120L1Vline/n下降到(Vline/n)-Vbat。 n·.Vbat+δ模式(而不是使用电压作为触发)。为了实现此输出线电压的相位被。在输出电压的0360°37°左右。[0057]有与输电网相匹配的瞬时电压的全波经整流正弦波(full-waverectifiedsinusoid130100Hz(commutate)Q10Q1120-50kHz 大了这些器件的传导损耗类型的二极管也将是足够的( Vline/nQ4分支。L1Vbat。D3并流入变压器绕组(经由C4)。这在C4两端并且因此在变压器绕组两端感应出Vline/2的电压。因此，n·Vline/2的电压出现在L1两端。 用相似的标号表示。次级侧变压器绕组在图4中被标识为T2。另外，图4示出了旨在防止或者至少降低变压器饱和的发生的多个附加电路元件。该附加电路包括另一绕组TB，绕组TB的一端经由电阻器R1连接在电容器C3与电容器C4之间，并且其另一端连接在二极管D5与二极管D6之间。二极管D5和二极管D6串联连接在正输出轨与负输出轨之间并且两者朝向与二极管D1和二极管D2相同的方向(即，朝向正输出轨和负输出轨中的一者或另一者)。 将理解，希望变压器绕组T2在电容器C3与C4之间的一端是稳定的。在理想电衡，从而导致变压器饱和。在此情况中这通过另外的绕组TB来缓和，绕组TB用作分压器(potentialdivider)T2用作该分压器的另一半。将理通过对每个绕组使用相同或相似数目的变压器匝数来将T2和TB配置为基本上相同量的能量，可以使T2与TB之间的中点并且因此使电容器C3与C4之间的中点稳定。电阻器R1用来减小绕组上的纹将被叠加在电阻器R1两端。如果电阻器R1器R2R3来使电容C3C4间的中点稳定。电阻R2R3具有基本上相同的电阻，[0068]与电池到输电网模式中一样，在升压模式中，Q1[0069]DC-DC120 控制电路200140140130输出Iline和接收自DSP(未示出)的数字基准电流Iref。外环比较器140从所接收的IlineIrefIline-Irefεouter并将其传递给外环145140εouterEouter传递给控制号EouterDC-DC120Iind150器电流Iind与来自外环的经放大误差信号Eouter(Iind-Eouter)生成内环误差信号εinner。内环误差信号εinner然后被传递给内环误差放大器155155[0071]Eouter130 虽然前面针对一个或多个电池作为DC源进行了，但是本发明不被如此限制。任何类型的DC源可同样地被使用。 参考图6A至图6C，示意性地图示出了利用步进式(stepped)设计的这样的平面113211341136以及位于各个卡的边缘处的不同端子位置114211441146。希望每个初1226、第二侧绕组轨道123212341236以及位于各个卡的边缘处的不同端子位置1242、12441246。每个次级卡位于图6C中相应地标记的槽中。图6C图示出了(图6A和图6B中六个卡的形式的)PCB变压器将被安装到的母板的六个槽。母板中的槽之间的连接用于通过将六个卡连接在一起来完成初级绕组和次级绕组的电路。在于卡1:1的槽1:1中，连接1305被设置。槽2:1中所示的另一连接被用来连接到于卡2:2的槽2:2。槽2:2以类似方式连接到槽2:3。槽2:3包括用作次级绕组的第二端子的输出连接1307。卡和槽 2236224222442246。希望每个次级卡位于图7C中相应地标记的槽中。图7C图示出了(图7A和图7B中六个卡的形式的)PCB变压器将被安装到的母板的六个槽母板中的槽之间的连接用于通过将六个卡连接在一起来完成初级绕组和次级绕组的电路在于A卡之一的槽A1中用作初级绕组的第一端子的输入连接2311被设置槽A1中所示的另一连被用来连接到于A卡中的第二个卡的槽A2槽A2以类似方式连接到槽A3槽A3包括用作初级绕组的第二端子的输出连接2313在于B卡之一的槽B1中用作次级绕组的第一端子的输入连接2315被设置槽B1中所示的另一连接被用来连接到于B卡中的第