專利名稱：直流交流逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及DC-AC逆變器。
背景技術(shù)：
本部分提供涉及本公開的背景信息，這些信息并不一定是現(xiàn)有技術(shù)。
一些電源變換器將直流電(DC)轉(zhuǎn)換成交流電(AC)。這種DC-AC變換器通常被稱 為逆變器。逆變器可以具有很多工業(yè)和商業(yè)用途，例如包括，將電池或光伏電源的DC電能 轉(zhuǎn)換成用于負(fù)載的AC電能。逆變器還可用于向電力網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)AC電能。
圖1至圖6示出若干已知逆變器。圖1示出包括使用對(duì)稱雙極開關(guān)的半橋拓?fù)涞?逆變器。圖2示出采用具有對(duì)稱單極開關(guān)的全橋變換器的已知逆變器。圖3示出包括使用 非對(duì)稱單極開關(guān)的全橋變換器的另一已知逆變器。圖4示出包括由降壓變換器前端供電的 全橋變換器的另一已知逆變器。圖5中示出包括降壓變換器的修改版本的另一已知逆變 器。圖6中示出三級(jí)半橋逆變器。發(fā)明內(nèi)容
本部分提供本公開的綜述，且并不是本發(fā)明全部范圍和所有特征的綜合公開。
根據(jù)本公開的一個(gè)方面，公開了一種操作DC-AC逆變器以產(chǎn)生具有交替的正半周 期和負(fù)半周期的AC功率的方法。該逆變器具有連接到DC電源的輸入、輸出、耦合在輸入和 輸出之間的第一降壓變換器，以及耦合在輸入和輸出之間的第二降壓變換器。該方法包括 交替地操作第一降壓變換器和第二降壓變換器以在輸出交替地產(chǎn)生正半周期和負(fù)半周期。
根據(jù)本公開的另一方面，用于將DC功率輸入轉(zhuǎn)換成AC功率輸出的DC-AC逆變器 包括用于連接到DC電源的輸入以及包括第一輸出端和第二輸出端的輸出。第一降壓變換 器耦合在輸入和輸出之間，且第二降壓變換器耦合在輸入和輸出之間。該逆變器還包括用 于交替地操作第一降壓變換器和第二降壓變換器以在輸出產(chǎn)生AC功率的控制器。
根據(jù)本公開的又一方面，DC-AC逆變器包括用于連接到DC電源的輸入以及包括第 一輸出端和第二輸出端的輸出。該逆變器還包括具有第一端和第二端的第一電源開關(guān)以及 具有第一端和第二端的第二電源開關(guān)。該逆變器還包括具有第一端和第二端的第一電感器 以及具有第一端和第二端的第二電感器。該逆變器還包括第一接地開關(guān)和第二接地開關(guān)。 第一電源開關(guān)的第一端和第二電源開關(guān)的第一端耦合到輸入。第一電源開關(guān)的第二端耦合 到第一電感器的第一端。第二電源開關(guān)的第二端耦合到第二電感器的第一端。第一電感器 的第二端耦合到第一輸出端。第二電感器的第二端耦合到第二輸出端。第一接地開關(guān)耦合 在第一輸出端和參考電壓之間，且第二接地開關(guān)耦合在第二輸出端和參考電壓之間。
根據(jù)此處提供的描述，其他應(yīng)用性領(lǐng)域?qū)⒆兊蔑@而易見。應(yīng)理解，本公開的各個(gè)方 面可以獨(dú)立地實(shí)施，也可與一個(gè)或多個(gè)其他方面組合起來實(shí)施。還應(yīng)理解，本概述中的描述 和特定示例僅用于說明目的，且并不限制本公開的范圍。


此處描述的附圖僅用于說明所選實(shí)施例而非說明全部可能實(shí)施例，且并不旨在限 制本公開的范圍。
圖1-圖6是說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的各種逆變器設(shè)計(jì)的電路圖。
圖7是根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例的DC-AC逆變器的電路圖。
圖8是圖7的逆變器在正半周期的等效電路圖。
圖9是圖7的逆變器在負(fù)半周期的等效電路圖。
圖10是圖7的逆變器在正半周期的簡化電路圖。
圖11是耦合到400伏特DC電源輸入的圖7的逆變器的模擬波形的曲線圖。
圖12是圖7的逆變器的等效電路圖，示出了共模噪聲耦合路徑。
圖13是當(dāng)電源開關(guān)導(dǎo)通時(shí)圖12的電路的等效電路圖。
圖14是在空轉(zhuǎn)時(shí)期中圖12的電路的等效電路圖。
圖15是用于圖12的電路的模擬電壓波形的曲線圖。
圖16是放大到較小的時(shí)間標(biāo)度的圖15的模擬電壓波形圖的一部分。
圖17是圖7的逆變器在其輸出耦合到電力網(wǎng)絡(luò)時(shí)的電路圖。
圖18是根據(jù)本公開的另一示例性實(shí)施例的示例性DC-AC逆變器的電路圖。
圖19是根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例包括兩個(gè)鉗位器(clamp)的示例性DC-AC逆 變器的電路圖。
圖20是根據(jù)本公開的另一示例性實(shí)施例包括兩個(gè)鉗位器的示例性DC-AC逆變器 的電路圖。
在附圖的若干視圖中，相應(yīng)的參考標(biāo)號(hào)表示相應(yīng)的部件。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將參考附圖更充分地描述示例性實(shí)施例。
提供示例性實(shí)施例是為了使得本公開將被本領(lǐng)域技術(shù)人員徹底理解，且向本領(lǐng)域 技術(shù)人員傳達(dá)本發(fā)明的范圍。提出諸如特定部件、裝置和方法的示例這樣的很多特定細(xì)節(jié)， 是為了提供對(duì)本公開的實(shí)施例的透徹理解。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，很明顯，不必采用特 定細(xì)節(jié)，示例性實(shí)施例可以以很多不同形式實(shí)施且并不應(yīng)理解為限制了本公開的范圍。在 一些示例性實(shí)施例中，并不詳細(xì)描述公知的處理、公知的裝置結(jié)構(gòu)和公知的技術(shù)。
此處使用的術(shù)語僅用于描述特定示例性實(shí)施例，而并不表示限制。當(dāng)在此使用時(shí)， 除非上下文明確指明，否則表示單數(shù)形式的詞語“一”、“一個(gè)”和“該”可以包括復(fù)數(shù)形式。 術(shù)語“包含”、“包括”以及“具有”是包含性的，且因此說明陳述的特征、整體、步驟、操作、元 素和/或部件的存在，而不排除一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元素、部件和/或它 們的組合的存在或附加。此處描述的方法步驟、處理和操作不應(yīng)理解成必須要求它們以討 論或示意的特定順序來執(zhí)行，除非明確指定為執(zhí)行順序。還應(yīng)當(dāng)理解可以采用附加或備選 步驟。
當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在”另一元件或?qū)印吧稀保敖雍系健?、“連接到”或“耦合到”另一 元件或?qū)訒r(shí)，它可以直接位于其他元件或?qū)由?，接合、連接或耦合到其他元件或?qū)?，或者?以存在中間元件和/或?qū)?。相反，?dāng)元件被稱為為“直接位于”另一元件或?qū)印吧稀?、“直接接合到”、“直接連接到”或“直接耦合到”另一元件或?qū)訒r(shí)，不存在中間元件或?qū)印Ｓ糜诿枋鲈?件之間的關(guān)系的其他詞匯應(yīng)以類似的方式理解(例如“在...之間”與“直接在...之間”， “相鄰”與“直接相鄰”等)。當(dāng)在此使用時(shí)，術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或更多相關(guān)列舉項(xiàng)的任 意和所有組合。
盡管此處術(shù)語第一、第二、第三等可用于描述各種元件、部件、區(qū)域、層和/或部 分，這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分不受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語可以僅用于將一個(gè) 元件、部件、區(qū)域、層或部分與另一個(gè)元件、部件、區(qū)域、層或部分區(qū)分開。除非上下文明確指 明，此處使用的諸如“第一”、“第二”的術(shù)語和其他數(shù)字術(shù)語并不暗示序列或順序。因而，下 面討論的第一元件、部件、區(qū)域、層或部分可以命名為第二元件、部件、區(qū)域、層或部分，而不 背離示例性實(shí)施例的教導(dǎo)。
根據(jù)本公開的一個(gè)方面，公開了一種操作DC-AC逆變器以產(chǎn)生具有交替的正半周 期和負(fù)半周期的AC功率的方法。逆變器具有連接到DC電源的輸入、輸出、耦合在輸入和輸 出之間的第一降壓變換器以及耦合在輸入和輸出之間的第二降壓變換器。該方法包括交 替地操作該第一降壓變換器和該第二降壓變換器，以在輸出交替地產(chǎn)生正半周期和負(fù)半周 期。
交替地操作該第一降壓變換器和該第二降壓變換器可以包括在第二降壓變換器 工作時(shí)不操作第一降壓變換器。類似地，它可以包括在第一降壓變換器工作時(shí)不操作第二 降壓變換器。
逆變器輸出可以包括第一和第二輸出端，第一降壓變換器連接到第一輸出端，且 第二降壓變換器連接到第二輸出端。以這種方式，如果每個(gè)降壓變換器都可操作以產(chǎn)生通 過其相關(guān)電感器的正電流，則耦合跨接在第一和第二輸出端的負(fù)載將在逆變器輸出經(jīng)歷交 替的正半周期和負(fù)半周期(即，AC功率)。
逆變器的輸入可以耦合到任意合適的DC電源，例如包括電池、光伏電源、提供DC 功率的電源變換器等。逆變器的輸出可以耦合到需要AC功率的任意裝置或系統(tǒng)。
可以使用任意合適的控制技術(shù)控制第一和第二降壓變換器，這些技術(shù)例如包括平 均電流模式控制技術(shù)、電壓模式正弦PWM(SPWM)控制等。
如果第一和第二降壓變換器分別連接到第一和第二輸出端，則該方法還可以包括 在第二降壓變換器工作時(shí)將第一輸出端連接到參考電壓，且在第一降壓變換器工作時(shí)將該 第二輸出端連接到參考電壓。照這樣，耦合到非工作降壓變換器的輸出端可以連接到參考 電壓。
逆變器還可以包括耦合在輸出端和參考電壓之間的接地開關(guān)，用于交替地連接第 一和第二輸出端到參考電壓。
參考電壓可以是任意合適的參考電壓，例如包括DC電源的負(fù)端(DC-)、DC電源的 正端(DC+)、系統(tǒng)接地、接地、浮動(dòng)接地等。
在上述方法的一個(gè)示例性應(yīng)用中，DC/AC逆變器的輸出可以連接到電力網(wǎng)絡(luò)，用于 向電力網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)AC功率。對(duì)于這些并網(wǎng)應(yīng)用，如果輸出端交替地連接到參考電壓，則電力 網(wǎng)絡(luò)端將同樣交替地連接到參考電壓。這可以減小某些應(yīng)用(包括逆變器輸入耦合到光伏 電源的某些應(yīng)用)中的電磁干擾(EMI)。
另外，如果逆變器包括接地開關(guān)，降壓變換器包括電源開關(guān)，且逆變器輸出關(guān)聯(lián)到電力網(wǎng)絡(luò)，則該方法還包括以電力網(wǎng)絡(luò)的線路頻率切換接地開關(guān)，以及以比該線路頻率更 高的頻率切換電源開關(guān)。
現(xiàn)在將參考圖7-圖15描述能夠執(zhí)行上述方法的DC-AC逆變器的一個(gè)示例性實(shí)施 例。但，應(yīng)當(dāng)理解，該方法可以使用含有第一和第二降壓變換器的各式其他逆變器設(shè)計(jì)來實(shí) 踐，且該方法不限于圖7所示的特定示例。
如圖7所示，逆變器100包括用于連接到DC電源VDC的輸入102，以及包括第一輸 出端106和第二輸出端108的輸出104。第一降壓變換器110耦合在輸出102和輸出104 之間。第二降壓變換器112也耦合在輸入102和輸出104之間。逆變器100還包括控制器 114，用于交替地操作第一降壓變換器110和第二降壓變換器112以在輸出104產(chǎn)生AC功率。
在圖7所示的特定實(shí)施例中，逆變器100包括耦合在第一輸出端106和參考電壓 端之間的第一接地開關(guān)116以及耦合在第二輸出端108和參考電壓端之間的第二接地開關(guān) 118。在該示例中，參考電壓端是輸入102的DC-端。備選地，可以采用其他任意合適的參 考電壓，例如包括輸入102的DC+端、系統(tǒng)接地、接地、浮動(dòng)接地等。
接地開關(guān)116、118在交替的半周期中閉合以將它們各自的輸出端106、108耦合到 參考電壓端。例如，當(dāng)?shù)谝唤祲鹤儞Q器110工作時(shí)，第二降壓變換器112不工作，并且第二 開關(guān)118被控制器114閉合以將第二輸出端108耦合到參考電壓。類似地，當(dāng)?shù)诙祲鹤?換器112工作時(shí)，第一降壓變換器110不工作，且第一開關(guān)116被控制器114閉合以將輸出 端106耦合到參考電壓。
在該示例性實(shí)施例中，逆變器100包括電壓傳感器VSEN1，用以感測(cè)逆變器100 的輸出電壓和向控制器114提供代表該輸出電壓的信號(hào)。逆變器100還包括電流傳感器 ISEm，用以感測(cè)逆變器100的輸出電流和向控制器114提供代表該輸出電流的信號(hào)。電壓 傳感器VSEN 1和電流傳感器ISEm可以是分別適于測(cè)量電壓和電流的任意類型的傳感器。 例如，電壓傳感器VSEm可以是耦合跨接在輸出端106、108的電阻器和適當(dāng)?shù)碾娐废到y(tǒng)，電 流傳感器ISENIl可以是與輸出端106、108之一串聯(lián)的低阻值電阻器，電流傳感器ISEN 1 可以是霍爾傳感器等。
控制器114配置成交替地操作產(chǎn)生正半周期的第一降壓變換器110和產(chǎn)生負(fù)半 周期的第二降壓變換器112。而且，在該示例性實(shí)施例中，控制器114配置成當(dāng)降壓變換器 110、112之一正在操作時(shí)不操作降壓變換器110、112其中的另一個(gè)。在第一降壓變換器110 和第二降壓變換器112的操作之間可以存在短暫的死時(shí)間(dead time)，S卩，逆變器110、 112均不工作的時(shí)間。死時(shí)間幫助避免第一和第二開關(guān)116、118同時(shí)導(dǎo)通。控制器114還 提供切換信號(hào)以操作第一接地開關(guān)116和第二接地開關(guān)118，從而交替地將輸出端106、108 連接到參考電壓。
控制器114可以是逆變器100的專用控制器，或者還可以控制其他電路、系統(tǒng)(包 括負(fù)載)等。合適的控制器的示例包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、微處理器、微控制器、現(xiàn)場(chǎng)可 編程門陣列(FPGA)及這些裝置的組合。
在圖7所示的示例性實(shí)施例中，第一降壓變換器100包括電源開關(guān)Q4、電感器L2 和二極管D2。類似地，第二降壓變換器112包括電源開關(guān)Q3、電感器Ll和二極管D1。第一 降壓變換器110和第二降壓變換器112共享耦合跨接在輸出端106、108之間的輸出電容器120。
盡管接地和電源開關(guān)被示為M0SFET，應(yīng)當(dāng)理解，可以采用其他類型的開關(guān)，例如 BJT、IGBT 等。
圖8是當(dāng)逆變器100產(chǎn)生正半周期時(shí)逆變器100的等效電路。從圖8可以看出， 當(dāng)產(chǎn)生正半周期時(shí)，逆變器100簡化為第一降壓變換器110。類似地，圖9是當(dāng)逆變器100 產(chǎn)生負(fù)半周期時(shí)逆變器100的等效電路。從圖9可以看出，當(dāng)產(chǎn)生負(fù)半周期時(shí)，逆變器100 簡化為第二降壓變換器112。
為了產(chǎn)生正半周期，控制器114使用合適的控制技術(shù)操作第一降壓變換器110，以 產(chǎn)生大體上為正弦的輸出電流。在此時(shí)間，控制器114還向第二接地開關(guān)118提供導(dǎo)致第 二接地開關(guān)118閉合的控制信號(hào)。因此，當(dāng)?shù)谝唤祲鹤儞Q器110在輸出104產(chǎn)生正半周期 時(shí)，第二輸出端108耦合到參考電壓。相反，為了產(chǎn)生負(fù)半周期，控制器使用合適的控制技 術(shù)操作第二降壓變換器112，以產(chǎn)生大體上為正弦的輸出電流。在此時(shí)間，控制器114還向 第一接地開關(guān)116提供導(dǎo)致第一接地開關(guān)116閉合的控制信號(hào)。因此，當(dāng)?shù)诙祲鹤儞Q器 112在輸出104產(chǎn)生負(fù)半周期時(shí)，第一輸出端106耦合到參考電壓。通過分別交替地操作第 一和第二降壓變換器且交替地閉合第二和第一接地開關(guān)，在輸出104產(chǎn)生交替的正半周期 和負(fù)半周期(即，AC功率)。
圖10中示意了另一等效電路，示出正半周期中的逆變器100。如圖10所示，第二 接地開關(guān)Oa)被短接到參考電壓。
圖11示出在每個(gè)正半周期122和每個(gè)負(fù)半周期124期間逆變器100的模擬波形。 如圖11所示，在正半周期122中當(dāng)?shù)诙拥亻_關(guān)Oil)閉合時(shí)，第二接地開關(guān)Oil)兩端的 電壓130近似為零。此時(shí)，第一接地開關(guān)0^2)兩端的電壓以大體上正弦的方式升高和降 低，且基本上跟蹤通過電感器L2的電流128。在負(fù)半周期124，在閉合的第一接地開關(guān)0)2) 兩端的電壓126近似為零。此時(shí)，第二接地開關(guān)Oil)兩端的電壓以大體上正弦的方式升高 和降低，且基本上跟蹤通過電感器Ll的電流。因?yàn)榈谝唤祲鹤儞Q器110和第二降壓變換器 112耦合到不同的輸出端106、108，跨接輸出端106、108的負(fù)載將經(jīng)歷具有交替的正半周期 和負(fù)半周期的基本上為正弦的輸出。
圖12是逆變器100的另一等效電路，示出了在各正半周期期間的共模噪聲耦合路 徑。圖13是當(dāng)?shù)谝唤祲鹤儞Q器110的電源開關(guān)OH)導(dǎo)通時(shí)逆變器100的等效電路。圖14 是在正半周期期間當(dāng)電源開關(guān)OH)關(guān)斷(即，正半周期期間的空轉(zhuǎn)時(shí)期)時(shí)逆變器100的 等效電路。
圖15和圖16示出在逆變器100的不同節(jié)點(diǎn)處的對(duì)地電壓。圖15和圖16包括電 源開關(guān)Q4上的漏源電壓(drain to sink voltage) (Vds)的波形136。當(dāng)電源開關(guān)Q4導(dǎo) 通(即，導(dǎo)電的、閉合等)時(shí)，電源開關(guān)Q4將具有接近0伏特的Vds，而當(dāng)電源開關(guān)Q4關(guān)斷 (即不導(dǎo)電的、斷開等)時(shí)，Vds約為DC電源VDC的電壓(在本示例中為400伏特)。二極 管D2的陰極和接地之間的電壓的波形138也在圖15和圖16中示出。該電壓，即CM1，在 電源開關(guān)Q4導(dǎo)通時(shí)將近似等于DC電源VDC的電壓減去逆變器100的AC輸出電壓的一半， 而在電源開關(guān)Q4關(guān)斷時(shí)近似等于逆變器100的AC輸出電壓的負(fù)一半。如圖15中的波形 140和143所示，CM2和CM3 (圖12-圖14中)兩端的電壓是低頻電壓。具體而言，該電壓 可以具有逆變器100的輸出104關(guān)聯(lián)的電力網(wǎng)絡(luò)的線路頻率。與CM2和CM3兩端的高頻電壓相比，這些低頻電壓可以導(dǎo)致減小的EMI。
圖17示出了連接到電力網(wǎng)絡(luò)144的逆變器100。在該示例中，以網(wǎng)絡(luò)144的線路 頻率切換第一接地開關(guān)0^2)和第二接地開關(guān)(Ql)，使得逆變器100產(chǎn)生與網(wǎng)絡(luò)144(除了 逆變器100之外，還從一個(gè)或多個(gè)其它源接收AC功率)同相的AC功率。
在圖18中示出了能夠執(zhí)行上述方法的DC-AC逆變器200的另一示例。逆變器200 以與上面討論的逆變器100類似的方式操作。對(duì)于正半周期，接地開關(guān)Ql將保持導(dǎo)通，且 電源開關(guān)Q4、電感器L2和二極管D2將作為降壓變換器進(jìn)行工作。在負(fù)半周期，接地開關(guān) Q2將導(dǎo)通，且電源開關(guān)Q3、電感器Ll和二極管Dl將作為降壓變換器進(jìn)行工作。但，和逆變 器100相比，在逆變器200中，電源開關(guān)Q3、Q4的位置分別與二極管Dl、D2交換。當(dāng)接地 開關(guān)Q2、Q1交替地導(dǎo)通時(shí)，第一輸出端206或第二輸出端208分別耦合到DC+(而不是圖7 的示例性實(shí)施例中的DC-)。在這種示例性實(shí)施例中，可以更容易地驅(qū)動(dòng)(即控制、切換等) 電源開關(guān)Q3、Q4。
在圖19中示出了能夠執(zhí)行上述方法的DC-AC逆變器300的另一示例。逆變器300 以與上面討論的逆變器100和200類似的方式操作，且包括類似的部件。逆變器300將來自 DC電源VDC的DC輸入轉(zhuǎn)換成第一輸出端306和第二輸出端308之間的AC輸出。例如，對(duì) 于正半周期，接地開關(guān)Ql將保持接通(將第二輸出端308耦合到DC-)，且電源開關(guān)Q4、電 感器L2和二極管D2將作為降壓變換器工作。在負(fù)半周期，接地開關(guān)Q2將接通(將第一輸 出端306耦合到DC-)，且電源開關(guān)Q3、電感器Ll和二極管Dl將作為降壓變換器工作。逆 變器300還包括第一鉗位器346和第二鉗位器348。盡管在該具體示例中第一和第二鉗位 器346、348是二極管，但第一和第二鉗位器346、348可以是任意合適的鉗位電路、部件等。 鉗位器346、348將輸出電容器320兩端的電壓鉗位到DC輸入電壓。如下面所討論，鉗位到 輸入電壓可以幫助避免輸出電容器320上的過壓條件的發(fā)生，且避免對(duì)接地開關(guān)Ql和Q2 的損害。
圖20示出能夠執(zhí)行上述方法的DC-AC逆變器400的又一示例。逆變器400以與 上面討論的逆變器100、200、300類似的方式操作且包括類似的部件。逆變器400將來自DC 電源VDC的DC輸入轉(zhuǎn)換為第一輸出端406和第二輸出端408之間的AC輸出。例如，對(duì)于 正半周期，接地開關(guān)Ql將保持接通(將第二輸出端408耦合到DC+)，且電源開關(guān)Q4、電感 器L2和二極管D2將作為降壓變換器工作。在負(fù)半周期，接地開關(guān)Q2將接通(將第一輸出 端406耦合到DC+)，且電源開關(guān)Q3、電感器Ll和二極管Dl將作為降壓變換器工作。逆變 器400還包括第一鉗位器446和第二鉗位器448。盡管在該具體示例中第一和第二鉗位器 446,448是二極管，第一和第二鉗位器446、448可以是任意合適的鉗位電路、部件等。如下 面所討論，鉗位器446、448將輸出電容器420兩端的電壓鉗位到DC輸入電壓，以幫助避免 輸出電容器420上的過壓條件的發(fā)生且避免對(duì)接地開關(guān)Ql和Q2的損害。
和逆變器100、200相似，逆變器300、400可以用在并網(wǎng)應(yīng)用(即輸出304、404連 接到AC電力網(wǎng)絡(luò))中，且可以作為電流源工作。在這種應(yīng)用中，逆變器300、400配置成調(diào) 節(jié)和維持其輸出電流而不管其所連網(wǎng)絡(luò)的電壓，只要網(wǎng)絡(luò)電壓的峰值不超過DC輸入電壓 的約95%。在這種操作中，存儲(chǔ)在電感器Ll或L2(依賴于產(chǎn)生正半周期還是負(fù)半周期) 中的能量等于Ll或L2的電感的一半乘以輸出電流的瞬時(shí)值的平方。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)電壓處于峰值 或峰值附近時(shí)，存儲(chǔ)在電感器Ll或L2中的能量將最大且可能相當(dāng)大。如果逆變器此時(shí)從網(wǎng)絡(luò)斷開(或者當(dāng)存儲(chǔ)在電感器Ll或L2中的能量足夠大的任意其他時(shí)刻)，電感器Ll或 L2中的能量被傳輸?shù)捷敵鲭娙萜?20、420。因?yàn)檫@種輸出電容器典型很小，能量的這種傳 輸可能導(dǎo)致過壓條件。當(dāng)電容器320或420兩端的電壓在接地開關(guān)Ql或Q2的非導(dǎo)電狀態(tài) 施加到接地開關(guān)Ql或Q2時(shí)，如果電壓超過開關(guān)額定最大電壓，開關(guān)可能損壞。然而，鉗位 器346、348、446、448鉗位電容器320、420上的電壓，且因而將接地開關(guān)Ql和Q2兩端的電 壓鉗位到DC輸入電壓(忽略鉗位二極管壓降)且將過剩能量返回DC電源VDC而不是電容 器320、420。因此，電容器320、420和接地開關(guān)Ql和Q2上的過壓條件得以避免。
提供實(shí)施例的上述描述是為了說明和描述目的。其并不旨在是排他性的也并不旨 在限制本發(fā)明。特定實(shí)施例的各個(gè)元件或特征一般不限于該具體實(shí)施例，而是，即使沒有明 確示出或描述，在應(yīng)用時(shí)可以互換且可以在所選實(shí)施例中使用。同樣其可以以各種方式變 型。這種變型并不被認(rèn)為偏離了本發(fā)明，且所有這種修改旨在包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于將DC功率輸入轉(zhuǎn)換成AC功率輸出的DC-AC逆變器，該逆變器包括 輸入，用于連接到DC電源；輸出，包括第一輸出端和第二輸出端； 第一降壓變換器，耦合在所述輸入和所述輸出之間； 第二降壓變換器，耦合在所述輸入和所述輸出之間；以及控制器，用于交替地操作所述第一降壓變換器和所述第二降壓變換器以在所述輸出產(chǎn) 生AC功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器，其中所述AC功率包括交替的正半周期和負(fù)半周期， 所述控制器配置成操作所述第一降壓變換器，產(chǎn)生所述正半周期，和操作所述第二降壓變 換器，產(chǎn)生所述負(fù)半周期。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的逆變器，其中所述控制器配置成在所述第二降壓變換器工作 時(shí)不操作所述第一降壓變換器，且在所述第一降壓變換器工作時(shí)不操作所述第二降壓變換ο
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的逆變器，其中所述第一降壓變換器的輸出耦合到所述第一輸 出端，所述第二降壓變換器的輸出耦合到所述第二輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的逆變器，還包括耦合在所述第一輸出端和參考電壓端之間的 第一開關(guān)，和耦合在所述第二輸出端與所述參考電壓端之間的第二開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的逆變器，其中所述控制器配置成，在操作所述第二降壓變換 器時(shí)，經(jīng)由所述第一開關(guān)將所述第一輸出端連接到所述參考電壓端，和配置成，在操作所述 第一降壓變換器時(shí)，經(jīng)由所述第二開關(guān)將所述第二輸出端連接到所述參考電壓端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的逆變器，其中所述輸入包括DC+端和DC-端，所述DC-端是所 述參考電壓端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器，其中所述第一降壓變換器包括與所述第二降壓變換 器共用的輸出電容器。
9.一種DC-AC逆變器，包括 輸入，連接到DC電源；輸出，包括第一輸出端和第二輸出端，該輸出用于從所述逆變器輸出AC功率；第一電源開關(guān)，具有第一端和第二端；第二電源開關(guān)，具有第一端和第二端；第一電感器，具有第一端和第二端；和第二電感器，具有第一端和第二端；第一接地開關(guān)；第二接地開關(guān)；并且所述第一電源開關(guān)的第一端和所述第二電源開關(guān)的第一端耦合到所述輸入，所述第一 電源開關(guān)的第二端耦合到所述第一電感器的第一端，所述第二電源開關(guān)的第二端耦合到所 述第二電感器的第一端，所述第一電感器的第二端耦合到所述第一輸出端，所述第二電感 器的第二端耦合到所述第二輸出端，所述第一接地開關(guān)耦合在所述第一輸出端和參考電壓 端之間，且所述第二接地開關(guān)耦合在所述第二輸出端和所述參考電壓端之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的逆變器，還包括耦合在所述第一電源開關(guān)的第二端和所述參考電壓端之間的第一二極管，和耦合在所述第二電源開關(guān)的第二端和所述參考電壓端之 間的第二二極管。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的逆變器，還包括控制器，該控制器配置成控制所述第一電 源開關(guān)、所述第二電源開關(guān)、所述第一接地開關(guān)和所述第二接地開關(guān)，以在所述輸出產(chǎn)生AC功率。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的逆變器，還包括電壓傳感器，耦合到所述控制器，提供代表 橫跨所述第一輸出端和第二輸出端的電壓的信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的逆變器，還包括耦合到所述控制器的電流傳感器，提供代 表所述逆變器的輸出電流的信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的逆變器，還包括輸出電容器，耦合在所述第一輸出端和第 二輸出端之間。
15.一種操作DC-AC逆變器以產(chǎn)生具有交替的正半周期和負(fù)半周期的AC功率的方法， 該逆變器具有連接到DC電源的輸入、輸出、耦合在所述輸入和所述輸出之間的第一降壓變 換器，以及耦合在所述輸入和所述輸出之間的第二降壓變換器，該方法包括交替地操作所 述第一降壓變換器和所述第二降壓變換器，以在所述輸出交替地產(chǎn)生所述正半周期和所述 負(fù)半周期。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中交替地操作所述第一降壓變換器和所述第二降 壓變換器包括，在所述第二降壓變換器不工作時(shí)操作所述第一降壓變換器，和在所述第一 降壓變換器不工作時(shí)操作所述第二降壓變換器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述輸出包括第一輸出端和第二輸出端，該方 法還包括在操作所述第二降壓變換器時(shí)將所述第一輸出端耦合到參考電壓，和在操作所述 第一降壓變換器時(shí)將所述第二輸出端耦合到所述參考電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述逆變器包括第一接地開關(guān)和第二接地開 關(guān)，該第一接地開關(guān)耦合在所述第一輸出端和所述參考電壓之間，該第二接地開關(guān)耦合在 所述第二輸出端和所述參考電壓之間，其中將所述第一輸出端耦合到所述參考電壓包括經(jīng) 由所述第一接地開關(guān)將所述第一輸出端耦合到所述參考電壓，將所述第二輸出端耦合到所 述參考電壓包括經(jīng)由所述第二接地開關(guān)將所述第二輸出端耦合到所述參考電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述輸入包括DC+端和DC-端，且其中所述輸出 耦合到電力網(wǎng)絡(luò)，所述DC-端是所述參考電壓。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一降壓變換器包括第一電源開關(guān)，所述 第二降壓變換器包括第二電源開關(guān)，且其中交替地操作所述第一降壓變換器和所述第二降 壓變換器包括以所述電力網(wǎng)絡(luò)的線路頻率切換所述第一接地開關(guān)和第二接地開關(guān)，且以比 該線路頻率高的頻率切換所述第一電源開關(guān)和第二電源開關(guān)。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器，還包括第一鉗位器，耦合在所述第一降壓變換器和 所述DC電源之間，和第二鉗位器，耦合在所述第二降壓變換器和所述DC電源之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求9所述的逆變器，還包括耦合在所述第一電感器的第二端和所述DC 電源之間的第一鉗位器以及耦合在所述第二電感器的第二端和所述DC電源之間的第二鉗 位器。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一降壓變換器和所述第二降壓變換器被交替地操作，以產(chǎn)生基本恒定的輸出電流。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述逆變器包括耦合在所述第一降壓變換器和 所述DC電源之間的第一鉗位器，和耦合在所述第二降壓變換器和所述DC電源之間的第二 鉗位器。
25.根據(jù)權(quán)利要求6所述的逆變器，其中所述輸入包括DC+端和DC-端，所述DC+端是 所述參考電壓端。
26.根據(jù)權(quán)利要求9所述的逆變器，其中所述輸入包括DC+端和DC-端，且其中所述 DC-端是所述參考電壓端。
27.根據(jù)權(quán)利要求9所述的逆變器，其中所述輸入包括DC+端和DC-端，且其中所述DC+ 端是所述參考電壓端。
28.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述輸入包括DC+端和DC-端， 所述輸出耦合到電力網(wǎng)絡(luò)，所述DC-端是所述參考電壓。
全文摘要
公開了一種操作DC-AC逆變器以產(chǎn)生具有交替的正半周期和負(fù)半周期的AC功率的方法。該逆變器包括連接到DC電源的輸入、輸出、耦合在輸入和輸出之間的第一降壓變換器以及耦合在輸入和輸出之間的第二降壓變換器。該方法包括交替地操作第一降壓變換器和第二降壓變換器以在輸出交替地產(chǎn)生正半周期和負(fù)半周期。
文檔編號(hào)H02M7/48GK102035419SQ201010294318
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者詹姆斯·西加馬尼 申請(qǐng)人:雅達(dá)電子國際有限公司