具有集成的線循環(huán)能量儲存的單相循環(huán)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開的實施方式總體涉及具有集成的線循環(huán)能量儲存的單相循環(huán)轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在用于生成DC電壓的分布式發(fā)電機（例如光伏（PV)面板或模塊）的發(fā)電中頻繁 地使用功率轉(zhuǎn)換器。PV模塊通常串聯(lián)連接并根據(jù)諸如環(huán)境的操作因數(shù)以變化的速率生成功 率。微反相器為功率轉(zhuǎn)換器的一種形式，其能夠?qū)V模塊生成的DC功率轉(zhuǎn)換成AC功率。
[0003] 但是，典型的功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計在DC輸入端口上應(yīng)用大輸入電容器，大輸入電容器 產(chǎn)生通過功率轉(zhuǎn)換器的脈沖功率傳送。這種拓撲可使用對熱降解敏感的大的鋁電解電容 器。這種輸入電容器還限制轉(zhuǎn)換器的最小物理尺度和最高工作溫度，以及轉(zhuǎn)換器的整體工 作壽命。
[0004] 因此，需要能夠產(chǎn)生恒定功率的、具有更小的電容器和降低的脈動電流的轉(zhuǎn)換器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的實施方式大體涉及用于具有集成的線循環(huán)能量儲存和濾波的單相循環(huán) 轉(zhuǎn)換器的設(shè)備，其大體如附圖中至少一個所示和/或結(jié)合附圖中至少一個所描述的，并且 如同在權(quán)利要求中更完全地闡述的。
[0006] 本公開的這些和其它特征和優(yōu)點可通過閱讀本公開的以下詳細說明以及附圖來 理解，在全部附圖中，相同的附圖標(biāo)記指代相同的部件。
【附圖說明】
[0007] 為了能夠詳細地理解本發(fā)明的以上列舉的特征，將參照實施方式對上文簡要總結(jié) 的本發(fā)明進行更具體的描述，其中一些實施方式在附圖中示出。然而，應(yīng)當(dāng)注意，附圖僅示 出了本發(fā)明的典型實施方式，因此不應(yīng)該被認為用于限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明也可以具 有其它等同的有效實施方式。
[0008] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式的具有控制器的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的框圖；
[0009] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式的轉(zhuǎn)換器的示意圖；
[0010] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式的兩個示例性組合的線循環(huán)儲存和濾 波電路的框圖；
[0011] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式在全功率時用于線頻率能量儲存和AC 源的仿真波形的圖表；
[0012] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式的用于單相轉(zhuǎn)換器中的線循環(huán)能量儲 存的方法的流程圖；以及
[0013] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式的線循環(huán)能量儲存系統(tǒng)的框圖。
【具體實施方式】
[0014] 本發(fā)明的實施方式涉及可配置成與AC線頻率能量儲存操作的循環(huán)轉(zhuǎn)換器。在一 些實施方式中，循環(huán)轉(zhuǎn)換器使用AC線頻率能量儲存來配置成單相或三相輸出。循環(huán)轉(zhuǎn)換器 可以為諧振轉(zhuǎn)換器、DC-AC反相器等的一部分。如電容器的線頻率能量儲存裝置跨過三相 連接中的兩個聯(lián)接至循環(huán)轉(zhuǎn)換器輸出。電容器的電壓波形和電流波形與聯(lián)接至循環(huán)轉(zhuǎn)換器 的AC電源相位比維持在預(yù)定相位差處。結(jié)果是增大循環(huán)轉(zhuǎn)換器的發(fā)電能力，并且允許通過 功率轉(zhuǎn)換器的恒定功率傳送。此外，線頻率能量儲存裝置可配置成提供電磁兼容（EMC)和 電涌濾波。如下面將更進一步討論的，本文中討論的拓撲的其它實施方式可反向操作以將 AC功率轉(zhuǎn)換成恒定DC輸出。
[0015] 在一些實施方式中，線頻率能量儲存裝置集成在循環(huán)轉(zhuǎn)換器內(nèi)。在其它實施方式 中，線頻率能量儲存裝置經(jīng)由電纜（例如，電氣中繼和下降（ETD)功率電纜）聯(lián)接。電纜位 于循環(huán)轉(zhuǎn)換器之外并且聯(lián)接在循環(huán)轉(zhuǎn)換器與負載（例如，AC電源）之間。外部配置減小循 環(huán)轉(zhuǎn)換器的尺寸、減小加熱限制并改善使用可靠性和維護。在這種實施方式中，將線頻率能 量儲存裝置設(shè)置在循環(huán)轉(zhuǎn)換器（和諧振轉(zhuǎn)換器）外部允許循環(huán)轉(zhuǎn)換器的模塊化實現(xiàn)將功率 輸出為單相。換言之，在一些實施方式中，轉(zhuǎn)換器配置成與附接的線頻率能量儲存裝置操作 以提供單相循環(huán)轉(zhuǎn)換器操作，以及在沒有附接的線頻率能量儲存裝置的情況下作為三相循 環(huán)轉(zhuǎn)換器操作。
[0016] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式的具有控制器103的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)100的 框圖。轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)100包括循環(huán)轉(zhuǎn)換器170、控制器103、DC端口 105、DC橋式電路130、振 蕩回路電容器155、變壓器160、線循環(huán)能量儲存電容器190、AC端口 195和監(jiān)測電路111。
[0017] DC端口 105包括聯(lián)接至諸如分布式發(fā)電機（例如，PV模塊、風(fēng)力渦輪機等）的DC 源110和115的電容器120和125。電容器120和125還聯(lián)接至DC橋式電路130。在轉(zhuǎn)換 器系統(tǒng)100反向操作（即，供給DC功率）的可選的實施方式中，DC源110和115表示用于 接收轉(zhuǎn)換的AC功率的DC負載。
[0018] DC橋式電路130包括開關(guān)135、140、145和150。開關(guān)135和140橫跨電容器120 的端子串聯(lián)聯(lián)接以形成第一半橋電路。開關(guān)135的漏極和開關(guān)140的源極聯(lián)接至振蕩回路 電容器155的第一端子。振蕩回路電容器155的第二端子聯(lián)接至變壓器160的初級繞組158 的第一端子。開關(guān)140的漏極聯(lián)接至開關(guān)145的漏極。開關(guān)145和150橫跨電容器125串 聯(lián)聯(lián)接以形成第二半橋電路，第二半橋電路聯(lián)接至變壓器160的初級繞組158的第二端子。 變壓器160的次級繞組162聯(lián)接至循環(huán)轉(zhuǎn)換器170。
[0019] 循環(huán)轉(zhuǎn)換器 170 包括開關(guān) 172、174、176、178、180、182 ;電容器 175、181、185。在一 些實施方式中，線循環(huán)能量儲存電容器190集成在循環(huán)轉(zhuǎn)換器170內(nèi)并且在其它實施方式 中聯(lián)接至循環(huán)轉(zhuǎn)換器170的輸出。開關(guān)172和174串聯(lián)聯(lián)接，以及開關(guān)174的漏極聯(lián)接至 結(jié)點c3并且聯(lián)接至電容器175的端子。結(jié)點c3聯(lián)接在開關(guān)174和電容器175之間。結(jié)點 c3還聯(lián)接至線循環(huán)能量儲存電容器190的第一端子。開關(guān)176和178串聯(lián)聯(lián)接，以及開關(guān) 178的漏極聯(lián)接至結(jié)點cl、結(jié)點c4,并聯(lián)接至電容器181的端子。結(jié)點c4聯(lián)接至線循環(huán)能 量儲存電容器190的第二端子。結(jié)點cl聯(lián)接至AC端口 195的第一線194。開關(guān)180和182 串聯(lián)聯(lián)接，以及開關(guān)182的漏極聯(lián)接至結(jié)點c2和電容器185的端子。結(jié)點c2還聯(lián)接至AC 端口 195的第二線。
[0020] 在一些實施方式中，轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)100中的開關(guān)可以是在3kHz至10MHz處轉(zhuǎn)換并且 通過控制器103操作的晶體管。晶體管可選地為任何其它適當(dāng)?shù)碾娮娱_關(guān)，諸如結(jié)柵場效 應(yīng)晶體管（JFET)、金屬氧化物半導(dǎo)體控制晶閘管（MCT)、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)、雙極 結(jié)型晶體管（BJT)、N型MOSFET、門極可斷晶閘管（GTO)等。
[0021] 轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)100中的線循環(huán)能量儲存電容器190允許DC電橋130處理更大范圍 的功率（例如，500-600瓦特）。電容器的大小取決于聯(lián)接至AC端口 195的系統(tǒng)。例如，為 了將AC端口 195聯(lián)接至230VAC/50HZ的AC電源，600VA轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)100將需要線循環(huán)能量 儲存電容器190具有36微法（μ F)的容量。
[0022] 在其它實施方式中，代替在結(jié)點c3和c4處聯(lián)接線循環(huán)能量儲存電容器190,線循 環(huán)能量儲存電容器190可聯(lián)接在結(jié)點c3和c2處以用于對AC端口 195的第二線196的AC 輸出。在這種實施方式中，結(jié)點cl和AC端口 195的第一線聯(lián)接至開關(guān)174的源極。
[0023] 監(jiān)測電路111包括配置成隨著時間測量電壓和電流的電壓和電流采樣電路（未示 出）。監(jiān)測電路111聯(lián)接至結(jié)點cl、c2、c3和C4以測量跨過線循環(huán)能量儲存電容器190和 AC端口 195的電壓和電流。測量值由控制器103使用以操作轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)100中的開關(guān)，從 而將單相AC輸出至AC端口 195并控制流過線循環(huán)能量儲存電容器190的能量。在一些實 施方式中，在全功率操作期間，控制器103調(diào)節(jié)線循環(huán)能量儲存電容器190的電壓和能量以 匹配幅值但是延遲于聯(lián)接至AC端口 195的AC源（例如，AC電源）的電壓和電流。在放電 階段期間，儲存在線循環(huán)能量儲存電容器190中的能量被供給至AC端口 195的第一線194。 在小于全功率（例如，1/4功率）的其它實施方式中，線循環(huán)能量儲存電容器190被調(diào)節(jié)成 成比例地儲存更少的能量。
[0024] 轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)100在DC端口 105上接收DC輸入。DC橋式電路130將DC功率轉(zhuǎn)換 成聯(lián)接至振蕩回