[发明专利]变压器隔离型开关转换器

说明书

技术领域

本发明涉及开关转换器，特别是涉及与太阳能发电机对接的转换器。

背景技术

新形式的发电和蓄电也引入了对与它们对接的方式的需要。电力可能必须被转换成更可用的形式。太阳能发电是其一个例子。

太阳能板通常是串联/并联连接的太阳能电池的阵列。它产生的电压通常太低，以至于不能被直接用于向电网供电的应用。另一方面，该电压可能太高，以至于不能被直接馈送给电池或电池阵列。此外，太阳能板的功率输出很大程度上依赖于光照条件。结果，太阳能板的输出功率可能显著地迅速波动。

因此，实施将太阳能板或一组太阳能板直接连接到低压或高压母线的模块化太阳能系统通常需要使用具有大转换比的最大功率点跟踪(MPPT)转换器。该转换器将太阳能板产生的电压转换成更适合于该应用的另一个电压。与太阳能板对接的一种传统方式是使用电压馈送式开关转换器。

与上述布置相关联的一个缺点是它具有有限的工作范围。该应用可能必须在需要更大工作范围的条件下工作。还已知道太阳能系统对共模电流敏感，当使用传统转换器时，这可能减小太阳能电池的使用寿命并且造成人身安全问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法和设备以克服上述问题。本发明的目的是通过一种开关转换器以及控制该开关转换器的输入端子之间的电压的方法来实现的。

本发明基于使用变压器隔离型电流馈送式二次全桥转换器拓扑的思想。可通过使用电流馈送式转换器来实施诸如太阳能板的电流源的最佳对接。

原则上，电流馈送式转换器从短路到开路条件都可工作。其输入电压也可被控制。二次行为允许比传统转换器的转换比更大的转换比。

高频变压器隔离还将解决与共模电流相关联的问题。

附图说明

下面将参考附图通过优选实施例更详细地描述本发明，其中：

图1示出了根据本发明的开关转换器的功率级；

图2示出了根据本发明的开关转换器的功率级的相关电流和电压的极性；

图3示出了根据本发明的开关转换器的第一接通时间状态电路结构；

图4示出了根据本发明的开关转换器的关断时间状态电路结构；

图5示出了根据本发明的开关转换器的第二接通时间状态电路结构；

图6示出了电容器电压和电感器电流的近似波形；以及

图7示出了本发明的一个实施例。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的开关转换器1的功率级。本发明基于使用变压器隔离型电流馈送式二次全桥转换器拓扑的思想。

原则上，电流馈送式转换器可在电流源的UI曲线的从短路到开路条件的整个范围内工作，并且其输入电压可被容易地控制。与工作循环(duty cycle)有关的输入和输出之间的二次行为允许比传统转换器的转换比更大的转换比。

开关转换器1包括第一输入端子X₁和第二输入端子X₂，二者都适于连接到电流源2。电流源2可以例如是太阳能板或一组太阳能板。该电流源还可以是超导磁能存储器(SMES)。

开关转换器1还包括第一输出端子Y₁和第二输出端子Y₂，二者都适于连接到负载3。该负载可以例如是高压或低压DC母线。

开关转换器1进一步包括变压器T，变压器T具有初级绕组、次级绕组以及这两个绕组之间的电隔离，其中初级绕组包括两个端子，且次级绕组包括两个端子。通过修改变压器的绕组之间的匝数比n，可以实现输入和输出之间的不同转换比。高频变压器隔离还解决了与共模电流相关联的问题。

初级侧的第一电容器C₂连接在第一输入端子X₁与第二输入端子X₂之间。初级侧的具有两个端子的第一电感器L₁从其第一端子连接到第一输入端子X₁。它们一起形成输入EMI滤波器。

开关转换器1还包括初级侧的具有两个端子的第二电感器L₃。初级侧的第一整流器件D₅连接在初级侧的第一电感器L₁的第二端子与初级侧的第二电感器L₃的第二端子之间，从而允许电流从初级侧的第一电感器L₁的第二端子流到初级侧的第二电感器L₃的第二端子。初级侧的第一和第二整流器件可以例如是二极管，如图1中所示。