具有集成的線循環能量儲存的單相循環轉換器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本公開的實施方式總體涉及具有集成的線循環能量儲存的單相循環轉換器。
【背景技術】
[0002] 在用于生成DC電壓的分布式發電機（例如光伏（PV)面板或模塊）的發電中頻繁 地使用功率轉換器。PV模塊通常串聯連接并根據諸如環境的操作因數以變化的速率生成功 率。微反相器為功率轉換器的一種形式，其能夠將PV模塊生成的DC功率轉換成AC功率。
[0003] 但是，典型的功率轉換器設計在DC輸入端口上應用大輸入電容器，大輸入電容器 產生通過功率轉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換器的最小物理尺度和最高工作溫度，以及轉換器的整體工 作壽命。
[0004] 因此，需要能夠產生恒定功率的、具有更小的電容器和降低的脈動電流的轉換器。
【發明內容】
[0005] 本發明的實施方式大體涉及用于具有集成的線循環能量儲存和濾波的單相循環 轉換器的設備，其大體如附圖中至少一個所示和/或結合附圖中至少一個所描述的，并且 如同在權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，相同的附圖標記指代相同的部件。
【附圖說明】
[0007] 為了能夠詳細地理解本發明的以上列舉的特征，將參照實施方式對上文簡要總結 的本發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，應當注意，附圖僅示 出了本發明的典型實施方式，因此不應該被認為用于限制本發明的范圍，本發明也可以具 有其它等同的有效實施方式。
[0008] 圖1是根據本發明的一個或多個實施方式的具有控制器的轉換器系統的框圖；
[0009] 圖2是根據本發明的一個或多個實施方式的轉換器的示意圖；
[0010] 圖3是根據本發明的一個或多個實施方式的兩個示例性組合的線循環儲存和濾 波電路的框圖；
[0011] 圖4是根據本發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是根據本發明的一個或多個實施方式的用于單相轉換器中的線循環能量儲 存的方法的流程圖；以及
[0013] 圖6是根據本發明的一個或多個實施方式的線循環能量儲存系統的框圖。
【具體實施方式】
[0014] 本發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轉換器。在一 些實施方式中，循環轉換器使用AC線頻率能量儲存來配置成單相或三相輸出。循環轉換器 可以為諧振轉換器、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 連接中的兩個聯接至循環轉換器輸出。電容器的電壓波形和電流波形與聯接至循環轉換器 的AC電源相位比維持在預定相位差處。結果是增大循環轉換器的發電能力，并且允許通過 功率轉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轉換器內。在其它實施方式 中，線頻率能量儲存裝置經由電纜（例如，電氣中繼和下降（ETD)功率電纜）聯接。電纜位 于循環轉換器之外并且聯接在循環轉換器與負載（例如，AC電源）之間。外部配置減小循 環轉換器的尺寸、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 量儲存裝置設置在循環轉換器（和諧振轉換器）外部允許循環轉換器的模塊化實現將功率 輸出為單相。換言之，在一些實施方式中，轉換器配置成與附接的線頻率能量儲存裝置操作 以提供單相循環轉換器操作，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 環轉換器操作。
[0016] 圖1是根據本發明的一個或多個實施方式的具有控制器103的轉換器系統100的 框圖。轉換器系統100包括循環轉換器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、線循環能量儲存電容器190、AC端口 195和監測電路111。
[0017] DC端口 105包括聯接至諸如分布式發電機（例如，PV模塊、風力渦輪機等）的DC 源110和115的電容器120和125。電容器120和125還聯接至DC橋式電路130。在轉換 器系統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 接收轉換的AC功率的DC負載。
[0018] DC橋式電路130包括開關135、140、145和150。開關135和140橫跨電容器120 的端子串聯聯接以形成第一半橋電路。開關135的漏極和開關140的源極聯接至振蕩回路 電容器155的第一端子。振蕩回路電容器155的第二端子聯接至變壓器160的初級繞組158 的第一端子。開關140的漏極聯接至開關145的漏極。開關145和150橫跨電容器125串 聯聯接以形成第二半橋電路，第二半橋電路聯接至變壓器160的初級繞組158的第二端子。 變壓器160的次級繞組162聯接至循環轉換器170。
[0019] 循環轉換器 170 包括開關 172、174、176、178、180、182 ;電容器 175、181、185。在一 些實施方式中，線循環能量儲存電容器190集成在循環轉換器170內并且在其它實施方式 中聯接至循環轉換器170的輸出。開關172和174串聯聯接，以及開關174的漏極聯接至 結點c3并且聯接至電容器175的端子。結點c3聯接在開關174和電容器175之間。結點 c3還聯接至線循環能量儲存電容器190的第一端子。開關176和178串聯聯接，以及開關 178的漏極聯接至結點cl、結點c4,并聯接至電容器181的端子。結點c4聯接至線循環能 量儲存電容器190的第二端子。結點cl聯接至AC端口 195的第一線194。開關180和182 串聯聯接，以及開關182的漏極聯接至結點c2和電容器185的端子。結點c2還聯接至AC 端口 195的第二線。
[0020] 在一些實施方式中，轉換器系統100中的開關可以是在3kHz至10MHz處轉換并且 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的電子開關，諸如結柵場效 應晶體管（JFET)、金屬氧化物半導體控制晶閘管（MCT)、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)、雙極 結型晶體管（BJT)、N型MOSFET、門極可斷晶閘管（GTO)等。
[0021] 轉換器系統100中的線循環能量儲存電容器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接至AC端口 195的系統。例如，為 了將AC端口 195聯接至230VAC/50HZ的AC電源，600VA轉換器系統100將需要線循環能量 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，代替在結點c3和c4處聯接線循環能量儲存電容器190,線循 環能量儲存電容器190可聯接在結點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，結點cl和AC端口 195的第一線聯接至開關174的源極。
[0023] 監測電路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）。監測電路111聯接至結點cl、c2、c3和C4以測量跨過線循環能量儲存電容器190和 AC端口 195的電壓和電流。測量值由控制器103使用以操作轉換器系統100中的開關，從 而將單相AC輸出至AC端口 195并控制流過線循環能量儲存電容器190的能量。在一些實 施方式中，在全功率操作期間，控制器103調節線循環能量儲存電容器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，線循環能量儲存電容器190被調節成 成比例地儲存更少的能量。
[0024] 轉換器系統100在DC端口 105上接收DC輸入。DC橋式電路130將DC功率轉換 成聯接至振蕩回