[發明專利]逆變器以及用于運行該逆變器的方法

有效

• 申請號: 200980124022.6
• 申請日: 2009-05-18
• 公開（公告）號: CN102077452A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: J·哈拉克
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/34
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張濤;李家麟

技術領域

本發明涉及一種用于將輸入側的直流電壓轉換為輸出側的交流電壓的逆變器，包括具有四個半導體開關的H橋，其中至少一個半導體開關以切換方式運行（takten），其中此外在H橋和輸出側的交流電壓連接端子之間設有存儲扼流電路，其中存儲扼流電路包括空載路徑，該空載路徑具有用于在H橋的半導體開關的關斷過程之后轉換電流的空載二極管。此外，本發明還涉及一種用于運行該逆變器的方法。

背景技術

根據現有技術，公知有不同的逆變器拓撲結構。一種非常普遍的構型是所謂的H橋。在此，四個半導體開關、尤其是IGBT布置在橋電路中。在此，通常借助于脈沖寬度調制對以切換方式運行的半導體開關進行控制，以模擬所連接的交流電網的正弦電壓變化過程，其中切換頻率是電網頻率的四倍。

逆變器越來越多地用于將來自替代能源—例如太陽能發電機或者燃料電池—的能量饋給到公共交流電網中或者獨立電網中。為了經濟地設計能量獲取形式，所有部件必須具有高效率。這尤其適用于電網同步地變換所獲取能量的逆變器。

例如，JP?2001?320?884?A或者JP?2006?197?711?A描述了具有H橋的逆變器，所述H橋的半導體開關無功率地進行開關并且因此使總損耗功率最小化。在此了解到零電壓開關（zero?voltage?switching（零電壓開關）?ZVS）和零電流開關（zero?current?switching（零電流開關）?ZCS）。

另一損耗功率源是半導體開關關斷之后的空載階段。這由設置在輸出側的扼流電路產生，所述扼流電路的扼流電流在半導體開關關斷的情況下繼續流動。逆變器電路內的空載路徑大多流過半導體開關的寄生二極管或者流過特地為此布置的空載二極管。因為在這些二極管處通常在空載階段開始時施加電壓，所以在流過二極管的電流上升期間產生損耗功率，該損耗功率為逆變器效率設置了上限。

發明內容

本發明所基于的任務在于，改進從現有技術中已知的逆變器，以便實現改善的效率。

根據本發明，所述任務通過開始部分所述類型的方法解決，其中每個以切換方式運行的半導體開關為了進行零電壓開關與諧振電路耦合，所述諧振電路包括電容性諧振元件和電感性諧振元件，其中空載路徑包括并聯電路形式的第一和第二空載二極管，其中所述并聯電路與電感性諧振元件串聯并且其中第二空載二極管與電容性空載元件串聯，這些電容性空載元件作為諧振電路的元件在空載階段開始時為了零電壓開關第二空載二極管而充電到相應的電壓。在此使用在關斷階段期間在諧振電路中存儲的能量，以便在以切換方式運行的半導體開關的接通階段中對電容性空載元件進行充電。在此，空載元件與第二空載二極管串聯，以便在空載階段開始時使該第二空載二極管無電壓。電容性空載元件在空載的第一時間片段中放電，其中第一空載二極管變為無電壓而空載電流無損耗地轉換到第一空載二極管。

因此，根據權利要求1的電路一方面能夠無損耗地開關H橋的半導體開關而另一方面能夠實現在以切換方式運行的半導體開關關斷后幾乎無損耗的空載。

在此有利的是，每個諧振電路包括諧振電容器和諧振扼流裝置，其中空載電容器通過耦合元件與諧振電容器連接并且其中空載路徑的第一支路包括串聯電路形式的第一空載二極管和諧振扼流裝置，并且其中空載路徑的第二支路包括串聯電路形式的第二空載二極管、諧振扼流裝置和空載電容器。在此，耦合元件例如通過用于在諧振振蕩期間確定相應電流方向的二極管電路或者通過變壓器構成。因此，在以切換方式運行的半導體開關的接通過程之后諧振電容器的能量通過耦合元件傳輸到空載電容器上，以便針對接下來的關斷過程確保無功率的空載。

在本發明的一個實施方式中，H橋的第一半導體開關通過第一存儲扼流裝置和H橋的第三半導體開關通過第二存儲扼流裝置與第一交流電壓連接端子連接并且H橋的第二半導體開關通過第三存儲扼流裝置和H橋的第四半導體開關通過第四存儲扼流裝置與第二交流電壓連接端子連接。此外，空載路徑包括具有四個輔助半導體開關的另一H橋，其中另一H橋的第一輔助半導體開關通過第一存儲扼流裝置和另一H橋的第三輔助半導體開關通過第二存儲扼流裝置與第一交流電壓連接端子連接，并且其中另一H橋的第二輔助半導體開關通過第三存儲扼流裝置和另一H橋的第四輔助半導體開關通過第四存儲扼流裝置與第二交流電壓連接端子連接。

H橋和另一H橋通過四個存儲扼流裝置與兩個交流電壓連接端子的這種連接具有以下優點：既在交流電壓的正半波期間也在交流電壓的負半波期間在不使用輔助半導體開關中的寄生二極管的情況下提供空載路徑。因此，避免了否則在空載期間由通常緩慢的寄生二極管所造成的損耗。