[发明专利]逆变器以及用于运行该逆变器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将输入侧的直流电压转换为输出侧的交流电压的逆变器，包括具有四个半导体开关的H桥，其中至少一个半导体开关以切换方式运行（takten），其中此外在H桥和输出侧的交流电压连接端子之间设有存储扼流电路，其中存储扼流电路包括空载路径，该空载路径具有用于在H桥的半导体开关的关断过程之后转换电流的空载二极管。此外，本发明还涉及一种用于运行该逆变器的方法。

背景技术

根据现有技术，公知有不同的逆变器拓扑结构。一种非常普遍的构型是所谓的H桥。在此，四个半导体开关、尤其是IGBT布置在桥电路中。在此，通常借助于脉冲宽度调制对以切换方式运行的半导体开关进行控制，以模拟所连接的交流电网的正弦电压变化过程，其中切换频率是电网频率的四倍。

逆变器越来越多地用于将来自替代能源—例如太阳能发电机或者燃料电池—的能量馈给到公共交流电网中或者独立电网中。为了经济地设计能量获取形式，所有部件必须具有高效率。这尤其适用于电网同步地变换所获取能量的逆变器。

例如，JP 2001 320 884 A或者JP 2006 197 711 A描述了具有H桥的逆变器，所述H桥的半导体开关无功率地进行开关并且因此使总损耗功率最小化。在此了解到零电压开关（zero voltage switching（零电压开关） ZVS）和零电流开关（zero current switching（零电流开关） ZCS）。

另一损耗功率源是半导体开关关断之后的空载阶段。这由设置在输出侧的扼流电路产生，所述扼流电路的扼流电流在半导体开关关断的情况下继续流动。逆变器电路内的空载路径大多流过半导体开关的寄生二极管或者流过特地为此布置的空载二极管。因为在这些二极管处通常在空载阶段开始时施加电压，所以在流过二极管的电流上升期间产生损耗功率，该损耗功率为逆变器效率设置了上限。

发明内容

本发明所基于的任务在于，改进从现有技术中已知的逆变器，以便实现改善的效率。

根据本发明，所述任务通过开始部分所述类型的方法解决，其中每个以切换方式运行的半导体开关为了进行零电压开关与谐振电路耦合，所述谐振电路包括电容性谐振元件和电感性谐振元件，其中空载路径包括并联电路形式的第一和第二空载二极管，其中所述并联电路与电感性谐振元件串联并且其中第二空载二极管与电容性空载元件串联，这些电容性空载元件作为谐振电路的元件在空载阶段开始时为了零电压开关第二空载二极管而充电到相应的电压。在此使用在关断阶段期间在谐振电路中存储的能量，以便在以切换方式运行的半导体开关的接通阶段中对电容性空载元件进行充电。在此，空载元件与第二空载二极管串联，以便在空载阶段开始时使该第二空载二极管无电压。电容性空载元件在空载的第一时间片段中放电，其中第一空载二极管变为无电压而空载电流无损耗地转换到第一空载二极管。

因此，根据权利要求1的电路一方面能够无损耗地开关H桥的半导体开关而另一方面能够实现在以切换方式运行的半导体开关关断后几乎无损耗的空载。

在此有利的是，每个谐振电路包括谐振电容器和谐振扼流装置，其中空载电容器通过耦合元件与谐振电容器连接并且其中空载路径的第一支路包括串联电路形式的第一空载二极管和谐振扼流装置，并且其中空载路径的第二支路包括串联电路形式的第二空载二极管、谐振扼流装置和空载电容器。在此，耦合元件例如通过用于在谐振振荡期间确定相应电流方向的二极管电路或者通过变压器构成。因此，在以切换方式运行的半导体开关的接通过程之后谐振电容器的能量通过耦合元件传输到空载电容器上，以便针对接下来的关断过程确保无功率的空载。

在本发明的一个实施方式中，H桥的第一半导体开关通过第一存储扼流装置和H桥的第三半导体开关通过第二存储扼流装置与第一交流电压连接端子连接并且H桥的第二半导体开关通过第三存储扼流装置和H桥的第四半导体开关通过第四存储扼流装置与第二交流电压连接端子连接。此外，空载路径包括具有四个辅助半导体开关的另一H桥，其中另一H桥的第一辅助半导体开关通过第一存储扼流装置和另一H桥的第三辅助半导体开关通过第二存储扼流装置与第一交流电压连接端子连接，并且其中另一H桥的第二辅助半导体开关通过第三存储扼流装置和另一H桥的第四辅助半导体开关通过第四存储扼流装置与第二交流电压连接端子连接。

H桥和另一H桥通过四个存储扼流装置与两个交流电压连接端子的这种连接具有以下优点：既在交流电压的正半波期间也在交流电压的负半波期间在不使用辅助半导体开关中的寄生二极管的情况下提供空载路径。因此，避免了否则在空载期间由通常缓慢的寄生二极管所造成的损耗。