[发明专利]DC/DC转换器电路和用于控制DC/DC转换器电路的方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及转换器电路，具体地涉及DC/DC转换器电路，其可以在例如最大功率点跟踪MPPT的领域中用于太阳能逆变器、用于具有高于500V的输出电压的增压(step-up)DC/DC转换器、以及用于电动汽车的充电器。

背景技术

具体地，对于太阳能电池，需要升压转换器用于将太阳能电池产生的电压升高到例如700V到1000V的输出电压。为了进一步提供安全余量，用于通断这些电压的元件通常必须具有约900V到1200V的电压等级(rating)。但是，这些元件是昂贵的和/或在其性能方面有严格的限制。

目前，一些拓扑用于执行太阳能模块领域的DC/DC升压转换。在以下由Michael Frisch知Temesi编写的文献中可以找到最近开发的逆变器技术的例子，可从http://www.vincotech.com/en/products/power/documents.php获得所有这些：

“Advantages of NPC Inverter Topologies with Power Modules”，2009年7月.

“Design Concept for a Transformerless Solar Inverter”，2009年12月.

“Symmetrical Boost Concept for Solar Applications up to 1000V”，2009年1月.

当采用这样的传统升压电路时，首先已知使用额定900V的CoolMOS^TM晶体管作为所需的功率开关。实际上可以看出这些元件的优点在于其开关损耗比较低。但是，电压可能没有超过所述900V额定值。实际上可以看出CoolMOS^TM开关的进一步缺点在于它们具有相对高的静态损耗，此外相当昂贵。

另一方面，当需要产生较高的电压时，传统的升压电路还使用绝缘栅双极型晶体管IGBT作为开关。这些晶体管具有的优点是其展示出相当低的静态损耗，但是，另一方面，其具有高切换损耗的缺点。

最后，还已知使用具有1200V的额定电压的碳化硅结型(junction)场效应晶体管SiC J-FET、或碳化硅金属氧化物场效应晶体管SiC MOSFET。这样的安排提供了最佳性能、低切换损耗和高电压等级，但是具有非常昂贵的严重缺点。

发明内容

以本发明为基础的目标是提供DC/DC转换器电路，其首先能被操作以在它们与太阳能电池相结合地出现时，从高电压进行转换或转换为高电压，并其次是高效率以及涉及低元件成本。

通过独立权利要求的主题解决该目标。本发明的有利的实施例是从属权利要求的主题。

本发明基于这样的思想：DC/DC转换器电路具有两个开关，它们连接在正负分体电压(split voltage)之间，并且在内部中点节点处相互连接。根据本发明的该内部中点节点经由二极管连接到正负分体电压之间的中点端子。提供转换器电感器，用于在其中存储电能。

在每个切换周期的开始，两个开关均被接通，从而电流流经两个开关和转换器电感器。根据本发明，两个开关之一比第二个更早切断，并且电流经过所述二极管流到中点端子。在预定的时段后，例如100纳秒之后，第二开关也关断，使得现在电流经过另一二极管流到输出，并且提供在内部中点和中点端子之间的二极管箝位对地的电压。因此，两个开关具有对输出电压的均衡分享。

当是例如针对中性点(neutral point)箝位NPC逆变器设计的情况时，该电路采用分体DC电势效率最高。在此，可以通过输出电路管理分体电压的对称性。实际上可以看出本发明的优点在于仅需要将开关额定为用于转换器电路输出或接收的电压的一半。因此，可以采用诸如MOSFET或者击穿绝缘栅双极型晶体管PT-IGBT的元件，用于高效地并行切换，这些元件可用在具有600V的电压等级的更多种类中，但是不作为1200V的元件。