[发明专利]开关模式电源以及包括所述类型的开关模式电源的逆变器和组串监控组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关模式电源，该开关模式电源用于给光伏系统的组成部件供应恒定的DC输出电压，所述开关模式电源包括：连线，所述连线用于连接至所述光伏系统的光伏模块，以便提供在200V和1500V之间的范围内的DC输入电压；DC/DC电压转换器，该DC/DC电压转换器包括至少一个开关；变压器，该变压器具有线圈筒管、初级绕组和次级绕组；控制装置，所述控制装置用于以开关频率控制所述DC电压转换器的所述至少一个开关，以获得期望的DC输出电压；输出均衡器；以及用于提供所述DC输出电压的连线。

另外，本发明涉及一种用于具有光伏模块的光伏系统的逆变器和组串监控组件，该逆变器和组串监控组件包括电源。

背景技术

光伏系统用来利用光特别是太阳光产生电能，并且将电能馈送到电源系统内或者利用电能来操作电气负载。光伏模块用来利用光能产生直流电压。产生的DC电压通过逆变器转换成AC电压。近年的趋势是采用更高数量的光伏模块，这些光伏模块具有对应的更高的DC输入电压，这些DC输入电压介于例如200V的底部低电压范围和例如1500V的中间电压范围之间。使用所谓的组串控制器来管理大量的光伏模块，这些光伏模块被串联和并联地开关。将来，可以预期，朝向甚至更大数量的光伏模块或甚至更高的DC输入电压的趋势将继续。

为了给光伏系统的电气组成部件供电，特别是给逆变器和任何组串监控组件供电，除非组串监控组件被集成在逆变器中，否则通常使用电路用于电源，该电路从光伏模块的直流电压产生操作光伏系统的电气组成部件必需的直流电压。在之前的具有有限输入电压范围的光伏系统中已经应用了具有相对较好效率和相对较小损失的传统电压源。然而，由于更高范围的DC输入电压(例如从200V到1500V)，利用传统的技术已经不可能提供在所有可能的输入电压都表现出较低损失和相对较好效率的电源电路，这是因为在这种高输入电压范围的情况下，开关损失的能量效率并不令人满意，并且已经证实开关的冷却比较昂贵。

用于并网逆变器的组成部件的已知电源利用反激转换器拓扑结构工作，其具有的缺点是，更高的电压导致甚至更高的开关损失，并因而致使能量效率降低。在电压接近中间电压或高于中间电压的情况下，任何节省能量的供电都不再是可能的，并且只有增加冷却量才能降低开关中发生的损失，增加冷却量又导致总体成本增加和整个效率降低。

在其他解决方案中，将大的DC输入电压范围分隔成两个或更多个范围，并且使用具有对应数量的变压器绕组的足够数量的串联电源或开关模式电源。然而，这增加了开关的复杂性，并且因而提升了成本。

DE 10 2011 087 431 A1示出了用于级联变压器的控制电路，该级联变压器的控制电路使用光电耦合器。从DE 10 2004 001 450 A1、US 2011/0050190A1和US 2006/0152199A已知用于提供电源的另外电路。

EP 1 143 594 A2描述了用于光伏系统的控制电路，通过该控制电路可以检测到接地故障。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于光伏系统的以上引述的开关模式电源和以上引用的逆变器或以上引述的组串监控组件，通过所述开关模式电源和逆变器或组串监控组件，能够以从200V到1500V的相对高的DC输入电压范围实现给光伏系统的组成部件有效且低损失地供应电能。将避免或至少减少现有技术的缺陷。

根据本发明的目的通过以上引述的开关模式电源来解决，其中所述DC/DC电压转换器由具有两个串联布置的开关的反激转换器和正激转换器的组合形成，所述开关被连接至所述控制装置，并且所述控制装置被设计成这样控制所述DC输出电压，即：使得所述开关根据流过所述变压器的所述初级绕组的初级侧上的电流来开关。根据本发明，所述开关模式电源的所述DC电压转换器由反激转换器和正激转换器的组合以半桥布置形式形成。在本发明的所述开关模式电源中，所述开关被设计成使得所发生的损失尽可能低，这致使配备有所述开关模式电源的逆变器的效率增加。另外，本发明的所述开关模式电源的控制装置被连接至所述开关模式电源的变压器的初级侧，从而可以根据所述初级侧上的电流而不是根据高度波动的输入电压来进行所述输出电压的控制。根据本发明的所述开关模式电源以低损失并因此以小尺寸而使其自身与众不同。由于在所述开关模式电源的开关中发生的损失较小，因此不必安装用于冷却所述开关模式电源或逆变器的组成部件的任何冷却元件。特别是，与迄今使用的变压器相比，能够显著地减小所述开关模式电源的变压器的大小。

所述开关有利地被连接至所述变压器的所述初级绕组。