CN110582919A - 功率转换***及方法 - Google Patents

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Abstract

功率转换***与能量源一起使用。多个转换单元经由其输出端与能量源输出端串联使用。该串联的第一个转换器的正引脚和最后一个转换器的负引脚用于连接到能量源的输出端（14，16），并且对于该串联中每两个相邻的转换器，上游转换器的负引脚连接到下游转换器的正引脚，除了第一个转换器的正引脚和最后一个转换器的负引脚之外，所述上游转换器的负引脚和下游转换器的正引脚均与能量源解耦。主监控单元被适配为监控能量源的输出功率并且根据所监控的输出功率来同步地控制每个转换单元的输入电压。以这种方式，配置了一组转换单元，其中这些转换单元分享来自能量源的输出。这提供了可扩展的***。

Description

功率转换***及方法
技术领域
本发明涉及功率转换***和方法，并且特别涉及用于转换来自可变功率源的功率的***。
背景技术
功率转换***用于从能量源收集能量并将能量传输到负载或能量存储***。例如，它们被广泛用于从可再生能量源收集能量。
例如，利用建筑物屋顶区域的太阳能发电在世界范围内正变得越来越流行。为了在高层建筑物中利用屋顶区域来进行太阳能发电，需要长距离的布线来到达建筑物的底部。为了减少资本投资，太阳能发电厂的所有者现在正对于在低成本土地处安装太阳能光伏（PV）发电厂并使用长距离电缆来向负载进行功率分配越来越感兴趣。负载可以是公用电网，或者它可以是电池点。
随着负载需求变化，需要通过增加更多的太阳能PV电池及其相关联的功率转换***（诸如最大功率点跟踪（MPPT）***、充电控制器和电池）来扩展***。这通常需要***的重新布线。
重新布线成本（特别是在高层建筑物中或在距离太阳能PV场长距离上放置新布线的需求）涉及大量的材料支出和服务成本。例如，人们可以连接新的PV电池和新的转换***，但是这种连接需要再次在长距离上行进。每次***扩展时，都需要新的长连接。即使在小的太阳能功率增强的情况下，诸如要升级为具有更高的光输出或更长的光输出时间的独立太阳能街道照明***，也需要更换或附加太阳能电池板、不同的MPPT充电控制器、可能的具有更高容量的另一电池和新的布线。
因此，需要一种解决方案，以在对***进行扩展时减少这种重新布线成本。当存在更高的负载需求时，需要这种扩展。
US20130088081A1公开了一种多源功率***，其中每个功率源连接到相应的转换器，并且转换器串联连接以便于接地参考。
发明内容
本发明由权利要求限定。
本发明的概念是简化用于功率转换***的***升级，例如当功率或能量需求改变时。可以使用利用多个转换单元的模块化***，其中多个转换单元串联连接并且分享提供给***的输入电压，使得可以添加附加单元以响应增加的输入电压。在串联连接中，新的转换单元在转换器位置处通过到现有的转换单元的短的布线而被添加，并且不需要修改太阳能电池位置与转换器位置之间的现有的长布线，这节省了很多成本。本发明的概念还提出了一种解决方案，以控制串联连接的转换单元同步地达到最大功率点，使得串联连接的转换单元平衡能量源（例如，太阳能电池阵列）的输出。
根据依照本发明的方面的示例，提供了一种将与能量源一起使用的功率转换***，包括：
多个转换单元，每个转换单元包括一对输入端子和一对输出端子，其中输入端子与能量源串联连接，其中串联的第一个转换器的正输入端子和最后一个转换器的负输入端子用于连接到能量源的输出端，并且对于该串联中的每两个相邻的转换器，上游转换器的负输入端子引脚连接到下游转换器的正输入端子，除了第一个转换器的正输入端子和最后一个转换器的负输入端子以外，上游转换器的负输入端子和下游转换器的正输入端子均与能量源解耦；
主监控单元，被适配为监控能量源的输出功率；以及
控制器，被适配为根据所监控的输出功率来同步地控制每个转换单元的输入电压。
该***提供跨输入端的串联的多个转换单元。这意味着它们分享输入电压，即来自能量源的输出电压，但是所传输的能量源电流传递到每个转换单元。控制转换单元以根据输出功率的变化来同步地改变其转换率。例如，每个转换单元用作最大功率点跟踪***，但每个转换单元仅接收输入电压的一部分。因此，将它们作为一组转换单元进行控制，使得它们组合起来为能量源设置期望的操作电压，以实现最大或接近最大的功率传送。该配置的特别优势在于，其可通过添加附加的转换单元而容易地扩展。例如，可以结合对于能量源配置的改变来添加这些。因此，当扩展能量源时，可以容易地扩展转换***。
输出端子优选地并联连接。
以这种方式，每个转换单元具有相同的输出电压。因此，每个转换单元的转换率设置输入电压，并且这些输入电压组合起来设置能量源的操作电压。
此外，所述控制器被适配为：检测来自能量源的总输出电压；并且为每个转换单元（10）设置参考电压（Vr）；并且每个转换单元（10）与驱动电路相关联，以基于由控制器（32）设置的参考电压（Vr）与每个转换单元的各自差分电压的反馈之间的差来为转换单元生成并提供输出。
这提供了简单的控制回路，其中仅感测一个电压以控制多个转换单元。
控制器例如被适配为：
从参考值开始，同时在第一方向上改变每个转换单元的输入电压；
检查输出功率是正在增加还是正在降低；以及
如果输出功率正在增加，则继续同时在第一方向上改变输入电压；否则，同时在与第一方向相反的第二方向上改变输入电压。
这提供了一种扰动并观察的最大功率点跟踪方法，以找到能量源的最佳操作点。当然，可以使用其他已知的最大功率点跟踪方法。
多个转换单元可以具有相同的额定功率，并且控制器被适配成为多个转换单元设置相同的输入电压和输入电压的变化的相同步长；或者多个转换单元可以具有不同的额定功率，并且控制器被适配为根据它们不同的额定功率来为多个转换单元设置输入电压和输入电压的变化的步长。
如果转换单元具有相同的额定功率，则它们可以用于相等地划分能量源电压（具有一定的公差），并且因此它们可以全部被控制为具有相同的输入电压，尽管局部地输入电压可以被适配为考虑局部差异，例如不同的输入阻抗。这提供了一种简单的控制方案。
替代地，转换单元可以具有不同的额定功率。这意味着来自能量源的功率传送比率可以是可调节的。例如，不同的转换单元将具有不同的功率传送比率。在能量源处保持的总体操作电压可以是恒定的（在所需的MPPT操作点处），但是可以在不同的转换单元之间以不同的比例划分，从而改变了总体功率传送比率，但仍保持了能量源的相同的操作点。
例如，安装的能量源（例如太阳能PV电池阵列）可以具有1000W的功率，将由串联的四个200W转换单元和两个100W转换单元处理。 200W单元需要比100W单元具有更高的电压分享份额。需要功率比率调整，以防止100W单元中的任一个通过传送过多功率并且因此以超过额定水平执行而出现故障。通过适当的电压分享，整个***能够以期望的峰值最大功率点操作。
这对于已经存在不同瓦特数转换单元并且将添加具有不同额定功率的新转换单元的旧***是有意义的。对于新的装置，通常将优选的是具有串联的相同的功率转换单元，以便于控制。
当多个转换单元具有不同的额定功率时，控制器例如被适配成为多个转换单元与它们不同的额定功率成比例地设置输入电压和输入电压的变化的步长。这种方法的优点是易于控制，因为电压划分是线性/比例划分。
每个转换单元可以包括具有主功率开关的切换模式功率源，其中施加到主功率开关的控制电压的占空比确定输入电压，其中控制器被适配为控制占空比。
这提供了控制转换单位的简单方法。然后，转换单元可以简单地用作具有PWM（脉冲宽度调制）控制的可控DC-DC转换器。PWM值控制DC-DC转换器的转换率。
转换单元的输出端子例如用于连接到电池组。该***然后用于存储源自太阳能的能量。
该***优选地可通过在多个转换单元的输入端子的串联连接内连接附加转换单元的输入端子来添加附加转换单元来扩展。
该扩展简单且低成本。每个转换单元可以执行最大功率点跟踪功能，但是由于MPPT功能的部分由主控制器实现，所以转换单元可以实现为简单的DC-DC转换器，该主控制器在所有转换单元之间共享。
本发明还提供了一种太阳能发电***，包括：
一组太阳能电池板；和
如上所定义的功率转换***，其中末端输入端子连接到该组太阳能电池板。
优选地，太阳能电池板的输出端子也串联连接。这提供了太阳能电池板更加容易的扩展，特别是在太阳能电池板具有不同的输出电压的情况下。如果要添加新的太阳能电池板，则其可以通过短布线与现有的太阳能电池板串联来添加，并且不需要修改太阳能电池位置和转换器位置之间的现有长布线，这节省了大量成本。
此外，该串联的第一个太阳能电池板的正输出端子和最后一个太阳能电池板的负输出端子分别用于连接到第一个转换器的正输入端子和最后一个转换器的负输入端子，并且对于该串联中的每两个相邻的太阳能电池板，一太阳能电池板的负输出端子引脚连接到下游太阳能电池板的正输出端子，除了第一个太阳能电池板的正输出端子和最后一个太阳能电池板的负输出端子以外，太阳能电池板的负输出端子和下游太阳能电池板的正输出端子均与转换器解耦。这提供了一种将太阳能电池板添加到***中的更简单的方法，而无需将新的太阳能电池板重新布线到转换单元。
该***可以进一步包括连接到输出端子的电池布置。
依照本发明另一方面的示例提供了一种功率转换方法，包括：
从能量源接收能量；
提供多个转换单元，每个转换单元包括一对输入端子和一对输出端子，其中输入端子与能量源串联连接，并且该串联的第一个转换器的正输入端子和最后一个转换器的负输入端子连接到能量源，其中对于该串联中的每两个相邻的转换器，上游转换器的负输入端子引脚连接到下游转换器的正输入端子，除了第一个转换器的正输入端子和最后一个转换器的负输入端子之外，上游转换器的负输入端子和下游转换器的正输入端子均与能量源解耦；
监控能量源的输出功率；以及
根据所监控的输出功率，同步地控制跨每个转换单元的输入电压。
该方法提供了在多个转换单元之间分享从能量源输出的电压。整个***可以执行最大功率点跟踪。
该方法可以包括：
从参考值开始，同时在第一方向上改变每个转换单元的输入电压；
检查输出功率是正在增加还是正在降低；以及
如果输出功率正在增加，则继续同时在第一方向上改变输入电压；否则，同时在与第一方向相反的第二方向上改变输入电压。
如果多个转换单元具有相同的额定功率，则该方法可以包括为多个转换单元设置相同的输入电压和输入电压的变化的相同步长。
如果多个转换单元具有不同的额定功率，则该方法可以包括根据多个转换单元的不同的额定功率来为多个转换单元设置输入电压和输入电压的变化的步长。
每个转换单元可以包括具有主功率开关的切换模式功率源，并且该方法包括通过控制施加到主功率开关的控制电压的占空比来设置输入电压。
依照本发明的另一方面的示例提供了一种扩展如上所定义的能量转换***的方法，其中，该方法包括：
通过在多个转换单元的输入端子的串联连接内连接附加转换单元的输入端子来添加附加转换单元。
参考下文描述的（多个）实施例，本发明的这些和其他方面将是显而易见的并得以阐述。
附图说明
现在将参考附图详细描述本发明的示例，在附图中：
图1示出了能量转换***的一般架构；
图2更详细地示出了具有控制部件的能量转换***；
图3示出了能量转换方法；以及
图4示出了电流对电压和功率对电压的曲线图，以解释最大功率点跟踪功能。
具体实施方式
本发明提供了一种将与能量源一起使用的功率转换***，其中，多个转换单元经由它们的输入端与能量源的输出端串联使用。主监控单元被适配为监控能量源的输出功率，并根据所监控的输出功率来同步地控制每个转换单元的输入电压。以这种方式，配置了一组转换单元，其中这些转换单元分享来自能量源的输出。这提供了可扩展的***。
图1示出了***的一般配置。该***包括一组转换单元10（示出为编号为1至n）。每个转换单元执行最大功率点跟踪，尽管如下面所解释的，与常规的完整MPPT***相比，每个转换单元可能具有减少的功能。该***连接到能量源，该能量源被示出为形成太阳能***的一组太阳能电池板12（所述一组太阳能电池板12中的每一个包括一个或多个太阳能电池的太阳能电池阵列）。每个转换单元10包括一对输入端子和一对输出端子。输入端子串联连接在全局正输入端14和全局负输入端16之间。太阳能电池阵列也被示出为串联连接，使得它们具有形成全局输入端14、16的单对输出端。该***可以连接到任何传输可变能量的能量源。当能量源包括多个单元（诸如图1的多个太阳能电池板）时，它们可以如示出的那样串联连接，但它们也可以并联。
在该示例中，转换单元的输出端并联连接到包括一组并联电池单元的电池布置20。电池布置可以具有任何其他配置，诸如串联连接。代替在电池布置中实现能量存储或除了在电池布置中实现能量存储之外，该***还可以用于将能量耦合至电网。
该***提供跨输入端串联的多个转换单元。这意味着它们分享输入电压，即，在全局输入端14、16上的来自能量源的输出电压。所传输的能量源电流传递到每个转换单元。
转换单元例如包括具有DC-DC转换率的切换模式DC-DC转换器。可以通过以参考信号形式的控制输入来设置转换率。该参考信号控制DC-DC转换器的主功率开关的占空比。
控制转换单元以根据太阳能***的输出功率的变化来同步地改变其转换率。同步控制转换单元以达到太阳能***的最佳（即最大）输出功率输出。组合地，转换单元为能量源设置期望的操作电压，以实现最大或接近最大的功率传送。该布置可通过添加附加的转换单元10来扩展。
因此，该***在转换单元的最大功率点处操作串联连接的转换单元，串联连接的转换单元可以以修改的MPPT转换器或实际上简单DC-DC转换器的形式。每个单独的转换单元控制其自己的输入电压。
在第一示例中，转换单元中的全部都具有相等的额定功率。以示例的方式，三个太阳能电池板可以串联连接，如图1中示出的。第一和第二太阳能电池板可以是现有***的一部分，并且第三太阳能电池板是要被包含到***中的新添加的电池板。转换单元10具有合适的额定功率，并且以输入-输出解耦的MPPT充电控制器的形式。当转换单元中的全部都具有相同的额定功率并为并联连接的电池组或单个高功率电池充电时，转换单元将尝试从太阳能电池板提取最大功率，以单独地为中央电池组（common battery）充电。在这样的配置中，所有转换单元将经历相同的电流和取决于转换率的跨每个转换单元的电压。用于整个***的最大功率点跟踪操作的公式为：
Ptotal_series = Isol *（V1 + V2 + .... Vn）
其中Isol是从能量源（即，太阳能***）汲取的总电流，Vk是跨第k个转换单元的电压，并且Ptotal_series是从太阳能***汲取的总功率。
如果***以独立模式操作，其中第一个太阳能电池板具有第一个独立的转换单元以为电池充电，并且第二太个阳能电池板具有第二个独立的转换单元等，则单个太阳能***的最大功率点跟踪操作如下。
P1 = I1 * V1
P2 = I2 * V2，
…
Pn = In * Vn。
因此，总功率公式为：
Ptotal_individual = P1 + P2 + ..... Pn；其中Pk是可以由第k个太阳能电池板传输的最大功率，Vk是跨第k个转换单元的电压，Ik是由第k个转换单元汲取的电流，并且Ptotal_series是从太阳能***汲取的总功率。
为了通过串联连接的电池板***来实现与单独的性能情况相同的功率点跟踪性能，Ptotal_series必须等于Ptotal_individual。
在理想情景下，V1和V2与Vn将是相同的并且等于Vsol/n（其中Vsol是太阳能***输出电压），以便相等地分享功率并以最大功率点对整个***进行操作以为电池充电。
然而，转换单元之间小的输入阻抗差异可以导致不相等的电压分享，使得在实际情景下V1、V2和Vn将不是相同的。即使V1、V2和Vn不相等，使得转换单元以不同的功率水平操作，也仍然可以实现***水平最大功率点跟踪。
因此，即使所有转换单元都具有相等的额定功率，但如果所有转换单元都被允许独立操作，则与其他转换单元相比，某些转换单元可能以更高的功率操作。
代替允许每个转换单元独立地操作，提供了整体***控制。整体***控制所需的附加部件在图2中示出。
该***包括主监控单元30a、30b和控制器32，主监控单元30a、30b被适配为监控能量源（即，太阳能电池布置）的输出功率，控制器32被适配为根据所监控的输出功率来同步地控制每个转换单元的输入电压。主监控单元包括用于感测全局输入端子14、16之间的电压的电压感测电路30a和用于监控从太阳能电池布置流出和流回到太阳能电池布置的总电流的电流感测电路30b（诸如电流感测电阻器和电压测量电路）。
控制器32确保在所有转换单元之间的几乎相等的电压分享，并且实现更好的***稳定性以及确保相等的资源利用。控制器32用作控制所有转换单元的主机。以这种方式，转换单元不需要是完整的MPPT***，因为感测功能的部分由主监控器和控制器提供。转换单元可以被认为是修改的MPPT转换器，并且它们可以被实现为仅具有脉冲宽度调制控制的简单DC-DC转换器。
控制器32连续监控太阳能***电压和电流，并且还监控电池电压Vbat和电池电流Ibat，并基于常规MPPT算法为所有转换单元提供合适的电压参考。因此，整体MPPT操作由控制器32实现，而每个单独的转换单元作为简单的DC-DC转换器操作。整体MPPT算法可以例如包括扰动并观察算法或任何其他算法。
图2示出了用于转换单元10的电压参考Vr1、Vr2和Vrn。这些参考电压被提供给驱动电路34，驱动电路34中的一个在图2中更详细地示出。驱动电路包括误差放大器36，该误差放大器36基于由控制器32设置的参考电压Vr和每个转换单元的各自差分电压的反馈之间的差生成输出。图2示出了减法单元38，该减法单元38接收用于该特定转换单元的局部正和负输入电压，并且这意味着考虑了在转换单元之间划分总电压的方式。
这种方法意味着即使向每个转换单元提供相同的参考，如果那些转换单元具有不同的输入阻抗并因此接收不同比例的输入电压，则转换率也被相应地调整。如果转换单元具有高阻抗，并且因此更大比例的输入电压跨其输入端子，则将导致更低的PWM信号值和更低的转换率。这提供了不同转换单元之间的功率分享的自我调节。以这种方式，解决了不同的转换单元以不同的功率操作、并且因此可能在其额定功率之外操作的问题。
控制器32基于电池电压、电池电流、能量源电压和能量源电流为所有串联连接的转换单元生成参考电压。然后，各个转换单元基于从控制器32接收的参考电压和其自身的差分输入电压来生成用于其自身操作的PWM信号。因此，即使所有参考电压都相同，但由于转换单元的不同输入阻抗，也可能导致不同的PWM信号。因此，每个转换单元将其自身的差分电压控制并保持在控制极限内。
图3示出了转换方法。
在步骤40中，从能量源接收能量。
在步骤42中，监控能量源的输出功率（Pout）。这涉及测量能量源电压和电流。如果能量源电压存在并且高于阈值极限，则在步骤44中将默认参考电压分配给所有单独的转换单元，以生成用于电池充电的最小输出电压。
转换单元的启动过程将同时发生，即，所有转换单元将同时或几乎同时达到标称输出范围。
在步骤46中，读取电池电压，并且基于电池充电状态，可以设置电池充电电流极限。例如，电池处的低电压指示升压模式（boost mode）充电是可能的。因此，该步骤可以向电池组或并联连接的电池提供升压模式充电。
在步骤48中，通过控制器32将所有转换单元的参考电压增加参考步长ΔVref。然后在步骤50中读取太阳能***电压和电流。
如果太阳能***输出功率正在增加（如步骤50中确定的），例如通过测量并乘以太阳能***输出电流和输出电压，则该过程继续，其中在步骤51中参考电压变化的符号保持相同。否则，过程相反，因此在步骤52中所有转换单元的参考电压变化的符号被切换（使得下次它们被减少ΔVref）。
以这种方式，每个转换单元的输入电压从参考值开始在第一方向上改变（增加）。然后，检查来自能量源的输出功率是正在增加还是正在降低。如果输出功率正在增加，则输入电压在第一方向上连续改变（步骤51保持相同的符号），否则，输入电压在与第一方向相反的第二方向上改变（步骤52改变符号）。这提供了扰动并观察的最大功率点跟踪方法，来为能量源找到最佳操作点。
图4示出了电流对电压以及功率对电压的曲线图，以解释最大功率点跟踪功能。
Vmp和Imp表示最大功率点Pmax处的太阳能***电压和太阳能电池电流。Voc是开路电压，并且Isc是短路电流。在扰动并观察的方法中，每个转换单元的电压和太阳能***输出电压增加，并且因此增加太阳能电池的输出功率，直到达到点Pmax。一旦太阳能***的电压超过对应于最大功率Pmax的Vmp，控制器就会检测到输出功率下降，并且控制器指令每个转换单元降低其电压。最终，***将在Vmp和Pmax附近稳定。
由于太阳能入射强度在整个白天中随着时间或由于云层覆盖而改变，因此最大功率点Pmax将会改变，并且***动态地移动到新的Vmp和Pmax点。
该***将在太阳能电池的最大功率点处稳定（处于小的振荡）。
当然，可以使用其他已知的最大功率点跟踪方法。
步长大小ΔVref可以基于所需的MPPT动态效率和响应时间需求来决定。
该过程将继续，直到电池已经达到如步骤54中检测到的其目标电压，或者处于升压充电的结束或太阳能可用性的结束。
上面的示例基于为所有串联连接的转换单元提供相同的参考电压Vref。这是基于所有转换单元都具有相同的额定功率的假设。这将确保转换单元之间几乎相等的电压分享。然而，电压分享的微小差异将导致它们之间的功率分享，如果转换单元在额定功率、电压和电流极限内操作，则这不是有害的操作。如下面进一步解释的，转换单元具有相同的额定功率不是必要的。
该方法可以进一步包括（图3中未示出）监控转换单元的太阳能电流和输入电压，使得如果输入功率大于额定功率，则转换单元将在指定时间内使用突发模式（burst mode）操作，以保持转换单元操作存在并降低故障风险并恢复到正常操作。
升压充电结束时，电池需要以恒定电压充电。然而，电池可能需要比可用太阳能更少的功率。在这种情况下，控制器32可以维持对电池的恒定电压接入并相应地修改参考电压Vref，使得适当量的功率从输入端传送到输出端。这如步骤56所示出的。这里，太阳能电池不是在其最大功率点处而是在最大功率点之下转换的。
上面的示例基于为转换单元提供相同的参考电压。在另一示例中，对于不同的转换单元，由控制器32生成的参考可以是不同的，以使得由每个转换单元传送的不同功率能够为电池布置充电。
以这种方式，与其他串联连接的转换单元相比，转换单元中的一个或多个可以以更高的功率操作。通过从控制器32提供不同的参考电压，不同额定功率的转换单元也可以以不同的功率操作。
然后，可以根据不同转换单元的不同额定功率来选择参考电压。对于不同的转换单元，参考电压的步长变化的大小也可以设置为不同的水平，同样例如与它们的不同额定功率成比例。
不同参考的设置可以是可从遥控器或软件应用设置的，使得电池充电站能够基于所选的充电比率来对客户进行不同的充电。
这对于已经存在不同瓦特数转换单元并且将添加具有不同额定功率的新转换单元的旧***而言是有意义的。需要功率比率调整，以防止较低额定的转换单元中的任一个通过传送过多功率并且因此以超过额定水平执行而发生故障。通过适当的电压分享，整个***能够以期望的峰值最大功率点操作。对于新的装置，通常将优选的是具有串联的相同功率的转换单元，以便于利用施加到每个转换单元的相同参考来控制。
上面基于扰动并观察的方法仅描述了最大功率点跟踪方法的一个示例。然而，可以使用其他方法来将整个***设置为处于最大功率点。
扰动并观察的方法由于其易于实现而是最常见的。第一种可替代方法是增量电导方法，通过该方法测量电流和电压的增量变化，以预测电压变化的影响。该方法利用太阳能***的增量电导（dI/dV）来计算功率相对于电压的变化的符号。第二种可替代方法是电流扫描方法，该方法使用太阳能***电流的扫描波形，使得以固定的时间间隔获取并更新PV阵列的I-V特性。然后，可以从特性曲线计算最大功率点电压。第三种可替代方法是恒定电压方法，其中将输出电压调节到恒定值或与测得的开路电压的恒定比率。
通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不指示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种将与能量源一起使用的功率转换***，包括：
多个转换单元（10），每个转换单元包括一对输入端子和一对输出端子，其中所述输入端子与所述能量源串联连接，其中所述串联的第一个转换器的正输入端子和最后一个转换器的负输入端子用于连接到所述能量源的输出端（14，16），并且对于此串联中的每两个相邻的转换器，上游转换器的负输入端子引脚连接到下游转换器的正输入端子，除了所述第一个转换器的所述正输入端子和所述最后一个转换器的所述负输入端子以外，所述上游转换器的负输入端子和所述下游转换器的正输入端子均与所述能量源解耦；
主监控单元（30a，30b），被适配为监控所述能量源的输出功率；以及
控制器（32），被适配为根据所监控的输出功率来同步地控制每个转换单元的输入电压。
2.根据权利要求1所述的***，其中，所述输出端子并联连接，并且所述控制器（32）被适配为：
-检测来自所述能量源的总输出电压；以及
-为每个转换单元（10）设置参考电压（Vr）；
并且每个转换单元（10）与驱动电路相关联，以基于由所述控制器（32）设置的所述参考电压（Vr）与每个转换单元的各自差分电压的反馈之间的差来为所述转换单元生成并提供输出。
3.根据权利要求1或2所述的***，其中，所述控制器被适配为：
从参考值开始，同时在第一方向上改变每个转换单元的所述输入电压；
检查所述输出功率是正在增加还是正在降低；以及
如果所述输出功率正在增加，则继续同时在所述第一方向上改变所述输入电压；否则，同时在与所述第一方向相反的第二方向上改变所述输入电压。
4.根据任一前述权利要求所述的***，其中：
所述多个转换单元（10）具有相同的额定功率，并且所述控制器被适配成为所述多个转换单元设置相同的输入电压和所述输入电压的变化的相同步长；或者
所述多个转换单元（10）具有不同的额定功率，并且所述控制器被适配为根据所述多个转换单元的不同的额定功率来为所述多个转换单元设置输入电压和所述输入电压的变化的步长。
5.根据权利要求4所述的***，其中，所述多个转换单元（10）具有不同的额定功率，并且所述控制器被适配成为所述多个转换单元与它们不同的额定功率成比例地设置输入电压和所述输入电压的所述变化的步长。
6.根据任一前述权利要求所述的***，其中，每个转换单元（10）包括具有主功率开关的切换模式功率源，其中，施加到所述主功率开关的控制电压的占空比确定所述输入电压，其中，所述控制器被适配为控制所述占空比。
7.根据任一前述权利要求所述的***，其中，所述转换单元的所述输出端子用于连接到电池组（20）。
8.根据任一前述权利要求所述的***，所述***可通过在所述多个转换单元的输入端子的串联连接内连接附加转换单元（10）的输入端子来添加所述附加转换单元来扩展。
9.一种太阳能发电***，包括：
一组太阳能电池板（12）；和
根据任一前述权利要求所述的功率转换***，其中，末端输入端子连接到所述一组太阳能电池。
10.根据权利要求9所述的***，还包括连接到所述输出端子的电池布置（20）。
11.根据权利要求9所述的***，其中，所述太阳能电池板（12）的输出端子串联连接，并且所述一组太阳能电池板可通过将附加太阳能电池板与所述一组太阳能电池板串联连接来添加所述附加太阳能电池板来扩展，其中，所述串联的第一个太阳能电池板的正输出端子和最后一个太阳能电池板的负输出端子分别用于连接到所述第一个转换器的正输入端子和所述最后一个转换器的所述负输入端子，并且对于此串联中的每两个相邻的太阳能电池板，一太阳能电池板的负输出端子引脚连接到下游太阳能电池板的正输出端子，除了所述第一个太阳能电池板的所述正输出端子和所述最后一个太阳能电池板的所述负输出端子之外，所述一太阳能电池板的负输出端子和下游太阳能电池板的正输出端子均与转换器解耦。
12.一种功率转换方法，包括：
（40）从能量源（12）接收能量；
提供多个转换单元（10），每个转换单元包括一对输入端子和一对输出端子，其中所述输入端子与所述能量源串联连接，并且所述串联的第一个转换器的正输入端子和最后一个转换器的负输入端子连接到所述能量源，其中对于此串联中的每两个相邻的转换器，上游转换器的负输入端子引脚连接到下游转换器的正输入端子，除了所述第一个转换器的所述正输入端子和所述最后一个转换器的所述负输入端子以外，所述上游转换器的负输入端子和所述下游转换器的正输入端子均与所述能量源解耦；
（42，50）监控所述能量源的输出功率；以及
（51，52，48）根据所监控的输出功率同步控制跨每个转换单元的输入电压。
13.根据权利要求12所述的方法，包括：
（48）从参考值开始，同时在第一方向上改变每个转换单元的所述输入电压；
（50）检查所述输出功率是正在增加还是正在降低；以及
如果所述输出功率正在增加，则（51）继续同时在所述第一方向上改变所述输入电压；否则，（52）同时在与所述第一方向相反的第二方向上改变所述输入电压。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中：
所述多个转换单元具有相同的额定功率，并且所述方法包括为所述多个转换单元设置相同的输入电压和所述输入电压的变化的相同步长；或者
所述多个转换单元具有不同的额定功率，并且所述方法包括根据所述多个转换单元的不同的额定功率来为所述多个转换单元设置输入电压和所述输入电压的变化的步长。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，每个转换单元包括具有主功率开关的切换模式功率源，并且所述方法包括通过控制施加到所述主功率开关的控制电压的占空比来设置输入电压。
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