JP2013516153A - 接地可能ｄｃ／ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

ＤＣ／ＤＣコンバータが、ＤＣ入力電圧（Ｕ_Ｅ）用の２個の入力端子（２、３）と、ＤＣ出力電圧（Ｕ_Ａ）用の２個の出力端子（４、５）と、ＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するインバータ（７）と、入力端子（３）の第１の１個と出力端子（５）の第１の１個との間でインバータからのＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する整流器（１０）と、を備える。少なくとも１個の直流電気的に分離する要素がインバータ（７）の出力（８）と整流器（１０）の入力（９）との間に配置され、容量が出力端子（４、５）の間で動作可能である。インバータ（７）は、部分的ＤＣ電圧を完全ＤＣ入力電圧（Ｕ_Ｅ）より低く、入力端子（２）の第２の１個と出力端子（４）の第２の１個との間で動作可能である容量（６）を介して低下するよう変換する。
【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、同時継続の特許文献１に対する優先権を主張する。

本発明は、一般にＤＣ／ＤＣコンバータに関する。特に本発明は、一般に、ＤＣ入力電圧を受け入れるための２個の入力端子と、ＤＣ出力電圧を供給するための２個の出力端子と、その出力でＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するインバータと、インバータの出力に接続される整流器と、を備えるＤＣ／ＤＣコンバータに関する。

この種類のＤＣ／ＤＣコンバータは、光電発電機から電気エネルギーを電力グリッドに供給するための配置の一部として設けられることができる。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータは光電発電機から来る電気エネルギーをＡＣ電力グリッドに供給するインバータの入力に接続されることができる。本発明は、しかしながらこの特定の用途に対するＤＣ／ＤＣコンバータに限られていない。

他のものの間に、ＤＣ／ＤＣコンバータはＤＣ入力電圧をより高いＤＣ出力電圧に変換する、および／または単極性入力電圧を両極性出力電圧に変換するために使用されることができる。

非特許文献１から公知のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、インバータ半ブリッジが、２個の入力端子の間に印加されるＤＣ入力電圧をＡＣ電圧に変換する。このＡＣ電圧は、２個のダイオードを備える整流器ブリッジによってＤＣ電圧に変換され戻される。得られるＤＣ電圧が、２個の入力端子の１個と２個の出力端子の１個との間に印加されてしたがって、ＤＣ入力電圧を介してＤＣ出力電圧を増大する。インバータ半ブリッジの出力と整流器ブリッジの入力との間で、インバータブリッジから整流器半ブリッジを容量的に切り離すコンデンサおよびインダクタを備える共振回路が形成される。共振回路は、その構成部品によって定義される共振周波数を有する。最も低い可能な損失でＤＣ／ＤＣコンバータを動作させる終わりまで、インバータ半ブリッジ内の２個のスイッチがこの共振周波数で、逆相で切り替えられる。ＤＣ入力電圧に比べてＤＣ出力電圧の所望の倍増を達成するために、インバータブリッジを通して、共振回路を通しておよび整流器ブリッジを通して、電気エネルギーの半分だけが供給されることもまたこの既知のＤＣ／ＤＣコンバータの低損失動作にとって有利である。しかしながら、どれが入力および出力端子であっても、その間で整流器ブリッジが電圧を増大せず、それらが常に同じ電位にあるという点でＤＣ入力電圧の基準電位は同じままである。また現代の光電システムによって生成される非常に高い電圧からみて、電力を供給する導体上の電流ローディングを減少させるために、既知のＤＣ／ＤＣコンバータによって実行されるような電圧を２倍にする任意の点がいつもあるというわけではない。

特許文献２が、インバータの入力におけるＤＣ／ＤＣコンバータを開示する。このＤＣ／ＤＣコンバータでは、直列に接続されてそれらの中央点で接地される２個のコンデンサが２個の出力端子の間に両極性電圧を供給するように充電される。このために、２個のコンデンサのうち１個を充電するブーストコンバータおよび残りのコンデンサを充電する逆バック−ブーストコンバータが、２個の入力端子に接続される。したがって、２個のコンデンサを横切るＤＣ出力電圧は入力端子の間のＤＣ入力電圧に対して２の基本的転換比率を有する。すでに言及されたように、電圧のこの増大の任意の点がいつもあるというわけではない。しかしながら、この既知のＤＣ／ＤＣコンバータが単極性ＤＣ入力電圧を両極性ＤＣ出力電圧に変換するということは役立つ。その結果、２個のコンデンサの接続点に接続される入力端子の１個が、接続された光電発電機において、要望どおり、接地に対して正または負の電位のどちらかだけを有するように接地されることができる。いくつかの光電発電機が、最適な性能および寿命のためにこの種の電位領域を必要とする。しかしながら、この既知のＤＣ／ＤＣコンバータの別の欠点は、逆バック−ブーストコンバータがそのスイッチが実際に開閉されている時だけ逆転を実行するということである。しかしながら、バックおよびブーストコンバータは、それらのスイッチができるだけ少なく作動させられるならば、基本的に最適効率でだけ動作する。

特許文献３が、接地されたＤＣ電源、特に光電発電機によって供給されるＤＣ入力電圧をＡＣ出力電圧に変換するためのパルス駆動インバータの入力における、ＤＣ／ＤＣコンバータを開示する。このＤＣ／ＤＣコンバータは、完全ＤＣ入力電圧を少なくとも２つの両極性中間出力電圧に変換する共振インバータを備える。両極性中間出力電圧は、接地された中央を有し、ＤＣ／ＤＣコンバータがパルス駆動インバータと共有する、分割ＤＣ電圧リンクの１つの部分に整流器ダイオードブリッジ経由で各々供給される。したがって、ＤＣ電圧リンクのリンク電圧はＤＣ入力電圧に対して２の基本的転換比率を有する。

欧州特許出願第０９１８０５５７．２号明細書、名称「Ｅｒｄｕｎｇｓｆａｈｉｇｅｒ ＤＣ／ＤＣ−Ｗａｎｄｌｅｒ」、２００９年１２月２３日出願 欧州出願特許公開第１９７１０１８号明細書 欧州出願特許公開第２０２３４７５号明細書

Ｙｉ−Ｃｈｅｒｎｇ Ｌｉｎ、 Ｄｅｒ−Ｃｈｅｒｎｇ Ｌｉａｗ "Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ａ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ＤＣ−ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ"（共振スイッチコンデンサＤＣ−ＤＣコンバータのパラメータの研究） Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２００１ ， ＴＥＮＣＯＮ． Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＥＥ Ｒｅｇｉｏｎ １０ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， Ｖｏｌｕｍｅ ２， ２００１ ， ｐａｇｅｓ ７１０−７１６

ＤＣ電圧を必ずしも増大しなければならないことなく単極性ＤＣ入力電圧を両極性ＤＣ出力電圧に変換することが可能である、最小量の装置を伴う、かつ最小の電力損失を伴う、ＤＣ／ＤＣコンバータに対する必要性が残る。

本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータであって、ＤＣ入力電圧を受け入れるための２個の入力端子と、ＤＣ出力電圧を供給するための２個の出力端子と、その出力でＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するインバータと、その入力端部でインバータの出力に接続されてかつその出力端部で入力端子の第１の１個と２個の出力端子の第１の１個との間に接続される整流器であって、その入力に印加されるＡＣ電圧を２個の入力端子の第１の１個と２個の出力端子の第１の１個との間のＤＣ電圧に変換する整流器と、を備えるＤＣ／ＤＣコンバータを提供する。このＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、少なくとも１個の直流電気的に分離する素子がインバータの出力と整流器の入力との間に配置され、容量が２個の出力端子の間で動作可能であり、および、インバータが２個の入力端子の第２の１個と２個の出力端子の第２の１個との間で動作可能である容量を介して低下する部分的ＤＣ電圧を変換し、この部分的ＤＣ電圧は完全ＤＣ入力電圧より低い。

本発明の他の特徴および効果は、以下の図面および詳細な説明の検討の際に当業者に明白になるであろう。全てのこの種の追加の特徴および効果が、請求の範囲によって定義される、本発明の有効範囲内で本願明細書に含まれることを意図される。

本発明は、以下の図面を参照してよりよく理解されることができる。図面内の構成要素が必ずしも一定の比率であるというわけではなく、重点がその代わりに本発明の原理を明らかに例示することに置かれる。図において同様な参照番号が、いくつかの図の全体にわたって対応している部分を示す。

ＤＣ／ＤＣコンバータの第１の実施態様の構成の略図である。 図１内に示されるそれとは異なる容量レイアウトを有するＤＣ／ＤＣコンバータの第２の実施態様の構成の略図である。 図１内に示されるＤＣ／ＤＣコンバータの実施態様の更なる詳細を示す。 図２内に示されるＤＣ／ＤＣコンバータの実施態様の更なる詳細を示す。 始動回路として機能する図３または４内に示されるＤＣ／ＤＣコンバータの回路が実現されることができる可能な方法を示す。 始動回路として機能する回路を実現する別の可能な方法を示す。 始動回路として機能する回路を実現するさらにもう１つの可能な方法を示す。 始動回路として機能する回路を実現するさらにもう１つの可能な方法を示す。 図３内に示されるＤＣ／ＤＣコンバータの変更を示す。 新規なＤＣ／ＤＣコンバータの更なる一実施態様の略図である。 図１０内に示されるそれと比較して、補正された容量配置を有する新規なＤＣ／ＤＣコンバータのさらにもう１つの実施態様の略図である。 トランスを有するＤＣ／ＤＣコンバータの一実施態様を示す。 図１０内に示されるＤＣ／ＤＣコンバータの実施態様の更なる詳細を示す。 図１１内に示されるＤＣ／ＤＣコンバータの実施態様の更なる詳細を示す。 図１２内に示されるＤＣ／ＤＣコンバータの第１のより詳細な実施態様を示す。 図１２内に示されるＤＣ／ＤＣコンバータの第２のより詳細な実施態様を示す。 図１内に示されるＤＣ／ＤＣコンバータの更により詳細な一実施態様において、始動回路として作用する回路での、差動変流器からの信号を使用する可能な方法を示す。 図３内に示されるＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、始動回路として作用する回路での、差動変流器からの信号を使用する更に可能な方法を示す。 始動回路として作用する図１７または図１８内に示される回路を制御する一組の制御ロジックのための制御アルゴリズムを示す。

インバータという用語が以下の記述に使用される所で、それが別な方法で特定される場合を除き、当業者がこの用語によって理解することができるすべてを含む。インバータという用語は、したがって、２本の入力ラインの間に、能動的に切り替えられたスイッチから造られる少なくとも１台の半ブリッジを有するインバータブリッジを有するインバータを特に、しかしこれに限らず包含する。

整流器という用語が以下の記述に使用される所で、それが別な方法で特定される場合を除き、当業者がこの用語によって理解することができるすべてを含む。整流器という用語は、したがって、２本の出力ラインから取り去られて、整流ダイオードから造られる少なくとも１台の半ブリッジを有する整流器ブリッジを有する整流器を特に、しかしこれに限らず包含する。

この文脈において注意されるべきことは、本発明の範囲内で、これがＤＣ／ＤＣコンバータを基本的に異なる方法で動作させないので、純粋に受動的に切り替える素子として作用する任意のダイオードが、適切な方法で能動的に切り替えられるスイッチによって、または適切な方法で能動的に切り替えられ、かつ固有のまたは外部の逆並列ダイオードを有するスイッチによって、または能動的に切替可能な半導体スイッチの固有ダイオードによって、交換されることができるということである。ダイオードに対するこの種類の等価回路は、当業者によく知られていておよびそれゆえに用語ダイオードによって以下の記述に包含される。

容量という用語が以下の記述で使用される所で、それが別な方法で特定される場合を除き、当業者が電気容量を供給すると認識することができるすべてを含む。用語容量は、したがって、１個以上のコンデンサの任意の組合せを特に、しかしこれに限らず包含する。

インダクタンスという用語が以下の記述で使用される所で、それが別な方法で特定される場合を除き、当業者が電気インダクタンスを供給すると認識することができるすべてを含む。インダクタンスという用語は、したがって、１個以上のインダクタの任意の組合せを特に、しかしこれに限らず包含する。

本発明に従うＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、インバータはその出力で、ＤＣ入力電圧全体をＡＣ電圧に変換せず、部分的ＤＣ電圧だけを変換する、すなわちＤＣ入力電圧の一部が、２個の入力端子の第２の１個と２個の出力端子の第２の１個との間で動作可能である容量を介して低下し、その第２の端子の間で、整流器の出力端部でＤＣ電圧が印加されない。特に、この容量は２個の入力端子の第２の１個と２個の出力端子の第２の１個との間に直接接続される。この容量およびインバータが２個の入力端子の第２の１個と２個の出力端子の第２の１個との間で並列接続されるので、２個の入力端子の第２の１個に対して２個の出力端子の第２の１個の電位が２個の入力端子の第１の１個の方へシフトされる。同時に、２個の入力端子の第１の１個に対して２個の出力端子の第１の１個の電位が、２個の入力端子の第２の１個から離れてシフトされる。出力電圧は、したがって、２個の入力端子の第１の１個の電位の両側にある。いかなる理由であっても、２個の入力端子のこの第１の１個が接地されるならば、単極性ＤＣ入力電圧は両極性ＤＣ出力電圧になる。その結果、異なる電位基準にもかかわらず、ＤＣ出力電圧の絶対値または大きさは、ＤＣ入力電圧のそれと基本的に同じままである。

ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、更なる容量が２個の入力端子の第１の１個と２個の出力端子の第１の１個との間のその出力端部で整流器と並列に接続されることができる。

いっそう更なる容量が、更なる容量と直列に出力端子の第２の１個と入力端子の第１の１個との間に接続されるという点で、整流器の出力と並列に２個の入力端子の第１の１個と出力端子の第１の１個との間に接続される更なる容量が、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子の間で動作可能であるその容量の一部を形成することができる。個々の容量の複数の異なる配置が、ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて可能である。

容量が２個の入力端子の第１の１個と２個の出力端子の第１の１個との間の出力端部で整流器と並列に接続されるならば、それは２個の部分的容量に分割されることができ、その場合には、２個の部分的容量の間の中央が、インダクタンス経由で整流器の入力に接続されることができる。このインダクタンスは、零または少なくともほとんど零の電圧でインバータのスイッチを切り替えるために使用されることができる（零電圧切換え（ＺＶＳ））。ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、この種類のインダクタンスは一般に個々のインバータ出力端子または個々の整流器入力端子のそれぞれと入力端子または出力端子の１個との間の容量と直列に接続されることができる。

整流器の入力へのインバータの出力の接続は、好ましくは共振回路経由で行われる。この共振回路は、容量およびインダクタンスを備えることができる。あるいは、容量がトランスの迷いインダクタンスと共振回路を形成するために直列に接続されることができるトランス経由で、インバータと整流器との間の連結が、行われることができる。迷いインダクタンス上に高い許容誤差を有するかもしれない影響を回避するために、容量が更なるインダクタンスと直列に接続されることができる。インバータと整流器との間に共振回路があるならば、インバータのスイッチの作動は、好ましくは５０％近くの負荷サイクルでおよび共振周波数の近くの周波数で行われる。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータの切り替えられた状態はＤＣ／ＤＣコンバータの下流に接続されることができる任意のインバータの切り替えられた状態に無関係である。整流器は、電力の双方向流れが行われること、および／または整流器での損失を減少させることを可能にするために並列に接続されるスイッチを有することができる。

例えば、インバータの各半ブリッジあたり１台の共振回路のような、複数の共振回路がインバータの出力と整流器の入力との間に形成されることもまた可能である。好ましくは、これらの異なる共振回路全部が、同じ共振周波数を有してインタリーブされた切換モードで動作させられる。それらが各々整流器の１台の半ブリッジに接続されるならば、それらは、例えば整流器の入力で、誘導的に連結されることができる。

ＤＣ／ＤＣコンバータの高効率を達成する終わりまで、インバータと整流器との間の減衰ができる限り低くあるべきである。その結果、インバータのスイッチが初めて切り替えられた時、インバータの入力に並列の状態にある容量がすでに充電され、一方、整流器の出力に並列の状態にある容量が充電されなかったならば、非常に高い電流が流れるであろう。更に、インバータのスイッチは非常に高い電圧を切り替えなければならず、それは不利である。ＤＣ／ＤＣコンバータにおける両方の課題を回避するために、２個の入力端子の第２の１個と２個の出力端子の第２の１個との間に接続される容量が、好ましくは、この容量を横切る電圧が減少させられることができる回路と並列に接続される。最も単純な場合には、この回路は抵抗器経由で容量を短絡させるスイッチである。特に好ましくは、前記スイッチは、インバータのスイッチがすでに動作されるまでオープンされない通常導電性タイプのスイッチであり、それは、何の電圧もまだ容量を横切って増加してないので、インバータのスイッチが最初は零の電圧で切り替わることを意味する。このように、回路はＤＣ／ＤＣコンバータ内の始動回路として使用される。たとえ容量を横切る電圧がゆっくりと増加するとしても、インバータが１台以上の共振回路に供給するならば、インバータのスイッチは零のまたはほぼ零の電流でなお切り替えられることができる。

２個の入力端子の第２の１個と２個の出力端子の第２の１個との間に接続される容量を横切る電圧が減少させられることができる回路は、また、２個の入力端子の第１の１個と２個の出力端子の第２の１個との間で低下する電圧を意図的に変化させることができて、このようにＤＣ／ＤＣコンバータ内の電圧分割に関して少なくともなんらかの効果を有することができる。このために、回路は少なくとも１個のスイッチに加えて１個のインダクタンスおよび少なくとも１個のダイオードを有する。

具体的には、回路内のスイッチは、２個の入力端子で接地に対する電位が同じ符号であるかまたはこれらの電位の１つが少なくとも約零であるような方法で作動されることができる。この回路なしで、新規なＤＣ／ＤＣコンバータのこの種類の入力電位のプリセットは入力端子の１個を接地にまたは中立導体にまたは、例えば、分圧器の助けを借りて定義される電位に接続することによって達成されることができる。この接続は好ましくは抵抗器および／またはインダクタンスおよび、必要であれば接続が中断されることができるリレー経由で行われる。両方の入力端子に対して正電位をプリセットする１つの理由は、負電位が特定の太陽電池に対して欠点である可能性があるので、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端部に接続される光電発電機内の負電位を防ぐためであることができる。他の場合では、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端部で正電位を回避することが、好ましくなることができる。

あるいは、回路のスイッチの作動は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子の１個から接地へのリーク電流のような接地への電流を検知するセンサからの信号の一機能として行われることができる。このセンサは、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に直接配置されることができるが、ＤＣ／ＤＣコンバータの下流に接続されるインバータの出力に等しくよく配置されることができる。センサは、監視されるラインにわたって差動電流に応答する既知の差動電流センサであることができる。回路のスイッチの作動は、可能ならば零までリーク電流を減少させる目的で実行される。特に好ましくは、回路内のスイッチの負荷サイクルを変化させることによって接地への電流を調節する。

ここで、図面をより詳細に参照して、図１に示すＤＣ／ＤＣコンバータ１は、２個の入力端子２および３ならびに２個の出力端子４および５を有する。入力端子２および３は、ＤＣ入力電圧Ｕ_Ｅの印加のために設けられる。この場合は、入力端子２は入力電圧Ｕ_Ｅの電位ＤＣ＋で陽極を受け入れ、入力端子３は入力電圧Ｕ_Ｅの電位ＤＣ−で陰極を受け入れる。出力端子４および５で、ＤＣ／ＤＣコンバータ１はＤＣ出力電圧Ｕ_Ａを供給する。この場合は、出力端子４は出力電圧Ｕ_Ａの電位ＺＫ＋で陽極を供給し、出力端子５は出力電圧Ｕ_Ａの電位ＺＫ−で陰極を供給する。容量６が、入力端子２と出力端子４との間に接続される。この容量６を介して低下するＤＣ電圧が、インバータ７によってＡＣ電圧に変換される。連結容量１３経由で、インバータ７の出力８が、ＡＣ電圧を入力端子３と出力端子５との間に印加されるＤＣ電圧に変換する整流器１０の入力９に接続される。容量１１が、整流器１０と並列に入力端子３と出力端子５との間に接続される。更なる容量１４が、入力端子と出力端子４との間に接続される。容量１１および１４の直列接続が、したがって、出力端子５と出力端子４との間で動作可能である。ＤＣ／ＤＣコンバータ１が動作する方法は、入力電圧Ｕ_Ｅが、容量６を介して部分的に低下して容量１４を介して部分的に低下し、ならびに入力端子３で電位ＤＣ−からより遠く離れている電圧降下の一部が、インバータ７および整流器１０を用いて容量１１に伝達され、ならびに、容量１１および１４を横切る出力電圧Ｕ_Ａが、したがって、入力電圧Ｕ_Ｅに対して接地電位に関してシフトされる、と言うことによって説明されることができる。その結果、単極性正ＤＣ入力電圧Ｕ_Ｅが両極性出力電圧Ｕ_Ａに変換されるように、入力端子３に印加される入力電圧Ｕ_Ｅの電位ＤＣ−が接地に接続されることができる。

この機能はまた、図２内に示すＤＣ／ＤＣコンバータ１によって実行され、そこにおいて、図１内に示される容量１４よりむしろ、容量１５が入力端子２と３との間に設けられ、容量１２が出力端子４と５との間に設けられる。容量が常に出力端子４と５との間で動作可能なままであるので、これらの２個の容量１２および１５のうち１個もまた、ここで省略されることができる。容量１２が省略されるならば、出力端子４と５との間の問題の容量は容量６、１１および１５による寄与から構成される。

図１に従うＤＣ／ＤＣコンバータ１の更なる詳細が、図３内に示される。その上、ブーストコンバータ１６がＤＣ／ＤＣコンバータ１の上流に接続される。スイッチ１７、インダクタンス１８およびダイオード１９の他に、ブーストコンバータ１６はバッファ容量２０を備え、および、それは必要に応じて、入力電圧Ｕ_ＥをＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力端子２と３との間に印加される入力電圧に押し上げる。インバータ７は、逆相で切り替えられる２個のスイッチ２２および２３を有する半ブリッジ２１という形をとる。整流器１０は、半ブリッジ２４の形で２個のダイオード２５および２６から造られる。更に、インバータ７の出力８を整流器１０の入力９から分離する連結容量１３が、連結容量１３と共に、スイッチ２２および２３がその共振周波数で切り替えられる共振回路２８を形成するインダクタンス２７と直列に接続される。整流器１０と並列に入力端子３と出力端子５との間に接続される容量１１が、２個の部分的容量１１’および１１”に分割される。インダクタンス２９が、これらの部分的容量１１’および１１”の接続点と整流器１０の入力９との間に接続される。このように、インダクタンス２９は部分的容量１１’経由で出力端子５に接続されて共振回路２８内の電圧のゼロ交差でインバータ７のスイッチ２２および２３を切り替える際に補助する。更に、始動回路として作用して、図５および８と関連して更に詳細に説明される回路３０が示される。

容量１４が省略されるという点で、およびその代わりに、それぞれ、容量１２および１５が出力端子４および５と入力端子２および３との間に接続されるという点で、図４内に示される回路配置は図３内に示されるそれと異なる（図３参照）。容量１１もまた省略され、およびその代わりに、インダクタンス２９が容量５５経由で出力端子５に接続される。

図５は、図３および４に従う回路３０の第１の実施態様を示す。図３に示すものに反して、この回路３０は入力端子３の電位ＤＣ−に接続されない。この場合は、回路３０は通常オンまたは導電性タイプのスイッチ３１を有し、それは抵抗器３２と直列に、入力端子４と出力端子５との間の容量６（図示せず）と並列に接続される。制御ロジック３３がスイッチ３１をオープンしない限り、スイッチ３１は抵抗器３２経由で容量６を短絡させる。その結果、何の電圧も容量６を横切って増加することができない。このように、インバータ７のスイッチ２２および２３の動作は、電圧なしで始めることができる。これは、スイッチ２２および２３の切換えに直接有益である。更に、インバータ７の出力８から整流器１０の入力９まで流れる電流は、たとえスイッチの両側上の容量がまだ等しくロードされないとしても、スイッチ２２および２３の動作の開始で適切な低レベルに保たれることができる。更に、始動回路３０は完全入力電圧Ｕ_Ｅが、要望どおり、入力電圧Ｕ_Ｅの一部だけよりむしろ容量６を介して低下することを防ぐ。

図６は、通常オンまたは導電性タイプの代わりにスイッチ３１が通常オフのタイプである図５内に示される回路３０の変形を示し、およびしたがって、制御ロジック３３によって最初は能動的にクローズされなければならない。図６内に示される回路３０が始動回路として動作する方法は、図５内に示される回路が動作するそれと基本的に同じである。

図７内に示される回路３０は、インダクタンス３４およびダイオード３５を加えて有するが、抵抗器３２がない。インダクタンス３４はスイッチ３１と直列に入力端子２と出力端子４との間に接続され、一方、ダイオード３５はインダクタンス３４と直列に入力端子３と出力端子４との間に接続される。このように、出力電位ＺＫ＋のためのブーストコンバータが形成され、それによって、出力電位ＺＫ＋のレベルは電位（ＤＣ＋＋ＤＣ−／２）とＤＣ＋との間の範囲内にセットされることができる。

図８内に示される回路３０では、追加のスイッチ３６および追加のダイオード３７が設けられ、それが、共に、入力電位ＤＣ−とＤＣ＋との間の範囲内に出力端子４での出力電位ＺＫ＋をセットすることを可能にする。

図９は、この場合、入力電圧Ｕ_Ｅの極性が逆転する、すなわち、ＤＣ−電位が入力端子２においてであり、ＤＣ＋電位が入力端子３においてであることを除いては、図３内におけるものと基本的に同じであるレイアウトを示す。それゆえに、出力電位ＺＫ−は出力端子４に存在し、出力電位ＺＫ＋は出力端子５に存在する。入力端子３を接地するとともに、これは入力電圧Ｕ_Ｅ’を供給する光電発電機３８内の接地に対して正電位を防ぎ、一方、前述の実施態様は、このように接地されるならば、入力側で接地に対して負電位を防いだ。更に、図９は出力端子４および５に接続されるインバータ３９を示す。このインバータ３９は、ＤＣ＋電位経由で接地に接続されて光電システム３８から接地基準を有する三相ＡＣネットワーク４０に電気エネルギーを供給する。

図１０に示すインバータ１内に、２本のラインが整流器７の出力８と整流器１０の入力９との間に走る。これらのラインの各々内に、分離の原因となる２個の連結容量１３’および１３”の１個が、配置される。図１１内に示されるＤＣ／ＤＣコンバータの実施態様はこの特徴を同様に備え、それが図１よりむしろ図２に対応する容量配置を有するという点で、図１０内に示されるものと異なる。

図１１内に示される基本的容量配置を有するが、容量１２が省略される図１２が、トランス４１によって整流器１０の入力９からインバータ７の出力８の代替分離を示す。

図１３に示す図１０内に示される基本的回路の実施態様は、それぞれ、スイッチ２２’および２３’ならびに２２”および２３”を有する２台の半ブリッジ２１’および２１”を備える完全ブリッジという形をとるインバータ７を備える。この場合、各半ブリッジ２１は各々インダクタンス２７’または２７”および連結容量１３’または１３”を有する２台の共振回路２８’および２８”のうち１台内に、電力を供給する。これらの共振回路２８は、ダイオード２５’および２６’または２５”および２６”から造られる整流器１０の対応する半ブリッジ２４’および２４”に接続される。２台の半ブリッジは、基本的に図３または４内に示されるインダクタンス２９と同様に機能するインダクタンス５５によって入力側に連結される。このように、２台の共振回路２８’および２８”は、逆相で切り替えられるスイッチ２２’および２３”ならびに２２”および２３’の対によって引き起こされるそれらの逆相振動を安定させるために誘導的に連結される。

容量配置およびインダクタンス５６の代わりにインダクタンス５３が容量５４と直列にインバータの出力の間に直接接続されるという事を除いて、図１４内に示されるＤＣ／ＤＣコンバータ１の構成は図１３内に示されるＤＣ／ＤＣコンバータのそれに一致する。（図１３内に示されるＤＣ／ＤＣコンバータ１では、連結容量１３’および１３”はインバータの出力の間の容量として作用する。）

図１５内に示されるＤＣ／ＤＣコンバータ１の実施態様では、整流器７は２個のスイッチ２２および２３を有する半ブリッジ２１’ならびに２個の容量４２および４３を有する半ブリッジ２１”によって形成される。トランス４１の一次巻線４４と共に、これらの容量４２および４３はインバータ７によって供給される共振回路を形成する。トランス４１の二次巻線４５は整流器１０に給電し、それはこの場合ダイオード２５および２６を備える半ブリッジ２４ならびに容量４６および４７を備える半ブリッジ２４”を有する。容量４６および４７ならびに容量１５からみて、容量１１および１２がこの場合必要でない。容量１２に代わるものとして、容量１５が等しくよく省かれることができる。

図１６内に示されるＤＣ／ＤＣコンバータ１の実施態様では、インバータ７および整流器１０の２台の半ブリッジ２１”および２４”が、それぞれ容量４２および４３ならびに４６および４７から受動形態で造られないが、半ブリッジ２１’および２４’のように、それぞれ、スイッチ２２”および２３”ならびにダイオード２５”および２６”から造られる。容量１３は、この場合共振回路２８を形成するためにトランス４１の一次巻線４４と共に設けられる。

図１７に示し、かつ、入力端部で光電発電機３８に、および出力端部で、インバータ３９経由でＡＣ電力グリッド４０に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ１は、図１に示すように基本的に造られる。インバータ７の唯一の半ブリッジ２１の中央にその両端部の１つで接続され、かつ、容量５５経由で出力端子５に接続されるべく図４内に示されるインダクタンス２９の様に、ＺＶＳの役に立つ、インダクタンス５７が、容量５８経由で入力端子２にその他端で接続される。図１７はまた、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の回路３０によってセンサ４９からの信号４８がどのように考慮されるかについて示す。ＤＣ／ＤＣコンバータ１からの接地への補正されていない電流の対策として、センサ４９がＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力端子を介して流れる接地リーク電流を検知するために差動電流変換器５０を使用する。始動回路３０の制御ロジックは、入力信号としての信号４８を処理して、接地に対する電流を零まで低下させるために適切な方法で回路３０の１つまたは複数スイッチを制御する。

図１７内に示される差動電流変換器が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力で直接接地リーク電流を検知するのに対して、それが同様にＤＣ／ＤＣコンバータ１から接地への電流を検知するが、既知の方法でまた、他の監視タスクのために使用されることができる所で、ＤＣ／ＤＣコンバータの下流に接続されるインバータ３９の出力で、図１８内に示される差動電流変換器５０が設けられる。

図１９は、センサ４９によって検知される接地への電流が零まで低下されるのを可能にする図１７または図１８内に示される回路３０のための制御ロジック３３の一実施態様を示す。センサ４９からの信号４８が、零のプリセット値と関連するエラー信号として機能する。Ｐ＋ＲまたはＰＩコントローラ、またはその他の適切なコントローラであることができるコントローラ５１が、信号４９を零に調節するために負荷サイクル、すなわちスイッチ３１がサイクルあたりクローズしている時間の比率、をセットするためにパルス幅変調手段５２に作用する。このように、回路３０は接地への電流を補正するための補助コンバータとして新規なＤＣ／ＤＣコンバータ１内に使用される。換言すれば、それはＤＣ／ＤＣコンバータ１の進行中の動作中にさえ機能を実行し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１が安全に動作し始めることを確実にするためにだけ使用されるのではない。このように、お互いに並列に設けられる２台の異なる回路３０を有することさえ可能である。これらの２台の異なる回路３０のうち１台が純粋な始動回路として作用して例えば図５または６に示すように造られ、および、これらの２台の異なる回路３０の残りが接地への電流を補正するための補助コンバータとして作用するタスクのために適応されて例えば図５または６に示すように造られる。

多くの変更および修正が、本発明の趣旨および原理から実質的に逸脱することなく本発明の好ましい実施態様になされることができる。全てのこの種の修正変更は、以下の請求の範囲によって定義される、本発明の範囲内で本願明細書に含まれることを意図される。

１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２ 入力端子
３ 入力端子
４ 出力端子
５ 出力端子
６ 容量
７ インバータ
８ 出力
９ 入力
１０ 整流器
１１ 容量
１２ 容量
１３ 容量
１４ 容量
１５ 容量
１６ ブーストコンバータ
１７ スイッチ
１８ インダクタンス
１９ ダイオード
２０ 容量
２１ 半ブリッジ
２２ スイッチ
２３ スイッチ
２４ 半ブリッジ
２５ ダイオード
２６ ダイオード
２７ インダクタンス
２８ 共振回路
２９ インダクタンス
３０ 回路
３１ スイッチ
３２ 抵抗器
３３ 制御ロジック
３４ インダクタンス
３５ ダイオード
３６ スイッチ
３７ ダイオード
３８ 光電発電機
３９ インバータ
４０ ＡＣネットワーク
４１ トランス
４２ 容量
４３ 容量
４４ 一次巻線
４５ 二次巻線
４６ 容量
４７ 容量
４８ 信号
４９ センサ
５０ 差動電流変換器
５１ コントローラ
５２ パルス幅変調手段
５３ インダクタンス
５４ 容量
５５ 容量
５６ インダクタンス
５７ インダクタンス
５８ 容量

Claims (15)

1. ＤＣ／ＤＣコンバータ（１）であって、
   −ＤＣ入力電圧（Ｕ_Ｅ）を受け入れるための２個の入力端子（２、３）と、
   −ＤＣ出力電圧（Ｕ_Ａ）を供給するための２個の出力端子（４、５）と、
   −その出力（８）でＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するインバータ（７）と、
   −その入力端部で前記インバータ（７）の前記出力（８）に接続されてかつその出力端部で前記入力端子（３）の第１の１個と前記２個の出力端子（５）の第１の１個との間に接続される整流器（１０）であって、その入力（９）に印加されるＡＣ電圧を前記２個の入力端子（３）の前記第１の１個と前記２個の出力端子（５）の前記第１の１個との間のＤＣ電圧に変換する整流器と、
   −前記インバータ（７）の前記出力（８）と前記整流器（１０）の前記入力（９）との間に配置される少なくとも１個の直流電気的に分離する素子と、
   −前記２個の出力端子（４、５）の間で動作可能な容量と、を備え、
   前記インバータ（７）が、前記２個の入力端子（２）の前記第２の１個と前記２個の出力端子（４）の前記第２の１個との間で動作可能である容量（６）を介して低下する部分的ＤＣ電圧を変換し、前記部分的ＤＣ電圧が完全ＤＣ入力電圧（Ｕ_Ｅ）より低いことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ（１）。
2. 前記少なくとも１個の直流電気的に分離する素子が、コンデンサ（１３）またはトランス（４１）であることを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ（１）。
3. 少なくとも１台の共振回路（２８）が、前記インバータ（７）の前記出力（８）と前記整流器（１０）の前記入力（９）との間に形成されることを特徴とする請求項２に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ（１）。
4. 前記インバータ（７）の各半ブリッジ（２１）あたり１台の共振回路（２８）が、前記インバータ（７）の前記出力（８）と前記整流器（１０）の前記入力（９）との間に形成されることを特徴とする請求項３に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ（１）。
5. 前記インバータ（７）の前記出力（８）と前記整流器（１０）の前記入力（９）との間の全ての共振回路（２８）が、同じ共振周波数を有することを特徴とする請求項４に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ（１）。
6. 前記インバータの個々の出力端子が、少なくとも１個のインダクタンス（５６、５３）および少なくとも１個の容量（１３、５４）経由で互いに接続されることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータ（１）。
7. 前記インバータの個々の出力端子および／または前記整流器の個々の入力端子が、インダクタンス（２９、５７）および容量（５５、５８）経由で前記入力端子（２、３）または出力端子（４、５）のうち１個に接続されることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータ（１）。
8. 前記インバータ（７）のスイッチ（２２、２３）の作動が、下流に接続されるコンバータの切り替えられた状態を問わず３０％と５０％との間の負荷サイクルで実行されることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータ（１）。
9. 前記２個の入力端子（２）の前記第２の１個と前記２個の出力端子（４）の前記第２の１個との間で動作可能である前記容量（６）が、前記容量（６）を介した前記電圧降下を意図的に変化させるための少なくとも１台の回路（３０）と並列に接続されることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータ（１）。
10. 前記２個の入力端子（２）の前記第２の１個と前記２個の出力端子（４）の前記第２の１個との間で動作可能である前記容量（６）を介した前記電圧降下が、前記回路（３０）によって零に向かって低減可能であることを特徴とする請求項９に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ（１）。
11. 前記回路（３０）が、少なくとも１個のスイッチ（３１、３６）を有することを特徴とする請求項９または１０に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ（１）。
12. 前記回路（３０）が、１個のインダクタンス（３４）および少なくとも１個のダイオード（３５、３７）を有することを特徴とする請求項１１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ（１）。
13. 接地に対して前記２個の入力端子（２、３）の電位が同じ符号を有するか、またはこれらの電位のうち１つが零であることを特徴とする請求項１〜１２のうちいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータ（１）。
14. 前記回路（３０）の１つの動作モードにおいて、接地に対する電流を検知するセンサ（４９）からの信号（４８）が、前記回路（３０）の制御ロジック（３３）に関する影響を有することを特徴とする請求項１２に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ（１）。
15. 前記センサ（４９）が、直接前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１）の前記出力で、または前記ＤＣ／ＤＣコンバータの下流に接続されるインバータ（３９）の前記出力で、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１）の前記出力端子（４、５）の１個からのリーク電流である接地に対する電流を検知することを特徴とする請求項１３および１４に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ（１）。

Images