KR101314975B1

KR101314975B1 - 인버터용 격리 회로

Info

Publication number: KR101314975B1
Application number: KR1020117009362A
Authority: KR
Inventors: 브루노 부르거; 헤리베르트 쉬미트
Original assignee: 프라운호퍼-게젤샤프트 추르 푀르데룽 데어 안제반텐 포르슝 에 파우
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2013-10-04
Also published as: DE102008048841B8; CN102165681A; DE102008048841B3; WO2010034413A1; CN102165681B; JP5303648B2; KR20110056427A; EP2327145B1; EP2327145A1; CA2738132A1; JP2012503963A; US20110255316A1

Abstract

DC/AC 컨버터(26)용 격리 회로가 입력(10, 12), 출력(36, 38), 에너지 저장 요소(C₀₁) 및 스위치 요소(S₀₁, S₀₂)를 포함한다. DC/AC 컨버터(26)는 프리휠링 상태(freewheeling phase) 동안에 메인으로부터 격리되는 에너지 저장부를 포함한다. 격리 회로의 출력(36, 38)은 DC/AC 컨버터(26)에 연결되도록 구성되고, 에너지 저장 요소(C₀₁)는 입력(10, 12)에 연결되어, 입력으로부터 수신된 에너지를 저장하는 역할을 한다. 스위칭 요소(S₀₁, S₀₂)는 격리 회로의 출력(36, 38)과 에너지 저장 요소(C₀₁) 사이에 연결되어, 프리휠링 상태 동안에 에너지 저장 요소(C₀₁)를 출력(36, 38)에 연결하고, DC/AC 컨버터(26)의 프리휠링 상태 밖에서 에너지 저장 요소(36, 38)를 출력으로부터 격리한다.

Description

인버터용 격리 회로{SEPARATING CIRCUIT FOR INVERTERS}

본 발명의 실시예는, DC/AC 컨버터를 사용하여 전기 DC 전압의 전기 AC 전압으로의 변환에 관한 것이며, 상세하게는, 광기전 발전소, 연료 전지, 배터리 등과 같은 DC 전압 에너지원으로부터 DC/AC 컨버터를 격리하기 위한 DC/AC 컨버터용 격리 회로에 관한 것이다.

DC 전압원의 DC 전압 전위로부터 시작해서, 극성이나 위상 및 진폭 면에서, 교류 전압, 예컨대 50 또는 60Hz 사인파로 구현된 메인 전압(mains voltage)의 전위 곡선에 맞춰지는 기존의 교류 전압 메인으로 에너지를 공급하기 위해 교류 전류를 생성해야 한다. DC/AC 컨버터는 예컨대 광기전 분야에서 사용되며, 바람직하게는 높은 수준의 효율을 얻기 위해 변압기 없이 구현된다. 그러나 메인의 전위가 무-변압기 DC/AC 컨버터를 통해 DC 전압 측에 그리고 그에 따라 태양 발전기로 폐회로를 이루는 것이 무-변압기 회로의 단점이다. 그에 따라, 태양 발전기는 더 이상 전위-프리(부동)가 아니며, 예컨대 박막 모듈에 대해, 원하는 경우, 접지될 수 없다.

도 1은, 예컨대 동작 모드의 더 상세한 내용에 관해 참조하게 될 독일 특허(DE 102 21 592 A1)의 도입부에 기재된 H4 브릿지 회로에서 단일-위상 DC/AC 컨버터를 도시한다. DC 전압원으로서, 도 1에 도시한 회로는 DC 전압 단자(10 및 12)를 갖는 태양 발전기(SG)를 포함한다. 태양 발전기 DC 전압(U_SG)을 메인(14)에 공급하기에 적절한 교류로 변환하기 위해, 도 1에 도시한 단일-위상의, 무-변압기 DC/AC 컨버터는, 4개의 스위치 유닛(S1 내지 S4)으로 구성된 풀 브릿지(16)와 병렬로 연결되는 버퍼 커패시터(C₁)를 포함한다. 개별 스위치 유닛(S1 내지 S4)은, 예컨대 최대 수 100kHz의 주파수를 갖는 스위칭 동작을 실현할 수 있는 고주파수 스위치로서 구현될 수 있다. 그러한 스위치는 MOS 필드-효과 트랜지스터로서 또는 IGBTs(Insulated Gate Bipolar Transistors)로서 구현될 수 있다.

스위치 유닛(S1과 S2) 사이나 스위치 유닛(S3과 S4) 사이의 연결 노드(18 및 20)에서의 브릿지 회로(16)의 병렬 브랜치에서 브릿지 탭이 주로 발생한다. 연결 노드(18 및 20)가 AC 전압 단자(22 및 24)에 연결되며, 이들 단자 자체는 초크 인덕턴스(L₁ 또는 L₂)를 통해 메인(14)에 연결된다. 브릿지 전압(U_Br)이 연결 노드(18과 20) 사이에 인가된다.

태양 발전기 전압(USG)을 메인 공급에 필요한 교류로 변환하기 위해, 스위치 유닛(S1 내지 S4)이 동기화된 방식으로 미리 결정된 고주파수 타이밍 패턴으로 개방 및 폐쇄되어, 시간-분리(discrete) 방식으로 서로 구별될 수 있는 브릿지 전압을 생성하며, 그 평균값은 외부에서 인가된 교류 전압(U_mains)에 동조된다. DC/AC 컨버터의 동작 동안에, 브릿지 전압(U_Br)은 폐쇄된 스위치(S1 및 S4)인 경우에 전압(U_plus)을 취하고, 폐쇄된 스위치 유닛(S2 및 S3)인 경우에 전압(U_minus)을 취한다.

도 1에 도시한 H4 브릿지 회로에서 단일-위상 DC/AC 컨버터(1)는 예컨대 바이폴라 방식으로 클록킹되며, 두 개의 출력 초크(L₁ 및 L₂)가 태양 발전기(SG)에서 전위 점프를 방지하도록 구비된다. 그러한 전위 점프는 원치 않는 것이며, 그 이유는 태양 발전기(SG)가 접지 쪽으로 큰 용량을 가지며, 큰 용량성 역-전하 전류가 전위 점프 시에 흐르게 될 것이기 때문이다. 대칭 출력 초크의 사용 및 대각선을 가로질러 실행된 바이폴라 클록킹에 의해, 메인 전압(U_mains)의 진폭의 절반이 태양 발전기 전압(USG) 상에서 중첩된다. 이것은 상당한 전압이므로, 태양 발전기(SG)는 접지에 대한 사인 전위로 부동한다.

도 2는, 태양 발전기의 접지로의 DC 전압을 예시하며, DC/AC 컨버터를 도 2에서 간략한 방식으로 예시하며 참조번호(26)를 갖는다.

도 1에 기초하여 기술된 바이폴라 클록킹의 단점은, 달성 가능한 효율이 매우 낮다는 점이다. 단극성 클록킹으로 또는 소위 단일-위상 초핑으로 더 높은 효율을 얻을 수 있고, 그 이유는 여기서 단극성 전압이 브릿지(16) 출력에서 생성되어 초크의 전류 리플이 바이폴라 클록킹에 비교하여 상당히 감소하기 때문이며, 그러나 그러한 클록킹 방법은, DC 전압, 예컨대 태양 발전기에 의해 제공된 DC 전압의 변환에 사용될 수 없는 단점이 있다. 브릿지의 단극성 클록킹 또는 단일-위상 초핑에서, 태양 발전기(SG)는, 큰 용량성 출력 전류를 초래하게 될, 접지로의 클록-주파수 전위 점프를 보일 것이며, 그에 따라 방금 기술한 기본적으로 유리한 이들 클록킹 타입은 사용할 수 없게 된다.

H4 브릿지 회로에서의 단일-위상 DC/AC 컨버터의 효율에 관해 방금 기술한 문제들은 도 3 및 도 4를 기초로 해서 기술된 회로, 즉 도 3에 도시한, DE 102 21 592 A1에 따른 Heric^® 회로와, 도 4에 도시한, DE 10 2004 030 912 B3에 따른 H5 회로에 의해 해결될 수 있다. 다음에서, 언급한 공개공보에 따른 이들 두 가지 알려진 회로의 기본 구조만이 논의될 것이며, 이들 회로의 기본 원리에 대한 더 상세한 설명에 대해서는, 언급한 공개고보를 참조하기 바란다.

도 1에 도시한 회로에 추가하여, 도 3에 도시한 회로는 브릿지 탭(18과 20) 사이에 두 개의 병렬 연결 경로를 포함하며, 여기서 직렬로 연결된 정류 다이오드(D₁ 또는 D₂) 뿐만 아니라 하나의 스위치(S5 또는 S6)가 이들 각각에 구비되며, 개별 연결 경로에서의 정류 다이오드는 반대 순방향으로 서로 스위칭된다. 도 1에 기술한 회로에 추가하여, 도 4에 따른 회로에서, 스위치(S5)가 직류 단자(10)와 브릿지(16) 사이에 구비된다. 그 구조로 인해, 도 3 및 도 4에 기술한 회로는 소위 프리휠링(freewheeling) 경로를 스위칭하게 한다.

도 3에 따른 회로에서, 양의 프리휠링 전류가 트랜지스터, 즉 스위치(S5)와 다이오드(D₁) 양단에 흐르고, 음의 프리휠링 전류가 트랜지스터, 즉 스위치(S6)와 다이오드(D₂) 양단에 흐른다. 프리휠링 동안에, 태양 발전기는 스위치, 즉 트랜지스터(S1 내지 S4)에 의해 턴 오프되어, 어떠한 전위 점프를 겪지 않게 된다.

상황은 도 4에 도시한 H5 회로에서 유사하다. 여기서, 양의 프리휠링 전류가 트랜지스터(S3)의 프리휠링 다이오드와 트랜지스터(S1) 양단에 흐르고, 음의 프리휠링 전류가 트랜지스터(S1)의 프리휠링 다이오드와 트랜지스터(S3) 양단에 흐른다. 여기서, 프리휠링 동안에, 태양 발전기(SG)는 스위치, 즉 트랜지스터(S2, S4 및 S5)에 의해 격리된다.

도 3 및 도 4에 기초해 설명한 회로에 의해, 도 1에 도시한 회로로 달성 가능한 수준의 효율과 비교해 1 내지 2% 더 높은 수준의 효율을 달성할 수 있다.

도 5는, 도 1, 도 3 및 도 4를 기초로 해 기술한 단일-위상 무-변압기 DC/AC 컨버터에서 접지에 대한 태양 발전기 전압을 도시한다. 도시한 바와 같이, 접지에 대한 태양 발전기의 전위에서, 메인 전압 크기의 절반이 항상 중첩된다. 모든 경우에, 태양 발전기는 접지에 대한 사인 전위로 부동하여 접지될 수 없으며, 그 이유는 이것이 태양 발전기(SG)와 메인(14) 사이에 직접 경로를 만들게 될 것이기 때문이다.

이것은, 많은 태양 발전기 구현에서 받아들여질 수 있지만, 특히 태양 발전기가 박막 모듈이나 후면 접촉 태양 전지를 사용하는 경우와 같이 접지가 바람직한 태양 발전기가 존재한다. 박막 모듈에서, 박막 모듈의 너무 이른 노화를 방지하기 위해 접지가 바람직하다. 또한, 태양 발전기의 접지는, 국가 표준으로 인해 몇몇 국가에서는 의무적일 수 도 있다.

이 종래기술로부터 시작해서, 본 발명의 목적은, 전술한 타입의 DC/AC 컨버터를 직류 전압원으로부터 격리되게 하여, 원하는 경우 접지될 수 있게 하는 기술을 제공하는 것이다.

이 목적은, 청구항 1에 기재된 격리 회로, 청구항 6에 기재된 시스템, 청구항 11에 기재된 DC/AC 컨버터 회로 및 청구항 14에 기재된 방법에 의해 해결된다.

본 발명의 실시예는, 프리휠링 상태 동안에 메인으로부터 격리되는 에너지 저장부를 포함하는 DC/AC 컨버터에 대한 격리 회로를 제공하며, 이 격리 회로는:

입력;

DC/AC 컨버터에 연결되는 출력;

입력에 연결되어, 입력으로부터 수신된 에너지를 저장하는 에너지 저장 요소(C₀₁); 및

에너지 저장 요소(C₀₁)와 출력 사이에 연결되는 스위칭 요소로서, DC/AC 컨버터의 프리휠링 상태 동안에 에너지 저장 요소(C₀₁)를 출력에 연결하고, DC/AC 컨버터의 프리휠링 상태 밖에서는 에너지 저장 요소(C₀₁)를 출력으로부터 격리하는, 스위칭 요소를 포함한다.

본 발명의 추가 실시예는,

기준 전위에 연결된 태양 발전기;

태양 발전기에 의해 제공된 DC 전압을 AC 전압으로 변환하여, 이것을 DC/AC 컨버터의 출력에 제공하도록 구현된 DC/AC 컨버터로서, 프리휠링 상태 동안에, DC/AC 컨버터의 에너지 저장부(C₁)를 DC/AC 컨버터의 출력으로부터 격리하도록 더 구현되는, DC/AC 컨버터; 및

본 발명의 실시예에 따른 격리 회로를 포함하는 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예는, 수신된 DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 DC/AC 컨버터 회로를 제공하며, 이 회로는,

입력;

출력;

에너지 저장부(C₁);

에너지 저장부(C₁)와 출력 사이에 연결되고, 프리휠링 상태 동안에 에너지 저장부(C₁)를 출력으로부터 격리하고, 프리휠링 상태 밖에서는 에너지 저장부(C₁)를 출력에 연결하는 스위칭 네트워크; 및

입력과 에너지 저장부(C₁) 사이에 연결된, 본 발명의 실시예에 따른 격리 회로를 포함한다.

다시, 본 발명의 추가 실시예는, 기준 전위에 연결된 태양 발전기에 의해 제공된 DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 방법을 제공하며, 이 방법은,

DC/AC 컨버터의 에너지 저장부가 DC/AC 컨버터의 출력에 연결되는 DC/AC 컨버터의 프리휠링 상태 밖에서, 태양 발전기를 DC/AC 컨버터로부터 격리하고, 태양 발전기에 의해 제공된 에너지를 일시적으로 저장하는 단계; 및

DC/AC 컨버터의 에너지 저장부가 DC/AC 컨버터의 출력으로부터 격리되는 DC/AC 컨버터의 프리휠링 상태 동안에, DC/AC 컨버터의 에너지 저장부를 충전하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따라, DC/AC 컨버터의 중간 회로 커패시터(C₁)(도 1 내지 도 4 참조)는, DC/AC 컨버터의 프리휠링 상태 동안에 접지된 태양 발전기에 의해 충전되며, 그 이유는 중간 회로 커패시터(C₁)가 그 시간 동안에 메인 전위로부터 격리되기 때문이다. 중간 회로 커패시터가 브릿지 트랜지스터, 즉 브릿지 스위치를 통해 메인에 연결되는 프리휠링 상태 밖에서, 접지된 태양 발전기는 격리되어, 단락 회로를 방지한다. 본 발명의 실시예에 따라, 이러한 격리는 두 개의 추가 트랜지스터, 즉 스위치로 실행된다. 태양 발전기가 격리 동안에 에너지를 제공하기 위해, 추가 입력 커패시터(C₀₁)를 에너지 저장부로서 구비한다.

본 발명의 추가 실시예는 종속청구항에 한정되어 있다.

본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 더 상세하게 논의될 것이다.

본 발명에 의하면, 전술한 타입의 DC/AC 컨버터를 직류 전압원으로부터 격리되게 하여, 원하는 경우 접지될 수 있게 할 수 있다.

도 1은, H4 브릿지 회로에서 단일-위상 DC/AC 컨버터의 회로도이다.
도 2는, 접지에 대한 태양 발전기의 DC 전압의 한정을 예시하는 도면이다.
도 3은, 종래의 DC/AC 컨버터의 개략도이다.
도 4는, H5 회로에서 DC/AC 컨버터의 개략도이다.
도 5는, 도 1, 도 3 및 도 4에 따른 단일-위상 무-변압기 DC/AC 컨버터를 사용할 때의 접지에 대한 태양 발전기의 DC 전압 곡선이다.
도 6은, 에너지 저장부, 격리 수단 및 DC/AC 컨버터로 구성되는 본 발명의 실시예의 개략도로서, 도 6a에서는 태양 발전기의 음극이 접지되며, 도 6b에서는 태양 발전기의 양극이 접지되는 도면이다.
도 7a는, 버퍼 저장부인 커패시터와 두 개의 전자 스위치를 갖는 격리 회로의 실시예를 도시한 도면이다.
도 7b는, 커패시터로의 역전류를 억제하기 위한 추가 다이오드와, 그 음극이 접지되는 태양 발전기를 갖는, 도 7a에 도시한 격리 회로이다.
도 7c는 커패시터로의 역전류를 억제하기 위한 추가 다이오드와, 그 양극이 접지되는 태양 발전기를 갖는, 도 7a에 도시한 격리 회로이다.
도 8은, 본 발명의 실시예에 따른 격리 수단을 사용할 때의 접지에 대한 태양 발전기의 DC 전압 곡선으로서, 도 8a는, 그 음극이 접지되는 태양 발전기에 대한 DC 전압 곡선을 도시하며, 도 8b는, 그 양극이 접지되는 태양 발전기에 대한 DC 전압 곡선을 도시하는 도면이다.
도 9a는, 버퍼 저장부인 커패시터와 두 개의 전자 스위치, 두 개의 초크 코일 및 프리휠링 다이오드를 갖는 본 발명의 추가 실시예를 도시한 도면이다.
도 9b는, 커패시터의 역전류를 억제하기 위한 추가 다이오드와, 그 음극이 접지되는 태양 발전기를 갖는 도 9a에 도시한 실시예를 도시한 도면이다.
도 9c는, 커패시터로의 역전류를 억제하기 위한 추가 다이오드와, 양극이 접지되는 태양 발전기를 갖는 도 9a에 도시한 실시예를 도시한 도면이다.
도 10은, 도 3에 따른 종래의 DC/AC 컨버터 회로를 갖는, 도 7a, 도 7b 및 도 7c에 따른 격리 수단의 사용을 도시한 도면(도 10a, 도 10b 및 도 10c)이다.
도 11은, 도 4에 따른 종래의 DC/AC 컨버터 회로를 갖는, 도 7a, 도 7b 및 도 7c에 따른 격리 수단의 사용을 도시한 도면이다(도 11a, 도 11b 및 도 11c).
도 12는, 도 3에 따른 종래의 DC/AC 컨버터 회로를 갖는, 도 9a, 도 9b 및 도 9c에 따른 격리 수단의 사용을 도시한 도면이다(도 12a, 도 12b 및 도 12c).
도 13은, 도 4에 따른 종래의 DC/AC 컨버터 회로를 갖는, 도 9a, 도 9b 및 도 9c에 따른 격리 수단의 사용을 도시한 도면이다(도 13a, 도 13b 및 도 13c).

본 발명의 실시예에 대한 다음의 설명에서, 동일한 요소나 등가의 요소는 동일한 참조번호를 갖는다. 도 1 내지 도 5를 기초로 이미 기술한 요소는 다시 상세하게 기술하지 않을 것이며, 이 점에서 상술한 내용을 참조하기 바란다.

도 6a는, 격리 수단(30)이 태양 발전기(SG)와 DC/AC 컨버터(26) 사이에 연결되는 본 발명의 실시예를 도시한다. 도 6에 도시한 실시예에서, 태양 발전기(SG)의 음극(32)이 접지된다. 추가 실시예는, 그 음극(32)이 접지되는 태양 발전기(SG)를 또한 기술한다. 본 발명은 그러한 구현으로 제한되지는 않음을 주목해야 한다. 오히려, 태양 발전기의 양극(34)이 또한, 도 6b에 도시한 바와 같이, 접지될 수 있다. 본 발명은 또한, 태양 발전기(SG)의 극 중 하나의 접지로의 연결로 제한되기보다는, 태양 발전기(SG)는, 예컨대 0에서 접지까지 다양한 태양 발전기의 전위를 연결하기 위한 추가 전압원을 제공함으로써, 임의의 미리 결정된 기준 전위에 연결될 수 있으며, 전압원은 태양 발전기나 추가 외부 전압원의 일부분일 수 있다.

도 6a와 도 6b는, 태양 발전기(SG)를 메인(14)으로부터 단전시킬 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 격리 수단(30)을 개략적으로 도시하며, 격리 수단(30)은, 예컨대 커패시터(C)의 형태와 같은 적어도 하나의 에너지 저장 요소뿐만 아니라 하나 또는 몇 개의 스위치(S)를 추가로 포함한다. 부가적으로, 추가 초크 요소(L)나 정류 다이오드(D)가 추가로 구비될 수 있다. 격리 수단(30)으로 인해, DC/AC 컨버터(26)의 중간 회로 커패시터(C₁)는, DC/AC 컨버터의 프리휠링 상태 동안에 접지된 태양 발전기(SG)에 의해 충전되게 되며, 그 이유는 이것이 프리휠링 상태 동안에 메인 전위로부터 격리되기 때문이다. 중간 커패시터가 메인에 연결되는 위상 동안에, 스위치(S)는 태양 발전기(SG)를 격리하며, 이것은 단락 회로를 방지한다.

도 7a는, 본 발명의 실시예에 따른 격리 수단의 가능한 구현의 간단한 예를 도시하며, 여기서 격리 수단(30)은 태양 발전기(SG)의 직류 단자(10, 12)와 DC/AC 컨버터(26)의 입력 단자(36 및 38) 사이에 연결된다. 도 7에 도시한 실시예에서, 격리 수단(30)은, 예컨대 전자 스위치, 즉 트랜지스터로 구현될 수 있는 두 개의 스위치(S₀₁ 및 S₀₂)와, 에너지 저장부로서의 커패시터(C₀₁)를 포함한다. 에너지 저장부(C₀₁)는 단자(10, 12), 즉 격리 수단(30)의 입력에 병렬로 연결되고, 스위치(S₀₁)는 격리 회로(30)의 제 1 입력 단자(10)와 제 1 출력 단자(36) 사이에 직렬로 연결된다. 스위치(S₀₂)는 격리 회로(30)의 입력의 제 2 단자(12)와 격리 회로(30)의 출력의 제 2 단자(38) 사이에 연결된다. 스위치(S₀₁ 및 S₀₂)는 프리휠링 상태 동안에 DC/AC 컨버터(26)에서 제어되어, 이 프리휠링 상태 동안에 메인으로부터 격리되는 DC/AC 컨버터의 에너지 저장 커패시터(C₁)는 격리 수단(30)의 에너지 저장부(C₀₁)에 일시적으로 저장된 에너지에 의해 충전될 수 있다. DC/AC 컨버터(26)의 프리휠링 상태 밖에서, 즉 DC/AC 컨버터(26)의 커패시터(C₁)가 메인에 연결되는 시간 동안, 스위치(S₀₁ 및 S₀₂)는 개방되어, 접지된 태양 발전기(SG)와 접지된 메인 사이에 단락 회로를 방지한다. 동시에, 에너지 저장 요소(C₀₁)로 인해, 태양 발전기(SG)에 의해 제공된 에너지는 DC/AC 컨버터(26)의 프리휠링 상태 밖에서 격리 수단(30)의 에너지 저장 요소(C₀₁)에 의해 또한 일시적으로 저장될 수 있어 추후에 DC/AC 컨버터에 방출된다.

도 7b 및 도 7c는 도 7a 실시예의 변형예를 도시하며, 여기서 스위치(S₀₁ 및/또는 S₀₂)는 트랜지스터로 실현된다. 그러한 트랜지스터는, 커패시터(C₀₁)의 메인(14)으로부터의 격리 동안에 커패시터(C₀₁)로 역전류를 여전히 허용하는 역방향 다이오드를 가질 수 도 있다. 그러한 구현에서, 트랜지스터의 역방향 다이오드로 인해 커패시터(C₀₁)로의 원치 않는 역전류를 방지하기 위해, 다이오드(D₀₁ 및 D₀₂)가 추가로 구비된다. 그 음극이 접지되는 태양 발전기(SG)를 갖는 도 7b에 따른 회로에서, 다이오드(D₀₂)는 스위치(트랜지스터)(S₀₂)와 노드(38) 사이에 연결된다. 그 양극이 접지되는 태양 발전기(SG)를 갖는 도 7c에 따른 회로에서, 다이오드(D₀₁)는 스위치(트랜지스터)(S₀₁)와 노드(36) 사이에 연결된다. 대안적으로, 다이오드(D₀₁ 또는 D₀₂)가 스위치(S₀₁ 또는 S₀₂) 이전(커패시터(C₀₁)와 스위치(S₀₁ 또는 S₀₂) 사이를 의미함)에 또한 배치될 수 있다.

도 8은, 예컨대 도 7을 기초로 해서 기술된 격리 수단을 사용할 때의 접지에 대한 태양 발전기(SG)의 DC 전압 곡선을 도시한다. 도 8a는, 그 음극이 접지되는 태양 발전기에 대한 DC 전압 곡선을 도시하며, 도 8b는, 그 양극이 접지되는 태양 발전기에 대한 DC 전압 곡선을 도시한다. 도 8은 다시 접지에 대한 태양 발전기의 전위를 도시하며, 도 5와 비교하면, 본 발명의 실시예에 따른 격리 수단을 사용하여, U_plus(도 8a) 또는 U_minus(도 8b)의 사인 부분이, 종래에 발생한 것처럼(도 5 참조), 상당히 제거되었음을 알게 된다. 나아가, 음극(도 8a) 또는 양극(도 8b)의 전위는 0상에 있고, 그 이유는 이들이 접지되기 때문이다.

도 9a는, 도 7을 기초로 이미 기술된 두 개의 전자 스위치(S₀₁ 및 S₀₂)와 버퍼 저장부로서의 커패시터(C₀₁)를 다시 갖는, 본 발명의 추가 실시예에 따른 격리 회로를 도시한다. 추가로, 도 9에 따른 격리 회로(30')는, 프리휠링 다이오드(D₀₃)뿐만 아니라 두 개의 초크 코일(L₀₁ 및 L₀₂)을 포함한다. 초크 코일(L₀₁)은, 격리 회로(30')의 출력의 제 1 단자(36)와 스위치(S₀₁) 사이에 직렬로 연결되고, 제 2 초크 코일(S₀₂)은, 격리 수단(30')의 출력의 제 2 단자(38)와 스위치(S₀₂) 사이에 직렬로 연결된다. 프리휠링 다이오드(D₀₃)는, 스위치(S₀₁)와 초크 코일(L₀₁) 사이의 노드(40)와, 스위치(S₀₂)와 초크 코일(L₀₂) 사이의 노드(42) 사이에 연결된다.

도 7b 및 도 7c와 유사하게, 도 9b 및 도 9c는 도 9a의 실시예의 변형예를 도시하며, 스위치(S₀₁ 및/또는 S₀₂)는 트랜지스터에 의해 실현된다. 그러한 트랜지스터는, 메인(14)으로부터의 커패시터(C₀₁)의 격리 동안 커패시터(C₀₁)로의 역전류를 여전히 허용하는 역방향 다이오드를 아마도 가질 수 있다. 그러한 구현에서 트랜지스터의 역방향 다이오드로 인해 커패시터(C₀₁)로의 원치 않는 역전류를 방지하기 위해, 다이오드(D₀₁ 또는 D₀₂)가 추가로 구비된다. 그 음극이 접지되는 태양 발전기(SG)를 갖는 도 9b에 따른 회로에서, 다이오드(D₀₂)가 스위치(트랜지스터)(S₀₂)와 노드(42) 사이에 연결된다. 그 양극이 접지되는 태양 발전기(SG)를 갖는 도 9c에 따른 회로에서, 다이오드(D₀₁)가 스위치(트랜지스터)(S₀₁)와 노드(40) 사이에 연결된다. 대안적으로, 다이오드(D₀₁ 또는 D₀₂)가 또한 스위치(S₀₁ 또는 S₀₂) 이전, 즉 커패시터(C₀₁)와 스위치(S₀₁ 또는 S₀₂) 사이에 배치될 수 있다. 다시, 대안적인 구현에서, 다이오드(D₀₁ 또는 D₀₂)가 초크 코일(L₀₁ 또는 L₀₂) 이후, 즉 초크 코일(L₀₁ 또는 L₀₂)과 노드(36 또는 38) 사이에 또한 배치될 수 있다.

도 7에 기초해서 설명한 실시예에서처럼, 도 9에 기초해 설명한 실시예에서, 트랜지스터(S₀₁ 및 S₀₂)는 DC/AC 컨버터(26)의 프리휠링 상태 동안에만 또한 제어되며, 펄스폭변조에 의해, 초크 코일(L₀₁ 또는 L₀₂)의 전류는 규제될 수 있다. 도 7에 기초해 설명한 구현과 비교하여, 도 9에 따른 회로가 유리하며, 그 이유는 여기서 커패시터(C₀₁)에서의 입력 전압이 DC/AC 컨버터(26)의 커패시터(C₀₁)의 전압과는 무관하게 규제될 수 있기 때문이다.

도 10을 기초로 해서, 도 7a, 도 7b 또는 도 7c에 따른 격리 수단이 도 3에 따른 회로와 결합되는 예가 기술된다(도 10a, 도 10b 또는 도 10c 참조). 도 11을 기초로 해서, 도 7a, 도 7b 또는 도 7c에 따른 격리 수단이 도 4에 따른 회로와 결합되는 예가 기술된다(도 11a, 도 11b 또는 도 11c 참조).

도 12를 기초로 해서, 도 9a, 도 9b 또는 도 9c에 따른 격리 수단이 도 3에 따른 회로와 결합되는 예가 기술된다(도 12a, 도 12b 또는 도 12c 참조). 도 13을 기초로 해서, 도 9a, 도 9b 또는 도 9c에 따른 격리 수단이 도 4에 따른 회로와 결합되는 예가 기술된다(도 13a, 도 13b 또는 도 13c 참조).

도 10 및 도 12는 도 7 또는 도 9에 따른 격리 수단을 도 3에 따른 DC/AC 컨버터 회로와 결합하는 것을 도시한다. DC/AC 컨버터에서 프리휠링 상태 동안에, 즉 전류가 스위치(S5 또는 S6)를 통해 흐를 때, 네 개의 브릿지 트랜지스터(S1 내지 S4)가 턴 오프되어, 커패시터(C₁)와 메인(14) 사이에는 도전성 연결이 없다. 이 시간 동안에, 커패시터(C₁)는 스위치(S₀₁ 및 S₀₂)를 통해 재충전될 수 있다. 그리하여, 그 접지로의 전위는 부동 메인 전위로부터 고정 태양 발전기 전위로 점프한다.

도 11 및 도 12는, 도 7 또는 도 9에 따른 격리 수단의 도 4에 따른 DC/AC 컨버터와의 결합을 도시한다. DC/AC 컨버터의 프리휠링은 트랜지스터(S1 및 S3)를 통해 실행된다. 이 위상 동안에, 트랜지스터(S2, S4 및 S5)는 턴 오프되어 커패시터(C1)는 전위-프리가 된다. 격리 수단의 트랜지스터(S01 및 S02)를 스위칭 온함으로써, 커패시터(C1)는 이 위상에서 재충전될 수 있다. 그리하여, 전위는 태양 발전기의 전위로 점프한다.

도 9, 도 12 및 도 13을 기초로 해서, 두 개의 초크 코일이 구비되는 실시예를 기술하였다. 본 발명은, 대칭을 이유로 실제로 바람직한 이 실시예로 제한되지는 않는다. 대안적으로, 이들 실시예에서, 하나의 초크 코일만 구비될 수 있다.

Claims

프리휠링 상태(freewheeling phase) 동안 메인(14)으로부터 격리된 에너지 저장부(C₁)를 포함하는 DC/AC 컨버터(26)용 격리 회로로서,
입력(10, 12);
상기 DC/AC 컨버터(26)에 연결될 수 있는 출력(36, 38);
상기 입력(10, 12)에 연결되어 상기 입력(10, 12)으로부터 수신된 에너지를 저장하는 에너지 저장 요소(C₀₁); 및
상기 에너지 저장 요소(C₀₁)와 상기 출력(36, 38) 사이에 연결되는 스위칭 요소(S₀₁, S₀₂)로서, 상기 DC/AC 컨버터(26)의 프리휠링 상태 동안에 상기 에너지 저장 요소(C₀₁)를 상기 출력(36, 38)에 연결하고, 상기 DC/AC 컨버터(26)의 프리휠링 상태 밖에서 상기 에너지 저장 요소(C₀₁)를 상기 출력(36, 38)으로부터 격리하는, 스위칭 요소(S₀₁, S₀₂)를 포함하며,
상기 입력은 제 1 단자(10)와 제 2 단자(12)를 포함하고,
상기 출력은 제 1 단자(36)와 제 2 단자(38)를 포함하며,
상기 에너지 저장 요소(C₀₁)는 상기 입력의 제 1 단자(10)와 제 2 단자(12) 사이에 연결되고,
상기 스위칭 요소는, 상기 입력의 제 1 단자(10)와 상기 출력의 제 1 단자(36) 사이에 연결된 제 1 스위치(S₀₁)와, 상기 입력의 제 2 단자(12)와 상기 출력의 제 2 단자(38) 사이에 연결되는 제 2 스위치(S₀₂)를 포함하는, 격리 회로.
청구항 1에 있어서,
상기 출력의 제 1 단자(36)와 상기 제 1 스위치(S₀₁) 사이에 연결된 제 1 초크 코일(L₀₁);
상기 출력의 제 2 단자(38)와 상기 제 2 스위치(S₀₂) 사이에 연결된 제 2 초크 코일(L₀₂); 및
상기 제 1 스위치(S₀₁)와 상기 초크 코일(L₀₁) 사이의 노드(40)와, 상기 스위치(S₀₂)와 상기 초크 코일(L₀₂) 사이의 노드(42) 사이에 연결된 프리휠링 다이오드(D₀₃)를 포함하는, 격리 회로.
청구항 1에 있어서, 상기 에너지 저장 요소(C₀₁)는 커패시터를 포함하는, 격리 회로.
청구항 1에 있어서, 상기 스위치(S₀₁, S₀₂)는 전자 스위치나 트랜지스터를 포함하는, 격리 회로.
기준 전위에 연결된 태양 발전기(SG);
상기 태양 발전기(SG)에 의해 제공된 DC 전압(U_SG)을 AC 전압(U_mains)으로 변환하여, 이것을 DC/AC 컨버터(26)의 출력(22, 24)에 제공하는 DC/AC 컨버터(26)로서, 또한, 프리휠링 상태 동안에 상기 DC/AC 컨버터(26)의 에너지 저장부(C₁)를 상기 DC/AC 컨버터의 출력(22, 24)으로부터 격리하는, DC/AC 컨버터(26); 및
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 격리 회로(30; 30')를 포함하는, 시스템.
청구항 5에 있어서, 상기 기준 전위를 제공하는 전원을 갖는, 시스템.
청구항 6에 있어서, 상기 태양 발전기(SG)는 전원을 포함하는, 시스템.
청구항 5에 있어서, 상기 기준 전위는 접지인, 시스템.
청구항 5에 있어서, 상기 태양 발전기(SG)는 박막 모듈이나 배면 접촉 태양 전지를 포함하는, 시스템.
수신된 DC 전압(U_SG)을 AC 전압(U_mains)으로 변환하는 DC/AC 컨버터 회로로서,
입력(10, 12);
출력(22, 24);
에너지 저장부(C₁);
상기 에너지 저장부(C₁)와 상기 출력(22, 24) 사이에 연결되고, 프리휠링 상태 동안에 상기 에너지 저장부(C₁)를 상기 출력(22, 24)으로부터 격리하며, 상기 프리휠링 상태 밖에서 상기 에너지 저장부(C₁)를 상기 출력(22, 24)에 연결하는 스위칭 네트워크; 및
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재되고, 상기 입력(10, 12)과 상기 에너지 저장부(C₁) 사이에 연결되는 격리 회로(30; 30')를 포함하며,
상기 스위칭 네트워크는, 네 개의 스위치(S₁ 내지 S₄)를 갖는 브릿지 회로(16)와, 상기 출력의 제 1 단자(22)와 제 1 브릿지 탭(18) 사이에 연결된 제 1 초크 코일(L₁)과, 상기 출력의 제 2 단자(24)와 제 2 브릿지 탭(20) 사이에 연결된 제 2 초크 코일(L₂)과, 상기 제 1 브릿지 탭(18)과 제 2 브릿지 탭(20) 사이에서 제 1 스위치(S5)와 제 1 다이오드(D₁)의 제 1 직렬 연결과, 제 2 스위치(S6)와 상기 제 1 다이오드(D₁)에 역방향으로 연결된 제 2 다이오드(D₂)의 제 2 직렬 연결을 포함하는 병렬 회로를 포함하고,
상기 브릿지(16)의 스위치(S₁ 내지 S₄)는, 프리휠링 상태 동안에 개방되는, DC/AC 컨버터 회로.
수신된 DC 전압(U_SG)을 AC 전압(U_mains)으로 변환하는 DC/AC 컨버터 회로로서,
입력(10, 12);
출력(22, 24);
에너지 저장부(C₁);
상기 에너지 저장부(C₁)와 상기 출력(22, 24) 사이에 연결되고, 프리휠링 상태 동안에 상기 에너지 저장부(C₁)를 상기 출력(22, 24)으로부터 격리하며, 상기 프리휠링 상태 밖에서 상기 에너지 저장부(C₁)를 상기 출력(22, 24)에 연결하는 스위칭 네트워크; 및
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재되고, 상기 입력(10, 12)과 상기 에너지 저장부(C₁) 사이에 연결되는 격리 회로(30; 30')를 포함하며,
상기 스위칭 네트워크는, 네 개의 스위치(S₁ 내지 S₄)를 갖는 브릿지 회로(16)와, 상기 출력의 제 1 단자(22)와 제 1 브릿지 탭(18) 사이에 연결된 제 1 초크 코일(L₁)과, 상기 출력의 제 2 단자(24)와 제 2 브릿지 탭(20) 사이에 연결된 제 2 초크 코일(L₂)과, 상기 에너지 저장부(C₁)와 상기 브릿지(16) 사이의 스위치(S5)를 포함하며,
상기 스위치(S5)와, 상기 브릿지 스위치 중 적어도 두 개(S2, S4)는 프리휠링 상태 동안에 개방되는, DC/AC 컨버터 회로.
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