[发明专利]DC-DC转换器单元、转换器电路及其运行方法

说明书

技术领域

本发明描述了一种用于连接DC电源和DC电压吸收器的可反馈的DC-DC转换器电路，其中，优选的能量输送从DC电源向DC电压吸收器导引，但概念“可反馈”也描述了相反的途径并因此DC-DC转换器电路也可以从DC电压吸收器向DC电源输送能量。本发明此外描述了一种用于运行这种类型的可反馈的DC-DC转换器电路的有利的方法。

背景技术

这种类型的DC-DC转换器电路或还有此外形成它们的DC-DC转换器单元设施或还有形成这种转换器单元设施的DC-DC转换器单元一般用于使具有往往在时间上不恒定的输出电压的DC电源的输出电压与具有在时间上恒定的一般较高电压值的DC电压吸收器的电压匹配。

这里所描述的类型的DC电源可以是光电设备或其中的子设备、燃料电池或蓄能器元件如蓄电池或电容器电路。典型地用于不同类型的DC电源的是它们的不同的功能参数。光电设备的特征基本上在于，其输出电压承受很高的波动，而燃料电池的特征则在于比较恒定的电压输出。不同的蓄能器元件具有大多恒定的、天然给定的但时间上受界定的输出电压，在这里最好称为接线端电压。

DC电压吸收器可以是逆变器电路布置的输入端或DC总线系统。典型地用于DC总线系统的是大量与其联接的同类型地或不同地构造的DC-DC转换器系统，具有就此连接的DC电源，这些DC电源向DC总线系统供电或由该DC总线系统供电。在考虑到线路损耗的情况下，往往有利地选择DC总线系统的电压值至少比大多数所联接的DC电源的输出电压明显更高。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种通用的DC-DC转换器拓扑，用于接线端电压优选可变的DC电源与接线端电压优选恒定的DC电压吸收器的双向、也就是可反馈的连接。

该目的依据本发明通过具有权利要求6的特征的、具有至少一个依据权利要求1的转换器单元的DC-DC转换器电路以及通过依据权利要求10的方法得以解决。优选的实施方式在各自的从属权利要求中描述。

本发明的出发点是DC-DC转换器单元，用于将在输入接线端上施加的具有第一电压值的直流电压转换成然后在输出接线端上施加的具有第二电压值的直流电压。这种类型的DC-DC转换器单元例如用于使具有时间上可变的第一电压值的光电设备的或其中的设备部分的输出电压与具有恒定的第二电压值的直流电压的逆变器的输入端匹配。有利的是，这种DC-DC转换器单元是可反馈的、也就是双向能运转的，以便例如从具有恒定电压值的DC总线系统充电具有同样恒定的，但较低电压值的蓄能器元件。不言而喻地，DC总线系统可以同样再由蓄能器元件供电。

这里所提供的DC-DC转换器单元具有三个输入接线端和两个输出接线端。在三个输入接线端中的两个上可以以如下方式地联接DC电源，即，该DC电源与第一和第二或与第二和第三输入接线端连接。在联接DC电源时，可以有利地将两个输入接线端中的一个与地电位连接。同样可以有利的是，与DC电源连接的两个输入接线端之间设置有一个输入电容器。由两个输出接线端，第一输出接线端与DC-DC转换器单元的第一输入接线端连接并且第二输出接线端与DC-DC转换器单元的第三输入接线端连接。此外，两个输出接线端可与DC电压吸收器连接，其中，在这里还可以有利地在两个输出接线端之间设置输出电容器。

此外，DC-DC转换器单元具有至少一个、但有利的多个同类型构造的转换器级。每个转换器级具有由各至少两个功率开关的上和下串联电路。这些功率开关可与现有技术相应地各自构造为功率晶体管，例如构造为具有反并联自振荡二极管的IGBT或构造为MOS-FET。

DC-DC转换器单元的第二输入接线端与至少一个转换器级中的每个转换器级的中间点优选借助中间联接的线圈连接。中间点将各自的转换器级对称地分成上和下串联电路。为两个串联电路的各自的晶体管分配从1至N-1的顺序号，这些顺序号各从中间点起计数。上面的具有顺序号为N-1的最后那个功率开关与第一输入接线端连接，而下面的同样具有顺序号为N-1的最后那个功率开关与第三输入接线端连接。

此外，在至少一个转换器级中的每个转换器级内设置有至少一个电容器。各自的电容器同样具有顺序号。一个顺序号的电容器一方面与相同顺序号的上面的功率开关和顺序号紧随其后的功率开关之间的中间点连接，并且另一方面与相同顺序号的下面的功率开关和顺序号紧随其后的功率开关之间的中间点连接。由此，从各转换器级的中间点出发观察，形成N-2个电容器的对称布置。