DE202010012993U1

DE202010012993U1 - Multipoint inverter circuit

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Publication number: DE202010012993U1
Application number: DE202010012993U
Authority: DE
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2012-02-27
Anticipated expiration: 2020-11-26
Also published as: WO2012069646A1; CN203466745U

Abstract

Mehrpunktwechselrichter-Schaltung mit einem positiven Generatoranschluss (21) und einem negativen Generatoranschluss (22) zum Anschluss eines Generators (1) mit einer Generatorspannung, sowie mit einer Netzbrücke (10) zum Wandeln der Generatorspannung in eine Wechselspannung an einen Brückenausgang (19), der mit einem Netz (9) verbindbar ist, wobei die Netzbrücke über fünf Anschlüsse (11–15) mit den Generatoranschlüssen (21, 22) verbunden ist, von denen
– ein erster Anschluss (11) über einen Hochsetzsteller (2) mit den Generatoranschlüssen (21, 22) zur Erzeugung einer hochgesetzten positiven Generatorspannung,
– ein zweiter Anschluss (12) direkt mit dem positiven Generatoranschluss (21), und ein vierter Anschluss (14) direkt mit dem negativen Generatoranschluss (22),
– ein fünfter Anschluss (15) über einen Hochsetzsteller (3) mit den Generatoranschlüssen (21, 22) zur Erzeugung einer hochgesetzten negativen Generatorspannung, sowie
– ein dritter Anschluss (13) über einen kapazitiven Spannungsteiler (C1/C2, C3/C4) mit den Generatoranschlüssen (21, 22) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Brückenausgang...Multipoint inverter circuit having a positive generator terminal (21) and a negative generator terminal (22) for connection of a generator (1) with a generator voltage, and with a network bridge (10) for converting the generator voltage into an AC voltage to a bridge output (19) with a network (9) is connectable, wherein the network bridge via five terminals (11-15) with the generator terminals (21, 22) is connected, of which
A first terminal (11) via a boost converter (2) with the generator terminals (21, 22) for generating a boosted positive generator voltage,
A second connection (12) directly to the positive generator connection (21), and a fourth connection (14) directly to the negative generator connection (22),
- A fifth terminal (15) via a boost converter (3) with the generator terminals (21, 22) for generating a high-set negative generator voltage, and
A third terminal (13) is connected to the generator terminals (21, 22) via a capacitive voltage divider (C1 / C2, C3 / C4),
characterized in that the bridge output ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrpunktwechselrichter-Schaltung zur Einspeisung von durch einen Generator erzeugter elektrischer Energie in ein Netz.The invention relates to a multipoint inverter circuit for feeding generated by a generator electrical energy into a network.

Als Mehrpunktwechselrichter-Schaltungen werden Systeme bezeichnet, bei denen ein hochsetzendes DC-DC Stellglied (auch als Hochsetzsteller – HSS – bezeichnet) ein zusätzliches Spannungsniveau erzeugt.Multipoint inverter circuits are systems in which a step-up DC-DC actuator (also referred to as a boost converter - HSS) generates an additional voltage level.

Dieses zusätzliches Spannungsniveau wird dann zugeschaltet, wenn die Spannung einer den Wechselrichter mit Gleichspannung versorgenden Spannungsquelle (beispielsweise ein Photovoltaik-Generator, eine Brennstoffzelle oder ein Windgenerator) kleiner ist als der Augenblicks-Spannungswert einer Netzspannung eines Netzes (beispielsweise des öffentlichen Versorgungsnetzes), in welches die Wechselrichter-Schaltung ihre Spannung einspeist.This additional voltage level is switched on when the voltage of a voltage source supplying the inverter with direct voltage (for example a photovoltaic generator, a fuel cell or a wind generator) is less than the instantaneous voltage value of a mains voltage of a network (for example the public supply network) the inverter circuit feeds its voltage.

Eine derartige Mehrpunktwechselrichter-Schaltung ist aus der Druckschrift DE 10020537 A1 bekannt.Such a multipoint inverter circuit is from the document DE 10020537 A1 known.

Aus der Druckschrift DE 10 2006 010 694 B4 ist ebenfalls eine Mehrpunktwechselrichter-Schaltung bekannt, die als BS-NPC (Bipolar Switched Neutral Point Clamped) ausgeführt ist. Hierdurch wird eine Schaltungstopologie mit fünf Spannungsstufen realisiert, die zudem ein- als auch dreiphasig ausführbar ist. An dieser Schaltungstopologie erscheint die relativ hohe Spannungsbelastung der eingesetzten Halbleiter problematisch.From the publication DE 10 2006 010 694 B4 Also known is a multipoint inverter circuit configured as BS-NPC (Bipolar Switched Neutral Point Clamped). As a result, a circuit topology is realized with five voltage levels, which is also one- as well as three-phase executable. At this circuit topology, the relatively high voltage load of the semiconductor used appears problematic.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, die bekannte Schaltungstopologie zu verbessern, indem die Spannungsbelastung der Halbleiter verringert wird.Against this background, it is the object of the invention to improve the known circuit topology by reducing the voltage stress on the semiconductor.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Schaltung des Anspruchs 1. Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.The invention solves this problem by the circuit of claim 1. Embodiments of the invention are described in the subclaims.

In vorteilhafter Weise lassen sich so bei in Rede stehenden Schaltungen Halbleiter einsetzen, die für eine reduzierte Spannungsbelastung ausgelegt sind. Hierdurch ergeben sich Kosteneinsparungen.Advantageously, semiconductors which are designed for a reduced voltage load can thus be used in the circuits in question. This results in cost savings.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 beispielhaft ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines Mehrpunktwechselrichter-Prinzips, 1 an example of a block diagram for explaining a multipoint inverter principle,

2 beispielhaft einen Spannungsverlauf zur Erläuterung eines Mehrpunktwechselrichter-Prinzips, 2 by way of example a voltage curve for explaining a multipoint inverter principle,

3a beispielhaft ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung mit Erläuterung einer Funktion, 3a by way of example a block diagram of an embodiment of a circuit according to the invention with an explanation of a function,

3b beispielhaft das Blockschaltbild aus 3a mit Erläuterung einer weiteren Funktion, 3b exemplifies the block diagram from 3a with explanation of another function,

4a beispielhaft das Blockschaltbild aus 3a mit Erläuterung einer weiteren Funktion in einer anderen Betriebsphase, 4a exemplifies the block diagram from 3a explaining another function in another phase of operation,

4b beispielhaft das Blockschaltbild aus 3a mit Erläuterung einer weiteren Funktion in der anderen Betriebsphase, 4b exemplifies the block diagram from 3a explaining another function in the other phase of operation,

5 beispielhaft eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung, und 5 by way of example a schematic representation of a further embodiment of a circuit according to the invention, and

6 beispielhaft eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung. 6 by way of example a schematic representation of a further embodiment of a circuit according to the invention.

7 beispielhaft eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung. 7 by way of example a schematic representation of a further embodiment of a circuit according to the invention.

1 zeigt beispielhaft ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer Mehrpunkt-Wechselrichterschaltung. Die Schaltung weist einen Generator 1, insbesondere einen Photovoltaikgenerator oder eine Brennstoffzelle, auf mit einem positiven Generatorausgang 21 und einem negativen Generatorausgang 22, an denen die Generatorspannung anliegt. Der positive Generatorausgang 21 ist direkt mit einem zweiten Anschluss 12, der negative Generatorausgang 22 direkt mit einem vierten Anschluss 14 verbunden. Weiterhin ist der positive Generatorausgang 21 über einen ersten Hochsetzsteller 2 mit einem ersten Anschluss 11 verbunden, sowie der negative Generatorausgang 22 über einen zweiten Hochsetzsteller 3 mit einem fünften Anschluss 15 verbunden. 1 shows an example of a block diagram for explaining a multipoint inverter circuit. The circuit has a generator 1 , in particular a photovoltaic generator or a fuel cell, with a positive generator output 21 and a negative generator output 22 to which the generator voltage is applied. The positive generator output 21 is directly with a second connection 12 , the negative generator output 22 directly with a fourth connection 14 connected. Furthermore, the positive generator output 21 via a first boost converter 2 with a first connection 11 connected, as well as the negative generator output 22 via a second boost converter 3 with a fifth connection 15 connected.

Zwischen dem positiven Generatorausgang 21 und dem negativen Generatorausgang 22 zeigt 1 einen kapazitiven Spannungsteiler, gebildet aus einer Reihenschaltung eines ersten Kondensators C1 und eines zweiten Kondensators C2. Über den Mittelpunkt 23 des kapazitiven Spannungsteilers wird ein Bezugspotential 7 definiert, das direkt mit dem dritten Anschluss 13 verbunden ist.Between the positive generator output 21 and the negative generator output 22 shows 1 a capacitive voltage divider formed of a series connection of a first capacitor C1 and a second capacitor C2. About the center 23 of the capacitive voltage divider becomes a reference potential 7 defined directly with the third port 13 connected is.

Der Hochsetzsteller 2 hat die Aufgabe, das am positiven Generatorausgang 21 anliegende positive Generatorpotential in eine hochgesetzte positive Generatorspannung, also eine Spannung, die höher als das positive Generatorpotential ist, umzusetzen. Entsprechend hat der Hochsetzsteller 3 die Aufgabe, das am negativen Generatorausgang 22 anliegende negative Generatorpotential in eine hochgesetzte negative Generatorspannung umzusetzen, also eine Spannung, die niedriger als das negative Generatorpotential ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der 1 nicht gezeigt, dass die beiden Hochsetzsteller 2, 3 ebenfalls mit dem jeweils anderen Generatorpotential, beziehungsweise alternativ mit dem Bezugspotential 7 verbunden sind, um hieraus die entsprechende hochgesetzte Generatorspannung zu erzeugen. Als Hochsetzsteller 2, 3 ist jede in der Literatur zu diesem Zweck bekannte Schaltungsanordnung, sowie auch Hoch-/Tiefsetzsteller denkbar, zum Beispiel Cuk-, Sepic-, Zeta- oder andere Wandlerschaltungen.The boost converter 2 has the task, that at the positive generator output 21 applied positive generator potential in a raised positive generator voltage, ie a voltage higher as the positive generator potential is to implement. Accordingly, the boost converter 3 the task, that at the negative generator output 22 to convert applied negative generator potential in a high set negative generator voltage, ie a voltage which is lower than the negative generator potential. For the sake of clarity is in the 1 not shown that the two boosters 2 . 3 likewise with the respective other generator potential, or alternatively with the reference potential 7 are connected to generate from this the corresponding high generator voltage. As a boost converter 2 . 3 Any known in the literature for this purpose circuit arrangement, as well as boost / step-down converter conceivable, for example, Cuk, Sepic, Zeta or other converter circuits.

Zwischen dem ersten Anschluss 11 und dem fünften Anschluss 15, die mit den jeweiligen Ausgängen der zugeordneten Hochsetzsteller 2, 3 verbunden sind, ist ein zweiter kapazitiver Spannungsteiler, gebildet durch einen dritten Kondensator C3 und einen vierten Kondensator C4, angeordnet. Dessen Mittelpunkt ist ebenfalls mit dem Bezugspotential 7 verbunden. Der zweite kapazitive Spannungsteiler kann sowohl ergänzend zum ersten kapazitiven Spannungsteiler als auch als dessen Ersatz vorgesehen werden. Vorzugsweise halbiert der kapazitive Spannungsteiler die Generatorspannung, so dass das Bezugspotential 7 symmetrisch zwischen dem positiven und dem negativen Generatorpotential liegt. Diese Verschaltung wird auch als NPC-Wechselrichter (Neutral Point Clamped) bezeichnet.Between the first connection 11 and the fifth port 15 connected to the respective outputs of the associated boost converter 2 . 3 are connected, a second capacitive voltage divider, formed by a third capacitor C3 and a fourth capacitor C4, arranged. Its center is also with the reference potential 7 connected. The second capacitive voltage divider can be provided in addition to the first capacitive voltage divider as well as its replacement. Preferably, the capacitive voltage divider halves the generator voltage, so that the reference potential 7 symmetrically between the positive and the negative generator potential. This interconnection is also referred to as Neutral Point Clamped (NPC) Inverters.

Mithilfe der in 1 gezeigten Schaltungsanordnung können an den fünf Anschlüssen 11 bis 15 fünf verschiedene Spannungsniveaus bereitgestellt werden, die aus dem positiven Generatorpotential und dem negativen Generatorpotential des Generators 1 erzeugt werden. Diese fünf Spannungsniveaus können über eine Netzbrücke 10 in einer kontrollierten Abfolge von Schaltvorgängen mittels einer Anzahl von Schaltern derart mit einem Netzausgang 19 verbunden werden, dass eine vom Generator 1 erzeugte Gleichspannungs-Leistung umgewandelt und als Wechselspannungs-Leistung in ein angeschlossenes Netz 9 eingespeist wird. Zwischen der Netzbrücke 10 und dem Netzausgang 19 ist eine Netzdrossel L angeordnet, die zur Glättung des Stromes in das Netz 9 dient. Das Netz 9 kann, wie gezeigt ebenfalls mit dem Bezugspotential 7 verbunden sein.Using the in 1 shown circuitry can at the five terminals 11 to 15 five different voltage levels are provided, consisting of the positive generator potential and the negative generator potential of the generator 1 be generated. These five voltage levels can be over a network bridge 10 in a controlled sequence of switching operations by means of a number of switches in such a way with a network output 19 be connected, that one from the generator 1 converted DC power and converted as AC power into a connected network 9 is fed. Between the network bridge 10 and the network output 19 is a mains choke L arranged to smooth the current in the grid 9 serves. The network 9 can, as shown, also with the reference potential 7 be connected.

Hierbei ist der erste Anschluss 11 über eine Reihenschaltung von mindestens zwei Schaltern S11, S12 und der Netzdrossel L mit dem Netzausgang 19 verbunden. Der zweite Anschluss 12 ist über eine Reihenschaltung einer Diode D1 und mindestens zwei Schaltern S21, S22 und der Netzdrossel L mit dem Netzausgang 19 verbunden. Ebenso ist der vierte Anschluss 14 über eine Reihenschaltung mit einer Diode D2 und mindestens zwei Schaltern S41, S42 und der Netzdrossel L mit dem Netzausgang 19 verbunden. Der fünfte Anschluss 15 ist gleichfalls durch eine Reihenschaltung von mindestens zwei Schaltern S51, S52 und der Netzdrossel L mit dem Netzausgang 19 verbunden. Zu guter Letzt ist der dritte Anschluss 13 über zwei parallele Verbindungspfade mit dem Netzausgang 19 verbunden, wobei jeder der beiden Verbindungspfade eine Reihenschaltung einer Diode D3 bzw. D4 und mindestens eines Schalters S31 bzw. S32 aufweist. Auf diese Weise bilden die beiden parallelen Verbindungspfade gemeinsam einen bidirektionalen Schalter zwischen dem dritten Anschluss 13 und dem Netzausgang 19.Here is the first port 11 via a series circuit of at least two switches S11, S12 and the line reactor L with the network output 19 connected. The second connection 12 is via a series connection of a diode D1 and at least two switches S21, S22 and the line reactor L to the network output 19 connected. Likewise, the fourth connection 14 via a series connection with a diode D2 and at least two switches S41, S42 and the line choke L with the network output 19 connected. The fifth connection 15 is also by a series circuit of at least two switches S51, S52 and the line reactor L with the network output 19 connected. Last but not least is the third connection 13 via two parallel connection paths with the network output 19 wherein each of the two connection paths has a series connection of a diode D3 or D4 and at least one switch S31 or S32. In this way, the two parallel connection paths together form a bidirectional switch between the third connection 13 and the network output 19 ,

Die Schalter S11 bis S52 können jede Art von Halbleiterschalter, beispielsweise JFETs, MOSFETs, IGBTs oder Thyristoren sein, wobei es auch denkbar ist, verschiedene Schaltertypen nebeneinander innerhalb der Netzbrücke 10 einzusetzen. So können zum Beispiel die Schalter S21 und S41 als MOSFETs ausgeführt sein, während die übrigen Schalter als IGBTs ausgeführt sind.The switches S11 to S52 may be any type of semiconductor switch, such as JFETs, MOSFETs, IGBTs or thyristors, and it is also conceivable, different types of switches side by side within the network bridge 10 use. For example, the switches S21 and S41 may be implemented as MOSFETs while the remaining switches are implemented as IGBTs.

Durch die Reihenschaltung von mindestens zwei Schaltern in den Verbindungspfaden zwischen den spannungsführenden Anschlüssen 11, 12, 14 und 15 einerseits und dem Netzausgang 19 andererseits wird die Spannungsbelastung der verwendeten Schalter in vorteilhafter Weise reduziert, so dass gegebenenfalls Schalter mit einer Spannungsbelastung von 1200 V benutzbar sind, obwohl die Scheitelspannung des angeschlossenen Netzes 9 in konventionellen Mehrpunkt-Wechselrichter bereits die Verwendung von erheblich teureren und verlustreicheren Schaltern mit einer Spannungsbelastung von etwa 1700 V erforderlich macht. Die ist beispielsweise der Fall, wenn der Mehrpunkt-Wechselrichter an ein Wechselstromnetz mit einer Effektivspannung von mehr als 600 V angeschlossen wird.By the series connection of at least two switches in the connection paths between the live connections 11 . 12 . 14 and 15 on the one hand and the network output 19 On the other hand, the voltage load of the switches used is advantageously reduced, so that optionally switches with a voltage load of 1200 V are usable, although the peak voltage of the connected network 9 In conventional multi-point inverters, it is already necessary to use considerably more expensive and more lossy switches with a voltage load of about 1700V. This is the case, for example, when the multipoint inverter is connected to an AC network with an RMS voltage greater than 600V.

In 2 ist beispielhaft ein Taktschema gezeigt, mit dessen Hilfe die Netzbrücke 10 die Generatorgleichspannung in eine netzfrequente Wechselspannung umwandelt. Gezeigt ist eine Halbwelle der Netzspannung 100. In Abhängigkeit des aktuellen Wertes der Netzspannung 100 schaltet die Netzbrücke 10 alternierend zwischen zwei benachbarten Spannungsniveaus der Anschlüsse 11–15. So wird beispielsweise in der Phase A, in der die Netzspannung 100 einen Wert zwischen einem dritten Spannungswert 130, der beispielsweise am dritten Anschluss 13 der Netzbrücke 10 anliegt, und einem zweiten Spannungswert 120, der beispielsweise an einem zweiten Anschluss 12 der Netzbrücke 10 anliegt, abwechselnd hin und her. Die Länge der Zeitabschnitte, bei denen der dritte Spannungswert 130 auf den Netzausgang 19 ausgegeben wird, im Verhältnis zu der Länge der Zeitabschnitte, bei denen der zweite Spannungswert 120 auf den Netzausgang 19 ausgegeben wird, wird in Abhängigkeit des aktuellen Wertes der Netzspannung 100 gewählt. Analog wird in einer Phase B alternierend zwischen dem zweiten Spannungswert 120 und einem ersten Spannungswert 110, der an dem ersten Anschluss 11 der Netzbrücke 10 anliegt, geschaltet. In der Phase C wird die Netzbrücke 10 wieder alternierend zwischen dem zweiten Spannungswert 120 und im dritten Spannungswert 130 getaktet. Analog wird in einer negativen Halbwelle der Netzspannung 100 zwischen dem dritten Spannungswert 130, einem vierten Spannungswert, der am vierten Anschluss 14 anliegt, und einem fünften Spannungswert, der am fünften Anschluss 15 anliegt, getaktet.In 2 By way of example, a timing scheme is shown, with the aid of which the network bridge 10 converts the DC generator voltage into a mains frequency AC voltage. Shown is a half wave of the mains voltage 100 , Depending on the current value of the mains voltage 100 switches the network bridge 10 alternating between two adjacent voltage levels of the terminals 11 - 15 , Thus, for example, in phase A, in which the mains voltage 100 a value between a third voltage value 130 for example, on the third port 13 the network bridge 10 is applied, and a second voltage value 120 For example, on a second port 12 the network bridge 10 is applied, alternately back and forth. The length of time periods at which the third voltage value 130 on the network output 19 is spent in the Relative to the length of the time periods at which the second voltage value 120 on the network output 19 is output, depending on the current value of the mains voltage 100 selected. Similarly, in a phase B alternating between the second voltage value 120 and a first voltage value 110 that at the first connection 11 the network bridge 10 is applied, switched. In phase C, the network bridge becomes 10 again alternately between the second voltage value 120 and in the third voltage value 130 clocked. Analog is in a negative half-wave of the mains voltage 100 between the third voltage value 130 , a fourth voltage value at the fourth port 14 is applied, and a fifth voltage value at the fifth port 15 is present, clocked.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Netzbrücke 10 aus 1 können mehrere der Schalter verschiedener Verbindungspfade zwischen den Anschlüssen 11–15 und dem Netzausgang 19 zu einem gemeinsamen Schalter kombiniert werden. Beispielsweise ist es denkbar, den Schalter S22 und dem Schalter S31 zu einem gemeinsamen Schalter S3 zusammenzufassen beziehungsweise die Schalter S32 und S42 zu einem gemeinsamen Schalter S3'. Hieraus ergibt sich eine Mehrpunkt-Wechselrichterschaltung wie in 6 gezeigt und später im Detail diskutiert. Ebenso ist es möglich, die Schalter S12, S22 und S31 zu einem gemeinsamen Schalter S2, beziehungsweise die Schalter S32, S42 und S52 zu einem gemeinsamen Schalter S2' zusammenzufassen. Hieraus ergibt sich eine Mehrpunkt-Wechselrichterschaltung gemäß der 3a bis 4b, deren Funktion im Folgenden genauer diskutiert wird.In an advantageous embodiment of the network bridge 10 out 1 Several of the switches can have different connection paths between the ports 11 - 15 and the network output 19 be combined to a common switch. For example, it is conceivable to combine the switch S22 and the switch S31 into a common switch S3 or the switches S32 and S42 to a common switch S3 '. This results in a multipoint inverter circuit as in 6 shown and discussed in detail later. It is also possible to combine the switches S12, S22 and S31 into a common switch S2, or the switches S32, S42 and S52 into a common switch S2 '. This results in a multipoint inverter circuit according to the 3a to 4b whose function will be discussed in more detail below.

Der in 3a dargestellt Stromfluss (gestrichelte Linie) entspricht dem Zustand der Schaltung im Bereich A der Zeitachse t (vgl. 2). Das Halbleiterventil S21 und S2 sind eingeschaltet. Die übrigen Schalter sind ausgeschaltet. Schalter S21 wird für einen reinen Wirkleistungsbetrieb hochfrequent getaktet. Hierdurch wechselt der Stromfluss zwischen dem in 3a und der in 3b gezeigten Pfad. Diese Taktung wird typischerweise beibehalten, solange die aktuelle Netzspannung zwischen dem Bezugspotential 7 und dem positiven Generatorpotential liegt.The in 3a shown current flow (dashed line) corresponds to the state of the circuit in the area A of the time axis t (see. 2 ). The semiconductor valve S21 and S2 are turned on. The other switches are off. Switch S21 is clocked high frequency for pure active power operation. This changes the current flow between the in 3a and the in 3b shown path. This timing is typically maintained as long as the current line voltage is between the reference potential 7 and the positive generator potential.

Der in 4a dargestellte Stromfluss (gestrichelte Linie) entspricht dem Zustand der Schaltung im Bereich B der Zeitachse t (vgl. 2). Das Halbleiterventil S11 und S2 sind eingeschaltet. S11 wird für einen reinen Wirkleistungsbetrieb hochfrequent getaktet. Die Einspeisung erfolgt mit der vom Hochsetzsteller 2 hochgesetzten Spannung. Durch die Taktung des Schalters S11 wechselt der Stromfluss in den Phasen, in denen der Schalter S11 geöffnet ist, auf den in 4b gezeigten Pfad. Diese Taktung wird typischerweise beibehalten, solange die aktuelle Netzspannung oberhalb des positiven Generatorpotentials liegt.The in 4a shown current flow (dashed line) corresponds to the state of the circuit in the area B of the time axis t (see. 2 ). The semiconductor valve S11 and S2 are turned on. S11 is clocked high-frequency for pure active power operation. The infeed takes place with that of the boost converter 2 high voltage. By the timing of the switch S11, the current flow changes in the phases in which the switch S11 is opened, in the 4b shown path. This timing is typically maintained as long as the current line voltage is above the positive generator potential.

Die Funktion der Schaltung für eine negative Halbwelle ergibt sich entsprechend.The function of the circuit for a negative half-wave results accordingly.

5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mehrpunkt-Wechselrichterschaltung. Hierbei ist in den Verbindungspfad vom ersten Anschluss 11 zum Netz 9 ein zusätzlicher dritter Schalter S21 integriert, der gleichzeitig auch Teil des Verbindungspfades vom zweiten Anschluss 12 zum Netz 9 ist. Analog enthält der Verbindungspfad vom fünften Anschluss 15 zum Netz 9 einen zusätzlichen dritten Schalter S41, der gleichzeitig auch Teil des Verbindungspfades vom vierten Anschluss 14 zum Netz 9 ist. Wie bereits in der Schaltung der 3a bis 4b ist auch hier gemeinsame Schalter S2 und S2', die jeweils Teil der Verbindungspfade zwischen dem Netz 9 und mehreren der Anschlüsse 11 bis 15 bilden. 5 shows a further embodiment of a multipoint inverter circuit according to the invention. Here is in the connection path from the first port 11 to the network 9 integrated an additional third switch S21, which is also part of the connection path from the second port 12 to the network 9 is. Analogously, the connection path contains the fifth connection 15 to the network 9 an additional third switch S41, which is also part of the connection path from the fourth port 14 to the network 9 is. As already in the circuit of 3a to 4b is here also common switch S2 and S2 ', each part of the connection paths between the network 9 and several of the connections 11 to 15 form.

Durch diese Ausführung lässt sich die Spannungsbelastung für die Halbleiterventile S11, S21, S2, sowie S41, S51 und S2' in vorteilhafter Weise reduzieren, da nunmehr die hochgesetzten Spannungswerte über 3 Schalter verteilt werden können. Dies ermöglicht den Einsatz kostengünstigerer Halbleiterschalter.By this embodiment, the voltage load for the semiconductor valves S11, S21, S2, and S41, S51 and S2 'can be reduced in an advantageous manner, since now the high voltage values can be distributed over 3 switches. This allows the use of less expensive semiconductor switches.

Weiterhin ist als alternative Ausführungsform gezeigt, dass die Diode D2 im Verbindungspfad zwischen dem zweiten Anschluss 12 und dem Netz 9 über einen zusätzlichen Überbrückungsschalter 30 in Sperrrichtung der Diode D2 überbrückt werden kann. Ebenso kann die Diode D4 im Verbindungspfad zwischen dem vierten Anschluss 14 und dem Netz 9 durch einen Überbrückungsschalter 31 in Sperrrichtung der Diode D4 überbrückt werden. Diese zusätzlichen Überbrückungsschalter 30 und 31 können einen Blindleistungsbetrieb des Wechselrichters ermöglichen, und haben gleichzeitig eine Schutzfunktion, weil sie es ermöglichen, die maximale Spannung über den Schaltern S2 und S2' auf die halbe Zwischenkreisspannung zu begrenzen. In einer vorteilhaften Betriebsform der Wechselrichterschaltung wird der Schalter 30 geschlossen, wenn die Schalter S11 und S21 geöffnet sind, analog wird der Schalter 31 geschlossen, wenn Schalter S41 und Schalter S51 geöffnet sind.Furthermore, it is shown as an alternative embodiment that the diode D2 in the connection path between the second terminal 12 and the network 9 via an additional bypass switch 30 can be bypassed in the reverse direction of the diode D2. Similarly, the diode D4 in the connection path between the fourth port 14 and the network 9 through a bypass switch 31 be bridged in the reverse direction of the diode D4. These additional bypass switches 30 and 31 can enable a reactive power operation of the inverter, and at the same time have a protective function, because they make it possible to limit the maximum voltage across the switches S2 and S2 'to half the intermediate circuit voltage. In an advantageous operating form of the inverter circuit, the switch 30 closed when the switches S11 and S21 are open, the switch becomes analog 31 closed when switch S41 and switch S51 are open.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mehrpunkt-Wechselrichterschaltung ist in Figur sechs gezeigt. Die Schaltung entspricht im wesentlichen der Schaltung aus 3a bis 4b mit dem Unterschied, dass die Dioden D31, D32 jeweils durch einen Überbrückungsschalter 32 und einen Überbrückungsschalter 33 in Sperrrichtung der zugeordneten Diode überbrückbar sind, was ebenfalls dem oben beschriebenen Zweck dient. Hier kann die Ansteuerung derart erfolgen, dass der Schalter 32 geschlossen wird, wenn die Schalter S11 und S2 geöffnet sind, analog wird der Schalter 33 geschlossen, wenn Schalter S41 und Schalter S2' geöffnet sind.Another embodiment of the multi-point inverter circuit according to the invention is shown in FIG. The circuit essentially corresponds to the circuit 3a to 4b with the difference that the diodes D31, D32 each by a bypass switch 32 and a bypass switch 33 in the reverse direction of the associated diode can be bridged, which also serves the purpose described above. Here can the control carried out such that the switch 32 is closed when the switches S11 and S2 are opened, the switch becomes analog 33 closed when switch S41 and switch S2 'are open.

Die Überbrückungsschalter 30 bis 33 können in jeder der vorbeschriebenen Schaltungsanordnungen einzeln oder in Kombination eingesetzt werden.The bypass switch 30 to 33 can be used individually or in combination in any of the above-described circuit arrangements.

Wie in 7 gezeigt, kann der erfindungsgemäße Gedanke auch für dreiphasige Wechselrichter eingesetzt werden. Hierbei werden drei getrennte Netzbrücken 10a, 10b, 10c über die Netzausgänge 19a, 19b, 19c jeweils zu Einspeisung in eine ihnen zugeordnete Phase des dreiphasigen Netzes 9 verwendet. In diesem Fall ist es nicht notwendig, den Mittelpunkt des kapazitiven Spannungsteilers als Bezugspotential 7 mit dem Neutralleiter des Netzes 9 zu verbinden. Hierdurch werden insbesondere die in der Literatur beschriebenen Modulationsverfahren wie Raumzeigermodulation, Flat-Top-Modulation etc. möglich.As in 7 As shown, the inventive concept can also be used for three-phase inverters. Here are three separate network bridges 10a . 10b . 10c via the network outputs 19a . 19b . 19c in each case for feeding into an assigned phase of the three-phase network 9 used. In this case, it is not necessary to use the center of the capacitive voltage divider as the reference potential 7 with the neutral conductor of the network 9 connect to. As a result, in particular the modulation methods described in the literature, such as space vector modulation, flat-top modulation, etc., become possible.

Ebenso ist es leicht möglich, mittels lediglich zwei der Netzbrücken 10a, 10b als Vollbrücke eine Einspeisung in ein einphasiges Netz ohne Verbindung mit einem Neutralleiter zu realisieren, indem die Netzausgänge 19a, 19b mit den beiden Anschlüssen des Netzes verbunden werden. Auch in diesem Fall kann der Mittelpunkt des kapazitiven Spannungsteilers getrennt von einem Neutralleiter des Netzes bleiben.Likewise, it is easily possible by means of only two of the network bridges 10a . 10b as a full bridge to implement a feed into a single-phase network without connection to a neutral conductor by the network outputs 19a . 19b be connected to the two terminals of the network. In this case too, the center of the capacitive voltage divider can remain separate from a neutral conductor of the network.

Die verschiedenen Möglichkeiten zur Ansteuerung der Halbleiterschalter sind dem Fachmann bekannt und bedürfen im Rahmen der vorliegenden Erfindung keiner weiteren Erläuterung.The various options for controlling the semiconductor switches are known to the person skilled in the art and require no further explanation in the context of the present invention.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Insbesondere ist es möglich die genannten Merkmale in anderen als den genannten Kombinationen auszuführen.The invention is not limited to the described embodiments, which can be modified in many ways. In particular, it is possible to carry out the mentioned features in combinations other than those mentioned.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10020537 A1 [0004]
DE 102006010694 B4 [0005]

Claims

Multipoint inverter circuit with a positive generator connection ( 21 ) and a negative generator connection ( 22 ) for connecting a generator ( 1 ) with a generator voltage, and with a network bridge ( 10 ) for converting the generator voltage into an AC voltage to a bridge output ( 19 ) connected to a network ( 9 ), whereby the network bridge has five connections ( 11 - 15 ) with the generator connections ( 21 . 22 ), of which - a first connection ( 11 ) via a boost converter ( 2 ) with the generator connections ( 21 . 22 ) for generating a high positive generator voltage, - a second terminal ( 12 ) directly to the positive generator connection ( 21 ), and a fourth connection ( 14 ) directly to the negative generator connection ( 22 ), - a fifth connection ( 15 ) via a boost converter ( 3 ) with the generator connections ( 21 . 22 ) for generating a high negative generator voltage, and - a third terminal ( 13 ) via a capacitive voltage divider (C1 / C2, C3 / C4) with the generator terminals ( 21 . 22 ), characterized in that the bridge output ( 19 ) - with the first connection ( 11 ) via a first series connection with at least two semiconductor switches (S11, S12), - with the second connection ( 12 ) via a second series connection with a diode (D2) and at least two semiconductor switches (S21, S22), - with the third connection ( 13 ) via two parallel series circuits, each consisting of a semiconductor switch (S31, S32) and a diode (D31, D32), - with the fourth connection ( 14 ) via a fourth series connection with a diode (D4) and at least two semiconductor switches (S41, S42), and - with the fifth connection ( 15 ) is connected via a fifth, at least two semiconductor switches (S51, S52) having series connection.

Multipoint inverter circuit according to Claim 1, characterized in that a first semiconductor switch (S2) is a common part of the first series circuit, the second series circuit and one of the two parallel series circuits.

Multipoint inverter circuit according to claim 1 or 2, characterized in that a second semiconductor switch (S2 ') common part of the fourth series circuit, the fifth series circuit and one of the two parallel series circuits.

Multipoint inverter circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the switches (S21, S22) of the second series circuit form a common part with the first series circuit, and that the switches (S41, S42) of the fourth series circuit share a common part with the fifth Form series connection.

Multipoint inverter circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the diodes (D31, D32) of the two parallel series circuits each comprise further semiconductor switches ( 32 . 33 ) are arranged, which are arranged so that they bridge the respective diodes in the reverse direction in the conducting state.

Multipoint inverter circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the diodes (D2, D4) of the second series circuit and the fourth series circuit each comprise further semiconductor switches ( 30 . 31 ) are arranged, which are arranged so that they bridge the respective diodes in the reverse direction in the conducting state.

Multipoint inverter circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitive voltage divider is a series circuit of two capacitors (C1, C2) between the generator terminals ( 21 . 22 ) having.

Multipoint inverter circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitive voltage divider is a series circuit of two capacitors (C3, C4) between the first terminal ( 11 ) and the fifth connection ( 15 ) having.

Multipoint inverter circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the third connection ( 13 ) with a neutral conductor ( 7 ) of the network ( 9 ) connected is.

Multipoint inverter circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the network ( 9 ) is a three-phase network, and the bridge output ( 19 ) with one phase of the network ( 9 ) connected is.

Multipoint inverter circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the network bridge ( 10 ) is connected to the timing of the semiconductor switch with a control device which is arranged such that, depending on the current mains voltage of Bridge output ( 19 ) alternately between two of the connections ( 11 - 15 ) is clocked.