(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１コンデンサ（Ｃ１）と、Ｎ個の入力電圧（Ｕ１・・・Ｕｎ）及びＮ個の入力電流（Ｉ１・・・Ｉｎ）を有するＮ個の並列接続された設定器との第１並列回路を含む電圧変換器（１）であって、ただしＮ≧２であり、
前記設定器は、ソースの電圧及び電流の範囲を整合するものであり、前記設定器はそれぞれ、インダクタンス（１０）と、該インダクタンス（１０）に直列に接続されたダイオード（１４）と、該ダイオード（１４）と並列に接続されたスイッチ（１２）とを含み、
前記第１並列回路と直列に第２コンデンサ（Ｃ２）が接続され、該第２コンデンサ（Ｃ２）のコンデンサ電圧（ＵＣ２）は前記設定器の入力電圧（Ｕ１・・・Ｕｎ）の最小値以下であることを特徴とする、電圧変換器（１）。
【請求項２】
前記設定器の入力電流（Ｉ１・・・Ｉｎ）の合計値と前記電圧変換器（１）の出力電流合計値とが平均して等しくなるように調整し、同時に前記電圧変換器（１）の入力電力の平均値と前記電圧変換器（１）の出力電力の平均値とが等しくなるように調整する調整器を有することを特徴とする、請求項１記載の電圧変換器（１）。
【請求項３】
前記２つのコンデンサ内のエネルギーが平均して一定になるように調整する調整器を有することを特徴とする、請求項１記載の電圧変換器（１）。
【請求項４】
前記第１コンデンサ（Ｃ１）のコンデンサ電圧（ＵＣ１）は、前記第２コンデンサ（Ｃ２）のコンデンサ電圧（ＵＣ２）を除く入力電圧（Ｕ１・・・Ｕｎ）の最大値以上であることを特徴とする、請求項１又は２記載の電圧変換器（１）。
【請求項５】
１つの出力段を、別の設定器を介して第２コンデンサ（Ｃ２）と第１並列回路との直列回路に接続することができることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項記載の電圧変換器（１）。
【請求項６】
別の設定器が、第２コンデンサ（Ｃ２）と第１並列回路とからなる直列回路に接続され、前記設定器の電圧は、第１構成においては第２コンデンサ（Ｃ２）にかかる電圧に相当し、第２構成においては前記直列回路にかかる電圧に相当することを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項記載の電圧変換器（１）。
【請求項７】
前記入力電流（Ｉ１・・・Ｉｎ）は、それぞれインダクタンス（１０）並びにダイオード（１４）及び／又は並列接続されたスイッチ（１２）を介して前記電圧変換器（１）に供給されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項記載の電圧変換器（１）。
【請求項８】
前記設定器は、昇圧器及び／又は降圧器として構成されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項記載の電圧変換器（１）。
【請求項９】
少なくとも１つの設定器を第２象限設定器として構成し、これにより電流を反転可能とし、少なくとも１つの入力側設定器が出力側設定器として動作することを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項記載の電圧変換器（１）。
【請求項１０】
出力電圧（ＵＡ）は前記入力量に依存していることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項記載の電圧変換器（１）。
【請求項１１】
直列回路が可変入力電圧を必要とする負荷を有する場合、その可変入力電圧に相当するように出力電圧（ＵＡ）を変化させることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項記載の電圧変換器（１）。
【請求項１２】
第１コンデンサ（Ｃ１）と、Ｎ個の入力電圧（Ｕ１，・・・，Ｕｎ）及びＮ個の入力電流（Ｉ１，・・・Ｉｎ）を有するＮ個の並列接続された設定器との第１並列回路を準備するステップであって、ただしＮ≧２であり、前記設定器は、ソースの電圧及び電流の範囲を整合するものであり、前記設定器はそれぞれ、インダクタンス（１０）と、該インダクタンス（１０）に直列に接続されたダイオード（１４）と、該ダイオード（１４）と並列に接続されたスイッチ（１２）とを含む、ステップと、
該第１並列回路と直列に第２コンデンサ（Ｃ２）を接続し、その際、該第２コンデンサ（Ｃ２）のコンデンサ電圧（ＵＣ２）は前記設定器の入力電圧（Ｕ１，・・・，Ｕｎ）の最小値以下とするステップと、
を有することを特徴とする、電圧変換方法。
【請求項１３】
更に前記第１並列回路の構成部品を前記第１コンデンサ（Ｃ１）のコンデンサ電圧（ＵＣ１＝ＵＺＫ１−ＵＺＫ２）のために構成するステップを有することを特徴とする、請求項１２記載の電圧変換方法。
【請求項１４】
別の設定器（２０）を設け、該別の設定器（２０）により、Ｎ個の入力電圧（Ｕ１，・・・，Ｕｎ）の微分電圧差を変換するステップを有することを特徴とする、請求項１２または１３記載の電圧変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１コンデンサと、Ｎ（Ｎ≧１）個の入力電圧及びＮ個の入力電流を有するＮ個の並列接続された設定器との第１並列回路を含む電圧変換器に関する。この第１並列回路と直列に第２コンデンサが接続される。第２コンデンサのコンデンサ電圧はこれらの設定器の入力電圧の最小値以下である。
【背景技術】
【０００２】
ソース側とシンク側で電圧が異なる場合、電圧を変換する必要が生じることが多い。
【０００３】
そのため、様々な電圧変換器を投入して、異なる電圧ソースを共通の電位に合わせている。
【０００４】
例えば太陽光発電の場合など、入力電圧は同一ではないものの同様に高いことが多い。しかしながら従来使用されている設定器は、それぞれ独立に動作可能とすることで全範囲の入力電圧に対応するよう設計されている。ソースの電圧及び電流範囲を整合するため各ソースに固有の設定器が必要であるため、これらの設定器に構造的な手間がかかり、その結果として総コスト及び機器の損失電力が相応して高くなる。
【０００５】
発明の開示
本発明に係る電圧変換器は、第１コンデンサと、Ｎ（Ｎ≧１）個の入力電圧及びＮ個の入力電流を有するＮ個の並列接続された設定器との第１並列回路を含む。この第１並列回路と直列に、第２コンデンサが接続される。そのコンデンサ電圧はこれらの設定器の入力電圧の最小値以下である。
【０００６】
本発明に係る電圧変換器は、並列回路構成としたことによって、全ての素子に同じ電位差がかかるという利点を有する。さらに、並列回路とすることで、有利には他の素子の動作を妨げることなく個々の素子を追加したり取り外したりすることができる。さらに直列回路としたことで、有利にはソース間で種々に異なる入力電圧の部分だけを変換すればよくなる。なぜなら全てのソースで同一となった電圧部分は、変換の必要がなくなるからである。
【０００７】
本発明の１つの有利な実施形態によれば、この電圧変換器は一つの調整器を有する。この調整器は、設定器の入力電流合計値と電圧変換器の出力電流合計値とが平均して等しくなるように調整し、また同時に電圧変換器の入力電力の平均値と電圧変換器の出力電力の平均値とが等しくなるように調整する。
【０００８】
本発明のもう１つの有利な実施形態によれば、この電圧変換器は、２つのコンデンサ内のエネルギーが平均して一定に維持されるように調整する調整器を有する。
【０００９】
これらの２つの実施形態により、電圧変換器の入力側の回路構成を有利に改善することができる。
【００１０】
本発明のもう１つの有利な実施形態によれば、第１コンデンサのコンデンサ電圧は、第２コンデンサのコンデンサ電圧を除く入力電圧の最大値以上であるように構成する。
【００１１】
この実施形態により本発明の電圧変換器では、非常に有利には全ての設定器を全中間回路電圧ＵＺＫ１＝ＵＣ１＋ＵＣ２ではなく、電圧ＵＣ１のための部品だけで構成すればよくなる。
【００１２】
本発明のもう１つの有利な実施形態によれば、この１つの出力段を有する電圧変換器は、別の設定器を介して第２コンデンサと第１並列回路との直列回路に接続することができる。
【００１３】
本発明のもう１つの有利な実施形態によれば、別の１つの設定器が、第２コンデンサと第１並列回路とからなる直列回路に接続されている。その際この設定器の電圧は、第１構成においては第２コンデンサにかかる電圧に相当し、第２構成においてはこの直列回路にかかる電圧に相当する。
【００１４】
本発明の電圧変換器は、これらの設定器の構成により、設定器にかかる構造的な手間を減らし、それにより機器や装置の総コストを低減させるという利点を有する。
【００１５】
本発明のもう１つの有利な実施形態によれば、入力電流はそれぞれインダクタンス並びにダイオード及び／又はこれに並列接続されたスイッチを介して電圧変換器に供給される。
【００１６】
これにより有利には、この並列回路を通して全ての素子に、総電位ではなく電位差のみが印加される。
【００１７】
本発明のもう１つの有利な実施形態によれば、これらの設定器は、昇圧器及び／又は降圧器として構成されている。
【００１８】
これにより有利には、より高い出力電圧を生成するか、若しくはこの出力電圧を入力側で定電圧源よりも低くする。これによりスイッチは周期的に開閉する。これらの設定器は、電力を両方向又は逆方向のみに変換できるよう構成することもできる。この場合の利点は、入力側設定器を出力側設定器に、また出力側設定器を入力側設定器に転用できることである。
【００１９】
本発明のもう１つの有利な実施形態によれば、少なくとも１つの設定器を第２象限設定器として構成する。これにより電流を反転可能とし、少なくとも１つの入力側設定器が出力側設定器として動作する。
【００２０】
本発明のもう１つの有利な実施形態によれば、この出力電圧は上記の入力量に依存している。
【００２１】
これにより有利には、時間的に均一に流れる電流を生成したり、出力電流を変化させたりすることができる。
【００２２】
本発明のもう１つの有利な実施形態によれば、直列回路が可変入力電圧を必要とする負荷を有する場合、その可変の入力電圧に相当するように出力電圧を変化させる。
【００２３】
本発明の別の有利な実施形態によれば、この電圧変換器によって、
第１コンデンサと、Ｎ（Ｎ≧１）個の入力電圧及びＮ個の入力電流を有するＮ個の並列接続された設定器との第１並列回路を備えるステップと、
この第１並列回路と直列に第２コンデンサを接続し、その際第２コンデンサの電圧はこれらの設定器の入力電圧の最小値以下とするステップと、
Ｎ個の入力電圧の微分電圧差を変換するステップとを有する電圧変換方法が示されている。
【００２４】
本発明による電圧変換方法の別の有利な実施形態によれば、第１並列回路の構成部品を第１コンデンサ電圧のために設定するステップを有する。
【００２５】
さらに本発明の電圧変換方法では、上記２つの構成により非常に有利には、設定器の出力電圧が小さい場合は第２コンデンサのエネルギーを利用し、入力側設定器が第１コンデンサを充電する。そして次の時間区分において出力電圧が大きくなった場合は、第１コンデンサのエネルギーを追加して利用する。このような設定器の構成により、設定器にかかる構造的な手間を減らし、それにより総コスト及び機器の損失電力を低減させ、同時に効率を上げることができるという更なる利点が得られる。
【００２６】
本発明は、とりわけ光起電力インバータ、有利には、製造コストが問題となる一相及び三相のマルチストリング光起電力インバータの使用に適している。
【００２７】
本発明の更なる有利な実施形態は従属請求項に記載の通りであり、以下に説明する。
【００２８】
本発明の実施例を、図面に基づいて以下詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】２つの入力電流、２つの出力電流及び２つの出力電圧を有する原理回路図
【図２】１つの出力電圧と１つの出力電流とを有する原理回路図
【図３】２つの異なる出力電圧から給電される、後置接続された１つの設定器を有する原理回路図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、電圧変換器１の原理回路図である。図１は、本発明による電圧変換器１の入力側回路構成の実施形態を示している。この電圧変換器１は、第１インダクタンス１０を有する第１入力電流Ｉ１を有し、この第１インダクタンス１０は、接続線１８によって２つのダイオード１４と２つのスイッチ１２とに接続されている。動作モードによっては、１つのスイッチ及び／又は１つのダイオードを省略することもできる。さらにこの電圧変換器１は、第２インダクタンス１０を有する第２入力電流Ｉ２を有し、この第２インダクタンス１０は、同様に接続線１８によって２つのダイオード１４と２つのスイッチ１２とに接続されている。この電圧変換器１は、入力電流Ｉ１及びＩ２の他に、入力電圧Ｕ１及びＵ２を含む。この入力電圧は、外部源より電気回路の入力側に供給される電圧である。コンデンサＣ１は、接続点１６によりコンデンサＣ２と接続される。これらのコンデンサＣ１及びＣ２は、電荷及びそれに関連するエネルギーを蓄積する。これらのコンデンサは、その電荷蓄積能力に基づいて電圧変化に対応する。この電圧変換器１は少なくとも２つの入力電流Ｉ１及びＩ２を有し、これらの電流は、コンデンサＣ１に並列接続された複数の設定器からなる構成体とコンデンサＣ２との直列回路に流れる。その際コンデンサ電圧ＵＣ２は、入力電圧Ｕ１乃至Ｕｎの最小値以下にすることができる。更に、コンデンサ電圧ＵＣ１は、電圧ＵＣ２を除いた入力電圧Ｕ１乃至Ｕｎの最大値以上でなくてはならない。このことから、全ての設定器を、全中間回路電圧ＵＺＫ１＝ＵＣ１＋ＵＣ２ではなく電圧ＵＣ１＝ＵＺＫ１−ＵＺＫ２のための構成部品のみで構成すればよいことが分かる。これらの設定器は、全ての同極同士で並列に接続されている。並列回路においては、全ての素子が同じ電位差を有している。さらに、並列回路とすることで、他の素子の動作を妨げることなく個々の素子を追加したり取り外したりすることができる。上記直列回路は、分岐のない接続であるという点で優れている。この直列回路は更に、適正に極性付けをすることで全電圧をより高くすることができる。
【００３１】
更に、入力電流合計値と出力電流合計値とを平均して等しくし、また同時に入力電力の平均値と出力電力の平均値とを等しくする、即ち、Ｉ１＋Ｉ２＋・・・＋Ｉｎ＝ＩＺＫ１＋ＩＺＫ２  及び  Ｕ１×Ｉ１＋Ｕ２×Ｉ２＋・・・＋Ｕｎ×Ｉｎ＝ＵＺＫ１×ＩＺＫ１＋ＵＺＫ２×ＩＺＫ２とする調整器を設ける。
【００３２】
この電圧変換器１の回路の変形例を図２に示す。変更のない回路部品は、全て図１と同じ記号で表す。図２の図１と異なる点は、図２では出力電流ＩＡを介して、任意の１つの出力段をこの２レベル中間回路に接続することができる点である。その際、この２レベル中間回路はエネルギー蓄積器として用いられる。更に、図２は出力電圧ＵＡを有している。この出力電圧ＵＡは、電圧ＵＺＫ２とＵＺＫ１の間で変更することができる。但し平均してＵ１×Ｉ１＋Ｕ２×Ｉ２＋・・・Ｕｎ×Ｉｎ＝ＵＡ×ＩＡである。
【００３３】
図３は、本発明の電圧変換器１の入力回路構成の別の実施形態を示している。本実施形態においては選択回路を２つしか用いていないが、このような選択回路をもっとたくさん簡単に直列接続することができる。ここでもまた、変更のない回路部品は図１と同じ記号で表す。この図３の変形例では、出力段を２つの異なる入力電圧ＵＺＫ１及びＵＺＫ２から選択できる。出力電圧が時間的に変化する場合、設定器２０の出力電圧が小さい時はコンデンサＣ２のエネルギーを利用し、コンデンサＣ１の入力電流は充電することができる。そして次の時間区分において出力電圧が大きくなった場合は、コンデンサＣ１のエネルギーを追加して利用する。この図３の設定器２０の構成では、設定器２０は共通の部分ではなく、微分電圧差のみを変換する。これにより、設定器にかかる構造的な手間を減らし、その結果として機器や装置の総コストを低減できる。
【００３４】
本発明は、その実施形態において上記の有利な実施例に限定されるものではなく、本発明を実現可能とする他の構成に変更することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  電圧変換器
１０  インダクタンス
１２  スイッチ
１４  ダイオード
１６  接続点
１８  接続線
２０  設定器
Ｃ１、Ｃ２  コンデンサ
Ｉ  入力電流
Ｕ  入力電圧
【図１】
0005951029.tif 000002
【図２】
0005951029.tif 000003
【図３】
0005951029.tif 000004