(57)【要約】      少なくとも１台のＤＣ電源（３）からＤＣ電力グリッド（４）に電気エネルギーを供給するためのインバータ（１）であって、ＤＣ電力グリッド（４）に接続可能なＤＣ／ＡＣコンバータ（５）と、ＤＣ／ＡＣコンバータ（５）の上流に配置されて直流電気分離を与える少なくとも１台のＤＣ／ＤＣコンバータ（９）と、この少なくとも１台のＤＣ／ＤＣコンバータ（９）の入力でこの少なくとも１台のＤＣ電源（３）に接続可能なＤＣ電圧リンク（１０）と、ＤＣ／ＤＣコンバータ（９）によって第１のＤＣ電圧リンク（１０）から直流電気的に分離される少なくとも１個の更なるＤＣ電圧リンク（６）と、電気エネルギーをインバータ（１）のコントローラおよび他の補助装置に供給するオンボード電圧レール（１５）と、オンボード供給ユニット（１４）と、を備えるインバータ（１）。オンボード供給ユニット（１４）は、第１のＤＣ電圧リンク（１０）から、および少なくとも１個の更なるＤＣ電圧リンク（６）からオンボード電圧レール（１５）に電気エネルギーを供給するように構成されて適応される。【選択図】  図１
2013521750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１台のＤＣ電源から電気エネルギーをＡＣ電力グリッドに供給するための電力インバータであって、前記インバータが、
−前記ＡＣ電力グリッドに接続されるように構成されてかつ適応されるＤＣ／ＡＣコンバータと、
−前記ＤＣ／ＡＣコンバータの上流に配置され、かつその入力と出力との間に直流電気分離を与える少なくとも１台のＤＣ／ＤＣコンバータと、
−前記少なくとも１台のＤＣ／ＤＣコンバータの前記入力に配置され、かつ、前記少なくとも１台のＤＣ電源に接続されるように構成されてかつ適応される第１のＤＣ電圧リンクと、
−前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとの間に配置され、かつ前記ＤＣ／ＤＣコンバータによって前記第１のＤＣ電圧リンクから直流電気的に分離される少なくとも１個の更なるＤＣ電圧リンクと、
−コントローラと、
−電気エネルギーを前記コントローラに供給するように構成されてかつ適応されるオンボード電圧レールと、
−前記オンボード電圧レールに前記電気エネルギーを供給するように構成されてかつ適応されるオンボード供給ユニットと、を備え、
−前記オンボード供給ユニットが、前記第１のＤＣ電圧リンクからおよび前記少なくとも１個の更なるＤＣ電圧リンクからの両方から前記電気エネルギーを供給するように構成されてかつ適応されることを特徴とするインバータ。
【請求項２】
前記第１のＤＣ電圧リンクの容量が、前記少なくとも１個の更なるＤＣ電圧リンクの容量より実質的に小さいことを特徴とする請求項１に記載のインバータ。
【請求項３】
前記第１のＤＣ電圧リンクの前記容量が、前記少なくとも１個の更なるＤＣ電圧リンクの前記容量の５０％未満であることを特徴とする請求項２に記載のインバータ。
【請求項４】
前記第１のＤＣ電圧リンクの前記容量が、前記少なくとも１個の更なるＤＣ電圧リンクの前記容量の２５％未満であることを特徴とする請求項３に記載のインバータ。
【請求項５】
前記第１のＤＣ電圧リンクの前記容量が、前記少なくとも１個の更なるＤＣ電圧リンクの前記容量の１０％未満であることを特徴とする請求項４に記載のインバータ。
【請求項６】
前記第１のＤＣ電圧リンクの前記容量が、前記少なくとも１個の更なるＤＣ電圧リンクの前記容量の５％未満であることを特徴とする請求項５に記載のインバータ。
【請求項７】
前記オンボード供給ユニットが、前記第１のＤＣ電圧リンクから前記オンボード電圧レール内に前記電気エネルギーを一次的に供給してかつ前記少なくとも１個の更なるＤＣ電圧リンクから前記オンボード電圧レール内に前記電気エネルギーを二次的に供給するように構成されてかつ適応されることを特徴とする請求項１に記載のインバータ。
【請求項８】
前記オンボード供給ユニットが、前記オンボード電圧レールに存在するオンボード供給電圧に対する電圧コントローラを備え、前記電圧コントローラが前記オンボード供給電圧の実効値と基準値との間の差異に従い前記第１のＤＣ電力リンクからの前記オンボード供給ユニットの供給電力と前記少なくとも１個の更なるＤＣ電力リンクからの前記オンボード供給ユニットの供給電力とを定義することを特徴とする請求項７に記載のインバータ。
【請求項９】
前記第１のＤＣ電力リンクからの前記供給電力に対して、および前記少なくとも１個の更なるＤＣ電力リンクからの前記供給電力に対して、異なる制御変数が前記電圧コントローラ内にセットされることを特徴とする請求項８に記載のインバータ。
【請求項１０】
前記電圧コントローラそれ自体が、前記オンボード供給電圧が存在しない限り、および前記オンボード供給電圧によってその後、前記第１のＤＣ電圧リンクから供給されるように構成されてかつ適応されることを特徴とする請求項８に記載のインバータ。
【請求項１１】
前記オンボード供給ユニットが、前記第１のＤＣ電圧リンクから供給されるフライバックコンバータと前記少なくとも１個の更なるＤＣ電圧リンクから供給されるフライバックコンバータとを備えることを特徴とする請求項７に記載のインバータ。
【請求項１２】
前記フライバックコンバータの各々が、電流モードで動作することを特徴とする請求項１１に記載のインバータ。
【請求項１３】
前記フライバックコンバータの各々が、電圧モードで動作することを特徴とする請求項１１に記載のインバータ。
【請求項１４】
前記オンボード供給ユニットが、前記第１のＤＣ電圧リンクからおよび前記少なくとも１個の更なるＤＣ電圧リンクからの両方から供給されるように構成されてかつ適応されるフライバックコンバータを備えることを特徴とする請求項７に記載のインバータ。
【請求項１５】
前記フライバックコンバータが、電流モードで動作することを特徴とする請求項１４に記載のインバータ。
【請求項１６】
前記フライバックコンバータが、電圧モードで動作することを特徴とする請求項１４に記載のインバータ。
【請求項１７】
前記オンボード供給ユニットが、互いに関して電気的に分離される２本の一次巻線を備えるトランスを備え、前記一次巻線の１本が、前記第１のＤＣ電圧リンクから電流を供給され、および前記一次巻線のもう１本が前記少なくとも１個の更なるＤＣ電圧リンクから電流を供給されることを特徴とする請求項７に記載のインバータ。
【請求項１８】
前記２本の一次巻線が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの変圧比の７０％から１４０％の範囲内にある巻線比を備えることを特徴とする請求項１７に記載のインバータ。
【請求項１９】
少なくとも１台の光結合器が、制御信号を伝送するために設けられ、少なくとも１個のスイッチ、それを通して電力が前記２個のＤＣ電圧リンクの１個から前記直流電気的に分離された一次巻線の少なくとも１本に供給されることを特徴とする請求項１７に記載のインバータ。
【請求項２０】
前記オンボード供給ユニットが、前記インバータの少なくとも１個の追加的なリンクから前記オンボード電圧レールに前記電気エネルギーを加えて供給するように構成されてかつ適応されることを特徴とする請求項１に記載のインバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（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。
【０００２】
本発明は、ＤＣ電源からＡＣ電力グリッドに電気エネルギーを供給するための電力インバータに関する。より詳しくは、本発明は例えば調和された方法でインバータのインバータブリッジのスイッチを制御するコントローラと、電気エネルギーをこのコントローラに、同じく他の補助装置に供給するオンボード電源とを備える電力インバータに関する。
【０００３】
ＤＣ電源は、特に光電発電機または風力発電所であることができる。ＡＣ電力グリッドは、公共電力グリッドまたはアイランドグリッドであることができる。ＡＣ電力グリッドの負荷の数は、重要でない。したがって、電力インバータは電源からの電気エネルギーを単一負荷に供給するために使用されることができる。
【背景技術】
【０００４】
ＤＣ電源からＡＣ電力グリッドに電気エネルギーを供給するための電力インバータにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いてＡＣ電力グリッドをＤＣ電源から直流電気的に分離することが公知である。この種のＤＣ／ＤＣコンバータは、インバータのＤＣ／ＡＣコンバータの上流に接続されて、例えば高周波トランスを用いてまたは直流電気分離コンデンサを備えた高周波ＡＣ電圧リンクを用いて、ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータとの間のＤＣ電圧リンクからその入力でＤＣ電圧リンクを直流電気的に分離する。例えばブーストまたはバックコンバータのような更なるコンバータ段が、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力でＤＣ電源とＤＣ電圧リンクとの間に設けられることができる。一般的に、ＤＣ／ＡＣコンバータのインバータブリッジに供給するのと比較してＤＣ／ＤＣコンバータの高周波ＡＣ電圧リンクに供給するのにより小さなバッファ容量で十分であるので、直流電気的に分離するＤＣ／ＤＣコンバータの入力でのＤＣ電圧リンクの容量は、直流電気的に分離するＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータとの間のＤＣ電圧リンクの容量より小さい。インバータがスイッチを切られる時、しかしながら、ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータとの間のＤＣ電圧リンクの大きな容量は保安理由のために制御された方法で定義された時間の間隔内に放電されるべきである。
【０００５】
上記したインバータを含む電力インバータのオンボード電圧レールに供給するために、インバータのＤＣ電圧リンク内に存在するＤＣ電圧からフライバックコンバータ経由で必要な補助電圧を生成するオンボード供給ユニットを有することが、公知である。インバータを始動する前にさえ接続されたＤＣ電源によってすでにロードされているＤＣ電圧リンクからオンボード電圧レールに供給することが好まれる。オンボード電源に対する代替電源として、接続されたＡＣ電力グリッドのＡＣ電圧を使用することもまた公知である。
【０００６】
（特許文献２）が、直列に接続される電力インバータのＤＣ電圧リンクの２個の部分的容量に対する平衡回路を開示する。この平衡回路では、部分的容量での部分的電圧が、インバータのオンボード電圧レールに供給するオンボード供給ユニットとして使用される、フライバックコンバータの１本の一次巻線に供給するために各々使用される。
【０００７】
（特許文献３）が、ＤＣ電源からＡＣ電力グリッドに電気エネルギーを供給するための電力インバータを開示する。ここで、充電器／放電器回路が、電力インバータのＤＣ／ＡＣコンバータの入力でのＤＣ電圧リンクとアキュムレータとの間に配置されてＤＣ電圧リンクからこのアキュムレータをロードして必要に応じてアキュムレータからＤＣ電圧リンクをプリチャージする。更に、アキュムレータはこの既知のインバータのオンボード電源の２次電源として機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願第１０１５５３５５．０号明細書、名称「Ｗｅｃｈｓｅｌｒｉｃｈｔｅｒ  ｍｉｔ  ｍｅｈｒｆａｃｈ  ｖｅｒｓｏｒｇｔｅｍ  Ｂｏｒｄｎｅｔｚ」、２０１０年３月３日出願
【特許文献２】欧州特許公開第１１０７４３８Ａ２号明細書
【特許文献３】欧州特許公開第２０５８９２１Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
最適化されたオンボード電源を備える、ＤＣ電源からＡＣ電力グリッドに電気エネルギーを供給するための電力インバータに対する必要性がなおある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、少なくとも１台のＤＣ電源からＡＣ電力グリッドに電気エネルギーを供給するための電力インバータに関し、このインバータが、ＡＣ電力グリッドに接続されるように構成されて適応されるＤＣ／ＡＣコンバータと、ＤＣ／ＡＣコンバータの上流に配置されてその入力と出力との間に直流電気分離を与える少なくとも１台のＤＣ／ＤＣコンバータと、この少なくとも１台のＤＣ／ＤＣコンバータの入力に配置され、この少なくとも１台のＤＣ電源に接続されるように構成されて適応される第１のＤＣ電圧リンクと、ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータとの間に配置され、ＤＣ／ＤＣコンバータによって第１のＤＣ電圧リンクから直流電気的に分離される少なくとも１個の更なるＤＣ電圧リンクと、コントローラと、電気エネルギーをコントローラに供給するように構成されて適応されるオンボード電圧レールと、電気エネルギーをオンボード電圧レールに供給するように構成されて適応されるオンボード供給ユニットとを備え、オンボード供給ユニットが、第１のＤＣ電圧リンクから、および少なくとも１個の更なるＤＣ電圧リンクから電気エネルギーを供給するように構成されて適応される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
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、そこにおいて重点が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。
【００１２】
【図１】電力インバータの第１の実施態様を例示する。
【図２】そのオンボード電源の更なる詳細を備えた図１に従う電力インバータを示す。
【図３】図１および２に従う電力インバータのオンボード電源の電圧コントローラの一例を示す。および
【図４】電力インバータの第２の実施態様を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の電力インバータにおいて、一方では、オンボード電圧レールは少なくとも１台のＤＣ／ＤＣコンバータの入力で第１のＤＣ電圧リンクから、および他方では、第１のＤＣ電圧リンクから直流電気的に分離される少なくとも１個の更なるＤＣ電圧リンクから、オンボード供給ユニットによって電気エネルギーを供給される。この少なくとも１個の更なるＤＣ電圧リンクは、ＤＣ／ＡＣコンバータの入力でのＤＣ電圧リンクであることができる。少なくとも１台のＤＣ／ＤＣコンバータの入力での第１のＤＣ電圧リンクからの供給は、このＤＣ電圧リンクがＤＣ電源の増加する出力電圧を伴うＤＣ電源によって直接ロードされ、およびしたがって、リンク電圧がインバータを起動する前にすでに利用可能である利点を有する。更に、このＤＣ電圧リンクから取り出される電気エネルギーは、この少なくとも１台のＤＣ／ＤＣコンバータをまだ通過しておらず、それはＤＣ電源からのオンボード電源の効率に関して有利である。ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータとの間の少なくとも１個の更なるＤＣ電圧リンクからの電気エネルギーによるオンボード電圧レールの代替供給は、他方では、たとえ、例えばＤＣ電源の完全故障に起因してどんな電気エネルギーも接続されたＤＣ電源によって転送されないのでＤＣ／ＤＣコンバータの入力でのリンク電圧が故障するとしても、それがなおオンボード電圧レールの供給を可能にする利点を有する。更に、ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータとの間のＤＣ電圧リンクから電気エネルギーをオンボード電圧レールに供給することは、たとえ隣接するＤＣ／ＤＣおよびＤＣ／ＡＣコンバータがスイッチを切られるとしても、この更なるリンクを放電させることに結びつく。対応して、永続的な電力損失を生成する追加的な放電装置、特に放電抵抗器が回避されることができる。これは、電力インバータの総合効率を向上する。
【００１４】
電力インバータのオンボード供給ユニットが、オンボード電圧レールに一次的に供給することができ、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力で第１のＤＣ電圧リンクから、および少なくとも１個の更なるＤＣ電圧リンクから二次的にだけ、必要な補助電圧を生成することができる。オンボード電圧レールに供給する際のこの序列は、第１のＤＣ電圧リンクがインバータを始動する前にＤＣ電源によってすでにロードされているとみなす。更に、使用はＤＣ／ＤＣコンバータによって回避された電力変換に起因する第１のＤＣ電圧リンクからのより高い効率のオンボード電源からなされる。加えて、許容できる労力で常に一定速度で遂行されるとは限らない、ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータとの間の更なるＤＣ電圧リンクからエネルギーを引き出すことが、好ましくは一定に保たれるこのＤＣ電圧リンク内のリンク電圧にノイズを重畳する。この電気エネルギーがＤＣ／ＤＣコンバータの入力で第１のＤＣ電圧リンクから利用可能でない時、電気エネルギーがこの更なるＤＣ電圧リンクからだけ取り出されるならば、このノイズは最小値に低下する。通常動作では、しかしながら、通常動作でＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータとの間の更なるＤＣ電圧リンク内のリンク電圧が乱されないように、この状況は生じない。
【００１５】
第１のＤＣ電圧リンクからオンボード電圧レールに供給する優越性は、例えば、その閉ループがオンボード電圧レールに存在するオンボード供給電圧を制御する、オンボード供給ユニットのコントローラを用いて実現されることができる。この電圧コントローラは、オンボード供給電圧の実効値と基準値との間の差異に基づいて第１のＤＣ電圧リンクからおよび更なるＤＣ電圧リンクからオンボード電圧レールに供給される供給電力を異なって定義することができる。例えば、異なる変数がオンボード電圧レールへのオンボード供給ユニットの２つの異なる供給電力に対して効果的であることができる。オンボード供給電圧の実効値が基準値より下に低下する時、それが最初にＤＣ／ＤＣコンバータの入力で第１のＤＣ電圧リンクからだけ要求される供給電力を増大するような方法で、電圧コントローラが特に調節されることができる。オンボード供給電圧の実効値と基準値との間の差異がそれにもかかわらず残るならば、電圧コントローラはさらにＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータとの間の更なるＤＣ電圧リンクから電力を要求する。
【００１６】
オンボード供給電圧それ自体に対する電圧コントローラは、オンボード供給電圧が存在するまで、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力で第１のＤＣ電圧リンクから電気エネルギーを最初に供給されることができる。その後、オンボード供給ユニットの電圧コントローラがオンボード供給電圧によって電気エネルギーを供給されることができる。
【００１７】
ＤＣ／ＤＣコンバータの入力での第１のＤＣ電圧リンクの容量がＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータとの間の更なるＤＣ電圧リンクの容量より非常に小さいならば、上記したそのオンボード電源に起因する電力インバータの全ての利点は特に重要である。ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータとの間の更なるＤＣ電圧リンクの大きい容量を有するための本来の理由は、ＤＣ／ＡＣコンバータの入力でのリンク電圧を、単相ＤＣ／ＡＣコンバータの低周波電力脈動によってさえ、一定に保つためである。ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータとの間のＤＣ電圧リンクから電気エネルギーをオンボード電圧レールにまた供給することによって、少なからぬ追加的な量の電気エネルギーがこの更なるＤＣ電圧リンクの高い容量に起因してオンボード供給ユニットに利用可能である。同時に、更なるＤＣ電圧リンクからオンボード電圧レールに供給することが、定義された期間内で更なるＤＣ電圧リンクの容量をしっかりと放電させるために大きな寸法でなければならない放電装置を置換する。単相ＤＣ／ＡＣコンバータによって、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力での第１のＤＣ電圧リンクの容量は、ほとんど常にＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータとの間の更なるＤＣ電圧リンクの容量の５０％未満である。ここで記載されている電力インバータでは、それは多くの場合更なるＤＣ電圧リンクの容量の２５％未満である。しばしば、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力での第１のＤＣ電圧リンクの容量は、ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータとの間の更なるＤＣ電圧リンクの容量の１０％未満か、または５％未満でさえある。
【００１８】
電力インバータの実際の実施態様において、オンボード供給ユニットはＤＣ／ＤＣコンバータの入力での第１のＤＣ電圧リンクから供給されるフライバックコンバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータとの間の更なるＤＣ電圧リンクから供給される更なるフライバックコンバータを備えることができる。あるいは、単一トランスを備えた単一フライバックコンバータが設けられることができ、それがＤＣ／ＤＣコンバータの入力での第１のＤＣ電圧リンクからおよびＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータとの間の更なる電圧リンクから供給される。各フライバックコンバータは、電圧モードでまたは、通常通りフライバックコンバータを有するスイッチング電源によって、電流モード制御方式で動作することができる。
【００１９】
オンボード供給ユニットの２本の分岐を組み合わせるために、オンボード供給ユニットは一般に互いに関して電気的に分離される２本の一次巻線を備えるトランスを有することができ、その内の１本が、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力で第１のＤＣ電圧リンクから供給され、および、もう１本がＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータとの間の更なるＤＣ電圧リンクから供給される。互いに関して分離される一次巻線は、オンボード電圧レールがそれから供給される２個のＤＣ電圧リンクの直流電気分離を要求しない。２つのリンク電圧が一般に異なるように、ＤＣ／ＤＣコンバータがこれらの２個のＤＣ電圧リンク間の直流電気分離に加えて変圧を与えるならば、オンボード供給ユニットのトランスの一次巻線は、ＤＣ／ＤＣコンバータの変圧比に対して５０％から２００％、特に７０％から１４０％に対応する巻線比を備えることができる。換言すれば、巻線比はＤＣ／ＤＣコンバータの変圧比に実質的に等しくあるべきである。
【００２０】
電流が第１のおよび更なるＤＣ電圧リンクから両一次巻線に同時に供給されるならば、オンボード供給ユニットのトランスの両一次巻線に供給される電流の同期化は役立つ。このために、一次巻線がそれを経由して電流を供給される全てのスイッチが、同期されることができる。全てのこれらのスイッチがオンボード供給電圧用の単一電圧コントローラによって制御されるならば、それは電圧コントローラから少なくとも１台の光結合器経由で２本の直流電気的に分離された一次巻線の少なくとも１本に少なくとも１つの制御信号を伝送するＤＣ／ＤＣコンバータの両側上の２個のＤＣ電圧リンクの直流電気分離に関して好ましい。
【００２１】
たとえ何のＤＣ電源も接続されていなくても、または、例えば、ＤＣ電源としての光電発電機が夜により長い期間の間電気エネルギーを供給しなくても、電力インバータのコントローラを起動することが可能にするために、オンボード供給ユニットがまた、ＤＣ／ＡＣコンバータに接続されるＡＣ電力グリッドから電気エネルギーをオンボード電圧レールに供給することができる。ここで、２個のＤＣ電圧リンクからの供給電力に対して電圧コントローラにセットされるより、オンボード供給電圧に対するより小さな基準値が、ＡＣ電力グリッドからの供給電力に対して電圧コントローラにセットされることができる。したがって、オンボード電圧レールがＤＣ電圧リンクから供給される限り、オンボード電圧レールへの何の供給電力もＡＣ電力グリッドから要求されない。
【００２２】
オンボード電圧レールは、加えて、インバータの任意の追加的なリンクから電気エネルギーを供給されることができる。オンボード電源の種々の電源に関して、電気エネルギーの一次生成に関する電気エネルギーの最も低い消費に対応するその供給源（複数源）を備えた最上位で始まる序列を有することは、しかしながら役立つ。
【００２３】
電力インバータは、また、ＤＣ電源とＤＣ／ＤＣコンバータの入力での第１のＤＣ電圧リンクとの間に、例えば追加的な電圧リンクが関連づけられることができるブーストコンバータのような１段以上の更なるコンバータ段を有することができる。したがって、第１のＤＣ電圧リンクが必ずしも直接ＤＣ電源に接続されるというわけではない。しかしながら、第１のＤＣ電圧リンクが、ＤＣ電源から受動的に、すなわち更なるコンバータ段の有効動作の前に、充電可能であるならば、何の直流電気分離もＤＣ電源とＤＣ／ＤＣコンバータの入力での第１のＤＣ電圧リンクとの間に存在するべきでない。
【００２４】
ここで、図面をより詳細に参照して、図１内に例示されるインバータ１が、ＤＣ電源３の一例としての光電発電機２からＡＣ電力グリッド４に電気エネルギーを供給するのに役に立つ。ＡＣ電力グリッド４がここで単相であるように示される一方、インバータ１はまた、三相ＡＣ電力グリッドに供給するように構成されて適応されることができる。インバータ１はＡＣ電力グリッド４に接続されるＤＣ／ＡＣコンバータ５を備え、それがＡＣ電力グリッド４にＡＣ電流を供給するためにＤＣ電圧リンク６から電荷または電気エネルギーを取り出す。ＤＣ電圧リンク６は、グリッド周波数の二倍で変調されるＤＣ／ＡＣコンバータ５による電荷の引き出しにもかかわらずＤＣ電圧リンク６のリンク電圧を一定に保つために１個以上のコンデンサによって与えられる大きな容量７を備える。ここで、容量７は例えば、１．５ｍＦの電解コンデンサによって与えられる。ＤＣ電圧リンク６は、ＤＣ電圧リンク１０からＤＣ／ＤＣコンバータ９経由で充電される。ＤＣ／ＤＣコンバータ９は、ＡＣ電力グリッド４とＤＣ電源３との間の直流電気分離のために設けられ、かつ例えば、このために高周波トランスを備え、その一次巻線がインバータブリッジ経由で、高周波で動作し、一方、その二次巻線から流れる電流が、（ここで記載されない）整流器ブリッジ経由で整流化される。ＤＣ／ＤＣコンバータ９の所望の機能に対して、容量１１は容量７より非常に小さく、ここで例えば５５μＦのフィルムコンデンサ１２であって、ＤＣ電圧リンク１０に十分である。更なるコンバータ段１３が、ＤＣ電圧リンク１０の上流に配置される。この更なるコンバータ段は、ＤＣ電圧リンク１０とＤＣ電源３との間に直流電気分離を与えない。その代わりに、例えばブーストコンバータであるが、これは例えば、光電発電機２の出力電圧が朝に増加するソラリゼーションによって増大する時その不活性状態でさえ、ＤＣ電源３から容量１１を受動的に充電することを可能にする。
【００２５】
インバータ１のオンボード供給ユニット１４は電気エネルギーをオンボード電圧レール１５に供給してオンボード供給電圧を生成し、それがオンボード電圧レール１５によってインバータ１の補助装置に供給される。オンボード供給ユニット１４は、ＤＣ電圧リンク１０およびＤＣ電圧リンク６の両方から電気エネルギーを取り出す。オンボード供給ユニット１４は、オンボード電圧レール１５に、主にかつできる限りＤＣ電圧リンク１０から電気エネルギーを供給する。ＤＣ電圧リンク１０内のリンク電圧が不十分な場合だけ、オンボード供給ユニット１４がＤＣ電圧リンク６からオンボード電圧レール１５に供給する。オンボード電圧レール１５は特にインバータ１のコントローラ６０に電気エネルギーを供給するのに役に立ち、コントローラは例えば（ここで記載されない）調和された方法でＤＣ／ＡＣコンバータ５のおよびＤＣ／ＤＣコンバータ９のインバータブリッジのスイッチを制御する。ＤＣ電圧リンク１０から電気エネルギーをオンボード電圧レール１５に供給することに起因して、ＤＣ電源３がＤＣ電圧リンク１０を充電するとすぐに、電気エネルギーがオンボード電圧レール１５によって利用可能である。しかしながら、ＤＣ電圧リンク１０がＤＣ電源３と共に故障するならば、例えば、制御された方法でコントローラ６０を遮断するために電解コンデンサ８内に蓄積される電荷の形で、より長い期間の間オンボード電圧レール１５に供給するための十分な電気エネルギーがなおある。
【００２６】
図１内に記載される詳細に加えて、図２は電力インバータ１の以下の詳細を示す。オンボード供給ユニット１４は、２個の入力フライバックコンバータ分岐１６および２１を備えたフライバックコンバータならびにトランス１８を備える。フライバックコンバータ分岐１６は、ＤＣ電圧リンク１０からトランス１８の一次巻線１７に供給する。フライバックコンバータ分岐１６は、その不可欠な構成部品として半導体スイッチ１９およびダイオード２０を備える。また、半導体スイッチ２２およびダイオード２３でできているフライバックコンバータ分岐２１が、ＤＣ電圧リンク６からトランス１８の更なる一次巻線２４に供給するために設けられる。トランス１８の２本の一次巻線１７および２４は、互いに関して電気的に分離される。また、互いに関して電気的に分離されるトランスの二次巻線２５および２６の各々が、それぞれ、整流器回路２７および２８経由でオンボード供給ユニット１４のいくつかの出力回路３３および３４の１台に供給する。整流器回路２７および２８の各々は実質的に、それぞれダイオード２９および３０、ならびにそれぞれコンデンサ３１および３２から成る。種々の出力回路３３および３４が、オンボード電圧レール１５経由で異なるかつ直流電気的に切り離されたオンボード供給電圧をインバータのコントローラに供給するのに役に立つ。半導体スイッチ１９および２２は、それぞれトランス１８に、それぞれのＤＣ電圧リンク１０および６から電気エネルギーを供給するように制御される。電気エネルギーが同時に両ＤＣ電圧リンク１０および６から供給されるならば、半導体スイッチ１９および２２の制御信号は同期されるべきであり、それらは常に同期されることができる。オンボード供給ユニット１４の全ての出力回路３３および３４は、ＤＣ電圧リンク６および１０の各々から常に同時に供給される。
【００２７】
図３は、両半導体スイッチ１９および２２に対する制御信号３５および３６がどのように生成されることができるかについて説明する。コンパレータ３８および３９の１個の入力に印加される、のこぎり波状電圧３７によって、制御信号３５および３６の周波数が与えられる。その基準値が電圧源４１によって与えられるＰＩ（比例／積分）コントローラ４０からの制御信号が、コンパレータ３８および３９のそれぞれの残りの入力に印加される。ここで、制御信号はコンパレータ３８の残りの入力に直接印加され、一方、ツェナーダイオード４２がＰＩコントローラ４０とコンパレータ３９との間に接続され、抵抗器４９経由でバイアスされる。基準値との比較のために必要なフィードバックが入力４３によってＰＩコントローラに与えられ、それが、オンボード供給電圧が存在する図１および２に従うオンボード電圧レール１５に接続される。ＰＩコントローラのコア構成部品はオペアンプ４４である。ＰＩコントローラの特性は、コンデンサ４５によってならびに抵抗器４６および４７によって定義される。抵抗器４８は動作点を調節するのに役に立つ。それらの制御信号３５および３６が図３に従う共通回路によって生成されるとはいえ、図２に従う２台のフライバックコンバータ１６および２１を直流電気的に分離するように保つために、特にそれぞれの残りの半導体スイッチに接続される出力または図３に従う回路が存在していないフライバックコンバータ分岐内に、光結合器をこの共通回路の出力５０および５１の少なくとも１個内に配置することが好ましい。
【００２８】
図３に従う回路がいわゆる電圧モードで制御信号３５および３６の発生を例示する一方、ＰＩコントローラ４０の出力信号がのこぎり波状電圧３７と比較されず、比較がそれぞれのフライバックコンバータ分岐内に実際に流れる電流となされるという点で、変調されたパルス幅を備えたこの種の制御信号の発生はまた、通常の電流モードで実行されることができる。
【００２９】
図４内に例示されるインバータ１の実施態様では、ＤＣ／ＡＣコンバータ５の入力でのＤＣ電圧リンク６が１台のＤＣ／ＤＣコンバータ９経由で充電されるだけでなく、また、ＤＣ／ＤＣコンバータ９と並列に接続される第２のＤＣ／ＤＣコンバータ５５経由でも充電される。第２のＤＣ／ＤＣコンバータ５５の入力ＤＣ電圧リンク５６は、第２のコンバータ段５４経由で第２の光電発電機５２の形の第２のＤＣ電源５３に接続される。第２のＤＣ／ＤＣコンバータ５５は、ＤＣ電源５３からのＤＣ電圧リンク６の直流電気分離を与え、第２のコンバータ段５４は与えない。ここで、オンボード供給ユニット１４は主に小さな容量１１および５７を有する両ＤＣ電圧リンク１０および５６から電気エネルギーをオンボード電圧レール１５に供給し、両ＤＣ電圧リンク１０および５６は、互いにかつ２台のＤＣ／ＤＣコンバータ９および５５によってＤＣ電圧リンク６から直流電気的に分離される。この直流電気分離は、オンボード供給ユニット１４の領域に続く。それぞれＤＣ電圧源３または５３の領域内の故障に起因するＤＣ電圧リンク１０および５６のうち１個のリンク電圧の故障は、したがって、より長い期間の後でさえオンボード供給ユニット１４の故障に結びつかない。二次的に、オンボード供給ユニット１４は２台のＤＣ／ＤＣコンバータ９および５５とＤＣ／ＡＣコンバータ５との間に配置される大きな容量７を備えたＤＣ電圧リンク６から電気エネルギーをオンボード電圧レール１５に供給する。
【００３０】
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。
【符号の説明】
【００３１】
１  インバータ
２  光電発電機
３  ＤＣ電源
４  ＡＣ電力グリッド
５  ＤＣ／ＡＣコンバータ
６  ＤＣ電圧リンク
７  容量
８  電解コンデンサ
９  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０  ＤＣ電圧リンク
１１  容量
１２  フィルムコンデンサ
１３  コンバータ段
１４  オンボード供給ユニット
１５  オンボード電圧レール
１６  フライバックコンバータ分岐
１７  一次巻線
１８  トランス
１９  半導体スイッチ
２０  ダイオード
２１  フライバックコンバータ分岐
２２  半導体スイッチ
２３  ダイオード
２４  一次巻線
２５  二次巻線
２６  二次巻線
２７  整流器回路
２８  整流器回路
２９  ダイオード
３０  ダイオード
３１  コンデンサ
３２  コンデンサ
３３  出力回路
３４  出力回路
３５  制御信号
３６  制御信号
３７  のこぎり波状電圧
３８  コンパレータ
３９  コンパレータ
４０  ＰＩコントローラ
４１  電圧源
４２  ツェナーダイオード
４３  入力
４４  オペアンプ
４５  コンデンサ
４６  抵抗器
４７  抵抗器
４８  抵抗器
４９  抵抗器
５０  出力
５１  出力
５２  光電発電機
５３  ＤＣ電源
５４  コンバータ段
５５  ＤＣ／ＤＣコンバータ
５６  ＤＣ電圧リンク
５７  容量
６０  コントローラ
【図２】
2013521750.tif 000003
【図３】
2013521750.tif 000004
【図４】
2013521750.tif 000005
【図１】
2013521750.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成25年1月9日(2013.1.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１９】
少なくとも１台の光結合器が、制御信号を少なくとも１個のスイッチへ伝送するために設けられ、該スイッチを通して電力が前記２個のＤＣ電圧リンクの１個から前記直流電気的に分離された一次巻線の少なくとも１本に供給されることを特徴とする請求項１７に記載のインバータ。
【国際調査報告】
2013521750.tif 000007
2013521750.tif 000008