具有接近零电流涟波的电力逆变及整流电路制造技术

本发明专利技术公开一种具有接近零电流涟波的逆变电路，该逆变电路与一直流输入端相并联，其内至少一中层电力单元连接在一上层及一下层电力单元之间；该上层电力单元内的一第一电容器、一第一开关及一第二电容器连接至该中层电力单元，且其内的一第一电感器及一第一初级绕组串接在该第一电容器及第一开关之间，该第一初级绕组与第二电容器相连接，该第一电容器并与该第一开关相连接；该下层电力单元内的一第三电容器及一第二开关连接至该中层电力单元，且其内的一第二电感器及一第二初级绕组串接在该第三电容器及第二开关之间，该第二初级绕组与中层电力单元相连接，且该第二开关与该第三电容器相连接；该第一及第二初级绕组与至少一次级绕组组成一变压器。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种具有接近零电流涟波的逆变电路，该逆变电路与一直流输入端相并联，其内至少一中层电力单元连接在一上层及一下层电力单元之间；该上层电力单元内的一第一电容器、一第一开关及一第二电容器连接至该中层电力单元，且其内的一第一电感器及一第一初级绕组串接在该第一电容器及第一开关之间，该第一初级绕组与第二电容器相连接，该第一电容器并与该第一开关相连接；该下层电力单元内的一第三电容器及一第二开关连接至该中层电力单元，且其内的一第二电感器及一第二初级绕组串接在该第三电容器及第二开关之间，该第二初级绕组与中层电力单元相连接，且该第二开关与该第三电容器相连接；该第一及第二初级绕组与至少一次级绕组组成一变压器。【专利说明】具有接近零电流涟波的电カ逆变及整流电路
本专利技术是ー种电カ逆变(inversion)或整流(rectification)电路,尤指ー种具有接近零电流链波(near zero current-ripple)的电カ逆变或整流电路，以期在电カ逆变或整流过程中，能有效消除输入电流或输出电流的涟波，同时可以大幅降低施加在该电路中各半导体开关(semiconductor switch)上的电压应力(voltage stress),进而有效提高电カ转换的效率。
技术介绍
在现今许多电カ装置(electrical device)上所广泛使用的电源系统中，均设计有一逆变功能(inversion function),该逆变功能主要是用以将一直流电压逆变成ー交流电压，以供该电カ装置使用。请參阅图1所示的一种半桥(half-bridge)电路，该半桥电路是具备前述逆变功能的诸多习用电路中的一典型，在该半桥电路中，一直流输入电压Vin为分别与ー组相互串联的两电容器Cl、C2及ー组相互串联的两开关Ql、Q2相并联，且该半桥电路还包括有一变压器(transformer) Tl,该变压器是由ー初级绕组(primary winding)Pl及一次级绕组(secondary winding) SI所组成,其中该初级绕组Pl的一端连接至该ニ电容器Cl、C2之间，该初级绕组Pl的另一端则连接至该ニ开关Ql、Q2之间。藉此，在一切换周期(switching cycle)内逐一对该等开关Ql、Q2进行切换时,该半桥电路即能在该次级绕组SI对应的ー输出端AC产生所需的ー交流电压。虽然，该半桥电路具有在半导体开关(semiconductor switch)Ql、Q2上施加较低电压应力(low voltage stress)的性能,但是，由于施加在该变压器的初级绕组Pl为直流输入电压Vin的一半，使得该初级绕组Pl上仍必须承受两倍的平均电流，故属于此种半桥式拓朴(half-bridge topology)的电路将会在半导体开关元件导通及关断瞬间，产生较高的电流变动率di/dt(rate of current change),且因此会较其它推挽式(push-pull)及全桥式(ful 1-bridge)拓扑的电路,产生较高的相关电磁干扰强度(electromagneticinterference,简称 EMI)。为了有效降低电流涟波及瞬间电流变动率所产生的噪声(noises)，许多业者已广泛地将两组相同的电カ逆变器(power converters)予以交错(interleave)分时工作。然而在采取此ー架构时，电流涟波的降低或消除程度，完全需视该逆变器上各开关的工作周期而定。有鉴于此，专利技术人于是考虑到利用最少的元件，设计出如图2所示的ー种能減少电流涟波的半桥电路，在图1及图2所示的半桥电路中，各对应元件上的电流Iin、Ipi及Ia波形则分别如图3(a)及图3(b)所示。在图2所示的半桥电路中，由于二相同初级绕组Pl、P2及一箝制电容器(clamping capacitor) C3的辅助，输入电流Iin上的电流链波几乎被抵消而趋近于零(a near zero input current-ripple is obtained),如图 3 (b)所示，因此，专利技术人仅需利用最少的元件，即能使图3(b)所示的半桥电路的输入电流Iin上的电流涟波，远较图3(a)所示的半桥电路的输入电流Iin上的电流涟波为低，因此除了能使用较小的输入滤波电容，更可进而大幅降低该半桥电路的电流变动率di/dt所产生的噪声(noises)。此外，专利技术人还考虑到利用金属氧化物半导体场效应晶体管开关(以下简称M0SFET)的低电压规格(voltage rating)的低导通阻值RDS (on) ( S卩，MOSFET在导通状态时的阻抗)等特性，来降低损耗并提升转换效率，进而设计出如图4(a)所示的一种逆变电路(inversion)，该逆变电路可包括两组相互串联的MOSFET Q3?Ql及Q2?Q4，并分别搭配一箝制二极管(clamping diodes)Del、Dc2,以取代图3所示半桥电路中的两开关Ql及Q2。如此，由于导通该箝制二极管Dcl及Dc2时，将使施加在各该MOSFET Ql、Q2、Q3及Q4上的电压被限制在仅为输入电压Vin的二分之一，因此各该MOSFET的低电压规格的低导通阻值特性将可被有效利用，以使该逆变电路中的导通损耗(conduction losses)大幅降低,进而有效改善该逆变电路的效能。然而,在前述电路中该等箝制元件的箝制作用(clamping function),仅会在一特定的控制时间(control timing)内完成，因此用以产生驱动信号(driversignal)Ves1、V(；S3、vCffi或(如图4 (b)所示)的一控制电路(control circuit)势必需经过特殊设计,尤其是，驱动信号Ves1-Ves3Jes2-Ves4之间的断开延迟(turn-off delay)必需经过特殊设计，以确保其能精准地在该特定控制时间内，产生对应的驱动信号，此一状况大幅增加了该控制电路在设计上的复杂度。据此，如何透过简单的电路设计，使其所制成的逆变电路不仅能有效消除输入电流上的电流涟波，还能有效提升该逆变电路的效率，即成为本专利技术在此欲探讨的一重要课题。
技术实现思路
鉴于前述习知逆变电路所存在的问题与缺点，专利技术人于是根据多年实务经验及研究实验，终于开发设计出本专利技术的一种具有接近零电流涟波的电力逆变或整流电路，以期该电路在电力逆变或整流过程中，能有效消除输入电流的涟波，进而大幅降低施加在该电路中各半导体开关上的电压应力。本专利技术的另一目的，是提供一种切换式的电力逆变器(switching mode powerconverter)，该逆变器具有一电力逆变或整流电路，并能在电力逆变或整流过程中，使漏电感(leakage inductance)及杂散电容(parasitic capacitor)成为一无耗损缓冲器(lossless snubber),使得漏电感的能量得以有效回收(recycling),并据以有效改善整体效能。本专利技术的又一目的，是提供一种切换式的电力逆变器，该逆变器具有一电力逆变或整流电路，且在电力逆变或整流过程中仅需一控制电路，以提供具简单控制时间(simplecontrol timing)的一驱动信号driver 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有接近于零的电流涟波的电力逆变电路，所述电力逆变电路并联至一输入端，以将所述输入端所提供的一直流电压转换成一交流电压，其特征在于，所述的电力逆变电路包括：一上层电力单元，其包含一第一电容器、一第二电容器、一第一开关、一第一电感器及一第一初级绕组，其中所述第一电感器及第一初级绕组串联在所述第一电容器的一第一节点与所述第一开关的一上节点之间，且所述第二电容器的一第一节点连接至所述第一开关的上节点；一下层电力单元，其包含一第三电容器、一第二开关、一第二电感器及一第二初级绕组，其中所述第二电感器及第二初级绕组串联在所述第三电容器的一第二节点与所述第二开关的一下节点之间；一变压器，其是由所述第一初级绕组、所述第二初级绕组及至少一次级绕组所组成，其中所述第一初级绕组及第二初级绕组具有相同的绕组数；以及至少一中层电力单元，其串联在所述上层及下层电力单元之间，每一中层电力单元包含一第四电容器、一第五电容器、一第三开关及一第四开关，其中所述第三及第四开关彼此串联，当所述电力逆变电路仅具有一个中层电力单元时，所述第四开关的一上节点连接至所述第一开关的一下节点，所述第四电容器的一第一节点连接至所述第一电容器的一第二节点，所述第五电容器的一第一节点连接至所述第二电容器的一第二节点，且连接至所述第三开关与第四开关间的一节点，所述第四电容器的一第二节点、所述第三开关的一下节点及所述第五电容器的一第二节点，则分别连接至所述第三电容器的一第一节点、所述第二开关的一上节点及所述第二开关的下节点。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吕锦山，黄品谕，
申请(专利权)人：吕锦山，
类型：发明
国别省市：