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TW201440408A - 疊接橋式直流／交流電力轉換方法及其裝置 - Google Patents

疊接橋式直流／交流電力轉換方法及其裝置 Download PDF

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TW201440408A
TW201440408A TW102112067A TW102112067A TW201440408A TW 201440408 A TW201440408 A TW 201440408A TW 102112067 A TW102112067 A TW 102112067A TW 102112067 A TW102112067 A TW 102112067A TW 201440408 A TW201440408 A TW 201440408A
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Chin-Chang Wu
Wen-Jung Chiang
Chien-Ming Huang
Wen-Jie Hou
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Ablerex Electronics Co Ltd
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Abstract

一種疊接橋式直流/交流電力轉換裝置包含一低頻電力轉換器及一高頻電力轉換器。該低頻電力轉換器包含一交流端及一直流端，而該高頻電力轉換器包含一交流端。一種疊接橋式直流/交流電力轉換方法包含：將該高頻電力轉換器之交流端與該低頻電力轉換器之交流端連接形成串聯連接；將該低頻電力轉換器之切換頻率與一配電系統之交流電壓之頻率同步操作，將該高頻電力轉換器以高頻脈寬調變進行操作控制，以使該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置產生一多階交流電壓。該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置只使用一組直流電源電路連接至該低頻電力轉換器之直流端，不須設置任何額外電路來提供該高頻電力轉換器之直流電源，因此可大幅簡化電路及降低製造成本。

Description

疊接橋式直流/交流電力轉換方法及其裝置
本發明係關於一種疊接橋式直流/交流電力轉換方法及其裝置；特別是關於一種提升電能轉換效率之疊接橋式直流/交流電力轉換方法及其裝置。
由於新能源〔例如：太陽能、風力及燃料電池等〕已大量使用在發電應用上，以降低對石化能源之依賴，並減低環境污染及温室效應。大部份的新能源發電系統均併聯至配電系統，但這些新能源產生之電力多為直流電力。若將這些新能源產生之直流電力轉換成高品質交流電力饋入配電系統，則必須利用一直流/交流電力轉換裝置進行電力轉換。再者，該直流/交流電力轉換裝置採用良好電路架構設計，有助於提高其轉換效率、減小體積及降低製造成本。
舉例而言，有關各種電力轉換裝置揭示於部分國內外專利，例如：中華民國專利公告第I337444號之〝疊接式電力轉換器〞、美國專利公開第20080031014號〝AC/DC converter comprising plural converters〞及第20050156579號〝multiphase converter with zero voltage switching〞之專利申請案等。前述專利及專利申請案僅為本發明技術背景之參考及說明目前技術發展狀態而已，其並非用以限制本發明之範圍。
習用直流/交流電力轉換裝置大多採用橋式架 構，其可分成單相及三相橋式架構，其分別應用在單相與三相配電系統。習用橋式直流/交流電力轉換裝置均採用脈寬調變技術，以控制其電力電子開關產生一可變寬度脈波電壓。然而，由於電力電子之非理想特性，在電力電子開關狀態切換過程會產生切換損失，切換損失將造成直流/交流電力轉換裝置之轉換效率降低，切換損失則取決於流過電力電子開關之電流、每一次切換電壓之變化及切換頻率。為了降低切換損失，可選擇降低電力電子開關每一次切換電壓之大小。因此，近年發展出多階直流/交流電力轉換裝置，其可有效降低電力電子開關每一次切換電壓大小，且產生多階交流電壓輸出，其可降低切換損失。另外，由於多階交流電壓之高頻諧波量較小，可減小輸出端濾波器之容量，並降低濾波器損失及電磁干擾量。
一般而言，習用多階直流/交流電力轉換裝置的主要電路架構包含二極體箝位式、飛輪電容式及疊接橋式等。前述三種習用多階直流/交流電力轉換器各有其優缺點，若以產生相同階數之輸出電壓下，則以疊接橋式直流/交流電力轉換裝置之電路最精簡，疊接橋式架構是由數個橋式直流/交流電力轉換器疊接而成。然而，傳統疊接橋式架構具有一個嚴重的限制，即必須使用多組無共用接點之直流電源，連接至各個橋式直流/交流電力轉換器之直流滙流排。若在應用於單一組新能源時，則必須再增加任何額外電路來產生各個橋式直流/交流電力轉換器所需之直流電源，其造成電路複雜及增加製造成本，且各個橋式直流/交流電力轉換器之電力電子開關均採用高頻脈寬調變控制，使得其驅動電路較複雜且產生較高之切換損失。
有鑑於此，本發明為了解決上述技術問題，其提供一種疊接橋式直流/交流電力轉換方法及其裝置，其利用一高頻橋式電力轉換器及一低頻橋式電力轉換器產生一 多階交流電壓，可減小一輸出濾波器之容量，且由於採用不對稱直流電壓，即採用不同直流滙排電壓之橋式電力轉換器串接，且只有較低直流滙排電壓之橋式直流/交流電力轉換器進行高頻脈寬調變控制，而較高直流滙排電壓之橋式直流/交流電力轉換器採用與該配電系統之交流電壓相同頻率之同步切換，其可減少切換損失、簡化驅動電路及提升轉換效率；此外，該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置只使用一組直流電源電路連接至該低頻電力轉換器之直流端，不須設置任何額外電路來提供該高頻電力轉換器之直流電源，因此可大幅簡化電路及降低製造成本。
本發明較佳實施例之主要目的係提供一種疊接橋式直流/交流電力轉換方法及其裝置，該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置連接在一直流電源電路及一配電系統之間，將該直流電源電路產生之電力轉換成一交流電力注入該配電系統，且產生一多階交流電壓，其降低該電力轉換裝置之切換損失、減小一輸出濾波器之容量及其損失，以達成提升電能轉換效率、減少體積及降低製造成本之目的。
為了達成上述目的，本發明較佳實施例之疊接橋式直流/交流電力轉換方法包含：在一直流電源電路及一配電系統之間連接一低頻電力轉換器及一高頻電力轉換器；該低頻電力轉換器具有一交流端及該高頻電力轉換器具有一交流端，且將該高頻電力轉換器之交流端與該低頻電力轉換器之交流端連接形成串聯連接；將該低頻電力轉換器之切換頻率與該配電系統之交流電壓之頻率同步操作；將該高頻電力轉換器以高頻脈寬調變進行操 作控制，以使該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置產生一多階交流電壓。
為了達成上述目的，本發明較佳實施例之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置包含：一直流輸入埠，其連接一直流電源電路；一低頻電力轉換器，其包含一交流端及一直流端，該低頻電力轉換器之直流端連接至該直流輸入埠；一高頻電力轉換器，其包含一交流端，該高頻電力轉換器之交流端與該低頻電力轉換器之交流端連接形成串聯連接；及一交流輸出埠，其連接一配電系統；其中將該低頻電力轉換器之切換頻率與該配電系統之交流電壓之頻率同步操作，將該高頻電力轉換器以高頻脈寬調變進行操作控制，以使該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置產生一多階交流電壓。
本發明較佳實施例利用該高頻電力轉換器之直流電壓調節進行控制該低頻電力轉換器之直流電壓。
本發明較佳實施例之該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置使用於單一直流電源電路。
本發明較佳實施例之該直流電源電路連接至該直流輸入埠，再經該低頻電力轉換器之直流端以供給直流電力至該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置。
本發明較佳實施例之該高頻電力轉換器之直流端電壓低於該低頻電力轉換器之直流端電壓。
本發明較佳實施例之該低頻電力轉換器及高頻電力轉換器選自一單相全橋式電力轉換器。
本發明較佳實施例之該高頻電力轉換器之單相全橋式電力轉換器之直流滙流排僅連接一電容作為一能量緩衝器。
本發明較佳實施例之該高頻電力轉換器之直流端電壓大於或等於該低頻電力轉換器之直流端電壓之1/2。
本發明較佳實施例之該低頻電力轉換器之電力電子開關之切換頻率與一單相配電系統之電壓同步，以產生一三階交流電壓，其與該單相配電系統之電壓相同頻率。
本發明較佳實施例之該低頻電力轉換器為一三相橋式電力轉換器，而該高頻電力轉換器包含二個或三個單相全橋式電力轉換器。
本發明較佳實施例之該高頻電力轉換器之二個或三個單相全橋式電力轉換器之直流滙流排僅連接一電容作為一能量緩衝器。
本發明較佳實施例之該高頻電力轉換器之直流端電壓大於或等於該低頻電力轉換器之直流端電壓之1/3。
本發明較佳實施例之該低頻電力轉換器之電力電子開關之切換頻率與一三相三線配電系統之電壓同步。
本發明較佳實施例之該低頻電力轉換器為一三相二極體箝位型多階電力轉換器，而該高頻電力轉換器包含三個單相全橋式電力轉換器。
本發明較佳實施例之該高頻電力轉換器之三個單相全橋式電力轉換器之直流滙流排僅連接一電容作為一能量緩衝器。
本發明較佳實施例之該高頻電力轉換器之直流端電壓大於或等於該低頻電力轉換器之直流端電壓之1/4。
本發明較佳實施例之該低頻電力轉換器之電 力電子開關之切換頻率與一三相四線配電系統之電壓同步。
本發明較佳實施例之該高頻電力轉換器採用單極性脈寬調變控制，其電力電子開關作高頻切換，以產生一高頻三階脈波電壓。
1‧‧‧直流電源電路
2‧‧‧疊接橋式直流/交流電力轉換裝置
201‧‧‧第一減法器
202‧‧‧第一控制器
203‧‧‧第二減法器
204‧‧‧第二控制器
205‧‧‧乘法器
206‧‧‧第三減法器
207‧‧‧第三控制器
208‧‧‧脈寬調變電路
211‧‧‧參考弦波產生器
212‧‧‧比較電路
21‧‧‧直流輸入埠
22‧‧‧低頻電力轉換器
23‧‧‧高頻電力轉換器
24‧‧‧濾波器
25‧‧‧交流輸出埠
3‧‧‧配電系統
3’‧‧‧單相配電系統
3”‧‧‧三相三線配電系統
3’’’‧‧‧三相四線配電系統
第1圖：本發明較佳實施例之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置之架構方塊示意圖。
第2圖：本發明較佳實施例之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置採用控制器之方塊示意圖。
第3圖：本發明第一較佳實施例之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置之示意圖。
第4A圖：本發明第二較佳實施例之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置之示意圖。
第4B圖：本發明第三較佳實施例之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置之示意圖。
第5A圖：本發明第四較佳實施例之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置之示意圖。
第5B圖：本發明第五較佳實施例之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置之示意圖。
為了充分瞭解本發明，於下文將舉例較佳實施例並配合所附圖式作詳細說明，但其並非用以限定本發明。
本發明較佳實施例之疊接橋式直流/交流電力轉換方法及其裝置適用於各種直流/交流電力轉換裝置，但其並非用以限制本發明之範圍。另外，本發明較佳實施例之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置適合使用於單一組直流電源電路及各種配電系統，例如：單相配電系統、三相 三線配電系統或三相四線配電系統。
第1圖揭示本發明較佳實施例之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置之架構方塊示意圖。請參照第1圖所示，該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2連接於一直流電源電路1及一配電系統3之間，該直流電源電路1可包含一直流電源及一轉換電路，其用以提供一直流電能，利用該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2將該直流電能轉換成交流電能，並注入至該配電系統3。
請再參照第1圖所示，該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2包含一直流輸入埠21、一低頻電力轉換器22、一高頻電力轉換器23、一濾波器〔或濾波電路〕24及一交流輸出埠25。該直流輸入埠21連接至該直流電源電路1，該低頻電力轉換器22包含一直流端及一交流端，且該高頻電力轉換器23亦包含一交流端。
請再參照第1圖所示，本發明較佳實施例之疊接橋式直流/交流電力轉換方法包含步驟：在該直流電源電路1及配電系統3之間需設置或連接該低頻電力轉換器22及高頻電力轉換器23；另包含步驟：將該高頻電力轉換器23之交流端與該低頻電力轉換器22之交流端連接形成串聯連接。
請再參照第1圖所示，將該直流輸入埠21電性連接至該低頻電力轉換器22之直流端，再將該低頻電力轉換器22及高頻電力轉換器23之交流端串聯連接，並經由該濾波器24電性連接至該交流輸出埠25，最後該交流輸出埠25電性連接至該配電系統3。
請再參照第1圖所示，本發明較佳實施例之疊接橋式直流/交流電力轉換方法另包含步驟：需將該低頻電力轉換器22之切換頻率與該配電系統3之交流電壓之頻率同步操作；另包含步驟：需將該高頻電力轉換器23以高頻 脈寬調變〔high frequency PWM〕進行操作控制，以使該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2〔即該低頻電力轉換器與該高頻電力轉換器之組合或其串聯組合〕產生一多階交流電壓〔multilevel AC voltage〕。
請再參照第1圖所示，另外，該高頻電力轉換器23之直流端電壓低於該低頻電力轉換器之直流端電壓，且該低頻電力轉換器22之操作頻率與該配電系統3之交流電壓之頻率同步，該高頻電力轉換器23以高頻脈寬調變進行控制。因此，該疊接橋式直流/交流轉換裝置2可更有效地降低作高頻切換之電力電子開關之切換電壓，因而更降低切換損失，提升轉換效率，且藉由控制該高頻電力轉換器23與該低頻電力轉換器22之直流端電壓，可使該高頻電力轉換器23沒有發生實功輸入或輸出，將全部實功輸出皆經由該低頻電力轉換器22。因此，該高頻電力轉換器23不須連接至任何額外直流電源供應電路，且該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2只須要單一直流電源電路供給至該低頻電力轉換器22，不須設置任何額外電路來提供該高頻電力轉換器23之直流電源，在使用上可增加該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2的使用彈性、降低電路複雜度及降低製造成本。
第2圖揭示本發明較佳實施例之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置採用控制器之方塊示意圖，其對應於第1圖之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2。請參照第1及2圖所示，該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置用以作該直流電源電路1之輸出電壓之穩壓，檢出該高頻電力轉換器23之直流端電壓，將該高頻電力轉換器23之直流端電壓與一設定值送到一第一減法器201相減，再將該第一減法器201之相減結果送至一第一控制器202。該第一控制器202之輸出為該低頻電力轉換器22之參考電壓。檢出該低頻電力 轉換器22之直流端電壓，將該第一控制器202之輸出及檢出之該低頻電力轉換器22之直流端電壓送至一第二減法器203，再將該第二減法器203之相減結果送至一第二控制器204，以決定該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2之輸出電流振幅。
請再參照第1及2圖所示，檢出該配電系統3之電壓，並將該配電系統3之電壓送至一參考弦波產生器211，以便產生一單位弦波信號，其與該配電系統3電壓同步。該第二控制器204與該參考弦波產生器211之輸出送至一乘法器205進行相乘，且該乘法器205之相乘結果為該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2之輸出電流之參考信號。檢出該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2之輸出電流，將該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2之輸出電流與乘法器205之輸出送至一第三減法器206，再將該第三減法器206之相減結果送至一第三控制器207，再將該第三控制器207之輸出送至一脈寬調變電路208，以便產生該高頻電轉換器23之電力電子開關之控制信號。將該配電系統3之檢出電壓與該高頻電力轉換器23之直流端電壓送至一比較電路212，以產生該低頻電力轉換器22之電力電子開關的控制信號，所以該低頻電力轉換器22之電力電子開關之切換頻率與該配電系統3之電壓頻率同步。
第3圖示揭示本發明第一較佳實施例之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置之示意圖，其對應於第1圖之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2。請參照第1及3圖所示，該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2之輸入端連接至該直流電源電路1，而該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2之輸出端連接至一單相配電系統3’。該低頻電力轉換器22及高頻電力轉換器23均為選自一單相全橋式電力轉換器，且該高頻電力轉換器23之直流滙流排僅連接一電容作 為一能量緩衝器〔energy buffer〕。另外，該高頻電力轉換器23之直流端電壓大於或等於該低頻電力轉換器22之直流端電壓之1/2，且該低頻電力轉換器22之電力電子開關之切換頻率與該單相配電系統3’之電壓同步，以產生一三階交流電壓，其與該單相配電系統3’之電壓相同頻率。該高頻電力轉換器23採用單極性脈寬調變控制，其電力電子開關作高頻切換，以產生一高頻三階脈波電壓。將該低頻電力轉換器22與該高頻電力轉換器23之輸出電壓串聯，並在相加後可合成一多階交流電壓，經由該濾波器24可產生一弦波輸出電流，再注入該單相配電系統3’，以便將該直流電源電路1輸出之直流電力轉換成交流電力注入該單相配電系統3’。
請參照第1、2及3圖所示，利用第2圖之控制器控制該高頻電力轉換器23之直流端電壓，以調節該低頻電力轉換器22之直流端電壓，再控制該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2之輸出電流之振幅，可使該高頻電力轉換器23沒有發生實功輸入或輸出，將全部實功輸出皆經由該低頻電力轉換器22。因此，該高頻電力轉換器23不須連接至任何額外直流電源或直流電源供應電路，且該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2只須使用單一直流電源電路，與傳統疊接橋式直流/交流電力轉換裝置需要多組直流電源或直流電源供應電路相較，可有效簡化電路、降低成本，且只有較低直流端電壓之該高頻電力轉換器23作高頻切換，可有效降低切換損失、提升效率、簡化該低頻電力轉換器22之驅動電路。另外，該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2之輸出為一多階交流電壓，可降低該濾波器24之大小及電磁干擾。
第4A圖示揭示本發明第二較佳實施例之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置之示意圖，其對應於第1圖之 疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2。請參照第1及4A圖所示，該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2之輸入端連接至該直流電源電路1，而該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2之輸出端連接至一三相三線配電系統3”。該低頻電力轉換器22為一三相橋式電力轉換器，而該高頻電力轉換器23包含二個單相全橋式電力轉換器，且該高頻電力轉換器23之二個單相全橋式電力轉換器之直流滙流排僅連接一電容作為一能量緩衝器。另外，該高頻電力轉換器23之直流端電壓大於或等於該低頻電力轉換器22之直流端電壓之1/3，且該低頻電力轉換器22之電力電子開關之切換頻率與該三相三線配電系統3”之電壓同步。該高頻電力轉換器23採用單極性脈寬調變控制，其電力電子開關作高頻切換，以產生一高頻三階脈波電壓。將該低頻電力轉換器22與高頻電力轉換器23之輸出電壓串聯，並在相加後可合成一多階交流電壓，經由該濾波器24可產生一三相弦波輸出電流，再注入該三相三線配電系統3”，以便將該直流電源電路1輸出之直流電力轉換成三相交流電力注入該三相三線配電系統3”。
請參照第1、2及4A圖所示，利用第2圖之控制器控制該高頻電力轉換器23之直流端電壓，以調節該低頻電力轉換器22之直流端電壓，再控制該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2之輸出電流之振幅，可使該高頻電力轉換器23沒有發生實功輸入或輸出，將全部實功輸出皆經由該低頻電力轉換器22。因此，該高頻電力轉換器23不須連接至任何額外二組直流電源或直流電源供應電路，且該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2只須使用單一直流電源電路，與傳統疊接橋式直流/交流電力轉換裝置需要多組直流電源或直流電源供應電路相較，可有效簡化電路、降低成本，且只有較低直流端電壓之該高頻電力轉換器23作 高頻切換，可有效降低切換損失、提升效率、簡化該低頻電力轉換器22之驅動電路。另外，該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2之輸出為一多階交流電壓，可降低該濾波器24之容量大小及電磁干擾。
第4B圖示揭示本發明第三較佳實施例之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置之示意圖，其對應於第4A圖之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2。請參照第1及4B圖所示，該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2之輸入端連接至該直流電源電路1，而該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2之輸出端連接至一三相三線配電系統3”。該低頻電力轉換器22為一三相橋式電力轉換器，而該高頻電力轉換器23包含三個單相全橋式電力轉換器〔或二個單相全橋式電力轉換器〕，且該高頻電力轉換器23之三個單相全橋式電力轉換器之直流滙流排僅連接一電容作為一能量緩衝器。
第5A圖示揭示本發明第四較佳實施例之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置之示意圖，其對應於第1圖之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2。請參照第1及5A圖所示，該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2之輸入端連接至該直流電源電路1，而該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2之輸出端連接至一三相四線配電系統3’’’。該低頻電力轉換器22為一三相橋式電力轉換器，而該高頻電力轉換器23包含三個單相全橋式電力轉換器，且該高頻電力轉換器23之三個單相全橋式電力轉換器之直流滙流排僅連接一電容作為一能量緩衝器。
第5B圖示揭示本發明第五較佳實施例之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置之示意圖，其對應於第1圖之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2。請參照第1及5B圖所示，該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2之輸入端連接 至該直流電源電路1，而該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2之輸出端連接至一三相四線配電系統3’’’。該低頻電力轉換器22為一三相二極體箝位型多階電力轉換器，但在其它型態之三相多階電力轉換器下仍可進行操作，而該高頻電力轉換器23包含三個單相全橋式電力轉換器，且該高頻電力轉換器23之三個單相全橋式電力轉換器之直流滙流排僅連接一電容作為一能量緩衝器。另外，該高頻電力轉換器23之直流端電壓大於或等於該低頻電力轉換器22之直流端電壓之1/4，但在其餘電壓值下仍可進行操作，且該低頻電力轉換器22之電力電子開關之切換頻率與該三相四線配電系統3’’’之電壓同步。該高頻電力轉換器23採用單極性脈寬調變控制，其電力電子開關作高頻切換，以產生一高頻三階脈波電壓。將該低頻電力轉換器22與高頻電力轉換器23之輸出電壓串聯，並在相加後相電壓可合成一多階交流電壓，經由該濾波器24可產生一三相弦波輸出電流，再注入該三相四線配電系統3’’’，以便將該直流電源電路1輸出之直流電力轉換成三相交流電力注入該三相四線配電系統3’’’。
請參照第1、2及5B圖所示，利用第2圖之器控制該高頻電力轉換器23之直流端電壓，以調節該低頻電力轉換器22之直流端電壓，再控制該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2之輸出電流之振幅，可使該高頻電力轉換器23沒有發生實功輸入或輸出，將全部實功輸出皆經由該低頻電力轉換器22。因此，該高頻電力轉換器23不須連接至任何額外三組直流電源或直流電源供應電路，該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2只須使用單一直流電源電路，與傳統疊接橋式直流/交流電力轉換裝置需要多組直流電源或直流電源供應電路相較，可有效簡化電路、降低成本，且只有較低直流端電壓之該高頻電力轉換器23作高頻 切換，可有效降低切換損失、提升效率、簡化該低頻電力轉換器22之驅動電路。另外，該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置2之輸出為多階交流電壓，可降低該濾波器24之容量大小及電磁干擾。
前述較佳實施例僅舉例說明本發明及其技術特徵，該實施例之技術仍可適當進行各種實質等效修飾及/或替換方式予以實施；因此，本發明之權利範圍須視後附申請專利範圍所界定之範圍為準。本案著作權限制使用於中華民國專利申請用途。
1‧‧‧直流電源電路
2‧‧‧疊接橋式直流/交流電力轉換裝置
21‧‧‧直流輸入埠
22‧‧‧低頻電力轉換器
23‧‧‧高頻電力轉換器
24‧‧‧濾波器
25‧‧‧交流輸出埠
3‧‧‧配電系統

Claims (17)

  1. 一種疊接橋式直流/交流電力轉換方法，其包含：在一直流電源電路及一配電系統之間連接一低頻電力轉換器及一高頻電力轉換器；該低頻電力轉換器具有一交流端及該高頻電力轉換器具有一交流端，且將該高頻電力轉換器之交流端與該低頻電力轉換器之交流端連接形成串聯連接；將該低頻電力轉換器之切換頻率與一交流電源之頻率操作同步；及將該高頻電力轉換器以高頻脈寬調變進行操作控制，以使該低頻電力轉換器與該高頻電力轉換器之組合產生一多階交流電壓。
  2. 依申請專利範圍第1項所述之疊接橋式直流/交流電力轉換方法，其中該低頻電力轉換器及高頻電力轉換器連接形成一疊接橋式直流/交流電力轉換裝置，利用該高頻電力轉換器之直流電壓調節進行控制該低頻電力轉換器之直流電壓，再控制該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置之輸出電流之振幅，可使該高頻電力轉換器沒有發生實功輸入或輸出。
  3. 依申請專利範圍第2項所述之疊接橋式直流/交流電力轉換方法，其中該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置使用於單一組直流電源電路。
  4. 依申請專利範圍第1項所述之疊接橋式直流/交流電力轉換方法，其中該低頻電力轉換器及高頻電力轉換器選自一單相全橋式電力轉換器，該高頻電力轉換器之直流端電壓大於或等於該低頻電力轉換器之直流端電壓之1/2，該低頻電力轉換器之電力電子開關之切換頻率與一單相配電系統之電壓同步，以產生一三階交流電壓，其與該單相配電系統之電壓相同頻率。
  5. 依申請專利範圍第1項所述之疊接橋式直流/交流電力 轉換方法，其中該低頻電力轉換器為一三相橋式電力轉換器，而該高頻電力轉換器包含二個或三個單相全橋式電力轉換器，該高頻電力轉換器之直流端電壓大於或等於該低頻電力轉換器之直流端電壓之1/3，該低頻電力轉換器之電力電子開關之切換頻率與一三相三線配電系統之電壓同步。
  6. 依申請專利範圍第1項所述之疊接橋式直流/交流電力轉換方法，其中該低頻電力轉換器為一三相多階電力轉換器，而該高頻電力轉換器包含三個單相全橋式電力轉換器，該高頻電力轉換器之直流端電壓大於或等於該低頻電力轉換器之直流端電壓之1/4，該低頻電力轉換器之電力電子開關之切換頻率與一三相四線配電系統之電壓同步。
  7. 依申請專利範圍第1項所述之疊接橋式直流/交流電力轉換方法，其中該高頻電力轉換器之一個、二個或三個單相全橋式電力轉換器之直流滙流排僅連接一電容作為一能量緩衝器。
  8. 依申請專利範圍第1項所述之疊接橋式直流/交流電力轉換方法，其中該高頻電力轉換器採用單極性脈寬調變控制，其電力電子開關作高頻切換，以產生一高頻三階脈波電壓。
  9. 一種疊接橋式直流/交流電力轉換裝置，其包含：一低頻電力轉換器，其包含一交流端及一直流端；及一高頻電力轉換器，其包含一交流端，該高頻電力轉換器之交流端與該低頻電力轉換器之交流端連接形成串聯連接；其中將該低頻電力轉換器之切換頻率與一交流電源之頻率操作同步，將該高頻電力轉換器以高頻脈寬調變進行操作控制，以使該低頻電力轉換器與該高頻電力轉換器之組合產生一多階交流電壓。
  10. 依申請專利範圍第9項所述之疊接橋式直流/交流電力 轉換裝置，利用該高頻電力轉換器之直流電壓調節進行控制該低頻電力轉換器之直流電壓，再控制該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置之輸出電流之振幅，可使該高頻電力轉換器沒有發生實功輸入或輸出。
  11. 依申請專利範圍第9項所述之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置，其中該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置使用於單一組直流電源電路。
  12. 依申請專利範圍第9項所述之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置，其中該低頻電力轉換器及高頻電力轉換器選自一單相全橋式電力轉換器，該高頻電力轉換器之直流端電壓大於或等於該低頻電力轉換器之直流端電壓之1/2，該低頻電力轉換器之電力電子開關之切換頻率與一單相配電系統之電壓同步，以產生一三階交流電壓，其與該單相配電系統之電壓相同頻率。
  13. 依申請專利範圍第9項所述之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置，其中該低頻電力轉換器為一三相橋式電力轉換器，而該高頻電力轉換器包含二個或三個單相全橋式電力轉換器，該高頻電力轉換器之直流端電壓大於或等於該低頻電力轉換器之直流端電壓之1/3，該低頻電力轉換器之電力電子開關之切換頻率與一三相三線配電系統之電壓同步。
  14. 依申請專利範圍第9項所述之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置，其中該低頻電力轉換器為一三相多階電力轉換器，而該高頻電力轉換器包含三個單相全橋式電力轉換器，該高頻電力轉換器之直流端電壓大於或等於該低頻電力轉換器之直流端電壓之1/4，該低頻電力轉換器之電力電子開關之切換頻率與一三相四線配電系統之電壓同步。
  15. 依申請專利範圍第9項所述之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置，其中該高頻電力轉換器之一個、二個或三個單相全橋式電力轉換器之直流滙流排僅連接一電容作為一能 量緩衝器。
  16. 依申請專利範圍第9項所述之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置，其中該高頻電力轉換器採用單極性脈寬調變控制，其電力電子開關作高頻切換，以產生一高頻三階脈波電壓。
  17. 依申請專利範圍第9項所述之疊接橋式直流/交流電力轉換裝置，其中該疊接橋式直流/交流電力轉換裝置另包含一直流輸入埠及一交流輸出埠，該直流輸入埠連接一直流電源電路，而該交流輸出埠連接一配電系統。
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