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TWI481181B - 直流轉交流電力轉換裝置及其方法 - Google Patents

直流轉交流電力轉換裝置及其方法 Download PDF

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TWI481181B
TWI481181B TW101150917A TW101150917A TWI481181B TW I481181 B TWI481181 B TW I481181B TW 101150917 A TW101150917 A TW 101150917A TW 101150917 A TW101150917 A TW 101150917A TW I481181 B TWI481181 B TW I481181B
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Chau Chun Wen
Ming Hung Yu
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Ind Tech Res Inst
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Description

直流轉交流電力轉換裝置及其方法
本揭露係關於一種電力轉換裝置之技術領域，特別是有關於一種直流轉交流電力轉換裝置及方法。
傳統的直流轉交流電力轉換器會先將直流電源(DC source)經過一組直流對直流轉換器(DC/DC converter)轉換及調節後，再由橋式開關所組成之直流轉交流逆變器(DC/AC inverter)產生正負交替之交流電源，最後由電感電容濾波器(LC filter)濾除該交流電源之高頻訊號後輸出。
換言之，傳統的直流轉交流電力轉換器在輸出該交流電源之濾波前，需再經過一組橋式開關所組成之直流轉交流逆變器，以產生正負交替之交流電源。該橋式開關通常為複數個開關元件，對於該直流轉交流電力轉換器之成本無疑是一大負擔。再者，該橋式開關在切換及導通時皆成造成能量的損耗，將會影響該直流轉交流電力轉換器之轉換效率。同時，為使該橋式開關正常運作，需再增加控制器及驅動電路，使得控制電路之複雜度大為增加，以致提高電路設計之困難度。
因此，如何解決上述習知技術的缺失，以提高直流轉交流電力轉換器之轉換效率，並降低電路設計之複雜度，遂成為本領域技術人員的重要課題。
本揭露係提供一種直流轉交流電力轉換裝置及其方法，藉由電力轉換模組之一次側為零電壓及二次側為零電流之開關動作，同時利用開關控制策略控制各個開關元件之導通、截止或高頻切換，以減少各個開關元件之開關損耗，並降低開關動作所造成之電磁干擾，進而提高該直流轉交流電力轉換裝置之轉換效率。
本揭露係提出一種直流轉交流電力轉換裝置，其包括第一電力轉換模組、第二電力轉換模組以及控制模組。該第一電力轉換模組係具有第一變壓器、第一開關元件與第二開關元件，該第一變壓器之一次側線圈兩端係分別電性連接直流輸入端及該第一開關元件，該第一變壓器之二次側線圈兩端係分別電性連接該第二開關元件及交流輸出端。該第二電力轉換模組係具有第二變壓器、第三開關元件與第四開關元件，該第二變壓器之一次側線圈兩端係分別電性連接該直流輸入端及該第三開關元件，該第二變壓器之二次側線圈兩端係分別電性連接該第四開關元件及該交流輸出端。該控制模組係具有電壓谷底偵測器，該電壓谷底偵測器偵測或預測共振電壓之谷底電壓以產生導通訊號，該控制模組依據該導通訊號產生第一、第二、第三與第四開關訊號，並藉由該第一、第二、第三與第四開關訊號分別控制該第一、第二、第三與第四開關元件，使該第一電力轉換模組與該第二電力轉換模組將該直流輸入端之輸入電流轉換為該交流輸出端之輸出電流。
本揭露亦提出一種直流轉交流電力轉換方法，其包括：產生交流參考訊號及交流交越零點偵測訊號；依據該交流參考訊號及交流輸出端之輸出電流或輸出電壓產生誤差訊號；依據該誤差訊號及直流輸入端之輸入電流產生截止訊號；偵測或預測共振電壓之谷底電壓以產生導通訊號；依據該交流交越零點偵測訊號、該截止訊號及該導通訊號產生第一、第二、第三與第四開關訊號；以及令該第一、第二、第三與第四開關訊號分別控制第一電力轉換模組及第二電力轉換模組之第一、第二、第三與第四開關元件，使該第一電力轉換模組與該第二電力轉換模組轉換該直流輸入端之輸入電流為該交流輸出端之輸出電流。
本揭露能省去習知直流轉交流逆變器之橋式開關，故可降低該直流轉交流電力轉換裝置之製造成本，並縮小該電力轉換模組之體積，使該電力轉換模組及控制模組之電路設計更加簡單。
以下藉由特定的具體實施形態說明本揭露之實施方式，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本揭露之其他優點與功效，亦可藉由其他不同的具體實施形態加以施行或應用。
第1A圖與第1B圖係分別繪示本揭露之直流轉交流電力轉換裝置中，第一種電力轉換模組及控制模組的電路示意圖。如圖所示，直流轉交流電力轉換裝置100係操作於市電並聯(grid connected)模式，並包括第一電力轉換模 組110、第二電力轉換模組111以及控制模組130。
該第一電力轉換模組110係具有第一變壓器T1 、第一開關元件S1 、第二開關元件S2 與第一電容C1 。該第一變壓器T1 可為隔離變壓器，該第一開關元件S1 或該第二開關元件S2 可為金氧半場效電晶體(MOSFET)或絕緣閘雙極電晶體(IGBT)。
該第一變壓器T1 之一次側線圈N1 兩端係分別電性連接直流輸入端DCin 及該第一開關元件S1 ，該第一變壓器T1 之二次側線圈N2 兩端係分別電性連接該第二開關元件S2 及交流輸出端ACout ，該第一電容C1 係並聯於該二次側線圈N2 及該第二開關元件S2 。
該第二電力轉換模組111係具有第二變壓器T2 、第三開關元件S3 、第四開關元件S4 與第二電容C2 。該第二變壓器T2 可為隔離變壓器，該第三開關元件S3 或該第四開關元件S4 可為金氧半場效電晶體(MOSFET)或絕緣閘雙極電晶體(IGBT)。
該第二變壓器T2 之一次側線圈N3 兩端係分別電性連接該直流輸入端DCin 及該第三開關元件S3 ，該第二變壓器T2 之二次側線圈N4 兩端係分別電性連接該第四開關元件S4 及該交流輸出端ACout ，該第二電容C2 係並聯於該二次側線圈N4 及該第四開關元件S4 。
上述之第一電力轉換模組110係用以產生輸出電流Iout 或輸出電壓Vout 之正半週。於該正半週時，該第一開關訊號Vg1 為高頻切換(快速切換ON/OFF)、該第二開關訊號 Vg2 為截止(OFF)、該第三開關訊號Vg3 為截止(OFF)、該第四開關訊號Vg4 為導通(ON)。
當該第一開關訊號Vg1 為ON時，該直流輸入端DCin 之輸入電流Iin (一次側電流IP1 )會流經第一開關元件S1 ，並由該第一變壓器T1 之一次側線圈N1 的磁化電感儲存該輸入電流Iin 之能量；而當該第一開關訊號Vg1 為OFF時，該能量會經由該第一變壓器T1 之二次側線圈N2 及該第二開關元件S2 內部之本體二極體(body diode)輸出至該交流輸出端ACout 。
同理，該第二電力轉換模組111係用以產生該輸出電流Iout 或輸出電壓Vout 之負半週。於該負半週時，該第一開關訊號Vg1 為截止(OFF)、該第二開關訊號Vg2 為導通(ON)、該第三開關訊號Vg3 為高頻切換(快速切換ON/OFF)、該第四開關訊號Vg4 為截止(OFF)。
當該第三開關訊號Vg3 為ON時，該直流輸入端DCin 之輸入電流Iin (一次側電流IP2 )會流經第三開關元件S3 ，並由該第二變壓器T2 之一次側線圈N3 的磁化電感儲存該輸入電流Iin 之能量；而當該第三開關訊號Vg3 為OFF時，該能量會經由該第二變壓器T2 之二次側線圈N4 及該第四開關元件S4 內部之本體二極體(body diode)輸出至該交流輸出端ACout 。
該控制模組130係具有電壓谷底偵測器131、交流波形產生器132、回授網路133、脈波寬度調變(PWM)比較器134以及開關訊號產生器135。
該電壓谷底偵測器131係用以偵測或預測共振電壓之谷底電壓以產生導通訊號TON ，並電性連接該第一變壓器T1 之第一輔助線圈Na1 與該第二變壓器T2 之第二輔助線圈Na2 ，且該第一輔助線圈Na1 與該第二輔助線圈Na2 係分別設於該第一變壓器T1 及該第二變壓器T2 之一次側。
當該第一變壓器T1 之二次側電流Is1 或該第二變壓器T2 之二次側電流Is2 輸出至該交流輸出端ACout 而下降至零電流時，該第一輔助線圈Na1 之第一電壓訊號Va1 或該第二輔助線圈Na2 之第二電壓訊號Va2 會產生該共振電壓，且該共振電壓之谷底電壓低於該零電壓。
再者，當該第一電壓訊號Va1 或該第二電壓訊號Va2 下降至該零電壓時，該電壓谷底偵測器131會偵測到該零電壓，以於該零電壓(含)以下時產生該導通訊號TON ，並依據該導通訊號TON 之下降緣導通該第一開關訊號Vg1 、該第二開關訊號Vg2 、該第三開關訊號Vg3 或該第四開關訊號Vg4 。
該交流波形產生器132係操作於市電並聯模式，用以依據市電電壓Vgrid 產生交流參考訊號ACref 及交流交越零點偵測訊號ACZCD 。
該回授網路133係電性連接該交流波形產生器132與該交流輸出端ACout ，並依據該交流參考訊號ACref 及該交流輸出端ACout 之輸出電流Iout 產生誤差訊號Error。
該脈波寬度調變比較器134係電性連接該回授網路133與該直流輸入端DCin ，以依據該誤差訊號Error及該 輸入電流Iin 產生截止訊號TOFF ，並依據該截止訊號TOFF 之上升緣截止該第一開關訊號Vg1 、該第二開關訊號Vg2 、該第三開關訊號Vg3 或該第四開關訊號Vg4 。
該開關訊號產生器135係電性連接該交流波形產生器132、該脈波寬度調變比較器134與該電壓谷底偵測器131，並依據該交流交越零點偵測訊號ACZCD 、該截止訊號TOFF 及該導通訊號TON 產生該第一開關訊號Vg1 、該第二開關訊號Vg2 、該第三開關訊號Vg3 與該第四開關訊號Vg4 ，以分別控制該第一開關元件S1 、該第二開關元件S2 、該第三開關元件S3 與該第四開關元件S4 ，使該第一電力轉換模組110與該第二電力轉換模組111轉換該直流輸入端DCin 之輸入電流Iin 為該交流輸出端ACout 之輸出電流Iout 。
此外，上述之直流轉交流電力轉換裝置100亦可包括濾波器120。該濾波器120之一端係電性連接該第一電力轉換模組110及該第二電力轉換模組111，另一端係電性連接該交流輸出端ACout ，且該濾波器120係用以濾除該二次側電流IS1 或該二次側電流IS2 之高頻訊號。
第2A圖與第2B圖係分別繪示本揭露之直流轉交流電力轉換裝置中，第二種電力轉換模組及控制模組的電路示意圖。第二種與上述第1A圖與第1B圖之第一種電力轉換模組及控制模組大致相同，故相同之處不再重覆贅述，其主要差異如下：在第2A圖與第2B圖中，直流轉交流電力轉換裝置100改操作於獨立(stand-alone)模式，第1A圖之市電電壓 Vgrid 改為負載121。交流波形產生器132亦改操作於獨立模式，並自行產生交流參考訊號ACref 及交流交越零點偵測訊號ACZCD 。回授網路133則改依據該交流參考訊號ACref 及該交流輸出端ACout 之輸出電壓Vout 產生誤差訊號Error。
第3圖係繪示本揭露之直流轉交流電力轉換裝置中，第三種電力轉換模組的電路示意圖。第三種與上述第2A圖之第二種電力轉換模組大致相同，故相同之處不再重覆贅述，其主要差異如下：在第3圖中，第一電力轉換模組110係具有並聯於第二開關元件S2 之第一二極體D1 ，藉以強化第二開關元件S2 內部之本體二極體的功能，使二次側電流IS1 易於流經該第二開關元件S2 之本體二極體及該第一二極體D1 而輸出至交流輸出端ACout 。
同樣地，第二電力轉換模組111亦具有並聯於第四開關元件S4 之第二二極體D2 ，藉以強化第四開關元件S4 內部之本體二極體的功能，使二次側電流IS2 易於流經該第四開關元件S4 之本體二極體及該第二二極體D2 而輸出至該交流輸出端ACout 。
第4圖係繪示本揭露之直流轉交流電力轉換裝置中，第四種電力轉換模組的電路示意圖。第四種與上述第2A圖之第二種電力轉換模組大致相同，故相同之處不再重覆贅述，其主要差異如下：在第4圖中，直流轉交流電力轉換裝置100係包括前 端直流轉直流轉換器(front end DC/DC converter)140。該前端直流轉直流轉換器140可為升壓型、降壓型或任何型式之轉換器，且其一端係電性連接直流輸入端DCin ，另一端係電性連接第一電力轉換模組110及第二電力轉換模組111。
該直流輸入端DCin 之輸入電流Iin 會先經由該前端直流轉直流轉換器140作電壓調節，並輸入至第一電力轉換模組110及第二電力轉換模組111後，再轉換為交流輸出端ACout 之輸出電流Iout ，故可使該輸入電流Iin 之使用範圍更加寬廣，並增加該第一電力轉換模組110及該第二電力轉換模組111之發電效益。同時，該前端直流轉直流轉換器140亦具有消除該輸入電流Iin 之漣波的效果，可減少輸入濾波電容之容量。
第5圖係繪示本揭露之直流轉交流電力轉換裝置中，第三種控制模組的電路示意圖。第三種與上述第1B圖之第一種控制模組大致相同，故相同之處不再重覆贅述，其主要差異如下：在第5圖中，具同步整流功能(synchronous rectifier function)之開關訊號產生器136係用以使第一開關訊號Vg1 及該第二開關訊號Vg2 同步產生相對應之高頻切換，當如第1A圖之第一開關元件S1 截止，且第一變壓器T1 所儲存之能量經由該第一變壓器T1 之二次側線圈N2 、該第二開關元件S2 內部之本體二極體(Body diode)或相並聯之第一二極體D1 (如第3圖)而輸出至交流輸出端ACout 時，該 第二開關訊號Vg2 可同步導通該第二開關元件S2 ，以達到同步整流之功能，並達到提高效率之效果。
同理，具同步整流功能之開關訊號產生器136亦用以使第三開關訊號Vg3 及該第四開關訊號Vg4 同步產生相對應之高頻切換，當如第1A圖之第三開關元件S3 截止，且第二壓變器T2 所儲存之能量經由該第二變壓器T2 之二次側線圈N4 、該第四開關元件S4 內部之本體二極體(Body diode)或相並聯之第二二極體D2 (如第3圖)而輸出至交流輸出端ACout 時，該第四開關訊號Vg4 可同步導通第四開關元件S4 ，以達到同步整流之功能，並達到提高效率之效果。
第6圖係繪示本揭露之電壓谷底偵測功能之運作原理中，關於二次側電流、輔助線圈之電壓訊號及導通訊號的波形示意圖。
如第6圖及第1A圖~第1B圖所示，當第一開關元件S1 或第三開關元件S3 被截止(OFF)時，第一變壓器T1 或第二變壓器T2 所儲存之能量會經由二次側線圈N2 或二次側線圈N4 輸出至交流輸出端ACout ，使得該第一變壓器T1 之二次側電流IS1 或該第二變壓器T2 之二次側電流IS2 隨著該能量之輸出而減少。
當該二次側電流IS1 或該二次側電流IS2 輸出至該交流輸出端ACout 而下降至零電流I0 時，該第一變壓器T1 之磁化電感與電路中之總合電容(包括第一變壓器T1 之雜散電容及第一開關元件S1 之輸出電容)會產生共振，使該第一 開關元件S1 之汲極對源極電壓VDS1 及該第一輔助線圈Na1 之第一電壓訊號Va1 產生共振電壓Vr ；或者，該第二變壓器T2之磁化電感與電路中之總合電容(包括第二變壓器T2 之雜散電容及第三開關元件S3 之輸出電容)會產生共振，使該第三開關元件S3 之汲極對源極電壓VDS3 及該第二輔助線圈Na2 之第二電壓訊號Va2 產生共振電壓Vr 。
當該第一電壓訊號Va1 或該第二電壓訊號Va2 通過零電壓V0 時，即可得知共振電壓Vr 的產生，透過適當的延遲即可測得每一次共振電壓Vr 之谷底電壓Vb 。同時，當該第一電壓訊號Va1 或該第二電壓訊號Va2 下降至該零電壓V0 時，該電壓谷底偵測器131會偵測到該零電壓V0 ，以於該零電壓V0 (含)以下產生導通訊號TON ，並依據該導通訊號TON 之下降緣導通該第一開關訊號Vg1 、該第二開關訊號Vg2 、該第三開關訊號Vg3 或該第四開關訊號Vg4 。
藉此，透過適當的設計，即可使該汲極對源極電壓VDS1 或VDS3 之共振電壓Vr 之谷底電壓Vb 低於或等於該零電壓V0 ，若此時將該第一開關元件S1 或該第三開關元件S3 導通，即可達到零電壓之開關動作。
因此，由於第一電力轉換模組110及第二電力轉換模組111之一次側為零電壓之開關動作，而二次側為零電流之開關動作，故可減少該第一開關元件S1 、該第二開關元件S2 、該第三開關元件S3 與該第四開關元件S4 之開關損耗，並降低開關動作所造成之電磁干擾，進而提高第一電力轉換模組110及第二電力轉換模組111之轉換效率及效 能。
以上所提之谷底電壓偵測功能僅為一種可能的實施方式，但非用以限制本揭露，其他的實施方式亦可能達到上述之功能。
第7圖係繪示本揭露之控制模組中，運用電壓谷底偵測功能及截止訊號產生開關訊號的波形示意圖。
在上述第6圖及其說明內容中，已詳述電壓谷底偵測功能之運作原理，故關於第7圖之二次側電流IS1 或二次側電流IS2 、第一電壓訊號Va1 或第二電壓訊號Va2 、汲極對源極電壓VDS1 或汲極對源極電壓VDS3 、導通訊號TON 等，不再重覆詳細贅述。
如第7圖及第1A圖~第1B圖所示，當該二次側電流IS1 或該二次側電流IS2 輸出至交流輸出端ACout 而下降至零電流I0 時，該汲極對源極電壓VDS1 及該第一電壓訊號Va1 會產生共振電壓Vr ，或者該汲極對源極電壓VDS3 及該第二電壓訊號Va2 會產生該共振電壓Vr 。
當該第一電壓訊號Va1 或該第二電壓訊號Va2 通過零電壓V0 時，即可得知該共振電壓Vr 的產生，透過適當的延遲即可測得每一次共振電壓Vr 之谷底電壓Vb 。同時，當該第一電壓訊號Va1 或該第二電壓訊號Va2 下降至該零電壓V0 時，該電壓谷底偵測器131會偵測到該零電壓V0 ，以於該零電壓V0 (含)以下產生導通訊號TON ，並依據該導通訊號TON 之下降緣導通該第一開關訊號Vg1 、該第二開關訊號Vg2 、該第三開關訊號Vg3 或該第四開關訊號Vg4 ， 使一次側電流IP1 透過第一變壓器T1 儲存能量，或使一次側電流IP2 透過第二變壓器T2 儲存能量。
接著，脈波寬度調變比較器134會產生截止訊號TOFF ，並依據該截止訊號TOFF 之上升緣截止該第一開關訊號Vg1 、該第二開關訊號Vg2 、該第三開關訊號Vg3 或該第四開關訊號Vg4 ，使該二次側電流IS1 或該二次側電流IS2 再次輸出至該交流輸出端ACout 而下降至該零電流I0 。
第8圖係繪示本揭露之直流轉交流電力轉換裝置所採取之第一種開關控制策略，用以產生交流輸出端之輸出電流的波形示意圖。
如第8圖及第1A圖~第1B圖所示，交流波形產生器132會產生交流參考訊號ACref 及交流交越零點偵測訊號ACZCD 。
當該交流參考訊號ACref 為正半週時，該交流交越零點偵測訊號ACZCD 為高電位。開關控制策略包括：第一開關訊號Vg1 為高頻切換、第二開關訊號Vg2 為截止、第三開關訊號Vg3 為截止、第四開關訊號Vg4 為導通。藉此，使一次側電流IP1 與二次側電流IS1 依據該交流參考訊號ACref 及該第一開關訊號Vg1 形成複數個不同大小的三角波，且該些三角波之端部所形成之輪廓類似正弦波，俾使第一電力轉換模組110產生輸出電流Iout 或輸出電壓Vout 之正半週。
同理，當該交流參考訊號ACref 為負半週時，該交流交越零點偵測訊號ACZCD 為低電位或零電位。該開關控制 策略包括：該第一開關訊號Vg1 為截止、該第二開關訊號Vg2 為導通、該第三開關訊號Vg3 為高頻切換、該第四開關訊號Vg4 為截止。藉此，使一次側電流IP2 與二次側電流IS2 依據該交流參考訊號ACref 及該第三開關訊號Vg3 形成複數個不同大小的三角波，且該些三角波之端部所形成之輪廓類似正弦波，俾使第二電力轉換模組111產生輸出電流Iout 或輸出電壓Vout 之負半週。
第9圖係繪示本揭露之直流轉交流電力轉換裝置所採取之第二種開關控制策略，用以產生交流輸出端之輸出電流的波形示意圖。
第二種與上述第8圖之第一種開關控制策略及波形示意圖大致相同，故相同之處不再重覆贅述，其主要差異如下：如第9圖及第5圖所示，具同步整流功能之開關訊號產生器136係用以使該第一開關訊號Vg1 及該第二開關訊號Vg2 同步產生相對應之高頻切換，或用以使該第三開關訊號Vg3 及該第四開關訊號Vg4 同步產生相對應之高頻切換，以達到同步整流之效果，並降低如第3圖中該第二開關元件S2 之本體二極體、第四開關元件S4 之本體二極體、第一二極體D1 或第二二極體D2 被導通時的導通損耗。
第10圖係繪示本揭露之直流轉交流電力轉換方法的步驟流程圖。
如圖所示，直流轉交流電力轉換方法可包括下列步驟：
於步驟S201中，先判斷交流波形產生器是否於市電並聯模式？若是，則進至步驟S202。若否，表示該交流波形產生器於獨立模式，則進至步驟S204。
於步驟S202中，令該交流波形產生器依據市電電壓產生交流參考訊號及交流交越零點偵測訊號。接著進至步驟S203。
於步驟S203中，令回授電路依據該交流參考訊號及交流輸出端之輸出電流產生誤差訊號。接著進至步驟S206。
於步驟S204中，令該交流波形產生器自行產生該交流參考訊號及該交流交越零點偵測訊號。接著進至步驟S205。
於步驟S205中，令該回授電路依據該交流參考訊號及該交流輸出端之輸出電壓產生該誤差訊號。接著進至步驟S206。
於步驟S206中，令脈波寬度調變比較器依據該誤差訊號及直流輸入端之輸入電流產生截止訊號。接著進至步驟S207。
於步驟S207中，令電壓谷底偵測器偵測或預測共振電壓之谷底電壓以產生導通訊號。該導通訊號係產生於第一輔助線圈之第一電壓訊號或第二輔助線圈之第二電壓訊號下降至該零電壓(含)以下時。接著進至步驟S208。
於步驟S208中，令開關訊號產生器依據該交流交越零點偵測訊號、該截止訊號及該導通訊號產生第一開關訊 號、第二開關訊號、第三開關訊號與第四開關訊號。接著進至步驟S209或步驟S210。
於步驟S209中，當該交流交越零點偵測訊號為高電位時，令該第一開關訊號為高頻切換、該第二開關訊號為截止、該第三開關訊號為截止、該第四開關訊號為導通。接著進至步驟S211。
於步驟S210中，當該交流交越零點偵測訊號為低電位時，令該第一開關訊號為截止、該第二開關訊號為導通、該第三開關訊號為高頻切換、該第四開關訊號為截止。接著進至步驟S211。
於步驟S211中，令該第一、第二、第三與第四開關訊號分別控制第一電力轉換模組及第二電力轉換模組之第一、第二、第三與第四開關元件，使該第一電力轉換模組與該第二電力轉換模組轉換該直流輸入端之輸入電流為該交流輸出端之輸出電流。
上述實施形態僅例示性說明本揭露之原理、特點及其功效，並非用以限制本揭露之可實施範疇，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本揭露之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。任何運用本揭露所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。因此，本揭露之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
100‧‧‧直流轉交流電力轉換裝置
110‧‧‧第一電力轉換模組
111‧‧‧第二電力轉換模組
120‧‧‧濾波器
121‧‧‧負載
130‧‧‧控制模組
131‧‧‧電壓谷底偵測器
132‧‧‧交流波形產生器
133‧‧‧回授網路
134‧‧‧脈波寬度調變比較器
135‧‧‧開關訊號產生器
136‧‧‧具同步整流功能之開關訊號產生器
140‧‧‧前端直流轉直流轉換器
ACout ‧‧‧交流輸出端
ACref ‧‧‧交流參考訊號
ACZCD ‧‧‧交流交越零點偵測訊號
C1 ‧‧‧第一電容
C2 ‧‧‧第二電容
D1 ‧‧‧第一二極體
D2 ‧‧‧第二二極體
DCin ‧‧‧直流輸入端
Error‧‧‧誤差訊號
Io ‧‧‧零電流
Iin ‧‧‧輸入電流
Iout ‧‧‧輸出電流
IP1 、IP2 ‧‧‧一次側電流
IS1 、IS2 ‧‧‧二次側電流
N1 、N3 ‧‧‧一次側線圈
N2 、N4 ‧‧‧二次側線圈
Na1 ‧‧‧第一輔助線圈
Na2 ‧‧‧第二輔助線圈
S1 ‧‧‧第一開關元件
S2 ‧‧‧第二開關元件
S3 ‧‧‧第三開關元件
S4 ‧‧‧第四開關元件
T1 ‧‧‧第一變壓器
T2 ‧‧‧第二變壓器
TOFF ‧‧‧截止訊號
TON ‧‧‧導通訊號
V0 ‧‧‧零電壓
Va1 ‧‧‧第一電壓訊號
Va2 ‧‧‧第二電壓訊號
Vb ‧‧‧谷底電壓
VDS1 、VDS3 ‧‧‧汲極對源極電壓
Vg1 ‧‧‧第一開關訊號
Vg2 ‧‧‧第二開關訊號
Vg3 ‧‧‧第三開關訊號
Vg4 ‧‧‧第四開關訊號
Vgrid ‧‧‧市電電壓
Vout ‧‧‧輸出電壓
Vr ‧‧‧共振電壓
S201~S211‧‧‧步驟
第1A圖係繪示本揭露之直流轉交流電力轉換裝置 中，第一種電力轉換模組的電路示意圖。
第1B圖係繪示本揭露之直流轉交流電力轉換裝置中，第一種控制模組的電路示意圖。
第2A圖係繪示本揭露之直流轉交流電力轉換裝置中，第二種電力轉換模組的電路示意圖。
第2B圖係繪示本揭露之直流轉交流電力轉換裝置中，第二種控制模組的電路示意圖。
第3圖係繪示本揭露之直流轉交流電力轉換裝置中，第三種電力轉換模組的電路示意圖。
第4圖係繪示本揭露之直流轉交流電力轉換裝置中，第四種電力轉換模組的電路示意圖。
第5圖係繪示本揭露之直流轉交流電力轉換裝置中，第三種控制模組的電路示意圖。
第6圖係繪示本揭露之電壓谷底偵測功能之運作原理中，關於二次側電流、輔助線圈之電壓訊號及導通訊號的波形示意圖。
第7圖係繪示本揭露之控制模組中，運用電壓谷底偵測功能及截止訊號產生開關訊號的波形示意圖。
第8圖係繪示本揭露之直流轉交流電力轉換裝置所採取之第一種開關控制策略，用以產生交流輸出端之輸出電流的波形示意圖。
第9圖係繪示本揭露之直流轉交流電力轉換裝置所採取之第二種開關控制策略，用以產生交流輸出端之輸出電流的波形示意圖。
第10圖係繪示本揭露之直流轉交流電力轉換方法的步驟流程圖。
S201~S211‧‧‧步驟

Claims (17)

  1. 一種直流轉交流電力轉換裝置，其包括：第一電力轉換模組，係具有第一變壓器、第一開關元件與第二開關元件，該第一變壓器之一次側線圈兩端係分別電性連接直流輸入端及該第一開關元件，且該第一變壓器之二次側線圈兩端係分別電性連接該第二開關元件及交流輸出端；第二電力轉換模組，係具有第二變壓器、第三開關元件與第四開關元件，該第二變壓器之一次側線圈兩端係分別電性連接該直流輸入端及該第三開關元件，該第二變壓器之二次側線圈兩端係分別電性連接該第四開關元件及該交流輸出端；以及控制模組，係具有電壓谷底偵測器與交流波形產生器，該電壓谷底偵測器偵測或預測共振電壓之谷底電壓以產生導通訊號，該控制模組依據該導通訊號產生第一開關訊號、第二開關訊號、第三開關訊號與第四開關訊號，並藉由該第一開關訊號、第二開關訊號、第三開關訊號與第四開關訊號分別控制該第一開關元件、第二開關元件、第三開關元件與第四開關元件，使該第一電力轉換模組與該第二電力轉換模組將該直流輸入端之輸入電流轉換為該交流輸出端之輸出電流，其中，該交流波形產生器係操作於市電並聯模式或獨立模式，用以依據市電電壓或自行產生交流參考訊號及交流交越零點偵測訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之直流轉交流電力轉換裝置，其中，該第一電力轉換模組係用以產生該輸出電流之正半週，且於該正半週時，該第一開關訊號為高頻切換、該第二開關訊號為截止、該第三開關訊號為截止、該第四開關訊號為導通。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之直流轉交流電力轉換裝置，其中，該第二電力轉換模組係用以產生該輸出電流之負半週，且於該負半週時，該第一開關訊號為截止、該第二開關訊號為導通、該第三開關訊號為高頻切換、該第四開關訊號為截止。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之直流轉交流電力轉換裝置，其中，該第一開關元件、第二開關元件、第三開關元件或第四開關元件係為金氧半場效電晶體或絕緣閘雙極電晶體。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之直流轉交流電力轉換裝置，其中，該控制模組復具有回授網路，係電性連接該交流波形產生器與該交流輸出端，並依據該交流參考訊號及該交流輸出端之輸出電流或輸出電壓產生誤差訊號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之直流轉交流電力轉換裝置，其中，該控制模組復具有脈波寬度調變比較器，係電性連接該回授網路與該直流輸入端，並依據該誤差訊號及該輸入電流產生截止訊號，以截止該第一開關訊號、第二開關訊號、第三開關訊號或第四開關訊號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之直流轉交流電力轉換裝置，其中，該電壓谷底偵測器係電性連接該第一變壓器之第一輔助線圈與該第二變壓器之第二輔助線圈，且該第一輔助線圈與該第二輔助線圈係分別設於該第一變壓器及該第二變壓器之一次側。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之直流轉交流電力轉換裝置，其中，當該第一變壓器或該第二變壓器之二次側電流輸出至該交流輸出端而下降至零電流時，該第一輔助線圈之第一電壓訊號或該第二輔助線圈之第二電壓訊號產生該共振電壓，且該共振電壓之谷底電壓低於零電壓。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之直流轉交流電力轉換裝置，其中，當該第一電壓訊號或該第二電壓訊號下降至該零電壓時，該電壓谷底偵測器偵測到該零電壓，並於該零電壓以下產生該導通訊號，以導通該第一開關訊號、第二開關訊號、第三開關訊號或第四開關訊號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之直流轉交流電力轉換裝置，其中，該控制模組復具有開關訊號產生器，係電性連接該交流波形產生器、該脈波寬度調變比較器與該電壓谷底偵測器，並依據該交流交越零點偵測訊號、該截止訊號及該導通訊號產生該第一開關訊號、第二開關訊號、第三開關訊號與第四開關訊號。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之直流轉交流電力轉換裝置，其中，該開關訊號產生器係具有同步整流功能，用以使該第一開關訊號及該第二開關訊號同步產生相對應 之高頻切換，或使該第三開關訊號及該第四開關訊號同步產生相對應之高頻切換。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之直流轉交流電力轉換裝置，其中，該第一電力轉換模組復具有並聯於該第二開關元件之第一二極體，該第二電力轉換模組復具有並聯於該第四開關元件之第二二極體。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之直流轉交流電力轉換裝置，復包括前端直流轉直流轉換器，其一端係電性連接該直流輸入端，另一端係電性連接該第一電力轉換模組及該第二電力轉換模組。
  14. 一種直流轉交流電力轉換方法，其包括：產生交流參考訊號及交流交越零點偵測訊號；依據該交流參考訊號及交流輸出端之輸出電流或輸出電壓產生誤差訊號；依據該誤差訊號及直流輸入端之輸入電流產生截止訊號；偵測或預測共振電壓之谷底電壓以產生導通訊號；依據該交流交越零點偵測訊號、該截止訊號及該導通訊號產生第一開關訊號、第二開關訊號、第三開關訊號與第四開關訊號；以及令該第一開關訊號、第二開關訊號、第三開關訊號與第四開關訊號分別控制第一電力轉換模組及第二電力轉換模組之第一開關元件、第二開關元件、第三 開關元件與第四開關元件，使該第一電力轉換模組與該第二電力轉換模組轉換該直流輸入端之輸入電流為該交流輸出端之輸出電流。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之直流轉交流電力轉換方法，復包括：判斷交流波形產生器是否為市電並聯模式；以及若是，則令該交流波形產生器依據市電電壓產生該交流參考訊號及該交流交越零點偵測訊號，若否，則令該交流波形產生器自行產生該交流參考訊號及該交流交越零點偵測訊號。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之直流轉交流電力轉換方法，復包括：當該交流交越零點偵測訊號為高電位時，令該第一開關訊號為高頻切換、該第二開關訊號為截止、該第三開關訊號為截止、該第四開關訊號為導通；以及當該交流交越零點偵測訊號為低電位時，令該第一開關訊號為截止、該第二開關訊號為導通、該第三開關訊號為高頻切換、該第四開關訊號為截止。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之直流轉交流電力轉換方法，其中，該導通訊號係產生於第一輔助線圈之第一電壓訊號或第二輔助線圈之第二電壓訊號下降至零電壓以下時。
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