TWI784695B - 多輸入轉換器 - Google Patents

Abstract

一種多輸入轉換器包含一多輸入轉換器電路及一控制單元，適用於一負載或一第三直流電壓。該控制單元根據一第一直流電壓、一第一直流電流、一第二直流電壓、一第二直流電流、一電容器的跨壓、及一第三直流電流，產生一第一控制信號至一第六控制信號，使得該多輸入轉換器電路操作為一降壓轉換器、一降壓升壓轉換器、或一升壓轉換器，以由該第一直流電壓與該第二直流電壓之其中至少一者對該負載充電、或由該第一直流電壓對該第二直流電壓或還與該負載充電、或由該第三直流電壓對該第一直流電壓與該第二直流電壓之其中至少一者反向充電。

Description

多輸入轉換器

本發明是有關於一種多輸入轉換器，特別是指一種提供各電源與負載之間多種能量傳遞模式的多輸入轉換器。

多元可再生能源的發展與運用是一個正在成長的新趨勢。然而，在考慮不同的可再生能源，例如光伏(PV)和風能，這些能量普遍具有一個缺點，即考量到有時陽光會被遮蔽或是有時無風的狀況會造成供電產生斷續的情形，而無法持續提供穩定的供電。為解決這現象往往還需要其他輔助電源在太陽能或風能無法供電時提供能量給負載。因此，如何有效管理這些電源的運作便成為一個待解決的問題。

因此，本發明的目的，即在提供一種具備各電源與負載之間多種能量傳遞模式的多輸入轉換器。

於是，本發明提供一種多輸入轉換器，適用於一第一直 流電壓、一第二直流電壓、及一負載或一第三直流電壓，並包含一多輸入轉換器電路及一控制單元。該多輸入轉換器電路包括一第一功率開關至一第四功率開關、一電感器、一第五切換開關、一第六切換開關、及一電容器。

該第一功率開關包含一第一端、一第二端、及接收一第一控制信號的一控制端。該第二功率開關包含電連接該第一功率開關的該第二端的一第一端、一第二端、及接收一第二控制信號的一控制端，該第一功率開關的該第一端及該第二功率開關的該第二端接收該第一直流電壓的跨壓。該第三功率開關包含一第一端、電連接該第二功率開關的該第二端的一第二端、及接收一第三控制信號的一控制端。該第四功率開關包含電連接該第三功率開關的該第二端的一第一端、一第二端、及接收一第四控制信號的一控制端。該電感器包含電連接該第一功率開關的該第二端的一第一端，及一第二端。該第三功率開關的該第一端及該電感器的該第二端接收該第二直流電壓的跨壓。

該第五切換開關包含電連接該第一功率開關的該第一端的一第一端、電連接該電感器的該第二端的一第二端、及接收一第五控制信號的一控制端。該第六切換開關包含電連接該電感器的該第二端的一第一端、一第二端、及接收一第六控制信號的一控制端。該電容器包含電連接該第六切換開關的該第二端的一第一端， 及電連接該第四功率開關的該第二端的第二端，並與該負載並聯或接收該第三直流電壓。

該控制單元根據該第一直流電壓、由該第一功率開關的該第一端流至該第二端的一第一直流電流、該第二直流電壓、由該第三功率開關的該第一端流至該第二端的一第二直流電流、該電容器的該第一端與該第二端的跨壓、及流經該負載或該第三直流電壓的一第三直流電流，產生該第一控制信號至該第六控制信號，使得該多輸入轉換器電路操作為一降壓(Buck)轉換器、一降壓升壓(Buck-boost)轉換器、或一升壓(Boost)轉換器，以由該第一直流電壓與該第二直流電壓之其中至少一者對該負載充電、或由該第一直流電壓對該第二直流電壓或還與該負載充電、或由該第三直流電壓對該第一直流電壓與該第二直流電壓之其中至少一者反向充電。

在一些實施態樣中，其中，該電容器是與該負載並聯。當該控制單元操作在一第一情境時，所產生的該第三控制信號控制該第三功率開關不導通，且該第四控制信號控制該第四功率開關導通，且該第五控制信號控制該第五切換開關不導通，且該第六控制信號控制該第六切換開關導通，且該控制單元根據該第一直流電壓、該第一直流電流、該直流輸出電壓、及該第三直流電流在每一預定週期的一第一區間，藉由該第一控制信號及該第二控制信號分別控制該第一功率開關導通及該第二功率開關不導通，且在每一該 預定週期的一第二區間，藉由該第一控制信號及該第二控制信號分別控制該第一功率開關不導通及該第二功率開關導通，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓轉換器，以由該第一直流電壓對該負載充電。

在另一些實施態樣中，其中，該電容器是與該負載並聯。當該控制單元操作在一第二情境時，所產生的該第一控制信號控制該第一功率開關不導通，且該第二控制信號控制該第二功率開關導通，且該第五控制信號控制該第五切換開關不導通，且該控制單元根據該第二直流電壓、該第二直流電流、該直流輸出電壓、及該第三直流電流在每一預定週期的一第一區間，藉由該第三控制信號、該第四控制信號、及該第六控制信號分別控制該第三功率開關導通、該第四功率開關不導通、及該第六切換開關不導通，且在每一該預定週期的一第二區間，藉由該第三控制信號、該第四控制信號、及該第六控制信號分別控制該第三功率開關不導通、該第四功率開關導通、及該第六切換開關導通，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓升壓轉換器，以由該第二直流電壓對該負載充電。

在另一些實施態樣中，其中，該電容器是與該負載並聯。當該控制單元操作在一第三情境時，所產生的該第五控制信號控制該第五切換開關不導通，且該控制單元根據該第一直流電壓、該第一直流電流、該第二直流電壓、該第二直流電流、該直流輸出電壓、 及該第三直流電流在每一預定週期的一第一區間，藉由該第一控制信號至該第四控制信號及該第六控制信號分別控制該第一功率開關導通、該第二功率開關不導通、該第三功率開關導通、該第四功率開關不導通、及該第六切換開關不導通，且在每一該預定週期的一第二區間，藉由該第一控制信號至該第四控制信號及該第六控制信號分別控制該第一功率開關導通、該第二功率開關不導通、該第三功率開關不導通、該第四功率開關導通、及該第六切換開關導通，且在每一該預定週期的一第三區間，藉由該第一控制信號至該第四控制信號及該第六控制信號分別控制該第一功率開關不導通、該第二功率開關導通、該第三功率開關不導通、該第四功率開關導通、及該第六切換開關導通，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓升壓轉換器，以由該第一直流電壓與該第二直流電壓對該負載充電。

在另一些實施態樣中，其中，當該控制單元操作在一第四情境時，所產生的該第一控制信號控制該第一功率開關不導通，且該第二控制信號控制該第二功率開關導通，且該第四控制信號控制該第四功率開關不導通，且該第六控制信號控制該第六切換開關不導通，且該控制單元根據該第一直流電壓、該第一直流電流、該第二直流電壓、及該第二直流電流在每一預定週期的一第一區間，藉由該第三控制信號及該第五控制信號分別控制該第三功率開關 不導通及該第五切換開關導通，且在每一該預定週期的一第二區間，藉由該第三控制信號及該第五控制信號分別控制該第三功率開關導通及該第五切換開關不導通，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓升壓轉換器，以由該第一直流電壓對該第二直流電壓充電。

在另一些實施態樣中，其中，該電容器是與該負載並聯，當該控制單元操作在一第五情境時，該控制單元根據該第一直流電壓、該第一直流電流、該直流輸出電壓、及該第三直流電流在每一預定週期的一第一區間，藉由該第一控制信號至該第六控制信號分別控制該第一功率開關導通、該第二功率開關不導通、該第三功率開關不導通、該第四功率開關導通、該第五切換開關不導通、及該第六切換開關導通，且在每一該預定週期的一第二區間，藉由該第一控制信號至該第六控制信號分別控制該第一功率開關不導通、該第二功率開關導通、該第三功率開關不導通、該第四功率開關導通、該第五切換開關不導通、及該第六切換開關導通，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓轉換器，以由該第一直流電壓對該負載充電。

當該控制單元操作在該第五情境時，該控制單元根據該第一直流電壓、該第二直流電壓、及該第二直流電流在每一該預定週期的一第三區間，藉由該第一控制信號至該第六控制信號分別控制該第一功率開關不導通、該第二功率開關導通、該第三功率開關 不導通、該第四功率開關不導通、該第五切換開關導通、及該第六切換開關不導通，且在每一該預定週期的一第四區間，藉由該第一控制信號至該第六控制信號分別控制該第一功率開關不導通、該第二功率開關導通、該第三功率開關導通、該第四功率開關不導通、該第五切換開關不導通、及該第六切換開關不導通，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓升壓轉換器，以由該第一直流電壓對該第二直流電壓充電。

在另一些實施態樣中，其中，該電容器是接收該第三直流電壓。當該控制單元操作在一第六情境時，所產生的該第三控制信號控制該第三功率開關不導通，且該第四控制信號控制該第四功率開關導通，且該第五控制信號控制該第五切換開關不導通，且該第六控制信號控制該第六切換開關導通，且該控制單元根據該第一直流電壓、該第一直流電流、該第三直流電壓、及該第三直流電流在每一預定週期的一第一區間，藉由該第一控制信號及該第二控制信號分別控制該第一功率開關不導通及該第二功率開關導通，且在每一該預定週期的一第二區間，藉由該第一控制信號及該第二控制信號分別控制該第一功率開關導通及該第二功率開關不導通，使得該多輸入轉換器電路操作為該升壓轉換器，以由該第三直流電壓對該第一直流電壓充電。

在另一些實施態樣中，其中，該電容器是接收該第三直 流電壓。當該控制單元操作在一第七情境時，所產生的該第一控制信號控制該第一功率開關不導通，且該第二控制信號控制該第二功率開關導通，且該第五控制信號控制該第五功率開關不導通，且該控制單元根據該第二直流電壓、該第二直流電流、該第三直流電壓、及該第三直流電流在每一預定週期的一第一區間，藉由該第三控制信號、該第四控制信號、及該第六控制信號分別控制該第三功率開關不導通、該第四功率開關導通、及該第六切換開關導通，且在每一該預定週期的一第二區間，藉由該第三控制信號、該第四控制信號、及該第六控制信號分別控制該第三功率開關導通、該第四功率開關不導通、及該第六切換開關不導通，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓升壓轉換器，以由該第三直流電壓對該第二直流電壓充電。

在另一些實施態樣中，其中，該電容器是接收該第三直流電壓。當該控制單元操作在一第八情境時，所產生的該第五控制信號控制該第五功率開關不導通，且該控制單元根據該第一直流電壓、該第一直流電流、該第二直流電壓、該第二直流電流、該第三直流電壓、及該第三直流電流在每一預定週期的一第一區間，藉由該第一控制信號至該第四控制信號及該第六控制信號分別控制該第一功率開關不導通、該第二功率開關導通、該第三功率開關不導通、該第四功率開關導通、及該第六切換開關導通，且在每一該預 定週期的一第二區間，藉由該第一控制信號至該第四控制信號及該第六控制信號分別控制該第一功率開關導通、該第二功率開關不導通、該第三功率開關不導通、該第四功率開關導通、及該第六切換開關導通，且在每一該預定週期的一第三區間，藉由該第一控制信號至該第四控制信號及該第六控制信號分別控制該第一功率開關不導通、該第二功率開關導通、該第三功率開關導通、該第四功率開關不導通、及該第六切換開關不導通，使得該多輸入轉換器電路於該第一區間至該第二區間操作為該升壓轉換器，且於第三區間操作為該降壓升壓轉換器，以由該第三直流電壓對該第一直流電壓及該第二直流電壓充電。

本發明的功效在於：藉由該控制單元所產生的該第一控制信號至該第六控制信號控制該第一功率開關至該第四功率開關、該第五切換開關、及該第六切換開關的導通或不導通，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓轉換器、該降壓升壓轉換器、或該升壓轉換器，而實現一種多重功率潮流控制的多輸入轉換器(Multi-input converter)。

1:控制單元

91~93:第一電壓源~第三電壓源

Co:電容器

d1~d4:佔空比

Iin1~Iin2:第一直流電流~第二直流電流

IL:電感電流

Iout:第三直流電流

L:電感器

M1~M4:第一功率開關~第四功率開關

M5~M6:第五切換開關~第六切換開關

Ro:負載

S1~S6:第一控制信號~第六控制信號

Ts:預定週期

t:時間

Vin1~Vin2:第一直流電壓~第二直流電壓

VDC:第三直流電壓

VL:電感跨壓

Vout:直流輸出電壓

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一電路圖，說明本發明多輸入轉換器的一實施例；圖2是一電路圖，說明該實施例的一多輸入轉換器電路操作在一第一模式；圖3是一電路圖，說明該實施例的一多輸入轉換器電路操作在一第二模式；圖4是一電路圖，說明該實施例的一多輸入轉換器電路操作在一第三模式；圖5是一電路圖，說明該實施例的一多輸入轉換器電路操作在一第四模式；圖6是一電路圖，說明該實施例的一多輸入轉換器電路操作在一第五模式；圖7是一電路圖，說明該實施例的一多輸入轉換器電路操作在一第六模式；圖8是一電路圖，說明該實施例的一多輸入轉換器電路操作在一第七模式；圖9是一電路圖，說明該實施例的一多輸入轉換器電路操作在一第八模式；圖10是一時序圖，說明該實施例的一第三情境的多個信號之間的關係；及圖11是一時序圖，說明該實施例的一第五情境的多個信號之 間的關係。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本發明多輸入轉換器之一實施例，適用於一第一電壓源91、一第二電壓源92、及一負載Ro，並包含一多輸入轉換器電路及一控制單元1。該多輸入轉換器電路電連接該控制單元1，並包括一第一功率開關M1至一第四功率開關M4、一電感器L、一第五切換開關M5、一第六切換開關M6、及一電容器Co。在本實施例中，該第一功率開關M1至該第四功率開關M4、該第五切換開關M5、及該第六切換開關M6都是一種寬能隙元件，如氮化鎵高速電子遷移率場效電晶體，但並不以此為限。

該第一功率開關M1包含電連接該第一電壓源91的一正極端的一第一端、一第二端、及接收一第一控制信號S1的一控制端。該第二功率開關M2包含電連接該第一功率開關M1的該第二端的一第一端、電連接該第一電壓源91的一負極端的一第二端、及接收一第二控制信號S2的一控制端。該第一電壓源91輸出一第一直流電壓Vin1，即該第一功率開關M1的該第一端及該第二功率開關M2的該第二端接收該第一直流電壓Vin1的跨壓。

該第三功率開關M3包含電連接該第二電壓源92的一正極端的一第一端、電連接該第二功率開關M2的該第二端的一第二端、及接收一第三控制信號S3的一控制端。該第四功率開關M4包含電連接該第三功率開關M3的該第二端的一第一端、一第二端、及接收一第四控制信號S4的一控制端。該電感器L包含電連接該第一功率開關M1的該第二端的一第一端，及一第二端。該第二電壓源92輸出一第二直流電壓Vin2，即該第三功率開關M3的該第一端及該電感器L的該第二端接收該第二直流電壓Vin2的跨壓。

該第五切換開關M5包含電連接該第一功率開關M1的該第一端的一第一端、電連接該電感器L的該第二端的一第二端、及接收一第五控制信號S5的一控制端。該第六切換開關M6包含電連接該電感器L的該第二端的一第一端、一第二端、及接收一第六控制信號S6的一控制端。該電容器Co包含電連接該第六切換開關M6的該第二端的一第一端，及電連接該第四功率開關M4的該第二端的第二端，並與該負載Ro並聯。

該控制單元1根據該第一直流電壓Vin1、由該第一功率開關M1的該第一端流至該第二端的一第一直流電流Iin1、該第二直流電壓Vin2、由該第三功率開關M3的該第一端流至該第二端的一第二直流電流Iin2、該電容器Co的該第一端與該第二端的跨壓(即一直流輸出電壓Vout)、及流經該負載Ro的一第三直流電流 Iout，產生該第一控制信號S1至該第六控制信號S6，使得該多輸入轉換器電路操作為一降壓(Buck)轉換器、一降壓升壓(Buck-boost)轉換器、或一升壓(Boost)轉換器，以由該第一直流電壓Vin1與該第二直流電壓Vin2之其中至少一者對該負載Ro充電，或由該第一直流電壓Vin1對該第二直流電壓Vin2或對該第二直流電壓Vin2與該負載Ro充電。

在本實施例中，習知技術中偵測該多輸入轉換器電路以獲得該第一直流電壓Vin1、該第一直流電流Iin1、該第二直流電壓Vin2、該第二直流電流Iin2、該直流輸出電壓Vout、及該第三直流電流Iout等多個回授信號的回授電路被省略，且增強該控制單元1所產生的該第一控制信號S1至該第六控制信號S6的驅動能力的閘極驅動電路也被省略。該第一直流電壓Vin1大於該第二直流電壓Vin2。該控制單元1例如是一數位信號處理器(DSP)，如TMS320F28379D，並包括一類比數位轉換器(ADC)、一比例積分控制器(PI controller)、及一脈衝寬度調變模組(PWM module)。該類比數位轉換器用於將所偵測的該等回授信號(如)轉換為多個數位信號，該比例積分控制器再根據該等數位信號，產生多個控制變數(如多個佔空比)，該脈衝寬度調變模組再根據該等控制變數，產生對應該等佔空比的該第一控制信號S1至該第六控制信號S6。

該多輸入轉換器電路操作在一第一模式至一第八模式之間，再參閱圖2，當該多輸入轉換器電路操作在該第一模式時，該控制單元1所產生的該第一控制信號S1至該第六控制信號S6，分別控制該第一功率開關M1導通、該第二功率開關M2不導通、該第三功率開關M3導通、該第四功率開關M4不導通、該第五切換開關M5不導通、及該第六切換開關M6不導通。再參閱圖3，當該多輸入轉換器電路操作在該第二模式時，該控制單元1所產生的該第一控制信號S1至該第六控制信號S6，分別控制該第一功率開關M1導通、該第二功率開關M2不導通、該第三功率開關M3不導通、該第四功率開關M4導通、該第五切換開關M5不導通、及該第六切換開關M6導通。

再參閱圖4，當該多輸入轉換器電路操作在該第三模式時，該控制單元1所產生的該第一控制信號S1至該第六控制信號S6，分別控制該第一功率開關M1不導通、該第二功率開關M2導通、該第三功率開關M3導通、該第四功率開關M4不導通、該第五切換開關M5不導通、及該第六切換開關M6不導通。再參閱圖5，當該多輸入轉換器電路操作在該第四模式時，該控制單元1所產生的該第一控制信號S1至該第六控制信號S6，分別控制該第一功率開關M1不導通、該第二功率開關M2導通、該第三功率開關M3不導通、該第四功率開關M4導通、該第五切換開關M5不導通、及該 第六切換開關M6導通。再參閱圖6，當該多輸入轉換器電路操作在該第五模式時，該控制單元1所產生的該第一控制信號S1至該第六控制信號S6，分別控制該第一功率開關M1不導通、該第二功率開關M2導通、該第三功率開關M3不導通、該第四功率開關M4不導通、該第五切換開關M5導通、及該第六切換開關M6不導通。

參閱圖1與圖7，在本實施例中，當該多輸入轉換器電路操作在該第六模式至該第八模式之間時，該實施例不適用於該負載Ro，改為適用於一第三直流電壓源93，且該電容器Co改為接收該第三直流電壓源93的一第三直流電壓VDC，則該控制單元1是根據該第一直流電壓Vin1、該第一直流電流Iin1、該第二直流電壓Vin2、該第二直流電流Iin2、該電容器Co的該第一端與該第二端的跨壓(即該第三直流電壓VDC)、及流經該第三直流電壓VDC的該第三直流電流Iout，產生該第一控制信號S1至該第六控制信號S6，使得該多輸入轉換器電路操作為一升壓(Boost)轉換器或該降壓升壓(Buck-boost)轉換器，以由該第三直流電壓VDC對該第一直流電壓Vin1與該第二直流電壓Vin2之其中至少一者反向充電。

再參閱圖7，當該多輸入轉換器電路操作在該第六模式時，該控制單元1所產生的該第一控制信號S1至該第六控制信號S6，分別控制該第一功率開關M1不導通、該第二功率開關M2導通、該第三功率開關M3不導通、該第四功率開關M4導通、該第五 切換開關M5不導通、及該第六切換開關M6導通。再參閱圖8，當該多輸入轉換器電路操作在該第七模式時，該控制單元1所產生的該第一控制信號S1至該第六控制信號S6，分別控制該第一功率開關M1導通、該第二功率開關M2不導通、該第三功率開關M3不導通、該第四功率開關M4導通、該第五切換開關M5不導通、及該第六切換開關M6導通。再參閱圖9，當該多輸入轉換器電路操作在該第八模式時，該控制單元1所產生的該第一控制信號S1至該第六控制信號S6，分別控制該第一功率開關M1不導通、該第二功率開關M2導通、該第三功率開關M3導通、該第四功率開關M4不導通、該第五切換開關M5不導通、及該第六切換開關M6不導通。

更詳細地說，該控制單元1操作在一第一情境至一第八情境之間，參閱圖1、圖3、與圖5，當該控制單元1操作在該第一情境時，該控制單元1根據該第一直流電壓Vin1、該第一直流電流Iin1、該直流輸出電壓Vout、及該第三直流電流Iout在每一預定週期的一第一區間，控制該多輸入轉換器電路操作在該第二模式，且在每一該預定週期的一第二區間，控制該多輸入轉換器電路操作在該第四模式，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓轉換器，以由該第一直流電壓Vin1對該負載Ro充電。該預定週期等於該第一區間與該第二區間之和。該直流輸出電壓Vout、該第一直流電壓Vin1、及該第一控制信號S1的佔空比d1之間的關係為 Vout=d1*Vin1。

參閱圖1、圖4、與圖5，當該控制單元1操作在該第二情境時，該控制單元1根據該第二直流電壓Vin2、該第二直流電流Iin2、該直流輸出電壓Vout、及該第三直流電流Iout在每一該預定週期的另一第一區間，控制該多輸入轉換器電路操作在該第三模式，且在每一該預定週期的另一第二區間，控制該多輸入轉換器電路操作在該第四模式，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓升壓轉換器，以由該第二直流電壓Vin2對該負載Ro充電。該預定週期等於該另一第一區間與該另一第二區間之和。該直流輸出電壓Vout、該第二直流電壓Vin2、及該第三控制信號S3的佔空比d1之間的關係為Vout=d1* Vin2/(1-d1)。

參閱圖1、圖2、圖3、與圖5，當該控制單元1操作在該第三情境時，該控制單元1根據該第一直流電壓Vin1、該第一直流電流Iin1、該第二直流電壓Vin2、該第二直流電流Iin2、該直流輸出電壓Vout、及該第三直流電流Iout在每一該預定週期的另一第一區間，控制該多輸入轉換器電路操作在該第一模式，且在每一該預定週期的另一第二區間，控制該多輸入轉換器電路操作在該第二模式，且在每一該預定週期的一第三區間，控制該多輸入轉換器電路操作在該第四模式，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓升壓轉換器，以由該第一直流電壓Vin1與該第二直流電壓Vin2對該負 載Ro充電。該預定週期等於該另一第一區間至該第三區間之和。該直流輸出電壓Vout、該第一直流電壓Vin1、該第二直流電壓Vin2、該第一控制信號S1的佔空比(d1+d2)、及該第三控制信號S3的佔空比d1之間的關係為Vout=(d2*Vin1+d1*Vin2)/(1-d1)。

再參閱圖10，舉例說明在該第三情境時，該第一控制信號S1、該第三控制信號S3、該電感器L的該第一端及該第二端的一電感跨壓VL、由該電感器L的該第一端流向該第二端的一電感電流IL、該第一直流電流Iin1、及該第二直流電流Iin2的對應關係。其中，由於該第一直流電壓Vin1大於該第二直流電壓Vin2，所以該第一控制信號S1的佔空比(d1+d2)大於該第三控制信號S3的佔空比d1。該預定週期是Ts，在時間t介於0至d1Ts之間，操作在該第一模式，使得該第一直流電壓Vin1與該第二直流電壓Vin2串聯且對該電感器L儲能，該負載Ro所需能量由該電容器Co提供。在時間t介於d1Ts至d2Ts之間，操作在該第二模式，由該第一直流電壓Vin1對該電感器L儲能同時也對該電容器Co進行充電，並且對該負載Ro供應能量。在時間t介於d2Ts至d3Ts之間，操作在該第四模式，使得該第一直流電壓Vin1與該第二直流電壓Vin2都因電路開路而不供電，而由該電感器L向負載端的該電容器Co與該負載Ro提供能量。

參閱圖1、圖4、與圖6，當該控制單元1操作在該第四情 境時，該控制單元1根據該第一直流電壓Vin1、該第一直流電流Iin1、該第二直流電壓Vin2、及該第二直流電流Iin2在每一預定週期的另一第一區間，控制該多輸入轉換器電路操作在該第五模式，且在每一該預定週期的另一第二區間，控制該多輸入轉換器電路操作在該第三模式，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓升壓轉換器，以由該第一直流電壓Vin1對該第二直流電壓Vin2充電。該預定週期等於該另一第一區間與該另一第二區間之和。該第二直流電壓Vin2、該第一直流電壓Vin1、及該第五控制信號S5的佔空比d1之間的關係為Vin2=d1*Vin1/(1-d1)。

參閱圖1、圖3至與圖6，當該控制單元1操作在該第五情境時，該控制單元1根據該第一直流電壓Vin1、該第一直流電流Iin1、該直流輸出電壓Vout、及該第三直流電流Iout在每一預定週期的另一第一區間，控制該多輸入轉換器電路操作在該第二模式，且在每一該預定週期的另一第二區間，控制該多輸入轉換器電路操作在該第四模式，且根據該第一直流電壓Vin1、該第二直流電壓Vin2、及該第二直流電流Iin2在每一該預定週期的另一第三區間，控制該多輸入轉換器電路操作在該第五模式，且在每一該預定週期的一第四區間，控制該多輸入轉換器電路操作在該第三模式，使得該多輸入轉換器電路在該另一第一區間及該另一第二區間時操作為該降壓轉換器，以由該第一直流電壓Vin1對該負載Ro充 電，且在該另一第三區間及該第四區間時操作為該降壓升壓轉換器，以由該第一直流電壓Vin1對該第二直流電壓Vin2充電。該預定週期等於該另一第一區間至該第四區間之和。該第一直流電壓Vin1、該第二直流電壓Vin2、該直流輸出電壓Vout、該第一控制信號S1的佔空比d1、該第三控制信號S3的佔空比d4、該第四控制信號S4的佔空比(d1+d2)、及該第五控制信號S5的佔空比d3之間的關係為Vin1=[(d1+d2)*Vout-d4*Vin2]/(d1-d3)。

再參閱圖11，舉例說明在該第五情境時，該第一控制信號S1、該第三控制信號S3至該第五控制信號S5、及該電感跨壓VL的對應關係。該預定週期是Ts，在時間t介於0至d1Ts之間，操作在該第二模式，使得該第一直流電壓Vin1對該電感器L儲能，且使得該電感電流IL流向該負載Ro。在時間t介於d1Ts至d2Ts之間，操作在該第四模式，使得該電感器L釋能，該電感電流IL流向該負載Ro，並向該負載Ro提供能量。在時間t介於d2Ts至d3Ts之間，操作在該第五模式，使得該第一直流電壓Vin1對該電感器L儲能，並使得該電感電流IL換向。在時間t介於d3Ts至d4Ts之間，操作在該第三模式，使得該電感器L釋能，該電感電流IL得以流向該第二直流電壓Vin2，向該第二直流電壓Vin2提供能量。

參閱圖1、圖7、與圖8，當該控制單元1操作在該第六情境時，該控制單元1根據該第一直流電壓Vin1、該第一直流電流 Iin1、該第三直流電壓VDC、及該第三直流電流Iout在每一預定週期的另一第一區間，控制該多輸入轉換器電路操作在該第六模式，且在每一該預定週期的另一第二區間，控制該多輸入轉換器電路操作在該第七模式，使得該多輸入轉換器電路操作為該升壓轉換器，以由該第三直流電壓VDC對該第一直流電壓Vin1充電。該預定週期等於該另一第一區間與該另一第二區間之和。該第一直流電壓Vin1、該第三直流電壓VDC、及該第二控制信號S2的佔空比d1之間的關係為Vin1=VDC/d1。

參閱圖1、圖7、與圖9，當該控制單元1操作在該第七情境時，該控制單元1根據該第二直流電壓Vin2、該第二直流電流Iin2、該第三直流電壓VDC、及該第三直流電流Iout在每一預定週期的另一第一區間，控制該多輸入轉換器電路操作在該第六模式，且在每一該預定週期的另一第二區間，控制該多輸入轉換器電路操作在該第八模式，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓升壓轉換器，以由該第三直流電壓VDC對該第二直流電壓Vin2充電。該預定週期等於該另一第一區間與該另一第二區間之和。該第二直流電壓Vin2、該第三直流電壓VDC、及該第四控制信號S4的佔空比d1之間的關係為Vin2=(1-d1)*VDC/d1。

參閱圖1、圖7至圖9，當該控制單元1操作在該第八情境時，該控制單元1根據該第一直流電壓Vin1、該第一直流電流 Iin1、該第二直流電壓Vin2、該第二直流電流Iin2、該直流輸出電壓VDC、及該第三直流電流Iout在每一該預定週期的另一第一區間，控制該多輸入轉換器電路操作在該第六模式，且在每一該預定週期的另一第二區間，控制該多輸入轉換器電路操作在該第七模式，且在每一該預定週期的一第三區間，控制該多輸入轉換器電路操作在該第八模式，使得該多輸入轉換器電路於該另一第一區間至該另一第二區間操作為該升壓轉換器，且於第三區間操作為該降壓升壓轉換器，以由該第三直流電壓VDC對該第一直流電壓Vin1及該第二直流電壓Vin2充電。該預定週期等於該另一第一區間至該第三區間之和。該第三直流電壓VDC、該第一直流電壓Vin1、該第二直流電壓Vin2、該第三控制信號S3的佔空比d3、及該第四控制信號S4的佔空比(d1+d2)之間的關係為VDC=(d1*Vin1+d3*Vin2)/(1-d3)。

由前述的該第一情境至該第八情境可知，該控制單元1根據該第一直流電壓Vin1、該第一直流電流Iin1、該第二直流電壓Vin2、該第二直流電流Iin2、該電容器Co的該第一端與該第二端的跨壓、及流經該負載Ro或該第三直流電壓源93的該第三直流電流Iout，產生該第一控制信號S1至該第六控制信號S6，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓轉換器、該降壓升壓轉換器、或該升壓轉換器，以由該第一直流電壓Vin1與該第二直流電壓Vin2之 其中至少一者對該負載Ro充電、或由該第一直流電壓Vin1對該第二直流電壓Vin2或還與該負載Ro充電、或由該第三直流電壓VDC對該第一直流電壓Vin1與該第二直流電壓Vin2之其中至少一者反向充電。

另外要特別說明的是：舉例來說，該第一電壓源91是一種再生能源，該第二電壓源92是一種電池，該多輸入轉換器能夠藉由分別偵測再生能源的該第一直流電壓Vin1、電池的該第二直流電壓Vin2、及該負載Ro的電壓與電流，以得知各個電源及負載的當下狀態，進而調整適合之操作情境。例如：當操作於該第一情境時，發生該負載Ro需求之能量大於該第一直流電壓Vin1所提供之能量的情況，則藉由切換至操作於該第三情境，使得該第一直流電壓Vin1及該第二直流電壓Vin2同時提供能量至該負載Ro，以達成系統能量之供需平衡。

綜上所述，本發明相較於習知的多個獨立轉換器提供更為簡單的設計，且大幅降低系統的成本和複雜性。藉由該多輸入轉換器能夠同時將兩種輸入電源的輸入功率傳輸到負載。此外，當其中一個輸入電源發生故障或需要充電時，也可以從兩個不同的輸入電源之其中任一者單獨地傳輸到負載或供電予其中另一輸入電源。因此，本發明能夠使得各電源與負載之間的能量傳遞達到相輔相成，並適用於結合各種能源應用的架構，故確實能達成本發明的 目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

1:控制單元

91~93:第一電壓源~第三電壓源

Co:電容器

Iin1~Iin2:第一直流電流~第二直流電流

IL:電感電流

Iout:第三直流電流

L:電感器

M1~M4:第一功率開關~第四功率開關

M5~M6:第五切換開關~第六切換開關

Ro:負載

S1~S6:第一控制信號~第六控制信號

Vin1~Vin2:第一直流電壓~第二直流電壓

VL:電感跨壓

Vout:直流輸出電壓

Claims (9)

1. 一種多輸入轉換器，適用於一第一直流電壓、一第二直流電壓、及一負載或一第三直流電壓，並包含：一多輸入轉換器電路，包括：一第一功率開關，包含一第一端、一第二端、及接收一第一控制信號的一控制端，一第二功率開關，包含電連接該第一功率開關的該第二端的一第一端、一第二端、及接收一第二控制信號的一控制端，該第一功率開關的該第一端及該第二功率開關的該第二端接收該第一直流電壓的跨壓，一第三功率開關，包含一第一端、電連接該第二功率開關的該第二端的一第二端、及接收一第三控制信號的一控制端，一第四功率開關，包含電連接該第三功率開關的該第二端的一第一端、一第二端、及接收一第四控制信號的一控制端，一電感器，包含電連接該第一功率開關的該第二端的一第一端，及一第二端，該第三功率開關的該第一端及該電感器的該第二端接收該第二直流電壓的跨壓，一第五切換開關，包含電連接該第一功率開關的該第一端的一第一端、電連接該電感器的該第二端的一第二端、及接收一第五控制信號的一控制端，一第六切換開關，包含電連接該電感器的該第二 端的一第一端、一第二端、及接收一第六控制信號的一控制端，及一電容器，包含電連接該第六切換開關的該第二端的一第一端，及電連接該第四功率開關的該第二端的第二端，並與該負載並聯或接收該第三直流電壓；及一控制單元，根據該第一直流電壓、由該第一功率開關的該第一端流至該第二端的一第一直流電流、該第二直流電壓、由該第三功率開關的該第一端流至該第二端的一第二直流電流、該電容器的該第一端與該第二端的跨壓、及流經該負載或該第三直流電壓的一第三直流電流，產生該第一控制信號至該第六控制信號，使得該多輸入轉換器電路操作為一降壓(Buck)轉換器、一降壓升壓(Buck-boost)轉換器、或一升壓(Boost)轉換器，以由該第一直流電壓與該第二直流電壓之其中至少一者對該負載充電、或由該第一直流電壓對該第二直流電壓充電、或由該第一直流電壓對該第二直流電壓與該負載充電、或由該第三直流電壓對該第一直流電壓與該第二直流電壓之其中至少一者反向充電。
2. 如請求項1所述的多輸入轉換器，其中，該電容器是與該負載並聯，該電容器的該第一端與該第二端的跨壓等於一直流輸出電壓，當該控制單元操作在一第一情境時，所產生的該第三控制信號控制該第三功率開關不導通，且該第四控制信號控制該第四功率開關導通，且該第五控制信號 控制該第五切換開關不導通，且該第六控制信號控制該第六切換開關導通，且該控制單元根據該第一直流電壓、該第一直流電流、該直流輸出電壓、及該第三直流電流在每一預定週期的一第一區間，藉由該第一控制信號及該第二控制信號分別控制該第一功率開關導通及該第二功率開關不導通，且在每一該預定週期的一第二區間，藉由該第一控制信號及該第二控制信號分別控制該第一功率開關不導通及該第二功率開關導通，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓轉換器，以由該第一直流電壓對該負載充電。
3. 如請求項1所述的多輸入轉換器，其中，該電容器是與該負載並聯，該電容器的該第一端與該第二端的跨壓等於一直流輸出電壓，當該控制單元操作在一第二情境時，所產生的該第一控制信號控制該第一功率開關不導通，且該第二控制信號控制該第二功率開關導通，且該第五控制信號控制該第五切換開關不導通，且該控制單元根據該第二直流電壓、該第二直流電流、該直流輸出電壓、及該第三直流電流在每一預定週期的一第一區間，藉由該第三控制信號、該第四控制信號、及該第六控制信號分別控制該第三功率開關導通、該第四功率開關不導通、及該第六切換開關不導通，且在每一該預定週期的一第二區間，藉由該第三控制信號、該第四控制信號、及該第六控制信號分別控制該第三功率開關不導通、該第四功率開關導通、及該第六切換開關導通，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓 升壓轉換器，以由該第二直流電壓對該負載充電。
4. 如請求項1所述的多輸入轉換器，其中，該電容器是與該負載並聯，該電容器的該第一端與該第二端的跨壓等於一直流輸出電壓，當該控制單元操作在一第三情境時，所產生的該第五控制信號控制該第五切換開關不導通，且該控制單元根據該第一直流電壓、該第一直流電流、該第二直流電壓、該第二直流電流、該直流輸出電壓、及該第三直流電流在每一預定週期的一第一區間，藉由該第一控制信號至該第四控制信號及該第六控制信號分別控制該第一功率開關導通、該第二功率開關不導通、該第三功率開關導通、該第四功率開關不導通、及該第六切換開關不導通，且在每一該預定週期的一第二區間，藉由該第一控制信號至該第四控制信號及該第六控制信號分別控制該第一功率開關導通、該第二功率開關不導通、該第三功率開關不導通、該第四功率開關導通、及該第六切換開關導通，且在每一該預定週期的一第三區間，藉由該第一控制信號至該第四控制信號及該第六控制信號分別控制該第一功率開關不導通、該第二功率開關導通、該第三功率開關不導通、該第四功率開關導通、及該第六切換開關導通，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓升壓轉換器，以由該第一直流電壓與該第二直流電壓對該負載充電。
5. 如請求項1所述的多輸入轉換器，其中，當該控制單元操作在一第四情境時，所產生的該第一控制信號控制該第一功率開關不導通，且該第二控制信號控制該第二功率開關 導通，且該第四控制信號控制該第四功率開關不導通，且該第六控制信號控制該第六切換開關不導通，且該控制單元根據該第一直流電壓、該第一直流電流、該第二直流電壓、及該第二直流電流在每一預定週期的一第一區間，藉由該第三控制信號及該第五控制信號分別控制該第三功率開關不導通及該第五切換開關導通，且在每一該預定週期的一第二區間，藉由該第三控制信號及該第五控制信號分別控制該第三功率開關導通及該第五切換開關不導通，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓升壓轉換器，以由該第一直流電壓對該第二直流電壓充電。
6. 如請求項1所述的多輸入轉換器，其中，該電容器是與該負載並聯，該電容器的該第一端與該第二端的跨壓等於一直流輸出電壓，當該控制單元操作在一第五情境時，該控制單元根據該第一直流電壓、該第一直流電流、該直流輸出電壓、及該第三直流電流在每一預定週期的一第一區間，藉由該第一控制信號至該第六控制信號分別控制該第一功率開關導通、該第二功率開關不導通、該第三功率開關不導通、該第四功率開關導通、該第五切換開關不導通、及該第六切換開關導通，且在每一該預定週期的一第二區間，藉由該第一控制信號至該第六控制信號分別控制該第一功率開關不導通、該第二功率開關導通、該第三功率開關不導通、該第四功率開關導通、該第五切換開關不導通、及該第六切換開關導通，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓轉換器，以由該第一直流電壓對該負載充 電，當該控制單元操作在該第五情境時，該控制單元根據該第一直流電壓、該第二直流電壓、及該第二直流電流在每一該預定週期的一第三區間，藉由該第一控制信號至該第六控制信號分別控制該第一功率開關不導通、該第二功率開關導通、該第三功率開關不導通、該第四功率開關不導通、該第五切換開關導通、及該第六切換開關不導通，且在每一該預定週期的一第四區間，藉由該第一控制信號至該第六控制信號分別控制該第一功率開關不導通、該第二功率開關導通、該第三功率開關導通、該第四功率開關不導通、該第五切換開關不導通、及該第六切換開關不導通，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓升壓轉換器，以由該第一直流電壓對該第二直流電壓充電。
7. 如請求項1所述的多輸入轉換器，其中，該電容器是接收該第三直流電壓，當該控制單元操作在一第六情境時，所產生的該第三控制信號控制該第三功率開關不導通，且該第四控制信號控制該第四功率開關導通，且該第五控制信號控制該第五切換開關不導通，且該第六控制信號控制該第六切換開關導通，且該控制單元根據該第一直流電壓、該第一直流電流、該第三直流電壓、及該第三直流電流在每一預定週期的一第一區間，藉由該第一控制信號及該第二控制信號分別控制該第一功率開關不導通及該第二功率開關導通，且在每一該預定週期的一第二區間，藉由該第一控制信號及該第二控制信號分別控制該第一功率開 關導通及該第二功率開關不導通，使得該多輸入轉換器電路操作為該升壓轉換器，以由該第三直流電壓對該第一直流電壓充電。
8. 如請求項1所述的多輸入轉換器，其中，該電容器是接收該第三直流電壓，當該控制單元操作在一第七情境時，所產生的該第一控制信號控制該第一功率開關不導通，且該第二控制信號控制該第二功率開關導通，且該第五控制信號控制該第五功率開關不導通，且該控制單元根據該第二直流電壓、該第二直流電流、該第三直流電壓、及該第三直流電流在每一預定週期的一第一區間，藉由該第三控制信號、該第四控制信號、及該第六控制信號分別控制該第三功率開關不導通、該第四功率開關導通、及該第六切換開關導通，且在每一該預定週期的一第二區間，藉由該第三控制信號、該第四控制信號、及該第六控制信號分別控制該第三功率開關導通、該第四功率開關不導通、及該第六切換開關不導通，使得該多輸入轉換器電路操作為該降壓升壓轉換器，以由該第三直流電壓對該第二直流電壓充電。
9. 如請求項1所述的多輸入轉換器，其中，該電容器是接收該第三直流電壓，該電容器的該第一端與該第二端的跨壓等於一直流輸出電壓，當該控制單元操作在一第八情境時，所產生的該第五控制信號控制該第五功率開關不導通，且該控制單元根據該第一直流電壓、該第一直流電流、該第二直流電壓、該第二直流電流、該直流輸出電壓、 及該第三直流電流在每一預定週期的一第一區間，藉由該第一控制信號至該第四控制信號及該第六控制信號分別控制該第一功率開關不導通、該第二功率開關導通、該第三功率開關不導通、該第四功率開關導通、及該第六切換開關導通，且在每一該預定週期的一第二區間，藉由該第一控制信號至該第四控制信號及該第六控制信號分別控制該第一功率開關導通、該第二功率開關不導通、該第三功率開關不導通、該第四功率開關導通、及該第六切換開關導通，且在每一該預定週期的一第三區間，藉由該第一控制信號至該第四控制信號及該第六控制信號分別控制該第一功率開關不導通、該第二功率開關導通、該第三功率開關導通、該第四功率開關不導通、及該第六切換開關不導通，使得該多輸入轉換器電路於該第一區間至該第二區間操作為該升壓轉換器，且於第三區間操作為該降壓升壓轉換器，以由該第三直流電壓對該第一直流電壓及該第二直流電壓充電。

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