CN102931862A - 直流-交流转换系统及直流-交流转换电路 - Google Patents

直流-交流转换系统及直流-交流转换电路 Download PDF

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Abstract

本发明是有关于一种直流-交流转换系统及直流-交流转换电路，该直流-交流转换电路，包含一升压转换模块及一换流转换模块。升压转换模块包括第一电感、与第一电感形成一变压器的第二电感、第一功率开关、第二功率开关、第一电容及第二电容。当第一功率开关与第二功率开关皆为导通时，第一可变电源及第二可变电源分别对第一电感及第二电感储能，且第一电容及第二电容一并提供能量至换流转换模块，使换流转换模块将能量转换后输出。在第一功率开关为非导通时，第一可变电源与第一电感释放能量至第一电容，在第二功率开关为非导通时，第二可变电源与第二电感释放能量至第二电容。

Description

直流-交流转换系统及直流-交流转换电路
技术领域
本发明涉及一种转换电路，特别是指一种直流-交流转换电路。
背景技术
由于气候与地理位置的关是，中国台湾地区所发展分散式能源发电技术中，以太阳能与风能发电技术最为成熟、利用性最高。然而，太阳能与风能发电在个别运用上易受限季节变化而产生影响，导致发电功率不甚稳定。为达到发电效益充份发挥，现今已提出许多整合太阳能与风能复合输入的转换器系统，期望以较少的元件改善单一分散式能源装置发电功率不稳定的缺点，并藉由市电并网功能将分散式能源所输出功率馈入市电端。
现今光伏/风力复合能源输入的转换系统可分为交流端并联型、直流端并联型以及输入端整合三种不同架构。
然而，就效率而言，现今的直流-交流转换系统皆属两级式电能转换，因此整体系统的发电效率必然较差，将不利于绿色/再生能源的撷取与利用。再者，就控制器设计考虑而言，为求系统能稳定工作，现今的架构皆采分级式控制器，不仅控制成本较高，且当系统需进一步扩增功率容量时，则需将多组转换器再次进行串接、并接的处理，然后再配接一额外的控制器以处理系统的电力潮流分配与平衡，如此将提高电路设计上的复杂度。
由此可见，上述现有的直流-交流转换系统在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的直流-交流转换系统及直流-交流转换电路，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明的目的是在提供一种可以节省元件成本、提高可靠度及电能转换效率的直流-交流转换电路。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种直流-交流转换电路，该直流-交流转换电路包含：一升压转换模块，包括：一第一电感，其一端接收一第一可变电源，一第一功率开关，耦接于该第一电感的另一端，一第一电容，具有一耦接于该第一电感另一端的第一端及一第二端，一第二电感，与该第一电感形成一变压器，且其中一端接收一第二可变电源，一第二功率开关，耦接于该第二电感的另一端，及一第二电容，具有一耦接于该第二电感另一端的第一端及一第二端；以及一换流转换模块，耦接于该第一电容的第二端及该第二电容的第二端，其中，在该第一功率开关与该第二功率开关皆为导通时，该第一可变电源及该第二可变电源分别对该第一电感及该第二电感储能，且该第一电容及该第二电容一并提供能量至该换流转换模块，使该换流转换模块将该能量转换后输出，在该第一功率开关为非导通时，该第一可变电源与该第一电感释放能量至该第一电容，在该第二功率开关为非导通时，该第二可变电源与该第二电感释放能量至该第二电容。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
较佳地，前述的直流-交流转换电路，其中该升压转换模块还包含：一第三电感，其一端接收一第三可变电源；一第三功率开关，耦接于该第三电感的另一端及该第一电容的第一端；一第四电感，其一端接收一第四可变电源，且该第一电感、该第二电感、该第三电感及该第四电感形成一变压器；及一第四功率开关，耦接于该第四电感的另一端及该第二电容的第一端，其中，在该第三功率开关与该第四功率开关皆为导通时，该第三可变电源及该第四可变电源分别对该第三电感及该第四电感储能，且该第一电容及该第二电容一并提供能量至该换流转换模块，使该换流转换模块将该能量转换后输出，在该第三功率开关为非导通时，该第三可变电源与该第三电感释放能量至该第一电容，于该第四功率开关为非导通时，该第四可变电源与该第四电感释放能量至该第二电容。
较佳地，前述的直流-交流转换电路，其中该第一功率开关具有一耦接于该第一电感的另一端的漏极、一用以控制该第一功率开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第二电容的第二端的源极，该第二功率开关具有一耦接于该第二电感的另一端的漏极、一用以控制该第二功率开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该换流转换模块的源极。
较佳地，前述的直流-交流转换电路，其中该换流转换模块包括：一第一切换开关，具有一漏极、一用以控制该第一切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第二功率开关的源极的源极；一第二切换开关，具有一漏极、一用以控制该第二切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第一切换开关的漏极的源极；一第三切换开关，具有一漏极、一用以控制该第三切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第二切换开关的漏极的源极；一第四切换开关，具有一耦接于该第一电容的第二端的漏极、一用以控制该第四切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第三切换开关的漏极的源极；一第五切换开关，具有一漏极、一用以控制该第五切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第二功率开关的源极的源极；一第六切换开关，具有一漏极、一用以控制该第六切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第五切换开关的漏极的源极；一第七切换开关，具有一漏极、一用以控制该第七切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第六切换开关的漏极的源极；一第八切换开关，具有一耦接于该第一电容的第二端的漏极、一用以控制该第八切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第七切换开关的漏极的源极，且该第一功率开关的源极、该第二电容的第二端、该第一切换开关的漏极、该第三切换开关的漏极、该第五切换开关的漏极及该第七切换开关的漏极相互耦接于地；一输出电感，其中一端耦接于该第六切换开关的漏极；及一输出电容，其中一端耦接于该输出电感的另一端，其中另一端耦接于该第二切换开关的漏极。
较佳地，前述的直流-交流转换电路，其中该换流转换模块包括：一第一切换开关，具有一漏极、一用以控制该第一切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第二功率开关的源极的源极；一第二切换开关，具有一耦接于该第二电容的第二端的漏极、一用以控制该第二切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第一切换开关的漏极的源极；一第三切换开关，具有一漏极、一用以控制该第三切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第一功率开关的源极的源极；一第四切换开关，具有一耦接于该第一电容的第二端的漏极、一用以控制该第四切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第三切换开关的漏极的源极；一第五切换开关，具有一漏极、一用以控制该第五切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第二功率开关的源极的源极；一第六切换开关，具有一耦接于该第二电容的第二端的漏极、一用以控制该第六切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第五切换开关的漏极的源极；一第七切换开关，具有一耦接于该第一切换开关的漏极的漏极、一用以控制该第七切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第一功率开关的源极的源极；一第八切换开关，具有一耦接于该第一电容的第二端的漏极、一用以控制该第八切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第七切换开关的漏极的源极；一输出电感，其中一端耦接于该第三切换开关的漏极；及一输出电容，其中一端耦接于该输出电感的另一端，其中另一端耦接于该第五切换开关的漏极。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种直流-交流转换系统，该直流-交流转换系统包含：一控制器；以及一直流-交流转换电路，包括：一升压转换模块，包括：一第一电感，其一端接收一第一可变电源，一第一功率开关，耦接于该第一电感的另一端，并受该控制器的控制而启闭，一第一电容，具有一耦接于该第一电感另一端的第一端及一第二端，一第二电感，与该第一电感形成一变压器，且其中一端接收一第二可变电源，一第二功率开关，耦接于该第二电感的另一端，并受该控制器的控制而启闭，及一第二电容，具有一耦接于该第二电感另一端的第一端及一第二端，及一换流转换模块，耦接于该第一电容的第二端及该第二电容的第二端，其中，在该第一功率开关与该第二功率开关皆为导通时，该第一可变电源及该第二可变电源分别对该第一电感及该第二电感储能，且该第一电容及该第二电容一并提供能量至该换流转换模块，使该换流转换模块将该能量转换后输出，在该第一功率开关为非导通时，该第一可变电源与该第一电感释放能量至该第一电容，在该第二功率开关为非导通时，该第二可变电源与该第二电感释放能量至该第二电容。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
较佳地，前述的直流-交流转换系统，其中该升压转换模块还包含：一第三电感，其一端接收一第三可变电源；一第三功率开关，耦接于该第三电感的另一端及该第一电容的第一端，并受该控制器的控制而启闭；一第四电感，其一端接收一第四可变电源，且该第一电感、该第二电感、该第三电感及该第四电感形成一变压器；及一第四功率开关，耦接于该第四电感的另一端及该第二电容的第一端，并受该控制器的控制而启闭，其中，在该第三功率开关与该第四功率开关皆为导通时，该第三可变电源及该第四可变电源分别对该第三电感及该第四电感储能，且该第一电容及该第二电容一并提供能量至该换流转换模块，使该换流转换模块将该能量转换后输出，在该第三功率开关为非导通时，该第三可变电源与该第三电感释放能量至该第一电容，在该第四功率开关为非导通时，该第四可变电源与该第四电感释放能量至该第二电容。
较佳地，前述的直流-交流转换系统，其中该第一功率开关具有一耦接于该第一电感的另一端的漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第二电容的第二端的源极，该第二功率开关具有一耦接于该第二电感的另一端的漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该换流转换模块的源极。
较佳地，前述的直流-交流转换系统，其中该换流转换模块包括：一第一切换开关，具有一漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第二功率开关的源极的源极；一第二切换开关，具有一漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第一切换开关的漏极的源极；一第三切换开关，具有一漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第二切换开关的漏极的源极；一第四切换开关，具有一耦接于该第一电容的第二端的漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第三切换开关的漏极的源极；一第五切换开关，具有一漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第二功率开关的源极的源极；一第六切换开关，具有一漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第五切换开关的漏极的源极；一第七切换开关，具有一漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第六切换开关的漏极的源极；一第八切换开关，具有一耦接于该第一电容的第二端的漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第七切换开关的漏极的源极，且该第一功率开关的源极、该第二电容的第二端、该第一切换开关的漏极、该第三切换开关的漏极、该第五切换开关的漏极及该第七切换开关的漏极相互耦接于地；一输出电感，其中一端耦接于该第六切换开关的漏极；及一输出电容，其中一端耦接于该输出电感的另一端，其中另一端耦接于该第二切换开关的漏极。
较佳地，前述的直流-交流转换系统，其中该换流转换模块包括：一第一切换开关，具有一漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第二功率开关的源极的源极；一第二切换开关，具有一耦接于该第二电容的第二端的漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第一切换开关的漏极的源极；一第三切换开关，具有一漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第一功率开关的源极的源极；一第四切换开关，具有一耦接于该第一电容的第二端的漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第三切换开关的漏极的源极；一第五切换开关，具有一漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第二功率开关的源极的源极；一第六切换开关，具有一耦接于该第二电容的第二端的漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第五切换开关的漏极的源极；一第七切换开关，具有一耦接于该第一切换开关的漏极的漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第一功率开关的源极的源极；一第八切换开关，具有一耦接于该第一电容的第二端的漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第七切换开关的漏极的源极；一输出电感，其中一端耦接于该第三切换开关的漏极；及一输出电容，其中一端耦接于该输出电感的另一端，其中另一端耦接于该第五切换开关的漏极。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明直流-交流转换系统及直流-交流转换电路至少具有下列优点及有益效果：
1、可提供多组低压/大电流能源输入(Multiple Low-Voltage/HighCurrent Inputs Available)，并依能源需求进行最大功率追踪以撷取最大能量。
2、低谐波输出(Low Harmonic Output)用以提供用电端/客户优良的电力品质。
3、交流端(AC-s ide)电力转换器的功率开关具低电压应力特性(LowSwitch Voltage Stress)，使系统兼具有更高可靠度与高电能转换效率。
4、单级整合型电能转换(Integrated Single-Stage Power Conversion)与单一系统控制器架构，成本降低。
5、具有双向电力潮流能力(Bidirectional Power Flow Capability)，亦即作整流器(Rectifier)使用时，提供多组不同电压的输出能力(Multiple Output)。
6、第一电感与第二电感形成一变压器设计，第三电感与第四电感形成一变压器设计，且多组电感及其对应的功率开关元共用第一电容与第二电容，可节省元件的数量，降低成本。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是说明本发明直流-交流转换系统的第一实施例；
图2是说明第一实施例的直流-交流转换电路的电路图；
图3是说明第一实施例的直流-交流转换电路中第一功率开关及第二功率开关皆为导通时，第一回路、第二回路及二电容释能的电流流向；
图4是说明第一实施例的直流-交流转换电路中第一功率开关为非导通且第二功率开关为导通时，第二回路、第三回路及输出端环流的电流流向；
图5是说明第一实施例的直流-交流转换电路中第一功率开关为导通且第二功率开关为非导通时，第一回路、第四回路及输出端环流的电流流向；
图6是说明第一实施例的直流-交流转换电路中第一功率开关及第二功率开关皆为非导通时，第三回路、第四回路及输出端环流的电流流向；
图7是说明第一实施例的换流转换模块的中性点电压、输出电压、输出电流的实测波形图；
图8是说明本发明直流-交流转换系统的第二实施例；
图9是说明本发明直流-交流转换系统的第三实施例；及
图10是说明第三实施例的换流转换模块的另一种实施态样。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的直流-交流转换系统及直流-交流转换电路其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1所示，本发明直流-交流转换系统100的第一实施例，该直流-交流转换系统100包含一整合型直流-交流转换电路10及一控制器20，直流-交流转换电路10可接收太阳能数组(PV Array)、风力涡轮(WindTurbine)、电池(Battery)、燃料电池(Fuel Cell)、超大电容(ultra-capacitor)等各种再生/绿色能源，并通过控制器20而将该些能源进行升压及转换，以得到低谐波高电力品质的供应电压输出。
配合参阅图2，直流-交流转换电路10包括一升压转换模块1及一换流转换模块2。升压转换模块1包括一第一电感L1、一第二电感L2、一第一功率开关SH、一第二功率开关SL、一第一电容Cdc1及一第二电容Cdc2，其中第一电感L1及第一功率开关SH可为一组升压转换单元，第二电感L2及第二功率开关SL为另一组升压转换单元。
第一电感L1的一端接收一第一可变电源VS1，第一可变电源VS1是以太阳能数组为例说明；第一功率开关SH为一N型金氧半场效晶体管，其具有一耦接于第一电感L1的另一端的漏极(D)、一耦接于控制器20的栅极(G)及一源极(S)，第一功率开关SH受控制器20的控制而在一导通(ON)与一非导通(OFF)状态切换；第一电容Cdc1具有一耦接于第一电感L1另一端及第一功率开关SH的漏极(D)的第一端及一第二端。
第二电感L2与第一电感L1形成一变压器，且其中一端接收一第二可变电源VS2，该第二可变电源VS2是以风力涡轮为例说明；第二功率开关SL是为一N型金氧半场效晶体管，其具有一耦接于第二电感L2的另一端的漏极(D)、一耦接于控制器20的栅极(G)及一源极(S)，第二功率开关SL受控制器20的控制而在一导通(ON)与一非导通(OFF)状态切换；第二电容Cdc2具有一耦接于第二电感L2另一端及第二功率开关SL的漏极(D)的第一端，及一耦接于第一功率开关SH的源极(S)的第二端，第一功率开关SH的源极(S)耦接于第二电容Cdc2的第二端。
换流转换模块2为一中性点箝位换流器，其中包括一第一切换开关Sa1、一第二切换开关Sa2、一第三切换开关Sa3、一第四切换开关Sa4、一第五切换开关Sb1、一第六切换开关Sb2、一第七切换开关Sb3、第八切换开关Sb4、一输出电感Lo及一输出电容Co。
第一至第四切换开关Sa1～Sa4皆为N型金氧半场效晶体管，第一切换开关Sa1的漏极(D)耦接于第二切换开关Sa2的源极(S)，第二切换开关Sa2的漏极(D)耦接于第三切换开关Sa3的源极(S)，第三切换开关Sa3的漏极(D)耦接于第四切换开关Sa4的源极(S)，第一切换开关Sa1的源极(S)耦接于第二功率开关SL的源极(S)，第四切换开关Sa4的漏极(D)耦接于第一电容Cdc1的第二端，第一至第四切换开关Sa1～Sa4的栅极(G)皆耦接于控制器20，并皆受控制器20的控制而在一导通(ON)与一非导通(OFF)状态切换。
第五至第八切换开关Sb1～Sb4皆为N型金氧半场效晶体管，且皆受控制器20的控制而在一导通(ON)与一非导通(OFF)状态切换，第五切换开关Sb1的漏极(D)耦接于第六切换开关Sb2的源极(S)，第六切换开关Sb2的漏极(D)耦接于第七切换开关Sb3的源极(S)，第七切换开关Sb3的漏极(D)耦接于第八切换开关Sb4的源极(S)，第五切换开关Sb1的源极(S)耦接于第二功率开关SL的源极(S)，第八切换开关Sb4的漏极(D)耦接于第一电容Cdc1的第二端。在本实施例中，第一功率开关SH的源极(S)、第二电容Cdc2的第二端、第一切换开关Sa1的漏极(D)、第三切换开关Sa3的漏极(D)、第五切换开关Sb1的漏极(D)及第七切换开关Sb3的漏极(D)相互耦接于地。
输出电感Lo的一端耦接于第六切换开关Sb2的漏极(D)(即B点)，另一端则耦接于输出电容Co的一端及一负载RL，输出电容Co的另一端则耦接于第二切换开关Sa2的漏极(D)(即A点)。
配合参阅图3，当第一功率开关SH与第二功率开关SL受控制器20的控制而皆为导通时，第一可变电源VS1与第一电感L1会形成一第一回路I，第二可变电源VS2与第二电感L2会形成一第二回路I I，如图3的中心线所示，第一可变电源VS1及第二可变电源VS2分别对第一电感L1及第二电感L2储能，且同时，第一电容Cdc1与第二电容Cdc2会相互串联而将其能量相加一并提供至换流转换模块2，使换流转换模块2将该能量转换后传送至负载RL。
参阅图2及图4，当控制器20控制第一功率开关SH为非导通且第二功率开关SL为导通时，第二可变电源VS2与第二电感L2仍形成第二回路II，使得第二可变电源VS2会持续对第二电感L2储能，且同时，第一可变电源VS1、第一电感L1、第一电容Cdc1、第三切换开关Sa3、第四切换开关Sa4、第七切换开关Sb3及第八切换开关Sb4会形成一第三回路III，第一可变电源VS1与第一电感L1的能量可通过换流转换模块2中第三切换开关Sa3、第四切换开关Sa4、第七切换开关Sb3及第八切换开关Sb4的导通，对第一电容Cdc1储能。
特别说明的是，为了避免换流转换模块2输出交流弦波电压产生正负半周不平衡的情形，因此令换流转换模块2的第一切换开关Sa1、第二切换开关Sa2、第五切换开关Sb1及第六切换开关Sb2为非导通，以防止第二电容Cdc2的能量释放至换流转换模块2，且此时输出电感Lo、输出电容Co、第二切换开关Sa2及第七切换开关Sb3构成环流状态，如图4的虚线所示。
参阅图2及图5，当控制器20控制第一功率开关SH为导通且第二功率开关SL为非导通时，第一可变电源VS1与第一电感L1形成第一回路I，使得第一可变电源VS1会持续对第一电感L1储能，且第二可变电源VS2、第二电感L2、第二电容Cdc2、第一切换开关Sa1、第二切换开关Sa2、第五切换开关Sb1及第六切换开关Sb2会形成一第四回路IV，第二可变电源VS2与第二电感L2的能量可通过换流转换模块2中第一切换开关Sa1、第二切换开关Sa2、第五切换开关Sb1及第六切换开关Sb2的导通，对第二电容Cdc2储能。
同样地，为了避免换流转换模块2输出交流弦波电压产生正负半周不平衡的情形，换流转换模块2的第三切换开关Sa3、第四切换开关Sa4、第七切换开关Sb3及第八切换开关Sb4会为非导通状态，以防止第一电容Cdc1的能量释放至换流转换模块2，且输出电感Lo、输出电容Co、第二切换开关Sa2及第七切换开关Sb3仍为环流状态，如图5的虚线所示。
参阅图2及图6，当第一功率开关SH与第二功率开关SL受控制器20的控制而皆为非导通时，换流转换模块2中所有开关会全部导通，使得第一可变电源VS1与第一电感L1释放能量至第一电容Cdc1以对第一电容Cdc1储能，第二可变电源VS2与第二电感L2释放能量至第二电容Cdc2以对第二电容Cdc2储能，且输出电感Lo、输出电容Co、第二切换开关Sa2及第七切换开关Sb3仍为环流状态。
整体而言，当第一电感L1与第二电感L2同时进行储能时，换流转换模块2才能将第一电容Cdc1及第二电容Cdc2的能量转换以进行最大功率追踪，撷取最大能量，并提供一低谐波(Low Harmonic)的电力输出，以提升用电端/客户优良的电力品质，而当第一可变电源VS1或第二可变电源VS2对单一电容储能时，换流转换模块2则会进入环流模式。
此外，本实施例的直流-交流转换系统100是采用单级整合型电能转换(Integrated Single-Stage Power Conversion)与单一控制器20架构，可大幅降低设计及制作上的成本，且具双向电力潮流能力(BidirectionalPower Flow Capability)，亦即作整流器(Rectifier)使用时，提供多组不同电压的输出能力(Multiple Output)。又由于本实施例的直流-交流转换电路10藉由升压转换模块1及换流转换模块2的配合，并施以一特定设计的脉波宽度调变整合成一单级功率转换电路，可兼具有多组输入、直流-交流系统整合、共用功率开关、升降压与低开关跨压的特性，且升压转换模块1中第一电感L1与第二电感L2形成变压器设计，更可以节省元件的数量，降低成本。
就输入端直流侧而言，升压转换模块1提供多组低电压/大电流的能源输入(Multiple Low-Voltage/High Current Inputs Available)，并通过第一功率开关SH与第二功率开关SL的切换而针对各输入再生/绿色能源进行升压，以解决输入电压过低问题，且同时降低第一功率开关SH与第二功率开关SL导通与切换损失。就输出端交流侧而言，换流转换模块2采用中性点箝位，且每个切换开关具低电压应力特性(Low Switch Voltage Stress)，使整个系统兼具有更高可靠度与高电能转换效率，而且以多阶合成电压方式可达到低谐波等高电力品质输出。当然，本实施例的直流-交流转换电路10可为一单相或三相直流-交流整合型直流-交流转换电路，且换流转换模块2也可为一全桥串级式架构，均不以本实施例为限。
参阅图7，为换流转换模块2的中性点电压VAB、输出电压Vo、输出电流io实测波形，其中额定输出功率设定为1kVA、第一可变电源VS1设定为36V、第二可变电源VS2设定为24V、切换频率设定为60Hz、第一电感L1及第二电感L2设定为1mH、第一电容Cdc1及第二电容Cddc2设定为2000μF、输出电感Lo设定为1mH，以及输出电容Co设定为10μF。由图7可知，在输入两组不同的可变电压的情况下、第一电容Cdc1及第二电容Cdc2的电压分别约为130V与170V，且交流侧输出中性点电压VAB为五阶波形，经滤波后电压有效值为110V、峰值约为156V、总谐波失真(THD)低于5％。因此，本发明的直流-交流转换电路10可配置多组绿色/再生能源的输入，并提供高品质电压输出，有效改善现有习知技艺的缺失，进而达成本发明的目的。
参阅图8，本发明直流-交流转换系统100的第二实施例，其中大致与第一实施例相同，其差异之处在于，本实施例的换流转换模块2的架构与第一实施例不同。
在本实施例中，直流-交流转换电路10的换流转换模块2包括有一第一切换开关Sa1、一第二切换开关Sa2、一第三切换开关Sa3、一第四切换开关Sa4、一第五切换开关Sb1、一第六切换开关Sb2、一第七切换开关Sb3、第八切换开关Sb4、一输出电感Lo及一输出电容Co。而升压转换模块1中的元件与第一实施例相同，故不多加赘述。
第一切换开关Sa1的漏极(D)耦接于第二切换开关Sa2的源极(S)，其栅极(G)耦接于控制器20，其源极(S)耦接于第二功率开关SL的源极(S)；第二切换开关Sa2的漏极(D)耦接于第二电容Cdc2的第二端，其栅极(G)耦接于控制器20。第三切换开关Sa3的漏极(D)耦接于第四切换开关Sa4的源极(S)，其栅极(G)耦接于控制器20，其源极(S)耦接于第一功率开关SH的源极(S)；第四切换开关Sa4的漏极(D)耦接于第一电容Cdc1的第二端，其栅极(G)耦接于控制器20。第五切换开关Sb1的漏极(D)耦接于第六切换开关Sb2的源极(S)，其栅极(G)耦接于控制器20，其源极(S)耦接于第二功率开关SL的源极(S)；第六切换开关Sb2的漏极(D)耦接于第二电容Cdc2的第二端，其栅极(G)耦接于控制器20。第七切换开关Sb3的漏极(D)耦接于第八切换开关Sb4的源极(S)，其栅极(G)耦接于控制器20，其源极(S)耦接于第一功率开关SH的源极(S)；第八切换开关Sb4的漏极(D)耦接于第一电容Cdc1的第二端，其栅极(G)耦接于控制器20，且第一切换开关Sa1的漏极(D)还耦接于第七切换开关Sb3的漏极(D)。
输出电感Lo的一端耦接于第三切换开关Sa3的漏极(D)，另一端则耦接于输出电容Co的一端及负载RL，输出电容Co的另一端则耦接于第五切换开关Sb1的漏极(D)。如此，本实施例的直流-交流转换电路10同样能达到降低成本、提高可靠度及电能转换效率的功效。
参阅图9，本发明直流-交流转换系统100的第三实施例，其中大致与第一实施例相同，其差异的处在于，升压转换模块1还包含一第三电感L3、一第四电感L4、一第三功率开关SH’及一第四功率开关SL’，意即本实施例的升压转换模块1是包含四组升压转换单元(其中第三电感L3及第三功率开关SH’可为一组升压转换单元，第四电感L4及第四功率开关SL’为另一组升压转换单元)，但其数量并不以此为限。
第三电感L3的一端接收一第三可变电源VS3；第三功率开关SH’是为一N型金氧半场效晶体管，其具有一耦接于第三电感L3的另一端及第一电容Cdc1的第一端的漏极(D)、一耦接于控制器20的栅极(G)，及一耦接于第一功率开关SH的源极(S)的源极(S)，第一功率开关SH受控制器20的控制而在一导通(ON)与一非导通(OFF)状态切换；第四电感L4的一端接收一第四可变电源VS4；第四功率开关SL’是为一N型金氧半场效晶体管，其具有一耦接于第四电感L4的另一端及第二电容Cdc2的第一端的漏极(D)、一耦接于控制器20的栅极(G)，及一耦接于第二功率开关SL的源极(S)的源极(S)，第四功率开关SL’受控制器20的控制而在一导通(ON)与一非导通(OFF)状态切换，且第一至第四电感L1～L4是形成一变压器。而在本实施例中，第三可变电源VS3是以太阳能数组为例说明，第四可变电源VS4是以风力涡轮为例说明，且第一功率开关SH与第三功率开关SH’的切换频率相同，第二功率开关SL与第四功率开关SL’的切换频率相同。
因此，当所有功率开关SH、SL、SH’、SL’皆为导通时，第一至第四可变电源VS1～VS4会分别对第一至第四电感L1～L4进行储能，且第一电容Cdc1与第二电容Cdc2会相互串联而将所有电感所储存的能量相加一并提供至换流转换模块2，以进行能量转换及最大功率追踪，撷取最大能量；当第一功率开关SH与第三功率开关SH’为非导通时，第一可变电源VS1、 第三可变电源VS3、第一电感L1及第三电感L3同时释放能量至第一电容Cdc1，且换流转换模块2会进入环流模式；而当第二功率开关SL与第四功率开关SL’为非导通时，第二可变电源VS2、第四可变电源VS4、第二电感L2及第四电感L4则会同时释放能量至第二电容Cdc2，且换流转换模块2会进入环流模式，也就是说，当任一可变电源对其对应的电容储能时，换流转换模块2则会进入环流模式。如此本实施例的直流-交流转换电路10同样兼具有多组输入、直流-交流系统整合、共用功率开关、升降压与低开关跨压的特性，且四组升压转换单元共用第一电容Cdc1与第二电容Cdc2，更能达到降低成本、提高可靠度及电能转换效率的功效。当然，本实施例的换流转换模块2的架构也可以同如第二实施例所述的架构，如图10所示，如此同样能达到本案的功效。
综上所述，本发明直流-交流转换系统100，藉由升压转换模块1及换流转换模块2的配合，并利用控制器20控制各个功率开关及切换开关的启闭，而形成兼具有多组输入、直流-交流系统整合、共用功率开关、升降压与低开关跨压的特性，此外，升压转换模块1中第一电感L1与第二电感L2形成一变压器设计，第三电感L3与第四电感L4形成一变压器设计，且多组升压转换单元共用第一电容Cdc1与第二电容Cdc2，如此更可以节省元件的数量，降低成本，故确实能达成本发明的目的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种直流-交流转换电路，其特征在于：
该直流-交流转换电路包含：
一升压转换模块，包括：
一第一电感，其一端接收一第一可变电源，
一第一功率开关，耦接于该第一电感的另一端，
一第一电容，具有一耦接于该第一电感另一端的第一端及一第二端，
一第二电感，与该第一电感形成一变压器，且其中一端接收一第二可变电源，
一第二功率开关，耦接于该第二电感的另一端，及
一第二电容，具有一耦接于该第二电感另一端的第一端及一第二端；以及
一换流转换模块，耦接于该第一电容的第二端及该第二电容的第二端，其中，在该第一功率开关与该第二功率开关皆为导通时，该第一可变电源及该第二可变电源分别对该第一电感及该第二电感储能，且该第一电容及该第二电容一并提供能量至该换流转换模块，使该换流转换模块将该能量转换后输出，在该第一功率开关为非导通时，该第一可变电源与该第一电感释放能量至该第一电容，在该第二功率开关为非导通时，该第二可变电源与该第二电感释放能量至该第二电容。
2.如权利要求1所述的直流-交流转换电路，其特征在于：该升压转换模块还包含：
一第三电感，其一端接收一第三可变电源；
一第三功率开关，耦接于该第三电感的另一端及该第一电容的第一端；
一第四电感，其一端接收一第四可变电源，且该第一电感、该第二电感、该第三电感及该第四电感形成一变压器；及
一第四功率开关，耦接于该第四电感的另一端及该第二电容的第一端，其中，在该第三功率开关与该第四功率开关皆为导通时，该第三可变电源及该第四可变电源分别对该第三电感及该第四电感储能，且该第一电容及该第二电容一并提供能量至该换流转换模块，使该换流转换模块将该能量转换后输出，在该第三功率开关为非导通时，该第三可变电源与该第三电感释放能量至该第一电容，于该第四功率开关为非导通时，该第四可变电源与该第四电感释放能量至该第二电容。
3.如权利要求1或2所述的直流-交流转换电路，其特征在于：该第一功率开关具有一耦接于该第一电感的另一端的漏极、一用以控制该第一功率开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第二电容的第二端的源极，该第二功率开关具有一耦接于该第二电感的另一端的漏极、一用以控制该第二功率开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该换流转换模块的源极。
4.如权利要求3所述的直流-交流转换电路，其特征在于：该换流转换模块包括：
一第一切换开关，具有一漏极、一用以控制该第一切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第二功率开关的源极的源极；
一第二切换开关，具有一漏极、一用以控制该第二切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第一切换开关的漏极的源极；
一第三切换开关，具有一漏极、一用以控制该第三切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第二切换开关的漏极的源极；
一第四切换开关，具有一耦接于该第一电容的第二端的漏极、一用以控制该第四切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第三切换开关的漏极的源极；
一第五切换开关，具有一漏极、一用以控制该第五切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第二功率开关的源极的源极；
一第六切换开关，具有一漏极、一用以控制该第六切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第五切换开关的漏极的源极；
一第七切换开关，具有一漏极、一用以控制该第七切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第六切换开关的漏极的源极；
一第八切换开关，具有一耦接于该第一电容的第二端的漏极、一用以控制该第八切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第七切换开关的漏极的源极，且该第一功率开关的源极、该第二电容的第二端、该第一切换开关的漏极、该第三切换开关的漏极、该第五切换开关的漏极及该第七切换开关的漏极相互耦接于地；
一输出电感，其中一端耦接于该第六切换开关的漏极；及
一输出电容，其中一端耦接于该输出电感的另一端，其中另一端耦接于该第二切换开关的漏极。
5.如权利要求3所述的直流-交流转换电路，其特征在于：该换流转换模块包括：
一第一切换开关，具有一漏极、一用以控制该第一切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第二功率开关的源极的源极；
一第二切换开关，具有一耦接于该第二电容的第二端的漏极、一用以控制该第二切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第一切换开关的漏极的源极；
一第三切换开关，具有一漏极、一用以控制该第三切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第一功率开关的源极的源极；
一第四切换开关，具有一耦接于该第一电容的第二端的漏极、一用以控制该第四切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第三切换开关的漏极的源极；
一第五切换开关，具有一漏极、一用以控制该第五切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第二功率开关的源极的源极；
一第六切换开关，具有一耦接于该第二电容的第二端的漏极、一用以控制该第六切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第五切换开关的漏极的源极；
一第七切换开关，具有一耦接于该第一切换开关的漏极的漏极、一用以控制该第七切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第一功率开关的源极的源极；
一第八切换开关，具有一耦接于该第一电容的第二端的漏极、一用以控制该第八切换开关导通及非导通的栅极，及一耦接于该第七切换开关的漏极的源极；
一输出电感，其中一端耦接于该第三切换开关的漏极；及
一输出电容，其中一端耦接于该输出电感的另一端，其中另一端耦接于该第五切换开关的漏极。
6.一种直流-交流转换系统，其特征在于：
该直流-交流转换系统包含：
一控制器；以及
一直流-交流转换电路，包括：
一升压转换模块，包括：
一第一电感，其一端接收一第一可变电源，
一第一功率开关，耦接于该第一电感的另一端，并受该控制器的控制而启闭，
一第一电容，具有一耦接于该第一电感另一端的第一端及一第二端，
一第二电感，与该第一电感形成一变压器，且其中一端接收一第二可变电源，
一第二功率开关，耦接于该第二电感的另一端，并受该控制器的控制而启闭，及
一第二电容，具有一耦接于该第二电感另一端的第一端及一第二端，及
一换流转换模块，耦接于该第一电容的第二端及该第二电容的第二端，其中，在该第一功率开关与该第二功率开关皆为导通时，该第一可变电源及该第二可变电源分别对该第一电感及该第二电感储能，且该第一电容及该第二电容一并提供能量至该换流转换模块，使该换流转换模块将该能量转换后输出，在该第一功率开关为非导通时，该第一可变电源与该第一电感释放能量至该第一电容，在该第二功率开关为非导通时，该第二可变电源与该第二电感释放能量至该第二电容。
7.如权利要求6所述的直流-交流转换系统，其特征在于：该升压转换模块还包含：
一第三电感，其一端接收一第三可变电源；
一第三功率开关，耦接于该第三电感的另一端及该第一电容的第一端，并受该控制器的控制而启闭；
一第四电感，其一端接收一第四可变电源，且该第一电感、该第二电感、该第三电感及该第四电感形成一变压器；及
一第四功率开关，耦接于该第四电感的另一端及该第二电容的第一端，并受该控制器的控制而启闭，其中，在该第三功率开关与该第四功率开关皆为导通时，该第三可变电源及该第四可变电源分别对该第三电感及该第四电感储能，且该第一电容及该第二电容一并提供能量至该换流转换模块，使该换流转换模块将该能量转换后输出，在该第三功率开关为非导通时，该第三可变电源与该第三电感释放能量至该第一电容，在该第四功率开关为非导通时，该第四可变电源与该第四电感释放能量至该第二电容。
8.如权利要求6或7所述的直流-交流转换系统，其特征在于：该第一功率开关具有一耦接于该第一电感的另一端的漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第二电容的第二端的源极，该第二功率开关具有一耦接于该第二电感的另一端的漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该换流转换模块的源极。
9.如权利要求8所述的直流-交流转换系统，其特征在于：该换流转换模块包括：
一第一切换开关，具有一漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第二功率开关的源极的源极；
一第二切换开关，具有一漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第一切换开关的漏极的源极；
一第三切换开关，具有一漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第二切换开关的漏极的源极；
一第四切换开关，具有一耦接于该第一电容的第二端的漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第三切换开关的漏极的源极；
一第五切换开关，具有一漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第二功率开关的源极的源极；
一第六切换开关，具有一漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第五切换开关的漏极的源极；
一第七切换开关，具有一漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第六切换开关的漏极的源极；
一第八切换开关，具有一耦接于该第一电容的第二端的漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第七切换开关的漏极的源极，且该第一功率开关的源极、该第二电容的第二端、该第一切换开关的漏极、该第三切换开关的漏极、该第五切换开关的漏极及该第七切换开关的漏极相互耦接于地；
一输出电感，其中一端耦接于该第六切换开关的漏极；及
一输出电容，其中一端耦接于该输出电感的另一端，其中另一端耦接于该第二切换开关的漏极。
10.如权利要求8所述的直流-交流转换系统，其特征在于：该换流转换模块包括：
一第一切换开关，具有一漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第二功率开关的源极的源极；
一第二切换开关，具有一耦接于该第二电容的第二端的漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第一切换开关的漏极的源极；
一第三切换开关，具有一漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第一功率开关的源极的源极；
一第四切换开关，具有一耦接于该第一电容的第二端的漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第三切换开关的漏极的源极；
一第五切换开关，具有一漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第二功率开关的源极的源极；
一第六切换开关，具有一耦接于该第二电容的第二端的漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第五切换开关的漏极的源极；
一第七切换开关，具有一耦接于该第一切换开关的漏极的漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第一功率开关的源极的源极；
一第八切换开关，具有一耦接于该第一电容的第二端的漏极、一耦接于该控制器的栅极，及一耦接于该第七切换开关的漏极的源极；
一输出电感，其中一端耦接于该第三切换开关的漏极；及
一输出电容，其中一端耦接于该输出电感的另一端，其中另一端耦接于该第五切换开关的漏极。
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