CN105827126B - 双降式直流转交流转换系统及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双降式直流转交流转换系统及其操作方法，该转换系统主要包含输入电容组、第一转换电路、第二转换电路、续流二极管以及控制电路。输入电容组包含第一电容与第二电容，第一电容与第二电容连接中性点，并且接收直流输入电压。第一转换电路与第二转换电路并联输入电容组。续流二极管连接第一转换电路与第二转换电路。控制电路产生多个控制信号，分别控制第一转换电路与第二转换电路，以降低直流输入电压的寄生电容效应所造成的漏电流。本发明通过第一滤波电路、第二滤波电路与输入直流侧的该中性点连接，大大地降低寄生电容电压所造成漏电流的影响，并且解决零交越点时发生短路导通的误动作。
Description
技术领域
本发明是有关一种双降式直流转交流转换系统及其操作方法，尤指一种应用于太阳能光伏电源转换系统的双降式直流转交流转换系统及其操作方法。
背景技术
请参阅图1为先前技术双降压式逆变器(dual-buck inverter)的电路图。该双降压式逆变器接收一直流输入电压Vdc，并且转换该直流输入电压Vdc为一交流输出电压Vac。该双降压式逆变器包含两组降压电路，分别为一第一降压电路BC1与一第二降压电路BC2。其中，该第一降压电路BC1主要包含一第一桥臂Lg1a与一第二桥臂Lg2a，并且该第一桥臂Lg1a包含一第一开关S1a与串联该第一开关S1a的一第一二极管D1a；该第二桥臂Lg2a包含一第二开关S2a与串联该第二开关S2a的一第二二极管D2a。该第二降压电路BC2主要包含一第三桥臂Lg3a与一第四桥臂Lg4a，并且该第三桥臂Lg3a包含一第三开关S3a与串联该第三开关S3a的一第三二极管D3a；该第四桥臂Lg4a包含一第四开关S4a与串联该第四开关S4a的一第四二极管D4a。此外，该第一降压电路BC1与该第二降压电路BC2并联连接一输入电容C1a。
配合参阅图2为先前技术双降压式逆变器的驱动信号的波形示意图。通过一驱动信号产生电路(未图示)产生对应控制该第一开关S1a、该第二开关S2a、该第三开关S3a以及该第四开关S4a的多个控制信号，分别为一第一控制信号Sca1、一第二控制信号Sca2、一第三控制信号Sca3以及一第四控制信号Sca4。
该第一控制信号Sca1与该第二控制信号Sca2为一互补低频信号对。当该交流输出电压Vac为正半周时(时间t0～t1区间)，该第一控制信号Sca1为高电平导通该第一开关S1a，该第二控制信号Sca2为低电平截止该第二开关S2a。该第三控制信号Sca3为低电平截止该第三开关S3a，该第四控制信号Sca4为高频切换该第四开关S4a。当该交流输出电压Vac为负半周时(时间t1～t2区间)，该第一控制信号Sca1为低电平截止该第一开关S1a，该第二控制信号Sca2为高电平导通该第二开关S2a。该第三控制信号Sca3为高频切换该第三开关S3a，该第四控制信号Sca4为低电平截止该第四开关S4a。
然而，在此双降压式逆变器架构下，由于该交流输出电压Vac变化大，因此，造成寄生电容Cp1,Cp2上的电压变化较大，而产生快速变化的漏电流Icp1,Icp2，亦即，寄生电容电压变化越大，漏电流越增加。再者，传统双降压式逆变器架构容易在零交越点时发生短路导通(short through)的误动作。
因此，如何设计出一种双降式直流转交流转换系统及其操作方法，通过双降式逆变器(dual-buck inverter)架构，实现输出电感的储能与释能操作。并且提供续流二极管以提供正、负半周操作的续流路径。再者，通过将滤波电路与输入直流侧的该中性点连接，大大地降低寄生电容电压所造成漏电流的影响，并且解决零交越点时发生短路导通(shortthrough)的误动作，乃为本发明的发明人所欲以克服并加以解决的一大课题。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种双降式直流转交流转换系统，以克服熟知技术的问题。因此本发明双降式直流转交流转换系统是以转换一直流输入电压为一交流输出电压。该双降式直流转交流转换系统包含一输入电容组、一第一转换电路、一第二转换电路、一续流二极管、一第一滤波电路、一第二滤波电路以及一控制电路。该输入电容组包含一第一电容与一第二电容，该第一电容与该第二电容连接一中性点，并且接收该直流输入电压。该第一转换电路并联该输入电容组。该第二转换电路并联该输入电容组。该续流二极管连接该第一转换电路与该第二转换电路。该第一滤波电路连接该第一转换电路与该第二转换电路，并且该第一滤波电路的输出侧连接该中性点。该第二滤波电路连接该第一转换电路与该第二转换电路，并且该第二滤波电路的输出侧连接该中性点。该控制电路产生多个控制信号，分别控制该第一转换电路与该第二转换电路，以降低该直流输入电压的寄生电容效应所造成的漏电流。
本发明的另一目的在于提供一种双降式直流转交流转换系统的操作方法，以克服熟知技术的问题。因此本发明该双降式直流转交流转换系统是以转换一直流输入电压为一交流输出电压。该操作方法包含下列步骤：(a)提供一输入电容组，接收该直流输入电压，该输入电容组包含一第一电容与一第二电容，该第一电容与该第二电容连接一中性点；(b)提供一第一转换电路与一第二转换电路，分别并联该输入电容组；(c)提供一续流二极管，连接该第一转换电路与该第二转换电路；(d)提供一第一滤波电路，连接该第一转换电路与该第二转换电路，并且该第一滤波电路的输出侧连接该中性点；(e)提供一第二滤波电路，连接该第一转换电路与该第二转换电路，并且该第二滤波电路的输出侧连接该中性点；及(f)提供一控制电路，产生多个控制信号，分别控制该第一转换电路与该第二转换电路，以降低该直流输入电压的寄生电容效应所造成的漏电流。
本发明通过第一滤波电路、第二滤波电路与输入直流侧的该中性点连接，大大地降低寄生电容电压所造成漏电流的影响，并且解决零交越点时发生短路导通(shortthrough)的误动作。
为了能更进一步了解本发明为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，可由此得以深入且具体的了解，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为先前技术双降压式逆变器(dual-buck inverter)的电路图；
图2为先前技术双降压式逆变器的驱动信号的波形示意图；
图3为本发明双降式直流转交流转换系统较佳实施例的电路图；
图4为本发明双降式直流转交流转换系统的控制电路的电路示意图；
图5为本发明双降式直流转交流转换系统的开关控制信号的波形示意图；
图6为本发明双降式直流转交流转换系统较佳实施例为正半周储能操作时的电路图；
图7为本发明双降式直流转交流转换系统较佳实施例为正半周释能操作时的电路图；
图8为本发明双降式直流转交流转换系统较佳实施例为负半周储能操作时的电路图；
图9为本发明双降式直流转交流转换系统较佳实施例为负半周释能操作时的电路图；及
图10为本发明双降式直流转交流转换系统操作方法的流程图。
其中，附图标记说明如下：
﹝先前技术﹞
Vdc 直流输入电压
Vac 交流输出电压
BC1 第一降压电路
BC2 第二降压电路
Lg1a 第一桥臂
Lg2a 第二桥臂
Lg3a 第三桥臂
Lg4a 第四桥臂
S1a 第一开关
S2a 第二开关
S3a 第三开关
S4a 第四开关
D1a 第一二极管
D2a 第二二极管
D3a 第三二极管
D4a 第四二极管
C1a 输入电容
Sca1 第一控制信号
Sca2 第二控制信号
Sca3 第三控制信号
Sca4 第四控制信号
Cp1,Cp2 寄生电容
Icp1,Icp2 漏电流
t0,t1,t2 时间
﹝本发明﹞
Vdc 直流输入电压
Vac 交流输出电压
10 输入电容组
11 第一转换电路
12 第二转换电路
13 续流二极管
21 第一滤波电路
22 第二滤波电路
30 控制电路
101 第一电容
102 第二电容
301 第一比较单元
302 第二比较单元
303 信号绝对值单元
304 反相单元
Po 中性点
S1 第一功率开关
S2 第二功率开关
Sx1 第一辅助功率开关
Sx2 第二辅助功率开关
Sx3 第三辅助功率开关
Sx4 第四辅助功率开关
D1 第一二极管
D2 第二二极管
D3 第三二极管
D4 第四二极管
L1 第一输出电感
L2 第二输出电感
L3 第三输出电感
L4 第四输出电感
C1 第一输出电容
C2 第二输出电容
Sc 输出控制信号
Scx1 第一辅助输出控制信号
Scx2 第二辅助输出控制信号
Sac 交流电压信号
S|ac| 正值电压信号
Stri 三角载波信号
Lps 正半周储能回路
Lpr 正半周释能回路
Lns 负半周储能回路
Lnr 负半周释能回路
t0,t1,t2 时间
S10～S60 步骤
Cp1,Cp2 寄生电容
Icp1,Icp2 漏电流
具体实施方式
有关本发明的技术内容及详细说明，配合图式说明如下：
请参阅图3为本发明双降式直流转交流转换系统较佳实施例的电路图。该直流转交流转换系统可为一太阳能光伏电源转换系统，并且该双降式直流转交流转换系统是以转换一直流输入电压Vdc为一交流输出电压Vac。该双降式直流转交流转换系统包含一输入电容组10、一第一转换电路11、一第二转换电路12、一续流二极管13、一第一滤波电路21、一第二滤波电路22以及一控制电路30。该输入电容组10包含一第一电容101与一第二电容102，该第一电容101与该第二电容102接收该直流输入电压Vdc。其中该第一电容101与该第二电容102连接于一中性点Po，以维持该第一电容101与第二电容102的跨压分别等于该直流输入电压Vdc的一半。
该第一转换电路11并联该输入电容组10。该第二转换电路12并联该输入电容组10。该续流二极管13连接该第一转换电路11与该第二转换电路12。该第一滤波电路21连接该第一转换电路11与该第二转换电路12，并且该第一滤波电路21的输出侧连接该中性点Po。该第二滤波电路22连接该第一转换电路11与该第二转换电路12，并且该第二滤波电路22的输出侧连接该中性点Po。该控制电路30，产生多个控制信号，分别控制该第一转换电路11与该第二转换电路12，以降低该直流输入电压Vdc的寄生电容效应所造成的漏电流。至于该双降式直流转交流转换系统的操作说明，将于后文有详细的阐述。
该第一转换电路11包含一第一功率开关S1、一第一辅助功率开关Sx1、一第二辅助功率开关Sx2、一第一二极管D1以及一第二二极管D2。该第一功率开关S1包含一第一端与一第二端。该第一功率开关S1的该第一端连接该第一电容101。该第一辅助功率开关Sx1包含一第一端与一第二端；该第一辅助功率开关Sx1的该第一端连接该第一功率开关S1的该第二端。该第二辅助功率开关Sx2包含一第一端与一第二端；该第二辅助功率开关Sx2的该第一端连接该第一功率开关S1的该第二端。该第一二极管D1包含一阳极与一阴极；该第一二极管D1的该阴极连接该第一辅助功率开关Sx1的该第二端。该第二二极管D2包含一阳极与一阴极；该第二二极管D2的该阴极连接该第二辅助功率开关Sx2的该第二端。该第一二极管D1的该阳极与该第二二极管D2的该阳极连接该第二电容102。
该第二转换电路12包含一第二功率开关S2、一第三辅助功率开关Sx3、一第四辅助功率开关Sx4、一第三二极管D3以及一第四二极管D4。该第二功率开关S2包含一第一端与一第二端；该第二功率开关S2的该第一端连接该第二电容102。该第三辅助功率开关Sx3包含一第一端与一第二端；该第三辅助功率开关Sx3的该第一端连接该第二功率开关S2的该第二端。该第四辅助功率开关Sx4包含一第一端与一第二端；该第四辅助功率开关Sx4的该第一端连接该第二功率开关S2的该第二端。该第三二极管D3包含一阳极与一阴极；该第三二极管D3的该阳极连接该第三辅助功率开关Sx3的该第二端。该第四二极管D4包含一阳极与一阴极；该第四二极管D4的该阳极连接该第四辅助功率开关Sx4的该第二端。该第三二极管D3的该阴极与该第四二极管D4的该阴极连接该第一电容101。
该第一滤波电路21包含一第一输出电感L1、一第二输出电感L2以及一第一输出电容C1。该第一输出电感L1的一端连接该第二输出电感L2的一端，再与该第一输出电容C1的一端连接。该第一输出电感L1的另一端连接该第一辅助功率开关Sx1的该第二端。该第二输出电感L2的另一端连接该第四辅助功率开关Sx4的该第二端，并且该第一输出电容C1的另一端连接该中性点Po。
该第二滤波电路22包含一第三输出电感L3、一第四输出电感L4以及一第二输出电容C2。该第三输出电感L3的一端连接该第四输出电感L4的一端，再与该第二输出电容C2的一端连接。该第三输出电感L3的另一端连接该第二辅助功率开关Sx2的该第二端。该第四输出电感L4的另一端连接该第三辅助功率开关Sx3的该第二端，并且该第二输出电容C2的另一端连接该中性点Po。
请参阅图4为本发明双降式直流转交流转换系统的控制电路的电路示意图。该控制电路30包含一信号绝对值单元303、一第一比较单元301、一第二比较单元302以及一反相单元304。该信号绝对值单元303接收一交流电压信号Sac，以转换该交流电压信号Sac为一正值电压信号S|ac|。
该第一比较单元301具有一反相输入端、一非反相输入端以及一第一输出端。该非反相输入端接收该正值电压信号S|ac|，该反相输入端接收一三角载波信号Stri；该第一输出端输出一输出控制信号Sc。该第二比较单元302具有一反相输入端、一非反相输入端以及一第二输出端。该非反相输入端接收该交流电压信号Sac，该反相输入端接地；该第二输出端输出一第一辅助输出控制信号Scx1。该反相单元304接收该第一辅助输出控制信号Scx1，以反相该第一辅助输出控制信号Scx1为一第二辅助输出控制信号Scx2。
其中该三角载波信号Stri为一高频载波信号。值得一提，该脉冲宽度调制信号的切换频率(switching frequency)等于该三角载波信号Stri的频率。此外，该第一辅助输出控制信号Scx1与该第二辅助输出控制信号Scx2的转换频率等于该交流电压信号Sac的低频市电频率。
配合参阅图5为本发明双降式直流转交流转换系统的开关控制信号的波形示意图。当该交流输出电压Vac为正半周时(时间t0～t1区间)，该输出控制信号Sc为一高频切换信号、该第一辅助输出控制信号Scx1为一低频高电平信号以及该第二辅助输出控制信号Scx2为一低频低电平信号。当该交流输出电压Vac为负半周时(时间t1～t2区间)，该输出控制信号Sc为一高频切换信号、该第一辅助输出控制信号Scx1为一低频低电平信号以及该第二辅助输出控制信号Scx2为一低频高电平信号。其中该输出控制信号Sc为一脉冲宽度调制信号(PWM signal)。此外，该第一辅助输出控制信号Scx1与该第二辅助输出控制信号Scx2为电平互补的低频信号。亦即，当该第一辅助输出控制信号Scx1为高电平时，该第二辅助输出控制信号Scx2为低电平；反之，当该第一辅助输出控制信号Scx1为低电平时，该第二辅助输出控制信号Scx2为高电平。
请参阅图6为本发明双降式直流转交流转换系统较佳实施例为正半周储能操作时的电路图。当该交流输出电压为正半周操作，该输出控制信号Sc高频切换导通该第一功率开关S1与该第二功率开关S2，该第一辅助输出控制信号Scx1低频高电平导通该第一辅助功率开关Sx1与该第三辅助功率开关Sx3，并且该第二辅助输出控制信号Scx2低频低电平截止该第二辅助功率开关Sx2与该第四辅助功率开关Sx4时，该第一输出电感L1与该第四输出电感L4为储能操作，此时，该双降式直流转交流转换系统提供一正半周储能回路Lps，依序为该直流输入电压Vdc、该第一功率开关S1、该第一辅助功率开关Sx1、该第一输出电感L1、该交流输出电压Vac、该第四输出电感L4、该第三辅助功率开关Sx3、该第二功率开关S2，再回到该直流输入电压Vdc。
请参阅图7为本发明双降式直流转交流转换系统较佳实施例为正半周释能操作时的电路图。当该交流输出电压为正半周操作，该输出控制信号Sc高频切换截止该第一功率开关S1与该第二功率开关S2，该第一辅助输出控制信号Scx1低频高电平导通该第一辅助功率开关Sx1与该第三辅助功率开关Sx3，并且该第二辅助输出控制信号Scx2低频低电平截止该第二辅助功率开关Sx2与该第四辅助功率开关Sx4时，该第一输出电感L1与该第四输出电感L4为释能操作，此时，该双降式直流转交流转换系统提供一正半周释能回路Lpr，依序为该第一输出电感L1、该交流输出电压Vac、该第四输出电感L4、该第三辅助功率开关Sx3、该续流二极管13、该第一辅助功率开关Sx1所构成，再回到该第一输出电感L1。
请参阅图8为本发明双降式直流转交流转换系统较佳实施例为负半周储能操作时的电路图。当该交流输出电压为负半周操作，该输出控制信号Sc高频切换导通该第一功率开关S1与该第二功率开关S2，该第一辅助输出控制信号Scx1低频低电平截止该第一辅助功率开关Sx1与该第三辅助功率开关Sx3，并且该第二辅助输出控制信号Scx2低频高电平导通该第二辅助功率开关Sx2与该第四辅助功率开关Sx4时，该第二输出电感L2与该第三输出电感L3为储能操作，此时，该双降式直流转交流转换系统提供一负半周储能回路Lns依序为该直流输入电压Vdc、该第一功率开关S1、该第二辅助功率开关Sx2、该第三输出电感L3、该交流输出电压Vac、该第二输出电感L2、该第四辅助功率开关Sx4、该第二功率开关S2，再回到该直流输入电压Vdc。
请参阅图9为本发明双降式直流转交流转换系统较佳实施例为负半周释能操作时的电路图。当该交流输出电压为负半周操作，该输出控制信号Sc高频切换截止该第一功率开关S1与该第二功率开关S2，该第一辅助输出控制信号Scx1低频低电平截止该第一辅助功率开关Sx1与该第三辅助功率开关Sx3，并且该第二辅助输出控制信号Scx2低频高电平导通该第二辅助功率开关Sx2与该第四辅助功率开关Sx4时，该第二输出电感L2与该第三输出电感L3为释能操作，此时，该双降式直流转交流转换系统提供一负半周释能回路Lnr，依序为该第三输出电感L3、该交流输出电压Vac、该第一输出电感L1、该第四辅助功率开关Sx4、该续流二极管13、该第二辅助功率开关Sx2，再回到该第三输出电感L3。
请参阅图10为本发明双降式直流转交流转换系统操作方法的流程图。该双降式直流转交流转换系统以转换一直流输入电压为一交流输出电压。该操作方法包含下列步骤：首先，提供一输入电容组，接收该直流输入电压，该输入电容组包含一第一电容与一第二电容，该第一电容与该第二电容连接一中性点(S10)。
然后，提供一第一转换电路与一第二转换电路，该第一转换电路与该第二转换电路分别并联该输入电容组(S20)。该第一转换电路包含一第一功率开关、一第一辅助功率开关、一第二辅助功率开关、一第一二极管以及一第二二极管。该第一功率开关包含一第一端与一第二端；该第一功率开关的该第一端连接该第一电容。该第一辅助功率开关包含一第一端与一第二端；该第一辅助功率开关的该第一端连接该第一功率开关的该第二端。该第二辅助功率开关包含一第一端与一第二端；该第二辅助功率开关的该第一端连接该第一功率开关的该第二端。该第一二极管包含一阳极与一阴极；该第一二极管的该阴极连接该第一辅助功率开关的该第二端。该第二二极管包含一阳极与一阴极；该第二二极管的该阴极连接该第二辅助功率开关的该第二端；该第一二极管的该阳极与该第二二极管的该阳极连接该第二电容。
该第二转换电路包含一第二功率开关、一第三辅助功率开关、一第四辅助功率开关、一第三二极管以及一第四二极管。该第二功率开关包含一第一端与一第二端；该第二功率开关的该第一端连接该第二电容。该第三辅助功率开关包含一第一端与一第二端；该第三辅助功率开关的该第一端连接该第二功率开关的该第二端。该第四辅助功率开关包含一第一端与一第二端；该第四辅助功率开关的该第一端连接该第二功率开关的该第二端。该第三二极管包含一阳极与一阴极；该第三二极管的该阳极连接该第三辅助功率开关的该第二端。该第四二极管包含一阳极与一阴极；该第四二极管的该阳极连接该第四辅助功率开关的该第二端；该第三二极管的该阴极与该第四二极管的该阴极连接该第一电容。
然后，提供一续流二极管，连接该第一转换电路与该第二转换电路(S30)。然后，提供一第一滤波电路，连接该第一转换电路与该第二转换电路，并且该第一滤波电路的输出侧连接该中性点(S40)。该第一滤波电路包含一第一输出电感、一第二输出电感以及一第一输出电容。该第一输出电感的一端连接该第二输出电感的一端，再与该第一输出电容的一端连接。该第一输出电感的另一端连接该第一辅助功率开关的该第二端。该第二输出电感的另一端连接该第四辅助功率开关的该第二端，并且该第一输出电容的另一端连接该中性点。
然后，提供一第二滤波电路，连接该第一转换电路与该第二转换电路，并且该第二滤波电路的输出侧连接该中性点(S50)。该第二滤波电路包含一第三输出电感、一第四输出电感以及一第二输出电容。该第三输出电感的一端连接该第四输出电感的一端，再与该第二输出电容的一端连接。该第三输出电感的另一端连接该第二辅助功率开关的该第二端。该第四输出电感的另一端连接该第三辅助功率开关的该第二端，并且该第二输出电容的另一端连接该中性点。
最后，提供一控制电路，产生多个控制信号，分别控制该第一转换电路与该第二转换电路，以降低该直流输入电压的寄生电容效应所造成的漏电流(S60)。该控制电路包含一信号绝对值单元、一第一比较单元、一第二比较单元以及一反相单元。该信号绝对值单元接收一交流电压信号，以转换该交流电压信号为一正值电压信号。该第一比较单元具有一反相输入端、一非反相输入端以及一第一输出端。该非反相输入端接收该正值电压信号，该反相输入端接收一三角载波信号；该第一输出端输出一输出控制信号。该第二比较单元具有一反相输入端、一非反相输入端以及一第二输出端；该非反相输入端接收该交流电压信号，该反相输入端接地；该第二输出端输出一第一辅助输出控制信号。该反相单元接收该第一辅助输出控制信号，以反相该第一辅助输出控制信号为一第二辅助输出控制信号。
其中该三角载波信号为一高频载波信号。值得一提，该脉冲宽度调制信号的切换频率(switching frequency)等于该三角载波信号的频率。此外，该第一辅助输出控制信号与该第二辅助输出控制信号的转换频率等于该交流电压信号的低频市电频率。
当该交流输出电压为正半周时，该输出控制信号为一高频切换信号、该第一辅助输出控制信号为一低频高电平信号以及该第二辅助输出控制信号为一低频低电平信号。当该交流输出电压为负半周时，该输出控制信号为一高频切换信号、该第一辅助输出控制信号为一低频低电平信号以及该第二辅助输出控制信号为一低频高电平信号。其中该输出控制信号为一脉冲宽度调制信号(PWM signal)。此外，该第一辅助输出控制信号与该第二辅助输出控制信号为电平互补的低频信号。亦即，当该第一辅助输出控制信号为高电平时，该第二辅助输出控制信号为低电平；反之，当该第一辅助输出控制信号为低电平时，该第二辅助输出控制信号为高电平。
当该交流输出电压为正半周操作，该输出控制信号高频切换导通该第一功率开关与该第二功率开关，该第一辅助输出控制信号低频高电平导通该第一辅助功率开关与该第三辅助功率开关，并且该第二辅助输出控制信号低频低电平截止该第二辅助功率开关与该第四辅助功率开关时，该第一输出电感与该第四输出电感为储能操作，此时，该双降式直流转交流转换系统提供一正半周储能回路，依序为该直流输入电压、该第一功率开关、该第一辅助功率开关、该第一输出电感、该交流输出电压、该第四输出电感、该第三辅助功率开关、该第二功率开关，再回到该直流输入电压。
当该交流输出电压为正半周操作，该输出控制信号高频切换截止该第一功率开关与该第二功率开关，该第一辅助输出控制信号低频高电平导通该第一辅助功率开关与该第三辅助功率开关，并且该第二辅助输出控制信号低频低电平截止该第二辅助功率开关与该第四辅助功率开关时，该第一输出电感与该第四输出电感为释能操作，此时，该双降式直流转交流转换系统提供一正半周释能回路，依序为该第一输出电感、该交流输出电压、该第四输出电感、该第三辅助功率开关、该续流二极管、该第一辅助功率开关所构成，再回到该第一输出电感。
当该交流输出电压为负半周操作，该输出控制信号高频切换导通该第一功率开关与该第二功率开关，该第一辅助输出控制信号低频低电平截止该第一辅助功率开关与该第三辅助功率开关，并且该第二辅助输出控制信号低频高电平导通该第二辅助功率开关与该第四辅助功率开关时，该第二输出电感与该第三输出电感为储能操作，此时，该双降式直流转交流转换系统提供一负半周储能回路，依序为该直流输入电压、该第一功率开关、该第二辅助功率开关、该第三输出电感、该交流输出电压、该第二输出电感、该第四辅助功率开关、该第二功率开关，再回到该直流输入电压。
当该交流输出电压为负半周操作，该输出控制信号高频切换截止该第一功率开关与该第二功率开关，该第一辅助输出控制信号低频低电平截止该第一辅助功率开关与该第三辅助功率开关，并且该第二辅助输出控制信号低频高电平导通该第二辅助功率开关与该第四辅助功率开关时，该第二输出电感与该第三输出电感为释能操作，此时，该双降式直流转交流转换系统提供一负半周释能回路，依序为该第三输出电感、该交流输出电压、该第一输出电感、该第四辅助功率开关、该续流二极管、该第二辅助功率开关，再回到该第三输出电感。
综上所述，本发明具有以下的特征与优点：
通过该第一转换电路11、第二转换电路12与该第一滤波电路21、该第二滤波电路22所组成的双降式逆变器(dual-buck inverter)架构，实现该第一输出电感L1、该第二输出电感L2、该第三输出电感L3以及该第四输出电感L4的储能与释能操作。更提供该续流二极管13以提供正、负半周操作的续流路径，以达成该第一输出电感L1、该第二输出电感L2、该第三输出电感L3以及该第四输出电感L4的释能续流路径。再者，通过该第一滤波电路21、该第二滤波电路22与输入直流侧的该中性点Po连接，大大地降低寄生电容电压所造成漏电流的影响，并且解决零交越点时发生短路导通(short through)的误动作。
以上所述，仅为本发明较佳具体实施例的详细说明与图式，本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以下述的权利要求为准，凡合于本发明申请专利范围的精神与其类似变化的实施例，皆应包含于本发明的范畴中，任何熟悉该项技艺者在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在以下本发明的权利要求保护范围。
Claims (18)
1.一种双降式直流转交流转换系统，以转换一直流输入电压为一交流输出电压，其特征在于，该双降式直流转交流转换系统包含：
一输入电容组，包含一第一电容与一第二电容，该第一电容与该第二电容连接于一中性点，并且接收该直流输入电压；
一第一转换电路，并联该输入电容组；
一第二转换电路，并联该输入电容组；
一续流二极管，连接该第一转换电路与该第二转换电路；
一第一滤波电路，连接该第一转换电路与该第二转换电路，并且该第一滤波电路的输出侧连接该中性点；
一第二滤波电路，连接该第一转换电路与该第二转换电路，并且该第二滤波电路的输出侧连接该中性点；及
一控制电路，产生多个控制信号，分别控制该第一转换电路与该第二转换电路，以降低该直流输入电压的寄生电容效应所造成的漏电流，
其中该第一转换电路包含：
一第一功率开关，包含一第一端与一第二端；该第一功率开关的该第一端连接该第一电容；
一第一辅助功率开关，包含一第一端与一第二端；该第一辅助功率开关的该第一端连接该第一功率开关的该第二端；
一第二辅助功率开关，包含一第一端与一第二端；该第二辅助功率开关的该第一端连接该第一功率开关的该第二端；
一第一二极管，包含一阳极与一阴极；该第一二极管的该阴极连接该第一辅助功率开关的该第二端；及
一第二二极管，包含一阳极与一阴极；该第二二极管的该阴极连接该第二辅助功率开关的该第二端；该第一二极管的该阳极与该第二二极管的该阳极连接该第二电容。
2.如权利要求1所述的双降式直流转交流转换系统，其特征在于，其中该第二转换电路包含：
一第二功率开关，包含一第一端与一第二端；该第二功率开关的该第一端连接该第二电容；
一第三辅助功率开关，包含一第一端与一第二端；该第三辅助功率开关的该第一端连接该第二功率开关的该第二端；
一第四辅助功率开关，包含一第一端与一第二端；该第四辅助功率开关的该第一端连接该第二功率开关的该第二端；
一第三二极管，包含一阳极与一阴极；该第三二极管的该阳极连接该第三辅助功率开关的该第二端；及
一第四二极管，包含一阳极与一阴极；该第四二极管的该阳极连接该第四辅助功率开关的该第二端；该第三二极管的该阴极与该第四二极管的该阴极连接该第一电容。
3.如权利要求2所述的双降式直流转交流转换系统，其特征在于，其中该第一滤波电路包含一第一输出电感、一第二输出电感以及一第一输出电容；该第一输出电感的一端连接该第二输出电感的一端，再与该第一输出电容的一端连接；该第一输出电感的另一端连接该第一辅助功率开关的该第二端，该第二输出电感的另一端连接该第四辅助功率开关的该第二端，并且该第一输出电容的另一端连接该中性点；该第二滤波电路包含一第三输出电感、一第四输出电感以及一第二输出电容；该第三输出电感的一端连接该第四输出电感的一端，再与该第二输出电容的一端连接；该第三输出电感的另一端连接该第二辅助功率开关的该第二端，该第四输出电感的另一端连接该第三辅助功率开关的该第二端，并且该第二输出电容的另一端连接该中性点。
4.如权利要求3所述的双降式直流转交流转换系统，其中该控制电路包含：
一信号绝对值单元，接收一交流电压信号，以转换该交流电压信号为一正值电压信号；
一第一比较单元，具有一反相输入端、一非反相输入端以及一第一输出端；该第一比较单元的该非反相输入端接收该正值电压信号，该第一比较单元的该反相输入端接收一三角载波信号；该第一输出端输出一输出控制信号；其中该三角载波信号为一高频载波信号；
一第二比较单元，具有一反相输入端、一非反相输入端以及一第二输出端；该第二比较单元的该非反相输入端接收该交流电压信号，该第二比较单元的该反相输入端接地；该第二输出端输出一第一辅助输出控制信号；及
一反相单元，接收该第一辅助输出控制信号，以反相该第一辅助输出控制信号为一第二辅助输出控制信号。
5.如权利要求4所述的双降式直流转交流转换系统，其特征在于，其中当该交流输出电压为正半周时，该输出控制信号为一高频切换信号、该第一辅助输出控制信号为一低频高电平信号以及该第二辅助输出控制信号为一低频低电平信号；其中当该交流输出电压为负半周时，该输出控制信号为一高频切换信号、该第一辅助输出控制信号为一低频低电平信号以及该第二辅助输出控制信号为一低频高电平信号。
6.如权利要求5所述的双降式直流转交流转换系统，其特征在于，其中当该交流输出电压为正半周时，该输出控制信号高频切换导通该第一功率开关与该第二功率开关，该第一辅助输出控制信号低频高电平导通该第一辅助功率开关与该第三辅助功率开关，并且该第二辅助输出控制信号低频低电平截止该第二辅助功率开关与该第四辅助功率开关时，该第一输出电感与该第四输出电感为储能操作，此时，该双降式直流转交流转换系统提供一正半周储能回路，依序包括该直流输入电压、该第一功率开关、该第一辅助功率开关、该第一输出电感、该交流输出电压、该第四输出电感、该第三辅助功率开关以及该第二功率开关。
7.如权利要求5所述的双降式直流转交流转换系统，其特征在于，其中当该交流输出电压为正半周时，该输出控制信号高频切换截止该第一功率开关与该第二功率开关，该第一辅助输出控制信号低频高电平导通该第一辅助功率开关与该第三辅助功率开关，并且该第二辅助输出控制信号低频低电平截止该第二辅助功率开关与该第四辅助功率开关时，该第一输出电感与该第四输出电感为释能操作，此时，该双降式直流转交流转换系统提供一正半周释能回路，依序包括该第一输出电感、该交流输出电压、该第四输出电感、该第三辅助功率开关、该续流二极管以及该第一辅助功率开关。
8.如权利要求5所述的双降式直流转交流转换系统，其特征在于，其中当该交流输出电压为负半周时，该输出控制信号高频切换导通该第一功率开关与该第二功率开关，该第一辅助输出控制信号低频低电平截止该第一辅助功率开关与该第三辅助功率开关，并且该第二辅助输出控制信号低频高电平导通该第二辅助功率开关与该第四辅助功率开关时，该第二输出电感与该第三输出电感为储能操作，此时，该双降式直流转交流转换系统提供一负半周储能回路，依序包括该直流输入电压、该第一功率开关、该第二辅助功率开关、该第三输出电感、该交流输出电压、该第二输出电感、该第四辅助功率开关以及该第二功率开关。
9.如权利要求5所述的双降式直流转交流转换系统，其特征在于，其中当该交流输出电压为负半周时，该输出控制信号高频切换截止该第一功率开关与该第二功率开关，该第一辅助输出控制信号低频低电平截止该第一辅助功率开关与该第三辅助功率开关，并且该第二辅助输出控制信号低频高电平导通该第二辅助功率开关与该第四辅助功率开关时，该第二输出电感与该第三输出电感为释能操作，此时，该双降式直流转交流转换系统提供一负半周释能回路，依序包括该第三输出电感、该交流输出电压、该第一输出电感、该第四辅助功率开关、该续流二极管以及该第二辅助功率开关。
10.一种双降式直流转交流转换系统的操作方法，该双降式直流转交流转换系统以转换一直流输入电压为一交流输出电压，其特征在于，该操作方法包含下列步骤：
(a)提供一输入电容组，接收该直流输入电压，该输入电容组包含一第一电容与一第二电容，该第一电容与该第二电容连接一中性点；
(b)提供一第一转换电路与一第二转换电路，分别并联该输入电容组；
(c)提供一续流二极管，连接该第一转换电路与该第二转换电路；
(d)提供一第一滤波电路，连接该第一转换电路与该第二转换电路，并且该第一滤波电路的输出侧连接该中性点；
(e)提供一第二滤波电路，连接该第一转换电路与该第二转换电路，并且该第二滤波电路的输出侧连接该中性点；及
(f)提供一控制电路，产生多个控制信号，分别控制该第一转换电路与该第二转换电路，以降低该直流输入电压的寄生电容效应所造成的漏电流，
其中该第一转换电路包含：
一第一功率开关，包含一第一端与一第二端；该第一功率开关的该第一端连接该第一电容；
一第一辅助功率开关，包含一第一端与一第二端；该第一辅助功率开关的该第一端连接该第一功率开关的该第二端；
一第二辅助功率开关，包含一第一端与一第二端；该第二辅助功率开关的该第一端连接该第一功率开关的该第二端；
一第一二极管，包含一阳极与一阴极；该第一二极管的该阴极连接该第一辅助功率开关的该第二端；及
一第二二极管，包含一阳极与一阴极；该第二二极管的该阴极连接该第二辅助功率开关的该第二端；该第一二极管的该阳极与该第二二极管的该阳极连接该第二电容。
11.如权利要求10所述的双降式直流转交流转换系统操作方法，其特征在于，其中该第二转换电路包含：
一第二功率开关，包含一第一端与一第二端；该第二功率开关的该第一端连接该第二电容；
一第三辅助功率开关，包含一第一端与一第二端；该第三辅助功率开关的该第一端连接该第二功率开关的该第二端；
一第四辅助功率开关，包含一第一端与一第二端；该第四辅助功率开关的该第一端连接该第二功率开关的该第二端；
一第三二极管，包含一阳极与一阴极；该第三二极管的该阳极连接该第三辅助功率开关的该第二端；及
一第四二极管，包含一阳极与一阴极；该第四二极管的该阳极连接该第四辅助功率开关的该第二端；该第三二极管的该阴极与该第四二极管的该阴极连接该第一电容。
12.如权利要求11所述的双降式直流转交流转换系统操作方法，其特征在于，其中该第一滤波电路包含一第一输出电感、一第二输出电感以及一第一输出电容；该第一输出电感的一端连接该第二输出电感的一端，再与该第一输出电容的一端连接；该第一输出电感的另一端连接该第一辅助功率开关的该第二端，该第二输出电感的另一端连接该第四辅助功率开关的该第二端，并且该第一输出电容的另一端连接该中性点；该第二滤波电路包含一第三输出电感、一第四输出电感以及一第二输出电容；该第三输出电感的一端连接该第四输出电感的一端，再与该第二输出电容的一端连接；该第三输出电感的另一端连接该第二辅助功率开关的该第二端，该第四输出电感的另一端连接该第三辅助功率开关的该第二端，并且该第二输出电容的另一端连接该中性点。
13.如权利要求12所述的双降式直流转交流转换系统操作方法，其特征在于，其中该控制电路包含：
一信号绝对值单元，接收一交流电压信号，以转换该交流电压信号为一正值电压信号；
一第一比较单元，具有一反相输入端、一非反相输入端以及一第一输出端；该第一比较单元的该非反相输入端接收该正值电压信号，该第一比较单元的该反相输入端接收一三角载波信号；该第一输出端输出一输出控制信号；其中该三角载波信号为一高频载波信号；
一第二比较单元，具有一反相输入端、一非反相输入端以及一第二输出端；该第二比较单元的该非反相输入端接收该交流电压信号，该第二比较单元的该反相输入端接地；该第二输出端输出一第一辅助输出控制信号；及
一反相单元，接收该第一辅助输出控制信号，以反相该第一辅助输出控制信号为一第二辅助输出控制信号。
14.如权利要求13所述的双降式直流转交流转换系统操作方法，其特征在于，其中当该交流输出电压为正半周时，该输出控制信号为一高频切换信号、该第一辅助输出控制信号为一低频高电平信号以及该第二辅助输出控制信号为一低频低电平信号；其中当该交流输出电压为负半周时，该输出控制信号为一高频切换信号、该第一辅助输出控制信号为一低频低电平信号以及该第二辅助输出控制信号为一低频高电平信号。
15.如权利要求14所述的双降式直流转交流转换系统操作方法，其特征在于，其中当该交流输出电压为正半周操作，该输出控制信号高频切换导通该第一功率开关与该第二功率开关，该第一辅助输出控制信号低频高电平导通该第一辅助功率开关与该第三辅助功率开关，并且该第二辅助输出控制信号低频低电平截止该第二辅助功率开关与该第四辅助功率开关时，该第一输出电感与该第四输出电感为储能操作，此时，该双降式直流转交流转换系统提供一正半周储能回路，依序包括该直流输入电压、该第一功率开关、该第一辅助功率开关、该第一输出电感、该交流输出电压、该第四输出电感、该第三辅助功率开关以及该第二功率开关。
16.如权利要求14所述的双降式直流转交流转换系统操作方法，其特征在于，其中当该交流输出电压为正半周操作，该输出控制信号高频切换截止该第一功率开关与该第二功率开关，该第一辅助输出控制信号低频高电平导通该第一辅助功率开关与该第三辅助功率开关，并且该第二辅助输出控制信号低频低电平截止该第二辅助功率开关与该第四辅助功率开关时，该第一输出电感与该第四输出电感为释能操作，此时，该双降式直流转交流转换系统提供一正半周释能回路，依序包括该第一输出电感、该交流输出电压、该第四输出电感、该第三辅助功率开关、该续流二极管以及该第一辅助功率开关。
17.如权利要求14所述的双降式直流转交流转换系统操作方法，其中当该交流输出电压为负半周操作，该输出控制信号高频切换导通该第一功率开关与该第二功率开关，该第一辅助输出控制信号低频低电平截止该第一辅助功率开关与该第三辅助功率开关，并且该第二辅助输出控制信号低频高电平导通该第二辅助功率开关与该第四辅助功率开关时，该第二输出电感与该第三输出电感为储能操作，此时，该双降式直流转交流转换系统提供一负半周储能回路，依序包括该直流输入电压、该第一功率开关、该第二辅助功率开关、该第三输出电感、该交流输出电压、该第二输出电感、该第四辅助功率开关以及该第二功率开关。
18.如权利要求14所述的双降式直流转交流转换系统操作方法，其特征在于，其中当该交流输出电压为负半周操作，该输出控制信号高频切换截止该第一功率开关与该第二功率开关，该第一辅助输出控制信号低频低电平截止该第一辅助功率开关与该第三辅助功率开关，并且该第二辅助输出控制信号低频高电平导通该第二辅助功率开关与该第四辅助功率开关时，该第二输出电感与该第三输出电感为释能操作，此时，该双降式直流转交流转换系统提供一负半周释能回路，依序包括该第三输出电感、该交流输出电压、该第一输出电感、该第四辅助功率开关、该续流二极管以及该第二辅助功率开关。
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