CN111342677A - 电力转换器 - Google Patents

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Abstract

一种电力转换器，包含一交流电力输入线，一交流电力输出线，一中性线，一连接该交流电力输入线与该中性线的第一电容，一连接该交流电力输入线的第一电感，一第一母线，一第二母线，一连接该第一母线及该第二母线的第二电容，一连接该第一母线及该第二母线及该第一电感的第一半桥电路，一并联该第一半桥电路并连接该交流电力输出线的第二半桥电路，一并联该第一半桥电路的第三半桥电路，一连接第三半桥电路与该中性线的第二电感，以及一控制器，该控制器提供该第二半桥电路或该第三半桥电路的一控制信号是由一混合弦波与一高频三角载波比较产生，该混合弦波由一低频弦波混入该低频弦波的三次谐波产生。

Description

电力转换器
技术领域
本发明涉及一种电力转换器，尤指一种以控制信号改善换相电流不连续与输出交流电力谐波失真(THD)的问题。
背景技术
US6,310,787、US6,181,581、EP1969694B1等专利虽揭露一种电力转换器，但前述专利所揭电力转换器所用控制，仍使其输出的交流电力有换相电流不连续与输出交流电力谐波失真(THD)较高之问题。
发明内容
本发明的主要目的，在于解决现有电路仍存在输出交流电力换相电流不连续及谐波失真的问题。
为达上述目的，本发明提供一种电力转换器，包含一交流电力输入线，一交流电力输出线，一中性线，一连接该交流电力输入线与该中性线的第一电容，一连接该交流电力输入线的第一电感，一第一母线，一第二母线，一连接该第一母线及该第二母线的第二电容，一第一半桥电路，一第二半桥电路，一第三半桥电路，一第二电感以及一控制器。该第一半桥电路包含一连接该第一母线的第一开关，以及一与该第一开关串联并连接该第二母线的第二开关，该第一电感连接该第一开关与该第二开关之间，该第二半桥电路包含一连接该第一母线的第三开关，以及一与该第三开关串联并连接该第二母线的第四开关，该第三开关与该第四开关之间连接该交流电力输出线，该第三半桥电路包含一连接该第一母线的第五开关，以及一与该第五开关串联并连接该第二母线的第六开关，该第二电感一端连接该第五开关与该第六开关之间，另端连接该中性线。该控制器向该第一开关、该第二开关、该第三开关、该第四开关、该第五开关以及该第六开关提供一控制信号，其中，该控制器向该第二半桥电路或该第三半桥电路提供的该控制信号是由一混合弦波与一高频三角载波比较产生，该混合弦波是由一低频弦波混入该低频弦波的三次谐波产生，调制该第一半桥电路与该第二半桥电路的该控制信号的该低频弦波反相于调制该第三半桥电路的该控制信号的该低频弦波。
一实施例中，该电力转换器包含一连接该交流电力输出线及该第三开关与第四开关之间的第三电感，以及一连接该交流电力输出线与该中性线之间并与该第三电感构成一滤波电路的第三电容。
一实施例中，该低频弦波的频率与输入该电力转换器或由该电力转换器输出的一输出交流电力的频率相同。
一实施例中，该控制器向该第一开关、该第二开关、该第三开关及该第四开关提供的该控制信号分别是由该低频弦波与该高频三角载波比较后产生。
一实施例中，该电力转换器包含一第一差分放大器，一第二差分放大器以及一第三差分放大器，一串联该交流电力输入线及该第一电感并向该控制器输出一输入电流信号的第一电流感测件，一串联该交流电力输出线并向该控制器输出一输出电流信号的第二电流感测件，一连接该交流电力输出线及该第三开关与该第四开关之间的第三电感，一连接该交流电力输出线与该中性线之间并与该第三电感构成该滤波电路的第三电容，以及一连接该第三开关与该第四开关之间并串联该第三电感而向该控制器输出一逆变电流信号的第三电流感测件，该第一差分放大器包含一连接该交流电力输入线的第一输入端，一连接该中性线的第二输入端以及一提供一输入电压信号予该控制器的第一输出端，该第二差分放大器包含一连接该交流电力输出线的第三输入端，一连接该中性线的第四输入端以及一提供一输出电压信号予该控制器的第二输出端，该第三差分放大器包含一连接该第一母线的第五输入端，一连接该第二母线的第六输入端以及一提供一母线电压信号予该控制器的第三输出端，该控制器基于该输入电流信号、该输入电压信号以及该母线电压信号调整向该第一半桥电路输出的该些控制信号，并基于该输出电流信号、该输出电压信号以及该逆变电流信号调整向该第二半桥电路输出该些控制信号。
一实施例中，该第一输入端、该第二输入端、该第三输入端、该第四输入端、该第五输入端以及该第六输入端分别设有一串联分压电阻，每一该串联分压电阻是由至少二电阻组成。
一实施例中，该电力转换器具有一连接该第一母线与该第二母线的直流电力转换电路。
透过本发明前述所揭，相较于习用具有以下特点：本发明该电力转换器所属该第一半桥电路、该第二半桥电路以及该第三半桥电路均采高频开关，且用以控制该第三半桥电路的该控制信号是以该混合弦波与该高频三角载波比较产生，该混合弦波是由该低频弦波混入该低频弦波的三次谐波产生。藉此，以令该输出交流电力于换相时(即相位角355度至相位角5度或相位角175至相位角185时)的输出电流仍可连续，并达到换相稳定度高的优点。此外本发明更同时降低了该输出交流电力的谐波失真(THD)。
附图说明
图1，本发明一实施例电力转换器电路组成示意图。
图2，本发明一实施例控制器产生控制信号的实施示意图。
图3，本发明一实施例各控制信号的产生示意图。
图4，本发明一实施例各控制信号与输出交流电力的波形对照图。
图5，本发明另一实施例控制器产生控制信号的实施示意图。
图6，本发明另一实施例各控制信号与输出交流电力的波形对照图。
图7，本发明又一实施例电力转换器电路组成示意图。
图8，本发明一实施例第一差分放大器的单元示意图。
图9，本发明再一实施例电力转换器电路组成示意图。
其中附图标记为：
100.............电力转换器
11.............交流电力输入线
12.............交流电力输出线
13.............中性线
14.............第一电容
15.............第一电感
16.............第一母线
17.............第二母线
18.............第二电容
19.............第一半桥电路
191.............第一开关
192.............第二开关
20.............第二半桥电路
201.............第三开关
202.............第四开关
21.............第三半桥电路
211.............第五开关
212.............第六开关
22.............第二电感
23.............控制器
24.............第一差分放大器
241.............第一输入端
242.............第二输入端
243.............第一输出端
244、245.............串联分压电阻
25.............第二差分放大器
251.............第三输入端
252.............第四输入端
253.............第二输出端
26............第三差分放大器
261.............第五输入端
262.............第六输入端
263.............第三输出端
27.............第一电流感测件
28.............第二电流感测件
29.............第三电感
30.............第三电容
31.............第三电流感测件
32.............直流电力转换电路
40.............整流电路
41.............逆变电路
42.............滤波电路
50.............交流电力源
51.............负载
52.............输出交流电力
60、61、62、63、64、65...控制信号
70.............混合弦波
71.............高频三角载波
72.............低频弦波
73.............三次谐波
74.............低频弦波
75.............混合弦波
76.............三次谐波
80.............输入电流信号
81.............输出电流信号
82.............输入电压信号
83.............输出电压信号
84.............母线电压信号
85.............逆变电流信号
具体实施方式
本发明详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下：
请参阅图1至图4，本发明提供一种电力转换器100，该电力转换器100可建置不断电系统或通讯设备之中，本发明该电力转换器100可透过并联，多组实施。该电力转换器100包含一交流电力输入线11，一交流电力输出线12，一中性线13，一连接该交流电力输入线11与该中性线13的第一电容14，一连接该交流电力输入线11的第一电感15，一第一母线16，一第二母线17，一连接该第一母线16及该第二母线17的第二电容18，一第一半桥电路19，一第二半桥电路20，一第三半桥电路21，一第二电感22以及一控制器23。其中，该交流电力输入线11与该中性线13分别连接一交流电力源50的正、负端，该交流电力输出线12则与该中性线13分别连接一负载51一端，以向该负载51提供一输出交流电力52。又，该第一半桥电路19包含一连接该第一母线16的第一开关191，以及一与该第一开关191串联并连接该第二母线17的第二开关192，该第一电感15更连接该第一开关191与该第二开关192之间，该第二半桥电路20包含一连接该第一母线16的第三开关201，以及一与该第三开关201串联并连接该第二母线17的第四开关202，该第三开关201与该第四开关202之间连接该交流电力输出线12，该第三半桥电路21包含一连接该第一母线16的第五开关211，以及一与该第五开关211串联并连接该第二母线17的第六开关212，该第二电感22一端连接该第五开关211与该第六开关212之间，另端连接该中性线13。进一步地，该第一开关191、该第二开关192、该第三开关201、该第四开关202、该第五开关211与该第六开关212可分别为一金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)或一绝缘栅双极晶体管(IGBT)。再者，本发明该电力转换器100以该第一电容14、该第一电感15、该第二电感22、该第一开关191、该第二开关192、该第五开关211与该第六开关212构成一整流电路40，此外，该电力转换器100更以该第二电感22、该第三电感29、该第三开关201、该第四开关202、该第五开关211与该第六开关212构成一逆变电路41。该整流电路40用以转换交流电力为直流电力，该逆变电路41则将直流电力转换为交流电力。
另一方面，复请参阅图1至图4，该控制器23为一微控制器(MCU)，该控制器23分别连接该第一开关191、该第二开关192、该第三开关201、该第四开关202、该第五开关211以及该第六开关212，该控制器23被设定为启动后分别向该第一开关191、该第二开关192、该第三开关201、该第四开关202、该第五开关211以及该第六开关212输出一控制信号(60、61、62、63、64、65)，每一该控制信号(60、61、62、63、64、65)分别经脉冲宽度调变(PWM)产生，该第一开关191、该第二开关192、该第三开关201、该第四开关202、该第五开关211以及该第六开关212基于接受其中一该控制信号(60、61、62、63、64、65)进入导通状态或截止状态。进一步地，为消除该输出交流电力52谐波失真，改善输出电流不连续的问题，一实施例中，本发明令该控制器23向该第三半桥电路21提供的该控制信号64、65是由一混合弦波70与一高频三角载波71比较产生，该混合弦波70是由一低频弦波72混入该低频弦波72的三次谐波(如图中所示73)产生。又，该三次谐波73为弦波且频率高于该低频弦波72。再者，该第五开关211与该第六开关212所接受的该控制信号64、65可被设计为反相，亦即该第五开关211导通时，该第六开关212为截止。反之，该第五开关211截止时，该第六开关212为导通。再者，该低频弦波72的频率与输入该电力转换器100或由该电力转换器100输出的该输出交流电力52的频率相同。举例来说，该输出交流电力52的频率为50赫兹时，该低频弦波72的频率即为50赫兹。此外，该控制器23向该第一开关191、该第二开关192、该第三开关201及该第四开关202提供的该控制信号(60、61、62、63)分别是由另一低频弦波74与该高频三角载波71比较后产，进一步地，本发明于每一实施例中，调制该第一半桥电路19与该第二半桥电路20的该控制信号(60、61、62、63)的该低频弦波74反相于调制该第三半桥电路21的该控制信号64、65的该低频弦波。又，请参阅图3，其中图3(A)、图3(C)分别为向该第一半桥电路19及该第二半桥电路20输出该控制信号60、61、62、63的调变示意图，图3(B)则为向该第三半桥电路21输出该控制信号64、65的调变示意图。再者，该第一开关191与该第二开关192所接受的该控制信号60、61可被设计为反相。又，该第三开关201与该第四开关202所接受的该控制信号62、63可被设计为反相，此反相乃在于避免半桥电路短路发生，该领域通常知识者已可无歧异了解，于此不予赘述。
请参阅图5，除前述实施之外，一实施例中，该控制器23向该第三半桥电路21提供的该控制信号64、65未使用前述信号调变方式，也就是该控制信号64、65产生时未使用该混合弦波70。本实施例中，该控制器23向该第二半桥电路20提供的该控制信号62、63是由该混合弦波75与该高频三角载波71比较产生，该混合弦波75亦是由该低频弦波74混入该低频弦波74的三次谐波(如图中所示76)产生。再者，于本实施例中，用于控制该第一半桥电路19的该控制信号60、61可为高频控制信号，而用于控制该第三半桥电路21的该控制信号64、65则可根据实施需求为高频控制信号或低频控制信号。请进一步参阅图6，一实施例中，该控制信号64、65基本上为低频，而该控制信号64、65的控制电位切换时间点是相对该输出交流电力52在相位角175度至185度或355度至5度时，于本实施例中，该控制信号64、65于前述两区间中是以高频实施。
复请参阅图7，一实施例中，该电力转换器100包含一第一差分放大器24，一第二差分放大器25以及一第三差分放大器26，一串联该交流电力输入线11及该第一电感15并向该控制器23输出一输入电流信号80的第一电流感测件27，一串联该交流电力输出线12并向该控制器23输出一输出电流信号81的第二电流感测件28，该第一差分放大器24包含一连接该交流电力输入线11的第一输入端241，一连接该中性线13的第二输入端242以及一提供一输入电压信号82予该控制器23的第一输出端243，该第二差分放大器25包含一连接该交流电力输出线12的第三输入端251，一连接该中性线13的第四输入端252以及一提供一输出电压信号83予该控制器23的第二输出端253，该第三差分放大器26包含一连接该第一母线16的第五输入端261，一连接该第二母线17的第六输入端262以及一提供一母线电压信号84予该控制器23的第三输出端263。据此，该控制器23即可根据当前工作状态调整该第一开关191、该第二开关192、该第三开关201、该第四开关202、的控制，进行补偿。再者，并请参阅图8，一实施例中，该第一输入端241、该第二输入端242分别设有一串联分压电阻244、245，每一该串联分压电阻244(245)是由至少二电阻组成。又，本文图面虽仅揭露该第一输入端241及该第二输入端242设有该串联分压电阻244、245，但本发明于实施时，该第三输入端251、该第四输入端252、该第五输入端261以及该第六输入端262亦可设有该串联分压电阻(图中未示)。据此，即可透过该串联分压电阻244、245共同分担接受的电压及电流。
复请参阅图1至图5，承前所述，该电力转换器100更包含一连接该交流电力输出线12及该第三开关201与该第四开关202之间的第三电感29，以及一连接该交流电力输出线12与该中性线13之间并与该第三电感29构成一滤波电路42的第三电容30。藉此，以滤去该逆变电路41中的噪声。进一步地，于本实施例中，该电力转换器100更可包含一连接该第三开关201与该第四开关202之间并串联该第三电感29而向该控制器23输出一逆变电流信号85的第三电流感测件31，该控制器23基于该输入电流信号80、该输入电压信号82以及该母线电压信号84调整向该第一半桥电路19输出的该些控制信号60、61，并基于该输出电流信号81、该输出电压信号83以及该逆变电流信号85调整向该第二半桥电路20输出该些控制信号62、63。
请参阅图9，一实施例中，该电力转换器100更具有一连接该第一母线16与该第二母线17的直流电力转换电路32。进一步地，该直流电力转换电路32可用于直流电力的调变，又或者是以所包含的一储能组件进行充电，而可作为该电力转换器100的备援电力设备，前述该储能组件可为电池或超级电容等。
综上所述，本发明该电力转换器所属该第二半桥电路20或该第三半桥电路21的该控制信号62、63、64、65是以该混合弦波70(或75)与该高频三角载波71比较产生。如此一来，令该输出交流电力52于换相时(即相位角355度至相位角5度或相位角175至相位角185时)的输出电流仍可连续，而达到换相稳定度高的特点，此外本发明更同时降低了该输出交流电力52的谐波失真(THD)。

Claims (7)

1.一种电力转换器，其特征在于包含：
一交流电力输入线；
一交流电力输出线；
一中性线；
一第一电容，连接该交流电力输入线与该中性线；
一第一电感，连接该交流电力输入线；
一第一母线以及一第二母线；
一第二电容，连接该第一母线及该第二母线；
一第一半桥电路，包含一连接该第一母线的第一开关，以及一与该第一开关串联并连接该第二母线的第二开关，该第一电感连接该第一开关与该第二开关之间；
一第二半桥电路，包含一连接该第一母线的第三开关，以及一与该第三开关串联并连接该第二母线的第四开关，该第三开关与该第四开关之间连接该交流电力输出线；
一第三半桥电路，包含一连接该第一母线的第五开关，以及一与该第五开关串联并连接该第二母线的第六开关；
一第二电感，一端连接该第五开关与该第六开关之间，另端连接该中性线；以及
一控制器，向该第一半桥电路、该第二半桥电路以及该第三半桥电路提供一控制信号，其中，该控制器向该第二半桥电路或该第三半桥电路提供的该控制信号是由一混合弦波与一高频三角载波比较产生，该混合弦波是由一低频弦波混入该低频弦波的三次谐波产生，调制该第一半桥电路与该第二半桥电路的该控制信号的该低频弦波反相于调制该第三半桥电路的该控制信号的该低频弦波。
2.如权利要求1所述电力转换器，其特征在于，该电力转换器包含一连接该交流电力输出线及该第三开关与第四开关之间的第三电感，以及一连接该交流电力输出线与该中性线之间并与该第三电感构成一滤波电路的第三电容。
3.如权利要求1所述电力转换器，其特征在于，该低频弦波的频率与输入该电力转换器或由该电力转换器输出的一输出交流电力的频率相同。
4.如权利要求1或3所述电力转换器，其特征在于，该控制器向该第一开关、该第二开关、该第三开关及该第四开关提供的该控制信号分别是由该低频弦波与该高频三角载波比较后产生。
5.如权利要求1所述电力转换器，其特征在于，该电力转换器包含一第一差分放大器，一第二差分放大器以及一第三差分放大器，一串联该交流电力输入线及该第一电感并向该控制器输出一输入电流信号的第一电流感测件，一串联该交流电力输出线并向该控制器输出一输出电流信号的第二电流感测件，一连接该交流电力输出线及该第三开关与该第四开关之间的第三电感，一连接该交流电力输出线与该中性线之间并与该第三电感构成一滤波电路的第三电容，以及一连接该第三开关与该第四开关之间并串联该第三电感而向该控制器输出一逆变电流信号的第三电流感测件，该第一差分放大器包含一连接该交流电力输入线的第一输入端，一连接该中性线的第二输入端以及一提供一输入电压信号予该控制器的第一输出端，该第二差分放大器包含一连接该交流电力输出线的第三输入端，一连接该中性线的第四输入端以及一提供一输出电压信号予该控制器的第二输出端，该第三差分放大器包含一连接该第一母线的第五输入端，一连接该第二母线的第六输入端以及一提供一母线电压信号予该控制器的第三输出端，该控制器基于该输入电流信号、该输入电压信号以及该母线电压信号调整向该第一半桥电路输出的该些控制信号，并基于该输出电流信号、该输出电压信号以及该逆变电流信号调整向该第二半桥电路输出该些控制信号。
6.如权利要求5所述电力转换器，其特征在于，该第一输入端、该第二输入端、该第三输入端、该第四输入端、该第五输入端以及该第六输入端分别设有一串联分压电阻，每一该串联分压电阻是由至少二电阻组成。
7.如权利要求1所述电力转换器，其特征在于，该电力转换器具有一连接该第一母线与该第二母线的直流电力转换电路。
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