CN112737387A - 电力系统 - Google Patents

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Abstract

一种电力系统，包含正极端、负极端、中性点及转换电路。转换电路包含交流端、两个飞跨电容、两个开关模块。两个开关模块分别包含五个开关。两个第二开关串联后并联第一飞跨电容，两个第一开关分别串联于两个第二开关的两端，第三开关连接于两个第二开关之间第一节点和交流端之间。两个第五开关串联后并联第二飞跨电容，两个第四开关分别串联于两个第五开关的两端，第六开关连接于两个第五开关之间第二节点和交流端之间。第一开关模块耦接于正极端和中性点之间，第二开关模块耦接于负极端和中性点之间。

Description

电力系统
技术领域
本公开内容涉及一种电力系统，且特别涉及一种五电平的电力转换系统。
背景技术
多电平转换装置由于其装置中每个功率器件所承受的电压较母线电压低，使得能够以耐压等级较低的功率器件达到高压系统所需的大功率输出。
传统上，二极管箝位式逆变器(diode clamped inverter)通常需使用电容平衡电路，因而增加更多开关与电感元件，导致转换装置的体积及成本增加。
发明内容
本公开内容的一种实施方式涉及一种电力系统。电力系统包含母线电容模块和转换电路。母线电容模块具有正极端、负极端及中性点。转换电路包含交流端、第一飞跨电容、第二飞跨电容、第一开关模块和第二开关模块。第一开关模块包含两个第一开关单元、两个第二开关单元和一个第三开关单元。两个第二开关单元串联后并联第一飞跨电容。两个第一开关单元分别串联于两个第二开关单元的两端。第三开关单元连接于两个第二开关单元之间第一节点和交流端之间。第二开关模块包含两个第四开关单元、两个第五开关单元和一个第六开关单元。两个第五开关单元串联后并联第二飞跨电容。两个第四开关单元分别串联于两个第五开关单元的两端。第六开关单元连接于两个第五开关单元之间第二节点和交流端之间。第一开关模块耦接于正极端和中性点之间。第二开关模块耦接于负极端和中性点之间。
本公开内容的另一种实施方式涉及一种电力系统。电力系统包含母线电容模块、第一转换电路和第二转换电路。母线电容模块具有正极端、负极端及中性点。第一转换电路的第一开关模块和第二转换装置的第二开关模块共同耦接于正极端和中性点之间。第一转换电路的第二开关模块和第二转换装置的第一开关模块共同耦接于负极端和中性点之间。
本公开内容的另一种实施方式涉及另一种电力系统。电力系统包含母线电容模块、第一转换电路、第二转换电路和第三转换电路。母线电容模块具有正极端、负极端及中性点。第一转换电路的第一开关模块、第二转换电路的第一开关模块和第三转换电路的第一开关模块共同耦接于正极端和中性点之间，第一转换电路的第二开关模块、第二转换电路的第二开关模块和第三转换电路的第二开关模块共同耦接于负极端和中性点之间。
附图说明
图1为根据本公开内容的部分实施例所示出一种电力系统的示意图。
图2A至图2D分别为根据本公开内容的部分实施例所示出的电力系统的操作状态示意图。
图3A至图3D分别为根据本公开内容的部分实施例所示出的电力系统的操作状态示意图。
图4为根据本公开内容的部分实施例所示出一种控制信号产生电路的示意图。
图5为根据本公开内容的部分实施例所示出一种控制信号的波形示意图。
图6为根据本公开内容的部分实施例所示出一种电平波形示意图。
图7为根据本公开内容的其他部分实施例所示出一种电力系统的示意图。
图8为根据本公开内容的其他部分实施例所示出另一种电力系统的示意图。
附图标记说明：
100、700、800 电力系统
120 母线电容模块
140、140a、140b、140_1、140_2、140_3 第一开关模块
160、160a、160b、160_1、160_2、160_3 第二开关模块
V+ 正极端
V- 负极端
Vn 中性点
C1 第一母线电容
C2 第二母线电容
C3 第一飞跨电容
C4 第二飞跨电容
Vo、Nac1、Nac2、Nac3 交流端
Q1A、Q1B、Q2A、Q2B、Q3A、Q3B、Q4A、Q4B、Q5、Q6 开关单元
N1、N2 节点
G1a、G1b、G2a、G2b、G3a、G3b、G4a、G4b、G5、G6 控制信号
200 控制信号产生电路
220 比较模块
240 逻辑电路
Vref 参考信号
Tri1 第一三角波信号
Tri2 第二三角波信号
OP1、OP2、OP3、OP4、OP5 比较器
S1、S2、S3、S4、S5 比较信号
A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8 及闸
P11、P12、P13、P21、P22、P23 期间
T11、T12、T13、T21、T22、T23 期间
+1/2ΔV、+1/4ΔV、0、-1/4ΔV、-1/2ΔV 电平
DC 直流输入电压
AC、AC1、AC2、AC3 交流输出电压
300、500 滤波电路
400、600 保护电路
L1、L11、L12、L2、L21、L22、L31、L32 滤波电感
C0、C01、C02、C03 滤波电容
具体实施方式
下文是举实施例配合说明书附图作详细说明，以更好地理解本公开的实施方式，但所提供的实施例并非用以限制本公开所涵盖的范围，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等技术效果的装置，皆为本公开所涵盖的范围。此外，根据业界的标准及惯常做法，附图仅以辅助说明为目的，并未依照原尺寸作图，实际上各种特征的尺寸可任意地增加或减少以便于说明。下述说明中相同元件将以相同的符号标示来进行说明以便于理解。
在全篇说明书与权利要求所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此公开的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本公开的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本公开的描述上额外的引导。
此外，在本文中所使用的用词『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均为开放性的用语，即意指『包含但不限于』。此外，本文中所使用的『及/或』，包含相关列举项目中一或多个项目的任意一个以及其所有组合。
于本文中，当一元件被称为『连接』或『耦接』时，可指『电性连接』或『电性耦接』。『连接』或『耦接』亦可用以表示二或多个元件间相互搭配操作或互动。此外，虽然本文中使用『第一』、『第二』、…等用语描述不同元件，该用语仅是用以区别以相同技术用语描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否则该用语并非特别指称或暗示次序或顺位，亦非用以限定本发明。
请参考图1。图1为根据本公开内容的部分实施例所示出一种电力系统100的示意图。本公开的电力系统100可用以实现直流交流逆变器(inverter)，能将直流电压转换为单相、三相或者多相的交流电压，从而供应电能给予后端电路或负载。如图1所示，在部分实施例中，以单相为例，电力系统100包含母线电容模块120和转换电路。母线电容模块120包含正极端V+、负极端V-和中性点Vn。转换电路包含第一飞跨电容C3、第二飞跨电容C4、第一开关模块140、第二开关模块160和交流端Vo。第一开关模块140包含两个第一开关单元Q1A和Q1B、两个第二开关单元Q2A和Q2B、第三开关单元Q5。第二开关模块160包含两个第四开关单元Q3A和Q3B、两个第五开关单元Q4A和Q4B、第六开关单元Q6。
结构上，母线电容模块120中的第一母线电容C1耦接于正极端V+和中性点Vn之间。第一开关模块140并联于第一母线电容C1，亦耦接于正极端V+和中性点Vn之间。第一开关模块140的两个第二开关单元Q2A和Q2B相互串联后再并联第一飞跨电容C3。两个第一开关单元Q1A和Q1B分别串联于两个第二开关单元Q2A和Q2B的两端。也就是说，第一开关单元Q1A连接于正极端V+和第二开关单元Q2A之间，第一开关单元Q1B连接于第二开关单元Q2B和中性点Vn之间。此外，第三开关单元Q5连接于两个第二开关单元Q2A和Q2B之间的节点N1和交流端Vo之间。
相似地，母线电容模块120中的第二母线电容C2耦接于负极端V-和中性点Vn之间。第二开关模块160并联于第二母线电容C2，亦耦接于负极端V-和中性点Vn之间。第二开关模块160的两个第五开关单元Q4A和Q4B相互串联后再并联第二飞跨电容C4。两个第四开关单元Q3A和Q3B分别串联于两个第五开关单元Q4A和Q4B的两端。也就是说，第四开关单元Q3A连接于负极端V-和第五开关单元Q4A之间，第四开关单元Q3B连接于第五开关单元Q4B和中性点Vn之间。此外，第六开关单元Q6连接于两个第五开关单元Q4A和Q4B之间的节点N2和交流端Vo之间。
具体而言，开关单元Q1A、Q1B、Q2A、Q2B、Q3A、Q3B、Q4A、Q4B、Q5和Q6分别可由IGBT功率晶体管、MOSFET功率晶体管或其它半导体功率开关据以实施，并分别并联二极管，且所并联的二极管可为开关内部的寄生二极管(Body Diode)或独立的二极管。在部分实施例中，如图1所示，开关单元Q1A、Q1B、Q2A、Q2B、Q3A、Q3B、Q4A、Q4B、Q5和Q6中的每一者皆包含相互并联的一个功率半导体开关和一个续流二极管。换言之，开关单元Q1A、Q1B、Q2A、Q2B、Q3A、Q3B、Q4A、Q4B、Q5和Q6中的每一者皆包含第一端、第二端和控制端。
因此，以另一个角度而言，开关单元Q1A的第一端连接正极端V+，开关单元Q1A的第二端连接开关单元Q2A的第一端和第一飞跨电容C3的第一端。开关单元Q2A的第二端连接开关单元Q2B的第一端和开关单元Q5的第一端(即，节点N1)。开关单元Q2B的第二端连接开关单元Q1B的第一端和第一飞跨电容C3的第二端。开关单元Q1B的第二端连接中性点Vn。开关单元Q5的第二端连接交流端Vo。
相似地，开关单元Q3B的第一端连接中性点Vn，开关单元Q3B的第二端连接开关单元Q4B的第一端和第二飞跨电容C4的第一端。开关单元Q4A的第一端连接开关单元Q4B的第二端和开关单元Q6的第二端(即，节点N2)。开关单元Q4A的第二端连接开关单元Q3A的第一端和第二飞跨电容C4的第二端。开关单元Q3A的第二端连接负极端V-。开关单元Q6的第一端连接交流端Vo。
操作上，母线电容C1和C2用以接收直流输入电压。开关单元Q1A、Q1B、Q2A、Q2B、Q3A、Q3B、Q4A、Q4B、Q5和Q6中的每一者皆用以根据接收到多个控制信号G1a、G1b、G2a、G2b、G3a、G3b、G4a、G4b、G5和G6中的相应一者选择性地导通或关断。如此一来，通过通过控制信号G1a、G1b、G2a、G2b、G3a、G3b、G4a、G4b、G5和G6分别控制开关单元Q1A、Q1B、Q2A、Q2B、Q3A、Q3B、Q4A、Q4B、Q5和Q6的启闭，便能使电力系统100进行转换，将直流输入电压转换为交流电压通过交流端Vo输出。
关于电力系统100的具体操作内容，请参考下表一。如表一所示，根据电力系统100的交流端Vo相对于中性点Vn的电压是否大于零，分为正半周期和负半周期。在正半周期中，电力系统100包含状态1～状态4，其交流端Vo相对于中性点Vn的电压分别为0、+1/4ΔV、+1/2ΔV、+1/4ΔV，其中ΔV为正极端V+和负极端V-的差值(即，|V+|＝|V-|＝1/2ΔV)。在负半周期中，电力系统100包含状态5～状态8，其交流端Vo相对于中性点Vn的电压分别为0、-1/4ΔV、-1/2ΔV、-1/4ΔV。此外，表一中的「1」代表导通，「0」代表关断。
Figure BDA0002233143030000061
Figure BDA0002233143030000071
表一
为便于说明起见，电力系统100的具体操作将搭配图2A至图2D和图3A至图3D进行说明。图2A至图2D和图3A至图3D分别为根据本公开内容的部分实施例所示出的电力系统100的操作状态示意图。在部分实施例中，图2A至图2D和图3A至图3D分别相应于表一中的状态1～状态4和状态5～状态8。
如图2A所示，开关单元Q1B、Q2B和Q5分别相应于逻辑高电平(logic high level)的控制信号G1b、G2b和G5导通。开关单元Q1A、Q2A、Q3A、Q3B、Q4A、Q4B和Q6相应关断。因此，交流端Vo相对于中性点Vn的电压为0。
如图2B所示，开关单元Q1A、Q2B和Q5分别相应于逻辑高电平的控制信号G1a、G2b和G5导通。开关单元Q1B、Q2A、Q3A、Q3B、Q4A、Q4B和Q6相应关断。因此，交流端Vo相对于中性点Vn的电压为(V+)-1/2(V+)＝1/2(V+)＝+1/4ΔV。
如图2C所示，开关单元Q1A、Q2A和Q5分别相应于逻辑高电平的控制信号G1a、G2a和G5导通。开关单元Q1B、Q2B、Q3A、Q3B、Q4A、Q4B和Q6相应关断。因此，交流端Vo相对于中性点Vn的电压为(V+)＝+1/2ΔV。
如图2D所示，开关单元Q1B、Q2A和Q5分别相应于逻辑高电平的控制信号G1b、G2a和G5导通。开关单元Q1A、Q2B、Q3A、Q3B、Q4A、Q4B和Q6相应关断。因此，交流端Vo相对于中性点Vn的电压为0-[-1/2(V+)]＝1/2(V+)＝+1/4ΔV。
如图3A所示，开关单元Q3B、Q4B和Q6分别相应于逻辑高电平的控制信号G3b、G4b和G6导通。开关单元Q1A、Q1B、Q2A、Q2B、Q3A、Q4A和Q5相应关断。因此，交流端Vo相对于中性点Vn的电压为0。
如图3B所示，开关单元Q3A、Q4B和Q6分别相应于逻辑高电平的控制信号G3a、G4b和G6导通。开关单元Q1B、Q1B、Q2A、Q2B、Q3B、Q4A和Q5相应关断。因此，交流端Vo相对于中性点Vn的电压为(V-)-1/2(V-)＝1/2(V-)＝-1/4ΔV。
如图3C所示，开关单元Q3A、Q4A和Q6分别相应于逻辑高电平的控制信号G3a、G4a和G6导通。开关单元Q1B、Q1B、Q2A、Q2B、Q3B、Q4B和Q5相应关断。因此，交流端Vo相对于中性点Vn的电压为(V-)＝-1/2ΔV。
如图3D所示，开关单元Q3B、Q4A和Q6分别相应于逻辑高电平的控制信号G3b、G4a和G6导通。开关单元Q1B、Q1B、Q2A、Q2B、Q3A、Q4B和Q5相应关断。因此，交流端Vo相对于中性点Vn的电压为0-[-1/2(V-)]＝1/2(V-)＝-1/4ΔV。
由此可知，通过调控相应于开关单元Q1A、Q1B、Q2A、Q2B、Q3A、Q3B、Q4A、Q4B、Q5和Q6的控制信号G1a、G1b、G2a、G2b、G3a、G3b、G4a、G4b、G5和G6，便能使电力系统100的交流端Vo相对于中性点Vn的电压为五电平(即+1/2ΔV、+1/4ΔV、0、-1/4ΔV、-1/2ΔV)中的一者。
请参考图4。图4为根据本公开内容的部分实施例所示出一种控制信号产生电路200的示意图。该控制信号产生电路200仅示意一种可实施的电路以利说明本公开内容，然不以此为限，本领域人员可设计不同的电路来完成同样的控制逻辑。在部分实施例中，电力系统100还包含如图4所示的控制信号产生电路200。控制信号产生电路200用以输出控制信号G1a、G1b、G2a、G2b、G3a、G3b、G4a、G4b、G5和G6至转换电路中相应的第一开关模块140和第二开关模块160。如图4所示，控制信号产生电路200包含比较模块220和逻辑电路240。比较模块220用以接收多个比较输入信号以产生相应的多个比较信号S1、S2、S3、S4和S5。逻辑电路240用以根据比较信号S1、S2、S3、S4和S5产生控制信号G1a、G1b、G2a、G2b、G3a、G3b、G4a、G4b、G5和G6。
在部分实施例中，比较输入信号包含参考信号Vref、第一三角波信号Tri1和第二三角波信号Tri2。比较模块220包含第一比较器OP1、第二比较器OP2、第三比较器OP3、第四比较器OP4和第五比较器OP5。比较器OP1～OP5分别包含两个输入端和一个输出端，用以根据两个输入端所接收的信号进行比较运算，并通过输出端输出运算后的比较信号。值得一提，参考信号Vref可为一弦波信号，亦可是接近弦波的信号，如空间向量调制得出的类弦波信号亦可，参考信号Vref对应不同控制方法可能会有不同的变化。
具体而言，第一比较器OP1的第一输入端用以接收参考信号Vref。第一比较器OP1的第二输入端用以接收第一三角波信号Tri1。当参考信号Vref的电平大于第一三角波信号Tri1的电平时，第一比较器OP1输出高电平的第一比较信号S1。当参考信号Vref的电平小于第一三角波信号Tri1的电平时，第一比较器OP1输出低电平的第一比较信号S1。
第二比较器OP2的第一输入端用以接收参考信号Vref。第二比较器OP2的第二输入端用以接收第二三角波信号Tri2，第二三角波信号Tri2可为与第一三角波信号Tri1错相180度的信号。当参考信号Vref的电平大于第二三角波信号Tri2的电平时，第二比较器OP2输出高电平的第二比较信号S2。当参考信号Vref的电平小于第二三角波信号Tri2的电平时，第二比较器OP2输出低电平的第二比较信号S2。
第三比较器OP3的第一输入端用以接收参考信号Vref。第三比较器OP3的第二输入端用以接收接地信号。当参考信号Vref的电平大于接地信号的电平时，第三比较器OP3输出高电平的第三比较信号S3。当参考信号Vref的电平小于接地信号的电平时，第三比较器OP3输出低电平的第三比较信号S3，第三比较信号S3用以判断参考信号Vref的正半周期和负半周期。
第四比较器OP4的第一输入端用以接收参考信号Vref乘上-1(即参考信号Vref的反向信号)。第四比较器OP4的第二输入端用以接收第一三角波信号Tri1。当参考信号Vref的反向信号的电平大于第一三角波信号Tri1的电平时，第四比较器OP4输出高电平的第四比较信号S4。当参考信号Vref的反向信号的电平小于第一三角波信号Tri1的电平时，第四比较器OP4输出低电平的第四比较信号S4。
第五比较器OP5的第一输入端用以接收参考信号Vref乘上-1(即参考信号Vref的反向信号)。第五比较器OP5的第二输入端用以接收第二三角波信号Tri2。当参考信号Vref的反向信号的电平大于第二三角波信号Tri2的电平时，第五比较器OP5输出高电平的第五比较信号S5。当参考信号Vref的反向信号的电平小于第二三角波信号Tri2的电平时，第五比较器OP5输出低电平的第五比较信号S5。
在部分实施例中，逻辑电路240包含第一及闸A1、第二及闸A2、第三及闸A3、第四及闸A4、第五及闸A5、第六及闸A6、第七及闸A7和第八及闸A8。及闸A1～A8分别包含两个输入端和一个输出端。当及闸的两个输入端所接收的信号皆为高电平时，及闸用以通过输出端输出高电平的控制信号。反之，当及闸的两个输入端所接收的信号中有低电平时，及闸用以通过输出端输出低电平的控制信号。
具体而言，第一及闸A1的第一输入端耦接第一比较器OP1，用以接收第一比较信号S1。第一及闸A1的第二输入端耦接第三比较器OP3，用以接收第三比较信号S3。当第一比较信号S1的电平和第三比较信号S3的电平皆为高电平时，第一及闸A1输出高电平的控制信号G1a。反之，第一及闸A1输出低电平的控制信号G1a。
第二及闸A2的第一输入端经由反闸(NOT gate)耦接第一比较器OP1，用以接收第一比较信号S1的互补信号。第二及闸A2的第二输入端耦接第三比较器OP3，用以接收第三比较信号S3。
第三及闸A3的第一输入端耦接第二比较器OP2，用以接收第二比较信号S2。第三及闸A3的第二输入端耦接第三比较器OP3，用以接收第三比较信号S3。
第四及闸A4的第一输入端经由反闸耦接第二比较器OP2，用以接收第二比较信号S2的互补信号。第四及闸A4的第二输入端耦接第三比较器OP3，用以接收第三比较信号S3。
第五及闸A5的第一输入端经由反闸耦接第三比较器OP3，用以接收第三比较信号S3的互补信号。第五及闸A5的第二输入端耦接第四比较器OP4，用以接收第四比较信号S4。
第六及闸A6的第一输入端经由反闸耦接第三比较器OP3，用以接收第三比较信号S3的互补信号。第六及闸A6的第二输入端经由反闸耦接第四比较器OP4，用以接收第四比较信号S4的互补信号。
第七及闸A7的第一输入端经由反闸耦接第三比较器OP3，用以接收第三比较信号S3的互补信号。第七及闸A7的第二输入端耦接第五比较器OP5，用以接收第五比较信号S5。
第八及闸A8的第一输入端经由反闸耦接第三比较器OP3，用以接收第三比较信号S3的互补信号。第八及闸A8的第二输入端经由反闸耦接第五比较器OP5，用以接收第五比较信号S5的互补信号。
此外，控制信号产生电路200用以将第三比较器OP3所输出的第三比较信号S3作为控制信号G5，并将第三比较器OP3所输出的第三比较信号S3经过反闸后作为控制信号G6。
如此一来，通过控制信号产生电路200根据比较输入信号(如，参考信号Vref、三角波信号Tri1和Tri2)便能产生相应于表一中状态1～状态8的所有控制信号G1a、G1b、G2a、G2b、G3a、G3b、G4a、G4b、G5和G6。
请一并参考图5和图6。图5为根据本公开内容的部分实施例所示出一种控制信号G1a、G1b、G2a、G2b、G3a、G3b、G4a、G4b、G5和G6的波形示意图。图6为根据本公开内容的部分实施例所示出一种电平波形示意图。在本实施例中，通过图5所示的控制信号G1a、G1b、G2a、G2b、G3a、G3b、G4a、G4b、G5和G6，便能使得电力系统100的交流端Vo相对于中性点Vn的电压按序形成如图6所示的电平波形。值得注意的是，为了便于说明起见，图5仅示出相应于图6中一个周期(如期间T11～T13和T21～T23)内控制信号G1a、G1b、G2a、G2b、G3a、G3b、G4a、G4b、G5和G6的变化。此外，控制信号G5和G6互为互补信号。控制信号G1a和G1b互为互补信号。控制信号G2a和G2b互为互补信号。控制信号G3a和G3b互为互补信号。控制信号G4a和G4b互为互补信号。
如图5所示，在P11、P12、P13期间，控制信号G5维持高电平，控制信号G3a、G3b、G4a、G4b和G6维持低电平，控制信号G1a、G1b、G2a和G2b切换于高和低电平。对照上述表一可知，在P11期间，电力系统100的交流端Vo相对于中性点Vn的电压切换于0和+1/4ΔV之间，如图6中T11期间的波形所示。在P12期间，电力系统100的交流端Vo相对于中性点Vn的电压切换于+1/4ΔV和+1/2ΔV之间，如图6中T12期间的波形所示。在P13期间，相似于P11期间，电力系统100的交流端Vo相对于中性点Vn的电压切换于+1/4ΔV和0之间，如图6中T13期间的波形所示。
而在P21、P22、P23期间，控制信号G6维持高电平，控制信号G1a、G1b、G2a、G2b和G5维持低电平，控制信号G3a、G3b、G4a和G4b切换于高和低电平。对照上述表一可知，在P21期间，电力系统100的交流端Vo相对于中性点Vn的电压切换于0和-1/4ΔV之间，如图6中T21期间的波形所示。在P22期间，电力系统100的交流端Vo相对于中性点Vn的电压切换于-1/4ΔV和-1/2ΔV之间，如图6中T22期间的波形所示。在P23期间，相似于P21期间，电力系统100的交流端Vo相对于中性点Vn的电压切换于0和-1/4ΔV之间，如图6中T23期间的波形所示。
如此一来，通过控制信号产生电路200产生如图5所示的控制信号G1a、G1b、G2a、G2b、G3a、G3b、G4a、G4b、G5和G6，便能使得电力系统100的交流端Vo相对于中性点Vn的电压按序形成如图6所示具有五电平的波形。
请参考图7。图7为根据本公开内容的其他部分实施例所示出一种电力系统700的示意图。于图7中，与图1的实施例有关的相似元件是以相同的参考标号表示以便于理解，且相似元件的具体原理已于先前段落中详细说明，若非与图7的元件间具有协同运行关系而必要介绍者，于此不再赘述，此实施例是将本公开内容应用于全桥电路架构。如图7所示，在部分实施例中，电力系统700包含直流输入电压DC、母线电容模块120、两个转换电路、滤波电路300、保护电路400和交流输出电压AC。两个转换电路分别包含如图1中的第一开关模块140和第二开关模块160。
具体而言，在本实施例中，第一转换电路包含第一开关模块140a和第二开关模块160a。第二转换电路包含第一开关模块140b和第二开关模块160b。结构上，第一开关模块140a和第二开关模块160b共同耦接于母线电容模块120的正极端V+和中性点Vn之间。第二开关模块160a和第一开关模块140b共同耦接于母线电容模块120的负极端V-和中性点Vn之间。控制上，如同一般全桥电路架构，两个转换电路彼此对角的开关具有相同的控制信号。
在部分实施例中，如图7所示，滤波电路300包含第一滤波电感L1、第二滤波电感L2和滤波电容C0。第一滤波电感L1的第一端连接于第一转换电路的交流端，第一滤波电感L1的第二端连接于滤波电容C0的第一端。第二滤波电感L2的第一端连接于第二转换电路的交流端，第二滤波电感L2的第二端连接于滤波电容C0的第二端。
此外，在部分实施例中，如图7所示，保护电路400连接于滤波电路300和交流输出电压AC之间。保护电路400可用以在发生电压异常时断开连接点以保护电力系统700。举例来说，保护电路400可由继电器(Relay)据以实施，但本公开不以此为限。
请参考图8。图8为根据本公开内容的其他部分实施例所示出另一种电力系统800的示意图。于图8中，与图1的实施例有关的相似元件是以相同的参考标号表示以便于理解，且相似元件的具体原理已于先前段落中详细说明，若非与图8的元件间具有协同运行关系而必要介绍者，于此不再赘述。如图8所示，在部分实施例中，电力系统800包含直流输入电压DC、母线电容模块120、三个转换电路、滤波电路500、保护电路600和交流输出电压AC1～AC3。三个转换电路分别包含如图1中的第一开关模块140和第二开关模块160。
具体而言，在本实施例中，第一转换电路包含第一开关模块140_1和第二开关模块160_1。第二转换电路包含第一开关模块140_2和第二开关模块160_2。第三转换电路包含第一开关模块140_3和第二开关模块160_3。结构上，第一开关模块140_1、140_2和140_3共同耦接于母线电容模块120的正极端V+和中性点Vn之间。第二开关模块160a、160_2和160_3共同耦接于母线电容模块120的负极端V-和中性点Vn之间。
在部分实施例中，如图8所示，滤波电路500包含第一滤波电感L11和L12、第二滤波电感L21和L22、第三滤波电感L31和L32，以及三个滤波电容C01、C02和C03。第一滤波电感L11的第一端连接于第一转换电路的交流端Nac1，第一滤波电感L11的第二端连接于第一滤波电感L12的第一端。第二滤波电感L21的第一端连接于第二转换电路的交流端Nac2，第二滤波电感L21的第二端连接于第二滤波电感L22的第一端。第三滤波电感L31的第一端连接于第三转换电路的交流端Nac3，第三滤波电感L31的第二端连接于第三滤波电感L32的第一端。滤波电容C01、C02和C03的各第一端可分别连接第一滤波电感L11、第二滤波电感L21及第三滤波电感L31的各第二端。滤波电容C01、C02和C03的第二端共同连接于中性点Vn。第一滤波电感L12、第二滤波电感L22和第三滤波电感L32的第二端经由保护电路600分别连接于交流输出电压AC1、AC2和AC3。值得注意，上述滤波电路500不限定为图8所公开的配置，可根据需求配置为一阶滤波或二阶滤波等其它实施方式。
此外，在部分实施例中，如图8所示，保护电路600连接于滤波电路500和交流输出电压AC1～AC3之间。保护电路600可用以在发生电压异常时断开连接点以保护电力系统800。举例来说，保护电路600可由继电器据以实施，但本公开不以此为限。
需要说明的是，在不冲突的情况下，在本公开内容各个附图、实施例及实施例中的特征与电路可以相互组合。附图中所示出的电路仅为示例之用，是简化以使说明简洁并便于理解，并非用以限制本公开。此外，上述各实施例中的各个装置、单元及元件可以由各种类型的数字或模拟电路实现，亦可分别由不同的集成电路芯片实现，或整合至单一芯片。上述仅为例示，本公开内容并不以此为限。
综上所述，本公开通过应用上述各个实施例中，通过电力系统100、700或800中的电路拓扑设计，搭配控制信号产生电路200所产生的控制信号G1a、G1b、G2a、G2b、G3a、G3b、G4a、G4b、G5和G6，便能使电力系统100、700和800进行转换，产生多电平输出波形。相较于传统上的二极管箝位式逆变器，具有较少半导体元件且无须平衡电路的优点，进而达到较高的效率。
虽然本公开内容已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本公开内容，所属技术领域技术人员在不脱离本公开内容的构思和范围内，当可作各种变动与润饰，因此本公开内容的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (12)

1.一种电力系统，包含：
一母线电容模块，具有一正极端、一负极端及一中性点；以及
一转换电路，包含：
一交流端；
一第一飞跨电容和一第二飞跨电容；
一第一开关模块，包含两个第一开关单元、两个第二开关单元和一第三开关单元，该两个第二开关单元串联后并联该第一飞跨电容，该两个第一开关单元分别串联于该两个第二开关单元的两端，该第三开关单元连接于该两个第二开关单元之间一第一节点和该交流端之间；
一第二开关模块，包含两个第四开关单元、两个第五开关单元和一第六开关单元，该两个第五开关单元串联后并联该第二飞跨电容，该两个第四开关单元分别串联于该两个第五开关单元的两端，该第六开关单元连接于该两个第五开关单元之间一第二节点和该交流端之间，
其中该第一开关模块耦接于该正极端和该中性点之间，该第二开关模块耦接于该负极端和该中性点之间。
2.如权利要求1所述的电力系统，还包含：
一控制信号产生电路，用以输出多个控制信号至该转换电路，该控制信号产生电路包含：
一比较模块，用以接收多个比较输入信号以产生相应的多个比较信号；以及
一逻辑电路，用以根据该些比较信号产生该些控制信号。
3.如权利要求2所述的电力系统，其中该比较模块包含：
一第一比较器，该第一比较器的两个输入端分别接收一参考信号和一第一三角波信号，该第一比较器用以输出一第一比较信号；
一第二比较器，该第二比较器的两个输入端分别接收该参考信号和一第二三角波信号，该第二比较器用以输出一第二比较信号；
一第三比较器，该第三比较器的两个输入端分别接收该参考信号和一接地信号，该第三比较器用以输出一第三比较信号；
一第四比较器，该第四比较器的两个输入端分别接收一反向参考信号和该第一三角波信号，该第四比较器用以输出一第四比较信号；以及
一第五比较器，该第五比较器的两个输入端分别接收该反向参考信号和该第二三角波信号，该第五比较器用以输出一第五比较信号。
4.如权利要求3所述的电力系统，其中该逻辑电路包含：
一第一及闸，该第一及闸的一第一输入端接收该第一比较信号，该第一及闸的一第二输入端接收该第三比较信号，该第一及闸用以输出一第一控制信号；
一第二及闸，该第二及闸的一第一输入端接收该第一比较信号的一互补信号，该第二及闸的一第二输入端接收该第三比较信号，该第二及闸用以输出一第二控制信号；
一第三及闸，该第三及闸的一第一输入端接收该第二比较信号，该第三及闸的一第二输入端接收该第三比较信号，该第三及闸用以输出一第三控制信号；
一第四及闸，该第四及闸的一第一输入端接收该第二比较信号的一互补信号，该第四及闸的一第二输入端接收该第三比较信号，该第四及闸用以输出一第四控制信号；
一第五及闸，该第五及闸的一第一输入端接收该第三比较信号的一互补信号，该第五及闸的一第二输入端接收该第四比较信号，该第五及闸用以输出一第五控制信号；
一第六及闸，该第六及闸的一第一输入端接收该第三比较信号的该互补信号，该第六及闸的一第二输入端接收该第四比较信号的一互补信号，该第六及闸用以输出一第六控制信号；
一第七及闸，该第七及闸的一第一输入端接收该第三比较信号的该互补信号，该第七及闸的一第二输入端接收该第五比较信号，该第七及闸用以输出一第七控制信号；以及
一第八及闸，该第八及闸的一第一输入端接收该第三比较信号的该互补信号，该第八及闸的一第二输入端接收该第五比较信号的一互补信号，该第八及闸用以输出一第八控制信号。
5.如权利要求4所述的电力系统，其中该两个第一开关单元分别接收该第一控制信号和该第二控制信号，该两个第二开关单元分别接收该第三控制信号和该第四控制信号，该第三开关单元接收该第三比较信号，该两个第四开关单元分别接收该第五控制信号和该第六控制信号，该两个第五开关单元分别接收该第七控制信号和该第八控制信号，该第六开关单元接收该第三比较信号的该互补信号。
6.如权利要求4所述的电力系统，其中该第一控制信号和该第二控制信号互为互补信号，该第三控制信号和该第四控制信号互为互补信号，第五控制信号和该第六控制信号互为互补信号，该第七控制信号和该第八控制信号互为互补信号。
7.一种电力系统，包含：
一母线电容模块，具有一正极端、一负极端及一中性点；
如权利要求1所述的转换电路的一第一转换电路；以及
如权利要求1所述的转换电路的一第二转换电路，其中该第一转换电路的该第一开关模块和该第二转换装置的该第二开关模块共同耦接于该正极端和该中性点之间，该第一转换电路的该第二开关模块和该第二转换装置的该第一开关模块共同耦接于该负极端和该中性点之间。
8.如权利要求7所述的电力系统，还包含：
一滤波电路，包含：
一第一滤波电感，该第一滤波电感的一第一端连接于该第一转换电路的该交流端；
一第二滤波电感，该第二滤波电感的一第一端连接于该第二转换电路的该交流端；以及
一滤波电容，连接于该第一滤波电感的一第二端和该第二滤波电感的一第二端之间。
9.如权利要求8所述的电力系统，还包含：
一保护电路，连接于该滤波电路和一交流输出电压之间。
10.一种电力系统，包含：
一母线电容模块，具有一正极端、一负极端及一中性点；
如权利要求1所述的转换电路的一第一转换电路；
如权利要求1所述的转换电路的一第二转换电路；以及
如权利要求1所述的转换电路的一第三转换电路，其中该第一转换电路的该第一开关模块、该第二转换电路的该第一开关模块和该第三转换电路的该第一开关模块共同耦接于该正极端和该中性点之间，该第一转换电路的该第二开关模块、该第二转换电路的该第二开关模块和该第三转换电路的该第二开关模块共同耦接于该负极端和该中性点之间。
11.如权利要求10所述的电力系统，还包含：
一滤波电路，包含：
第一滤波电感，串联于该第一转换电路的该交流端和一第一交流输出电压之间；
一第一滤波电容，该第一滤波电容的一第一端连接该第一滤波电感，该第一滤波电容的一第二端连接该中性点；
第二滤波电感，串联于该第二转换电路的该交流端和一第二交流输出电压之间；
一第二滤波电容，该第二滤波电容的一第一端连接该第二滤波电感，该第二滤波电容的一第二端连接该中性点；
第三滤波电感，串联于该第三转换电路的该交流端和一第三交流输出电压之间；以及
一第三滤波电容，该第三滤波电容的一第一端连接该第三滤波电感，该第二滤波电容的一第二端连接该中性点。
12.如权利要求11所述的电力系统，还包含：
一保护电路，连接于该第一交流输出电压、该第二交流输出电压、该第三交流输出电压和该滤波电路之间。
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