CN114069819A - 具有三阶层切换电路的转换装置及三阶层切换电路的操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有三阶层切换电路的转换装置及三阶层切换电路的操作方法，其中具有三阶层切换电路的转换装置包括直流转换模块、三阶层电路及控制单元，三阶层电路包括桥臂组与电容组。电容组包含串联的第一电容与第二电容。直流转换模块具有输出正极与输出负极且耦接桥臂组。控制单元控制桥臂组的第二开关单元与第三开关单元的切换而使三阶层电路操作于将输出正极与输出负极连接第一电容的第一状态及将输出正极与输出负极连接第二电容的第二状态。

Description

具有三阶层切换电路的转换装置及三阶层切换电路的操作 方法
技术领域
本发明涉及一种具有三阶层切换电路的转换装置及三阶层切换电路的操作方法，特别涉及一种可提高电路整体功率密度的转换装置及操作方法。
背景技术
不断电系统(或称UPS，即Uninterruptible Power System)是在电网异常的情况下不间断的为电器负载设备提供后备电力，以维持电器正常运行的设备。通常情况下不断电系统被用于维持电脑(尤其是服务器)或交换机等关键性商用设备或精密仪器的不间断运行，尤其在现今服务器应用的领域越来越广泛的情况下，不断电系统的使用效能越来越受到重视。
图1为常见不断电系统方框图，其电路架构主要是使用双总线电压的直流转换模块10。通常直流转换模块10会对双总线稳压，因此直流转换模块10需产生800V的电压，来维持第一电容242和第二电容244上的电压为800V。在第一电容242和第二电容244的后端通常为三阶层或者多阶层的逆变模块30。由于共零线设计需具有中点端O，第一电容242和第二电容244必须要构成三端点的架构。输入电压Vin经由直流转换模块10转换出800V的电压后，再由后端逆变模块30(或者直流转换器)提供给负载300能量。由于传统的直流转换模块10需要提供双总线的跨压为800V的电压，造成电路元件体积庞大等缺点(因需要增加元件耐压值)。
因此，如何设计出一种具有三阶层切换电路的转换装置及三阶层切换电路的操作方法，利用控制单元控制三阶层切换电路的方式将第一电容与第二电容独立分开切换并控制，乃为本公开发明人所欲行研究的一大课题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种具有三阶层切换电路的转换装置，以克服现有技术的问题。因此，本发明具有三阶层切换电路的转换装置包括：直流转换模块，包括直流输入端与输出端，直流输入端接收输入电压，且输出端包括输出正极与输出负极。三阶层电路包括：桥臂组，包括串联的第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元及第四开关单元，第一开关单元与第二开关单元之间的第一节点耦接输出正极，且第三开关单元与第四开关单元之间的第二节点耦接输出负极。及电容组，包括串联的第一电容与第二电容，第一电容的正极耦接第一开关单元，第二电容的负极耦接第四开关单元，且第一电容与第二电容之间的一中点端耦接第二开关单元与第三开关单元之间的第三节点。及控制单元，控制桥臂组操作于直流模式。其中，在直流模式，控制单元控制第二开关单元与第三开关单元的切换而使三阶层电路操作于将输出正极与输出负极连接第一电容的第一状态及将输出正极与输出负极连接第二电容的第二状态。
为了解决上述问题，本发明提供一种三阶层切换电路的操作方法，三阶层电路包括桥臂组，且桥臂组包括串联的第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元及第四开关单元，第一开关单元、第二开关单元之间的第一节点耦接直流转换模块的输出正极，第三开关单元、第四开关单元之间的第二节点耦接直流转换模块的输出负极，操作方法包括下列步骤：控制桥臂组操作于直流模式。在直流模式的第一周期，控制第三开关单元导通，使直流转换模块通过输出正极与输出负极对第一电容充电而维持第一电容两端的第一电容电压为总线电压。在继续第一周期的第二周期中，控制第二开关单元导通，使直流转换模块通过输出正极与输出负极对与第一电容串联的第二电容充电而维持第二电容的两端的第二电容电压为总线电压。操作方法还包括下列步骤：控制桥臂组操作于交流模式，将交流电压的正半周通过第二开关单元的切换而转换为第一电容电压。及在交流模式，将交流电压的负半周通过第三开关单元的切换而转换为第二电容电压。
本发明的主要目的及技术效果在于，控制单元能够针对第一电容与第二电容独立分开切换并控制，因此在双总线电压电路中，直流转换模块仅需要分别控制第一电容与第二电容的跨压为一总线电压，而不需同时控制两倍的总线电压，因此可实现使得直流转换模块所使用的元件的电压应力减半，整体功率密度高且效率佳的技术效果。
为了能更进一步了解本发明为实现预定目的所采取的技术、手段及技术效果，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，当可由此得一深入且具体的了解，然而说明书附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
附图说明
图1为常见不断电系统方框图；
图2为本发明具有三阶层切换电路的转换装置第一实施例的电路方框图；
图3A为本发明控制单元控制直流转换模块对第一电容充电的充电路径图；
图3B为本发明控制单元控制直流转换模块对第二电容充电的充电路径图；
图4A为本发明三阶层电路第一实施例的结构示意图；
图4B为本发明三阶层电路第二实施例的结构示意图；
图5A为本发明直流转换模块第一实施例的电路结构示意图；
图5B为本发明直流转换模块第二实施例的电路结构示意图；
图6为本发明具有三阶层切换电路的转换装置第二实施例的电路方框图；及
图7为本发明功率电路另一实施例的电路结构示意图。
附图标记说明：
100、100’…转换装置
10、10’…直流转换模块
12…直流输入端
14…输出端
142…输出正极
144…输出负极
T…变压器
20…三阶层电路
22…桥臂组
222…第一开关单元
224…第二开关单元
226…第三开关单元
228…第四开关单元
24…电容组
242…第一电容
244…第二电容
A～C…节点
O…中点端
30…逆变模块
40…控制单元
50…功率因数校正器
52、52’…功率电路
522…交流输入端
L…火线端
N…零线端
524…第一整流端
526…第二整流端
L1…功率电感
D1…第一二极管
D2…第二二极管
522…双向开关
200…外部装置
300…负载
Vin…输入电压
Vo…输出电压
Vbus…总线电压
Vc1…第一电容电压
Vc2…第二电容电压
Vac…交流电压
Ip…电流路径
具体实施方式
兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合附图说明如下：
请参阅图2为本发明具有三阶层切换电路的转换装置第一实施例的电路方框图。转换装置100由外部装置200(例如但不限于，电池或再生能源)接收输入电压Vin，且将输入电压Vin转换为输出电压Vo对负载300供电。转换装置100包括直流转换模块10、三阶层电路20、逆变模块30及控制单元40，且三阶层电路20耦接直流转换模块10、逆变模块30。直流转换模块10包括直流输入端12与输出端14，直流输入端12接收输入电压Vin，且输出端14包括输出正极142与输出负极144。输出正极142与输出负极144两端的跨压为总线电压Vbus，直流转换模块10通过输出正极142与输出负极144耦接至三阶层电路20的输入端。
三阶层电路20包括桥臂组22组与电容组24，桥臂组22包括串联的第一开关单元222、第二开关单元224、第三开关单元226及第四开关单元228，且电容组24包括串联的第一电容242与第二电容244。第一开关单元222与第二开关单元224之间的第一节点A耦接输出正极142，且第三开关单元226与第四开关单元228之间的第二节点B耦接输出负极144，使得三阶层电路20通过第一节点A与第二节点B接收直流转换模块10的输出。第一电容242的正极耦接第一开关单元222的一端，第二电容242的负极耦接第四开关单元228的一端，且第一电容242与第二电容244之间的中点端O耦接第二开关单元224与第三开关单元226之间的第三节点C。控制单元40控制桥臂组22的切换，以将输出正极142与输出负极144连接至电容组24而对第一电容242充电，或者对第二电容244充电。其中，第一电容242两端的跨压定义为第一电容电压Vc1，且第二电容244两端的跨压定义为第二电容电压Vc2。具体而言，当操作于将输出正极142与输出负极144连接第一电容242的第一状态时，第一电容242可理解为直流转换模块10的输出电容，直流转换模块10控制第一电容电压Vc1为总线电压Vbus；当操作于将输出正极142与输出负极144连接第二电容244的第二状态时，第二电容244为直流转换模块10的输出电容，直流转换模块10控制第二电容电压Vc2为总线电压Vbus。换言之，通过桥臂组22的切换，直流转换模块10的输出仅为总线电压Vbus，但可于电容组24达到双倍总线电压的作用。
逆变模块30为三阶层逆变器(Three-Level Inverter)，逆变模块30的输入端接收第一电容电压Vc1与第二电容电压Vc2。控制单元40控制逆变模块30将第一电容电压Vc1与第二电容电压Vc2转换为交流的输出电压Vo，以提供输出电压Vo对负载300供电，此处以中点端O连接输出电压Vo的零线为例。其中，在某些高压直流应用时，当负载所需的输出电压Vo为直流电压而并非为交流电压时，逆变模块30可以由直流转换器(图未示)所取代。控制单元40控制直流转换器(图未示)将第一电容电压Vc1与第二电容电压Vc2转换为直流的输出电压Vo，以对直流负载300供应直流电压。值得一提，于本发明的一实施例中，逆变模块30不限定仅能以图2的电路结构实施，举凡具有三阶层电路结构，且具有直流/交流转换功能的逆变器皆应包含在本实施例的范围当中。
进一步而言，由于转换装置100包括直流转换模块10，因此控制单元40控制桥臂组22的操作模式至少包括直流模式。控制单元40可以为单一个控制器控制直流转换模块10、三阶层电路20及逆变模块30。或者，直流转换模块10、三阶层电路20及逆变模块30有各自的控制器，为了方便说明，这些各自的控制器在此皆以控制单元40表示，应可理解控制单元40不代表是单个控制器。在该直流模式中，直流转换模块20将输入电压Vin转换为总线电压Vbus，且控制单元40控制桥臂组22的切换，使直流转换模块10的输出正极142与直流转换模块10的输出负极144对该第一电容242或第二电容244充电，以分别维持第一电容电压Vc1与第二电容244两端的第二电容电压Vc2。
请参阅图3A为本发明控制单元控制直流转换模块10对第一电容充电的充电路径图、图3B为本发明控制单元控制直流转换模块10对第二电容充电的充电路径图，复配合参阅图2。直流转换模块10的输出正极142与输出负极144分别耦接至桥臂组22的第一节点A与第二节点B。于图3A中，控制单元40控制第一开关单元222与该第三开关单元226导通，且控制第二开关单元224与该第四开关单元228关断。此时，直流转换模块10对第一电容242充电而维持第一电容电压Vc1的电压值大致上等于总线电压Vbus的电压值(电流路径Ip以虚线表示，其电流路径Ip即为输出正极142、第一开关单元222、第一电容C1、第三开关单元226回到输出负极144)。
于图3B中，控制单元40控制第一开关单元222与该第三开关单元226关断，且控制第二开关单元224与该第四开关单元228导通。此时，直流转换模块10对第二电容244充电而维持第二电容电压Vc2的电压值大致上等于总线电压Vbus的电压值(电流路径Ip以虚线表示，其电流路径Ip即为输出正极142、第二开关单元224、第二电容C2、第四开关单元228回到输出负极144)。综上所述，本发明的主要目的及技术效果在于，控制单元40能够针对第一电容242或第二电容244独立分开切换并控制，因此能够做到直流转换模块10仅需要具备稳定总线电压Vbus(例如但不限于400V)的能力，使第一电容242与第二电容244的跨压大致上等于总线电压Vbus(意即第一电容电压Vc1与第二电容电压Vc2也大致上等于400V)，直流转换模块10不需具备稳定两倍总线电压Vbus的能力，使得直流转换模块10所使用的元件的电压应力减半，整体功率密度可以更高，效率也更好。
进一步而言，由于逆变模块30为三阶层逆变器，其所提供的输出电压Vo正半周主要由第一电容电压Vc1所提供，且负半周主要由第二电容电压Vc2所提供。因此，输出电压Vo在正半周时，第一电容242必须要供应能量，输出电压Vo在负半周时，第二电容244必须要供应能量。所以桥臂组22操作在直流模式时，控制单元可控制第一开关单元222、第二开关单元224、第三开关单元226及第四开关单元228的切换频率为市电频率(即低频切换，例如但不限于，在某些国家为60Hz)。在输出电压Vo为正半周时，直流转换模块10对第一电容242提供能量，以补充第一电容电压Vc1的消耗。在输出电压Vo为负半周时，直流转换模块10对第二电容244提供能量，以补充第二电容电压Vc2的消耗。值得一提，因为电容所存储的能量与电容容值相关，于本发明的一实施中，桥臂组22操作在直流模式时，并不限定第一开关单元222、第二开关单元224、第三开关单元226及第四开关单元228的切换频率必须为市电频率，其可根据第一电容242与第二电容244的选择而选择低频的第一频率，例如电容值选择较大时，第一频率可以更低(例如但不限于1kHZ)。
请参阅图4A为本发明三阶层电路第一实施例的结构示意图、图4B为本发明三阶层电路第二实施例的结构示意图，复配合参阅图2～图3B。在图4A中，第一开关单元222与第四开关单元228可以为二极管。在桥臂组22操作在直流模式，且控制单元40控制第三开关单元226导通时，由于第一开关单元222(二极管)为顺偏导通，因此同样可产生如图3A所示的电流路径Ip。此时，第四开关单元228(二极管)为逆偏截止。在控制单元40控制第二开关单元224导通时，由于第四开关单元228(二极管)也为顺偏导通，因此同样可产生如图3B所示的电流路径Ip。此时，第一开关单元222(二极管)为逆偏截止。
在图4B中，第一开关单元222与第四开关单元228可以为晶体管。控制单元40耦接第一开关单元222与第四开关单元228，以提供控制信号控制第一开关单元222与第四开关单元228的导通或不导通。在桥臂组22操作在直流模式，且控制单元40控制第三开关单元226导通时，控制单元40也控制第一开关单元222导通，因此可产生如图3A所示的电流路径Ip。此时，控制单元40也控制第二开关单元224与第四开关单元228关断。在控制单元40控制第二开关单元224导通时，控制单元40也控制第四开关单元228导通，因此同样可产生如图3B所示的电流路径Ip。此时，控制单元40也控制第一开关单元222与第三开关单元226关断。通过桥臂组22的切换，操作于将输出正极142与输出负极144连接第一电容242的第一状态，及，操作于将输出正极142与输出负极144连接第二电容244的第二状态。值得一提，关于前述连接第一电容242或连接第二电容244的“连接”，并不表示一定是通过电气隔离与否来实现是否“连接”的定义，如图4A的第一开关单元222与第四开关单元228为二极管时，虽然并不能实现电气隔离或空间隔离，但根据顺偏或逆偏可以实现连接与不连接的作用。
请参阅图5A为本发明直流转换模块第一实施例的电路结构示意图、图5B为本发明直流转换模块第二实施例的电路结构示意图，复配合参阅图2～图3B。于图5A中，直流转换模块10为具有变压器T结构的推挽式转换器，且直流转换模块10可以不用设置输出稳压电容，因为通过桥臂组22的切换可以将直流转换模块10的输出连接至第一电容242或连接至第二电容244，借此形成一个完整的推挽式转换器，然不以此为限定，亦可以额外设置一个输出稳压电容。
于图5B中，直流转换模块10’为具有变压器T结构的全桥相移式转换器，且亦可以不用设置额外的输出稳压电容。值得一提，于本发明的一实施例中，直流转换模块10不限制仅能以图5A与图5B的电路结构实施，也不限制是否具有变压器，举凡具有直流/直流转换功能的转换器皆应包含在本实施例的范围当中。优选的，直流转换模块10为一切换式电源供应器(Switched-mode power supply)，且包含至少一切换开关，且利用控制该切换开关的占空比(Duty cycle)、切换频率或相位来实现输出电压的控制，此为本领技术人员熟知，故不赘述。值得注意的是，操作在直流模式时，该至少一切换开关的切换频率相对桥臂组22的切换频率为高频切换，例如切换开关为50kHZ固定频率，或操作于50kHZ到100kHZ的变频率控制，皆高于桥臂组22的市电频率。
请参阅图6为本发明具有三阶层切换电路的转换装置第二实施例的电路方框图，复配合参阅图2～图4B。不断电系统应用时，可设置功率因数校正器(Power FactorCorrection；PFC)用以接收交流电压Vac，功率因数校正器包括交流输入端与直流输出端，交流输入端接收交流电压，且该直流输出端耦接图2～图5B的电容组24。根据本发明，可进一步共用三阶层电路20，以节省装置成本与体积，以下进一步详述。本实施例的转换装置100’与图2实施例的转换装置100差异在于，转换装置100’还包括功率因数校正器50。功率因数校正器50包括功率电路52与三阶层电路20，功率因数校正器50接收交流电压Vac，且将交流电压Vac转换为第一电容电压Vc1与第二电容电压Vc2。功率电路52包括交流输入端522、第一整流端524及第二整流端526，且交流输入端522包括火线端L与零线端N。功率电路52通过火线端L与零线端N接收交流电压Vac，且零线端N耦接三阶层电路20的第三节点C。第一整流端524耦接三阶层电路20的第一节点A，且第二整流端526耦接三阶层电路20的第二节点B。
具体而言，功率电路52包括功率电感L1、第一二极管D1及第二二极管D2，功率电感L1的一端耦接火线端L，且功率电感L1的另一端耦接第一二极管D1的阳极与第二二极管D2的阴极。第一二极管D1的阴极(即为第一整流端524)耦接第一节点A，且第二二极管D2的阳极(即为第二整流端526)耦接第二节点B。在转换装置100’包括功率因数校正器50而具有交流转直流的功能时，控制单元40可选择性地控制桥臂组22操作于直流模式或交流模式。在直流模式时，直流转换模块10通过三阶层电路20的切换而对第一电容电压Vc1充电或对第二电容电压Vc2充电。在交流模式时，直流转换模块10不输出，而交流电压Vac通过功率电路52与三阶层电路20的切换而转换为第一电容电压Vc1与第二电容电压Vc2，此时三阶层电路20可视为功率因数校正器的一部分，如此实现直流模式与交流模式共用桥臂组22与电容组24的目的。
进一步而言，功率电感L1、第一开关单元222及第二开关单元224可构成一组升压转换器，且功率电感L1、第三开关单元226及第四开关单元228可构成另一组的升压转换器。交流电压Vac的正半周与负半周分别通过这两组升压转换器的切换而分别转换为第一电容电压Vc1与第二电容电压Vc2。意即在交流模式时，控制单元40将交流电压Vac的正半周通过第一开关单元222与第二开关单元224的切换而转换为第一电容电压Vc1。在第二开关单元224导通时，其电流路径(即功率电感L1储能路径)为火线端L、功率电感L1、第一二极管D1、第二开关单元224至零线端N。在第一开关单元222导通时，其电流路径(即功率电感L1释能路径)为火线端L、功率电感L1、第一二极管D1、第一开关单元222、第一电容242至零线端N。
在交流模式时，控制单元40将交流电压Vac的负半周通过第三开关单元226与第四开关单元228的切换而转换为第二电容电压Vc2，其路径与正半周时雷同，在此不再加以赘述。其中，请配合参阅图4A、图4B，第一开关单元222与第四开关单元228同样可为主动控制的晶体管或被动式的二极管。交流电压Vac在正半周时，控制单元40可仅控制第二开关单元224，而使被动式的第一开关单元222顺偏或逆偏而(负半周亦同)。或者，交流电压Vac在正半周时，控制单元40可互补地控制第一开关单元222与第二开关单元224的切换(负半周亦同)。其中，由于在交流模式时，交流电压Vac是利用功率电感L1的储能和释能而转换为第一电容电压Vc1与第二电容电压Vc2，因此控制单元40控制第一开关单元222、第二开关单元224、第三开关单元226及第四开关单元228的切换频率为高频切换(例如但不限于50kHZ)，其切换频率比操作于该直流模式时的切换频率(例如但不限于市电频率)高。在交流模式时，第一开关单元222、第二开关单元224、第三开关单元226及第四开关单元228的具体控制方法可使用本领域人员熟知的任何功率因数校正器的控制方法，本实施例主要用以说明共用桥臂组22的方式。
由于在转换装置100’中，功率电路52与三阶层电路20构成功率因数校正器，使得转换装置100’的部分元件(即三阶层电路20)被共用。因此，相较于传统的不断电系统，本发明的转换装置100’可以进一步减少元件数量、节省电路元件成本及提高电路功率密度的技术效果。
请参阅图7为本发明功率电路另一实施例的电路结构示意图，复配合参阅图2～图5B。本实施例的功率电路52’与图6实施例的功率电路52差异在于，功率电路52’还包括双向开关522。双向开关522用以对零线端N与第三端C之间的线路进行双向导通或关断，在关断时能够完全地关断零线端N与第三端C之间的电连接。具体而言，由于在直流模式时，电力有可能第三端C至零线端N泄漏出去的风险，或由零线端N灌入第三端C的状况，因此使用双向开关522对零线端N与第三端C之间的线路进行双向导通或关断能够实现在三阶层电路20操作于直流模式时，稳定三阶层电路20的运行的技术效果。值得一提，于本发明的一实施例中，功率电路52不限定仅能以图6与图7的电路结构实施，举凡可搭配三阶层电路20进行交流/直流转换的电路用皆应包含在本实施例的范围当中。
而，以上所述，仅为本发明优选具体实施例的详细说明与附图，而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，凡合于本发明权利要求的构思与其类似变化的实施例，皆应包括于本发明的范围中，任何本领域技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在以下本公开的权利要求。

Claims (16)

1.一种具有三阶层切换电路的转换装置，包括：
一直流转换模块，包括一直流输入端与一输出端，该直流输入端接收一输入电压，且该输出端包括一输出正极与一输出负极；
一三阶层电路，包括：
一桥臂组，包括串联的一第一开关单元、一第二开关单元、一第三开关单元及一第四开关单元，该第一开关单元与该第二开关单元之间的一第一节点耦接该输出正极，且该第三开关单元与该第四开关单元之间的一第二节点耦接该输出负极；及
一电容组，包括串联的一第一电容与一第二电容，该第一电容的一正极耦接该第一开关单元，该第二电容的一负极耦接该第四开关单元，且该第一电容与该第二电容之间的一中点端耦接该第二开关单元与该第三开关单元之间的一第三节点；及
一控制单元，控制该桥臂组操作于一直流模式；
其中，在该直流模式，该控制单元控制该第二开关单元与该第三开关单元的切换而使该三阶层电路操作于将该输出正极与该输出负极连接该第一电容的一第一状态及将该输出正极与该输出负极连接该第二电容的一第二状态。
2.如权利要求1所述的转换装置，其中该第一状态，该控制单元控制该第三开关单元导通，该直流转换模块对该第一电容充电而维持该第一电容两端的一第一电容电压为一总线电压；该第二状态，该控制单元控制该第二开关单元导通，该直流转换模块对该第二电容充电而维持该第二电容两端的一第二电容电压为该总线电压。
3.如权利要求1所述的转换装置，其中该直流转换模块为一切换式电源供应器，且包含至少一切换开关。
4.如权利要求3所述的转换装置，其中该控制单元控制该桥臂组操作于该直流模式时，该控制单元控制该第二开关单元与该第三开关单元以一第一频率切换，且控制单元控制该至少一切换开关以高于该第一频率的一第二频率切换。
5.如权利要求1所述的转换装置，其中还包括一功率因数校正器，该功率因校正器包括一交流输入端与一直流输出端，该交流输入端接收一交流电压，且该直流输出端耦接该电容组。
6.如权利要求5所述的转换装置，其中该功率因数校正器包括一功率电路与该三阶层电路，且该功率电路包括该交流输入端、一第一整流端及一第二整流端；该交流输入端接收该交流电压，且耦接该第三节点；该第一整流端耦接该第一节点，且该第二整流端耦接该第二节点。
7.如权利要求6所述的转换装置，其中该功率电路包括：
一功率电感，耦接该交流输入端；
一第一二极管，耦接该功率电感与该第一节点；及
一第二二极管，耦接该功率电感与该第二节点；
其中，该交流输入端包括一火线端与一零线端，该火线端耦接该功率电感，且该零线端耦接该第三节点。
8.如权利要求6所述的转换装置，其中该控制单元选择性地控制该桥臂组操作于该直流模式或一交流模式；在该交流模式，该控制单元将该交流电压的一正半周通过该第二开关单元的切换而转换为该第一电容两端的一第一电容电压；在该交流模式，该控制单元将该交流电压的一负半周通过该第三开关单元的切换而转换为该第二电容两端的一第二电容电压。
9.如权利要求8所述的转换装置，其中该控制单元控制该桥臂组操作于该直流模式时，该控制单元控制该第二开关单元与该第三开关单元的一切换频率为一第一频率，且该控制单元控制该桥臂组操作于该交流模式时，该控制单元控制该切换频率高于该第一频率。
10.如权利要求9所述的转换装置，其中该第一频率为一市电频率。
11.如权利要求1所述的转换装置，其中该第一开关单元与该第四开关单元为一二极管。
12.如权利要求1所述的转换装置，其中该第一开关单元与该第四开关单元为一晶体管，且该控制单元耦接该第一开关单元与该第四开关单元；在该控制单元控制该第二开关单元导通时，该控制单元控制该第一开关单元关断，且在该控制单元控制该第三开关单元导通时，该控制单元控制该第四开关单元关断。
13.一种三阶层切换电路的操作方法，该三阶层电路包括一桥臂组，且该桥臂组包括串联的一第一开关单元、一第二开关单元、一第三开关单元及一第四开关单元，该第一开关单元、该第二开关单元之间的一第一节点耦接一直流转换模块的一输出正极，该第三开关单元、该第四开关单元之间的一第二节点耦接该直流转换模块的一输出负极，该操作方法包括下列步骤：
控制该桥臂组操作于一直流模式；
在该直流模式的一第一周期，控制该第三开关单元导通，使该直流转换模块通过该输出正极与该输出负极对一第一电容充电而维持该第一电容两端的一第一电容电压为一总线电压；
在继续该第一周期的一第二周期，控制该第二开关单元导通，使该直流转换模块通过该输出正极与该输出负极对与该第一电容串联的一第二电容充电而维持该第二电容两端的一第二电容电压为该总线电压。
14.如权利要求13所述的操作方法，该操作方法还包括下列步骤：
控制该桥臂组操作于一交流模式；
在该交流模式，将一交流电压的一正半周通过该第二开关单元的切换而转换为该第一电容电压；及
在该交流模式，将该交流电压的一负半周通过该第三开关单元的切换而转换为该第二电容电压。
15.如权利要求14所述的操作方法，其中在该直流模式时，该第二开关单元与该第三开关单元的一切换频率为一市电频率，且在该交流模式时，该切换频率高于该市电频率。
16.如权利要求13所述的操作方法，其中在该第二开关单元导通时，控制该第一开关单元关断，且在该第三开关单元导通时，控制该第四开关单元关断。
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