TW200404402A

TW200404402A - Apparatus for drive control, power conversion, and start-up control in a PMBDCM or two-phase SRM drive system

Info

Publication number: TW200404402A
Application number: TW092114195A
Authority: TW
Inventors: Ramu Krishnan
Original assignee: Virginia Tech Intell Prop
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-03-16
Also published as: WO2003100958A1; JP2005528076A; EP1552599A1; US7271564B2; WO2003100957A3; AU2003240794A8; TW200405638A; AU2003240792A1; AU2003240791A1; WO2003100956A9; AU2003243314A1; US20070273322A1; WO2003100957A2; EP1552597A1; WO2003100948A1; EP1552592A1; JP2006512881A; WO2003100948B1; AU2003240794A1; JP2005528078A

Description

200404402 五、發明說明（l) 【相關參考案】本申凊案係主張美國臨時申請案（provisi〇nal

Application)第60/382,608 號、第6〇/382,609 號以及第 6 0 / 3 8 2，6 1 0號之優先權。另外，發明人之其它具相同申請日之中請案第0 92 1 1 4 1 94號、第〇 9 2 1 1 4 1 9 6號、第叫 0 9 2 1 1 4 1 9 7號及第0 92 1 1 4 1 98號所揭示之内容，係於此本案參考。【發明所屬之技術領域】本發明係有關於一種於永久磁鐵無刷直流馬達或雙相交換磁阻抗機械之驅動控制裝置、電力轉換及啟動控制。【先前技術】 _ a可變速馬達驅動對於家電產品之效能提升而言，更特別疋對於能夠符合現存與所提議的聯邦效能標準（ ejflCienCy reQuhements)之家電產品而言，係逐漸扮力重要之角色。於此類的馬達驅動中，成本之降低係為重要的。而成本之降低係可從一個或多個子系統，即馬達、電力？換器與控制器上著手。於所有現存的馬達驅動系統中，交換磁阻機械（switched re；Uctance ㈣dues; SRMs)係於其子系統上提供了成本降低之最大可月b丨生而包力轉換器係為成本可被大幅降低之主要子系二下文/簡單說明一雙相交換磁阻機械（tW〇 -SRM—)之 > 知電力轉換器的相關電路結構。 -f丄圖Λ說Λ了用以驅動一雙相交換磁阻機械之相關的白σ 冉/電力轉換器。電力轉換器1 0 0係具有兩個可

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控制以及兩個不可控制功率元件用於該雙相交換磁阻之每-相位線圈m、102上。因此，四個可控制功率= 1 0 3- 1 0 6與四個不可控制功率元件} 〇7_丨1〇對於電力轉換= 100之運作而言係為必須的。該電力轉換器1〇〇之主要優點。在於其施加完整的正與負直流電連結電壓（u”，、 voltage)之能力係提供了完整的可控制性，亦因此而會縮減或限制該交換磁阻機械之任何操作模式。此電力換器電路結構之缺點係在於其使用了八個功率元件。對於孩電力轉換1 〇〇之電路操作的更細部說明係可在R Krishnan著作並由CRC Press出版社於2〇〇1年六月出版之’，交換磁阻馬達驅動（Switched Reluctance Moto;r〜 Drives ) π —書中找到。

第2圖係說明了用以驅動一雙相交換磁阻機械之相關的習知每相位單交換式（single switch-per-phase)電力轉換器。電力轉換器2 0 0之電路結構基礎係將一直流輸入電壓源2 0 1平均地分配至該機械側之電力轉換器。此種電路安排方式係使得每一相位線圈2 〇 2、2 0 3係需要一可控制與不可控制功率元件。因此’整體而言，該電力轉換器 2 0 0係需要兩個可控制功率元件204、2 0 5以及兩個不可控制功率元件2 0 6、2 0 7用於一雙相交換磁阻機械上。此電路設計主要優點係在於其比起非對稱式電力轉換器而言，係使用了較少數量之功率元件（如··總數為四個）。而此電路之缺點係在於其係減少了一半的可用直流電壓源，使得需要用在該等元件與該機械之電流額定值變為兩倍，因而

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200404402 五、發明說明（3) 造成了較低的機械操作效率。此電路之完整說明亦可在r.

Krishnan著作並由CRC Press出版社於2001年六月出版之”交換磁阻馬達驅動（Switched ReluctancfMQt^ D r i v e s ) π —書中找到。第3圖係說明了用以驅動一雙相交換磁阻機械之相關的習知C轉儲式（C-Dump)電力轉換器。電力轉換器3〇〇之電路係使用了二個可控制功率元件3 〇卜3 〇 3與三個不可控制二極體3 0 4-3 0 6，因此總共使用了六個功率元件。此種電路型悲係為介於第1圖與第2圖所述電路之一中間型電路。而因為此種電路係僅於正向時才可施加完整的直流電壓源 30 9至機械線圈30 7、308上，因此該操作模式係些許受, 了電路之限制。再者，此電路係需要一外部電感器31〇或一電阻（未顯示），用以消除掉儲存於c轉儲電u容311内/之能量。該外部電感器310之使用係增加了成本，而該功率電阻（未顯不）之使用亦會由於溫度增加之考量，而導致一較低的系統效率及較高的組裝體積。因此，將此電路使用於雙相乂換磁阻機械上，並非是一理想的選擇。對於此電路操之更細部說明係可在匕Krishnan著作並*CR(：、 Press出版社於20 0 1年六月出版之”交換磁阻馬達驅動 (Switched Reluctance Motor Drives)” 一書以及於西元一九八七年八月四日頒給MlUer等人的曰、 4, 684, 86 7號中找到。第4圖係說明了用以驅動一雙相交換磁阻機械之相關的習知每相位單交換式（slngle swltch —per —phase)電力

200404402 五、發明說明（4) 轉換器。電力轉換器4 0 0於每一相位線圈4 0 5、4 0 6上係分別需要一個不可控制功率元件401、4 0 2及一個可控制功率元件4 0 3、4 0 4，因此，此電路係需要四個功率元件運作。再者，於該機械上，該電力轉換器4〇〇係需要一個特別線圈’如習知的雙線線圈（b i f i 1 a r w i n d i n g )。該特別線圈的使用係增加了該機械線圈之銅用量，因而造成了該機械於成本上的增加。另外，由於該各別相位之線圈間的漏電感（leakage inductance)，使該功率元件40 3、404係受較咼的電壓壓力（voltage stress)。對於一實際的機械而言’該漏電感係可被減少，但並不能被消除。因此，儘管一完整的直流電壓源40 7能被施加於該機械上及具寸電流的完整可控制性，該轉換器電路係仍不被廣泛使用。對於此電路操之更細部說明係可在R· Krishnan著作並由 CRC Press出版社於2 0 0 1年六月出版之，，交換磁阻馬達驅動 (Switched Reluctance Motor Drives)” 一書以及於西兀一九八五年二月十九日頒給乂 i 1丨er等人的美國專利第 4，5 0 0，8 2 4號令找到。就用於操作的功率元件之總數量而言，所有其它的電力轉換器之電路結構係皆會歸屬於上述之類型中。由上所述可瞭解到，最少需要有四個功率元件，用以運作一相關的白知雙相父換磁阻機械。一般而言，用以驅動一雙相父換磁阻機械之工業用電力轉換器係通常會具有兩個以上的可控制開關以及兩個以上的二極體。僅需兩個可控制開關與兩個二極體之電路係具有高功率損耗、低效能之缺

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第8頁 200404402 五、發明說明（5) 點’且有時一雙線線圈有時係會降因此，當需考量到高效率運作、完更小的轉換器外型，更重要的是需存的方式係不足以符合需求的。發展一電力轉換器的基本挑戰係可控制與不可控制功率元件）之數波驅動（single-quadrant choppe 數量一致，使其被廣泛用於一直流驅動中。這些驅動之說明係可在R. Press出版社於2001年六月出版之μ (Switched Reluctance Motor Dr 當功率元件之數量被減少至如此之式乂換磁阻機械係成為可變速應用再者’因為於該交換磁阻機械中並 (commutator )’所以該無刷交換之明顯優點。又，該無刷交換磁阻更另具南速的可操作性、高穩定性複載能力以及成本效益。在此引用的所有資料係藉此併入考。【發明内容】本發明係揭示了一種用於多相位鐵热刷直流馬達（PMBDCM )驅動系其中该驅動系統係於每一相位線圈低該機械之功率密度。整的速度控制範圍以及考量到系統成本時，現已將其功率元件（包含里減少至與一單象限斷 r drive)之功率元件馬達驅動或一通用馬達 Krishnan著作並由CRC 父換磁阻馬達驅動 ives ) ” 一書中找到^ 數量時”吏得-種無刷上之商業上的競爭者。無電刷與換向器磁阻機械係具有高效率機械係比直流馬達驅、免維修操作、較大之本發明揭示内容作為參交換磁阻馬達與統之轉換器電路結礤上具有-可控制開關與 200404402 五、發明說明（6) 一二極體。該轉換器電路結構係使用了降壓型（buck )、昇壓型（boost)及降昇壓型（buck?boost)。有關於降壓型、昇壓型及降昇壓型電路與其操作之補充說明係可於任一種電力電子之標準教科書，如由N· Mohan、T. Μ Undeland 及 W.P. Robbins 等人著作並由 John Wiley and

Sons出版社於1 98 9年出版之”電力電子：轉換器、應用與設計（Power Electronics: Converters，Applications and Des i gn ) ’’ 一書中找到。相關的習知降壓型、昇壓型及降昇壓型直流轉換器係需要一外部電感器去運作。而當該等相關的習知直流轉換器用於馬達驅動應用以提供可變速驅動系統時，苴係仍緊要運？…明係利用馬達相位線圈之電感去操作 ==二降昇壓型轉換器，並提供能量轉換，以取代错由外部電感器提供電感之習知方式。本發明係藉由使用具有一個可: 口 J }工制開關及一個二極體 (如.：快速切換二極體）或兩個二極體（如：一換一極體與一慢速切換二極體的習知電力轉換器之缺點。…了相關势暑皆祜诘/丨、P ^ ^叨田π r控制開關與二極體之數里白被減夕至一個，使該電力轉換器之 #必缺會tt* JL立άΤ從4曰ΛΛ + A % 1千興、、且裝成本係必”、、S比其匕可獲付的電路結構更為降低。因此’本發明之一目的係香 * 之缺點及問題。、？的^知元件所遇到本發明之次一目的係減少了用件的數量。 '了用於電力轉換器之功率元

200404402 五、發明說明（7) 本發本發之電力本發本發成本。本發鐵無刷器係具位線圈路用以電路。明之另一明之再一轉換器。明之再一明之再一目的係提供了一高效率的電力轉換器。目的係提供了一具有完整的速度控制範圍目的係縮小了一電力轉換器之組裝尺寸。目的係降低了一無刷直流馬達驅動之整體明之目的係可藉由用於一交換磁阻馬達或一永久磁直流馬達之一電力轉換器而達成，其中該電力轉換有一前端昇壓部分電路用以連接該馬達之一第一相一前端達之一，以形成連接該馬該前端昇壓部分電路係產生了一第一步昇（step 昇壓電路；以及一後端昇壓部分電第二相位線圈，以形成一後端昇^壓 up )電壓與該第一相位線圈所提供的電感共同作用，且該後端昇壓部分電路係產生了一第二步昇（step-up)電壓與該第二相位線圈所提供的電感共同作用。本發明之目的係另可藉由用於一交換磁阻馬達或一永久磁鐵無刷直流馬達之一電力轉換器而達成，其中該電力轉換器係具有一昇壓部分電路用以連接該馬達之一第一相位線圈，以形成一昇壓電路；以及一降壓部分電路用以連接該馬達之一第二相位線圈，以形成一降壓電路。該昇壓部分電路係產生了一步昇（step-up)電壓與該第一相位線圈所提供的電感共同作用，且該降壓部分電路係產生了一步降（step-down)電壓與該第二相位線圈所提供的電感共同作用。

00728.ptd 第11頁 200404402 五、發明說明（8) 本發明之目的係另可藉由用於一交換磁阻馬達或一永久磁鐵無刷直流馬達之一電力轉換器而達成，其中該電力轉換器係具有一昇壓部分電路用以連接該馬達之一第一相位線圈，以形成一昇壓電路；以及用以連接該馬達之一第二相位線圈，以形成一第一降壓電路。另外，該電力轉換器係具有一降壓部分電路’用以連接該馬達之一第三相位線圈，以形成一第二降壓電路。該昇壓部分電路係產生了一步昇（step-up)電壓與該第一相位線圈所提供的電感共同作用，並產生了一第一步降（step-down)電壓與該第二相位線圈所提供的電感共同作用。又，該降壓部分電路係產生了一第二步降（step-down)電壓與該第三相位篇圈所提供的電感共同作用。本發明之目的係另可藉由用於一交換磁阻馬達或一永久磁鐵無刷直流馬達之一電力轉換器而達成，其中該電力轉換器係具有一前端降壓部分電路用以連接該馬達之一第一相位線圈，以形成一前端降壓電路；以及一後端降壓部分電路用以連接該馬達之一第二相位線圈，以形成一後端降壓電路。該前端降壓部分電路係產生了一第一步降 (step-down)電壓與該第一相位線圈所提供的電感共同作用，且該後端降壓部分電路係產生了一第二步降 (step-down )電壓與該第二相位線圈所提供的電感共同作用。本發明之目的係另可藉由用於一交換磁阻馬達或一永久磁鐵無刷直流馬達之一電力轉換器而達成，其中該電力轉

00728.ptd 第12頁 200404402 五、發明說明（9) _ 換器係具有一降昇璧部分電路用以連接值線圈，以形成一降昇壓+ 馬達之一第一相連接該馬達之-第二相位：圈：以c電路用以降壓部分電路係產生了 —第一+β Λ 叶壓電路。該昇第一相位、線圈所提供的電感^^/，^"電壓與該 (step-d0wn)電壓與該第一相位產生了一步降作用。該昇壓部分電路係產生了一第二Λ的電感共同电碴與该第二相位線圈所提供的電感共同』steP UP ) 【實施方式】用。

第5A圖係說明了—單相位單控制開關之電力轉換器具有一昇壓階段之前端與—昇轉玄用以驅動一雙相交換磁阻馬達或一永又達。一電力轉換器500係具有Λ端刷直端H 器係依據該交換磁阻馬達驅動系統之電力位x * " /；，L levei )而可具有一個或四個二極體。（power 口口〃肢句f建到說明之目的，一單源整流一極體5 〇 2係被闡述於圖示中。一、、六電容5 0 3係形成了該直流連結濾波器。該雙相交：磁：馬、達之兩線圈於圖式中係分別為一相位A (phase A )線圈 504與一相位B (phase B)線圈508，且其各別呈有一相位 A電晶體5 0 5與一相位B電晶體510之可控制開關y以及各別具有飛輪二極體，其分別為相位A二極體5〇6與相位B二極體5 0 9。中間電容5 〇 7係為中間能量儲存濾波器，用以供給相位B線圈5 0 8能量，而該能量係由該相位a電晶體5 〇 5、該相位A二極體5 0 6、該相位A線圈504以及該中間電容5〇7之

200404402 五、發明說明（10) 昇壓作用而獲得。應瞭％到’該相位A電晶體5 0 5及該相位B電晶體5 1 〇係可為任何自整流（se 1 f commu t a t i ng )開關如：一功率電晶體、絕緣柵雙極電晶體（I GBT )、金氧半場效電晶體 (Μ 0 S F E T )及閘控閘流體（G T 0 )其中之一。如此之一功率元件亦可稱為一開關。弟5 Β圖係說明了用於交換磁阻馬達或永久磁鐵無刷直流馬達之電力轉換器的方塊圖，其中該電力轉換器係具有前端與後端昇壓電路。電力轉換器5 5 0係具有一前端昇壓部分電路551 ’該前端昇壓部分電路5 51係與該交換磁阻馬達或永久磁鐵無刷直流馬達（未顯示）之一第一相位線圈^ 5 5 2連接，以形成一前端昇壓電路5 5 3。一後端昇壓部分電路554係與該馬達之一第二相位線圈555連接，以形成一後端昇壓電路5 5 6。該前端昇壓部分電路551係產生了一第一步昇電壓5 5 7與該第一相位線圈5 5 2所提供的電感共同作用丄且該後端昇壓電路554係產生了一第二步昇u電壓5 58與該第二相位線圈5 5 5所提供的電感共同作用。旦第6圖-係說明了第5Α圖電力轉換器之相位Α線圈被供給能里之圖不。該包含了相位Α線圈5 〇 4之昇壓電路係提供了控，電流至該相位A線圈5 04，且藉由將能量儲存於該中'間‘ 容5 0 7，而提供能量去操作該相位β線圈5 〇 8。於下文中將可被瞭解到。該相位A電晶體50 5係藉由對其基_射極施以一正偏壓而被打開Uurn on)，使其本身可傳導一電流，亦使得該

00728.ptd 第14頁 200404402 五、發明說明（11) 直流電壓源Vs 5 1 1係可被施加到該相位A線圈5 0 4上。該正偏壓之施加係使得一電流6 〇 1流經該相位a線圈5 0 4、相位A 電晶體505、直流電壓源Vs 51 1及其直流源電容50 3。此昇壓電路係不需一外部電感器，而取而代之的係藉由使用該相位A線圈5 0 4而達到等效之目的。第7圖係說明了第5A圖電力轉換器之前端昇壓電路的昇壓動作。前端昇壓電路701係包含了該相位a電晶體5 0 5、该相位A二極體5 0 6、該中間電容50 7、該相位A線圈5 04及該直流源電容5 0 3。若該相位A電晶體5〇5藉由降低其閘道 A號至零伏特而被關閉（t u r n 〇 f丨）後，該元件係會停止導通。 — 當遠相位A電晶體5 0 5被關閉後，於該相位a線圈5 0 4之一電流7 〇 1係被導向於一替代路徑，且此電流導向之工作係藉由請直流源電容5 0 3、該相位A線圈504、該相位A二極體 5 0 6及該中間電容50 7而完成。此動作係使該中間電容507 被充電，且能量係由該相位A線圈5 0 4而被傳送到該中間電容5 0 7。應瞭解到，該橫跨於該相位A線圈5 04之電壓係為 Vs % ^通常νβ 5 1 2係大於電壓源vs 5 1 1。因此，施於該相位 A線圈5 〇 4之橫跨電壓係為負值，因而導致其本身的電流減小’氣其電流方向係被轉換。如此，可瞭解到，若該橫跨於該相位A電晶體5 0 5之壓降比起其電壓源而可被忽略時，則該相位A線圈5 0 4係得到約為Vs 5 11之一電壓，且實際電路狀/兄係通常為如此的。因此，當該相位A電晶體5 〇 5導通時’ Vs 5 1 1係被橫跨地施加於該相位A線圈5 0 4上，且當該相

00728.ptd 第15頁 200404402 五、發明說明（12) 位A電晶體5 0 5關閉時，該相位a線圈504係會得到一 VS-VB之電壓。單獨地打開與關閉該相位A電晶體5 0 5係控制了於該相位A線圈5 0 4之電流。然而’並無方法去施加一零伏電壓橫跨於該相位A線圈 5 0 4上。因此’比起可提供零伏電壓橫跨於線圈之電路而言’該線圈係會於電晶體打開與關閉之間隔時間，即控制電流運作期間’受到一較高的電壓改變率。當該相位A電晶體5 0 5關閉而使電流無其它路徑時，即使該％ 5 1 2變得大於該電壓源Vs 5 11，但使電流由該相位a線圈5 〇 4充電至該中間電容50 7係同樣為可能的。以橫跨在中間電容5 0 7上之一較高電壓作為該相位b皮圈 5 0 8之輸入電壓係為較有益的。較高電壓係可更快地將一電流推入該相位B線圈5 0 8，如此將提供較佳的電流與轉矩之控制。由於一昇壓動作之關係，因此該相位A線圈5〇4之部分能量係被傳送至該中間電容5 〇 7，且橫跨於其上之電壓將會高於該電壓源Vs 5 1 1。 ’ 第8圖係說明了第5A圖電力轉換器之相位B線圈被供給能量之圖示。該電力轉換器5 0 0之一後端昇壓電路係包含了作為電感器之相位β線圈508、該可控制相位該相位Β二極體50 9、該直流源電容503及該中門^容5〇7。該直流源電容5 0 3與該中間電容50 7係分別為輪入與輸出濾波器。該前端昇壓電路之工作週期係決定了欲輸入該第二 ^電路之電Μ。儲存於該第=昇壓電路之輪入電容内的月匕里係經由該相位Β線圈5 0 8而被轉換忐她为从铖械功率，且部分

00728.ptd 200404402 五、發明說明（13) 係會被再次循環至該直流源電容5 0 3 .，而此運作方式係與該相位A線圈5 0 4之運作方式類似。將相位B電晶體5 1 〇打開係會使電壓VB可橫跨於該相位B線圈50 8上，以使一電流801 係可通過該相位B電晶體5 1 0與該相位B線圈5 0 8。第9圖係說明了第5A圖電力轉換器之後端昇壓電路的昇壓動作。後端昇壓電路9 0 1係包含了該相位b電晶體5 1 〇、該相位B二極體5 0 9、該中間電容5 0 7、該相位B線圈5 0 8及該直流源電容5 0 3。而關閉該相位B電晶體5 1 0係會將一電流9 0 2由该開關轉向進入該相位B二極體5 0 9與該直流源電容5 0 3，如此以經由該中間電容5 0 7與該相位B線圈5 0 8而完成一電流路徑。於關閉期間，橫跨於該相位B線圈5 〇 8之^電壓係為VB-VS。當該直流源電容5 0 3充電時，其電壓係會增加，而橫跨於該中間電容5 0 7之電壓係會減少。如此係會造成一負值電壓被橫跨地施於該相位B線圈5 0 8上。因此，該電流9 0 2之衰減係會如預期的發生於該相位b線圈5 0 8 上。打開與關閉該相位B電晶體5 1 0係控制了於該相位B線圈 5 0 8之電流。由於該昇壓動作之關係，因此該相位b線圈 5 0 8之部分能量係被傳送至該直流源電容5 〇 3。該中間電容 5 0 7之全部電壓係被施於該相位b線圈5 0 8。因此，該電流上升係為快速的，以使其控制係為較佳的。電力轉換器5 0 0與5 5 0係提供了下列之優點： 1、所有開關額定值（s w i t c h r a t i n g s )係等於該電壓源％511或該中間電容電壓νβ512之一最大值。於一具有2Vq 〇

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第17頁 200404402 五、發明說明（14) 電壓源之相關的習知分離供應式（s P 1 i t S U p P 1 y )轉換界中’其開關額定值係等於2 Vs。再者，一單一二掩體前端整流器對於此相關的習知電路而言係為不可能的，因此限^ 了前端整流器之選擇性。 2、該相位B電晶體51 0與該相位A電晶體5 0 5之切換係可於高逮時被縮減至最小。、 3、不需額外的電感器。 4、該等電容之電壓額定值係為Vs511 4VB512。 5、該中間電容器5 0 7係可非常小於該直流源電容5〇^。 i 6、可經由標準的的電路結構而實現。 7、比起該相關的習知分離直流供應式轉換器而々，戈直流連結輸入電壓之額定效能係未被降低，因而使"電壓源具有較高的利用性，以及該機械相位具有較低的電流^亦' 即’對於相關的習知分離相位式電力轉換器而言，以及/比 $她加電壓為直流電壓源一半之其它的轉換器電路結構而吕’該直流連結電壓係完全被有效利用，以提俾需之電力代丨’、忒機械所 8、每一相位線圈係藉由一個可控制開關與二極體而作’其係不會降低該直流連結電壓之額定到額外的電感器。疋“，亦不需用 /，'田由於該昇壓動作可提供馬達高速運作時所需之言雷它驅動备β^ 作而不需犧牲掉1 動糸統之弱磁控制（flux weakening Γηη十7^ 生之電力輸出。 lng control )所產 200404402

五、發明說明（15) 1 0、因為具有昇壓階段，所以高於電壓源之電壓係會生一較快的提升電流，以提供較高的動態響靡。曰 11、該可控制開關之射極係相互連接。因此，用於開關電路（gating circuits)與控制電路間的絕緣係不存e # 的，因而降低了組裝成本與組裝尺寸。子 1 2、因為該可控制開關之射極係相互結合，因此電流與電壓感應（sensing )係較為便宜，且絕緣係可為不必&要、的。此種結合係產生了一種較為便宜之轉子轉轴偵測 (rotor position estimation)方式，此一特徵係適於低成本、高容量之應用中。 1 3、該轉換器之電路結構係可用於任何單數（大於一）或偶數相位之交換磁阻機械。 ' 1 4、該轉換器之電路結構亦可用於具有單數（大於一）或偶數定子相位之半波式控制的永久磁鐵無刷直流馬達。然而’可用以轉換相位A線圈5 0 4與相位B線圈5 0 8之有效電壓係為VB - Vs。於低速或高速之操作情況下，該有效電壓係可更低於直流電壓源Vs511。這將會延長該等相位中之^ 流傳導時間。因此，一種於轉換器中提升電流轉向之適當技術係令人期望的。 $ 第1 0 A圖係用以說明一單相位單控制開關之電力轉換器，其具有一昇壓前端與一降壓後端。第丨丨圖係用以說明第1 0 A圖電力轉換器之昇壓與降壓階段的各別構造。昇壓階段1 1 0 1包含了一相位A線圈5 0 4、一相位A電晶體5 0 5、一相位A二極體5 0 6以及一中間電容5 〇 7。降壓階段1 1 0 2包含

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了一相位B線圈5 0 8、—相位B電晶體51〇、一相二極體 5 0 9以及该中間電容5 〇 7。電力轉換器丨〇〇〇係藉由一用以整流交流源501之單源整流二極體5〇2而饋入能量。、第1〇β圖係說明了用於交換磁阻馬達或永久磁鐵無刷直二，達之電力轉換态的方塊圖，其中該電力轉換器係具有昇壓與降壓電路。電力轉換器1G5G係、具有-昇壓部分電路 1051，該昇壓部分電路1〇51係與該交換磁阻馬達或永久磁鐵無刷直，馬達（未顯示）之一第一相位線圈1〇52連接，以幵y j昇壓電路1 0 5 3。一降壓部分電路1 ο 5 4係與該馬達 =一第二相位線圈1055連接，以形成一降壓電路1 0 5 6。該幵壓部分電路1051係產生了一步昇電壓1〇57與該第一貧位線圈1 0 5 2所提供的電感共同作用，且該降壓電路丨〇 5 4係產

生了乂歼黾壓1058與該第二相位線圈1055所提供的電感共同作用。 ~ 第1 2圖係說明了第1 〇 a圖電力轉換器之相位a線圈被供給月& 1之圖不。由於該交流源5 之半波整流，該相位A線圈 5 0 4僅於該交流源5 〇 }之正半週期才被供給能量。於該交流源501之正半波期間，打開相位a電晶體5〇5係會使該相位A 線圈5 0 4連接並橫跨於該交流源5 〇 1上，並使得一電流1 2 〇 1 回流經該相位A線圈5 0 4、該相位A電晶體5 0 5、該交流源 501以及該源整流二極體5〇2。第1 3圖係說明了第1 〇 A圖電力轉換器之昇壓動作。當該相位A電晶體5 0 5關閉時，一電流1301係由該相位a電晶體 5 0 5而轉向流至該相位a二極體5 〇 6與該中間電容5 〇 7，使得

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五、發明說明（17) 該電流1 3 0 1係可經由兮六、、六、店c n ^ ^ ^ 由°亥又机源5 0 1與該相位A線圈5 0 4而將該電容充電。此動作蔣佶尸产# 4 , A & J作將使仔在该相位a線圈5 〇 4之電流丨3 〇 i 因此藉由打開與關M兮$ &立丨α , A & 關閉该可控制相位A電晶體5 〇5，其不僅可控制於該相位A線圈5 f) 4夕兩、* 七__r . 尺固ΰ U 4之電流，亦可控制於該交流源 5 0 1之電流。當該電流批舍丨l7 t ^ ^ ^ 电机徑制以一正弦波形實現時，該輸入電流係被控制於此種沧郴，R #丄、古1 π / • 種疫升/ 且该功率因子係被控制於單位 1 (Uni ty ):該兩種特徵係為唯一的。然而，由於半波整流’因此於交流供給中僅有電流的正半週期被控制，且該相位A線^圈5 04僅於此正半週期時才會被饋入能量。此一缺點係可藉一全波整流器取代該源整流二極體5〇2而被克— 服0 第1 4圖係ό兒明了第1 〇 a圖電力轉換器於降壓階段供給能篁之圖不。该中間電容5 〇 7係可在該相位A電晶體5 〇 5於動作時以及其未動作時而被充電。因此，於該中間電容5 〇 7 中係存有能量，用以提供給該相位B線圈5〇8。該相位8線圈508之能量供給係藉由打開該相位b電晶體5丨〇而完成，且S1之供給係形成了一封閉迴路，其包含該中間電容 5 0 7、該相位B線圈5 08以及該相位B電晶體510。此迴路係使得一電流1401能夠進入該相位b線圈50 8中。第1 5圖係說明了第1 〇 a圖電力轉換器之降壓階段續流動作。當該電流必須被關閉或控制時，該相位B電晶體& 1 〇係被關閉。其使得經過該相位B線圈5 08與該相位B二極體5 〇9 之電流1 5 0 1路徑產生作用。其係為習知的續流

00728.ptd 第21頁 200404402 五、發明說明（18) (freewheel ing )動作，另外，若假設該二極體係為理邦以及其壓降可被忽略時，則橫跨於該相位B線圈5〇8之電^ 係幾乎為零。其將會使該電流丨5 〇 1衰減，且最後變為二^ 該電力轉換器1 0 0 〇與1 〇 5 〇係提供了下列優點： 7 1、其係為單一電容的。 2、每一相位係僅具有一可控制開關與一二極體。 3、整流僅由一二極體完成。 4、以最少的元件數用於一雙相交換磁阻機械中。 5一、其概念係可延伸至任何相位數目之機械上。例如·· 一三相機械係可具有兩昇壓階段以及一降壓階段，或反之亦然。一四相機械係可具有兩昇壓電力階段以及兩降1 = 力階段’其皆僅使用一電容而可完成。的6。、輸入電流整形與單位功率因子之操作係可被達成了 7開、關IV，控制的？1，射極係相互連接。使得其簡化缘，因’且亚不需於該開關電路與該控制電路間作絕緣’因而適於低成本之應用中。 j 、巴 8、該降壓與昇壓電力轉換階段並不需要，且二係利用了本身的機械線圈轉換電力。、私3 然而’於該相位B線圈5 08中，#榀从㊉士 >丄^ 於該續流動作而產生。因此，對於二的電&哀減係可能由係必須更為重視的，而此問題係可以：？*線圈508之控制前關閉而被避免。又，因為 1 3十旦性的將開關提流控制’因此該相位A線圈504 “:=僅”了半波電 1羞此夠有一半的控制時間 00728.ptd 第22頁 200404402 五、發明說明（19) 與供給能量時間。這些缺點係可藉由在其前端採用一全波整流器而解決。第1 6圖係為第1 0A圖電力轉換器之前端具有一全波整流為時之示圖。該電力轉換器1 6 0 0係具有一全波前端整流器 1 6 0 1，使得昇壓階段1 1 〇 1可達成一單位功率因子以及一整形為正弦波形的輸入電流。又，其提供了所有的可利用時間給降壓階段之輸入。因此，該相位A線圈5 〇 4係可於所有的時間内受到控制。再者，該電力轉換器1 6 〇〇係具有該電力轉換器1 0 0 0與1 〇 5 0之相同優點，而不具有其任何缺點。

第1 7A圖係為具有一昇壓前端與一兩降壓階段後端之電力轉換器，其係利用兩個可控制開關去控制一三相馬達^。第1 7B圖係為第1 7圖之電力轉換器具有一全波前端整流器. 日$之示圖。本發明前端昇壓與後端降壓之基礎係在此結 δ ’以形成一僅具有兩個可控制開關之三相交換磁阻機驅動哭， ^蛾切為。一相位C線圈1701與一相位Α線圈504係同時受— 相位A電晶體505控制。一相位B電晶體510僅控制一相伤R 線圈5〇8 。 β 一再者，單位功率因子操作及輸入電流整形之優點對於談 ^波與全波整流設計之實施例而言係皆可被達成的。此^

，係使得該用以控制一三相交換磁阻機械之兩個控制具有獨特之特徵。關 $制該相位Α電晶體5 0 5係使得一電流能夠藉由昇壓能量 5^1^供而流經該相位C線圈1 7〇 1，該電流係流經一交流ί 、〜源整流二極體5〇2或一源全波整流器ι751、該相2

200404402 五、發明說明（20) C線圈1 7 0 1以及該相位A電晶體5 0 5。當該相位C線圈1 7 0 1 在昇壓能量被提供時，該相位A線圈5 0 4係藉由在降壓模態時橫跨於一中間電容5 0 7上之直流連結電壓而被供給能量，該能量供給路徑係經由VB 5 1 2、一相位A二極體1 7 0 2、該相位A線圈5 0 4以及該相位A電晶體5 〇 5而完成。當該相位 A電晶體5 0 5關閉時，該相位C線圈17〇1係經由一飛輪二極體5 0 6而對該中間電容5 0 7充電，而該相位a線圈5 〇 4之電流係經由該飛輪二極體5 0 6而續流。該相位B線圈5 0 8係可藉由在該電壓源％ 5丨2之降壓模態時的相位B電晶體5 1 0所控制，且該電流係可藉由一飛輪相位 B二極體5 0 9所控制及轉向。因此，該相位c線圈丨7〇丨儉藉由升壓模態所控制，而該相位A及B線圈係藉由降壓模鲅所控制。此說明係適用於上述之半波及全波整流的兩實ς例中。第一相位線圈1 772，以形成一昇壓電路1773 之不第17C圖係說明了一具有降昇壓與降壓電路之電力轉換器方塊圖，其係用於一交換磁阻馬達與永久磁鐵盔刷直流馬達中:，電力轉換器1 770係具有—昇降壓部分電路”” 連接至該，換磁阻馬達或永久磁鐵無刷直流馬達（未顯 ; 路1771係與該馬達之—第二相位線圈1774連 1，以形成一第一降壓電路1 775。另外，一降壓 —76係與該馬達之一第三相位線圈丨77?連接，以二電路1 778。該昇降壓部分電路mi係產生‘ 電£ 1 779與該第一相位線圈1 772所提供之電感共同作用，

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ίί 二第—步降電壓1 780與該第二相位線圈1774所提 /、電感/、同作用。該降壓部分電路1 7 7 6係產生了一第二步降電壓1 7 8 1與該第二相位魂m 7 7 7 一次币一；f目徂踝圈丨7 7 7所提供之電感共同作用。該電力轉換器1 70 0、1 750及1 770係提供了下列優點·· 1、其具有原始昇壓與降壓電路結構的所有優點。 2、僅使用兩個可控制開關去控制一三相機^ : 然而，右该控制開關未被仔細控制，則該相位A盥C之重疊控制係會使杻矩之產生被稍許降低。稍低的出亦發生於此種電路結構中。第1 8圖係說明了一單相位單控制開關之電力轉換器，—該，力，換器具有一降壓前端與一昇壓後端。第丨9圖係用^ 說明第1 8圖電力轉換器之昇壓與降壓階段的各別構造。該電力轉換器1 8 0 〇的前端係為一降壓階段電力轉換器丨g 〇 i，其將施加一低於電壓源之電壓，以及該電力轉換^18〇〇的後端係為一昇壓階段丨9 0 2，其中輸入電壓係低於輸出電壓。該電力轉換器1 8 0 0係將一供給源之電力轉換至機械上’並由機械轉換至一不同供給源。该降壓階段1 9 0 1係包含了一直流源電容5 〇 3與其電壓％ 511、一可控制相位a電晶體5〇5、一相位a線圈5〇4、一 ^ 間電容50 7以及一相位A二極體5 0 6。該前端整流器係可為半波或全波形式。該降壓動作係可藉由該相位久電晶體5 〇 5 所控制，且其操作係與前述降壓階段所述者類似。其提供了一輸出電壓至該中間電容50 7，而該中間電容5〇7係用以

00728.ptd 第25頁 200404402 五、發明說明（22) 作為該昇壓階段之輸入電壓，其中該昇壓階段係包含了該中間電谷5 0 7、一相位β線圈5 〇 8、一可控制相位b電晶體 5 1 0、一相位Β二極體5 0 9以及該直流源電容5 〇 3與跨於其上之電壓。該相位Β電晶體5 1 〇係用以控制該昇壓動作，而該該幵壓動作係已說明於前。因此，一可完全控制的雙相交換磁阻機械驅動器係藉由此電路而實現。該電力轉換器1 8 0 0係提供了下列優點： 1、雙相交換磁阻機械驅動器中之每相位僅含有一開 Μ ° 2、此概念係適用於其它任何相位數目之機械中。 3、此概念係適用於半波控制的永久磁鐵無刷直流馬龙驅動器，以及任何相位數目中。 4、獨立控制之相位。 5、精簡及少數之元件。 6、由於降壓前端，橫跨於其輸出中間電容5 〇 7之電壓係完全被控制，且係為該機械操作速度的一函數；如此使得一適當的電壓量能夠饋入該相位Β線圈5 〇 8中。因此，一非常小的開關（交換）係被執行於該相位Β線圈5 〇 8上，使該相位Β電晶體具有較低的開關損耗。如此改善了該轉換器與整體驅動系統的效能。第2 0 Α圖係說明了一單相位單控制開關之電力轉換器，該電力轉換器具有一降壓前端與一降壓後端電力階段。該前端降壓階段係與第1 8圖所示者相同。該後端降壓階段包含了一中間電容50 7、一相位β線圈508、一相位B電晶體

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第26頁 200404402 五、發明說明（23) 5/10以及一飛輪相位8二極體5〇9。該後端降壓階段之工係已被說明。因此，在此不多贅述。第20B圖係說明了一具有前端與後端降壓電路之電力轉換器方塊圖，其係用於一交換磁阻馬達與永久磁鐵無刷直流馬達中。該電力轉換器2 0 0 0係具有一前端降壓部分電路 2 0 5-1連接至該交換磁阻馬達或永久磁鐵無刷直流馬達（未』示）之第一相位線圈2 0 5 2，以形成一前端降壓電路 20 53。一後端降壓部分電路2〇54係與該馬達之一第二相位線圈2 0 5 5連接，以形成一後端降壓電路2 0 5 6。該前端降壓部分電路2051係產生了一第一步降電壓2〇57與該第一相位線圈2 0 5 2所提供之電感共同作用。該後端降壓部分電路^ 2054係產生了一第一步降電壓2058與該第二相位線圈μη 所提供之電感共同作用。該電力轉換器2 0 0 0及2 0 5 0係提供了下列優點： 1、其具有降壓與昇壓電力階段轉換器之電路結構的所有優點。 2、該相位B線圈5 0 8具有最小的開關（交換），因而具有較高的工作效率。 … 3、該相位β線圈5 0 8之電流轉向（commutati〇rl )時間係可能較長的。因此，該相位B電晶體5 1 0之提前轉向係為必要的。 4、不需外部電感之使用，反之，該機械線圈本身係被使用於該降壓電力階段中，用以轉換電力以及操作電路。第2 1 A圖係說明了一單相位單控制開關之電力轉換器，

200404402 五、發明說明（24) ^---— 該電力轉換為具有一降昇壓前總盘一 ^ νη. 月J ^興幵壓後端電力階段。一電力轉換器2 1 0 〇之前端轉換器係為一降昇階段電路 2101，且其後端係為一簡單的昇壓階段電路21〇2

轉換階段之操作而言，其通常必定.I ^ P 、、币乂疋而要该機械以外之外部電感。然本發明係使用該機械線圈本身當成電感，用以作於該轉換階段中。〜 ” 該電力轉換器2100係包含了一前端整流器，其可能具有一個或四個二極體，而該二極體之個數係視該交換磁阻機械驅動系統之功率等級而決定。然而，在此係以一單源整流一極體5 0 2作為本實施例之說明。一直流源電容5 〇 3係形成了直流連結濾波裔。該雙相交換磁阻機械之兩線圈^係為圖示中的相位A線圈5 04與相位B線圈5 08，而該相位a線圈5 04與該相位B線圈508係分別具有相位a電晶體5〇5與相位B黾B曰體5 1 〇之可控制開關’以及其飛輪相位a二極體$ 〇 6 與相位B 一極體5 〇 9。一中間電容5 〇 7係為一中間能量儲存濾波态，用以供給能量給該相位B線圈5 〇 8。其中該能量係由該相位A電晶體5 0 5、該相位a二極體5 0 6、該相位A線圈 5 〇 4以及該中間電容5 〇 7之降昇壓動作所獲得。該降昇壓電路2 1 0 1係提供了控制電流給該相位a線圈 5〇4 ’並提供了一直流電壓Vs 51 1給該相位b線圈50 8。該降升電路2 1 〇 1係不需要一外部電感，反之，其係使用該機械之相位Α線圈5 0 4而達成目的。該昇壓電路2 1 0 2係包含了該作為電容器之相位b線圈 5〇8、該可控制相位b電晶體51〇、該相位b二極體5 0 9與該

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f;;:、！二及該分別用以作為輸入、輸出遽波器之中間電谷50 7。該前端降昇壓電路21〇1之責任週期係決定了輸入該昇壓電路21〇2之電壓。儲存於該昇壓電路21〇2之輸入電容内的能量係藉由該相位B線圈5()8而被轉換成機械動力，且部分係會循環回到該直流源電容5 〇 3。即第2 1 B圖係說明了一具有降昇壓與昇壓電路之電力轉換器方塊圖’其係用於一交換磁阻馬達與永久磁鐵無刷直流馬達中:，電力轉換器2100係具有一降昇壓部分電路HU 連接至該=換磁阻馬達或永久磁鐵無刷直流馬達（未顯不）之一第一相位線圈2152，以形成一降昇壓電路2153。一昇壓部分電路2 154係與該馬達之一第二相位線圈215铲連接，以形成一昇壓電路2156。該降昇壓部分電路2151係產生了一第一步昇電壓2157與該第一相位線圈2152所提供之電感共同作用，並產生了一步降電壓21 58與該第一相位線圈21 52所提供之電感共同作用。該昇壓部分電路2154係產生了一第二步昇電壓21 59與該第二相位線圈2155所提=之電感共同作用。該電力轉換器2 1 0 0及2 1 5 0係提供了下列優點：

1、所有開關額定值（switch ratings )係等於該電壓 #VS 51 1或VB之一最大值，無論該等電壓值何者為^。於一具有2VS電壓源之相關的習知分離供應式（spl supply )轉換器中，其開關額定值係等於2vs。再者，_毒一二極體前端整流器對於此相關的習知電路而言係為不可能的，因此限制了前端整流器之選擇性。

200404402 五、發明說明（26) 2>、该相位B電晶體51 0與該相位a電晶體5〇5之切換係可於高速時被縮減至最小。 3不而額外的電感器用以操作於該前端降昇壓階段電路2 1 0 1以及該後端昇壓電路2 1 0 2階段中。 4、该等電容之電壓額定值係為無論該等電壓值何者為高。 5 °亥中間電谷為、5 0 7係可非常小於該直流源電容5 0 3。 6、可經由標準的的電路結構而實現。 7、、比起該相關的習知分離直流供應式轉換器而言，其 j 輸入電壓之額定效能係未被降低，因而使電壓源 ^ 乂回的利用性，且使該機械相位具有較低的電流 8、 =一電力轉換器21〇〇於每一相位中提供了一個可控制，二’二-極體’其係、不會降低該直流連結電壓之額定效月匕，亦不需用到額外的電感器。

9、由於該兩韓換階段> F H士&+ 一 π锝換^奴之幵壓動作可提供馬達高速運作 τ所品之向電壓，因此該馬達 ’連驅動係可於咼速下運作，而不而犧牲掉其它習知驅動系統之弱磁控制（fiux weakening contr〇1 )所產生之電力輸出。 10、因為具有昇壓階段，所、^ ^ ^ ^ 車又：的k升電流，以提供較高的動態響應。 Π、當該機械操作於一規定與標準速降歼壓階段電路2101係可操作0 $ 2 有較低的開關（切換7“二^ 亥^控制係為非常良好的，且其電流變換率係被縮

200404402 五、發明說明（27) 小’因而具有較低的聲音雜訊。 12、該電力轉換器21〇〇係可被使用於任何偶數或單數相位之交換磁阻機械中。 «亥電力轉換為2 1 0 0係適用於半波控制之偶數或單數 1目ί ϋ ί久磁鐵無刷直流馬達中’因而具有同樣的優點與較低的成本。乂4、ϊ:偶數相位未能取得時，該轉換器係、可利用電力二、之升垄階段的兩相位以及降昇壓階段的一相位達成，反之亦然，即一三相機械。位%明了第21Α圖電力轉換器具有一用於該兩相 ::，立能量源時之示圖。該獨立能量之儲存係瓦提 2 1七、5 〇 8開始運作時，其係獨立於該相位A線圈5 0 4 被# ^ 1 t假若該相位Β線圈5〇8必須在一預定起始時間 J = 時，則其係會因為該中間電容5〇7尚未具有能 & ^ ^運作。又，其係會因為該相位A線圈504尚未被 t、應，篁而不具能量，如第2U圖所述。可处‘ ：2轉換态21 〇〇而t ’供給能量之相位A線圈504係始味Γ不需要且不被期望的扭矩方向，因而降低了開 ^能。提供能量至該昇壓階段之輸人電容將會式w # 。此種由該交流源5 01提供能量之獨立方 i2〇n 1 ^電力轉換器2 2 〇〇可能需要一額外的源整流二極，口此，該相位A與β係能夠各自獨立運作。該電力轉換器220 0係提供了一新穎的電力轉換電路結

200404402 五、發明說明（28) 構，其在一雙相制。該電輸入至該於任何偶直流馬達阻馬達以統中。其一二極體形係可能一偶數相於每一相換器係為昇壓階段要該機械機械線圈電流控可藉由伸使用鐵無刷交換磁械子系關以及流之整中〇對於 2 2 0 0 係前端轉簡單的必定需使用該中〇 =換礤阻機械之機械相位中係且力轉換器22 0 0並不需要外部電^有獨立的機械相位的可變電壓而運作。二，且其係數或奇數相位的交換磁阻馬達；;：可被延中，並藉此而成為一通用轉換哭，水久礤及永久磁鐵無刷直流馬達之機二^ j用於獨特特徵在於每一相位中具 ±該輪人功率因子之控制與輪人交於该前端轉換器之運作而實施於本發二位的交換磁阻機械而言，該電力轉換器^ 位中包含了一可控制開關與一二極體σ。該一降昇壓階段電路2101，且該後端係為二電路2102。當操作兩轉換階段時，其通常以外之外部電感。然該電力轉換器2 2 〇〇係本身當成電感，用以操作於該轉換階段

效j t力轉換器2 2 〇〇係包含了兩前端整流器，其分別為源整流二極體502以及源整流二極體2 2〇1。該直流源電容5 03 。玄中間電容5 〇 7係形成了直流連結濾波器。該雙相交換磁阻馬達之兩線圈於圖式中係分別為相位Α線圈5 0 4與相位 β、線圈5 0 8 ’且其各別具有相位A電晶體5 0 5與相位B電晶體 5 1 0之可控制開關，以及各別具有飛輪二極體，其分別為相位A二極體506與相位B二極體5 0 9。該中間電容5 0 7亦為

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200404402 五、發明說明（29) 中間能重儲存遽波裔’用以供給相位B線圈5 0 8能量，而該能量係由該相位A電晶體5 0 5、該相位a二極體5 〇 6、該相位 A線圈5 0 4以及該中間電容5 0 7之降昇壓作用而獲得。同樣地，該直流源電容5 0 3係用以儲存該相位b線圈5 〇 8之轉向能量。此種特定結構係使得該能量輸入至該相位B線圈5 0 8 時’係可獨立於該相位A線圈5 0 4之操作，反之亦然。此特徵係為重要的，特別是對於一雙相機械驅動系統而言係更為重要。

當轉子磁極（pole)接近該相位B線圈508之定子磁極時，該相位B線圈5 0 8係會被供給能量而開始動作。於此情況中，能量係需要於該中間電容5 0 7中，以供給能量給1亥相位B線圈5 0 8。但是於驅動運作開始時並無任何能量，.因此’必須尋求其它方法使該中間電容能夠預先具有能量。沒使得該相位A線圈5 0 4之能量供給係成為必需的，縱使是此方式並非理想的。此方式係會於一較短的區間内產生不被期望的效果。於一些應用中，其係可能不被接受的。而该問題於此係已完全被排除。

再者’ 一雙相機械之操作係可能會用到此轉換器。該電力轉換器2 2 0 0係具有兩個獨立的方式對該等電容充電，使 “月b夠具有一較南的錯誤容忍（fault-tolerant)能力。例如，該前端二極體其中之一係可能失去作用，但一能量源係仍用以驅動該機械系統。這對於許多應用而言係非常關鍵性且重要的。該前端整流器係利用兩二極體以提供一全波整流，其比

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五、發明說明（30) 起利用一二極體之半波整流而言，係可有效降低輸入嘈波。其亦可均衡地分配該輸入電流，且並未增加=二二_ 之任何過度的損耗以及冷卻需求。當一二極體失^ ^用肢時，其並不會妨礙該系統之運作，因而增加了該, 運作之可靠性。〜不、、死…” 該電力轉換器2 2 0 0係提供了下列優點： 1、其具有該電力轉換器21 00與2 150之所有長處與優

2、一額外優點係為該相位β線圈5 08可在所有時間内獨立運作。 3、又，由於該交流供給電流係被全面整流，因此使耳該電流源可被均衡分配，而其中該正半週係經過該源整流一極體5 0 2 ’而該負半週係經過該源整流二極體2 2 〇 1。 4、該相位Α線圈5 0 4之一最小轉向電壓係至少等於該交 f線電壓的最大值。當該降昇壓電路2丨〇丨操作於該降壓模態時，該相位A線圈504之轉向電壓將會降低。苴係為一重要因素。 ^

5、該用以整流之兩前端二極體係提供了全波操作，使其輸入端之諧波降到最低。 6、一雙二極體系統係提高了錯誤容忍度。 / 7、當该雙二極體系統連接至該機械側邊的轉換器時，係使得該相位A線圈5 0 4與該相位β線圈5 〇 8能夠獨立運作。 8、該兩二極體系統係將該兩相位所需之能量平均地分配至其對應的電容上。即該相位B線圈5 〇 8所需之能量不需

200404402 五、發明說明（31) 流經該相位A線圈5 0 4，使得該馬達驅動系統係具有較高的效率。 9、該電力轉換器2 2 0 0之特徵係在於其可適用於任何相位數目之機器中’更特別是一雙相交換磁阻馬達或永久磁鐵無刷直流馬達之機械中。 1 0、該前端整流器之二極體數量係僅有兩個用於全波運作中’使知4轉換為之功率損耗與其套件内的一散熱器所需之空間降低。

11、因該相位β線圈5 0 8之能量源係獨立於該相位A線圈 5 0 4，因此其運作係相互獨立的。該相位B線圈5〇8係由整流後之交流源獲得能量。另外，用以激勵該相位β線圈8 之能量係完全獨立於該相位A線圈5 04之操作。這使得該系統於開始動作時係為完全獨立的，進而使該機械能夠於開始動作日*1"及操作期間能夠具有較佳的控制。 12、由於該電力轉換器2 2 0 0係考量到了個別相位之能量利用，因此其提供了相位之獨立運作，使得該機械可利用兩相位運作，而不同於一般需要多於三個相位之習知機制；於習知機制中，二或三個相位需視情況對直流連結

(第三或第四相位的直流連結）充電，用以供給第三或第四相位能量。然而，該轉換器22〇〇係排除了此一限制，使其適用於兩相位，甚至是更多相位中。第2 3圖係說明了一單相位單控制開關之電力轉換器，該電力轉換器係使用了一換流器（丨n v e r t e r )模組之一相位接腳。一電力轉換器2300係使用了一換流器模組23〇1之一

00728.ptd 第35頁 200404402 五、發明說明（32) 相位接腳，藉此避免可控制開關與快速二極體之分開的組件需求。一可控制開關2 3 0 2、2 3 0 3以及一快速反平行 (ant i-paral lei )二極體23 04、2 3 0 5係利用反平行方式而連接於該換流器模組中，並用以各別連接至一相位線圈 504 、 508 〇该電力轉換裔2 3 0 0係使用該換流器模組2 3 〇 1，以達到縮小組件體積以及降低成本之目的。雖然該換流器模組2 3 〇 i 係使用了整流類型的慢速換向二極體（steering

d^〇des )，但該慢速換向二極體係為便宜的，且其具有非系低j相耗。因此，熱量的組裝要求比起快速二極體之組裝而言係較為不嚴袼的，其對於交換磁阻機械在電流續^流或處理反應電流時係為必須的。本發阻馬達力轉換達以及中。再體之可線圈中該電 ’ 而模組之制開關件係可以及永器 230 0 永久磁者，該控制開轉向電力轉換其後端使用，以及快製於一被延伸久磁鐵係可成鐵無刷電力轉關組件流。器 230 0 用於半波控無刷直流馬制的任何偶數相位交換磁達之機械中。因此，該電換器，以用於交換磁阻馬機械的無刷機械子系統具有一包含了反平行二極以及一慢速二極體，用以於每一相位為一通用轉直流馬達之換器2 3 0 0係係具有一降係為一簡單的昇壓係簡化了該用以續速二極體在一元件組裝件中，因此，壓階段2 3 0 6之前端轉換階段2 3 0 7。一轉換器相位流與處理反應電流之可控内的組裝需求。如此的元即使在一低產量中亦可達

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五、發明說明（33) 到縮小組件體積以及降低成本之目的。一四相機械係可使用一四象限斷波模組，其包含了一轉換器模組之兩相位接腳。此一模組係可由商業上獲得。同樣地，一六相機械係可使用一三相全橋式換流模組。乂電力轉換為2 3 0 0係具有一前端整流器，該前端整流界係依據該交換磁阻馬達驅動系統之電力位準而可具有一; 或四/固二極體。為了達到說明之目的，一單源整流二極體 5 0 2係被闡述於圖示中。一直流源電容5 〇 3係形成了該直流連結濾波器。該雙相交換磁阻馬達之兩線圈於圖式中係分別為該相位A線圈5 0 4與該相位B線圈5 0 8，且其各別具有一相位A電晶體5 0 5與一相位B電晶體5 1 〇之可控制開關，^及各別具有反平行的飛輪二極體。該相位A二極體5 〇 6與該相位B二極體5 0 9係為換向二極體，且其係為慢速的。因此，该等二極體係可成為一具有低傳導壓降之整流類型。再者’该等二極體係以串接之方式而各別與該相位A線圈5 〇 $ 與相位B線圈5 0 8連接，用以轉向電流。一中間電容5 〇 7係為中間能量儲存濾波器，用以供給該相位B線圈5 〇 8能量。該電路之運作係如下說明。該相位A線圈5 0 4係藉由打開該相位A電晶體5 0 5而被供給能量。當該電流超過一控制值 (command value )或必須被完全消除時，其係會被關閉。該電流係會受該相位B電晶體5 10之反平行二極體230 5 所接管。於此期間内，該中間電容5 〇 7係被充電。之後，該電力轉換器2 3 0 0之動作係如一步降斷波器般，亦即一壓降轉換器。藉由打開該相位B電晶體5 1 0，使該相位B線圈

00728.ptd 第37頁 200404402 五、發明說明（34) —"" - " 5 08開始饋入儲存在該中間電容5〇7中之能量。當電流完全關閉或緩和時’該相位3電晶體5 i 〇係被關帛。這使得該相位A電晶^體5(35之反平行二極體23〇4能夠將電流傳導至該直 /瓜源電合5 0 3 ’因而‘致該相位8線圈5〇8開始衰減，且直到變為零為止。此即為該轉換器之壓昇動作。因此，可暸解到S轉換15之一壓降與壓昇動作係以此種安排方式進订而此種安排方式之優點係在於其不僅可應用於此實施例，亦：應用於此實施例之其他變化型式。該電力轉換器 2 3 0 0係長：供了下列優點： 1、所有開關額定值係等於該電壓源K 5丨丨或％之一最大值無测該等電壓值何者為高。於一具有W電壓源之棺關的習知=離供應式轉換器中，其開關額定值係等於2VS。.再者、’單一一極體前端整流器對於此相關的習知電路而言係為不^可能的，因此限制了前端整流器之選擇性。 2、该可控制電晶體23〇2與該電晶體2 30 3之切換係可於高速時被縮減至最小。 3不為額外的電感器用以操作於該轉換器之前端降壓以及該後端昇壓階段中。 4、該等電容之電壓額定值係為Vs或％，無論該等電壓值何者為向。 5、該中間電容器5 0 7係可甚小於該直流源電容5〇3。 6、比起該相關的習知分離直流供應式轉換器而言，其直流連結輸入電壓之額定效能係未被降低，因而使電壓源具有較高的利用性，且使該機械相位具有較低的電流。

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7、該電力轉換器2 3 0 0於每一相位中提供了一個可控制開關與二極體，其係不會降低該直流連結電壓之額定效能’亦不需用到額外的電感器。 8、由於該第二轉換階段之昇壓動作可提供馬達高速運作時所需之高電壓，因此該馬達驅動係可於高速下運作，而不需犧牲掉其它習知驅動系統之弱磁控制（f丨Μ weakening control)所產生之電力輸出。 9、因為具有昇壓階段，所以高於電壓源之電壓係會產生一較快的提升電流，以提供較高的動態響應。

I 〇、當該機械操作於一規定與標準速度以下時，該相位 A轉換階段係可操作於降壓模態，而使該相位β線圈508言有較低的開關（切換），以及較低的損耗。又，該電流控制係為非常良好的，且其電流變換率係被縮小，因而具有較低的聲音雜訊。 II σ玄電力轉換器2 3 0 0係可被使用於任何偶數相位之交換磁阻機械中。、1 2 ]該電力轉換器2 3 〇〇係適用於半波控制之偶數相位的永久磁鐵無刷直流馬達甲，因而具有同樣的優點與較低的成本。

大1 3、、遠換流相位接腳模組2 3 0 1係被使用，使得組裝成本、皮減y 並使得交換磁阻機械係可藉由該容易取得的換流相位接腳模組2 3 0 1而能夠使用於更多的應用中。 14本發明所保護之該相位A及相位B各別的降壓與昇壓動作係不需使用外部電感，且伴隨著許多優點。

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然而二該電力轉換器23 0 0之效率係會稍微低於其他形式之轉換器。其係由於在傳導期間，一可控制開關2 3 〇 2、 2303或反平行一極體2304、205與一換向二極體5Q6、 5 0 9串聯之故。此係導致了一較高的總傳導壓降及損耗。

^，由於該反平行二極體提供了電流續流操作，因此使該等相位之獨立電流控制與傳導係為不可能的。該反平行二極體及其開關必須於同一時間動作以起始在該接替 (succeeding )相位之一電流。因此，可能會有一電流不連續與扭矩不連續之情形發生。此缺點對於低性能應用裝置而言並不嚴重，但對於一高容量應用裝置而言係為一嚴重缺點。另外，由於該等相位間的互感，因此於該等相^位線圈中係可能存在有迴路電流（c丨r c u丨a t丨n忌 CUrrent )，而該迴路電流可藉由該機械的恰當設計而被減：>、仁其並不可能被完除消除掉。再者，對於低性能應用而言，此並非一嚴重之缺點。〜

上述所討論之該等缺點係會於第2 4圖之電路中獲得解决第2 4圖係說明了一單相位單控制開關之電力轉換器， "亥電力轉換器使用了一換流器模組之一相位接腳，且藉由一馬達的相位線圈而抑制一電流之環流 f circulation )。一電力轉換器2 400係使用了一換流器权組230 1之一相位接腳，藉此避免可控制開關與快速二極體之分開的組件需求。一可控制開關2 3 〇 2、2 3 0 3以及一快速反平行（anti-parallel)二極體2304、2305係利用反平行方式而連接於該換流器模組2 3 〇丨中，並用以各別連接

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至一相位線圈5 0 4、5 0 8。該電力轉換器240 0係使用該換流器模組23〇1，以達到縮小組件體積以及降低成本之目的。雖然該換流器模組23〇 i 係使用了整流類型的慢速換向二極體（steering dl0des )，但該慢速換向二極體係為便宜的，且其具有非常低的損耗。因此，熱量的組裝要求比起快速二極體之組裝而言係較為不嚴格的，其對於交換磁阻機械在電流續流或處理反應電流時係為必須的。本發明亦可被延伸用於半波控制的任何偶數相位交換磁阻馬達以及永久磁鐵無刷直流馬達之機械中。因此，該電力轉換器2400係可成為一通用轉換器，以用於交換磁f馬達以及永久磁鐵無刷直流馬達之機械的無刷機械子系統‘ 中。再者，該電力轉換器240 0係具有一包含了反平行二極體之可控制開關組件以及一慢速二極體，用以於每一相位線圈中轉向電流。該電力轉換器240 0係具有一降壓階段230 6之前端轉換器’其包含了該開關2 3 0 2、該相位A線圈5 0 4、該二極體 506以及用以提供電壓源之電容5〇3。該後端轉換器亦為一簡單的降壓階段230 7，其包含了該開關230 3、該相位6線圈5 08、該二極體50 9以及用以提供電壓源vB 512之電容 5 0 7。該轉換器相位模組23 0 1之使用，係簡化了該用以續机與處理反應電流之可控制開關以及快速二極體在一元·件内的組裝需求。如此的元件係可製於一組裝件中，因此，即使在一低產量中亦可達到縮小組件體積以及降低成本之

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四相機械係可使用一四象限斷波模組，其包含了一轉換器模組之兩相位接腳。此一模組係可由商業上獲得。同樣地’一六相機械係可使用一三相全橋式換流模組。該電力轉換器2 4 0 0係具有一前端整流器，該前端整流器係依據該交換磁阻馬達驅動系統之電力位準而可具有一個或四個二極體。為了達到說明之目的，一全波源整流階段 240 1係被闡述於圖示中。該直流源電容5〇3係與一電容 240 2和該電容5〇7 —起形成了該直流連結濾波器之部分。。亥又相父換磁阻馬達之兩線圈於圖式中係分別為該相位A 線圈5 04與該相位b線圈5〇8，且其各別具有該相位A電^體 230 2與該相位B電晶體23 0 3之可控制開關，以及各別具有’ 反平行的飛輪二極體2304與230 5。該相位A二極體5〇6與該相位B二極體5 0 9係為換向二極體，且其係為慢速的。因乂此，該等二極體係可成為一具有低傳導壓降之整流類型。再者’該等二極體係以串接之方式而各別與該相位Α線圈 5 0 4與相位B線圈5 0 8連接’用以轉向電流。該中間電容5 〇 7 係為中間此夏儲存濾、波器’用以供給該相位B線圈$ 〇 8能量。 a亥直&源電容5 0 3、該中間電容5 0 7以及一抗環流電容 2 4 0 2係先以串聯方式相互連接，再並聯於該交流整流源 5 0 1。藉由在該直流供給源上使用三個電容$ 〇 3、2 4 0 2與 5 0 7 ’以及猎由这專電谷連接至遠機械相位之方式，使得介於该荨機械相位即·該相位Α線圈5 0 4與該相位β線圈5 0 8

00728.ptd 第42頁 200404402 五、發明說明（39) 間的壞流電流’縱使在該等相位間具有一高互耦效應時，亦可被有效避免掉。應注意到，僅需一橫跨於該抗環流電容240 2上之小電壓用以避免該等線圈間的一環流電流。

該電路之運作係如下說明。該相位A線圈5〇4係藉由打開遠相位A電晶體2 3 0 2而被供給能量，且於同一時間，橫跨於該相位A之電壓係幾乎等於該電壓5丨2，使得於該相位a 線圈5 0 4上之電流得以提升。當該電流超過一控制值 (command value)或必須被完全消除時，其係會被關閉。該電流係會受該相位B電晶體2 30 3之反平行二極體 2 3 0 5所接管。該電流之路徑係由該二極體2 3 〇 4、該相位a 線圈504、該二極體5〇6以及該電容240 2與5 0 7所組成，飞導致了一負電壓被施加橫跨於該相位A線圈5 0 4上，因而迫使該電流之衰減。於此期間内，該直流源電容、該抗環流電容2 4 0 2以及該中間電容5 0 7係由該交流整流源而被充電。該抗環流電容240 2係甚小於其它兩電容，因此，其電壓係為非常小的。再者，此電壓係可被用以供給能量至該相位A電晶體5 0 5之開關驅動電路上，其係為一重要的優點。其亦提供了橫跨於該三個電容上之電荷分配，並防止該抗環流電容2402上累積比預期更多的電荷。該電力轉換器部分之動作係如一步降斷波器般，亦即一壓降轉換器。藉由打開該相位B電晶體5 1 0，使該相位B線圈5 0 8開始饋入儲存在該中間電容5 〇 7中之能量。當電流完全關閉或緩和時’該相位B電晶體2 30 3係被關閉，其使得該相位A電晶體 2 3 0 2之反平行二極體能夠將該電流傳導至該直流連結輪入

00728.ptd 第43頁 200404402 五、發明說明（40) 電谷因而導致該相位B線圈508開始衰減，且直到變為零為止。 ” 該電力轉換器240 0係提供了下列優點： 1、所有開關額定值係等於該電壓源之一最大值。於一具有2 Vs電壓源之相關的習知分離供應式轉換哭苴額定值係等於2Vs。再者，一單一二極體前端整流器對於此相關的驾知電路而言係為不可能的，因此限制了前端整流器之選擇性。、該可控制電晶體230 2與該電晶體2 30 3之切換係可於高速時被縮減至最小。、 3、不需額外的電感器用以操作於該轉換器之前端1 以及該後端昇壓階段中。 “4 "亥等電容之電壓額定值係幾乎為該直流連結之一半’且該抗環流電容2402之電壓額定值係為非常小的。 17亥抗環流電容2 4 0 2係可甚小於該直流源電容5 〇 3斑該中間電容5 0 7。〃 6 -此電路結構於每一相位中提供了一個可控制開關與、向二極體，而不需用到額外的電感器。此電路結構係可被使用於任何偶數相位之交換磁阻機械中。、位、、相同的轉換器電路結構係適用於半波控制之偶數相 j ί水久磁鐵無刷直流馬達中，因而具有同樣的優點與較低的成本。 9、該換流相位接腳模組230 1係被使用，使得組裝成本 ZUU4U4402

因而被減少，並使得交換換流相位接腳模組23 0 1而 1 0、本發明所保護之該使用外部電感，且伴隨著 1 1、儘管該等相位間之電壓抑制該電流環流，使線圈内之一可能迴路電流 1 2、儲存於該抗環流電上部（t 〇 p )開關。因此一分離電力供應之需求被量增長係可被避免的。事式而被抵消，而此方式係磁阻機械係可藉由該容易取得的能夠使用於更多的應用中。相位A及相位B的降壓動作係許多優點。 μ @ 互感，猎由該抗ί哀流電容24Q2之付於此轉換|§電路結構中的該等係此夠被消除。 ^然而，對於此電路結構而言，該電力轉換器2 4 〇〇之效率係會稍微低的。其係由於在傳導期間，一可控制開關 23 0 2、23 03或一反平行二極體23〇4、2〇5與一換向二極體 5 0 6 5 0 9串聯之故。此係導致了一較高的總傳導壓降及一效能損耗。由於該反平行二極體提供了電流續流操作，因谷2 4 0 2内之能量係被用以控制該 1當该上部開關之開關電路對於排除時，該抗環流電容24〇2之能實上’該能量增長係可利用忙方為一顯要的創新方式。此使該等相位之獨立電流控制與傳導係為不可能的。該飛輪反平行一極體及其相關聯的開關必須於同一時間動作以起始在a亥接替相位之一電流。因此，為了要能夠使用此電路，則一電流不連續與扭矩不連續之情形係必須被接受的。應注意，此缺點對於低性能應用裝置而言並不嚴重，但對於南谷里應用裝置而言係為一嚴重缺點。比起該相關的習知分離直流供應式轉換器而言，其直流連結輸入電

00728.ptd 第45頁 200404402 五、發明說明（42) 壓之額定效能係被降低，因而使電壓源具有較低的利用性，以^該機械相位具有較高的電流。此問題係可藉由在該前端整流電路上使用一電壓加倍命該開關之電堡額定值係會增加。倍一被解決’但之後前面說明係用以解釋與敘係顯示且敘述了本發明之較 =月。然而，其揭示内容明係可使用於各種其它組人貫施例，但應瞭解到，本發項技藝者係可藉由上述的教修$與環境中。又，熟習該本發明的進步性概念範圍孜=或知識，而輕易地對於此敘述的該等實施例：：：”修改。態，熟習該項技藝者係能：j:::發明之最佳模及=:而將本發明實施於Χΐίϊί:實施例的，化中。月限义於此所揭示的任何實施形式 00728.ptd 苐46頁 200404402 圖式簡單說明【圖式簡單說明】第1圖係說明了用以驅動一雙相交換磁阻機械之相關的習知非對稱式電力轉換器。第2圖係說明了用以驅動一雙相交換磁阻機械之相關的習知每相位單交換式電力轉換器。第3圖係說明了用以驅動一雙相交換磁阻機械之相關的習知C轉儲式電力轉換器。第4圖係說明了用以驅動一雙相交換磁阻機械之相關的習知每相位單交換式電力轉換器。第5A圖係說明了一單相位單控制開關之電力轉換器，該電力轉換器具有一昇壓階段之前端與一昇壓階段之後端^，用以驅動一雙相交換磁阻馬達或一永久磁鐵無刷直流馬達。第5B圖係說明了用於交換磁阻馬達或永久磁鐵無刷直流馬達之電力轉換器的方塊圖，其中該電力轉換器係具有前端與後端昇壓電路。第6圖係說明了第5 A圖電力轉換器之相位A線圈被供給能量之圖示。第7圖係說明了第5A圖電力轉換器之前端昇壓電路的昇壓動作。第8圖係說明了第5 A圖電力轉換器之相位B線圈被供給能量之圖示。第9圖係說明了第5A圖電力轉換器之後端昇壓電路的昇壓動作。

00728.ptd 第47頁 200404402 圖式簡單說明第1 0 A圖係用以說明一單相位單控制開關之電力轉換器，其具有一昇壓前端與一降壓後端。第1 0 B圖係說明了用於交換磁阻馬達或永久磁鐵無刷直流馬達之電力轉換器的方塊圖，其中該電力轉換器係具有昇壓與降壓電路。第11圖係用以說明第1 0 A圖電力轉換器之昇壓與降壓階段的各別構造。第1 2圖係說明了第1 0 A圖電力轉換器之相位A線圈被供給能量之圖示。第1 3圖係說明了第1 0 A圖電力轉換器之昇壓動作。第1 4圖係說明了第1 0 A圖電力轉換器於降壓階段供給i 量之圖示。第1 5圖係說明了第1 0A圖電力轉換器之降壓階段續流動作。第1 6圖係為第1 0 A圖電力轉換器之前端具有一全波整流器時之示圖。第1 7A圖係為具有一昇壓前端與一兩降壓階段後端之電力轉換器，其係利用兩個可控制開關去控制一三相馬達。第1 7B圖係為第1 7圖之電力轉換器具有一全波前端整流器時之示圖。第1 7C圖係說明了一具有降昇壓與降壓電路之電力轉換器方塊圖，其係用於一交換磁阻馬達與永久磁鐵無刷直流馬達中。第1 8圖係說明了一單相位單控制開關之電力轉換器，該

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圖式簡單說明電力轉換器具有一降壓前端與一昇壓後端。第1 9圖係用以說明第1 8圖電力轉換哭之|颅&攸广包刀w ?兴為之幵壓與降壓階段的各別構造。第20A圖係說明了一單相位單控制開關之電力轉換哭，該電力轉換器具有一降壓前端與一降壓後端電力階；第20Β圖係說明了一具有前端與後端降壓電路之電力轉換為方塊圖，其係用於一交換磁阻馬達與永久磁鐵無刷直流馬達中。第2 1 Α圖係說明了一單相位單控制開關之電力轉換器，該電力轉換器具有一降昇壓前端與一昇壓後端電力階段。第21B圖係說明了一具有降昇壓與昇壓電路之電力轉潘态方塊圖’其係用於一交換磁阻馬達與永久磁鐵無刷直溘馬達中。用；^孩兩相第2 2圖係說明了第2 1 A圖電力轉換器具有位線圈之獨立能量源時之示圖。第23圖係說明了一單相位單控制開關之電力轉換器，該電力轉換器係使用了一換流器模組之一相位接腳。第24圖係說明了-單相位單控制開關之電力轉換器，該電力轉換益使用了一換流器模組之一相位接腳，且藉由一馬達的相位線圈而抑制一電流之環、斧。圖號說明： 100 電力轉換器 200404402 電相可不電力轉換器可控制功率不可控制二機械線圈圖式簡單說明 101 、 102 103-106 107-110 200 202 204 206 300 301-303 304-306 307 ^ 308 309 311 400 401 403 405 407 500 502 504 506 508 510 相位線圈可控制功率不可控制功力轉換器位線圈控制功率元可控制功率元件率元件 201 203 件 20 5 元件2 0 7 元件極體電壓源相位線圈可控制功率元件不可控制功率元件直流電壓源轉儲電容電力轉換器 310 外部電感器 4 0 2 不可控制功率元件 4 0 4 可控制功率元件 4 0 6 相位線圈直流電壓源電力轉換器 501 交流源整流二極體 503 直流源電容相位A線圈 505 相位A電晶體相位A二極體 507 中間電容相位B線圈 509 相位B二極體相位B電晶體 511 電壓源Vs

00728.ptd 第50頁 200404402 圖式簡單說明 512 中間電容電壓VB 550 電力轉換器 551 前端昇壓部分電 552 第一相位線圈 553 前端昇壓電路 554 後端昇壓部分電路 55 5 第二相位線圈 556 後端昇壓電路 557 步昇電壓 558 第二步昇電壓 601 電流 701 前端昇壓電路 702 電流 801 電流 901 後端昇壓電路 902 電流 1000 電力轉換器 1050 電力轉換器 1051 昇壓部分電路 1052 第一相位線圈 1053 昇壓電路 1054 降壓部分電路 1055 第二相位線圈 1056 降壓電路 10 57 步昇電壓 1058 步昇電壓 1101 昇壓階段 1102 降壓階段 1201 電流 1301 電流 1401 電流 1501 電流 1600 電力轉換器 1601 全波前端整流器 1701 相位C線圈 1702 相位A二極體 1750 電力轉換器 1751 全波整流器 1770 電力轉換器 1771 昇降壓部分電路 1772 第一相位線圈 1773 昇壓電路 1774 第二相位線圈 1775 第一降壓電路 1776 降壓部分電路 1777 第三相位線圈

00728.ptd 第51頁 200404402 圖式簡單說明 1778 第二降壓電路 1779 步昇電壓 1780 步降電壓 1781 第二步降電壓 1800 電力轉換器 1901 降壓階段 1902 昇壓階段 2 0 0 0 電力轉換器 2 0 5 0 電力轉換器 2 0 5 1 前端降壓部分電路 2 0 5 2 第一相位線圈 2 0 5 3 前端降壓電路 20 54 後端降壓部分電路2 0 5 5 第二相位線圈 2 0 5 6 後端降壓電路 2 0 5 7 步降電壓 2 0 5 8 第二步降電壓 2100 電力轉換器 2101 降昇壓電路 2102 昇壓電路 2150 電力轉換器 2151 降昇壓部分電路 ~ 2152 第一相位線圈 2153 降昇壓電路 2154 昇壓部分電路 2155 第二相位線圈 2156 昇壓電路 2157 第一步昇電壓 2158 步降電壓 2159 第二步昇電壓 2 2 0 0 電力轉換器 2 2 0 1 整流二極體 23 0 0 電力轉換器 2 3 0 1 換流相位接腳模組 230 2 、2 3 0 3 可控制開關 230 4 ^ 23 0 5 快速反平行二極體 240 0 電力轉換器 240 1 全波源整流階段 240 2 電容

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Claims

200404402 六、申請專利範圍 1、一種用於一交換磁阻馬達或一永久磁鐵無刷直流馬達之電力轉換器，其具有一第一與第二相位線圈，該電力轉換器包含：一前端昇壓部分電路，用以連接該馬達之第一相位線圈，以形成一前端昇壓電路；一後端昇壓部分電路，用以連接該馬達之第二相位線圈，以形成一後端昇壓電路，其中該前端昇壓部分電路係產生了一第一步昇電壓與該第一相位線圈所提供的電感共同作用，以及該後端昇壓部分電路係產生了一第二步昇電壓與該第二相位線圈所提供的電感共同作用。 ~ 2、依申請專利範圍第1項之電力轉換器，其中一單一電容係由該前端與該後端昇壓部分電路共用，以儲存由該前端昇壓部分電路所接收之能量，並提供該儲存能量至該後端昇壓部分電路。 3、依申請專利範圍第1項之電力轉換器，其中該前端與後端昇壓部分電路係各包含了一單一可控制開關與一單一整流器。 4、依申請專利範圍第2項之電力轉換器，其中該前端與後端昇壓部分電路係各包含了一單一可控制開關與一單一整流器。

00728.ptd 第53頁 200404402 六、申請專利範圍 5、依申請專利範圍第2項之電力轉換器，另包含：一整流器，用以將一交流整流成為一直流；一直流儲存電容，用以儲存該整流器所提供之直流能量，並藉由該儲存能量而提供一直流電壓源至該前端與後端昇壓部分電路。 6、依申請專利範圍第5項之電力轉換器，其中該前端與後端昇壓部分電路之電路結構係共同作用，以大體上將該直流電壓源之全部電位各別施加至該第一與第二相位線圈。 7、一種用於一交換磁阻馬達或一永久磁鐵無刷直流馬達之電力轉換器，其具有一第一與第二相位線圈，該電力轉換器包含：一昇壓部分電路，用以連接該馬達之第一相位線圈，以形成一昇壓電路；一降壓部分電路，用以連接該馬達之第二相位線圈，以形成一降壓電路，其中該昇壓部分電路係產生了一步昇電壓與該第一相位線圈所提供的電感共同作用，以及該降壓部分電路係產生了一步降電壓與該第二相位線圈所提供的電感共同作用。

00728.ptd 第54頁 200404402 六、申請專利範圍 8、依申請專利範圍第7項之電力轉換器，其中一單一電容係由該昇壓與降壓部分電路共用，以儲存由該昇壓部分電路所接收之能量，並提供該儲存能量至該降壓部分電路。 9、依申請專利範圍第7項之電力轉換器，其中一單一電容係由該昇壓與降壓部分電路共用，以儲存由該降壓部分電路所接收之能量，並提供該儲存能量至該昇壓部分電路。 1 0、依申請專利範圍第7項之電力轉換器，其中該昇壓1 降壓部分電路係各包含了一單一可控制開關與一單一整流 1 1、依申請專利範圍第8項之電力轉換器，其中該昇壓與降壓部分電路係各包含了一單一可控制開關與一單一整流器。 1 2、依申請專利範圍第9項之電力轉換器，其中該昇壓與降壓部分電路係各包含了一單一可控制開關與一單一整流器。 1 3、依申請專利範圍第7項之電力轉換器，另包含：一整流器，用以將一交流整流成為一直流；

00728.ptd 第55頁 200404402 六、申請專利範圍一直流儲存電容，用以儲存該整流器所提供之直流能量，並藉由該儲存能量而提供一直流電壓源至該昇壓與降壓部分電路。 1 4、依申請專利範圍第7項之電力轉換器，另包含一全波整流器，用以將一交流整流成為一直流，並用以提供一直流電壓源至該昇壓與降壓部分電路。 1 5、依申請專利範圍第1 1項之電力轉換器，其中用於該昇壓與降壓部分電路之可控制開關係藉由一換流器模組之一相位接腳而提供。一 1 6、依申請專利範圍第11項之電力轉換器，其中一相互連接於該可控制開關的共同接點係用以連接該第一與第二相位線圈之一接點。 1 7、依申請專利範圍第1 6項之電力轉換器，其中該共用的單一電容係與該昇壓與降壓部分電路之每一二極體的一端點連接。 1 8、依申請專利範圍第1 6項之電力轉換器，另包含：一電源整流器，用以將一交流整流成為一直流；一直流儲存電容，用以儲存該電源整流器所提供之直流能量，並藉由該儲存能量而提供一直流電壓源至該昇壓與

00728.ptd 第56頁 200404402 六、申請專利範圍降壓部分電路。 1 9、依申請專利範圍第1 8項之電力轉換器，其中該昇壓與降壓部分電路之組合的電路結構係共同作用，以將一橫跨於該共用單一電容之電壓值大小限定於該直流電壓源之電壓值下。 2 0、依申請專利範圍第1 8項之電力轉換器，其中該昇壓與降壓部分電路之電路結構係共同作用，以大體上將該直流電壓源之全部電位各別施加至該第一與第二相位線圈。 2 1、依申請專利範圍第7項之電力轉換器，其中該昇壓與降壓部分電路係各別包含了一單一可控制開關以及與一单一整該昇壓與降壓部分電路之可控制開關係藉由一換流器模組之一相位接腳而提供。 2 2、依申請專利範圍第2 1項之電力轉換器，其中一相互連接於該可控制開關的共同接點係用以連接該第一與第二相位線圈之一接點。 2 3、依申請專利範圍第7項之電力轉換器，其中該昇壓與降壓電路係共同作用，以提供一單位功率因子。

00728.ptd 第57頁 200404402 六、申請專利範圍 2 4、依申請專利範圍第7項之電力轉換器，其中該昇壓與降壓電路係共同作用，以提供輸入交流整形。 2 5、一種用於一交換磁阻馬達或一永久磁鐵無刷直流馬達 ‘ 之電力轉換器，其具有一第一與第二相位線圈，該電力轉 . 換器包含：一第一降壓部分電路，用以連接該馬達之第一相位線圈，以形成一第一降壓電路，該第一降壓部分電路係包含了一第一整流器；一第二降壓部分電路，用以連接該馬達之第二相位線圈，以形成一第二降壓電路，該第二降壓部分電路係f含了一第二整流器；以及三個相互率聯之電容，該等電容係共同並聯於一直流電壓源，其中該第一降壓部分電路係產生了一步降電壓與該第一相位線圈所提供的電感共同作用，該第二降壓部分電路係產生了一步降電壓與該第二相位線圈所提供的電感共同作用，該三個相互串聯電容之一第一電容的一第一接點係藉由該第一整流器連接至該第一相位線圈，該第一電容的一第二接點係藉由該第二整流器連接至該第二相位線圈，以及該第一電容係大體上防止了一電流同時流經該第一與第二相位線圈。

00728.ptd 第58頁、申請專利範圍 26、依令請專利範圍第25項该第一 Μ ^ ^ Μ Λη V 力轉換器，、乐一 I牛峻部分開關，以及知各別包含垓第一與第二降壓部分益杈組之一相位接腳而提供。可控制開單一可控制藉換流 27、依申互串聯電等可控制 28、一種之電力轉電力轉換一昇降以形成一· 以形成一一降壓成一第二該昇降圈所提供相位線圈該降壓線圈所提清專利範圍容之一第二開關之一第用於一交換換器，其具器包含：壓部分電路昇壓電路，第一降壓電部分電路用降壓電路；壓部分電路的電感共同所提供的電部分電路係供的電感共 :26項之電力轉換器，其 ΐ:將儲存在其上之能Γ二？ -可控制開關的控制操作上。用於该 =，馬j或_永久磁鐵無刷直流馬達第、第二與第三相位線圈，該、，用以連接該馬達之第一相位線圈， :用以連接該馬達之第二相位線圈，接該馬達之第三相位線圈，以形係產生I 一步昇電壓與該第一相位線作用並產生第一步降電壓與該第二感共同作用，以及 — 產生了一第同作用。第59頁第三相位 00728.ptd II 200404402 六、申請專利範圍 2 9、依申請專利範圍第2 8項之電力轉換器，其中一單一電容係由該昇壓與降壓部分電路共用，以儲存由該昇降壓部分電路所接收之能量，並提供該儲存能量至該降壓部分電路。 3 0、依申請專利範圍第2 8項之電力轉換器，其中：該昇降壓部分電路係包含了一單一可控制開關與一單一整流器；以及該降壓部分電路係包含了一單一可控制開關與兩整流器。 — 3 1、依申請專利範圍第2 9項之電力轉換器，其中：該昇降壓部分電路係包含了一單一可控制開關與一單一整流器；以及該降壓部分電路係包含了一單一可控制開關與兩整流 3 2、依申請專利範圍第2 8項之電力轉換器，另包含一整流器，用以將一交流電壓整流成為一直流電壓，並用以提供該直流電壓至該昇壓與降壓部分電路。 3 3、依申請專利範圍第3 2項之電力轉換器，其中該整流器係為一全波整流器。

00728.ptd 第60頁 200404402 六、申請專利範圍 34、依申請專利範圍第28項之電力轉換器，其中該昇壓與第一和第二降壓電路係共同作用，以提供一單位功率因子。 3 5、依申請專利範圍第2 8項之電力轉換器，其中該昇壓與第一和第二降壓電路係共同作用，以提供輸入交流整形。 3 6、一種用於一交換磁阻馬達或一永久磁鐵無刷直流馬達之電力轉換器，其具有一第一與第二相位線圈，該電力轉換器包含： — 一前端降壓部分電路，用以連接該馬達之第一相位線’ 圈，以形成一前端降壓電路；一後端降壓部分電路，用以連接該馬達之第二相位線圈，以形成一後端降壓電路，其中該前端降壓部分電路係產生了一第一步降電壓與該第一相位線圈所提供的電感共同作用，以及該後端降壓部分電路係產生了一第二步降電壓與該第二相位線圈所提供的電感共同作用。 37、依申請專利範圍第36項之電力轉換器，其中一單一電容係由該前端與後端降壓部分電路共用，以儲存由該前端降壓部分電路所接收之能量，並提供該儲存能量至該後端降壓部分電路。

00728,ptd 第61頁 200404402 六、申請專利範圍 3 8、依申請專利範圍第3 6項之電力轉換器，其中該前端與後端降壓部分電路係各包含了一單一可控制開關與一單一整流器。 3 9、依申請專利範圍第3 7項之電力轉換器，其中該前端與後端降壓部分電路係各包含了一單一可控制開關與一單一整流器。 4 0、依申請專利範圍第3 7項之電力轉換器，另包含：一整流器，用以將一交流整流成為一直流； — 一直流儲存電容，用以儲存該整流器所提供之直流能’ 量，並藉由該儲存能量而提供一直流電壓源至該前端與後端降壓部分電路。 4 1、依申請專利範圍第40項之電力轉換器，其中該前端與後端降壓部分電路之電路結構係共同作用，以大體上將該直流電壓源之全部電位各別施加至該第一與第二相位線圈。 4 2、一種用於一交換磁阻馬達或一永久磁鐵無刷直流馬達之電力轉換器，其具有一第一與第二相位線圈，該電力轉換器包含：一降昇壓部分電路，用以連接該馬達之第一相位線圈，

00728.ptd 第62頁 200404402 六、申請專利範圍以形成一降昇壓電路；一昇壓部分電路，用以連接該馬達之第二相位線圈，以形成一昇壓電路，其中該降昇壓部分電路係產生了一第一步昇電壓與該第一相位線圈所提供的電感共同作用，並產生了一步降電壓與該第一相位線圈所提供的電感共同作用，以及該昇壓部分電路係產生了一第二步昇電壓與該第二相位線圈所提供的電感共同作用。 43、依申請專利範圍第42項之電力轉換器，其中一單一電容係由該降昇壓與昇壓部分電路共用，以儲存由該降昇^降壓部分電路所接收之能量，並提供該儲存能量至該昇壓部分電路。 4 4、依申請專利範圍第4 2項之電力轉換器，其中該降昇壓與昇壓部分電路係各包含了一單一可控制開關與一單一整流器。 45、依申請專利範圍第43項之電力轉換器，其中該降昇壓與昇壓部分電路係各包含了一單一可控制開關與一單一整流器。 46、依申請專利範圍第43項之電力轉換器，另包含：一整流器，用以將一交流整流成為一直流；

00728.ptd 第63頁 200404402 六、申請專利範圍一直流儲存電容，用以儲存該整流器所提供之直流能量，並藉由該儲存能量而提供一直流電壓源至該降昇壓與昇壓部分電路。 4 7、依申請專利範圍第4 6項之電力轉換器，其中該降昇壓與昇壓部分電路之組合的電路結構係共同作用，以將一橫跨於該共用單一電容之電壓值大小限定在一相等於該直流電壓源的最小電壓值。 48、依申請專利範圍第46項之電力轉換器，其中該降昇壓與昇壓部分電路之電路結構係共同作用，以大體上將，直流電壓源之全部電位各別施加至該第一與第二相位線圈。 49、依申請專利範圍第43項之電力轉換器，另包含：一第一整流器，用以將一交流整流成為一直流；一第二整流器，用以將該共用單一電容之能量所產生的電流恢復至該交流的一來源；一直流儲存電容，用以儲存該第一整流器所提供之直流能量，並藉由該直流儲存電容之儲存能量而提供一直流電壓源至該降昇壓與昇壓部分電路。 50、依申請專利範圍第43項之電力轉換器，另包含：兩整流器，用以將一交流之全波整流成一直流，其中該兩整流器係連接至該降昇壓與昇壓部分電路，用以準備

00728.ptd 第64頁 200404402 六、申請專利範圍該第一與第二相位線圈之獨立的能量供給與能量消除動作。 5 1、依申請專利範圍第5 0項之電力轉換器，另包含：一直流儲存電容，用以儲存該直流能量，並藉由該儲存能量而提供一直流電壓源至該降昇壓與昇壓部分電路，其中該降昇壓與昇壓部分電路之組合的電路結構係共同作用，以將一橫跨於該共用單一電容之電壓值大小限定於該直流電壓源之電壓值下。 5 2、依申請專利範圍第5 1項之電力轉換器，其中該降昇壓與昇壓部分電路之電路結構係共同作用，以大體上將該直流電壓源之全部電位各別施加至該第一與第二相位線圈。 53、依申請專利範圍第42項之電力轉換器，其中該降昇壓與昇壓電路係共同作用，以提供一單位功率因子。 54、依申請專利範圍第42項之電力轉換器，其中該降昇壓與昇壓電路係共同作用，以提供輸入交流整形。

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