TW201440407A - 直流轉交流電源轉換系統及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一種直流轉交流電源轉換系統係以轉換一直流輸入電壓為一交流輸出電壓，主要包含一橋式切換電路、一輔助開關電路以及一控制電路。該橋式切換電路包含一第一功率開關、一第二功率開關、一第三功率開關以及一第四功率開關。該輔助開關電路包含一第五功率開關、一第六功率開關、一第七功率開關以及一第八功率開關。該控制電路產生一互補切換信號對分別控制該第一功率開關與該第四功率開關以及該第二功率開關與該第三功率開關，並且產生一互補準位信號對分別控制該第六功率開關與該第七功率開關以及該第五功率開關與該第八功率開關。

Description

直流轉交流電源轉換系統及其操作方法
本發明係有關一種直流轉交流電源轉換系統及其操作方法，尤指一種降低寄生電容電壓所造成漏電流影響之直流轉交流電源轉換系統及其操作方法。
請參見第一圖係為先前技術全橋式逆變器之電路圖。該全橋式逆變器藉由在零電壓狀態下，將直流及交流側解耦合。理論上，在零電壓狀態下，AN點電壓(之後稱為VAN)及BN點電壓(之後稱為VBN)皆應為直流電壓Vdc的一半，亦即，VAN=VBN=1/2Vdc。因此，A、B兩點的共模電壓為定值，以達到降低漏電流Icp1,Icp2。然而，漏電流Icp1,Icp2成分在接近交流換相時，由於零電壓狀況期間較長，再加上交流電壓變化大，因此，造成寄生電容上Cp1,Cp2的電壓變化較大，而產生快速變化的漏電流Icp1,Icp2，亦即，寄生電容電壓變化越大，漏電流越增加。實際上，因為電路元件及正負端寄生電容Cp1,Cp2不相同，而造成VAN與VBN不為直流電壓Vdc的一半，因此，A、B兩點的共模電壓非為定值。
因此，如何設計出一種直流轉交流電源轉換系統及其操作方法，透過輔助開關電路組成零電壓狀態下的電感釋能路徑，並且將輔助開關電路與直流側之該中性點連接，大大地降低寄生電容電壓所造成漏電流的影響，乃為本案創作人所欲行克服並加以解決的一大課題。
本發明之一目的在於提供一種直流轉交流電源轉換系統，以克服習知技術的問題。因此本發明之該直流轉交流電源轉換系統係以轉換一直流輸入電壓為一交流輸出電壓。該直流轉交流電源轉換系統係包含一輸入電容組、一橋式切換電路、一輔助開關電路、一濾波電路以及一控制電路。該輸入電容組係包含一第一電容與一第二電容，該第一電容與該第二電容係連接於一中性點，並且接收該直流輸入電壓。該橋式切換電路係並聯該輸入電容組，包含一第一橋臂以及與該第一橋臂並聯之一第二橋臂，該第一橋臂係由一第一功率開關與一第二功率開關串聯形成，該第二橋臂係由一第三功率開關與一第四功率開關串聯形成。該輔助開關電路係連接於該中性點與該橋式切換電路之間，包含一第三橋臂以及與該第三橋臂連接之一第四橋臂，該第三橋臂係由一第五功率開關與一第六功率開關串聯形成，該第四橋臂係由一第七功率開關與一第八功率開關串聯形成。該濾波電路係包含一第一濾波電感、一第二濾波電感以及一濾波電容，該濾波電容係連接於該第一濾波電感與該第二濾波電感之間，該第一濾波電感係連接該第一橋臂與該第三橋臂，該第二濾波電感係連接該第二橋臂與該第四橋臂。該控制電路係產生一互補切換信號對與一互補準位信號對，其中該互補切換信號對係分別控制該第一功率開關與該第四功率開關以及該第二功率開關與該第三功率開關，該互補準位信號對係分別控制該第六功率開關與該第七功率開關以及該第五功率開關與該第八功率開關。其中，該輔助開關電路係提供該第一濾波電感與該第二濾波電感之釋能路徑，以降低該直流輸入電壓之寄生電容效應所造成之漏電流。
本發明之另一目的在於提供一種直流轉交流電源轉換系統，以克服習知技術的問題。因此本發明之該直流轉交流電源轉換系統係以轉換一直流輸入電壓為一交流輸出電壓。該直流轉交流電源轉換系統係包含一輸入電容組、一第一橋式切換電路、一第一輔助開關電路、一第二橋式切換電路、一第二輔助開關電路、一第一濾波電路、一第二濾波電路以及一控制電路。該輸入電容組係包含一第一電容與一第二電容，該第一電容與該第二電容係連接於一中性點，並且接收該直流輸入電壓。該第一橋式切換電路係並聯該輸入電容組，包含一第一橋臂以及與該第一橋臂並聯之一第二橋臂，該第一橋臂係由一第一功率開關與一第五二極體串聯形成，該第二橋臂係由一第二功率開關與一第六二極體串聯形成。該第一輔助開關電路係連接於該中性點與該第一橋式切換電路之間，包含一第三橋臂以及與該第三橋臂連接之一第四橋臂，該第三橋臂係由一第三功率開關與一第七二極體串聯形成，該第四橋臂係由一第四功率開關與一第八二極體串聯形成。該第二橋式切換電路係並聯該輸入電容組，包含一第一橋臂以及與該第一橋臂並聯之一第二橋臂，該第一橋臂係由一第一功率開關與一第五二極體串聯形成，該第二橋臂係由一第二功率開關與一第六二極體串聯形成。該第二輔助開關電路係連接於該中性點與該第二橋式切換電路之間，包含一第三橋臂以及與該第三橋臂連接之一第四橋臂，該第三橋臂係由一第三功率開關與一第七二極體串聯形成，該第四橋臂係由一第四功率開關與一第八二極體串聯形成。該第一濾波電路係包含一第一濾波電感、一第二濾波電感以及一濾波電容，該濾波電容係連接於該第一濾波電感與該第二濾波電感之間，該第一濾波電感係連接該第一橋式切換電路之該第一橋臂與該第一輔助開關電路之該第三橋臂，該第二濾波電感係連接該第一橋式切換電路之該第二橋臂與該第一輔助開關電路之該第四橋臂。該第二濾波電路係包含一第一濾波電感、一第二濾波電感以及該濾波電容，該濾波電容係連接於該第一濾波電感與該第二濾波電感之間，該第一濾波電感係連接該第二橋式切換電路之該第一橋臂與該第二輔助開關電路之該第三橋臂，該第二濾波電感係連接該第二橋式切換電路之該第二橋臂與該第二輔助開關電路之該第四橋臂。該控制電路係產生一互補切換信號對與一互補準位信號對，其中該互補切換信號對係分別控制該第一橋式切換電路之該第一功率開關與該第二功率開關以及該第二橋式切換電路之該第一功率開關與該第二功率開關，該互補準位信號對係分別控制該第一輔助開關電路之該第三功率開關與該第四功率開關以及該第二輔助開關電路之該第三功率開關與該第四功率開關。其中，該第一輔助開關電路係提供該第一濾波電路之該第一濾波電感與該第二濾波電感之釋能路徑，該第二輔助開關電路係提供該第二濾波電路之該第一濾波電感與該第二濾波電感之釋能路徑，以降低該直流輸入電壓之寄生電容效應所造成之漏電流。
本發明之再另一目的在於提供一種直流轉交流電源轉換系統之操作方法，以克服習知技術的問題。因此本發明直流轉交流電源轉換系統係以轉換一直流輸入電壓為一交流輸出電壓，該操作方法係包含下列步驟：(a)提供一輸入電容組，係接收該直流輸入電壓，該輸入電容組係包含一第一電容與一第二電容，該第一電容與該第二電容係連接於一中性點；(b)提供一橋式切換電路，係並聯該輸入電容組，該橋式切換電路係包含一第一橋臂以及與該第一橋臂並聯之一第二橋臂，該第一橋臂係由一第一功率開關與一第二功率開關串聯形成，該第二橋臂係由一第三功率開關與一第四功率開關串聯形成；(c)提供一輔助開關電路，係連接於該中性點與該橋式切換電路之間，該輔助開關電路係包含一第三橋臂以及與該第三橋臂連接之一第四橋臂，該第三橋臂係由一第五功率開關與一第六功率開關串聯形成，該第四橋臂係由一第七功率開關與一第八功率開關串聯形成；(d)提供一濾波電路，係連接該橋式切換電路與該輔助開關電路，該濾波電路係包含一第一濾波電感、一第二濾波電感以及一濾波電容；(e)提供一控制電路，係產生一互補切換信號對與一互補準位信號對，其中該互補切換信號對係分別控制該第一功率開關與該第四功率開關以及該第二功率開關與該第三功率開關，該互補準位信號對係分別控制該第六功率開關與該第七功率開關以及該第五功率開關與該第八功率開關。
為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
 〔先前技術〕
Vdc．．．直流輸入電壓
Vac．．．交流輸出電壓
C1a．．．輸入電容
S1a~S6a．．．功率開關
D1a~D6a．．．二極體
L1a,L2a．．．輸出電感
Ca．．．輸出電容
Cp1,Cp2．．．寄生電容
Icp1,Icp2．．．漏電流
〔本發明〕
Vdc．．．直流輸入電壓
Vac．．．交流輸出電壓
11．．．輸入電容組
12．．．橋式切換電路
13．．．輔助開關電路
14．．．濾波電路
15．．．控制電路
C11．．．第一電容
C12．．．第二電容
Po．．．中性點
L11．．．第一橋臂
L12．．．第二橋臂
L13．．．第三橋臂
L14．．．第四橋臂
S11．．．第一功率開關
S12．．．第二功率開關
S13．．．第三功率開關
S14．．．第四功率開關
S15．．．第五功率開關
S16．．．第六功率開關
S17．．．第七功率開關
S18．．．第八功率開關
D11．．．第一二極體
D12．．．第二二極體
D13．．．第三二極體
D14．．．第四二極體
D15．．．第五二極體
D16．．．第六二極體
D17．．．第七二極體
D18．．．第八二極體
L11．．．第一濾波電感
L12．．．第二濾波電感
C10．．．濾波電容
21．．．輸入電容組
221．．．第一橋式切換電路
222．．．第二橋式切換電路
231．．．第一輔助開關電路
232．．．第二輔助開關電路
241．．．第一濾波電路
242．．．第二濾波電路
25．．．控制電路
C21．．．第一電容
C22．．．第二電容
Po．．．中性點
L211．．．第一橋臂
L221．．．第二橋臂
L231．．．第三橋臂
L241．．．第四橋臂
L212．．．第一橋臂
L222．．．第二橋臂
L232．．．第三橋臂
L242．．．第四橋臂
S211．．．第一功率開關
S221．．．第二功率開關
S231．．．第三功率開關
S241．．．第四功率開關
D211．．．第一二極體
D221．．．第二二極體
D231．．．第三二極體
D241．．．第四二極體
D251．．．第五二極體
D261．．．第六二極體
D271．．．第七二極體
D281．．．第八二極體
L211．．．第一濾波電感
L221．．．第二濾波電感
C20．．．濾波電容
S212．．．第一功率開關
S222．．．第二功率開關
S232．．．第三功率開關
S242．．．第四功率開關
D212．．．第一二極體
D222．．．第二二極體
D232．．．第三二極體
D242．．．第四二極體
D252．．．第五二極體
D262．．．第六二極體
D272．．．第七二極體
D282．．．第八二極體
L212．．．第一濾波電感
L222．．．第二濾波電感
Lps1,Lns1．．．儲能路徑
Lpr1,Lnr1．．．釋能路徑
Lps2,Lns2．．．儲能路徑
Lpr2,Lnr2．．．釋能路徑
Sc1,Sc4．．．切換信號
Sc2,Sc3．．．切換信號
Sc5,Sc8．．．準位信號
Sc6,Sc7．．．準位信號
Sc11,Sc21．．．切換信號
Sc12,Sc22．．．切換信號
Sc31,Sc41．．．準位信號
Sc32,Sc42．．．準位信號
t0,t1,t2．．．時間
S10~S50．．．步驟
第一圖係為先前技術全橋式逆變器之電路圖；
第二圖係為本發明直流轉交流電源轉換系統第一實施例之電路圖；
第三圖係為本發明直流交流轉換系統第一實施例之開關控制信號波形圖；
第四A圖係為本發明直流交流轉換系統第一實施例為正半週儲能操作時之電路圖；
第四B圖係為本發明直流交流轉換系統第一實施例為正半週釋能操作時之電路圖；
第五A圖係為本發明直流交流轉換系統第一實施例為負半週儲能操作時之電路圖；
第五B圖係為本發明直流交流轉換系統第一實施例為負半週釋能操作時之電路圖；
第六圖係為本發明直流轉交流電源轉換系統第二實施例之電路圖；
第七圖係為本發明直流交流轉換系統第二實施例之開關控制信號波形圖；
第八A圖係為本發明直流交流轉換系統第二實施例為正半週儲能操作時之電路圖；
第八B圖係為本發明直流交流轉換系統第二實施例為正半週釋能操作時之電路圖；
第九A圖係為本發明直流交流轉換系統第二實施例為負半週儲能操作時之電路圖；
第九B圖係為本發明直流交流轉換系統第二實施例為負半週釋能操作時之電路圖；及
第十圖係為本發明直流轉交流電源轉換系統操作方法之流程圖。
茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：
請參見第二圖係為本發明直流轉交流電源轉換系統第一實施例之電路圖。該直流轉交流電源轉換系統係以轉換一直流輸入電壓Vdc為一交流輸出電壓Vac。該直流轉交流電源轉換系統係包含一輸入電容組11、一橋式切換電路12、一輔助開關電路13、一濾波電路14以及一控制電路15。該輸入電容組11係接收該直流輸入電壓Vdc，包含一第一電容C11與一第二電容C12，該第一電容C11與該第二電容C12係連接於一中性點Po，以維持該第一電容C11與第二電容C12之跨壓分別等於該直流輸入電壓Vdc的一半。該橋式切換電路12係並聯該輸入電容組11，包含一第一橋臂L11以及與該第一橋臂L11並聯之一第二橋臂L12，該第一橋臂L11係由一第一功率開關S11與一第二功率開關S12串聯形成，該第二橋臂L12係由一第三功率開關S13與一第四功率開關S14串聯形成。在本實施例中，該橋式切換電路12係為一全橋式切換電路。該輔助開關電路13係連接於該中性點Po與該橋式切換電路12之間，包含一第三橋臂L13以及與該第三橋臂L13連接之一第四橋臂L14，該第三橋臂L13係由一第五功率開關S15與一第六功率開關S16串聯形成，該第四橋臂L14係由一第七功率開關S17與一第八功率開關S18串聯形成。
該濾波電路14係連接該橋式切換電路12與該輔助開關電路13，包含一第一濾波電感L11、一第二濾波電感L12以及一濾波電容C10。該控制電路15係產生一互補切換信號對(Sc1,Sc4與Sc2,Sc3)與一互補準位信號對(Sc6,Sc7與Sc5,Sc8)，其中該互補切換信號對(Sc1,Sc4與Sc2,Sc3)係分別控制該第一功率開關S11與該第四功率開關S14以及該第二功率開關S12與該第三功率開關S13，該互補準位信號對(Sc6,Sc7與Sc5,Sc8)係分別控制該第六功率開關S16與該第七功率開關S17以及該第五功率開關S15與該第八功率開關S18。再者，該橋式切換電路12之該第一功率開關S11、該第二功率開關S12、該第三功率開關S13以及該第四功率開關S14係對應並聯一二極體，分別為一第一二極體D11、一第二二極體D12、一第三二極體D13以及一第四二極體D14；該輔助開關電路13之該第五功率開關S15、該第六功率開關S16、該第七功率開關S17以及該第八功率開關S18係對應並聯一二極體，分別為一第五二極體D15、一第六二極體D16、一第七二極體D17以及一第八二極體D18。至於該直流轉交流電源轉換系統之操作說明，將於後文有詳細之闡述。
請參見第四A圖與第四圖B係分別為本發明直流轉交流電源轉換系統第一實施例為正半週儲能與釋能操作時之電路圖，並且配合參見第三圖係為本發明直流交流轉換系統第一實施例之開關控制信號波形圖。該交流輸出電壓Vac為正半週操作(時間t0~t1區間)，該控制電路15係產生該互補切換信號對(Sc1,Sc4與Sc2,Sc3)，以切換控制該第一功率開關S11與該第四功率開關S14以及低準位截止該第二功率開關S12與該第三功率開關S13，並且產生該互補準位信號對(Sc6,Sc7與Sc5,Sc8)，以高準位導通該第六功率開關S16與該第七功率開關S17以及低準位截止該第五功率開關S15與該第八功率開關S18。如第四A圖所示，若該第一濾波電感L11與該第二濾波電感L12為儲能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一儲能迴路Lps1係依序為該直流輸入電壓Vdc、該第一功率開關S11、該第一濾波電感L11、該交流輸出電壓Vac、該第二濾波電感L12、該第四功率開關S14，再回到該直流輸入電壓Vdc。如第四B圖所示，若該第一濾波電感L11與該第二濾波電感L12為釋能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一釋能迴路Lpr1係依序為該第一濾波電感L11、該交流輸出電壓Vac、該第二濾波電感L12、該第七功率開關S17、該第八二極體D18、該第六功率開關S16、該第五二極體D15，再回到該第一濾波電感L11。
請參見第五A圖與第五圖B係分別為本發明直流轉交流電源轉換系統第一實施例為負半週儲能與釋能操作時之電路圖。該交流輸出電壓Vac為負半週操作(時間t1~t2區間)，該控制電路15係產生該互補切換信號對(Sc2,Sc3與Sc1,Sc4)，以切換控制該第二功率開關S12與該第三功率開關S13以及低準位截止該第一功率開關S11與該第四功率開關S14，並且產生該互補準位信號對(Sc5,Sc8與Sc6,Sc7)，以高準位導通該第五功率開關S15與該第八功率開關S18以及低準位截止該第六功率開關S16與該第七功率開關S17。如第五A圖所示，若該第一濾波電感L11與該第二濾波電感L12為儲能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一儲能迴路Lns1係依序為該直流輸入電壓Vdc、該第三功率開關S13、該第二濾波電感L12、該交流輸出電壓Vac、該第一濾波電感L11、該第二功率開關S12，再回到該直流輸入電壓Vdc。如第五B圖所示，若該第一濾波電感L11與該第二濾波電感L12為釋能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一釋能迴路Lnr1係依序為該第二濾波電感L12、該交流輸出電壓Vac、該第一濾波電感L11、該第五功率開關S15、該第六二極體D16、該第八功率開關S18、該第七二極體D17，再回到該第二濾波電感L12。
請參見第六圖係為本發明直流轉交流電源轉換系統第二實施例之電路圖。該直流轉交流電源轉換系統係以轉換一直流輸入電壓Vdc為一交流輸出電壓Vac。該直流轉交流電源轉換系統係包含一輸入電容組21、一第一橋式切換電路221、一第一輔助開關電路231、一第二橋式切換電路222、一第二輔助開關電路232、一第一濾波電路241、一第二濾波電路242以及一控制電路25。該輸入電容組21係接收該直流輸入電壓Vdc，包含一第一電容C21與一第二電容C22，該第一電容C21與該第二電容C22係連接於一中性點Po，以維持該第一電容C11與第二電容C12之跨壓分別等於該直流輸入電壓Vdc的一半。該第一橋式切換電路221係並聯該輸入電容組21，包含一第一橋臂L211以及與該第一橋臂L211並聯之一第二橋臂L221，該第一橋臂L211係由一第一功率開關S211與一第五二極體D251串聯形成，該第二橋臂L221係由一第二功率開關S221與一第六二極體D261串聯形成。該第一輔助開關電路231係連接於該中性點Po與該第一橋式切換電路221之間，包含一第三橋臂L231以及與該第三橋臂L231連接之一第四橋臂L241，該第三橋臂L231係由一第三功率開關S231與一第七二極體D271串聯形成，該第四橋臂L241係由一第四功率開關S241與一第八二極體D281串聯形成。
該第二橋式切換電路222係並聯該輸入電容組21，包含一第一橋臂L212以及與該第一橋臂L212並聯之一第二橋臂L222，該第一橋臂L212係由一第一功率開關S212與一第五二極體D252串聯形成，該第二橋臂L222係由一第二功率開關S222與一第六二極體D262串聯形成。該第二輔助開關電路232係連接於該中性點Po與該第二橋式切換電路222之間，包含一第三橋臂L232以及與該第三橋臂L232連接之一第四橋臂L242，該第三橋臂L232係由一第三功率開關S232與一第七二極體D272串聯形成，該第四橋臂L242係由一第四功率開關S242與一第八二極體D282串聯形成。
該第一濾波電路241，係連接該第一橋式切換電路221與該第一輔助開關電路231，包含一第一濾波電感L211、一第二濾波電感L221以及一濾波電容C20。該第二濾波電路242，係連接該第二橋式切換電路222與該第二輔助開關電路232，包含一第一濾波電感L212、一第二濾波電感L222以及該濾波電容C20。該控制電路25係產生一互補切換信號對(Sc11,Sc21,Sc12,Sc22)與一互補準位信號對(Sc31,Sc41,Sc32,Sc42)，其中該互補切換信號對(Sc11,Sc21,Sc12,Sc22)係分別控制該第一橋式切換電路221之該第一功率開關S211與該第二功率開關S221以及該第二橋式切換電路222之該第一功率開關S212與該第二功率開關S222，該互補準位信號對(Sc31,Sc41,Sc32,Sc42)係分別控制該第一輔助開關電路231之該第三功率開關S231與該第四功率開關S241以及該第二輔助開關電路232之該第三功率開關S232與該第四功率開關S242。再者，該第一橋式切換電路221之該第一功率開關S211與該第二功率開關S221係對應並聯一二極體，分別為一第一二極體D211與一第二二極體D221；該第一輔助開關電路231之該第三功率開關S231與該第四功率開關S241係對應並聯一二極體，分別為一第三二極體D231與一第四二極體D241；該第二橋式切換電路222之該第一功率開關S212與該第二功率開關S222係對應並聯一二極體，分別為一第一二極體D212與一第二二極體D222；該第二輔助開關電路232之該第三功率開關S232與該第四功率開關S242係對應並聯一二極體，分別為一第三二極體D232與一第四二極體D242。至於該直流轉交流電源轉換系統之操作說明，將於後文有詳細之闡述。
請參見第八A圖與第八圖B係分別為本發明直流轉交流電源轉換系統第二實施例為正半週儲能與釋能操作時之電路圖。並且配合參見第七圖係為本發明直流交流轉換系統第二實施例之開關控制信號波形圖。該交流輸出電壓Vac為正半週操作(時間t0~t1區間)，該控制電路25係產生該互補切換信號對(Sc11,Sc21,Sc12,Sc22)，以切換控制該第一橋式切換電路221之該第一功率開關S211與該第二功率開關S221以及低準位截止該第二橋式切換電路222之該第一功率開關S212與該第二功率開關S222，並且產生該互補準位信號對(Sc31,Sc41,Sc32,Sc42)，以高準位導通該第一輔助開關電路231之該第三功率開關S231與該第四功率開關S241以及低準位截止該第二輔助開關電路232之該第三功率開關S232與該第四功率開關S242。如第八A圖所示，若該第一濾波電感L211與該第二濾波電感L221為儲能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一儲能迴路Lps2係依序為該直流輸入電壓Vdc、該第一功率開關S211、該第一濾波電感L211、該交流輸出電壓Vac、該第二濾波電感L221以及該第二功率開關S221，再回到該直流輸入電壓Vdc。如第八B圖所示，若該第一濾波電感L211與該第二濾波電感L221為釋能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一釋能迴路Lpr2係依序為該第一濾波電感L211、該交流輸出電壓Vac、該第二濾波電感L221、該第四功率開關S241、該第八二極體D281、該第三功率開關S231以及該第七二極體D271，再回到該第一濾波電感L211。
請參見第九A圖與第九圖B係分別為本發明直流轉交流電源轉換系統第二實施例為負半週儲能與釋能操作時之電路圖。該交流輸出電壓Vac為負半週操作(時間t1~t2區間)，該控制電路25係產生該互補切換信號對(Sc12,Sc22,Sc11,Sc21)，以切換控制該第二橋式切換電路222之該第一功率開關S212與該第二功率開關S222以及低準位截止該第一橋式切換電路221之該第一功率開關S211與該第二功率開關S221，並且產生該互補準位信號對(Sc32,Sc42,Sc31,Sc41)，以高準位導通該第二輔助開關電路232之該第三功率開關S232與該第四功率開關S242以及低準位截止該第一輔助開關電路231之該第三功率開關S231與該第四功率開關S241。如第九A圖所示，若該第一濾波電感L212與該第二濾波電感L222為儲能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一儲能迴路Lns2係依序為該直流輸入電壓Vdc、該第一功率開關S212、該第一濾波電感L212、該交流輸出電壓Vac、該第二濾波電感L222以及該第二功率開關S222，再回到該直流輸入電壓Vdc。如第九B圖所示，若該第一濾波電感L212與該第二濾波電感L222為釋能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一釋能迴路Lnr2係依序為該第一濾波電感L212、該交流輸出電壓Vac、該第二濾波電感L222、該第四功率開關S242、該第八二極體D282、該第三功率開關S232以及該第七二極體D272，再回到該第一濾波電感L212。
請參見第十圖係為本發明直流轉交流電源轉換系統操作方法之流程圖。該直流轉交流電源轉換系統係以轉換一直流輸入電壓為一交流輸出電壓，該操作方法係包含下列步驟：(a) 提供一輸入電容組，係接收該直流輸入電壓，該輸入電容組係包含一第一電容與一第二電容，該第一電容與該第二電容係連接於一中性點，以維持該第一電容與第二電容之跨壓分別等於該直流輸入電壓的一半(S10)。然後，提供一橋式切換電路，係並聯該輸入電容組，該橋式切換電路係包含一第一橋臂以及與該第一橋臂並聯之一第二橋臂，該第一橋臂係由一第一功率開關與一第二功率開關串聯形成，該第二橋臂係由一第三功率開關與一第四功率開關串聯形成(S20)。其中，該第一功率開關、該第二功率開關、該第三功率開關以及該第四功率開關係對應並聯一二極體，分別為一第一二極體、一第二二極體、一第三二極體以及一第四二極體。
然後，提供一輔助開關電路，係連接於該中性點與該橋式切換電路之間，該輔助開關電路係包含一第三橋臂以及與該第三橋臂連接之一第四橋臂，該第三橋臂係由一第五功率開關與一第六功率開關串聯形成，該第四橋臂係由一第七功率開關與一第八功率開關串聯形成(S30)。其中，該第五功率開關、該第六功率開關、該第七功率開關以及該第八功率開關係對應並聯一二極體，分別為一第五二極體、一第六二極體、一第七二極體以及一第八二極體。然後，提供一濾波電路，係連接該橋式切換電路與該輔助開關電路，該濾波電路係包含一第一濾波電感、一第二濾波電感以及一濾波電容(S40)。然後，提供一控制電路，係產生一互補切換信號對與一互補準位信號對，其中該互補切換信號對係分別控制該第一功率開關與該第四功率開關以及該第二功率開關與該第三功率開關，該互補準位信號對係分別控制該第六功率開關與該第七功率開關以及該第五功率開關與該第八功率開關(S50)。
當該交流輸出電壓為正半週操作，該控制電路係產生該互補切換信號對，以切換控制該第一功率開關與該第四功率開關以及低準位截止該第二功率開關與該第三功率開關，並且產生該互補準位信號對，以高準位導通該第六功率開關與該第七功率開關以及低準位截止該第五功率開關與該第八功率開關；當該第一濾波電感與該第二濾波電感為儲能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一儲能迴路係依序為該直流輸入電壓、該第一功率開關、該第一濾波電感、該交流輸出電壓、該第二濾波電感以及該第四功率開關所構成。
當該交流輸出電壓為正半週操作，該控制電路係產生該互補切換信號對，以切換控制該第一功率開關與該第四功率開關以及低準位截止該第二功率開關與該第三功率開關，並且產生該互補準位信號對，以高準位導通該第六功率開關與該第七功率開關以及低準位截止該第五功率開關與該第八功率開關；當該第一濾波電感與該第二濾波電感為釋能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一釋能迴路係依序為該第一濾波電感、該交流輸出電壓、該第二濾波電感、該第七功率開關、該第八二極體、該第六功率開關以及該第五二極體所構成。
當該交流輸出電壓為負半週操作，該控制電路係產生該互補切換信號對，以切換控制該第二功率開關與該第三功率開關以及低準位截止該第一功率開關與該第四功率開關，並且產生該互補準位信號對，以高準位導通該第五功率開關與該第八功率開關以及低準位截止該第六功率開關與該第七功率開關；當該第一濾波電感與該第二濾波電感為儲能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一儲能迴路係依序為該直流輸入電壓、該第三功率開關、該第二濾波電感、該交流輸出電壓、該第一濾波電感以及該第二功率開關所構成。
當該交流輸出電壓為負半週操作，該控制電路係產生該互補切換信號對，以切換控制該第二功率開關與該第三功率開關以及低準位截止該第一功率開關與該第四功率開關，並且產生該互補準位信號對，以高準位導通該第五功率開關與該第八功率開關以及低準位截止該第六功率開關與該第七功率開關；當該第一濾波電感與該第二濾波電感為釋能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一釋能迴路係依序為該第二濾波電感、該交流輸出電壓、該第一濾波電感、該第五功率開關、該第六二極體、該第八功率開關以及該第七二極體所構成。
綜上所述，本發明係具有以下之特徵與優點：
1、透過該輔助開關電路組成零電壓狀態下的電感釋能路徑，並且將該輔助開關電路與直流側之該中性點連接，並且，由於串聯之該第一電容與該第二電容箝制VAN與VBN電壓於零電壓狀態下恰為該直流輸入電壓的一半，如此，VAN與VBN的共模電壓為定值，能夠大大地降低寄生電容電壓所造成漏電流的影響。
惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
Vdc．．．直流輸入電壓
Vac．．．交流輸出電壓
11．．．輸入電容組
12．．．橋式切換電路
13．．．輔助開關電路
14．．．濾波電路
15．．．控制電路
C11．．．第一電容
C12．．．第二電容
Po．．．中性點
L11．．．第一橋臂
L12．．．第二橋臂
L13．．．第三橋臂
L14．．．第四橋臂
S11．．．第一功率開關
S12．．．第二功率開關
S13．．．第三功率開關
S14．．．第四功率開關
S15．．．第五功率開關
S16．．．第六功率開關
S17．．．第七功率開關
S18．．．第八功率開關
D11．．．第一二極體
D12．．．第二二極體
D13．．．第三二極體
D14．．．第四二極體
D15．．．第五二極體
D16．．．第六二極體
D17．．．第七二極體
D18．．．第八二極體
L11．．．第一濾波電感
L12．．．第二濾波電感
C10．．．濾波電容
Sc1,Sc4．．．切換信號
Sc2,Sc3．．．切換信號
Sc5,Sc8．．．準位信號
Sc6,Sc7．．．準位信號

Claims (20)

  1. 一種直流轉交流電源轉換系統，係以轉換一直流輸入電壓為一交流輸出電壓；該直流轉交流電源轉換系統係包含：
    一輸入電容組，係包含一第一電容與一第二電容，該第一電容與該第二電容係連接一中性點，並且接收該直流輸入電壓；
    一橋式切換電路，係並聯該輸入電容組，包含一第一橋臂以及與該第一橋臂並聯之一第二橋臂，該第一橋臂係由一第一功率開關與一第二功率開關串聯形成，該第二橋臂係由一第三功率開關與一第四功率開關串聯形成；
    一輔助開關電路，係連接於該中性點與該橋式切換電路之間，包含一第三橋臂以及與該第三橋臂並聯之一第四橋臂，該第三橋臂係由一第五功率開關與一第六功率開關串聯形成，該第四橋臂係由一第七功率開關與一第八功率開關串聯形成；
    一濾波電路，係包含一第一濾波電感、一第二濾波電感以及一濾波電容，該濾波電容係連接於該第一濾波電感與該第二濾波電感之間，該第一濾波電感係連接該第一橋臂與該第三橋臂，該第二濾波電感係連接該第二橋臂與該第四橋臂；及
    一控制電路，係產生一互補切換信號對與一互補準位信號對，其中該互補切換信號對係分別控制該第一功率開關與該第四功率開關以及該第二功率開關與該第三功率開關，該互補準位信號對係分別控制該第六功率開關與該第七功率開關以及該第五功率開關與該第八功率開關；
    其中，該輔助開關電路係提供該第一濾波電感與該第二濾波電感之釋能路徑，以降低該直流輸入電壓之寄生電容效應所造成之漏電流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之直流轉交流電源轉換系統，其中該橋式切換電路之該第一功率開關、該第二功率開關、該第三功率開關以及該第四功率開關係分別並聯一第一二極體、一第二二極體、一第三二極體以及一第四二極體；該輔助開關電路之該第五功率開關、該第六功率開關、該第七功率開關以及該第八功率開關係分別並聯一第五二極體、一第六二極體、一第七二極體以及一第八二極體。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之直流轉交流電源轉換系統，其中當該交流輸出電壓為正半週操作，該控制電路係產生該互補切換信號對，以切換控制該第一功率開關與該第四功率開關以及低準位截止該第二功率開關與該第三功率開關，並且產生該互補準位信號對，以高準位導通該第六功率開關與該第七功率開關以及低準位截止該第五功率開關與該第八功率開關，因此，當該第一濾波電感與該第二濾波電感為儲能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一儲能迴路係依序為該直流輸入電壓、該第一功率開關、該第一濾波電感、該交流輸出電壓、該第二濾波電感以及該第四功率開關所構成。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之直流轉交流電源轉換系統，其中當該交流輸出電壓為正半週操作，該控制電路係產生該互補切換信號對，以切換控制該第一功率開關與該第四功率開關以及低準位截止該第二功率開關與該第三功率開關，並且產生該互補準位信號對，以高準位導通該第六功率開關與該第七功率開關以及低準位截止該第五功率開關與該第八功率開關，因此，當該第一濾波電感與該第二濾波電感為釋能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一釋能迴路係依序為該第一濾波電感、該交流輸出電壓、該第二濾波電感、該第七功率開關、該第八二極體、該第六功率開關以及該第五二極體所構成。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之直流轉交流電源轉換系統，其中當該交流輸出電壓為負半週操作，該控制電路係產生該互補切換信號對，以切換控制該第二功率開關與該第三功率開關以及低準位截止該第一功率開關與該第四功率開關，並且產生該互補準位信號對，以高準位導通該第五功率開關與該第八功率開關以及低準位截止該第六功率開關與該第七功率開關，因此，當該第一濾波電感與該第二濾波電感為儲能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一儲能迴路係依序為該直流輸入電壓、該第三功率開關、該第二濾波電感、該交流輸出電壓、該第一濾波電感以及該第二功率開關所構成。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之直流轉交流電源轉換系統，其中當該交流輸出電壓為負半週操作，該控制電路係產生該互補切換信號對，以切換控制該第二功率開關與該第三功率開關以及低準位截止該第一功率開關與該第四功率開關，並且產生該互補準位信號對，以高準位導通該第五功率開關與該第八功率開關以及低準位截止該第六功率開關與該第七功率開關，因此，當該第一濾波電感與該第二濾波電感為釋能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一釋能迴路係依序為該第二濾波電感、該交流輸出電壓、該第一濾波電感、該第五功率開關、該第六二極體、該第八功率開關以及該第七二極體所構成。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之直流轉交流電源轉換系統，其中該第一電容與該第二電容係連接於一中性點，以維持該第一電容與第二電容之跨壓分別等於該直流輸入電壓的一半。
  8. 一種直流轉交流電源轉換系統，係以轉換一直流輸入電壓為一交流輸出電壓；該直流轉交流電源轉換系統係包含：
    一輸入電容組，係包含一第一電容與一第二電容，該第一電容與該第二電容係連接於一中性點，並且接收該直流輸入電壓；
    一第一橋式切換電路，係並聯該輸入電容組，包含一第一橋臂以及與該第一橋臂並聯之一第二橋臂，該第一橋臂係由一第一功率開關與一第五二極體串聯形成，該第二橋臂係由一第二功率開關與一第六二極體串聯形成；
    一第一輔助開關電路，係連接於該中性點與該第一橋式切換電路之間，包含一第三橋臂以及與該第三橋臂連接之一第四橋臂，該第三橋臂係由一第三功率開關與一第七二極體串聯形成，該第四橋臂係由一第四功率開關與一第八二極體串聯形成；
    一第二橋式切換電路，係並聯該輸入電容組，包含一第一橋臂以及與該第一橋臂並聯之一第二橋臂，該第一橋臂係由一第一功率開關與一第五二極體串聯形成，該第二橋臂係由一第二功率開關與一第六二極體串聯形成；
    一第二輔助開關電路，係連接於該中性點與該第二橋式切換電路之間，包含一第三橋臂以及與該第三橋臂連接之一第四橋臂，該第三橋臂係由一第三功率開關與一第七二極體串聯形成，該第四橋臂係由一第四功率開關與一第八二極體串聯形成；
    一第一濾波電路，係包含一第一濾波電感、一第二濾波電感以及一濾波電容，該濾波電容係連接於該第一濾波電感與該第二濾波電感之間，該第一濾波電感係連接該第一橋式切換電路之該第一橋臂與該第一輔助開關電路之該第三橋臂，該第二濾波電感係連接該第一橋式切換電路之該第二橋臂與該第一輔助開關電路之該第四橋臂；
    一第二濾波電路，係包含一第一濾波電感、一第二濾波電感以及該濾波電容，該濾波電容係連接於該第一濾波電感與該第二濾波電感之間，該第一濾波電感係連接該第二橋式切換電路之該第一橋臂與該第二輔助開關電路之該第三橋臂，該第二濾波電感係連接該第二橋式切換電路之該第二橋臂與該第二輔助開關電路之該第四橋臂；及
    一控制電路，係產生一互補切換信號對與一互補準位信號對，其中該互補切換信號對係分別控制該第一橋式切換電路之該第一功率開關與該第二功率開關以及該第二橋式切換電路之該第一功率開關與該第二功率開關，該互補準位信號對係分別控制該第一輔助開關電路之該第三功率開關與該第四功率開關以及該第二輔助開關電路之該第三功率開關與該第四功率開關；
    其中，該第一輔助開關電路係提供該第一濾波電路之該第一濾波電感與該第二濾波電感之釋能路徑，該第二輔助開關電路係提供該第二濾波電路之該第一濾波電感與該第二濾波電感之釋能路徑，以降低該直流輸入電壓之寄生電容效應所造成之漏電流。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之直流轉交流電源轉換系統，其中該第一橋式切換電路之該第一功率開關與該第二功率開關係分別並聯一第一二極體與一第二二極體；該第一輔助開關電路之該第三功率開關與該第四功率開關係分別並聯一第三二極體與一第四二極體；該第二橋式切換電路之該第一功率開關與該第二功率開關係分別並聯一第一二極體與一第二二極體；該第二輔助開關電路之該第三功率開關與該第四功率開關係分別並聯一第三二極體與一第四二極體。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之直流轉交流電源轉換系統，其中當該交流輸出電壓為正半週操作，該控制電路係產生該互補切換信號對，以切換控制該第一橋式切換電路之該第一功率開關與該第二功率開關以及低準位截止該第二橋式切換電路之該第一功率開關與該第二功率開關，並且產生該互補準位信號對，以高準位導通該第一輔助開關電路之該第三功率開關與該第四功率開關以及低準位截止該第二輔助開關電路之該第三功率開關與該第四功率開關，因此，當該第一濾波電感與該第二濾波電感為儲能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一儲能迴路係依序為該直流輸入電壓、該第一功率開關、該第一濾波電感、該交流輸出電壓、該第二濾波電感以及該第二功率開關所構成。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之直流轉交流電源轉換系統，其中當該交流輸出電壓為正半週操作，該控制電路係產生該互補切換信號對，以切換控制該第一橋式切換電路之該第一功率開關與該第二功率開關以及低準位截止該第二橋式切換電路之該第一功率開關與該第二功率開關，並且產生該互補準位信號對，以高準位導通該第一輔助開關電路之該第三功率開關與該第四功率開關以及低準位截止該第二輔助開關電路之該第三功率開關與該第四功率開關，因此，當該第一濾波電感與該第二濾波電感為釋能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一釋能迴路係依序為該第一濾波電感、該交流輸出電壓、該第二濾波電感、該第四功率開關、該第八二極體、該第三功率開關以及該第七二極體所構成。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之直流轉交流電源轉換系統，其中當該交流輸出電壓為負半週操作，該控制電路係產生該互補切換信號對，以切換控制該第二橋式切換電路之該第一功率開關與該第二功率開關以及低準位截止該第一橋式切換電路之該第一功率開關與該第二功率開關，並且產生該互補準位信號對，以高準位導通該第二輔助開關電路之該第三功率開關與該第四功率開關以及低準位截止該第一輔助開關電路之該第三功率開關與該第四功率開關，因此，當該第一濾波電感與該第二濾波電感為儲能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一儲能迴路係依序為該直流輸入電壓、該第一功率開關、該第一濾波電感、該交流輸出電壓、該第二濾波電感以及該第二功率開關所構成。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之直流轉交流電源轉換系統，其中當該交流輸出電壓為負半週操作，該控制電路係產生該互補切換信號對，以切換控制該第二橋式切換電路之該第一功率開關與該第二功率開關以及低準位截止該第一橋式切換電路之該第一功率開關與該第二功率開關，並且產生該互補準位信號對，以高準位導通該第二輔助開關電路之該第三功率開關與該第四功率開關以及低準位截止該第一輔助開關電路之該第三功率開關與該第四功率開關，因此，當該第一濾波電感與該第二濾波電感為釋能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一釋能迴路係依序為該第一濾波電感、該交流輸出電壓、該第二濾波電感、該第四功率開關、該第八二極體、該第三功率開關以及該第七二極體所構成。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之直流轉交流電源轉換系統，其中該第一電容與該第二電容係連接於一中性點，以維持該第一電容與第二電容之跨壓分別等於該直流輸入電壓的一半。
  15. 一種直流轉交流電源轉換系統之操作方法，該直流轉交流電源轉換系統係以轉換一直流輸入電壓為一交流輸出電壓，該操作方法係包含下列步驟：
    (a)提供一輸入電容組，係接收該直流輸入電壓，該輸入電容組係包含一第一電容與一第二電容，該第一電容與該第二電容係連接於一中性點；
    (b)提供一橋式切換電路，係並聯該輸入電容組，該橋式切換電路係包含一第一橋臂以及與該第一橋臂並聯之一第二橋臂，該第一橋臂係由一第一功率開關與一第二功率開關串聯形成，該第二橋臂係由一第三功率開關與一第四功率開關串聯形成；
    (c)提供一輔助開關電路，係連接於該中性點與該橋式切換電路之間，該輔助開關電路係包含一第三橋臂以及與該第三橋臂連接之一第四橋臂，該第三橋臂係由一第五功率開關與一第六功率開關串聯形成，該第四橋臂係由一第七功率開關與一第八功率開關串聯形成；
    (d)提供一濾波電路，係連接該橋式切換電路與該輔助開關電路，該濾波電路係包含一第一濾波電感、一第二濾波電感以及一濾波電容；及
    (e)提供一控制電路，係產生一互補切換信號對與一互補準位信號對，其中該互補切換信號對係分別控制該第一功率開關與該第四功率開關以及該第二功率開關與該第三功率開關，該互補準位信號對係分別控制該第六功率開關與該第七功率開關以及該第五功率開關與該第八功率開關。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之直流轉交流電源轉換系統操作方法，其中該橋式切換電路之該第一功率開關、該第二功率開關、該第三功率開關以及該第四功率開關係分別並聯一第一二極體、一第二二極體、一第三二極體以及一第四二極體；該輔助開關電路之該第五功率開關、該第六功率開關、該第七功率開關以及該第八功率開關係分別並聯一第五二極體、一第六二極體、一第七二極體以及一第八二極體；該第一電容與該第二電容係連接於一中性點，以維持該第一電容與第二電容之跨壓分別等於該直流輸入電壓的一半。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之直流轉交流電源轉換系統操作方法，其中當該交流輸出電壓為正半週操作，該控制電路係產生該互補切換信號對，以切換控制該第一功率開關與該第四功率開關以及低準位截止該第二功率開關與該第三功率開關，並且產生該互補準位信號對，以高準位導通該第六功率開關與該第七功率開關以及低準位截止該第五功率開關與該第八功率開關，因此，當該第一濾波電感與該第二濾波電感為儲能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一儲能迴路係依序為該直流輸入電壓、該第一功率開關、該第一濾波電感、該交流輸出電壓、該第二濾波電感以及該第四功率開關所構成。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之直流轉交流電源轉換系統操作方法，其中當該交流輸出電壓為正半週操作，該控制電路係產生該互補切換信號對，以切換控制該第一功率開關與該第四功率開關以及低準位截止該第二功率開關與該第三功率開關，並且產生該互補準位信號對，以高準位導通該第六功率開關與該第七功率開關以及低準位截止該第五功率開關與該第八功率開關，因此，當該第一濾波電感與該第二濾波電感為釋能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一釋能迴路係依序為該第一濾波電感、該交流輸出電壓、該第二濾波電感、該第七功率開關、該第八二極體、該第六功率開關以及該第五二極體所構成。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之直流轉交流電源轉換系統操作方法，其中當該交流輸出電壓為負半週操作，該控制電路係產生該互補切換信號對，以切換控制該第二功率開關與該第三功率開關以及低準位截止該第一功率開關與該第四功率開關，並且產生該互補準位信號對，以高準位導通該第五功率開關與該第八功率開關以及低準位截止該第六功率開關與該第七功率開關，因此，當該第一濾波電感與該第二濾波電感為儲能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一儲能迴路係依序為該直流輸入電壓、該第三功率開關、該第二濾波電感、該交流輸出電壓、該第一濾波電感以及該第二功率開關所構成。
  20. 如申請專利範圍第16項所述之直流轉交流電源轉換系統操作方法，其中當該交流輸出電壓為負半週操作，該控制電路係產生該互補切換信號對，以切換控制該第二功率開關與該第三功率開關以及低準位截止該第一功率開關與該第四功率開關，並且產生該互補準位信號對，以高準位導通該第五功率開關與該第八功率開關以及低準位截止該第六功率開關與該第七功率開關，因此，當該第一濾波電感與該第二濾波電感為釋能操作時，該直流轉交流電源轉換系統一釋能迴路係依序為該第二濾波電感、該交流輸出電壓、該第一濾波電感、該第五功率開關、該第六二極體、該第八功率開關以及該第七二極體所構成。
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