TWI413327B - 電力變換裝置 - Google Patents

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TWI413327B
TWI413327B TW098143077A TW98143077A TWI413327B TW I413327 B TWI413327 B TW I413327B TW 098143077 A TW098143077 A TW 098143077A TW 98143077 A TW98143077 A TW 98143077A TW I413327 B TWI413327 B TW I413327B
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Eduardo Kazuhide Sato
Masahiro Kinoshita
Yushin Yamamoto
Tatsuaki Amboh
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Toshiba Mitsubishi Elec Inc
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Description

電力變換裝置
本發明係有關於電力變換裝置，特別是有關於將直流電力及交流電力之一方換為另一方電力的電力變換裝置。
以往為了能提供穩定的交流電力給電腦系統等重要負載而廣泛地使用不斷電電源裝置。例如日本特開2006-109603號公報(專利文獻1)所示，不斷電電源裝置一般具備將交流電力轉換為直流電力之轉換器(converter)以及將直流電力轉換為交流電力之變頻器(inverter)。轉換器在通常係將商用交流電源之交流電力轉換為直流電力，以對蓄電池等電力貯存裝置充電，並且供應直流電力給變頻器。變頻器將直流電力轉換成交流電力以提供給負載。商用交流電源停電時，由蓄電池等電力貯存裝置供給電力給變頻器，變頻器則持續供給交流電力至負載。
又有電力變換裝置，具有將商用交流電源之交流電力轉換成直流電力之轉換器及將該直流電力轉換成具有所期望頻率及電壓之交流電力之變頻器。例如日本特開2003-70262號公報(專利文獻2)揭露具備3位準(3-level)PWM轉換器及3位準PWM變頻器之電力變換裝置。此電力變換裝置中，3位準PWM轉換器包括串接之4個開關及平滑電容器，3位準PWM變頻器包括串接之4個開關。又，為防止8個開關中使用率高者發熱所招至的損毀，而以並聯連接之2個半導體開關元件構成使用率高之開關。
[專利文獻1]特開2006-109603號公報。
[專利文獻2]特開2003-70262號公報
然而，習知電力變換裝置因開關發熱招至損毀而成為短路狀態時，會流通大量短路電流，平滑電容器會被過充電至平常倍的電壓，進而破壞其他電路部分。
又，將易損毀開關以並聯連接之2個半導體開關元件構成，所需的半導體開關元件數量多，成本會變高。
有鑑於此，本發明之主要目的為提出可防止電流、過電壓發生，價格低之電力變換裝置。
本發明相關之電力變換裝置，設置於交流線和直流正母線、直流負母線和直流中性點母線之間，將直流電力及交流電力中的一方電力轉換為另一方電力；前述電力變換裝置包括第1~第3保險絲，第1及第2半導體開關元件，交流開關，第1及第2二極體，以及第1及第2電容器。第1保險絲的一端子連接直流正母線。第2保險絲的一端子連接直流負母線。第3保險絲的一端子連接直流中性點母線。第1半導體開關元件連接於第1保險絲另一端及交流線之間。第2半導體開關元件連接於交流線及第2保險絲另一端子之間。交流開關連接於交流線及第3保險絲另一端子之間。第1及第2二極體與第1及第2半導體開關元件分別反向並聯連接。第1電容器連接第1及第3保險 絲之另一端子之間。第2電容器連接第2及第3保險絲之另一端子之間。
本發明相關之電力變換裝置，在因半導體開關元件和交流開關損毀而成為短路狀態時，保險絲會被斷開進而切斷電流流通的路徑，所以不會發生過電流、過電壓。又，相較於以增加半導體開關元件來防止損毀之習知技術，本發明更能達到電路低價格化之目的。
第1圖顯示本發明一實施例之不斷電電源裝置100之主電路構成之概要方塊圖。參照第1圖，不斷電電源裝置100包括：輸入濾波器2，3位準PWM轉換器3，3位準PWM變頻器4，輸出濾波器5，直流電壓轉換器(圖中以DC/DC表示)7，控制裝置10，直流正母線13，直流負母線14，直流中性點母線15，電壓感測器31、36，電流感測器32、37，斷電檢測電路33，R相線RL，S相線SL，T相線TL，U相線UL，V相線VL，以及W相線WL。
商用交流電源之三相交流電源透過R相線RL、S相線SL以及T相線TL提供三相交流電力給3位準PWM轉換器3。R相線RL、S相線SL以及T相線TL上設置有輸入濾波器2。輸入濾波器2防止轉換器3產生的高階諧波流進商用交流電源1。輸入濾波器2係由電容器11(電容器11R、11S、11T)及電抗器12(電抗器12R、12S、12T)所構成的三相LC濾波電路。3位準PWM轉換器3將商用交流電源1供應的三相交流電力轉換成直流電力，透過直流正母線13、直流負母線14及直流中性點母線15將該直流電力供給3位準PWM變頻器4。3位準PWM變頻器4將來自3位準PWM轉換器4的直流電力轉換成三相交流電力。
3位準PWM變頻器4產生的三相交流電力透過U相線UL、V相線VL及W相線WL提供給負載6。U相線UL、V相線VL及W相線WL上設置有輸出濾波器5。輸出濾波器5消除變頻器4動作所產生的高階諧波。輸出濾波器5係由電抗器18(電抗器18U、18V、18W)及電容器19(電容器19U、19V、19W)及所構成的三相LC濾波電路。輸入濾波器2的電容器11R、11S、11T的中性點與輸出濾波器5的電容器19U、19V、19W的中性點相連接。
直流電壓轉換器7將直流正母線13和直流負母線14之間的直流電壓與蓄電池8的電壓進行相互的轉換。又，直流電壓轉換器7上亦可連接可充放電之電的貯存裝置，例如電子雙層電容器亦可連接於直流電壓轉換器7。此外本施例中，蓄電池8雖設置於不斷電電源裝置100的外部，但是亦可以內設於不斷電電源裝置100內。
電壓感測器31感測R相線的電壓VR、S相線的電壓VS及T相線的電壓VT，將電壓VR、VS、VT所示的三相電壓信號輸出給控制裝置10及斷電檢測電路33。
電流感測器32感測R相線的電流IR、S相線的電流IS及T相線的電流IT，將電流IR、IS、IT所示的三相電流信號輸出給控制裝置10。
斷電檢測電路33基於電壓感測器31之三相電壓信號檢測商用交流電源1是否斷電。斷電檢測電路33將表示商用交流電源斷電之斷電信號輸出給控制裝置10。電壓感測器36測蓄電池8正負極間的電壓VB，將表示電壓VB的信號輸出給控制裝置10。電流感測器37檢測蓄電池8輸出的電流IB，將表示電流IB的信號輸出給控制裝置10。
控制裝置10控制3位準PWM轉換器3、3位準PWM變頻器4、以及直流電壓轉換器7的動作。3位準PWM轉換器3、3位準PWM變頻器4、及直流電壓轉換器7係由包括半導體開關元件之半導體開關所構成，會在下文中作詳細說明。又於本實施例中，IBGT(Insulated Gate Bipolar Transistor)係使用作為半導體開關元件。又本實施例中，採用PWM(Pulse Width Modulation)控制作為半導體開關元件的控制方式。控制裝置10接收電壓感測器31的三相電壓信號、電流感測器32的三相電流信號、斷電檢測電器33的斷電信號、電壓感測器36檢測的電壓VB表示信號、電流感測器37檢測的電流IB表示信號等而進行PWM控制。
接著說明本實施例不斷電電源裝置100的動作。商用交流電源1正常提供交流電力時，3位準PWM轉換器3將商用交流電源1的交流電力轉換成直流電力，3位準PWM變頻器4將該直流電力轉換成交流電力且提供給負載6。直流電壓轉換器7將來自3位準PWM轉換器3的直流電壓轉換成適合蓄電池8的充電電壓，以充電蓄電池8。另一方面，商用交流電源斷(停)電時，控制裝置10基於來自斷電檢測電路33的斷電信號讓轉換器3停止。此外，控制裝置10使直流電壓轉換器7動作而由蓄電池8供給直流電力至3位準PWM變頻器4，藉由3位準PWM變頻器4繼續提供交流電力。在此情形下，直流電壓轉換器7將蓄電池8的電壓轉換成適合3位準PWM變頻器4的輸入電壓使用的電壓。藉此得以穩定交流負載具提供交流電力。
第2圖顯示第1圖所示3位準PWM轉換器3及3位準PWM變頻器4之詳細電路構成圖。參照第2圖，3位準PWM轉換器3包括：IBGT元件Q1R-Q4R、Q1S-Q4S、Q1T-Q4T，二極體D1R-D4R、D1S-D4S、D1T-D4T，保險絲F1R-F3R、F1S-F3S、F1T-F3T，以及電容器C1R、C2R、C1S、C2S、C1T、C2T。3位準PWM變頻器4包括：IBGT元件Q1U-Q4U、Q1V-Q4V、Q1W-Q4W，二極體D1U-D4U、D1V-D4V、D1W-D4W，保險絲F1U-F3U、F1V-F3V、F1W-F3W，以及電容器C1U、C2U、C1V、C2V、C1W、C2W。
在此，為總括說明3位準PWM轉換器3和3位準PWM變頻器4各相的構成，將符號R、S、T、U、V、W彙整以「x」表示。IGBT元件Q1x射極連接x相線xL，集極透過保險絲F1x連接直流正母線13。IGBT元件Q2x集極連接x相線xL，射極透過保險絲F2x連接直流負母線14。IGBT元件Q3x射極連接x相線xL，集極IGBT元件Q4x集極。IGBT元件Q4x射極透過保險絲F3x連接直流中性點母線15。二極體D1x-D4x分別與IGBT元件Q1x-Q4x反向並聯連接。二極體D1x、D2x作為回流二極體，二極體D3x、D4x作為箝壓二極體。IGBT元件Q3x、Q4x及二極體D3x、D4x構成交流開關。
接著說明3位準PWM轉換器與3位準PWM變頻器4的動作。第3圖顯示R相之交流電壓VR與IGBT元件Q1R-Q4R導通/關斷(ON/OFF)之關係的波形圖。交流電壓VR與參考信號Φ1R、Φ2R進行比較，基於比較結果決定IGBT元件Q1R-Q4R之ON/OFF的組合。參考信號Φ1R為三角波信號，其頻率為交流電壓VR頻率的5倍，且係與交流電壓VR同步。參考信號Φ1R最低值為0V，最高值為交流電壓VR之正峰值電壓。參考信號Φ2R與Φ1R同樣為三角波信號，參考信號Φ2R最低值為交流電壓VR之負峰值電壓，最高值為0V。
交流電壓VR的位準介於參考信號Φ1R、Φ1R位準之間時(t1、t3、t5、t9、t11、t13)，IGBT元件Q3R、Q4R導通，Q1R、Q2R關斷。交流電壓VR的位準比參考信號Φ1R、Φ1R位準高時(t2、t4、t10、t12)，IGBT元件Q1R、Q3R導通，Q2R、Q4R關斷。交流電壓VR的位準比參考信號Φ1R、Φ1R位準低時(t6、t8)，IGBT元件Q2R、Q4R導通，Q1R、Q3R關斷。
又實際上即使在IGBT元件Q1R導通期間(例如t2)，IGBT元件Q1R會在相較於交流電壓VR非常高之頻率(例如10KHz)下導通/關斷，並基於電流計(感測器)32、37及電壓計(感測器)31、36的測定結果而控制導通期間與關斷期間的比例。IGBT元件Q1R關斷期間(例如t1)，IGBT元件Q1R固定為關斷狀態。其他相S、T、U、V、W的電路與R相僅只是相位有差異，此外也是和R相電路同樣地動作。
第4圖(a)~(e)顯示交流電壓VR從正電壓變化至負電壓期間t4~t6中，IGBT元件Q1R-Q4R之導通/關斷狀態及電流路徑圖。於期間t4，如第4圖(a)所述，IGBT元件Q1R、Q3R導通，正電流從R相線RL經由IGBT元件Q1R流入電容器C1R，直流正母線13被正電壓充電。從期間t4移行至t5時，如第4圖(b)所示，IGBT元件Q1R關斷，僅只IGBT元件Q3R導通。
於期間t5，如第4圖(c)所示，IGBT元件Q3R、Q4R導通，正及負電流從R相線RL經由IGBT元件Q3R、Q4R流入電容器C1R、C2R，直流中性點母線15被中性點電壓充電。從期間t5移行至t6時，如第4圖(d)所示，IGBT元件Q3R關斷，僅只IGBT元件Q4R導通。
於期間t6，如第4圖(e)所述，IGBT元件Q2R、Q4R導通，負電流從R相線RL經由IGBT元件Q2R流入電容器C2R，直流負母線14被負電壓充電。
第5圖(a)~(e)顯示交流電壓VR從負電壓變化成正電壓期間t8~t10中，IGBT元件Q1R-Q4R導通/關斷狀態及電流路徑圖。期間t8中如第5圖(a)所示，IGBT元件Q2R、Q4R導通，負電流從R相線RL經由IGBT元件Q2R流入電容器C2R，直流負母線14被負電壓充電。從t8移行至t9之期間如第5(b)圖所示，IGBT元件Q2R關斷，僅只IBGT元件Q4R導通。
於期間t9中，如第5圖(c)所示，IGBT元件Q3R、Q4R 導通，負及正電流從R相線RL經由IGBT元件Q3R、Q4R流入電容器C1R、C2R，直流中性點母線15被中性點電壓充電。從t9移行至t10之期間如第5(d)圖所示，IGBT元件Q4R關斷，僅只IBGT元件Q3R導通。
期間t10中如第5圖(e)所示，IGBT元件Q1R、Q3R導通，正電流從R相線RL經由IGBT元件Q1R流入電容器C1R，直流負母線13被正電壓充電。
IGBT元件Q1S-Q4S、Q1T-Q4T與Q1R-Q4R僅是相位有差異，動作仍是與IGBT元件Q1R-Q4R相同。因此，藉由3位準PWM轉換器3，對直流正母線13、直流負母線14及直流中性點母線15，分別以直流正電壓、直流負電壓及直流中性點電壓進行充電。
又第6圖(a)~(e)顯示交流電壓VR從正電壓變化成負電壓期間t4~t6中，IGBT元件Q1U-Q4U導通/關斷狀態及電流路徑圖。期間t4中如第6圖(a)所示，IGBT元件Q1U、Q3U導通，正電壓從電容器C1U經由IGBT元件Q1U輸出給U相線UL。從t4移行至t5之期間如第6圖(b)所示，IGBT元件Q1U關斷，僅只IBGT元件Q3U導通。
於期間t5中，如第6圖(c)所示，IGBT元件Q3U、Q4U導通，中性點電壓從電容器C1U、C2U經由IGBT元件Q3U、Q4U而輸出給U相線UL。從t5移行至t6之期間如第6圖(d)所示，IGBT元件Q3U關斷，僅只IBGT元件Q4U導通。期間t6中如第6圖(e)所示，IGBT元件Q2U、Q4U導通，負電壓從電容器C2U經由IGBT元件Q2U輸出給U相線UL。
第7圖(a)~(e)顯示交流電壓VR從負電壓變化成正電壓期間t8~t10中，IGBT元件Q1U-Q4U導通/關斷狀態及電流路徑圖。期間t8中如第7圖(a)所示，IGBT元件Q2U、Q4U導通，負電壓從電容器C2U經由IGBT元件Q2U輸出給U相線UL。從t8移行至t9之期間如第7圖(b)所示，IGBT元件Q2U關斷，僅只IBGT元件Q4U導通。
於期間t9中，如第7圖(c)所示，IGBT元件Q3U、Q4U導通，中性點電壓從電容器C1U、C2U經由IGBT元件Q3U、Q4U而輸出給U相線UL。從t9移行至t10之期間如第7圖(d)所示，IGBT元件Q4U關斷，僅只IBGT元件Q3U導通。期間t10中如第7圖(e)所示，IGBT元件Q1U、Q3U導通，正電壓從電容器C1U經由IGBT元件Q1U輸出給U相線UL。
IGBT元件Q1V-Q4V、Q1W-Q4W與Q1U-Q4U僅是相位有差異，動作仍是與IGBT元件Q1U-Q4U相同。因此，藉由3位準PWM變頻器4，輸出3位準之三相交流電壓給U相線UL、V相線VL及W相線WL。
接著說明保險絲F1R-F3R、F1S-F3S、F1T-F3T、F1U-F3U、F1V-F3V、F1W-F3W的效用。第8圖(a)顯示IGBT元件Q1R、Q3S導通之期間，IGBT元件Q4R故障且成為通弧(短路)狀態之場合。於此場合，短路電流流過從R相線RL經由二極體D3R、IGBT元件Q4R、保險絲F3R、F3S、二極體D4S及IGBT元件Q3S而到達S相線SL的路徑，而保險絲F3R、F3S被切斷。又短路電流流過從電容器C1S的正側電極經由保險絲F1S、F1R、IGBT元件Q1R、二極體D3R、 IGBT元件Q4R及保險絲F3R、F3S而到達電容器C1S的負側電極的路徑，而保險絲F1S、F1R、F3R、F3S被切斷。
又第8圖(b)顯示IGBT元件Q2R、Q4S導通之期間，IGBT元件Q3R故障且成為通弧狀態之場合。於此場合，短路電流流過從S相線SL經由二極體D3S、IGBT元件Q4S、保險絲F3S、F3R、二極體D4R及IGBT元件Q3R而到達R相線RL的路徑，而保險絲F3R、F3S被切斷。又短路電流流過從電容器C2S的正側電極經由保險絲F3S、F3R、二極體D4R、IGBT元件Q3R、Q2R、及保險絲F2R、F2S而到達電容器C2S的負側電極的路徑，而保險絲F2R、F3R、F2S、F3S被切斷。
如第8圖(c)所示，全部保險絲F1R-F3R、F1S-F3S一被切斷，R相及S相即完全切離，防止過電流流通以及過電壓產生的問題。例如，R相線RL及S相線SL間的電壓係施加於串連的2個電容器C1R、C2R。但是如第8圖(c)所示IGBT元件Q3R、Q4R成為通弧的情形下，若保險絲F1R-F3R、F1S-F3S未被切斷，R相線RL及S相線SL間的電壓會施加至1個電容器C1R或C2R，電容器C1R、C2R會被過充電至平常的倍。然而本發明中由於F1R-F3R、F1S-F3S被切斷，電容器C1R、C2R不會被過充電。第8圖(a)~(c)係以R相及S相為例說明，但是其他相(T相、U相、V相、W相)也是同樣的情形。
以下說明本發明實施例之各種變化範例。第9圖(a)~(c)顯示本發明實施例之變化範例之電路圖，且與第8 圖(a)~(c)相對照之電路圖。此變化範例中，x相線xL及IGBT元件Q1x、Q2x間的連接節點之間，插入保險絲F4x。第9圖(a)~(c)中，R相線RL與IGBT元件Q1R、Q2R間的連接節點之間，插入保險絲F4R；S相線SL與IGBT元件Q1S、Q2S間的連接節點之間，插入保險絲F4S。於IGBT元件Q4S導通期間，IGBT元件Q3R或Q4R通弧時，短路電流流通而切斷保險絲F3R、F4R、F3S、F4S。此一變化範例亦能得到相同的效果。
第10圖(a)~(c)顯示本發明實施例之其他變化範例之電路圖，且與第8圖(a)~(c)相對照之電路圖。此變化範例中，保險絲F3x並非連接於電容器C1x、C2x間的連接節點與直流中性點母線15之間，而是連接於IGBT元件Q1x、Q2x間的連接節點與IGBT元件Q3x射極之間。第10圖(a)~(c)顯示，保險絲F3R插入於IGBT元件Q1R、Q2R間的連接節點與IGBT元件Q3R射極之間；保險絲F3S插入於IGBT元件Q1S、Q2S間的連接節點與IGBT元件Q3S射極之間。IGBT元件Q4S導通期間而IGBT元件Q3R或Q4R通弧時，短路電流流通而切斷保險絲F3R、F3S。此一變化範例能得到與實施例相同的效果。但是由於保險絲F3x流過交流電流，會有保險絲F3x的電感值增大的問題。
第11圖(a)~(c)顯示本發明實施例之另一其他變化範例之電路圖，且與第8圖(a)~(c)相對照之電路圖。此變化範例中，保險絲F3x並非連接於電容器C1x、C2x間的連接節點與直流中性點母線15之間，而是插入於IGBT元件Q4x 的射極與電容器C1x、C2x間的連接節點之間。第11圖(a)~(c)顯示，保險絲F3R插入於IGBT元件Q4R的射極與電容器C1R、C2R間的連接節點之間；保險絲F3S插入於IGBT元件F4S的射極與電容器C1S、C2S間的連接節點之間。IGBT元件Q4S導通期間而IGBT元件Q3R或Q4R通弧時，短路電流流通而切斷保險絲F3R、F3S。此一變化範例也能得到與實施例相同的效果。但是由於保險絲F3x流過交流電流，會有保險絲F3x的電感值增大的問題。
第12圖顯示本發明實施例之另一其他變化範例之電路圖，且與第8圖(a)相對照之電路圖。此變化範例追加短路檢測保護電路40。短路檢測保護電路40，監視IGBT元件Q3x、Q4x各集極-射極間電壓，檢測IGBT元件Q3x、Q4x是否故障而短路(通弧)。第12圖之短路檢測保護電路40顯示監視IGBT元件Q3R、Q4R、Q3S、Q4S各集極-射極間電壓的狀態。
短路檢測保護電路40，例如在IGBT元件Q3x(或Q4x)關斷期間且IGBT元件Q3x(或Q4x)集極-射極間電壓低於預設電壓的情形下，判定IGBT元件Q3x(或Q4x)為故障短路，將短路檢測信號Φ40從非活化性位準「L」致能成為活化性位準「H」。第1圖之控制裝置10回應短路檢測信號Φ40致能為「H」位準，將全體IGBT元件Q1x-Q4x固定在關斷(OFF)狀態。藉此，在保險絲F1x-F3x切斷之前能夠讓3位準PWM轉換器3及3位準PWM變頻器4停止動作，能夠以保險絲F1x-F3x及短路檢測保護電路40進行雙重保護。
第13圖顯示本發明實施例之又一其他變化範例之電路圖，且與第8圖(a)相對照之電路圖。此變化範例追加過電流檢測保護電路41及電流感測器Sx。電流感測器Sx連接於IGBT元件Q1x、Q2x間的連接節點與電容器C1x、C2x間的連接節點之間，以檢測流過IGBT元件Q3x、Q4x的電流並輸出顯示檢測值的信號。過電流檢測保護電路41，基於電流感測器Sx的輸出信號監視流過IGBT元件Q3x、Q4x的電流，以檢測IGBT元件Q3x、Q4x是否故障而有過電流流通。第13圖顯示，過電流檢測保護電路41基於電流感測器SR的輸出信號監視流過IGBT元件Q3R、Q4R的電流，且基於電流感測器SS的輸出信號監視流過IGBT元件Q3S、Q4S的電流。
過電流檢測保護電路41於IGBT元件Q3x、Q4x有過電流流通的情形下，將過電流檢測信號Φ41從非活化性位準「L」致能成為活化性位準「H」。第1圖之控制裝置10回應過電流檢測信號Φ41致能為「H」位準，將全體IGBT元件Q1x-Q4x固定在關斷(OFF)狀態。藉此，在保險絲F1x-F3x切斷之前能夠讓3位準PWM轉換器3及3位準PWM變頻器4停止動作，能夠以保險絲F1x-F3x及過電流檢測保護電路41進行雙重保護。
又如第14圖所示，亦可將電流感測器Sx設置於電容器C1x、C2x間的連接節點與直流中性點母線15之間的線上，透過電流感測器Sx檢測出流過保險絲F3x的電流。
又本發明實施例雖以本發明適用於3位準電路的情形 下進行說明，但是本發明亦可適用於將直流電壓及具有至少3個電壓值之交流電壓互相進行轉換之多位準(multi-level)電路。
又本發明的實施例顯示三相3線式交流電源及負載可適用的不斷電電源裝置，但本發明亦可適用三相4線式交流電源及負載，三相4線式如第15圖所示將電容器11、19的中性點與直流中性點母線15連接。又交流電源及交流負載不限定為三相，亦可以是單相。此情形下，轉換器及變頻器可以各包括2個多位準電路。
又本發明實施例雖適用設置於蓄電池及直流母線間之直流電壓轉換器，但在能選定於直流母線額定操作範圍之蓄電池的情形下，當然可以省略直流電壓轉換器。
又本發明實施例，雖將本發明之電力變換裝置適用於使用蓄電池之不斷電電源裝置中進行說明，但亦適用於例如太陽能發電系統、燃料電池系統、或二次電池能量貯電系統等之由直流電力輸出交流電力之電力變換裝置，此等電力變換裝置包括使用多位準電路之濾波器而達到小型、輕量化及抑制對地電位的變動。
又本發明實施例中，所使用的交流開關包括：射極相連接的2個IGBT元件Q3x、Q4x，以及分別和IGBT元件Q3x、Q4x反向並聯連接之2個二極體D3x、D4x，但如第16圖(a)~(c)所示亦可以使用其他構造的交流開關。
第16圖(a)的交流開關包括：射極連接節點N1之IGBT元件Q3x，集極連接節點N2之IGBT元件Q4x，分別與IGBT元件Q3x、Q4x反向並聯連接之2個二極體D3x、D4x。又，節點N1連接IGBT元件Q1x、Q2x間的連接節點，節點N2連接電容器C1x、C2x間的連接節點。
第16圖(b)的交流開關包括：陽極連接節點N1之二極體D3x，集極連接二極體D3x陰極、射極連接節點N2之IGBT元件Q4x，射極連接節點N1之IGBT元件Q3x，陰極連接IGBT元件Q3x集極、陽極連接節點N2之二極體D4x。第16圖(c)的交流開關包括連接於節點N1、N2間之逆阻止IGBT元件Q5x。
本發明揭露的實施例僅作為例示之用，並非用以限制本發明之用。本發明的範圍並非限於前述說明，而是包括依據申請專利範圍所示、申請專利範圍均等的意涵及範圍內所含括的全部變更。
1．．．商用交流電源
2．．．輸入濾波器
3．．．3位準PWM轉換器
4．．．3位準PWM變頻器
5．．．輸出濾波器
6．．．負載
7．．．直流電壓轉換器
8．．．蓄電池
10．．．控制裝置
13．．．直流正母線
11、11R、11S、11T、19、19U、19V、19W．．．電容器
C1R、C2R、C1S、C2S、C1T、C2T．．．電容器
C1U、C2U、C1V、C2V、C1W、C2W‧‧‧電容器
12、12R、12S、12T、18、18U、18V、18W‧‧‧電抗器
14‧‧‧直流負母線
15‧‧‧直流中性點母線
31、36‧‧‧電壓感測器
33‧‧‧斷電檢測電路
32、32R、32S、32T、37、SR、SS‧‧‧電流感測器
40‧‧‧短路檢測保護電路
41‧‧‧過電流檢測保護電路
100‧‧‧不斷電電源裝置
RL‧‧‧R相線
D1R-D4R、D1S-D4S、D1T-D4T、D3x-D4x‧‧‧二極體
D1U-D4U、D1V-D4V、D1W-D4W‧‧‧二極體
F1R-F4R、F1S-F4S、F1T-F3T‧‧‧保險絲
F1U-F3U、F1V-F3V、F1W-F3W‧‧‧保險絲
Q1R-Q4R、Q1S-Q4S、Q1T-Q4T‧‧‧IGBT元件
Q1U-Q4U、Q1V-Q4V、Q1W-Q4W‧‧‧IGBT元件
Q3x-Q5x‧‧‧IGBT元件
SL‧‧‧S相線
TL‧‧‧T相線
UL‧‧‧U相線
VL‧‧‧V相線
WL‧‧‧W相線
第1圖顯示本發明一實施例之不斷電電源裝置之主電路構成之概要方塊圖。
第2圖顯示第1圖所示3位準PWM轉換器及3位準PWM變頻器之詳細電路構成圖。
第3圖顯示第2圖所示IGBT元件之導通/關斷(ON/OFF)時序之波形圖。
第4圖(a)~(e)顯示第2圖所示3位準PWM轉換器動作之電路圖。
第5圖(a)~(e)顯示第2圖所示3位準PWM轉換器動作之其他電路圖。
第6圖(a)~(e)顯示第2圖所示3位準PWM變頻器動作之電路圖。
第7圖(a)~(e)顯示第2圖所示3位準PWM變頻器動作之其他電路圖。
第8圖(a)~(c)顯示第2圖所示保險絲效用的電路圖。
第9圖(a)~(c)顯示本發明實施例之變形的電路圖。
第10圖(a)~(c)顯示本發明實施例之其他變形的電路圖。
第11圖(a)~(c)顯示本發明實施例之又一其他變形的電路圖。
第12圖顯示本發明實施例之又一其他變形的電路圖。
第13圖顯示本發明實施例之又一其他變形的電路圖。
第14圖顯示本發明實施例之又一其他變形的電路圖。
第15圖顯示本發明實施例之又一其他變形的電路圖。
第16圖(a)~(c)顯示本發明實施例之又一其他變形的電路圖。
3．．．3位準PWM轉換器
4．．．3位準PWM變頻器
13．．．直流正母線
14．．．直流負母線
15．．．直流中性點母線
RL．．．R相線
SL．．．S相線
TL．．．T相線
UL．．．U相線
VL．．．V相線
WL．．．W相線
C1R、C2R、C1S、C2S、C1T、C2T．．．電容器
C1U、C2U、C1V、C2V、C1W、C2W．．．電容器
D1R-D4R、D1S-D4S、D1T-D4T、D3x-D4x．．．二極體
D1U-D4U、D1V-D4V、D1W-D4W．．．二極體
F1R-F4R、F1S-F4S、F1T-F3T．．．保險絲
F1U-F3U、F1V-F3V、F1W-F3W．．．保險絲
Q1R-Q4R、Q1S-Q4S、Q1T-Q4T．．．IGBT元件
Q1U-Q4U、Q1V-Q4V、Q1W-Q4W．．．IGBT元件

Claims (9)

  1. 一種電力變換裝置，設置於交流線與直流正母線、直流負母線及直流中性點母線之間，將直流電力及交流電力中的一方電力轉換為另一方電力，包括：第1保險絲，一方端子連接前述直流正母線；第2保險絲，一方端子連接前述直流負母線；第3保險絲，一方端子連接前述直流中性點母線；第1半導體開關元件，連接於前述第1保險絲的他方端子及前述交流線之間；第2半導體開關元件，連接於前述交流線及前述第2保險絲的他方端子之間；交流開關，連接於前述交流線及前述第3保險絲的他方端子之間；第1及第2二極體，分別與前述第1及第2半導體開關元件反向並聯連接；第1電容器，連接前述第1及第3保險絲之他方端子之間；以及第2電容器，連接前述第2及第3保險絲之他方端子之間。
  2. 一種電力變換裝置，設置於交流線與直流正母線、直流負母線及直流中性點母線之間，將直流電力及交流電力中的一方電力轉換為另一方電力，包括：第1保險絲，一方端子連接前述直流正母線；第2保險絲，一方端子連接前述直流負母線； 第3保險絲，一方端子連接前述直流中性點母線；第1半導體開關元件，連接於前述第1保險絲的他方端子及前述交流線之間；第2半導體開關元件，連接於前述交流線及前述第2保險絲的他方端子之間；交流開關，連接於前述第3保險絲的他方端子及前述直流中性點母線之間；第1及第2二極體，分別與前述第1及第2半導體開關元件反向並聯連接；第1電容器，連接前述第1保險絲之他方端子及前述直流中性點母線之間；以及第2電容器，連接前述第2保險絲之他方端子及前述直流中性點母線之間。
  3. 一種電力變換裝置，設置於交流線與直流正母線、直流負母線及直流中性點母線之間，將直流電力及交流電力中的一方電力轉換為另一方電力，包括：第1保險絲，一方端子連接前述直流正母線；第2保險絲，一方端子連接前述直流負母線；第3保險絲，一方端子連接前述直流中性點母線；第1半導體開關元件，連接於前述第1保險絲的他方端子及前述交流線之間；第2半導體開關元件，連接於前述交流線及前述第2保險絲的他方端子之間；交流開關，連接前述交流線及前述第3保險絲的他方 端子之間；第1及第2二極體，分別與前述第1及第2半導體開關元件反向並聯連接；第1電容器，連接前述第1保險絲之他方端子及前述直流中性點母線之間；以及第2電容器，連接前述第2保險絲之他方端子及前述直流中性點母線之間。
  4. 如申請專利範圍第1至第3項其中之一所述之電力變換裝置更包括：第4保險絲，插置於前述第1及第2半導體開關元件間的節點及前述交流線之間。
  5. 如申請專利範圍第1至第3項其中之一所述之電力變換裝置，其中前述交流開關包括：第3及第4半導體開關元件，兩者串連連接；第3及第4二極體，分別與前述第3及第4半導體開關元件反向並聯連接。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電力變換裝置，更包括：保護電路，前述第3及第4半導體開關元件中至少任一損毀時，使前述第1至第4半導體開關元件不導通。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之電力變換裝置，更包括保護電路，前述第3及第4半導體開關元件有過電流流通時，使前述第1至第4半導體開關元件不導通。
  8. 如申請專利範圍第1至第3項其中之一所述之電力變換裝置，其中前述電力變換裝置係為3位準PWM轉換器，將透過前述交流線供給的交流電壓轉換為正電壓、負電壓 及中性點電壓且分別供給前述直流正母線、前述直流負母線及前述直流中性點母線。
  9. 如申請專利範圍第1至第3項其中之一所述之電力變換裝置，其中前述電力變換裝置係為3位準PWM變頻器，將分別透過前述直流正母線、前述直流負母線及前述直流中性點母線而供給的正電壓、負電壓及中性點電壓轉換成交流電壓且供給前述交流線。
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