TWI479795B - 具有零電流漣波的電力逆變或整流電路 - Google Patents

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Description

具有零電流漣波的電力逆變或整流電路
本發明係一種電力逆變或整流(rectification)電路，尤指一種具有接近零電流漣波(current-ripple)的電力逆變或整流電路，以期在電力逆變或整流過程中，能有效消除輸入電流或輸出電流之漣波，同時可以大幅降低施加在該電路中各半導體開關(semiconductor switch)上之電壓應力(voltage stress)，進而有效提高電力轉換的效率。
在現今許多電力裝置(electrical device)上所廣泛使用之電源系統中，均設計有一逆變功能(inversion function)，該逆變功能主要係用以將一直流電壓逆變成一交流電壓，以供該電力裝置使用。請參閱第1圖所示之一種半橋(half-bridge)電路，該半橋電路係為具備前述逆變功能之諸多習用電路中之一典型，在該半橋電路中，一直流輸入電壓Vin係為分別與一組相互串聯之二電容器C1、C2及一組相互串聯之二開關Q1、Q2相並聯，且該半橋電路尚包括有一變壓器T1，該變壓器係由一初級繞組P1及一次級繞組S1所組成，其中該初級繞組P1之一端係連接至該二電容器C1、C2之間，該初級繞組P1之另一端則係連接至該二開關Q1、Q2之間。藉此，在一切換週期內逐一對該等開關Q1、Q2進行切換時，該半橋電路即能在該次級繞組S1對應之一輸出端AC產生所需之一交流電壓。
雖然，該半橋電路具有在半導體開關(semiconductor switch)Q1 、Q2上施加較低電壓應力(low voltage stress)之性能，但是，由於施加在該變壓器之初級繞組P1為直流輸入電壓Vin的一半，使得該初級繞組P1上仍必須承受兩倍之平均電流，故屬於此種半橋式拓樸(half-bridge topology)之電路將會在半導體開關元件導通及關斷瞬間，產生較高之電流變動率di/dt(rate of current change)，且因此會較其它推挽式(push-pull)及全橋式(full-bridge)拓樸之電路，產生較高之相關電磁干擾強度(electromagnetic interference，簡稱EMI)。
為了有效降低電流漣波及瞬間電流變動率所產生之雜訊(noises)，許多業者已廣泛地將兩組相同之電力逆變器(power converters)予以交錯(interleave)分時工作。然而在採取此一架構時，電流漣波之降低或消除程度，完全需視該逆變器上各開關之工作週期而定。
有鑑於此，發明人乃思及利用最少之元件，設計出如第2圖所示之一種能減少電流漣波之半橋電路，在第1及2圖所示之半橋電路中，各對應元件上之電流Iin 、IP1 及IC1 波形則係分別如第3(a)及3(b)圖所示。在第2圖所示之半橋電路中，由於二相同初級繞組P1、P2及一箝制電容器(clamping capacitor)C3之輔助，輸入電流Iin上之電流漣波幾乎被抵消而趨近於零(a near zero input current-ripple is obtained)，如第3(b)圖所示，因此，發明人僅需利用最少之元件，即能使第3(b)圖所示之半橋電路之輸入電流Iin 上之電流漣波，遠較第3(a)圖所示之半橋電路之輸入電流Iin 上之電流漣波為低，因此除了能使用較小之輸入濾波電容，更可進而大幅降低該半橋電路之電流變動率di/dt所產生之雜訊(noises)。
此外，發明人尚思及利用金氧半場效電晶體開關(以下簡稱MOSFET)之低電壓規格(voltage rating)之低導通阻值RDS(on)(即，MOSFET在導通狀態時之阻抗)等特性，來降低損耗並提昇轉換效率，進而設計出如第4(a)圖所示之一種逆變電路(inversion)，該逆變電路可包括兩組相互串聯之MOSFET Q3~Q1及Q2~Q4，並分別搭配一箝制二極體(clamping diodes)Dc1、Dc2，以取代第3圖所示半橋電路中之二開關Q1及Q2。如此，由於導通該箝制二極體Dc1及Dc2時，將使施加在各該MOSFET Q1、Q2、Q3及Q4上之電壓，被限制在僅為輸入電壓Vin之二分之一，因此各該MOSFET之低電壓規格之低導通阻值特性將可被有效利用，以使該逆變電路中之導通損耗(conduction losses)大幅降低，進而有效改善該逆變電路之效能。
然而，在前述電路中該等箝制元件之箝制作用(clam ping function)，僅會在一特定之控制時間(control timing)內完成，因此用以產生驅動訊號(driver signal)VGS1 、VGS3 、VGS2 或VGS4 (如第4(b)圖所示)之一控制電路(control circuit)勢必需經過特殊設計，尤其是，驅動訊號VGS1 -VGS3 、VGS2 -VGS4 之間的斷開延遲(turn-offdelay)必需經過特殊設計，以確保其能精準地在該特定控制時間內，產生對應之驅動訊號，此一狀況大幅增加了該控制電路在設計上之複雜度。
據此，如何透過簡單之電路設計，使其所製成之逆變電路不僅能有效消除輸入電流上之電流漣波，尚能有效提昇該逆變電路之效率，即成為本發明在此欲探討的一重要課題。
有鑒於前述習知逆變電路所存在之問題與缺點，發明人乃根據多年實務經驗及研究實驗，終於開發設計出本發明之一種具有零電流漣波的電力逆變或整流電路，以期該電路在電力逆變或整流過程中，能有效消除輸入電流之漣波，進而大幅降低施加在該電路中各半導體開關上之電壓應力。
本發明之另一目的，係提供一種切換式之電力逆變器(switching mode power converter)，該逆變器具有一電力逆變或整流電路，並能在電力逆變或整流過程中，漏電感(leakage inductance)及雜散電容(parasitic capacitor)成為一無耗損緩衝器(lossless snubber)，使得漏電感的能量得以有效回收(recycling)，並據以有效改善整體效能。
本發明之又一目的，係提供一種切換式之電力逆變器，該逆變器具有一電力逆變或整流電路，且在電力逆變或整流過程中僅需一控制電路，以提供具簡單控制時間(simple control timing)之一驅動訊號(driver signal)，即能使其中之箝制元件在該控制時間內精準地完成箝制作用，以大幅降低該控制電路在設計上之複雜度。
本發明之又另一目的，係提供一種切換式之電力逆變器，該逆變器具有一電力逆變或整流電路，且該電力逆變或整流電路中設有具低電壓變動率(low voltage rating)及低飽和阻抗RDS(on)特性之半導體開關(semiconductor switches，如MOSFETs)，或是設有具低順向壓降(forward voltage drop)特性之整流二極體(rectifier diodes)，以有效降低其中電感之漏失(conduction losses)，並據以有效改善整體效能。
為了對本發明之目的、結構及其功效，做更進一步之說明，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：
本發明之第一較佳實施例係提供一種電力逆變電路(power inversion circuit)100，請參閱第5(a)圖所示，該逆變電路100係與一直流輸入端相並聯(paralleled-connect)，以將輸入端之一直流輸入電壓Vin逆變成一交流電壓，該逆變電路100包括一上層電力單元(top cell)、至少一中層電力單元(middle cell)及一下層電力單元(bottom cell)，其中該上層電力單元設有四個端子(terminals)In、1、2、3，第n個中層電力單元Cell-n則設有六個端子n1、n2、n3、n4、n5、n6，該下層電力單元則設有四個端子Gnd、4、5、6，該上、中及下層電力單元係依序串聯在一起。
在該第一個較佳實施例中，該上層電力單元係由二電容器(capacitors)C1、C2、一電感器(inductor)Lr1、一第一初級繞組(first primary winding)P1及一開關(switch)Q1所組成，其中該電感器Lr1係代表該第一初級繞組P1之漏感(leakage inductance)或其它外加電感(external inductor)。復參閱第5(a)圖所示，該上層電力單元之端子In係與該輸入端之一正極節點(positive node)相連接，該箝制電容器C1之一第一節點及該電感器Lr1之一第一節點，係連接至該上層電力單元之端子In，該電感器Lr1之一第二節點係連接至該第一初級繞組P1之一標點節點(dot node)，該第一初級繞組P1之一未標點節點(un-dotted node)係分別連接至該開關Q1之一上節點及該箝制電容器C2之一第一節點，該箝制電容器C1之一 第二節點(即，該上層電力單元之端子1)及該開關Q1之一下節點(即，該上層電力單元之端子2)係連接在一起，該上層電力單元之端子1及端子2亦分別連接至第一個中層電力單元Cell-1之端子11及端子12，且該箝制電容器C2之一第二節點(即，該上層電力單元之端子3)係連接至該第一個中層電力單元Cell-1之端子13。
復參閱第5(a)圖所示，該下層電力單元係由一箝制電容器C3、一電感器Lr2、一第二初級繞組(second primary winding)P2及一開關Q2所組成，其中該電感器Lr2係代表該第二初級繞組P2之漏感或其它外加電感。在該下層電力單元中，該下層電力單元之端子Gnd係與該輸入端之一負極節點(negative node)相連接，該箝制電容器C3之一第二節點及該電感器Lr2之一第一節點，係分別連接至該下層電力單元之端子Gnd，該電感器Lr2之一第二節點則係連接至該第二初級繞組P2之一標點節點，該第二初級繞組P2之一未標點節點係連接至該開關Q2之一下節點及該下層電力單元之端子6，該箝制電容器C3之一第一節點(即，該下層電力單元之端子4)及該開關Q2之一上節點(即，該下層電力單元之端子5)係連接在一起，且該下層電力單元之端子4、5、6係分別連接至最後一個中層電力單元Cell-x之端子x4、x5、x6。
復參閱第5(a)圖所示，數個中層電力單元Cell-n係依序串接在該上層電力單元及下層電力單元之間，以將施加在該逆變電路100中的各開關(如MOSFET)上之電壓應力(voltage stress)降低至一預設之電壓位準。參閱第5(b)圖所示，第n個中層電力單元Cell-n係由二箝制電容器C4n、C5n及二開關Q3n、Q4n所組成， 其中第n個中層電力單元Cell-n之端子n1、n2係分別與該箝制電容器C4n之一第一節點及該開關Q4n之一上節點相連接，該第n個中層電力單元Cell-n之端子n3係連接至該開關Q4n之一下節點及該開關Q3n之一上節點之間，且連接至該箝制電容器C5n之一第一節點，該第n個中層電力單元Cell-n之端子n4、n5、n6，則係分別連接至該箝制電容器C4n之一第二節點、該開關Q3n之一下節點及該箝制電容器C5n之一第二節點。
復參閱第5(a)圖所示，該第n個中層電力單元Cell-n之端子n1、n2、n3，係分別連接至該第n-1個中層電力單元Cell-(n-1)之端子(n-1)4、(n-1)5、(n-1)6，且該第n個中層電力單元Cell-n之端子n4、n5、n6，係分別連接至該第n+1個中層電力單元Cell-(n+1)之端子(n+1)1、(n+1)2、(n+1)3。在此需特別提及的是，在兩個以上之中層電力單元係被依序串接在該上層電力單元及下層電力單元間之情形下，該第n個中層電力單元Cell-n之端子n4、n5係連接在一起，但最後一個中層電力單元Cell-x之端子x4、x5除外。
復參閱第5(a)圖所示，該逆變電路100尚包括一變壓器(transformer)T1，該變壓器T1係由該第一初級繞組P1、該第二初級繞組P2及至少一次級繞組S1所組成，其中該第一初級繞組P1及第二初級繞組P2具有相同的繞組數，該變壓器T1上之該等電感器Lr1、Lr2係分別代表該第一初級繞組P1及第二初級繞組P2之漏感，或二獨立之電感，或一含二繞組之藕合電感(two-winding coupling inductor)。
參閱第5(c)圖所示，在該第一個較佳實施例中，當一控制器(圖中未示)所產生之兩組驅動訊號(driver signal)VGS1 -VGS3n 及 VGS2 -VGS4n ，將在一切換週期(switching cycle)內交替施加至該等開關，以分別導通或斷開該等開關Q1-Q3n及Q2-Q4n時，該逆變電路100之次級繞組S1所對應的輸出端AC將產生一交流輸出電壓。惟，若在設計上該逆變電路100需對一負載(load)提供一直流電壓，則該次級繞組S1所對應之輸出端AC後需增設一必要之整流電路(圖中未示)。
參閱第6及7(a)~7(d)圖所示，其係根據該第一較佳實施例所設計之一電路及其穩態操作階段之示意圖，該逆變電路中僅具有一個中層電力單元，且僅設有四個開關Q1、Q2、Q41、Q31，該等開關可分別為MOSFET。當假設該等箝制電容器C1、C3之電容值係完全相同之情形下，跨越各該箝制電容器C1、C3兩端所產生之電壓值，將等於直流輸入電壓Vin之二分之一，因此，誠如第7(a)~7(d)圖所示，在一穩態之操作環境(steady-state operation)下，該逆變電路在一切換週期內將有四個操作階段。
請參閱第7(a)圖所示，當該等開關分別為MOSFET，且在第一時段(first time interval)內，閘極驅動訊號(gate drive signals)係分別被施加至該等開關Q1、Q31以導通該等開關Q1、Q31時，四個具1/4輸入電壓Vin之電壓將分別透過下列路徑(以元件編號依序標示出其路徑及方向)，而被提供至該第一初級繞組P1及第二初級繞組P2：(1)Vin(+)-Lr1-P1-Q1-C41-C3-Vin(-)；(2)Vin(+)-Lr1-P1-C2-Q31-C3-Vin(-)；(3)C1(+)-Lr1-P1-Q1-C1(-)；及(4)C51(+)-Q31-C3-Lr2-P2-C51(-). ，其中，在第一時段內，當對該等電容器C2、C3及C41分別進行充電時，該等箝制電容器C1、C51會分別進行放電。
請參閱第7(b)圖所示，在第二時段(second time interval)，當閘極驅動訊號分別被施加至該等開關Q1、Q31以斷開該等開關Q1、Q31時，該等箝制電容器C2及C51會被該輸入電壓Vin及儲存在該變壓器T1之漏感(leakage inductances)能量進行充電。此時，由於該二初級繞組P1及P2的極性(polarities)係相反(opposite)，故跨越該二初級繞組P1及P2所產生的電壓將相互抵銷，且跨越該等箝制電容器C2及C51(若C2=C51)所產生的電壓，將分別等於1/2之輸入電壓Vin。另外，由於漏感能量被吸收，該等開關Q1、Q31之電壓波形將不會產生電壓突波(voltage spike)，且其上所承受之電壓應力(voltage stresses)將被限制在1/2輸入電壓Vin之範圍內。此外，跨越該等電容器C2、C51及C41所產生的平均電壓(average voltages)將分別等於1/2之輸入電壓Vin，且跨越該等電容器C1及C3所產生的平均電壓(average voltages)將分別等於1/4之輸入電壓Vin。
請參閱第7(C)圖所示，在第三時段(third time interval)內，當閘極驅動訊號分別被施加至該等開關Q2、Q41以導通該等開關Q2、Q41時，四個具1/2輸入電壓Vin之電壓，將分別透過下列路徑(以元件編號依序標示出其路徑及方向)而提供至該第一初級繞組P1及第二初級繞組P2：(1)Vin(+)-C1-Q41-C51-P2-Lr2-Vin(-)；(2)Vin(+)-C1-C41-Q2-P2-Lr2-Vin(-)；(3)C3(+)-Q2-P2-Lr2-C3(-)；及 (4)C2(+)-P1-Lr1-C1-Q41-C2(-)，其中，在第三時段內，當對該等電容器C1、C41及C51分別進行充電時，該等箝制電容器C2及C3會分別進行放電。
請參閱第7(d)圖所示，在第四時段(fourth time interval)內，當閘極驅動訊號分別被施加至該等開關Q2、Q41以斷開該等開關Q2、Q41時，該等箝制電容器C2及C51會被該輸入電壓Vin及儲存在該變壓器T1之漏感(leakage inductances)能量進行充電。此時，由於該二初級繞組P1及P2的極性係相反，故跨越該二初級繞組P1及P2所產生的電壓將相互抵銷，且跨越該等箝制電容器C2及C51(若C2=C51)所產生的電壓將等於1/2之輸入電壓Vin。另外，由於漏感能量被吸收，該等開關Q2、Q41之電壓波形將不會產生電壓突波，且其上所承受之電壓應力將被限制在1/2輸入電壓Vin之範圍內。此外，跨越該等電容器C2、C51及C41所產生的平均電壓(average voltages)將分別等於1/2之輸入電壓Vin，且跨越該等電容器C1及C3所產生的平均電壓(average voltages)將分別等於1/4之輸入電壓Vin。
復參閱第5圖所示，本發明所示之前述逆變電路100在實際施作時並不侷限於此，亦可依實際需要將其中之該等開關Q1、Q2、Q3n及Q4n以其它類型之主動式半導體開關(active semiconductor switches)取代。
本發明之第二較佳實施例係提供一種電力逆變電路200，請參閱第8(a)~8(b)圖所示，該逆變電路200係與一直流輸入電壓Vin相並聯，且包括一上層電力單元、至少一中層電力單元及一下層電力單元，其中該上層電力單元設有四個端子In、1、2、3，第n 個中層電力單元Cell-n設有六個端子n1、n2、n3、n4、n5、n6，該下層電力單元則設有四個端子Gnd、4、5、6，該上、中及下層電力單元係依序串聯在一起。復請參閱第8(a)~8(b)圖所示，在該電力逆變電路200中，除了該箝制電容器C1之第二節點(即，該上層電力單元之端子1)及該開關Q1之下節點(即，該上層電力單元之端子2)，係透過一電容器C6連接在一起，該箝制電容器C3之第一節點(即，該下層電力單元之端子4)及該開關Q2之上節點(即，該下層電力單元之端子5)，亦係透過一電容器C7連接在一起之外，該上、中及下層電力單元之其它電路係與第5(a)圖所示之該電力逆變電路100完全相同，故不再贅述。
在該第二個較佳實施例中，參閱第8(c)圖所示，當一控制器(圖中未示)所產生之兩組驅動訊號VGS1 -VGS3n 及VGS2 -VGS4n ，在一切換週期內被輪流施加至該等開關，以分別導通或斷開該等開關Q1-Q3n(在期間D)及Q2-Q4n(在期間1-D)時，在該等驅動訊號之間存在一極短之固定的時間間隔(dead-time)。該逆變電路200之次級繞組S1所對應之輸出端AC將產生一交流輸出電壓。惟，若在設計上，該逆變電路200需對一負載提供一直流電壓的話，則該次級繞組S1所對應之輸出端後需增設必要之整流電路(圖中未示)。
參閱第9及10圖所示，其係為根據該第二較佳實施例所設計之一電路及其穩態操作階段之示意圖，該逆變電路中不具有一個中層電力單元，且僅設有兩個開關Q1、Q2，該等開關可分別為MOSFET。當假設該等箝制電容器C1、C3之電容值係完全相同之情形下，跨越各該箝制電容器C1、C3兩端所產生之電壓值將等於 直流輸入電壓Vin之二分之一，因此，誠如第10(a)~10(d)圖所示，在一穩態之操作環境下，該逆變電路在一切換週期內將有四個操作階段。
請參閱第10(a)圖所示，當該等開關分別為MOSFET，且在第一時段內閘極驅動訊號係被施加至開關Q1以導通該開關Q1時，具1/2輸入電壓Vin之電壓將分別透過下列路徑(以元件編號依序標示出其路徑及方向)，而提供至該第一初級繞組P1及第二初級繞組P2：(1)Vin(+)-Lr1-P1-Q1-C6-C3-Vin(-)；(2)C1(+)-Lr1-P1-Q1-C6-C1(-)；及(3)C2(+)-Q1-C6-C3-Lr2-P2-C2(-)，其中，在第一時段內，當對該等電容器C3及C6分別進行充電時，該等箝制電容器C1及C2會分別進行放電。
請參閱第10(b)圖所示，在第二時段內，當閘極驅動訊號分別被施加至開關Q1以斷開該開關Q1時，該箝制電容器C2會被該輸入電壓Vin充電，且電能會被儲存在該變壓器T1之漏感中。此時，由於該二初級繞組P1及P2的極性係相反，故跨越該二初級繞組P1及P2所產生的電壓將相互抵銷，且跨越該等箝制電容器C2所產生的電壓將等於該輸入電壓Vin。另外，由於漏感能量被吸收，該開關Q1之電壓波形上將不會產生電壓突波，且其上所承受之電壓應力將被限制在1/2輸入電壓Vin之範圍內。此外，跨越該電容器C2所產生的平均電壓將等於該輸入電壓Vin，且跨越該等電容器C1及C3所產生的平均電壓將分別等於1/2之輸入電壓Vin。
請參閱第10(C)圖所示，在第三時段內，當閘極驅動訊號分別被施加至開關Q2以導通該開關Q2時，具1/2輸入電壓Vin之電壓將分別透過下列路徑(以元件編號依序標示出其路徑及方向)，而提供至該第一初級繞組P1及第二初級繞組P2：(1)C2(+)-P1-Lr1-C1-C6-Q2-C2(-)；(2)Vin(+)-C1-C6-Q2-P2-Lr2-Vin(-)；及(3)C3(+)-C6-Q2-P2-Lr2-C3(-)，其中，在第三時段內，當對該電容器C1進行充電時，該等箝制電容器C3、C2及C6會分別進行放電。
請參閱第10(d)圖所示，在第四時段內，當閘極驅動訊號被施加至開關Q2以斷開該開關Q2時，該箝制電容器C2會被該輸入電壓Vin充電，且電能會被儲存在該變壓器T1之漏感中。此時，由於該二初級繞組P1及P2的極性係相反，故跨越該二初級繞組P1及P2所產生的電壓將相互抵銷，且跨越該箝制電容器C2所產生的電壓將等於該輸入電壓Vin。另外，由於漏感能量被吸收，該開關Q2之電壓波形上將不會產生電壓突波，且其上所承受之電壓應力將被限制在該輸入電壓Vin之範圍內。此外，跨越該電容器C2所產生的平均電壓將等於該輸入電壓Vin，且跨越該等電容器C1及C3所產生的平均電壓將分別等於1/2之輸入電壓Vin。
復參閱第9圖所示，本發明所示之前述逆變電路在實際施作時並不侷限於此，亦可依實際需要而將其中之該等開關Q1及Q2以它類型之主動式半導體開關取代。
參閱第11及12圖所示，其係為根據該第二較佳實施例所設計之另一電路態樣及其操作階段之示意圖，該逆變電路中僅具有 一個中層電力單元，且僅設有四個開關Q1、Q2、Q4n、Q3n(n-=1)，該等開關可分別為MOSFET。當假設該等箝制電容器C1、C3之電容值係完全相同之情形下，跨越各該箝制電容器C1、C3兩端所產生之電壓值將等於直流輸入電壓Vin之四分之一，因此誠如第12(a)~12(d)圖所示，在一穩態之操作環境下，該逆變電路在一切換週期內，將有四個操作階段。
請參閱第12(a)圖所示，當該等開關分別為MOSFET，且在第一時段內閘極驅動訊號係分別被施加至該等開關Q1、Q31以導通該等開關Q1、Q31時，電壓(相當於1/4輸入電壓Vin減去跨越該電容器C6之電壓)將分別透過下列路徑(以元件編號依序標示出其路徑及方向)，而提供至該第一初級繞組P1及第二初級繞組P2：(1)Vin(+)-Lr1-P1-Q1-C6-C41-C3-Vin(-)；(2)Vin(+)-Lr1-P1-C2-Q31-C7-C3-Vin(-)；(3)C1(+)-Lr1-P1-Q1-C6-C1(-)；及(4)C51(+)-Q31-C7-C3-Lr2-P2-C51(-)，其中，在第一時段內，當對該等電容器C2、C3、C6、C7及C41分別進行充電時，該等箝制電容器C1及C51會分別進行放電。
請參閱第12(b)圖所示，在第二時段內，當閘極驅動訊號分別被施加至開關Q1、Q31以斷開該等開關Q1、Q31時，該等箝制電容器C2及C51會被該輸入電壓Vin充電，且電能會被儲存在該變壓器T1之漏感中。此時，由於該二初級繞組P1及P2的極性係相反，故跨越該二初級繞組P1及P2所產生的電壓將相互抵銷，且跨越該等箝制電容器C2及C51(若C2=C51)所產生的電壓將分別等於1/2之輸入電壓Vin。另外，由於漏感能量被吸收，該等開 關Q1、Q31之電壓波形上將不會產生電壓突波，且其上所承受之電壓應力將被限制在1/2輸入電壓Vin之範圍內。此外，跨越該等電容器C2、C51及C41所產生的平均電壓將分別等於1/2之輸入電壓Vin，且跨越該等電容器C1及C3所產生的平均電壓將分別等於1/4之輸入電壓Vin。
請參閱第12(C)圖所示，在第三時段內，當閘極驅動訊號分別被施加至開關Q2、Q41以導通該等開關Q2、Q41時，電壓(相當於1/4輸入電壓Vin加上跨越該電容器C6之電壓)將分別透過下列路徑(以元件編號依序標示出其路徑及方向)，而提供至該第一初級繞組P1及第二初級繞組P2：(1)Vin(+)-C1-C41-C7-Q2-P2-Lr2-Vin(-)；(2)Vin(+)-C1-C6-Q41-C51-P2-Lr2-Vin(-)；(3)C3(+)-C7-Q2-P2-Lr2-C3(-)；及(4)C2(+)-P1-Lr1-C1-C6-Q41-C2(-)，其中，在第三時段內，當對該等電容器C1、C41及C51分別進行充電時，該等箝制電容器C3、C2、C6及C7會分別進行放電。
請參閱第12(d)圖所示，在第四時段內，當閘極驅動訊號分別被施加至開關Q2、Q41以斷開該等開關Q2、Q41時，該等箝制電容器C2及C51會被該輸入電壓Vin充電，且電能會被儲存在該變壓器T1之漏感中。此時，由於該二初級繞組P1及P2的極性係相反，故跨越該二初級繞組P1及P2所產生的電壓將相互抵銷，且跨越該等箝制電容器C2及C51(若C2=C51)所產生的電壓將等於1/2之輸入電壓Vin。另外，由於漏感能量被吸收，該等開關Q2、Q41之電壓波形上將不會產生電壓突波，且其上所承受之電 壓應力將被限制在1/2輸入電壓Vin之範圍內。此外，跨越該等電容器C2、C51及C41所產生的平均電壓將分別等於1/2之輸入電壓Vin，且跨越該等電容器C1及C3所產生的平均電壓將分別等於1/4之輸入電壓Vin。
復參閱第8圖所示，在實際施作時前述逆變電路200並不侷限於此，亦可依實際需要而將其中之該等開關Q1、Q2、Q3n及Q4n以它類型之主動式半導體開關取代。
本發明之第三較佳實施例係提供一種電力整流電路(rectifier circuit)300，請參閱第13圖所示，該整流電路300係與一負載RL相並聯，以將一變壓器T1之初級繞組P1所提供之一交流電壓轉換成一直流電壓並輸出至該負載RL，該整流電路300包括一上層電力單元、至少一中層電力單元及一下層電力單元，其中該上層電力單元設有四個端子Io、1、2、3，該第n個中層電力單元Cell-n設有六個端子n1、n2、n3、n4、n5、n6，該下層電力單元則設有四個端子Gnd、4、5、6，該上、中及下層電力單元係依序串聯在一起。
在該第三個較佳實施例中，參閱第13(a)圖所示，該上層電力單元係由二電容器C1、C2、一電感器Lr1、一第一次級繞組S1及一開關D1所組成，其中該電感器Lr1係代表該第一次級繞組S1之漏感或外加電感。在該上層電力單元中，該上層電力單元之端子Io係與該負載RL之一正極節點相連接，該箝制電容器C1之一第一節點及該電感器Lr1之一第一節點係連接至該端子Io，該電感器Lr1之一第二節點則係連接至該第一次級繞組S1之一標點節點，該第一次級繞組S1之一未標點節點係連接至該開關D1 之一上節點及該箝制電容器C2之一第一節點，該箝制電容器C1之一第二節點(即，該上層電力單元之端子1)及該開關D1之一下節點(即，該上層電力單元之端子2)係連接在一起，且該上層電力單元之端子1及端子2尚分別連接至第一個中層電力單元Cell-1之端子11及端子12，該箝制電容器C2之一第二節點(即，該上層電力單元之端子3)係連接至第一個中層電力單元Cell-1之端子13。
復參閱第13(a)圖所示，該下層電力單元係由一箝制電容器C3、一電感器Lr2、一第二次級繞組S2及一開關D2所組成，其中該電感器Lr2係代表該第二次級繞組S2之漏感或外加電感。在該下層電力單元中，該下層電力單元之端子Gnd係與該負載RL之一負極節點相連接，該箝制電容器C3之一第二節點與該電感器Lr2之一第一節點係連接至該端子Gnd，該電感器Lr2之一第二節點則係連接至該第二次級繞組S2之一標點節點，該第二次級繞組S2之一未標點節點(即，該下層電力單元之端子6)係連接至該開關D2之一下節點，該箝制電容器C3之一第一節點(即，該下層電力單元之端子4)及該開關D2之一上節點(即，該下層電力單元之端子5)係連接在一起，且該下層電力單元之端子4、5及6尚分別連接至最後一個中層電力單元Cell-x之端子x4、x5及x6。
復參閱第13(a)圖所示，複數個中層電力單元Cell-n係依序串接在該上層電力單元及下層電力單元之間，以將施加在該整流電路300中各開關上之電壓應力降低至一預設之電壓位準。參閱第13(b)圖所示，第n個中層電力單元Cell-n係由二箝制電容器C4n、C5n及二開關D3n、D4n所組成，其中第n個中層電力單元Cell-n之端子n1、n2，係分別與該箝制電容器C4n之一第一節點及該開 關D4n之一上節點相連接，該第n個中層電力單元Cell-n之端子n3係連接至該開關D4n之一下節點及該開關D3n之一上節點之間，且連接至該箝制電容器C5n之一第一節點，該第n個中層電力單元Cell-n之端子n4、n5、n6，係分別連接至該箝制電容器C4n之一第二節點、該開關D3n之一下節點及該箝制電容器C5n之一第二節點。
復參閱第13(a)圖所示，該第n個中層電力單元Cell-n之端子n1、n2、n3，係分別連接至該第n-1個中層電力單元Cell-(n-1)之端子(n-1)4、(n-1)5、(n-1)6，且該第n個中層電力單元Cell-n之端子n4、n5、n6，係分別連接至該第n+1個中層電力單元Cell-(n+1)之端子(n+1)1、(n+1)2、(n+1)3。在此需特別提及的是，在兩個以上之中層電力單元被依序串接在該上層電力單元及下層電力單元之間的情形下，該第n個中層電力單元Cell-n之端子n4、n5係連接在一起，但最後一個中層電力單元Cell-x之端子x4、x5除外。
復參閱第13(a)圖所示，該整流電路300之變壓器T1係由該第一次級繞組S1、該第二次級繞組S2及至少一初級繞組P1所組成，其中該第一次級繞組S1及第二次級繞組S2係具有相同的繞組數，該變壓器T1上之該等電感器Lr1、Lr2係分別代表該第一次級繞組S1及第二次級繞組S2之漏感，或二獨立之電感，或是一含二繞組之耦合電感。
參閱第14及15圖所示，係根據該第三較佳實施例所設計之一電路及其穩態操作階段之示意圖，該整流電路中僅具有一個中層電力單元，且僅設有四個開關D1、D2、D4n、D3n(n=1)，該等開關可分別為整流二極體(diode)。當假設該等箝制電容器C2、C51 之電容值係完全相同之情形下，跨越各該電容器C2、C51兩端所產生之電壓值將等於直流輸出電壓之二分之一。
在該第三較佳實施例中，由於該變壓器T1之初級繞組P1所產生之輸入電壓係耦合至該第一次級繞組S1及該第二次級繞組S2，以產生所需之交流電壓，因此如第15(a)~15(d)圖所示，該等開關D1、D2將因工作於順向偏壓(forward-biased)而導通，或因被工作於逆向偏壓(reversed-biased)而斷開，而使得該整流電路300在一穩態之切換週期內，能有四個操作階段。
請參閱第15(a)圖所示，當該等開關D1、D2、D31、D41分別為整流二極體，且在第一時段內該第一次級繞組S1及第二次級繞組S2對該等開關D1、D31工作於順向偏壓時，該第一次級繞組S1及第二次級繞組S2將透過下列路徑(以元件編號依序標示出其路徑及方向)，而分別對該等電容器進行充電及放電：(1)S1(dot)-Lr1-C1-D1-S1(non-dot)；(2)S1(dot)-Lr1-RL-C3-D31-C2-S1(non-dot)；及(3)S2(dot)-Lr2-C3-D31-C51-S2(non-dot)，其中，在第一時段內，當對該等電容器C1及C51分別進行充電時，該等箝制電容器C3及C2會分別進行放電。
請參閱第15(b)圖所示，在第二時段內，當該第一次級繞組S1及第二次級繞組S2分別對該等開關D1、D31於逆向偏壓下工作時，該等箝制電容器C2及C51會進行放電，且電能會被儲存在該變壓器T1之漏感中。此時，由於該二次級繞組S1及S2的極性係相反，故跨越該二次級繞組S1及S2所產生的電壓將相互抵銷，且跨越該等箝制電容器C2及C51的電壓和將等於輸出電壓。另 外，由於漏感能量被吸收，該等開關D1、D31之電壓波形上將不會產生電壓突波，且其上所承受之電壓應力將被限制在1/2輸出電壓之範圍內。此外，跨越該等電容器C2、C51及C41所產生的平均電壓將分別等於1/2之輸出電壓，且跨越該等電容器C1及C3所產生的平均電壓將分別等於1/4之輸出電壓。
請參閱第15(C)圖所示，在第三時段內，當該第一次級繞組S1及第二次級繞組S2分別使得該等開關D2、D41而於順向偏壓下工作時，該第一次級繞組S1及第二次級繞組S2將會分別透過下列路徑(以元件編號依序標示出其路徑及方向)，而對該等電容器進行充電及放電：(1)S1(non-dot)-C2-D41-C1-Lr1-S1(dot)；(2)S2(non-dot)-C51-D41-C1-RL-Lr2-S2(dot)；及(3)S2(non-dot)-D2-C3-Lr2-S2(dot)，其中，在第三時段內，當對該等電容器C3及C2分別進行充電時，該等箝制電容器C1及C51會分別進行放電。
請參閱第15(d)圖所示，在第四時段內，當該第一次級繞組S1及第二次級繞組S2分別使得該等開關D2、D41於逆向偏壓下工作時，該等箝制電容器C2及C51會進行放電，且電能會被儲存在該變壓器T1之漏感中。此時，由於該二次級繞組S1及S2的極性係相反，故跨越該二次級繞組S1及S2的電壓將相互抵銷，且跨越該等箝制電容器C2及C51所產生的電壓和等於輸出電壓。另外，由於漏感能量被吸收，該等開關D2、D41之電壓波形上將不會產生電壓突波，且其上所承受之電壓應力將被限制在1/2輸出電壓之範圍內。此外，跨越該等電容器C2、C51及C41所產生的平 均電壓將分別等於1/2之輸出電壓，且跨越該等電容器C1及C3所產生的平均電壓將分別等於1/4之輸出電壓。
在第13(a)圖所示之前述電路300中，該等開關D1、D2、D4n及D3n可為整流二極體，但在實際施作時並不侷限於此，亦可依實際需要兒以其他類型之同步整流器(synchronous rectifiers)，或是二極體與同步整流器之組合(a combination of diode and synchronous rectifier)予以取代。
本發明之第四較佳實施例係提供一種電力整流電路400，請參閱第16圖所示，該整流電路400係修改自第13圖所示之該整流電路300，其中二完全獨立之脈沖列(pulse trains)AC1、AC2係被用以取代第13圖所示之該第一次級繞組S1及第二次級繞組S2，該等獨立之脈沖列AC1、AC2能產生相同振幅及頻率(amplitude and timing clock)之脈沖。該整流電路400包括一上層電力單元、至少一中層電力單元及一下層電力單元，其中該上層電力單元設有五個端子AC1(+)、AC1(-)、1、2、3，第n個中層電力單元Cell-n設有六個端子n1、n2、n3、n4、n5、n6，該下層電力單元則設有五個端子AC2(+)、AC2(-)、4、5、6，該上、中及下層電力單元係依序串聯在一起。
參閱第16(a)圖所示，該上層電力單元係由二電容器C1、C2及一開關D1所組成，其中該第一脈沖列AC1係跨接在該等端子AC1(+)及AC1(-)之間，該上層電力單元之端子AC1(-)係與一負載RL之一正極節點相連接，該電容器C1之一第一節點係與該端子AC1(-)相連接，該開關D1之一上節點及該電容器C2之一第一節點係與該端子AC1(+)相連接，該電容器C1之一第二節點(即，該 上層電力單元之端子1)與該開關D1之一下節點(即，該上層電力單元之端子2)係連接在一起，且該上層電力單元之端子1及2尚分別連接至第一個中層電力單元Cell-1之端子11及12，該箝制電容器C2之一第二節點(即，該上層電力單元之端子3)係連接至第一個中層電力單元Cell-1之端子13。
復參閱第16(a)圖所示，該下層電力單元係由一箝制電容器C3及一開關D2所組成，其中該第二脈沖列AC2係跨接至該等端子AC2(+)及AC2(-)之間，該下層電力單元之端子AC2(-)係與該負載RL之一負極節點相連接，該電容器C3之一第二節點係連接至該端子AC2(-)，該開關D2之一下節點及該下層電力單元之端子6係連接至該端子AC2(+)，該電容器C3之一第一節點(即，該下層電力單元之端子4)及該開關D2之一上節點(即，該下層電力單元之端子5)係連接在一起，且該下層電力單元之端子4、5及6尚分別連接至最後一個中層電力單元Cell-x之端子x4、x5及x6。
參閱第16(a)圖所示，複數個中層電力單元Cell-n係依序串接在該上層電力單元及下層電力單元之間，以將施加在該整流電路400中各開關上之電壓應力降低至一預期之電壓標準。參閱第16(b)圖所示，第n個中層電力單元Cell-n係由二箝制電容器C4n、C5n及二開關D3n、D4n所組成，其中第n個中層電力單元Cell-n之端子n1、n2係分別與該箝制電容器C4n之一第一節點及該開關D4n之一上節點相連接，該第n個中層電力單元Cell-n之端子n3係連接至該開關D4n之一下節點及該開關D3n之一上節點之間，且連接至該箝制電容器C5n之一第一節點，該第n個中層電力單元Cell-n之端子n4、n5、n6係分別連接至該箝制電容器C4n之一 第二節點、該開關D3n之一下節點，以及該箝制電容器C5n之一第二節點。
復參閱第16(a)圖所示，該第n個中層電力單元Cell-n之端子n1、n2、n3，係分別連接至該第n-1個中層電力單元Cell-(n-1)之端子(n-1)4、(n-1)5、(n-1)6，且該第n個中層電力單元Cell-n之端子n4、n5、n6，係分別連接至該第n+1個中層電力單元Cell-(n+1)之端子(n+1)1、(n+1)2、(n+1)3。在此需特別一提的是，在兩個以上之中層電力單元被依序串接在該上層電力單元及下層電力單元之間的情形下，該第n個中層電力單元Cell-n之端子n4、n5係連接在一起，但最後一個中層電力單元Cell-x之端子x4、x5除外。
參閱第17圖所示，其係根據第16(a)圖所示之第四較佳實施例所設計之一電路穩態示意圖，該整流電路400中不具有一個中層電力單元，且僅設有兩個開關D1及D2，該等開關可分別為MOSFET，在一穩態之切換週期內，該整流電路400之操作階段及狀態係與該第三個較佳實施例中相同穩態之整流電路相同，茲不再贅述。
參閱第18圖所示，其係根據第16(a)圖所示之第四個較佳實施例所設計之另一電路態樣示意圖，該整流電路400中僅具有一個中層電力單元，且僅設有四個開關D1、D41、D31及D2，該等開關可分別為MOSFET，在一穩態之切換週期內，該整流電路400之操作階段及狀態係與該第三個較佳實施例中相同態樣之整流電路相同，故不再贅述。
以上所述，僅係本發明之若干較佳實施例，惟，在實施本發明時，並不侷限於此，亦可依據實際需要，以其它等效元件取代 各該電路中之對應元件，故任何熟悉該項技藝者在本發明領域內，可輕易思及之前述等效變化或修飾，皆應被涵蓋在以下本案之申請專利範圍中。
100、200‧‧‧逆變電路
300、400‧‧‧整流電路
AC1、AC2‧‧‧脈沖列
In、Io、1、2、3、AC1(+)、AC1(-)‧‧‧上層電力單元之端子
Cell-1、Cell-2、Cell-n、Cell-x‧‧‧中層電力單元
n1、n2、n3、n4、n5、n6、11~16、x1~x6、21~26‧‧‧中層電力單元之端子
Gnd、4、5、6、AC2(+)、AC2(-)‧‧‧下層電力單元之端子
C1、C2、C3、C6、C7、C4n、C5n、C41、C51‧‧‧電容器
Q1、Q2、Q31、Q41、Q3n、Q4n、D1、D2、D31、D41、D3n、D4n‧‧‧開關
Lr1、Lr2‧‧‧電感器
P1、P2‧‧‧初級繞組
S1、S2‧‧‧次級繞組
T1‧‧‧變壓器
Vin‧‧‧輸入電壓
AC‧‧‧輸出端
RL‧‧‧負載
第1圖係一傳統半橋式電力逆變器(half-bridge power converter)之架構示意圖；第2圖係另一傳統半橋式電力逆變器之架構示意圖；第3(a)及3(b)圖分別係第1及2圖所示之半橋式電力逆變器之對應元件上之電流波形示意圖；第4(a)及4(b)圖分別係又一傳統半橋式電力逆變器之架構示意圖及其上驅動訊號VGS1 、VGS3 、VGS2 、VGS4 之波形示意圖；第5(a)、5(b)及5(c)圖分別係本發明之第一個較佳實施例之DC-AC電力逆變電路示意圖、其上第n個中層電力單元(nth middle cell)Cell-n之電路示意圖及其上驅動訊號之波形示意圖；第6圖係第5(a)圖所示之DC-AC電力逆變電路中僅具有一個中層電力單元之電路示意圖；第7(a)~7(d)圖係分別代表第6圖所示之DC-AC電力逆變電路中各開關分別被導通(turn on)及斷開(turn off)時之等效電路示意圖；第8(a)、8(b)及8(c)圖分別係本發明之第二個較佳實施例之DC-AC電力逆變電路示意圖、其上第n個中層電力單元Cell-n之電路示意圖及其上驅動訊號之波形示意圖；第9圖係第8(a)圖所示之DC-AC電力逆變電路中不具有一個中層電力單元之電路示意圖； 第10(a)~10(d)圖係分別代表第9圖所示之DC-AC電力逆變電路中各開關分別被導通及斷開時之等效電路示意圖；第11圖係第8(a)圖所示之DC-AC電力逆變電路中僅具有一個中層電力單元之電路示意圖；第12(a)~12(d)圖係分別代表第11圖所示之DC-AC電力逆變電路中各開關分別被導通及斷開時之等效電路示意圖；第13(a)及13(b)圖分別係本發明之第三個較佳實施例之AC-DC電力整流電路示意圖及其上第n個中層電力單元Cell-n之電路示意圖；第14圖係第13圖所示之AC-DC電力整流電路中僅具有一個中層電力單元之電路示意圖；第15(a)~15(d)圖係分別代表第14圖所示之AC-DC電力整流電路中各整流二極體分別被導通及斷開時之等效電路示意圖；第16(a)及16(b)圖分別係本發明之第四個較佳實施例之AC-DC電力整流電路示意圖及其上第n個中層電力單元Cell-n之電路示意圖；第17圖係第16(a)圖所示之AC-DC電力整流電路中不具有一個中層電力單元之電路示意圖；及第18圖係第16(a)圖所示之AC-DC電力整流電路中僅具有一個中層電力單元之電路示意圖。
100‧‧‧逆變電路
In、1、2、3‧‧‧上層電力單元之端子
Cell-1、Cell-2、Cell-n、Cell-x‧‧‧中層電力單元
n1、n2、n3、n4、n5、n6、11~16、x1~x6、21~26‧‧‧中層電力單元之端子
Gnd、4、5、6‧‧‧下層電力單元之端子
C1、C2、C3、C4n、C5n‧‧‧電容器
Q1、Q2、Q3n、Q4n‧‧‧開關
Lr1、Lr2‧‧‧電感器
T1‧‧‧變壓器
P1、P2‧‧‧初級繞組
S1‧‧‧次級繞組
Vin‧‧‧輸入電壓
AC‧‧‧輸出端

Claims (10)

  1. 一種具有零電流漣波的電力逆變電路，該電路係並聯至一輸入端，以將該輸入端所提供之一直流電壓轉換成一交流電壓，該電路包括有：一上層電力單元，其包含一第一電容器、一第二電容器、一第一開關、一第一電感器及一第一初級繞組，其中該第一電感器及第一初級繞組係串聯在該第一電容器之一第一節點與該第一開關之一上節點之間，且該第二電容器之一第一節點係連接至該第一開關之上節點；一下層電力單元，其包含一第三電容器、一第二開關、一第二電感器及一第二初級繞組，其中該第二電感器及第二初級繞組係串聯在該第三電容器之一第二節點與該第二開關之一下節點之間；一變壓器，其係由該第一初級繞組、該第二初級繞組及至少一次級繞組所組成，其中該第一初級繞組及第二初級繞組係具有相同之繞組數；以及至少一中層電力單元，其係串聯在該上層及下層電力單元之間，各該中層電力單元分別包含一第四電容器、一第五電容器、一第三開關及一第四開關，其中該第三及第四開關係彼此串聯，當該逆變電路僅具有一個該中層電力單元時，該第四開關之一上節點係連接至該第一開關之一下節點，該第四電容器之一第一節點係連接至該第一電容器之一第二節點，該第五電容器之一第一節點係連接至該第二電容器之一第二節點，且連 接至該第三開關與第四開關間之一節點，該第四電容器之一第二節點、該第三開關之一下節點及該第五電容器之一第二節點，則係分別連接至該第三電容器之一第一節點、該第二開關之一上節點及該第二開關之下節點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的逆變電路，當該電路具有數個該中層電力單元時，第一個中層電力單元之第四開關之上節點係連接至該上層電力單元之第一開關之一下節點，該第一個中層電力單元之第四電容器之一第一節點係連接至該上層電力單元之第一電容器之一第二節點，該第一個中層電力單元之第五電容器之第一節點係連接至該上層電力單元之第二電容器之一第二節點，且連接至該第一個中層電力單元之第三及第四開關之間的一節點，該第一個中層電力單元之第四電容器之第二節點、該第三開關之下節點及該第五電容器之第二節點，則係分別連接至下一個該中層電力單元之第四電容器之第一節點、該第四開關之上節點及該第五電容器之第一節點，最後一個該中層電力單元之第四電容器之第二節點、該第三開關之下節點以及該第五電容器之第二節點，則係分別連接至該下層電力單元之第三電容器之第一節點、該第二開關之上節點及該第二開關之下節點，且各該等中層電力單元之第四電容器之第二節點及該第三開關之下節點係連接在一起，但最後一個該中層電力單元之第四電容器之第二節點及該第三開關之下節點除外。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的逆變電路，其中該上層電力單元 之第一電容器之第二節點及該第一開關之下節點係連接在一起，該下層電力單元之第三電容器之第一節點及該第二開關之上節點係連接在一起。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的逆變電路，其中該上層電力單元之第一電容器之第二節點及該第一開關之下節點係透過一第六電容器而連接在一起，該下層電力單元之第三電容器之第一節點及該第二開關之上節點，係透過一第七電容器而連接在一起。
  5. 一種具有零電流漣波的電力逆變電路，該電路係並聯至一輸入端，以將該輸入端提供之一直流電壓轉換成一交流電壓，該電路包括：一上層電力單元，其包含一第一電容器、一第二電容器、一第六電容器、一第一開關、一第一電感器及一第一初級繞組，其中該第一電感器及第一初級繞組係串聯在該第一電容器之一第一節點與該第一開關之一上節點之間，該第二電容器之一第一節點係連接至該第一開關之上節點，且該第一電容器之一第二節點及該第一開關之一下節點，係透過該第六電容器而連接在一起；一下層電力單元，其包含一第三電容器、一第二開關、一第二電感器及一第二初級繞組，其中該第二電感器及第二初級繞組係串聯在該第三電容器之一第二節點與該第二開關之一下節點之間，且該第三電容器之一第一節點、該第二開關之一上節點及該第二開關之一下節點，係分別連接至該第一電容器之一 第二節點、該第一開關之一下節點及該第二電容器之一第二節點；以及一變壓器，其係由該第一初級繞組、該第二初級繞組以及至少一次級繞組所組成，其中該第一初級繞組及第二初級繞組係具有相同之繞組數。
  6. 一種具有零電流漣波的電力整流電路，該整流電路係並聯至一負載，以將一變壓器所提供之一交流電壓轉換成一直流電壓，並輸出至該負載，該整流電路包括：一上層電力單元，其包含一第一電容器、一第二電容器、一第一開關、一第一電感器及一第一次級繞組，其中該第一電感器及第一次級繞組係串聯在該第一電容器之一第一節點與該第一開關之一上節點之間，該第二電容器之一第一節點係連接至該第一開關之上節點，且該第一電容器之一第二節點與該第一開關之一下節點係連接在一起；一下層電力單元，其包含一第三電容器、一第二開關、一第二電感器及一第二次級繞組，其中該第二電感器及第二次級繞組係串聯在該第三電容器之一第二節點與該第二開關之一下節點之間，且該第三電容器之一第一節點與該第二開關之上節點係連接在一起；一變壓器，其係由該第一次級繞組、該第二次級繞組及至少一初級繞組所組成，其中該第一次級繞組及第二次級繞組係具有相同之繞組數；及至少一中層電力單元，其係串聯在該上層及下層電力單元之 間，各該中層電力單元係分別包含一第四電容器、一第五電容器、一第三開關及一第四開關，其中該第三及第四開關係彼此串聯，當該整流電路僅具有一個該中層電力單元時，該第四開關之一上節點係連接至該第一開關之一下節點，該第四電容器之一第一節點係連接至該第一電容器之一第二節點，該第五電容器之一第一節點係連接至該第二電容器之一第二節點，並連接至該第三及第四開關間之一節點，該第四電容器之第二節點、該第三開關之一下節點及該第五電容器之一第二節點，則係分別連接至該第三電容器之一第一節點、該第二開關之一上節點及該第二開關之一下節點。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的整流電路，當該整流電路具有數個該中層電力單元時，第一個中層電力單元之第四開關之上節點係連接至該上層電力單元之第一開關之一下節點，該第一個中層電力單元之第四電容器之一第一節點係連接至該上層電力單元之第一電容器之一第二節點，該第一個中層電力單元之第五電容器之一第一節點係連接至該上層電力單元之第二電容器之一第二節點，且連接至該第一個中層電力單元之第三及第四開關間之一節點，該第一個中層電力單元之第四電容器之第二節點、該第三開關之下節點及該第五電容器之第二節點，則係分別連接至下一個該中層電力單元之第四電容器之第一節點、該第四開關之上節點及該第五電容器之第一節點，最後一個該中層電力單元之第四電容器之第二節點、該第三開關之下節點及該第五電容器之第二節點，則係分別連接至該下層電力單元之第三電容器之第一節點、該第二開關之上節點及該第 二開關之下節點，且各該中層電力單元之第四電容器之第二節點及該第三開關之下節點係連接在一起，但最後一個該中層電力單元之第四電容器之第二節點及該第三開關之下節點除外。
  8. 一種具有零電流漣波的電力整流電路，該整流電路係並聯至一負載，以將一第一脈沖列及一第二脈沖列所提供之一交流電壓轉換成一直流電壓且輸出至該負載，該整流電路包括：一上層電力單元，其包含一第一電容器、一第二電容器及一第一開關，其中該第一脈沖列係跨接在該第一電容器之一第一節點與該第一開關之一上節點之間，該第二電容器之一第一節點係連接至該第一開關之上節點，且該第一電容器之一第二節點係與該第一開關之一下節點連接在一起；一下層電力單元，其包含一第三電容器及一第二開關，其中該第二脈沖列係跨接在該第三電容器之一第二節點與該第二開關之一下節點之間，且該第三電容器之一第一節點係與該第二開關之一上節點連接在一起；及至少一中層電力單元，係串聯在該上層及下層電力單元之間，各該中層電力單元係分別包含一第四電容器、一第五電容器、一第三開關及一第四開關，其中該第三及第四開關係彼此串聯，當該整流電路僅具有一個該中層電力單元時，該第四開關之一上節點係連接至該第一開關之一下節點，該第四電容器之一第一節點係連接至該第一電容器之一第二節點，該第五電容器之第一節點係連接至該第二電容器之一第二節點，且連接至該第三及第四開關間之一節點，該第四電容器之第二節點、該 第三開關之一下節點及該第五電容器之一第二節點，則係分別連接至該第三電容器之一第一節點、該第二開關之一上節點及該第二開關之一下節點。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的整流電路，當該整流電路具有數個該中層電力單元時，第一個中層電力單元之第四開關之上節點係連接至該上層電力單元之第一開關之一下節點，該第一個中層電力單元之第四電容器之一第一節點係連接至該上層電力單元之第一電容器之一第二節點，該第一個中層電力單元之第五電容器之第一節點係連接至該上層電力單元之第二電容器之一第二節點，且連接至該第一個中層電力單元之第三及第四開關間之一節點，該第一個中層電力單元之第四電容器之第二節點、該第三開關之下節點及該第五電容器之第二節點，則係分別連接至下一個該中層電力單元之第四電容器之第一節點、該第四開關之上節點及該第五電容器之第一節點，最後一個該中層電力單元之第四電容器之第二節點、第三開關之下節點及第五電容器之第二節點，則係分別連接至該下層電力單元之第三電容器之第一節點、該第二開關之上節點及該第二開關之下節點，且各該中層電力單元之第四電容器之第二節點及該第三開關之下節點係連接在一起，但最後一個該中層電力單元之第四電容器之第二節點及該第三開關之下節點除外。
  10. 一種具有零電流漣波的電力整流電路，該整流電路係並聯至一負載，以將一第一脈沖列及一第二脈沖列所提供之一交流電壓轉換成一直流電壓，並輸出至該負載，該整流電路包括： 一上層電力單元，其包含一第一電容器、一第二電容器及一第一開關，其中該第一脈沖列係跨接在該第一電容器之一第一節點與該第一開關之一上節點之間，該第二電容器之一第一節點係連接至該第一開關之上節點，且該第一電容器之一第二節點係與該第一開關之一下節點連接在一起；及一下層電力單元，其包含一第三電容器及一第二開關，其中該第二脈沖列係跨接在該第三電容器之一第二節點與該第二開關之一下節點之間，且該第二開關之下節點亦連接至該第二電容器之一第二節點，該第三電容器之一第一節點及該第二開關之一上節點並分別連接至該第一電容器之一第二節點與該第一開關之一下節點；如此，在一切換週期內對該等開關交替導通或斷開，該整流電路不僅會提供該直流電壓予該負載，尚會消除輸出電流漣波，並降低施加在該等開關上之電壓應力。
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