TWI485968B - 電源轉換系統及其操作方法 - Google Patents

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Description

電源轉換系統及其操作方法
本發明係有關一種電源轉換系統及其操作方法，尤指一種具有雙降壓式逆變器之太陽能光伏電源轉換系統及其操作方法。
請參閱第一圖係為先前技術雙降壓式逆變器(dual-buck inverter)之電路圖。該雙降壓式逆變器係接收一直流輸入電壓Vdc，並且轉換該直流輸入電壓Vdc為一交流輸出電壓Vac。該雙降壓式逆變器係包含兩組降壓電路，分別為一第一降壓電路BC1與一第二降壓電路BC2。其中，該第一降壓電路BC1係主要包含一第一橋臂Lg1a與一第二橋臂Lg2a，並且該第一橋臂Lg1a係包含一第一開關S1a與串聯該第一開關S1a之一第一二極體D1a；該第二橋臂Lg2a係包含一第二開關S2a與串聯該第二開關S2a之一第二二極體D2a。該第二降壓電路BC2係主要包含一第三橋臂Lg3a與一第四橋臂Lg4a，並且該第三橋臂Lg3a係包含一第三開關S3a與串聯該第三開關S3a之一第三二極體D3a；該第四橋臂Lg4a係包含一第四開關S4a與串聯該第四開關S4a之一第四二極體D4a。此外，該第一降壓電路BC1與該第二降壓電路BC2係並聯連接一輸入電容C1a。
配合參閱第二圖係為先前技術雙降壓式逆變器之驅動信號之波形示意圖。透過一驅動信號產生電路(未圖示)產生對應控制該第一開關S1a、該第二開關S2a、該第三開關S3a以及該第四開關S4a的複數個控制信號，分別為一第一控制信號Sca1、一第二控制信號Sca2、一第三控制信號Sca3以及一第四控制信號Sca4。
該第一控制信號Sca1與該第二控制信號Sca2係為一互補低頻信號對。當該交流輸出電壓Vac為正半週時(時間t0~t1區間)，該第一控制信號Sca1為高準位導通該第一開關S1a，該第二控制信號Sca2為低準位截止該第二開關S2a。該第三控制信號Sca3為低準位截止該第三開關S3a，該第四控制信號Sca4為高頻切換該第四開關S4a。當該交流輸出電壓Vac為負半週時(時間t1~t2區間)，該第一控制信號Sca1為低準位截止該第一開關S1a，該第二控制信號Sca2為高準位導通該第二開關S2a。該第三控制信號Sca3為高頻切換該第三開關S3a，該第四控制信號Sca4為低準位截止該第四開關S4a。
然而，在此雙降壓式逆變器架構下，由於該交流輸出電壓Vac變化大，因此，造成寄生電容Cp1,Cp2上的電壓變化較大，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。
因此，如何設計出一種電源轉換系統及其操作方法，透過兩轉換電路電路與兩濾波電路所組成的雙降壓式逆變器(dual-buck inverter)架構，提供儲能元件的儲能與釋能路徑，並且濾波電路與輸入直流側之中性點連接，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電源轉換系統，以克服習知技術的問題。因此本發明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。該電源轉換系統係包含一輸入電容組、一第一轉換電路、一第二轉換電路、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一中性點，並且接收該直流輸入電壓。該第一轉換電路係並聯該輸入電容組；該第二轉換電路係並聯該輸入電容組。該第一濾波電路係連接該第一轉換電路與該第二轉換電路之間，並且該第一濾波電路之輸出側係連接該中性點。該第二濾波電路係連接該第一轉換電路與該第二轉換電路之間，並且該第二濾波電路之輸出側係連接該中性點。該控制電路係產生複數個控制信號，分別控制該第一轉換電路與該第二轉換電路，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一中性點；(b)提供一第一轉換電路，係並聯該輸入電容組；(c)提供一第二轉換電路，係並聯該輸入電容組；(d)提供一第一濾波電路，係連接該第一轉換電路與該第二轉換電路之間，並且該第一濾波電路之輸出側係連接該中性點；(e)提供一第二濾波電路， 係連接該第一轉換電路與該第二轉換電路之間，並且該第二濾波電路之輸出側係連接該中性點；以及(f)提供一控制電路，係產生複數個控制信號，分別控制該第一轉換電路與該第二轉換電路，以降低該直流輸入電壓之寄生電容效應所造成之漏電流。
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
BC1‧‧‧第一降壓電路
BC2‧‧‧第二降壓電路
Lg1a‧‧‧第一橋臂
Lg2a‧‧‧第二橋臂
Lg3a‧‧‧第三橋臂
Lg4a‧‧‧第四橋臂
S1a‧‧‧第一開關
S2a‧‧‧第二開關
S3a‧‧‧第三開關
S4a‧‧‧第四開關
D1a‧‧‧第一二極體
D2a‧‧‧第二二極體
D3a‧‧‧第三二極體
D4a‧‧‧第四二極體
C1a‧‧‧輸入電容
Sca1‧‧‧第一控制信號
Sca2‧‧‧第二控制信號
Sca3‧‧‧第三控制信號
Sca4‧‧‧第四控制信號
Cp1,Cp2‧‧‧寄生電容
Icp1,Icp2‧‧‧漏電流
t0,t1,t2‧‧‧時間
〔本發明〕
Vdc‧‧‧直流輸入電壓
Vac‧‧‧交流輸出電壓
10‧‧‧輸入電容組
11‧‧‧第一轉換電路
12‧‧‧第二轉換電路
21‧‧‧第一濾波電路
22‧‧‧第二濾波電路
30‧‧‧控制電路
301‧‧‧第一比較單元
302‧‧‧第二比較單元
303‧‧‧第三比較單元
304‧‧‧信號反向單元
305‧‧‧第一及閘單元
306‧‧‧第二及閘單元
307‧‧‧反閘單元
101‧‧‧第一電容
102‧‧‧第二電容
111‧‧‧第一支路
112‧‧‧第二支路
113‧‧‧第一輔助支路
121‧‧‧第三支路
122‧‧‧第四支路
123‧‧‧第二輔助支路
Po‧‧‧中性點
S1‧‧‧第一功率開關
S2‧‧‧第二功率開關
Sx1‧‧‧第一輔助功率開關
D1‧‧‧第一二極體
D2‧‧‧第二二極體
Dx1‧‧‧第一輔助二極體
S3‧‧‧第三功率開關
S4‧‧‧第四功率開關
Sx2‧‧‧第二輔助功率開關
D3‧‧‧第三二極體
D4‧‧‧第四二極體
Dx2‧‧‧第二輔助二極體
L1‧‧‧第一輸出電感
L2‧‧‧第二輸出電感
L3‧‧‧第三輸出電感
L4‧‧‧第四輸出電感
C1‧‧‧第一輸出電容
C2‧‧‧第二輸出電容
Sc1‧‧‧第一控制信號
Sc2‧‧‧第二控制信號
Scx1‧‧‧第一輔助控制信號
Scx2‧‧‧第二輔助控制信號
So1‧‧‧第一輸出信號
So2‧‧‧第二輸出信號
Stri‧‧‧三角載波信號
Lps‧‧‧正半週儲能迴路
Lpr‧‧‧正半週釋能迴路
Lns‧‧‧負半週儲能迴路
Lnr‧‧‧負半週釋能迴路
Sac‧‧‧交流輸出電壓信號
Sac-‧‧‧反向交流輸出電壓信號
t0,t1,t2‧‧‧時間
S10~S60‧‧‧步驟
Cp1,Cp2‧‧‧寄生電容
Icp1,Icp2‧‧‧漏電流
第一圖係為先前技術雙降壓式逆變器(dual-buck inverter)之電路圖；第二圖係為先前技術雙降壓式逆變器之驅動信號之波形示意圖；第三圖係為本發明電源轉換系統第一實施例之電路圖；第四圖係為本發明電源轉換系統之控制電路之電路示意圖；第五圖係為本發明電源轉換系統之開關控制信號之波形示意圖；第六圖係為本發明電源轉換系統第一實施例為正半週儲能操作時之電路圖；第七圖係為本發明電源轉換系統第一實施例為正半週釋能操作時之電路圖；第八圖係為本發明電源轉換系統第一實施例為負半週儲能操作時之電路圖； 第九圖係為本發明電源轉換系統第一實施例為負半週釋能操作時之電路圖；第十圖係為本發明電源轉換系統第二實施例之電路圖；第十一圖係為本發明電源轉換系統第三實施例之電路圖；及第十二圖係為本發明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：
請參閱第三圖係為本發明電源轉換系統第一實施例之電路圖。該電源轉換系統係可為一太陽能光伏電源轉換系統，並且該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。該電源轉換系統係包含一輸入電容組10、一第一轉換電路11、一第二轉換電路12、一第一濾波電路21、一第二濾波電路22以及一控制電路30。該輸入電容組10係包含一第一電容101與一第二電容102。該第一電容101與該第二電容102係連接一中性點Po，並且接收該直流輸入電壓Vdc。其中該第一電容101與該第二電容102係連接於該中性點Po，以維持該第一電容101與第二電容102之跨壓分別等於該直流輸入電壓Vdc的一半。
該第一轉換電路11係並聯該輸入電容組10，包含一第一支路111、一第二支路112以及一第一輔助支路113。該第一支路111係由一第一功率開關S1連接一第一二極體D1形成；該第二支路112係由一第二功率開關S2連接一第二二極體D2形成；該第一輔助支路113係由一第一輔助功率開關Sx1連接一第一輔助二極體Dx1形成，其中該第一輔助支路113係連接於該第一支路111與該第二支路 112之間；該控制電路30係產生一第一控制信號Sc1控制該第一功率開關S1與該第二功率開關S2，以及產生一第一輔助控制信號Scx1控制該第一輔助功率開關Sx1。
該第二轉換電路12係並聯該輸入電容組10，包含一第三支路121、一第四支路122以及一第二輔助支路123。該第三支路121係由一第三功率開關S3連接一第三二極體D3形成；該第四支路122係由一第四功率開關S4連接一第四二極體D4形成；該第二輔助支路123係由一第二輔助功率開關Sx2連接一第二輔助二極體Dx2形成，其中該第二輔助支路123係連接於該第三支路121與該第四支路122之間；該控制電路30係產生一第二控制信號Sc2控制該第三功率開關S3與該第四功率開關S4，以及產生一第二輔助控制信號Scx2控制該第二輔助功率開關Sx2。
該第一濾波電路21係連接該第一轉換電路11與該第二轉換電路12之間，並且該第一濾波電路21之輸出側係連接該中性點Po。該第一濾波電路21係包含一第一輸出電感L1、一第二輸出電感L2以及一第一輸出電容C1，該第一輸出電感L1之一端係連接該第二輸出電感L2之一端，再與該第一輸出電容C1之一端連接，該第一輸出電感L1之另一端係連接該第一功率開關S1、該第一輔助功率開關Sx1以及第一二極體D1，該第二輸出電感L2之另一端係連接該第四功率開關S4與該第二輔助二極體Dx2，並且該第一輸出電容C1之另一端係連接該中性點Po。
該第二濾波電路22係連接該第一轉換電路11與該第二轉換電路12之間，並且該第二濾波電路22之輸出側係連接該中性點Po。該第二濾波電路22係包含一第三輸出電感L3、一第四輸出電感L4以及 一第二輸出電容C2，該第三輸出電感L3之一端係連接該第四輸出電感L4之一端，再與該第二輸出電容C2之一端連接，該第四輸出電感L4之另一端係連接該第三功率開關S3、該第二輔助功率開關Sx2以及第三二極體D3，該第三輸出電感L3之另一端係連接該第二功率開關S2與該第一輔助二極體Dx1，並且該第二輸出電容C2之另一端係連接該中性點Po。
其中該交流輸出電壓Vac係輸出於該第一輸出電容C1與該第二輸出電容C2之間。該控制電路係產生複數個控制信號，分別控制該第一轉換電路11與該第二轉換電路12，以降低該直流輸入電壓Vdc之寄生電容效應所造成之漏電流。至於該電源轉換系統之操作說明，將於後文有詳細之闡述。
請參閱第四圖係為本發明電源轉換系統之控制電路之電路示意圖。該控制電路30係包含一信號反向單元304、一第一及閘單元305、一第二及閘單元306、一反閘單元307、一第一比較單元301、一第二比較單元302以及一第三比較單元303。該第一比較單元301係具有一反相輸入端、一非反相輸入端以及一輸出端；該非反相輸入端係接收一交流輸出電壓信號Sac，該反相輸入端係接收一三角載波信號Stri；該輸出端係輸出一第一輸出信號So1。該第二比較單元302係具有一反相輸入端、一非反相輸入端以及一輸出端；該非反相輸入端係連接該信號反向單元304再接收該交流輸出電壓信號Sac，該反相輸入端係接收該三角載波信號Stri；該輸出端係輸出一第二輸出信號So2。該第三比較單元303係具有一反相輸入端、一非反相輸入端以及一輸出端；該非反相輸入端係接收該交流輸出電壓信號Sac，該反相輸入端係接地； 該輸出端係輸出該第一輔助控制信號Scx1，並且該輸出端係連接該反閘單元307以輸出該第二輔助控制信號Scx2。其中，該第一及閘單元305係接收該第一輸出信號So1與該第一輔助控制信號Scx1，以輸出該第一控制信號Sc1。第二及閘單元306係接收該第二輸出信號So2與該第二輔助控制信號Scx2，以輸出該第二控制信號Sc2。其中該三角載波信號Stri係為一高頻載波信號。值得一提，該脈波寬度調變信號之切換頻率(switching frequency)係等於該三角載波信號Stri之頻率。此外，該第一輔助控制信號Scx1與該第二輔助控制信號Scx2之轉換頻率係等於該交流輸出電壓信號Sac之低頻市電頻率。
配合參閱第五圖係為本發明電源轉換系統之開關控制信號之波形示意圖。當該交流輸出電壓Vac為正半週時(時間t0~t1區間)，該第一控制信號Sc1為一高頻切換信號、該第二控制信號Sc2為一低準位信號、該第一輔助控制信號Scx1為一低頻高準位信號以及該第二輔助控制信號Scx2為一低頻低準位信號。當該交流輸出電壓Vac為負半週時(時間t1~t2區間)，該第一控制信號Sc1為一低準位信號、該第二控制信號Sc2為一高頻切換信號、該第一輔助控制信號Scx1為一低頻低準位信號以及該第二輔助控制信號Scx2為一低頻高準位信號。其中該第一控制信號Sc1與該第二控制信號Sc2分別為一脈波寬度調變信號(PWM signal)。此外，該第一輔助控制信號Scx1與該第二輔助控制信號Scx2係為準位互補之低頻信號。亦即，當該第一輔助控制信號Scx1為高準位時，該第二輔助控制信號Scx2為低準位；反之，當第一輔助控制信號Scx1為低準位時，該第二輔助控制信號Scx2為高準位。
請參閱第六圖係為本發明電源轉換系統第一實施例為正半週儲能操作時之電路圖。當該交流輸出電壓Vac為正半週操作，該第一控制信號Sc1高頻切換導通該第一功率開關S1與該第二功率開關S2，並且該第一輔助控制信號Scx1低頻高準位導通該第一輔助功率開關Sx1時，該第一輸出電感L1與該第三輸出電感L3為儲能操作，此時，該電源轉換系統一正半週儲能迴路Lps係依序為該直流輸入電壓Vdc、該第一功率開關S1、該第一輸出電感L1、該交流輸出電壓Vac、該第三輸出電感L3、該第二功率開關S2，再回到該直流輸入電壓Vdc。
請參閱第七圖係為本發明電源轉換系統第一實施例為正半週釋能操作時之電路圖。當該交流輸出電壓Vac為正半週操作，該第一控制信號Sc1高頻切換截止該第一功率開關S1與該第二功率開關S2，並且該第一輔助控制信號Scx1低頻高準位導通該第一輔助功率開關Sx1時，該第一輸出電感L1與該第三輸出電感L3為釋能操作，此時，該電源轉換系統一正半週釋能迴路Lpr係依序為該第一輸出電感L1、該交流輸出電壓Vac、該第三輸出電感L3、該第一輔助二極體Dx1、該第一輔助功率開關Sx1，再回到該第一輸出電感L1。
請參閱第八圖係為本發明電源轉換系統第一實施例為負半週儲能操作時之電路圖。當該交流輸出電壓Vac為負半週操作，該第二控制信號Sc2高頻切換導通該第三功率開關S3與該第四功率開關S4，並且該第二輔助控制信號Scx2低頻高準位導通該第二輔助功率開關Sx2時，該第二輸出電感L2與該第四輸出電感L4為儲能操作，此時，該電源轉換系統一負半週儲能迴路Lns係依序為該直 流輸入電壓Vdc、該第三功率開關S3、該第四輸出電感L4、該交流輸出電壓Vac、該第二輸出電感L2以及該第四功率開關S4，再回到該直流輸入電壓Vdc。
請參閱第九圖係為電源轉換系統第一實施例為負半週釋能操作時之電路圖。當該交流輸出電壓Vac為負半週操作，該第二控制信號Sc2高頻切換截止該第三功率開關S3與該第四功率開關S4，並且該第二輔助控制信號Scx2低頻高準位導通該第二輔助功率開關Sx2時，該第二輸出電感L2與該第四輸出電感L4為釋能操作，此時，該電源轉換系統一負半週釋能迴路Lnr係依序為該第四輸出電感L4、該交流輸出電壓Vac、該第二輸出電感L2、該第二輔助二極體Dx2以及該第二輔助功率開關Sx2，再回到該第四輸出電感L4。
請參閱第十圖係為本發明電源轉換系統第二實施例之電路圖。該第二實施例與前述第一實施例(請參閱第三圖)最大差異在於由該第一輔助功率開關Sx1連接該第一輔助二極體Dx1所形成之該第一輔助支路113以及由該第二輔助功率開關Sx2連接該第二輔助二極體Dx2所形成之該第二輔助支路123連接關係有所變化，儘管如此，透過該第一輔助控制信號Scx1與該第二輔助控制信號Scx2對應控制，仍可達到第一實施例之電路操作功效。亦即，當該交流輸出電壓Vac為正半週操作，該第一輸出電感L1與該第三輸出電感L3為儲能操作時，此時，該電源轉換系統一正半週儲能迴路係依序為該直流輸入電壓Vdc、該第一功率開關S1、該第一輔助功率開關Sx1、該第一輸出電感L1、該交流輸出電壓Vac、該第三輸出電感L3、該第二功率開關S2，再回到該直流輸入電壓Vdc。當該 交流輸出電壓Vac為正半週操作，該第一輸出電感L1與該第三輸出電感L3為釋能操作時，此時，該電源轉換系統一正半週釋能迴路係依序為該第一輸出電感L1、該交流輸出電壓Vac、該第三輸出電感L3、該第一輔助二極體Dx1、該第一輔助功率開關Sx1，再回到該第一輸出電感L1。
當該交流輸出電壓Vac為負半週操作，該第二輸出電感L2與該第四輸出電感L4為儲能操作時，此時，該電源轉換系統一負半週儲能迴路係依序為該直流輸入電壓Vdc、該第三功率開關S3、該第二輔助功率開關Sx2、該第四輸出電感L4、該交流輸出電壓Vac、該第二輸出電感L2以及該第四功率開關S4，再回到該直流輸入電壓Vdc。當該交流輸出電壓Vac為負半週操作，該第二輸出電感L2與該第四輸出電感L4為釋能操作時，此時，該電源轉換系統一負半週釋能迴路係依序為該第四輸出電感L4、該交流輸出電壓Vac、該第二輸出電感L2、該第二輔助二極體Dx2以及該第二輔助功率開關Sx2，再回到該第四輸出電感L4。
請參閱第十一圖係為本發明電源轉換系統第三實施例之電路圖。該第三實施例與前述第一實施例(請參閱第三圖)最大差異在於由該第一輔助功率開關Sx1連接該第一輔助二極體Dx1所形成之該第一輔助支路113以及由該第二輔助功率開關Sx2連接該第二輔助二極體Dx2所形成之該第二輔助支路123連接關係有所變化，儘管如此，透過該第一輔助控制信號Scx1與該第二輔助控制信號Scx2對應控制，仍可達到第一實施例之電路操作功效。亦即，當該交流輸出電壓Vac為正半週操作，該第一輸出電感L1與該第三輸出電感L3為儲能操作時，此時，該電源轉換系統一正半週儲能迴路係 依序為該直流輸入電壓Vdc、該第一功率開關S1、該第一輔助功率開關Sx1、該第一輸出電感L1、該交流輸出電壓Vac、該第三輸出電感L3、該第二功率開關S2，再回到該直流輸入電壓Vdc。當該交流輸出電壓Vac為正半週操作，該第一輸出電感L1與該第三輸出電感L3為釋能操作時，此時，該電源轉換系統一正半週釋能迴路係依序為該第一輸出電感L1、該交流輸出電壓Vac、該第三輸出電感L3、該第一輔助二極體Dx1、該第一輔助功率開關Sx1，再回到該第一輸出電感L1。
當該交流輸出電壓Vac為負半週操作，該第二輸出電感L2與該第四輸出電感L4為儲能操作時，此時，該電源轉換系統一負半週儲能迴路係依序為該直流輸入電壓Vdc、該第三功率開關S3、該第二輔助功率開關Sx2、該第四輸出電感L4、該交流輸出電壓Vac、該第二輸出電感L2以及該第四功率開關S4，再回到該直流輸入電壓Vdc。當該交流輸出電壓Vac為負半週操作，該第二輸出電感L2與該第四輸出電感L4為釋能操作時，此時，該電源轉換系統一負半週釋能迴路係依序為該第四輸出電感L4、該交流輸出電壓Vac、該第二輸出電感L2、該第二輔助二極體Dx2以及該第二輔助功率開關Sx2，再回到該第四輸出電感L4。
請參閱第十二圖係為本發明電源轉換系統操作方法之流程圖。該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：首先，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一中性點(S10)。然後，提供一第一轉換電路，係並聯該輸入電容組，包含一第一支路、一第二支 路以及一第一輔助支路(S20)。其中該第一支路係由一第一功率開關連接一第一二極體形成；該第二支路係由一第二功率開關連接一第二二極體形成；該第一輔助支路係由一第一輔助功率開關連接一第一輔助二極體形成，其中該第一輔助支路係連接於該第一支路與該第二支路之間；該控制電路係產生一第一控制信號控制該第一功率開關與該第二功率開關，以及產生一第一輔助控制信號控制該第一輔助功率開關。
然後，提供一第二轉換電路，係並聯該輸入電容組，包含一第三支路、一第四支路以及一第二輔助支路(S30)。其中該第三支路係由一第三功率開關連接一第三二極體形成；該第四支路係由一第四功率開關連接一第四二極體形成；該第二輔助支路係由一第二輔助功率開關連接一第二輔助二極體形成，其中該第二輔助支路係連接於該第三支路與該第四支路之間；該控制電路係產生一第二控制信號控制該第三功率開關與該第四功率開關，以及產生一第二輔助控制信號控制該第二輔助功率開關。
然後，提供一第一濾波電路，係連接該第一轉換電路與該第二轉換電路之間，並且該第一濾波電路之輸出側係連接該中性點(S40)。其中該第一濾波電路係包含一第一輸出電感、一第二輸出電感以及一第一輸出電容，該第一輸出電感之一端係連接該第二輸出電感之一端，再與該第一輸出電容之一端連接，該第一輸出電感之另一端係連接該第一功率開關、該第一輔助功率開關以及第一二極體，該第二輸出電感之另一端係連接該第四功率開關與該第二輔助二極體，並且該第一輸出電容之另一端係連接該中性點。
然後，提供一第二濾波電路，係連接該第一轉換電路與該第二轉換電路之間，並且該第二濾波電路之輸出側係連接該中性點(S50)。其中該第二濾波電路係包含一第三輸出電感、一第四輸出電感以及一第二輸出電容，該第三輸出電感之一端係連接該第四輸出電感之一端，再與該第二輸出電容之一端連接，該第四輸出電感之另一端係連接該第三功率開關、該第二輔助功率開關以及第三二極體，該第三輸出電感之另一端係連接該第二功率開關與該第一輔助二極體，並且該第二輸出電容之另一端係連接該中性點。
最後，提供一控制電路，係產生複數個控制信號，分別控制該第一轉換電路與該第二轉換電路，以降低該直流輸入電壓之寄生電容效應所造成之漏電流(S60)。
當該交流輸出電壓為正半週操作，該第一控制信號高頻切換導通該第一功率開關與該第二功率開關，並且該第一輔助控制信號低頻高準位導通該第一輔助功率開關時，該第一輸出電感與該第三輸出電感為儲能操作，此時，該電源轉換系統一正半週儲能迴路係依序為該直流輸入電壓、該第一功率開關、該第一輸出電感、該交流輸出電壓、該第三輸出電感、該第二功率開關，再回到該直流輸入電壓。當該交流輸出電壓為正半週操作，該第一控制信號高頻切換截止該第一功率開關與該第二功率開關，並且該第一輔助控制信號低頻高準位導通該第一輔助功率開關時，該第一輸出電感與該第三輸出電感為釋能操作，此時，該電源轉換系統一正半週釋能迴路係依序為該第一輸出電感、該交流輸出電壓、該第三輸出電感、該第一輔助二極體、該第一輔助功率開關，再回 到該第一輸出電感。
當該交流輸出電壓為負半週操作，該第二控制信號高頻切換導通該第三功率開關與該第四功率開關，並且該第二輔助控制信號低頻高準位導通該第二輔助功率開關時，該第二輸出電感與該第四輸出電感為儲能操作，此時，該電源轉換系統一負半週儲能迴路係依序為該直流輸入電壓、該第三功率開關、該第四輸出電感、該交流輸出電壓、該第二輸出電感以及該第四功率開關，再回到該直流輸入電壓。當該交流輸出電壓為負半週操作，該第二控制信號高頻切換截止該第三功率開關與該第四功率開關，並且該第二輔助控制信號低頻高準位導通該第二輔助功率開關時，該第二輸出電感與該第四輸出電感為釋能操作，此時，該電源轉換系統一負半週釋能迴路係依序為該第四輸出電感、該交流輸出電壓、該第二輸出電感、該第二輔助二極體以及該第二輔助功率開關，再回到該第四輸出電感。
綜上所述，本發明係具有以下之特徵與優點：
透過該第一轉換電路11、第二轉換電路12與該第一濾波電路21、該第二濾波電路22所組成的雙降壓式逆變器(dual-buck inverter)架構，提供該第一輸出電感L1、該第二輸出電感L2、該第三輸出電感L3以及該第四輸出電感L4的儲能與釋能路徑，並且再透過該第一濾波電路21、該第二濾波電路22與輸入直流側之該中性點Po連接，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
10‧‧‧輸入電容組
11‧‧‧第一轉換電路
12‧‧‧第二轉換電路
21‧‧‧第一濾波電路
22‧‧‧第二濾波電路
30‧‧‧控制電路
101‧‧‧第一電容
102‧‧‧第二電容
111‧‧‧第一支路
112‧‧‧第二支路
113‧‧‧第一輔助支路
121‧‧‧第三支路
122‧‧‧第四支路
123‧‧‧第二輔助支路
Po‧‧‧中性點
S1‧‧‧第一功率開關
S2‧‧‧第二功率開關
Sx1‧‧‧第一輔助功率開關
D1‧‧‧第一二極體
D2‧‧‧第二二極體
Dx1‧‧‧第一輔助二極體
S3‧‧‧第三功率開關
S4‧‧‧第四功率開關
Sx2‧‧‧第二輔助功率開關
D3‧‧‧第三二極體
D4‧‧‧第四二極體
Dx2‧‧‧第二輔助二極體
L1‧‧‧第一輸出電感
L2‧‧‧第二輸出電感
L3‧‧‧第三輸出電感
L4‧‧‧第四輸出電感
C1‧‧‧第一輸出電容
C2‧‧‧第二輸出電容
Sc1‧‧‧第一控制信號
Sc2‧‧‧第二控制信號
Scx1‧‧‧第一輔助控制信號
Scx2‧‧‧第二輔助控制信號
Cp1,Cp2‧‧‧寄生電容
Icp1,Icp2‧‧‧漏電流

Claims (18)

  1. 一種電源轉換系統，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；一第一轉換電路，係包含一第一支路、一第二支路以及一第一輔助支路，且並聯該輸入電容組；該第一支路由一第一功率開關串聯連接一第一二極體形成，該第二支路由一第二功率開關串聯連接一第二二極體形成，該第一輔助支路包含一第一輔助功率開關與一第一輔助二極體；其中該第一輔助功率開關一端連接該第一功率開關與該第一二極體之陰極，另一端連接該第二二極體之陽極與該第一輔助二極體之陰極；一第二轉換電路，係包含一第三支路、一第四支路以及一第二輔助支路，且並聯該輸入電容組；該第三支路由一第三功率開關串聯連接一第三二極體形成；該第四支路由一第四功率開關串聯連接一第四二極體形成；該第二輔助支路包含一第二輔助功率開關與一第二輔助二極體；其中該第二輔助功率開關一端連接該第三功率開關與該第三二極體之陰極，另一端連接該第四二極體之陽極與該第二輔助二極體之陰極；一第一濾波電路，係連接該第一轉換電路與該第二轉換電路之間，並且該第一濾波電路之輸出側係連接該中性點；一第二濾波電路，係連接該第一轉換電路與該第二轉換電路之間 ，並且該第二濾波電路之輸出側係連接該中性點；及一控制電路，係產生複數個控制信號，分別控制該第一轉換電路與該第二轉換電路，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項所述之電源轉換系統，其中該控制電路係產生一第一控制信號控制該第一功率開關與該第二功率開關，以及產生一第一輔助控制信號控制該第一輔助功率開關；該控制電路係產生一第二控制信號控制該第三功率開關與該第四功率開關，以及產生一第二輔助控制信號控制該第二輔助功率開關。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電源轉換系統，其中該第一濾波電路係包含一第一輸出電感、一第二輸出電感以及一第一輸出電容，該第一輸出電感之一端係連接該第二輸出電感之一端，再與該第一輸出電容之一端連接，該第一輸出電感之另一端係連接該第一功率開關、該第一輔助功率開關以及第一二極體，該第二輸出電感之另一端係連接該第四功率開關與該第二輔助二極體，並且該第一輸出電容之另一端係連接該中性點；該第二濾波電路係包含一第三輸出電感、一第四輸出電感以及一第二輸出電容，該第三輸出電感之一端係連接該第四輸出電感之一端，再與該第二輸出電容之一端連接，該第四輸出電感之另一端係連接該第三功率開關、該第二輔助功率開關以及第三二極體，該第三輸出電感之另一端係連接該第二功率開關與該第一輔助二極體，並且該第二輸出電容之另一端係連接該中性點。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之電源轉換系統，其中該控制電路係包含：一信號反向單元； 一第一及閘單元；一第二及閘單元；一反閘單元；一第一比較單元，係具有一反相輸入端、一非反相輸入端以及一輸出端；該非反相輸入端係接收一交流輸出電壓信號，該反相輸入端係接收一三角載波信號；該輸出端係輸出一第一輸出信號；一第二比較單元，係具有一反相輸入端、一非反相輸入端以及一輸出端；該非反相輸入端係連接該信號反向單元再接收該交流輸出電壓信號，該反相輸入端係接收該三角載波信號；該輸出端係輸出一第二輸出信號；及一第三比較單元，係具有一反相輸入端、一非反相輸入端以及一輸出端；該非反相輸入端係接收該交流輸出電壓信號，該反相輸入端係接地；該輸出端係輸出該第一輔助控制信號，並且該輸出端係連接該反閘單元以輸出該第二輔助控制信號；其中，該第一及閘單元係接收該第一輸出信號與該第一輔助控制信號，以輸出該第一控制信號；第二及閘單元係接收該第二輸出信號與該第二輔助控制信號，以輸出該第二控制信號；其中該三角載波信號係為一高頻載波信號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電源轉換系統，其中當該交流輸出電壓為正半週時，該第一控制信號為一高頻切換信號、該第二控制信號為一低準位信號、該第一輔助控制信號為一低頻高準位信號以及該第二輔助控制信號為一低頻低準位信號；其中當該交流輸出電壓為負半週時，該第一控制信號為一低準位信號、該第二控制信號為一高頻切換信號、該第一輔助控制信號為一低頻低準位信號以及該第二輔助控制信號為一低頻高準位信號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電源轉換系統，其中當該交流輸出電壓為正半週操作，該第一控制信號高頻切換導通該第一功率開關與該第二功率開關，並且該第一輔助控制信號低頻高準位導通該第一輔助功率開關時，該第一輸出電感與該第三輸出電感為儲能操作，此時，該電源轉換系統一正半週儲能迴路係依序為該直流輸入電壓、該第一功率開關、該第一輸出電感、該交流輸出電壓、該第三輸出電感以及該第二功率開關所構成。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之電源轉換系統，其中當該交流輸出電壓為正半週操作，該第一控制信號高頻切換截止該第一功率開關與該第二功率開關，並且該第一輔助控制信號低頻高準位導通該第一輔助功率開關時，該第一輸出電感與該第三輸出電感為釋能操作，此時，該電源轉換系統一正半週釋能迴路係依序為該第一輸出電感、該交流輸出電壓、該第三輸出電感、該第一輔助二極體以及該第一輔助功率開關所構成。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之電源轉換系統，其中當該交流輸出電壓為負半週操作，該第二控制信號高頻切換導通該第三功率開關與該第四功率開關，並且該第二輔助控制信號低頻高準位導通該第二輔助功率開關時，該第二輸出電感與該第四輸出電感為儲能操作，此時，該電源轉換系統一負半週儲能迴路係依序為該直流輸入電壓、該第三功率開關、該第四輸出電感、該交流輸出電壓、該第二輸出電感以及該第四功率開關所構成。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之電源轉換系統，其中當該交流輸出電壓為負半週操作，該第二控制信號高頻切換截止該第三功率開關與該第四功率開關，並且該第二輔助控制信號低頻高準位導通該第二輔助功率開關時，該第二輸出電感與該第四輸出電感為釋 能操作，此時，該電源轉換系統一負半週釋能迴路係依序為該第四輸出電感、該交流輸出電壓、該第二輸出電感、該第二輔助二極體以及該第二輔助功率開關所構成。
  10. 一種電源轉換系統之操作方法，該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一中性點；(b)提供一第一轉換電路，係包含一第一支路、一第二支路以及一第一輔助支路，且並聯該輸入電容組；該第一支路由一第一功率開關串聯連接一第一二極體形成，該第二支路由一第二功率開關串聯連接一第二二極體形成，該第一輔助支路包含一第一輔助功率開關與一第一輔助二極體；其中該第一輔助功率開關一端連接該第一功率開關與該第一二極體之陰極，另一端連接該第二二極體之陽極與該第一輔助二極體之陰極；(c)提供一第二轉換電路，係包含一第三支路、一第四支路以及一第二輔助支路，且並聯該輸入電容組；該第三支路由一第三功率開關串聯連接一第三二極體形成；該第四支路由一第四功率開關串聯連接一第四二極體形成；該第二輔助支路包含一第二輔助功率開關與一第二輔助二極體；其中該第二輔助功率開關一端連接該第三功率開關與該第三二極體之陰極，另一端連接該第四二極體之陽極與該第二輔助二極體之陰極；(d)提供一第一濾波電路，係連接該第一轉換電路與該第二轉換電路之間，並且該第一濾波電路之輸出側係連接該中性點；(e)提供一第二濾波電路，係連接該第一轉換電路與該第二轉換 電路之間，並且該第二濾波電路之輸出側係連接該中性點；及(f)提供一控制電路，係產生複數個控制信號，分別控制該第一轉換電路與該第二轉換電路，以降低該直流輸入電壓之寄生電容效應所造成之漏電流。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之電源轉換系統操作方法，其中該控制電路係產生一第一控制信號控制該第一功率開關與該第二功率開關，以及產生一第一輔助控制信號控制該第一輔助功率開關；該控制電路係產生一第二控制信號控制該第三功率開關與該第四功率開關，以及產生一第二輔助控制信號控制該第二輔助功率開關。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之電源轉換系統操作方法，其中該第一濾波電路係包含一第一輸出電感、一第二輸出電感以及一第一輸出電容，該第一輸出電感之一端係連接該第二輸出電感之一端，再與該第一輸出電容之一端連接，該第一輸出電感之另一端係連接該第一功率開關、該第一輔助功率開關以及第一二極體，該第二輸出電感之另一端係連接該第四功率開關與該第二輔助二極體，並且該第一輸出電容之另一端係連接該中性點；該第二濾波電路係包含一第三輸出電感、一第四輸出電感以及一第二輸出電容，該第三輸出電感之一端係連接該第四輸出電感之一端，再與該第二輸出電容之一端連接，該第四輸出電感之另一端係連接該第三功率開關、該第二輔助功率開關以及第三二極體，該第三輸出電感之另一端係連接該第二功率開關與該第一輔助二極體，並且該第二輸出電容之另一端係連接該中性點。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之電源轉換系統操作方法，其中該控制電路係包含： 一信號反向單元；一第一及閘單元；一第二及閘單元；一反閘單元；一第一比較單元，係具有一反相輸入端、一非反相輸入端以及一輸出端；該非反相輸入端係接收一交流輸出電壓信號，該反相輸入端係接收一三角載波信號；該輸出端係輸出一第一輸出信號；一第二比較單元，係具有一反相輸入端、一非反相輸入端以及一輸出端；該非反相輸入端係連接該信號反向單元再接收該交流輸出電壓信號，該反相輸入端係接收該三角載波信號；該輸出端係輸出一第二輸出信號；一第三比較單元，係具有一反相輸入端、一非反相輸入端以及一輸出端；該非反相輸入端係接收該交流輸出電壓信號，該反相輸入端係接地；該輸出端係輸出該第一輔助控制信號，並且該輸出端係連接該反閘單元以輸出該第二輔助控制信號；其中，該第一及閘單元係接收該第一輸出信號與該第一輔助控制信號，以輸出該第一控制信號；第二及閘單元係接收該第二輸出信號與該第二輔助控制信號，以輸出該第二控制信號；其中該三角載波信號係為一高頻載波信號。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之電源轉換系統操作方法，其中當該交流輸出電壓為正半週時，該第一控制信號為一高頻切換信號、該第二控制信號為一低準位信號、該第一輔助控制信號為一低頻高準位信號以及該第二輔助控制信號為一低頻低準位信號；其中當該交流輸出電壓為負半週時，該第一控制信號為一低準位信號、該第二控制信號為一高頻切換信號、該第一輔助控制信號為一 低頻低準位信號以及該第二輔助控制信號為一低頻高準位信號。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之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，該第一控制信號高頻切換導通該第一功率開關與該第二功率開關，並且該第一輔助控制信號低頻高準位導通該第一輔助功率開關時，該第一輸出電感與該第三輸出電感為儲能操作，此時，該電源轉換系統一正半週儲能迴路係依序為該直流輸入電壓、該第一功率開關、該第一輸出電感、該交流輸出電壓、該第三輸出電感以及該第二功率開關所構成。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之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，該第一控制信號高頻切換截止該第一功率開關與該第二功率開關，並且該第一輔助控制信號低頻高準位導通該第一輔助功率開關時，該第一輸出電感與該第三輸出電感為釋能操作，此時，該電源轉換系統一正半週釋能迴路係依序為該第一輸出電感、該交流輸出電壓、該第三輸出電感、該第一輔助二極體以及該第一輔助功率開關所構成。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之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，該第二控制信號高頻切換導通該第三功率開關與該第四功率開關，並且該第二輔助控制信號低頻高準位導通該第二輔助功率開關時，該第二輸出電感與該第四輸出電感為儲能操作，此時，該電源轉換系統一負半週儲能迴路係依序為該直流輸入電壓、該第三功率開關、該第四輸出電感、該交流輸出電壓、該第二輸出電感以及該第四功率開關所構成。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之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，該第二控制信號高頻切換截止該第三功率開關與該第四功率開關，並且該第二輔助控制信號低頻高 準位導通該第二輔助功率開關時，該第二輸出電感與該第四輸出電感為釋能操作，此時，該電源轉換系統一負半週釋能迴路係依序為該第四輸出電感、該交流輸出電壓、該第二輸出電感、該第二輔助二極體以及該第二輔助功率開關所構成。
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