TWI532306B - 反相器電路，電力轉換器電路，及電動車 - Google Patents

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Description

反相器電路，電力轉換器電路，及電動車
本發明關於反相器電路、包括反相器電路之電力轉換器電路、或包括電力轉換器電路之電動車。
電力裝置為驅動諸如真空吸塵器及洗衣機之高電力電器之控制器不可缺少之元件。近年來，電力裝置開始應用於諸如電動汽車之電動車。因此，可製造未來較大市場之電力裝置的研究及發展正展開。
存在許多電力裝置之範例，諸如使用高電力之切換元件、DCDC轉換器電路、及反相器電路。反相器電路可用於絕緣DCDC轉換器電路，但當單獨使用時可充當直流(DC)-交流(AC)轉換器電路。反相器電路對於裝置之較低電力消耗及縮小尺寸是重要的。
在反相器電路之中，半橋反相器電路及全橋反相器電路使變壓器之雙向激勵產生高利用效率。全橋反相器電路允許輸入之電壓為變壓器所用而無漏失，藉此產生大電力轉變效率。全橋反相器電路因此特別適於使用高電力。
在全橋反相器電路中，半橋電路中電晶體之切換控制對於有效率的電力轉變是重要的。每一半橋電路包括高側電晶體及低側電晶體。全橋反相器電路中控制電路控制每一半橋電路中高側及低側電晶體之切換。
專利文獻1揭露一種全橋反相器電路之控制方法。
[參考文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本公開專利申請案No. H7-31163
在全橋反相器電路中，第一半橋電路及第二半橋電路之切換係藉由脈衝寬度調變電路控制，其輸出控制高側電晶體及低側電晶體之ON時期之信號，該信號係從正弦波或鋸齒波(或錐形波)產生。第一半橋電路及第二半橋電路係交替選擇，使得以控制其高側電晶體及低側電晶體之開啟/關閉。
圖12A描繪包括半橋電路之簡單反相器電路。圖12A中反相器電路400經由輸入端子IN1及IN2而從DC電源401接收DC信號，並經由輸出端子OUT1及OUT2輸出AC信號。反相器電路400包括第一半橋電路402、第二半橋電路403、及脈衝寬度調變電路404。
第一半橋電路402包括高側電晶體405及低側電晶體406。第二半橋電路403包括高側電晶體407及低側電晶體408。高側電晶體405之開啟/關閉係藉由來自脈衝寬度調變電路404之控制信號A予以控制。低側電晶體406之開啟/關閉係藉由來自脈衝寬度調變電路404之控制信號C予以控制。高側電晶體407之開啟/關閉係藉由來自脈衝寬度調變電路404之控制信號B予以控制。低側電晶體408之開啟/關閉係藉由來自脈衝寬度調變電路404之控制信號D予以控制。
圖12B為正弦波及鋸齒波之波形及圖12A中控制信號A至D之波形之簡單時序圖。圖12B之時序圖描繪正弦波411及鋸齒波412。控制信號A及B以相同時序控制開啟/關閉。控制信號C及D以相同時序控制開啟/關閉。控制信號A至D藉由調變脈衝寬度控制開啟/關閉，導致AC信號具較小變形。
為控制高側電晶體及低側電晶體之切換，理想上，調整控制該些電晶體之ON時期之信號的脈衝寬度，以交替開啟或關閉該些電晶體。例如，若控制電路中所包括之電晶體的開啟時間及/或關閉時間延遲，結果高側電晶體及低側電晶體同步開啟，造成從反相器電路輸出之信號變形。
作為一範例，如圖12C中所示，當控制信號A及C及控制信號B及D歷經脈衝寬度調變時，其脈衝寬度之間隔T縮短。另一方面，控制電路等中所包括之電晶體的開啟時間及/或關閉時間延遲使控制信號需較長時間上升或下降。因此，高側電晶體及低側電晶體二者開啟之短路時期增加。在短路時期期間，尤其是在第一半橋電路及第二半橋電路之ON與OFF狀態之間切換時，造成從反相器電路輸出之信號變形。
鑒於以上問題，本發明之一實施例之目標為藉由全橋反相器電路之控制電路中發明減少源於第一半橋電路及第 二半橋電路中所包括之高側電晶體及低側電晶體之切換控制錯誤，而從反相器電路輸出之信號變形。
為解決以上問題，本發明之一實施例減少控制第一半橋電路及第二半橋電路中所包括之高側電晶體及低側電晶體之開啟/關閉之信號的脈衝寬度，即，減少信號之工作週期。此導致減少高側電晶體及低側電晶體二者為開啟之短路時期，藉此減少信號變形。
根據本發明之一實施例，提供一種反相器電路。反相器電路包含全橋電路及控制全橋電路之脈衝寬度調變電路。全橋電路包含：包含第一高側電晶體及第一低側電晶體之第一半橋電路；及包含第二高側電晶體及第二低側電晶體之第二半橋電路。脈衝寬度調變電路包含：根據藉由以正弦波及第一鋸齒波為基礎之第一比較器產生之第一輸出信號及依據從用於產生第一鋸齒波之數位信號的高階位元產生之信號之第一控制信號之AND作業提供之信號，而控制第一高側電晶體及第一低側電晶體之電路；及根據藉由以與正弦波及第二鋸齒波半週期相位差之第一鋸齒波為基礎之第二比較器產生之第二輸出信號及依據從用於產生第二鋸齒波之數位信號的高階位元產生之信號之第二控制信號之反相信號之AND作業提供之信號，而控制第二高側電晶體及第二低側電晶體之電路。
根據本發明之一實施例，提供一種反相器電路。反相器電路包含全橋電路及控制全橋電路之脈衝寬度調變電路。全橋電路包含：包含第一高側電晶體及第一低側電晶體之第一半橋電路；及包含第二高側電晶體及第二低側電晶體之第二半橋電路。脈衝寬度調變電路包含：根據藉由以正弦波及第一鋸齒波為基礎之第一比較器產生之第一輸出信號及依據從用於產生第一鋸齒波之數位信號的高階位元產生之信號之第一控制信號之AND作業提供之第一信號而控制第一高側電晶體，並根據第一信號之反相信號而控制第一低側電晶體之電路；及根據藉由以與正弦波及第二鋸齒波半週期相位差之第一鋸齒波為基礎之第二比較器產生之第二輸出信號及依據從用於產生第二鋸齒波之數位信號的高階位元產生之信號之第二控制信號之反相信號之AND作業提供之第二信號而控制第二高側電晶體，並根據第二信號之反相信號而控制第二低側電晶體之電路。
根據本發明之一實施例，第一信號及第二信號可經由位準移位器而饋入第一半橋電路及第二半橋電路中電晶體之閘極。
根據本發明之一實施例，正弦波可為藉由以數位正弦波信號產生器電路產生數位正弦波信號，並將數位正弦波信號轉換為類比信號而製造之信號。
根據本發明之一實施例，第一鋸齒波可為藉由產生用於以第一數位鋸齒波信號產生器電路產生第一鋸齒波之數位信號，並將用於產生第一鋸齒波之數位信號轉換為類比信號而製造之信號。
根據本發明之一實施例，第二鋸齒波可為藉由產生用於以第二數位鋸齒波信號產生器電路產生第二鋸齒波之數位信號，並將用於產生第二鋸齒波之數位信號轉換為類比信號而製造之信號。
藉由全橋反相器電路之控制電路中發明，本發明之一實施例可減少源於第一半橋電路及第二半橋電路中所包括之高側電晶體及低側電晶體之切換控制錯誤之反相器電路之輸出信號變形。
以下將參照圖式詳細說明本發明之實施例。請注意，本發明可以各種模式予以實施。熟悉本技藝之人士將輕易理解，本發明之模式及細節可以各種方式加以修改，而未偏離本發明之精神及範圍。因此，本發明不應解譯為必然如以下實施例中說明。請注意，在以下說明之本發明之結構中，所有圖式中相同目標係藉由相同代號標示。
請注意，實施例之圖式等中所示每一目標之尺寸、層厚度、信號波形、及區域有時為求簡化而予誇大。因此每一目標不一定處於該等比例尺。
請注意，在本說明書中，諸如「第一」、「第二」、「第三」至「N(N為自然數)」之用詞，僅用於避免組件之間混淆，因而不侷限數量。請注意，除非特別指明，自然數係指1或更多。
(實施例1)
圖1A及1B描繪根據本發明之一實施例之全橋反相器電路之組態。
圖1A描繪全橋反相器電路中所包括之半橋電路之組態。圖1A中反相器電路100經由輸入端子IN1及IN2而從DC電源101接收DC信號，並經由輸出端子OUT1及OUT2而輸出AC信號。反相器電路100包括第一半橋電路102、第二半橋電路103、及脈衝寬度調變電路104。
第一半橋電路102包括高側電晶體105及低側電晶體106。第二半橋電路103包括高側電晶體107及低側電晶體108。二極體109係配置於高側電晶體105之源極端子與汲極端子之間。二極體110係配置於低側電晶體106之源極端子與汲極端子之間。二極體111係配置於高側電晶體107之源極端子與汲極端子之間。二極體112係配置於低側電晶體108之源極端子與汲極端子之間。二極體109至112對於反相器電路作業不具有任何特別影響，因而圖1B及圖2中省略。此外，第一半橋電路102及第二半橋電路103之組合亦稱為全橋電路。
高側電晶體105、低側電晶體106、高側電晶體107、及低側電晶體108之閘極端子連接至脈衝寬度調變電路104；因而，控制每一電晶體之開啟/關閉(導電狀態或非導電狀態)。請注意，高側電晶體105、低側電晶體106、高側電晶體107、及低側電晶體108充當切換元件，並可簡稱開關。
在圖1A之組態中，高側電晶體105、低側電晶體106、高側電晶體107、及低側電晶體108不一定為特定形式之電晶體；其可各為使用非單晶半導體膜之薄膜電晶體(TFT)，典型地為非結晶矽膜或多晶矽膜；使用半導體基板或SOI基板之電晶體；MOS電晶體；接面電晶體；雙極電晶體等。儘管此處在本實施例之說明假設電晶體均為n型導電性，其可為任何其他導電性。例如，此處電晶體可均為p型導電性或可為p型導電性及n型導電性二者。
圖1B描繪圖1A中脈衝寬度調變電路104之組態細節。
圖1B中脈衝寬度調變電路104包括數位正弦波信號產生器電路121、正弦波數位-類比轉換器電路(正弦波D/A轉換器電路)122、第一數位鋸齒波信號產生器電路123、第一鋸齒波數位-類比轉換器電路(第一鋸齒波D/A轉換器電路)124、第二數位鋸齒波信號產生器電路125、第二鋸齒波數位-類比轉換器電路(第二鋸齒波D/A轉換器電路)126、第一比較器127、第二比較器128、NOT閘(反相器)129、第一AND閘130、第二AND閘131、第一位準移位器132、NOT閘133、第二位準移位器134、第三位準移位器135、NOT閘136、及第四位準移位器137。
數位正弦波信號產生器電路121輸出數位信號以產生正弦波。正弦波數位-類比轉換器電路122輸出正弦波，其係從藉由數位正弦波信號產生器電路121輸出之數位信號產生之類比信號。
第一數位鋸齒波信號產生器電路123產生數位信號，以產生第一鋸齒波。第一鋸齒波數位-類比轉換器電路124輸出第一鋸齒波，其係從藉由第一數位鋸齒波信號產生器電路123輸出之數位信號產生之類比信號。
第二數位鋸齒波信號產生器電路125產生數位信號，以產生第二鋸齒波。第二鋸齒波數位-類比轉換器電路126輸出第二鋸齒波，其係從藉由第二數位鋸齒波信號產生器電路125輸出之數位信號產生之類比信號。請注意，第一鋸齒波及第二鋸齒波彼此相位差為半週期。
第一比較器127經由非反相輸入端子而從正弦波數位-類比轉換器電路122接收正弦波。第一比較器127亦經由反相輸入端子而從第一鋸齒波數位-類比轉換器電路124接收第一鋸齒波。
第二比較器128經由非反相輸入端子而從第二鋸齒波數位-類比轉換器電路126接收第二鋸齒波。第二比較器128亦經由反相輸入端子而從正弦波數位-類比轉換器電路122接收正弦波。
第一AND閘130經由第一輸入端子而接收第一比較器127之輸出信號。第一AND閘130亦經由第二輸入端子而從第一數位鋸齒波信號產生器電路123接收第一控制信號。第一控制信號係從數位信號之高階位元產生，以產生第一鋸齒波。
第二AND閘131經由第一輸入端子而接收第二比較器128之輸出信號。第二AND閘131亦經由第二輸入端子而從NOT閘129接收信號。此信號係藉由NOT閘129而從第二控制信號產生，並從第二數位鋸齒波信號產生器電路125輸出。第二控制信號係從數位信號之高階位元產生，以產生第二鋸齒波。
第一位準移位器132用於將來自第一AND閘130之輸出端子之信號的電壓位準增加至夠高之電壓位準，以開啟高側電晶體105。
第二位準移位器134用於將來自NOT閘133之信號的電壓位準增加至夠高之電壓位準，以開啟低側電晶體106。該信號係藉由NOT閘133而從來自第一AND閘130之輸出端子輸出之信號產生。
第三位準移位器135用於將來自第二AND閘131之輸出端子之信號的電壓位準增加至夠高之電壓位準，以開啟高側電晶體107。
第四位準移位器137用於將來自NOT閘136之信號的電壓位準增加至夠高之電壓位準，以開啟低側電晶體108。該信號係藉由NOT閘136而從來自第二AND閘131之輸出端子輸出之信號產生。
請注意，若從第一AND閘130及第二AND閘131輸出之信號的電壓位準夠高以開啟高側電晶體105、低側電晶體106、高側電晶體107、及低側電晶體108，第一位準移位器132、第二位準移位器134、第三位準移位器135、及第四位準移位器137可省略。
其次，在圖1B中脈衝寬度調變電路104之作業的說明之前，將顯示從電路及閘輸出之信號代號。以下，如圖2中所描繪，「a」標示正弦波數位-類比轉換器電路122之輸出信號，「b」標示第一鋸齒波數位-類比轉換器電路124之輸出信號，「c」標示第二鋸齒波數位-類比轉換器電路126之輸出信號，「d」標示第一比較器127之輸出信號，「e」標示第二比較器128之輸出信號，「f」標示從第一數位鋸齒波信號產生器電路123輸出之第一控制信號，「g」標示第二數位鋸齒波信號產生器電路125之第二控制信號，「h」標示NOT閘129之輸出信號，「i」標示第一AND閘130之輸出信號(第一信號)，「j」標示第二AND閘131之輸出信號(第二信號)，「k」標示NOT閘133之輸出信號，及「l」標示NOT閘136之輸出信號。
圖3A描繪正弦波數位-類比轉換器電路122之輸出信號之正弦波波形，及第一鋸齒波數位-類比轉換器電路124之輸出信號之第一鋸齒波波形。請注意，如圖3A中所描繪，正弦波及第一鋸齒波為具有相同電壓振幅之信號。振幅電壓係從最大電壓位準與最小電壓位準之間之差異予以估計。當正弦波具有例如約50 Hz之頻率時，第一鋸齒波較佳地具有約250 kHz之頻率。將第一鋸齒波之頻率設定為高於正弦波，允許將從反相器電路100輸出之AC信號具較小變形。
在以下使用之圖式中，正弦波及第一鋸齒波可誇張或概略描繪。例如，依據正弦波與第一鋸齒波之間大小關係之信號係以信號可以圖形表示之解決方案描繪。
如同圖3A，圖3B描繪正弦波數位-類比轉換器電路122之輸出信號之正弦波波形，及第一鋸齒波數位-類比轉換器電路124之輸出信號之第一鋸齒波波形，但為放大形式。圖3C以較圖3B更加放大形式描繪正弦波數位-類比轉換器電路122之輸出信號之正弦波波形，及第一鋸齒波數位-類比轉換器電路124之輸出信號之第一鋸齒波波形。
如圖3B及3C中所描繪，當正弦波之電壓位準高於第一鋸齒波時，第一比較器127輸出高位準(H位準)信號。相反地，當第一鋸齒波之電壓位準高於正弦波時，第一比較器127輸出低位準(L位準)信號。因而，如圖3B及3C中所描繪，第一比較器127輸出脈衝寬度調變信號。
以類似於圖3A之方式，圖4A描繪正弦波數位-類比轉換器電路122之輸出信號之正弦波波形，及第二鋸齒波數位-類比轉換器電路126之輸出信號之第二鋸齒波波形。請注意，如圖4A中所描繪，正弦波及第二鋸齒波為具有相同電壓振幅之信號。請注意，第二鋸齒波之頻率較佳地設定為等於第一鋸齒波之頻率，例如約250 kHz。請注意，如以上說明，第二鋸齒波及第一鋸齒波彼此相位差為半週期。
如同圖4A，圖4B描繪正弦波數位-類比轉換器電路122之輸出信號之正弦波波形，及第二鋸齒波數位-類比轉換器電路126之輸出信號之第二鋸齒波波形，但為放大形式。圖4C以較圖4B更加放大形式描繪正弦波數位-類比轉換器電路122之輸出信號之正弦波波形，及第二鋸齒波數位-類比轉換器電路126之輸出信號之第二鋸齒波波形。
如圖4B及4C中所描繪，當第二鋸齒波之電壓位準高於正弦波時，第二比較器128輸出H位準信號。相反地，當正弦波之電壓位準高於第二鋸齒波時，第二比較器128輸出L位準信號。因而，如圖4B及4C中所描繪，第二比較器128輸出脈衝寬度調變信號。
圖5A描繪從第一數位鋸齒波信號產生器電路123輸出之第一控制信號之波形。如以上說明，第一控制信號係從數位信號之高階位元產生，以產生第一鋸齒波。如圖5A中所描繪，當第一鋸齒波具有1之最大電壓位準及0之最小電壓位準時，第一控制信號為高，同時鋸齒波之電壓位準為高於0.5。因此，如圖5A中所描繪，第一控制信號為具50%工作週期之方波。
將參照圖5B並採簡單結構作為一範例而說明第一控制信號。在圖5B中，用於產生由此產生第一控制信號之第一鋸齒波之數位信號為二進位數位信號，即，用於產生第一鋸齒波之原始信號使用四值而歷經數位/類比轉變：「00」、「01」、「10」、及「11」。在圖5B中，用於產生第一鋸齒波之從數位信號之高階位元產生之信號出現於數位信號為「10」或「11」之時期，因而可為上述具50%工作週期之方波之形式。
請注意，從第二數位鋸齒波信號產生器電路125輸出之第二控制信號之細節類似於第一控制信號。
圖6描繪第一鋸齒波及第二鋸齒波以及第一控制信號及第二控制信號之波形。如以上說明，第一鋸齒波及第二鋸齒波彼此相位差為半週期。為此原因，如圖6中所示，所獲得之第一控制信號及第二控制信號為彼此相對相位之方波。因此，從NOT閘129輸出之信號，與第二控制信號(圖6中「h」)反相，而與第一控制信號相同相位。
如圖3B及3C中所描繪，當正弦波之電壓位準高於第一鋸齒波時，第一比較器127輸出H位準信號。相反地，當第一鋸齒波之電壓位準高於正弦波時，第一比較器127輸出L位準信號。因而，如圖3B及3C中所描繪，第一比較器127輸出頻率調變信號。類似地，如圖4B及4C中所描繪，當第二鋸齒波之電壓位準高於正弦波時，第二比較器128輸出H位準信號。相反地，當正弦波之電壓位準高於第二鋸齒波時，第二比較器128輸出L位準信號。因而，如圖4B及4C中所描繪，第二比較器128輸出頻率調變信號。
將參照圖7及圖8之時序圖說明圖1B中電路與閘級之輸出信號之間之關係。作為一範例，圖7描繪當第一鋸齒波及第二鋸齒波各具有1之最大電壓位準及0之最小電壓位準，且正弦波具有以「s」(其中0.5<s<1)標示之大於0.5之固定電壓位準時，獲得輸出信號。作為一範例，圖8描繪當第一鋸齒波及第二鋸齒波各具有1之最大電壓位準及0之最小電壓位準，且正弦波具有以「t」(其中0<t<0.5)標示之小於0.5之固定電壓位準時，獲得輸出信號。
經由第一比較器127及第一AND閘130而從第一鋸齒波及正弦波(圖7中所描繪)產生之第一AND閘130之輸出信號(圖7中「i」)，具有較第一比較器127之輸出信號小之工作週期。第一AND閘130之輸出信號具有較第一比較器127之輸出信號小之工作週期，並為頻率調變信號。此外，NOT閘133之輸出信號(圖7中「k」)為第一AND閘130之輸出信號之反相信號。
請注意，工作週期代表H位準信號或L位準信號出現作為脈衝之時期的百分比。對第一AND閘130之輸出信號而言，工作週期代表週期中出現H位準信號之時期的百分比。對NOT閘133之輸出信號而言，工作週期代表週期中出現L位準信號之時期的百分比。
經由第二比較器128及第二AND閘131而從第二鋸齒波及正弦波(圖7中所描繪)產生之第二AND閘131之輸出信號(圖7中「j」)為L位準信號。此外，NOT閘136之輸出信號(圖7中「l」)為第二AND閘131之輸出信號之反相信號(H位準信號)。
以類似於圖7之方式，經由第一比較器127及第一AND閘130而從第一鋸齒波及正弦波(圖8中所描繪)產生之第一AND閘130之輸出信號(圖8中「i」)為L位準信號。此外，NOT閘133之輸出信號(圖8中「k」)為第一AND閘130之輸出信號之反相信號(H位準信號)。
以類似於圖7之方式，經由第二比較器128及第二AND閘131而從第二鋸齒波及正弦波(圖8中所描繪)產生之第二AND閘131之輸出信號(圖8中「j」)具有較第二比較器128之輸出信號小之工作週期。第二AND閘131之輸出信號具有較第二比較器128之輸出信號小之工作週期，並為頻率調變信號。此外，NOT閘136之輸出信號(圖8中「l」)為第二AND閘131之輸出信號之反相信號。
如參照圖7之說明，第一AND閘130之輸出信號(圖7中「i」)及NOT閘133之輸出信號(圖7中「k」)係從圖7中所描繪之第一鋸齒波及正弦波產生，具有較第一比較器127之輸出信號小之工作週期。類似地，如參照圖8之說明，第二AND閘131之輸出信號(圖8中「j」)及NOT閘136之輸出信號(圖8中「l」)係從圖8中所描繪之第二鋸齒波及正弦波產生，具有較第二比較器128之輸出信號小之工作週期。
作為一範例，如圖9之波形圖中所示，其脈衝寬度之每一間隔T相對於藉由第一AND閘130執行之第一控制信號及第一比較器127之輸出信號之AND作業之影響而延伸；或藉由第二AND閘131執行之與第二控制信號反相之從NOT閘129輸出之信號及第二比較器128之輸出信號之AND作業(圖9中虛線部分901)之影響而延伸。此導致高側電晶體及低側電晶體二者為開啟期間短路時期減少，藉此減少特別是在第一半橋電路及第二半橋電路之ON與OFF狀態之間切換時從反相器電路輸出之信號之變形。
因而，本實施例之反相器電路可使用第一控制信號及第二控制信號用於AND作業之其餘簡單系統，而提供具小工作週期之信號。此導致高側電晶體及低側電晶體二者為開啟期間短路時期減少，藉此減少特別是在第一半橋電路及第二半橋電路之ON與OFF狀態之間切換時從反相器電路輸出之信號之變形。
(實施例2)
在本實施例中，將說明包括實施例1之反相器電路之電力轉換器電路(電源電路)之組態實施例。圖10描繪電力轉換器電路之一實施例。
圖10中電力轉換器電路包括AC電源601、開關602、轉換器電路603、反相器電路604、變壓器605、轉換器電路606、及負載607。實際電力轉換器電路包含轉換器電路603、反相器電路604、變壓器605、及轉換器電路606。
當開關602開啟時，圖10中轉換器電路603從AC電源601接收AC信號。轉換器電路603降壓AC信號之電壓，並將從AC信號產生之整流及平順DC信號輸出至反相器電路。
輸入至反相器電路604之DC信號藉由實施例1之組件而轉換為AC信號，接著輸出AC信號。因此，從反相器電路604輸出之AC信號具有較小變形。
變壓器605包括初級線圈及二次線圈。從反相器電路604輸出之AC信號經由初級線圈而輸入至變壓器605，且轉換之AC信號經由二次線圈而從變壓器605輸出。較佳的是預先藉由轉換器電路603降壓從反相器電路604輸出之AC信號之電壓，因為此可縮小變壓器605之尺寸。
圖10中轉換器電路606從變壓器605接收AC信號。轉換器電路606將AC信號之電壓增加至負載操作之位準，接著將AC信號整流及平順以提供所欲電壓之DC信號。DC信號被輸入至負載607，使得負載607操作。
請注意，本實施例之圖式中所描繪者可適當地以另一實施例中所說明者自由組合或替代。
(實施例3)
在本實施例中，將說明實施例2之電力轉換器電路之應用。實施例2之電力轉換器電路可用於例如以諸如電池電力之電力工作之電動車。
將參照圖11A及11B說明電動車之應用範例。
圖11A描繪作為包括電力轉換器電路之電動車之一範例之電動腳踏車1010。當電流經由馬達1011饋送時，電動腳踏車1010獲得電力。電動腳踏車1010包括電池1012，及用於經由馬達1011而饋送電流之電力轉換器電路1013。儘管未描繪，為充電電池1012之目的，圖11A中電動腳踏車1010中可配置其餘電力產生器等。實施例2之電力轉換器電路可用作電力轉換器電路1013。此可減少從電力轉換器電路1013中所包括之反相器電路輸出之信號變形，藉此允許以較少問題驅動電動腳踏車1010。請注意，圖11A中踏板可省略。
圖11B描繪作為包括電力轉換器電路之電動車之一範例之電動汽車1020。當電流經由馬達1021饋送時，電動汽車1020獲得電力。電動汽車1020包括電池1022，及用於經由馬達1021而饋送電流之電力轉換器電路1023。儘管未描繪，為充電電池1022之目的，圖11B中電動汽車1020中可配置其餘電力產生器等。實施例2之電力轉換器電路可用作電力轉換器電路1023。此可減少從電力轉換器電路1023中所包括之反相器電路輸出之信號變形，藉此允許以較少問題驅動電動汽車1020。
請注意，本實施例之圖式中所描繪者可適當地以另一實施例中所說明者自由組合或替代。
本申請案係依據2010年8月4日向日本專利處提出申請之序號2010-175001日本專利申請案，其整個內容係以提及方式併入本文。
100、400、604‧‧‧反相器電路
101、401‧‧‧DC電源
102、402‧‧‧第一半橋電路
103、403‧‧‧第二半橋電路
104、404‧‧‧脈衝寬度調變電路
105、107、405、407‧‧‧高側電晶體
106、108、406、408‧‧‧低側電晶體
109、110、111、112‧‧‧二極體
121‧‧‧數位正弦波信號產生器電路
122‧‧‧正弦波數位-類比轉換器電路
123‧‧‧第一數位鋸齒波信號產生器電路
124‧‧‧第一鋸齒波數位-類比轉換器電路
125‧‧‧第二數位鋸齒波信號產生器電路
126‧‧‧第二鋸齒波數位-類比轉換器電路
127‧‧‧第一比較器
128‧‧‧第二比較器
129、133、136‧‧‧NOT閘
130‧‧‧第一AND閘
131‧‧‧第二AND閘
132‧‧‧第一位準移位器
134‧‧‧第二位準移位器
135‧‧‧第三位準移位器
137‧‧‧第四位準移位器
411‧‧‧正弦波
412‧‧‧鋸齒波
601‧‧‧AC電源
602‧‧‧開關
603、606‧‧‧轉換器電路
605‧‧‧變壓器
607‧‧‧負載
901‧‧‧虛線部分
1010‧‧‧電動腳踏車
1011、1021‧‧‧馬達
1012、1022‧‧‧電池
1013、1023‧‧‧電力轉換器電路
1020‧‧‧電動汽車
圖1A及1B為描繪實施例1之電路圖。
圖2為描繪實施例1之電路圖。
圖3A至3C為描繪實施例1之波形圖。
圖4A至4C為描繪實施例1之波形圖。
圖5A及5B為描繪實施例1之波形圖。
圖6為描繪實施例1之波形圖。
圖7為描繪實施例1之時序圖。
圖8為描繪實施例1之時序圖。
圖9為描繪實施例1之波形圖。
圖10描繪電力轉換器電路之範例。
圖11A及11B為描繪電動車之圖形。
圖12A為描繪反相器電路之圖形，而圖12B及12C為波形之時序圖。
100．．．反相器電路
101．．．DC電源
102．．．第一半橋電路
103．．．第二半橋電路
104．．．脈衝寬度調變電路
105、107．．．高側電晶體
106、108．．．低側電晶體
121．．．數位正弦波信號產生器電路
122．．．正弦波數位-類比轉換器電路
123．．．第一數位鋸齒波信號產生器電路
124．．．第一鋸齒波數位-類比轉換器電路
125．．．第二數位鋸齒波信號產生器電路
126．．．第二鋸齒波數位-類比轉換器電路
127．．．第一比較器
128．．．第二比較器
129、133、136．．．NOT閘
130．．．第一AND閘
131．．．第二AND閘
132．．．第一位準移位器
134．．．第二位準移位器
135．．．第三位準移位器
137．．．第四位準移位器

Claims (12)

  1. 一種反相器電路，包含：全橋電路，包含：第一半橋電路，包含：第一高側電晶體；以及第一低側電晶體；以及第二半橋電路，包含：第二高側電晶體；以及第二低側電晶體；以及脈衝寬度調變電路，包含：第一電路，經組配而根據第一信號以控制該第一高側電晶體及該第一低側電晶體，該第一電路包含：第一AND閘，經組配而根據第一輸出信號及第一控制信號以產生該第一信號；第一比較器，經組配而根據正弦波及第一鋸齒波以產生該第一輸出信號；以及第一數位鋸齒波信號產生器電路，經組配而根據第一數位信號之高階位元及該第一數位信號之低階位元以產生該第一控制信號；以及第二電路，經組配而根據第二信號以控制該第二高側電晶體及該第二低側電晶體，該第二電路包含：第二AND閘，經組配而根據第二輸出信號及第二控制信號之反相信號以產生該第二信號；第二比較器，經組配而根據該正弦波及第二 鋸齒波以產生該第二輸出信號；以及第二數位鋸齒波信號產生器電路，經組配而根據第二數位信號之高階位元及該第二數位信號之低階位元以產生該第二控制信號，其中，該第二鋸齒波與該第一鋸齒波之相位差為半週期。
  2. 如申請專利範圍第1項之反相器電路，其中，該第一信號經由第一位準移位器而供應於該第一高側電晶體及該第一低側電晶體，以及其中，該第二信號經由第二位準移位器而供應於該第二高側電晶體及該第二低側電晶體。
  3. 如申請專利範圍第1項之反相器電路，其中，該第一控制信號與該第二控制信號為彼此反相之方波。
  4. 一種反相器電路，包含：全橋電路，包含：第一半橋電路，包含：第一高側電晶體；以及第一低側電晶體；以及第二半橋電路，包含：第二高側電晶體；以及第二低側電晶體；以及脈衝寬度調變電路，包含：第一電路，經組配而根據第一信號以控制該第一高側電晶體及根據該第一信號之反相信號以控制該第一低 側電晶體，該第一電路包含：第一AND閘，經組配而根據第一輸出信號及第一控制信號以產生該第一信號；第一比較器，經組配而根據正弦波及第一鋸齒波以產生該第一輸出信號；以及第一數位鋸齒波信號產生器電路，經組配而根據第一數位信號之高階位元及該第一數位信號之低階位元以產生該第一控制信號；以及第二電路，經組配而根據第二信號以控制該第二高側電晶體及根據該第二信號之反相信號以控制該第二低側電晶體，該第二電路包含：第二AND閘，經組配而根據第二輸出信號及第二控制信號之反相信號以產生該第二信號；第二比較器，經組配而根據該正弦波及第二鋸齒波以產生該第二輸出信號；以及第二數位鋸齒波信號產生器電路，經組配而根據第二數位信號之高階位元及該第二數位信號之低階位元以產生該第二控制信號，其中，該第二鋸齒波與該第一鋸齒波之相位差為半週期。
  5. 如申請專利範圍第1或4項之反相器電路，其中，該第一信號、該第一信號之該反相信號、該第二信號、及該第二信號之該反相信號分別經由位準移位器而供應於該第一高側電晶體、該第一低側電晶體、該第二高側電晶體、 及該第二低側電晶體。
  6. 如申請專利範圍第1或4項之反相器電路，其中，該正弦波為藉由以數位正弦波信號產生器電路產生數位正弦波信號，並將該數位正弦波信號轉換為類比信號所製造之信號。
  7. 如申請專利範圍第1或4項之反相器電路，其中，該第一鋸齒波為藉由將該第一數位信號轉換為類比信號所製造之信號，以及其中，該第一數位信號係以該第一數位鋸齒波信號產生器電路產生。
  8. 如申請專利範圍第1或4項之反相器電路，其中，該第二鋸齒波為藉由將該第二數位信號轉換為類比信號所製造之信號，以及其中，該第二數位信號係以該第二數位鋸齒波信號產生器電路產生。
  9. 如申請專利範圍第1或4項之反相器電路，其中，該第一控制信號之高位準信號係根據該第一數位信號之高階位元而產生，及該第一控制信號之低位準信號係根據該第一數位信號之低階位元而產生，以及其中，該第二控制信號之高位準信號係根據該第二數位信號之高階位元而產生，及該第二控制信號之低位準信號係根據該第二數位信號之低階位元而產生。
  10. 如申請專利範圍第1或4項之反相器電路，其中，該第一控制信號之工作週期及該第二控制信號之工作週期 為50%。
  11. 一種電力轉換器電路，包含如申請專利範圍第1或4項之反相器電路。
  12. 一種電動車，包含如申請專利範圍第11項之電力轉換器電路。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5731923B2 (ja) * 2010-08-04 2015-06-10 株式会社半導体エネルギー研究所 インバータ回路、電力変換回路、及び電気推進車両
JP6057255B2 (ja) 2012-06-20 2017-01-11 国立研究開発法人産業技術総合研究所 反射型調光素子。
US9225253B2 (en) * 2012-10-23 2015-12-29 Microchip Technology Inc. High voltage switching linear amplifier and method therefor
WO2016157532A1 (ja) * 2015-04-03 2016-10-06 株式会社 東芝 電力変換装置
US9979321B2 (en) 2016-05-25 2018-05-22 Casco Products Corporation N-sine wave inverter
CN109633276B (zh) * 2018-12-28 2021-04-13 蜂巢能源科技有限公司 基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法和装置
CN110299824A (zh) * 2019-07-05 2019-10-01 广东美的制冷设备有限公司 驱动控制电路和家电设备

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01311872A (ja) * 1988-02-22 1989-12-15 Fuji Electric Co Ltd Ｐｗｍ信号演算装置
JPH078145B2 (ja) * 1989-05-23 1995-01-30 株式会社京三製作所 多重パルスインバータ装置
JPH0731163A (ja) * 1993-07-14 1995-01-31 Toyota Autom Loom Works Ltd インバータの制御方法および制御回路
JPH0746859A (ja) * 1993-07-29 1995-02-14 Toshiba Fa Syst Eng Kk 単相３線式インバータ装置
TW349278B (en) 1996-08-29 1999-01-01 Nihon Cement Control circuit and method for piezoelectric transformer
JPH10150790A (ja) * 1996-11-15 1998-06-02 Juki Corp サーボモータの制御装置及び制御方法
JPH10285942A (ja) 1997-02-06 1998-10-23 Nippon Cement Co Ltd 圧電トランスの制御回路及び制御方法
KR100360931B1 (ko) 1997-02-06 2002-11-18 다이헤이요시멘트 가부시키가이샤 압전 트랜스포머 제어 회로 및 방법
US6259615B1 (en) * 1999-07-22 2001-07-10 O2 Micro International Limited High-efficiency adaptive DC/AC converter
JP4023114B2 (ja) * 2001-07-13 2007-12-19 松下電工株式会社 放電灯点灯装置
JP2003110364A (ja) * 2001-09-28 2003-04-11 Ngk Spark Plug Co Ltd 信号波形生成出力装置
JP2003348829A (ja) * 2002-05-27 2003-12-05 Ge Medical Systems Global Technology Co Llc スイッチング電源装置および磁気共鳴映像撮像装置
JP3672034B2 (ja) 2002-12-25 2005-07-13 ローム株式会社 直流−交流変換装置、及びそのコントローラｉｃ
DE102004036160A1 (de) * 2003-07-31 2005-02-24 Fairchild Korea Semiconductor Ltd., Bucheon System und Verfahren für einen Konverter
JP2006101675A (ja) * 2004-09-30 2006-04-13 Mitsubishi Electric Corp モータ駆動装置
JP2008099466A (ja) 2006-10-13 2008-04-24 Tamura Seisakusho Co Ltd インバータ回路
JP2008301192A (ja) * 2007-05-31 2008-12-11 Panasonic Corp Ｐｗｍ駆動回路および駆動方法
JP5731923B2 (ja) * 2010-08-04 2015-06-10 株式会社半導体エネルギー研究所 インバータ回路、電力変換回路、及び電気推進車両

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US9344009B2 (en) 2016-05-17
US20120033476A1 (en) 2012-02-09
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US20140321180A1 (en) 2014-10-30
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