TWI579676B

TWI579676B - 動態電壓恢復器

Info

Publication number: TWI579676B
Application number: TW104131719A
Authority: TW
Inventors: 陳裕愷; 王榮爵; 邱顯智; 陳連敬; 吳財福; 張永瑞
Original assignee: 國立虎尾科技大學
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2017-04-21
Also published as: TW201712461A

Description

動態電壓恢復器

本發明係關於一種電源轉換器的應用之技術，更進一步來說，本發明係關於一種動態電壓恢復器。

近年來由於工業自動化中電子設備對電力品質要求愈來愈嚴格，如電壓驟降、電壓突升、諧波要求等。一般而言，電壓驟降是電力系統中最常見的擾動，其佔電力品質各種問題的90%以上，其主因為大型馬達負載的啟動與短路故障發生；電壓突升則發生於切換式大型電容或大型負載移除及單相接地的故障發生時。輸出電壓驟降對系統影響甚大，現今高科技設備如電腦通信系統、量測儀器與生產機台等，均對電壓的變化十分敏感，即使電壓變化只有3~5週期，亦可能造成設備當機，影響工廠的生產。由此可知，以台灣科學園區中的高科技產業而言，均採用對電壓敏感性極大的電腦自動化設備，故穩定的輸出電壓與電力品質是必要的投資與需求。

電壓異常的原因依據不同的變化程度與持續時間，可分為以下幾種狀態：1.低頻衰減震盪波形(low-frequency decaying ringwave)、2.高頻突波(high-frequency impulse and ringwave)、3.穩態容忍度(stability tolerance)、4.電壓突升(voltage swell)、5.電壓驟降(voltage sag)、6.回動(dropout)。舉例而言：電壓突升為輸出電壓均方根值超過120%且持續在0.5秒以上。電壓驟降可分為兩個區段，一為輸出電壓下降後電壓為均方根值的90%以內(<10%)且持續10秒以上，其二為下降後電壓為均方根值的85%以內(<15%)且持續0.5秒以上。回動則分為兩大類，電壓驟降超過30%或是電壓完全中斷。其事件發生後立即恢復到正常狀態，其持續時間小於20ms。

動態電壓恢復器(Dynamic Voltage Restorer：DVR)是近年來解決上述問題如電壓驟降、電壓突升等問題的重要方法。其以串聯的方式來補償電源電壓之變動，可達到較佳的系統效率及穩定輸出電壓。第1圖繪示為先前技術的動態電壓恢復器之電路圖。請參考第1圖，此動態電壓恢復器包括一變壓器101、一能量儲存元件102以及一直流對交流轉換器103。另外，在第1圖中，標示了交流等效阻抗ZAC。在此動態電壓恢復器中，額外的直流對交流轉換器103產生交流補償電壓Vcan，並透過變壓器101進行交流輸入電壓Vac的補償。然而，受限於能量儲存元件102的容量，其補償時間、成本與電路體積將會受限。

本發明的一目的在於提供一種動態電壓恢復器，藉由具有正負電壓增益之交流對交流轉換器配合串接在電壓源的補償用變壓器，進行對電源電壓的補償，達到即時穩壓的功能。

有鑒於此，本發明提供一種動態電壓恢復器，適用於補償交流電壓驟降與交流電壓突升，此動態電壓恢復器包括一降壓變壓器、一補償變壓器以及一交流對交流轉換器。降壓變壓器包括一交流輸入端、一共接交流輸入端以及一輸出端，其中，降壓變壓器的交流輸入端耦接一第一交流端，降壓變壓器的共接交流輸入端耦接一第二交流端，其中，降壓變壓器的輸出端與降壓變壓器的共接交流輸入端之間的一降壓交流電壓小於降壓變壓器的交流輸入端與降壓變壓器的共接交流輸入端之間的一輸入交流電壓。補償變壓器包括一次側線圈以及一二次側線圈，其中，補償變壓器的二次側線圈的第一端耦接降壓變壓器的輸出端，補償變壓器的二次側線圈的第二端用以提供一補償電壓。

上述交流對交流轉換器包括一全波整流電路、一低通濾波電路、一第一開關、一第二開關、一第三開關、一第四開關以及一控制電路。全波整流電路包括一第一輸入端、一第二輸入端、一第一輸出端以及一第二輸出端，其中，全波整流電路的第一輸入端耦接降壓變壓器的輸出端，全波整流電路的第二輸入端耦接降壓變壓器的共接交流輸入端，其中，全波整流電路的第一輸出端與全波整流電路的第二輸出端的電壓差為一全波整流交流電。低通濾波電路包括一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端，其中，低通濾波電路的輸出端耦接該一次側線圈的第一端，低通濾波電路的第二輸入端耦接一次側線圈的第二端，低通濾波電路的輸出端用以輸出一輸出電壓。

第一開關包括一第一端、一第二端以及一控制端，其中，第一開關的第一端耦接全波整流電路的第一輸出端，第一開關的第二端耦接低通濾波電路的第一輸入端。第二開關包括一第一端、一第二端以及一控制端，其中，第二開關的第一端耦接低通濾波電路的第一輸入端，第二開關的第二端耦接全波整流電路的第二輸出端。第三開關包括一第一端、一第二端以及一控制端，其中，第三開關的第一端耦接全波整流電路的第一輸出端，第三開關的第二端耦接低通濾波電路的第二輸入端。第四開關包括一第一端、一第二端以及一控制端，其中，第四開關的第一端耦接低通濾波電路的第二輸入端，第四開關的第二端耦接全波整流電路的第二輸出端。控制電路耦接第一開關、第二開關、第三開關以及第四開關的控制端，用以輸出一第一脈波寬度調變訊號、一第二脈波寬度調變訊號、一第三脈波寬度調變訊號以及一第四脈波寬度調變訊號分別給第一開關、第二開關、第三開關以及第四開關的控制端。

第一脈波寬度調變訊號與第二脈波寬度調變訊號反相，第三脈波寬度調變訊號與第四脈波寬度調變訊號反相，第一脈波寬度調變訊號與第三脈波寬度調變訊號的相位反相。在輸入交流電壓的正半週期時，根據降壓交流電壓的正半週期與標準交流電的正半週期之差異，將第一脈波寬度調變訊號的責任週期在50%到100%之間進行調整。在輸入交流電壓的負半週期時，根據降壓交流電壓的負半週期與標準交流電的負半週期之差異，將第一脈波寬度調變訊號的責任週期在0%到50%之間進行調整。

依照本發明較佳實施例所述之動態電壓恢復器，上述低通濾波電路包括一諧振濾波電感以及一諧振濾波電容。諧振濾波電感包括一第一端以及一第二端，其中，諧振濾波電感的第一端耦接低通濾波電路的第一輸入端，諧振濾波電感的第二端耦接低通濾波電路的輸出端。諧振濾波電容包括一第一端以及一第二端，其中，諧振濾波電容的第一端耦接低通濾波電路的輸出端，諧振濾波電容的第二端耦接低通濾波電路的第二輸入端。

本發明另外提供一種動態電壓恢復器，適用於補償交流電壓驟降與交流電壓突升，此動態電壓恢復器包括一降壓變壓器、一補償變壓器以及一交流對交流轉換器。降壓變壓器包括一交流輸入端、一共接交流輸入端以及一輸出端，其中，降壓變壓器的交流輸入端耦接一第一交流端，降壓變壓器的共接交流輸入端耦接一第二交流端，其中，降壓變壓器的輸出端與降壓變壓器的共接交流輸入端之間的一降壓交流電壓小於降壓變壓器的交流輸入端與降壓變壓器的共接交流輸入端之間的一輸入交流電壓。補償變壓器包括一次側線圈以及一二次側線圈，其中，補償變壓器的二次側線圈的第一端耦接降壓變壓器的輸出端，補償變壓器的二次側線圈的第二端用以提供一補償電壓。

上述交流對交流轉換器包括一全波整流電路、一低通濾波電路、一第一開關、一第二開關、一第一電容、一第二電容以及一控制電路。全波整流電路包括一第一輸入端、一第二輸入端、一第一輸出端以及一第二輸出端，其中，全波整流電路的第一輸入端耦接降壓變壓器的輸出端，全波整流電路的第二輸入端耦接降壓變壓器的共接交流輸入端，其中，全波整流電路的第一輸出端與全波整流電路的第二輸出端的電壓差為一全波整流交流電。低通濾波電路包括一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端，其中，低通濾波電路的輸出端耦接該一次側線圈的第一端，低通濾波電路的第二輸入端耦接一次側線圈的第二端，低通濾波電路的輸出端用以輸出一輸出電壓。

第一開關包括一第一端、一第二端以及一控制端，其中，第一開關的第一端耦接全波整流電路的第一輸出端，第一開關的第二端耦接低通濾波電路的第一輸入端。第二開關包括一第一端、一第二端以及一控制端，其中，第二開關的第一端耦接低通濾波電路的第一輸入端，第二開關的第二端耦接全波整流電路的第二輸出端。第一電容包括一第一端以及一第二端，其中，第一電容的第一端耦接全波整流電路的第一輸出端，該第一電容的第二端耦接低通濾波電路的第二輸入端。第二電容包括一第一端以及一第二端，其中，第二電容的第一端耦接低通濾波電路的第二輸入端，第二電容的第二端耦接全波整流電路的第二輸出端。控制電路耦接第一開關以及第二開關的控制端，用以控制第一開關以及第二開關，用以輸出一第一脈波寬度調變訊號以及一第二脈波寬度調變訊號給第一開關以及第二開關的控制端。

第一脈波寬度調變訊號與第二脈波寬度調變訊號反相。在輸入交流電壓的正半週期時，根據降壓交流電壓的正半週期與一標準交流電的正半週期之差異，將第一脈波寬度調變訊號的責任週期在50%到100%之間進行調整。在輸入交流電壓的負半週期時，根據降壓交流電壓的負半週期與一標準交流電的負半週期之差異，將第一脈波寬度調變訊號的責任週期在0%到50%之間進行調整。

上述交流對交流轉換器包括一全波整流電路、一低通濾波電路、一第一開關、一第二開關、一第主開關、一第四開關以及一控制電路。全波整流電路包括一第一輸入端、一第二輸入端、一第一輸出端以及一第二輸出端，其中，全波整流電路的第一輸入端耦接降壓變壓器的輸出端，全波整流電路的第二輸入端耦接降壓變壓器的共接交流輸入端，其中，全波整流電路的第一輸出端與全波整流電路的第二輸出端的電壓差為一全波整流交流電。低通濾波電路包括一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端，其中，低通濾波電路的輸出端耦接該一次側線圈的第一端，低通濾波電路的第二輸入端耦接一次側線圈的第二端，低通濾波電路的輸出端用以輸出一輸出電壓。

上述第一脈波寬度調變訊號與第四脈波寬度調變訊號同相，上述第三脈波寬度調變訊號與第二脈波寬度調變訊號同相。在輸入交流電壓的正半週期時，根據降壓交流電壓的正半週期與一標準交流電的正半週期之差異，將第一脈波寬度調變訊號的責任週期在50%到100%之間進行調整，且根據該降壓交流電壓的正半週期與一標準交流電的正半週期之差異，將第三脈波寬度調變訊號的責任週期在0%到50%之間進行調整，使上述低通濾波器的第一輸入端之電壓與該低通濾波器的第二輸入端之電壓同極性。在輸入交流電壓的負半週期時，根據降壓交流電壓的負半週期與一標準交流電的負半週期之差異，將第一脈波寬度調變訊號的責任週期在0%到50%之間進行調整，且根據降壓交流電壓的負半週期與一標準交流電的負半週期之差異，將第三脈波寬度調變訊號的責任週期在50%到100%之間進行調整，使上述低通濾波器的第一輸入端之電壓與低通濾波器的第二輸入端之電壓同極性。

本發明的精神在於動態電壓回復器採用先將所輸入的交流電進行降壓，之後，交流對交流轉換器根據正常交流電的振幅與輸入的降壓後之交流電的振幅，配合變壓器，針對輸入的交流電壓之電壓驟降以及電壓突升，給予對應之正增益之電壓補償。而在本發明的交流對交流轉換器中，採用單向全橋轉換器，先將所接收的降壓後之交流電進行全波整流，才以脈波寬度調變方式，完成交流轉換。而本發明的全橋轉換器經由低頻變壓器與輸入電壓串聯達到電壓補償穩定輸出功能。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

101‧‧‧變壓器

102‧‧‧能量儲存元件

103‧‧‧直流對交流轉換器

ZAC‧‧‧交流等效阻抗

Vcan‧‧‧交流補償電壓

Vac‧‧‧交流輸入電壓

301‧‧‧降壓變壓器\自耦變壓器

302‧‧‧補償變壓器

303‧‧‧交流對交流轉換器

Vi‧‧‧輸入端所輸入之交流電

Vin‧‧‧降壓交流電壓

Vo‧‧‧補償後的交流電壓

Cr‧‧‧濾波電容

C51‧‧‧第一電容

C52‧‧‧第二電容

304‧‧‧全波整流電路

305‧‧‧低通濾波電路

S31、S51‧‧‧第一開關

S32、S52‧‧‧第二開關

S33‧‧‧第三開關

S34‧‧‧第四開關

306‧‧‧控制電路

Vrp‧‧‧全波整流電壓

Vout‧‧‧交流電壓

PWM1‧‧‧第一脈波寬度調變訊號

PWM2‧‧‧第二脈波寬度調變訊號

PWM3‧‧‧第三脈波寬度調變訊號

PWM4‧‧‧第四脈波寬度調變訊號

Vcan‧‧‧交流補償電壓

Vab‧‧‧低通濾波電路305兩端的電壓

第1圖繪示為先前技術的動態電壓恢復器之電路圖。

第2圖繪示為本發明之申請人考量的第一解決方案的動態電壓恢復器之電路圖。

第3圖繪示為本發明一較佳實施例的動態電壓恢復器之電路圖。

第4圖繪示為本發明實施例的動態電壓恢復器之脈波寬度控制波形圖。

第5圖繪示為本發明一較佳實施例的動態電壓恢復器之電路圖。

第6圖繪示為本發明實施例的動態電壓恢復器之脈波寬度控制波形圖。

第7圖繪示為本發明實施例的動態電壓恢復器之脈波寬度控制波形圖。

第2圖繪示為本發明之申請人考量的第一解決方案的動態電壓恢復器之電路圖。請參考第2圖，在此解決方案中，利用直接交流對交流轉換器201來實現對輸入電壓的補償機制。其利用交流輸入電壓或輸出電壓配合低頻變壓器來補償其過低或過高電壓，架構圖如第2圖所示。此方法效率較高且無上述第一種方法之缺點，雖其電源中斷時無法提供其所需之輸出電壓，但只要配合其他緊急發電設備亦可實現不斷電功能。在此實施例中，動態電壓恢復器(DVR)所需要的補償輸出電壓變化與快速響應，故以直接轉換的交流對交流轉換器來實現，此動態電壓恢復器包括交流對交流轉換器201、電源控制器暨驅動電路202以及變壓器203。另外，為了維持電源控制器暨驅動電路202的運作，還需要額外的一輔助電源電路204。另外，在第2圖中，標示了交流等效阻抗ZAC。

另外，為了說明本發明的精神，在此實施例中，變壓器的一次側與二次側的線圈比假設為1：N。在此實施例中，為達到動態電壓恢復器(DVR)所需要的補償輸出電壓的上下變化，交流對交流轉換器需要同時具有正電壓增益與負電壓增益。本實施例為解決輸出電壓驟降與電壓突升的問題，交流對交流轉換器所需補償之交流電壓Vout如下式(1)所示：Vo=(Vout-Vin)×G(D)×¹/_n (1)

其中Vo為輸出電壓、Vin為輸入電壓、G(D)為交流對交流轉換器的增益、n則為低頻變壓器的圈數比。由方程式(1)可知，電壓驟降時所需補償的交流電壓Vout為正，反之電壓突升時補償之交流電壓Vout為負。亦即交流對交流轉換器的增益G(D)必須可以為正亦可以為負。因脈波的責任週期D的範圍為0~1之間，為得到可正可負的數值，在此實施例，以脈波的責任週期0.5為分界點。當責任週期D<0.5時，G(D)為正值，當責任週期D>0.5時，G(D)為負值。

然而，上述實施例在實行時，有一個需要解決的困難點。為了達成交流對交流的轉換，且必須有正負增益，交流對交流轉換器201的開關必須採用雙向交流開關。然而交流雙向開關的成本較高，因此，申請人幾經思考，提出以下無須交流雙向開關的方案。

第3圖繪示為本發明一較佳實施例的動態電壓恢復器之電路圖。請參考第3圖，在此實施例中，動態電壓恢復器包括一降壓變壓器301、一補償變壓器302以及一交流對交流轉換器303。降壓變壓器301在此實施例係以一自耦變壓器實施，此自耦變壓器301包括一交流輸入端、一共接交流輸入端以及一輸出端。此自耦變壓器301的交流輸入端耦接第一交流端，此自耦變壓器301的共接交流輸入端耦接第二交流端。

自耦變壓器301的設計主要是為了方便後端的交流對交流轉換器303之設計。若直接將輸入端所輸入之交流電Vi直接輸入給交流對交流轉換器303，則交流對交流轉換器必須要設計同時具有正負增益。然而，自耦變壓器301的輸出端與此自耦變壓器301的共接交流輸入端之間的降壓交流電壓Vin小於自耦變壓器301的交流輸入端與自耦變壓器301的共接交流輸入端之間的輸入交流電壓Vi，因此，交流對交流轉換器303便可以只需要正電壓增益。舉例來說，此動態電壓恢復器需要可以補償電壓突升20%，則自耦變壓器301的兩線圈之圈數比N1：N2約為0.167：0.833(1：4.99)。

補償變壓器302包括一次側線圈以及一二次側線圈。補償變壓器302的二次側線圈的第一端耦接自耦變壓器301的輸出端，補償變壓器302的二次側線圈的第二端用以提供一補償後的交流電壓Vo。交流對交流轉換器303包括一全波整流電路304、一低通濾波電路305、一第一開關S31、一第二開關S32、一第三開關S33、一第四開關S34以及一控制電路306。上述第一開關S31、第二開關S32、第三開關S33以及第四開關S34在此實施例是以絕緣閘雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)實施。全波整流電路304用以將自耦變壓器301所接收的降壓交流電壓Vin轉換為全波整流電壓Vrp，此全波整流電壓Vrp係為一脈動直流電壓(Rectified Pulsating DC Voltage)。另外，在此實施例中，全波整流電路304後耦接一濾波電容Cr。此濾波電容Cr與先前技術的大電容不同。先前技術的電容一般均大於220uF，用以將上述全波整流電壓Vrp的漣波濾除，以獲得直流電壓。然而，此濾波電容Cr之電容值小於10uF，其功能主要是用以將全波整流電壓Vrp的雜訊濾除，並維持上述脈動直流電壓的波形。當降壓交流電壓Vin為110VAC，頻率為60Hz時，上述脈動直流電壓的頻率為120Hz，振幅理想情況為155.5V。

第一開關S31、第二開關S32、第三開關S33以及第四開關S34構成一全橋轉換器。低通濾波電路305係以一電感與電容所構成。上述全橋轉換器以及低通濾波電路305用以將上述全波整流電壓(脈動直流電壓) Vrp轉換為交流電壓Vout。控制電路306耦接第一開關S31、第二開關S32、第三開關S33以及第四開關S34的控制端，用以輸出第一脈波寬度調變訊號PWM1、第二脈波寬度調變訊號PWM2、第三脈波寬度調變訊號PWM3以及第四脈波寬度調變訊號PWM4分別給第一開關S31、第二開關S32、第三開關S33以及第四開關S34的控制端，以控制第一開關S31、第二開關S32、第三開關S33以及第四開關S34。

第4圖繪示為本發明實施例的動態電壓恢復器之脈波寬度控制波形圖。請參考第4圖，其中，標號Vo表示補償後的交流電壓之波形，Vi表示輸入交流電壓的波形，Vin表示降壓交流電壓的波形，Vrp表示全波整流電壓的波形，Vcan表示交流補償電壓的波形，PWM表示第一脈波寬度調變訊號PWM1與第四脈波寬度調變訊號PWM4的波形，Vab表示低通濾波電路305兩端的電壓波形，Vout表示補償變壓器302的一次側線圈所接收到的電壓波形。

在此實施例中，以第一開關S31的導通時間作為系統的脈波寬度調變之責任週期。供應給第一開關S31的第一脈波寬度調變訊號PWM1與供應給第二開關S32的第二脈波寬度調變訊號PWM2反相；供應給第一開關S31的第一脈波寬度調變訊號PWM1與供應給第四開關S34的第四脈波寬度調變訊號PWM4同相；供應給第二開關S32的第二脈波寬度調變訊號PWM2與供應給第三開關 S33的第三脈波寬度調變訊號PWM3同相。

所輸入的降壓交流電壓Vin已經被整流成全波整流電壓(脈動直流電壓)Vrp，在此實施例中，當第一開關S31與第四開關S34導通時，低通濾波電路305所接收到的電壓Vab為正，當第二開關S32與第三開關S33導通時，低通濾波電路305所接收到的電壓Vab為負。因此，在輸入交流電壓的正半週期時，由於第一脈波寬度調變訊號PWM1的責任週期在50%到100%之間，低通濾波電路305所接收到的電壓Vab為正電壓的成分大於低通濾波電路305所接收到的電壓Vab為負電壓的成分，藉由低通濾波電路305的低通濾波，電容兩端便可以獲得正半週的弦波。同樣的道理，在輸入交流電壓的負半週期時，由於第一脈波寬度調變訊號PWM1的責任週期在0%到50%之間，低通濾波電路305所接收到的電壓Vab為負電壓的成分大於低通濾波電路305所接收到的電壓Vab為正電壓的成分，藉由低通濾波電路305的低通濾波，電容兩端便可以獲得負半週的弦波。

請再次參考第4圖，假設此動態電壓恢復器應用在220 VAC的交流電。在此第4圖中舉了3個例子。當所輸入之交流電Vi小於220 VAC，控制電路306在交流電的正半週期時，第一脈波寬度調變訊號PWM1之責任週期控制在0.72，控制電路306在交流電的負半週期時，第一脈波寬度調變訊號PWM1之責任週期控制在0.28。藉此，交流對交流轉換器303產生與所輸入之交流電Vi同相位較大振幅的交流電弦波，使補償後的交流電壓Vo維持在220 VAC。當所輸入之交流電Vi大於220 VAC，控制電路306在交流電的正半週期時，第一脈波寬度調變訊號PWM1之責任週期控制在0.52，控制電路306在交流電的負半週期時，第一脈波寬度調變訊號PWM1之責任週期控制在0.48。藉此，交流對交流轉換器303產生與所輸入之交流電Vi同相位較小振幅的交流電弦波，使補償後的交流電壓Vo維持在220 VAC。

當所輸入之交流電Vi等於220VAC，由於自耦變壓器301將所輸入之交流電Vi降壓到183VAC，因此，交流對交流轉換器303仍須將183VAC的降壓交流電壓Vin補償至220VAC，控制電路306在交流電的正半週期時，第一脈波寬度調變訊號PWM1之責任週期控制在0.55，控制電路306在交流電的負半週期時，第一脈波寬度調變訊號PWM1之責任週期控制在0.45。藉此，交流對交流轉換器303產生與所輸入之交流電Vi同相位的交流電弦波，藉以使補償後的交流電壓Vo維持在220VAC。

上述實施例中，降壓變壓器301除了使用自耦變壓器301外，仍可以採用一般隔離型態的變壓器。故本發明不以此為限。另外，上述全波整流電路304除了上述橋式整流電路外，亦可以採用中心抽頭式變壓器配合兩個二極體的全波整流電路，故本發明不以此為限。

第5圖繪示為本發明一較佳實施例的動態電壓恢復器之電路圖。請參考第5圖，相較於第3圖的電路，此第5圖的實施例的動態電壓恢復器採用半橋式轉換器。此半橋式轉換器包括第一開關S51、第二開關S52、第一電容C51以及第二電容C52。第一開關S51與第二開關S52是以金屬氧化物半導體場效應電晶體實施。第一開關S51的閘極接收第一脈波寬度調變訊號PWM1，第二開關S52的閘極接收第二脈波寬度調變訊號PWM2。

第6圖繪示為本發明實施例的動態電壓恢復器之脈波寬度控制波形圖。請參考第6圖，其中，標號Vo表示補償後的交流電壓之波形，Vi表示輸入交流電壓的波形，Vin表示降壓交流電壓的波形，Vrp表示全波整流電壓的波形，Vcan表示交流補償電壓的波形，PWM1表示第一脈波寬度調變訊號的波形，PWM2表示第二脈波寬度調變訊號的波形，Vab表示低通濾波電路305兩端的電壓波形，其振幅為全波整流電壓Vrp的振幅的一半，Vout表示補償變壓器302的一次側線圈所接收到的電壓波形。在此實施例中，以第一開關S51的導通時間作為系統的脈波寬度調變之責任週期。供應給第一開關S51的第一脈波寬度調變訊號PWM1與供應給第二開關S52的第二脈波寬度調變訊號PWM2反相。

所輸入的降壓交流電壓Vin已經被整流成全波整流電壓(脈動直流電壓)Vrp，在此實施例中，當第一開關S51導通時，低通濾波電路305所接收到的電壓Vab為正，當第二開關S52導通時，低通濾波電路305所接收到的電壓Vab為負。因此，在輸入交流電壓的正半週期時，由於第一脈波寬度調變訊號PWM1的責任週期在50%到100%之間，低通濾波電路305所接收到的電壓Vab為正電壓的成分大於負電壓的成分，藉由低通濾波電路305的低通濾波，電容兩端便可以獲得正半週的弦波。同樣的道理，在輸入交流電壓的負半週期時，由於第一脈波寬度調變訊號PWM1的責任週期在0%到50%之間，低通濾波電路305所接收到的電壓Vab為負電壓的成分大於正電壓的成分，藉由低通濾波電路305的低通濾波，電容兩端便可以獲得負半週的弦波。

上述全橋轉換器以及半橋轉換器的控制方法實施例是以雙極性的脈波寬度調變控制方法實施，以下實施例採用單極性的脈波寬度調變控制方法實施。

第7圖繪示為本發明實施例的動態電壓恢復器之脈波寬度控制波形圖。請參考第7圖，此實施例同樣採用第3圖的電路，然而，脈波寬度調變控制方法採用單極性的脈波寬度調變控制方法。如第7圖所示，其中，標號Vin表示降壓交流電壓的波形，Vrp表示全波整流電壓的波形，PWM1表示第一脈波寬度調變訊號的波形，PWM3表示第三脈波寬度調變訊號的波形，由於第二脈波寬度調變訊號的波形PWM2與第一脈波寬度調變訊號的波形PWM1為反相，且第四脈波寬度調變訊號的波形PWM4表示，與第三脈波寬度調變訊號的波形PWM3為反相，故在第7圖中並未表示出第二脈波寬度調變訊號的波形 PWM2與第四脈波寬度調變訊號的波形PWM4。Vab表示低通濾波電路305兩端的電壓波形，Vout表示補償變壓器302的一次側線圈所接收到的電壓波形。在此實施例中，系統的脈波寬度調變之責任週期有兩組，分別是第一開關S31的第一脈波寬度調變訊號PWM1以及第三開關S33的第三脈波寬度調變訊號PWM3。供應給第一開關S31的第一脈波寬度調變訊號PWM1與供應給第二開關S32的第二脈波寬度調變訊號PWM2反相。供應給第四開關S34的第四脈波寬度調變訊號PWM4與供應給第三開關S33的第三脈波寬度調變訊號PWM3反相。

所輸入的降壓交流電壓Vin已經被整流成全波整流電壓(脈動直流電壓)Vrp，在此實施例中，當第一開關S31以及第四開關S34導通時，低通濾波電路305所接收到的電壓Vab為正，當第二開關S32以及第三開關S33導通時，低通濾波電路305所接收到的電壓Vab為負。然而，第一開關S31與第三開關S33的導通時間重疊，因此，在輸入交流電壓的正半週期時，低通濾波電路305所接收到的電壓Vab僅為正電壓，之後，藉由低通濾波電路305的低通濾波，電容兩端便可以獲得正半週的弦波。同樣的道理，在輸入交流電壓的負半週期時，由於第一開關S31與第三開關S33的導通時間重疊，低通濾波電路305所接收到的電壓Vab僅為負電壓，藉由低通濾波電路305的低通濾波，電容兩端便可以獲得負半週的弦波。

上述實施例中，第一開關S31、第二開關S32、第三開關S33以及第四開關S34雖然是以絕緣閘雙極電晶體(IGBT)實施，然所屬技術領域具有通常知識者應當知道，上述第一開關S31、第二開關S32、第三開關S33以及第四開關S34亦可以採用功率電晶體實施。在此不予贅述。

綜上所述，本發明的精神在於動態電壓回復器採用先將所輸入的交流電進行降壓，之後，交流對交流轉換器根據正常交流電的振幅與輸入的降壓後之交流電的振幅，配合變壓器，針對輸入的交流電壓之電壓驟降以及電壓突升，給予對應之正增益之電壓補償。而在本發明的交流對交流轉換器中，採用單向全橋轉換器，先將所接收的降壓後之交流電進行全波整流，才以順序導通脈波寬度調變方式，完成交流轉換。而本發明的全橋轉換器經由低頻變壓器與輸入電壓串聯達到電壓補償穩定輸出功能。

在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。