TWI610536B - 交流電壓導通及截止相角同步調控電路 - Google Patents

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Abstract

本發明交流電壓導通及截止相角同步調控電路，為一種在交流電源與負載之間設置固態開關元件，而藉相位角度調控電路對固態開關元件之導通相位角度及截止相位角度兩者作同步調控，可使交流電源正弦波形之電壓，在經導通及截止相位角度作同步調控之變化範圍內，皆仍保持對稱波形之輸出者。

Description

交流電壓導通及截止相角同步調控電路
本發明為一種供對交流電源輸出之正弦波形電壓，作導通及截止相位角度之同步調控，為一種首創可同步調控導通及截止相位角度之調控模式，突破傳統只調控其觸發相位角度或調控截止相位角度之調控模式，特別是導通及截止相位角度兩者作相同相位角度之調整，可使交流電源正弦波形之電壓，在經導通及截止相位角度作同步調控之變化範圍內，皆仍保持對稱波形之輸出，此項交流電壓導通及截止相角同步調控電路，可供應用於單相交流電源或多相交流電源輸出電壓之調控，以供對負載作穩壓供電，或調控對負載之輸出電流者。
傳統之交流電壓之調控方式通常為調幅(如圖1所示)，而相位角度控制方式到目前只有調控其觸發相位角度(如圖2所示)，或調控截止相位角度(如圖3所示)之調控模式，其應用較受限。
本發明交流電壓導通及截止相角同步調控電路，為一種在交流電源與負載之間設置固態開關元件，而藉相位角度調控電路對固態開關元件之導通相位角度及截止相位角度兩者作同步調控，可使交流電源正弦波形之電壓，在經導通及截止相位角度作同步調控之變化範圍內，皆仍保持對稱波形之輸出者，此項交流電壓導通及截止相角同步調控電路，可供應用於單相交流電源或多相交流電源輸出電壓之調控，以供對負載作穩壓供電，或調控對負載之輸出電流者。
傳統之交流電壓之調控方式通常為調幅(如圖1所示)，而相位角度控制方式到目前只有調控其觸發相位角度(如圖2所示)，或調控截止相位角度(如圖3所示)之調控模式，其應用較受限。
本發明為一種供對交流電源輸出之正弦波形電壓，作導通及截止相位角度之同步調控，為一種首創可同步調控導通及截止相位角度之調控模式，突破傳統只調控其觸發相位角度或調控截止相位角度之調控模式，特別是導通及截止相位角度兩者作相同相位角度之調整，可使交流電源正弦波形之電壓，在經導通及截止相位角度作同步調控之變化範圍內，皆仍保持對稱波形之輸出，此項交流電壓導通及截止相角同步調控電路，可供應用於單相交流電源或多相交流電源輸出電壓之調控，以供對負載作穩壓供電，或調控對負載之輸出電流者。
本發明交流電壓導通及截止相角同步調控電路，為一種在交流電源與負載之間設置固態開關元件，而藉相位角度調控電路對固態開關元件之導通相位角度及截止相位角度兩者作同步調控，可使交流電源正弦波形之電壓，在經導通及截止相位角度作同步調控之變化範圍內，皆仍保持對稱波形之輸出者，此項交流電壓導通及截止相角同步調控電路，可供應用於單相交流電源或多相交流電源輸出電壓之調控，以供對負載作穩壓供電，或調控對負載之輸出電流者。
圖4所示為本發明藉雙極性固態開關元件，構成可同步調控交流電壓導通及截止相位角度之電路方塊示意圖。
如圖4所示，其主要構成如下：
--　交流限流電路裝置(Z10)：為藉電阻性阻抗元件、電感性阻抗元件、電容性阻抗元件其中一種或一種以上呈串聯或並聯或串並聯所構成，供串聯負載(L101)及雙極性固態開關元件(1000)再並聯於交流電源者；
--　雙極性固態開關元件(1000)：為藉以下一種或一種以上之固態開關元件所構成：
1)　藉由可控制導電相位角度之雙向閘流體元件所構成，例如由雙向矽控制整流器TRIAC構成雙極性固態開關元件(1000)，而藉雙極性導通及截止相位角度調控電路(PD100)本身電路之調控功能，以輸出雙極性驅動電壓信號，對由雙向閘流體元件雙向矽控制整流器TRIAC所構成之雙極性固態開關元件(1000)，作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之操控者；
2)　藉由至少兩個場效應功率元件所構成，例如由MOSFET、IGBT所構成之雙極性模組作為雙極性固態開關元件(1000)，而藉雙極性導通及截止相位角度調控電路(PD100)本身電路之調控功能，以輸出雙極性驅動電壓信號，對由包括至少兩個場效應功率元件所構成之雙極性固態開關元件(1000)，作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之操控者；
--　雙極性導通及截止相位角度調控電路(PD100)：為由電子電路元件所構成，供輸入交流電源電壓，而藉本身電路之調控功能，及參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值，以輸出雙極性驅動電壓信號，供操控雙極性固態開關元件(1000)之導通相位角度及截止相位角度者；
上述電路為供操控交流電能所驅動之電阻或含電阻之電感性負載或含電阻之電容性負載；或含電阻之電感性及電容性之串聯負載者。
圖5所示為本發明藉對雙極性固態開關元件，作設定導通及截止相位角度調控之電路方塊示意圖。
如圖5所示，其主要構成如下：
--　交流限流電路裝置(Z10)：為藉電阻性阻抗元件、電感性阻抗元件、電容性阻抗元件其中一種或一種以上呈串聯或並聯或串並聯所構成，供串聯負載(L101)及雙極性固態開關元件(1000)再並聯於交流電源者；
--雙極性固態開關元件(1000)：為藉以下一種或一種以上之固態開關元件所構成：
1)　藉由可控制導電相位角度之雙向閘流體元件所構成，例如由雙向矽控制整流器TRIAC構成雙極性固態開關元件(1000)，而藉雙極性導通及截止相位角度設定電路(PD200)本身電路作設定功能，以輸出雙極性驅動電壓信號，經呈逆極性串聯之季納二極體(ZD101)、(ZD102)，對由雙向閘流體元件雙向矽控制整流器TRIAC所構成之雙極性固態開關元件(1000)，作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之操控者；
2)　藉由至少兩個場效應功率元件所構成，例如由MOSFET、IGBT所構成之雙極性模組作為雙極性固態開關元件(1000)，而藉雙極性導通及截止相位角度設定電路(PD200)本身電路作設定功能，以輸出雙極性驅動電壓信號，經呈逆極性串聯之季納二極體(ZD101)、(ZD102)，對由包括至少兩個場效應功率元件所構成之雙極性固態開關元件(1000)，作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之操控者；
--　雙極性導通及截止相位角度設定電路(PD200)：為由電子電路元件所構成，供輸入交流電源電壓，而藉本身電路作設定功能，以輸出雙極性驅動電壓信號，經呈逆極性串聯之季納二極體(ZD101)、(ZD102)，供操控雙極性固態開關元件(1000)之導通相位角度、截止相位角度者；
--　季納二極體(ZD101)、(ZD102)：為由至少兩個季納二極體(zener diode)所構成，為呈逆極性串聯以產生雙極性電壓差，供串聯於雙極性導通及截止相位角度調控電路(PD100)之雙極性驅動電壓信號輸出端，與雙極性固態開關元件(1000)之雙極性驅動電壓信號輸入端之間者；此項季納二極體(ZD101)、(ZD102)可由相同性能之雙向季納二極體以取代者；
上述電路為供操控交流電能所驅動之電阻或含電阻之電感性負載或含電阻之電容性負載；或含電阻之電感性及電容性之串聯負載者。
圖6所示為藉兩個固態開關元件，構成可同步調控交流電壓導通及截止相位角度之電路方塊示意圖。
如圖6所示，其主要構成如下：
--　交流限流電路裝置(Z10)：為藉電阻性阻抗元件、電感性阻抗元件、電容性阻抗元件其中一種或一種以上呈串聯或並聯或串並聯所構成，供串聯負載(L101)及雙極性固態開關元件(1000)再並聯於交流電源者；
--　雙極性固態開關元件(1000)：為由單極性固態開關元件(1001)及單極性固態開關元件(1002)呈逆極性並聯所構成，單極性固態開關元件(1001)及單極性固態開關元件(1002)為由以下一種或一種以上之固態開關元件所構成：
1)　藉由至少兩個可控制導電相位角度之單極性固態開關元件(1001)、單極性固態開關元件(1002)所構成，例如由至少兩個矽控制整流器SCR呈逆極性並聯構成雙極性固態開關元件(1000)，而藉單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)、單極性導通及截止相位角度調控電路(PD102)本身電路之調控功能，以分別輸出不同極性驅動電壓信號，供分別對單極性固態開關元件(1001)、單極性固態開關元件(1002)作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之操控者；
2)　藉由至少兩個場效應功率元件所構成之單極性固態開關元件(1001)、單極性固態開關元件(1002)，而呈逆極性相互並聯構成雙極性固態開關元件(1000)，例如由MOSFET、IGBT所構成之雙極性模組作為雙極性固態開關元件(1000)，而藉單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)、單極性導通及截止相位角度調控電路(PD102)本身電路之調控功能，以分別輸出不同極性驅動電壓信號，供分別對由呈不同極性並聯分別構成單極性固態開關元件(1001)及單極性固態開關元件(1002)之兩個場效應功率元件，作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之操控者；
--　單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)：為由電子電路元件所構成，供順極性串聯二極體(CR101)以輸入第一極性之交流電壓，而藉本身電路之調控功能及參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值，以輸出與單極性固態開關元件(1001)同極性之驅動電壓信號，供操控單極性固態開關元件(1001)之導通相位角度及截止相位角度者；
--　單極性導通及截止相位角度調控電路(PD102)：為由電子電路元件所構成，供順極性串聯二極體(CR102)以輸入第二極性之交流電壓，而藉本身電路之調控功能及參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值，以輸出與單極性固態開關元件(1002)同極性之驅動電壓信號，供操控單極性固態開關元件(1002)之導通相位角度及截止相位角度者；
--　二極體(CR101)：為由整流二極體所構成者，供呈同極性串聯於單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)者；
--　二極體(CR102)：為由整流二極體所構成者，供呈同極性串聯於單極性導通及截止相位角度調控電路(PD102)者；
上述電路為供操控交流電能所驅動之電阻或含電阻之電感性負載或含電阻之電容性負載；或含電阻之電感性及電容性之串聯負載者。
圖7所示為藉對兩個固態開關元件，作設定導通及截止相位角度調控之電路方塊示意圖。
如圖7所示，其主要構成如下：
--　交流限流電路裝置(Z10)：為藉電阻性阻抗元件、電感性阻抗元件、電容性阻抗元件其中一種或一種以上呈串聯或並聯或串並聯所構成，供串聯負載(L101)及雙極性固態開關元件(1000)再並聯於交流電源者；
--　雙極性固態開關元件(1000)：為由單極性固態開關元件(1001)及單極性固態開關元件(1002)呈逆極性並聯所構成，單極性固態開關元件(1001)及單極性固態開關元件(1002)為由以下一種或一種以上之固態開關元件所構成：
1)　藉由至少兩個可控制導電相位角度之單極性固態開關元件(1001)、單極性固態開關元件(1002)所構成，例如由至少兩個矽控制整流器SCR呈逆極性並聯構成雙極性固態開關元件(1000)，而藉單極性導通及截止相位角度設定電路(PD103)、單極性導通及截止相位角度設定電路(PD104)本身電路之設定功能，以分別輸出不同極性驅動電壓信號，經季納二極體(ZD103)、季納二極體(ZD104)，分別輸往單極性固態開關元件(1001)、單極性固態開關元件(1002)，以分別對單極性固態開關元件(1001)、單極性固態開關元件(1002)作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之操控者；
2)藉由至少兩個場效應功率元件作為單極性固態開關元件(1001)、單極性固態開關元件(1002)，而呈逆極性相互並聯構成雙極性固態開關元件(1000)，例如由MOSFET、IGBT所構成之雙極性模組作為雙極性固態開關元件(1000)，而藉單極性導通及截止相位角度設定電路(PD103)、單極性導通及截止相位角度設定電路(PD104)本身電路之設定功能，以分別輸出不同極性驅動電壓信號，經季納二極體(ZD103)、季納二極體(ZD104)，分別輸往單極性固態開關元件(1001)、單極性固態開關元件(1002)，以分別對由呈不同極性並聯之兩個場效應功率元件，作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之操控者；
--　單極性導通及截止相位角度設定電路(PD103)：為由電子電路元件所構成，供順極性串聯二極體(CR101)以輸入第一極性之交流電壓，而藉本身電路作設定功能，以輸出與單極性固態開關元件(1001)同極性之驅動電壓信號，供操控單極性固態開關元件(1001)之導通相位角度及截止相位角度者；
--　單極性導通及截止相位角度設定電路(PD104)：為由電子電路元件所構成，供順極性串聯二極體(CR102)以輸入第二極性之交流電壓，而藉本身電路作設定功能，以輸出與單極性固態開關元件(1002)同極性之驅動電壓信號，供操控單極性固態開關元件(1002)之導通相位角度及截止相位角度者；
--　二極體(CR101)：為由整流二極體所構成者，供呈同極性串聯於單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)者；
--　二極體(CR102)：為由整流二極體所構成者，供呈同極性串聯於單極性導通及截止相位角度調控電路(PD102)者；
--　季納二極體(ZD103)：為由具有季納電壓效應之季納二極體(zener diode)或具順向偏壓之二極體所構成，供串聯於單極性導通及截止相位角度設定電路(PD103)之驅動電壓信號輸出端，與單極性固態開關元件(1001)之驅動電壓信號輸入端之間者；
--　季納二極體(ZD104)：為由具有季納電壓效應之季納二極體(zener diode)或具順向偏壓之二極體所構成，供串聯於單極性導通及截止相位角度設定電路(PD104)之驅動電壓信號輸出端，與單極性固態開關元件(1002)之驅動電壓信號輸入端之間者；
上述電路為供操控交流電能所驅動之電阻或含電阻之電感性負載或含電阻之電容性負載；或含電阻之電感性及電容性之串聯負載者。
圖8所示為藉橋式整流裝置結合固態開關元件，構成可同步調控交流電壓導通及截止相位角度之電路方塊示意圖。
如圖8所示，其主要構成如下：
--　交流限流電路裝置(Z10)：為藉電阻性阻抗元件、電感性阻抗元件、電容性阻抗元件其中一種或一種以上呈串聯或並聯或串並聯所構成，供串聯於交流電源與橋式整流裝置(BR101)之交流輸入端之間；
--　單極性固態開關元件(1001)：為藉以下一種或一種以上之固態開關元件所構成：
1)　藉由可控制導電相位角度之單極性固態開關元件(1001)所構成，例如由矽控制整流器SCR所構成，而藉單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)本身電路之調控功能，以輸出驅動電壓信號，供對由矽控制整流器SCR所構成之單極性固態開關元件(1001)作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之操控者；
2)　藉由場效應功率元件作為單極性固態開關元件(1001)例如由MOSFET、IGBT所構成，而藉單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)本身電路之調控功能，以輸出驅動電壓信號，供對由場效應功率元件所構成之單極性固態開關元件(1001)，作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之操控者；
--　單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)：為由電子電路元件所構成，供並聯於橋式整流裝置(BR102)之直流輸出端，而藉本身電路之調控功能及參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值，以輸出與單極性固態開關元件(1001)同極性之驅動電壓信號，供操控單極性固態開關元件(1001)之導通相位角度及截止相位角度者；
--　橋式整流裝置(BR101)：為由至少四個整流二極體所構成，其交流電源輸入端供串聯交流限流電路裝置(Z10)後供通往交流電源，以及具有直流電源之正極與負極之輸出端；將交流電源整流為直流以輸往單極性固態開關元件(1001)及所串聯之負載(L101)者；
--　橋式整流裝置(BR102)：為由至少四個整流二極體所構成，具有供接受交流電源輸入之兩個輸入端及供輸出直流電源之正極與負極之輸出端；將交流電源整流為直流以輸往單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)，進而輸出驅動電壓信號至單極性固態開關元件(1001)者；
上述電路為供操控交流電能所驅動之電阻或含電阻之電感性負載或含電阻之電容性負載；或含電阻之電感性及電容性之串聯負載者。
圖9所示為藉對橋式整流裝置所結合固態開關元件，作設定導通及截止相位角度調控之電路方塊示意圖。
如圖9所示，其主要構成如下：
--　交流限流電路裝置(Z10)：為藉電阻性阻抗元件、電感性阻抗元件、電容性阻抗元件其中一種或一種以上呈串聯或並聯或串並聯所構成，其一端通往交流電源之一端，另一端供串聯負載(L101)通往橋式整流裝置(BR101)交流輸入端，而橋式整流裝置(BR101)之另一交流輸入端供通往交流電源之另一端者；
--　單極性固態開關元件(1001)：為藉以下一種或一種以上之固態開關元件所構成：
1)　藉由可控制導電相位角度之單極性固態開關元件(1001)所構成，例如由矽控制整流器SCR所構成，而藉單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)本身電路之調控功能，及參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值以輸出驅動電壓信號，經季納二極體(ZD103)，以對由矽控制整流器SCR所構成之單極性固態開關元件(1001)作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之操控者；
2)　藉由場效應功率元件作為單極性固態開關元件(1001)例如由MOSFET、IGBT所構成，而藉單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)本身電路之調控功能，及參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值以輸出驅動電壓信號，經季納二極體(ZD103)，以對由場效應功率元件所構成之單極性固態開關元件(1001)，作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之操控者；
--　單極性導通及截止相位角度設定電路(PD103)：為由電子電路元件所構成，供並聯於橋式整流裝置(BR101)之直流輸出端，而藉本身電路作設定功能輸出驅動電壓信號，經季納二極體(ZD103)以操控單極性固態開關元件(1001)之導通相位角度及截止相位角度者；
--　橋式整流裝置(BR101)：為由至少四個整流二極體所構成，具有供接受交流電源輸入之兩個輸入端及供輸出直流電源之正極與負極之輸出端；將交流電源整流為直流以輸往單極性固態開關元件(1001)及單極性導通及截止相位角度設定電路(PD103)者；
--　季納二極體(ZD103)：為由具有季納電壓效應之季納二極體(zener diode)或具順向偏壓之二極體所構成，供串聯於單極性導通及截止相位角度設定電路(PD103)之驅動電壓信號輸出端，與單極性固態開關元件(1001)之驅動電壓信號輸入端之間者；
上述電路為供操控交流電能所驅動之電阻或含電阻之電感性負載或含電阻之電容性負載；或含電阻之電感性及電容性之串聯負載者。
圖10所示為本發明藉雙極性固態開關元件，構成可同步調控交流電壓導通及截止相位角度，及藉交流限流電路裝置(Z10)檢測電流值，以輸往導通及截止相位角度調控電路，以經固態開關元件調控通過負載之電壓或電流之電路方塊示意圖。
如圖10所示，其主要構成如下：
--　交流限流電路裝置(Z10)：為藉電阻性阻抗元件、電感性阻抗元件、電容性阻抗元件其中一種或一種以上呈串聯或並聯或串並聯所構成，供串聯負載(L101)及雙極性固態開關元件(1000)再並聯於交流電源者；
--　雙極性固態開關元件(1000)：為藉以下一種或一種以上之固態開關元件所構成：
1)　藉由可控制導電相位角度之雙向閘流體元件所構成，例如由雙向矽控制整流器TRIAC構成雙極性固態開關元件(1000)，而藉雙極性導通及截止相位角度調控電路(PD100)本身電路之調控功能，及參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值以輸出雙極性驅動電壓信號，對由雙向閘流體元件雙向矽控制整流器TRIAC所構成之雙極性固態開關元件(1000)，作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之操控者；
2)　藉由至少兩個場效應功率元件所構成，例如由MOSFET、IGBT所構成之雙極性模組作為雙極性固態開關元件(1000)，而藉雙極性導通及截止相位角度調控電路(PD100)本身電路之調控功能，及參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值以輸出雙極性驅動電壓信號，對由包括至少兩個場效應功率元件所構成之雙極性固態開關元件(1000)，作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之操控者；
--　雙極性導通及截止相位角度調控電路(PD100)：為由電子電路元件所構成，供輸入交流電源電壓，而藉本身電路之調控功能，及參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值，以輸出雙極性驅動電壓信號，供操控雙極性固態開關元件(1000)之導通相位角度及截止相位角度者；
上述電路為供操控交流電能所驅動之電阻或含電阻之電感性負載或含電阻之電容性負載；或含電阻之電感性及電容性之串聯負載者。
圖11所示為藉兩個固態開關元件，構成可同步調控交流電壓導通及截止相位角度，及藉交流限流電路裝置(Z10)檢測電流值，以輸往導通及截止相位角度調控電路，以經固態開關元件調控通過負載之電壓或電流之電路方塊示意圖。
如圖11所示，其主要構成如下：
--　交流限流電路裝置(Z10)：為藉電阻性阻抗元件、電感性阻抗元件、電容性阻抗元件其中一種或一種以上呈串聯或並聯或串並聯所構成，供串聯負載(L101)及雙極性固態開關元件(1000)再並聯於交流電源者；
--　雙極性固態開關元件(1000)：為由單極性固態開關元件(1001)及單極性固態開關元件(1002)呈逆極性並聯所構成，單極性固態開關元件(1001)及單極性固態開關元件(1002)為由以下一種或一種以上之固態開關元件所構成：
1)　藉由至少兩個可控制導電相位角度之單極性固態開關元件(1001)、單極性固態開關元件(1002)所構成，例如由至少兩個矽控制整流器SCR呈逆極性並聯構成雙極性固態開關元件(1000)，而藉單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)、單極性導通及截止相位角度調控電路(PD102)本身電路之調控功能，及參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值以分別輸出不同極性驅動電壓信號，供分別對單極性固態開關元件(1001)、單極性固態開關元件(1002)作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之操控者；
2)　藉由至少兩個場效應功率元件所構成之單極性固態開關元件(1001)、單極性固態開關元件(1002)，而呈逆極性相互並聯構成雙極性固態開關元件(1000)，例如由MOSFET、IGBT所構成之雙極性模組作為雙極性固態開關元件(1000)，而藉單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)、單極性導通及截止相位角度調控電路(PD102)本身電路之調控功能，及參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值以分別輸出不同極性驅動電壓信號，供分別對由呈不同極性並聯分別構成單極性固態開關元件(1001)及單極性固態開關元件(1002)之兩個場效應功率元件，作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之操控者；
--　單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)：為由電子電路元件所構成，供順極性串聯二極體(CR101)以輸入第一極性之交流電壓，而藉本身電路之調控功能及參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值，以輸出與單極性固態開關元件(1001)同極性之驅動電壓信號，供操控單極性固態開關元件(1001)之導通相位角度及截止相位角度者；
--　單極性導通及截止相位角度調控電路(PD102)：為由電子電路元件所構成，供順極性串聯二極體(CR102)以輸入第二極性之交流電壓，而藉本身電路之調控功能及參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值，以輸出與單極性固態開關元件(1002)同極性之驅動電壓信號，供操控單極性固態開關元件(1002)之導通相位角度及截止相位角度者；
--　二極體(CR101)：為由整流二極體所構成者，供呈同極性串聯於單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)者；
--　二極體(CR102)：為由整流二極體所構成者，供呈同極性串聯於單極性導通及截止相位角度調控電路(PD102)者；
上述電路為供操控交流電能所驅動之電阻或含電阻之電感性負載或含電阻之電容性負載；或含電阻之電感性及電容性之串聯負載者。
圖12所示為藉橋式整流裝置結合固態開關元件，構成可同步調控交流電壓導通及截止相位角度，及藉交流限流電路裝置(Z10)檢測電流值，以輸往導通及截止相位角度調控電路，以經固態開關元件調控通過負載之電壓或電流之電路方塊示意圖。
如圖12所示，其主要構成如下：
--　交流限流電路裝置(Z10)：為藉電阻性阻抗元件、電感性阻抗元件、電容性阻抗元件其中一種或一種以上呈串聯或並聯或串並聯所構成，供串聯於交流電源與橋式整流裝置(BR101)之交流輸入端之間；
--　單極性固態開關元件(1001)：為藉以下一種或一種以上之固態開關元件所構成：
1)　藉由可控制導電相位角度之單極性固態開關元件(1001)所構成，例如由矽控制整流器SCR所構成，而藉單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)本身電路之調控功能，及參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值以輸出驅動電壓信號，供對由矽控制整流器SCR所構成之單極性固態開關元件(1001)作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之操控者；
2)　藉由場效應功率元件作為單極性固態開關元件(1001)例如由MOSFET、IGBT所構成，而藉單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)本身電路之調控功能，及參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值以輸出驅動電壓信號，供對由場效應功率元件所構成之單極性固態開關元件(1001)，作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之操控者；
--　單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)：為由電子電路元件所構成，供並聯於橋式整流裝置(BR102)之直流輸出端，而藉本身電路之調控功能及參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值，以輸出與單極性固態開關元件(1001)同極性之驅動電壓信號，供操控單極性固態開關元件(1001)之導通相位角度及截止相位角度者；
--　橋式整流裝置(BR101)：為由至少四個整流二極體所構成，其交流電源輸入端供串聯交流限流電路裝置(Z10)後供通往交流電源，以及具有直流電源之正極與負極之輸出端；將交流電源整流為直流以輸往單極性固態開關元件(1001)及所串聯之負載(L101)者；
--　橋式整流裝置(BR102)：為由至少四個整流二極體所構成，具有供接受交流電源輸入之兩個輸入端及供輸出直流電源之正極與負極之輸出端；將交流電源整流為直流以輸往單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)，進而輸出驅動電壓信號至單極性固態開關元件(1001)者；
上述電路為供操控交流電能所驅動之電阻或含電阻之電感性負載或含電阻之電容性負載；或含電阻之電感性及電容性之串聯負載者。
此項交流電壓導通及截止相角同步調控電路，其雙極性導通及截止相位角度調控電路(PD100)、雙極性導通及截止相位角度設定電路(PD200)、單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)及(PD102)、單極性導通及截止相位角度設定電路(PD103)及(PD104)之輸出驅動電壓信號，可由以下一種或一種以上所構成，包括：
1)　直接輸出電能信號驅動所匹配之固態開關元件者；
2)　經光電耦合裝置作絕緣隔離輸出電能信號驅動所匹配之固態開關元件者；
3)　經脈沖變壓器(Pulse Transformer)作絕緣隔離輸出電能信號驅動所匹配之固態開關元件者。
(1000)．．．雙極性固態開關元件
(1001)、(1002)．．．單極性固態開關元件
(BR101)、(BR102)．．．橋式整流裝置
(CR101)、(CR102)．．．二極體
(L101)．．．負載
(PD100)．．．雙極性導通及截止相位角度調控電路
(PD200)．．．雙極性導通及截止相位角度設定電路
(PD101)、(PD102)．．．單極性導通及截止相位角度調控電路
(PD103)、(PD104)．．．單極性導通及截止相位角度設定電路
(Z10)．．．交流限流電路裝置
(ZD101)、(ZD102)、(ZD103)、(ZD104)．．．季納二極體
圖1所示為傳統對正弦波形交流電壓之調幅式電壓調控波形示意圖。
圖2所示為傳統對正弦波形交流電壓之導通相位角度作調控之電壓調控波形圖。
圖3所示為傳統對正弦波形交流電壓之截止相位角度作調控之電壓調控波形圖。
圖4所示為本發明藉雙極性固態開關元件，構成可同步調控交流電壓導通及截止相位角度之電路方塊示意圖。
圖5所示為本發明藉對雙極性固態開關元件，作設定導通及截止相位角度調控之電路方塊示意圖。
圖6所示為藉兩個固態開關元件，構成可同步調控交流電壓導通及截止相位角度之電路方塊示意圖。
圖7所示為藉對兩個固態開關元件，作設定導通及截止相位角度調控之電路方塊示意圖。
圖8所示為藉橋式整流裝置結合固態開關元件，構成可同步調控交流電壓導通及截止相位角度之電路方塊示意圖。
圖9所示為藉對橋式整流裝置所結合固態開關元件，作設定導通及截止相位角度調控之電路方塊示意圖。
圖10所示為本發明藉雙極性固態開關元件，構成可同步調控交流電壓導通及截止相位角度，及藉交流限流電路裝置(Z10)檢測電流值，以輸往導通及截止相位角度調控電路，以經固態開關元件調控通過負載之電壓或電流之電路方塊示意圖。
圖11所示為藉兩個固態開關元件，構成可同步調控交流電壓導通及截止相位角度，及藉交流限流電路裝置(Z10)檢測電流值，以輸往導通及截止相位角度調控電路，以經固態開關元件調控通過負載之電壓或電流之電路方塊示意圖。
圖12所示為藉橋式整流裝置結合固態開關元件，構成可同步調控交流電壓導通及截止相位角度，及藉交流限流電路裝置(Z10)檢測電流值，以輸往導通及截止相位角度調控電路，以經固態開關元件調控通過負載之電壓或電流之電路方塊示意圖。
(1000)．．．雙極性固態開關元件
(L101)．．．負載
(PD100)．．．雙極性導通及截止相位角度調控電路
(Z10)．．．交流限流電路裝置

Claims (15)

  1. 一種交流電壓導通及截止相角同步調控電路，為一種在單相或多相交流電源與負載之間設置雙極性固態開關元件，而藉相位角度調控電路對雙極性固態開關元件之導通相位角度及截止相位角度兩者作同步調控，可使交流電源正弦波形之電壓，在經導通及截止相位角度作同步調控之變化範圍內，皆仍保持對稱波形，以調控單相或多相交流電源輸出電壓，以供對負載作穩壓供電，或調控對負載之輸出電流者，及其中(一)雙向季納二極體，或(二)季納二極體(ZD101及ZD102)等其中之一為呈逆極性串聯，連結於配置電路之雙極性驅動電壓信號輸出端與雙極性固態開關元件(1000)之雙極性驅動電壓信號輸入端之間者，此同步調控電路之構成含：交流限流電路裝置(Z10)：為藉電阻性阻抗元件、電感性阻抗元件、電容性阻抗元件其中一種或一種以上呈串聯或並聯或串並聯所構成，此交流限流電路裝置(Z10)供串聯負載(L101)及雙極性固態開關元件(1000)，呈串聯之交流限流電路裝置(Z10)、負載(L101)、及雙極性固態開關元件(1000)並聯於交流電源者；雙極性固態開關元件(1000)：為藉以下一種或一種以上之固態開關元件所構成：(一)藉由可控制導電相位角度之雙向閘流體元件；其中藉雙極性導通及截止相位角度設定電路(PD200)之設置，以輸出雙極性驅動電壓信號，對雙極性固態開關元件(1000)作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之操控者；及(二)藉由至少兩個場效應功率元件；其中藉雙極性導通及截止相位角度設定電路(PD200)之設置，以輸出雙極性驅動電壓信號，對雙極性固態開關元件(1000)作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位 角度之操控者；雙極性導通及截止相位角度設定電路(PD200)：為由電子電路元件所構成，供輸入交流電壓，其中此配置電路參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值，以輸出雙極性驅動電壓信號，經季納二極體(ZD101及ZD102)供操控雙極性固態開關元件(1000)之導通相位角度及截止相位角度者；及季納二極體(ZD101)、(ZD102)呈逆極性串聯於雙極性導通及截止相位角度設定電路(PD200)與雙極性固態開關元件(1000)之間，其中此同步調控電路為供操控交流電能所驅動之電阻或含電阻之電感性負載或含電阻之電容性負載；或含電阻之電感性及電容性之串聯負載者。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之交流電壓導通及截止相角同步調控電路，其中雙極性固態開關元件(1000)為由雙向矽控制整流器TRIAC所構成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之交流電壓導通及截止相角同步調控電路，其中雙極性固態開關元件(1000)為由至少兩個場效應功率元件所構成，每個為由金屬氧化物半導體場效電晶體MOSFET、絕緣柵雙極電晶體IGBT所構成之雙極性模組所構成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之交流電壓導通及截止相角同步調控電路，其中交流限流電路裝置(Z10)進一步連結以檢測AC電源輸出之電流值，以輸出電流值至雙極性固態開關元件(1000)之調控電路。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之交流電壓導通及截止相角同步調控電路，其中雙極性導通及截止相位角度設定電路(PD200)用以調節雙極性固態開關元件(1000)之驅動方式，為由以下其中一種所構成：(一)直接輸出電能信號驅動雙極性固態開關元件(1000)； (二)經光電耦合裝置作絕緣隔離輸出電能信號驅動雙極性固態開關元件(1000)；(三)經脈沖變壓器作絕緣隔離輸出電能信號驅動雙極性固態開關元件(1000)。
  6. 一種交流電壓導通及截止相角同步調控電路，為一種在單相或多相交流電源與負載之間設置雙極性固態開關元件，而藉相位角度調控電路對雙極性固態開關元件之導通相位角度及截止相位角度兩者作同步調控，可使交流電源正弦波形之電壓，在經導通及截止相位角度作同步調控之變化範圍內，皆仍保持對稱波形，以調控單相或多相交流電源輸出電壓，以供對負載作穩壓供電，或調控對負載之輸出電流者，其構成含：交流限流電路裝置(Z10)：為藉電阻性阻抗元件、電感性阻抗元件、電容性阻抗元件其中一種或一種以上呈串聯或並聯或串並聯所構成，此交流限流電路裝置(Z10)供串聯負載(L101)及雙極性固態開關元件(1000)；雙極性固態開關元件(1000)：為藉第一單極性固態開關元件(1001)及第二單極性固態開關元件(1002)逆極性並聯所構成，呈並聯之單極性開關元件(1001、1002)為由以下一種或一種以上之固態開關元件(1001、1002)所構成：(一)至少兩個矽控制整流器SCR呈逆極性並聯；其中藉第一及第二單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101及PD102)之調控，以分別輸出不同極性之第一及第二驅動電壓信號，供對由矽控制整流器SCR所構成之第一及第二單極性固態開關元件(1001、1002)作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之調控者；(二)至少兩個場效應功率元件呈逆極性並聯；其中藉單極性導通 及截止相位角度調控電路(PD101及PD102)之調控，以分別輸出不同極性之第一及第二驅動電壓信號，供對由至少兩個場效應功率元件所構成之第一及第二單極性固態開關元件(1001、1002)作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之調控者；第一單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)：為由電子電路元件所構成，供順極性串聯第一二極體(CR101)以輸入第一極性之交流電壓，其中藉第一調控電路，參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值，以輸出第一雙極性驅動電壓信號，供調控第一單極性固態開關元件(1001)之導通相位角度及截止相位角度者；及第二單極性導通及截止相位角度調控電路(PD102)：為由電子電路元件所構成，供順極性串聯第二二極體(CR102)以輸入第二極性之交流電壓，其中藉第二調控電路，參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值，以輸出第二雙極性驅動電壓信號，供調控第二單極性固態開關元件(1002)之導通相位角度及截止相位角度者；及其中同步調控電路為供調控交流電能所驅動之電阻、或含電阻之電感性負載、或含電阻之電容性負載；或含電阻之電感性及電容性之串聯負載者。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之交流電壓導通及截止相角同步調控電路，進一步包含第一季納二極體(ZD103)及第二季納二極體(ZD104)呈逆極性串聯；其中第一單極性固態開關元件(1001)之第一調控電路為配置電路，第一季納二極體(ZD103)串聯於第一單極性導通及截止相位角度設定電路(PD103)之驅動電壓信號輸出端與第一單極性固態開關元件(1001)之 驅動電壓信號輸入端之間；第二季納二極體(ZD104)串聯於第二單極性導通及截止相位角度設定電路(PD104)之驅動電壓信號輸出端與第二單極性固態開關元件(1002)之驅動電壓信號輸入端之間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之交流電壓導通及截止相角同步調控電路，其中第一及第二單極性導通及截止相位角度設定電路(PD103、PD104)輸出各自之第一及第二驅動電壓信號，可由以下其中一種所構成：(一)直接輸出電能信號驅動各自之第一及第二單極性固態開關元件(1001、1002)者；(二)經光電耦合裝置作絕緣隔離輸出電能信號驅動各自之第一及第二單極性固態開關元件(1001、1002)者；(三)經脈沖變壓器(Pulse Transformer)作絕緣隔離輸出電能信號驅動各自之單極性固態開關元件(1001、1002)者。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之交流電壓導通及截止相角同步調控電路，其中交流限流電路裝置(Z10)進一步連結以檢測AC電源輸出之電流值，以輸出電流值至單極性固態開關元件(1001及1002)之調控電路。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之交流電壓導通及截止相角同步調控電路，其中第一及第二單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101、PD102)輸出各自之第一及第二驅動電壓信號，可由以下其中一種所構成：(一)直接輸出電能信號驅動各自之第一及第二單極性固態開關元件(1001、1002)者；(二)經光電耦合裝置作絕緣隔離輸出電能信號驅動各自之第一及第二單極性固態開關元件(1001、1002)者；(三)經脈沖變壓器(Pulse Transformer)作絕緣隔離輸出電能信號驅動各自之單極性固態開關元件(1001、1002)者。
  11. 一種交流電壓導通及截止相角同步調控電路，為一種在單相或多相交流電源與負載之間設置固態開關元件，而藉相位角度調控電路對單極性固態開關元件之導通相位角度及截止相位角度兩者作同步調控，可使交流電源正弦波形之電壓，在經導通及截止相位角度作同步調控之變化範圍內，皆仍保持對稱波形，以調控單相或多相交流電源輸出電壓，以供對負載作穩壓供電，或調控對負載之輸出電流者，其構成含：交流限流電路裝置(Z10)：為藉電阻性阻抗元件、電感性阻抗元件、電容性阻抗元件其中一種或一種以上呈串聯或並聯或串並聯所構成，此交流限流電路裝置(Z10)供串聯於交流電源與第一橋式整流裝置(BR101)之AC輸入端之間；單極性固態開關元件(1001)：為由以下一種或一種以上之固態開關元件所構成：(一)矽控制整流器SCR可作導電相位角度之操控；其中藉單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)之調控，以輸出雙極性驅動電壓信號，供對由矽控制整流器SCR作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之調控者；及(二)場效應功率元件；其中藉單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)之調控，以輸出雙極性驅動電壓信號，供對場效應功率元件作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之調控者；單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)：為由電子電路元件所構成，供並聯於第二橋式整流裝置(BR102)之直流輸出端；其中藉調控電路，參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值，以輸出雙極性驅動電壓信號，供調控單極性固態開關元件(1001)之導通相位角度及截止相位角度者；第一橋式整流裝置(BR101)：為由至少四個整流二極體所構 成，其交流電源輸入端供串聯交流限流電路裝置(Z10)後供通往交流電源，以及具有直流電源之正極與負極之輸出端，輸往單極性固態開關元件(1001)及所串聯之負載(L101)；及第二橋式整流裝置(BR102)：為由至少四個整流二極體所構成，其交流電源輸入端供串聯交流限流電路裝置(Z10)後供通往交流電源，以及具有直流電源之正極與負極之輸出端輸往單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)，供輸出驅動電壓信號至單極性固態開關元件(1001)者；其中同步調控電路為供調控交流電能所驅動之電阻、或含電阻之電感性負載、或含電阻之電容性負載；或含電阻之電感性及電容性之串聯負載者。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之交流電壓導通及截止相角同步調控電路，其中單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)輸出驅動電壓信號，可由以下其中一種所構成：(一)直接輸出電能信號驅動單極性固態開關元件(1001)者；(二)經光電耦合裝置作絕緣隔離輸出電能信號驅動單極性固態開關元件(1001)者；(三)經脈沖變壓器(Pulse Transformer)作絕緣隔離輸出電能信號驅動單極性固態開關元件(1001)者。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之交流電壓導通及截止相角同步調控電路，其中交流限流電路裝置(Z10)進一步連結以檢測AC電源輸出之電流值，以輸出電流值至單極性固態開關元件(1001)之調控電路。
  14. 一種交流電壓導通及截止相角同步調控電路，為一種在單相或多相交流電源與負載之間設置固態開關元件，而藉相位角度調控電路對單極性固態開關元件之導通相位角度及截止相位角度兩者作同步調控，可使 交流電源正弦波形之電壓，在經導通及截止相位角度作同步調控之變化範圍內，皆仍保持對稱波形，以調控單相或多相交流電源輸出電壓，以供對負載作穩壓供電，或調控對負載之輸出電流者，其構成含：交流限流電路裝置(Z10)：為藉電阻性阻抗元件、電感性阻抗元件、電容性阻抗元件其中一種或一種以上呈串聯或並聯或串並聯所構成，此交流限流電路裝置(Z10)第一端通往交流電源之第一端，及負載(L101)串聯於交流限流電路裝置(Z10)第二端與橋式整流裝置(BR101)交流輸入端之間，橋式整流裝置(BR101)之第二交流輸入端供通往交流電源之第二端者；單極性固態開關元件(1001)：為由以下一種或一種以上之固態開關元件所構成：(一)矽控制整流器SCR可作導電相位角度之操控；其中藉單極性導通及截止相位角度設定電路(PD103)之調控，輸出雙極性驅動電壓信號，經季納二極體(ZD103)，供對由矽控制整流器SCR作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之調控者；及(二)場效應功率元件；其中藉單極性導通及截止相位角度設定電路(PD103)之調控，以輸出雙極性驅動電壓信號，經季納二極體(ZD103)，供對場效應功率元件作導通(Turn-on)相位角度及截止(Turn-off)相位角度之調控者；單極性導通及截止相位角度調控電路(PD101)：為由電子電路元件所構成，供並聯於橋式整流裝置(BR101)之直流輸出端；其中藉配置電路，參照通過交流限流電路裝置(Z10)之電流值、負載(L101)之端電壓值，以輸出雙極性驅動電壓信號，供操控單極性固態開關元件(1001)之導通相位角度及截止相位角度者；橋式整流裝置(BR101)：為由至少四個整流二極體所構成，以 及具有直流電源之正極與負極之輸出端，輸往單極性固態開關元件(1001)及單極性導通及截止相位角度設定電路(PD103)；及季納二極體(ZD103)：供串聯於單極性導通及截止相位角度設定電路(PD103)之驅動電壓信號輸出端，與單極性固態開關元件(1001)之驅動電壓信號輸入端之間者，其中同步調控電路為供調控交流電能所驅動之電阻、或含電阻之電感性負載、或含電阻之電容性負載；或含電阻之電感性及電容性之串聯負載者。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之交流電壓導通及截止相角同步調控電路，其中單極性導通及截止相位角度設定電路(PD103)輸出驅動電壓信號，可由以下其中一種所構成：(一)直接輸出電能信號驅動單極性固態開關元件(1001)者；(二)經光電耦合裝置作絕緣隔離輸出電能信號驅動單極性固態開關元件(1001)者；(三)經脈沖變壓器(Pulse Transformer)作絕緣隔離輸出電能信號驅動單極性固態開關元件(1001)者。
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