TWI746097B - 具有雙模式控制之電力變換裝置 - Google Patents

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Abstract

一種具有雙模式控制之電力變換裝置包括：橋臂組、電容組及控制單元，且橋臂組包括第一橋臂與第二橋臂。控制單元根據第一負載的負載類型而選擇性的控制第一橋臂操作在電壓源切換模式或電流源切換模式，且根據第二負載的負載類型而選擇性的控制第二橋臂操作在電壓源切換模式或電流源切換模式。

Description

具有雙模式控制之電力變換裝置
本發明係有關一種具有雙模式控制之電力變換裝置，尤指一種根據負載類型而選擇切換模式的電力變換裝置。
在現今的再生能源併網系統中，大多使用太陽能作為主要電力來源，其通常搭配備用電力(例如但不限於，蓄電池)併網使用。在太陽能電力充足時，利用太陽能的電力對負載供電，或饋電至電網。在太陽能電力不足時，使用太陽能的電力與備用電力共同對負載供電。由於太陽能所產生的電力，必須要經由電力的轉換，才能產生合適的交流電力供應負載或饋電至電網，因此太陽能電池還必須搭配逆變器的電路架構，方能併網使用。
但是傳統的逆變器架構在應用時，逆變器只能操作在單一模式，其不是電流源模式，就是電壓源模式，且在電壓源模式之下，輸出的電壓只有一種。因此，負載就被傳統的逆變器架構的單一操作模式所限制，無法做很彈性應用。而且，由於某些國家存在雙電網的系統(例如但不限於，日本)，則傳統的逆變器架構的應用就更受限只能在某些特殊情況下才能使用。
因此，如何設計出一種具有雙模式控制之電力變換裝置，利用特殊的變換裝置的電路結構而可因應負載的負載類型同時操作在電壓源模式與電流源模式，乃為本案創作人所欲行研究的一大課題。
為了解決上述問題，本發明係提供一種具有雙模式控制之電力變換裝置，以克服習知技術的問題。因此，本發明電力變換裝置，包括：橋臂組，包括：第一橋臂，包括第一上橋開關與第一下橋開關，第一上橋開關與第一下橋開關之間的端點耦接第一負載端。第二橋臂，並聯第一橋臂，且包括第二上橋開關與第二下橋開關，第二上橋開關與第二下橋開關之間的端點耦接第二負載端。及電容組，並聯第二橋臂，且包括串聯的第一電容與第二電容，且第一電容與第二電容之間的端點耦接中點端。控制單元，根據第一負載端與中點端所耦接的第一負載的負載類型而選擇性的控制第一橋臂操作在電壓源切換模式或電流源切換模式，且根據第二負載端與中點端所耦接的第二負載的負載類型而選擇性的控制第二橋臂操作在電壓源切換模式或電流源切換模式。
本發明之主要目的及功效在於，由於電力變換裝置為雙半橋式的變換裝置的電路結構，其可因應負載的負載類型而選擇性地將其中之一的橋臂操作在電壓源切換模式，且另一橋臂操作在電流源切換模式。因此，無論負載的類型為何，皆可通過控制單元的控制而運作，藉此可達到增加電力變換裝置的負載配置靈活性之功效。
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。
100:電力變換裝置
10、10’:橋臂組
102:第一橋臂
S1:第一上橋開關
S2:第一下橋開關
104:第二橋臂
S3:第二上橋開關
S4:第二下橋開關
106:第一輔助電路
S5:第一輔助開關
D1:第一二極體
D2:第二二極體
D3:第三二極體
108:第二輔助電路
S6:第二輔助開關
D4:第四二極體
D5:第五二極體
D6:第六二極體
L1:第一輔助電感
L2:第二輔助電感
12:電容組
C1:第一電容
C2:第二電容
14:控制單元
A:第一負載端
B:第二負載端
U、W、O:端
C:中點端
22:第一濾波電路
24:第二濾波電路
L:濾波電感
Cf:濾波電容
32-1、32-2:電流感測單元
34-1、34-2:電壓偵測單元
42:第一繼電器模組
44:第二繼電器模組
52:太陽能電池
54:直流轉換器
56:外部電源
200:電網
300:負載組
300-1、300-2、300-3:負載
400:直流轉換模組
402:直流轉換單元
404:電池
Vm:市電
Vbus:總線電壓
Vac:交流電壓
Vd:直流電壓
V1:第一負載電壓
V2:第二負載電壓
V3:第三負載電壓
I1:第一負載電流
I2:第二負載電流
Sc1~Sc4:控制訊號
P1~P3:點位
圖1為本發明具有雙模式控制之電力變換裝置之電路方塊圖；圖2A為本發明具有雙模式控制之電力變換裝置之正半週電路操作示意圖；圖2B為本發明具有雙模式控制之電力變換裝置之負半週電路操作示意圖；圖2C為光伏板的功率特性曲線；圖3為本發明橋臂組另一實施例之電路結構圖；圖4A為本發明一半橋操作在電流源切換模式，且另一半橋操作在電壓源切換模式之流程圖；圖4B為本發明兩半橋操作在電壓源切換模式，且光伏逆變器外部供應負載之流程圖；圖5A為本發明具有雙模式控制之電力變換裝置第一衍生實施例之電路方塊圖；及圖5B為本發明具有雙模式控制之電力變換裝置第二衍生實施例之電路方塊圖。
茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：請參閱圖1為本發明具有雙模式控制之電力變換裝置之電路方塊圖。電力變換裝置100耦接電網200與負載組300，且電力變換裝置100可因應電網200、負載組300實際的需求而調整控制模式。具體而言，電力變換裝置100可包括直流轉換模組400。當併電網時，電網200所提供的市電Vm可供應負載組300。直流轉換模組400所提供的總線電壓Vbus可經由電力變換裝置100轉換為匹配市電Vm的交流輸出以供應電網200，且也可轉換為交流電壓Vac供應負載組300，可藉由繼電器進行併電網或獨立操作等連接方式的改變。負載組300可包括接收電力的負載與提供電力的負載(例如但不限於，光伏逆變器，其為太陽能電池搭配逆變器的電路結構)，且在負載組300具有可提供電力的負載時，負載組300所提供的交流電壓Vac可經由電力變換裝置100轉換為總線電壓Vbus供應直流轉換模組400。
進一步而言，電力變換裝置100包括橋臂組10、電容組12及控制單元14，橋臂組10並聯電容組12，且橋臂組10耦接電網200與負載組300，電容組12耦接直流轉換模組400。控制單元14耦接橋臂組10，在負載其中之一為可提供電力的負載(供電方)時，通過控制橋臂組10的切換而控制電力變換裝置100將電力由供電方經轉後提供至接收電力的負載(受電方)。橋臂組10構成逆變器，且包括第一橋臂102與第二橋臂104，且第一橋臂102並聯第二橋臂104。第一橋臂102包括第一上橋開關S1與第一下橋開關S2，第一上橋開關S1串聯第一下橋開關S2，且第一上橋開關S1與第一下橋開關S2之間的端點耦接第一負載端A。第二橋臂包括第二上橋開關S3與第二下橋開關S4，第二上橋開關S3 串聯第二下橋開關S4，且第二上橋開關S3與第二下橋開關S4之間的端點耦接第二負載端B。電容組12包括串聯的第一電容C1與第二電容C2，且第一電容C1與第二電容C2之間的端點耦接中點端C。其中，負載組300可包括至少一負載，且可為接收電力的負載或提供電力的負載。負載耦接的位置可以耦接在第一負載端A與中點端C之間(即第一負載300-1)，耦接在第二負載端B與中點端C之間(即第二負載300-2)，或耦接在第一負載端A與第二負載端B之間(即第三負載300-3)。在連接如家用負載等一般接收電力的負載應用時，第三負載300-3的電壓大致上是第一負載300-1(或第二負載300-2)的電壓的兩倍，此處的電壓倍數是以交流電壓的均方根值(Root Mean Square，RMS)為例說明，舉例而言，第一負載300-1的電壓被控制在110伏特，第二負載300-2的電壓同樣被控制在110伏特，則第三負載300-3可獲得220伏特的電壓。
控制單元14耦接第一上橋開關S1、第一下橋開關S2、第二上橋開關S3及第二下橋開關S4，且提供控制訊號Sc1~Sc4分別控制第一上橋開關S1、第一下橋開關S2、第二上橋開關S3及第二下橋開關S4。具體而言，控制單元14根據第一負載300-1的負載類型而提供控制訊號Sc1~Sc2選擇性的控制第一上橋開關S1與第一下橋開關S2操作在電壓源切換模式或電流源切換模式，且根據第二負載300-2的負載類型而提供控制訊號Sc3~Sc4選擇性的控制第二上橋開關S3及第二下橋開關S4操作在電壓源切換模式或電流源切換模式。
在控制單元14控制第一橋臂102操作在電壓源切換模式時，控制單元14通過調整控制訊號Sc1~Sc2的佔空比以控制第一橋臂102，藉此穩定負載300-1兩端的電壓；在控制單元14控制第二橋臂104操作在電壓源切換模式時，控制單元14通過調整控制訊號Sc3~Sc4的佔空比以控制第二橋臂104，藉 此穩定負載300-2兩端的電壓。在控制單元14控制第一橋臂102操作在電流源切換模式時，控制單元14通過調整控制訊號Sc1~Sc2的佔空比以控制第一橋臂102，藉由偵測與控制電流以控制負載300-1所提供的功率；第二橋臂104操作在電流源切換模式時原理相同，故不贅述。其中，電力變換裝置100主要係為雙半橋式的變換裝置，第一橋臂102主要係用以控制第一負載300-1，且第二橋臂104主要係用以控制第二負載300-2。由於電力變換裝置100為雙半橋式的變換裝置，因此可以使用其中之一的橋臂操作在電壓源切換模式，且另一橋臂操作在電流源切換模式。藉此，無論負載的類型為何(例如但不限於，第一負載300-1為受電型的家用負載，第二負載300-2為供電型的光伏逆變器)，皆可通過控制單元14的控制而運作。因此，可達到增加電力變換裝置100的負載配置靈活性之功效。
電網200可以為單電源式或雙電源式的電網200，當電網200為單電源式的電網200時，電網200的火線耦接第一負載端A，且地線耦接第二負載端B。當電網200為雙電源式的電網200時，電網200的U端耦接第一負載端A，W端耦接第二負載端B，且雙電源的中點端O耦接中點端C。直流轉換模組400包括直流轉換單元402與電池404，直流轉換單元402並聯橋臂組10與電容組12，且電池404耦接直流轉換單元402。直流轉換單元402主要係用以調節電容組12兩端的總線電壓Vbus，以維持總線電壓Vbus在預定範圍。控制單元14偵測電容組12兩端的總線電壓Vbus，當總線電壓Vbus高於第一閥值時，代表橋臂組10轉換所獲得的能量過剩，因此控制單元14控制直流轉換單元402轉換總線電壓Vbus為直流電壓Vd，以將多餘的能量對電池404充電。當總線電壓Vbus低於第二閥值時，代表電容組12所儲存的能量無法應付負載300-1~300-3， 因此控制單元14控制直流轉換單元402轉換直流電壓Vd為總線電壓Vbus對電容組12充電。
電力變換裝置100更包括第一濾波電路22與第二濾波電路24，第一濾波電路22耦接於第一負載端A與中點端C之間，且第二濾波電路24耦接於第二負載端B與中點端C之間。第一濾波電路22與第二濾波電路24分別包括濾波電感L與濾波電容Cf，且第一濾波電路22與第二濾波電路24用以將步階弦波電壓濾波為弦波電壓。具體而言，由於經橋臂組10切換後所提供的電壓為類弦波的步階弦波電壓，因此還必須經過第一濾波電路22與第二濾波電路24方能濾波為弦波電壓，以提供品質較佳的交流輸出電力。
電力變換裝置100包括兩組電流感測單元32-1、32-2與兩組電壓偵測單元34-1、34-2，電流感測單元32-1、32-2分別耦接第一負載端A與第二負載端B，且偵測流過第一負載端A與第二負載端B的第一負載電流I1與第二負載電流I2。電壓偵測單元34-1耦接第一負載端A與中點端C，且偵測第一負載端A與中點端C兩端之間的第一負載電壓V1。電壓偵測單元34-2耦接第二負載端B與中點端C，且偵測第二負載端B與中點端C兩端之間的第二負載電壓V2。第一負載端A與第二負載端B之間的第三負載電壓V3可通過電壓偵測單元34-1、34-2的偵測而獲得。控制單元14耦接電流感測單元32-1、32-2與電壓偵測單元34-1、34-2，且通過電流感測單元32-1、32-2與電壓偵測單元34-1、34-2所提供的偵測訊號而得知負載電流I1、I2與負載電壓V1、V2、V3。
請參閱圖2A為本發明具有雙模式控制之電力變換裝置之正半週電路操作示意圖、圖2B為本發明具有雙模式控制之電力變換裝置之負半週電路操作示意圖，復配合參閱圖1。於圖2A與2B中，包括了第一負載300-1與第二 負載300-2，且第一負載300-1為受電型的家用負載，第二負載300-2為供電型的光伏逆變器。控制單元14因應受電型的家用負載(第一負載300-1)而控制第一橋臂102操作在電壓源切換模式，且因應供電型的光伏逆變器(第二負載300-2)而控制第二橋臂104操作在電流源切換模式。在第一橋臂102操作在電壓源切換模式，控制單元14通過電壓偵測單元34-1偵測第一負載電壓V1，且根據第一負載電壓V1進行回授控制，以通過調整控制訊號Sc1~Sc2的佔空比而穩定第一負載電壓V1為預設的交流電壓輸出。在第二橋臂104操作在電流源切換模式，控制單元14通過電流感測單元32-2偵測第二負載電流I2，且通過電壓偵測單元34-2的偵測而得知第二負載電壓V2。然後控制單元14通過第二負載電流I2與第二負載電壓V2的乘積而獲得第二負載功率，且根據第二負載功率調整控制訊號Sc3~Sc4的佔空比，以通過調整控制訊號Sc3~Sc4的佔空比而調整對光伏逆變器(第二負載300-2)所抽取的第二負載功率。
負載為供電型負載或受電型負載的判斷，除了可由使用者透過通訊介面在控制單元14預先設定外，本發明更提出了另一種的判斷方式。由於供電型負載會輸出電壓，且受電型負載並不會有電壓的輸出。因此，可通過此種特徵判斷負載300-1、300-2為供電型負載或受電型負載。意即，在第一負載300-1(家用負載)耦接至電力變換裝置100的情形時，由於第一負載300-1為受電型負載而不具有電壓輸出，因此控制單元14在控制第一橋臂102與第二橋臂104前通過電壓偵測單元34-1並未偵測到第一負載電壓V1，判斷第一負載300-1為受電型負載，將第一橋臂102操作在電壓源切換模式。而第二負載300-2(光伏逆變器)耦接至電力變換裝置100的情形時，由於第二負載300-2為供電型負載而具 有電壓輸出，因此控制單元14通過電壓偵測單元34-2偵測到第二負載電壓V2，判斷第二負載300-2為供電型負載，將第二橋臂104操作在電流源切換模式。
如圖2A所示，通過第一橋臂102的第一上橋開關S1與第一下橋開關S2交替切換，電力變換裝置100對第一負載300-1輸出一個交流電壓源。以正半週第一上橋開關S1導通為示意圖，第一電容C1對第一負載300-1供電，以產生由第一電容C1、第一上橋開關S1、第一負載端A、第一負載300-1返回中點端C的第一電流路徑Ip1。另一方面，通過第二橋臂的第二上橋開關S3與第二下橋開關S4交替切換，控制電流以控制負載300-2所提供的功率。以第二下橋開關S4導通為示意圖，產生由第二負載300-2、第二負載端B、第二下橋開關S4、第二電容C2返回中點端C的第二電流路徑Ip2。如圖2B所示，以負半週第一下橋開關S2導通為示意圖，第二電容C2對第一負載300-1供電，以產生由第二電容C2、中點端C、第一負載300-1、第一負載端A返回第一下橋開關S2的第三電流路徑Ip3。另一方面，以第二上橋開關S3導通為示意圖，產生由第二負載300-2、中點端C、第一電容C1、第二上橋開關S3返回第二負載端B的第四電流路徑Ip4。值得一提，如圖2A、圖2B所示，第一橋臂102切換與第二橋臂104切換時，若流過該中點端C的電流方向相反，流過中點端C的電流可以互相抵消，控制上也可控制成同方向，但電流會相對變大。假設第二負載300-2為供電型負載，因其已具有特定的交流電壓輸出，而第一負載300-1的電壓是由控制單元14控制第一橋臂102切換所產生，所以優選上控制單元14可根據第二負載300-2的電壓相位來決定輸出至第一負載300-1的電壓相位，使其流過該中點端C的電流抵銷以減小電流。
請參閱圖2C為光伏板的功率特性曲線，復配合參閱圖1~2B。由於光伏板在短路電流(功率特性曲線最左邊的點位)，和開路電壓(功率特性曲線最右邊的點位)，輸出的功率都為零，且在某一個點所輸出的功率為最高(點位P2)。點位P2即稱為最大功率點，若操作在此點位時，功率的輸出最佳。因此，控制單元14通過調整控制訊號Sc3~Sc4的佔空比，以將電力變換裝置100對第二負載300-2抽取的第二負載功率調整為最大功率，進而提高光伏逆變器的使用效率。但是，此種控制方式會衍伸出功率不平衡的問題。
具體而言，由於對第二負載300-2抽取的第二負載功率調整為最大功率時，第二負載300-2所能提供的功率可能不同於第一負載300-1所接收的功率。當第二負載300-2所能提供的功率較大時，會使得電容組12兩端的總線電壓Vbus過高而大於第一閥值。因此在第二負載300-2所能提供的功率較大而致使總線電壓Vbus過高而大於第一閥值時，直流轉換單元402將總線電壓Vbus轉換為直流電壓Vd，以將多餘的能量儲存於電池404之中。此外，當第二負載300-2所能提供的功率較小時，會使得電容組12兩端的總線電壓Vbus過低而小於第二閥值。因此在第二負載300-2所能提供的功率較小而致使總線電壓Vbus過低而小於第二閥值時，直流轉換單元402將直流電壓Vd轉換為總線電壓Vbus，以將電池404的能量補充至總線電壓Vbus。藉此，可使得直流轉換模組400與第二負載300-2共同對第一負載300-1供電。
舉例而言，復參閱圖2C的光伏板功率特性曲線，假設第一負載300-1的需求為2kW，且最大功率點P2為10kW。由於第一負載300-1的需求為2kW，使得第二負載300-2提供2kW的功率點會落在P1，但是為了取得最大功率，因此控制單元14調整控制訊號Sc3~Sc4的佔空比而對第二負載300-2抽取 10kW的功率。由於額外多出了8kW的功率，因此控制單元14控制直流轉換單元402將總線電壓Vbus轉換為直流電壓Vd，以將多餘的能量儲存於電池404之中。值得一提，控制單元14判斷第二負載300-2的最大功率點是否為P2的方式可利用調整制訊號Sc3~Sc4的佔空比，通過電流感測單元32-2偵測第二負載電流I2，且通過電壓偵測單元34-2偵測第二負載電壓V2，進而取得最大功率。具體而言，當控制單元14調整制訊號Sc3~Sc4的佔空比而發現功率點由P2逐漸下滑至P3時，代表功率點P2即為最大功率點。
請參閱圖3為本發明橋臂組另一實施例之電路結構圖，復配合參閱圖1~2C。在圖1中，橋臂組10係為兩開關串聯而構成。而圖3的實施例為一種雙降壓式轉換器，亦可使用本發明雙半橋控制方法，橋臂組10’包括第一輔助電路106與第二輔助電路108。第一輔助電路106耦接第一上橋開關S1與第二下橋開關S4，且通過第一輔助電感L1耦接第一下橋開關S2。第二輔助電路108耦接第二上橋開關S3與第一下橋開關S2，且通過第二輔助電感L2耦接第二下橋開關S4。
具體而言，第一輔助電路106包括第一輔助開關S5、第一二極體D1、第二二極體D2及第三二極體D3，且第二輔助電路108包括第二輔助開關S6、第四二極體D4、第五二極體D5及第六二極體D6。第一輔助開關S5的一端耦接第一上橋開關S1的另一端，且第一二極體D1的陰極端耦接第一上橋開關S1的另一端與第一輔助電感L1的一端，第一二極體D1的陽極端耦接第二下橋開關S4的另一端。第二二極體D2的陰極端耦接第一上橋開關S1的一端，且第二二極體D2的陽極端耦接第一輔助開關S5的另一端。第三二極體D3的陰極端耦接第一輔助開關S5的另一端，且第三二極體D3的陽極端耦接第二下橋開關 S4的一端與第二輔助電感L2的另一端。第二輔助開關S6的一端耦接第二上橋開關S3的另一端，且第四二極體D4的陰極端耦接第二上橋開關S3的另一端與第二輔助電感L2的一端，第四二極體D4的陽極端耦接第一下橋開關S2的另一端。第五二極體D5的陰極端耦接第二上橋開關S3的一端，且第五二極體D5的陽極端耦接第二輔助開關S6的另一端。第六二極體D6的陰極端耦接第二輔助開關S6的另一端，且第六二極體D6的陽極端耦接第一下橋開關S2的一端與第一輔助電感L1的另一端。
由於第一輔助電感L1與第二輔助電感L2的電感值很小，有些實施例亦可以直接短路，所以控制單元14可對橋臂組10’進行類似半橋操作，第一上橋開關S1與第一下橋開關S2構成第一橋臂102，而第二上橋開關S3與第二下橋開關S4構成第二橋臂104。第一輔助電路106與第二輔助電路108提供第一橋臂102與第二橋臂104之間的續流路徑，以達到降低電流漣波及消除漏電流以及共模雜訊之功效。其電路結構搭配電力變換裝置100的操作，更可達到節省電容組12電力消耗，提升電力變換裝置100整體電路效率之功效。
請參閱圖4A為本發明一半橋操作在電流源切換模式，且另一半橋操作在電壓源切換模式之流程圖、圖4B為本發明兩半橋操作在電壓源切換模式，且光伏逆變器外部供應負載之流程圖，復配合參閱圖1~3。於圖4A中，假設負載300-1為家用負載，且負載300-2為光伏逆變器。控制單元14將第一橋臂102操作在電壓源切換模式，且將第二橋臂104操作在電流源切換模式。在此情況下，控制單元14偵測總線電壓Vbus(S100)。當控制單元14得知總線電壓Vbus高於第一閥值(S120)時，可進行2種控制方式。其中之一為，控制單元14控制直流轉換單元402運作(S202)而將總線電壓Vbus轉換為直流電壓Vd，以將多餘的 能量對電池404充電。另一種控制方式為，控制單元14不控制直流轉換單元402運作(S204)，而是調整操作在電流源切換模式的橋臂(第二橋臂104)的佔空比，以穩定總線電壓Vbus在預定範圍內。當控制單元14得知總線電壓Vbus在預定範圍內(S140)時，表示從負載300-2的光伏逆變器獲取的電力大致相等負載300-1的家用負載所消耗的電力，控制單元14維持第二橋臂104的佔空比(S206)。此時，直流轉換單元402可運作或不運作，其運作的主要原因係維持總線電壓Vbus穩定的保持在預定範圍。例如但不限於，控制單元14可控制直流轉換單元402操作於打嗝模式(Hiccup mode)，以維持總線電壓Vbus的穩定度。當控制單元14得知總線電壓Vbus低於第二閥值(S160)時，控制單元14控制直流轉換單元402運作(S208)而將直流電壓Vd轉換為總線電壓Vbus，使電池404與負載300-2的光伏逆變器共同對負載300-1供電。
於圖4B中，當一個光伏逆變器連接第一負載端A與第二負載端B(圖1未示)，意即並聯第三負載300-3，且用以外部供應負載300-1、300-2、300-3電力(即光伏逆變器為外部電力)。在此結構中，控制單元14偵測總線電壓Vbus(S300)。當控制單元14得知總線電壓Vbus高於第一閥值(S320)時，代表外部的光伏逆變器能量很高，控制單元14控制直流轉換單元402運作(S402)而將總線電壓Vbus轉換為直流電壓Vd。當控制單元14得知總線電壓Vbus在預定範圍內(S340)時，由外部光伏逆變器對負載300-1、300-2、300-3供電。此時，控制單元14控制直流轉換單元402運作(S406)，以維持總線電壓Vbus穩定的保持在預定範圍。當控制單元14得知總線電壓Vbus低於第二閥值(S360)時，控制單元14控制直流轉換單元402運作(S408)而將直流電壓Vd轉換為總線電壓Vbus，使電池404與光伏逆變器共同對負載300-1、300-2、300-3供電。
請參閱圖5A為本發明具有雙模式控制之電力變換裝置第一衍生實施例之電路方塊圖、圖5B為本發明具有雙模式控制之電力變換裝置第二衍生實施例之電路方塊圖，復配合參閱圖1~4B。如圖5A所示，太陽能電池52還可搭配直流轉換器54耦接於電容組12兩端，以將太陽能電池52所提供的能量直接轉換為總線電壓Vbus，以補充電容組12運作時所消耗的電力。電力變換裝置100、太陽能電池52和直流轉換器54形成一個光伏逆變器以對電網200與負載組300供電，且其負載組300可允許同時連接受電型的家用負載和另一個光伏逆變器，不僅能保持正常運作且還能利用負載端光伏逆變器的電力。如圖5B所示，太陽能電池52與直流轉換器54可以由外部電源56取代，由外部電源56持續地補充電容組12電力的消耗，以維持總線電壓Vbus在預定範圍內。
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，皆應包括於本發明之範疇中，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。
100:電力變換裝置
10:橋臂組
102:第一橋臂
S1:第一上橋開關
S2:第一下橋開關
104:第二橋臂
S3:第二上橋開關
S4:第二下橋開關
12:電容組
C1:第一電容
C2:第二電容
14:控制單元
A:第一負載端
B:第二負載端
U、W、O:端
C:中點端
22:第一濾波電路
24:第二濾波電路
L:濾波電感
Cf:濾波電容
32-1、32-2:電流感測單元
34-1、34-2:電壓偵測單元
42:第一繼電器模組
44:第二繼電器模組
200:電網
300:負載組
300-1、300-2、300-3:負載
400:直流轉換模組
402:直流轉換單元
404:電池
Vm:市電
Vbus:總線電壓
Vac:交流電壓
Vd:直流電壓
V1:第一負載電壓
V2:第二負載電壓
V3:第三負載電壓
I1:第一負載電流
I2:第二負載電流
Sc1~Sc4:控制訊號

Claims (15)

  1. 一種具有雙模式控制之電力變換裝置，包括：一橋臂組，包括：一第一橋臂，該第一橋臂包括一第一上橋開關與一第一下橋開關，該第一上橋開關與該第一下橋開關之間的端點耦接一第一負載端；一第二橋臂，並聯該第一橋臂，且該第二橋臂包括一第二上橋開關與一第二下橋開關，該第二上橋開關與該第二下橋開關之間的端點耦接一第二負載端；及一電容組，並聯該第二橋臂，且該電容組包括串聯的一第一電容與一第二電容，該第一電容與該第二電容之間的端點耦接一中點端；一控制單元，該控制單元根據該第一負載端與該中點端所耦接的一第一負載的負載類型而選擇性的控制該第一橋臂操作在一電壓源切換模式或一電流源切換模式，且該控制單元根據該第二負載端與該中點端所耦接的一第二負載的負載類型而選擇性的控制該第二橋臂操作在該電壓源切換模式或該電流源切換模式。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電力變換裝置，其中該第一橋臂操作在該電壓源切換模式時，該控制單元根據該第一負載端與該中點端的一第一負載電壓調整該第一橋臂切換時的的一第一佔空比，以通過調整該第一佔空比穩定該第一負載電壓；該第一橋臂操作在該電流源切換模式時，該控制單元根據流經該第一負載端的一第一負載電流與該第一負載電壓的乘積而獲得一第一負載功率，且根據該第一負載功率調整該第一佔空比。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電力變換裝置，其中該控制單元通過一電壓偵測單元未偵測到該第一負載電壓時，判斷該第一負載為一受電型 負載，且將該第一橋臂操作在該電壓源切換模式；該控制單元通過該電壓偵測單元偵測到該第一負載電壓時，判斷該第一負載為一供電型負載，且將該第一橋臂操作在該電流源切換模式。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之電力變換裝置，其中該第一橋臂操作在該電流源切換模式時，該控制單元通過調整該第一佔空比而將該第一負載功率調整為一最大負載功率。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電力變換裝置，其中該第二橋臂操作在該電壓源切換模式時，該控制單元根據該第二負載端與該中點端的一第二負載電壓調整該第二橋臂切換時的的一第二佔空比，以通過調整該第二佔空比穩定該第二負載電壓；該第二橋臂操作在該電流源切換模式時，該控制單元根據流經該第二負載端的一第二負載電流與該第二負載電壓的乘積而獲得一第二負載功率，且根據該第二負載功率調整該第二佔空比。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電力變換裝置，其中該控制單元通過一電壓偵測單元未偵測到該第二負載電壓時，判斷該第二負載為一受電型負載，且將該第二橋臂操作在該電壓源切換模式；該控制單元通過該電壓偵測單元偵測到該第二負載電壓時，判斷該第二負載為一供電型負載，且將該第二橋臂操作在該電流源切換模式。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之電力變換裝置，其中該第二橋臂操作在該電流源切換模式時，該控制單元調整該第二佔空比而將該第二負載功率調整為一最大負載功率。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之電力變換裝置，其中更包括：一第一濾波電路，耦接該第一橋臂、該第一負載端及該中點端；及 一第二濾波電路，耦接該第二橋臂、該第二負載端及該中點端。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之電力變換裝置，其中更包括：一直流轉換單元，並聯該橋臂組；及一電池，耦接該直流轉換單元；其中，該控制單元偵測該電容組的一總線電壓，當該總線電壓高於一第一閥值時，該控制單元控制該直流轉換單元轉換該總線電壓為一直流電壓對該電池充電；當該總線電壓低於一第二閥值時，該控制單元控制該直流轉換單元轉換該直流電壓為該總線電壓對該電容組充電。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之電力變換裝置，其中該控制單元控制該第一橋臂操作在該電壓源切換模式，使該電容組通過該第一橋臂的切換對該第一負載供電，且控制該第二橋臂操作在該電流源切換模式，使該第二負載通過該第二橋臂的切換對該電容組充電。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之電力變換裝置，其中該控制單元根據該第二負載的一第一電壓相位來決定輸出至該第一負載的一第二電壓相位。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之電力變換裝置，其中更包括：一第一繼電器模組，一端耦接該第一負載端、該第二負載端及該中點端，另一端耦接一電網；及一第二繼電器模組，一端耦接該第一負載端、該第二負載端及該中點端，另一端耦接該第一負載與該第二負載；其中，該第一繼電器模組與該第二繼電器模組提供該第一負載與該第二負載是否進行一併電網操作。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之電力變換裝置，其中該第一上橋開關串聯該第一下橋開關，且該第二上橋開關串聯該第二下橋開關。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之電力變換裝置，其中該橋臂組更包括：一第一輔助電路，耦接該第一上橋開關與該第二下橋開關，且通過一第一輔助電感耦接該第一下橋開關；及一第二輔助電路，耦接該第二上橋開關與該第一下橋開關，且通過一第二輔助電感耦接該第二下橋開關。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之電力變換裝置，其中該第一輔助電路包括：一第一輔助開關，一端耦接該第一上橋開關的另一端；一第一二極體，陰極端耦接該第一上橋開關的另一端與該第一輔助電感的一端，陽極端耦接該第二下橋開關的另一端；及一第二二極體，陰極端耦接該第一上橋開關的一端，陽極端耦接該第一輔助開關的另一端；一第三二極體，陰極端耦接該第一輔助開關的另一端，陽極端耦接該第二下橋開關的一端與該第二輔助電感的另一端；及該第二輔助電路包括：一第二輔助開關，一端耦接該第二上橋開關的另一端；一第四二極體，陰極端耦接該第二上橋開關的另一端與該第二輔助電感的一端，陽極端耦接該第一下橋開關的另一端； 一第五二極體，陰極端耦接該第二上橋開關的一端，陽極端耦接該第二輔助開關的另一端；及一第六二極體，陰極端耦接該第二輔助開關的另一端，陽極端耦接該第一下橋開關的一端與該第一輔助電感的另一端。
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