TWI811163B

TWI811163B - 能源回收裝置及其直流升壓裝置

Info

Publication number: TWI811163B
Application number: TW111144540A
Authority: TW
Inventors: 楊凡羿
Original assignee: 明緯企業股份有限公司; 大陸商明緯（廣州）電子有限公司; 大陸商蘇州明緯科技有限公司
Priority date: 2022-11-22
Filing date: 2022-11-22
Publication date: 2023-08-01

Abstract

本發明揭露一種能源回收裝置及其直流升壓裝置，直流升壓裝置包含一第一相位控制器、一交錯式升壓器、一第二相位控制器與一相位偏移電壓轉換器。第一相位控制器產生一第一脈波寬度調變訊號與一第二脈波寬度調變訊號。交錯式升壓器接收一輸入直流電壓、第一脈波寬度調變訊號與第二脈波寬度調變訊號，以提升輸入直流電壓至一供應直流電壓。第二相位控制器接收供應直流電壓與一設定電壓，並據此產生多個第三脈波寬度調變訊號。相位偏移電壓轉換器接收第三脈波寬度調變訊號與供應直流電壓，以轉換供應直流電壓為一穩定直流電壓。

Description

能源回收裝置及其直流升壓裝置

本發明係關於一種能源回收技術，且特別關於一種能源回收裝置及其直流升壓裝置。

人類文明發展至今，所產生的環境污染以及資源耗竭，造成許多自然天災。因此，人類開始重視環境保護。為了達到節能減碳的目的，許多不同領域的科技先驅紛紛針對環保功能進行改良設計。其中，像是電源供應器，製造者會針對電源供應器的零組件，找最適合的材料，或是設計出最合適的模組，像是濾波模組或是升降壓模組，來達到最少損耗，最高使用效率的目的。

除了上述改良的方向以外，可以看到的是，在電子元件的運作速度與頻率不斷提升的同時，對於電力網路(utility grid)所提供的電力的需求也相對增加，在這樣的情況下，有效的利用電力來操作耗電元件並避免能量的浪費的需求也開始得到重視，像是為了回收電力，目前常見到的是將電源供應器過剩的電力回收至電力網路來節省能源的消耗。

一般而言，電源供應器需要進行約24至72個小時的燒機測試(burn-in test)，來驗證電源供應器的可靠度與穩定度。習用之電源供應器的燒機測試系統係包括有一電阻負載(resistor tank)，以作為一測試電源供應器的負載。在這種例子中，測試電源供應器輸送電力至電阻負載後，電力係轉換為熱能從而浪費掉，如此，除了浪費電力以外，還會導致空氣調節系統中的額外的能量消耗。為了節省能源消耗並減少燒機測試的成本，通常會在燒機測試系統中採用能量回收裝置來避免多餘的能量被消耗掉。廠內的電源供應器大多都具多種輸出電壓，在高、低電壓規格的電源供應器需分別以兩種能量回收裝置進行能源回收，造成工程師於開發階段及燒機測試階段上使用高、低電壓規格的電源供應器會較為不便。

因此，本發明係在針對上述的困擾，提出一種能源回收裝置及其直流升壓裝置，以解決習知所產生的問題。

本發明提供一種能源回收裝置及其直流升壓裝置，其拓寬輸入電壓之範圍，以應用於市電回收與節能燒機程序。

在本發明之一實施例中，一種直流升壓裝置包含一第一相位控制器、一交錯式(interleaved)升壓器、一第二相位控制器與一相位偏移(phase-shift)電壓轉換器。第一相位控制器用以接收一固定電流、一第一迴授電流與一第二迴授電流，並據此產生一第一脈波寬度調變訊號與一第二脈波寬度調變訊號，其中第一脈波寬度調變訊號與第二脈波寬度調變訊號之相位不同。交錯式升壓器耦接第一相位控制器。交錯式升壓器用以接收一輸入直流電壓、第一脈波寬度調變訊號與第二脈波寬度調變訊號，並據此輸出第一迴授電流與第二迴授電流，且根據第一脈波寬度調變訊號與第二脈波寬度調變訊號之相位提升輸入直流電壓至一供應直流電壓。第二相位控制器耦接交錯式升壓器。第二相位控制器用以接收供應直流電壓與一設定電壓，並據此產生多個第三脈波寬度調變訊號，其中所有第三脈波寬度調變訊號具有不同相位。相位偏移電壓轉換器耦接交錯式升壓器與第二相位控制器。相位偏移電壓轉換器用以接收所有第三脈波寬度調變訊號與供應直流電壓，並根據所有第三脈波寬度調變訊號之不同相位轉換供應直流電壓為一穩定直流電壓。

在本發明之一實施例中，直流升壓裝置更包含一電流控制器，其耦接第一相位控制器，其中電流控制器用以產生固定電流。

在本發明之一實施例中，電流控制器通過控制器區域網路匯流排(controller area network bus, CAN bus)耦接第一相位控制器。

在本發明之一實施例中，直流升壓裝置更包含一電壓控制器，其耦接第二相位控制器。電壓控制器用以接收輸入直流電壓，並據此產生設定電壓。

在本發明之一實施例中，交錯式升壓器包含一第一二極體、一第二二極體、一第一電子開關、一第二電子開關、一第一電感器、一第二電感器與一輸出電容器。第一電子開關耦接於第一二極體之陽極與一地端之間，第一電子開關之控制端耦接第一相位控制器。第一電子開關用以接收第一脈波寬度調變訊號，以進行導通或關斷。第二電子開關耦接於第二二極體之陽極與地端之間，第二電子開關之控制端耦接第一相位控制器。第二電子開關用以接收第二脈波寬度調變訊號，以進行導通或關斷。第一電感器之一端耦接於第一二極體之陽極與第一電子開關之間，另一端耦接第一相位控制器。第一電感器用以接收輸入直流電壓，並據此產生第一迴授電流與一第一電感電流。第二電感器之一端耦接於第二二極體之陽極與第二電子開關之間，另一端耦接第一相位控制器。第二電感器用以接收輸入直流電壓，並據此產生第二迴授電流與一第二電感電流。輸出電容器之一端耦接第一二極體與第二二極體之陰極與第二相位控制器，另一端耦接地端。輸出電容器根據第一電子開關與第二電子開關之導通狀態或關斷狀態，用以通過第一二極體與第二二極體接收第一電感電流與第二電感電流，以產生供應直流電壓。

在本發明之一實施例中，第一相位控制器包含一第一減法器、一第一比例積分控制器(proportional–integral controller)、一第一數值限制器、一第一脈波寬度調變產生器、一第二減法器、一第二比例積分控制器(proportional–integral controller)、一第二數值限制器與一第二脈波寬度調變產生器。第一減法器耦接第一電感器，其中第一減法器用以接收第一迴授電流與固定電流，並將其相減，以產生一第一電流差異。第一比例積分控制器耦接第一減法器，其中第一比例積分控制器用以接收第一電流差異，並據此產生一第一控制電壓。第一數值限制器耦接第一比例積分控制器。第一數值限制器用以接收第一控制電壓。在第一控制電壓小於一第一上限電壓，且大於一第一下限電壓時，第一數值限制器輸出第一控制電壓。在第一控制電壓大於或等於第一上限電壓時，第一數值限制器輸出第一上限電壓。在第一控制電壓小於或等於第一下限電壓時，第一數值限制器輸出第一下限電壓。第一脈波寬度調變產生器耦接第一數值限制器與第一電子開關之控制端。第一脈波寬度調變產生器用以接收第一控制電壓、第一上限電壓或第一下限電壓，並比較第一控制電壓、第一上限電壓與第一下限電壓之其中一個及一第一三角波電壓，以產生第一脈波寬度調變訊號。第二減法器耦接第二電感器，其中第二減法器用以接收第二迴授電流與固定電流，並將其相減，以產生一第二電流差異。第二比例積分控制器耦接第二減法器，其中第二比例積分控制器用以接收第二電流差異，並據此產生一第二控制電壓。第二數值限制器耦接第二比例積分控制器，其中第二數值限制器用以接收第二控制電壓。在第二控制電壓小於一第二上限電壓，且大於一第二下限電壓時，第二數值限制器輸出第二控制電壓。在第二控制電壓大於或等於第二上限電壓時，第二數值限制器輸出第二上限電壓。在第二控制電壓小於或等於第二下限電壓時，第二數值限制器輸出第二下限電壓。第二脈波寬度調變產生器耦接第二數值限制器與第二電子開關之控制端，其中第二脈波寬度調變產生器用以接收第二控制電壓、第二上限電壓或第二下限電壓，並比較第二控制電壓、第二上限電壓與第二下限電壓之其中一個及一第二三角波電壓，以產生第二脈波寬度調變訊號。

在本發明之一實施例中，第一脈波寬度調變訊號與第二脈波寬度調變訊號之相位相差180度。

在本發明之一實施例中，相位偏移電壓轉換器包含一諧振驅動電路、一變壓器與一整流電路。諧振驅動電路耦接交錯式升壓器與第二相位控制器。諧振驅動電路用以接收所有第三脈波寬度調變訊號與供應直流電壓，並根據所有第三脈波寬度調變訊號之不同相位轉換供應直流電壓為一諧振電流。變壓器之一次側耦接諧振驅動電路，其中變壓器用以接收諧振電流，以儲存一能量。整流電路耦接變壓器之二次側，其中變壓器與整流電路用以轉換能量為穩定直流電壓。

在本發明之一實施例中，諧振驅動電路包含一電流切換電路與一諧振電路。電流切換電路耦接交錯式升壓器與第二相位控制器，諧振電路耦接電流切換電路與變壓器之一次側。電流切換電路與諧振電路用以接收所有第三脈波寬度調變訊號與供應直流電壓，並根據所有第三脈波寬度調變訊號之不同相位轉換供應直流電壓為諧振電流。

在本發明之一實施例中，第二相位控制器包含一減法器、一比例積分控制器(proportional–integral controller)、一數值限制器與一脈波寬度調變產生器。減法器耦接交錯式升壓器，其中減法器用以接收供應直流電壓與設定電壓，並將其相減，以產生一電壓差異。比例積分控制器耦接減法器，其中比例積分控制器用以接收電壓差異，並據此產生一相位控制量。數值限制器耦接比例積分控制器，其中數值限制器用以接收相位控制量。在相位控制量小於一上限控制量，且大於一下限控制量時，數值限制器輸出相位控制量。在相位控制量大於或等於上限控制量時，數值限制器輸出上限控制量。在相位控制量小於或等於下限控制量時，數值限制器輸出下限控制量。脈波寬度調變產生器耦接數值限制器與電流切換電路。脈波寬度調變產生器用以接收相位控制量、上限控制量或下限控制量，並根據相位控制量、上限控制量與下限控制量之其中一個及一三角波電壓，產生所有第三脈波寬度調變訊號。

在本發明之一實施例中，一種能源回收裝置耦接一市電電網，能源回收裝置包含一第一相位控制器、一交錯式(interleaved)升壓器、一第二相位控制器、一相位偏移(phase-shift)電壓轉換器與一逆變器。第一相位控制器用以接收一固定電流、一第一迴授電流與一第二迴授電流，並據此產生一第一脈波寬度調變訊號與一第二脈波寬度調變訊號，其中第一脈波寬度調變訊號與第二脈波寬度調變訊號之相位不同。交錯式升壓器耦接第一相位控制器。交錯式升壓器用以接收一輸入直流電壓、第一脈波寬度調變訊號與第二脈波寬度調變訊號，並據此輸出第一迴授電流與第二迴授電流，且根據第一脈波寬度調變訊號與第二脈波寬度調變訊號之相位提升輸入直流電壓至一供應直流電壓。第二相位控制器耦接交錯式升壓器。第二相位控制器用以接收供應直流電壓與一設定電壓，並據此產生多個第三脈波寬度調變訊號，其中所有第三脈波寬度調變訊號具有不同相位。相位偏移電壓轉換器耦接交錯式升壓器與第二相位控制器。相位偏移電壓轉換器用以接收所有第三脈波寬度調變訊號與供應直流電壓，並根據所有第三脈波寬度調變訊號之不同相位轉換供應直流電壓為一穩定直流電壓。逆變器耦接相位偏移電壓轉換器與市電電網。逆變器用以接收穩定直流電壓，並將其轉換為一交流電壓，且傳輸交流電壓給市電電網。

在本發明之一實施例中，相位偏移電壓轉換器包含一諧振驅動電路、一變壓器與一整流電路。諧振驅動電路耦接交錯式升壓器與第二相位控制器。諧振驅動電路用以接收所有第三脈波寬度調變訊號與供應直流電壓，並根據所有第三脈波寬度調變訊號之不同相位轉換供應直流電壓為一諧振電流。變壓器之一次側耦接諧振驅動電路，其中變壓器用以接收諧振電流，以儲存一能量。整流電路耦接變壓器之二次側與逆變器，其中變壓器與整流電路用以轉換能量為穩定直流電壓。

基於上述，能源回收裝置及其直流升壓裝置以交錯式升壓器與相位偏移電壓轉換器提升升壓比例，以拓寬輸入電壓之範圍，從而應用於市電回收與節能燒機程序。

茲為使　貴審查委員對本發明的結構特徵及所達成的功效更有進一步的瞭解與認識，謹佐以較佳的實施例圖及配合詳細的說明，說明如後：

本發明之實施例將藉由下文配合相關圖式進一步加以解說。盡可能的，於圖式與說明書中，相同標號係代表相同或相似構件。於圖式中，基於簡化與方便標示，形狀與厚度可能經過誇大表示。可以理解的是，未特別顯示於圖式中或描述於說明書中之元件，為所屬技術領域中具有通常技術者所知之形態。本領域之通常技術者可依據本發明之內容而進行多種之改變與修改。

在說明書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。然而，所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異做為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來做為區分的基準。在說明書及申請專利範圍所提及的「包含」為開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一元件耦接於第二元件，則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件，或者通過其他元件或連接手段間接地電性或信號連接至該第二元件。

於下文中關於“一個實施例”或“一實施例”之描述係指關於至少一實施例內所相關連之一特定元件、結構或特徵。因此，於下文中多處所出現之“一個實施例”或 “一實施例”之多個描述並非針對同一實施例。再者，於一或多個實施例中之特定構件、結構與特徵可依照一適當方式而結合。

除非特別說明，一些條件句或字詞，例如「可以(can)」、「可能(could)」、「也許(might)」，或「可(may)」，通常是試圖表達本案實施例具有，但是也可以解釋成可能不需要的特徵、元件，或步驟。在其他實施例中，這些特徵、元件，或步驟可能是不需要的。

揭露特別以下述例子加以描述，這些例子僅係用以舉例說明而已，因為對於熟習此技藝者而言，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。在通篇說明書與申請專利範圍中，除非內容清楚指定，否則「一」以及「該」的意義包含這一類敘述包括「一或至少一」該元件或成分。此外，如本揭露所用，除非從特定上下文明顯可見將複數個排除在外，否則單數冠詞亦包括複數個元件或成分的敘述。而且，應用在此描述中與下述之全部申請專利範圍中時，除非內容清楚指定，否則「在其中」的意思可包含「在其中」與「在其上」。在通篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供從業人員(practitioner)在有關本揭露之描述上額外的引導。在通篇說明書之任何地方之例子，包含在此所討論之任何用詞之例子的使用，僅係用以舉例說明，當然不限制本揭露或任何例示用詞之範圍與意義。同樣地，本揭露並不限於此說明書中所提出之各種實施例。

以下介紹一種能源回收裝置及其直流升壓裝置，其以交錯式升壓器與相位偏移電壓轉換器提升升壓比例，以拓寬輸入電壓之範圍，從而應用於市電回收與節能燒機程序。

第1圖為本發明之一實施例之直流升壓裝置之示意圖。請參閱第1圖，直流升壓裝置1包含一第一相位控制器10、一交錯式(interleaved)升壓器11、一第二相位控制器12與一相位偏移(phase-shift)電壓轉換器13。交錯式升壓器11耦接第一相位控制器10，第二相位控制器12耦接交錯式升壓器11，相位偏移電壓轉換器13耦接交錯式升壓器11與第二相位控制器12。

第一相位控制器10接收一固定電流CI、一第一迴授電流F1與一第二迴授電流F2，並據此產生一第一脈波寬度調變訊號P1與一第二脈波寬度調變訊號P2，其中第一脈波寬度調變訊號P1與第二脈波寬度調變訊號P2之相位不同。舉例來說，第一脈波寬度調變訊號P1與該第二脈波寬度調變訊號P2之相位可相差180度，但本發明並不以此為限。交錯式升壓器11接收一輸入直流電壓VI、第一脈波寬度調變訊號P1與第二脈波寬度調變訊號P2，並據此輸出第一迴授電流F1與第二迴授電流F2，且根據第一脈波寬度調變訊號P1與第二脈波寬度調變訊號P2之相位提升輸入直流電壓VI至一供應直流電壓VS。舉例來說，當輸入直流電壓VI為12~100伏特時，供應直流電壓VS為320伏特。故升壓比可達26倍。當輸入直流電壓VI大於120伏特時，供應直流電壓VS為435伏特。第二相位控制器12接收供應直流電壓VS與一設定電壓S，並據此產生多個第三脈波寬度調變訊號P3、P3’、P3”與P3”’，其中所有第三脈波寬度調變訊號P3、P3’、P3”與P3”’具有不同相位。相位偏移電壓轉換器13接收所有第三脈波寬度調變訊號P3、P3’、P3”與P3”’與供應直流電壓VS，並根據所有第三脈波寬度調變訊號P3、P3’、P3”與P3”’之不同相位轉換供應直流電壓VS為一穩定直流電壓VO。舉例來說，當輸入直流電壓VI為12~420伏特時，穩定直流電壓VO為380伏特。因此，直流升壓裝置1能拓寬輸入直流電壓VI之範圍，從而應用於市電回收與高電壓與低電壓之節能燒機程序。

在本發明之某些實施例中，直流升壓裝置1更可包含一電流控制器14與一電壓控制器15。電流控制器14耦接第一相位控制器10，舉例來說，電流控制器14通過控制器區域網路匯流排(controller area network bus, CAN bus)耦接第一相位控制器10。電流控制器14用以產生固定電流CI。電壓控制器15耦接第二相位控制器12，其中電壓控制器15用以接收輸入直流電壓VI，並據此產生設定電壓S。當輸入直流電壓VI變動時，設定電壓S也會變動。

交錯式升壓器11可包含，但不限於一第一二極體110、一第二二極體111、一第一電子開關112、一第二電子開關113、一第一電感器114、一第二電感器115與一輸出電容器116。第一電子開關112耦接於第一二極體110之陽極與一地端之間，第一電子開關112之控制端耦接第一相位控制器10。第二電子開關113耦接於第二二極體111之陽極與地端之間，第二電子開關113之控制端耦接第一相位控制器10。第一電感器114之一端耦接於第一二極體110之陽極與第一電子開關112之間，另一端耦接第一相位控制器10。第二電感器115之一端耦接於第二二極體111之陽極與第二電子開關113之間，另一端耦接第一相位控制器10。輸出電容器116之一端耦接第一二極體110與第二二極體111之陰極與第二相位控制器12，另一端耦接地端。第一電子開關112接收第一脈波寬度調變訊號P1，以進行導通或關斷。第二電子開關113接收第二脈波寬度調變訊號P2，以進行導通或關斷。第一電感器114接收輸入直流電壓VI，並據此產生第一迴授電流F1與一第一電感電流I1。第二電感器115接收輸入直流電壓VI，並據此產生第二迴授電流F2與一第二電感電流I2。輸出電容器116根據第一電子開關112與第二電子開關113之導通狀態或關斷狀態，通過第一二極體110與第二二極體111接收第一電感電流I1與第二電感電流I2，以產生供應直流電壓VS。

相位偏移電壓轉換器13可包含，但不限於一諧振驅動電路130、一變壓器131與一整流電路132。舉例來說，整流電路132可包含四個二極體、一電感器與一電容器。諧振驅動電路130耦接交錯式升壓器11之輸出電容器116與第二相位控制器12，變壓器131之一次側耦接諧振驅動電路130，整流電路132耦接變壓器131之二次側。諧振驅動電路130接收所有第三脈波寬度調變訊號P3、P3’、P3”與P3”’與供應直流電壓VS，並根據所有第三脈波寬度調變訊號P3、P3’、P3”與P3”’之不同相位轉換供應直流電壓VS為一諧振電流IR。變壓器131接收諧振電流IR，以儲存一能量。變壓器131與整流電路132轉換此能量為穩定直流電壓VO。

諧振驅動電路130可包含一電流切換電路1300與一諧振電路1301。電流切換電路1300耦接交錯式升壓器11之輸出電容器116與第二相位控制器12，諧振電路1301耦接電流切換電路1300與變壓器131之一次側。舉例來說，電流切換電路1300可包含四個電子開關，諧振電路1301可包含互相串聯耦接之電感器與電容器。電流切換電路1300與諧振電路1301接收第三脈波寬度調變訊號P3、P3’、P3”與P3”’與供應直流電壓VS，並根據第三脈波寬度調變訊號P3、P3’、P3”與P3”’之不同相位轉換供應直流電壓VS為諧振電流IR。

第2圖為本發明之一實施例之第一相位控制器之示意圖。請參閱第2圖與第1圖，第一相位控制器10可包含，但不限於一第一減法器100、一第一比例積分控制器(proportional–integral controller)101、一第一數值限制器102、一第一脈波寬度調變產生器103、一第二減法器104、一第二比例積分控制器(proportional–integral controller)105、一第二數值限制器106與一第二脈波寬度調變產生器107。第一減法器100耦接第一電感器114與電流控制器14，第一比例積分控制器101耦接第一減法器100，第一數值限制器102耦接第一比例積分控制器101，第一脈波寬度調變產生器103耦接第一數值限制器102與第一電子開關112之控制端。第一減法器100接收第一迴授電流F1與固定電流CI，並將其相減，以產生一第一電流差異D1。第一比例積分控制器101接收第一電流差異D1，並據此產生一第一控制電壓C1。第一數值限制器102接收第一控制電壓C1。在第一控制電壓C1小於一第一上限電壓，且大於一第一下限電壓時，第一數值限制器102輸出第一控制電壓C1。在第一控制電壓C1大於或等於第一上限電壓時，第一數值限制器102輸出第一上限電壓。在第一控制電壓C1小於或等於第一下限電壓時，第一數值限制器102輸出第一下限電壓。第一控制電壓C1、第一上限電壓或第一下限電壓作為一第一限制電壓L1。第一脈波寬度調變產生器103接收第一限制電壓L1，並比較第一限制電壓L1及一第一三角波電壓，以產生第一脈波寬度調變訊號P1。

第二減法器104耦接第二電感器115與電流控制器14，第二比例積分控制器105耦接第二減法器104，第二數值限制器106耦接第二比例積分控制器105，第二脈波寬度調變產生器107耦接第二數值限制器106與第二電子開關113之控制端。第二減法器104接收第二迴授電流F2與固定電流CI，並將其相減，以產生一第二電流差異D2。第二比例積分控制器105接收第二電流差異D2，並據此產生一第二控制電壓C2。第二數值限制器106接收第二控制電壓C2。在第二控制電壓C2小於一第二上限電壓，且大於一第二下限電壓時，第二數值限制器106輸出第二控制電壓C2。在第二控制電壓C2大於或等於第二上限電壓時，第二數值限制器106輸出第二上限電壓。在第二控制電壓C2小於或等於第二下限電壓時，第二數值限制器106輸出第二下限電壓。第二控制電壓C2、第二上限電壓或第二下限電壓作為一第二限制電壓L2。第二脈波寬度調變產生器107接收第二限制電壓L2，並比較第二限制電壓L2及一第二三角波電壓，以產生第二脈波寬度調變訊號P2。

第3圖為本發明之一實施例之第二相位控制器之示意圖。請參閱第3圖與第1圖，第二相位控制器12可包含，但不限於一第三減法器120、一第三比例積分控制器(proportional–integral controller)121、一第三數值限制器122與一第三脈波寬度調變產生器123。第三減法器120耦接電壓控制器15與交錯式升壓器11之輸出電容器116，第三比例積分控制器121耦接第三減法器120，第三數值限制器122耦接第三比例積分控制器121，第三脈波寬度調變產生器123耦接第三數值限制器122與電流切換電路1300。第三減法器120接收供應直流電壓VS與設定電壓S，並將其相減，以產生一電壓差異VD。第三比例積分控制器121接收電壓差異VD，並據此產生一相位控制量PC。第三數值限制器122接收相位控制量PC。在相位控制量PC小於一上限控制量，且大於一下限控制量時，數值限制器122輸出相位控制量PC。在相位控制量PC大於或等於上限控制量時，數值限制器122輸出上限控制量。在相位控制量PC小於或等於下限控制量時，數值限制器122輸出下限控制量。相位控制量PC、上限控制量或下限控制量作為一限制控制量L。第三脈波寬度調變產生器123接收限制控制量L，並根據限制控制量L及一三角波電壓，產生多個第三脈波寬度調變訊號P3、P3’、P3”與P3”’。舉例來說，三角波電壓之最大電壓值與最小電壓值的平均為中間電壓值。將三角波電壓定義為第三三角波電壓，並將第一三角波電壓之相位移動限制控制量L，以形成第四三角波電壓。第三脈波寬度調變產生器123比較中間電壓值與第三三角波電壓，以產生第三脈波寬度調變訊號P3與P3’，其中第三脈波寬度調變訊號P3與P3’之相位相差180度。第三脈波寬度調變產生器123比較中間電壓值與第四三角波電壓，以產生第三脈波寬度調變訊號P3”與P3”’，其中第三脈波寬度調變訊號P3”與P3”’之相位相差180度。

第4圖為本發明之一實施例之能源回收裝置之示意圖。請參閱第4圖，能源回收裝置2包含上述直流升壓裝置中的所有元件與一逆變器20，並耦接一市電電網3。直流升壓裝置已於前面介紹過，於此不再贅述。逆變器20耦接相位偏移電壓轉換器13之整流電路132與市電電網3。逆變器20接收穩定直流電壓VO，並將其轉換為一交流電壓AV，且傳輸交流電壓AV給市電電網3。

第5圖為本發明之一實施例之回收電流與輸入直流電壓之曲線圖，第6圖為本發明之一實施例之回收功率與輸入直流電壓之曲線圖。回收電流與回收功率皆對應穩定直流電壓。如第5圖與第6圖所示，當輸入直流電壓為12~60伏特時，回收電流可固定為電流額定值24安培。當輸入直流電壓小於12伏特時，回收電流小於電流額定值。以電流額定值將輸入直流電壓提升至320伏特，升壓比約26倍。

第7圖為本發明之另一實施例之回收電流與輸入直流電壓之曲線圖，第8圖為本發明之另一實施例之回收功率與輸入直流電壓之曲線圖。如第7圖與第8圖所示，當輸入直流電壓為60~420伏特時，以額定功率調降回收電流，同時固定功率輸出。

根據上述實施例，能源回收裝置及其直流升壓裝置以交錯式升壓器與相位偏移電壓轉換器提升升壓比例，以拓寬輸入電壓之範圍，從而應用於市電回收與節能燒機程序。

以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

1:直流升壓裝置 10:第一相位控制器 100:第一減法器 101:第一比例積分控制器 102:第一數值限制器 103:第一脈波寬度調變產生器 104:第二減法器 105:第二比例積分控制器 106:第二數值限制器 107:第二脈波寬度調變產生器 11:交錯式升壓器 110:第一二極體 111:第二二極體 112:第一電子開關 113:第二電子開關 114:第一電感器 115:第二電感器 116:輸出電容器 12:第二相位控制器 120:第三減法器 121:第三比例積分控制器 122:第三數值限制器 123:第三脈波寬度調變產生器 13:相位偏移電壓轉換器 130:諧振驅動電路 1300:電流切換電路 1301:諧振電路 131:變壓器 132:整流電路 14:電流控制器 15:電壓控制器 2:能源回收裝置 20:逆變器 3:市電電網 CI:固定電流 F1:第一迴授電流 F2:第二迴授電流 P1:第一脈波寬度調變訊號 P2:第二脈波寬度調變訊號 VI:輸入直流電壓 VS:供應直流電壓 S:設定電壓 P3、P3’、P3”、P3”’:第三脈波寬度調變訊號 VO:穩定直流電壓 I1:第一電感電流 I2:第二電感電流 IR:諧振電流 D1:第一電流差異 C1:第一控制電壓 L1:第一限制電壓 D2:第二電流差異 C2:第二控制電壓 L2:第二限制電壓 VD:電壓差異 PC:相位控制量 L:限制控制量 AV:交流電壓

第1圖為本發明之一實施例之直流升壓裝置之示意圖。第2圖為本發明之一實施例之第一相位控制器之示意圖。第3圖為本發明之一實施例之第二相位控制器之示意圖。第4圖為本發明之一實施例之能源回收裝置之示意圖。第5圖為本發明之一實施例之回收電流與輸入直流電壓之曲線圖。第6圖為本發明之一實施例之回收功率與輸入直流電壓之曲線圖。第7圖為本發明之另一實施例之回收電流與輸入直流電壓之曲線圖。第8圖為本發明之另一實施例之回收功率與輸入直流電壓之曲線圖。

1:直流升壓裝置

10:第一相位控制器

11:交錯式升壓器

110:第一二極體

111:第二二極體

112:第一電子開關

113:第二電子開關

114:第一電感器

115:第二電感器

116:輸出電容器

12:第二相位控制器

13:相位偏移電壓轉換器

130:諧振驅動電路

1300:電流切換電路

1301:諧振電路

131:變壓器

132:整流電路

14:電流控制器

15:電壓控制器

CI:固定電流

F1:第一迴授電流

F2:第二迴授電流

P1:第一脈波寬度調變訊號

P2:第二脈波寬度調變訊號

VI:輸入直流電壓

VS:供應直流電壓

S:設定電壓

P3、P3’、P3”、P3”’:第三脈波寬度調變訊號

VO:穩定直流電壓

I1:第一電感電流

I2:第二電感電流

IR:諧振電流

Claims

一種直流升壓裝置，包含：一第一相位控制器，用以接收一固定電流、一第一迴授電流與一第二迴授電流，並據此產生一第一脈波寬度調變訊號與一第二脈波寬度調變訊號，其中該第一脈波寬度調變訊號與該第二脈波寬度調變訊號之相位不同；一交錯式(interleaved)升壓器，耦接該第一相位控制器，其中該交錯式升壓器用以接收一輸入直流電壓、該第一脈波寬度調變訊號與該第二脈波寬度調變訊號，並據此輸出該第一迴授電流與該第二迴授電流，且根據該第一脈波寬度調變訊號與該第二脈波寬度調變訊號之該相位提升該輸入直流電壓至一供應直流電壓；一第二相位控制器，耦接該交錯式升壓器，其中該第二相位控制器用以接收該供應直流電壓與一設定電壓，並據此產生多個第三脈波寬度調變訊號，其中該多個第三脈波寬度調變訊號具有不同相位；以及一相位偏移 (phase-shift)電壓轉換器，耦接該交錯式升壓器與該第二相位控制器，其中該相位偏移電壓轉換器用以接收該多個第三脈波寬度調變訊號與該供應直流電壓，並根據該多個第三脈波寬度調變訊號之該不同相位轉換該供應直流電壓為一穩定直流電壓。
如請求項1所述之直流升壓裝置，更包含一電流控制器，其耦接該第一相位控制器，其中該電流控制器用以產生該固定電流。
如請求項2所述之直流升壓裝置，其中該電流控制器通過控制器區域網路匯流排(controller area network bus, CAN bus)耦接該第一相位控制器。
如請求項1所述之直流升壓裝置，更包含一電壓控制器，其耦接該第二相位控制器，其中該電壓控制器用以接收該輸入直流電壓，並據此產生該設定電壓。
如請求項1所述之直流升壓裝置，其中該交錯式升壓器包含：一第一二極體與一第二二極體；一第一電子開關，其耦接於該第一二極體之陽極與一地端之間，該第一電子開關之控制端耦接該第一相位控制器，其中該第一電子開關用以接收該第一脈波寬度調變訊號，以進行導通或關斷；一第二電子開關，其耦接於該第二二極體之陽極與該地端之間，該第二電子開關之控制端耦接該第一相位控制器，其中該第二電子開關用以接收該第二脈波寬度調變訊號，以進行導通或關斷；一第一電感器，其一端耦接於該第一二極體之該陽極與該第一電子開關之間，另一端耦接該第一相位控制器，其中該第一電感器用以接收該輸入直流電壓，並據此產生該第一迴授電流與一第一電感電流；一第二電感器，其一端耦接於該第二二極體之該陽極與該第二電子開關之間，另一端耦接該第一相位控制器，其中該第二電感器用以接收該輸入直流電壓，並據此產生該第二迴授電流與一第二電感電流；以及一輸出電容器，其一端耦接該第一二極體與該第二二極體之陰極與該第二相位控制器，另一端耦接該地端，其中該輸出電容器根據該第一電子開關與該第二電子開關之導通狀態或關斷狀態，用以通過該第一二極體與該第二二極體接收該第一電感電流與該第二電感電流，以產生該供應直流電壓。
如請求項5所述之直流升壓裝置，其中該第一相位控制器包含：一第一減法器，耦接該第一電感器，其中該第一減法器用以接收該第一迴授電流與該固定電流，並將其相減，以產生一第一電流差異；一第一比例積分控制器(proportional–integral controller)，耦接該第一減法器，其中該第一比例積分控制器用以接收該第一電流差異，並據此產生一第一控制電壓；一第一數值限制器，耦接該第一比例積分控制器，其中該第一數值限制器用以接收該第一控制電壓，在該第一控制電壓小於一第一上限電壓，且大於一第一下限電壓時，該第一數值限制器輸出該第一控制電壓，在該第一控制電壓大於或等於該第一上限電壓時，該第一數值限制器輸出該第一上限電壓，在該第一控制電壓小於或等於該第一下限電壓時，該第一數值限制器輸出該第一下限電壓；一第一脈波寬度調變產生器，耦接該第一數值限制器與該第一電子開關之該控制端，其中該第一脈波寬度調變產生器用以接收該第一控制電壓、該第一上限電壓或該第一下限電壓，並比較該第一控制電壓、該第一上限電壓與該第一下限電壓之其中一個及一第一三角波電壓，以產生該第一脈波寬度調變訊號；一第二減法器，耦接該第二電感器，其中該第二減法器用以接收該第二迴授電流與該固定電流，並將其相減，以產生一第二電流差異；一第二比例積分控制器(proportional–integral controller)，耦接該第二減法器，其中該第二比例積分控制器用以接收該第二電流差異，並據此產生一第二控制電壓；一第二數值限制器，耦接該第二比例積分控制器，其中該第二數值限制器用以接收該第二控制電壓，在該第二控制電壓小於一第二上限電壓，且大於一第二下限電壓時，該第二數值限制器輸出該第二控制電壓，在該第二控制電壓大於或等於該第二上限電壓時，該第二數值限制器輸出該第二上限電壓，在該第二控制電壓小於或等於該第二下限電壓時，該第二數值限制器輸出該第二下限電壓；以及一第二脈波寬度調變產生器，耦接該第二數值限制器與該第二電子開關之該控制端，其中該第二脈波寬度調變產生器用以接收該第二控制電壓、該第二上限電壓或該第二下限電壓，並比較該第二控制電壓、該第二上限電壓與該第二下限電壓之其中一個及一第二三角波電壓，以產生該第二脈波寬度調變訊號。
如請求項1所述之直流升壓裝置，其中該第一脈波寬度調變訊號與該第二脈波寬度調變訊號之該相位相差180度。
如請求項1所述之直流升壓裝置，其中該相位偏移電壓轉換器包含：一諧振驅動電路，耦接該交錯式升壓器與該第二相位控制器，其中該諧振驅動電路用以接收該多個第三脈波寬度調變訊號與該供應直流電壓，並根據該多個第三脈波寬度調變訊號之該不同相位轉換該供應直流電壓為一諧振電流；一變壓器，其一次側耦接該諧振驅動電路，其中該變壓器用以接收該諧振電流，以儲存一能量；以及一整流電路，耦接該變壓器之二次側，其中該變壓器與該整流電路用以轉換該能量為該穩定直流電壓。
如請求項8所述之直流升壓裝置，其中該諧振驅動電路包含：一電流切換電路，耦接該交錯式升壓器與該第二相位控制器；以及一諧振電路，耦接該電流切換電路與該變壓器之該一次側，其中該電流切換電路與該諧振電路用以接收該多個第三脈波寬度調變訊號與該供應直流電壓，並根據該多個第三脈波寬度調變訊號之該不同相位轉換該供應直流電壓為該諧振電流。
如請求項9所述之直流升壓裝置，其中該第二相位控制器包含：一減法器，耦接該交錯式升壓器，其中該減法器用以接收該供應直流電壓與該設定電壓，並將其相減，以產生一電壓差異；一比例積分控制器(proportional–integral controller)，耦接該減法器，其中該比例積分控制器用以接收該電壓差異，並據此產生一相位控制量；一數值限制器，耦接該比例積分控制器，其中該數值限制器用以接收該相位控制量，在該相位控制量小於一上限控制量，且大於一下限控制量時，該數值限制器輸出該相位控制量，在該相位控制量大於或等於該上限控制量時，該數值限制器輸出該上限控制量，在該相位控制量小於或等於該下限控制量時，該數值限制器輸出該下限控制量；以及一脈波寬度調變產生器，耦接該數值限制器與該電流切換電路，其中該脈波寬度調變產生器用以接收該相位控制量、該上限控制量或該下限控制量，並根據該相位控制量、該上限控制量與該下限控制量之其中一個及一三角波電壓，產生該多個第三脈波寬度調變訊號。
一種能源回收裝置，耦接一市電電網，該能源回收裝置包含：一第一相位控制器，用以接收一固定電流、一第一迴授電流與一第二迴授電流，並據此產生一第一脈波寬度調變訊號與一第二脈波寬度調變訊號，其中該第一脈波寬度調變訊號與該第二脈波寬度調變訊號之相位不同；一交錯式(interleaved)升壓器，耦接該第一相位控制器，其中該交錯式升壓器用以接收一輸入直流電壓、該第一脈波寬度調變訊號與該第二脈波寬度調變訊號，並根據該第一脈波寬度調變訊號與該第二脈波寬度調變訊號之該相位提升該輸入直流電壓至一供應直流電壓；一第二相位控制器，耦接該交錯式升壓器，其中該第二相位控制器用以接收該供應直流電壓與一設定電壓，並據此產生多個第三脈波寬度調變訊號，其中該多個第三脈波寬度調變訊號具有不同相位；一相位偏移 (phase-shift)電壓轉換器，耦接該交錯式升壓器與該第二相位控制器，其中該相位偏移電壓轉換器用以接收該多個第三脈波寬度調變訊號與該供應直流電壓，並根據該多個第三脈波寬度調變訊號之該不同相位轉換該供應直流電壓為一穩定直流電壓；以及一逆變器，耦接該相位偏移電壓轉換器與該市電電網，其中該逆變器用以接收該穩定直流電壓，並將其轉換為一交流電壓，且傳輸該交流電壓給該市電電網。
如請求項11所述之能源回收裝置，更包含一電流控制器，其耦接該第一相位控制器，其中該電流控制器用以產生該固定電流。
如請求項12所述之能源回收裝置，其中該電流控制器通過控制器區域網路匯流排(controller area network bus, CAN bus)耦接該第一相位控制器。
如請求項11所述之能源回收裝置，更包含一電壓控制器，其耦接該第二相位控制器，其中該電壓控制器用以接收該輸入直流電壓，並據此產生該設定電壓。
如請求項11所述之能源回收裝置，其中該交錯式升壓器包含：一第一二極體與一第二二極體；一第一電子開關，其耦接於該第一二極體之陽極與一地端之間，該第一電子開關之控制端耦接該第一相位控制器，其中該第一電子開關用以接收該第一脈波寬度調變訊號，以進行導通或關斷；一第二電子開關，其耦接於該第二二極體之陽極與該地端之間，該第二電子開關之控制端耦接該第一相位控制器，其中該第二電子開關用以接收該第二脈波寬度調變訊號，以進行導通或關斷；一第一電感器，其一端耦接於該第一二極體之該陽極與該第一電子開關之間，另一端耦接該第一相位控制器，其中該第一電感器用以接收該輸入直流電壓，並據此產生該第一迴授電流與一第一電感電流；一第二電感器，其一端耦接於該第二二極體之該陽極與該第二電子開關之間，另一端耦接該第一相位控制器，其中該第二電感器用以接收該輸入直流電壓，並據此產生該第二迴授電流與一第二電感電流；以及一輸出電容器，其一端耦接該第一二極體與該第二二極體之陰極與該第二相位控制器，另一端耦接該地端，其中該輸出電容器根據該第一電子開關與該第二電子開關之導通狀態或關斷狀態，用以通過該第一二極體與該第二二極體接收該第一電感電流與該第二電感電流，以產生該供應直流電壓。
如請求項15所述之能源回收裝置，其中該第一相位控制器包含：一第一減法器，耦接該第一電感器，其中該第一減法器用以接收該第一迴授電流與該固定電流，並將其相減，以產生一第一電流差異；一第一比例積分控制器(proportional–integral controller)，耦接該第一減法器，其中該第一比例積分控制器用以接收該第一電流差異，並據此產生一第一控制電壓；一第一數值限制器，耦接該第一比例積分控制器，其中該第一數值限制器用以接收該第一控制電壓，在該第一控制電壓小於一第一上限電壓，且大於一第一下限電壓時，該第一數值限制器輸出該第一控制電壓，在該第一控制電壓大於或等於該第一上限電壓時，該第一數值限制器輸出該第一上限電壓，在該第一控制電壓小於或等於該第一下限電壓時，該第一數值限制器輸出該第一下限電壓；一第一脈波寬度調變產生器，耦接該第一數值限制器與該第一電子開關之該控制端，其中該第一脈波寬度調變產生器用以接收該第一控制電壓、該第一上限電壓或該第一下限電壓，並比較該第一控制電壓、該第一上限電壓與該第一下限電壓之其中一個及一第一三角波電壓，以產生該第一脈波寬度調變訊號；一第二減法器，耦接該第二電感器，其中該第二減法器用以接收該第二迴授電流與該固定電流，並將其相減，以產生一第二電流差異；一第二比例積分控制器(proportional–integral controller)，耦接該第二減法器，其中該第二比例積分控制器用以接收該第二電流差異，並據此產生一第二控制電壓；一第二數值限制器，耦接該第二比例積分控制器，其中該第二數值限制器用以接收該第二控制電壓，在該第二控制電壓小於一第二上限電壓，且大於一第二下限電壓時，該第二數值限制器輸出該第二控制電壓，在該第二控制電壓大於或等於該第二上限電壓時，該第二數值限制器輸出該第二上限電壓，在該第二控制電壓小於或等於該第二下限電壓時，該第二數值限制器輸出該第二下限電壓；以及一第二脈波寬度調變產生器，耦接該第二數值限制器與該第二電子開關之該控制端，其中該第二脈波寬度調變產生器用以接收該第二控制電壓、該第二上限電壓或該第二下限電壓，並比較該第二控制電壓、該第二上限電壓與該第二下限電壓之其中一個及一第二三角波電壓，以產生該第二脈波寬度調變訊號。
如請求項11所述之能源回收裝置，其中該第一脈波寬度調變訊號與該第二脈波寬度調變訊號之該相位相差180度。
如請求項11所述之能源回收裝置，其中該相位偏移電壓轉換器包含：一諧振驅動電路，耦接該交錯式升壓器與該第二相位控制器，其中該諧振驅動電路用以接收該多個第三脈波寬度調變訊號與該供應直流電壓，並根據該多個第三脈波寬度調變訊號之該不同相位轉換該供應直流電壓為一諧振電流；一變壓器，其一次側耦接該諧振驅動電路，其中該變壓器用以接收該諧振電流，以儲存一能量；以及一整流電路，耦接該變壓器之二次側與該逆變器，其中該變壓器與該整流電路用以轉換該能量為該穩定直流電壓。
如請求項18所述之能源回收裝置，其中該諧振驅動電路包含：一電流切換電路，耦接該交錯式升壓器與該第二相位控制器；以及一諧振電路，耦接該電流切換電路與該變壓器之該一次側，其中該電流切換電路與該諧振電路用以接收該多個第三脈波寬度調變訊號與該供應直流電壓，並根據該多個第三脈波寬度調變訊號之該不同相位轉換該供應直流電壓為該諧振電流。
如請求項19所述之能源回收裝置，其中該第二相位控制器包含：一減法器，耦接該交錯式升壓器，其中該減法器用以接收該供應直流電壓與該設定電壓，並將其相減，以產生一電壓差異；一比例積分控制器(proportional–integral controller)，耦接該減法器，其中該比例積分控制器用以接收該電壓差異，並據此產生一相位控制量；一數值限制器，耦接該比例積分控制器，其中該數值限制器用以接收該相位控制量，在該相位控制量小於一上限控制量，且大於一下限控制量時，該數值限制器輸出該相位控制量，在該相位控制量大於或等於該上限控制量時，該數值限制器輸出該上限控制量，在該相位控制量小於或等於該下限控制量時，該數值限制器輸出該下限控制量；以及一脈波寬度調變產生器，耦接該數值限制器與該電流切換電路，其中該脈波寬度調變產生器用以接收該相位控制量、該上限控制量或該下限控制量，並根據該相位控制量、該上限控制量與該下限控制量之其中一個及一三角波電壓，產生該多個第三脈波寬度調變訊號。