專利名稱：直流電壓轉(zhuǎn)交流電壓的換流器及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流電壓轉(zhuǎn)交流電壓的換流器，尤指一種換流器的第一半周期的電流路徑和第二半周期的電流路徑為各自獨(dú)立之直流電壓轉(zhuǎn)交流電壓的換流器。
背景技術(shù)：
直流電壓轉(zhuǎn)交流電壓的換流器用以轉(zhuǎn)換直流電能至交流電源。請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖I為現(xiàn)有技術(shù)說(shuō)明H橋式(H-bridge)換流器100的示意圖。換流器100包含二開(kāi)關(guān)T1、T2，二調(diào)變開(kāi)關(guān)Τ3、Τ4和二電感LI、L2，其中D1-D4為開(kāi)關(guān)Tl、Τ2和調(diào)變開(kāi)關(guān)Τ3、Τ4的寄生二極管，其中電感LI、L2，開(kāi)關(guān)Tl、調(diào)變開(kāi)關(guān)Τ4，和開(kāi)關(guān)Τ2、調(diào)變開(kāi)關(guān)Τ3形成互相交替切換的切換對(duì)。另外，在圖I中，一直流電源102用以提供一直流電壓VIN，一穩(wěn)壓電容C用以穩(wěn)定直 流電壓VIN。換流器100通過(guò)電感L1、L2，開(kāi)關(guān)Tl、調(diào)變開(kāi)關(guān)T4和開(kāi)關(guān)T2、調(diào)變開(kāi)關(guān)T3形成的切換對(duì)將直流電源102的直流電壓VIN轉(zhuǎn)換成交流電源AC的交流電壓。在自由飛輪狀態(tài)(free-wheeling state),換流器100利用寄生二極管D1-D4維持直流電流的方向。由于在自由飛輪狀態(tài)，換流器100利用寄生二極管D1-D4維持直流電流的方向，以及換流器100的的調(diào)變開(kāi)關(guān)T3、T4可能會(huì)因誤操作同時(shí)開(kāi)啟造成短路，所以將會(huì)影響換流器100的效率和降低換流器100的可靠度。綜上所述，本發(fā)明所提供的一種直流電壓轉(zhuǎn)交流電壓的換流器及其方法，利用換流器中不會(huì)同時(shí)開(kāi)啟的第一半周期電路和第二半周期電路分別根據(jù)第一時(shí)鐘與反相的第一時(shí)鐘交替運(yùn)作，而將直流電源提供的直流電壓通過(guò)單方向的電流傳遞至交流電源。另外，本發(fā)明可通過(guò)選用適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)材料和自由飛輪二極管的材料以降低導(dǎo)通與切換的損耗。因此，相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提供的換流器具有更好的轉(zhuǎn)換效率以及更高的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一實(shí)施例提供一種直流電壓轉(zhuǎn)交流電壓的換流器。該換流器包含一第一半周期電路、一第二半周期電路、一第一電感及一第二電感。該第一半周期電路具有一第一端，I禹接于一直流電源的第一端，一第二端，用以接收一第二時(shí)鐘，一第三端，一第四端，率禹接于一交流電源的第二端，一第五端，用以接收一第一時(shí)鐘，及一第六端，稱接于該直流電源的第二端，其中該第一半周期電路根據(jù)該第一時(shí)鐘于該交流電源的第一半周期時(shí)開(kāi)啟根據(jù)該第一時(shí)鐘于該交流電源的第一半周期時(shí)開(kāi)啟，并將該直流電源提供的直流電壓轉(zhuǎn)換成該交流電源的交流電壓的第一半周期，以及根據(jù)該第二時(shí)鐘，調(diào)變?cè)摻涣麟妷旱牡谝话胫芷诘牟ㄐ?；該第二半周期電路具有一第一端，耦接于該直流電源的第一端，一第二端，用以接收一反相的第一時(shí)鐘，一第三端，耦接于該第一半周期電路的第四端，一第四端，一第五端，用以接收一第三時(shí)鐘，及一第六端，耦接于該直流電源的第二端，其中該第二半周期電路根據(jù)該反相的第一時(shí)鐘于該交流電源的第二半周期時(shí)開(kāi)啟并將該直流電壓轉(zhuǎn)換成該交流電壓的第二半周期，且根據(jù)該第三時(shí)鐘，調(diào)變?cè)摻涣麟妷旱牡诙胫芷诘牟ㄐ?；該第一電感具有一第一端，耦接于該第一半周期電路的第三端，及一第二端，耦接于該交流電源的第一端，其中該第一電感用以降低該交流電源的交流電流的諧波；及該第二電感具有一第一端，耦接于該第二半周期電路的第四端，及一第二端，耦接于該交流電源的第一端，其中該第二電感用以降低該交流電源的交流電流的諧波；其中該第一時(shí)鐘的第一半周期和第二半周期之間，具有一第一死區(qū)時(shí)間(dead time)，以及該反相的第一時(shí)鐘的第一半周期和第二半周期之間，具有一第二死區(qū)時(shí)間，其中該第一死區(qū)時(shí)間與該第二死區(qū)時(shí)間用以避免該第一半周期電路與該第二半周期電路同時(shí)開(kāi)啟，其中當(dāng)該第二半周期電路開(kāi)啟期間，該第二時(shí)鐘為關(guān)閉，且當(dāng)該第一半周期電路開(kāi)啟期間，該第三時(shí)鐘為關(guān)閉。本發(fā)明的一實(shí)施例提供一種直流電壓轉(zhuǎn)交流電壓的方法。該方法包含提供一直流電壓；根據(jù)一第一時(shí)鐘，開(kāi)啟一第一半周期電路的第一半周期開(kāi)關(guān)，和根據(jù)一反相的第一時(shí)鐘關(guān)閉一第二半周期電路的第二半周期開(kāi)關(guān)；該第一半周期電路的第一半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)根據(jù)一第二時(shí)鐘，調(diào)變一交流電源的第一半周期的波形；當(dāng)根據(jù)該第二時(shí)鐘關(guān)閉該第一半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)時(shí)，利用一第一自由飛輪二極管、該第一半周期開(kāi)關(guān)、該交流電源和一第一電感，形成該第一電感釋放電能的回路；根據(jù)該第一時(shí)鐘，關(guān)閉該第一半周期電路的第一半周 期開(kāi)關(guān)，和根據(jù)該反相的第一時(shí)鐘，開(kāi)啟該第二半周期電路的第二半周期開(kāi)關(guān)；該第二半周期電路的第二半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)根據(jù)一第三時(shí)鐘，調(diào)變?cè)摻涣麟娫吹牡诙胫芷诘牟ㄐ?；及?dāng)根據(jù)該第三時(shí)鐘關(guān)閉該第二半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)時(shí)，利用一第二自由飛輪二極管、該第二半周期開(kāi)關(guān)、該交流電源和一第二電感，形成該第二電感釋放電能的回路；其中該第一時(shí)鐘的第一半周期和第二半周期之間，具有一第一死區(qū)時(shí)間(dead time)，以及該反相的第一時(shí)鐘的第一半周期和第二半周期之間，具有一第二死區(qū)時(shí)間，其中該第一死區(qū)時(shí)間與該第二死區(qū)時(shí)間用以避免該第一半周期電路與該第二半周期電路同時(shí)開(kāi)啟，其中當(dāng)該第二半周期電路開(kāi)啟期間，該第二時(shí)鐘為關(guān)閉，且當(dāng)該第一半周期電路開(kāi)啟期間，該第三時(shí)鐘為關(guān)閉。本發(fā)明提供一種直流電壓轉(zhuǎn)交流電壓的換流器及其方法，利用該換流器中不會(huì)同時(shí)開(kāi)啟的第一半周期電路和第二半周期電路分別根據(jù)一第一時(shí)鐘與一反相的第一時(shí)鐘交替運(yùn)作，而將一直流電源提供的直流電壓通過(guò)單方向的電流傳遞至一交流電源。另外，該換流器在該交流電源的第一半周期的電流路徑和該交流電源的第二半周期的電流路徑各自獨(dú)立，且在該交流電源的第一半周期的自由飛輪狀態(tài)時(shí)，利用一第一自由飛輪二極管、一第一電感、該交流電源及一第一半周期開(kāi)關(guān)構(gòu)成的回路，形成該第一電感釋放電能的回路；而在該交流電源的第二半周期的自由飛輪狀態(tài)，利用一第二自由飛輪二極管、一第二電感、該交流電源及一第二半周期開(kāi)關(guān)構(gòu)成的回路，形成該第二電感釋放電能的回路。因?yàn)椴幌瘳F(xiàn)有技術(shù)利用該第一調(diào)變開(kāi)關(guān)與該第二調(diào)變開(kāi)關(guān)的寄生二極管構(gòu)成自由飛輪狀態(tài)的電流路徑，且本發(fā)明在該交流電源的第一半周期的電流路徑和該交流電源的第二半周期的電流路徑為各自獨(dú)立，所以本發(fā)明可避免該交流電源的第一半周期與該交流電源的第二半周期的自由飛輪狀態(tài)的電流對(duì)第一調(diào)變開(kāi)關(guān)與第二調(diào)變開(kāi)關(guān)頻繁的沖擊以及避免因誤操作造成該換流器的第一調(diào)變開(kāi)關(guān)與第二調(diào)變開(kāi)關(guān)同時(shí)開(kāi)啟。另外，本發(fā)明可通過(guò)選用適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)材料和自由飛輪二極管的材料以降低導(dǎo)通與切換的損耗。因此，相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提供的換流器具有更好的轉(zhuǎn)換效率以及更高的可靠性。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)說(shuō)明H橋式換流器的示意圖。圖2為本發(fā)明的一實(shí)施例說(shuō)明一種直流電壓轉(zhuǎn)交流電壓的換流器的示意圖。圖3A為說(shuō)明當(dāng)交流電源于第一半周期時(shí)，第一半周期電路的負(fù)載電流路徑的示意圖。圖3B為說(shuō)明當(dāng)?shù)谝话胫芷谡{(diào)變開(kāi)關(guān)根據(jù)第二時(shí)鐘關(guān)閉時(shí)，第一半周期電路的負(fù)載電流路徑的不意圖。圖4A為說(shuō)明當(dāng)交流電源于第二半周期時(shí)，第二半周期電路的負(fù)載電流路徑的示意圖。圖4B為說(shuō)明當(dāng)?shù)诙胫芷谡{(diào)變開(kāi)關(guān)根據(jù)第二時(shí)鐘關(guān)閉時(shí)，第二半周期電路的負(fù) 載電流路徑的不意圖。圖5為本發(fā)明的另一實(shí)施例說(shuō)明直流電壓轉(zhuǎn)交流電壓的方法之流程圖。其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下100、200 換流器102、202 直流電源204、C穩(wěn)壓電容206第一半周期電路208第二半周期電路210 第一電感212 第二電感214、AC交流電源2062第一半周期開(kāi)關(guān)2064第一半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2066第一自由飛輪二極管2082第二半周期開(kāi)關(guān)2084第二半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2086第二自由飛輪二極管CLKl 第一時(shí)鐘CLKl反相的第一時(shí)鐘D1-D4寄生二極管CLK2 第二時(shí)鐘CLK3第三時(shí)鐘L1、L2 電感T1、T2 開(kāi)關(guān)Τ3>Τ4調(diào)變開(kāi)關(guān)VIN直流電壓500 至 514 步驟
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參照?qǐng)D2，圖2為本發(fā)明的一實(shí)施例說(shuō)明一種直流電壓轉(zhuǎn)交流電壓的換流器200的示意圖。換流器200包含一第一半周期電路206、一第二半周期電路208、一第一電感210及一第二電感212，其中第一電感210及第二電感212相同。一直流電源202具有一第一端，及一第二端，且直流電源202用以提供一直流電壓VIN。穩(wěn)壓電容204耦接于直流電源202，用以對(duì)直流電壓VIN穩(wěn)壓及濾波，其中穩(wěn)壓電容204可包含一或多個(gè)電容，而一或多個(gè)電容可用串聯(lián)或并聯(lián)的形式形成一電容組后，再和直流電源202并聯(lián)。第一半周期電路206具有一第一端，稱接于直流電源202的第一端,一第二端,一第三端,一第四端,稱接于一交流電源214的第二端,一第五端，用以接收一第一時(shí)鐘CLK1,及一第六端,稱接于直流電源202的第二端，其中第一半周期電路206的第二端用以接收一第二時(shí)鐘CLK2，而第一半周期電路206根據(jù)第一時(shí)鐘CLKl于交流電源214的第一半周期(即正半周期)時(shí)開(kāi)啟，且根據(jù)第二時(shí)鐘CLK2，調(diào)變交流電源214的第一半周期的波形，其中第二時(shí)鐘CLK2為一高頻脈沖寬度調(diào)變(pulse-width modulation, PWM)時(shí)鐘，其頻率可達(dá)千赫茲(kHz),例如20kHz,但第 二時(shí)鐘CLK2的頻率必須小心選用。因?yàn)槿绻诙r(shí)鐘CLK2的頻率太高時(shí)，則換流器200的切換噪聲(switching noise)會(huì)很大,且換流器200的電磁干擾變的很嚴(yán)重；如果第二時(shí)鐘CLK2的頻率太低時(shí)，則需要大電感值的電感210去濾波，導(dǎo)致?lián)Q流器200的成本、重量與體積皆會(huì)大幅增加。第二半周期電路208具有一第一端,稱接于直流電源202的第一端,一第二端，用以接收一反相的第一時(shí)鐘，一第三端，耦接于第一半周期電路206的第四端，一第四端，一第五端，用以接收一第三時(shí)鐘CLK3，及一第六端，耦接于直流電源202的第二端，其中第二半周期電路208根據(jù)反相的第一時(shí)鐘@于交流電源214的第二半周期(即負(fù)半周期)時(shí)開(kāi)啟，且根據(jù)第三時(shí)鐘CLK3，調(diào)變交流電源214的第二半周期的波形，其中第一時(shí)鐘CLKl的頻率與反相的第一時(shí)鐘的頻率為交流電源214的頻率，例如60Hz。另夕卜，第三時(shí)鐘CLK3為一高頻脈沖寬度調(diào)變時(shí)鐘，其頻率可達(dá)千赫茲(kHz)，例如20kHz，但第三時(shí)鐘CLK3和第二時(shí)鐘CLK2的頻率也必須小心選用。第一電感210具有一第一端，耦接于第一半周期電路206的第三端,及一第二端,稱接于交流電源214的第一端,其中第一電感210可讓第一半周期電路206的直流電壓通過(guò)，且用以降低交流電源214的交流電流的諧波。第二電感212具有一第一端，耦接于第二半周期電路208的第四端，及一第二端，耦接于交流電源214的第一端，其中第二電感212可讓第二半周期電路208的直流電壓通過(guò)，且用以降低交流電源214的交流電流的諧波。另外，第一電感210和第二電感212相同。另夕卜，第一時(shí)鐘CLKl的第一半周期和第二半周期之間，具有一第一死區(qū)時(shí)間(dead time),以及反相的第一時(shí)鐘的第一半周期和第二半周期之間，具有一第二死區(qū)時(shí)間，其中第一死區(qū)時(shí)間與第二死區(qū)時(shí)間用以避免第一半周期電路206與第二半周期電路208同時(shí)開(kāi)啟。此外，當(dāng)?shù)诙胫芷陔娐?08開(kāi)啟期間，第二時(shí)鐘CLK2為關(guān)閉，且當(dāng)?shù)谝话胫芷陔娐?06開(kāi)啟期間，第三時(shí)鐘CLK3為關(guān)閉。第一半周期電路206包含一第一半周期開(kāi)關(guān)2062、一第一半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2064及一第一自由飛輪(free-wheeling) 二極管2066。第一半周期開(kāi)關(guān)2062具有一第一端,率禹接于第一半周期電路206的第四端，一第二端，耦接于第一半周期電路206的第五端，用以接收第一時(shí)鐘CLKl，及一第三端，耦接于第一半周期電路206的第六端，其中第一半周期開(kāi)關(guān)2062根據(jù)第一時(shí)鐘CLKl于交流電源214的第一半周期時(shí)開(kāi)啟，且第一半周期開(kāi)關(guān)2062為一具有低導(dǎo)通電壓的NPN型絕緣柵雙極晶體管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)，但本發(fā)明并不受限于絕緣柵雙極晶體管，即第一半周期開(kāi)關(guān)2062也可為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管；第一半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2064具有一第一端，耦接于第一半周期電路206的第一端，一第二端，耦接于第一半周期電路206的第二端，用以接收第二時(shí)鐘CLK2，及一第三端，耦接于第一半周期電路206的第三端，其中第一半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2064根據(jù)第二時(shí)鐘CLK2調(diào)變交流電源214的第一半周期的波形，且第一半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2064為一具有低導(dǎo)通阻抗的N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(metal-oxide-semiconductor fieldeffect transistor)，但本發(fā)明并不受限于金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，即第一半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2064也可為絕緣柵雙極晶體管；第一自由飛輪二極管2066，具有一第一端，耦接于第一半周期電路206的第三端，及一第二端，耦接于第一半周期電路206的第六端，其中第一自由飛輪二極管2066用以于于交流電源214的第一半周期時(shí)，根據(jù)第二時(shí)鐘CLK2調(diào)變，以補(bǔ)償?shù)谝话胫芷谡{(diào)變開(kāi)關(guān)2064，且第一自由飛輪二極管2066為一碳化硅肖特基二 極管(silicon carbide schottky diode),但本發(fā)明的第一自由飛輪二極管2066并不受限于碳化硅肖特基二極管。另外，在本實(shí)施例中，第一半周期開(kāi)關(guān)2062和第一半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2064的寄生二極管可忽略。請(qǐng)參照?qǐng)D3A和圖3B，圖3A為說(shuō)明當(dāng)交流電源214于第一半周期時(shí)，第一半周期電路206的負(fù)載電流路徑的示意圖，圖3B為說(shuō)明當(dāng)?shù)谝话胫芷谡{(diào)變開(kāi)關(guān)2064根據(jù)第二時(shí)鐘CLK2關(guān)閉(即第一半周期電路206的自由飛輪狀態(tài))時(shí)，第一半周期電路206的負(fù)載電流路徑的示意圖。如圖3A所示，當(dāng)?shù)谝话胫芷陂_(kāi)關(guān)2062根據(jù)第一時(shí)鐘CLKl于交流電源214的第一半周期開(kāi)啟時(shí)，負(fù)載電流由第一半周期電路206的第一端流入第一半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2064，由第一半周期電路206的第三端流入電感210至交流電源214，由交流電源214的第二端經(jīng)第一半周期電路206的第四端流經(jīng)第一半周期開(kāi)關(guān)2062，再流至直流電源202的第二端。如圖3B所示，當(dāng)?shù)谝话胫芷谡{(diào)變開(kāi)關(guān)2064根據(jù)第二時(shí)鐘CLK2關(guān)閉時(shí)，第一半周期電路206進(jìn)入自由飛輪狀態(tài)，負(fù)載電流的路徑從第一半周期電路206的第三端流至電感210，經(jīng)交流電源214的第二端至第一半周期電路206的第四端，經(jīng)第一半周期開(kāi)關(guān)2062至第一半周期電路206的第六端，再通過(guò)第一自由飛輪二極管2066回到第一半周期電路206的第
——-丄山二觸。如圖2所示，第二半周期電路208包含一第二半周期開(kāi)關(guān)2082、一第二半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2084及一第二自由飛輪二極管2086。第二半周期開(kāi)關(guān)2082具有一第一端，耦接于第二半周期電路208的第一端，一第二端，耦接于第二半周期電路208的第二端，用以接收反相的第一時(shí)鐘，及一第三端，耦接于第二半周期電路208的第三端，其中第二半周期開(kāi)關(guān)2082根據(jù)反相的第一時(shí)鐘_于交流電源214的第二半周期時(shí)開(kāi)啟，且第二半周期開(kāi)關(guān)2082為一具有低導(dǎo)通電壓的NPN型絕緣柵雙極晶體管，但本發(fā)明并不受限于絕緣柵雙極晶體管，即第二半周期開(kāi)關(guān)2082也可為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管；第二半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2084具有一第一端，耦接于第二半周期電路208的第四端，一第二端，耦接于第二半周期電路208的第五端，用以接收第三時(shí)鐘CLK3，及一第三端，耦接于第二半周期電路208的第六端，其中第二半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2084根據(jù)第三時(shí)鐘CLK3調(diào)變交流電源214的第二半周期的波形，且第二半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2084為一具有低導(dǎo)通阻抗的N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，但本發(fā)明并不受限于金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，即第二半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2084也可為絕緣柵雙極晶體管；第二自由飛輪二極管2086，具有一第一端，耦接于第二半周期電路208的第一端，及一第二端，耦接于第二半周期電路208的第四端，其中第二自由飛輪二極管2086用以于交流電源214的第二半周期時(shí)，根據(jù)第三時(shí)鐘CLK3調(diào)變，以補(bǔ)償?shù)诙胫芷谡{(diào)變開(kāi)關(guān)2084關(guān)閉，且第二自由飛輪二極管2086為一碳化硅肖特基二極管，但本發(fā)明的第二自由飛輪二極管2086并不受限于碳化硅肖特基二極管。另外，在本實(shí)施例中，第二半周期開(kāi)關(guān)2082和第二半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2084的寄生二極管可忽略。請(qǐng)參照?qǐng)D4A和圖4B，圖4A為說(shuō)明當(dāng)交流電源214于第二半周期時(shí)，第二半周期電路208的負(fù)載電流路徑的示意圖，圖4B為說(shuō)明當(dāng)?shù)诙胫芷谡{(diào)變開(kāi)關(guān)2084根據(jù)第三時(shí)鐘CLK3關(guān)閉(即第二半周期電路208的自由飛輪狀態(tài))時(shí)，第二半周期電路208的負(fù)載電流路徑的示意圖。如圖4A所示，當(dāng)?shù)诙胫芷陂_(kāi)關(guān)2082根據(jù)反相的第一時(shí)鐘_于交流電源214的第二半周期開(kāi)啟時(shí)，負(fù)載電流由第二半周期電路208的第一端流入第二半周期開(kāi)關(guān)2082，由第二半周期電路208的第三端流至交流電源214的第二端，由交流電源214的第一端經(jīng)電感212流經(jīng)第二半周期電路208的第四端，經(jīng)第二半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2084再流至直流電源202的第二端。如圖4B所示，當(dāng)?shù)诙胫芷谡{(diào)變開(kāi)關(guān)2084根據(jù)第三時(shí)鐘CLK3關(guān)閉 時(shí)，第二半周期電路208進(jìn)入自由飛輪狀態(tài)，此時(shí)負(fù)載電流的路徑從電感212流至第二半周期電路208的第四端，經(jīng)第二自由飛輪二極管2086至第二半周期電路208的第一端，經(jīng)第二半周期開(kāi)關(guān)2082至第二半周期電路208的第三端，再通過(guò)交流電源214的第二端回到第二電感212。另外，如圖2所示，換流器200由第一半周期電路206、第二半周期電路208、第一電感210、第二電感212所構(gòu)成的一橋式電路(H-bridge circuit)。請(qǐng)參照?qǐng)D5，圖5為本發(fā)明的另一實(shí)施例說(shuō)明直流電壓轉(zhuǎn)交流電壓的方法之流程圖。圖5的方法利用圖2的換流器200說(shuō)明，詳細(xì)步驟如下步驟500:開(kāi)始；步驟502 :直流電源202提供一直流電壓VIN ；步驟504 :根據(jù)第一時(shí)鐘CLKl，開(kāi)啟第一半周期電路206的第一半周期開(kāi)關(guān)2062，和根據(jù)反相的第一時(shí)鐘，關(guān)閉第二半周期電路208的第二半周期開(kāi)關(guān)2082 ；步驟506 :第一半周期電路206的第一半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2064根據(jù)第二時(shí)鐘CLK2，調(diào)變交流電源214的第一半周期的波形； 步驟508 當(dāng)根據(jù)第二時(shí)鐘CLK2，關(guān)閉第一半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2064時(shí)，利用第一自由飛輪二極管2066、第一半周期開(kāi)關(guān)2062、交流電源214和第一電感210，形成第一電感210釋放電能的回路；步驟510 :根據(jù)第一時(shí)鐘CLK1，關(guān)閉第一半周期電路206的第一半周期開(kāi)關(guān)2062，和根據(jù)反相的第一時(shí)鐘δ Σ ，開(kāi)啟第二半周期電路208的第二半周期開(kāi)關(guān)2082 ；步驟512 :第二半周期電路208的第二半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2084根據(jù)第三時(shí)鐘CLK3，調(diào)變交流電源214的第二半周期的波形；步驟514 :當(dāng)根據(jù)第三時(shí)鐘CLK3關(guān)閉第二半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2084時(shí)，利用第二自由飛輪二極管2086、第二半周期開(kāi)關(guān)2082、交流電源214和第二電感212，形成第二電感212釋放電能的回路，跳回步驟504。在步驟504中，第一時(shí)鐘CLKl的頻率與反相的第一時(shí)鐘的頻率為交流電源214的頻率，其中第一時(shí)鐘CLKl的第一半周期和第二半周期之間，具有第一死區(qū)時(shí)間，以及反相的第一時(shí)鐘的第一半周期和第二半周期之間，具有第二死區(qū)時(shí)間，其中第一死區(qū)時(shí)間與第二死區(qū)時(shí)間用以避免第一半周期電路206與第二半周期電路208同時(shí)開(kāi)啟，其中當(dāng)?shù)诙胫芷陔娐?08開(kāi)啟期間，第二時(shí)鐘CLK2為關(guān)閉，且當(dāng)?shù)谝话胫芷陔娐?06開(kāi)啟期間，第三時(shí)鐘CLK3為關(guān)閉。另外，因?yàn)榈谝话胫芷陂_(kāi)關(guān)2062開(kāi)啟以及第二半周期開(kāi)關(guān)2082關(guān)閉，所以此時(shí)換流器200僅有第一半周期電路206在運(yùn)作。在步驟506中，交流電源214的第一半周期為交流電源214的正半周期。第一半周期電路206的第一半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2064根據(jù)高頻的第二時(shí)鐘CLK2，調(diào)變交流電源214的第一半周期的波形，使交流電源214的第一半周期的波形變的比較平滑，其中第二時(shí)鐘CLK2為高頻脈沖寬度調(diào)變時(shí)鐘。在步驟508中，利用第一自由飛輪二極管2066、第一電感210、交流電源214及第一半周期開(kāi)關(guān)2062構(gòu)成的回路，形成第一電感210釋放電能的回路。在步驟510中，因?yàn)榈谝话胫芷陂_(kāi)關(guān)2062關(guān)閉以及第二半周期開(kāi)關(guān)2082開(kāi)啟，所以此時(shí)換流器200僅有第二半周期電路208在運(yùn)作。在步驟512中，交流電源214的第二半周期為交流電源214的負(fù)半周期。第二半周期電路208的第二半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)2084根據(jù)高頻的第三時(shí)鐘CLK3，調(diào)變交流電源214的第二半周期的波形，使交流電源214的第二半周期的波形變的比較平滑。在步驟514中，利用第二自由飛輪二極管2086、第二電感212、交流電源214及第二半周期開(kāi)關(guān)2082構(gòu)成的回 路，形成第二電感212釋放電能的回路。綜上所述，本發(fā)明所提供的一種直流電壓轉(zhuǎn)交流電壓的換流器及其方法，利用換流器中不會(huì)同時(shí)開(kāi)啟的第一半周期電路和第二半周期電路分別根據(jù)第一時(shí)鐘與反相的第一時(shí)鐘交替運(yùn)作，而將直流電源提供的直流電壓通過(guò)單方向的電流傳遞至交流電源。另外，換流器于交流電源的第一半周期的電流路徑和交流電源的第二半周期的電流路徑各自獨(dú)立，且在交流電源的第一半周期的自由飛輪狀態(tài)時(shí)，利用第一自由飛輪二極管、第一電感、交流電源及第一半周期開(kāi)關(guān)構(gòu)成的回路，形成第一電感釋放電能的回路；而在交流電源的第二半周期的自由飛輪狀態(tài)時(shí)，利用第二自由飛輪二極管、第二電感、交流電源及第二半周期開(kāi)關(guān)構(gòu)成的回路，形成第二電感釋放電能的回路。因?yàn)椴幌瘳F(xiàn)有技術(shù)利用第一調(diào)變開(kāi)關(guān)與第二調(diào)變開(kāi)關(guān)的寄生二極管構(gòu)成自由飛輪狀態(tài)的電流路徑，且本發(fā)明在交流電源的第一半周期的電流路徑和交流電源的第二半周期的電流路徑為各自獨(dú)立，所以本發(fā)明可避免交流電源的第一半周期與交流電源的第二半周期的自由飛輪狀態(tài)的電流對(duì)第一調(diào)變開(kāi)關(guān)與第二調(diào)變開(kāi)關(guān)頻繁的沖擊以及避免因誤操作造成換流器的第一調(diào)變開(kāi)關(guān)與第二調(diào)變開(kāi)關(guān)同時(shí)開(kāi)啟。另外，本發(fā)明可通過(guò)選用適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)材料和自由飛輪二極管的材料以降低導(dǎo)通與切換的損耗。因此，相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提供的換流器具有更好的轉(zhuǎn)換效率以及更高的可靠性。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.ー種直流電壓轉(zhuǎn)交流電壓的換流器，其特征是，包含 一第一半周期電路，具有一第一端，稱接于一直流電源的第一端，一第二端，用以接收一第二時(shí)鐘，一第三端，一第四端，I禹接于一交流電源的第二端，一第五端，用以接收一第一時(shí)鐘，及一第六端，耦接于該直流電源的第二端，其中該第一半周期電路根據(jù)該第一時(shí)鐘于該交流電源的第一半周期時(shí)開(kāi)啟，并將該直流電源提供的直流電壓轉(zhuǎn)換成該交流電源的交流電壓的第一半周期，以及根據(jù)該第二時(shí)鐘，調(diào)變?cè)摻涣麟妷旱牡谝话胫芷诘牟ㄐ危? 一第二半周期電路，具有一第一端，耦接于該直流電源的第一端，一第二端，用以接收一反相的第一時(shí)鐘，一第三端，I禹接于該第一半周期電路的第四端，一第四端，一第五端，用以接收一第三時(shí)鐘，及一第六端，耦接于該直流電源的第二端，其中該第二半周期電路根據(jù)該反相的第一時(shí)鐘于該交流電源的第二半周期時(shí)開(kāi)啟，并將該直流電壓轉(zhuǎn)換成該交流電壓的第二半周期，且根據(jù)該第三時(shí)鐘，調(diào)變?cè)摻涣麟妷旱牡诙胫芷诘牟ㄐ危? 一第一電感，具有一第一端，耦接于該第一半周期電路的第三端，及一第二端，耦接于該交流電源的第一端，其中該第一電感用以降低該交流電源的交流電流的諧波；及一第二電感，具有一第一端，耦接于該第二半周期電路的第四端，及一第二端，耦接于該交流電源的第一端，其中該第二電感用以降低該交流電源的交流電流的諧波； 其中該第一時(shí)鐘的第一半周期和第二半周期之間，具有一第一死區(qū)時(shí)間，以及該反相的第一時(shí)鐘的第一半周期和第二半周期之間，具有一第二死區(qū)時(shí)間，其中該第一死區(qū)時(shí)間與該第二死區(qū)時(shí)間用以避免該第一半周期電路與該第二半周期電路同時(shí)開(kāi)啟，其中當(dāng)該第ニ半周期電路開(kāi)啟期間，該第二時(shí)鐘為關(guān)閉，且當(dāng)該第一半周期電路開(kāi)啟期間，該第三時(shí)鐘為關(guān)閉。
2.如權(quán)利要求I所述的換流器，其特征是，該第一半周期電路包含 一第一半周期開(kāi)關(guān)，具有一第一端，耦接于該第一半周期電路的第四端，一第二端，耦接于該第一半周期電路的第五端，用以接收該第一時(shí)鐘，及一第三端，耦接于該第一半周期電路的的第六端，其中該第一半周期開(kāi)關(guān)根據(jù)該第一時(shí)鐘于該交流電源的第一半周期時(shí)開(kāi)啟; 一第一半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)，具有一第一端，耦接于該第一半周期電路的第一端，一第二端，耦接于該第一半周期電路的第二端，用以接收該第二時(shí)鐘，及一第三端，耦接于該第一半周期電路的第三端，其中該第一半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)根據(jù)該第二時(shí)鐘調(diào)變?cè)摻涣麟妷旱牡谝话胫芷诘牟ㄐ?；? 一第一自由飛輪ニ極管，具有一第一端，耦接于該第一半周期電路的第三端，及一第二端，耦接于該第一半周期電路的第六端，其中該第一自由飛輪ニ極管用以于該交流電源的第一半周期時(shí)，根據(jù)該第二時(shí)鐘調(diào)變，以補(bǔ)償該第一半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)。
3.如權(quán)利要求I所述的換流器，其特征是，該第二半周期電路包含 一第二半周期開(kāi)關(guān)，具有一第一端，耦接于該第二半周期電路的第一端，一第二端，耦接于該第二半周期電路的第二端，用以接收該反相的第一時(shí)鐘，及一第三端，耦接于該第二半周期電路的第三端，其中該第二半周期開(kāi)關(guān)根據(jù)該反相的第一時(shí)鐘于該交流電源的第二半周期時(shí)開(kāi)啟； 一第二半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)，具有一第一端，耦接于該第二半周期電路的第四端，一第二端，耦接于該第二半周期電路的第五端，用以接收該第三時(shí)鐘，及一第三端，耦接于該第二半周期電路的第六端，其中該第二半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)根據(jù)該第三時(shí)鐘調(diào)變?cè)摻涣麟妷旱牡诙胫芷诘牟ㄐ?；? 一第二自由飛輪ニ極管，具有一第一端，耦接于該第二半周期電路的第一端，及一第二端，耦接于該第二半周期電路的第四端，其中該第二自由飛輪ニ極管用以于該交流電源的第二半周期時(shí)，根據(jù)該第三時(shí)鐘調(diào)變，以補(bǔ)償該第二半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)。
4.如權(quán)利要求I或3所述的換流器，其特征是，該第一半周期開(kāi)關(guān)及該第二半周期開(kāi)關(guān)為絕緣柵雙極晶體管。
5.如權(quán)利要求I或3所述的換流器，其特征是，該第一半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)及該第二半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
6.如權(quán)利要求I或3所述的換流器，其特征是，該第一自由飛輪ニ極管及該第二自由飛輪ニ極管為碳化硅肖特基ニ極管。
7.如權(quán)利要求I所述的換流器，其特征是，該交流電源的第一半周期為該交流電源的正半周期以及該交流電源的第二半周期為該交流電源的負(fù)半周期。
8.如權(quán)利要求I所述的換流器，其特征是，該第一時(shí)鐘的頻率與該反相的第一時(shí)鐘的頻率為該交流電源的頻率。
9.如權(quán)利要求I所述的換流器，其特征是，該第二時(shí)鐘和該第三時(shí)鐘為高頻脈沖寬度調(diào)變時(shí)鐘。
10.如權(quán)利要求I所述的換流器，其特征是，該第一電感與該第二電感相同。
11.如權(quán)利要求I所述的換流器，其特征是，該換流器為ー橋式電路。
12.ー種直流電壓轉(zhuǎn)交流電壓的方法，其特征是，包含 提供一直流電壓； 根據(jù)ー第一時(shí)鐘，開(kāi)啟ー第一半周期電路的第一半周期開(kāi)關(guān)，和根據(jù)一反相的第一時(shí)鐘關(guān)閉一第二半周期電路的第二半周期開(kāi)關(guān)； 該第一半周期電路的第一半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)根據(jù)一第二時(shí)鐘，調(diào)變一交流電源的第一半周期的波形； 當(dāng)根據(jù)該第二時(shí)鐘關(guān)閉該第一半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)時(shí)，利用一第一自由飛輪ニ極管、該第一半周期開(kāi)關(guān)、該交流電源和一第一電感，形成該第一電感釋放電能的回路； 根據(jù)該第一時(shí)鐘，關(guān)閉該第一半周期電路的第一半周期開(kāi)關(guān)，和根據(jù)該反相的第一時(shí)鐘，開(kāi)啟該第二半周期電路的第二半周期開(kāi)關(guān)； 該第二半周期電路的第二半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)根據(jù)一第三時(shí)鐘，調(diào)變?cè)摻涣麟娫吹牡诙胫芷诘牟ㄐ?'及 當(dāng)根據(jù)該第三時(shí)鐘關(guān)閉該第二半周期調(diào)變開(kāi)關(guān)時(shí)，利用一第二自由飛輪ニ極管、該第ニ半周期開(kāi)關(guān)、該交流電源和一第二電感，形成該第二電感釋放電能的回路； 其中該第一時(shí)鐘的第一半周期和第二半周期之間，具有一第一死區(qū)時(shí)間，以及該反相的第一時(shí)鐘的第一半周期和第二半周期之間，具有一第二死區(qū)時(shí)間，其中該第一死區(qū)時(shí)間與該第二死區(qū)時(shí)間用以避免該第一半周期電路與該第二半周期電路同時(shí)開(kāi)啟，其中當(dāng)該第ニ半周期電路開(kāi)啟期間，該第二時(shí)鐘為關(guān)閉，且當(dāng)該第一半周期電路開(kāi)啟期間，該第三時(shí)鐘為關(guān)閉。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征是，該第二時(shí)鐘和該第三時(shí)鐘為高頻脈沖寬度調(diào)變時(shí)鐘。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征是，該第一時(shí)鐘的頻率與該反相的第一時(shí)鐘的頻率為該交流電源的頻率。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征是，該交流電源的第一半周期為該交流電源的正半周期以及該交流電源的第二半周期為該交流電源的負(fù)半周期。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了換流器包含一第一半周期電路、一第二半周期電路、一第一電感及一第二電感。一直流電源用以提供一直流電壓；該第一半周期電路和該第一電感的回路用以將該直流電壓轉(zhuǎn)換成一交流電源的交流電壓的第一半周期，且根據(jù)一第二時(shí)鐘，調(diào)變?cè)摻涣麟妷旱牡谝话胫芷诘牟ㄐ?；該第二半周期電路和該第二電感的回路用以將該直流電壓轉(zhuǎn)換成該交流電壓的第二半周期，且根據(jù)第三時(shí)鐘，調(diào)變?cè)摻涣麟妷旱牡诙胫芷诘牟ㄐ?。本發(fā)明可通過(guò)選用適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)材料和自由飛輪二極管的材料以降低導(dǎo)通與切換的損耗。因此，相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提供的換流器具有更好的轉(zhuǎn)換效率以及更高的可靠性。
文檔編號(hào)H02M7/537GK102694478SQ20111012925
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者劉永祥, 吳旭晉, 朱郭鑫 申請(qǐng)人:茂迪股份有限公司