电源转换器与电源转换方法
阅读：181发布：2020-05-08
专利汇可以提供电源转换器与电源转换方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种电源转换器与电源转换方法，电源转换器包含多个桥臂以及多个切换 电路 。桥臂电性耦接于电源转换器的第一直流 端子 、 中性点 端子、第二直流端子，并分别电性耦接于多个交流输出端子中相应的一者，以通过交流输出端子提供交流 输出 电压 与输出 电流 。切换电路分别电性耦接于交流输出端子中相应的一者与中性点端子之间。切换电路各自包含第一晶体管、第二晶体管、第一 二极管 与第二二极管。第一晶体管与第二晶体管彼此 串联 。第一二极管与第二二极管分别反向并联于第一晶体管与第二晶体管。，下面是电源转换器与电源转换方法专利的具体信息内容。
1.一种电源转换器，其特征在于，包含：
多个桥臂，电性耦接于该电源转换器的一第一直流端子、一中性点端子、一第二直流端子，并分别电性耦接于多个交流输出端子中相应的一者，以通过该交流输出端子提供一交流输出电压与一输出电流，该些桥臂分别包含依序串连于该第一直流端子与该第二直流端子之间的一第三晶体管、一第四晶体管、一第五晶体管以及一第六晶体管，其中该中性点端子通过一第一钳位二极管电性耦接于该第三晶体管与该第四晶体管之间，并通过一第二钳位二极管电性耦接于该第五晶体管与该第六晶体管之间，该交流输出端子电性耦接于该第四晶体管与该第五晶体管之间，该第一直流端子为正直流端子，该第二直流端子为负直流端子；以及
多个切换电路，分别电性耦接于该些交流输出端子中相应的一者与该中性点端子之间，该些切换电路各自包含一第一晶体管、一第二晶体管、一第一二极管与一第二二极管，其中该第一晶体管与该第二晶体管彼此串联，该第一二极管与该第二二极管分别反向并联于该第一晶体管与该第二晶体管，该第一二极管的阳极连接该第二二极管的阳极，第一二极管的阴极连接相应的交流输出端子，第二二极管的阴极连接中性点端子；
其中，相应的该第一晶体管与该第六晶体管用以根据一第一控制信号选择性地导通或关断，相应的该第二晶体管与该第三晶体管用以根据一第二控制信号选择性地导通或关断，其中该第一控制信号与该第二控制信号彼此互补；
该第四晶体管用以根据一第三控制信号选择性地导通或关断，该第五晶体管用以根据一第四控制信号选择性地导通或关断，其中该第三控制信号与该第四控制信号彼此互补；
该第一控制信号和第二控制信号在完整周期中皆为低频信号，该第三控制信号和第四控制信号在完整周期中皆为高频信号。
2.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，当该交流输出电压为正时，相应的该第一控制信号处于一禁能准位，当该交流输出电压为负时，相应的该第一控制信号处于一致能准位。
3.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，当该桥臂导通该第一直流端子至相应的该交流输出端子，且该交流输出电压与该输出电流同向时，该桥臂通过导通的该第三晶体管与该第四晶体管以提供电流路径。
4.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，当该桥臂导通该第一直流端子至相应的该交流输出端子，且该交流输出电压与该输出电流反向时，该桥臂通过反向并联于该第三晶体管的一第三二极管与反向并联于该第四晶体管的一第四二极管以提供电流路径。
5.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，当该桥臂导通该中性点端子至相应的该交流输出端子，且该交流输出电压为正，该输出电流为负时，该桥臂通过该第五晶体管以及该第二钳位二极管提供电流路径。
6.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，当该桥臂导通该第二直流端子至相应的该交流输出端子，且该交流输出电压与该输出电流同向时，该桥臂通过导通的该第五晶体管与该第六晶体管以提供电流路径。
7.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，当该桥臂导通该第二直流端子至相应的该交流输出端子，且该交流输出电压与该输出电流反向时，该桥臂通过反向并联于该第五晶体管的一第五二极管与反向并联于该第六晶体管的一第六二极管以提供电流路径。
8.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，当该桥臂导通该中性点端子至相应的该交流输出端子，且该交流输出电压与该输出电流为负时，该桥臂通过导通的该第一晶体管以及该第二二极管提供电流路径。
9.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，当该桥臂导通该中性点端子至相应的该交流输出端子，且该交流输出电压为负，该输出电流为正时，该桥臂通过该第四晶体管以及该第一钳位二极管提供电流路径。
10.一种通过权利要求1-9任一项所述的电源转换器进行电源转换的方法，其特征在于，包含：
通过电源转换器中的多个桥臂，将该电源转换器的多个交流输出端子选择性地导通至该电源转换器的一第一直流端子、一第二直流端子与一中性点端子当中的一者，以提供多相的交流输出电压；
根据第一控制信号选择性地导通或关断相应的第一晶体管与第六晶体管；
根据第二控制信号选择性地导通或关断相应的第二晶体管与第三晶体管，其中该第一控制信号与该第二控制信号彼此互补；
根据第三控制信号选择性地导通或关断该第四晶体管；
根据第四控制信号选择性地导通或关断该第五晶体管，其中该第三控制信号与该第四控制信号彼此互补；
该第一控制信号和第二控制信号在完整周期中皆为低频信号，该第三控制信号和第四控制信号在完整周期中皆为高频信号。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，更包含：
当相应的该交流输出电压为负时，输出处于禁能准位的该第二控制信号以截止该第二晶体管，并输出处于致能准位的该第一控制信号以导通该第一晶体管。
电源转换器与电源转换方法
技术领域
背景技术
[0002] 近来，随着半导体技术的发展，晶体管开关被广泛应用在各种电力电子的相关设备当中。然而，在现有的中性点钳位型逆变器架构中，晶体管开关于一个完整周期内需要以半周期低频、半周期高频的方式进行开关。
[0003] 如此一来，便无法选用适当的晶体管元件兼顾开关的切换损失与导通损失，导致电源转换器的转换效率无法提升。因此，如何改善现有的电路架构，实为目前相关领域重要的研究方向。
发明内容
[0004] 本发明的一态样为一种电源转换器。电源转换器包含多个桥臂，电性耦接于该电源转换器的一第一直流端子、一中性点端子、一第二直流端子，并分别电性耦接于多个交流输出端子中相应的一者，以通过该交流输出端子提供一交流输出电压与一输出电流；以及多个切换电路，分别电性耦接于该些交流输出端子中相应的一者与该中性点端子之间，该些切换电路各自包含一第一晶体管、一第二晶体管、一第一二极管与一第二二极管，其中该第一晶体管与该第二晶体管彼此串联，该第一二极管与该第二二极管分别反向并联于该第一晶体管与该第二晶体管。
[0006] 在部分实施例中，当该交流输出电压为正时，相应的该第一控制信号处于一禁能准位，当该交流输出电压为负时，相应的该第一控制信号处于一致能准位。
[0007] 在部分实施例中，该些桥臂分别包含依序串连于该第一直流端子与该第二直流端子之间的一第三晶体管、一第四晶体管、一第五晶体管以及一第六晶体管，其中该中性点端子通过一第一钳位二极管电性耦接于该第三晶体管与该第四晶体管之间，并通过一第二钳位二极管电性耦接于该第五晶体管与该第六晶体管之间，该交流输出端子电性耦接于该第四晶体管与该第五晶体管之间。
[0008] 在部分实施例中，相应的该第一晶体管与该第六晶体管用以根据一第一控制信号选择性地导通或关断，相应的该第二晶体管与该第三晶体管用以根据一第二控制信号选择性地导通或关断，其中该第一控制信号与该第二控制信号彼此互补。
[0009] 在部分实施例中，该第四晶体管用以根据一第三控制信号选择性地导通或关断，该第五晶体管用以根据一第四控制信号选择性地导通或关断，其中该第三控制信号与该第四控制信号彼此互补。
[0010] 在部分实施例中，该第三控制信号与该第四控制信号的切换频率高于该第一控制信号与该第二控制信号的切换频率。
[0011] 在部分实施例中，当该交流输出电压为正时，相应的该第一控制信号处于一禁能准位，当该交流输出电压为负时，相应的该第一控制信号处于一致能准位。
[0012] 在部分实施例中，当该桥臂导通该第一直流端子至相应的该交流输出端子，且该交流输出电压与该输出电流同向时，该桥臂通过导通的该第三晶体管与该第四晶体管以提供电流路径。
[0013] 在部分实施例中，当该桥臂导通该第一直流端子至相应的该交流输出端子，且该交流输出电压与该输出电流反向时，该桥臂通过反向并联于该第三晶体管的一第三二极管与反向并联于该第四晶体管的一第四二极管以提供电流路径。
[0014] 在部分实施例中，当该桥臂导通该中性点端子至相应的该交流输出端子，且该交流输出电压与该输出电流为正时，该桥臂导通该第二晶体管，以通过该第二晶体管以及该第一二极管提供电流路径。
[0015] 在部分实施例中，当该桥臂导通该中性点端子至相应的该交流输出端子，且该交流输出电压为正，该输出电流为负时，该桥臂通过该第五晶体管以及该第二钳位二极管提供电流路径。
[0016] 在部分实施例中，当该桥臂导通该第二直流端子至相应的该交流输出端子，且该交流输出电压与该输出电流同向时，该桥臂通过导通的该第五晶体管与该第六晶体管以提供电流路径。
[0017] 在部分实施例中，当该桥臂导通该第二直流端子至相应的该交流输出端子，且该交流输出电压与该输出电流反向时，该桥臂通过反向并联于该第五晶体管的一第五二极管与反向并联于该第六晶体管的一第六二极管以提供电流路径。
[0018] 在部分实施例中，当该桥臂导通该中性点端子至相应的该交流输出端子，且该交流输出电压与该输出电流为负时，该桥臂导通该第一晶体管，以通过该第一晶体管以及该第二二极管提供电流路径。
[0019] 在部分实施例中，当该桥臂导通该中性点端子至相应的该交流输出端子，且该交流输出电压为负，该输出电流为正时，该桥臂通过该第四晶体管以及该第一钳位二极管提供电流路径。
[0020] 本发明的另一态样为一种电源转换方法。电源转换方法包含：通过一电源转换器中的多个桥臂，将该电源转换器的多个交流输出端子选择性地导通至该电源转换器的一第一直流端子、一第二直流端子与一中性点端子当中的一者，以提供多相的的交流输出电压；根据一第一控制信号，选择性地导通或关断电性耦接于该些交流输出端子中相应的一者的一第一晶体管；以及根据互补于该第一控制信号的一第二控制信号，选择性地导通或关断电性耦接于该第一晶体管与该中性点端子之间的一第二晶体管。
[0021] 在部分实施例中，电源转换方法更包含：根据该第二控制信号，选择性地导通或关断相应的该桥臂中电性耦接于该第一直流端子的一第三晶体管；根据一第三控制信号，选择性地导通或关断相应的该桥臂中电性耦接于该第三晶体管与该交流输出端子之间的一第四晶体管；根据互补于该第三控制信号的一第四控制信号，选择性地导通或关断相应的该桥臂中电性耦接于该交流输出端子的一第五晶体管；以及根据该第一控制信号，选择性地导通或关断相应的该桥臂中电性耦接于该第五晶体管与该第二直流端子之间的一第六晶体管。
[0022] 在部分实施例中，该第三控制信号与该第四控制信号的切换频率高于该第一控制信号与该第二控制信号的切换频率。
[0023] 在部分实施例中，电源转换方法更包含：当相应的该交流输出电压为正时，输出处于一禁能准位的该第一控制信号以截止该第一晶体管，并输出处于一致能准位的该第二控制信号以导通该第二晶体管；以及当相应的该交流输出电压为负时，输出处于该禁能准位的该第二控制信号以截止该第二晶体管，并输出处于该致能准位的该第一控制信号以导通该第一晶体管。附图说明
[0024] 图1为根据本发明内容部分实施例所绘示的电源转换器的示意图。
[0025] 图2为根据本发明内容部分实施例所绘示的信号波形图。
[0026] 图3A、3B、4A、4B、5A、5B、6A、6B为根据本发明内容部分实施例所绘示的桥臂及其相应的切换电路开关操作与电流路径示意图。
[0027] 图7为根据本发明内容部分实施例所绘示的电源转换方法的流程图。
[0028] 其中，附图标记为：
[0029] 100电源转换器
[0030] 120a、120b、120c桥臂
[0031] 140a、140b、140c切换电路
[0032] 700电源转换方法
[0033] C1、C2、Ca、Cb、Cc电容单元
[0034] La、Lb、Lc电感单元
[0035] Vdc直流电压源
[0036] N1、N2直流端子
[0037] Nn中性点端子
[0038] Na、Nb、Nc交流输出端子
[0039] Va、Vb、Vc输出电压
[0040] Ia、Ib、Ic输出电流
[0041] Q1a、Q1b、Q1c第一晶体管
[0042] Q2a、Q2b、Q2c第二晶体管
[0043] Q3a、Q3b、Q3c第三晶体管
[0044] Q4a、Q4b、Q4c第四晶体管
[0045] Q5a、Q5b、Q5c第五晶体管
[0046] Q6a、Q6b、Q6c第六晶体管
[0047] D1a、D1b、D1c第一二极管
[0048] D2a、D2b、D2c第二二极管
[0049] D3a第三二极管
[0050] D4a第四二极管
[0051] D5a第五二极管
[0052] D6a第六二极管
[0053] Dca1、Dcb1、Dcc1第一钳位二极管
[0054] Dca2、Dcb2、Dcc2第二钳位二极管
[0055] CT1、CT2、CT3、CT4控制信号
[0056] P1、P2、P3、P4期间
[0057] S710、S720、S730步骤
具体实施方式
[0058] 下文举实施例配合所附图式作详细说明，以更好地理解本发明的态样，但所提供的实施例并非用以限制本揭露所涵盖的范围，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本揭露所涵盖的范围。此外，根据业界的标准及惯常做法，图式仅以辅助说明为目的，并未依照原尺寸作图，实际上各种特征的尺寸可任意地增加或减少以便于说明。下述说明中相同元件将以相同的符号标示来进行说明以便于理解。
[0059] 在全篇说明书与申请专利范围所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭露的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本揭露的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本揭露的描述上额外的引导。
[0060] 此外，在本文中所使用的用词“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指“包含但不限于”。此外，本文中所使用的“及/或”，包含相关列举项目中一或多个项目的任意一个以及其所有组合。
[0061] 于本文中，当一元件被称为“连接”或“耦接”时，可指“电性连接”或“电性耦接”。“连接”或“耦接”亦可用以表示二或多个元件间相互搭配操作或互动。此外，虽然本文中使用“第一”、“第二”、…等用语描述不同元件，该用语仅是用以区别以相同技术用语描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否则该用语并非特别指称或暗示次序或顺位，亦非用以限定本发明。
[0062] 请参考图1。图1为根据本发明内容部分实施例所绘示的电源转换器100的示意图。如图1所示，在部分实施例中，电源转换器100包含桥臂120a、120b、120c，分别相应于桥臂
120a、120b、120c的切换电路140a、140b、140c，直流侧电容单元C1、C2，交流侧电容单元Ca、Cb、Cc以及电感单元La、Lb、Lc。
120a、120b、120c的切换电路140a、140b、140c，直流侧电容单元C1、C2，交流侧电容单元Ca、Cb、Cc以及电感单元La、Lb、Lc。
[0063] 如图1所示，直流侧电容单元C1、C2彼此串联并跨接于直流电压源Vdc的两端。直流侧电容单元C1的第一端电性耦接于电源转换器100的第一直流端子N1。直流侧电容单元C1的第二端与直流侧电容单元C2的第一端彼此电性耦接于电源转换器100的中性点端子Nn。直流侧电容单元C2的第二端电性耦接于第二直流端子N2。
[0064] 在部分实施例中，电源转换器100藉由桥臂120a、120b、120c实现中性点钳位型(Neural-Point-Clamped，NPC)的多电平逆变器架构，并通过三组桥臂120a、120b、120c组成三相输出。桥臂120a、120b、120c电性耦接于电源转换器100的第一直流端子N1、中性点端子Nn、第二直流端子N2，并分别电性耦接于各相交流输出端子Na、Nb、Nc中相应的一者，以分别通过交流输出端子Na、Nb、Nc提供相应的交流输出电压Va、Vb、Vc与输出电流Ia、Ib、Ic。
[0065] 切换电路140a、140b、140c分别电性耦接于交流输出端子Na、Nb、Nc中相应的一者与中性点端子Nn之间。具体来说，切换电路140a、140b、140c各自包含彼此串联的第一晶体管Q1a、Q1b、Q1c与第二晶体管Q2a、Q2b、Q2c，以及第一二极管D1a、D1b、D1c与第二二极管D2a、D2b、D2c。
[0066] 在结构上，第一二极管D1a、D1b、D1c与第二二极管D2a、D2b、D2c分别反向并联于第一晶体管Q1a、Q1b、Q1c与第二晶体管Q2a、Q2b、Q2c。在部分实施例中，根据所选用的晶体管类型，第一二极管D1a、D1b、D1c与第二二极管D2a、D2b、D2c可分别为第一晶体管Q1a、Q1b、Q1c与第二晶体管Q2a、Q2b、Q2c各自的寄生二极管，亦可以是与第一晶体管Q1a、Q1b、Q1c与第二晶体管Q2a、Q2b、Q2c一同封装的二极管元件。在部分实施例中，第一二极管D1a、D1b、D1c的阳极分别电性耦接于第二二极管D2a、D2b、D2c的阳极。第一二极管D1a、D1b、D1c的阴极分别电性耦接于各相交流输出端子Na、Nb、Nc。第二二极管D2a、D2b、D2c的阴极彼此电性耦接于中性点端子Nn。
[0067] 具体而言，桥臂120a、120b、120c分别包含依序串连于第一直流端子N1与第二直流端子N2之间的第三晶体管Q3a、Q3b、Q3c，第四晶体管Q4a、Q4b、Q4c，第五晶体管Q5a、Q5b、Q5c，第六晶体管Q6a、Q6b、Q6c，第一钳位二极管Dca1、Dcb1、Dcc1以及第二钳位二极管Dca2、Dcb2、Dcc2。
[0068] 在结构上，中性点端子Nn通过第一钳位二极管Dca1、Dcb1、Dcc1分别电性耦接于第三晶体管Q3a、Q3b、Q3c与第四晶体管Q4a、Q4b、Q4c之间，并通过第二钳位二极管Dca2、Dcb2、Dcc2电性耦接于第五晶体管Q5a、Q5b、Q5c与第六晶体管Q6a、Q6b、Q6c之间。交流输出端子Na、Nb、Nc分别电性耦接于相应的第四晶体管Q4a、Q4b、Q4c与第五晶体管Q5a、Q5b、Q5c之间。
[0069] 在结构上，电感单元La、Lb、Lc分别电性耦接于交流输出端子Na、Nb、Nc与交流侧电容单元Ca、Cb、Cc之间。交流侧电容单元Ca、Cb、Cc的一端分别电性耦接于电感单元La、Lb、Lc，另一端彼此电性耦接于中性点端子Nn以形成LC滤波电路。
[0070] 如此一来，通过桥臂120a、120b、120c以及切换电路140a、140b、140c中晶体管开关的切换操作，便可将直流电压源Vdc所提供的直流电力转换为三相交流电至交流输出端子Na、Nb、Nc，并通过交流侧电容单元Ca、Cb、Cc以及电感单元La、Lb、Lc所构成的滤波电路进行滤波，提供相应的三相交流输出电压Va、Vb、Vc与三相输出电流Ia、Ib、Ic。
[0071] 为方便说明起见，桥臂120a、120b、120c以及切换电路140a、140b、140c中晶体管开关的切换操作将在后续段落中搭配相关图式进行说明。此外，桥臂120a、120b、120c以及切换电路140a、140b、140c中的各个晶体管开关可通过不同种类的晶体管元件实作。虽然图1中所绘示的各个晶体管开关为绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，但其仅为示例之用，并非用以限制本发明内容。在部分实施例中，亦可根据实际需求选用其他种类的晶体管，例如双极性接面型晶体管(bipolar junction transistor，BJT)或是金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，MOSFET)等等实作。
[0072] 此外，为便于说明起见，以下段落将针对桥臂120a及其相应的切换电路140a中晶体管开关的切换操作进行说明。桥臂120b、120c及其相应的切换电路140b、140c中晶体管开关的切换操作与其相似，故不再于此赘述。
[0073] 如图1中所示，切换电路140a中的第一晶体管Q1a用以接收第一控制信号CT1选择性地导通或关断。第二晶体管Q2a用以接收第二控制信号CT2选择性地导通或关断。在部分实施例中，第一控制信号CT1与第二控制信号CT2彼此互补。
[0074] 桥臂120a中的第三晶体管Q3a和第二晶体管Q2a相同，用以根据第二控制信号CT2选择性地导通或关断。第四晶体管Q4a用以根据第三控制信号CT3选择性地导通或关断。第五晶体管Q5a用以根据第四控制信号CT4选择性地导通或关断。在部分实施例中，第三控制信号CT3与第四控制信号CT4彼此互补。
[0075] 第六晶体管Q6a和第一晶体管Q1a相同，用以根据第一控制信号CT1选择性地导通或关断。换言之，在桥臂120a中的第三晶体管Q3a与第六晶体管Q6a的启闭操作，分别与切换电路140a中的第二晶体管Q2a与第一晶体管Q1a相同。当第一晶体管Q1a导通，第二晶体管Q2a关断时，第六晶体管Q6a导通，第三晶体管Q3a关断。相对地，当第一晶体管Q1a关断，第二晶体管Q2a导通时，第六晶体管Q6a关断，第三晶体管Q3a导通。
[0076] 请一并参考图2。图2为根据本发明内容部分实施例所绘示的信号波形图。为方便及清楚说明起见，图2中所绘示的信号波形是配合图1所示的电源转换器100进行说明，但不以此为限。
[0077] 如图2所示，在期间P1、P2中，相应的第一控制信号CT1处于禁能准位(如：低准位)以关断第一晶体管Q1a与第六晶体管Q6a。由于第一控制信号CT1与第二控制信号CT2彼此互补，此时相应的第二控制信号CT2处于致能准位(如：高准位)以导通第二晶体管Q2a与第三晶体管Q3a。此时桥臂120a输出的交流输出电压Va为正。
[0078] 相对地，在期间P3、P4中，相应的第一控制信号CT1处于致能准位(如：高准位)以导通第一晶体管Q1a与第六晶体管Q6a。相对地，相应的第二控制信号CT2处于禁能准位(如：低准位)以关断第二晶体管Q2a与第三晶体管Q3a。此时桥臂120a输出的交流输出电压Va为负。
[0079] 如此一来，在完整的输出周期中，通过输出互补的第三控制信号CT3与第四控制信号CT4，便可对电感单元La选择性地进行储能或释能，以输出如图2所示的交流输出电压Va。如图所示，由于第三控制信号CT3与第四控制信号CT4分别在交流输出电压Va为正的上半周期与交流输出电压Va为负的下半周期中高频切换以进行储能或释能，因此第三控制信号CT3与第四控制信号CT4的切换频率高于第一控制信号CT1与第二控制信号CT2的切换频率。
[0080] 此外，如图2所示，当电源转换器100要对负载提供或吸收无效电力(虚功)时，交流输出电压Va与输出电流Ia之间便会产生相位差，使得在完整的输出周期中，电压与电流方向可能为同向或是反向。
[0081] 举例来说，在交流输出电压Va为正的上半周期，在期间P1中，输出电流Ia为负，与交流输出电压Va方向相反。在期间P2中，输出电流Ia为正，与交流输出电压Va方向相同。相似地，在交流输出电压Va为负的下半周期，在期间P3中，输出电流Ia为正，与交流输出电压Va方向相反。在期间P4中，输出电流Ia为负，与交流输出电压Va方向相同。
[0082] 因此，不论在交流输出电压Va为正的上半周期或者交流输出电压Va为负的下半周期，桥臂120a及其相应的切换电路140a都须提供直流侧与交流侧之间双向的电流路径，使得电源转换器100可进行虚功补偿，提供或接收多余的无效电力。
[0083] 以下段落中，将搭配图3A、3B、4A、4B、5A、5B、6A、6B说明不同期间中各个晶体管开关的操作状态与电流路径。请参考图3A、3B、4A、4B、5A、5B、6A、6B。图3A、3B、4A、4B、5A、5B、6A、6B为根据本发明内容部分实施例所绘示的桥臂120a及其相应的切换电路140a开关操作与电流路径示意图。在图3A、3B、4A、4B、5A、5B、6A、6B中，以实线表示导通的晶体管开关，以虚线表示关断的晶体管开关。
[0084] 首先，如图3A与图3B所示，在交流输出电压Va为正的上半周期。第二晶体管Q2a、第三晶体管Q3a导通，第一晶体管Q1a、第六晶体管Q6a关断。当桥臂120a对电感单元La进行储能时，第三控制信号CT3处于致能准位(如：高准位)以导通第四晶体管Q4a，互补的第四控制信号CT4处于禁能准位(如：低准位)以关断第五晶体管Q5a，使得交流输出端子Na与第一直流端子N1之间形成通路。
[0085] 如图3A所示，当电压与电流同向时，导通的第三晶体管Q3a与第四晶体管Q4a形成电流路径，使得电流可自第一直流端子N1流向交流输出端子Na。相对地，如图3B所示，当电压与电流反向时，反向并联于第三晶体管Q3a与第四晶体管Q4a的第三二极管D3a与第四二极管D4a形成电流路径，使得电流可通过顺向的第三二极管D3a与第四二极管D4a自交流输出端子Na流向第一直流端子N1。
[0086] 接着，如图4A与图4B所示，当电感单元La进行释能时，第三控制信号CT3处于禁能准位以关断第四晶体管Q4a，互补的第四控制信号CT4处于致能准位以导通第五晶体管Q5a，使得交流输出端子Na与中性点端子Nn之间形成通路。
[0087] 如图4A所示，当电压与电流同向时，导通的第二晶体管Q2a与反向并联于第一晶体管Q1a的第一二极管D1a形成电流路径，使得电流通过顺向的第一二极管D1a自中性点端子Nn流向交流输出端子Na。相对地，如图4B所示，当电压与电流反向时，导通的第五晶体管Q5a与顺向的第二钳位二极管Dca2形成电流路径，使得电流通过导通的第五晶体管Q5a与顺向的第二钳位二极管Dca2自交流输出端子Na流向中性点端子Nn。
[0088] 接着，如图5A与图5B所示，在交流输出电压Va为负的下半周期。第二晶体管Q2a、第三晶体管Q3a关断，第一晶体管Q1a、第六晶体管Q6a导通。当桥臂120a对电感单元La进行储能时，第三控制信号CT3处于禁能准位以关断第四晶体管Q4a，互补的第四控制信号CT4处于致能准位以导通第五晶体管Q5a，使得交流输出端子Na与第二直流端子N2之间形成通路。
[0089] 如图5A所示，当电压与电流同向时，导通的第五晶体管Q5a与第六晶体管Q6a形成电流路径，使得电流可自交流输出端子Na流向第二直流端子N2。相对地，如图5B所示，当电压与电流反向时，反向并联于第五晶体管Q5a与第六晶体管Q6a的第五二极管D5a与第六二极管D6a形成电流路径，使得电流可通过顺向的第五二极管D5a与第六二极管D6a自第二直流端子N2流向交流输出端子Na。
[0090] 接着，如图6A与图6B所示，当电感单元La进行释能时，第三控制信号CT3处于致能准位以导通第四晶体管Q4a，互补的第四控制信号CT4处于禁能准位以关断第五晶体管Q5a，使得交流输出端子Na与中性点端子Nn之间形成通路。
[0091] 如图6A所示，当电压与电流同向时，导通的第一晶体管Q1a与反向并联于第二晶体管Q2a的第二二极管D2a形成电流路径，使得电流通过顺向的第二二极管D2a自交流输出端子Na流向中性点端子Nn。相对地，如图6B所示，当电压与电流反向时，导通的第四晶体管Q4a与顺向的第一钳位二极管Dca1形成电流路径，使得电流通过导通的第四晶体管Q4a与顺向的第一钳位二极管Dca1自中性点端子Nn流向交流输出端子Na。
[0092] 虽然图3A、3B、4A、4B、5A、5B、6A、6B为针对桥臂120a及其相应的切换电路140a中晶体管开关的切换操作进行说明。桥臂120b、120c及其相应的切换电路140b、140c中晶体管开关的切换操作与其相似，故不再于此赘述。
[0093] 如此一来，通过以上晶体管开关的启闭切换，便可以在实现中性点钳位型的多电平逆变器架构时，通过相应的切换电路140a、140b、140c提供电流路径，使得电源转换器100可在各个操作期间内提供双向的电流路径。如此一来，第三控制信号CT3与第四控制信号CT4的切换频率可在全周期内维持高频，而不需在上半周期与下半周期之间切换高低频，便可实现虚功补偿。
[0094] 在部分实施例中，由于第一晶体管Q1a～Q1c、第二晶体管Q2a～Q2c、第三晶体管Q3a～Q3c与第六晶体管Q6a～Q6c所接收的第一控制信号CT1与第二控制信号CT2在完整周期中皆为低频信号，故可选用导通损失较小的半导体器件实现。相对地，由于第四晶体管Q4a～Q4c与第五晶体管Q5a～Q5c所接收的第三控制信号CT3与第四控制信号CT4在完整周期中皆为高频信号，故可选用切换损失较小的半导体器件实现。换言之，桥臂120a、120b、120c与切换电路140a、140b、140c的各个晶体管可分别选用适合的半导体器件，以降低整体的损失并提高电源转换器100的转换效率。
[0095] 请参考图7。图7为根据本发明内容部分实施例所绘示的电源转换方法700的流程图。为方便及清楚说明起见，下述电源转换方法700是配合图1～图6A、6B所示实施例进行说明，但不以此为限，任何熟悉本领域的相关技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可对作各种更动与润饰。如图7所示，电源转换方法700包含步骤S710、S720以及S730。
[0096] 在步骤S710中，通过电源转换器100中的多个桥臂120a～120c，将电源转换器100的多个交流输出端子Na～Nc选择性地导通至电源转换器100的第一直流端子N1、第二直流端子N2与中性点端子Nn当中的一者，以提供多相的交流输出电压Va～Vc。
[0097] 具体来说，在部分实施例中，步骤S710中将交流输出端子Na～Nc选择性地导通至第一直流端子N1、第二直流端子N2与中性点端子Nn当中的一者的操作包含：根据第二控制信号CT2，选择性地导通或关断相应的桥臂(如：桥臂120a)中电性耦接于第一直流端子N1的第三晶体管Q3a；根据第三控制信号CT3，选择性地导通或关断相应的桥臂120a中电性耦接于第三晶体管Q3a与交流输出端子Na之间的第四晶体管Q4a；根据互补于第三控制信号CT3的第四控制信号CT4，选择性地导通或关断相应的桥臂120a中电性耦接于交流输出端子Na的第五晶体管Q5a；以及根据第一控制信号CT1，选择性地导通或关断相应的桥臂120a中电性耦接于第五晶体管Q5a与第二直流端子N2之间的第六晶体管Q6a。
[0098] 在部分实施例中，第三控制信号CT3与第四控制信号CT4的切换频率高于第一控制信号CT1与第二控制信号CT2的切换频率。
[0099] 在步骤S720中，电源转换器100根据第一控制信号CT1，选择性地导通或关断电性耦接于交流输出端子Na～Nc中相应的一者(如：交流输出端子Na)的第一晶体管Q1a。
[0100] 在步骤S730中，电源转换器100根据互补于第一控制信号CT1的第二控制信号CT2，选择性地导通或关断电性耦接于第一晶体管Q1a与中性点端子Nn之间的第二晶体管Q2a。
[0101] 具体来说，在部分实施例中，在步骤S720、S730中选择性地导通或关断第一晶体管Q1a、第二晶体管Q2a的操作包含：当相应的交流输出电压Va为正时，输出处于禁能准位(如：低准位)的第一控制信号CT1以截止第一晶体管Q1a，并输出处于致能准位(如：高准位)的第二控制信号CT2以导通第二晶体管Q2a；以及当相应的交流输出电压Va为负时，输出处于禁能准位的第二控制信号CT2以截止第二晶体管Q2a，并输出处于致能准位的第一控制信号CT1以导通第一晶体管Q1a。
[0102] 虽然本文将所公开的方法示出和描述为一系列的步骤或事件，但是应当理解，所示出的这些步骤或事件的顺序不应解释为限制意义。例如，部分步骤可以以不同顺序发生和/或与除了本文所示和/或所描述的步骤或事件以外的其他步骤或事件同时发生。另外，实施本文所描述的一个或多个态样或实施例时，并非所有于此示出的步骤皆为必需。此外，本文中的一个或多个步骤亦可能在一个或多个分离的步骤和/或阶段中执行。
[0103] 综上所述，在本发明内容的多个实施例中，通过设置相应的切换电路140a、140b、140c提供电流路径，便可使得电源转换器100中各个晶体管开关的启闭切换在完整周期中维持在低频信号或高频信号，而不需要在上半周期与下半周期之间改变切换频率。藉此，各个晶体管开关便可分别选用适合的半导体器件以降低整体损失。
[0104] 虽然在图式及上述实施例中所绘示的电源转换器100为三相三电平逆变器(3phase Three-Level Inverter)电路，但图式中所绘示的电路仅为本发明内容可能的实施方式之一，并非用以限制本发明。此外，本发明内容的电源转换器与电源转换方法可应用于独立(stand-alone)型系统或并网(grid-connected)型系统，本技术领域具备通常知识者亦可在其他的多电平逆变器架构或者中性点钳位型逆变器架构中设置相应的切换电路，以提供双向的电流路径实现虚功补偿。
[0105] 虽然本发明内容已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明内容，任何熟悉本领域的相关技术人员，在不脱离本发明内容的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，但这些更动与润饰皆应包含于本发明所附权利要求的保护范围内。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 马达控制方法、电力转换装置、马达模块以及电动助力转向装置 | 2020-05-08 | 69 |
| 静止VAR补偿装置及其操作方法 | 2020-05-11 | 453 |
| 大中型水轮发电机中性点高阻抗接地装置参数优化方法 | 2020-05-08 | 741 |
| 一种超宽电压范围隔离型LLC变流器 | 2020-05-08 | 711 |
| 三电平并网逆变器的无参数有限集模型预测控制方法 | 2020-05-08 | 588 |
| 多输入功率变换器及其控制方法和包括其的不间断电源 | 2020-05-08 | 794 |
| 基于ADPSS自定义模型的分布式潮流控制器的闭环仿真方法及系统 | 2020-05-11 | 581 |
| 一种变压器中性点接地变电阻成套装置 | 2020-05-08 | 377 |
| 一种变压器机械稳定故障监测诊断系统 | 2020-05-08 | 503 |
| 一种新型中性点接地电阻器 | 2020-05-11 | 910 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
中性点热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈