专利名称：广输入电压值范围的直流-交流转换电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种转换电路，尤其涉及一种广输入电压值范围的直流-交流转换电路。
背景技术：
目前人类使用的主要能源为石油，通过燃烧石油产生所需的动力或电能，例如汽 车或燃油式发电机(厂)，然而，石油燃烧过程中产生的高温与废气除了会造成空气质量恶 化外，更会使全球温室效应恶化。此外，根据全世界石油生产统计，石油产量将于十年内达 到高峰，尔后产量将逐年降低，这不仅意味着油价(包括电价)将不再便宜，也可能导致真 正石油危机的到来，间接引发全球经济风暴。有鉴于此，将再生能源(renewable energy)有效且经济地转换为一般民生供电或 机械动力，已成为先进科技国家兼顾环保与发电的重要产业发展政策。于太阳能、风能、潮 汐能、地热能、生物废料能等再生能源中，利用太阳能发电的再生能源发电系统，由于具有 环保、易于安装、商品化技术的成熟以及国家计划性的辅助推动，已成为先进国家发展分布 式电源系统的主要选择。虽然太阳能具有广大的应用潜力，商品化的时机也日益成熟，但将太阳能发电技 术应用于家庭住户，仍有许多的困难有待克服。例如传统应用于太阳能发电的直流-交流 转换电路或称为光伏逆变器(Photovoltaic Inverter, PV inverter)，其输出电压大小会 受太阳能电池(solar cell)产生的电压大小影响，当太阳光强度变弱时光伏逆变器的输出 电压大小也会随之变小。请参阅图1，其为传统应用于太阳能发电的光伏逆变器的电路示意图。如图 1所示，为解决上述问题，此传统光伏逆变器10中增设一个前级升压电路101(boost circuit)，用以先将太阳能电池2产生的输入电压Vin转换为不受太阳光强度变弱影响且较 高直流电压值的总线电压Vbus，例如400伏特，接着，由光伏逆变器10中的中级直流降压电 路102将较高直流电压值的总线电压Vbus降压为一特定电压值的第一直流电压V1，例如220 伏特，最后，再由后级直流-交流转换电路103将特定电压值的第一直流电压V1转换为交 流输出电压V。。当太阳光强度变弱而使产生的输入电压值Vin变小时，由于光伏逆变器10 中具有前级升压电路101，因此总线电压Vbus可以维持固定电压值，不受太阳光强度变弱影 响，对应使光伏逆变器10的交流输出电压V。的电压值(有效值)不受太阳光强度变弱影 响。虽然，三级式的光伏逆变器可以使光伏逆变器10的交流输出电压V。的电压值不 受太阳光强度变弱影响，但是，光伏逆变器10中增设一个前级升压电路101却造成光伏逆 变器10整体效率变差且制造成本提高。因此，如何发展一种可改善上述现有技术缺陷的广 输入电压值范围的直流-交流转换电路，实为相关技术领域技术人员目前所迫切需要解决 的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其为两级 式，不需增设一个前级升压电路即可接收电压值变化范围较大的输入电压且交流输出电压 的电压值不受太阳光强度变弱的影响，而使整体效率较高且制造成本较低。此外，广输入电 压值范围的直流-交流转换电路可以只配合太阳能电池而减少体积庞大、价格高、且不易 维护的电池组，将广输入电压值范围的直流-交流转换电路的输出侧直接并联连接于用户 电力网络或/及市电网络系统，使太阳能电池所产生的电能直接馈入用户电力网络或/及 市电网络系统。为达上述目的，本发明的一较广义实施例为提供一种广输入电压值范围的直 流-交流转换电路，用以接收输入电压并转换为交流输出电压，其包含变压器，变压器的 初级侧包含多个连接端、第一初级绕组及第二初级绕组，且第一初级绕组与第二初级绕组 连接于多个连接端而形成串联连接关系，变压器的次级侧包含次级绕组；至少三个调制开 关电路，包含一第一调制开关电路、一第二调制开关电路及一第三调制开关电路，分别连接 于多个连接端的第一连接端、第二连接端以及第三连接端；整流电路，与变压器的次级侧连 接，用以将次级绕组的电压整流以产生第一整流电压与其对应的第一整流电流；滤波电路， 与整流电路连接，用以滤除第一整流电压与其对应的第一整流电流的高频成份而对应产生 第二整流电压与其对应的第二整流电流；逆变开关电路，与滤波电路连接，用以将第二整流 电压与其对应的第二整流电流转换为交流输出电压与其对应的交流输出电流；以及控制单 元，与该调制开关电路及该逆变开关电路连接，用以控制该等开关电路导通或截止，使广输 入电压值范围的直流-交流转换电路工作；其中，控制单元依据输入电压的电压值选择性 地控制两个该调制开关电路工作，使输入电压的电能传送至第一初级绕组、第二初级绕组 或其组合的绕组，以使变压器的初级侧工作的绕组的电压值与变压器的次级侧的电压值间 的比例值对应改变。本发明的有益效果在于，本发明的直流-交流转换电路可接收电压值变化范围较 大的输入电压且交流输出电压的电压值不受太阳光强度变弱影响，因此整体效率较高且制 造成本较低。
图1 为传统应用于太阳能发电的光伏逆变器的电路示意图。图2 为本发明较佳实施例的广输入电压值范围的直流-交流转换电路的电路示 意图。图3A 为图2的电压与控制信号的时序示意图。图;3B 为图2的电压与控制信号的时序示意图。图4:为本发明另一较佳实施例的广输入电压值范围的直流-交流转换电路的电 路示意图。其中，附图标记说明如下10:传统光伏逆变器101:前级升压电路102:中级直流降压电路103 后级直流-交流转换电路
6
1 广输入电压值范围的直流-交流转换电路
Ila Ilc 第一 第三调制开关电路
12整流电路13 滤波电路
14逆变开关电路15 控制单元
2 太阳能电池3 用户电力网络
4 净电表5 市电网络系统
Tr变压器Npl第一初级绕组
Np2第二初级绕组Ns =次级绕组
K1 K3 第一 第三连接端Qa(第一开关
Qa2第二开关Qbl第三开关
Qb2第四开关Qcl第五开关
Qc2第六开关Qsl第七开关
Qs2第八开关Qs3第九开关
Qs4第十开关D1--D6 第一 第六二极管
Dal第一体二极管Da2第二体二极管
Dbl第三体二极管Db2第四体二极管
Dcl第五体二极管Dc2第六体二极管
L1第一电感C1:第一电容
Vsl Vs4 第一 第四逆变信号Val第一脉冲宽度调制信号
Va2第二脉冲宽度调制信号Vb！第三脉冲宽度调制信号
Vb2第四脉冲宽度调制信号Vcl第五脉冲宽度调制信号
Vc2第六脉冲宽度调制信号Vin输入电压
V0交流输出电压Vrl第一全波整流电压
Vr2第二全波整流电压I。交流输出电流
tl第一时间t2第二时间
Vta3:总线电压V1 第一直流电压
Irl第一全波整流电流Ir2第二全波整流电流
具体实施例方式体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的 是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说 明及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。请参阅图2，其为本发明较佳实施例的广输入电压值范围的直流-交流转换电路 的电路示意图。如图2所示，广输入电压值范围的直流-交流转换电路1用以接收太阳能 电池2所产生的输入电压Vin并转换为交流输出电压V。，以提供至用户电力网络3或经由净 电表4(net meter)提供至市电网络系统5，所以交流输出电流I。会流至用户电力网络3或 市电网络系统5。广输入电压值范围的直流-交流转换电路1包含变压器 ；、三个调制开 关电路11a，lib, 11c、整流电路12、滤波电路13、逆变开关电路14以及控制单元15。于本实施例中，变压器T,的初级侧包含第一连接端K1、第二连接端K2、第三连接端
7K3、第一初级绕组Npl (primary winding)以及第二初级绕组Np2，而变压器 ；的次级侧包含 次级绕组Ns (secondary winding)，其中，第一初级绕组Npl连接于第一连接端K1与第二连 接端K2之间，而第二初级绕组Np2连接于第二连接端K2与第三连接端K3之间，使第一初级 绕组Npl与第二初级绕组Np2形成串联连接关系。第一调制开关电路Ila的两个输入端分别连接于太阳能电池2的正端与负端(即 广输入电压值范围的直流-交流转换电路1的正输入端与负输入端)，第一调制开关电路 Ila的输出端则与第一连接端K1连接；第二调制开关电路lib的两个输入端分别连接于太 阳能电池2的正端与负端，第二调制开关电路lib的输出端则与第二连接端K2连接；第三 调制开关电路Ilc的两个输入端分别连接于太阳能电池2的正端与负端，第三调制开关电 路Ilc的输出端则与第三连接端K3连接。于本实施例中，第一调制开关电路Ila由第一开 关L与第二开关Qa2组成，第二调制开关电路lib由第三开关Q31与第四开关Qb2组成，第 三调制开关电路Ilc由第五开关O1与第六开关Q。2组成，而每一个开关的控制端分别与控 制单元15连接。控制单元15通过产生的第一脉冲宽度调制信号Val (PWM signal)、第二脉冲宽度 调制信号Va2、第三脉冲宽度调制信号Vbl、第四脉冲宽度调制信号Vb2、第五脉冲宽度调制信 号Vcl以及第六脉冲宽度调制信号V。2，分别控制第一开关1、第二开关Qa2、第三开关Q31、第 四开关Qb2、第五开关Qca以及第六开关Q。2导通或截止。于本实施例中，整流电路12可以是但不限为桥式整流电路，其包含第一二极管D” 第二二极管D2、第三二极管D3以及第四二极管D4,整流电路12连接于变压器 ；的次级侧与 滤波电路13之间，用以将次级绕组Ns的电压与对应的电流整流以产生第一全波整流电压 Vrl与其对应的第一全波整流电流Iri。于本实施例中，滤波电路13可以是但不限为低通式，其包含第一电感L1与第一电 容C1,用以滤除第一全波整流电压Vri与其对应的第一全波整流电流Iri的高频成份而对应 产生第二全波整流电压Vrf与其对应的第二全波整流电流If其中第一电感L1连接于整流 电路12的正输出端与逆变开关电路14的正输入端之间，而第一电容C1连接于逆变开关电 路14的正输入端与负输入端之间。逆变开关电路14连接于滤波电路13与用户电力网络3之间，用以将第二全波整 流电压\2与其对应的第二全波整流电流Irt转换为交流输出电压V。与其对应的交流输出 电流I。。于本实施例中，逆变开关电路14包含第七开关Qsl、第八开关Qs2、第九开关Qs3以 及第十开关Qs4,而每一个开关的控制端分别与控制单元15连接，其中控制单元15通过产 生的第一逆变信号Vsl、第二逆变信号Vs2、第三逆变信号Vs3以及第四逆变信号Vs4，分别控制 第七开关Qsl、第八开关Qs2、第九开关Qs3以及第十开关Qs4导通或截止。控制单元15除了连接于上述开关电路的控制端外，还连接于太阳能电池2的正 端、太阳能电池2的负端、逆变开关电路14的正输入端以及逆变开关电路14的输出端，用 以依据输入电压Vin、第二全波整流电压Vrf以及交流输出电压V。的电压值，或依据第二全波 整流电流Irt以及交流输出电流I0的电流值而分别控制第一调制开关电路11a、第二调制开 关电路lib、第三调制开关电路Ilc以及逆变开关电路14导通或截止，使广输入电压值范围 的直流-交流转换电路1工作。请参阅图3A与图;3B并配合图2，其中图3A与图为图2的电压与控制信号的时序示意图。如图3A与图;3B所示，于第一时间tl至第二时间t2之间，太阳能电池2接收充 足的太阳光，产生输入电压Vin的电压值为410伏特，高于第一设定电压值，例如205伏特。 此时，第一脉冲宽度调制信号Val、第二脉冲宽度调制信号Va2、第五脉冲宽度调制信号Vcl与 第六脉冲宽度调制信号Ve2为禁能状态(disabled)或致能状态(enabled)，例如高电位或 低电位，且以脉冲宽度调制的方式变化，而第三脉冲宽度调制信号Vbl以及第四脉冲宽度调 制信号Vb2则持续为禁能状态。其中，第一脉冲宽度调制信号Val与第六脉冲宽度调制信号 Vc2相同，第一脉冲宽度调制信号Val与第二脉冲宽度调制信号Va2反相，第五脉冲宽度调制 信号Vca与第六脉冲宽度调制信号v。2反相。换言之，于第一时间tl至第二时间t2之间，控制单元15控制第一开关Glal、第二 开关Qa2、第五开关(^1以及第六开关9。2工作，并停止第三开关Q31与第四开关Qb2工作。此 期间，当第一脉冲宽度调制信号Val与第六脉冲宽度调制信号V。2为致能状态时，第二脉冲宽 度调制信号Va2与第五脉冲宽度调制信号Vcl为禁能状态，输入电压Vin会依序经由导通的第 一开关t与第六开关Q。2传送至第一初级绕组Npl及第二初级绕组Np2串联连接构成的绕 组(NpANp2)，使第一初级绕组Npl及第二初级绕组Np2串联连接构成的绕组( + )接收正 极性的输入电压Vin ；当第二脉冲宽度调制信号Va2与第五脉冲宽度调制信号Vca为致能状态 时，第一脉冲宽度调制信号Val与第六脉冲宽度调制信号V。2为禁能状态，输入电压Vin会依 序经由导通的第五开关O1与第二开关Qa2传送至第一初级绕组化及第二初级绕组Np2串 联连接构成的绕组(Np1+Np2)，使第一初级绕组Npl及第二初级绕组Np2串联连接构成的绕组 (np1+Np2)接收负极性的输入电压vin。因此，变压器 ；的初级侧工作的绕组为第一初级绕组化及第二初级绕组Np2串联 连接构成的绕组(&+Νρ2)，输入电压Vin的电能会经由第一初级绕组化及第二初级绕组Np2 串联连接构成的绕组(Νρ1+Νρ2)传送至次级绕组Ns，初级侧工作的绕组的电压值与次级侧的 电压值间的比例值为第一比例值，其等于第一初级绕组^及第二初级绕组^52串联连接构 成的绕组(Νρ1+Νρ2)与次级绕组Ns的匝数比值(turn ratio)。于本实施例中所述的比例值， 其计算方式为变压器 ；的次级侧工作绕组的等效匝数除以变压器 ；的初级侧工作绕组的 等效匝数。于第二时间t2时，太阳能电池2接收的太阳光强度变弱，对应使输入电压Vin的 电压值低于205伏特的第一设定电压值，此时，第一脉冲宽度调制信号Val、第二脉冲宽度调 制信号Va2、第三脉冲宽度调制信号Vbl以及第四脉冲宽度调制信号Vb2为禁能状态或致能状 态，且以脉冲宽度调制的方式变化，而第五脉冲宽度调制信号Vca与第六脉冲宽度调制信号 Vc2则持续为禁能状态，其中，第一脉冲宽度调制信号Val与第四脉冲宽度调制信号Vb2相同， 第一脉冲宽度调制信号Val与第二脉冲宽度调制信号Va2反相，第三脉冲宽度调制信号Vbl与 第四脉冲宽度调制信号Vb2反相。换言之，于第二时间t2之后，控制单元15控制第一开关Qal、第二开关Qa2、第三开 关^以及第四开关Qb2工作，并停止第五开关Qca以及第六开关Q。2工作。此期间，当第一脉 冲宽度调制信号Val与第四脉冲宽度调制信号Vb2为致能状态时，第二脉冲宽度调制信号Va2 与第三脉冲宽度调制信号Vbl为禁能状态，输入电压Vin会依序经由导通的第一开关1与第 四开关A2传送至第一初级绕组Npl，使第一初级绕组Npl接收正极性的输入电压Vin ；当第二 脉冲宽度调制信号Va2与第三脉冲宽度调制信号Vbl为致能状态时，第一脉冲宽度调制信号Val与第四脉冲宽度调制信号Vb2为禁能状态，输入电压Vin会依序经由导通的第三开关Q31 与第二开关Qa2传送至第一初级绕组化，使第一初级绕组Npl接收负极性的输入电压Vin。因此，变压器 ；的初级侧仅有第一初级绕组化在工作，输入电压Vin的电能只经 由第一初级绕组Npl传送至次级绕组Ns，初级侧工作的绕组的电压值与次级侧的电压值间 的比例值为第二比例值，其等于第一初级绕组Npl与次级绕组Ns的匝数比值。由于，第一初 级绕组Npl及第二初级绕组Np2串联连接构成的绕组(N1^Np2)的匝数较第一初级绕组Npl多， 所以第一比例值会小于第二比例值(依上述计算方法)。举例而言，第一初级绕组Npl、第二 初级绕组Np2以及次级绕组Ns的匝数分别为2、2以及4匝时，第一比例值为1(由4/(2+2) 计算而得)，而第二比例值为2 (由4/2计算而得)。整体而言，当太阳能电池2接收充足的太阳光而产生高于第一设定电压值的输入 电压Vin时，控制单元15会控制第一调制开关电路Ila与第三调制开关电路Ilc以脉冲宽 度调制的方式工作，并停止第二调制开关电路lib工作，使变压器 ；使用较低的第一比例 值(依上述方式计算)将输入电压Vin的电能由初级侧传送至次级侧。当太阳能电池2接 收较弱的太阳光而对应产生低于第一设定电压值的输入电压Vin时，控制单元15会控制第 一调制开关电路Ila与第二调制开关电路lib以脉冲宽度调制的方式工作，并停止第三调 制开关电路Ilc工作，使变压器 ；使用较高的第二比例值(依上述方式计算)将输入电压 Vin的电能由初级侧传送至次级侧。此时，虽然输入电压Vin的电压值较低，但控制单元15通 过选择对应的其中两个调制开关电路工作使变压器 ；使用较高的第二比例值将输入电压 Vin的电能由初级侧传送至次级侧，所以第二全波整流电压Vrf的电压峰值、交流输出电压V。 的电压有效值(rootmean square,简称rms)或交流输出电压V。的电压峰值可以不受太阳 光强度的影响而维持为额定电压值，例如110伏特。于一些实施例中，当太阳能电池2接收较弱的太阳光而对应产生低于第一设定电 压值的输入电压Vin时，控制单元15会控制第二调制开关电路lib与第三调制开关电路Ilc 以脉冲宽度调制的方式工作，并停止第一调制开关电路Ila工作，使输入电压Vin依序经由 导通的第三开关Q31与第六开关A2传送至第二初级绕组Np2，使第二初级绕组Np2接收正极 性的输入电压Vin ；输入电压Vin依序经由导通的第五开关O1与第四开关A2传送至第二初 级绕组^，使第二初级绕组^52接收负极性的输入电压Vin ；变压器 ；使用较高的第三比例 值(依上述方式计算)将输入电压Vin的电能由初级侧传送至次级侧。其中，第三比例值等 于第二初级绕组Np2与次级绕组Ns的匝数比值，相似地，依上述方式计算第一比例值会小于 第三比例值，于本实施例中，第一初级绕组Npl与第二初级绕组Np2的匝数相同，故第二比例 值等于第三比例值。控制单元15除了依据第二全波整流电压Vrt、输入电压Vin的电压值与交流输出电 压V。的电压值选择对应的其中两个调制开关电路工作外，还会依据第二全波整流电压Vrt 的电压值、交流输出电压V。的电压值、第二全波整流电流Irt以及交流输出电流I0的电流值 调整脉冲宽度调制信号(Val，Va2，Vbl，Vb2，Vel，V。2)的占空比(duty cycle)，使第二全波整流 电压Vrt的电压峰值、交流输出电压V。的电压有效值或交流输出电压V。的电压峰值可以不 受太阳光强度的影响而维持为额定电压值。于本实施例中，调制开关电路(11a，11b，lie)的工作频率为20k Hz (千-赫兹)， 逆变开关电路14的工作频率为60Hz，等于交流输出电压V。的频率，因此，第一全波整流电压Vri与第一全波整流电流Iri的高频成份主要为调制开关电路(11a，11b，lie)的工作频 率。而第二全波整流电压\2与第二全波整流电流Irf为滤波电路13将第一全波整流电压 Vrl与第一全波整流电流Iri的高频成份滤除后的波形，接着再通过逆变开关电路14分别转 换为交流输出电压V。与交流输出电流I0的波形。如图:3B所示，于本实施例中，脉冲宽度调 制信号(Val,Va2JbnVb2Jc^Vj于工作时，其占空比的大小会随着正弦(Sinusoid)或余弦 (Cosine)的交流输出电流I0变化，即交流输出电流I0的峰值处至零电位处对应脉冲宽度 调制信号(Val,VmVbnVb2Jc^Vj的占空比由大至小变化，而对应的开关Olal，Qa2，A1, %2， Qcl, Qc2, Qsl, Qs2, Qs3, Qs4)工作的占空比也由大至小变化。广输入电压值范围的直流-交流转换电路1与用户电力网络3及市电网络系统5 并联供电时，控制单元15会依据交流输出电压V。控制逆变信号(Vsl Vs4)的频率及逆变 开关电路14的工作频率相同于交流输出电压V。，且与交流输出电压V。同步。其中，第一逆 变信号Vsl与第四逆变信号Vs4相同，第二逆变信号Vs2与第三逆变信号Vs3相同，第一逆变 信号Vsl与第二逆变信号Vs2反相，第三逆变信号Vs3与第四逆变信号Vs4反相。当第一逆变信号Vsl与第四逆变信号Vs4为致能状态时，第二逆变信号Vs2与第三逆 变信号Vs3为禁能状态，第二全波整流电压\2会依序经由导通的第七开关Qsl与第十开关 Qs4传送至用户电力网络3及市电网络系统5 ；依序当第二逆变信号Vs2与第三逆变信号Vs3 为致能状态时，第一逆变信号Vsl与第四逆变信号Vs4为禁能状态，第二全波整流电压\2会 依序经由导通的第九开关A3与第八开关A2传送至用户电力网络3及市电网络系统5。因 此，通过逆变开关电路14的工作可以产生交流输出电压V。与交流输出电流I。。于本实施例中，控制单元15通过检测交流输出电压V。而取得交流输出电压V。的 额定电压值与额定频率值，再依据检测的交流输出电压V。的额定电压值与额定频率控制调 制开关电路(11a，11b，lie)与逆变开关电路14的工作，因此，本发明广输入电压值范围的 直流-交流转换电路1可以同时适用于多种形式的市电网络系统5。请参考图4并配合图2、图3A与图3B，其中图4为本发明另一较佳实施例的广输 入电压值范围的直流-交流转换电路的电路示意图。图4与图2不同之处在于图4所示 的第一调制开关电路Ila还包含第一体二极管Dal (body diode)与第二体二极管Da2 ；第二 调制开关电路lib还包含第三体二极管Dbl以及第四体二极管Db2 ；第三调制开关电路Ilc 还包含第五体二极管Del、第六体二极管D。2、第五二极管D5以及第六二极管D6 ；且于本实 施例中，开关( ，Qa2， Qbl，Qb2' Qcl，QC2' Qsl，QS2 ‘ QS3' Qs4) 以金属氧化物半导体场效应晶体管 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，M0SFET)实现。其中，第一体二极管Dal、第二体二极管Da2、第三体二极管Dbl、第四体二极管Db2、第 五体二极管Dcl以及第六体二极管D。2分别连接于第一开关Qal、第二开关Qa2、第三开关(ibl、 第四开关Qb2、第五开关Q。i以及第六开关Q。2，用以于开关Olal，Qa2，Qbl, Qb2，Qcl, Qc2, Qsl, Qs2, Qs3, QJ关闭时形成变压器 ；的磁化电流路径，利用此路径将变压器 ；建立的能量返驰动 作而传回至输入端。第五二极管D5与第五开关(^1串联，第六二极管D6与第六开关Q。2串联， 当第一调制开关电路Ila与第二调制开关电路lib工作并且第三调制开关电路Ilc停止工 作时，第五二极管D5与第六二极管D6可防止变压器 ；的初级侧的工作绕组中的能量导致 第五体二极管Dca以及第六体二极管D。2导通。至于，图4中广输入电压值范围的直流-交 流转换电路1工作方式相似于图2，在此不在再赘述。
上述的开关^jal，Qa2，Qbl, Qb2, Qcl, Qc2, Qsl, Qs2, Qs3, Qs4)可以是但不限为金属氧化物 半导体场效应晶体管、双极结晶体管(Bipolar Junction Transistor, BJT)或绝缘栅双极 晶体管ansulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)，而控制单元15可以使用数字信号 处理器(DSP)或脉冲宽度调制控制器(PWM controller)实现。综上所述，本发明的广输入电压值范围的直流-交流转换电路为两级式，第一级 由调制开关电路、变压器、整流电路以及滤波电路组成，第二级为逆变开关电路，其不需增 设一个前级升压电路即可接收电压值变化范围较大的输入电压且交流输出电压的电压值 不受太阳光强度变弱影响，因此整体效率较高且制造成本较低。此外，广输入电压值范围的 直流-交流转换电路可以只配合太阳能电池而减少体积庞大、价格高、且不易维护的电池 组，将广输入电压值范围的直流-交流转换电路的输出侧直接并联连接于用户电力网络或 /及市电网络系统，使太阳能电池所产生的电能直接馈入用户电力网络或/及市电网络系 统，也可经由市电网络系统同时提供至其他用户所需的一般用电。因此不仅可提供使用者 的自用电量，亦可提供公众电源另一种型式的电力来源，有如一个独立的小型太阳能发电 机，形成分布式的电力供应系统，再通过新型的净电表记录电能流入与流出太阳能发电用 户的净电量，使用户可以向电力公司收取发电费，形成住宅发电系统。本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的 范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。
1权利要求
1.一种广输入电压值范围的直流-交流转换电路，用以接收一输入电压并转换为一交 流输出电压，其包含一变压器，该变压器的初级侧包含多个连接端、一第一初级绕组及一第二初级绕组，且 该第一初级绕组与该第二初级绕组连接于该多个连接端而形成串联连接关系，该变压器的 次级侧包含一次级绕组；至少三个调制开关电路，包含一第一调制开关电路、一第二调制开关电路及一第三 调制开关电路，分别连接于该多个连接端的一第一连接端、一第二连接端以及一第三连接 端；一整流电路，与该变压器的次级侧连接，用以将该次级绕组的电压整流以产生一第一 整流电压与其对应的一第一整流电流；一滤波电路，与该整流电路连接，用以滤除该第一整流电压与其对应的该第一整流电 流的高频成份而对应产生一第二整流电压与其对应的一第二整流电流；一逆变开关电路，与该滤波电路连接，用以将该第二整流电压与其对应的该第二整流 电流转换为该交流输出电压与其对应的一交流输出电流；以及一控制单元，与该调制开关电路及该逆变开关电路连接，用以控制该等开关电路导通 或截止，使该广输入电压值范围的直流-交流转换电路工作；其中，该控制单元依据该输入电压的电压值选择性地控制两个该调制开关电路工作， 使该输入电压的电能传送至该第一初级绕组、该第二初级绕组或其组合的绕组，以使该变 压器的初级侧工作的绕组的电压值与该变压器的次级侧的电压值间的比例值对应改变。
2.如权利要求1所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，该控制 单元依据该输入电压的电压值与一第一设定电压值的比较结果而选择性地控制两个该调 制开关电路工作，使该输入电压的电能传送至该第一初级绕组、该第二初级绕组或其组合 的绕组。
3.如权利要求2所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，当该输 入电压的电压值高于该第一设定电压值时，该控制单元控制该第一调制开关电路与该第三 调制开关电路以脉冲宽度调制的方式工作，并停止该第二调制开关电路工作，使该变压器 使用一第一比例值将该输入电压的电能由该变压器的初级侧传送至该变压器的次级侧，而 该第一比例值的计算方式为该变压器的次级侧工作的绕组的等效匝数除以该变压器的初 级侧工作的绕组的等效匝数。
4.如权利要求3所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，当该输 入电压的电压值高于该第一设定电压值时，该变压器的初级侧工作的绕组为该第一初级绕 组及该第二初级绕组串联连接构成的绕组。
5.如权利要求4所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，该第一 比例值等于该第一初级绕组及该第二初级绕组串联连接构成的绕组与该次级绕组的匝数 比值。
6.如权利要求3所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，当该输 入电压的电压值低于该第一设定电压值时，该控制单元控制该第一调制开关电路与该第二 调制开关电路以脉冲宽度调制的方式工作，并停止该第三调制开关电路工作，使该变压器 使用一第二比例值将该输入电压的电能由该变压器的初级侧传送至该变压器的次级侧。
7.如权利要求6所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，该第二 比例值高于该第一比例值。
8.如权利要求6所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，当该输 入电压的电压值低于该第一设定电压值时，该变压器的初级侧工作的绕组为该第一初级绕组。
9.如权利要求8所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，该第二 比例值等于该第一初级绕组与该次级绕组的匝数比值。
10.如权利要求3所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，当该 输入电压的电压值低于该第一设定电压值时，该控制单元控制该第二调制开关电路与该第 三调制开关电路以脉冲宽度调制的方式工作，并停止该第一调制开关电路工作，使该变压 器使用一第三比例值将该输入电压的电能由该变压器的初级侧传送至该变压器的次级侧。
11.如权利要求10所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，该第 三比例值高于该第一比例值。
12.如权利要求10所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，当该 输入电压的电压值低于该第一设定电压值时，该变压器的初级侧工作的绕组为该第二初级 绕组。
13.如权利要求12所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，该第 三比例值等于该第二初级绕组与该次级绕组的匝数比值。
14.如权利要求2所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，该整流电路为桥式整流电路，包含一第一二极管、一第二二极管、一第三二极管以及一第四二极 管。
15.如权利要求2所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，该第 一调制开关电路包含一第一开关与一第二开关；该第二调制开关电路包含一第三开关与一 第四开关；该第三调制开关电路包含一第五开关与一第六开关，而每一个开关的控制端分 别与该控制单元连接。
16.如权利要求15所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，当该 输入电压的电压值高于该第一设定电压值时，该输入电压依序经由导通的该第一开关与该 第六开关传送至该第一初级绕组及该第二初级绕组串联连接构成的绕组，使该第一初级绕 组及该第二初级绕组串联连接构成的绕组接收正极性的该输入电压，或该输入电压依序经 由导通的该第五开关与该第二开关传送至该第一初级绕组及该第二初级绕组串联连接构 成的绕组，使该第一初级绕组及该第二初级绕组串联连接构成的绕组接收负极性的该输入 电压。
17.如权利要求16所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，当该 输入电压的电压值低于该第一设定电压值时，该输入电压依序经由导通的该第一开关与该 第四开关传送至该第一初级绕组，使该第一初级绕组接收正极性的该输入电压，或该输入 电压依序经由导通的该第三开关与该第二开关传送至该第一初级绕组，使该第一初级绕组 接收负极性的该输入电压。
18.如权利要求16所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，当该 输入电压的电压值低于该第一设定电压值时，该输入电压依序经由导通的该第三开关与该第六开关传送至该第二初级绕组，使该第二初级绕组接收正极性的该输入电压，或该输入 电压依序经由导通的该第五开关与该第四开关传送至该第二初级绕组，使该第二初级绕组 接收负极性的该输入电压。
19.如权利要求15所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，该第 一开关、该第二开关、该第三开关、该第四开关、该第五开关以及该第六开关分别与对应的 一体二极管连接，用以于所述开关关闭时形成变压器的磁化电流路径，利用此路径将该变 压器建立的能量返驰动作而传回至输入端。
20.如权利要求15所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，该第 三调制开关电路还包含一第五二极管，与该第五开关串联连接；以及一第六二极管，与第六开关串联连接。
21.如权利要求1所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，该控 制单元选用数字信号处理器或脉冲宽度调制控制器实现。
22.如权利要求1所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，该输 入电压由一太阳能电池产生。
23.如权利要求1所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，该广 输入电压值范围的直流-交流转换电路与一用户电力网络或/及一市电网络系统并联供 电，该控制单元依据该交流输出电压控制该逆变开关电路的工作频率相同于该交流输出电 压，且与该交流输出电压同步。
24.如权利要求23所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，该控 制单元通过检测该交流输出电压而取得该交流输出电压的额定电压值与额定频率值，再依 据检测的该交流输出电压的额定电压值与额定频率控制每一个调制开关电路与该逆变开 关电路的工作。
25.如权利要求1所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，该第 一调制开关电路、该第二调制开关电路及该第三调制开关电路工作时的占空比随着该交流 输出电流的峰值处至零电位处由大至小变化。
26.如权利要求1所述的广输入电压值范围的直流-交流转换电路，其特征在于，该第 一整流电压、该第一整流电流、该第二整流电压以及该第二整流电流为全波。
全文摘要
本发明公开了一种广输入电压值范围的直流-交流转换电路，用以接收一输入电压并转换为一交流输出电压，其包含变压器，该变压器的第一初级绕组与第二初级绕组形成串联连接关系；至少三个调制开关电路，连接于多个连接端；整流电路；滤波电路；逆变开关电路；以及控制单元，用以依据输入电压的电压值选择性地控制两个调制开关电路工作，使输入电压的电能传送至第一初级绕组、第二初级绕组或其组合的绕组，以使变压器的初级侧工作的绕组的电压值与变压器的次级侧的电压值间的比例值对应改变。本发明的直流-交流转换电路可接收电压值变化范围较大的输入电压且交流输出电压的电压值不受太阳光强度变弱影响，因此整体效率较高且制造成本较低。
文档编号H02M3/335GK102118115SQ201010002119
公开日2011年7月6日 申请日期2010年1月5日 优先权日2010年1月5日
发明者李雷鸣, 顾振维 申请人:台达电子工业股份有限公司