直交流转换电路的制作方法
【专利摘要】一种直交流转换电路，包括反流器、第一电感、第一电容、第二电容与第二电感。反流器具有两输入接点与两输出接点，两输入接点用于接收直流信号，两输出接点用于输出交流信号。第一电感的第一端耦接反流器的两输出接点的其中之一。第一电容并联耦接第一电感。第二电容的第一端耦接第一电感的第二端，第二电容的第二端耦接反流器的两输出接点的其中另一。第二电感的第一端耦接第二电容的第一端，第二电感的第二端耦接负载。
【专利说明】直交流转换电路
【技术领域】
[0001 ] 一种转换电路，特别有关于一种直交流转换电路。
【背景技术】
[0002]一般来说，部分的直交流转换电路会配置有反流器(Inverter)，而大都采用高频切换方式，以产生脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation, PWM)信号，如此将导致大量的高次谐波电流，而干扰后端的电路或设备，使得后端的电路或设备产生问题。因此，在直交流转换电路中，与反流器的交流输出端所连接的滤波器，在选择与设计上将变得相当重要。
[0003]在相同电感值的情况下，相比于传统的L型滤波器来说，LCL型滤波器对于高阶谐波抑制效果更为理想，并已逐渐应用于大功率、低开关频率的反流器上。
[0004]LCL型滤波器大都采用信号处理以及三阶滤波设计的概念，并利用LCL型滤波器中的第一个电感与电容所组成的电路结构，以作为反流器所输出的信号的高频成分提供低阻通路，进而降低LCL型滤波器中的第二个电感所产生的电流的高频成分。
[0005]虽然，LCL型滤波器滤除高次谐波的效果明显，但是设计过程繁琐，且需要多次尝试，反复试验才能找到合适的参数，并且LCL型滤波器的电路特性容易受到参数影响。因此，直交流转换电路仍有改善的空间。
【发明内容】
[0006]鉴于以上的问题，本发明在于提供一种直交流转换电路，借以降低设计的复杂度，并达成低电磁干扰、低涟波输出电压、高转换效率等作用。
[0007]本发明的一种直交流转换电路，包括反流器、第一电感、第一电容、第二电容与第二电感。反流器具有两输入接点与两输出接点，两输入接点用于接收直流信号，两输出接点用于产生交流信号。第一电感具有第一端与第二端，第一电感的第一端稱接反流器的两输出接点的其中之一。第一电容具有第一端与第二端，第一电容的第一端稱接第一电感的第一端，第一电容的第二端稱接第一电感的第二端。第二电容具有第一端与第二端，第二电容的第一端耦接第一电感的第二端，第二电容的第二端耦接反流器的两输出接点的其中另一。第二电感具有第一端与第二端，第二电感的第一端耦接第二电容的第一端，第二电感的第二端耦接负载。
[0008]本发明的直交流转换电路，通过反流器、第一电感及第一电容所形成的共振电路以及第二电感与第二电容的电路结构，并且通过柔性切换操作，以降低开关的切换损失，且第一电容上的跨压产生极性反转并产生负电压，以克服负载电压的电位障避问题。如此一来，可降低设计的复杂度，并达成低电磁干扰、低涟波输出电压、高转换效率等作用。
[0009]有关本发明的特征与实施，现配合附图作实施例详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明第一实施例的直交流转换电路的示意图。[0011]图2为本发明第二实施例的直交流转换电路的示意图。
[0012]图3为本发明第三实施例的直交流转换电路的示意图。
[0013]图4为本发明第四实施例的直交流转换电路的示意图。
[0014]图5为本发明第五实施例的直交流转换电路的示意图。
[0015]【主要元件符号说明】
[0016]100、200、300、400、500-直交流转换电路；
[0017]110-反流器；
[0018]111、112-输入接点；
[0019]113、114-输出接点；
[0020]121、131、141、151、211、221、231、241、311、321、331、341、411-第一端；
[0021]122、132、142、152、212、222、232、242、312、322、332、342、412_ 第二端；
[0022]170-直流输入源；
[0023]180-负载；
[0024]213、223、233、243、313、333_ 第三端；
[0025]Cl-第一电容；
[0026]C2-第二电容；
[0027]C3-第三电容；
[0028]C4-第四电容；
[0029]L1-第一电感；
[0030]L2-第二电感；
[0031]L3-第二电感；
[0032]S1-第一开关；
[0033]S2-第二开关；
[0034]S3-第三开关；
[0035]S4-第四开关；
[0036]S5-第五开关；
[0037]S6-第六开关；
[0038]D1、D2、D3、D4、D5、D6_ 飞轮二极管；
[0039]CSl-第一控制信号；
[0040]CS2-第二控制信号；
[0041]CS3-第三控制信号；
[0042]CS4-第四控制信号。
【具体实施方式】
[0043]以下所列举的各实施例中，将以相同的标号代表相同或相似的元件。
[0044]请参考图1所示，其为本发明第一实施例的直交流转换电路的方块图。本发明的直交流转换电路100适于耦接一负载180，以提供负载180所需的工作电压，其中负载180可为电阻、电感或电源供应器等。
[0045]本实施例的直交流转换电路100包括反流器110、第一电感L1、第一电容Cl、第二电容C2与第二电感L2。反流器110具有两输入接点111、112与两输出接点113、114。其中，反流器110的两输入接点111、112例如耦接一直流输入源170，用于接收此直流输入源170所产生的直流信号，并且反流器110对前述的直流信号进行处理，以于反流器110的两输出接点113、114输出交流信号。在本实施例中，前述的直流输入源170例如为直流电流源。
[0046]第一电感LI具有第一端121与第二端122,第一电感LI的第一端121稱接反流器110的两输出接点113、114的其中之一，也就是反流器110的输出接点113。第一电容Cl具有第一端131与第二端132,第一电容Cl的第一端131稱接第一电感LI的第一端121,第一电容Cl的第二端132稱接第一电感LI的第二端122,也就是第一电容Cl与第一电感LI并联连接。其中，第一电感LI与第一电容Cl例如组成一共振电路。
[0047]第二电容C2具有第一端141与第二端142,第二电容C2的第一端141稱接第一电感LI的第二端122，第二电容C2的第二端142耦接反流器110的两输出接点113、114的其中另一，例如反流器110的输出接点114。第二电感L2具有第一端151与第二端152，第二电感L2的第一端151耦接第二电容C2的第一端141，第二电感L2的第二端152耦接负载180。
[0048]首先，当直交流转换电路100开始工作后，反流器110会将所接收的直流信号转换为交流信号，且交流信号会输出至第一电感LI与第一电容Cl所组成的共振电路，以进行能量的储存，使得第一电容Cl上的跨压快速上升。接着，通过第一电感LI与第一电容Cl的共振电路产生共振，以将第一电容Cl所储存的能量转换成电感电流，并前述的能量对第二电容C2进行充电，进而抑制能量快速增加所造成的电流涟波。
[0049]在第一电容Cl所储存的能量转换成电感电流的同时，并且反流器100通过柔性切换(Soft Switching)操作，且第一电容Cl上的跨压极性会产生反转并产生负电压，以改变直交流转换电路100的结构。此时，通过第二电容C2与第二电感L2将能量传送至负载180，以提供负载180所需的工作电压。如此一来，本实施例的直交流转换电路100可具有低电磁干扰(Electromagnetic Interference, EMI)、低链波输出电压与高转换效率等作用。
[0050]另外，在本实施例中，第一电感LI的电感值可设计例如小于第二电感L2的电感值，使得流过第一电感LI的电流较大，并且第一电容Cl的电容值也可以设计较小，使得第一电容Cl上的跨压极性产生反转时，第一电容Cl上的负电压也足够大。
[0051]请参考图2所示，其为本发明第二实施例的直交流电压转换电路的示意图。本实施例的直交流转换电路200包括反流器110、第一电感L1、第一电容Cl、第二电容C2与第二电感L2。其中，反流器110、第一电感L1、第一电容Cl、第二电容C2与第二电感L2的耦接关系可以参考图1的实施例的说明，故在此不再赘述。
[0052]在本实施例中，直流输入源170也为直流电流源，而反流器110例如为全桥式反流器，此反流器Iio包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4与四飞轮二极管D1、D2、D3、D4。
[0053]第一开关SI具有第一端211、第二端212与第三端213,第一开关SI的第一端211接收第一控制信号CS1，第一开关SI的第二端212作为反流器110的两输入接点111、112的其中之一，例如反流器110的输入接点111，第一开关SI的第三端213作为反流器110的两输出接点113、114的其中之一，例如反流器110的输出接点113。[0054]第二开关S2具有第一端221、第二端222与第三端223，第二开关S2的第一端221接收第二控制信号CS2，第二开关S2的第二端222耦接第一开关SI的第二端212，第二开关S2的第三端223作为反流器110的两输出接点113、114的其中另一，例如反流器110的输出接点114。
[0055]第三开关S3具有第一端231、第二端232与第三端233，第三开关S3的第一端231接收第二控制信号CS2，第三开关S3的第二端232耦接第一开关SI的第三端213，第三开关S3的第三端233作为反流器100的两输入接点111、112的其中另一，例如反流器110的输入接点112。
[0056]第四开关S4具有第一端241、第二端242与第三端243，第四开关S4的第一端241接收第一控制信号CS1，第四开关S4的第二端242耦接第二开关S2的第三端223，第四开关S4的第三端243耦接第三开关S3的第三端233。在本实施例中，第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3与第四开关S4例如为N型晶体管，并且第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3与第四开关S4的第一端211、221、231、241、第二端212、222、232、242与第三端213、223、233、243分别为N型晶体管的栅极端、漏极端与源极端。但本发明不限于此，第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3与第四开关S4也可为P型晶体管或是其他开关元件。
[0057]飞轮二极管Dl、D2、D3、D4分别反向并联耦接第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3与第四开关S4。其中，第一控制信号CSl与第二控制信号CS2除此两控制信号CS1、CS2同时处于低逻辑电平的死带(DeadZone)状态，其余时间为互补，也就是当第一控制信号CSl为高逻辑电平时，第二控制信号CS2为低逻辑电平。反之，当第一控制信号CSl为低逻辑电平时，第二控制信号CS2为高逻辑电平。
[0058]首先，在直交流转换电路200开始工作后，第一控制信号CSl例如为高逻辑电平，第二控制信号CS2例如为低逻辑电平，使得第一开关SI与第四开关S4导通，且第二开关S2与第三开关S3断开，则直交流转换电路200进入第一模式。此时，直流输入源170所产生的直流信号经由第一开关SI与第四开关S4，传送至第一电感LI与第一电容Cl所组成的共振电路，以开始对第一电感L1、第一电容Cl及第二电容C2进行充电。
[0059]接着，第一控制信号CSl例如转换为低逻辑电平，且第二控制信号CS2例如仍为低逻辑电平，使得第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3与第四开关S4断开，则直交流转换电路200进入第二模式。此时，反流器110通过柔性切换操作，使得飞轮二极管D2、D3导通，且第一电容Cl上的跨压产生极性反转并产生负电压，则第一电容Cl与第一电感LI经由第一开关SI及第四开关S4的寄生电容与飞轮二极管D2、D3构成回路，以改变直交流转换电路200的电路结构。另一方面，直交流转换电路200通过第二电容C2与第二电感L2将储存能量传送至负载180，以提供负载180所需的工作电压。
[0060]之后，第一控制信号CSl例如为低逻辑电平，第二控制信号CS2例如为高逻辑电平，使得第二开关S2与第三开关S3导通，且第一开关SI与第四开关S4断开，则直交流转换电路200进入第三模式。此时，直流输入源170所产生的直流信号经由第二开关S2与第三开关S3,传送至第一电感LI与第一电容Cl所组成的共振电路，以开始对第一电感L1、第一电容Cl及第二电容C2进行充电。
[0061]接着，第一控制信号CSl例如仍为低逻辑电平,且第二控制信号CS2例如转换为低逻辑电平，使得第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3与第四开关S4断开，则直交流转换电路200进入第四模式。此时，反流器110通过柔性切换操作，使得飞轮二极管D2、D3导通，且第一电容Cl上的跨压产生极性反转并产生负电压，则第一电容Cl与第一电感LI经由第一开关SI及第四开关S4的寄生电容与飞轮二极管D2、D3构成回路，并且通过第二电容C2与第二电感L2将储存能量传送至负载180，以提供负载180所需的工作电压。如此一来，直交流转换电路200即完成一个完整周期的动作。
[0062]另外，在本实施例中，第一电感LI的电感值可设计例如小于第二电感L2的电感值，使得流过第一电感LI的电流较大，并且第一电容Cl的电容值也可以设计较小，使得第一电容Cl上的跨压极性产生反转时，第一电容Cl上的负电压也足够大。
[0063]请参考图3所示，其为本发明第三实施例的直交流转换电路的示意图。本实施例的直交流转换电路300包括反流器110、第一电感L1、第一电容Cl、第二电容C2与第二电感L2。
[0064]在本实施例中，反流器110例如为半桥式反流器，且此反流器110包括第五开关S5、第六开关S6、第三电容C3、第四电容C4与二飞轮二极管D5、D6。
[0065]第五开关S5具有第一端311、第二端312与第三端313，第五开关S5的第一端311接收第三控制信号CS3，第五开关S5的第二端312作为反流器110的两输入接点111、112的其中之一，例如反流器110的输入接点111，第五开关S5的第三端313作为反流器110的两输出接点113、114的其中之一，例如反流器110的输出接点113。
[0066]第三电容C3具有第一端321与第二端322，第三电容C3的第一端321耦接第五开关S5的第二端312，第三电容C3的第二端322作为反流器110的两输出接点113、114的其中另一，例如反流器110的输出接点114。
[0067]第六开关S6具有第一端331、第二端332与第三端333，第六开关S6的第一端331接收第四控制信号CS4，第六开关S6的第二端332耦接第五开关S5的第三端313，第六开关S6的第三端333作为反流器110的两输入接点111、112的其中另一，例如反流器110的输入接点112。
[0068]在本实施例中，第五开关S5与第六开关S6例如为N型晶体管，并且第五开关S5与第六开关S6的第一端311、331、第二端312、332与第三端313、333分别为N型晶体管的栅极端、漏极端与源极端。但本发明不限于此，第五开关S5与第六开关S6也可为P型晶体管或是其他开关元件。
[0069]第四电容C4具有第一端341与第二端342，第四电容C4的第一端341耦接第三电容C3的第二端322，第四电容C4的第二端342耦接第六开关S6的第三端333。
[0070]飞轮二极管D5、D6分别反向并联耦接第五开关S5与第六开关S6。其中，第三控制信号CS3与第四控制信号CS4除此两控制信号CS3、CS4同时处于低逻辑电平的死带状态，其余时间为互补，也就是当第三控制信号CS3为高逻辑电平时，第四控制信号CS4为低逻辑电平。反之，当第三控制信号CS3为低逻辑电平时，第四控制信号CS4为高逻辑电平。
[0071]首先，在直交流转换电路300开始工作后，第三控制信号CS3例如为高逻辑电平，第四控制信号CS4例如为低逻辑电平，使得第五开关S5导通，且第六开关S6断开，则直交流转换电路300进入第一模式。此时，直流输入源170所产生的直流信号经由第一开关S5与第四电容C4，传送至第一电感LI与第一电容Cl所组成的共振电路，以开始对第一电感L1、第一电容Cl及第二电容C2进行充电。[0072]接着，第三控制信号CS3例如转换为低逻辑电平，且第四控制信号CS4例如仍为低逻辑电平，使得第五开关S5与第六开关S6断开，则直交流转换电路300进入第二模式。此时，反流器110通过柔性切换操作，使得飞轮二极管D6导通，且第一电容Cl上的跨压产生极性反转并产生负电压，则第一电容Cl与第一电感LI经由第五开关S5的寄生电容、第三电容C3、第四电容D4与飞轮二极管D6构成回路，并且通过第二电容C2与第二电感L2将储存能量传送至负载180，以提供负载180所需的工作电压。
[0073]之后，第三控制信号CS3例如为低逻辑电平，第四控制信号CS4例如为高逻辑电平，使得第六开关S6，且第五开关S5，则直交流转换电路300进入第三模式。此时，直流输入源170所产生的直流信号经由第六开关S6与第三电容C3,传送至第一电感LI与第一电容Cl所组成的共振电路，以开始对第一电感L1、第一电容Cl及第二电容C2进行充电。
[0074]接着，第三控制信号CS3例如仍为低逻辑电平，且第四控制信号CS4例如转换为低逻辑电平，使得第五开关S5与第六开关S6断开，则直交流转换电路300进入第四模式。此时，反流器110通过柔性切换操作，使得飞轮二极管D6导通，且第一电容Cl上的跨压产生极性反转并产生负电压，则第一电容Cl与第一电感LI经由第六开关S6的寄生电容、第三电容C3、第四电容C4与飞轮二极管D5构成回路，并且通过第二电容C2与第二电感L2将储存能量传送至负载180，以提供负载180所需的工作电压。如此一来，直交流转换电路300即完成一个完整周期的动作。
[0075]请参考图4所示，其为本发明第四实施例的直交流电压转换电路的示意图。本实施例的直交流转换电路400包括反流器110、第一电感L1、第一电容Cl、第二电容C2、第二电感L2与第三电感L3。其中，反流器110、第一电感L1、第一电容Cl、第二电容C2与第二电感L2的耦接关系可参考图2所示，故在此不再赘述。
[0076]本实施例的直交流转换电路400与图2的直交流转换电路200的差异在于，本实施例的直流输入源170例如为直流电压源，图2的直流输入源170为直流电流源。并且，本实施例的直交流转换电路400还多了第三电感L3。
[0077]第三电感L3具有第一端411与第二端412，第三电感L3的第一端411耦接反流器110的输出接点113，第三电感L3的第二端412耦接第一电感LI的第一端121。也就是说，第三电感L3耦接于反流器110的两输出节点113和114的其中之一与第一电感LI的第一端121之间。而第三电感L3的作用在于防止涌入电流(Inrush Current)的产生，以避免涌入电流造成后端的电路损坏。
[0078]另外，本实施例的直交流转换电路400的操作可参考图2的直交流转换电路200的实施方式，故在此不再赘述。并且，直交流转换电路400仍可通过柔性切换操作，降低开关切换的损失，并且可达成低电磁干扰、低涟波输出电压与高转换效率等作用。
[0079]请参考图5所示，其为本发明第五实施例的直交流电压转换电路的示意图。本实施例的直交流转换电路500与图4的直交流转换电路400的差异在于，本实施例的反流器110为半桥式反流器，图4的反流器110为全桥式反流器。
[0080]另外，本实施例的直交流转换电路500与图3的直交流转换电路300的差异在于，本实施例的直流输入源170例如为直流电压源，图3的直流输入源170为直流电流源。并且，本实施例的直交流转换电路500还多了第三电感L3。
[0081]因此，本实施例的直交流转换电路500的操作可合并参考图3与图4的直交流转换电路300与400的实施方式，故在此不再赘述。并且，直交流转换电路500仍可通过柔性切换操作，降低开关切换的损失，并且可达成低电磁干扰、低涟波输出电压与高转换效率等作用。
[0082]本发明的实施例的直交流转换电路，其通过反流器、第一电感及第一电容所形成的共振电路以及第二电感与第二电容的电路结构，并且通过柔性切换操作，以降低开关的切换损失，且第一电容上的跨压产生极性反转并产生负电压，以克服负载电压的电位障避问题。另外，第一电感的电感值可设计小于第二电感的电感值，使得流过第一电感的电流较大，并且使得第一电容的跨压极性产生反转时，第一电容上的负电压也足够大。此外，当直流输入源为直流电压源时，于反流器与第一电感之间配置第三电感，以防止涌入电流的产生，进而避免后端电路产生损坏。如此一来，可降低设计的复杂度，并达成低电磁干扰、低涟波输出电压、高转换效率等作用。
【权利要求】
1.一种直交流转换电路，其特征在于，包括: 一反流器，具有两输入接点与两输出接点，该两输入接点用于接收一直流信号，该两输出接点输出一交流信号； 一第一电感，具有一第一端与一第二端，该第一电感的该第一端稱接该反流器的该两输出接点的其中之一； 一第一电容，具有一第一端与一第二端，该第一电容的该第一端稱接该第一电感的该第一端，该第一电容的该第二端耦接该第一电感的该第二端； 一第二电容，具有一第一端与一第二端，该第二电容的该第一端稱接该第一电感的该第二端，该第二电容的该第二端耦接该反流器的两输出接点的其中另一与一负载；以及一第二电感，具有一第一端与一第二端，该第二电感的该第一端耦接该第二电容的该第一端，该第二电感的该第二端耦接该负载； 其中，该交流信号输出至该第一电感与该第一电容，以进行一能量的储存，并以该能量对该第二电容进行充电，该反流器通过一柔性切换操作，使该第一电容上的跨压极性会产生反转，借以将该能量传送至该负载。
2.根据权利要求1所述的直交流转换电路，其特征在于，该直流信号为一直流电压源。
3.根据权利要求2所述的直交流转换电路，其特征在于，还包括一第三电感，耦接于该反流器的该两输出接点的其中之一与该第一电感的该第一端之间。
4.根据权利要求1所述的直交流转换电路，其特征在于，该直流信号为一直流电流源。
5.根据权利要求1所述的直交流转换电路，其特征在于，该第一电感的电感值小于该第二电感的电感值。
6.根据权利要求1所述的直交流转换电路，其特征在于，该反流器为一全桥式反流器。
7.根据权利要求6所述的直交流转换电路，其特征在于，该反流器包括: 一第一开关，具有一第一端、一第二端与一第三端，该第一开关的该第一端接收一第一控制信号，该第一开关的该第二端作为该反流器的该两输入接点的其中之一，该第一开关的该第三端作为该反流器的该两输出接点的其中之一； 一第二开关，具有一第一端、一第二端与一第三端，该第二开关的该第一端接收一第二控制信号，该第二开关的该第二端耦接该第一开关的该第二端，该第二开关的该第三端作为该反流器的该两输出接点的其中另一； 一第三开关,具有一第一端、一第二端与一第三端，该第三开关的该第一端接收该第二控制信号，该第三开关的该第二端耦接该第一开关的该第三端，该第三开关的该第三端作为该反流器的该两输入接点的其中另一； 一第四开关，具有一第一端、一第二端与一第三端，该第四开关的该第一端接收该第一控制信号，该第四开关的该第二端耦接该第二开关的该第三端，该第四开关的该第三端耦接该第三开关的该第三端；以及 四飞轮二极管，其分别反向并联耦接该第一开关、该第二开关、该第三开关与该第四开关，其中该第一控制信号与该第二控制信号除该第一控制信号该第二控制信号同时处于一低逻辑电平的一死带状态，其余时间为互补。
8.根据权利要求1所述的直交流转换电路，其特征在于，该反流器为一半桥式反流器。
9.根据权利要求8所述的直交流转换电路，其特征在于，该反流器包括:一第五开关，具有一第一端、一第二端与一第三端，该第五开关的该第一端接收一第三控制信号，该第五开关的该第二端作为该反流器的该两输入接点的其中之一，该第五开关的该第三端作为该反流器的该两输出接点的其中之一； 一第三电容，具有一第一端与一第二端，该第三电容的该第一端稱接该第五开关的该第二端，该第三电容的该第二端作为该反流器的该两输出接点的其中另一； 一第六开关，具有一第一端、一第二端与一第三端，该第六开关的该第一端接收一第四控制信号，该第六开关的该第二端耦接该第五开关的该第三端，该第六开关的该第三端作为该反流器的该两输入 接点的其中另一； 一第四电容，具有一第一端与一第二端，该第四电容的该第一端I禹接该第三电容的该第二端，该第四电容的该第二端耦接该第六开关的该第三端；以及 二飞轮二极管，其分别反向并联耦接该第五开关与该第六开关，其中该第三控制信号与该第四控制信号除该第三控制信号与该第四控制信号同时处于一低逻辑电平的一死带状态，其余时间为互补。
【文档编号】H02M7/48GK103715923SQ201210449117
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年11月12日 优先权日:2012年10月1日
【发明者】陈伯彦, 潘晴财, 林保全, 杨明哲 申请人:财团法人工业技术研究院