直流交流转换装置及其操作方法
【专利摘要】一种直流交流转换装置及其操作方法，该直流交流转换装置转换直流输入电源为三相交流输出电源。直流交流转换装置包括输入电容组、第一转换电路、第二转换电路以及控制电路。输入电容组连接直流输入电源，具有中性点；其中中性点连接三相交流输出电源的第一相序。第一转换电路连接三相交流输出电源的第二相序与第三相序。第二转换电路连接三相交流输出电源的第一相序、第二相序以及第三相序。控制电路产生多个控制信号，分别控制第一转换电路与第二转换电路，以转换直流输入电源为三相交流输出电源。本发明所改良的直流交流转换装置，可通过简化一相序的电路元件，达到节省开关、输出电感组以及输出电容组的数量的目的。
【专利说明】
直流交流转换装置及其操作方法
技术领域
[0001]本发明有关一种直流交流转换装置及其操作方法，尤指一种应用于太阳光伏发电系统的直流交流转换装置及其操作方法。
【背景技术】
[0002]请参阅图1与图2分别为先前技术直流交流电源转换系统的电路图与直流交流电源转换系统的控制电路的方块示意图。该直流交流电源转换系统系接收一直流输入电压Sdc,并且转换该直流输入电压Sdc为一三相交流输出电压Sac。具体而言，该直流交流电源转换系统主体为该三相三桥臂逆变器。如图1所示，元件标号为a者，为三相中的a相；元件标号为b者，为三相中的b相；同理，元件标号为c者，为三相中的c相。
[0003]传统的三相三桥臂逆变器不仅本身开关元件数量较多，其中一相至少使用四个开关元件，以a相为例，使用Sal、Sa2、Sa3以及Sa4四个开关元件。此外，该三相三桥臂逆变器在所对应的信号控制(如图2所示)控制与操作过程中，存在漏电流较大的缺点。
[0004]因此，如何设计出一种直流交流转换装置及其操作方法，可通过简化一相序的电路元件，达到电路简化的优势，并且搭配平衡电路的操作，精确地控制直流输入侧两电容上的跨压等于直流输入电压的一半，将可大大地降低寄生电容电压所造成漏电流的影响，为本案发明人所欲克服并加以解决的一大课题。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明提供一种直流交流转换装置，以克服熟知技术的问题。因此本发明直流交流转换装置，是以转换一直流输入电源为一三相交流输出电源。该直流交流转换装置包括一输入电容组、一第一转换电路以及一第二转换电路。该输入电容组连接该直流输入电源，具有一中性点；其中该中性点连接该三相交流输出电源的一第一相序，以提供一第一路径。该第一转换电路包括一第一桥臂与一第二桥臂；其中该第一桥臂具有一第一上桥开关单元与串联连接该第一上桥开关单元的一第一下桥开关单元，且连接于一第一连接点；该第二桥臂具有一第二上桥开关单元与串联连接该第二上桥开关单元的一第二下桥开关单元，且连接于一第二连接点；其中该第一连接点连接该三相交流输出电源的一第二相序，以提供一第二路径，该第二连接点连接该三相交流输出电源的一第三相序，以提供一第三路径。该第二转换电路包括一第三桥臂与一第四桥臂；其中该第三桥臂具有一第三上桥开关单元与串联连接该第三上桥开关单元的一第三下桥开关单元，以形成具有一第一端与一第二端的一第一串联路径，且该第一端连接该第二路径；该第四桥臂具有一第四上桥开关单元与串联连接该第四上桥开关单元的一第四下桥开关单元，以形成具有一第一端与一第二端的一第二串联路径，且该第一端系连接该第三路径。其中该第一串联路径的该第二端连接该第二串联路径的该第二端，且再连接该第一路径。该控制电路产生多个控制信号，分别控制该第一转换电路与该第二转换电路，以转换该直流输入电源为该三相交流输出电源。
[0006]为了解决上述问题，本发明提供一种直流交流转换装置的操作方法，以克服熟知技术的问题。因此本发明直流交流转换装置的操作方法提供该直流交流转换装置以转换一直流输入电源为一三相交流输出电源。该操作方法包括下列步骤:(a)提供一输入电容组，连接该直流输入电源，且具有一中性点；其中该中性点连接该三相交流输出电源的一第一相序，以提供一第一路径；(b)提供一第一转换电路，包括一第一桥臂与一第二桥臂；其中该第一桥臂具有一第一上桥开关单元与串联连接该第一上桥开关单元的一第一下桥开关单元，且连接于一第一连接点；该第二桥臂具有一第二上桥开关单元与串联连接该第二上桥开关单元的一第二下桥开关单元，且连接于一第二连接点；其中该第一连接点连接该三相交流输出电源的一第二相序，以提供一第二路径，该第二连接点连接该三相交流输出电源的一第三相序，以提供一第三路径；(C)提供一第二转换电路，包括一第三桥臂与一第四桥臂；其中该第三桥臂具有一第三上桥开关单元与串联连接该第三上桥开关单元的一第三下桥开关单元，以形成具有一第一端与一第二端的一第一串联路径，且该第一端连接该第二路径；该第四桥臂具有一第四上桥开关单元与串联连接该第四上桥开关单元的一第四下桥开关单元，以形成具有一第一端与一第二端的一第二串联路径，且该第一端系连接该第三路径；其中该第一串联路径的该第二端连接该第二串联路径的该第二端，且再连接该第一路径；及(d)提供一控制电路，产生多个控制信号，分别控制该第一转换电路与该第二转换电路，以转换该直流输入电源为该三相交流输出电源。
[0007]本发明所改良的直流交流转换装置，可通过简化一相序的电路元件，达到节省开关、输出电感组以及输出电容组的数量的目的。
[0008]为了能更进一步了解本发明为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
【附图说明】
[0009]图1为先前技术直流交流电源转换系统的电路图；
[0010]图2为先前技术直流交流电源转换系统的控制电路的方块示意图；
[0011 ]图3为本发明直流交流转换装置较佳实施例的电路图；
[0012]图4A为本发明直流交流转换装置的控制电路第一实施例的方块示意图；
[0013]图4B为本发明直流交流转换装置的控制电路第二实施例的方块示意图；
[0014]图5为本发明直流交流转换装置的控制信号产生电路的电路图；
[0015]图6为本发明直流交流转换装置的控制信号的波形示意图；
[0016]图7A为本发明直流交流转换装置操作于ab相切换的正半周储能的电流路径示意图；
[0017]图7B为本发明直流交流转换装置操作于ab相切换的正半周释能的电流路径示意图；
[0018]图7C为本发明直流交流转换装置操作于ab相切换的负半周储能的电流路径示意图；
[0019]图7D为本发明直流交流转换装置操作于ab相切换的负半周释能的电流路径示意图；
[0020]图8为本发明直流交流转换装置另一较佳实施例的电路图；及
[0021]图9为本发明直流交流转换装置操作方法的流程图。
[0022]其中，附图标记说明如下:
[0023]Sdc直流输入电源
[0024]Sac三相交流输出电源
[0025]Vp第一直流电压
[0026]Vn第二直流电压
[0027]10输入电容组
[0028]11第一转换电路
[0029]12第二转换电路
[0030]101 第一电容
[0031]102 第二电容
[0032]111 第一桥臂
[0033]112 第二桥臂
[0034]123第三桥臂
[0035]124第四桥臂
[0036]2控制电路
[0037]20控制信号产生电路
[0038]201信号反向单元
[0039]202第一反门单元
[0040]203第二反门单元
[0041]204第一比较单元
[0042]205第二比较单元
[0043]21第一运算单元
[0044]22第二运算单元
[0045]23平衡电路
[0046]231第三运算单元
[0047]232比例积分控制单元
[0048]24第四运算单元
[0049]25第五运算单元
[0050]30输出滤波电路
[0051]IllU第一上桥开关单元
[0052]IllL第一下桥开关单元
[0053]112U第二上桥开关单元
[0054]112L第二下桥开关单元
[0055]123U第三上桥开关单元
[0056]123L第三下桥开关单元
[0057]124U第四上桥开关单元
[0058]124L第四下桥开关单元
[0059]Lal 第一电感
[0060]Lcl 第二电感
[0061]La2第三电感
[0062]Lc2第四电感
[0063]Cal 第一电容
[0064]Ccl 第二电容
[0065]Ca2第三电容
[0066]Cc2第四电容
[0067]Po中性点
[0068]Pl第一连接点
[0069]P2第二连接点
[0070]Pthl 第一路径
[0071]Pth2 第二路径
[0072]Pth3第三路径
[0073]Psl第一串联路径
[0074]Ps2第二串联路径
[0075]Phl 第一相序
[0076]Ph2 第二相序
[0077]Ph3第三相序
[0078]Tll第一串联路径第一端
[0079]T12第一串联路径第二端
[0080]T21第二串联路径第一端
[0081]T22第二串联路径第二端
[0082]Va a相电压
[0083]Vb b相电压
[0084]Vc c相电压
[0085]ia a相电流
[0086]ib b相电流
[0087]ic c相电流
[0088]Sa a相信号
[0089]Sb b相信号
[0090]Sc c相信号
[0091]Sab ab相间信号
[0092]Scb cb相间信号
[0093]Sab’ ab相间修正信号
[0094]Scb ’ cb相间修正信号
[0095]Stri三角载波信号
[0096]Sai第一控制信号
[0097]Sa2第二控制信号
[0098]Sa3第三控制信号
[0099]Sa4第四控制信号
[0100]Δ Spn电压差信号
[0101]Lps正半周储能回路
[0102]Lpr正半周释能回路
[0103]Lns负半周储能回路
[0104]Lnr负半周释能回路
[0105]t0 ?t2 时间
[0106]SlO ?S40 步骤
[0107]Cpl, Cp2 寄生电容
[0108]Icpl，Icp2 漏电流
【具体实施方式】
[0109]有关本发明的技术内容及详细说明，配合图式说明如下:
[0110]请参阅图3为本发明直流交流转换装置较佳实施例的电路图。本发明该直流交流转换装置是以转换一直流输入电源Sdc为一三相交流输出电源Sac。该直流交流转换装置包括一输入电容组10、一第一转换电路11、一第二转换电路12以及一控制电路2。该输入电容组10包括一第一电容101与一第二电容102，该第一电容101与该第二电容102串联连接并接收该直流输入电源Sdc。其中该第一电容101与该第二电容102连接于一中性点Po，以维持该第一电容101与第二电容102的跨压分别等于该直流输入电源Sdc所提供的一直流输入电压的一半。其中，该第一电容101两端所跨的电压大小为一第一直流电压Vp ；该第二电容102两端所跨的电压大小为一第二直流电压Vn。
[0111]该三相交流输出电源Sac具有三个相序，分别为一第一相序Phl、一第二相序Ph2以及一第三相序Ph3。为了方便说明，以该第一相序Phl对应一 b相电压Vb，该第二相序Ph2对应一 a相电压Va，以及该第三相序Ph3对应一 c相电压Vc。然而，由于本案全文以该三相交流输出电源Sac为一三相平衡电源为例说明，因此，该三相交流输出电源Sac的三个相序所对应的相电压并不以上述实施例为限制。值得一提，该中性点Po连接该三相交流输出电源Sac的该第一相序Phl，亦即该中性点Po连接该b相电压Vb,以提供一第一路径Pthl0
[0112]该第一转换电路11包括一第一桥臂111与一第二桥臂112。其中该第一桥臂111具有一第一上桥开关单元IllU与串联连接该第一上桥开关单元IllU的一第一下桥开关单元111L，且该第一上桥开关单元IllU与该第一下桥开关单元IllL共同连接于一第一连接点P1。该第二桥臂112具有一第二上桥开关单元112U与串联连接该第二上桥开关单元112U的一第二下桥开关单元112L，且该第二上桥开关单元112U与该第二下桥开关单元112L共同连接于一第二连接点P2。再者，该第一连接点Pl连接该三相交流输出电源Sac的该第二相序Ph2，亦即该第一连接点Pl连接该a相电压Va，以提供一第二路径Pth2。该第二连接点P2连接该三相交流输出电源Sac的该第三相序Ph3，亦即该第二连接点P2连接该c相电压Vc，以提供一第三路径Pth3。
[0113]该第二转换电路12包括一第三桥臂123与一第四桥臂124。其中该第三桥臂123具有一第三上桥开关单元123U与串联连接该第三上桥开关单元123U的一第三下桥开关单兀123L，以形成具有一第一端Tll与一第二端T12的一第一串联路径Psl，且该第一端Tll连接该第二路径Pth2。该第四桥臂124具有一第四上桥开关单元124U与串联连接该第四上桥开关单元124U的一第四下桥开关单元124L，以形成具有一第一端T21与一第二端T22的一第二串联路径Ps2，且该第一端T21连接该第三路径Pth3。此外，该第一串联路径Psl的该第二端T12连接该第二串联路径Ps2的该第二端T22，且再连接该第一路径Pthl。
[0114]该控制电路2产生多个控制信号，分别控制该第一转换电路11与该第二转换电路12，以降低该直流输入电压的寄生电容效应所造成的漏电流。
[0115]值得一提，本案该直流交流转换装置架构中，该第一转换电路11的该第一桥臂111实质上是对应该第二转换电路12的该第三桥臂123配置，对应该三相交流输出电源Sac的相同相序，对上述实施例而言，即对应该a相电压Va的a相桥臂架构。同理，该第一转换电路11的该第二桥臂112实质上是对应该第二转换电路12的该第四桥臂124配置，对应该三相交流输出电源Sac的相同相序，对上述实施例而言，即对应该c相电压Vc的c相桥臂架构。
[0116]此外，该直流交流转换装置还包括一输出滤波电路30。该输出滤波电路30包括一第一输出电感组、一第二输出电感组、一第一输出电容组以及一第二输出电容组。该第一输出电感组包括连接于该第二路径Pth2上的一第一电感Lal与连接于该第三路径Pth3上的一第二电感Lcl。该第二输出电感组包括连接于该第二路径Pth2上的一第三电感La2与连接于该第三路径Pth3上的一第四电感Lc2。其中该第一电感Lal串联连接该第三电感La2，该第二电感Lcl串联连接该第四电感Lc2。
[0117]该第一输出电容组包括连接于该第二路径Pth2上的一第一电容Cal与连接于该第三路径Pth3上的一第二电容Ce I。该第二输出电容组包括连接于该第二路径Pth2上的一第三电容Ca2与连接于该第三路径Pth3上的一第四电容Cc2。
[0118]除了前述对本发明的电路架构提出说明之外，本发明亦对该电路架构提出对应的控制策略。请参阅图4A为本发明直流交流转换装置的控制电路第一实施例的方块示意图。
[0119]对本案控制策略以两相间的参考信号为基础进行控制。具体说明如下:以图3所示的电路架构为例，亦即，该第一相序Phl所对应该b相电压Vb直接通过该第一路径Pthl与直流输入侧的该中性点Po连接。因此，上述所谓以两相间的参考信号为基础是指有别于熟知技术使用的电路架构以每一相信号Sa, Sb, Sc为基础，在本案电路架构下，一 ab相间信号Sab与一 cb相间信号Scb以作为参考信号提供转换为多个控制信号之用(容后详述)。其中该ab相间信号Sab为a相信号与b相信号相减所得，亦即，Sab = Sa-Sb ;该(^相间信号Scb为c相信号与b相信号相减所得，亦即，Scb = Sc-Sb0由此可知，若本案所米用的电路架构为:该第二相序Ph2所对应该a相电压Va直接通过该第二路径Pth2与直流输入侧的该中性点Po连接时，所使用的参考信号则为一 ba相间信号Sba与一 ca相间信号Sea。同理可知，若本案所采用的电路架构为:该第三相序Ph3所对应该c相电压Vc直接通过该第三路径Pth3与直流输入侧的该中性点Po连接时，所使用的参考信号则为一 ac相间信号Sac与一 be相间信号Sbc。故此，所采用的电路架构不同时，相对地，就需要配合所对应的相间信号作为参考信号提供该转换为多个控制信号之用。
[0120]再请参阅图4A，该控制架构主要分别将流经该第二路径Pth2、该第一路径Pthl以及该第三路径Pth3的一 a相电流ia、一 b相电流ib以及一 c相电流ic经过转换，以产生每相信号，亦即，该a相信号Sa、该b相信号Sb以及该c相信号Sc。更具体而言，本案该控制架构通过将该三相电流ia，ib, ic以两相座标(d-q轴)的方式进行转换以及运算，以简化控制流程的复杂度，并且再通过将两相座标转换回三相座标，如此将可得到每一相信号，亦即该a相信号Sa、该b相信号Sb以及该c相信号Sc。由于d_q轴转换技术为电力系统转换中常见的座标转换技术，因此在此不再赘述。
[0121]值得一提，在本案该电路架构下，并非直接以每相信号作为参考信号提供转换为多个控制信号之用，而是将该a相信号Sa与该b相信号Sb以输入一第一运算单元21，通过该第一运算单元21执行该a相信号Sa减去该b相信号Sb的运算，以产生该ab相间信号Sab。同理，该c信号Sc与该b相信号Sb以输入一第二运算单元22，通过该第二运算单元22执行该c相彳目号Sc减去该b相彳目号Sb的运算，以广生该cb相间彳目号Scb。故此，所得到该ab相间信号Sab与该cb相间信号Scb再输入至一控制信号产生电路20，并且通过与一三角载波信号Stri进行运算，以产生用以控制该第一转换电路11与该第二转换电路12的该些开关单元的多个控制信号(容后详述)。
[0122]请参阅图4B为本发明直流交流转换装置的控制电路第二实施例的方块示意图。该第二实施例与图4A所示的第一实施例最大差异在于该控制电路2还包括一平衡电路23、一第四运算单元24以及一第五运算单元25。该平衡电路23包括一第三运算单元231与一比例积分控制单元(PI controller) 232。该第三运算单元231接收直流输入侧的该第一直流电压Vp与该第二直流电压Vn，通过该第三运算单元231执行该第一直流电压Vp减去该第二直流电压Vn的运算，以产生该两直流电压间的电压差。并且，再通过该比例积分控制单元232对该电压差进行比例积分运算，以产生一稳定的电压差信号Λ Spn0
[0123]该第四运算单元24接收该ab相间信号Sab与该电压差信号Λ Spn，执行该ab相间信号Sab减去该电压差信号Λ Spn的运算，以产生一 ab相间修正信号Sab’。同理，该第五运算单元25接收该cb相间信号Scb与该电压差信号Λ Spn，执行该cb相间信号Scb减去该电压差信号Λ Spn的运算，以产生一 cb相间修正信号Scb’。换言之，通过该平衡电路23将该直流输入侧的该第一直流电压Vp与该第二直流电压Vn的电压差进行运算与转换后，所产生该电压差信号Λ Spn即为两电压间的平衡的补偿量。并且再通过该第四运算单元24以及该第五运算单元25的计算，将该补偿量结合至该ab相间信号Sab与该cb相间信号Scb，所得到该ab相间修正信号Sab’与该cb相间修正信号Scb’作为参考信号，提供转换所得的多个控制信号对该第一转换电路11与该第二转换电路12进行控制，以维持该第一电容101与该第二电容102的跨压，亦即该第一直流电压Vp与该第二直流电压Vn更精确地等于该直流输入电压的一半。
[0124]请参阅图5为本发明直流交流转换装置的控制信号产生电路的电路图。该控制信号产生电路20包括一信号反向单元201、一第一反门单元202、一第二反门单元203、一第一比较单元204以及一第二比较单元205。该第一比较单元204具有一反相输入端、一非反相输入端以及一输出端。该非反相输入端接收一 ab相间信号Sab，该反相输入端接收一三角载波信号Stri，该输出端输出一第一控制信号SA1。并且该输出端连接该第一反门单元202以输出一第三控制信号SA3。亦即，该第一控制信号Sai与该第三控制信号Sa3为电平互补的高频切换信号。其中该三角载波信号Stri为一高频载波信号。
[0125]该第二比较单元205具有一反相输入端、一非反相输入端以及一输出端。该非反相输入端连接该信号反向单元201再接收该ab相间信号Sab，该反相输入端接收该三角载波信号Stri，该输出端输出一第二控制信号SA2。并且该输出端连接该第二反门单元203以输出一第四控制信号SA4。亦即，该第二控制信号Sa2与该第四控制信号Sa4为电平互补的高频切换信号。
[0126]值得一提，上述该第一比较单元204的该非反相输入端接收一 ab相间信号Sab呼应于先前所提到:本案所采用的电路架构为该第一相序Phl所对应该b相电压Vb直接通过该第一路径Pthl与直流输入侧的该中性点Po连接时，所使用的参考信号则为该ab相间信号Sab与该cb相间信号Scb。换言之，在此电路架构下，若要执行a相电路切换控制时，该第一比较单元204的该非反相输入端则接收该ab相间信号Sab，使得该控制信号产生电路20产生所对应的该些控制信号Sai?SA4。同理，在此电路架构下，若要执行c相电路切换控制时，该第一比较单元204的该非反相输入端则接收该cb相间信号Scb，使得该控制信号产生电路20产生所对应的该些控制信号SCl?SC4。至于该直流交流转换装置的操作说明，将于后文有详细的阐述。
[0127]请参阅图6为本发明直流交流转换装置的控制信号的波形示意图。承上所述，为了方便说明与解释，图6将以电路架构为该第一相序Phl所对应该b相电压Vb直接通过该第一路径Pthl与直流输入侧的该中性点Po连接，并且执行a相电路切换控制所使用的参考信号为该ab相间信号Sab为例加以说明。具体而言，该控制信号产生电路20根据参考信号为该ab相间信号Sab所产生的该第一控制信号Sai控制该第一转换电路11的该第一上桥开关单元111U、该第三控制信号Sa3控制该第二转换电路12的该第三上桥开关单元123U、该第二控制信号Sa2控制该第一转换电路11的该第一下桥开关单元IllL以及该第四控制信号Sa4控制该第二转换电路12的该第三下桥开关单元123L。
[0128]至于该控制信号产生电路20根据参考信号为该cb相间信号Scb所产生的该些控制信号SCl?SC4以对应控制该第一转换电路11的该第二上桥开关单元112U与该第二下桥开关单元112L以及该第二转换电路12的该第四上桥开关单元124U与该第四下桥开关单元124L。该部分操作说明，由于动作原理与执行a相电路切换控制差异不大，因此可参考其说明，在此不再赘述。
[0129]再请参阅图6，当该相间信号Sab为正半周时(时间t0?tl区间)，该第一控制信号Sai与电平互补的该第三控制信号Sa3为高频切换信号、该第二控制信号Sa2为一低电平信号以及该第四控制信号Sa4为一高电平信号。其中该第一控制信号Sai与该第三控制信号Sa3为脉冲宽度调制信号(PffM signal)。值得一提，该脉冲宽度调制信号的切换频率(switching frequency)等于该三角载波信号Stri的频率。
[0130]当该相间信号Sab为负半周时(时间tl?t2区间)，该第二控制信号Sa2与电平互补的该第四控制信号Sa4为高频切换信号、该第一控制信号Sai为一低电平信号以及该第三控制信号Sa3为一高电平信号。其中该第二控制信号Sa2与该第四控制信号Sa4为脉冲宽度调制信号(PWM signal)。值得一提，该脉冲宽度调制信号的切换频率(switching frequency)等于该三角载波信号Stri的频率。
[0131]请参阅图7A为本发明直流交流转换装置操作于ab相切换的正半周储能的电流路径示意图。当该相间信号Sab为正半周操作下，该第一控制信号Sai为高频切换导通该第一上桥开关单元11 ?υ、该第三控制信号Sa3高频切换截止该第三上桥开关单元123U、该第二控制信号Sa2截止该第一下桥开关单元IllL以及该第四控制信号Sa4导通该第三下桥开关单元123L，并且该第一电感Lal与该第三电感La2为储能操作，因此，该直流交流转换装置提供一正半周储能回路Lps依序为该直流输入电源Sdc、该第一上桥开关单元111U、该第一电感Lal、该第三电感La2、该a相电压Va、该b相电压Vb、该中性点Po、该第二电容102，再回到该直流输入电源Sdc。
[0132]于ab相切换的正半周释能的电流路径示意图。当该相间信号Sab为正半周操作下，该第一控制信号Sai为高频切换截止该第一上桥开关单元111U、该第三控制信号Sa3高频切换导通该第三上桥开关单元123U、该第二控制信号Sa2截止该第一下桥开关单元IllL以及该第四控制信号Sa4导通该第三下桥开关单元123L，并且该第一电感Lal与该第三电感La2为释能操作，因此，该直流交流转换装置提供一正半周释能回路Lpr依序为该第一电感Lal、该第三电感La2、该a相电压Va、该b相电压Vb、该第三下桥开关单元123L、该第三上桥开关单元123U，再回到该第一电感Lai。
[0133]请参阅图7C为本发明直流交流转换装置操作于ab相切换的负半周储能的电流路径示意图。当相间信号Sab为负半周操作下，该第二控制信号Sa2为高频切换导通该第一下桥开关单元111L、该第四控制信号Sa4高频切换截止该第三下桥开关单元123L、该第一控制信号Sai截止该第一上桥开关单元IllU以及该第三控制信号Sa3导通该第三上桥开关单元123U，并且该第一电感Lal与该第三电感La2为储能操作，因此，该直流交流转换装置提供一负半周储能回路Lns依序为该直流输入电源Sdc、该第一电容101、该中性点Po、该b相电压Vb、该a相电压Va、该第三电感La2、该第一电感LaU该第一下桥开关单元111L，再回到该直流输入电源Sdc。
[0134]请参阅图7D为本发明直流交流转换装置操作于ab相切换的负半周释能的电流路径示意图。当相间信号Sab为负半周操作下，该第二控制信号Sa2为高频切换截止该第一下桥开关单元111L、该第四控制信号Sa4高频切换导通该第三下桥开关单元123L、该第一控制信号Sai截止该第一上桥开关单元IllU以及该第三控制信号Sa3导通该第三上桥开关单元123U，并且该第一电感Lal与该第三电感La2为释能操作，因此，该直流交流转换装置提供一负半周释能回路Lnr依序为该第三电感La2、该第一电感Lal、该第三上桥开关单元123U、该第三下桥开关单兀123L、该b相电压Vb、该a相电压Va，再回到该第三电感La2。
[0135]请参阅图8为本发明直流交流转换装置另一较佳实施例的电路图。图8所示该直流交流转换装置的电路拓朴实质上与图3所示该较佳实施例相同，换言之，图8与图3相同标号的元件或单元实质上相同，因此通过该另一较佳实施例的电路，同样可达到如图3所揭示的电路作用与功效。至于图8该电路的操作说明在此不再赘述，可对应参阅图3其及说明书内容的阐述。
[0136]请参阅图9为本发明直流交流转换装置操作方法的流程图。该直流交流转换装置以转换一直流输入电源为一三相交流输出电源。该操作方法包括下列步骤:首先，提供一输入电容组，连接该直流输入电源，且具有一中性点；其中该中性点连接该三相交流输出电源的一第一相序，以提供一第一路径(SlO)。其中该输入电容组包括一第一电容与一第二电容，该第一电容与该第二电容串联连接并接收该直流输入电源。其中该第一电容与该第二电容连接于该中性点，以维持该第一电容与第二电容的跨压分别等于该直流输入电源所提供的一直流输入电压的一半。其中，该第一电容两端所跨的电压大小为一第一直流电压；该第二电容两端所跨的电压大小为一第二直流电压。
[0137]然后，提供一第一转换电路，包括一第一桥臂与一第二桥臂；其中该第一桥臂具有一第一上桥开关单元与串联连接该第一上桥开关单元的一第一下桥开关单元，且连接于一第一连接点；该第二桥臂具有一第二上桥开关单元与串联连接该第二上桥开关单元的一第二下桥开关单元，且连接于一第二连接点；其中该第一连接点连接该三相交流输出电源的一第二相序，以提供一第二路径，该第二连接点连接该三相交流输出电源的一第三相序，以提供一第三路径(S20)。
[0138]然后，提供一第二转换电路，包括一第三桥臂与一第四桥臂；其中该第三桥臂具有一第三上桥开关单元与串联连接该第三上桥开关单元的一第三下桥开关单元，以形成具有一第一端与一第二端的一第一串联路径，且该第一端连接该第二路径；该第四桥臂具有一第四上桥开关单元与串联连接该第四上桥开关单元的一第四下桥开关单元，以形成具有一第一端与一第二端的一第二串联路径，且该第一端连接该第三路径；其中该第一串联路径的该第二端连接该第二串联路径的该第二端，且再连接该第一路径(S30)。
[0139]最后，提供一控制电路，产生多个控制信号，分别控制该第一转换电路与该第二转换电路，以转换该直流输入电源为该三相交流输出电源流(S40)。
[0140]此外，该操作方法还包括提供一输出滤波电路。该输出滤波电路包括一第一输出电感组、一第二输出电感组、一第一输出电容组以及一第二输出电容组。该第一输出电感组包括连接于该第二路径上的一第一电感与连接于该第三路径上的一第二电感。该第二输出电感组包括连接于该第二路径上的一第三电感与连接于该第三路径上的一第四电感。其中该第一电感串联连接该第三电感，该第二电感串联连接该第四电感。
[0141]该第一输出电容组包括连接于该第二路径上的一第一电容与连接于该第三路径上的一第二电容。该第二输出电容组包括连接于该第二路径上的一第三电容与连接于该第三路径上的一第四电容。
[0142]再者，控制电路还包括一平衡电路、一第四运算单元以及一第五运算单元。该平衡电路包括一第三运算单元与一比例积分控制单元。该第三运算单元接收该第一直流电压与该第二直流电压，执行该第一直流电压减去该第二直流电压的运算，以产生一电压差。该比例积分控制单元接收该电压差，执行该电压差的比例积分运算，以产生一电压差信号。该第四运算单元接收该ab相间信号与该电压差信号，执行该ab相间信号减去该电压差信号，以产生一 ab相间修正信号。该第五运算单元接收该cb相间信号与该电压差信号，执行该cb相间信号减去该电压差信号，以产生一 cb相间修正信号。其中该ab相间修正信号与该cb相间修正信号以输入该控制信号产生电路，以产生该些控制信号，提供转换所得的多个控制信号对该第一转换电路与该第二转换电路进行控制，以维持该第一电容与该第二电容的跨压，亦即该第一直流电压与该第二直流电压更精确地等于该直流输入电压的一半。
[0143]综上所述，本发明具有以下的特征与优点:
[0144]1、利用本发明所改良的直流交流转换装置，可通过简化一相序的电路元件，达到节省开关、输出电感组以及输出电容组的数量；及
[0145]2、通过该第一转换电路与该第二转换电路的设计，实现该输出电感组的储能与释能操作，并且搭配该平衡电路23的操作，将该直流输入侧的该第一直流电压Vp与该第二直流电压Vn的电压差进行运算与转换后，所产生该电压差信号Λ Spn即为两电压间的平衡的补偿量，以维持该第一电容101与该第二电容102的跨压，亦即该第一直流电压Vp与该第二直流电压Vn更精确地等于该直流输入电压的一半，如此将可大大地降低寄生电容电压所造成漏电流的影响。
[0146]以上所述，仅为本发明较佳具体实施例的详细说明与图式，本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以下述的权利要求范围为准，凡符合本发明权利要求的精神与其类似变化的实施例，皆应包括于本发明的范畴中，任何熟悉该项技术的人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在以下本案的专利范围。
【主权项】
1.一种直流交流转换装置，以转换一直流输入电源为一三相交流输出电源；其特征在于，该直流交流转换装置包括: 一输入电容组，连接该直流输入电源，且具有一中性点；其中该中性点连接该三相交流输出电源的一第一相序，以提供一第一路径； 一第一转换电路，包括一第一桥臂与一第二桥臂；其中该第一桥臂具有一第一上桥开关单元与串联连接该第一上桥开关单元的一第一下桥开关单元，且连接于一第一连接点；该第二桥臂具有一第二上桥开关单元与串联连接该第二上桥开关单元的一第二下桥开关单元，且连接于一第二连接点；其中该第一连接点连接该三相交流输出电源的一第二相序，以提供一第二路径，该第二连接点连接该三相交流输出电源的一第三相序，以提供一第三路径； 一第二转换电路，包括一第三桥臂与一第四桥臂；其中该第三桥臂具有一第三上桥开关单元与串联连接该第三上桥开关单元的一第三下桥开关单元，以形成具有一第一端与一第二端的一第一串联路径，且该第一端连接该第二路径；该第四桥臂具有一第四上桥开关单元与串联连接该第四上桥开关单元的一第四下桥开关单元，以形成具有一第一端与一第二端的一第二串联路径，且该第一端连接该第三路径；其中该第一串联路径的该第二端连接该第二串联路径的该第二端，且再连接该第一路径；及 一控制电路，产生多个控制信号，分别控制该第一转换电路与该第二转换电路，以转换该直流输入电源为该三相交流输出电源。2.如权利要求1所述的直流交流转换装置，其特征在于，还包括: 一输出滤波电路，包括: 一第一输出电感组，包括连接于该第二路径上的一第一电感与连接于该第三路径上的一第二电感； 一第二输出电感组，包括连接于该第二路径上的一第三电感与连接于该第三路径上的一第四电感；其中该第一电感串联连接该第三电感，该第二电感串联连接该第四电感； 一第一输出电容组，包括连接于该第二路径上的一第一电容与连接于该第三路径上的一第二电容；及 一第二输出电容组，包括连接于该第二路径上的一第三电容与连接于该第三路径上的一第四电容。3.如权利要求2所述的直流交流转换装置，其特征在于，该控制电路至少包括一控制信号产生电路，该控制信号产生电路包括: 一信号反向单元； 一第一反门单元； 一第二反门单元； 一第一比较单元，具有一反相输入端、一非反相输入端以及一输出端；该非反相输入端接收一相间信号，该反相输入端接收一三角载波信号；该输出端输出一第一控制信号，并且该输出端连接该第一反门单元以输出一第三控制信号；其中该三角载波信号为一高频载波信号；及 一第二比较单元，具有一反相输入端、一非反相输入端以及一输出端；该非反相输入端连接该信号反向单元再接收该相间信号，该反相输入端接收该三角载波信号；该输出端输出一第二控制信号，并且该输出端连接该第二反门单元以输出一第四控制信号。4.如权利要求3所述的直流交流转换装置，其特征在于，当该交流输出相间电源为正半周时，该第一控制信号与电平互补的该第三控制信号为高频切换信号、该第二控制信号为一低电平信号以及该第四控制信号为一高电平信号；该交流输出相间电源为负半周时，该第二控制信号与电平互补的该第四控制信号为高频切换信号、该第一控制信号为一低电平信号以及该第三控制信号为一高电平信号。5.如权利要求4所述的直流交流转换装置，其特征在于，当该三相交流输出相间电源为正半周操作，该第一控制信号高频切换导通该第一上桥开关单元、该第三控制信号高频切换截止该第三上桥开关单元、该第二控制信号截止该第一下桥开关单元以及该第四控制信号导通该第三下桥开关单元时，该第一电感与该第三电感为储能操作，该直流交流转换装置提供一正半周储能回路依序为该直流输入电源、该第一上桥开关单元、该第一电感、该第三电感、该三相交流输出电源的a相电压、该三相交流输出电源的b相电压、该中性点以及该第二电容所构成。6.如权利要求4所述的直流交流转换装置，其特征在于，当该三相交流输出相间电源为正半周操作，该第一控制信号为高频切换截止该第一上桥开关单元、该第三控制信号高频切换导通该第三上桥开关单元、该第二控制信号截止该第一下桥开关单元以及该第四控制信号导通该第三下桥开关单元时，该第一电感与该第三电感为释能操作，该直流交流转换装置提供一正半周释能回路依序为该第一电感、该第三电感、该三相交流输出电源的a相电压、该三相交流输出电源的b相电压、该第三下桥开关单元以及该第三上桥开关单元所构成。7.如权利要求4所述的直流交流转换装置，其特征在于，当该三相交流输出相间电源为负半周操作，该第二控制信号为高频切换导通该第一下桥开关单元、该第四控制信号高频切换截止该第三下桥开关单元、该第一控制信号截止该第一上桥开关单元以及该第三控制信号导通该第三上桥开关单元时，该第一电感与该第三电感为储能操作，该直流交流转换装置提供一负半周储能回路依序为该直流输入电源、该第一电容、该中性点、该三相交流输出电源的b相电压、该三相交流输出电源的a相电压、该第三电感、该第一电感以及该第一下桥开关单元所构成。8.如权利要求4所述的直流交流转换装置，其特征在于，当该三相交流输出相间电源为负半周操作，该第二控制信号为高频切换截止该第一下桥开关单元、该第四控制信号高频切换导通该第三下桥开关单元、该第一控制信号截止该第一上桥开关单元以及该第三控制信号导通该第三上桥开关单元时，该第一电感与该第三电感为释能操作，该直流交流转换装置提供一负半周释能回路依序为该第三电感、该第一电感、该第三上桥开关单元、该第三下桥开关单元、该三相交流输出电源的b相电压以及该三相交流输出电源的a相电压所构成。9.如权利要求3所述的直流交流转换装置，其特征在于，该相间信号由各相信号相减产生；一 ab相间信号为一 a相信号减去一 b相信号产生，一 cb相间信号为一 c相信号减去该b相信号产生。10.如权利要求9项所述的直流交流转换装置，其特征在于，该控制电路还包括: 一平衡电路，包括: 一第三运算单元，接收该第一直流电压与该第二直流电压，执行该第一直流电压减去该第二直流电压的运算，以产生一电压差；及 一比例积分控制单元，接收该电压差，执行该电压差的比例积分运算，以产生一电压差信号; 一第四运算单元，接收该ab相间信号与该电压差信号，执行该ab相间信号减去该电压差信号，以产生一 ab相间修正信号；及 一第五运算单元，接收该cb相间信号与该电压差信号，执行该cb相间信号减去该电压差信号，以产生一 cb相间修正信号； 其中该ab相间修正信号与该cb相间修正信号以输入该控制信号产生电路，以产生所述控制信号。11.一种直流交流转换装置的操作方法，该直流交流转换装置以转换一直流输入电源为一三相交流输出电源，其特征在于，该操作方法包括下列步骤: (a)提供一输入电容组，连接该直流输入电源，且具有一中性点；其中该中性点连接该三相交流输出电源的一第一相序，以提供一第一路径； (b)提供一第一转换电路，包括一第一桥臂与一第二桥臂；其中该第一桥臂具有一第一上桥开关单元与串联连接该第一上桥开关单元的一第一下桥开关单元，且连接于一第一连接点；该第二桥臂具有一第二上桥开关单元与串联连接该第二上桥开关单元的一第二下桥开关单元，且连接于一第二连接点；其中该第一连接点连接该三相交流输出电源的一第二相序，以提供一第二路径，该第二连接点连接该三相交流输出电源的一第三相序，以提供一第三路径； (C)提供一第二转换电路，包括一第三桥臂与一第四桥臂；其中该第三桥臂具有一第三上桥开关单元与串联连接该第三上桥开关单元的一第三下桥开关单元，以形成具有一第一端与一第二端的一第一串联路径，且该第一端连接该第二路径；该第四桥臂具有一第四上桥开关单元与串联连接该第四上桥开关单元的一第四下桥开关单元，以形成具有一第一端与一第二端的一第二串联路径，且该第一端连接该第三路径；其中该第一串联路径的该第二端连接该第二串联路径的该第二端，且再连接该第一路径；及 (d)提供一控制电路，产生多个控制信号，分别控制该第一转换电路与该第二转换电路，以转换该直流输入电源为该三相交流输出电源。12.如权利要求11所述的直流交流转换装置的操作方法，其特征在于，还包括: 提供一输出滤波电路，包括: 一第一输出电感组，包括连接于该第二路径上的一第一电感与连接于该第三路径上的一第二电感； 一第二输出电感组，包括连接于该第二路径上的一第三电感与连接于该第三路径上的一第四电感；其中该第一电感串联连接该第三电感，该第二电感串联连接该第四电感； 一第一输出电容组，包括连接于该第二路径上的一第一电容与连接于该第三路径上的一第二电容；及 一第二输出电容组，包括连接于该第二路径上的一第三电容与连接于该第三路径上的一第四电容。13.如权利要求12所述的直流交流转换装置的操作方法，其特征在于，该控制电路至少包括一控制信号产生电路，该控制信号产生电路包括: 一信号反向单元； 一第一反门单元； 一第二反门单元； 一第一比较单元，具有一反相输入端、一非反相输入端以及一输出端；该非反相输入端接收一相间信号，该反相输入端接收一三角载波信号；该输出端输出一第一控制信号，并且该输出端连接该第一反门单元以输出一第三控制信号；其中该三角载波信号为一高频载波信号；及 一第二比较单元，具有一反相输入端、一非反相输入端以及一输出端；该非反相输入端连接该信号反向单元再接收该相间信号，该反相输入端接收该三角载波信号；该输出端输出一第二控制信号，并且该输出端连接该第二反门单元以输出一第四控制信号。14.如权利要求13所述的直流交流转换装置的操作方法，其特征在于，当该交流输出相间电源为正半周时，该第一控制信号与电平互补的该第三控制信号为高频切换信号、该第二控制信号为一低电平信号以及该第四控制信号为一高电平信号；该交流输出相间电源为负半周时，该第二控制信号与电平互补的该第四控制信号为高频切换信号、该第一控制信号为一低电平信号以及该第三控制信号为一高电平信号。15.如权利要求14所述的直流交流转换装置的操作方法，其特征在于，当该三相交流输出相间电源为正半周操作，该第一控制信号高频切换导通该第一上桥开关单元、该第三控制信号高频切换截止该第三上桥开关单元、该第二控制信号截止该第一下桥开关单元以及该第四控制信号导通该第三下桥开关单元时，该第一电感与该第三电感为储能操作，该直流交流转换装置提供一正半周储能回路依序为该直流输入电源、该第一上桥开关单元、该第一电感、该第三电感、该三相交流输出电源的a相电压、该三相交流输出电源的b相电压、该中性点以及该第二电容所构成。16.如权利要求14所述的直流交流转换装置的操作方法，其特征在于，当该三相交流输出相间电源为正半周操作，该第一控制信号为高频切换截止该第一上桥开关单元、该第三控制信号高频切换导通该第三上桥开关单元、该第二控制信号截止该第一下桥开关单元以及该第四控制信号导通该第三下桥开关单元时，该第一电感与该第三电感为释能操作，该直流交流转换装置提供一正半周释能回路依序为该第一电感、该第三电感、该三相交流输出电源的a相电压、该三相交流输出电源的b相电压、该第三下桥开关单元以及该第三上桥开关单元所构成。17.如权利要求14所述的直流交流转换装置的操作方法，其特征在于，当该三相交流输出相间电源为负半周操作，该第二控制信号为高频切换导通该第一下桥开关单元、该第四控制信号高频切换截止该第三下桥开关单元、该第一控制信号截止该第一上桥开关单元以及该第三控制信号导通该第三上桥开关单元时，该第一电感与该第三电感为储能操作，该直流交流转换装置提供一负半周储能回路依序为该直流输入电源、该第一电容、该中性点、该三相交流输出电源的b相电压、该三相交流输出电源的a相电压、该第三电感、该第一电感以及该第一下桥开关单元所构成。18.如权利要求14所述的直流交流转换装置的操作方法，其特征在于，当该三相交流输出相间电源为负半周操作，该第二控制信号为高频切换截止该第一下桥开关单元、该第四控制信号高频切换导通该第三下桥开关单元、该第一控制信号截止该第一上桥开关单元以及该第三控制信号导通该第三上桥开关单元时，该第一电感与该第三电感为释能操作，该直流交流转换装置提供一负半周释能回路依序为该第三电感、该第一电感、该第三上桥开关单元、该第三下桥开关单元、该三相交流输出电源的b相电压以及该三相交流输出电源的a相电压所构成。19.如权利要求13所述的直流交流转换装置的操作方法，其特征在于，该相间信号由各相信号相减产生；一 ab相间信号为一 a相信号减去一 b相信号产生，一 cb相间信号为一c相信号减去该b相信号产生。20.如权利要求19所述的直流交流转换装置的操作方法，其特征在于，该控制电路还包括: 一平衡电路，包括: 一第三运算单元，接收该第一直流电压与该第二直流电压，执行该第一直流电压减去该第二直流电压的运算，以产生一电压差；及 一比例积分控制单元，接收该电压差，执行该电压差的比例积分运算，以产生一电压差信号; 一第四运算单元，接收该ab相间信号与该电压差信号，执行该ab相间信号减去该电压差信号，以产生一 ab相间修正信号；及 一第五运算单元，接收该cb相间信号与该电压差信号，执行该cb相间信号减去该电压差信号，以产生一 cb相间修正信号； 其中该ab相间修正信号与该cb相间修正信号以输入该控制信号产生电路，以产生所述控制信号。
【文档编号】H02M7/487GK105991058SQ201510044911
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月29日
【发明人】辛伟纶, 陈弘毅
【申请人】台达电子工业股份有限公司