专利名称：无源触发型直流至交流电能转换装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种无源触发型直流至交流电能转换装置，特别是关 于 一种不干扰市电系统的无源触发型直流至交流电能转换装置。
背景技术：
现有独立式太阳能电能转换装置，请参照图l所示，其包含一电源
90、 一整流二极管91、 一蓄电池92、 一直流至交流换流器93、 一交流 负载94及一接口电路95。该电源90借助该整流二极管91将一直流电 能传送至该蓄电池92,利用该蓄电池92作为缓冲以提供一稳定的电量 给予该直流至交流换流器93。该直流至交流换流器93将该蓄电池92 的一直流电能转换成一交流电能，以供应该交流负载94所需的电能。 另外，该电能转换装置的接口电路95用以控制将多余的交流电能输往 市电系统，或者由该市电系统将一能量馈至该交流负载94的接口。 请再参照图l所示，因该直流至交流换流器93毕竟是由自激振荡
产生交流电，虽然该交流电的频率及相位可以由该市电系统提供参考， 然而，由于这种设计方式在操作的过程中，若直流至交流换流器93产 生故障时，会使市电系统引入大量的干扰，因此，该现有电能转换装置 必须要进行防干扰设计，也因为如此，其将产生电路设计的复杂度相对 提高等缺点。此外，在市电系统因需要进行维修保养而停电时，该换流 器的设计必须加装复杂的检测电路，以便检测到处于此一状态时，可立 即与市电系统跳脱开，否则，会形成在市电系统停电时，该换流器仍会 持续供电，导致严重干扰到市电系统，即发生所谓的「孤岛效应」。基 于上述原因，有必要进一步改良上述现有电能转换装置。
发明内容
本发明的主要目的是提供 一 种无源触发型直流至交流电能转换装 置，借助操作一隔离变压器、 一具有四个硅控整流器的可控式桥式整流 单元及一具有空气间隙的电感器，以便将直流电能转换至交流电能，使
得本发明具有降低装置成本及降低控制复杂度的功效；再者，借助本发 明的操作可避免孤岛效应的发生，以降低市电系统的干扰。
根据本发明的无源触发型直流至交流电能转换装置，其包含一种无 源触发型直流至交流电能转换装置，其包含一可控式桥式整流单元、一 电力电子开关、 一电感器及一隔离变压器。该可控式桥式整流单元由四
个硅控整流器(SCR)连接而成一全波整流电路，其中该可控式桥式整
流单元彼此不相互连接的二个硅控整流器形成一触发受控组，因此四个 硅控整流器则具有二个触发受控组。当电力电子开关导通时，借助该隔 离变压器、可控式桥式整流单元及电感器的操作，特别是将该二组触发 受控组利用触发角导通的方式进行控制，如此可将一太阳电池或其他方 式产生的直流电的能量，以电流方式由该隔离变压器的次级侧转至初级 侧，以完成直流电能及交流电能之间的转换。
其中还可另包含一个直流型继电器，该直流型继电器串联于该隔 离变压器的初级侧，该直流型继电器的控制端连接该电源两端。 该电感器可具有一个空气间隙。
另包含一个电阻器，该电阻器串联连接在该电源的负端与该可控式 桥式整流单元的第三端点之间。
另包含一个突波吸收器，该突波吸收器并联在该直流型继电器的接点。
该小容量储能装置可选自一个小容量电容器或一个小容量蓄电池。 可控式桥式整流单元还可包含一个緩冲电^^,该緩冲电路连接于该可控式桥式整流单元的第二端点及第四端点之间。
如上所述，相较于现有电能转换装置利用直流至交流换流器进行直 流电能与交流电能的转换，其具有容易干扰市电系统的缺点，本发明借 助该可控式桥式整流单元的导通触发控制，以控制在电感器及隔离变压 器内的电流流向，便可达到直流电能与交流电能的转换的目的。而且在 市电系统停电检修时，因为缺乏驱动电压，本发明的电能转换装置的电 感器会停止动作，而导致电能转换停止，所以绝对不会发生所谓的「孤 岛效应」。再者，本发明的无源触发型直流至交流电能转换装置因以交 流电半个周期为基础进行电能转换，故仅需装置小容量储能装置，其确 实可降低装置成本。
图1:现有无源直流至交流电能转换装置的电路图。 图2:本发明第一实施例的无源触发型直流至交流电能转换装置的 电路图。
图3:本发明第一实施例的无源触发型直流至交流电能转换装置当 电力电子开关导通时，电流由隔离变压器的次级侧流出的示意图。
图4:本发明第一实施例的无源触发型直流至交流电能转换装置当 电力电子开关导通时，电流由隔离变压器的次级侧流入的示意图。
图5:本发明第二实施例的无源触发型直流至交流电能转换装置的 电路图。
主要元件符号说明
1 反逆流二极管 3 电力电子开关
2 小容量储能装置 4 环路二极管
6可控式桥式整流单元
52第二端点
54第四端点
6电感器
71次级侧
8直流型继电器
91整流二极管
93直流至交流换流器
95接口电路
R电阻器
Y突波吸收器
SCR1第一硅控整流器
SCR3第三硅控整流器
51第一端点
53第三端点
55緩冲电路
7隔离变压器
72初级侧
90电源
92蓄电池
94交流负载
S电源
L负载
SCR2 第二硅控整流器 SCR4 第四硅控整流器
具体实施例方式
为让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特 举本发明的较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下
请参照图2所示，本发明第一实施例的无源触发型直流至交流电能 转换装置包含一电源S、 一反逆流二极管1、 一小容量储能装置2、 一 电力电子开关3、 一环路二极管4、 一可控式桥式整流单元5、 一电感 器6、 一隔离变压器7、 一直流型继电器8及一电阻器R。该可控式桥 式整流单元5由一第一硅控整流器SCR1、 一第二硅控整流器SCR2、 一 第三硅控整流器SCR3及一第四硅控整流器SCR4所连接构成一全桥式整 流电路，其中彼此不相互连接的二个硅控整流器形成一触发受控组(如 第一硅控整流器SCR1与第三硅控整流器SCR3形成一触发受控组；及第
7二硅控整流器SCR2与第四硅控整流器SCR4形成另一触发受控组)，因 此四个硅控整流器则具有二个触发受控组。该电感器6为一具有空气间 隙的电感器，该空气间隙用以进行能量储存，并利用电流连续的原理， 推动电流将能量自该电源S取出，再反馈回市电。该电阻器R串联连接 于该电源S的负端及该可控式桥式整流单元5之间，用以冲企测电流大小， 以作为四个硅控整流器SCR1、 SCR2、 SCR3及SCR4及电力电子开关3 的产生控制信号的参考。该电源S为一可再生的直流电源，例如一太阳 能、风力发电或生质能源(biomass energy)等，该电源S具有一正端及 一负端。
请再参照图2所示，在该可控式桥式整流单元5的操作中，在一个 触发时间下，至多一组触发受控组可以被触发导通，而另一组触发受控 组则不被触发，例如将该第一硅控整流器SCR1及第三硅控整流器SCR3 同时导通；而该第二硅控整流器SCR2及第四硅控整流器SCR4因不受触 发控制而未导通；而且，该四个硅控整流器SCR1、 SCR2、 SCR3及SCR4 也可以都不进行触发控制。如此，借助该可控式桥式整流单元5的四个 硅控整流器SCR1、 SCR2、 SCR3及SCR4的触发控制可以提供本发明的电 能转换装置在控制上有较弹性的选择，并且当进行触发控制时，更能降 低在未转换时间内的虚耗功率，而且该电能转换装置是先借助市电系统 推动电感器6开始，接着该电感器6的电流再将该电源S的能量驱动出 来，所以在外界供电停止时该电感器6会自动停止运作，因此能保证系 统不会发生孤岛效应。
请再参照图2所示，该无源直流至交流电能转换装置的电源S、反 逆流二极管1及电力电子开关3呈串联连接；该小容量储能装置2，其 设置于该电源S及该反逆流二极管1之间；该电力电子开关3的另一端 及该环路二极管4的一端连接至该可控式桥式整流单元5的第一端点51(由第一硅控整流器SCR1的阳极及第二硅控整流器SCR2的阳极所连 接的端点)，该可控式桥式整流单元5的第三端点53 (由第三硅控整流 器SCR3的阴极及第四硅控整流器SCR4的阴极所连接的端点)电性连接 至该电源S的负端、该小容量储能装置2的另一端及环路二极管4的另 一端。更进一步言之，该可控式桥式整流单元5的第三端点53较佳是 通过该电阻器R所组成的串联电路与该环路二极管4的另 一端、该小容 量储能装置2的另一端及该电源S的负端相互连接。
另外，请再参照图2所示，该可控式桥式整流单元5的第二端点 52(由第二硅控整流器SCR2的阴极及第三硅控整流器SCR3的阳极所连 接的端点)则是连接至该隔离变压器7的次级侧71的一端，该次级侧 71的另一端串联连接该电感器6的一端，而该电感器6的另一端则连 接至该可控式桥式整流单元5的第四端点54 (由第一硅控整流器SCR1 的阴极及第四硅控整流器SCR4的阳极所连接的端点)。该隔离变压器7 的初级侧72并4关连4I:市电系统，且并耳关至少一负载L。
请参照图3所示，当本发明第一实施例的无源触发型直流至交流电 能转换装置的电力电子开关3导通，及该第二硅控整流器SCR2及第四 硅控整流器SCR4被触发时，此时该第一硅控整流器SCR1及第三硅控整 流器SCR3是不导通状态，由于该隔离变压器7的初级侧72是连接至该 市电系统，因此该隔离变压器7通过匝数比将该市电系统的电压(例如 IIOV或220V)感应至次级侧71，该次级侧71流出的电流依序流经该 电感器6、可控式桥式整流单元5的第四硅控整流器SCR4、电阻器R、 电源S、反逆流二极管1、电力电子开关3及可控式桥式整流单元5的 第二硅控整流器SCR2，再回到次级侧71的另一端，以形成一环路。
请参照图4所示，当本发明第一实施例的无源触发型直流至交流电 能转换装置的电力电子开关3导通，及该第一硅控整流器SCR1及第三硅控整流器SCR3被触发时，该第二硅控整流器SCR2及第四硅控整流器 SCR4因未受到触发，而呈不导通状态，此时，流入该次级侧71的电流 依序流经该次级侧71、可控式桥式整流单元5的第三硅控整流器SCR3、 电阻器R、电源S、反逆流二极管1、电力电子开关3、可控式桥式整流 单元5的第一硅控整流器SCR1及电感器6,而形成一环路。
请再参照图3及4所示，本发明第一实施例的无源触发型直流至交 流电能转换装置于该电源S进一步并联设置该小容量储能装置2。该小 容量储能装置2可选自 一小容量电容器或一小容量蓄电池，该小容量储 能装置2并不需要储存许多能量，因该电力电子开关3每次仅需导通半 个交流电周期即可，所以该小容量储能装置2无须长时间供电。
请再参照图3及4所示，当本发明的可控式桥式整流单元5进行触 发控制时，该电阻器R可用于检测流经该电感器6上电流的大小及其波 形。藉此，由于硅控整流器SCR1、 SCR2、 SCR3及SCR4可依据其触发角 度进行控制，因此借助所检测到的电流波形，可供该可控式桥式整流单 元的二个触发受控组进行触发控制时的触发角度作为参考依据。
请再参照图3及4所示，通过触发控制该可控式桥式整流单元5的 二个触发受控组的其中一组形成导通(如控制第一硅控整流器SCR1与 第三硅控整流器SCR3形成触发导通；或控制第二硅控整流器SCR2与第 四硅控整流器SCR4形成触发导通)，并借助该电力电子开关3的导通， /人上述电流的二种流动方向而言，该电源S的电流流向恒为顺向，亦即 由负端流向正端，因此该电源S始终处于能量供应的角色，该电源S 的能量会由该隔离变压器7初级侧72的感应电流反馈回市电系统。另 外，因为本发明的负载L (连接于市电系统与初级侧72之间)所需的 电能平常亦可由市电系统供应，所以本发明的电能转换装置的发电量只 是补充市电系统而已，并不会影响负载L的正常运作，这个特性极适合
10该电源S为一具有不稳定的发电特性的电源，例如太阳能发电、风力发 电或生质能源等。
请再参照第3及4图所示，若该可控式桥式整流单元5的四个硅控 整流器SCR1、 SCR2、 SCR3及SCR4均不受触发控制，而不^皮导通时，于 该隔离变压器7的初级侧72即呈开路状态，所以对交流系统而言，只 有该隔离变压器7的初级侧72构成虚负载。为进一步降低本发明无源 触发型直流至交流电能转换装置对交流系统在非能量转换(直流转换交 流)时间内负载的依赖，本发明的直流型继电器8串联连接于该隔离变 压器7的初级侧72,该直流型继电器8由该电源S所控制，若该电源S 持续供应电压，则驱动该直流型继电器8导通；反之，若该电源S无法 持续供应电压，则该直流型继电器8形成开路，例如在夜间时，太阳能 板将于较长时间内无法进行直流电能转换交流电能的操作，亦即，无法 吸收能量而供应发电量，而该直流型继电器8则呈开路状态，此时，本 发明的电能转换装置对交流系统而言会自动跳脱，进而使市电系统的负 担大幅降低。其中该直流型继电器8的接点并联有一突波吸收器Y，用 以进行放电保护。
再者，请再参照图2所示，当市电因偶发事故瞬间跳脱时，若该电 源S持续提供电流至该次级侧71，则因该次级侧71缺乏交流电压的供 应，使该电阻器R会检测到一瞬间大电流，此时提供一控制信号，迅速 关闭该电力电子开关3，在此情况下，该电流经由该环路二极管4构成 一环路，慢慢消耗环路内的电流，并降低至零。
请参照图5所示，其揭示本发明第二实施例的无源触发型直流至交 流电能转换装置。相较于第一实施例，第二实施例的可控式桥式整流单 元5是进一步在该第二端点52及第四端点54之间设置一緩冲电路 (snubber circuit ) 55，该緩冲电路5 5是由 一 电阻串联一 电容所组成。
ii当其中的一触发受控组在不导通的状态下，仍会有些残余电流存在，此
时，可利用该緩冲电路55形成一环路，以泄放该残余电流。
如上所述，相较于现有电能转换装置利用直流至交流换流器进行直 流电能与交流电能的转换，其具有容易干扰市电系统的缺点，本发明借
助该可控式桥式整流单元5的导通触发控制，以控制在电感器6及隔离 变压器7内的电流流向，便可达到直流电能与交流电能的转换的目的。 而且在市电系统停电检修时，因为缺乏驱动电压，本发明的电能转换装 置的电感器6会停止动作，而导致电能转换停止，所以绝对不会发生所 谓的「孤岛效应」。再者，本发明的无源触发型直流至交流电能转换装 置因以交流电半个周期为基础进行电能转换，故仅需装置小容量储能装 置2,其确实可降低装置成本。
权利要求
1、一种无源触发型直流至交流电能转换装置，其特征在于，其包含一个电源，该电源为一个直流电源，该电源具有一正端及一负端；一个反逆流二极管，该反逆流二极管串联连接于该电源；一个小容量储能装置，与串联的该电源及该反逆流二极管相并联；一个电力电子开关，一端串联连接于该电源及该反逆流二极管；一个环路二极管，一端与该电力电子开关的另一端相互连接，而该环路二极管另一端则连接该电源的负端；一个可控式桥式整流单元，由四个硅控整流器组成一个全桥式整流电路，其中彼此不相互连接的二个硅控整流器形成一组触发受控组，即该可控式桥式整流单元具有二组触发受控组，该可控式桥式整流单元选择至多一组触发受控组被触发导通或二组触发受控组均不受触发导通，该可控式桥式整流单元具有四个端点，该可控式桥式整流单元的第一端点与该电力电子开关及环路二极管的一端连接，而该可控式桥式整流单元的第三端点与该电源的负端、小容量储能装置的另一端及环路二极管的另一端电性连接；一个电感器，一端与该可控式桥式整流单元的第四端点连接；及一个隔离变压器，具有一个初级侧及一个次级侧，其初级侧并联市电系统，其次级侧的一端与该电感器的另一端连接，而该次级侧的另一端则与该可控式桥式整流单元的第二端点连接。
2、 根据权利要求1所述的无源触发型直流至交流电能转换装置， 其特征在于另包含一个直流型继电器，该直流型继电器串联于该隔离 变压器的初级侧，该直流型继电器的控制端连接该电源两端。
3、 根据权利要求2所述的无源触发型直流至交流电能转换装置， 其特征在于另包含一个突波吸收器，该突波吸收器并联在该直流型继电器的接点。
4、 根据权利要求1所述的无源触发型直流至交流电能转换装置，其特征在于该电感器具有一个空气间隙。
5、 根据权利要求1所述的无源触发型直流至交流电能转换装置， 其特征在于另包含一个电阻器，该电阻器串联连接在该电源的负端与 该可控式桥式整流单元的第三端点之间。
6、 根据权利要求1所述的无源触发型直流至交流电能转换装置， 其特征在于该小容量储能装置选自一个小容量电容器或一个小容量蓄 电池。
7、 根据权利要求1所述的无源触发型直流至交流电能转换装置， 其特征在于可控式桥式整流单元另包含一个緩冲电路，该緩冲电路连 接于该可控式桥式整流单元的第二端点及第四端点之间。
全文摘要
一种无源触发型直流至交流电能转换装置，其包含一可控式桥式整流单元、一电力电子开关、一电感器及一隔离变压器。该可控式桥式整流单元由四个硅控整流器(SCR)连接而成一全波整流电路，其中该可控式桥式整流单元彼此不相互连接的二个硅控整流器形成一触发受控组，因此四个硅控整流器则具有二个触发受控组。当电力电子开关导通时，借助该隔离变压器、可控式桥式整流单元及电感器的操作，特别是将该二组触发受控组利用触发角导通的方式进行控制，如此可将一太阳电池或其他方式产生的直流电的能量，以电流方式由该隔离变压器的次级侧转至初级侧，以完成直流电能及交流电能之间的转换。
文档编号H02M7/505GK101510737SQ20081000822
公开日2009年8月19日 申请日期2008年2月15日 优先权日2008年2月15日
发明者刘文启 申请人:刘文启