具有接近零电流涟波的电力逆变及整流电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种具有接近零电流涟波的逆变电路，该逆变电路与一直流输入端相并联，其内至少一中层电力单元连接在一上层及一下层电力单元之间；该上层电力单元内的一第一电容器、一第一开关及一第二电容器连接至该中层电力单元，且其内的一第一电感器及一第一初级绕组串接在该第一电容器及第一开关之间，该第一初级绕组与第二电容器相连接，该第一电容器并与该第一开关相连接；该下层电力单元内的一第三电容器及一第二开关连接至该中层电力单元，且其内的一第二电感器及一第二初级绕组串接在该第三电容器及第二开关之间，该第二初级绕组与中层电力单元相连接，且该第二开关与该第三电容器相连接；该第一及第二初级绕组与至少一次级绕组组成一变压器。
【专利说明】具有接近零电流涟波的电カ逆变及整流电路
【技术领域】
[0001]本发明是ー种电カ逆变(inversion)或整流(rectification)电路,尤指ー种具有接近零电流链波(near zero current-ripple)的电カ逆变或整流电路，以期在电カ逆变或整流过程中，能有效消除输入电流或输出电流的涟波，同时可以大幅降低施加在该电路中各半导体开关(semiconductor switch)上的电压应力(voltage stress),进而有效提高电カ转换的效率。
【背景技术】
[0002]在现今许多电カ装置(electrical device)上所广泛使用的电源系统中，均设计有一逆变功能(inversion function),该逆变功能主要是用以将一直流电压逆变成ー交流电压，以供该电カ装置使用。请參阅图1所示的一种半桥(half-bridge)电路，该半桥电路是具备前述逆变功能的诸多习用电路中的一典型，在该半桥电路中，一直流输入电压Vin为分别与ー组相互串联的两电容器Cl、C2及ー组相互串联的两开关Ql、Q2相并联，且该半桥电路还包括有一变压器(transformer) Tl,该变压器是由ー初级绕组(primary winding)Pl及一次级绕组(secondary winding) SI所组成,其中该初级绕组Pl的一端连接至该ニ电容器Cl、C2之间，该初级绕组Pl的另一端则连接至该ニ开关Ql、Q2之间。藉此，在一切换周期(switching cycle)内逐一对该等开关Ql、Q2进行切换时,该半桥电路即能在该次级绕组SI对应的ー输出端AC产生所需的ー交流电压。
[0003]虽然，该半桥电路具有在半导体开关(semiconductor switch)Ql、Q2上施加较低电压应力(low voltage stress)的性能,但是，由于施加在该变压器的初级绕组Pl为直流输入电压Vin的一半，使得该初级绕组Pl上仍必须承受两倍的平均电流，故属于此种半桥式拓朴(half-bridge topology)的电路将会在半导体开关元件导通及关断瞬间，产生较高的电流变动率di/dt(rate of current change),且因此会较其它推挽式(push-pull)及全桥式(ful 1-bridge)拓扑的电路,产生较高的相关电磁干扰强度(electromagneticinterference,简称 EMI)。
[0004]为了有效降低电流涟波及瞬间电流变动率所产生的噪声(noises)，许多业者已广泛地将两组相同的电カ逆变器(power converters)予以交错(interleave)分时工作。然而在采取此ー架构时，电流涟波的降低或消除程度，完全需视该逆变器上各开关的工作周期而定。
[0005]有鉴于此，发明人于是考虑到利用最少的元件，设计出如图2所示的ー种能減少电流涟波的半桥电路，在图1及图2所示的半桥电路中，各对应元件上的电流Iin、Ipi及Ia波形则分别如图3(a)及图3(b)所示。在图2所示的半桥电路中，由于二相同初级绕组Pl、P2及一箝制电容器(clamping capacitor) C3的辅助，输入电流Iin上的电流链波几乎被抵消而趋近于零(a near zero input current-ripple is obtained),如图 3 (b)所示，因此，发明人仅需利用最少的元件，即能使图3(b)所示的半桥电路的输入电流Iin上的电流涟波，远较图3(a)所示的半桥电路的输入电流Iin上的电流涟波为低，因此除了能使用较小的输入滤波电容，更可进而大幅降低该半桥电路的电流变动率di/dt所产生的噪声(noises)。
[0006]此外，发明人还考虑到利用金属氧化物半导体场效应晶体管开关(以下简称M0SFET)的低电压规格(voltage rating)的低导通阻值RDS (on) ( S卩，MOSFET在导通状态时的阻抗)等特性，来降低损耗并提升转换效率，进而设计出如图4(a)所示的一种逆变电路(inversion)，该逆变电路可包括两组相互串联的MOSFET Q3?Ql及Q2?Q4，并分别搭配一箝制二极管(clamping diodes)Del、Dc2,以取代图3所示半桥电路中的两开关Ql及Q2。如此，由于导通该箝制二极管Dcl及Dc2时，将使施加在各该MOSFET Ql、Q2、Q3及Q4上的电压被限制在仅为输入电压Vin的二分之一，因此各该MOSFET的低电压规格的低导通阻值特性将可被有效利用，以使该逆变电路中的导通损耗(conduction losses)大幅降低,进而有效改善该逆变电路的效能。
[0007]然而,在前述电路中该等箝制元件的箝制作用(clamping function),仅会在一特定的控制时间(control timing)内完成，因此用以产生驱动信号(driversignal)Ves1、V(；S3、vCffi或(如图4 (b)所示)的一控制电路(control circuit)势必需经过特殊设计,尤其是，驱动信号Ves1-Ves3Jes2-Ves4之间的断开延迟(turn-off delay)必需经过特殊设计，以确保其能精准地在该特定控制时间内，产生对应的驱动信号，此一状况大幅增加了该控制电路在设计上的复杂度。
[0008]据此，如何透过简单的电路设计，使其所制成的逆变电路不仅能有效消除输入电流上的电流涟波，还能有效提升该逆变电路的效率，即成为本发明在此欲探讨的一重要课题。
【发明内容】
[0009]鉴于前述习知逆变电路所存在的问题与缺点，发明人于是根据多年实务经验及研究实验，终于开发设计出本发明的一种具有接近零电流涟波的电力逆变或整流电路，以期该电路在电力逆变或整流过程中，能有效消除输入电流的涟波，进而大幅降低施加在该电路中各半导体开关上的电压应力。
[0010]本发明的另一目的，是提供一种切换式的电力逆变器(switching mode powerconverter)，该逆变器具有一电力逆变或整流电路，并能在电力逆变或整流过程中，使漏电感(leakage inductance)及杂散电容(parasitic capacitor)成为一无耗损缓冲器(lossless snubber),使得漏电感的能量得以有效回收(recycling),并据以有效改善整体效能。
[0011]本发明的又一目的，是提供一种切换式的电力逆变器，该逆变器具有一电力逆变或整流电路，且在电力逆变或整流过程中仅需一控制电路，以提供具简单控制时间(simplecontrol timing)的一驱动信号driver signal),即能使其中的箝制元件在该控制时间内精准地完成箝制作用，以大幅降低该控制电路在设计上的复杂度。
[0012]本发明的另一目的，是提供一种切换式的电力逆变器，该逆变器具有一电力逆变或整流电路，且该电力逆变或整流电路中设有具低电压变动率(low voltage rating)及低饱和阻抗RDS(on)特性的半导体开关(semiconductor switches,如MOSFETs),或是设有具低顺向压降(forward voltage drop)特性的整流二极管(rectifier diodes),以有效降低其中电感的导通损耗(conduction losses),并据以有效改善整体效能。
[0013]为了对本发明之目的、结构及其功效，做更进ー步之说明，兹举实施例配合图式，详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是一传统半桥式电力逆变器(half-bridge power converter)的架构示意图；
[0015]图2是另ー传统半桥式电力逆变器的架构示意图；
[0016]图3(a)及图3(b)分别是图1及图2所示的半桥式电力逆变器的对应元件上的电流波形示意图；
[0017]图4(a)及图4(b)分别是又一传统半桥式电力逆变器的架构示意图及其上驱动信号U。、VGS2, Vgs4的波形示意图；
[0018]图5 (a)、图5 (b)及图5 (c)分别是本发明的第一个较佳实施例的DC-AC电カ逆变电路示意图、其上第n个中层电カ单元(nth middle cell)Cell_n的电路示意图及其上驱动信号的波形示意图；
[0019]图6是图5(a)所示的DC-AC电カ逆变电路中仅具有一个中层电カ单元的电路示意图；
[0020]图7(a)?图7(d)是分别代表图6所示的DC-AC电カ逆变电路中各开关分别被导通(turn on)及断开(turn off)时的等效电路示意图；
[0021]图8(a)、图8(b)及图8(c)分别是本发明的第二个较佳实施例的DC-AC电カ逆变电路示意图、其上第n个中层电カ单元Cell-n的电路示意图及其上驱动信号的波形示意图；
[0022]图9是图8(a)所示的DC-AC电カ逆变电路中不具有一个中层电カ单元的电路示意图；
[0023]图10 (a广图10(d)是分别代表图9所示的DC-AC电カ逆变电路中各开关分别被导通及断开时的等效电路示意图；
[0024]图11是图8(a)所示的DC-AC电カ逆变电路中仅具有一个中层电カ单元的电路示意图；
[0025]图12 (a广图12(d)是分别代表图11所示的DC-AC电カ逆变电路中各开关分别被导通及断开时的等效电路示意图；
[0026]图13(a)及图13(b)分别是本发明的第三个较佳实施例的AC-DC电カ整流电路示意图及其上第n个中层电カ单元Cell-n的电路示意图；
[0027]图14是图13所示的AC-DC电カ整流电路中仅具有一个中层电カ单元的电路示意图；
[0028]图15 (a广图15(d)是分别代表图14所示的AC-DC电カ整流电路中各整流ニ极管分别被导通及断开时的等效电路示意图；
[0029]图16(a)及图16(b)分别是本发明的第四个较佳实施例的AC-DC电カ整流电路示意图及其上第n个中层电カ单元Cell-n的电路示意图；
[0030]图17是图16(a)所示的AC-DC电カ整流电路中不具有一个中层电カ单元的电路示意图；及
[0031]图18是图16(a)所示的AC-DC电力整流电路中仅具有一个中层电力单元的电路
示意图。
[0032]附图标记
[0033]逆变电路100、200
[0034]整流电路300、400
[0035]脉冲列AC1、AC2
[0036]上层电力单元的端子In、1、l、2、3、ACl(+)、ACl(_)
[0037]中层电力单元Cell-1、Cell-n、Cell-x
[0038]中层电力单元的端子nl、n2、n3、n4、n5、n6
[0039]下层电力单元的端子GND、4、5、6、AC2(+)、AC2(_)
[0040]电容器Cl、C2、C3、C6、C7、C4n、C5n
[0041]开关Ql、Q2、Q31、Q41、Q3n、Q4n
[0042]整流二极管Dl、D2、D31、D41、D3n、D4n
[0043]电感器Lrl、Lr 2
[0044]初级绕组P1、P2
[0045]次级绕组S1、S2
[0046]变压器Tl
[0047]输入电压Vin
【具体实施方式】
[0048]本发明的第一较佳实施例是提供一种电力逆变电路(power inversioncircuit) 100,请参阅图5 (a)所示，该逆变电路100与一直流输入端相并联(paralleled-connect),以将输入端的一直流电压Vin逆变成一交流电压,该逆变电路100包括一上层电力单元(top cell)、至少一中层电力单元(middle cell)及一下层电力单元(bottom cell),其中该上层电力单元设有四个端子(terminals) In、1、2、3，第η个中层电力单元Cell-n则设有六个端子nl、n2、n3、n4、n5、n6,该下层电力单元则设有四个端子GND、
4、5、6，该上、中及下层电力单元依序串联在一起。
[0049]在该第一个较佳实施例中，该上层电力单元是由二电容器(capacitors)C1、C2、一电感器(inductor) Lr 1、一第一初级绕组(first primary winding) Pl 及一开关(switch)Ql所组成，其中该电感器Lrl代表该第一初级绕组Pl的漏电感(leakage inductance)或其它外加电感(external inductor)。复参阅图5 (a)所示,该上层电力单元的端子In与该输入端的一正极节点(positive node)相连接,该箝制电容器Cl的一第一节点及该电感器Lrl的一第一节点，连接至该上层电力单元的端子In,该电感器Lrl的一第二节点连接至该第一初级绕组Pl的一标点节点(dot node),该第一初级绕组Pl的一未标点节点(un-dotted node)分别连接至该开关Ql的一上节点及该箝制电容器C2的一第一节点，该箝制电容器Cl的一第二节点(B卩，该上层电力单元的端子I)及该开关Ql的一下节点(即，该上层电力单元的端子2)连接在一起，该上层电力单元的端子I及端子2亦分别连接至第一个中层电力单元Cell-1的端子11及端子12，且该箝制电容器C2的一第二节点(即，该上层电カ単元的端子3)连接至该第一个中层电カ单元Cell-1的端子13。
[0050]复參阅图5 (a)所示，该下层电カ单元是由ー箝制电容器C3、一电感器Lr2、一第二初级绕组(second primary winding)P2及ー开关Q2所组成,其中该电感器Lr2代表该第ニ初级绕组P2的漏感或其它外加电感。在该下层电カ单元中，该下层电カ单元的端子GND与该输入端的一负极节点(negative node)相连接,该箝制电容器C3的一第二节点及该电感器Lr2的一第一节点，分别连接至该下层电カ单元的端子GND,该电感器Lr2的一第二节点则连接至该第二初级绕组P2的一标点节点,该第二初级绕组P2的一未标点节点连接至该开关Q2的一下节点及该下层电カ单元的端子6，该箝制电容器C3的一第一节点(即，该下层电カ単元的端子4)及该开关Q2的一上节点(即，该下层电カ単元的端子5)连接在一起，且该下层电カ単元的端子4、5、6分别连接至最后ー个中层电カ单元Cell-x的端子x4、x5、x60
[0051]复參阅图5(a)所示,数个中层电カ单元Cell-n依序串接在该上层电カ单元及下层电カ单元之间，以将施加在该逆变电路100中的各开关(如M0SFET)上的电压应力(voltage stress)降低至一预设的电压位准。參阅图5 (b)所示，第n个中层电カ单元Cell-n是由ニ箝制电容器C4n、C5n及ニ开关Q3n、Q4n所组成,其中第n个中层电カ单元Cell-n的端子nl、n2分别与该箝制电容器C4n的一第一节点及该开关Q4n的一上节点相连接，该第n个中层电カ单元Cell-n的端子n3连接至该开关Q4n的一下节点及该开关Q3n的ー上节点之间，且连接至该箝制电容器C5n的一第一节点，该第n个中层电カ单元Cell-n的端子n4、n5、n6,则分别连接至该箝制电容器C4n的一第二节点、该开关Q3n的一下节点及该箝制电容器C5n的一第二节点。
[0052]复參阅图5(a)所示,该第n个中层电カ单元Cell-n的端子nl、n2、n3,分别连接至该第n-1个中层电カ单元Cell-(n-l)的端子(n_l)4、(n_l)5、(n_l) 6,且该第n个中层电カ单元Cell-n的端子n4、n5、n6,分别连接至该第n+1个中层电カ单元Cell_(n+1)的端子(n+l)l、(n+1) 2, (n+l)3。如图5(a)所示，第2个中层电カ单元Cell-2的端子21、22、23，分别连接至第I个中层电カ单元Cell-1的端子14、15、16，第2个中层电カ单元Cell-2的端子24、25、26则连接至第3个中层电カ单元(图中未示)的端子，依此类推至最后ー个中层电カ単元Cell-x的端子xl、x2、x3。在此需特别提及的是，在两个以上的中层电カ単元被依序串接在该上层电カ单元及下层电カ单元间的情形下，该第n个中层电カ单元Cell-n的端子n4、n5连接在一起,但最后一个中层电カ单元Cell-x的端子x4、x5除外。
[0053]复參阅图5 (a)所示,该逆变电路100还包括一变压器(transformer) Tl,该变压器Tl是由该第一初级绕组P1、该第二初级绕组P2及至少一次级绕组SI所组成，其中该第一初级绕组Pl及第ニ初级绕组P2具有相同的绕组数，该变压器Tl上的该等电感器Lrl、Lr2是分别代表该第一初级绕组Pl及第ニ初级绕组P2的漏感，或ニ独立的电感，或一含ニ绕组的竊合电感(two-winding coupling inductor)。
[0054]參阅图5(c)所示，在该第一个较佳实施例中，当一控制器(图中未示)所产生的两组驱动信号(driver signal) Ves1-Ves3n 及 Ves2-Ves4n,将在一切换周期(switching cycle)内交替施加至该等开关，以分别导通或断开该等开关Ql-Q3n及Q2-Q4n时,该逆变电路100的次级绕组SI所对应的输出端AC将产生一交流输出电压。惟，若在设计上该逆变电路100需对ー负载(load)提供一直流电压，则该次级绕组SI所对应的输出端AC后需增设一必要的整流电路(图中未示)。
[0055]參阅图6及图7(a)?图7 (d)所示，其是根据该第一较佳实施例所设计的ー电路及其稳态操作阶段的示意图，该逆变电路中仅具有一个中层电カ单元，且仅设有四个开关Ql、Q2、Q41、Q31，该等开关可分别为M0SFET。当假设该等箝制电容器Cl、C3的电容值是完全相同的情形下，跨越各该箝制电容器Cl、C3两端所产生的电压值，将等于直流输入电压Vin的二分之一，因此，诚如图7 (a)?图7 (d)所示，在一稳态的操作环境(steady-stateoperation)下，该逆变电路在一切换周期内将有四个操作阶段。
[0056]请參阅图7(a)所示，当该等开关分别为M0SFET,且在第一时段(first timeinterval)内，栅极驱动信号(gate drive signals)分别被施加至该等开关Ql、Q31以导通该等开关Q1、Q31吋，四个具1/4输入电压Vin的电压将分别透过下列路径(以元件编号依序标示出其路径及方向)，而被提供至该第一初级绕组Pl及第ニ初级绕组P2:
[0057](I)Vin(+)-Lrl-Pl-Ql-C41-C3-Vin(-);
[0058](2)Vin (+)-Lrl-Pl-C2-Q31-C3-Vin(-);
[0059](3) CI (+) -Lr 1-P1-Q1-CI (-);及
[0060](4)C51 (+)-Q31-C3-Lr2-P2-C51(-)。
[0061]其中，在第一时段内，当对该等电容器C2、C3及C41分别进行充电时，该等箝制电容器Cl、C51会分别进行放电。
[0062]请參阅图7(b)所示,在第二时段(second time interval),当栅极驱动信号分别被施加至该等开关Q1、Q31以断开该等开关Q1、Q31吋，该等箝制电容器C2及C51会被该输入电压Vin及储存在该变压器Tl的漏电感(leakage inductances)能量进行充电。此时，由于该ニ初级绕组Pl及P2的极性(polarities)相反(opposite),故跨越该ニ初级绕组Pl及P2所产生的电压将相互抵消，且跨越该等箝制电容器C2及C51 (若C2=C51)所产生的电压，将分别等于1/2的输入电压Vin。另外，由于漏感能量被吸收，该等开关Q1、Q31的电压波形将不会产生电压突波(voltage spike),且其上所承受的电压应カ(voltage stresses)将被限制在1/2输入电压Vin的范围内。此外，跨越该等电容器C2、C51及C41所产生的平均电压(average voltages)将分别等于1/2的输入电压Vin,且跨越该等电容器Cl及C3所产生的平均电压(average voltages)将分别等于1/4的输入电压Vin。
[0063]请參阅图7(c)所示,在第三时段(third time interval)内，当栅极驱动信号分别被施加至该等开关Q2、Q41以导通该等开关Q2、Q41时，四个具1/2输入电压Vin的电压，将分别透过下列路径(以元件编号依序标示出其路径及方向)而提供至该第一初级绕组Pl及第ニ初级绕组P2:
[0064](I)Vin(+)-Cl-Q41-C51-P2-Lr2-Vin(-);
[0065](2)Vin (+)-Cl-C41-Q2-P2-Lr2-Vin(-);
[0066](3) C3 (+) -Q2-P2-Lr2-C3 (-);及
[0067](4) C2(+)-Pl-Lrl-Cl-Q41-C2(-)。
[0068]其中，在第三时段内，当对该等电容器C1、C41及C51分别进行充电时，该等箝制电容器C2及C3会分别进行放电。
[0069]请參阅图7(d)所示,在第四时段(fourth time interval)内，当栅极驱动信号分别被施加至该等开关Q2、Q41以断开该等开关Q2、Q41时，该等箝制电容器C2及C51会被该输入电压Vin及储存在该变压器Tl的漏电感(leakage inductances)能量进行充电。此时，由于该二初级绕组Pl及P2的极性相反，故跨越该二初级绕组Pl及P2所产生的电压将相互抵销，且跨越该等箝制电容器C2及C51(若C2=C51)所产生的电压将等于1/2的输入电压Vin。另外，由于漏感能量被吸收，该等开关Q2、Q41的电压波形将不会产生电压突波，且其上所承受的电压应力将被限制在1/2输入电压Vin的范围内。此外，跨越该等电容器C2、C51及C41所产生的平均电压(average voltages)将分别等于1/2的输入电压Vin,且跨越该等电容器Cl及C3所产生的平均电压(average voltages)将分别等于1/4的输入电压Vin。
[0070]复参阅图5所示，本发明所示的前述逆变电路100在实际施作时并不局限于此，亦可依实际需要将其中的该等开关Ql、Q2、Q3n及Q4n以其它类型的主动式半导体开关(active semiconductor switches)取代。
[0071]本发明的第二较佳实施例提供一种电力逆变电路200，请参阅图8(a)?图8 (b)所示，该逆变电路200与一直流输入电压Vin相并联，且包括一上层电力单元、至少一中层电力单元及一下层电力单元，其中该上层电力单元设有四个端子In、l、2、3，第η个中层电力单元Cell-n设有六个端子nl、n2、n3、n4、n5、n6,该下层电力单元则设有四个端子GND、4、
5、6,该上、中及下层电力单元依序串联在一起。复请参阅图8 (a)?图8(b)所示,在该电力逆变电路200中，除了该箝制电容器Cl的第二节点(即，该上层电力单元的端子I)及该开关Ql的下节点(即，该上层电力单元的端子2)，是透过一电容器C6连接在一起，该箝制电容器C3的第一节点(即，该下层电力单元的端子4)及该开关Q2的上节点(即，该下层电力单元的端子5)，亦是透过一电容器C7连接在一起之外，该上、中及下层电力单元的其它电路是与图5(a)所示的该电力逆变电路100完全相同，故不再赘述。
[0072]在该第二个较佳实施例中，参阅图8(c)所示，当一控制器(图中未示)所产生的两组驱动信号Ves1-Ves3n及Ves2-Ves4n，在一切换周期内被轮流施加至该等开关，以分别导通或断开该等开关Ql-Q3n(在期间D)及Q2_Q4n(在期间1-D)时，在该等驱动信号之间存在一极短的固定的时间间隔(dead-time)。该逆变电路200的次级绕组SI所对应的输出端AC将产生一交流输出电压。惟，若在设计上，该逆变电路200需对一负载提供一直流电压的话，则该次级绕组SI所对应的输出端后需增设必要的整流电路(图中未示)。
[0073]参阅图9及图10所示，其是根据该第二较佳实施例所设计的一电路及其稳态操作阶段的示意图，该逆变电路中不具有一个中层电力单元，且仅设有两个开关Ql、Q2，该等开关可分别为M0SFET。当假设该等箝制电容器C1、C3的电容值是完全相同的情形下，跨越各该箝制电容器Cl、C3两端所产生的电压值将等于直流输入电压Vin的二分之一，因此，诚如图10(a广图10(d)所示，在一稳态的操作环境下，该逆变电路在一切换周期内将有四个操作阶段。
[0074]请参阅图10(a)所示，当该等开关分别为M0SFET，且在第一时段内栅极驱动信号被施加至开关Ql以导通该开关Ql时，具1/2输入电压Vin的电压将分别透过下列路径(以元件编号依序标示出其路径及方向)，而提供至该第一初级绕组Pl及第二初级绕组P2:
[0075](I)Vin(+)-Lrl-Pl-Ql-C6-C3-Vin(-);
[0076](2)Cl (+)-Lrl-Pl-Ql-C6-Cl(-);及
[0077](3)C2 (+)-Q 1-C6-C3-Lr2-P2-C2 (_)。[0078]其中，在第一时段内，当对该等电容器C3及C6分别进行充电时，该等箝制电容器Cl及C2会分别进行放电。
[0079]请參阅图10(b)所示，在第二时段内，当栅极驱动信号分别被施加至开关Ql以断开该开关Ql吋，该箝制电容器C2会被该输入电压Vin充电，且电能会被储存在该变压器Tl的漏感中。此时，由于该ニ初级绕组Pl及P2的极性相反,故跨越该ニ初级绕组Pl及P2所产生的电压将相互抵销，且跨越该等箝制电容器C2所产生的电压将等于该输入电压Vin。另外，由于漏感能量被吸收，该开关Ql的电压波形上将不会产生电压突波，且其上所承受的电压应力将被限制在1/2输入电压Vin的范围内。此外，跨越该电容器C2所产生的平均电压将等于该输入电压Vin，且跨越该等电容器Cl及C3所产生的平均电压将分别等于1/2的输入电压Vin。
[0080]请參阅图10(c)所示，在第三时段内，当栅极驱动信号分别被施加至开关Q2以导通该开关Q2时，具1/2输入电压Vin的电压将分别透过下列路径(以元件编号依序标示出其路径及方向)，而提供至该第一初级绕组Pl及第ニ初级绕组P2:
[0081 ] (I)C2(+)-Pl-Lr1-Cl-C6-Q2-C2(-);
[0082](2)Vin(+)-C 1-C6-Q2-P2-Lr2-Vin (-);及
[0083](3)C3(+)-C6-Q2-P2-Lr2-C3 (-)。
[0084]其中，在第三时段内，当对该电容器Cl进行充电时，该等箝制电容器C3、C2及C6会分别进行放电。
[0085]请參阅图10(d)所示，在第四时段内，当栅极驱动信号被施加至开关Q2以断开该开关Q2时，该箝制电容器C2会被该输入电压Vin充电，且电能会被储存在该变压器Tl的漏感中。此时，由于该ニ初级绕组Pl及P2的极性相反,故跨越该ニ初级绕组Pl及P2所产生的电压将相互抵销，且跨越该箝制电容器C2所产生的电压将等于该输入电压Vin。另外，由于漏感能量被吸收，该开关Q2的电压波形上将不会产生电压突波，且其上所承受的电压应カ将被限制在该输入电压Vin的范围内。此外，跨越该电容器C2所产生的平均电压将等于该输入电压Vin，且跨越该等电容器Cl及C3所产生的平均电压将分别等于1/2的输入电压 Vin。
[0086]复參阅图9所示，本发明所示的前述逆变电路在实际施作时并不局限于此，亦可依实际需要而将其中的该等开关Ql及Q2以它类型的主动式半导体开关取代。
[0087]參阅图11及图12所示，其是根据该第二较佳实施例所设计的另ー电路态样及其操作阶段的示意图，该逆变电路中仅具有一个中层电カ单元，且仅设有四个开关Q1、Q2、Q4n、Q3n(n=l)，该等开关可分别为M0SFET。当假设该等箝制电容器C1、C3的电容值是完全相同的情形下，跨越各该箝制电容器Cl、C3两端所产生的电压值将等于直流输入电压Vin的四分之一，因此诚如图12(a广图12(d)所示，在一稳态的操作环境下，该逆变电路在一切换周期内，将有四个操作阶段。
[0088]请參阅图12(a)所示，当该等开关分别为M0SFET，且在第一时段内栅极驱动信号分别被施加至该等开关Q1、Q31以导通该等开关Q1、Q31时，电压(相当于1/4输入电压Vin减去跨越该电容器C6的电压)将分别透过下列路径(以元件编号依序标示出其路径及方向)，而提供至该第一初级绕组Pl及第ニ初级绕组P2:
[0089](I)Vin(+)-Lrl-Pl-Ql-C6-C41-C3-Vin(-);[0090](2)Vin(+)-Lrl-P l-C2-Q31-C7-C3_Vin(-);
[0091](3) CI (+) -Lr 1-P1-Q1-C6-CI (_);及
[0092](4)C51 (+)-Q31-C7-C3-Lr2-P2-C51(-)。
[0093]其中，在第一时段内，当对该等电容器C2、C3、C6、C7及C41分别进行充电时，该等箝制电容器Cl及C51会分别进行放电。
[0094]请参阅图12(b)所示，在第二时段内，当栅极驱动信号分别被施加至开关Ql、Q31以断开该等开关Q1、Q31时，该等箝制电容器C2及C51会被该输入电压Vin充电，且电能会被储存在该变压器Tl的漏感中。此时，由于该二初级绕组Pl及P2的极性相反，故跨越该二初级绕组Pl及P2所产生的电压将相互抵消，且跨越该等箝制电容器C2及C51 (若C2=C51)所产生的电压将分别等于1/2的输入电压Vin。另外，由于漏感能量被吸收，该等开关Q1、Q31的电压波形上将不会产生电压突波，且其上所承受的电压应力将被限制在1/2输入电压Vin的范围内。此外，跨越该等电容器C2、C51及C41所产生的平均电压将分别等于1/2的输入电压Vin，且跨越该等电容器Cl及C3所产生的平均电压将分别等于1/4的输入电压Vin0
[0095]请参阅图12(c)所示，在第三时段内，当栅极驱动信号分别被施加至开关Q2、Q41以导通该等开关Q2、Q41时，电压(相当于1/4输入电压Vin加上跨越该电容器C6的电压)将分别透过下列路径(以元件编号依序标示出其路径及方向)，而提供至该第一初级绕组Pl及第二初级绕组P2:
[0096](I)Vin (+)-C1-C41-C7-Q2 - P2_Lr2_Vin(-);
[0097](2)Vin(+)-C1-C6 - Q41-C51-P2-Lr2-Vin(-);
[0098](3)C3(+)-C7-Q2-P2-Lr2-C3 (-);及
[0099](4) C2 (+) -P1-Lr 1-C1-C6-Q41 ~C2 (-)。
[0100]其中，在第三时段内，当对该等电容器C1、C41及C51分别进行充电时，该等箝制电容器C3、C2、C6及C7会分别进行放电。
[0101]请参阅图12(d)所示，在第四时段内，当栅极驱动信号分别被施加至开关Q2、Q41以断开该等开关Q2、Q41时，该等箝制电容器C2及C51会被该输入电压Vin充电，且电能会被储存在该变压器Tl的漏感中。此时，由于该二初级绕组Pl及P2的极性相反，故跨越该二初级绕组Pl及P2所产生的电压将相互抵销，且跨越该等箝制电容器C2及C51 (若C2=C51)所产生的电压将等于1/2的输入电压Vin。另外，由于漏感能量被吸收，该等开关Q2、Q41的电压波形上将不会产生电压突波，且其上所承受的电压应力将被限制在1/2输入电压Vin的范围内。此外，跨越该等电容器C2、C51及C41所产生的平均电压将分别等于1/2的输入电压Vin，且跨越该等电容器Cl及C3所产生的平均电压将分别等于1/4的输入电压Vin。
[0102]复参阅图8所示，在实际施作时前述逆变电路200并不局限于此，亦可依实际需要而将其中的该等开关Ql、Q2、Q3n及Q4n以它类型的主动式半导体开关取代。
[0103]本发明的第三较佳实施例提供一种电力整流电路(rectifier circuit) 300,请参阅图13所示，该整流电路300与一负载RL相并联，以将一变压器Tl的初级绕组Pl所提供的一交流电压转换成一直流电压并输出至该负载RL，该整流电路300包括一上层电力单元、至少一中层电力单元及一下层电力单元，其中该上层电力单元设有四个端子1、l、2、3，该第η个中层电力单元Cell-n设有六个端子nl、n2、n3、n4、n5、n6,该下层电力单元则设有四个端子GND、4、5、6，该上、中及下层电カ単元依序串联在一起。
[0104]在该第三个较佳实施例中，參阅图13(a)所示，该上层电カ单元是由ニ电容器Cl、C2、一电感器Lrl、一第一次级绕组SI及ー开关Dl所组成，其中该电感器Lrl代表该第一次级绕组SI的漏感或外加电感。在该上层电カ单元中，该上层电カ单元的端子1与该负载RL的一正极节点相连接,该箝制电容器Cl的一第一节点及该电感器Lrl的一第一节点连接至该端子1,该电感器Lrl的一第二节点则连接至该第一次级绕组SI的一标点节点，该第一次级绕组SI的一未标点节点连接至该开关Dl的ー上节点及该箝制电容器C2的一第一节点，该箝制电容器Cl的一第二节点(即，该上层电カ単元的端子I)及该开关Dl的一下节点(即，该上层电カ単元的端子2)连接在一起，且该上层电カ単元的端子I及端子2还分别连接至第一个中层电カ单元Cell-1的端子11及端子12，该箝制电容器C2的一第ニ节点(即，该上层电カ単元的端子3)连接至第一个中层电カ单元Cell-1的端子13。
[0105]复參阅图13(a)所示，该下层电カ单元是由ー箝制电容器C3、一电感器Lr2、一第二次级绕组S2及ー开关D2所组成，其中该电感器Lr2代表该第二次级绕组S2的漏感或外加电感。在该下层电カ单元中，该下层电カ单元的端子GND与该负载RL的一负极节点相连接，该箝制电容器C3的一第二节点与该电感器Lr2的一第一节点连接至该端子GND,该电感器Lr2的一第二节点则连接至该第二次级绕组S2的一标点节点，该第二次级绕组S2的一未标点节点(即，该下层电カ单元的端子6)连接至该开关D2的ー下节点，该箝制电容器C3的一第一节点(即，该下层电カ単元的端子4)及该开关D2的一上节点(即，该下层电カ单元的端子5)连接在一起，且该下层电カ单元的端子4、5及6还分别连接至最后ー个中层电カ单元Cell-x的端子x4、x5及x6。
[0106]复參阅图13(a)所示,复数个中层电カ单元Cell-n依序串接在该上层电カ单元及下层电カ単元之间，以将施加在该整流电路300中各开关上的电压应力降低至ー预设的电压位准。參阅图13(b)所示，第n个中层电カ单元Cell-n是由ニ箝制电容器C4n、C5n及ニ开关D3n、D4n所组成,其中第n个中层电カ单元Cell-n的端子nl、n2,分别与该箝制电容器C4n的一第一节点及该开关D4n的ー上节点相连接,该第n个中层电カ单元Cell-n的端子n3连接至该开关D4n的一下节点及该开关D3n的ー上节点之间，且连接至该箝制电容器C5n的一第一节点，该第n个中层电カ单元Cell-n的端子n4、n5、n6,分别连接至该箝制电容器C4n的一第二节点、该开关D3n的ー下节点及该箝制电容器C5n的一第二节点。
[0107]复參阅图13(a)所示,该第n个中层电カ单元Cell-n的端子nl、n2、n3,分别连接至该第n-1个中层电カ单元Cell-(n-1)的端子(n_l)4、(n_l)5、(n_l) 6,且该第n个中层电カ单元Cell-n的端子n4、n5、n6,分别连接至该第n+1个中层电カ单元Cell-(n+1)的端子(n+1) 1、(n+1) 2, (n+l)3。在此需特别提及的是，在两个以上的中层电カ单元被依序串接在该上层电カ单元及下层电カ単元之间的情形下，该第n个中层电カ单元Cell-n的端子n4、n5连接在一起,但最后一个中层电カ单元Cell-x的端子x4、x5除外。
[0108]复參阅图13(a)所示，该整流电路300的变压器Tl是由该第一次级绕组S1、该第二次级绕组S2及至少ー初级绕组Pl所组成，其中该第一次级绕组SI及第二次级绕组S2具有相同的绕组数，该变压器Tl上的该等电感器Lrl、Lr2分别代表该第一次级绕组SI及第二次级绕组S2的漏感，或ニ独立的电感，或是ー含ニ绕组的耦合电感。
[0109]參阅图14及图15所示，是根据该第三较佳实施例所设计的一电路及其稳态操作阶段的示意图，该整流电路中仅具有一个中层电力单元，且仅设有四个开关Dl、D2、D4n、D3n(n=l)，该等开关可分别为整流二极管(diode)。当假设该等箝制电容器C2、C51的电容值是完全相同的情形下，跨越各该电容器C2、C51两端所产生的电压值将等于直流输出电压Vo的二分之一。
[0110]在该第三较佳实施例中，由于该变压器Tl的初级绕组Pl所产生的输入电压是耦合至该第一次级绕组SI及该第二次级绕组S2，以产生所需的交流电压，因此如图15 (a)?图15(d)所示,该等开关Dl、D2将因工作于顺向偏压(forward-biased)而导通,或因被工作于逆向偏压(reversed-biased)而断开,而使得该整流电路300在一稳态的切换周期内，能有四个操作阶段。
[0111]请参阅图15(a)所示，当该等开关01、02、031、041分别为整流二极管，且在第一时段内该第一次级绕组SI及第二次级绕组S2对该等开关Dl、D31工作于顺向偏压时，该第一次级绕组SI及第二次级绕组S2将透过下列路径(以元件编号依序标示出其路径及方向)，而分别对该等电容器进行充电及放电:
[0112](I) SI(dot)-Lrl-Cl-Dl-Sl(non-dot);
[0113](2)SI (dot)-Lrl-RL-C3-D31-C2-Sl(non-dot);及
[0114](3)S2 (dot)-Lr2-C3-D31-C51-S2(non-dot)。
[0115]其中，在第一时段内，当对该等电容器Cl及C51分别进行充电时，该等箝制电容器C3及C2会分别进行放电。
[0116]请参阅图15(b)所示，在第二时段内，当该第一次级绕组SI及第二次级绕组S2分别对该等开关D1、D31于逆向偏压下工作时，该等箝制电容器C2及C51会进行放电，且电能会被储存在该变压器Tl的漏感中。此时，由于该二次级绕组SI及S2的极性相反，故跨越该二次级绕组SI及S2所产生的电压将相互抵销，且跨越该等箝制电容器C2及C51的电压和将等于输出电压。另外，由于漏感能量被吸收，该等开关Dl、D31的电压波形上将不会产生电压突波，且其上所承受的电压应力将被限制在1/2输出电压的范围内。此外，跨越该等电容器C2、C51及C41所产生的平均电压将分别等于1/2的输出电压，且跨越该等电容器Cl及C3所产生的平均电压将分别等于1/4的输出电压。
[0117]请参阅图15(c)所示，在第三时段内，当该第一次级绕组SI及第二次级绕组S2分别使得该等开关D2、D41而于顺向偏压下工作时，该第一次级绕组SI及第二次级绕组S2将会分别透过下列路径(以元件编号依序标示出其路径及方向)，而对该等电容器进行充电及放电:
[0118](I)Sl (non-dot)-C2-D41-Cl_Lr 1-S1 (dot);
[0119](2)S2(non-dot)-C51-D41-Cl-RL-Lr2-S2(dot);及
[0120](3)S2 (non-dot)-D2-C3-Lr2_S2(dot)。
[0121]其中，在第三时段内，当对该等电容器C3及C2分别进行充电时，该等箝制电容器Cl及C51会分别进行放电。
[0122]请参阅图15(d)所示，在第四时段内，当该第一次级绕组SI及第二次级绕组S2分别使得该等开关D2、D41于逆向偏压下工作时，该等箝制电容器C2及C51会进行放电，且电能会被储存在该变压器Tl的漏感中。此时，由于该二次级绕组SI及S2的极性相反，故跨越该二次级绕组SI及S2的电压将相互抵销，且跨越该等箝制电容器C2及C51所产生的电压和等于输出电压。另外，由于漏感能量被吸收，该等开关D2、D41的电压波形上将不会产生电压突波，且其上所承受的电压应カ将被限制在1/2输出电压的范围内。此外，跨越该等电容器C2、C51及C41所产生的平均电压将分别等于1/2的输出电压，且跨越该等电容器Cl及C3所产生的平均电压将分别等于1/4的输出电压。
[0123]在图13(a)所示的前述电路300中，该等开关Dl、D2、D4n及D3n可为整流ニ极管，但在实际施作时并不局限于此，亦可依实际需要而以其他类型的同步整流器(synchronous rectifiers),或是ニ极管与同步整流器的组合(a combination of diodeand synchronous rectifier)予以取代。
[0124]本发明的第四较佳实施例提供一种电カ整流电路400，请參阅图16所示，该整流电路400是修改自图13所示的该整流电路300，其中二完全独立的脉冲列(pulse trains)ACU AC2是被用以取代图13所示的该第一次级绕组SI及第二次级绕组S2，该等独立的脉冲列AC1、AC2能产生相同振幅及频率(amplitude and timing clock)的脉冲。该整流电路400包括ー上层电カ单元、至少一中层电カ单元及ー下层电カ单元,其中该上层电カ单元设有五个端子ACl (+)、AC1 (-)、1、2、3，第n个中层电カ单元Cell-n设有六个端子nl、n2、n3、n4、n5、n6，该下层电カ单元则设有五个端子AC2 (+)、AC2 (-)、4、5、6，该上、中及下层电カ单元依序串联在一起。
[0125]參阅图16(a)所示，该上层电カ单元是由ニ电容器Cl、C2及ー开关Dl所组成，其中该第一脉冲列ACl跨接在该等端子AC1(+)及ACl(-)之间，该上层电カ単元的端子ACl (-)与ー负载RL的一正极节点相连接,该电容器Cl的一第一节点与该端子ACl (-)相连接，该开关Dl的一上节点及该电容器C2的一第一节点与该端子ACl (+)相连接，该电容器Cl的一第二节点(即，该上层电カ単元的端子I)与该开关Dl的一下节点(即，该上层电カ单元的端子2)连接在一起，且该上层电カ単元的端子I及2还分别连接至第一个中层电カ单元Cell-1的端子11及12，该箝制电容器C2的一第二节点(即，该上层电カ単元的端子3)连接至第一个中层电カ单元Cell-1的端子13。
[0126]复參阅图16(a)所示，该下层电カ单元是由ー箝制电容器C3及ー开关D2所组成，其中该第二脉冲列AC2跨接至该等端子AC2(+)及AC2(_)之间，该下层电カ単元的端子AC2(_)与该负载RL的一负极节点相连接，该电容器C3的一第二节点连接至该端子AC2 (-)，该开关D2的一下节点及该下层电カ单元的端子6连接至该端子AC2 (+)，该电容器C3的一第一节点(即，该下层电カ単元的端子4)及该开关D2的一上节点(S卩，该下层电カ単元的端子5)连接在一起，且该下层电カ单元的端子4、5及6还分别连接至最后ー个中层电カ单元Cell-x的端子x4、x5及x6。
[0127]參阅图16(a)所示,复数个中层电カ单元Cell-n依序串接在该上层电カ单元及下层电カ単元之间，以将施加在该整流电路400中各开关上的电压应力降低至ー预期的电压标准。參阅图16(b)所示,第n个中层电カ单元Cell-n是由ニ箝制电容器C4n、C5n及ニ开关D3n、Mn所组成,其中第n个中层电カ单元Cell-n的端子nl、n2分别与该箝制电容器C4n的一第一节点及该开关D4n的ー上节点相连接,该第n个中层电カ单元Cell-n的端子n3连接至该开关D4n的一下节点及该开关D3n的ー上节点之间，且连接至该箝制电容器C5n的一第一节点，该第n个中层电カ单元Cell-n的端子n4、n5、n6分别连接至该箝制电容器C4n的一第二节点、该开关D3n的ー下节点，以及该箝制电容器C5n的一第二节点。[0128]复参阅图16 (a)所示，该第η个中层电力单元Cell_n的端子nl、n2、n3，分别连接至该第η-1个中层电力单元Cell-(n-l)的端子(n_l)4、(n_l)5、(n_l) 6,且该第η个中层电力单元Cell-n的端子n4、n5、n6,分别连接至该第n+1个中层电力单元Cell_(n+1)的端子(n+l)l、(n+1) 2, (n+l)3。在此需特别一提的是，在两个以上的中层电力单元被依序串接在该上层电力单元及下层电力单元之间的情形下，该第η个中层电力单元Cell-n的端子n4、n5连接在一起,但最后一个中层电力单元Cell-x的端子x4、x5除外。
[0129]参阅图17所示，其是根据图16(a)所示第四较佳实施例所设计的一电路稳态示意图，该整流电路400中不具有一个中层电力单元，且仅设有两个开关Dl及D2，该等开关可分别为M0SFET，在一稳态的切换周期内，该整流电路400的操作阶段及状态是与该第三个较佳实施例中相同稳态的整流电路相同，兹不再赘述。
[0130]参阅图18所示，其是根据图16(a)所示的第四个较佳实施例所设计的另一电路态样示意图，该整流电路400中仅具有一个中层电力单元，且仅设有四个开关D1、D41、D31及D2，该等开关可分别为M0SFET，在一稳态的切换周期内，该整流电路400的操作阶段及状态是与该第三个较佳实施例中相同态样的整流电路相同，故不再赘述。
[0131]以上所述，仅是本发明的若干较佳实施例，惟，在实施本发明时，并不局限于此，亦可依据实际需要，以其它等效元件取代各该电路中的对应元件，故任何本领域普通技术人员在本发明领域内，可轻易思及前述等效变化或修饰，皆应被涵盖在本案的权利要求保护范围中。
【权利要求】
1.ー种具有接近于零的电流涟波的电カ逆变电路，所述电カ逆变电路并联至ー输入端，以将所述输入端所提供的一直流电压转换成ー交流电压，其特征在于，所述的电カ逆变电路包括: 一上层电カ单兀，其包含一第一电容器、一第二电容器、一第一开关、一第一电感器及一第一初级绕组，其中所述第一电感器及第一初级绕组串联在所述第一电容器的一第一节点与所述第一开关的一上节点之间，且所述第二电容器的一第一节点连接至所述第一开关的上节点； 一下层电カ单兀，其包含一第三电容器、一第二开关、一第二电感器及一第二初级绕组，其中所述第二电感器及第ニ初级绕组串联在所述第三电容器的一第二节点与所述第二开关的ー下节点之间；· ー变压器，其是由所述第一初级绕组、所述第二初级绕组及至少一次级绕组所组成，其中所述第一初级绕组及第ニ初级绕组具有相同的绕组数；以及 至少一中层电カ単元，其串联在所述上层及下层电カ単元之间，每一中层电カ単元包含一第四电容器、一第五电容器、一第三开关及一第四开关，其中所述第三及第四开关彼此串联，当所述电カ逆变电路仅具有ー个中层电カ单元时，所述第四开关的一上节点连接至所述第一开关的ー下节点，所述第四电容器的一第一节点连接至所述第一电容器的一第二节点，所述第五电容器的一第一节点连接至所述第二电容器的一第二节点，且连接至所述第三开关与第四开关间的ー节点，所述第四电容器的一第二节点、所述第三开关的ー下节点及所述第五电容器的一第二节点，则分别连接至所述第三电容器的一第一节点、所述第ニ开关的一上节点及所述第二开关的下节点。
2.根据权利要求1所述的电力逆变电路，其特征在于，当所述电カ逆变电路具有数个中层电カ单元时，第一个中层电カ单元的第四开关的上节点连接至所述上层电カ单元的第一开关的ー下节点，所述第一个中层电カ单元的第四电容器的一第一节点连接至所述上层电カ单元的第一电容器的一第二节点，所述第一个中层电カ单元的第五电容器的第一节点连接至所述上层电カ单元的第二电容器的一第二节点，且连接至所述第一个中层电カ单元的第三及第四开关之间的ー节点，所述第一个中层电カ单元的第四电容器的第二节点、第三开关的下节点及第五电容器的第二节点，则分别连接至下一个中层电カ单元的第四电容器的第一节点、第四开关的上节点及第五电容器的第一节点，最后ー个中层电カ单元的第四电容器的第二节点、第三开关的下节点以及第五电容器的第二节点，则分别连接至所述下层电カ単元的第三电容器的第一节点、所述第二开关的上节点及所述第二开关的下节点，且各所述数个中层电カ単元的第四电容器的第二节点及第三开关的下节点连接在一起，但最后一个中层电カ单元的第四电容器的第二节点及第三开关的下节点除外。
3.根据权利要求2所述的电力逆变电路，其特征在于，所述上层电カ单元的第一电容器的第二节点及第一开关的下节点连接在一起，所述下层电カ单元的第三电容器的第一节点及第ニ开关的上节点连接在一起。
4.根据权利要求2所述的电力逆变电路，其特征在于，所述上层电カ单元的第一电容器的第二节点及第一开关的下节点是透过ー第六电容器而连接在一起，所述下层电カ单元的第三电容器的第一节点及第ニ开关的上节点，是透过一第七电容器而连接在一起。
5.ー种具有接近于零的电流涟波的电カ逆变电路，所述电カ逆变电路并联至ー输入端，以将所述输入端提供的一直流电压转换成一交流电压，其特征在于，所述电力逆变电路包括: 一上层电力单兀，其包含一第一电容器、一第二电容器、一第六电容器、一第一开关、一第一电感器及一第一初级绕组，其中所述第一电感器及第一初级绕组串联在所述第一电容器的一第一节点与所述第一开关的一上节点之间，所述第二电容器的一第一节点连接至所述第一开关的上节点，且所述第一电容器的一第二节点及所述第一开关的一下节点，是透过所述第六电容器而连接在一起； 一下层电力单兀，其包含一第三电容器、一第二开关、一第二电感器及一第二初级绕组，其中所述第二电感器及第二初级绕组串联在所述第三电容器的一第二节点与所述第二开关的一下节点之间，且所述第三电容器的一第一节点、所述第二开关的一上节点及所述第二开关的一下节点，分别连接至所述第一电容器的一第二节点、所述第一开关的一下节点及所述第二电容器的一第二节点；以及 一变压器，其是由所述第一初级绕组、所述第二初级绕组以及至少一次级绕组所组成，其中所述第一初级绕组及第二初级绕组具有相同的绕组数。
6.一种具有接近于零的电流涟波的电力整流电路，所述电力整流电路并联至一负载，以将一变压器所提供的一交流电压转换成一直流电压，并输出至所述负载，其特征在于，所述电力整流电路包括: 一上层电力单兀，其包含一第一电容器、一第二电容器、一第一开关、一第一电感器及一第一次级绕组，其中所述第一电感器及第一次级绕组串联在所述第一电容器的一第一节点与所述第一开关的一上节点之间，所述第二电容器的一第一节点连接至所述第一开关的上节点，且所述第一电容器的一第二节点与所述第一开关的一下节点连接在一起； 一下层电力单兀，其包含一第三电容器、一第二开关、一第二电感器及一第二次级绕组，其中所述第二电感器及第二次级绕组串联在所述第三电容器的一第二节点与所述第二开关的一下节点之间，且所述第三电容器的一第一节点与所述第二开关的上节点连接在一起; 一变压器，其是由所述第一次级绕组、所述第二次级绕组及至少一初级绕组所组成，其中所述第一次级绕组及第二次级绕组具有相同的绕组数；及 至少一中层电力单元，其串联在所述上层及下层电力单元之间，每一中层电力单元包含一第四电容器、一第五电容器、一第三开关及一第四开关，其中所述第三及第四开关彼此串联，当所述电力整流电路仅具有一个中层电力单元时，所述第四开关的一上节点连接至所述第一开关的一下节点，所述第四电容器的一第一节点连接至所述第一电容器的一第二节点，所述第五电容器的一第一节点连接至所述第二电容器的一第二节点，并连接至所述第三及第四开关间的一节点，所述第四电容器的第二节点、所述第三开关的一下节点及所述第五电容器的一第二节点，则分别连接至所述第三电容器的一第一节点、所述第二开关的一上节点及所述第二开关的一下节点。
7.根据权利要求6所述的电力整流电路，其特征在于，当所述电力整流电路具有数个中层电力单元时，第一个中层电力单元的第四开关的上节点连接至所述上层电力单元的第一开关的一下节点，所述第一个中层电力单元的第四电容器的一第一节点连接至所述上层电力单元的第一电容器的一第二节点，所述第一个中层电力单元的第五电容器的一第一节点连接至所述上层电カ单元的第二电容器的一第二节点，且连接至所述第一个中层电カ单元的第三及第四开关间的ー节点，所述第一个中层电カ单元的第四电容器的第二节点、第三开关的下节点及第五电容器的第二节点，则分别连接至下一个中层电カ单元的第四电容器的第一节点、第四开关的上节点及第五电容器的第一节点，最后ー个中层电カ单元的第四电容器的第二节点、第三开关的下节点及第五电容器的第二节点，则分别连接至所述下层电カ単元的第三电容器的第一节点、所述第二开关的上节点及所述第二开关的下节点，且各所述中层电カ单元的第四电容器的第二节点及第三开关的下节点连接在一起，但最后一个中层电カ单元的第四电容器的第二节点及第三开关的下节点除外。
8.ー种具有接近于零电流涟波的电カ整流电路，所述电カ整流电路并联至ー负载，以将ー第一脉冲列及一第二脉冲列所提供的一交流电压转换成一直流电压且输出至所述负载，其特征在于，所述电カ整流电路包括: 一上层电カ单兀，其包含一第一电容器、一第二电容器及一第一开关，其中所述第一脉冲列跨接在所述第一电容器的一第一节点与所述第一开关的ー上节点之间，所述第二电容器的一第一节点连接至所述第一开关的上节点，且所述第一电容器的一第二节点与所述第一开关的一下节点连接在一起； 一下层电カ単元，其包含一第三电容器及一第二开关，其中所述第二脉冲列跨接在所述第三电容器的一第二节点与所述第二 开关的一下节点之间，且所述第三电容器的一第一节点与所述第二开关的一上节点连接在一起；及 至少一中层电カ単元，串联在所述上层及下层电カ単元之间，每一中层电カ単元包含一第四电容器、一第五电容器、一第三开关及一第四开关，其中所述第三及第四开关彼此串联，当所述电カ整流电路仅具有ー个中层电カ单元时，所述第四开关的一上节点连接至所述第一开关的ー下节点，所述第四电容器的一第一节点连接至所述第一电容器的一第二节点，所述第五电容器的第一节点连接至所述第二电容器的一第二节点，且连接至所述第三及第四开关间的ー节点，所述第四电容器的第二节点、所述第三开关的一下节点及所述第五电容器的一第二节点，则分别连接至所述第三电容器的一第一节点、所述第二开关的一上节点及所述第二开关的ー下节点。
9.根据权利要求8所述的电力整流电路，其特征在于，当所述电カ整流电路具有数个中层电カ单元时，第一个中层电カ单元的第四开关的上节点连接至所述上层电カ单元的第一开关的ー下节点，所述第一个中层电カ单元的第四电容器的一第一节点连接至所述上层电カ单元的第一电容器的一第二节点，所述第一个中层电カ单元的第五电容器的第一节点连接至所述上层电カ单元的第二电容器的一第二节点，且连接至所述第一个中层电カ单元的第三及第四开关间的ー节点，所述第一个中层电カ单元的第四电容器的第二节点、第三开关的下节点及第五电容器的第二节点，则分别连接至下一个中层电カ单元的第四电容器的第一节点、第四开关的上节点及第五电容器的第一节点，最后ー个中层电カ单元的第四电容器的第二节点、第三开关的下节点及第五电容器的第二节点，则分别连接至所述下层电カ单元的第三电容器的第一节点、所述第二开关的上节点及所述第二开关的下节点，且各所述中层电カ单元的第四电容器的第二节点及第三开关的下节点连接在一起，但最后一个中层电カ单元的第四电容器的第二节点及第三开关的下节点除外。
10.ー种具有接近于零的电流涟波的电カ整流电路，所述电カ整流电路并联至ー负载，以将一第一脉冲列及一第二脉冲列所提供的一交流电压转换成一直流电压，并输出至所述负载，其特征在于，所述电力整流电路包括: 一上层电力单兀，其包含一第一电容器、一第二电容器及一第一开关，其中所述第一脉冲列跨接在所述第一电容器的一第一节点与所述第一开关的一上节点之间，所述第二电容器的一第一节点连接至所述第一开关的上节点，且所述第一电容器的一第二节点与所述第一开关的一下节点连接在一起；及 一下层电力单元，其包含一第三电容器及一第二开关，其中所述第二脉冲列跨接在所述第三电容器的一第二节点与所述第二开关的一下节点之间，且所述第二开关的下节点亦连接至所述第二电容器的一第二节点，所述第三电容器的一第一节点及所述第二开关的一上节点并分别连接至所述第一电容器的一第二节点与所述第一开关的一下节点； 如此，在一切换周期内对所述数个开关交替导通或断开，所述电力整流电路不仅会提供所述直流电压予所述负载，还会消除输出电流涟波，并降低施加在所述数个开关上的电压应力。 ·
【文档编号】H02M7/42GK103427686SQ201210305947
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年8月24日 优先权日:2012年5月16日
【发明者】吕锦山, 黄品谕 申请人:吕锦山