流电路在稳态操作下各阶段的等效电路图；
[0065]图21是图19所示整流电路的几组关键波形图；
[0066]图22是图17所示实施例中的另一应用电路图；
[0067]图23 (a)?图23 (b)是图22所示整流电路在稳态操作下各阶段的等效电路图；
[0068]图24是图22所示整流电路的几组关键波形图；
[0069]图25是图17所示实施例中的又一应用电路图；
[0070]图26(a)?图(d)是图25所示整流电路在稳态操作下各阶段的等效电路图；
[0071]图27是图25所示整流电路的几组关键波形图；
[0072]图28是本发明具有单变压器的软切换多开关的交流-直流(AC-DC)的整流电路图；
[0073]图29是本发明具有双变压器的软切换多开关的交流-直流(AC-DC)的整流电路图；
[0074]图30 (a)?图30 (d)是本发明具有捡拾天线的交流-直流(AC-DC)整流电路的应用例及其子电路的示意图；
[0075]图31(a)?图31(e)是本发明具有单变压器的软切换多开关的交流-直流(AC-DC)整流电路的应用例及其子电路的示意图；
[0076]图32(a)?图32 (e)是本发明具有双变压器的软切换多开关的交流-直流(AC-DC)整流电路的应用例及其子电路的示意图；
[0077]图33是图31所示仅具有上层电力单元及下层电力单元的整流电路图；
[0078]图34(a)?图34(d)是图33所示整流电路在稳态操作下各阶段的等效电路图；及
[0079]图35是图33所示整流电路的几组关键波形图。
[0080]图中符号说明:
[0081]上层电力单元的端子V+、l、2、3、Vo ;
[0082]中层电力单兀Cell-n、Cell-1、Cell-2、Cell-x ;
[0083]中层电力单元的端子nl、n2、n3、n4、n5、n6、11、12、13、14、15、16、21、28、29、30、31λ32λ xK χ2λ χ3λ χ4λ χ5λ x6 ；
[0084]下层电力单元的端子Gnd、4、5、6 ；
[0085]电容Cl、C41、C2、C51、C3、C4n、C5n、Cr、Co、Cc、Cr3、Cr4 ;
[0086]开关Μ1、Μ11、Μ31、Μ2、Μ21、Μ41、Μ4η、Μ3η ;
[0087]电感Lrl、Lr2、Lr、Lo、Lr3、Lr4、Lr34 ;
[0088]变压器T1、T2;
[0089]初级绕组 P1、P2;
[0090]次级绕组 S1、S2;
[0091]输入电压 Vi ；
[0092]输出端AC ；
[0093]整流二极管D1、D2;
[0094]交流电压源 AC1、AC2;
[0095]负载Rl ;
[0096]阻抗调节单元ZadpZadjl, Zadj2 ；
【具体实施方式】
[0097]发明人在诸多实验及测试中发现，若欲在逆变电路达成零电压操作的性能，必须符合下列两项必要条件:
[0098]1、两组控制驱动信号之间，需要有一个固定的死区间隔(dead time interval);及
[0099]2、在漏感(或激磁电感)和半导体开关的输出电容之间，需要有足够大的能量转移。
[0100]另外,发明人在诸多控制方案中发现,使用非对称的脉冲宽度调制(AsymmetricalPulse-ffidth Modulat1n,以下简称APffM)的控制方案，或使用接近50 %工作周期变频(Variable Frequency,以下简称VF)的控制方案,能获得所需要的固定死区时间。因此,若在前述电路中，采用上述控制方案，将能实现零电压开关的操作条件。
[0101]除了降低开关的切换损失，发明人为了能更进一步地提升前述电路的转换效率，如何降低半导体开关的导通损失，也为本发明的另一个动机，针对此，本发明是利用串接两个低电压规格的MOSFET的技术，以期能有效降低等效的导通电阻值RDScm，进而有效降低半导体开关的导通损耗，以提高该电路的转换效率，此外，发明人利用串接多个低电压规格MOSFET的技术，尚能克服高达数千伏的输入电压，而在欠缺可资使用的半导体开关的电压规格技术瓶颈下，达成本发明欲解决的前述问题，且满足业界对电力转换的严格要求。
[0102]为达成前述的目标，发明人思及利用最少的元件，制作出本发明的第一实施例，单变压器的直流-交流(DC-AC)逆变电路的示意图，如图1(a)所示，为一具有软切换的低输入电流链波(soft-switching low input-current ripple)的电力逆变电路，该逆变电路初级侧的基本架构是与一直流电压相并联(paralleled-connect),将输入端的直流输入电压Vi逆变成一交流电压，且通过变压器的磁耦合，输出至包括至少一第一次级绕组SI的输出端AC,该逆变电路包括一上层电力单元(top cell)及一下层电力单元(bottom cell)。另，为降低各电力单元中各半导体开关上的电压应力(voltage stress)，该逆变电路得再包括至少一中层电力单元(middle cell),该中层电力单元(middle cell)被连接在该上层电力单元及下层电力单元之间。
[0103]复参阅图1(a)所示,该上层电力单元设有四个端子(terminals) V+、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,该下层电力单元设有四个端子 Gnd、4、5、6。
[0104]复参阅图1(a)所示，该上层电力单元是由二箝制电容(clamping capacitors)Cl、C2、一第一阻抗调节单元Zadn及一第一半导体开关Ml所组成，其中，该第一阻抗调节单元冗#〃设有四个端子1、2、3、4，该上层电力单元的端子V+是与该输入直流电压的正端子(positive node)、该箝制电容Cl的第一端子与该第一阻抗调节单元的端子I相连接，该第一阻抗调节单元的端子2、该箝制电容C2的第一端子及该第一半导体开关Ml上端子相连接，该第一阻抗调节单元的端子3与该箝制电容Cl的第二端子相连接，该第一阻抗调节单元的端子4与该第一半导体开关Ml下端子相连接，该箝制电容Cl的第二端子(即，该上层电力单元的端子I)、该半导体开关Ml的下端子(即，该上层电力单元的端子2)与该第一箝制电容C2的第二端子(即，该上层电力单元的端子3)分别连接至第一个中层电力单元Cell-1的端子11、端子12与端子13。
[0105]复参阅图1(a)所示，该下层电力单元是由一第二箝制电容C3、一第二阻抗调节单元Zad.]2及一第二半导体开关M2所组成，其中，该第二阻抗调节单元Zad]2设有四个端子1、2、3、4，该第二阻抗调节单元的端子I连接至该箝制电容C3的第一端子，该第二阻抗调节单元的端子2连接至该第二半导体开关M2上端子，该下层电力单元的端子Gnd与该输入直流电压的负端子(negative node)、该第二阻抗调节单元的端子3与该箝制电容C3的第二端子相连接，该第二阻抗调节单元的端子4与该第二半导体开关M2下端子相连接，该箝制电容C3的第一端子(即，该下层电力单元的端子4)、该半导体开关M2的上端子(即，该下层电力单元的端子5)及该半导体开关M2的下端子(B卩，该下层电力单元的端子6)分别连接至最后一个中层电力单元Cell-x的端子x4、x5、x6。
[0106]复请参阅图1 (a)及图1 (b)所示,在该第η个中层电力单元Cell_n中,其端子nl、n2、n3分别连接至该第n-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+l)的端子(n+1) 1、(n+1) 2, (n+l)3。在此需特别一提的是，在η (n>2)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间的情形下，该第(η-1)个中层电力单元Cell-(n-l)的端子(n_l)4与端子(n_l) 5直接相连在一起，但最后一个中层电力单元Cell-x的端子x4、x5除外。
[0107]复请参阅图1(a)及图1(b)所示，各第η个中层电力单元Cell-n包括二箝制电容C4n、C5n及二半导体开关M3n、M4n，半导体开关M3n与M4n除依序串联之外，尚与该上层电力单元的半导体开关Ml和下层电力单元的半导体开关M2串联，用以降低施加在该逆变电路中各半导体开关上的电压应力至一预设的电压电平。第η个中层电力单元Cell-n的端子nl、n2分别与该箝制电容C4n的第一端子及该半导体开关M3n的上端子相连接，该第η个中层电力单元Cell-n的端子n3与该半导体开关M3n的下端子、该半导体开关M4n的上端子及该箝制电容C5n的第一端子相连接,该第η个中层电力单元Cell-n的端子n4、n5、n6则分别连接至该箝制电容C4n的第二端子、该半导体开关M4n的下端子及该箝制电容C5n的
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弟一栖子。
[0108]复请参阅图1(a)及图1(b)所示，依该中层电力单元的数量，串联的半导体开关可被区分成M1-M41-M42-..._M4n和M31-M32-..._M3n_M2两组开关，为实现零电压操作，将由一控制器(图中未示)所产生的非对称的脉冲宽度调制(AsymmetricalPulse Width Modulat1n, APffM),或所产生的接近50 %工作周期的可变频率(VariableFrequency, VF),产生固定死区间隔(dead time interval)的两组驱动信号,分别导通或断开该M1-M41-M42-..._M4n和M31-M32-..._M3n_M2两组开关，以使该逆变电路的次级绕组SI所对应的输出端AC产生一交流输出电压。但是，若在设计上，该逆变电路需对一负载(load)提供一直流电压，则该次级绕组SI所对应的输出端AC后需增设一整流电路及滤波电路(图中未示)。
[0109]复请参阅图1 (a)?图1 (e)所示,该逆变电路还包括一第一变压器(transformer)Tl，该第一变压器Tl由一第一初级绕组P1、一第二初级绕组P2及至少一次级绕组SI所组成，其中，该第一初级绕组Pl及第二初级绕组P2具有相同的绕线匝数，如此，在一个开关工作切换周期(switching cycle)内，对该逆变电路上的各半导体开关执行软切换时，即能有效降低输入电流的涟波，且在对应于该次级绕组SI的输出端AC产生所需的交流电压。
[0110]为实现降低输入电流涟波，且使半导体开关操作在较宽广的零电压工作范围，该第一电感Lrl与第二电感Lr2必需是变压器Tl的两个较大且相同的漏感。但是，在绕制该变压器Tl实际上极难实现，因此，发明人降低各自的漏感，并在该第一阻抗调节单元Zadn及第二阻抗调节单元4_中，采用如图1(c)、图1(d)及图1(e)所示的外加电感Lr3及Lr4。
[0111]另，为了使半导体开关能达成较宽的零电压工作范围，也可设计该第一阻抗调节单元Zadn及第二阻抗调节单元Zad]2电路，采用如图1 (d)所示，外加一第六电容Cr3及一第七电容Cr4的替代方案。
[0112]由于，该外加电感Lr3及Lr4，与该变压器Tl上的电感Lrl或Lr2相互串/并联，将获得一等效电感Lreq(为便相关技术领域的人士能迅速地明了本发明的特征，而不致对众多电感、电容等电子元件产生混淆，现以电子电路学上常用的命名规则，标记于此一等效的电感后，即L^q，合先陈明，后文中的C^q亦同)，该外加等效电容Cr3及Cr4，则与该上层电力单元的箝制电容Cl或及下层电力单元的箝制电容C3相互串/并联，将获得一等效电容C^q，因此，图1 (a)所示的逆变电路，能由调整该第一阻抗调节单元与第二阻抗调节单元的元件，满足前述的软开关的两条件:固定的死区间隔及足够的电感与电容间的能量转移，所述半导体开关因此能达成零电压工作特性。
[0113]复参阅图1(a)所示，为本发明具有单变压器的软切换直流-交流(DC-AC)逆变的一应用例电路，该上层电力单元的第一阻抗调节单元Zadn及该下层电力单元的第二阻抗调节单元Zad.j2如图1(c)所示,其中，该第一阻抗调节单元包含一第一电感Lrl、一第一初级绕组Pl及一第三电感Lr3，该第一电感Lrl与第一初级绕组Pl彼此串联，并连接至该第一阻抗调节单元的端子I与端子2间，该第三电感Lr3的第一端子与第二端子分别连接至该第一阻抗调节单元的端子3与端子4，该第二阻抗调节单元包含一第四电感Lr4、一第二电感Lr2及一第二初级绕组P2，该第四电感Lr4的第一端子与第二端子分别连接至该第二阻抗调节单元的端子I与端子2，该第二电感Lr2与第二初级绕组P2彼此串联，并连接至该第二阻抗调节单元的端子3与端子4间，该第一电感Lrl及该第二电感Lr2将分别代表第一个变压器Tl的第一初级绕组Pl和第二初级绕组P2的漏感，该第三电感Lr3及该第四电感Lr4可为两个独立外加的电感或一具有双绕组的耦合电感，同时，变压器Tl具有至少一个次级绕组SI，以在次级侧的输出端AC产生所需的交流输出电压。若需要一个直流输出电压，必须在次级侧额外加设整流和滤波电路(图中未示)。
[0114]复参阅图1(a)所示，为本发明具有单变压器的软切换直流-交流(DC-AC)逆变的另一应用例电路，该上层电力单元的第一阻抗调节单元Zadn及该下层电力单元的第二阻抗调节单元4@电路如图1(d)所示，其中，该第一阻抗调节单元包含一第一电感Lrl、一第一初级绕组P1、一第三电感Lr3及一第六电容Cr3，该第一电感Lrl与第一初级绕组Pl彼此串联，并连接至该第一阻抗调节单元的端子I与端子2间，该第三电感Lr3与第六电容Cr3彼此串联，并连接至该第一阻抗调节单元的端子3与端子4间，该第二阻抗调节单元包含一第四电感Lr4、一第七电容Cr4、一第二电感Lr2及一第二初级绕组P2，该第四电感Lr4与第七电容Cr4彼此串联，并连接至该第二阻抗调节单元的端子I与端子2间，该第二电感Lr2与第二初级绕组P2彼此串联，并连接至该第二阻抗调节单元的端子3与端子4间，该第一电感Lrl及该第二电感Lr2将分别代表第一个变压器Tl的第一初级绕组Pl和第二初级绕组P2的漏感，该第三电感Lr3及该第四电感Lr4可为两个独立外加的电感或一具有双绕组的耦合电感，同时，变压器Tl具有至少一个次级绕组SI，以在次级侧的输出端AC产生所需的交流输出电压。若需要一个直流输出电压，必须在次级侧额外加设整流和滤波电路(图中未示)。
[0115]复参阅图1(a)所示，为本发明具有单变压器的软切换直流-交流(DC-AC)逆变的又一应用例电路，该上层电力单元的第一阻抗调节单元Zadn及该下层电力单元的第二阻抗调节单元4@电路如图1(e)所示，其中，该第一阻抗调节单元包含一第三电感Lr3、一第一电感Lrl及一第一初级绕组P1，该第三电感Lr3的第一端子与第二端子分别连接至该第一阻抗调节单元的端子I与端子2，该第一电感Lrl与第一初级绕组Pl彼此串联，并连接至该第一阻抗调节单元的端子3与端子4间，该第二阻抗调节单元包含一第二电感Lr2、一第二初级绕组P2及一第四电感Lr4，该第二电感Lr2与第二初级绕组P2彼此串联，并连接至该第二阻抗调节单元的端子I与端子2间，该第四电感Lr4的第一端子与第二端子分别连接至该第二阻抗调节单元的端子3与端子4，该第一电感Lrl及该第二电感Lr2将分别代表第一个变压器Tl的第一初级绕组Pl和第二初级绕组P2的漏感，该第三电感Lr3及该第四电感Lr4可为两个独立外加的电感或一具有双绕组的耦合电感，同时，变压器Tl具有至少一个次级绕组SI，以在次级侧的输出端AC产生所需的交流输出电压。若需要一个直流输出电压，必须在次级侧额外加设整流和滤波电路(图中未示)。
[0116]复参阅图1(a)所示,在该逆变电路中，该中层电力单元可为零组、一组或多组连接于该上层电力单元和下层电力单元之间，以适用于不同输入电压的应用。
[0117]复参阅图1(a)所示，在该逆变电路中，没有该中层电力单元时，该逆变电路仅包括该上层电力单元和该下层电力单元，彼此上下串联，为该上层电力单元的第一阻抗调节单元的端子3与端子4的元件及该下层电力单元的第二阻抗调节单元的端子3与端子4的元件并联；当具有至少一组中层电力单元时，该逆变电路包括该上层电力单元，至少一组中层电力单元和该下层电力单元，彼此上下串联。
[0118]为了提高输出功率，图1(a)具有单一变压器的逆变电路，得以使用两个变压器Tl和T2取代，该逆变电路如图2(a)所示，为本发明具有双变压器的软切换直流-交流(DC-AC)逆变电路示意图，图2(b)、图2(c)、图2(d)及图2(e)分别对应图1 (b)、图1(c)、图1(d)及图1(e)，标示该逆变电路的各中层电力单元及各应用例电路的第一阻抗调节单元及第二阻抗调节单的元件组合，其中，变压器Tl包括至少一第一初级绕组Pl与一第一次级绕组SI，变压器T2包括至少一第二初级绕组P2与至少一第二次级绕组S2，该第一次级绕组SI及该第二次级绕组S2，得以并联或串联，产生所需的交流输出电压。若需要一个直流输出电压，必须在次级侧额外加设整流和滤波电路(图中未示)，该第一电感Lrl及该第二电感Lr2将分别代表该第一个变压器Tl的初级绕组Pl和该第二个变压器T2的初级绕组P2的漏感，或两个独立外加的电感，或一耦合电感。
[0119]虽然，图1 (a)及图2(a)所揭露者为提供不同的输出功率，分别使用单变压器或双变压器的两个系列各应用例的电路，但应具有相同的工作原理。据此，仅以该图1(a)的第一个应用例说明其工作原理如下:
[0120]请参阅图3及图4(a)?图4(d)所示,为图1(a)与图1(d)的元件组合,仅具有上层电力单元及下层电力单元的逆变电路及其在稳态操作(steady-state operat1n)下各阶段的等效电路，其中，第一阻抗调节单元的Lr3-Cr3与第二阻抗调节单元的Lr4-Cr4因并联，故在图3及图4(a)?图4(d)中仅以Lr-Cr代表，假设箝制电容C1、C3的电容值完全相同的情形下，跨越各箝制电容Cl、C3两端的电压值将等于直流输入电压Vi的二分之一，因此，诚如图4(a)?图4(d)所示,在稳态(steady-state)操作下,该逆变电路在一固定的工作周期内，将有四个操作阶段。
[0121]请参阅图4 (a)所示，若半导体开关Ml及M2分别为M0SFET，且在第一时区间(firsttime interval),当一栅极驱动信号(gate drive s