[發(fā)明專利]高效率控制的整合式逆變器裝置及其操作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110310169.3
• 申請日: 2011-10-13
• 公開（公告）號: CN103051222A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賴淵芳;張瑛淞
• 申請（專利權(quán)）人: 臺達(dá)電子工業(yè)股份有限公司
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02M7/537
• 代理公司: 隆天國際知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 馮志云;鄭特強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明有關(guān)一種逆變器裝置及其操作方法，尤指一種高效率控制的整合式逆變器裝置及其操作方法。

背景技術(shù)

一般作為大功率應(yīng)用的逆變器(inverter)設(shè)計(jì)會(huì)利用絕緣柵極晶體管(insulated?gate?bipolar?transistor，IGBT)來取代金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管(metal-oxide-semiconductor?field-effect?transistor，MOSFET)作為開關(guān)。其原因是因?yàn)橛诖箅娏鞯膽?yīng)用，IGBT較MOSFET具有較低導(dǎo)通損耗特性的優(yōu)點(diǎn)，并且，也不容易找到兼具高電壓及低導(dǎo)通阻抗的MOSFET組件。此外，相較于IGBT的低導(dǎo)通損耗，往往需要數(shù)顆MOSFET并聯(lián)才能得到相同的導(dǎo)通損耗。如此，由成本考慮的角度來看，使用數(shù)顆MOSFET來實(shí)現(xiàn)具有IGBT的低導(dǎo)通損耗，實(shí)為不劃算之舉。然而，由于MOSFET具有較低的開關(guān)切換損失，并且小電流導(dǎo)通時(shí)，漏源極跨壓Vds相對小，可以提高當(dāng)負(fù)載電流較小時(shí)的效率。

請參見圖1，為相關(guān)技術(shù)的單逆變器的電路圖。如圖所示，此傳統(tǒng)的三階逆變器(three-level?inverter)是使用多個(gè)IGBT作為切換開關(guān)102Aa～102Ad，以減少大電流輸出應(yīng)用所產(chǎn)生的導(dǎo)通損耗，其中，每一切換開關(guān)102Aa～102Ad通常分別具有與該切換開關(guān)102Aa～102Ad反向并聯(lián)的一二極管(未標(biāo)示)，或稱為本體二極管(body?diode)與一寄生電容(未圖標(biāo))，以作為零電壓切換操作時(shí)的電感釋能路徑。然而，由于IGBT的切換損失表現(xiàn)較差，所以一般逆變器的切換頻率都不會(huì)太快(典型值一般約為18kHz)，以減少切換損失。但也因?yàn)榍袚Q頻率無法提升，因此，導(dǎo)致電感與電容的體積無法縮小皆數(shù)量無法減少。再者，大功率應(yīng)用的設(shè)計(jì)上，通常需要配合并聯(lián)多顆IGBT組件，因此，切換開關(guān)組件的損耗與溫升，都是造成設(shè)計(jì)困難的原因。

請參見圖2，為相關(guān)技術(shù)的多逆變器的電路圖。如圖所示，該電路架構(gòu)中分為一第一逆變器10A與一第二逆變器20A，并且，該第一逆變器10A與該第二逆變器20A于輸出并聯(lián)連接，因此，此架構(gòu)的該第一逆變器10A與該第二逆變器20A各自分擔(dān)一半的輸出功率。這樣的多逆變器架構(gòu)操作于大功率應(yīng)用，可以改善發(fā)熱組件的布局，以減少組件的并聯(lián)數(shù)目及損耗分布不均的問題。而且，因?yàn)榉謸?dān)電流減半，在組件選擇上也比較為容易。此時(shí)，流經(jīng)輸出電容器的電流Ic1，Ic2約各為總漣波電流的一半，頻率為切換頻率18kHz。

此外，該第一逆變器10A與該第二逆變器20A可采用交錯(cuò)式控制(interleaving?control)，錯(cuò)開兩個(gè)逆變器的開關(guān)時(shí)間，其電流流經(jīng)電容的漣波電流頻率會(huì)變?yōu)閮杀都s為36kHz，漣波電流變小，流經(jīng)電感器的電流為非交錯(cuò)式控制時(shí)的一半，所以可以減少所需要的輸出電感及電容數(shù)量。但由于使用的切換開關(guān)為IGBT，其開關(guān)速度表現(xiàn)較MOSFET來的差，且輕載時(shí)IBGT的導(dǎo)通跨壓會(huì)比MOSFET來得大，因此在負(fù)載較輕時(shí)，效率無法提升。

因此，如何設(shè)計(jì)出一種高效率控制的整合式逆變器裝置及其操作方法，整合IGBT與MOSFET的組件特性與優(yōu)點(diǎn)，作為逆變器的切換開關(guān)組件，使整合式逆變器裝置操作在實(shí)質(zhì)最高效率，乃為本申請發(fā)明人所要克服并加以解決的一大課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種高效率控制的整合式逆變器裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)的問題。

因此本發(fā)明的高效率控制的整合式逆變器裝置包含至少兩個(gè)逆變器單元與一控制器單元。所述逆變器單元彼此電性并聯(lián)連接，其中至少一個(gè)逆變器單元包含多個(gè)場效晶體管開關(guān)，并且至少另一個(gè)逆變器單元包含多個(gè)絕緣柵極晶體管開關(guān)。該控制器單元電性連接所述逆變器單元，并且根據(jù)所述逆變器單元于不同操作狀態(tài)下，取得該整合式逆變器裝置的最高輸出效率數(shù)據(jù)，以對所對應(yīng)的所述逆變器單元的所述晶體管開關(guān)提供控制。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種高效率控制的整合式逆變器裝置的操作方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的問題。

因此本發(fā)明的高效率控制的整合式逆變器裝置的操作方法包含下列步驟：提供至少兩個(gè)逆變器單元，其中至少一個(gè)逆變器單元包含多個(gè)場效晶體管開關(guān)，并且至少一個(gè)逆變器單元包含多個(gè)絕緣柵極晶體管開關(guān)。提供一控制器單元，以取得當(dāng)所述逆變器單元為單獨(dú)操作、組合操作或整體操作時(shí)，該整合式逆變器裝置的最高輸出效率數(shù)據(jù)。該控制器單元在該整合式逆變器裝置操作在實(shí)質(zhì)最高效率輸出時(shí)，對所對應(yīng)的所述逆變器單元的所述晶體管開關(guān)提供控制。