[發明專利]具有軟切換且能降低電流漣波的逆變電路及整流電路

有效

• 申請號: 201410298260.1
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN105024554B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 呂錦山
• 申請（專利權）人: 呂錦山
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M7/00;H02M1/14
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 湯在彥

技術領域

本發明涉及一種電力逆變(inversion)及整流(rectification)電路，尤指一種具有軟切換且能降低電流漣波(soft-switching low current ripple)的電力逆變及整流電路，以期在工作切換周期中，除能有效降低輸入電流或輸出電流的漣波，減少導通損失之外，同時，也能因具有軟切換性能，而減少其上半導體開關(semiconductor switch)的導通瞬間或斷開瞬間的交換損失，以有效提高電力轉換的效率。

背景技術

按，現今許多電力裝置(electrical device)上廣泛使用的直流-直流的轉換電路中，均有一逆變電路(inversion circuit)及一整流電路(rectifier circuit)，其中，該逆變電路是將一直流電壓逆變成一交流電壓，該交流電壓再經該整流電路及一濾波電路(filter circuit)，轉換成一直流電壓，以提供該電力裝置所需的不同直流電位。

一般言，諸多現有的直流-直流轉換電路包括半橋式(half-bridge)、推挽式(push-pull)及全橋式(full-bridge)等拓樸的電路，且現有轉換電路均具備前述逆變功能，其中，最被廣泛使用的是半橋轉換電路(Half-Bridge Converter，以下簡稱HBC)，其為一種降壓型衍生轉換電路(Buck-derived)，其逆變電路的輸入電流具有脈動波形的缺點，常會因瞬間電流變化(di/dt)，產生相當高的干擾，且會伴隨著因瞬間電壓變化(dv/dt)所產生的另一種雜訊，進而發生電磁干擾(EMI)的問題。因此，在現有轉換電路中，必需加裝一防制電磁干擾濾波器(EMI filter)，才能符合電磁干擾規范的要求，此舉不僅增加了現有轉換電路的成本，也增加了現有轉換電路所需的空間。有鑒于此，為了降低電流漣波及瞬間電流變動率所產生的雜訊，已有業者廣泛地將兩組相同的逆變電路予以交錯(interleaved)分時工作，然而，采取此一交錯分時工作架構者，除了會增加電路的復雜度與制作成本之外，因電流漣波是否降低或消除，完全需視逆變電路上各開關的工作周期而定，因此，若各開關的工作周期小于50％，仍然無法有效減輕前述電磁干擾(EMI)的問題。

針對前述問題，本發明的發明人曾陸續提出數件相關的能減少電流漣波的逆變電路，且先后獲準專利在案，如：2009年4月7日獲準的美國第7,515,439號專利權、2011年6月7日獲準的美國第7,957,161號專利權、2012年9月4日獲準的美國第8,319,469號專利權、2013年11月21日公開的美國第2013/0368443A1號專利公告，其中，美國第8,319,469號專利權所主張保護者，為一低輸入電流漣波的半橋逆變電路(以下簡稱HBC-CRR)，該半橋逆變電路因能有效降低輸入電流的漣波，故僅需使用一較小的防制電磁干擾濾波器，即能滿足規范的要求。

然而，因前述HBC-CRR采用對稱式的脈波寬度調變機制，以調節輸出電壓，其雖能在不同的輸入電壓及工作負載的條件下，獲得穩定的輸出電壓，但是，仍將產生不同的死區時間(dead time)，導致半導體開關因工作于硬切換(hard switching)狀態，而有較高的導通瞬間切換損耗(turn on switching losses)，此一損耗與工作頻率成正比增加，因此，限制了該半橋逆變電路的操作頻率，致無法有效降低該逆變電路中的感抗元件值(如：電感值或電容值等)，進而導致該半橋逆變電路所欲提高的功率密度性能也無法被有效達成。

為了使前述半橋逆變電路能操作在較高的工作頻率，發明人經過諸多實驗及測試后認為，采用軟切換技術的零電壓切換(zero voltage switch，ZVS)應是唯一且必須的解決之道，如此，才能在不犧牲逆變電路的效率的前提下，有效實現逆變電路的高功率密度性能，此為本發明在此欲探討的一重要課題。

發明內容

有鑒于前述現有逆變電路的問題與缺點，發明人根據多年實務經驗及研究實驗，終于開發設計出本發明的一種具有軟切換且能降低電流漣波的逆變電路及整流電路，以期該電路在電力逆變(或整流)過程中，能有效消除電流的漣波。

本發明的一個技術方案為，提供一種具有軟切換且能降低輸入電流漣波的逆變電路，其中，該逆變電路并聯至一輸入端，用以將該輸入端提供的一直流電壓轉換成一交流電壓，該逆變電路包括：