[发明专利]直流/交流变流器

说明书

技术领域

本发明是关于一种直流/交流变流器，尤指一种可降低切换损失及提高系统效率，且其直流电源输入埠的负输入端可直接与一单相交流市电系统的一中性线连接的直流/交流变流器。

背景技术

由于近来人类大量开采、使用非再生能源，如石油、煤等，虽然带动全球的经济与科技的发展、提高人类的生活质量，却也明显造成全球气候暖化、地理环境污染等问题。此外，非再生能源其可应用量有限的情况下，其价格日渐高涨；各国政府纷纷发展替代性绿色能源，以提高能源的使用效率、降低环境污染。所以，发展绿色能源以替代非再生能源已成为全球发展的趋势，例如太阳能发电、风力发电、燃料电池等发展，市电并联型太阳能系统与风力发电系统为目前较具经济效益的绿色电能发电系统。

就市电并联型太阳能发电系统而言，其架构主要包含一前级输入直流/直流转换器、一后级直流/交流变流器以及一作为控制核心的数字讯号处理器。其动作原理是先利用该直流/直流转换器将太阳能产生的电能经过调整后，再利用该直流/交流变流器将直流电能转换为交流电能并传送至市电系统。因此，良好的电路架构设计有助于提高整体发电系统效率、缩小体积、降低成本。

随着科技时代的进步、半导体元件的日新月异，许多高切换频率的功率开关元件被发展出来，并应用在电能转换设备上，然而这些功率开关元件于切换时将产生切换损失，造成效率的降低，如何设计可以降低电能转换设备切换损失的电路架构，提高电能转换设备的效率，在绿色能源发电系统使用上非常重要。

直流/交流变流器的设计在绿色能源发电系统中十分重要，市电并联型绿色能源发电系统中，其直流/交流变流器是用以将直流电能转换为交流电能并传送至市电系统，直流/交流变流器必须产生一与市电系统电压同相位的弦波电流注入市电系统。一般直流/交流变流器的电路可区分为半桥式(Half-Bridge)和全桥式(Full-Bridge)两种架构，请参考图1所示，为现有半桥式变流器的主电路架构，由图可见，主要包含一第一功率开关和一第二功率开关及两个等值直流电容器。当该第一功率开关导通且该第二功率开关载止时，该变流器的输出电压相反地，当该第二功率开关导通且该第一功率开关截止时，该变流器的输出电压所以，借由控制第一功率开关与第二功率开关的导通与截止，即可控制该变流器输出一交流电压，进而控制该变流器输出一期望的交流电流。为达此目的，其中V_d/2必须大于市电系统电压的振幅。

请参考图2所示，为一现有全桥式变流器，主要包含一第一功率开关一第二功率开关一第三功率开关及一第四功率开关其基本动作原理为：当该第一功率开关及该第四功率开关导通，该第二功率开关及该第三功率开关截止，该变流器的输出电压V_O＝+V_d；相反地，当该第二功率开关和该第三功率开关导通，且该第一功率开关和该第四功率开关截止，此时该变流器的输出电压V_O＝-V_d；而当该第一功率开关和该第三功率开关导通及该第二功率开关和该第四功率开关截止，或当该第二功率开关和该第四功率开关导通及该第一功率开关和该第三功率开关截止，此时该变流器的输出电压V_O＝0，一般而言V_d必须大于市电系统电压的振幅。所以，借由控制该第一功率开关该第二功率开关该第三功率开关与该第四功率开关的导通与截止，即可控制该变流器输出一交流电压，进而控制该变流器输出一期望的交流电流。

然而不论全桥式变流器或半桥式变流器电路，在动作时，至少必须同时有两个功率开关作高频切换，因此有相当高的切换损失。而单相市电系统，其中一条电力线为中性线，在一些绿色能源发电系统应用中，例如应用于薄膜太阳能电池的发电系统，绿色能源的输出直接连接到变流器的直流电源输入埠，在应用中必须将变流器直流电源输入埠的负输入端连接至市电系统的中性线，由图1与图2的半桥式变流器或全桥式变流器电路中，其直流侧的负端不能直接连接至市电系统的中性线，因此半桥式变流器或全桥式变流器电路应用于部分绿色能源发电系统时，其必须额外再利用一变压器作电气隔离才能使用，这将造成成本和体积的增加，并降低效率。因此发展高效率且直流电源输入埠的负输入端可直接连接至该市电系统的中性线的变流器将非常重要。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种直流/交流变流器，共能提高转换效率、减少切换损失、且直流电源输入埠的负输入端可直接连接至一市电系统的中性线。

为达成前述目的，本发明直流/交流变流器包含有：