電功率轉換器電路的製作方法
2023-11-10 22:19:32
專利名稱：電功率轉換器電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及電功率轉換器電路，包括用於改善輸入功率因數並抑制高次諧波的AC至DC轉換器以及用於執行DC至AC轉換的DC至AC轉換器。
背景技術：
圖6是包括如所附專利文檔1描述的功率因數改善電路和DC至AC轉換器電路的傳統電功率轉換器電路的電路框圖。圖7是描述傳統電功率轉換器電路運行的波形圖。
在圖6中示出了AC電源1、線圈2和3、電容器4和5、變壓器6、開關器件11至15以及二極體21至27。詳細說來，功率因數改善電路(AC至DC轉換器電路)由包括二極體21至24以及開關器件15的整流電路組成。DC至DC轉換器電路(DC至AC轉換器電路加上AC至DC轉換器電路)包括具有全橋結構的轉換器電路以及包括二極體26、27和電容器5的整流與平滑電路。
當AC電源1的電壓為正而功率因數改善電路的開關器件15導通(turn ON)時，來自AC電源1的電流經由二極體21、線圈2、開關器件15和二極體24流回AC電源1，這就增加了線圈2的電流i2。當AC電源1的電壓為正而開關器件15斷開(turn OFF)時，來自線圈2的電流經由二極體25、電容器4、二極體24、AC電源1和二極體21流回線圈2，這就降低了線圈2的電流i2。當AC電源1的電壓為負時，二極體23和22代替二極體21和24導通以獲得與以上描述相類似的結果。由以上對功率因數改善電路運行的描述可知，通過如圖7所示改變開關器件15的門信號VG15就可能控制電流i2和輸入電流。因而不僅能夠改善輸入功率因數並減少輸入電流高次諧波，還能從AC輸入電壓獲取DC電壓(電容器4的電壓)。
在上述DC至DC轉換器電路中，在開關器件11和14導通的情況下將電容器4兩端生成的電壓經由開關器件11和14加到變壓器6上，並在變壓器6的次級邊對其進行整流。這樣就獲取了與AC電源1隔離的DC電壓(電容器5的電壓)。以相同的方式當開關器件13和12導通時，就可將負電壓加到變壓器6上並將電能饋至其次級邊。在把高頻AC電壓加到變壓器上的情況下，就可經常使用將DC轉換至AC並進一步將AC轉換至DC的上述方法以減小變壓器的大小。
未審查日本專利申請2005-110434(對應於US 2005/0068796 A1)實現圖6所示電功率轉換器電路就有必要使用許多組成部分，這樣就會引起減少電功率轉換器電路大小、重量和生產成本之間的矛盾。
考慮前述問題，就希望提供一種有助於減少組成部分、減小尺寸、重量和生產成本的電功率轉換器電路。
發明內容
根據所附權利要求1的主題，提供一種包括含有二極體的整流電路、線圈以及含有開關器件的全橋電路的電功率轉換器電路；所述整流電路、線圈和全橋電路與AC電源級聯連接；所述電功率轉換器電路將AC電功率轉換成DC電功率；所述電功率轉換器電路還將已轉換的DC電功率進一步轉換成AC電功率；所述電功率轉換器電路包括含有二極體和開關器件的串聯電路，所述串聯電路連接在所述全橋電路DC輸出端之間；以及位於所述全橋電路上臂的一個開關器件和位於所述全橋電路下臂的一個開關器件在特定時間段內同時導通。
根據所附權利要求2的主題，提供一種包括含有二極體的整流電路、線圈以及含有開關器件的全橋電路的電功率轉換器電路；所述整流電路、線圈和全橋電路與AC電源級聯連接；所述電功率轉換器電路將AC電功率轉換成DC電功率；所述電功率轉換器電路還將已轉換的DC電功率進一步轉換成AC電功率；所述電功率轉換器電路包括含有二極體和開關器件的串聯電路，所述串聯電路連接在所述全橋電路DC輸出端之間；以及位於所述全橋電路上臂的兩個或更多開關器件和位於所述全橋電路下臂的兩個或更多開關器件在特定時間段內同時導通。
在所附權利要求1中所述的電功率轉換器電路中，組成所述全橋電路的任何一個開關器件都可由二極體代替(所附權利要求3的主題)。
在所附權利要求1中所述的電功率轉換器電路中，位於所述全橋電路上臂的一個開關器件、位於所述全橋電路下臂的一個開關器件以及在所述串聯電路中的開關器件在特定時間段內同時導通(所附權利要求4的主題)。
因為根據本發明可以減少組成電功率轉換器電路的組成部分，所以根據本發明的電功率轉換器電路有助於減少其尺寸、重量和生產成本。根據所附權利要求2的主題，減半所述開關器件的導通電阻(ON-resistance)並降低傳導損耗。由於根據所附權利要求3的主題可以省略一個門驅動器電路，因而就能獲取生產成本較低的電功率轉換器電路。
圖1是根據本發明第一實施例的電功率轉換器電路的電路框圖。
圖2是描述圖1所示電功率轉換器電路運行的波形圖。
圖3是描述圖1所示電功率轉換器電路另一種運行的波形圖。
圖4是根據本發明第二實施例的電功率轉換器電路的電路框圖。
圖5是描述圖4所示電功率轉換器電路運行的波形圖。
圖6是包括如所附專利文檔1描述的AC至DC轉換器電路和DC至AC轉換器電路的傳統電功率轉換器電路的電路框圖。
圖7是描述圖6所示傳統電功率轉換器電路運行的波形圖。
具體實施例方式
此後將參考示出本發明較佳實施例的附圖對本發明進行詳細描述。
圖1是根據本發明第一實施例的電功率轉換器電路的電路框圖。根據第一實施例的電功率轉換器電路在傳統電功率轉換器電路中在具有全橋結構的轉換器電路DC端之間連接含有電容器4和開關器件15的串聯電路，並省去傳統電功率轉換器電路中的二極體25。
圖2中的VG11至VG15分別代表圖1中開關器件11至15的門信號，而V6則表示由變壓器6產生的電壓。
在如上所述的電路配置中，在開關器件11和12導通且AC電源1的電壓為正時，來自AC電源1的電流經由二極體21、線圈2、開關器件11、開關器件12和二極體24流回AC電源1，這增加了輸入電流和線圈2的電流i2。在開關器件11和12斷開且AC電源1的電壓為正時，來自線圈2的電流經由電容器4、開關器件15的寄生二極體、二極體24、AC電源1和二極體21流回線圈2，這降低了輸入電流和線圈2的電流i2。
當AC電源1的電壓為負時，二極體23和22代替二極體21和24導通以獲得與以上描述相類似的結果。因此通過調整開關器件11和12同時導通的周期(T)，就能如圖2中T1至T4所示控制輸入電流並改善輸入功率因數。由於獲取了電容器4兩端的整流電壓，就可從AC電壓中獲取DC電壓。
在DC至DC轉換器電路中，通過導通開關器件11、14和15，就可經由從電容器4流經開關器件11、變壓器6、開關器件14和開關器件15再回到電容器4的路徑對變壓器施加電壓。通過導通開關器件13、12和15，就可經由從電容器4經開關器件13、變壓器6、開關器件12和開關器件15再回到電容器4的迴路對變壓器施加負電壓。在變壓器6的次級邊對其兩端生成的AC電壓進行整流，從而獲取電容器5兩端的隔離DC電壓。因為省略了傳統電功率轉換器電路中的二極體25，所以根據第一實施例的電功率轉換器電路就便於減小尺寸、重量以及生產成本的降低。
圖3是描述圖1所示電功率轉換器電路另一種運行的波形圖。在圖3中，電功率轉換器電路不僅驅動開關器件11和12，而且同時驅動開關器件13和14以控制輸入電流，而這可從圖3中的T11至T14顯見。通過驅動上述開關器件，電流就可通過從電源1經由二極體21或23、開關器件11和12以及開關器件13和14，二極體22和24再到電源1的迴路而增大。開關器件11至14的導通電阻是圖2所示電功率轉換器電路運行所致的導通電阻的一半。由此就可降低傳導損耗。
圖4是根據本發明第二實施例的電功率轉換器電路的電路框圖。圖5是描述圖4所示電功率轉換器電路運行的波形圖。
現參考圖4，圖1中的開關器件13由圖4中的二極體28代替。根據第二實施例的電功率轉換器電路使用比開關器件更便宜的二極體有利於省略門驅動器電路並減小其尺寸、重量和生產成本的。在圖4中用於組成橋路的開關器件13由二極體28所替代。同樣也可無條件地使用二極體28代替開關器件11、12和14。
圖4中的功率因數改善電路的運行方式與圖1中的功率因數改善電路相同並有利於輸入功率因數的改善及電容器4兩端獲取的DC電壓。DC至DC轉換器電路接通可從圖4中的T21至T24顯見的開關器件11、14和15以通過從電容器4經開關器件11、變壓器6、開關器件14和開關器件15再到電容器4的迴路而施加電容器4兩端的電壓至變壓器6。通過開關器件11、14和15的斷開，就可通過從變壓器6經由二極體28、電容器4、開關器件15的寄生二極體以及開關器件12的寄生二極體再到變壓器6的迴路重新生成變壓器6的激發能量以重置變壓器6。當開關器件11、14和15導通時，能量就由變壓器6的初級邊提供給次級邊，並獲取電容器5兩端的隔離DC電壓。
權利要求
1.一種電功率轉換器電路，它包括含有二極體的整流電路、線圈以及含有開關器件的全橋電路；所述整流電路、線圈和全橋電路與AC電源級聯連接；所述電功率轉換器電路將AC電功率轉換成DC電功率；所述電功率轉換器電路還將已轉換的DC電功率進一步轉換成AC電功率；所述電功率轉換器電路包括包含二極體和開關器件的串聯電路，所述串聯電路連接在所述全橋電路的DC輸出端之間；以及使位於所述全橋電路上臂上的開關器件之一和位於所述全橋電路下臂上的開關器件之一在某一時間段內同時導通。
2.一種電功率轉換器電路，它包括含有二極體的整流電路、線圈以及含有開關器件的全橋電路；所述整流電路、線圈和全橋電路與AC電源級聯連接；所述電功率轉換器電路將AC電功率轉換成DC電功率；所述電功率轉換器電路還將已轉換的DC電功率進一步轉換成AC電功率；所述電功率轉換器電路包括包含二極體和開關器件的串聯電路，所述串聯電路連接在所述全橋電路DC輸出端之間；以及使所述全橋電路上臂上的開關器件中的兩個或更多和所述全橋電路下臂上的開關器件中的兩個或更多的開關器件在某一時間段內同時導通。
3.如權利要求1所述的電功率轉換器電路，其特徵在於，組成所述全橋電路的任何一個開關器件都用二極體代替。
4.如權利要求1所述的電功率轉換器電路，其特徵在於，位於所述全橋電路上臂上的開關器件之一、位於所述全橋電路下臂上的開關器件之一以及在所述串聯電路中的開關器件在某一時間段內同時導通。
全文摘要
在根據本發明的電功率轉換器電路中包括與AC電源級聯連接的含有二極體21至24的整流電路、線圈2以及含有開關器件11之14的全橋電路的電功率轉換器電路以轉換AC至DC並還轉換DC至AC，還包括含有二極體4和開關器件15並連接在所述全橋電路DC輸出端之間的串聯電路，並且還控制位於所述全橋電路上臂的一個開關器件和位於所述全橋電路下臂的一個開關器件，例如開關器件11和12或開關器件13個14在特定時間段內同時導通。根據本發明的電功率轉換器電路有利於減少其組成部分數量、尺寸、重量和生產成本。
文檔編號H02M3/155GK1941589SQ20061015378
公開日2007年4月4日 申請日期2006年9月14日 優先權日2005年9月29日
發明者三野和明 申請人:富士電機電子設備技術株式會社