[发明专利]具有软切换且能降低电流涟波的逆变电路及整流电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力逆变(inversion)及整流(rectification)电路，尤指一种具有软切换且能降低电流涟波(soft-switching low current ripple)的电力逆变及整流电路，以期在工作切换周期中，除能有效降低输入电流或输出电流的涟波，减少导通损失之外，同时，也能因具有软切换性能，而减少其上半导体开关(semiconductor switch)的导通瞬间或断开瞬间的交换损失，以有效提高电力转换的效率。

背景技术

按，现今许多电力装置(electrical device)上广泛使用的直流-直流的转换电路中，均有一逆变电路(inversion circuit)及一整流电路(rectifier circuit)，其中，该逆变电路是将一直流电压逆变成一交流电压，该交流电压再经该整流电路及一滤波电路(filter circuit)，转换成一直流电压，以提供该电力装置所需的不同直流电位。

一般言，诸多现有的直流-直流转换电路包括半桥式(half-bridge)、推挽式(push-pull)及全桥式(full-bridge)等拓朴的电路，且现有转换电路均具备前述逆变功能，其中，最被广泛使用的是半桥转换电路(Half-Bridge Converter，以下简称HBC)，其为一种降压型衍生转换电路(Buck-derived)，其逆变电路的输入电流具有脉动波形的缺点，常会因瞬间电流变化(di/dt)，产生相当高的干扰，且会伴随着因瞬间电压变化(dv/dt)所产生的另一种杂讯，进而发生电磁干扰(EMI)的问题。因此，在现有转换电路中，必需加装一防制电磁干扰滤波器(EMI filter)，才能符合电磁干扰规范的要求，此举不仅增加了现有转换电路的成本，也增加了现有转换电路所需的空间。有鉴于此，为了降低电流涟波及瞬间电流变动率所产生的杂讯，已有业者广泛地将两组相同的逆变电路予以交错(interleaved)分时工作，然而，采取此一交错分时工作架构者，除了会增加电路的复杂度与制作成本之外，因电流涟波是否降低或消除，完全需视逆变电路上各开关的工作周期而定，因此，若各开关的工作周期小于50％，仍然无法有效减轻前述电磁干扰(EMI)的问题。

针对前述问题，本发明的发明人曾陆续提出数件相关的能减少电流涟波的逆变电路，且先后获准专利在案，如：2009年4月7日获准的美国第7,515,439号专利权、2011年6月7日获准的美国第7,957,161号专利权、2012年9月4日获准的美国第8,319,469号专利权、2013年11月21日公开的美国第2013/0368443A1号专利公告，其中，美国第8,319,469号专利权所主张保护者，为一低输入电流涟波的半桥逆变电路(以下简称HBC-CRR)，该半桥逆变电路因能有效降低输入电流的涟波，故仅需使用一较小的防制电磁干扰滤波器，即能满足规范的要求。

然而，因前述HBC-CRR采用对称式的脉波宽度调变机制，以调节输出电压，其虽能在不同的输入电压及工作负载的条件下，获得稳定的输出电压，但是，仍将产生不同的死区时间(dead time)，导致半导体开关因工作于硬切换(hard switching)状态，而有较高的导通瞬间切换损耗(turn on switching losses)，此一损耗与工作频率成正比增加，因此，限制了该半桥逆变电路的操作频率，致无法有效降低该逆变电路中的感抗元件值(如：电感值或电容值等)，进而导致该半桥逆变电路所欲提高的功率密度性能也无法被有效达成。

为了使前述半桥逆变电路能操作在较高的工作频率，发明人经过诸多实验及测试后认为，采用软切换技术的零电压切换(zero voltage switch，ZVS)应是唯一且必须的解决之道，如此，才能在不牺牲逆变电路的效率的前提下，有效实现逆变电路的高功率密度性能，此为本发明在此欲探讨的一重要课题。

发明内容

有鉴于前述现有逆变电路的问题与缺点，发明人根据多年实务经验及研究实验，终于开发设计出本发明的一种具有软切换且能降低电流涟波的逆变电路及整流电路，以期该电路在电力逆变(或整流)过程中，能有效消除电流的涟波。

本发明的一个技术方案为，提供一种具有软切换且能降低输入电流涟波的逆变电路，其中，该逆变电路并联至一输入端，用以将该输入端提供的一直流电压转换成一交流电压，该逆变电路包括：