[发明专利]具有软切换且能降低输入电流涟波的逆变电路

说明书

本发明揭露了一种软开关和低输入电流纹波逆变电路。它包括共享一个变压器的两组并联的双开关正激逆变器，两个钳位二极管和一个耦合电容。因为它具有无损缓冲器，在半导体开关的关断瞬间，得以提供电压钳位功能，并提供足够的变压器漏电感能量，以实现具有低输入电流纹波特性的零电压开关操作。两组具有180°相移的驱动信号分别被产生。每组驱动信号包括一个PWM信号(D)和一个接近50％占空比的驱动信号，以分别控制所述第一和第二双开关正激逆变器的两个开关。采用所提出的逆变电路，与现有技术电路相比，开关的电压，在维持漏感能量之环流时区间已经降低到输入电压的一半。开关损耗得以降低，效率得到改善，尤其是在轻负载操作中。

技术领域

本发明是一种电力逆变电路，尤指一种具有低输入电流涟波的电力逆变电路，以期在电力逆变过程中，能有效降低输入电流的涟波，同时可以大幅降低所述电路中各半导体开关导通瞬间的电压，进而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，均有逆变电路(inversion circuit)，其中，逆变电路是将直流电压逆变成交流电压，交流电压再经整流电路及滤波电路(filter circuit)，转换成直流电压，以提供电力装置所需的不同直流位准。

一般来说，诸多公知的直流-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，且这些公知转换电路均具备前述逆变功能，其中，最被广泛使用的是全桥转换电路(Full-Bridge Converter，以下简称FBC)，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)，产生相当高的噪声，且会伴随着因瞬间电压变化(dv/dt)所产生的另一种噪声，进而发生电磁干扰(EMI)的问题。因此，在这些公知转换电路中，必需加装防制电磁干扰滤波器(EMI filter)，才能符合电磁干扰规范的要求，不仅增加了这些公知转换电路的成本，亦增加了这些公知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噪声，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，采取这一种工作架构者，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，完全需视这些逆变电路上各开关的占空比(dutycycle)而定，因此，若所述各开关的占空比小于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8,259,469号专利权、2014年3月4日公获准的美国第8,665,616号专利权、2016年10月18日获准的美国第9,473,045号专利权、其中，美国第7,515,439号专利权图2c及图3c所主张保护者，为低输入电流涟波的全桥逆变电路(以下简称FBC-CRR)，所述全桥逆变电路因能有效降低输入电流的涟波，故仅需使用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FBC-CRR是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，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)，此损耗与工作频率成正比增加。因此，采用全桥相移控制的软切换技术，半导体开关组件达成零电压(zero voltage switching)切换，能在不牺牲逆变电路的效率前提下，有效实现高功率密度性能。唯因导通损失与交换损失相互增减，电路只能设计于部分负载电流的操作范围内，得以实现零电压交换，达成高转换效率的性能。若工作轻载的状况，将无法维持零电压的机制，造成轻载的转换效率普遍下降。