CN105099246B - 变换器及其中的电压箝位电路 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种变换器及其中的电压箝位电路。变换器包含第一桥臂、第二桥臂、两开关单元以及电压箝位电路。第一桥臂包含串联于输出端的第一和第二开关单元。第二桥臂包含串联于中性点端的两电压源，且两电压源电性串联耦接于一正输入端和一负输入端。两开关单元电性串联于共同连接端，并串联于中性点端和输出端之间。电压箝位电路电性耦接输出端、共同连接端、中性点端以及正或负输入端，并由两开关单元共享而用以对两开关单元上的电压进行箝位。

Description

变换器及其中的电压箝位电路
技术领域
本发明内容是有关于一种变换器，且特别是有关于一种变换器中的电压箝位电路。
背景技术
一般而言，具有多电平输出的变换器广泛地应用于相关领域中，例如：太阳能逆变器（solar inverter）、不断电电源供应***（UPS）、电源调节***（PCS）、…等等。
上述变换器中通常包括开关等元件，其中位于电流换向（commutation）路径上的开关会作切换，以进行电流换向操作。
然而，电流路径上通常会存在寄生电感，因此在前述开关作切换的暂态期间，寄生电感的存在会导致前述开关承受较高电压，甚至于前述开关关断时，会产生电压突波（voltage spike）对前述开关造成影响。举例来说，当变换器的输入电压为380V时，于前述开关关断的暂态期间，电压突波可能高达600V而远高于开关所能承受的额定电压，如此一来会造成开关的损坏，进而使变换器无法正常工作。
发明内容
本发明内容是关于一种变换器及其中的电压箝位电路，借此解决电压突波造成开关损坏，进而使变换器无法正常工作的问题。
本发明内容的一方面是关于一种变换器，其包含一第一桥臂、一第二桥臂、一第三开关单元、一第四开关单元以及一电压箝位电路。第一桥臂包含一第一开关单元以及一第二开关单元，第一开关单元与第二开关单元电性串联于一输出端。第二桥臂包含一第一电压源以及一第二电压源，第一电压源与第二电压源电性串联于一中性点端，第一电压源与第二电压源电性串联耦接于一正输入端和一负输入端。第三开关单元与第四开关单元电性串联于一共同连接端，且电性串联耦接于中性点端和输出端之间。电压箝位电路电性耦接输出端、共同连接端、中性点端以及正或负输入端，并由第三开关单元及第四开关单元共享而用以对第三开关单元及第四开关单元上的电压进行箝位。
在本发明实施例中，电压箝位电路包含一充电电路以及一放电电路，充电电路电性耦接放电电路，第三开关单元及第四开关单元至少共享充电电路或放电电路。
在本发明实施例中，电压箝位电路包含一电容器、一电阻器、一第一二极管、一第二二极管以及一第三二极管。第一二极管电性耦接于一节点和中性点端之间，第二二极管电性耦接于节点和输出端之间，电容器电性耦接于节点和共同连接端之间，第三二极管与电阻器电性串联耦接于节点与正或负输入端之间。
在本发明实施例中，第三开关单元包括逆并联的第一开关和第四二极管。当第一开关关断时，第四二极管、电容器和第一二极管构成充电回路，电容器吸收第三开关单元上的电压突波。当第一开关导通时，第一开关、第二电压源、电阻器、第三二极管和电容器构成放电回路，电容器通过放电回路将所吸收的电能释放至第二电压源。
在本发明实施例中，第三开关单元包括逆并联的第一开关和第四二极管，第四开关单元包括逆并联的第二开关和第五二极管。当第二开关关断时，第五二极管、电容器和第二二极管构成充电回路，电容器吸收第四开关单元上的电压突波。当第一开关导通时，第一开关、第二电压源、电阻器、第三二极管和电容器构成放电回路，电容器通过放电回路将所吸收的电能释放至第二电压源。
在本发明实施例中，电压箝位电路包含一第一二极管、一第二二极管、一第一电容器、一第二电容器以及一电阻器。第一二极管电性耦接于一节点和共同连接端之间，第一电容器电性耦接于节点和中性点端之间，第二电容器电性耦接于节点和输出端之间，电阻器与第二二极管电性串联耦接于节点与正或负输入端之间。
在本发明实施例中，电压箝位电路包含一电容器、一电感器、一第一二极管、一第二二极管以及一第三二极管。第一二极管电性耦接于一节点和中性点端之间，第二二极管电性耦接于节点和输出端之间，电容器电性耦接于节点和共同连接端之间，第三二极管与电感器电性串联耦接于节点与正或负输入端之间。
在本发明实施例中，电压箝位电路包含一第一二极管、一第二二极管、一第一电容器、一第二电容器以及一电感器。第一二极管电性耦接于一节点和共同连接端之间，第一电容器电性耦接于节点和中性点端之间，第二电容器电性耦接于节点和输出端之间，电感器与第二二极管电性串联耦接于节点与正或负输入端之间。
在本发明实施例中，电压箝位电路包含一电容器、一第一二极管、一第二二极管以及一第三二极管。第一二极管电性耦接于一节点和中性点端之间，第二二极管电性耦接于节点和输出端之间，电容器电性耦接于节点和共同连接端之间，第三二极管电性耦接于节点与正或负输入端之间。
在本发明实施例中，电压箝位电路包含一第一二极管、一第二二极管、一第一电容器、以及一第二电容器。第一二极管电性耦接于一节点和共同连接端之间，第一电容器电性耦接于节点和中性点端之间，第二电容器电性耦接于节点和输出端之间，第二二极管电性耦接于节点与正或负输入端之间。
在本发明实施例中，第三开关单元包含一第一开关，第四开关单元包含一第二开关，第一开关与第二开关逆串联地电性耦接于中性点端和输出端之间。
在本发明实施例中，第一开关和第二开关为绝缘栅双极晶体管，且两绝缘栅双极晶体管的集极或射极电性耦接于共同连接端。
在本发明实施例中，第一开关和第二开关为金属氧化物半导体场效晶体管，且两金属氧化物半导体场效晶体管的漏极或源极电性耦接于共同连接端。
本发明内容的另一方面是关于一种变换器，其包含一第一桥臂、一第二桥臂、一第三开关单元、一第四开关单元以及一电压箝位电路。第一桥臂包含一第一开关单元以及一第二开关单元，第一开关单元与第二开关单元电性串联于一输出端。第二桥臂包含一第一电压源以及一第二电压源，第一电压源与第二电压源电性串联于一中性点端，第一电压源与第二电压源电性串联耦接于一正输入端和一负输入端。第三开关单元与第四开关单元电性串联于一共同连接端，且电性串联耦接于中性点端和输出端之间。电压箝位电路包含一共享电路以及一主动电路。共享电路电性耦接输出端、共同连接端以及中性点端，用以箝位第三开关单元及第四开关单元上的电压，并储存一箝位电压。主动电路电性耦接共享电路，用以依据箝位电压输出一操作电压至正或负输入端、输出端或者一驱动电路，其中驱动电路是用以驱动第三开关单元或第四开关单元。
在本发明实施例中，共享电路包含一电容器、一第一二极管以及一第二二极管。第一二极管电性耦接于一节点和中性点端之间。第二二极管电性耦接于节点和输出端之间。电容器电性耦接于节点和共同连接端之间。主动电路包含一直流转直流变换器，直流转直流变换器的输入端电性耦接电容器的两端，直流转直流变换器的输出端电性耦接驱动电路。
在本发明实施例中，共享电路包含一二极管、一第一电容器以及一第二电容器。二极管电性耦接于一节点和共同连接端之间。第一电容器电性耦接于节点和中性点端之间。第二电容器电性耦接于节点和输出端之间。主动电路包含一直流转直流变换器，直流转直流变换器的输入端电性耦接第一电容器或第二电容器的两端，直流转直流变换器的输出端电性耦接正或负输入端。
本发明内容的次一方面是关于一种电压箝位电路，用于一变换器中，该变换器包括一第一开关单元、一第二开关单元、一第三开关单元、一第四开关单元、一第一电压源和一第二电压源，第一电压源与第二电压源电性串联耦接于一正输入端和一负输入端且相交于一中性点端，第一开关单元与第二开关单元电性串联耦接于正输入端和负输入端且相交于一输出端，第三开关单元与第四开关单元电性串联耦接于中性点端和输出端之间且相交于一共同连接端。电压箝位电路包含一第一端、一第二端、一第三端以及一第四端。第一端电性耦接于变换器的中性点端。第二端电性耦接于变换器的输出端。第三端电性耦接于变换器的共同连接端。第四端电性耦接于变换器的正输入端或负输入端。电压箝位电路由第三开关单元及第四开关单元共享而用以对第三开关单元及第四开关单元上的电压进行箝位。
在本发明实施例中，电压箝位电路包含一电容器、一电阻器、一第一二极管、一第二二极管以及一第三二极管。第一二极管电性耦接于一节点和中性点端之间，第二二极管电性耦接于节点和输出端之间，电容器电性耦接于节点和共同连接端之间，第三二极管与电阻器电性串联耦接于节点与正或负输入端之间。
在本发明实施例中，电压箝位电路包含一第一二极管、一第二二极管、一第一电容器、一第二电容器以及一电阻器。第一二极管电性耦接于一节点和共同连接端之间，第一电容器电性耦接于节点和中性点端之间，第二电容器电性耦接于节点和输出端之间，电阻器与第二二极管电性串联耦接于节点与正或负输入端之间。
在本发明实施例中，电压箝位电路包含一电容器、一电感器、一第一二极管、一第二二极管以及一第三二极管。第一二极管电性耦接于一节点和中性点端之间，第二二极管电性耦接于节点和输出端之间，电容器电性耦接于节点和共同连接端之间，第三二极管与电感器电性串联耦接于节点与正或负输入端之间。
在本发明实施例中，电压箝位电路包含一第一二极管、一第二二极管、一第一电容器、一第二电容器以及一电感器。第一二极管电性耦接于一节点和共同连接端之间，第一电容器电性耦接于节点和中性点端之间，第二电容器电性耦接于节点和输出端之间，电感器与第二二极管电性串联耦接于节点与正或负输入端之间。
在本发明实施例中，电压箝位电路包含一电容器、一第一二极管、一第二二极管以及一第三二极管。第一二极管电性耦接于一节点和中性点端之间，第二二极管电性耦接于节点和输出端之间，电容器电性耦接于节点和共同连接端之间，第三二极管电性耦接于节点与正或负输入端之间。
在本发明实施例中，电压箝位电路包含一第一二极管、一第二二极管、一第一电容器、以及一第二电容器。第一二极管电性耦接于一节点和共同连接端之间，第一电容器电性耦接于节点和中性点端之间，第二电容器电性耦接于节点和输出端之间，第二二极管电性耦接于节点与正或负输入端之间。
在本发明实施例中，电压箝位电路还包含一共享电路以及一主动电路。共享电路电性耦接第一端、第二端、第三端以及第四端，由两串联开关单元共享，并用以于两串联开关单元各自关断的情形下分别箝位两串联开关单元上的电压而储存一箝位电压。主动电路电性耦接共享电路，用以依据箝位电压输出一操作电压至正或负输入端、输出端或者一驱动电路，其中驱动电路是用以驱动第三开关单元或第四开关单元。
在本发明实施例中，共享电路包含一电容器、一第一二极管以及一第二二极管。第一二极管电性耦接于一节点和中性点端之间。第二二极管电性耦接于节点和输出端之间。电容器电性耦接于节点和共同连接端之间。主动电路包含一直流转直流变换器，直流转直流变换器的输入端电性耦接电容器的两端，直流转直流变换器的输出端电性耦接驱动电路。
在本发明实施例中，共享电路包含一二极管、一第一电容器以及一第二电容器。二极管电性耦接于一节点和共同连接端之间。第一电容器电性耦接于节点和中性点端之间。第二电容器电性耦接于节点和输出端之间。主动电路包含一直流转直流变换器，直流转直流变换器的输入端电性耦接第一电容器或第二电容器的两端，直流转直流变换器的输出端电性耦接正或负输入端。
根据本发明的技术内容，应用前述实施例可有效抑制电压突波，且受电压突波影响的开关可共享电压箝位电路，使得所需的元件得以减少，进而使电路的可靠度增加，制作成本减少。
本发明内容旨在提供本发明的简化摘要，以使阅读者对本发明具备基本的理解。此发明内容并非本发明的完整概述，且其用意并非在指出本发明实施例的重要（或关键）元件或界定本发明的范围。
附图说明
图1A是依照本发明第一实施例绘示一种变换器的示意图；
图1B是依照本发明第二实施例绘示一种变换器的示意图；
图2是依照本发明第三实施例绘示一种变换器的示意图；
图3A～3B是依照本发明一实施例绘示一种如图2所示变换器的操作示意图；
图4A是绘示一种现有技术中无电压箝位操作的情形下相应于开关的电压变化示意图；
图4B是依照本发明实施例绘示一种如图2所示变换器中的电压变化示意图；
图5A～5B是依照本发明另一实施例绘示一种如图2所示变换器的操作示意图；
图6是依照本发明另一实施例绘示一种如图2所示变换器中的电压变化示意图；
图7是依照本发明第四实施例绘示一种变换器的示意图；
图8A是依照本发明第五实施例绘示一种变换器的示意图；
图8B是依照本发明第六实施例绘示一种变换器的示意图；
图9A是依照本发明第七实施例绘示一种变换器的示意图；
图9B是依照本发明第八实施例绘示一种变换器的示意图；
图10是依照本发明第九实施例绘示一种变换器的示意图；
图11A～11C是依照本发明实施例绘示不同电压箝位电路的示意图；
图12A～12D是依照本发明实施例绘示不同电压箝位电路的示意图；
图13A是依照本发明第九实施例绘示一种变换器的示意图；
图13B是依照本发明第十实施例绘示一种变换器的示意图。
具体实施方式
下文是举实施例配合所附附图作详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，而结构运作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。此外，附图仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。为便于理解，下述说明中相同元件将以相同的符号标示来说明。
在全篇说明书与权利要求书所使用的用词（terms），除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭露的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本揭露的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本揭露的描述上额外的引导。
关于本文中所使用的“约”、“大约”或“大致”一般通常是指数值的误差或范围于百分之二十以内，较好地是于百分之十以内，而更佳地则是于百分之五以内。文中若无明确说明，其所提及的数值皆视作为近似值，例如可如“约”、“大约”或“大致”所表示的误差或范围，或其他近似值。
关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的元件或操作而已。
其次，在本文中所使用的用词“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
另外，关于本文中所使用的“耦接”或“连接”，均可指二或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，亦可指二或多个元件相互操作或动作。
图1A是依照本发明第一实施例绘示一种变换器的示意图。如图1A所示，变换器100a包含第一桥臂110、第二桥臂120、开关单元130、140以及电压箝位电路150a。
第一桥臂110包含开关单元112、114，其中开关单元112、114电性串联于一输出端AC，且电性串联耦接于一正输入端P和一负输入端N。第二桥臂120包含电压源122、124，其中电压源122、124电性串联于一中性点（neutral point）端O，电压源122、124电性串联耦接于正输入端P和负输入端N。在一实施例中，中性点端O电性耦接于接地端。其次，开关单元130、140电性串联于一共同连接端B，且电性串联耦接于中性点端O和输出端AC之间。此外，电压箝位电路150a电性耦接输出端AC、共同连接端CN、中性点端O以及负输入端N，并由开关单元130、140共享而用以对开关单元130、140上的电压进行箝位。
需说明的是，如图1A所示，于流经正输入端P、负输入端N和中性点端O的电流路径上分别存在寄生电感LP、LN和LO。
在一实施例中，电压箝位（clamp）电路150a可包含端点A、B、C、D，其中端点A电性耦接于中性点端O，端点B电性耦接于两串联开关单元130、140的共同连接端CN，端点C电性耦接输出端AC，端点D电性耦接于负输入端N。
此外，在一些实施例中，本文所称“电压箝位电路”可单独作为一共享电路而由开关单元130、140共享；在另一些实施例中，本文所称“电压箝位电路”的内部配置有共享电路，且共享电路电性耦接端点A、B、C、D而由开关单元130、140共享，并用以于开关单元130、140各自关断的情形下分别箝位两串联开关单元130、140上的电压。换言之，下述实施例中关于电压箝位电路的说明，均可一并指上述所提及的共享电路。
图1B是依照本发明第二实施例绘示一种变换器的示意图。相较于图1A所示的实施例，在图1B的变换器100b中，电压箝位电路150b电性耦接输出端AC、共同连接端CN、中性点端O以及正输入端P，并由开关单元130、140共享而用以对130、140上的电压进行箝位。实作上，前述变换器100a、100b可以是T型中性点箝位（T-type neutral-point-clamped，TNPC）变换器。
类似地，在一实施例中，电压箝位电路150b可包含端点A、B、C、D，其中端点A电性耦接于中性点端O，端点B电性耦接于两串联开关单元130、140的共同连接端CN，端点C电性耦接输出端AC，端点D电性耦接于正输入端P。
实作上，前述端点A、B、C与两串联开关单元130、140的距离愈近愈好，且端点D可视为一放电端点。
在一些实施例中，开关单元112包含彼此逆并联耦接的开关S1及二极管D1，开关单元114包含彼此逆并联耦接的开关S2及二极管D2，开关单元130包含彼此逆并联耦接的开关S3及二极管D3，开关单元140包含彼此逆并联耦接的开关S4及二极管D4，其中开关S3和S4逆串联地电性耦接于中性点端O和输出端AC之间。在此，开关S3和S4逆串联电性耦接的方式，可以指在开关S3和S4例如为绝缘栅双极晶体管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）的情形下，开关S3的集极电性耦接开关S4的集极，开关S3的射极电性耦接至中性点端O，开关S4的射极电性耦接至输出端AC。在进一步的实施例中，开关S3和S4亦可分别以多个串联或并联的开关元件来实现。在其它实施例中，前述电压源122、124可由电容器、电池…等元件来实现。
实作上，前述开关S1、S2、S3、S4可为绝缘栅双极晶体管（insulated gate bipolartransistor，IGBT）、金属氧化物半导体场效晶体管（metal-oxide semiconductor fieldeffect transistor，MOSFET）、其它类型的晶体管或其组合。
于一实施例中，在前述开关S3、S4为绝缘栅双极晶体管的情形下，两绝缘栅双极晶体管的集极电性耦接于共同连接端CN，如图1A和图1B所示。于另一实施例中，在前述开关S3、S4为金属氧化物半导体场效晶体管的情形下，两金属氧化物半导体场效晶体管的漏极电性耦接于共同连接端CN。
图2是依照本发明第三实施例绘示一种变换器的示意图。相较于图1A所示的实施例，图2所示的电压箝位电路250包含电容器Ccom、电阻器Rcom、二极管dcom、d1、d2。二极管d1电性耦接于节点NA和中性点端O之间，二极管d2电性耦接于节点NA和输出端AC之间，电容器Ccom电性耦接于节点NA和共同连接端CN之间，二极管dcom与电阻器Rcom电性串联耦接于节点NA与负输入端N之间。
具体而言，如图2所示，二极管d1的阴极和阳极分别电性耦接于中性点端O和节点NA，二极管d2的阴极和阳极分别电性耦接于输出端AC和节点NA，二极管dcom的阴极和阳极分别电性耦接于节点NA和电阻器Rcom。
以电路架构而言，电容器Ccom和二极管d1可作为与开关S3共同操作的充电电路，电容器Ccom和二极管d2可作为与开关S4共同操作的充电电路，亦即开关S3和S4于电压箝位操作的充电过程中共享电容器Ccom。另一方面，电容器Ccom、电阻器Rcom和二极管dcom可作为与开关S3和S4共同操作的放电电路，亦即开关S3和S4于电压箝位操作的放电过程中共享电容器Ccom、电阻器Rcom和二极管dcom。与开关S3和S4相关的电压箝位操作具体如下列图3A～3B及图4A～4B所示。
需说明的是，本发明中所称“二极管”可指实际的二极管元件，也可以指由开关来实现的二极管，例如由金属氧化物半导体场效晶体管（MOSFET）、双极接面晶体管（BJT）或其它类型的晶体管来实现。换言之，本发明中所称“二极管”均可由开关（包括主动或被动开关）来替换。因此，本发明不以附图所示的实施例为限。
图3A～3B是依照本发明一实施例绘示一种如图2所示变换器的操作示意图。如图3A所示，在开关S3关断的期间，相应于开关S3的电压突波（voltage spike）会产生，此时电压突波会沿着虚线所示的充电回路由电容器Ccom所吸收，电容器Ccom则储存相应于电压突波的电能。其次，如图3B所示，在开关S3导通的期间，电容器Ccom所储存的电能会沿着虚线所示的放电回路，通过电阻器Rcom、二极管dcom和电容器Ccom放电至负输入端N。如此一来，相应于开关S3的电压箝位操作便可有效进行，避免开关S3因电压突波而损坏。
具体而言，如图3A所示，当开关S3关断时，二极管D3、电容器Ccom和二极管d1构成充电回路，电容器Ccom吸收相应于开关S3的电压突波。另一方面，如图3B所示，当开关S3导通时，开关S3、电压源124、电阻器Rcom、二极管dcom和电容器Ccom构成放电回路，电容器Ccom通过放电回路将所吸收的电能释放至电压源124。
图4A是绘示一种现有技术中无电压箝位操作的情形下相应于开关的电压变化示意图。如图4A所示，当输入电压Vin为380V时，电压突波VS可能高达600V而远高于开关所能承受的额定电压，进而造成开关的损坏。
图4B是依照本发明实施例绘示一种如图2所示变换器中的电压变化示意图。相较于图4A而言，电容器Ccom的储存电压VCcom会因吸收电压突波而有微幅增加，而电压箝位操作可通过电容器Ccom有效地进行，因此可大幅减少电压突波对开关S3上电压VS3的影响。
图5A～5B是依照本发明另一实施例绘示一种如图2所示变换器的操作示意图。如图5A所示，在开关S4关断的期间，相应于开关S4的电压突波会产生，此时电压突波会沿着虚线所示的充电回路由电容器Ccom所吸收，而电容器Ccom则储存相应于电压突波的电能。其次，如图5B所示，在开关S4导通的期间，电容器Ccom所储存的电能会沿着虚线所示的放电回路，通过电阻器Rcom、二极管dcom和电容器Ccom放电至负输入端N。如此一来，相应于开关S4的电压箝位操作便可有效进行，避免开关S4因电压突波而损坏。
具体而言，如图5A所示，当开关S4关断时，二极管D4、电容器Ccom和二极管d2构成充电回路，电容器Ccom吸收相应于开关S4的电压突波。另一方面，如图5B所示，当开关S3导通时，开关S3、电压源124、电阻器Rcom、二极管dcom和电容器Ccom构成放电回路，电容器Ccom通过放电回路将所吸收的电能释放至电压源124。
图6是依照本发明另一实施例绘示一种如图2所示变换器中的电压变化示意图。相较于图4A而言，电容器Ccom的储存电压VCcom会因吸收电压突波而有微幅增加，而电压箝位操作可通过电容器Ccom有效地进行，因此可大幅减少电压突波对开关S4上电压VS4的影响。
综上所述，相应于开关S3和S4的电压突波可通过图2所示的电压箝位电路250有效地被抑制，且开关S3和S4可共享电容器Ccom、电阻器Rcom和二极管dcom，使得所需的元件得以减少，进而使电路的可靠度增加，制作成本减少。
图7是依照本发明第四实施例绘示一种变换器的示意图。相较于图2所示的实施例，图7所示的电压箝位电路350包含电容器C1和C2、电阻器Rcom以及二极管dcom1和dcom2。二极管dcom1电性耦接于节点NA和共同连接端CN之间，电容器C1电性耦接于节点NA和中性点端O之间，电容器C2电性耦接于节点NA和输出端AC之间，电阻器Rcom与二极管dcom2电性串联耦接于节点NA与正输入端P之间。
具体而言，如图7所示，二极管dcom1的阴极和阳极分别电性耦接于共同连接端CN和节点NA，二极管dcom2的阴极和阳极分别电性耦接于电阻器Rcom和正输入端P。
以电路架构而言，开关S3和S4于电压箝位操作的充电过程中共享二极管dcom1，另一方面，开关S3和S4于电压箝位操作的放电过程中共享电阻器Rcom和二极管dcom2。
于电压箝位操作中，相应于开关S3的电压突波会由电容器C1所吸收，电容器C1储存相应于电压突波的电能，而后电容器C1所储存的电能通过电阻器Rcom和二极管dcom2放电至正输入端P。类似地，相应于开关S4的电压突波会由电容器C2所吸收，电容器C2储存相应于电压突波的电能，而后电容器C2所储存的电能通过电阻器Rcom和二极管dcom2放电至正输入端P。如此一来，相应于开关S3和S4的电压箝位操作便可有效进行，避免开关S3和S4因电压突波而损坏。
另一方面，上述变换器亦可以具不同类型的拓扑结构。图8A是依照本发明第五实施例绘示一种变换器的示意图。相较于图1B而言，如图8A所示，在前述开关S3、S4为绝缘栅双极晶体管的情形下，两绝缘栅双极晶体管的射极电性耦接于共同连接端CN。类似地，于另一实施例中，在前述开关S3、S4为金属氧化物半导体场效晶体管的情形下，两金属氧化物半导体场效晶体管的源极电性耦接于共同连接端CN。
此外，图8B是依照本发明第六实施例绘示一种变换器的示意图。相较于图1A而言，如图8B所示，在前述开关S3、S4为绝缘栅双极晶体管的情形下，两绝缘栅双极晶体管的射极电性耦接于共同连接端CN。类似地，于另一实施例中，在前述开关S3、S4为金属氧化物半导体场效晶体管的情形下，两金属氧化物半导体场效晶体管的源极电性耦接于共同连接端CN。
图9A是依照本发明第七实施例绘示一种变换器的示意图。相较于图2而言，在电压箝位电路550a中，二极管d1电性耦接于节点NA和中性点端O之间，二极管d2电性耦接于节点NA和输出端AC之间，电容器Ccom电性耦接于节点NA和共同连接端CN之间，二极管dcom与电阻器Rcom电性串联耦接于节点NA与正输入端P之间。
具体而言，如图9A所示，二极管d1的阴极和阳极分别电性耦接于节点NA和中性点端O，二极管d2的阴极和阳极分别电性耦接于节点NA和输出端AC，二极管dcom的阴极和阳极分别电性耦接于正输入端P和电阻器Rcom。
图9A中电压箝位电路550a的操作与图2中电压箝位电路250的操作类似，两者区别在于图9A中电容器Ccom所储存的电能会放电至正输入端P，故于此不再赘述。
图9B是依照本发明第八实施例绘示一种变换器的示意图。相较于图7而言，在电压箝位电路550b中，二极管dcom1电性耦接于节点NA和共同连接端CN之间，电容器C1电性耦接于节点NA和中性点端O之间，电容器C2电性耦接于节点NA和输出端AC之间，电阻器Rcom与二极管dcom2电性串联耦接于节点NA与负输入端N之间。
具体而言，如图9B所示，二极管dcom1的阴极和阳极分别电性耦接于共同连接端CN和节点NA，二极管dcom2的阴极和阳极分别电性耦接于节点NA和电阻器Rcom。
图9B中电压箝位电路550b的操作与图7中电压箝位电路350的操作类似，两者区别在于图9B中电容器C1或C2所储存的电能会放电至负输入端N，故于此不再赘述。
为了减少电压箝位操作的放电过程中电阻器Rcom上的损耗，前述电阻器Rcom亦可由电感器来替代。图10是依照本发明第九实施例绘示一种变换器的示意图。相较于图2而言，图10的电压箝位电路650包含电感器Lcom而非电阻器Rcom，其中电感器Lcom与二极管dcom电性串联耦接于节点NA与负输入端N之间。
图11A～11C是依照本发明实施例绘示不同电压箝位电路的示意图。如图11A所示，相较于图7所示的实施例，电压箝位电路包含电感器Lcom而非电阻器Rcom，其中电感器Lcom与二极管dcom2电性串联耦接于节点NA与正输入端P之间。其次，如图11B所示，相较于图9A所示的实施例，电压箝位电路包含电感器Lcom而非电阻器Rcom，其中电感器Lcom与二极管dcom电性串联耦接于节点NA与正输入端P之间。再者，如图11C所示，相较于图9B所示的实施例，电压箝位电路包含电感器Lcom而非电阻器Rcom，其中电感器Lcom与二极管dcom2电性串联耦接于节点NA与负输入端N之间。
前述图10和图11A～11C所示电压箝位电路的操作分别与图2、图7、图9A、图9B所示电压箝位电路的操作基本上类似，故于此不再赘述。
另一方面，前述电感器Lcom或电阻器Rcom亦可省略，使得电压箝位电路的电路结构更加简单。图12A～12D是依照本发明实施例绘示不同电压箝位电路的示意图。图12A～12D所示的电压箝位电路分别与图10和图11A～11C所示的电压箝位电路类似，但相较于图10和图11A～11C所示的电压箝位电路，图12A～12D所示的电压箝位电路并未包含电感器Lcom（或电阻器Rcom），如此一来，可使电压箝位电路的电路结构更加简单。
图13A是依照本发明第九实施例绘示一种变换器的示意图。如图13A所示，电压箝位电路包含共享电路750a和主动电路760a，其中主动电路760a电性耦接共享电路750a。
共享电路750a电性耦接输出端AC、共同连接端CN以及中性点端O，用以箝位开关S3和S4上的电压，并储存一箝位电压（即相应电压突波所储存的电压）。在本实施例中，共享电路750a包含电容器Ccom以及二极管d1、d2，电容器Ccom与二极管d1、d2的连接关系类似图9A所示，且电容器Ccom可用以储存上述的箝位电压。
其次，主动电路760a是用以依据箝位电压输出一操作电压至一驱动电路770，且此驱动电路760a是用以驱动开关S3。在本实施例中，主动电路760a包含直流转直流（DC/DC）变换器765a，例如：降压式变换器（buck converter），其中直流转直流变换器765a的输入端电性耦接电容器Ccom的两端，直流转直流变换器765a的输出端电性耦接驱动电路770。
于电压箝位操作中，在电容器Ccom储存相应于电压突波的电能后，电容器Ccom所储存的电能会通过直流转直流变换器765a作变换，然后反馈而对驱动电路770进行供电。
在一些实施例中，前述主动电路760a亦可输出操作电压至用以驱动开关S4的驱动电路。在其它实施例中，主动电路760a亦可输出操作电压至正输入端P、负输入端N或者输出端AC。
图13B是依照本发明第十实施例绘示一种变换器的示意图。如图13B所示，电压箝位电路包含共享电路750b和主动电路760b，其中主动电路760b电性耦接共享电路750b。
类似地，共享电路750b电性耦接输出端AC、共同连接端CN以及中性点端O，用以箝位开关S3和S4上的电压，并储存箝位电压（即相应电压突波所储存的电压）。在本实施例中，共享电路750b包含电容器C1、C2以及二极管dcom1，电容器C1、C2与二极管dcom1的连接关系类似图7所示，且电容器C1、C2可用以储存上述的箝位电压。
其次，主动电路760b是用以依据箝位电压输出操作电压至正输入端P。在本实施例中，主动电路760b包含直流转直流变换器765b，例如：降压式变换器（buck converter），其中直流转直流变换器765b的输入端电性耦接电容器C1的两端，直流转直流变换器765b的输出端电性耦接正输入端P。
于电压箝位操作中，在电容器C1储存相应于电压突波的电能后，电容器C1所储存的电能会通过直流转直流变换器765b作变换，然后输出至正输入端P。
在一些实施例中，前述主动电路760b（或直流转直流变换器765b）的输入端电性亦可电性耦接电容器C2的两端。在其它实施例中，前述主动电路760b（或直流转直流变换器765b）的输出端亦可电性耦接负输入端N。
实作上，图13A所示的共享电路750a或图13B所示的共享电路750b，可依据实际需求采用前述不同实施例中的电压箝位电路结构，亦即图13A及图13B所示仅为例示而已，并非用以限定本发明。
此外，实作上，上述实施例所示的二极管均可由开关所实现，例如：金属氧化物半导体场效晶体管（MOSFET）、双极接面晶体管（BJT）或其它类型的晶体管。再者，虽然上述实施例仅描述了应用于单相输出的例子，但其仅为例示而已，并非用以限定本发明，亦即本领域具通常知识者均可以将类似电路结构应用于具多相（如：三相）输出的变换器中。
综上所述，电压突波可通过上述电压箝位电路有效地被抑制，且受电压突波影响的开关可共享电压箝位电路，使得所需的元件得以减少，进而使电路的可靠度增加，制作成本减少。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域具通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (4)

1.一种变换器，其特征在于，包含：
一第一桥臂，包含一第一开关单元以及一第二开关单元，该第一开关单元与该第二开关单元电性串联于一输出端；
一第二桥臂，包含一第一电压源以及一第二电压源，该第一电压源与该第二电压源电性串联于一中性点端，该第一电压源与该第二电压源电性串联耦接于一正输入端和一负输入端；
一第三开关单元以及一第四开关单元，电性串联于一共同连接端，且电性串联耦接于该中性点端和该输出端之间；以及
一电压箝位电路，包含：一共享电路，电性耦接该输出端、该共同连接端以及该中性点端，用以箝位该第三开关单元及该第四开关单元上的电压，并储存一箝位电压；以及一主动电路，电性耦接该共享电路，用以依据该箝位电压输出一操作电压至一驱动电路，其中该驱动电路是用以驱动该第三开关单元或该第四开关单元，
其中该共享电路包含一电容器、一第一二极管以及一第二二极管，该第一二极管电性耦接于一节点和该中性点端之间，该第二二极管电性耦接于该节点和该输出端之间，该电容器电性耦接于该节点和该共同连接端之间，该主动电路包含一直流转直流变换器，该直流转直流变换器的输入端电性耦接该电容器的两端，该直流转直流变换器的输出端电性耦接该驱动电路。
2.一种变换器，其特征在于，包含：
一第一桥臂，包含一第一开关单元以及一第二开关单元，该第一开关单元与该第二开关单元电性串联于一输出端；
一第二桥臂，包含一第一电压源以及一第二电压源，该第一电压源与该第二电压源电性串联于一中性点端，该第一电压源与该第二电压源电性串联耦接于一正输入端和一负输入端；
一第三开关单元以及一第四开关单元，电性串联于一共同连接端，且电性串联耦接于该中性点端和该输出端之间；以及
一电压箝位电路，包含：一共享电路，电性耦接该输出端、该共同连接端以及该中性点端，用以箝位该第三开关单元及该第四开关单元上的电压，并储存一箝位电压；以及一主动电路，电性耦接该共享电路，用以依据该箝位电压输出一操作电压至该正或负输入端或该输出端，
其中该共享电路包含一二极管、一第一电容器以及一第二电容器，该二极管电性耦接于一节点和该共同连接端之间，该第一电容器电性耦接于该节点和该中性点端之间，该第二电容器电性耦接于该节点和该输出端之间，该主动电路包含一直流转直流变换器，该直流转直流变换器的输入端电性耦接该第一电容器或该第二电容器的两端，该直流转直流变换器的输出端电性耦接该正或负输入端。
3.一种电压箝位电路，用于一变换器中，该变换器包括一第一开关单元、一第二开关单元、一第三开关单元、一第四开关单元、一第一电压源和一第二电压源，该第一电压源与该第二电压源电性串联耦接于一正输入端和一负输入端且相交于一中性点端，该第一开关单元与该第二开关单元电性串联耦接于该正输入端和该负输入端且相交于一输出端，该第三开关单元与该第四开关单元电性串联耦接于该中性点端和该输出端之间且相交于一共同连接端，其特征在于，该电压箝位电路包含：
一第一端，电性耦接于该变换器的该中性点端；
一第二端，电性耦接于该变换器的该输出端；以及
一第三端，电性耦接于该变换器的该共同连接端，
其中该电压箝位电路由该第三开关单元及该第四开关单元共享而用以对该第三开关单元及该第四开关单元上的电压进行箝位；
所述的电压箝位电路，还包含：
一共享电路，电性耦接该第一端、该第二端以及该第三端，由该两串联开关单元共享，并用以于该两串联开关单元各自关断的情形下分别箝位该两串联开关单元上的电压而储存一箝位电压；以及
一主动电路，电性耦接该共享电路，用以依据该箝位电压输出一操作电压至一驱动电路，其中该驱动电路是用以驱动该第三开关单元或该第四开关单元，
其中该共享电路包含一电容器、一第一二极管以及一第二二极管，该第一二极管电性耦接于一节点和该中性点端之间，该第二二极管电性耦接于该节点和该输出端之间，该电容器电性耦接于该节点和该共同连接端之间，该主动电路包含一直流转直流变换器，该直流转直流变换器的输入端电性耦接该电容器的两端，该直流转直流变换器的输出端电性耦接该驱动电路。
4.一种电压箝位电路，用于一变换器中，该变换器包括一第一开关单元、一第二开关单元、一第三开关单元、一第四开关单元、一第一电压源和一第二电压源，该第一电压源与该第二电压源电性串联耦接于一正输入端和一负输入端且相交于一中性点端，该第一开关单元与该第二开关单元电性串联耦接于该正输入端和该负输入端且相交于一输出端，该第三开关单元与该第四开关单元电性串联耦接于该中性点端和该输出端之间且相交于一共同连接端，其特征在于，该电压箝位电路包含：
一第一端，电性耦接于该变换器的该中性点端；
一第二端，电性耦接于该变换器的该输出端；
一第三端，电性耦接于该变换器的该共同连接端；以及
一第四端，电性耦接于该变换器的该正输入端或该负输入端；
其中该电压箝位电路由该第三开关单元及该第四开关单元共享而用以对该第三开关单元及该第四开关单元上的电压进行箝位；
其中所述的电压箝位电路，还包含：
一共享电路，电性耦接该第一端、该第二端、该第三端以及该第四端，由该两串联开关单元共享，并用以于该两串联开关单元各自关断的情形下分别箝位该两串联开关单元上的电压而储存一箝位电压；以及
一主动电路，电性耦接该共享电路，用以依据该箝位电压输出一操作电压至该正或负输入端，
其中该共享电路包含一二极管、一第一电容器以及一第二电容器，该二极管电性耦接于一节点和该共同连接端之间，该第一电容器电性耦接于该节点和该中性点端之间，该第二电容器电性耦接于该节点和该输出端之间，该主动电路包含一直流转直流变换器，该直流转直流变换器的输入端电性耦接该第一电容器或该第二电容器的两端，该直流转直流变换器的输出端电性耦接该正或负输入端。
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