TWI422136B - 應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組 - Google Patents
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Description
本發明係有關一種應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組，尤指一種藉由所設計之電路架構及控制方法，可縮小變壓器之體積，變壓器二次側採用全波整流，將交流輸入訊號整流成直流訊號，交流端之反流器採用低頻切換，降低開關之切換損失，藉此提高整體轉換器之轉換效率，來達到更加綠能環保的電路設計。
目前太陽光電發電系統之轉換器電路架構大多以單級或是雙級轉換器架構為主，應用範圍多在家用市電併聯型的產品，因此轉換器之直流輸入端的電壓也較為寬廣。一般家用型的太陽光電電力調節器之直流電壓多以高電壓為主，透過串/並聯的方式將太陽光電池模組排列組合，以配合電力調節器之規格，倘若其中一組太陽光電池模組損壞時，便會影響整體太陽光電系統之發電輸出，因此將太陽光電直流轉交流轉換器設計與太陽光電池模組整合，單一太陽光電池模組輸出低壓直流電，透過直流轉交流轉換器將低壓直流電轉換為交流電壓輸出與市電併聯，如此可提高系統之可靠度及運轉效率。另外由於小容量的設計，可以使得配線上使用較小容量規格，可降低線路之損耗，且可省卻直流輸入端與輸出端之開關元件，降低整體之裝設成本。
傳統轉換器電路架構採用兩級切換模式，且切換頻率
多為數十kHz，造成變壓器或是交流輸出濾波電感體積較大，使得轉換器整體體積增加及重量增加，另外兩級控制需要兩組以上的電流感測元件分別控制交流輸出功率與直流輸入功率，若能針對切換模式之控制策略加以改進，將能使得太陽光電直流轉交流轉換器更具競爭力。
請參閱圖一、二所示，習知之太陽光電交流模組直流轉交流轉換器電路架構。於控制電路的原理上，前級之反流器切換頻率為80kHz，且交流輸出電流之控制參考信號為一20kHz的訊號，來達到交流模組直流轉交流的電路模組，但是其缺點為該電路設置有八個主動式開關(Q1
~Q8
)，故提高了電路的製造成本。
請參閱圖三所示，係習知之高頻切換太陽光電交流模組直流轉交流轉換器電路架構(美國專利號US4641232)。電路模組為採用中間抽頭式高頻並聯共振電路直流轉交流轉換器架構，並搭配一組全橋全波整流器及高頻單相直流轉交流轉換器，但是其缺點為該電路極為複雜，所應用的電子元件較多，故提高了電路製造成本。
請參閱圖四所示，係習知高頻全橋式直流轉交流轉換器應用於太陽光電交流模組直流轉交流轉換器電路架構(美國專利號US7339287)。電路模組採用高頻切換之全橋式直流轉交流轉換器架構，並搭配一組全橋全波整流器及高頻單相直流轉交流轉換器，其缺點為交流端之反流器未採用低頻切換，降低開關之切換損失。
請參閱圖五所示，係習知隔離型太陽光電交流模組直流轉交流轉換器電路架構(美國專利號US20090086514)。
電路模組採用高頻切換之反馳式直流轉直流轉換器架構，後級交流輸出搭配一組全橋低頻單相直流轉交流轉換器(以閘流體為開關元件)，其缺點為交流端之反流器未採用低頻切換，降低開關之切換損失。
除此之外，前述某些習知全橋式串聯共振直流轉交流轉換器雖然採高頻切換模式，但由於主動式開關切換採對稱式切換模式，將使得直流輸入電流呈現不平衡(如下述圖七(A)所示)，且輸出能量在開關元件關閉時，有部分能量回送至輸入側，使得整體能量輸出利用率降低，且會造成輸入漣波電流增加，降低輸入濾波電容的壽命，而有待改善。
基於解決以上所述習知技術的缺失，本發明為一種應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組，主要目的為改善習知全橋式轉換器之交流輸出端與市電併聯需要一組低頻變壓器，會使得體積增加的缺失，本發明提出一種新型電路架構應用於太陽光電交流模組直流轉交流轉換器，藉由所設計之電路架構及控制方法，可縮小變壓器之體積，變壓器二次側採用全波整流，將交流輸入訊號整流成直流訊號，交流端之反流器採用低頻切換，降低開關之切換損失，藉此提高整體轉換器之轉換效率，來達到更加綠能環保的電路設計。
本發明之另一目的為於太陽光電交流模組直流轉交流
轉換器電路架構控制上第一級全橋式反流器，採用固定導通時間控制，待串聯共振電流至零時，控制開關關閉，可防止開關關閉時所產生之切換損失；串聯共振電路電感與電容共振頻率設計為200kHz，開關切換頻率設計在工作範圍之左半平面，使得切換頻率低於共振頻率。透過控制開關關閉的時間，達到交流輸出功率以及控制交流輸出電流的大小；另外高頻的切換模式使得變壓器(MT)在設計上可縮小體積，且該變壓器為一隔離變壓器，可省卻裝置交流之低頻變壓器之成本及整體體積，另外搭配變壓器二次側全波整流器及兩組主動式開關與市電同步切換，便可使得轉換器之輸出電流與市電電壓同步。
為達上述目的，本發明為一種應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組，其包括有：一直流轉交流轉換電路，其係為一全橋式反流器所構成，可將直流電壓調整至固定輸出交流電壓，該全橋式反流器係由四個主動式開關(Q1
、Q2
、Q3
、Q4
)所構成；一組串聯共振電路，該串聯共振電路係由一電感器(L1
)與一電容器(C2
)所構成的，使直流轉交流轉換電路輸出之交流電壓產生振盪，使得該交流電壓在振盪循環中降壓至零，該直流轉交流轉換電路與串聯共振電路架構之連接順序為：電容器(C2
)之一端串連電感器(L1
)，電容器(C2
)之輸入端接至主動式開關(Q1
、Q2
)之串接點；主動式開關(Q3
、Q4
)之串接點接至變壓器一次側之輸入端負端，電感器(L1
)之輸出
端連接至變壓器一次側之輸入端之正端，且該電容器(C2
)可以連接至主動式開關(Q3
、Q4
)之串接點；一個具三組線圈之隔離變壓器，可將直流轉交流轉換電路所產生之交流輸出電壓轉換成不同電壓大小；一組全波整流器，可將交流電壓輸入轉換為直流電壓輸出，該全波整流器包括四個被動式開關元件(D1
、D2
、D3
、D4
)；以及一組反流器，用以控制交流電流輸出方向，該反流器係由二個主動式開關(Q5
、Q6
)及一電容器(C3
)所構成，且該全波整流器電路與變壓器及反流器之連接順序為：該變壓器二次側第一線圈之輸入端連接至被動式開關元件(D1
、D2
)之串接點，變壓器二次側第二線圈之輸出端連接至被動式開關元件(D3
、D4
)之串接點；被動式開關元件(D1
)之輸出端連接至被動式開關元件(D3
)之輸出端，再連接至主動式開關(Q5
)之輸入端；被動式開關元件(D2
)之輸入端連接至被動式開關元件(D4
)之輸入端，再連接至主動式開關(Q6
)之輸出端；主動式開關(Q5
、Q6
)之串接點接至電容器(C3
)之正端；變壓器二次側第一線圈與第二線圈之連接點連接至電容器(C3
)之負端。
為達上述之目的，本發明為一種應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組，其包括有：一直流轉交流轉換電路，其係由一半橋式反流器所構成，主要元件包括三個主動開關元件(Q1
、Q2
、Q3
)及二輸入電容(C10
、C11
)；
一組串聯共振電路，該串聯共振電路係由一電感器(L1
)與一電容器(C2
)所構成的，使直流轉交流轉換電路輸出之交流電壓產生振盪，使得該交流電壓在振盪循環中降壓至零，該直流轉交流轉換電路與串聯共振電路架構之連接順序為：電容器(C2
)之一端串連電感器(L1
)，電容器(C2
)之輸入端接至主動式開關(Q1
、Q2
、Q3
)之共同串接點；主動式開關(Q3
)之串接點接至變壓器一次側之輸入端負端，電感器(L1
)之輸出端連接至變壓器一次側之輸入端之正端；一個具三組線圈之隔離變壓器，可將直流轉交流轉換電路所產生之交流輸出電壓轉換成不同電壓大小；一組全波整流器，可將交流電壓輸入轉換為直流電壓輸出，該全波整流器包括四個被動式開關元件(D1
、D2
、D3
、D4
)；以及一組反流器，用以控制交流電流輸出方向，該反流器係由二個主動式開關(Q5
、Q6
)及一電容器(C3
)所構成，且該全波整流器電路與變壓器及反流器之連接順序為：該變壓器二次側第一線圈之輸入端連接至被動式開關元件(D1
、D2
)之串接點，變壓器二次側第二線圈之輸出端連接至被動式開關元件(D3
、D4
)之串接點；被動式開關元件(D1
)之輸出端連接至被動式開關元件(D3
)之輸出端，再連接至主動式開關(Q5
)之輸入端；被動式開關元件(D2
)之輸入端連接至被動式開關元件(D4
)之輸入端，再連接至主動式開關(Q6
)之輸出端；主動式開關(Q5
、Q6
)之串接點接至電容器(C3
)之正端；
變壓器二次側第一線圈與第二線圈之連接點連接至電容器(C3
)之負端。
為進一步對本發明有更深入的說明，乃藉由以下圖示、圖號說明及發明詳細說明，冀能對 貴審查委員於審查工作有所助益。
茲配合下列之圖式說明本發明之詳細結構，及其連結關係，以利於 貴審委做一瞭解。
本發明主要係將太陽光電直流轉交流轉換器與太陽光電池結合，個別安裝於太陽光電池模組背後，使得每一個模組可獨立產生100-200W的交流電源，如此可使得太陽光電發電系統在安裝上可獲得較佳之安排組合，低壓直流輸入的設計可提供安裝上的安全性；另外由於小容量及模組化的設計可降低生產成本，降低運轉時所產生之線路損耗，提高轉換效率。
本文主要提出一種新型電路架構及控制方法應用於太陽光電直流轉交流轉換器，該電路架構可分為兩個部份，第一級為全橋式串聯共振直流轉交流轉換器，採用高頻切換模式，搭配一組具三組線圈之隔離變壓器及一組全波整流器；第二級為兩組主動開關構成之半橋單相反流器。由於第一級中，全橋式串聯共振直流轉交流轉換器，採用高頻切換，可使得第一級中的隔離變壓器可縮小體積；另外第一級電路中之隔離變壓器二次側利用全波整流將一次側所產生之交流高頻訊號整流成直流訊號，第二級交直流轉
換電路透過兩組主動開關元件以低頻方式切換，切換頻率與市電之頻率同步，藉此控制交流電流輸出，如此可降低開關切換元件的損耗。
請參閱圖六所示，係為本發明應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組，該電路模組由一全橋式反流器(Full-Bridge inverter)及一組串聯共振電感與電容器、一個具三組線圈之隔離變壓器、一組全波整流器及兩組主動開關構成之反流器所組成，而各元件之較為詳細架構如下：一全橋式反流器1主要元件包括四個主動開關元件(Q1
、Q2
、Q3
、Q4
)及一輸入電容(C1
)；一串聯共振電路2主要元件包括一個電感(L1
)及一個電容器(C2
)；一具三組線圈之隔離變壓器(MT1)3，一次側線圈及二次側兩線圈之匝數比為n：1：1(Np：Ns1：Ns2)；一全波整流器4主要元件包括四個被動式開關元件(D1
、D2
、D3
、D4
)；以及一反流器5主要元件包括二個主動開關元件(Q5
、Q6
)及一個輸出濾波電容器(C3
)。
上述應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組構件的電性連接結構為：一直流轉交流轉換電路，其係為一全橋式反流器1所構成，可將直流電壓調整至固定輸出交流電壓，該全橋式反流器1係由四個主動式開關(Q1
、Q2
、Q3
、Q4
)所構成；一組串聯共振電路2，該串聯共振電路係由一電感器(L1
)與一電容器(C2
)所構成的，使直流
轉交流轉換電路輸出之交流電壓產生振盪，使得該交流電壓在振盪循環中降壓至零，該直流轉交流轉換電路與串聯共振電路架構之連接順序為：電容器(C2
)之一端串連電感器(L1
)，電容器(C2
)之輸入端接至主動式開關(Q1
、Q2
)之串接點；主動式開關(Q3
、Q4
)之串接點接至變壓器一次側之輸入端負端，電感器(L1
)之輸出端連接至變壓器一次側之輸入端之正端，且該電容器(C2
)可以連接至主動式開關(Q3
、Q4
)之串接點；一個具三組線圈之隔離變壓器3，可將直流轉交流轉換電路所產生之交流輸出電壓轉換成不同電壓大小；一組全波整流器4，可將交流電壓輸入轉換為直流電壓輸出，該全波整流器4包括四個被動式開關元件(D1
、D2
、D3
、D4
)；一組反流器5，用以控制交流電流輸出方向，該反流器係由二個主動式開關(Q5
、Q6
)及一電容器(C3
)所構成，且該全波整流器電路與變壓器及反流器之連接順序為：該變壓器二次側第一線圈之輸入端連接至被動式開關元件(D1
、D2
)之串接點，變壓器二次側第二線圈之輸出端連接至被動式開關元件(D3
、D4
)之串接點；被動式開關元件(D1
)之輸出端連接至被動式開關元件(D3
)之輸出端，再連接至主動式開關(Q5
)之輸入端；被動式開關元件(D2
)之輸入端連接至被動式開關元件(D4
)之輸入端，再連接至主動式開關(Q6
)之輸出端；主動式開關(Q5
、Q6
)之串接點接至電容器(C3
)之正端；變壓器二次側第一線圈與第二線圈之連接點連接至電容器(C3
)之負端。
圖七中的(A)為傳統全橋式反流器(Full-Bridge inverter)串聯共振開關控制信號。傳統開關信號採對稱式
控制策略，Q1
-Q4
導通時間(Ton)及截止時間(Toff)均為50%切換週期(Tswitching)，藉由控制開關切換週期達到控制輸出功率的大小。因此當開關切換週期不等於串聯共振頻率時，將使得開關在截止時，產生較大的切換損失(開關截止時，電流不為零)。
請參閱圖七中的(B)及(C)所示，全橋式反流器(Full-Bridge inverter)開關控制信號如圖七中的(B)控制時，開關的導通時間為串聯共振頻率下的導通時間，當串聯共振電路電流共振至零時，將開關截止，並控制開關截止的時間，如此便可降低開關在截止時所產生之切換損失。但開關控制信號如圖七中的(B)控制時，在斜線區域內，因共振電路之特性，使得電流在導通時，回昇(regeneration current)電流一部分電流流回輸入端，使得由輸入端量得平均電流增加，將造成開關元件的導通損失增加。因此將開關控制信號由圖七中的(B)控制策略更改至圖七中的(C)時，在斜線區域內，因共振電路之特性，當主動式開關Q1與主動式開關Q4同時導通後，開始共振，當進入回昇(regeneration region)區域時，將主動式開關Q1截止，改由主動式開關Q2導通，此時共振電流路徑形同短路，如此可降低主動式開關Q1與主動式開關Q4導通時的電流峰值，維持一樣的輸入平均電流，降低開關元件的導通損失。
請參閱圖八所示，係為本發明應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組之另一實施例，與圖六所揭露的電路架構相較，同樣具有串聯共振電路2、具三組線
圈之隔離變壓器3、全波整流器4、反流器5，但其差異性在於圖九之直流轉交流轉換電路係由一半橋式反流器6所構成，主要元件包括三個主動開關元件(Q1
、Q2
、Q3
)及二輸入電容(C10
、C11
)；該直流轉交流轉換電路與串聯共振電路架構之連接順序為：電容器(C2
)之一端串連電感器(L1
)，電容器(C2
)之輸入端接至主動式開關(Q1
、Q2
、Q3
)之共同串接點；主動式開關(Q3
)之串接點接至變壓器一次側之輸入端負端，電感器(L1
)之輸出端連接至變壓器一次側之輸入端之正端。
上述具三組線圈之隔離變壓器3、全波整流器4、反流器5之電路模組，則與圖六所揭露者相同，故不在此做一贅述。
請參閱圖九(A)、(B)、(C)所示，與圖七(A)、(B)、(C)極為接近，但是原圖七揭露為二個電晶體做為整流之正半週閘極信號；另二個電晶體做為整流的負半週閘極信號；而圖九改為單一電晶體做為整流之正半週閘極信號Q1
；另一個電晶體做為整流的負半週閘極信號Q2
，並且由當Q3
同時導通後，開始共振，當進入回昇(regeneration region)區域時，將開關Q1截止，改由開關Q2導通，此時共振電流路徑形同短路，如此可降低開關Q3
導通時的電流峰值，維持一樣的輸入平均電流，降低開關元件的導通損失。
藉由上述圖六至圖九(C)之揭露，即可瞭解本發明為一種太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組，可改善習知全橋式轉換器之交流輸出端與市電併聯需要一組低
頻變壓器，會使得體積增加的缺失，本發明提出一種新型電路架構應用於太陽光電交流模組直流轉交流轉換器，藉由所設計之電路架構及控制方法，可縮小變壓器之體積，變壓器二次側採用全波整流，將交流輸入訊號整流成直流訊號，交流端之反流器採用低頻切換，降低開關之切換損失，藉此提高整體轉換器之轉換效率，來達到更加綠能環保的電路設計。於太陽光電交流模組直流轉交流轉換器電路架構控制上第一級全橋式反流器，採用固定導通時間控制，待串聯共振電流至零時，控制開關關閉，可防止開關關閉時所產生之切換損失；串聯共振電路電感與電容共振頻率設計可為數十至數百kHz，開關切換頻率設計在工作範圍之左半平面，使得切換頻率低於共振頻率。且透過控制開關關閉的時間，達到交流輸出功率以及控制交流輸出電流的大小；另外高頻的切換模式使得變壓器(MT)在設計上可縮小體積，且該變壓器為一隔離變壓器，可省卻裝置交流之低頻變壓器之成本及整體體積，另外搭配變壓器二次側全波整流器及兩組主動式開關與市電同步切換，便可使得轉換器之輸出電流與市電電壓同步。於綠能的領域中具有極佳的應用性，故提出專利申請以尋求專利權之保護。
綜上所述，本發明之結構特徵及各實施例皆已詳細揭示，而可充分顯示出本發明案在目的及功效上均深賦實施之進步性，極具產業之利用價值，且為目前市面上前所未見之運用，依專利法之精神所述，本發明案完全符合發明專利之要件。
唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不
能以之限定本發明所實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請 貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。
1‧‧‧全橋式反流器
2‧‧‧串聯共振電路
3‧‧‧具三組線圈之隔離變壓器
4‧‧‧全波整流器
5‧‧‧反流器
6‧‧‧半橋式反流器
圖一~圖五係為習知太陽光電交流模組直流轉交流轉換器電路架構；圖六係為本發明應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組；圖七(A)係為習知主動式開關控制信號時序圖；圖七(B)、(C)係為本發明主動式開關控制信號時序圖；圖八係為本發明應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組之另一實施例；圖九(A)係為習知主動式開關控制信號時序圖；圖九(B)、(C)係為圖八電路模組之主動式開關控制信號時序圖。
1‧‧‧全橋式反流器
2‧‧‧串聯共振電路
3‧‧‧具三組線圈之隔離變壓器
4‧‧‧全波整流器
5‧‧‧反流器
Claims (10)
- 一種應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組，其包括有：一直流轉交流轉換電路，其係為一全橋式反流器所構成，可將直流電壓調整至固定輸出交流電壓，該全橋式反流器係由四個主動式開關(Q1 、Q2 、Q3 、Q4 )所構成；一組串聯共振電路，該串聯共振電路係由一電感器(L1 )與一電容器(C2 )所構成的，使直流轉交流轉換電路輸出之交流電壓產生振盪，使得該交流電壓在振盪循環中降壓至零，該直流轉交流轉換電路與串聯共振電路架構之連接順序為：電容器(C2 )之一端串連電感器(L1 )，電容器(C2 )之輸入端接至主動式開關(Q1 、Q2 )之串接點；主動式開關(Q3 、Q4 )之串接點接至變壓器一次側之輸入端負端，電感器(L1 )之輸出端連接至變壓器一次側之輸入端之正端，且該電容器(C2 )可以連接至主動式開關(Q3 、Q4 )之串接點；一個具三組線圈之隔離變壓器，可將直流轉交流轉換電路所產生之交流輸出電壓轉換成不同電壓大小；一組全波整流器，可將交流電壓輸入轉換為直流電壓輸出，該全波整流器包括四個被動式開關元件(D1 、D2 、D3 、D4 )；以及一組反流器，用以控制交流電流輸出方向，該反流器係由二個主動式開關(Q5 、Q6 )及一電容器(C3 )所構成，且該全波整流器電路與變壓器及反流器之連接順 序為：該變壓器二次側第一線圈之輸出端連接至被動式開關元件(D1 、D2 )之串接點，變壓器二次側第二線圈之輸出端連接至被動式開關元件(D3 、D4 )之串接點；被動式開關元件(D1 )之輸出端連接至被動式開關元件(D3 )之輸出端，再連接至主動式開關(Q5 )之輸入端；被動式開關元件(D2 )之輸入端連接至被動式開關元件(D4 )之輸入端，再連接至主動式開關(Q6 )之輸出端；主動式開關(Q5 、Q6 )之串接點接至電容器(C3 )之正端；變壓器二次側第一線圈與第二線圈之連接點連接至電容器(C3 )之負端；藉由上述元件之構成，當主動式開關Q1與主動式開關Q4同時導通後，開始共振，當進入一回昇區域時，將主動式開關Q1截止，改由主動式開關Q2導通，此時共振電流路徑形同短路，如此可降低主動式開關Q1與主動式開關Q4導通時的電流峰值，維持一樣的輸入平均電流，降低開關元件的導通損失。
- 如申請專利範圍第1項所述之應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組，其中該全橋式反流器之主動式開關係為電晶體所構成。
- 如申請專利範圍第1項所述之應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組，其中該具三組線圈之隔離變壓器具三組線圈，第一組線圈為一次側線圈，第二組與第三組線圈分別為二次側第一線圈與第二線圈。
- 如申請專利範圍第3項所述之應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組，其中該一次側線圈及二次 側兩線圈之匝數比為n：1：1。
- 如申請專利範圍第1項所述之應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組，其中該全波整流器之被動式開關元件係由二極體所構成。
- 一種應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組，其包括有：一直流轉交流轉換電路，其係由一半橋式反流器所構成，主要元件包括三個主動開關元件(Q1 、Q2 、Q3 )及二輸入電容(C10 、C11 )；一組串聯共振電路，該串聯共振電路係由一電感器(L1 )與一電容器(C2 )所構成的，使直流轉交流轉換電路輸出之交流電壓產生振盪，使得該交流電壓在振盪循環中降壓至零，該直流轉交流轉換電路與串聯共振電路架構之連接順序為：電容器(C2 )之一端串連電感器(L1 )，電容器(C2 )之輸入端接至主動式開關(Q1 、Q2 、Q3 )之共同串接點；主動式開關(Q3 )之串接點接至變壓器一次側之輸入端負端，電感器(L1 )之輸出端連接至變壓器一次側之輸入端之正端；一個具三組線圈之隔離變壓器，可將直流轉交流轉換電路所產生之交流輸出電壓轉換成不同電壓大小；一組全波整流器，可將交流電壓輸入轉換為直流電壓輸出，該全波整流器包括四個被動式開關元件(D1 、D2 、D3 、D4 )；以及一組反流器，用以控制交流電流輸出方向，該反流器係由二個主動式開關(Q5 、Q6 )及一電容器(C3 )所構 成，且該全波整流器電路與變壓器及反流器之連接順序為：該變壓器二次側第一線圈之輸出端連接至被動式開關元件(D1 、D2 )之串接點，變壓器二次側第二線圈之輸出端連接至被動式開關元件(D3 、D4 )之串接點；被動式開關元件(D1 )之輸出端連接至被動式開關元件(D3 )之輸出端，再連接至主動式開關(Q5 )之輸入端；被動式開關元件(D2 )之輸入端連接至被動式開關元件(D4 )之輸入端，再連接至主動式開關(Q6 )之輸出端；主動式開關(Q5 、Q6 )之串接點接至電容器(C3 )之正端；變壓器二次側第一線圈與第二線圈之連接點連接至電容器(C3 )之負端。
- 如申請專利範圍第6項所述之應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組，其中該半橋式反流器之主動式開關係為電晶體所構成。
- 如申請專利範圍第6項所述之應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組，其中該具三組線圈之隔離變壓器具三組線圈，第一組線圈為一次側線圈，第二組與第三組線圈分別為二次側第一線圈與第二線圈。
- 如申請專利範圍第8項所述之應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組，其中該一次側線圈及二次側兩線圈之匝數比為n：1：1。
- 如申請專利範圍第6項所述之應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組，其中該全波整流器之被動式開關元件係由二極體所構成。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10666131B2 (en) | 2018-10-17 | 2020-05-26 | Industrial Technology Research Institute | Dead-time voltage compensation apparatus and dead-time voltage compensation method |
Families Citing this family (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9418864B2 (en) | 2008-01-30 | 2016-08-16 | Infineon Technologies Ag | Method of forming a non volatile memory device using wet etching |
| US9768704B2 (en) * | 2009-02-06 | 2017-09-19 | Abb Research Ltd. | Hybrid distribution transformer having a power electronic module for controlling input power factor and output voltage |
| US9531299B2 (en) | 2011-12-28 | 2016-12-27 | Det International Holding Limited | Resonant single stage DC-AC converter with capacitors forming a half-bridge |
| US9484746B2 (en) | 2012-01-17 | 2016-11-01 | Infineon Technologies Austria Ag | Power converter circuit with AC output |
| US9425622B2 (en) * | 2013-01-08 | 2016-08-23 | Infineon Technologies Austria Ag | Power converter circuit with AC output and at least one transformer |
| US9461474B2 (en) | 2012-01-17 | 2016-10-04 | Infineon Technologies Austria Ag | Power converter circuit with AC output |
| US9401663B2 (en) | 2012-12-21 | 2016-07-26 | Infineon Technologies Austria Ag | Power converter circuit with AC output |
| US9478989B2 (en) | 2012-01-17 | 2016-10-25 | Infineon Technologies Austria Ag | Power converter circuit with AC output |
| DE102012004843A1 (de) * | 2012-03-13 | 2013-09-19 | Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg | Sicherheitsrelaisschaltung |
| US9413269B2 (en) | 2012-06-25 | 2016-08-09 | Arizona Board Of Regents, For And On Behalf Of, Arizona State University | Circuits and methods for photovoltaic inverters |
| CN103795251A (zh) * | 2012-10-29 | 2014-05-14 | 台达电子工业股份有限公司 | 功率变换器及其控制方法 |
| US9450500B2 (en) * | 2012-12-10 | 2016-09-20 | Enphase Energy, Inc. | Method and apparatus for modulating lower powers in resonant converters |
| CN102969905A (zh) * | 2012-12-14 | 2013-03-13 | 山东电力集团公司电力科学研究院 | 一种用于智能变电站测试***的功率放大器 |
| TWI481181B (zh) | 2012-12-28 | 2015-04-11 | Ind Tech Res Inst | 直流轉交流電力轉換裝置及其方法 |
| WO2014192014A2 (en) * | 2013-05-02 | 2014-12-04 | Indian Institute Of Technology Bombay | Method and system for a low cost bi-directional grid tied photovoltaic (pv) micro inverter |
| TWI502875B (zh) * | 2013-11-14 | 2015-10-01 | Ind Tech Res Inst | 應用於太陽光電模組的直流轉交流轉換裝置 |
| CN103683951B (zh) * | 2013-11-21 | 2016-04-27 | 浙江大学 | 一种全波式差分输出的逆变器 |
| CN103973123B (zh) * | 2014-04-30 | 2016-06-22 | 华中科技大学 | 一种弧焊电源***、控制方法及电源模块 |
| CN104270022B (zh) * | 2014-09-30 | 2017-02-15 | 马鞍山市安工大工业技术研究院有限公司 | 一种光伏并网逆变电路、开关控制电路及控制方法 |
| KR20160057230A (ko) * | 2014-11-13 | 2016-05-23 | 엘에스산전 주식회사 | 태양광 인버터 |
| WO2017096355A1 (en) * | 2015-12-04 | 2017-06-08 | Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University | Power converter circuitry for photovoltaic devices |
| TWI575861B (zh) * | 2016-01-15 | 2017-03-21 | 盈正豫順電子股份有限公司 | 單向隔離式多階直流－直流電能轉換裝置及其方法 |
| EP3462590A1 (de) * | 2017-09-29 | 2019-04-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Resonanter gleichstromsteller |
| TWI659603B (zh) * | 2017-11-14 | 2019-05-11 | 立錡科技股份有限公司 | 光能電路及其諧振電路與從光能元件萃取電能的方法 |
| CN109067190B (zh) * | 2018-09-28 | 2023-12-12 | 中国石油大学(华东) | 一种宽增益的llc谐振变换器 |
| CN109149957B (zh) * | 2018-11-19 | 2020-09-08 | 河北工程大学 | 一种三相电力电子变压器 |
| CN110149044B (zh) * | 2019-06-24 | 2020-09-11 | 阳光电源股份有限公司 | 两级式变换器及其启动方法、llc变换器和应用*** |
| TWI743652B (zh) * | 2020-01-09 | 2021-10-21 | 呂錦山 | 具新型ｔｔ控制之零電壓電力逆變電路 |
| CN114172377B (zh) * | 2021-11-03 | 2024-02-09 | 康舒科技股份有限公司 | 具有电压输出调变的电源转换器 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020008981A1 (en) * | 2000-07-24 | 2002-01-24 | Chippower.Com, Inc. | High frequency sine wave AC Inverter |
| TWM367543U (en) * | 2009-04-01 | 2009-10-21 | Ligtek Electronics Co Ltd | Electronic ballast circuit device for lighting system |
| US20100142233A1 (en) * | 2008-12-08 | 2010-06-10 | Industrial Technology Research Institute | Power conversion device and control method thereof |
| TW201034334A (en) * | 2008-10-03 | 2010-09-16 | Access Business Group Int Llc | Power system |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4445049A (en) | 1981-12-28 | 1984-04-24 | General Electric Company | Inverter for interfacing advanced energy sources to a utility grid |
| JPS6079417A (ja) | 1983-10-06 | 1985-05-07 | Nishimu Denshi Kogyo Kk | 同期制御手段不要の太陽電池用電力変換装置 |
| US4641232A (en) | 1985-01-23 | 1987-02-03 | Allied Corporation | Electrical power inverter having a phase modulated, twin-inverter, high frequency link and an energy storage module |
| US5625539A (en) | 1994-05-30 | 1997-04-29 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for controlling a DC to AC inverter system by a plurality of pulse-width modulated pulse trains |
| US6370050B1 (en) | 1999-09-20 | 2002-04-09 | Ut-Batelle, Llc | Isolated and soft-switched power converter |
| AUPS143902A0 (en) | 2002-03-28 | 2002-05-09 | Curtin University Of Technology | Power conversion system and method of converting power |
| JP2004015900A (ja) | 2002-06-05 | 2004-01-15 | Omron Corp | プッシュプル回路方式の電力変換装置 |
| WO2004001942A1 (en) | 2002-06-23 | 2003-12-31 | Powerlynx A/S | Power converter |
| JP2004129483A (ja) | 2002-08-08 | 2004-04-22 | Canon Inc | 電力変換装置および発電装置 |
| JP2004336944A (ja) | 2003-05-09 | 2004-11-25 | Canon Inc | 電力変換装置及び太陽光発電システム |
| US7102251B2 (en) | 2003-08-22 | 2006-09-05 | Distributed Power, Inc. | Bi-directional multi-port inverter with high frequency link transformer |
| US7372709B2 (en) | 2003-09-11 | 2008-05-13 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Power conditioning system for energy sources |
| JP5208374B2 (ja) | 2006-04-18 | 2013-06-12 | シャープ株式会社 | 系統連系パワーコンディショナおよび系統連系電源システム |
| US8537572B2 (en) | 2007-09-28 | 2013-09-17 | Enphase Energy, Inc. | Method and apparatus for providing power conversion using an interleaved flyback converter with automatic balancing |
-
2010
- 2010-10-08 TW TW099134293A patent/TWI422136B/zh active
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020008981A1 (en) * | 2000-07-24 | 2002-01-24 | Chippower.Com, Inc. | High frequency sine wave AC Inverter |
| US6519168B2 (en) * | 2000-07-24 | 2003-02-11 | Chippower.Com, Inc. | High frequency DC to AC inverter |
| TW201034334A (en) * | 2008-10-03 | 2010-09-16 | Access Business Group Int Llc | Power system |
| US20100142233A1 (en) * | 2008-12-08 | 2010-06-10 | Industrial Technology Research Institute | Power conversion device and control method thereof |
| TWM367543U (en) * | 2009-04-01 | 2009-10-21 | Ligtek Electronics Co Ltd | Electronic ballast circuit device for lighting system |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "High-Frequency Link Single-Phase Grid-Connected Inverter using LCL Resonant Tank for Photovoltaic AC Module",Industrial electronics 2008.IECON 2008.34th annual conference of IEEE,pp.2184-2188, 2008 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10666131B2 (en) | 2018-10-17 | 2020-05-26 | Industrial Technology Research Institute | Dead-time voltage compensation apparatus and dead-time voltage compensation method |
Also Published As
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