TWI477053B - 混合型直流交流轉換系統及其操作方法 - Google Patents

Description

混合型直流交流轉換系統及其操作方法

本發明係有關一種混合型直流交流轉換系統及其控制方法，尤指一種利用不同電壓準位之直流輸入電壓供電之混合型直流交流轉換系統及其控制方法。

請參見第一圖，係為先前技術之兩級式逆變器之電路圖。該兩級式逆變器係主要包含一直流轉換器(DC-to-DC converter)10A與一全橋式逆變器(full-bridge DC-to-AC converter)20A。該全橋式逆變器20A係由四組功率開關S1,S2,S3,S4以及對應並聯連接之二極體(diode)所組成。該全橋式逆變器20A與該直流轉換器10A係並聯連接，並且兩者之間再並聯連接一直流電容C1，以作為電能緩衝之用。該兩級式逆變器係由該直流轉換器10A接收一直流電壓Vdc，並透過該直流轉換器10A轉換該直流電壓Vdc之電壓大小，而產生一電容電壓Vc1。然後，該全橋式逆變器20A再將該電容電壓Vc1轉換成振幅與頻率均可調整之正弦交流電壓，最後再經過由第一濾波電感L1、第二濾波電感L2以及濾波電容Co所組成之一濾波電路30A，對該正弦交流電壓提供濾波操作，以輸出對一負載40A供電。值得一提，為了穩定該兩級式逆變器之交流輸出電壓，該電容電壓Vc1必須大於一負載最大電壓之絕對值 ，因此，該直流轉換器10A通常採用升壓式架構，以時刻滿足該負載40A所需之供電電壓，而達到穩壓之功效。

惟，由於該全橋式逆變器20A之該些功率開關S1,S2,S3,S4產生的切換損失與該些功率開關S1,S2,S3,S4兩端電壓差成正比，因此，為了滿足該負載40A所需之供電電壓，使得該電容電壓Vc1大於負載最大電壓之絕對值的條件下，將導致該些功率開關S1,S2,S3,S4產生的切換損失更大。再者，為了提供穩壓效果所採用該直流轉換器10A使得該逆變器為兩級式架構，因此，將造成整體轉換效率更差。

因此，如何設計出一種混合型直流交流轉換系統及其操作方法，利用不同電壓準位之直流輸入電壓供電，以減少功率開關切換損失，進而提高整體轉換效率，乃為本案創作人所欲行克服並加以解決的一大課題。

本發明之一目的在於提供一種混合型直流交流轉換系統，以克服習知技術的問題。因此本發明之混合型直流交流轉換系統係包含一第一直流輸入電壓、一第二直流輸入電壓、一電源轉換裝置以及一比較單元。該第二直流輸入電壓係大於該第一直流輸入電壓。該電源轉換裝置係並聯連接該第一直流輸入電壓與該第二直流輸入電壓，以轉換該第一直流輸入電壓或該第二直流輸入電壓為一交流輸出電壓，進而對一負載供電。該比較單元係接收該交流輸出電壓與一外部參考電壓，當該交流輸出電壓之絕對值小於或等於該外部參考電壓時，該比較單元輸出一控制信號，以控制該電源轉換裝置轉換該第一直流輸入電壓為該交流輸出電壓；當該 交流輸出電壓之絕對值大於該外部參考電壓時，該比較單元輸出該控制信號，以控制該電源轉換裝置轉換該第二直流輸入電壓為該交流輸出電壓。

本發明之另一目的在於提供一種混合型直流交流轉換系統之操作方法，以克服習知技術的問題。因此本發明混合型直流交流轉換系統之操作方法係包含下列步驟：(a)提供一第一直流輸入電壓與一第二直流輸入電壓，其中，該第二直流輸入電壓係大於該第一直流輸入電壓；(b)提供一電源轉換裝置，係並聯連接該第一直流輸入電壓與該第二直流輸入電壓，以轉換該第一直流輸入電壓或該第二直流輸入電壓為一交流輸出電壓；(c)提供一比較單元，係接收該交流輸出電壓與一外部參考電壓；(d)當該交流輸出電壓之絕對值小於或等於該外部參考電壓時，該比較單元輸出一控制信號，以控制該電源轉換裝置轉換該第一直流輸入電壓為該交流輸出電壓對一負載供電；以及(e)當該交流輸出電壓之絕對值大於該外部參考電壓時，該比較單元輸出該控制信號，以控制該電源轉換裝置轉換該第二直流輸入電壓為該交流輸出電壓對該負載供電。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

〔先前技術〕

10A‧‧‧直流轉換器

20A‧‧‧全橋式逆變器

30A‧‧‧濾波電路

40A‧‧‧負載

C1‧‧‧直流電容

Vdc‧‧‧直流電壓

Vc1‧‧‧電容電壓

S1~S4‧‧‧功率開關

L1‧‧‧第一濾波電感

L2‧‧‧第二濾波電感

Co‧‧‧濾波電容

〔本發明〕

10‧‧‧第一直流輸入電壓

20‧‧‧第二直流輸入電壓

30‧‧‧電源轉換裝置

40‧‧‧濾波器

50‧‧‧負載

60‧‧‧比較單元

70‧‧‧升壓轉換器

C1‧‧‧第一直流電容

C2‧‧‧第二直流電容

S1‧‧‧第一功率開關

S2‧‧‧第二功率開關

S3‧‧‧第三功率開關

S4‧‧‧第四功率開關

S5‧‧‧第五功率開關

S6‧‧‧第六功率開關

S7‧‧‧第七功率開關

S8‧‧‧第八功率開關

D1‧‧‧第一二極體

D2‧‧‧第二二極體

D3‧‧‧第三二極體

D4‧‧‧第四二極體

D5‧‧‧第五二極體

D6‧‧‧第六二極體

D7‧‧‧第七二極體

D8‧‧‧第八二極體

D‧‧‧二極體

L1‧‧‧第一電感器

L2‧‧‧第二電感器

Co‧‧‧電容器

Vdc1‧‧‧第一直流輸入電壓值

Vdc2‧‧‧第二直流輸入電壓值

Vref‧‧‧參考電壓

Vo‧‧‧交流輸出電壓

O1‧‧‧第一輸出端

O2‧‧‧第二輸出端

SC‧‧‧控制信號

L11~L81‧‧‧電流迴路

L12~L82‧‧‧電流迴路

tp0~tp2‧‧‧時間點

tn0~tn2‧‧‧時間點

S100~S500‧‧‧步驟

第一圖係為先前技術之兩級式逆變器之電路圖； 第二圖係為本發明交流輸出電壓與參考電壓比較之示意圖；第三A圖係為本發明混合型直流交流轉換系統之第一直流輸入電壓供電且交流輸出電壓為正值操作時第一實施例之電路圖；第三B圖係為本發明混合型直流交流轉換系統之第一直流輸入電壓供電且交流輸出電壓為負值操作時第一實施例之電路圖；第四A圖係為本發明混合型直流交流轉換系統之第二直流輸入電壓供電且交流輸出電壓為正值操作時第一實施例之電路圖；第四B圖係為本發明混合型直流交流轉換系統之第二直流輸入電壓供電且交流輸出電壓為負值操作時第一實施例之電路圖；第五A圖係為本發明混合型直流交流轉換系統之第一直流輸入電壓供電且交流輸出電壓為正值操作時第二實施例之電路圖；第五B圖係為本發明混合型直流交流轉換系統之第一直流輸入電壓供電且交流輸出電壓為負值操作時第二實施例之電路圖；第六A圖係為本發明混合型直流交流轉換系統之第二直流輸入電壓供電且交流輸出電壓為正值操作時第二實施例之電路圖；第六B圖係為本發明混合型直流交流轉換系統之第二直流輸入電壓供電且交流輸出電壓為負值操作時第二實施例之電路圖；第七圖係為本發明該混合型直流交流轉換系統操作方法之流程圖。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下： 本發明係揭露一種混合型直流交流轉換系統。請參見第三A圖，係為本發明混合型直流交流轉換系統之第一直流輸入電壓供電且交流輸出電壓為正值操作時第一實施例之電路圖。該混合型直流交流轉換系統係包含一第一直流輸入電壓10、一第二直流輸入電壓20、一電源轉換裝置30以及一比較單元60。其中，該第二直流輸入電壓20係大於該第一直流輸入電壓10。再者，該第一直流輸入電壓10之正極與負極係連接一第一直流電容C1兩端，以維持該第一直流輸入電壓10大小；該第二直流輸入電壓20之正極與負極係連接一第二直流電容C2兩端，以維持該第二直流輸入電壓20大小。該電源轉換裝置30係並聯連接該第一直流輸入電壓10與該第二直流輸入電壓20，並且，該電源轉換裝置30係包含一第一功率開關S1以及與該第一功率開關S1並聯連接之一第一二極體D1、一第二功率開關S2以及與該第二功率開關S2並聯連接之一第二二極體D2、一第三功率開關S3以及與該第三功率開關S3並聯連接之一第三二極體D3、一第四功率開關S4以及與該第四功率開關S4並聯連接之一第四二極體D4、一第五功率開關S5以及與該第五功率開關S5並聯連接之一第五二極體D5、一第六功率開關S6以及與該第六功率開關S6並聯連接之一第六二極體D6、一第七功率開關S7以及與該第七功率開關S7並聯連接之一第七二極體D7、一第八功率開關S8以及與該第八功率開關S8並聯連接之一第八二極體D8以及一二極體D。

如第三A圖所示，該第三功率開關S3係串聯連接該第二功率開關S2，該第二功率開關S2係串聯連接該第一功率開關S1以形成一第一路徑，且該第二功率開關S2與該第三功率開關S3連接處係為一 第二輸出端O2。該第五功率開關S5係串聯連接該第四功率開關S4，該第五二極體D5之陽極係連接該第三二極體D3之陽極，再連接該第一直流輸入電壓10之負極與該第二直流輸入電壓20之負極。該第六功率開關S6係連接於該第一二極體D1之陽極與該第四二極體D4之陽極之間，且該第六功率開關S6與該第四功率開關S4連接處係為一第一輸出端O1。其中，該第一輸出端O1與該第二輸出端O2係輸出一交流輸出電壓Vo。該第七二極體D7之陽極係連接該第六二極體D6之陰極。該第七功率開關S7係串聯連接該第二功率開關S2，該第二功率開關S2係串聯連接該第三功率開關S3以形成一第二迴路，該第二迴路係並聯連接該第二直流輸入電壓20。該第八二極體D8之陽極係連接該第六二極體D6之陽極，且該第八二極體D8之陰極係連接該第七二極體D7之陰極，再連接該第二直流輸入電壓20之正極。該二極體D之陰極係連接該第一二極體D1之陰極與該第四二極體D4之陰極，該二極體D之陽極係連接該第一直流輸入電壓10之正極，且該第一路徑係經由該二極體D並聯連接該第一直流輸入電壓10。透過上述該電源轉換裝置30之拓樸電路架構，可用以提供該第一直流輸入電壓10與該第二直流輸入電壓20之電源轉換，以對一後端負載50供電。

該比較單元60係接收該交流輸出電壓Vo與一外部參考電壓Vref，當該交流輸出電壓Vo之絕對值小於或等於該外部參考電壓Vref時，該比較單元60輸出一控制信號Sc，以控制該電源轉換裝置30轉換該第一直流輸入電壓10為該交流輸出電壓Vo對該負載50供電；當該交流輸出電壓Vo之絕對值大於該外部參考電壓Vref時，該比較單元60輸出該控制信號Sc，以控制該電源轉換裝置30轉換該第 二直流輸入電壓20為該交流輸出電壓Vo對該負載50供電。

至於該交流輸出電壓Vo之絕對值大小與該外部參考電壓Vref比較，以控制該第一直流輸入電壓10或該第二直流輸入電壓20對該負載50供電，請配合請見第二圖說明，該圖係為本發明交流輸出電壓與外部參考電壓比較之示意圖。如圖所示，經由該電源轉換裝置30所輸出之該交流輸出電壓Vo係為一交流正弦波電壓，此外，圖上也繪出該交流輸出電壓Vo之絕對值|Vo|波形(如虛線所示)。承上所述，該交流輸出電壓Vo之絕對值小於或等於該外部參考電壓Vref，亦即表示當正半週時，該交流輸出電壓Vo之值係小於或等於該外部參考電壓Vref，當負半週時，該交流輸出電壓Vo之值係大於或等於該外部參考電壓Vref之負值；同理；該交流輸出電壓Vo之絕對值大於該外部參考電壓Vref，亦即表示當正半週時，該交流輸出電壓Vo之值係大於該外部參考電壓Vref，當負半週時，該交流輸出電壓Vo之值係小於該外部參考電壓Vref之負值。配合圖示可明顯看出，在一正、負半週之週期間，在時間點tp0至時間點tp1、時間點tp2至時間點tn0、時間點tn0至時間點tn1以及時間點tn2至時間點tp0這些時間區間中，表示該交流輸出電壓Vo之值係小於或等於該外部參考電壓Vref。此外，在時間點tp1至時間點tp2、時間點tn1至時間點tn2這些時間區間中，表示該交流輸出電壓Vo之值係大於該外部參考電壓Vref。值得一提，該外部參考電壓Vref係可依實際使用之需求，予以可調設定。

綜上所述，該混合型直流交流轉換系統係針對該電源轉換裝置30所輸出之該交流輸出電壓Vo，與該外部參考電壓Vref比較，當該交流輸出電壓Vo對該負載50所需電壓較小時，該混合型直流交流 轉換系統則透過電壓準位較小之該第一直流輸入電壓10經由該電源轉換裝置30轉換，以減少該電源轉換裝置30之該些功率開關切換損失，而非該交流輸出電壓Vo之正、負半週皆持續由較高電壓供電，如此可大大地提高整體轉換效率。

此外，該混合型直流交流轉換系統係更包含一濾波器40，其中，該濾波器40係連接於該第一輸出端O1、該第二輸出端O2與該負載50之間，且該濾波器40係包含一第一電感器L1、一第二電感器L2以及一電容器Co。

再請參見第三A圖，係為本發明混合型直流交流轉換系統之第一直流輸入電壓供電且交流輸出電壓為正值操作時第一實施例之電路圖。當該交流輸出電壓Vo之絕對值小於或等於該外部參考電壓Vref，且該濾波器40之該第一電感器L1與該第二電感器L2為一儲能操作週期時，該第一直流輸入電壓10係對該負載50供電，其中，該電源轉換裝置30之儲能操作週期時之電流迴路如圖示L11迴路所示；反之，當該交流輸出電壓Vo之絕對值小於或等於該外部參考電壓Vref，且該濾波器40之該第一電感器L1與該第二電感器L2為一釋能操作週期時，該第一電感器L1與該第二電感器L2之儲能係對該負載50供電，其中，該電源轉換裝置30之釋能操作週期時之電流迴路如圖示L12迴路所示。亦即，當該交流輸出電壓Vo為正值時，該第一直流輸入電壓10對該負載50供電之電流迴路係依序為該第一直流輸入電壓10、該二極體D、該第四功率開關S4、該第一電感器L1、該負載50、該第二電感器L2、該第三功率開關S3，再回到該第一直流輸入電壓10(如L11迴路所示)；其中當該交流輸出電壓Vo為正值時，該第一電感器L1與該第二電感器L2 之儲能對該負載50供電之電流迴路係依序為該第一電感器L1、該負載50、該第二電感器L2、該第二二極體D2、該第六功率開關S6，再回到該第一電感器L1(如L12迴路所示)。

請參見第三B圖，係為本發明混合型直流交流轉換系統之第一直流輸入電壓供電且交流輸出電壓為負值操作時第一實施例之電路圖。當該交流輸出電壓Vo之絕對值小於或等於該外部參考電壓Vref，且該濾波器40之該第一電感器L1與該第二電感器L2為一儲能操作週期時，該第一直流輸入電壓10係對該負載50供電，其中，該電源轉換裝置30之儲能操作週期時之電流迴路如圖示L21迴路所示；反之，當該交流輸出電壓Vo之絕對值小於或等於該外部參考電壓Vref，且該濾波器40之該第一電感器L1與該第二電感器L2為一釋能操作週期時，該第一電感器L1與該第二電感器L2之儲能係對該負載50供電，其中，該電源轉換裝置30之釋能操作週期時之電流迴路如圖示L22迴路所示。亦即，當該交流輸出電壓Vo為負值時，該第一直流輸入電壓10對該負載50供電之電流迴路係依序為該第一直流輸入電壓10、該二極體D、該第一功率開關S1、該第二功率開關S2、該第二電感器L2、該負載50、該第一電感器L1、該第五功率開關S5，再回到該第一直流輸入電壓10(如L21迴路所示)；其中當該交流輸出電壓Vo為負值時，該第一電感器L1與該第二電感器L2之儲能對該負載50供電之電流迴路係依序為該第一電感器L1、該第六二極體D6、該第二功率開關S2、該第二電感器L2、該負載50，再回到該第一電感器L1(如L22迴路所示)。

請參見第四A圖，係為本發明混合型直流交流轉換系統之第二直 流輸入電壓供電且交流輸出電壓為正值操作時第一實施例之電路圖。當該交流輸出電壓Vo之絕對值大於該外部參考電壓Vref，且該濾波器40之該第一電感器L1與該第二電感器L2為一儲能操作週期時，該第二直流輸入電壓20係對該負載50供電，其中，該電源轉換裝置30之儲能操作週期時之電流迴路如圖示L31迴路所示；反之，當該交流輸出電壓Vo之絕對值大於該外部參考電壓Vref，且該濾波器40之該第一電感器L1與該第二電感器L2為一釋能操作週期時，該第一電感器L1與該第二電感器L2之儲能係對該負載50供電，其中，該電源轉換裝置30之釋能操作週期時之電流迴路如圖示L32迴路所示。亦即，當該交流輸出電壓Vo為正值時，該第二直流輸入電壓20對該負載50供電之電流迴路係依序為該第二直流輸入電壓20、該第八功率開關S8、該第一電感器L1、該負載50、該第二電感器L2、該第三功率開關S3，再回到該第二直流輸入電壓20(如L31迴路所示)；其中當該交流輸出電壓Vo為正值時，該第一電感器L1與該第二電感器L2之儲能對該負載50供電之電流迴路係依序為該第一電感器L1、該負載50、該第二電感器L2、該第三功率開關S3、該二極體D、該第四功率開關S4，再回到該第一電感器L1(如L32迴路所示)。

請參見第四B圖，係為本發明混合型直流交流轉換系統之第二直流輸入電壓供電且交流輸出電壓為負值操作時第一實施例之電路圖。當該交流輸出電壓Vo之絕對值大於該外部參考電壓Vref，且該濾波器40之該第一電感器L1與該第二電感器L2為一儲能操作週期時，該第二直流輸入電壓20係對該負載50供電，其中，該電源轉換裝置30之儲能操作週期時之電流迴路如圖示L41迴路所示； 反之，當該交流輸出電壓Vo之絕對值大於該外部參考電壓Vref，且該濾波器40之該第一電感器L1與該第二電感器L2為一釋能操作週期時，該第一電感器L1與該第二電感器L2之儲能係對該負載50供電，其中，該電源轉換裝置30之釋能操作週期時之電流迴路如圖示L42迴路所示。亦即，當該交流輸出電壓Vo為負值時，該第二直流輸入電壓20對該負載50供電之電流迴路係依序為該第二直流輸入電壓20、該第七功率開關S7、該第二功率開關S2、該第二電感器L2、該負載50、該第一電感器L1、該第五功率開關S5，再回到該第二直流輸入電壓20(如L41迴路所示)；其中當該交流輸出電壓Vo為負值時，該第一電感器L1與該第二電感器L2之儲能對該負載50供電之電流迴路係依序為該第一電感器L1、該第五功率開關S5、該二極體D、該第一功率開關S1、該第二功率開關S2、該第二電感器L2、該負載50，再回到該第一電感器L1(如L42迴路所示)。

值得一提，在本發明該混合型直流交流轉換系統中，該第二直流輸入電壓20係可透過一升壓轉換器(boost converter)70升壓該第一直流輸入電壓10，而達到與前述兩個直流輸入電壓供電之相同功效。

請參見第五A圖，係為本發明混合型直流交流轉換系統之第一直流輸入電壓供電且交流輸出電壓為正值操作時第二實施例之電路圖。其中，第五A圖與前述第三A圖最大差異在於，在本實施例中，該第二直流輸入電壓20係由該升壓轉換器70升壓該第一直流輸入電壓10達成。當該交流輸出電壓Vo之絕對值小於或等於該外部參考電壓Vref，且該濾波器40之該第一電感器L1與該第二電感器 L2為一儲能操作週期時，該第一直流輸入電壓10係對該負載50供電，其中，該電源轉換裝置30之儲能操作週期時之電流迴路如圖示L51迴路所示；反之，當該交流輸出電壓Vo之絕對值小於或等於該外部參考電壓Vref，且該濾波器40之該第一電感器L1與該第二電感器L2為一釋能操作週期時，該第一電感器L1與該第二電感器L2之儲能係對該負載50供電，其中，該電源轉換裝置30之釋能操作週期時之電流迴路如圖示L52迴路所示。亦即，當該交流輸出電壓Vo為正值時，該第一直流輸入電壓10對該負載50供電之電流迴路係依序為該第一直流輸入電壓10、該二極體D、該第四功率開關S4、該第一電感器L1、該負載50、該第二電感器L2、該第三功率開關S3，再回到該第一直流輸入電壓10(如L51迴路所示)；其中當該交流輸出電壓Vo為正值時，該第一電感器L1與該第二電感器L2之儲能對該負載50供電之電流迴路係依序為該第一電感器L1、該負載50、該第二電感器L2、該第二二極體D2、該第六功率開關S6，再回到該第一電感器L1(如L52迴路所示)。

請參見第五B圖，係為本發明混合型直流交流轉換系統之第一直流輸入電壓供電且交流輸出電壓為負值操作時第二實施例之電路圖。其中，第五B圖與前述第三B圖最大差異在於，在本實施例中，該第二直流輸入電壓20係由該升壓轉換器70升壓該第一直流輸入電壓10達成。當該交流輸出電壓Vo之絕對值小於或等於該外部參考電壓Vref，且該濾波器40之該第一電感器L1與該第二電感器L2為一儲能操作週期時，該第一直流輸入電壓10係對該負載50供電，其中，該電源轉換裝置30之儲能操作週期時之電流迴路如圖示L61迴路所示；反之，當該交流輸出電壓Vo之絕對值小於或等 於該外部參考電壓Vref，且該濾波器40之該第一電感器L1與該第二電感器L2為一釋能操作週期時，該第一電感器L1與該第二電感器L2之儲能係對該負載50供電，其中，該電源轉換裝置30之釋能操作週期時之電流迴路如圖示L62迴路所示。亦即，當該交流輸出電壓Vo為負值時，該第一直流輸入電壓10對該負載50供電之電流迴路係依序為該第一直流輸入電壓10、該二極體D、該第一功率開關S1、該第二功率開關S2、該第二電感器L2、該負載50、該第一電感器L1、該第五功率開關S5，再回到該第一直流輸入電壓10(如L61迴路所示)；其中當該交流輸出電壓Vo為負值時，該第一電感器L1與該第二電感器L2之儲能對該負載50供電之電流迴路係依序為該第一電感器L1、該第六二極體D6、該第二功率開關S2、該第二電感器L2、該負載50，再回到該第一電感器L1(如L62迴路所示)。

請參見第六A圖，係為本發明混合型直流交流轉換系統之第二直流輸入電壓供電且交流輸出電壓為正值操作時第二實施例之電路圖。其中，第六A圖與前述第四A圖最大差異在於，在本實施例中，該第二直流輸入電壓20係由該升壓轉換器70升壓該第一直流輸入電壓10達成。當該交流輸出電壓Vo之絕對值大於該外部參考電壓Vref，且該濾波器40之該第一電感器L1與該第二電感器L2為一儲能操作週期時，該第二直流輸入電壓20係對該負載50供電，其中，該電源轉換裝置30之儲能操作週期時之電流迴路如圖示L71迴路所示；反之，當該交流輸出電壓Vo之絕對值大於該外部參考電壓Vref，且該濾波器40之該第一電感器L1與該第二電感器L2為一釋能操作週期時，該第一電感器L1與該第二電感器L2之儲能係 對該負載50供電，其中，該電源轉換裝置30之釋能操作週期時之電流迴路如圖示L72迴路所示。亦即，當該交流輸出電壓Vo為正值時，該第二直流輸入電壓20對該負載50供電之電流迴路係依序為該第二直流輸入電壓20、該第八功率開關S8、該第一電感器L1、該負載50、該第二電感器L2、該第三功率開關S3，再回到該第二直流輸入電壓20(如L71迴路所示)；其中當該交流輸出電壓Vo為正值時，該第一電感器L1與該第二電感器L2之儲能對該負載50供電之電流迴路係依序為該第一電感器L1、該負載50、該第二電感器L2、該第三功率開關S3、該二極體D、該第四功率開關S4，再回到該第一電感器L1(如L72迴路所示)。

請參見第六B圖，係為本發明混合型直流交流轉換系統之第二直流輸入電壓供電且交流輸出電壓為負值操作時第二實施例之電路圖。其中，第六B圖與前述第四B圖最大差異在於，在本實施例中，該第二直流輸入電壓20係由該升壓轉換器70升壓該第一直流輸入電壓10達成。當該交流輸出電壓Vo之絕對值大於該外部參考電壓Vref，且該濾波器40之該第一電感器L1與該第二電感器L2為一儲能操作週期時，該第二直流輸入電壓20係對該負載50供電，其中，該電源轉換裝置30之儲能操作週期時之電流迴路如圖示L81迴路所示；反之，當該交流輸出電壓Vo之絕對值大於該外部參考電壓Vref，且該濾波器40之該第一電感器L1與該第二電感器L2為一釋能操作週期時，該第一電感器L1與該第二電感器L2之儲能係對該負載50供電，其中，該電源轉換裝置30之釋能操作週期時之電流迴路如圖示L82迴路所示。亦即，當該交流輸出電壓Vo為負值時，該第二直流輸入電壓20對該負載50供電之電流迴路係依序 為該第二直流輸入電壓20、該第七功率開關S7、該第二功率開關S2、該第二電感器L2、該負載50、該第一電感器L1、該第五功率開關S5，再回到該第二直流輸入電壓20(如L81迴路所示)；其中當該交流輸出電壓Vo為負值時，該第一電感器L1與該第二電感器L2之儲能對該負載50供電之電流迴路係依序為該第一電感器L1、該第五功率開關S5、該二極體D、該第一功率開關S1、該第二功率開關S2、該第二電感器L2、該負載50，再回到該第一電感器L1(如L82迴路所示)。

請參見第七圖，係為本發明該混合型直流交流轉換系統操作方法之流程圖。該混合型直流交流轉換系統之操作方法係包含下列步驟：提供一第一直流輸入電壓與一第二直流輸入電壓，其中，該第二直流輸入電壓係大於該第一直流輸入電壓(S100)。

提供一電源轉換裝置，係並聯連接該第一直流輸入電壓與該第二直流輸入電壓，以轉換該第一直流輸入電壓或該第二直流輸入電壓為一交流輸出電壓(S200)。其中，該電源轉換裝置係包含一第一功率開關以及與該第一功率開關並聯連接之一第一二極體、一第二功率開關以及與該第二功率開關並聯連接之一第二二極體、一第三功率開關以及與該第三功率開關並聯連接之一第三二極體、一第四功率開關以及與該第四功率開關並聯連接之一第四二極體、一第五功率開關以及與該第五功率開關並聯連接之一第五二極體、一第六功率開關以及與該第六功率開關並聯連接之一第六二極體、一第七功率開關以及與該第七功率開關並聯連接之一第七二極體、一第八功率開關以及與該第八功率開關並聯連接之一第八二極體以及一二極體。

該第三功率開關係串聯連接該第二功率開關，該第二功率開關係串聯連接該第一功率開關以形成一第一迴路，且該第二功率開關與該第三功率開關連接處係為一第二輸出端。該第五功率開關係串聯連接該第四功率開關，該第五二極體之陽極係連接該第三二極體之陽極，再連接該第一直流輸入電壓之負極與該第二直流輸入電壓之負極。該第六功率開關係連接於該第一二極體之陽極與該第四二極體之陽極之間，且該第六功率開關與該第四功率開關連接處係為一第一輸出端。其中，該第一輸出端與該第二輸出端係輸出一交流輸出電壓。該第七二極體之陽極係連接該第六二極體之陰極。該第七功率開關係串聯連接該第二功率開關，該第二功率開關係串聯連接該第三功率開關以形成一第二迴路，該第二迴路係並聯連接該第二直流輸入電壓。該第八二極體之陽極係連接該第六二極體之陽極，且該第八二極體之陰極係連接該第七二極體之陰極，再連接該第二直流輸入電壓之正極。該二極體之陰極係連接該第一二極體之陰極與該第四二極體之陰極，該二極體之陽極係連接該第一直流輸入電壓之正極，且該第一迴路係經由該二極體D並聯連接該第一直流輸入電壓10。透過上述該電源轉換裝置之拓樸電路架構，可用以提供該第一直流輸入電壓與該第二直流輸入電壓之電源轉換，以對一後端負載供電。此外，該混合型直流交流轉換系統係更包含一濾波器，其中，該濾波器係連接於該第一輸出端、該第二輸出端與該負載之間，且該濾波器係包含一第一電感器、一第二電感器以及一電容器。

值得一提，在本發明該混合型直流交流轉換系統中，該第二直流輸入電壓係可透過一升壓轉換器(boost converter)升壓該第一 直流輸入電壓，而達到與前述兩個直流輸入電壓供電之相同功效。

提供一比較單元，係接收該交流輸出電壓與一外部參考電壓(S300)。當該交流輸出電壓之絕對值小於或等於該外部參考電壓時，該比較單元輸出一控制信號，以控制該電源轉換裝置轉換該第一直流輸入電壓為該交流輸出電壓對一負載供電(S400)。當該交流輸出電壓之絕對值大於該外部參考電壓時，該比較單元輸出該控制信號，以控制該電源轉換裝置轉換該第二直流輸入電壓為該交流輸出電壓對該負載供電(S500)。該混合型直流交流轉換系統係針對該電源轉換裝置所輸出之該交流輸出電壓，與該外部參考電壓比較，當該交流輸出電壓對該負載所需電壓較小時，該混合型直流交流轉換系統則透過電壓準位較小之該第一直流輸入電壓經由該電源轉換裝置轉換，以減少該電源轉換裝置之該些功率開關切換損失，而非該交流輸出電壓之正、負半週皆持續由較高電壓供電，如此可大大地提高整體轉換效率。

惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

10‧‧‧第一直流輸入電壓

20‧‧‧第二直流輸入電壓

30‧‧‧電源轉換裝置

40‧‧‧濾波器

50‧‧‧負載

60‧‧‧比較單元

C1‧‧‧第一直流電容

C2‧‧‧第二直流電容

S1‧‧‧第一功率開關

S2‧‧‧第二功率開關

S3‧‧‧第三功率開關

S4‧‧‧第四功率開關

S5‧‧‧第五功率開關

S6‧‧‧第六功率開關

S7‧‧‧第七功率開關

S8‧‧‧第八功率開關

D1‧‧‧第一二極體

D2‧‧‧第二二極體

D3‧‧‧第三二極體

D4‧‧‧第四二極體

D5‧‧‧第五二極體

D6‧‧‧第六二極體

D7‧‧‧第七二極體

D8‧‧‧第八二極體

D‧‧‧二極體

L1‧‧‧第一電感器

L2‧‧‧第二電感器

Co‧‧‧電容器

Vdc1‧‧‧第一直流輸入電壓值

Vdc2‧‧‧第二直流輸入電壓值

Vref‧‧‧外部參考電壓

Vo‧‧‧交流輸出電壓

O1‧‧‧第一輸出端

O2‧‧‧第二輸出端

SC‧‧‧控制信號

L11‧‧‧電流迴路

L12‧‧‧電流迴路

Claims (20)

1. 一種混合型直流交流轉換系統係包含：一第一直流輸入電壓；一第二直流輸入電壓，其中，該第二直流輸入電壓係大於該第一直流輸入電壓；一電源轉換裝置，係包含一第一功率開關、一第二功率開關、一第三功率開關、一第四功率開關、一第五功率開關、一第六功率開關、一第七功率開關以及一第八功率開關；其中該第一功率開關係串聯連接該第二功率開關與該第三功率開關形成一第一路徑；該第七功率開關係串聯連接該第二功率開關與該第三功率開關形成一第二路徑；並且該第一路徑係並聯連接該第一直流輸入電壓，並且該第二路徑係並聯連接該第二直流輸入電壓；透過控制該第一功率開關、該第二功率開關、該第三功率開關、該第四功率開關、該第五功率開關、該第六功率開關、該第七功率開關以及該第八功率開關的導通與截止，以轉換該第一直流輸入電壓與該第二直流輸入電壓為一交流輸出電壓，進而對一負載供電；其中該第六功率開關係具有兩端點，一端點係連接該第一功率開關、該第二功率開關以及該第七功率開關，另一端點係連接該第四功率開關、該第五功率開關以及該第八功率開關；及一比較單元，係接收該交流輸出電壓與一外部參考電壓，當該交流輸出電壓之絕對值小於或等於該外部參考電壓時，該比較單元輸出一控制信號，以控制該電源轉換裝置轉換該第一直流輸入電 壓為該交流輸出電壓；當該交流輸出電壓之絕對值大於該外部參考電壓時，該比較單元輸出該控制信號，以控制該電源轉換裝置轉換該第二直流輸入電壓為該交流輸出電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之混合型直流交流轉換系統，其中該電源轉換裝置係更包含：並聯連接該第一功率開關之一第一二極體；並聯連接該第二功率開關之一第二二極體；並聯連接該第三功率開關之一第三二極體，該第二功率開關與該第三功率開關連接處係為一第二輸出端；並聯連接該第四功率開關之一第四二極體；並聯連接該第五功率開關之一第五二極體，該第五功率開關係串聯連接該第四功率開關，該第五二極體之陽極係連接該第三二極體之陽極，再連接該第一直流輸入電壓之負極與該第二直流輸入電壓之負極；並聯連接該第六功率開關之一第六二極體，該第六功率開關係連接於該第一二極體之陽極與該第四二極體之陽極之間，且該第六功率開關與該第四功率開關連接處係為一第一輸出端，其中，該第一輸出端與該第二輸出端係輸出該交流輸出電壓；並聯連接該第七功率開關之一第七二極體，並聯連接該第八功率開關之一第八二極體，該第八二極體之陽極係連接該第六二極體之陽極，且該第八二極體之陰極係連接該第七二極體之陰極，再連接該第二直流輸入電壓之正極；及一二極體，該二極體之陰極係連接該第一二極體之陰極與該第四二極體之陰極，該二極體之陽極係連接該第一直流輸入電壓之正極，且該第一路徑係經由該二極體並聯連接該第一直流輸入電壓 。
3. 如申請專利範圍第2項所述之混合型直流交流轉換系統，其中該混合型直流交流轉換系統係更包含：一濾波器，該濾波器係連接於該第一輸出端、該第二輸出端與該負載之間，且該濾波器係包含一第一電感器、一第二電感器以及一電容器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之混合型直流交流轉換系統，其中該第二直流輸入電壓係透過一升壓轉換器(boost converter)升壓該第一直流輸入電壓；其中該第一直流輸入電壓之正極與負極係連接一第一直流電容兩端，以維持該第一直流輸入電壓大小；該第二直流輸入電壓之正極與負極係連接一第二直流電容兩端，以維持該第二直流輸入電壓大小。
5. 如申請專利範圍第3項所述之混合型直流交流轉換系統，其中當該交流輸出電壓之絕對值小於或等於該外部參考電壓，且該濾波器之該第一電感器與該第二電感器為一儲能操作週期時，該第一直流輸入電壓係對該負載供電。
6. 如申請專利範圍第3項所述之混合型直流交流轉換系統，其中當該交流輸出電壓之絕對值小於或等於該外部參考電壓，且該濾波器之該第一電感器與該第二電感器為一釋能操作週期時，該第一電感器與該第二電感器之儲能係對該負載供電。
7. 如申請專利範圍第3項所述之混合型直流交流轉換系統，其中當該交流輸出電壓之絕對值大於該外部參考電壓，且該濾波器之該第一電感器與該第二電感器為一儲能操作週期時，該第二直流輸入電壓係對該負載供電。
8. 如申請專利範圍第3項所述之混合型直流交流轉換系統，其中當 該交流輸出電壓之絕對值大於該外部參考電壓，且該濾波器之該第一電感器與該第二電感器為一釋能操作週期時，該第一電感器與該第二電感器之儲能係對該負載供電。
9. 如申請專利範圍第5項所述之混合型直流交流轉換系統，其中當該交流輸出電壓為正值時，該第一直流輸入電壓對該負載供電之電流迴路係依序由該第一直流輸入電壓、該二極體、該第四功率開關、該第一電感器、該負載、該第二電感器以及該第三功率開關所構成；其中當該交流輸出電壓為負值時，該第一直流輸入電壓對該負載供電之電流迴路係依序由該第一直流輸入電壓、該二極體、該第一功率開關、該第二功率開關、該第二電感器、該負載、該第一電感器以及該第五功率開關所構成。
10. 如申請專利範圍第6項所述之混合型直流交流轉換系統，其中當該交流輸出電壓為正值時，該第一電感器與該第二電感器之儲能對該負載供電之電流迴路係依序由該第一電感器、該負載、該第二電感器、該第二二極體以及該第六功率開關所構成；其中當該交流輸出電壓為負值時，該第一電感器與該第二電感器之儲能對該負載供電之電流迴路係依序由該第一電感器、該第六二極體、該第二功率開關、該第二電感器以及該負載所構成。
11. 如申請專利範圍第7項所述之混合型直流交流轉換系統，其中當該交流輸出電壓為正值時，該第二直流輸入電壓對該負載供電之電流迴路係依序由該第二直流輸入電壓、該第八功率開關、該第一電感器、該負載、該第二電感器以及該第三功率開關所構成；其中當該交流輸出電壓為負值時，該第二直流輸入電壓對該負載供電之電流迴路係依序由該第二直流輸入電壓、該第七功率開關、該第二功率開關、該第二電感器、該負載、該第一電感器以及 該第五功率開關所構成。
12. 如申請專利範圍第8項所述之混合型直流交流轉換系統，其中當該交流輸出電壓為正值時，該第一電感器與該第二電感器之儲能對該負載供電之電流迴路係依序由該第一電感器、該負載、該第二電感器、該第三功率開關、該二極體以及該第四功率開關所構成；其中當該交流輸出電壓為負值時，該第一電感器與該第二電感器之儲能對該負載供電之電流迴路係依序由該第一電感器、該第五功率開關、該二極體、該第一功率開關、該第二功率開關、該第二電感器以及該負載所構成。
13. 一種混合型直流交流轉換之操作方法，係包含下列步驟：(a)提供一第一直流輸入電壓與一第二直流輸入電壓，其中，該第二直流輸入電壓係大於該第一直流輸入電壓；(b)提供一電源轉換裝置；該電源轉換裝置係包含一第一功率開關、一第二功率開關、一第三功率開關、一第四功率開關、一第五功率開關、一第六功率開關、一第七功率開關以及一第八功率開關；其中該第一功率開關係串聯連接該第二功率開關與該第三功率開關形成一第一路徑；該第七功率開關係串聯連接該第二功率開關與該第三功率開關形成一第二路徑；並且該第一路徑係並聯連接該第一直流輸入電壓，並且該第二路徑係並聯連接該第二直流輸入電壓；透過控制該第一功率開關、該第二功率開關、該第三功率開關、該第四功率開關、該第五功率開關、該第六功率開關、該第七功率開關以及該第八功率開關的導通與截止，以轉換該第一直流輸入電壓與該第二直流輸入電壓為一交流輸出電壓；其中該第六功率開關係具有兩端點，一端點係連接該第一功率開關、該第二功率開關以及該第七功率開關，另一端點係連接該 第四功率開關、該第五功率開關以及該第八功率開關；(c)提供一比較單元，係接收該交流輸出電壓與一外部參考電壓；(d)當該交流輸出電壓之絕對值小於或等於該外部參考電壓時，該比較單元輸出一控制信號，以控制該電源轉換裝置轉換該第一直流輸入電壓為該交流輸出電壓對一負載供電；及(e)當該交流輸出電壓之絕對值大於該外部參考電壓時，該比較單元輸出該控制信號，以控制該電源轉換裝置轉換該第二直流輸入電壓為該交流輸出電壓對該負載供電。
14. 如申請專利範圍第13項所述之混合型直流交流轉換之操作方法，其中該電源轉換裝置係更包含：並聯連接該第一功率開關之一第一二極體；並聯連接該第二功率開關之一第二二極體；並聯連接該第三功率開關之一第三二極體，該第二功率開關與該第三功率開關連接處係為一第二輸出端；並聯連接該第四功率開關之一第四二極體；並聯連接該第五功率開關之一第五二極體，該第五功率開關係串聯連接該第四功率開關，該第五二極體之陽極係連接該第三二極體之陽極，再連接該第一直流輸入電壓之負極與該第二直流輸入電壓之負極；並聯連接該第六功率開關之一第六二極體，該第六功率開關係連接於該第一二極體之陽極與該第四二極體之陽極之間，且該第六功率開關與該第四功率開關連接處係為一第一輸出端，其中，該第一輸出端與該第二輸出端係輸出一交流輸出電壓；並聯連接該第七功率開關之一第七二極體，該第七二極體之陽極 係連接該第六二極體之陰極；並聯連接該第八功率開關之一第八二極體，該第八二極體之陽極係連接該第六二極體之陽極，且該第八二極體之陰極係連接該第七二極體之陰極，再連接該第二直流輸入電壓之正極；及一二極體，該二極體之陰極係連接該第一二極體之陰極與該第四二極體之陰極，該二極體之陽極係連接該第一直流輸入電壓之正極，且該第一路徑係經由該二極體並聯連接該第一直流輸入電壓。
15. 如申請專利範圍第14項所述之混合型直流交流轉換之操作方法，其中該混合型直流交流轉換系統係更包含：一濾波器，該濾波器係連接於該第一輸出端、該第二輸出端與該負載之間，且該濾波器係包含一第一電感器、一第二電感器以及一電容器。
16. 如申請專利範圍第13項所述之混合型直流交流轉換之操作方法，其中該第二直流輸入電壓係透過一升壓轉換器(boost converter)升壓該第一直流輸入電壓；其中該第一直流輸入電壓之正極與負極係連接一第一直流電容兩端，以維持該第一直流輸入電壓大小；該第二直流輸入電壓之正極與負極係連接一第二直流電容兩端，以維持該第二直流輸入電壓大小。
17. 如申請專利範圍第15項所述之混合型直流交流轉換之操作方法，其中當該交流輸出電壓之絕對值小於或等於該外部參考電壓，且該濾波器之該第一電感器與該第二電感器為一儲能操作週期時，該第一直流輸入電壓係對該負載供電；當該交流輸出電壓為正值時，該第一直流輸入電壓對該負載供電之電流迴路係依序由該第一直流輸入電壓、該二極體、該第四功率開關、該第一電感器、 該負載、該第二電感器以及該第三功率開關所構成；其中當該交流輸出電壓為負值時，該第一直流輸入電壓對該負載供電之電流迴路係依序由該第一直流輸入電壓、該二極體、該第一功率開關、該第二功率開關、該第二電感器、該負載、該第一電感器以及該第五功率開關所構成。
18. 如申請專利範圍第15項所述之混合型直流交流轉換之操作方法，其中當該交流輸出電壓之絕對值小於或等於該外部參考電壓，且該濾波器之該第一電感器與該第二電感器為一釋能操作週期時，該第一電感器與該第二電感器之儲能係對該負載供電；當該交流輸出電壓為正值時，該第一電感器與該第二電感器之儲能對該負載供電之電流迴路係依序由該第一電感器、該負載、該第二電感器、該第二二極體以及該第六功率開關所構成；其中當該交流輸出電壓為負值時，該第一電感器與該第二電感器之儲能對該負載供電之電流迴路係依序由該第一電感器、該第六二極體、該第二功率開關、該第二電感器以及該負載所構成。
19. 如申請專利範圍第15項所述之混合型直流交流轉換之操作方法，其中當該交流輸出電壓之絕對值大於該外部參考電壓，且該濾波器之該第一電感器與該第二電感器為一儲能操作週期時，該第二直流輸入電壓係對該負載供電；當該交流輸出電壓為正值時，該第二直流輸入電壓對該負載供電之電流迴路係依序由該第二直流輸入電壓、該第八功率開關、該第一電感器、該負載、該第二電感器以及該第三功率開關所構成；其中當該交流輸出電壓為負值時，該第二直流輸入電壓對該負載供電之電流迴路係依序由該第二直流輸入電壓、該第七功率開關、該第二功率開關、該第二電感器、該負載、該第一電感器以及該第五功率開關所構成。
20. 如申請專利範圍第15項所述之混合型直流交流轉換之操作方法，其中當該交流輸出電壓之絕對值大於該外部參考電壓，且該濾波器之該第一電感器與該第二電感器為一釋能操作週期時，該第一電感器與該第二電感器之儲能係對該負載供電；當該交流輸出電壓為正值時，該第一電感器與該第二電感器之儲能對該負載供電之電流迴路係依序由該第一電感器、該負載、該第二電感器、該第三功率開關、該二極體以及該第四功率開關所構成；其中當該交流輸出電壓為負值時，該第一電感器與該第二電感器之儲能對該負載供電之電流迴路係依序由該第一電感器、該第五功率開關、該二極體、該第一功率開關、該第二功率開關、該第二電感器以及該負載所構成。