專利名稱：有源雙向電力調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙向電力調(diào)節(jié)器，特別是涉及利用 一雙向直流/直流電力 轉(zhuǎn)換器及一直流/交流逆變器所組成的有源雙向電力調(diào)節(jié)器。
技術(shù)背景有源電力調(diào)節(jié)器常用來提高負(fù)載的電力品質(zhì)及改善負(fù)栽電力特性，例如 有源電力調(diào)節(jié)器的直流端連接一蓄電池，以形成一離線式不間斷電源系統(tǒng)， 該離線式不間斷電源系統(tǒng)當(dāng)市電供電正常時，市電經(jīng)由該離線式不間斷電源 系統(tǒng)內(nèi)部的旁路路徑，以供應(yīng)電源予一負(fù)載，并且對該離線式不間斷電源系統(tǒng)內(nèi)部的蓄電池充電；當(dāng)市電供電異常時，該離線式不間斷電源系統(tǒng)將內(nèi)部 的蓄電池的直流電能，轉(zhuǎn)換成為一交流電能，以便供給該負(fù)載，進(jìn)而防止該 負(fù)栽受斷電的影響。然而，由于成本及技術(shù)的原因，傳統(tǒng)離線式不間斷電源 系統(tǒng)放電的輸出電壓波形多為方波，該方波輸出電壓對某些負(fù)栽(例如:變壓 器)將造成危害，若該方波輸出電壓的離線式不間斷電源系統(tǒng)連接至具有功 率因子修正的電源供應(yīng)器負(fù)載時，亦會導(dǎo)致該方波輸出電壓的離線式不間斷 電源系統(tǒng)發(fā)生過流保護(hù)，進(jìn)而造成損害。鑒于上述問題，許多的正弦波電壓輸出的離線式不間斷電源系統(tǒng)裝置被 研制出來，現(xiàn)有技術(shù)中的正弦波電壓輸出的離線式不間斷電源系統(tǒng)，如美國 專利第5,625,539號，其公開了當(dāng)市電供電正常時，由市電供應(yīng)該負(fù)載所需 的能量；當(dāng)市電供電異常時，利用一單向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器將儲存在蓄電 池低電壓直流電能升壓轉(zhuǎn)換成一較高電壓的直流電能，并儲存電能于一大電 容值的直流電容器中，然后依靠高頻切換全橋式的直流/交流逆變器將儲存于 該電容器的電能轉(zhuǎn)換成正弦交流電壓輸出至該負(fù)載；另設(shè)有一組充電器，它 是在市電供電正常時負(fù)責(zé)對蓄電池充電，此電路結(jié)構(gòu)控制電路復(fù)雜，且二級 轉(zhuǎn)換器皆為高頻切換，導(dǎo)致效率低落；此外，需要一大電容值的直流電容器 作為二級電力轉(zhuǎn)換器間的能量緩沖，不適合低成本的正弦波輸出離線式不間 斷電源系統(tǒng)。另 一 現(xiàn)有的正弦波輸出的離線式不間斷電源系統(tǒng)，如美國專利第 6,094,363號，其公開了當(dāng)市電供電正常時，由市電供應(yīng)該負(fù)栽所需的能量； 當(dāng)市電供電異常時，利用一單向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器將蓄電池直流電壓升壓 轉(zhuǎn)換成一類似全波整流的電壓波形，然后依靠低頻切換直流/交流逆變器，將 該全波整流的電壓波形轉(zhuǎn)換成一正弦交流電壓輸出至該負(fù)栽；另設(shè)有一組具 能量回收功能的充電器，負(fù)責(zé)對蓄電池充電的工作或回收多余的能量到蓄電 池，此電路結(jié)構(gòu)不需要一大電容值的直流電容器作二級電力轉(zhuǎn)換器間的能量 緩沖，且只有一電力轉(zhuǎn)換級作高頻切換，因此具有控制電路簡單及效率高的 優(yōu)點(diǎn)，但需要一組額外的充電器對蓄電池充電并回收多余的負(fù)載容量，將導(dǎo) 致成本的增加。此外，有源電力調(diào)節(jié)器的直流端亦可連接到一太陽能電池或其它再生能 源，以作為該太陽能電池或其它再生能源與一配電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換接口，傳 統(tǒng)的太陽能電池與該配電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換接口包含兩個電力轉(zhuǎn)換級(一直流 /直流轉(zhuǎn)換器及一直流/交流逆變器)，如美國專利第6,914,418號，其利用該 直流/直流轉(zhuǎn)換器將太陽能電池產(chǎn)生的低壓直流電能轉(zhuǎn)換成高壓直流電能，并 儲存電能于一大電容值的直流電容器中，然后依靠高頻切換全橋式的直流/ 交流逆變器將儲存于該直流電容器的電能轉(zhuǎn)換成正弦交流電壓輸出至該負(fù) 栽或正弦交流電流送回該配電系統(tǒng)，然而該太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換接口的兩 個電力轉(zhuǎn)換級均利用高頻脈寬調(diào)制技術(shù)控制，此電路結(jié)構(gòu)需要一大電容值的 電容器作二級電力轉(zhuǎn)換器間的能量緩沖，控制電路復(fù)雜，且該二級轉(zhuǎn)換器皆 為高頻切換，致使其效率偏低
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種有源雙 向電力調(diào)節(jié)器。根據(jù)本發(fā)明的有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其包含一直流端、 一雙向直流/直流 電力轉(zhuǎn)換器、 一直流/交流逆變器及一交流端。其中， 一個直流端，其連接至一個直流電源； 一個雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器，其連接至該直流端，該雙向 直流/直流電力轉(zhuǎn)換器利用高頻脈寬調(diào)制控制技術(shù)，可以產(chǎn)生一個預(yù)設(shè)的直流 電壓及直流電流其中之一的信號； 一個直流/交流逆變器，其連接至該雙向直 流/直流電力轉(zhuǎn)換器，該直流/交流逆變器作低頻換向用以將該雙向直流/直流 電力轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的預(yù)設(shè)的直流電壓及直流電流其中之一的信號轉(zhuǎn)換成一個 預(yù)設(shè)的交流電壓及交流電流其中之一的信號；及一個交流端，其連接至該直 流/交流逆變器，該交流端連接至一個負(fù)載，并可選擇連接至一個交流電源。 本發(fā)明提供的 一種有源雙向電力調(diào)節(jié)器是依靠一雙向直流/直流電力轉(zhuǎn) 換器利用高頻脈寬調(diào)制技術(shù)控制以產(chǎn)生一預(yù)設(shè)的直流電壓或直流電流，及一 直流/交流逆變器進(jìn)行低頻換向以將該預(yù)設(shè)的直流電壓或直流電流轉(zhuǎn)換成一 預(yù)設(shè)的交流電壓或交流電流，本發(fā)明有源雙向電力調(diào)節(jié)器的電路結(jié)構(gòu)不需要 一大電容值的直流電容器作二級電力轉(zhuǎn)換器間的能量緩沖，不需要一額外的 充電器，且只有一電力轉(zhuǎn)換級作高頻切換，因此具有體積小、控制電路簡單、 效率提升及成本降低的效果。附困說明

圖1:本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的有源雙向電力調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2:本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的有源雙向電力調(diào)節(jié)器的雙向直流/直流電 力轉(zhuǎn)換器電路圖。
圖3:本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的有源雙向電力調(diào)節(jié)器的直流/交流逆變器 電路圖。圖4:本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的有源雙向電力調(diào)節(jié)器應(yīng)用于具有功因修 正功能的不間斷電源系統(tǒng)時的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖5a:本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的有源雙向電力調(diào)節(jié)器應(yīng)用于具有功因修 正功能的不間斷電源系統(tǒng)，且該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器在該交流電源正常 時的控制方塊圖。圖5b:本發(fā)明第 一較佳實(shí)施例的有源雙向電力調(diào)節(jié)器應(yīng)用于具有功因修 正功能的不間斷電源系統(tǒng)，且該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器在交流電源發(fā)生故 障時的控制方塊圖。圖6:本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的有源雙向電力調(diào)節(jié)器應(yīng)用于具有主動電 力濾波器功能的不間斷電源系統(tǒng)，且該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器在主動電力 濾波器功能時的控制方塊圖。圖7:本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的有源雙向電力調(diào)節(jié)器應(yīng)用于太陽能供電 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8:本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的有源雙向電力調(diào)節(jié)器的雙向直流/直流電 力轉(zhuǎn)換器電路圖。圖9:本發(fā)明第三較佳實(shí)施例的有源雙向電力調(diào)節(jié)器的雙向直流/直流電 力轉(zhuǎn)換器電路圖。主要組件符號說明1有源雙向電力調(diào)節(jié)器 IO直流端11雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器 12直流/交流逆變器 13交流端 2蓄電池 3負(fù)載 4交流電源5開關(guān) 60充電控制器 61信號產(chǎn)生器62乘法器63控制器64脈寬調(diào)制器65絶對值電路66控制器67脈寬調(diào)制器70充電控制器71乘法器72信號產(chǎn)生器73計(jì)算電路74加法器75極性判斷電路76乘法器77控制器78脈寬調(diào)制器8太陽能電池9儲能系統(tǒng)Qa2電力電子開關(guān)Ql電力電子開關(guān)Qal電力電子開關(guān)Ql電力電子開關(guān)Q3電力電子開關(guān)Q4電力電子開關(guān)Q5電力電子開關(guān)Q6電力電子開關(guān)Qbl電力電子開關(guān)Qb2電力電子開關(guān)Qcl電力電子開關(guān)Qc2電力電子開關(guān)Qc3電力電子開關(guān)Qc4電力電子開關(guān)C濾波電容C2等值電容器C3等值電容器L電感具體實(shí)施方式
為進(jìn)一步描述本發(fā)明的各個技術(shù)方案，現(xiàn)以本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并結(jié)合附圖，作詳細(xì)說明如下請參照圖1所示，本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的有源雙向電力調(diào)節(jié)器1包含 一直流端10、 一雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11、 一直流/交流逆變器12及一 交流端13。該直流端IO可接至一直流電源。請參照圖2所示本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11。 該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11由四顆電力電子開關(guān)Qal、 Qa2、 Ql、 Q2、 一高頻隔離變壓器Tr及一電感L所組成，各該電力電子開關(guān)Qal、 Qa2、 Ql及Q2分別由一電力電子開關(guān)組件與一二極管反向并聯(lián)而成，其中該電力 電子開關(guān)Qal及Qa2位于該高頻隔離變壓器的一次側(cè)，以便于一次側(cè)形成 一推挽式結(jié)構(gòu)并連接到該直流端10，而該電力電子開關(guān)Q1及Q2位于該高 頻隔離變壓器的二次側(cè)，當(dāng)電能進(jìn)行雙向傳送時，該電力電子開關(guān)Qal、Qa2、 Ql與Q2均進(jìn)行高頻脈寬調(diào)制控制，其中該電力電子開關(guān)Qal與Ql的切換 動作互補(bǔ)，而該電力電子開關(guān)Qa2與Q2的切換動作互補(bǔ)，該電力半導(dǎo)體開 關(guān)Qal與Qa2的切換其導(dǎo)通周期均小于0.5，且相差180度；當(dāng)電能只由二 次側(cè)往一次側(cè)傳送時，該電力電子開關(guān)Qal與Qa2完全截止，僅該電力電 子開關(guān)Ql與Q2進(jìn)行高頻脈寬調(diào)制控制，配合電力電子開關(guān)Qal與Qa2內(nèi) 的二極管，此時該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11操作成一電流饋入推挽式直 流/直流轉(zhuǎn)換器。請參照圖3所示，本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的直流/交流逆變器12的電路 結(jié)構(gòu)包含四顆電力電子開關(guān)Q3、 Q4、 Q5、 Q6及一濾波電容C。各該電力 電子開關(guān)Q3、 Q4、 Q5及Q6是由一電力電子開關(guān)組件與一二極管反向并聯(lián) 而成，當(dāng)能量只由該交流端13往直流端IO傳送時，全部電力電子開關(guān)Q3、 Q4、 Q5及Q6均截止，此時利用該電力電子開關(guān)Q3、 Q4、 Q5及Q6內(nèi)的 二極管形成一整流器；而當(dāng)能量進(jìn)行雙向傳送時，該電力電子開關(guān)Q3、 Q4、 Q5及Q6利用低頻方波切換技術(shù)控制(趨于50/60Hz)，其中該電力電子開關(guān) Q3與Q6的切換動作相同，該電力電子開關(guān)Q4與Q5的切換動作相同，而 該電力電子開關(guān)Q3與Q4的切換動作互補(bǔ)。請參照圖4所示，該有源雙向電力調(diào)節(jié)器第一較佳實(shí)施例應(yīng)用于具有功 因修正功能的不間斷電源系統(tǒng)時的電路結(jié)構(gòu)。該直流端10連接到一直流電 源，該直流電源可為一蓄電池2，該交流端13與一負(fù)栽3并聯(lián)， 一交流電源 4經(jīng)一開關(guān)5連接到該交流端13。當(dāng)該交流電源4供電正常時，該交流電源 4經(jīng)由該開關(guān)5供應(yīng)電能至該負(fù)載3，并且依靠該有源雙向電力調(diào)節(jié)器1對 該蓄電池2充電，亦即該有源雙向電力調(diào)節(jié)器1的電能由該交流端13流向 該直流端10，此時該有源雙向電力調(diào)節(jié)器1具有功因修正功能，亦即期望流
入該有源雙向電力調(diào)節(jié)器1的電流為與該交流電源4同相的弦波電流。請?jiān)賲⒖紙D3所示，該直流/交流逆變器12的電路結(jié)構(gòu)，當(dāng)該交流電源 4供電正常時，電能由該交流端13流向該直流端10時，jt匕時該直流/交流逆 變器12的四個電力電子開關(guān)Q3、 Q4、 Q5及Q6均截止，由于每個電力電 子開關(guān)Q3、 Q4、 Q5及Q6均包含一二極管，所以該直流/交流逆變器12操 作成一整流器。請?jiān)賲⒖紙D2所示，該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11的電路結(jié)構(gòu)，當(dāng)該 交流電源4供電正常時，電能由該交流端13流向該直流端10時，此時該雙 向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11的電能只由二次側(cè)往一次側(cè)傳送，該雙向直流/ 直流電力轉(zhuǎn)換器11的高頻隔離變壓器的二次側(cè)電力電子開關(guān)Q1及Q2作高 頻脈寬調(diào)制控制，該高頻隔離變壓器的一次側(cè)電力電子開關(guān)完全截止，此時 該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11操作成一電流饋入推挽式直流/直流轉(zhuǎn)換器， 依靠該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11的高頻隔離變壓器的二次側(cè)電力電子開 關(guān)Ql及Q2的控制，使該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11的電感L的電流為一 振幅可控的弦波整流波形，經(jīng)由該直流/交流逆變器12換向，在該交流端13 的輸入電流為趨于一與該交流電源4的電壓同相位的弦波，以達(dá)到趨于單位 功因的功能，并依靠弦波整流波形的振幅控制來控制該蓄電池2的充電量。請?jiān)賲⒄請D2至圖4所示，當(dāng)該交流電源4供電異常時，該開關(guān)5斷開， 且該蓄電池2的儲能經(jīng)該有源雙向電力調(diào)節(jié)器1轉(zhuǎn)換成一趨于弦波的電壓， 以提供該負(fù)栽3所需的電能，亦即該有源雙向電力調(diào)節(jié)器1的電能由該直流 端10流向該交流端13，然而該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11的電能在考慮 到該負(fù)栽3為非純電阻性時，其瞬時電能可能雙向流動，因此該雙向直流/ 直流電力轉(zhuǎn)換器11的該電力電子開關(guān)Qal、 Qa2、 Ql及Q2均作高頻脈寬調(diào) 制控制，該電力電子開關(guān)Qal、 Qa2、 Q1及Q2的動作，請參照圖2及本發(fā) 明第一較佳實(shí)施例的雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11中電能雙向傳送部分的說 明，利用該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11的電力電子開關(guān)的控制，使該雙向 直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11的輸出電壓為一弦波整流波形，其頻率趨于該交流電源4頻率的兩倍，再考慮到該負(fù)栽3可能非純電阻性，所以其瞬時能量可 能在該交流端13與該直流端10間雙向傳送，因此該直流/交流逆變器12的 四個電力電子開關(guān)Q3、 Q4、 Q5及Q6作低頻方波切換，其低頻方波切換頻 率趨于該交流電源4的頻率，以便將該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11的輸出 弦波整流波形電壓換向?yàn)橐唤涣飨也妷航?jīng)該交流端13送到該負(fù)載3。請參照圖5(a)所示，該有源雙向電力調(diào)節(jié)器第一較佳實(shí)施例應(yīng)用于具有 功因修正功能的不間斷電源系統(tǒng)，且該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11在該交 流電源4正常時的控制方塊圖。該有源雙向電力調(diào)節(jié)器1在該交流電源4供 電正常時，該蓄電池2的電壓經(jīng)檢出后送到一充電控制器60,該交流電源4 電壓經(jīng)檢出后送到一信號產(chǎn)生器61，以產(chǎn)生一單位振幅的弦波整流信號，該 單位振幅弦波整流信號的頻率為該交流電源4頻率的兩倍，且其零點(diǎn)與該交 流電源4的電壓同步，該充電控制器60的輸出與該單位振幅弦波整流信號 送到一乘法器62相乘以得到一參考信號，該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11 的電感L電流經(jīng)檢出后與該參考信號送到一控制器63，該控制器63輸出一 信號，該信號送到一脈寬調(diào)制器64,以產(chǎn)生該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11 高頻隔離變壓器的二次側(cè)電力電子開關(guān)Ql及Q2的控制信號。請參照圖5(b)所示，該有源雙向電力調(diào)節(jié)器第一較佳實(shí)施例應(yīng)用于具有 功因修正功能的不間斷電源系統(tǒng)，且該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11在交流 電源4發(fā)生故障時的控制方塊。該交流端13的電壓經(jīng)檢出后送到一絕對值 電路65，該絕對值電路65的輸出與一參考信號送到一控制器66，該參考信 號為一弦波整流信號，該控制器66輸出送到一脈寬調(diào)制器67以產(chǎn)生該雙向
直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11的該電力電子開關(guān)Qal、 Qa2、 Ql及Q2的控制信號。請?jiān)賲⒄請D2至圖4所示，本發(fā)明的有源雙向電力調(diào)節(jié)器第一較佳實(shí)施 例亦可應(yīng)用于具有主動電力濾波器功能的不間斷電源系統(tǒng)，其電路結(jié)構(gòu)與應(yīng) 用于具有功因修正功能的不間斷電源系統(tǒng)時完全相同，僅在控制上不同。請 再參考圖4，當(dāng)該交流電源4供電正常時，該交流電源4經(jīng)由該開關(guān)5供應(yīng) 電能至該負(fù)栽3，并且通過該有源雙向電力調(diào)節(jié)器1對該蓄電池2充電，此 時該有源雙向電力調(diào)節(jié)器l亦具有主動電力濾波器的功能，用以濾除該負(fù)載 3產(chǎn)生的諧波及虛功，使該交流電源4的電流為趨于為與電壓同相位的弦波。 由于該有源雙向電力調(diào)節(jié)器l操作在主動電力濾波器功能時，其瞬時能量可 能在該交流端13與該直流端10間雙向傳送，因此該雙向直流/交流轉(zhuǎn)換器 12的四個電力電子開關(guān)Q3、 Q4、 Q5及Q6作低頻方波切換，其低頻方波切 換頻率等于該交流電源4的頻率；而該有源雙向電力調(diào)節(jié)器1操作在主動電 力濾波器功能時，該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11的電能亦為雙向傳送模式， 因此該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11的該電力電子開關(guān)Qal、 Qa2、 Ql及Q2 均作高頻脈寬調(diào)制控制，該電力電子開關(guān)Qal、 Qa2、 Q1及Q2的動作請參 照圖2及本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11中電能雙向 傳送部分的說明，利用該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11的電力電子開關(guān)的控 制，可使該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11的電感L電流為一補(bǔ)償電流的整流 波形，該補(bǔ)償電流包含一與該交流電源4電壓同相位的弦波以注入一實(shí)功對 該蓄電池2充電及該負(fù)載3電流的諧波及虛功成分以濾除該負(fù)載3的諧波電 流并補(bǔ)償虛功，該補(bǔ)償電流的整流波形電流經(jīng)該雙向直流/交流轉(zhuǎn)換器12換 向后產(chǎn)生一交流補(bǔ)償電流由該交流端13輸出，該交流補(bǔ)償電流注入該交流 電源4后可使該交流電源4的電流為與電壓同相位的弦波，以達(dá)到趨于單位
功因。當(dāng)該交流電源4供電異常時，其操作原理與該有源雙向電力調(diào)節(jié)器1 應(yīng)用于具有功因修正功能不間斷電源系統(tǒng)時的原理相同，不再詳述。請參照圖6所示，本發(fā)明的有源雙向電力調(diào)節(jié)器第一較佳實(shí)施例應(yīng)用于 具有主動電力濾波器功能的不間斷電源系統(tǒng)，且操作在主動電力濾波器功能 時的控制方塊圖。該蓄電池2的電壓檢出后送到一充電控制器70,該交流電 源4電壓檢出后送到一信號產(chǎn)生器72產(chǎn)生一基頻弦波信號，該基頻弦波信 號與該交流電源4電壓頻率相同且相位相同，該充電控制器70與該信號產(chǎn) 生器72的輸出送到一乘法器71相乘，該負(fù)栽3電流與該交流電源4電壓經(jīng) 檢出后送到一計(jì)算電路73,該計(jì)算電路73的輸出為該負(fù)栽5的諧波電流及 基頻虛功電流成分之和，該乘法器71與該計(jì)算電路73的輸出送到一加法器 74相加可得到該補(bǔ)償電流信號，該交流電源4電壓經(jīng)檢出后亦送到一極性判 斷電路75以得到一正/負(fù)單位信號(即± 1 )，該加法器74與該極性判斷電路 75的輸出送到一乘法器76相乘，該乘法器76的輸出與該雙向直流/直流電 力轉(zhuǎn)換器11的電感L電流檢出后送到一控制器77,該控制器77輸出送到 一脈寬調(diào)制器78以產(chǎn)生該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11的該電力電子開關(guān) Qal、 Qa2、 Q1及Q2的控制信號。由圖2至圖4所示本發(fā)明有源雙向電力調(diào)節(jié)器第 一較佳實(shí)施例應(yīng)用于不 間斷電源系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)有源電力調(diào)節(jié)器作為離線式不間斷電源系 統(tǒng)比較，由于不需要一大電容值的直流電容器作二級電力轉(zhuǎn)換器間的能量緩 沖，不需要一額外的充電器，且只有一電力轉(zhuǎn)換級作高頻切換，因此具有體 積小、控制電路簡單、效率提升及成本降低的功效。請參照圖7所示，本發(fā)明的有源雙向電力調(diào)節(jié)器1應(yīng)用于一太陽能供電 系統(tǒng)。該直流端10亦連接至一直流電源，且該直流電源為一太陽能電池8 及一儲能系統(tǒng)9，該儲能系統(tǒng)9包含一蓄電池及其充/放電器，該交流端13
與該負(fù)栽3并聯(lián)。該有源雙向電力調(diào)節(jié)器1應(yīng)用于一太陽能供電系統(tǒng)主要用 以將該太陽能電池8 ^/或該儲能系統(tǒng)9的直流電能轉(zhuǎn)換到 一 交流電能供給該 負(fù)載3，其操作原理與該有源雙向電力調(diào)節(jié)器l應(yīng)用于具有功因修正功能的 不間斷電源系統(tǒng)且當(dāng)該交流電源4故障時的原理相同，不再詳述。由圖2、圖3及圖7所示本發(fā)明有源雙向電力調(diào)節(jié)器第一較佳實(shí)施例應(yīng) 用于太陽能供電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)有源電力調(diào)節(jié)器作為太陽能系統(tǒng)的 能量轉(zhuǎn)換接口比較，由于不需要一大電容值的直流電容器作二級電力轉(zhuǎn)換器 間的能量緩沖，且只有一電力轉(zhuǎn)換級作高頻切換，因此具有體積小、控制電 路簡單、效率提升及成本降低的功效。請參照圖8所示，本發(fā)明的有源雙向電力調(diào)節(jié)器1的第二較佳實(shí)施例， 相較于第一較佳實(shí)施例，第二較佳實(shí)施例僅該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11 的電路結(jié)構(gòu)不同，所以圖8僅揭示該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11的實(shí)際電 路。相較于第一較佳實(shí)施例，第二較佳實(shí)施例的雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器 11包含四顆電力電子開關(guān)Qbl、 Qb2、 Ql、 Q2、 二等值電容器C2、 C3、 一 高頻隔離變壓器Tr及一電感L,各該電力電子開關(guān)QM、 Qb2、 Q1及Q2分 別由一電力電子開關(guān)組件與一二極管反向并聯(lián)而成，其中該電力電子開關(guān) Qbl及Qb2位于該高頻隔離變壓器的一次側(cè)，并配合該二等值電容器C2及 C3于一次側(cè)形成一半橋式結(jié)構(gòu)，而該電力電子開關(guān)Q1及Q2位于該高頻隔 離變壓器的二次側(cè)，當(dāng)電能進(jìn)行雙向傳送時，該電力電子開關(guān)Qbl、 Qb2、 Ql與Q2均作高頻脈寬調(diào)制控制，其中該電力半導(dǎo)體開關(guān)Qbl與Ql的切換 動作互補(bǔ)，該電力半導(dǎo)體開關(guān)Qb2與Q2的切換動作互補(bǔ)，而該電力半導(dǎo)體 開關(guān)Qbl與Qb2的切換其導(dǎo)通周期均小于0.5,且相差180度；而當(dāng)電能只 由二次側(cè)往一次側(cè)傳送時，該電力電子開關(guān)Qbl與Qb2完全截止，僅該電
力電子開關(guān)Q1與Q2作高頻脈寬調(diào)制控制，此時該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換 器11操作成一電流饋入推挽式直流/直流轉(zhuǎn)換器。請參照圖9所示，本發(fā)明有源雙向電力調(diào)節(jié)器1的第三較佳實(shí)施例，相 較于第一較佳實(shí)施例，第三較佳實(shí)施例僅該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11的 電路結(jié)構(gòu)不同，所以圖9僅揭示該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器11的實(shí)際電路。 相較于第一及第二較佳實(shí)施例，第三較佳實(shí)施例的雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器 11包含六顆電力電子開關(guān)Qcl、 Qc2、 Qc3、 Qc4、 Ql與Q2、 一高頻隔離變 壓器Tr及一電感L。各該電力電子開關(guān)Qcl、 Qc2、 Qc3、 Qc4、 Ql與Q2 由一電力電子開關(guān)組件與一二極管反向并聯(lián)而成，其中該電力電子開關(guān)Qcl、 Qc2、 Qc3與Qc4位于該高頻隔離變壓器的一次側(cè)，以便于一次側(cè)形成一全 橋式結(jié)構(gòu)，而電力電子開關(guān)Ql及Q2位于該高頻隔離變壓器的二次側(cè)。當(dāng) 電能進(jìn)行雙向傳送時，該電力電子開關(guān)Qcl、 Qc2、 Qc3、 Qc4、 Ql與Q2均 作高頻脈寬調(diào)制控制，其中該電力半導(dǎo)體開關(guān)Qcl與Qc4的切換動作相同， 而與該電力半導(dǎo)體開關(guān)Ql的切換動作互補(bǔ)；該電力半導(dǎo)體開關(guān)Qc2與Qc3 的切換動作相同，而與該電力半導(dǎo)體開關(guān)Q2的切換動作互補(bǔ)，而該電力電 子開關(guān)Qcl與Qc2的切換其導(dǎo)通周期均小于0.5,且相差180度；而當(dāng)電能 只由二次側(cè)往一次側(cè)傳送時，該電力電子開關(guān)Qcl、 Qc2、 Qc3與Qc4完全 截止，僅該電力電子開關(guān)Q1與Q2作高頻脈寬調(diào)制控制，此時該雙向直流/ 直流電力轉(zhuǎn)換器11操作成一電流饋入推挽式直流/直流轉(zhuǎn)換器。
權(quán)利要求
1、一種有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其特征在于，其包含一個直流端，其連接至一個直流電源；一個雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器，其連接至該直流端，該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器利用高頻脈寬調(diào)制控制技術(shù)，可以產(chǎn)生一個預(yù)設(shè)的直流電壓及直流電流其中之一的信號；一個直流/交流逆變器，其連接至該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器，該直流/交流逆變器作低頻換向用以將該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的預(yù)設(shè)的直流電壓及直流電流其中之一的信號轉(zhuǎn)換成一個預(yù)設(shè)的交流電壓及交流電流其中之一的信號；及一個交流端，其連接至該直流/交流逆變器，該交流端連接至一個負(fù)載，并可選擇連接至一個交流電源。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該直流 電源為一個蓄電池。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該直流 電源為 一個太陽能電池及一個儲能系統(tǒng)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該儲能 系統(tǒng)設(shè)有 一 個蓄電池及其充/放電器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該雙向 直流/直流電力轉(zhuǎn)換器設(shè)有數(shù)個電力電子開關(guān)組、 一個高頻隔離變壓器及一個 電感，該高頻隔離變壓器具有一個一次側(cè)及一個二次側(cè)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該雙向 直流/直流電力轉(zhuǎn)換器的電力電子開關(guān)由一個電力電子開關(guān)組件及一個二極 管反向并聯(lián)而成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該雙向 直流/直流電力轉(zhuǎn)換器的高頻隔離變壓器的 一次側(cè)及二次側(cè)各設(shè)有兩個電力 電子開關(guān)，該兩個電力電子開關(guān)形成一個推挽式結(jié)構(gòu)，且經(jīng)由該電感連接到 該直流/交流逆變器。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該雙向 直流/直流電力轉(zhuǎn)換器的高頻隔離變壓器的一次側(cè)設(shè)有兩個電力電子開關(guān)，該 二個電力電子開關(guān)形成一推挽式結(jié)構(gòu)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該雙向 直流/直流電力轉(zhuǎn)換器的高頻隔離變壓器的一次側(cè)設(shè)有兩個電力電子開關(guān)與 兩個容量相等的直流電容器，該兩個電力電子開關(guān)與兩個容量相等的直流電 容器形成一個半橋式結(jié)構(gòu)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該雙向 直流/直流電力轉(zhuǎn)換器的高頻隔離變壓器的一次側(cè)設(shè)有四個電力電子開關(guān)，該 四個電力電子開關(guān)形成一個全橋式結(jié)構(gòu)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該雙向 直流/直流電力轉(zhuǎn)換器的能量由高頻隔離變壓器的二次側(cè)傳往一次側(cè)，該高頻 隔離變壓器的一次側(cè)的電力電子開關(guān)組均截止，該高頻隔離變壓器的二次側(cè) 的電力電子開關(guān)組利用高頻脈寬調(diào)制進(jìn)行控制。
12、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該雙向 直流/直流電力轉(zhuǎn)換器的能量為雙向傳送，該高頻隔離變壓器的一次側(cè)及二次 側(cè)的電力電子開關(guān)組利用高頻脈寬調(diào)制進(jìn)行控制，且該高頻隔離變壓器的一 次側(cè)及二次側(cè)的電力電子開關(guān)組的切換動作為互補(bǔ)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該直流 /交流逆變器設(shè)有一個電力電子開關(guān)組及一個濾波電容。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該直 流/交流逆變器的電力電子開關(guān)由一個電力電子開關(guān)組件與一個二極管反向 并聯(lián)而成。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該直 流/交流逆變器為一個全橋式結(jié)構(gòu)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其特征在于，能量 由該交流端傳送至該直流端時，該直流/交流逆變器的該電力電子開關(guān)組均截 止，該直流/交流逆變器形成一個整流器。
17、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其特征在于，能量 在該交流端與該直流端間雙向傳送時，該直流/交流逆變器的電力電子開關(guān)組 利用低頻方波切換技術(shù)進(jìn)行控制，其頻率趨于該交流電源頻率。
18、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該交流 電源經(jīng)由一個開關(guān)連接至該交流端，供應(yīng)電能至該負(fù)載，并且供應(yīng)電能經(jīng)由 該有源雙向電力調(diào)節(jié)器對該直流電源充電，該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器的電 力電子開關(guān)組控制該電感電流為一弦波整流波形，經(jīng)由該直流/交流逆變器換 向，在該交流端的輸入電流為趨于一個與該交流電源的電壓同相位的弦波。
19、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該交流 電源經(jīng)由一個開關(guān)連接至該交流端，供應(yīng)電能至該負(fù)栽，并且供應(yīng)電能經(jīng)由 該有源雙向電力調(diào)節(jié)器對該直流電源充電，該有源雙向電力調(diào)節(jié)器并具有主 動電力濾波器的功能，利用該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器的電力電子開關(guān)組控 制該電感電流為一個補(bǔ)償電流的整流波形，該補(bǔ)償電流的整流波形電流經(jīng)由 該直流/交流逆變器換向后在該交流端產(chǎn)生一個交流補(bǔ)償電流，該交流補(bǔ)償電 流注入該交流電源后可使其電流為與電壓同相位的弦波，以濾除該負(fù)載產(chǎn)生 的諧波及虛功。
20、根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該有源 雙向電力調(diào)節(jié)器單獨(dú)供應(yīng)電能給該負(fù)載時，利用該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器 的電力電子開關(guān)組的控制，將該直流電源儲能轉(zhuǎn)換成具弦波整流波形電壓的 電能，再經(jīng)由該直流/交流逆變器換向后使該交流端的電壓趨于一個弦波，以 供給該負(fù)載。
全文摘要
一種有源雙向電力調(diào)節(jié)器，其包含一直流端、一雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器、一直流/交流逆變器及一交流端。該直流端可接至一直流電源，該雙向直流/直流電力轉(zhuǎn)換器利用高頻脈寬調(diào)制控制技術(shù)，可以產(chǎn)生一預(yù)設(shè)的直流電壓或直流電流；該直流/交流逆變器作低頻換向，進(jìn)而將該預(yù)設(shè)的直流電壓或直流電流轉(zhuǎn)換成一預(yù)設(shè)的交流電壓或交流電流；該交流端可連接至一負(fù)載，并可選擇連接至一交流電源。該有源雙向電力調(diào)節(jié)器具有體積小、控制電路簡單、效率高及成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02M3/335GK101166001SQ20061014095
公開日2008年4月23日 申請日期2006年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
發(fā)明者馮雅聰, 吳晉昌, 周宏亮 申請人:盈正豫順電子股份有限公司