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    • 专利摘要:
    一種用於一電源電路之dc鏈接模組包含用以連接至一第一電源轉換電路之一第一連接器、用以連接至一第二電源轉換電路之一第二連接器，其中該第二電源轉換電路連接至安排來至少間歇地操作來作為至該電源電路之一電源的一負載電路、安排於該第一連接器與該第二連接器之間以處理該第一連接器或該第二連接器上接收之一電壓信號的至少一dc鏈接電容器、以及安排於該第一連接器與該第二連接器間之至少一電壓補償電路，該一或更多電壓補償電路安排來產生一電壓信號以補償出現在該至少一dc鏈接電容器之一dc電壓信號中的一ac鏈波構件。
    公开号:TW201315076A
    申请号:TW101124412
    申请日:2012-07-06
    公开日:2013-04-01
    发明作者:Shu-Hung Henry Chung；Huai Wang
    申请人:Univ City Hong Kong；
    IPC主号:H02M5-00
    专利说明:
    用以減少直流鏈路電容之直流鏈路模組 發明領域
    本發明係有關於用以減少一電源電路中之dc鏈路電容的一dc鏈接模組、用於該dc鏈接模組之一控制器、以及一種使用該dc鏈接模組來減少一電源電路中之一dc鏈路的電容之方法。 發明背景
    現今能量與環保意識的世界中，高電源密度與長壽命期望值對電子系統而言是關鍵的需求。於一支援電容器的電源電子系統中，就容積與成本兩者而言，該dc鏈接濾波器或模組經常為該支配部分。鋁電解電容器可提供任何類型電容器的最高電容值。然而，電解電容器之壽命期望值會隨升高的周圍溫度而明顯減少。對於溫度每增加10℃，電容器壽命會減少一半。因此，電子系統中電容器經常是一可靠性的瓶頸。統計揭示高達30%的電子系統失效是由於電容器故障所造成。
    特別是，針對高電壓高電源轉換系統而言，針對可靠與安全的操作，dc鏈接電容器經常需週期性替換與監控，導致實質上維護成本。為了增強可靠性與壽命時間，於某些支援電容器的應用中，諸如風力轉換器與LED燈驅動器，功率薄膜電容器已被用來作為某些鋁電解電容器的替代品。然而，使用功率薄膜電容器之優點就某程度上可由其減少的容積效率來妥協。電解電容器之容積效率典型高於功率薄膜電容器十倍。因此，針對相同電容值，一功率薄膜電容器之實體大小遠大於一電解電容器的大小。
    為了減少該等dc鏈接電容器之相依性，已提議許多習知方法來將該dc鏈接電容最小化。然而，該方法通常根據該電路結構。此外，許多方法會遭受失真輸入電流、輔助構件上高電壓壓迫的缺點或就該可達成的電容減少而言無法被適當證明其正當性。
    第1圖顯示應用在諸如電源供應器、電子安定器、馬達驅動器、等等之一電源電子系統100的典型結構。其由一dc鏈接106連接之兩個電源轉換器102、104所組成。該第一轉換器102用來將ac或dc型式之輸入轉換為dc。該第二轉換器104用來將該所需的電源型式提供至一負載106。例如，用於驅動日光燈之一電子安定器可由將該線頻率(50Hz或60Hz)輸入轉換為一高電壓dc(典型為400V)之一前階段電源因數連接器所組成。其第二階段為將高頻電源遞送至日光燈之一反相器。該輸出頻率高於20kHz。該等兩階段由一dc鏈接來連接。該dc鏈接電壓可由一高壓dc鏈接電容器來穩定。該電容器可用來吸收該輸入源與輸出負載間之瞬時電源差異、對該第一轉換器產生之諧波濾波、以及於該整個系統之電源維持時間期間提供足夠的能量。
    該圖形之表格I顯示針對諸如第1圖之一電路中的一dc鏈接，一鋁電解電容器與一功率薄膜電容器之一比較。因為鋁電解電容器之高容積效率與低成本故其可被廣泛選擇。然而，其會遭受下列缺點：
    1)高等效串列電阻(ESR)與低鏈波電流功能。此暗示該電容器中有大量電源遺漏。為處置該鏈波電流壓迫，該所需之全部電容經常遠高於用於限制該dc匯流排上之特定電壓變動的電容。
    2)該電壓額定值之瓶頸。針對具有高dc鏈接電壓之應用，兩個或更多電解電容器需串聯來維持一高電壓dc鏈接。因此，需要額外的電路來平衡該等電容間之電壓分配。
    3)相較於一電源轉換系統中之其他構件其具有相當短的壽命時間。該等電容器之壽命時間可藉由減少該壓迫因素，諸如溫度、操作電壓與鏈波電流來改善。此暗示該dc鏈接電容應設計具有可觀的限度，導致容積與成本進一步增加，特別是具有高電壓額定值的電容器。
    4)可觀的維護工作。電源轉換系統中要相當關注鋁電解電容器之可靠性。針對工業上的應用，其經常需要監控該等電容器的情況以及週期性將其替換。
    過去二十年來薄膜電容器技術之演進已出現應用於dc鏈接濾波中。就ESR、壽命期望值、環境效能、dc阻隔功能、鏈波電流功能與可靠性而言，功率薄膜電容器之性能已勝過鋁電解電容器對應元件。雖然低電壓與高數值薄膜電容器於商業上可採用，但該等高電壓薄膜電容器之電容仍無法與電解電容器抗衡。廣泛應用於支援電容器的應用之功率薄膜電容器的主要障礙是其相當低的容積效率與高成本。 發明概要
    本案提議用以減少一電源轉換電路或系統中之dc鏈接電容的一主動序列電壓補償器。因此，本案提供包含該電壓補償器之一dc鏈接模組，其普遍應用於支援電容器的電源電子系統。該電壓補償器僅處理該dc鏈接電容器與反應電源之鏈波電壓。其不影響該輸入與輸出效能。該所需之dc鏈接電容可顯著減少，使得可能設計高電源密度、長壽命時間、有效成本的電源電子系統。此外，本發明之該主動序列電壓補償器可應用在延長一現存設計的dc鏈接電容器之壽命時間，因此可改善該整個系統之壽命週期。
    於一第一主觀點中，本發明提供一電源電路一dc鏈接模組，其包含：一用以連接至一電源轉換電路之一輸出的輸入；一用以連接至一負載電路之輸出；一安排於該輸入與該輸出之間用以處理該輸入接收之一電壓信號的dc鏈接電容器；以及一安排於該輸入與該輸出間之電壓補償電路，該電壓補償電路配適成產生一電壓信號以補償出現在該dc鏈接電容器之一dc電壓信號中的一ac鏈波構件。
    較佳情況是，該電壓補償電路可配適成僅處理該dc電壓信號之ac鏈波構件。該電壓補償電路可配適成補償該ac鏈波構件之前先從該dc電壓信號將該ac鏈波構件解耦合。該電壓補償電路可配適成產生緊跟隨該dc電壓信號之ac鏈波構件的一電壓信號，以便補償該dc電壓信號之ac鏈波構件。
    該電壓補償電路可與該dc鏈接模組之輸入或輸出串聯。於一實施例中，該電壓補償電路包含一線性電壓源。然而，較佳情況是，該電壓補償電路包含一切換式轉換器。
    於一第二主觀點中，本發明提供一電源電路中之一dc鏈接一電壓補償電路，其包含：一電壓源；一輸出濾波器；以及一安排於該電壓源與該輸出濾波器間之切換電路，該切換電路包含主動切換設備，其中該電壓補償電路可配適成產生一電壓信號以補償出現在該dc鏈接電容器之一dc電壓信號中的一ac鏈波構件。較佳情況是，該切換電路包含一全橋式切換電路，但某些實施例中，其可包含主動切換設備與多個二極體之一組合。
    該電壓源可包含下列任一元件：一單一電容器電路；一外部電壓源；或一繞組耦合電壓源。
    於一第三主觀點中，本發明提供一種減少一電源電路中之一dc鏈接的電容之方法，其包含下列步驟：將一dc鏈接模組之一輸入連接至一電源轉換電路之一輸出；將該dc鏈接模組之一輸出連接至一負載電路；在安排於該dc鏈接模組之該輸入與該輸出之間的一dc鏈接電容器上處理該輸入接收之一電壓信號；以及使用安排於該輸入與該輸出間之一電壓補償電路以產生一電壓信號來補償出現在該dc鏈接電容器之一dc電壓信號中的一ac鏈波構件。
    於一第四主觀點中，本發明提供一電源電路中之一dc鏈接一控制器，其包含：用以對該dc鏈接電容器電壓信號取樣之裝置；用以從該取樣dc鏈接電容器電壓信號產生一調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號的裝置；用以感測一電壓補償電路之一輸出電壓信號的裝置；用以調節該電壓補償電路之該感測輸出電壓信號的裝置；用以從該電壓補償電路之感測輸出電壓信號取得一dc偏置信號的裝置；用以使用該dc偏置信號來補償該調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號的裝置；以及用以從該補償與調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號取得該電壓補償電路之一主動切換電路的驅動信號之裝置。
    較佳情況是，該用以從該取樣dc鏈接電容器電壓信號產生一調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號的裝置包含一高通濾波器。
    該用以從該取樣dc鏈接電容器電壓信號產生一調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號的裝置可包含一差異電路，其決定該取樣dc鏈接電容器電壓信號與出現在該dc鏈接電容器之該dc電壓信號間的差異。
    該用以感測該電壓補償電路之一輸出電壓信號的裝置以及該用以調節該電壓補償電路之該感測輸出電壓信號的裝置兩者可包含於一低通濾波電路中。
    較佳情況是，該用以取得一dc偏置信號的裝置包含一比例積分器。
    此外較佳情況是，該用以使用該dc偏置信號來補償該調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號的裝置包含一減法器電路。
    該用以取得驅動信號之裝置可包含一脈波調變器。
    於一第五主觀點中，本發明提供一種減少一電源電路中之一dc鏈接的電容之方法，其包含下列步驟：對該dc鏈接電容器電壓信號取樣；從該取樣dc鏈接電容器電壓信號產生一調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號；感測一電壓補償電路之一輸出電壓信號；調節該電壓補償電路之該感測輸出電壓信號；從該電壓補償電路之感測輸出電壓信號取得一dc偏置信號；使用該dc偏置信號來補償該調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號；從該補償與調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號取得該電壓補償電路之一主動切換電路的驅動信號。
    於一第六主觀點中，本發明提供一種包括根據本發明之該第一主觀點的一dc鏈接膜組之電源轉換電路或者一種根據本發明之該第二主觀點之電壓補償電路。
    根據本發明之一第七觀點，其提供一電源電路一dc鏈接膜組，包含：一用以連接至一第一電源轉換電路之第一連接器；一用以連接至一第二電源轉換電路之第二連接器，其中該第二電源轉換電路連接至安排來至少間歇地操作來作為至該電源電路之一電源的一負載電路；至少一dc鏈接電容器，其安排於該第一連接器與該第二連接器之間以處理該第一連接器或該第二連接器上接收之一電壓信號；以及至少一安排於該第一連接器與該第二連接器間之電壓補償電路，該一或更多電壓補償電路安排來產生一電壓信號以補償出現在該至少一dc鏈接電容器之一dc電壓信號中的一ac鏈波構件。
    於該第七觀點之一實施例中，該至少一電壓補償電路可安排來僅處理該dc電壓信號之ac鏈波構件。
    於該第七觀點之一實施例中，該至少一電壓補償電路可安排來在補償該ac鏈波構件之前先從該dc電壓信號將該ac鏈波構件解耦合。
    於該第七觀點之一實施例中，該至少一電壓補償電路可安排來產生緊跟隨該dc電壓信號之ac鏈波構件的一電壓信號，以便補償該dc電壓信號之ac鏈波構件。
    於該第七觀點之一實施例中，該至少一電壓補償電路與該第一連接器或該第二連接器串聯。
    於該第七觀點之一實施例中，該至少一電壓補償電路包含一線性電壓源。
    於該第七觀點之一實施例中，該至少一電壓補償電路包含一切換式轉換器。
    於該第七觀點之一實施例中，該至少一電壓補償電路包含：一電壓源；一輸出濾波器；以及一安排於該電壓源與該輸出濾波器間之切換電路，該切換電路包含主動切換設備。
    於該第七觀點之一實施例中，該切換電路包含一全橋式切換電路。
    於該第七觀點之一實施例中，該切換電路包含主動切換設備與多個二極體之一組合。
    於該第七觀點之一實施例中，該電壓源包含下列任一元件：一單一電容器電路；一外部電壓源；或一繞組耦合電壓源。
    根據本發明之一第八觀點，其提供根據該第七觀點之一實施例的一電源電路中之一dc鏈接一電壓補償電路，其包含：一電壓源；一輸出濾波器；以及一安排於該電壓源與該輸出濾波器間之切換電路，該切換電路包含主動切換設備；其中該電壓補償電路安排來產生一電壓信號以補償出現在該dc鏈接電容器之一dc電壓信號中的一ac鏈波構件。
    於該第八觀點之一實施例中，該切換電路包含一全橋式切換電路。
    於該第八觀點之一實施例中，該切換電路包含主動切換設備與多個二極體之一組合。
    於該第八觀點之一實施例中，該電壓源包含下列任一元件：一單一電容器電路；一外部電壓源；或一繞組耦合電壓源。
    根據本發明之一第九觀點，其提供一種減少一電源電路中之一dc鏈接的電容之方法，其包含下列步驟：將一dc鏈接模組之一第一連接器連接至一第一電源轉換電路之一輸出；將該dc鏈接模組之一第二連接器連接至一第二電源轉換電路，其中該第二電源轉換電路連接至安排來至少間歇地操作來作為至該電源電路之一電源的一負載電路；使用一dc鏈接電容器來處理該第一或第二連接器上接收之一電壓信號；以及使用安排於該輸入與該輸出間之一電壓補償電路來產生一電壓信號以補償出現在該dc鏈接電容器之一dc電壓信號中的一ac鏈波構件。
    根據本發明之一第十觀點，其提供根據該第七觀點之任何一個實施例的一電源電路中之一dc鏈接一控制器，其包含：用以對該dc鏈接電容器電壓信號取樣之裝置；用以從該取樣dc鏈接電容器電壓信號產生一調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號的裝置；用以感測一電壓補償電路之一輸出電壓信號的裝置；用以調節該電壓補償電路之該感測輸出電壓信號的裝置；用以從該電壓補償電路之一感測輸出電壓信號取得一dc偏置信號的裝置；用以使用該dc偏置信號來補償該調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號的裝置；以及用以從該補償與調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號取得該電壓補償電路之一主動切換電路的驅動信號之裝置。
    於該第十觀點之一實施例中，該用以從該取樣dc鏈接電容器電壓信號產生一調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號的裝置包含一高通濾波器。
    於該第十觀點之一實施例中，該用以從該取樣dc鏈接電容器電壓信號產生一調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號的裝置可包含一差異電路，其決定該取樣dc鏈接電容器電壓信號與出現在該dc鏈接電容器之該dc電壓信號間的差異。
    於該第十觀點之一實施例中，該用以感測該電壓補償電路之一輸出電壓信號的裝置以及該用以調節該電壓補償電路之該感測輸出電壓信號的裝置兩者可包含於一低通濾波電路中。
    於該第十觀點之一實施例中，該用以取得一dc偏置信號的裝置包含一比例積分器。
    於該第十觀點之一實施例中，該用以使用該dc偏置信號來補償該調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號的裝置包含一減法器電路。
    於該第十觀點之一實施例中，該用以取得驅動信號之裝置可包含一脈波調變器。
    於該第十觀點之一實施例中，該控制器更包含安排來決定該第一連接器與該第二連接器間之電流方向的一電源流方向電路。
    於該第十觀點之一實施例中，該電源流方向電路安排來根據該第一連接器與該第二連接器間之電流方向來選擇性操作該控制器。
    於該第十觀點之一實施例中，該電源流方向電路安排來選擇性操作一減法器電路。
    根據本發明之一第十一觀點，其提供一種減少根據該第七觀點之任何一個實施例的一電源電路中之一dc鏈接的電容之方法，其包含下列步驟：對該dc鏈接電容器電壓信號取樣；從該取樣dc鏈接電容器電壓信號產生一調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號；感測該電壓補償電路之一輸出電壓信號；調節該電壓補償電路之該感測輸出電壓信號；從該電壓補償電路之感測輸出電壓信號取得一dc偏置信號；使用該dc偏置信號來補償該調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號；從該補償與調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號取得該dc鏈接模組之一主動切換電路的驅動信號。
    根據本發明之一第十二觀點，其提供包括該第七觀點之一實施例的一dc鏈接模組或第八觀點之該電壓補償電路的一電源轉換電路。
    根據本發明之一第十三觀點，其提供根據申請專利範圍第1項之一dc鏈接模組，其中該至少一電壓補償電路或該第八觀點之一實施例的電壓補償電路安排來增強該電源電路電力。
    根據本發明之一第十四觀點，其提供一電源調節電路一dc鏈接模組，其安排來將一第一電源轉換電路電氣連接至一第二電源轉換電路，並包含：一鏈接電容器，其安排於該第一電源轉換器電路與該第二電源轉換器電路之間以處理與該第一電源轉換器電路之一連接或與該第二電源轉換器電路之一連接處接收的一電壓信號；以及一電壓補償模組，其安排來產生一電壓信號以補償出現在該鏈接電容器之一dc電壓信號中的一ac鏈波構件，其中電流安排來從該第一電源轉換器電路流至該第二電源轉換器電路，並且針對該電流至少間歇性從該第二電源轉換器電路流至該第一電源轉換器電路。
    本發明之總結並不需揭示定義本發明所需之所有特徵；本發明可存在於該等揭示特徵之一子組合。 圖式簡單說明
    從下列僅藉由範例並結合該等附圖來提供之較佳實施例說明，本發明之上述與其他特徵將更加明顯，其中：第1圖是一典型電源轉換系統或電路之示意圖；第2圖是一繪示根據本發明具有一串列電壓補償器電路之一dc鏈接模組的示意電路圖；第3圖是一繪示根據本發明之一電壓補償器電路的示意電路圖；第4A圖至第4C圖是針對第3圖之電壓補償器電路的較佳電源；第5圖是一繪示用於本發明之dc鏈接模組的一控制器之一電路的示意電路圖；第6圖是一第5圖所示用於取得該調節鏈波電壓信號之電路的替代部分；第7圖是一繪示第5圖之dc鏈接控制器的一脈寬調變(PWM)之示意電路圖；第8圖包含一用於該dc鏈接模組之一dc鏈接電容器與一輔助電容器之設計的Va-C曲線；第9圖是一顯示一電解電容器之一壽命時間乘法器的圖形；第10圖是一具有一單相全橋式PWM整流器之一前端階段的一AC-DC-AC電源轉換系統之示意電路圖；第11圖是一根據本發明用於初步實驗驗證目的之一dc鏈接系統的示意電路圖；第12圖顯示以第1圖之電路來達成，而每一案例中具有以及不具有本發明之電壓補償器而具有相同dc鏈接電容值之實驗結果；第13A圖是一繪示根據本發明之另一實施例，具有一串列電壓補償器電路之一dc鏈接模組的示意電路圖；第13B圖是一繪示第13A圖中繪示之dc鏈接模組的一控制器之示意電路與方塊圖；第14A圖是一繪示根據本發明之另一實施例，具有一串列電壓補償器電路之一dc鏈接模組的示意電路圖；第14B圖是一繪示第14A圖中繪示之dc鏈接模組的一控制器之示意電路與方塊圖；第15A圖是一繪示第2圖之一dc鏈接模組，安排來處置主動電源的示意電路圖；第15B圖是一繪示第13A圖之一dc鏈接模組，安排來處置主動電源的示意電路圖；第15C圖是一繪示第13B圖之一dc鏈接模組，安排來處置主動電源的示意電路圖；第16圖是一繪示第13A圖之一dc鏈接模組，用於一雙向電源轉換電路中的示意電路圖。 較佳實施例之詳細說明
    下列說明僅為藉由範例之一較佳實施例，而不侷限於實現本發明所需之特徵組合。
    本發明一般係有關用於減少支援電容器之電源電子系統中的電容需求之電路。更特別是，本發明係有關一串聯電壓補償器以減少各種不同的電源轉換系統中之dc鏈接電容。因此，高電壓鋁電解電容器可以相當小數值之高電壓功率薄膜電容器來替代。
    第2圖繪示本發明之dc鏈接模組提議的基本概念。至包含該等dc匯流排線路16a與16b之dc鏈接電容器11的輸入連接至一先前電源轉換階段(未顯示)之一輸出。典型情況是，該先前電源轉換階段為一橋式整流器或功率因素修正器電路，其產生包含一ac鏈波構件之一dc電壓。如第2圖所示，該電容器電壓v c 由疊上一電壓鏈波△v c 之一dc構件V c 所組成。為了將該等兩信號部分解耦合，一電壓補償器電路12與一dc匯流排線路16c串聯以產生緊跟隨該dc電壓信號△v c 之一ac電壓v ab 。因此，一理想的dc電壓V DC 將出現於包含該等dc匯流排線路16a與16b間之兩個端子的dc鏈接模組輸出。於是，可允許一相當高電壓鏈波出現在該dc鏈接電容器11。dc鏈接電容之數值僅根據該v ab 設計的最大振幅，允許該電容器11之數值減少。與該電壓補償器12一起之該dc鏈接電容器11形成可應用在各種不同的dc鏈接支援電容器之電源電子系統的一dc鏈接模組10。
    應注意如第2圖所示該ac構件△v c 之波型並不需要為正弦波。其可為具有定義為f rip 之一頻率的任何類型之週期信號。因此，v ab 可提供至△v c 。雖然該電壓補償器12較佳為串聯至匯流排線路16c，但其可與匯流排線路16d、dc鏈接電容器11、或甚至匯流排線路16a與16b串聯。
    該電壓補償器12配適成僅處置反應電源。亦即，其無淨能量流。該電壓補償器之功能係用來產生該所需電壓以補償出現在該dc鏈接電容器11之電壓鏈波時，應注意該電壓補償器12可藉由使用一線性電壓源或一切換轉換器來實現。為了減少該功率耗損，較佳係使用一切換轉換器。下列說明中，給定一切換轉換器之操作，但該相同概念可應用於包含一線性電壓源之一電壓補償器電路。
    因為v ab 遠低於該dc鏈接電壓(亦即，v ab <<V DC )，故該電壓補償器12之電壓與電源額定值非常小，導致可使用一低電源轉換器來實現該鏈波取消。
    因此可看出本發明提供一電源電路一dc鏈接模組。該dc鏈接模組包含一用以連接至一電源轉換電路之一輸出的輸入，以及一用以連接至一負載電路之輸出。一dc鏈接電容器安排於該輸入與該輸出之間以處理該輸入接收之一電壓信號，而一電壓補償電路安排於該輸入與該輸出之間，其中該電壓補償可產生一電壓信號以補償出現在該dc鏈接電容器之一dc電壓信號中的一ac鏈波構件。 該電壓補償器12之電路拓樸結構的說明
    於第3圖所見之一較佳實施例中，該電壓補償器12為由一電壓源20、包含，例如，具有低電壓額定值(例如，60V、100V)之MOSFETS1-S4的一主動切換電路21、以及一輸出濾波器組成之一全橋式結構。如第3圖所示之該H型橋21可應用在具有與不具有從該負載再生能量至該來源的兩種應用中。針對無法從該負載再生能量至該來源的應用中，該等主動切換設備的其中兩個，S1與S4、或S2與S3可以二極體來替代。該等主動切換設備S1-S4可為具有預定電壓與電流額定值之任何其他類型的開關。
    連接至該H型橋21之電壓源20的較佳實施例於第4A至C圖中繪示。該電壓補償器12僅處置反應電源來取消該電容器電壓鏈波時，其不需要從該電壓源20供應之真實電源。針對固定電源負載的應用中，dc鏈接電容器電壓與負載電流之變化型態為反相位。如第4C圖所示之一單一電容器20c無法確保該電壓補償器之穩定性。於是，一繞組耦合方法20a或一外部來源20b可用來提供該電壓源20。於未受控制負載的情況下，如非切換電阻性或電感性負載，一單一輔助電容器C a 20c可應用於該電壓源。該類情境中，跨越C a 20c之電壓開始時從零增加而之後自動達到一穩態值。
    因此，可看出本發明提供該dc鏈接模組電壓補償電路，其可包含：一電壓源；一輸出濾波器；以及一安排於該電壓源與該輸出濾波器間之切換電路。該切換電路可包含主動切換設備。較佳情況是，該切換電路包含一全橋式切換電路，但某些實施例中，其可包含主動切換設備與多個二極體之一組合。 該控制器實施態樣之舉例解說
    第5圖至第7圖繪示該電壓補償器之一控制器的詳細實施態樣。為了確認v ab 確實等於△v c ，該dc鏈接電容器11之電壓鏈波會調節為一PWM 19控制器之控制信號。有兩種較佳方法來取得該調節的電容器電壓鏈波v rip 。如17a中所示，一種方法是使用該取樣dc鏈接電容器電壓v fd 與該dc鏈接電壓參考V* DC 間的差異。另一方式是將v fd 連接至一高通濾波器17b以消除如第6圖呈現之該dc組件，造成只有該電壓鏈波。然而，高通濾波器17b可從該取樣v rip 感應一相位前置角至該實際電壓鏈波△v c ，針對所有實際的應用，此角度相當小而其對該電壓補償器12之效能的影響可忽略。
    由於該dc鏈接上之穩態電壓的變動以及該等H型橋開關之非理想切換動作，一dc構件會出現在v ab 。為了消除該dc偏置，該電壓補償器12之輸出電壓可由一低通濾波器14來感測與調節。一比例整合(PI)控制器可被加入來取得該dc偏置信號v offset。該電壓鏈波信號v rip 經過一縮小器18進入該PWM 19控制器前可由v offset 來補償。因此，該dc偏置可被消除，允許與之前輸出的相同dc電壓準位。此外，該電壓補償器12將不處置主動電源。
    於一較佳實施例中，該PWM控制器19繪示於第7圖。該控制信號首先由一電壓限制器25來調節為一特定範圍，而之後由一比較器27來與一三角信號26作比較。該驅動電路28可提供反相位並具有一預定空檔時間之兩對閘信號。該整個PWM控制器19可由IC、分開的組件或數位裝置來執行。v ab 、v ab 之振幅大約由下列方程式給定：
    其中V con 為該控制信號v con 之振幅，V tri 為該三角信號V tri 之振幅而V a 為該輔助電容器電壓v a 之平均穩態值。v ab 之頻率與相位與△v c 的相同。
    應注意在不違背本發明之範疇的情況下，可應用其他類型的控制器。
    因此可看出本發明提供如前文說明之一dc鏈接模組一控制器以及一種減少該dc鏈接模組之電容的方法，其中該方法包含下列步驟：對該dc鏈接電容器電壓信號取樣；從該取樣dc鏈接電容器電壓信號產生一調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號；感測該電壓補償電路之一輸出電壓信號；調節該電壓補償電路之該感測輸出電壓信號；從該電壓補償電路之感測輸出電壓信號取得一dc偏置信號；使用該dc偏置信號來補償該調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號；從該補償與調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號取得該dc鏈接模組之一主動切換電路的驅動信號。 該dc鏈接電容器與輔助電容器之選擇
    該dc鏈接電容器C 11與該輔助電容器Ca 24之設計考量繪示於第8圖。
    第8圖包含在指定負載電源額定值與dc鏈接電壓準位的情況下，一用於dc鏈接電容器與輔助電容器之設計的V a -C曲線。(V a -跨越C a 24之電壓的穩態dc組件，△V DC -該dc鏈接之設計的電壓鏈波或該提議dc鏈接模組10之輸出，C norm -無提議本發明所需之dc鏈接電容，C’ norm -某些老化程度後之dc鏈接電容，△V’ DC -由於老化效應增加的電壓鏈波，C bd -根據規格說明、可用性、成本與容積來選擇dc鏈接電容器類型的邊界，V bd -對應C bd 之V a 值，Film Cap.-薄膜電容器，AE Cap-鋁電解電容器)
    針對一指定負載電源額定值與dc鏈接電壓準位，在無本發明提供之電壓補償的情況下，為了達到該dc鏈接△V DC 上之一所需的電壓變動，該最小dc鏈接電容為C norm 。實際上，該選擇的電容通常大於該C norm 值以符合該鏈波電流的需求。由於鋁電解電容器之老化過程，如第8圖所示該電容C norm 會隨操作時間衰減，導致電壓鏈波增加至△V’ DC ，其為該等電容器之壽命結束的一重要指示器。
    由於本發明，該dc鏈接電容之設計不再根據△V DC 之規格說明，而是該輔助電容器C a 24之設計dc電壓準位。可完成一交易性考量為選擇該dc鏈接電容並限制C a 之穩態電壓。根據該設計電源電子系統的規格說明、不同類型電容器之可用性、成本與容積，如第8圖所示可決定一邊界電容C bd 。例如，如第8圖所示之情況1中應用功率薄膜電容器，相較於情況2中選擇鋁電解電容器，其具有一較高V a 準位。陶瓷電容器亦可用於該dc鏈接濾波器。由於該提議電壓補償器之協助，所以該所需dc鏈接電容可顯著減少，使其能夠達成長壽命時間的電源電子系統(亦即，藉由使用功率薄膜電容器)以及維持高電源密度與相當低的成本。
    此外，本發明可提供另一優點為，即使該現存dc鏈接電容器不改變，於一現存系統中使用本發明之電壓補償器可延長該系統的壽命時間，因為本發明之方法可使該dc鏈接電容顯著減少。例如，若該系統之電解電容值初始為1000mF而其值減少至該操作邊界，如800mF，則三年後，該電容器必須替換。由於本發明之電壓補償器，所以即使該電解電容器減少至一遠低於800mF的值，該系統仍可操作。換言之，在不改變該dc鏈接電容器類型的情況下該系統的壽命時間可被延長。
    本發明中，該理想情況為v ab 緊跟隨該dc鏈接電容器C之電壓鏈波。然而，該H型橋21操作時，該輔助電容器C a 可被該dc匯流排16c電流(該負載階段之輸入電流)充電或放電。因此，一電壓鏈波△v ca 可於該C a 產生並具有與該電壓鏈波C相同的頻率。該電壓鏈波將感應具有v ca 兩倍頻率之一ac構件，亦即，該提議dc鏈接模組之輸出的一電壓變動。
    因此，C a 之設計係根據該△V DC 之電壓鏈波限制。針對具有一增加PFC或PWM整流器之一前端階段的電源電子系統，以及一切換模式dc-dc轉換器或一高頻輸出ac反相器之一負載階段，若該C a 值與該C norm 值相同，則該提議dc鏈接模組之最大可能鏈波可限制於△V DC 中。此暗指本發明可藉由使用遠低於電壓額定值，具有與先前無使用本發明之dc鏈接電容器相同電容的電容器，來維持該dc鏈接上相同的電壓鏈波。而其他應用中，如第8圖所示該所需C a 值可低於或高於C norm 。
    本發明可使用於延長一現存電源電子系統中之dc鏈接電容器的壽命時間。如第8圖所繪示，即使該dc鏈接電容下降至C’ norm ，該電壓鏈波仍可以該提議電壓補償器來保持在低準位而不增加至△V’ DC 。
    如前文所述，該輔助電容器C a 可僅抵擋該dc鏈接電容器之電壓鏈波。根據可用性、成本與容積效率，用於C a 之該等電容器可如下所述：
    1)高溫高鏈波電流長壽命時間鋁電解電容器。高效能低電壓額定值鋁電解電容器可具有比較低成本。不像具有高電壓額定值的電容器，就壽命時間、標稱溫度與成本而言，其展現非常好的效能。例如，如第9圖所示，該等電容器之壽命時間可輕易延長至功率薄膜電容器所擁有的範圍。
    2)陶瓷電容器。C a 可由具有高容積效率之陶瓷電容器槽來實現。
    3)鉭電容器。鉭電容器具有高容積效率與長壽命時間，然而，卻具有高成本。某些應用中其可用於C a 。
    4)具有適合該輔助電容器C a 之任何其他類型的電容器。
    第10圖呈現一AC-DC-AC電源轉換系統，其具有一單相全橋式PWM整流器29之一前端階段以及一全橋式dc-dc轉換器30之一負載階段。該線頻率為50 Hz。表格II比較具有與不具有本發明之提議電壓補償器12的dc鏈接部分之設計。該標稱輸出負載功率為2kW而dc鏈接電壓準位為800V。
    第11圖呈現一用於本提議發明之一初步實驗驗證的2kW 400 V dc鏈接系統。該dc鏈接模組10之輸入連接至包含ac電流鏈波i a 之一dc電流源IA。IA=5A而i a 之振福為1 A。該負載Z L =80+j0.063Ω。一450 V/40μF薄膜電容器可應用於該dc鏈接濾波器11。一500 V/1000μF長壽命時間鋁電解電容器可用於該電壓補償器12中之輔助電容器C a 。第12圖顯示具有以及不具有本提議電壓補償器而具有相同dc鏈接電容值之實驗結果。其可看出具有該提議技術時，該dc鏈接模組之輸出電壓鏈波從77.5V減少為9.8V。
    一般而言，本發明提供一電源電路一dc鏈接模組。該dc鏈接模組包含用於處理來自一電源電路之一電壓信號的一dc鏈接電容器。該模組包括一電壓補償電路，其配適成產生一電壓信號以補償出現在該dc鏈接電容器之一dc電壓信號中的一ac鏈波構件。該電壓補償電路安排來從該dc電壓信號將該ac鏈波構件解耦合以及僅處理該ac鏈波構件。此使得該dc鏈接模組電容變為實質小於以其他方式完成的電容。
    於一dc鏈接模組之一替代實施例中，該dc鏈接模組可實行或安排來與一雙向電源流電路操作。一雙向電源流電路可包括，例如，一電源轉換電路，其中電流可從一電源流至一電源負載，而至少在間歇區間，該電源負載可安排來產生電源。此電源可從該電源負載透過該轉換電路而傳送回到該電源。
    該電源負載可產生電流以傳送回到該電源轉換電路之雙向電源流應用的範例包括，用於電動車輛、電梯或鋼索式鐵路系統之電源轉換電路的應用，而諸如一電動馬達之電源負載除了在該產生操作期間外，於運轉操作期間會消耗電源，該電動馬達亦可產生電流。具有此效應之應用的範例包括再生電動車輛或電梯之制動系統。
    為了以該等雙向電源流應用來操作，該電源轉換電路之示範實施例可以一雙向dc鏈接模組、或能夠以一雙向方式來操作之一dc鏈接模組來安排，以處理從該電源流至該電源負載之電能以及從該電源至該電源負載之能量。參照第1圖所示之電源轉換電路，若該電源轉換電路接受一雙向應用，則該電源轉換電路可被安排使得電能從該第一轉換器102、經過一dc鏈接流至一第二轉換器104。
    然而，該雙向應用之某些操作期間，諸如一再生制動階段期間，電能可從該第二轉換器104流至該第一轉換器102。該等實例中，為了處理一雙向應用中之電流，該dc鏈接需被修改或安排來處理來自該電源與該電源負載兩者之電流。
    參照第13A圖與第14A圖，其繪示該dc鏈接模組之一替代實施例，該電能從該第一轉換器102轉移至該第二轉換器104，反之亦然該電能於該相反方向流動時，其安排來藉由提供該第二轉換器104一平滑dc電壓而針對一雙向電源電路操作。
    於一實施例中，一雙向電源電路之dc鏈接模組包含用於連接至一第一電源轉換器或第一轉換電路102之一第一連接器16a與16b；用於連接至一第二電源轉換器或第二電源轉換電路104之一第二連接器16c與16d，其中該第二電源轉換電路104連接至安排來至少間歇地操作來作為至該電源電路之一電源的一負載電路；安排於該第一連接器16a與16b與該第二連接器16c與16d之間以處理該第一連接器或該第二連接器上接收之一電壓信號的至少一dc鏈接電容器；以及安排於該第一連接器與該第二連接器間之至少一電壓補償電路，該一或更多電壓補償電路安排來產生一電壓信號以補償出現在該至少一dc鏈接電容器之一dc電壓信號中的一ac鏈波構件。
    如第13A圖所示，其繪示針對包含兩個dc鏈接電容器31&32之一雙向電源電路，一dc鏈接模組之一示範實施例的佈線圖。該範例中，電能從該第一轉換器102轉移至該第二轉換器104時，類似上述電壓補償器12之該電容器C1與該電壓補償器12形成一dc鏈接模組，其給予該第二轉換器104的端子16c與16d平滑的dc電壓。此範例中，該電容器C2亦可協助減少該鏈波電壓。
    然而，電能從該第二轉換器104轉移至該第一轉換器102時，諸如該電源負載產生電力時，該電容器C2與該電壓補償器12依次形成上述dc鏈接模組以便在該第一轉換器102(16a與16b)的端子上提供一平滑的dc電壓。於一類似方法中，C1亦協助減少該第一轉換器端子的鏈波電壓。
    參照第13B圖，以一控制方法之範例來實施的一控制器1302繪示為一方塊圖。該控制器1302安排來控制上述參照第13A圖之dc鏈接模組。該實施例中，該dc鏈接之電壓由類似上述電壓感測電路之一取樣模組13來測量或感測。該取樣模組13亦可安排來檢測該鏈波電壓與測量該鏈波電壓，以便提供該電壓補償器12足夠的資訊來產生一所需的鏈波電壓以抑制該等鏈波電壓。
    如第13B圖之控制方法的方塊圖中所繪示，其具有位於兩節點“a”&”b”上之兩個感測點。一旦電能從該第一轉換器102轉移至該第二轉換器104，該電壓補償器產生之鏈波電壓會根據節點“a”感測之電壓，其依次使節點“b”之鏈波電壓減少。相反地，電能從該第二轉換器104轉移至該第一轉換器102時，該電壓補償器產生之鏈波電壓會根據節點“b”感測之電壓，以減少節點“a”之鏈波電壓。因此，根據該電源流檢測電路34檢測之電源流經該dc鏈接的方向，該電壓鏈波回饋信號Vrip為Vrip1或Vrip2。
    參照第14A圖與第14B圖，其繪示針對一雙向電源電路之一dc鏈接的另一範例。此範例中，該dc鏈接包括一電容器C(11)與兩個串聯電壓補償器12VC1與VC2，其可類似上述電壓補償器12。然而，如第14A圖之佈線圖中所示，該範例中，該電壓補償器12，VC1與VC2可操作為dc/ac轉換器兩者。
    此範例中，該dc鏈接電容器C包含一dc構件Vc與一ac構件△v c 。操作上，VC1與VC2將分別產生鏈波電壓△v 1 與△v 2 。該等產生的鏈波電壓將有效取消出現在該第一轉換器102(16a&16b)與該第二轉換器104(16c&16d)的端子之鏈波電壓。亦即，△v 1 與△v c 相同振福與相位(於數學上，△v 1 =△v c )。因此，該第一轉換器102(於16a&16b)之端子電壓為純dc(亦即，無任何顯著的ac鏈波電壓)。同樣地，亦即，△v 2 與△v c 相同振福與相位(於數學上，△v 2 =△v c )。因此，該第二轉換器104(於16c&16d)之端子電壓亦為純dc。
    參照第14B圖，一控制器1402之一實施例繪示於一方塊圖中。該示範實施例中，該控制器1402使用來控制該等電壓補償器12、VC1與VC2之方法會相同。操作上，該控制器1402首先以一取樣模組13來測量該dc鏈接電容器電壓並從該等測量中擷取該鏈波電壓構件。一旦該等鏈波電壓值已知，則該等數值提供至VC1與VC2以便產生該所需的鏈波電壓。如第14B圖所示，該dc鏈接電壓Vc由一取樣模組13來測量而之後調節來取得其回饋信號之ac構件，Vrip。一旦Vc已知，則為了消除可能出現在該等VC1與VC2之輸出電壓的任何dc構件，該等VC1與VC2之輸出電壓可由一低通濾波器33來感測並調節。比例整合(PI)控制器19可被加入以取得該等dc偏置信號Voffset1與Voffset2。
    此實施例中，該電壓鏈波信號Vrip分別進入VC1與VC2之PWM控制器之前可由Voffset1與Voffset2來補償。因此，dc-偏置可被消除，允許節點“a”、“b”與“c”具有相同dc電壓準位。
    該等實施例之優點為該dc鏈接模組允許一雙向電源流電路來使第一轉換器102與第二轉換器104端子的電壓至一非常低的鏈波電壓。
    參照第15A圖與第15B圖，其繪示一控制器之一實施例，該控制器安排來控制如第2圖、第13A圖與第14A圖所示之dc鏈接的實施例，使得該等dc鏈接200、1300&1400安排來處置主動電源。此依次允許該電壓補償器12來作為一能量源或能量槽。
    於一範例中，為處置主動電源，若該VC之輸出電壓Vab具有一dc電壓Vab，則Vab之極性可決定該VC之功能。若Vab為負數，則因為該VC將能量遞送至Vdc，故該VC作為一能量源。相反地，若Vab為正數，則因為該VC將從Vdc吸收能量，故該VC作為一能量源。該VC之dc側連接至一dc源。
    該實施例中，該等dc鏈接200、1300&1400之電路結構可不需要任何的電路修改。然而，該等dc鏈接200、1300&1400之安排可安排來藉由修改或配適如第5圖、第13B圖&第14B圖繪示之控制器與其控制方法以處置主動電源。
    於一範例中，針對dc偏置取消之該回饋路徑的一修改可決定該Vc之輸出dc構件。如第15A圖、第15B圖與第15C圖所示，其中該控制電壓Vdc_o可控制該輸出dc電壓。第15A圖至第15C圖呈現具有主動電源流之該dc鏈接模組的三種對應之典型配置。參照第15A圖與第15B圖繪示之實施例，該控制電壓Vdc_o可由一總和電路35來加至VC之輸出電壓的dc構件。該控制電壓Vdc_o之產生與應用相關。Vdc_o等於零時，該VC如往常僅處置反應電源。然而，Vdc_o不等於零時，一dc構件出現在該控制電壓Vcon而於該VC輸出電壓感應一dc偏置。因此，該VC可提供該主要電源轉換系統所需的主動能量。
    參照第15C圖，除了有分別用來控制VC1與VC2之主動電源的兩個控制電壓Vdc_o1與Vdc_o2，該主動電源控制方法類似參照15A圖與15B圖繪示之方法。
    該等控制器之實施例的優點為該整個支援電容器系統之動態響應可得以改善。該電壓補償器12作為可快速提供該整個支援電容器系統能量或從其擷取能量之一電源或電源槽時，該電源轉換電路中之輸入與輸出電源可於一短時間週期平衡。此將依次縮短該電源轉換電路使用期間經歷之供應器或負載擾動期間的安定時間。 範例
    參照第16圖，其繪示一針對一雙向電源電路，一dc鏈接1600之一示範操作的佈線圖。此範例中，該第一轉換器29為一ac/dc整流器而該第二轉換器36為一dc/ac馬達驅動器。該馬達驅動器操作期間，若該馬達驅動器之操作模式從該運轉模式(正常轉送操作)改變至再生模式(制動)，諸如再生制動期間，則儲存於該馬達驅動構件中之機械能可由該dc/ac馬達驅動器轉換為電能。
    該電能可依次從該第二轉換器36轉移至該第一轉換器29。因為該第一轉換器29可為一緩慢響應類型，其無法於一短時間週期將該再生能量從該第二轉換器36轉移至該第一轉換器29之電源供應側(例如，一電池組)。此造成該dc鏈接電壓顯著增加。
    為了避免該dc鏈接中過壓，該dc鏈接可包含多個電容器以便吸收該再生電源。因此，由於該電壓補償器(VC)中提議的主動電源控制，該VC可吸收從該第二轉換器36再生之能量以便於該馬達驅動器之再生模式期間保持該dc鏈接電壓相當固定。
    此外，該等實施例之其他優點為該系統之電源維持時間可加以控制。因為該電壓補償器VC可作為一能量來源，其在該供應器故障期間亦可遞送能量並維持該Vdc電壓。
    另一實施例中，該dc鏈接模組亦可具有該包括之主動電源控制，使得該第一與第二轉換器之電壓可具有高品質dc電壓以及電源流控制兩者。
    本發明於該等圖式與上述說明中已被詳細繪示與說明，相同的是在特性上其視為舉例解說而非限制，應了解其只顯示與說明示範實施例而不以任何方法來限制本發明之範疇。可體認本文說明之任何特徵可與任何實施例使用。該等繪示實施例並不彼此互斥或與本文未列舉之其他實施例互斥。於是，本發明亦提供包含一或更多上述繪示實施例之組合的實施例。如本文提及之本發明的修改與變化型態在不違背其精神與範疇的情況下可得以完成，而因此，只有該類限制應被加諸其上並由後附申請專利範圍來指出。
    下列申請專利範圍與本發明之先前說明中，除了由於特別的語言或必要的暗示該上下文於其他地方需要外，該單字“包含”或諸如“包含”或“含有”的變化型態係以一包括觀點來使用，亦即，具體指定該陳述特徵存在但不排除於本發明之各種不同實施例中存在或加入其他特徵。
    應了解若任何習知技術出版品參照本文，則該類參考並不構成許可該出版品形成業界共同一般知識的一部分。
    10‧‧‧dc鏈接模組
    11、C‧‧‧dc鏈接電容器
    12‧‧‧電壓補償器電路
    13‧‧‧取樣模組
    14、33‧‧‧低通濾波器
    16a、16b‧‧‧dc匯流排線路、第一連接器
    16c、16d‧‧‧dc匯流排線路、第二連接器
    17a‧‧‧差異電路
    17b‧‧‧高通濾波器
    18‧‧‧縮小器
    19‧‧‧PWM控制器、比例整合(PI)控制器
    20‧‧‧電壓源
    20a‧‧‧繞組耦合方法
    20b‧‧‧外部來源
    20c‧‧‧單一電容器
    21‧‧‧主動切換電路、電壓補償器、H型橋
    24、C a ‧‧‧輔助電容器
    25‧‧‧電壓限制器
    26、v tri ‧‧‧三角信號
    27‧‧‧比較器
    28‧‧‧驅動電路
    29‧‧‧單相全橋式PWM整流器、第一轉換器
    30‧‧‧全橋式dc-dc轉換器
    31、32‧‧‧dc鏈接電容器
    34‧‧‧電源流檢測電路
    35‧‧‧總和電路
    36、102、104‧‧‧電源轉換器
    100‧‧‧電源電子系統
    106、200、1300、1400、1600‧‧‧dc鏈接
    1302、1402‧‧‧控制器
    a、b、c‧‧‧節點
    C、C1、C2‧‧‧電容器
    C norm ‧‧‧需要的dc鏈接電容
    C’ norm ‧‧‧dc鏈接電容
    C bd ‧‧‧邊界電容
    f rip ‧‧‧頻率
    I A ‧‧‧dc電流源
    i a ‧‧‧ac電流鏈波
    rC‧‧‧電阻
    S1-S4‧‧‧MOSFET
    v a‧‧‧輔助電容器電壓
    v ab ‧‧‧ac電壓
    v c ‧‧‧電容器電壓
    v offset ‧‧‧dc偏置信號
    v rip 、Vrip、Vrip1、Vrip2‧‧‧電壓鏈波信號
    Voffset1、Voffset2‧‧‧偏置電壓
    V a ‧‧‧穩態dc構件
    V bd ‧‧‧對應C bd 的V a 值
    Vab‧‧‧輸出電壓
    VC、VC1、VC2‧‧‧電壓補償器
    Vc‧‧‧dc鏈接電壓
    Vcon‧‧‧控制信號
    Vdc_o、Vdc_o1、Vdc_o2‧‧‧控制電壓
    V DC ‧‧‧理想dc電壓
    V* DC ‧‧‧dc鏈接電壓參考
    V tri ‧‧‧三角信號之振幅
    Z L ‧‧‧負載
    △v c 、△v ca 、△v 1 、△v 2 ‧‧‧鏈波電壓
    △V DC ‧‧‧設計的電壓鏈波
    △V’ DC ‧‧‧增加的電壓鏈波
    第1圖是一典型電源轉換系統或電路之示意圖；第2圖是一繪示根據本發明具有一串列電壓補償器電路之一dc鏈接模組的示意電路圖；第3圖是一繪示根據本發明之一電壓補償器電路的示意電路圖；第4A圖至第4C圖是針對第3圖之電壓補償器電路的較佳電源；第5圖是一繪示用於本發明之dc鏈接模組的一控制器之一電路的示意電路圖；第6圖是一第5圖所示用於取得該調節鏈波電壓信號之電路的替代部分；第7圖是一繪示第5圖之dc鏈接控制器的一脈寬調變(PWM)之示意電路圖；第8圖包含一用於該dc鏈接模組之一dc鏈接電容器與一輔助電容器之設計的Va-C曲線；第9圖是一顯示一電解電容器之一壽命時間乘法器的圖形；第10圖是一具有一單相全橋式PWM整流器之一前端階段的一AC-DC-AC電源轉換系統之示意電路圖；第11圖是一根據本發明用於初步實驗驗證目的之一dc鏈接系統的示意電路圖；第12圖顯示以第1圖之電路來達成，而每一案例中具有以及不具有本發明之電壓補償器而具有相同dc鏈接電容值之實驗結果；第13A圖是一繪示根據本發明之另一實施例，具有一串列電壓補償器電路之一dc鏈接模組的示意電路圖；第13B圖是一繪示第13A圖中繪示之dc鏈接模組的一控制器之示意電路與方塊圖；第14A圖是一繪示根據本發明之另一實施例，具有一串列電壓補償器電路之一dc鏈接模組的示意電路圖；第14B圖是一繪示第14A圖中繪示之dc鏈接模組的一控制器之示意電路與方塊圖；第15A圖是一繪示第2圖之一dc鏈接模組，安排來處置主動電源的示意電路圖；第15B圖是一繪示第13A圖之一dc鏈接模組，安排來處置主動電源的示意電路圖；第15C圖是一繪示第13B圖之一dc鏈接模組，安排來處置主動電源的示意電路圖；第16圖是一繪示第13A圖之一dc鏈接模組，用於一雙向電源轉換電路中的示意電路圖。
    10‧‧‧dc鏈接模組
    11、C‧‧‧dc鏈接電容器
    12‧‧‧電壓補償器電路
    16a、16b‧‧‧dc匯流排線路、第一連接器
    16c、16d‧‧‧dc匯流排線路、第二連接器
    200‧‧‧dc鏈接
    a、b‧‧‧節點
    C‧‧‧電容器
    f rip ‧‧‧頻率
    rC‧‧‧電阻
    v ab ‧‧‧ac電壓
    v c ‧‧‧電容器電壓
    Vc‧‧‧dc鏈接電壓
    V DC ‧‧‧理想dc電壓
    △v c ‧‧‧鏈波電壓
    权利要求:
    Claims (55)
    [1] 一種用於一電源電路之dc鏈接模組，其包含：一用以連接至一第一電源轉換電路之第一連接器；一用以連接至一第二電源轉換電路之第二連接器，其中該第二電源轉換電路連接至安排來至少間歇地操作來作為至該電源電路之一電源的一負載電路；至少一dc鏈接電容器，其安排於該第一連接器與該第二連接器之間以處理該第一連接器或該第二連接器上接收之一電壓信號；以及至少一個安排於該第一連接器與該第二連接器間之電壓補償電路，該一或更多電壓補償電路安排來產生一電壓信號以補償出現在該至少一dc鏈接電容器之一dc電壓信號中的一ac鏈波構件。
    [2] 如申請專利範圍第1項之dc鏈接模組，其中該至少一電壓補償電路安排來僅處理該dc電壓信號之ac鏈波構件。
    [3] 如申請專利範圍第1項之dc鏈接模組，其中該至少一電壓補償電路安排來補償該ac鏈波構件之前先從該dc電壓信號將該ac鏈波構件解耦合。
    [4] 如申請專利範圍第1項之dc鏈接模組，其中該至少一電壓補償電路安排來產生緊跟隨該dc電壓信號之ac鏈波構件的一電壓信號，以便補償該dc電壓信號之ac鏈波構件。
    [5] 如申請專利範圍第1項之dc鏈接模組，其中該至少一電壓補償電路與該第一連接器或該第二連接器串聯。
    [6] 如申請專利範圍第1項之dc鏈接模組，其中該至少一電壓補償電路包含一線性電壓源。
    [7] 如申請專利範圍第1項之dc鏈接模組，其中該至少一電壓補償電路包含一切換式轉換器。
    [8] 如申請專利範圍第7項之dc鏈接模組，其中該至少一電壓補償電路包含：一電壓源；一輸出濾波器；以及一安排於該電壓源與該輸出濾波器間之切換電路，該切換電路包含主動切換設備。
    [9] 如申請專利範圍第8項之dc鏈接模組，其中該切換電路包含一全橋式切換電路。
    [10] 如申請專利範圍第8項之dc鏈接模組，其中該切換電路包含主動切換設備與多個二極體之一組合。
    [11] 如申請專利範圍第8項之dc鏈接模組，其中該電壓源包含下列任一元件：一單一電容器電路；一外部電壓源；或一繞組耦合電壓源。
    [12] 如申請專利範圍第1項之一電源電路中的一dc鏈接之一電壓補償電路，其包含：一電壓源；一輸出濾波器；以及一安排於該電壓源與該輸出濾波器間之切換電路，該切換電路包含主動切換設備；其中該電壓補償電路安排來產生一電壓信號以補償出現在該dc鏈接電容器之一dc電壓信號中的一ac鏈波構件。
    [13] 如申請專利範圍第12項之電壓補償電路，其中該切換電路包含一全橋式切換電路。
    [14] 如申請專利範圍第12項之電壓補償電路，其中該切換電路包含主動切換設備與多個二極體之一組合。
    [15] 如申請專利範圍第12項之電壓補償電路，其中該電壓源包含下列任一元件：一單一電容器電路；一外部電壓源；或一繞組耦合電壓源。
    [16] 一種減少一電源電路中之一dc鏈接的電容之方法，其包含下列步驟：將一dc鏈接模組之一第一連接器連接至一第一電源轉換電路之一輸出；將該dc鏈接模組之一第二連接器連接至一第二電源轉換電路，其中該第二電源轉換電路連接至安排來至少間歇地操作來作為至該電源電路之一電源的一負載電路；使用一dc鏈接電容器來處理該第一或第二連接器上接收之一電壓信號；以及使用安排於該輸入與該輸出間之一電壓補償電路來產生一電壓信號以補償出現在該dc鏈接電容器之一dc電壓信號中的一ac鏈波構件。
    [17] 如申請專利範圍第1項之一電源電路中的一dc鏈接之一控制器，其包含：用以對該dc鏈接電容器電壓信號取樣之裝置；用以從該取樣dc鏈接電容器電壓信號產生一調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號的裝置；用以感測一電壓補償電路之一輸出電壓信號的裝置；用以調節該電壓補償電路之該感測輸出電壓信號的裝置；用以從該電壓補償電路之一感測輸出電壓信號取得一dc偏置信號的裝置；用以使用該dc偏置信號來補償該調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號的裝置；以及用以從該補償與調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號取得該電壓補償電路之一主動切換電路的驅動信號之裝置。
    [18] 如申請專利範圍第17項之控制器，其中該用以從該取樣dc鏈接電容器電壓信號產生一調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號的裝置包含一高通濾波器。
    [19] 如申請專利範圍第17項之控制器，其中該用以從該取樣dc鏈接電容器電壓信號產生一調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號的裝置包含一差異電路，其決定該取樣dc鏈接電容器電壓信號與出現在該dc鏈接電容器之該dc電壓信號間的差異。
    [20] 如申請專利範圍第17項之控制器，其中該用以感測該電壓補償電路之一輸出電壓信號的裝置以及該用以調節該電壓補償電路之該感測輸出電壓信號的裝置兩者可包含於一低通濾波電路中。
    [21] 如申請專利範圍第17項之控制器，其中該用以取得一dc偏置信號的裝置包含一比例積分器。
    [22] 如申請專利範圍第17項之控制器，其中該用以使用該dc偏置信號來補償該調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號的裝置包含一減法器電路。
    [23] 如申請專利範圍第17項之控制器，其中該用以取得驅動信號之裝置可包含一脈波調變器。
    [24] 如申請專利範圍第17項之控制器，更包含一安排來決定該第一連接器與該第二連接器間之電流方向的電源流方向電路。
    [25] 如申請專利範圍第24項之控制器，其中該電源流方向電路安排來根據該第一連接器與該第二連接器間之電流方向來選擇性操作該控制器。
    [26] 如申請專利範圍第24項之控制器，其中該電源流方向電路安排來選擇性操作申請專利範圍第22項之減法器電路。
    [27] 一種減少如申請專利範圍第1項之一電源電路中的一dc鏈接之電容的方法，其包含下列步驟：對該dc鏈接電容器電壓信號取樣；從該取樣dc鏈接電容器電壓信號產生一調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號；感測該電壓補償電路之一輸出電壓信號；調節該電壓補償電路之該感測輸出電壓信號；從該電壓補償電路之感測輸出電壓信號取得一dc偏置信號；使用該dc偏置信號來補償該調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號；從該補償與調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號取得該dc鏈接模組之一主動切換電路的驅動信號。
    [28] 一種電源轉換電路包括申請專利範圍第1項之一dc鏈接模組或申請專利範圍第12項之電壓補償電路。
    [29] 如申請專利範圍第1項之一dc鏈接模組，其中該至少一電壓補償電路或申請專利範圍第12項之電壓補償電路安排來操作為該電源電路之一電源或電槽。
    [30] 一種安排來將一第一電源轉換電路電氣連接至一第二電源轉換電路之一電源調節電路的dc鏈接模組，其包含：一鏈接電容器，其安排於該第一電源轉換器電路與該第二電源轉換器電路之間以處理與該第一電源轉換器電路之一連接或與該第二電源轉換器電路之一連接處接收的一電壓信號；以及一電壓補償模組，其安排來產生一電壓信號以補償出現在該鏈接電容器之一dc電壓信號中的一ac鏈波構件，其中電流安排來從該第一電源轉換器電路流至該第二電源轉換器電路，並且針對該電流至少間歇性從該第二電源轉換器電路流至該第一電源轉換器電路。
    [31] 一種用於一電源電路之dc鏈接模組，其包含：一用以連接至一電源轉換電路之一輸出的輸入；一用以連接至一負載電路之輸出；一安排於該輸入與該輸出之間用以處理該輸入接收之一電壓信號的dc鏈接電容器；以及一安排於該輸入與該輸出間之電壓補償電路，該電壓補償電路配適成產生一電壓信號以補償出現在該dc鏈接電容器之一dc電壓信號中的一ac鏈波構件。
    [32] 如申請專利範圍第31項之dc鏈接模組，其中該電壓補償電路配適成僅處理該dc電壓信號之ac鏈波構件。
    [33] 如申請專利範圍第31項之dc鏈接模組，其中該電壓補償電路配適成補償該ac鏈波構件之前先從該dc電壓信號將該ac鏈波構件解耦合。
    [34] 如申請專利範圍第31項之dc鏈接模組，其中該電壓補償電路配適成產生緊跟隨該dc電壓信號之ac鏈波構件的一電壓信號，以便補償該dc電壓信號之ac鏈波構件。
    [35] 如申請專利範圍第31項之dc鏈接模組，其中該電壓補償電路與該dc鏈接模組之輸入或輸出串聯。
    [36] 如申請專利範圍第31項之dc鏈接模組，其中該電壓補償電路包含一線性電壓源。
    [37] 如申請專利範圍第31項之dc鏈接模組，其中該電壓補償電路包含一切換式轉換器。
    [38] 如申請專利範圍第37項之dc鏈接模組，其中該電壓補償電路包含：一電壓源；一輸出濾波器；以及一安排於該電壓源與該輸出濾波器間之切換電路，該切換電路包含主動切換設備。
    [39] 如申請專利範圍第38項之dc鏈接模組，其中該切換電路包含一全橋式切換電路。
    [40] 如申請專利範圍第38項之dc鏈接模組，其中該切換電路包含主動切換設備與多個二極體之一組合。
    [41] 如申請專利範圍第38項之dc鏈接模組，其中該電壓源包含下列任一元件：一單一電容器電路；一外部電壓源；或一繞組耦合電壓源。
    [42] 一種用於一電源電路中之一dc鏈接的電壓補償電路，其包含：一電壓源；一輸出濾波器；以及一安排於該電壓源與該輸出濾波器間之切換電路，該切換電路包含主動切換設備；其中該電壓補償電路安排來產生一電壓信號以補償出現在該dc鏈接電容器之一dc電壓信號中的一ac鏈波構件。
    [43] 如申請專利範圍第42項之電壓補償電路，其中該切換電路包含一全橋式切換電路。
    [44] 如申請專利範圍第42項之電壓補償電路，其中該切換電路包含主動切換設備與多個二極體之一組合。
    [45] 如申請專利範圍第42項之電壓補償電路，其中該電壓源包含下列任一元件：一單一電容器電路；一外部電壓源；或一繞組耦合電壓源。
    [46] 一種減少一電源電路中之一dc鏈接的電容之方法，其包含下列步驟：將一dc鏈接模組之一輸入連接至一電源轉換電路之一輸出；將該dc鏈接模組之一輸出連接至一負載電路；在安排於該dc鏈接模組之該輸入與該輸出之間的一dc鏈接電容器上處理該輸入接收之一電壓信號；以及使用安排於該輸入與該輸出間之一電壓補償電路以產生一電壓信號來補償出現在該dc鏈接電容器之一dc電壓信號中的一ac鏈波構件。
    [47] 一種用於一電源電路中之一dc鏈接的控制器，其包含：用以對該dc鏈接電容器電壓信號取樣之裝置；用以從該取樣dc鏈接電容器電壓信號產生一調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號的裝置；用以感測一電壓補償電路之一輸出電壓信號的裝置；用以調節該電壓補償電路之該感測輸出電壓信號的裝置；用以從該電壓補償電路之一感測輸出電壓信號取得一dc偏置信號的裝置；用以使用該dc偏置信號來補償該調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號的裝置；以及用以從該補償與調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號取得該電壓補償電路之一主動切換電路的驅動信號之裝置。
    [48] 如申請專利範圍第47項之控制器，其中該用以從該取樣dc鏈接電容器電壓信號產生一調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號的裝置包含一高通濾波器。
    [49] 如申請專利範圍第47項之控制器，其中該用以從該取樣dc鏈接電容器電壓信號產生一調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號的裝置包含一差異電路，其決定該取樣dc鏈接電容器電壓信號與出現在該dc鏈接電容器之該dc電壓信號間的差異。
    [50] 如申請專利範圍第47項之控制器，其中該用以感測該電壓補償電路之一輸出電壓信號的裝置以及該用以調節該電壓補償電路之該感測輸出電壓信號的裝置兩者可包含於一低通濾波電路中。
    [51] 如申請專利範圍第47項之控制器，其中該用以取得一dc偏置信號的裝置包含一比例積分器。
    [52] 如申請專利範圍第47項之控制器，其中該用以使用該dc偏置信號來補償該調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號的裝置包含一減法器電路。
    [53] 如申請專利範圍第47項之控制器，其中該用以取得驅動信號之裝置可包含一脈波調變器。
    [54] 一種減少一電源電路中之一dc鏈接的電容之方法，其包含下列步驟：對該dc鏈接電容器電壓信號取樣；從該取樣dc鏈接電容器電壓信號產生一調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號；感測該電壓補償電路之一輸出電壓信號；調節該電壓補償電路之該感測輸出電壓信號；從該電壓補償電路之感測輸出電壓信號取得一dc偏置信號；使用該dc偏置信號來補償該調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號；從該補償與調節dc鏈接電容器電壓鏈波信號取得該dc鏈接模組之一主動切換電路的驅動信號。
    [55] 一種電源轉換電路包括申請專利範圍第31項之一dc鏈接模組或申請專利範圍第42項之電壓補償電路。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    PCT/CN2011/076955|WO2013004019A1|2011-07-07|2011-07-07|Dc link module for reducing dc link capacitance|
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