TWI451685B

TWI451685B - 換流器

Info

Publication number: TWI451685B
Application number: TW101120180A
Authority: TW
Inventors: Yung Hsiang Liu; Kuo Hsin Chu
Original assignee: Motech Ind Inc
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2012-06-05
Publication date: 2014-09-01
Also published as: TW201351866A

Description

換流器

本發明是有關於一種電源轉換裝置，且特別是有關於一種換流器。

請參照第20圖，第20圖係為第一種傳統換流器之電路圖。第一種傳統換流器7包括第一電感L1、電容C1、開關S1~S4及隔離變壓器TR1。第一電感L1、電容C1、開關S1~S4及隔離變壓器TR1將太陽能發電裝置1所產生的太陽能直流電壓轉換為市電網路3所需的市電電壓，而太陽能發電裝置1例如為太陽能光電板。然而，由於第一種傳統換流器7需使用隔離變壓器TR1，因此將會導致效率的降低。

請參照第21圖，第21圖係為第二種傳統換流器之電路圖。第二種傳統換流器8包括第一電感L1、第二電感L2、電容C1及開關S1~S4。第一電感L1、第二電感L2、電容C1及開關S1~S4將太陽能發電裝置1所產生的太陽能直流電壓轉換為市電網路3所需的市電電壓。雖然第二種傳統換流器8不使用隔離變壓器，但也因此造成安全性的降低。

本發明係有關於一種換流器。

根據本發明，提出一種換流器。換流器將直流電壓轉換為交流電壓並輸出至一負載。換流器包括第一電感、第二電感，分別與該負載的兩端電性連接；依序串聯的第一開關電路、第一飛輪開關電路及第二開關電路；依序串聯的第三開關電路及第四開關電路；第二飛輪開關電路，其一端電性連接至位於該第一關關電路和該第一飛輪開關電路間的一第一節點，其另一端連接至位於該第三關關電路和該第四開關電路間的一第二節點。其中，在該第一飛輪開關電路及該第二飛輪開關電路導通時，該第一飛輪開關電路、該第二飛輪開關電路、該第一電感、該負載及該第二電感依序相連形成一電流迴路徑。

根據本發明，提出一種換流器。換流器將直流電壓轉換為交流電壓輸出至一負載。換流器包括第一電感、第二電感、第一開關電路、第二開關電路、第三開關電路、第四開關電路、第一飛輪(Free Wheeling)開關電路及第二飛輪開關電路。第四開關電路係與第三開關電路串聯。第一飛輪開關電路係與第一開關電路及第二開關電路串聯。第二飛輪開關電路之一端耦接至第一開關電路，且第二飛輪開關電路之另一端耦接至第三開關電路。第三飛輪開關電路之一端耦接至第一飛輪開關電路及第二開關電路，且第三飛輪開關電路之另一端耦接至第二飛輪開關電路、第三開關電路及第四開關電路。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第一實施例

請參照第1圖，第1圖繪示係為依照第一實施例及第二實施例之一種換流器之電路圖。換流器2用以將太陽能發電裝置1所產生之太陽能直流電壓VDC轉換為交流形式的市電電壓VAC輸出至市電網路3，並提供輸出電流Io至市電網路3，市電網路3在此可視為一負載，。太陽能發電裝置1例如為太陽能光電板。換流器2包括電容C、第一電感L1、第二電感L2、第一開關電路21、第二開關電路22、第三開關電路23、第四開關電路24、第一飛輪(Free Wheeling)開關電路25及第二飛輪開關電路26。第四開關電路24係與第三開關電路23串聯，且第一飛輪開關電路25係與第一開關電路21及第二開關電路22串聯。第二飛輪開關電路26的其中一端電性連接至位於第一關關電路21和第一飛輪開關電路25間的第一節點N1，其另一端連接至位於第三關關電路23和第四開關電路24間的第二節點N2。在第一飛輪開關電路25及該第二飛輪開關電路26導通時，第一飛輪開關電路25、第二飛輪開關電路26、第一電感L1、該負載及第二電感L2可依序相連形成一電流迴路徑。經由控制上述開關電路，可使太陽能發電裝置1和市電網路3電性連接或不連接，並可使上述電流迴路徑形成飛輪迴路。

進一步來說，當太陽能發電裝置1和市電電壓網路3電性不連接時，若市電電壓VAC處於正半週且市電電壓VAC與輸出電流Io同相，第一飛輪開關電路25、第二飛輪開關電路26、市電網路3、第一電感L1及第二電感L2可形成正飛輪迴路PL；若市電電壓VAC處於負半週且市電電壓VAC與輸出電流Io同相，則形成負飛輪迴路NL，正飛輪迴路PL與負飛輪迴路NL係為相同路徑，僅電流方向相反。

以第1圖繪示的實施例來說，第一開關電路21包括第一旁路二極體TD1及第一開關T1；第二開關電路22包括第二旁路二極體TD2及第二開關T2；第三開關電路23包括第三旁路二極體TD3及第三開關T3；第四開關電路24包括第四旁路二極體TD4及第四開關T4；第一飛輪開關電路25包括第一飛輪二極體TD5及第一飛輪開關T5；第二飛輪開關電路26包括第二飛輪二極體TD6及第二飛輪開關T6，其中上述的開關T1~T4及飛輪開關T5、T6分別與其對應的旁路二極體TD1~TD4及飛輪二極體TD5、TD6並聯，第二飛輪二極體TD6之陰極耦接至第一開關T1及第一飛輪開關T5間的第一節點N1，而第二飛輪二極體TD6之陽極耦接至第三開關T3、第四開關T4及第一電感L1間的第二節點N2。第一飛輪二極體TD5之陰極耦接第一節點N1，而第一飛輪二極體TD5之陽極耦接至第二開關T2及電感L2。第一旁路二極體TD1、第二旁路極體TD2及第一飛輪二極體TD5允許的電流方向相同。第一飛輪二極體TD5、第二飛輪二極體TD6在飛輪迴路中允許的電流方向相反。

請同時參照表1、第1圖、第2圖及第7圖，第2圖繪示係為依照第一實施例及第二實施例之一種開關訊號時序圖，第7圖繪示係為一種脈波寬度調變之示意圖。當市電電壓VAC處於正半週且市電電壓VAC與輸出電流Io同相，第二開關T2及第三開關T3係以高頻頻率切換，而第二飛輪開關T6係導通。當市電電壓VAC處於負半週且市電電壓VAC與輸出電流Io同相，第一開關T1及第四開關T4係以高頻頻率切換，而第一飛輪開關T5係導通。第一飛輪開關T5及第二飛輪開關T6可視為以市電頻率而交替切換。但需補充說明的是，當市電電壓VAC處於正半週與負半週的切換瞬間，第一飛輪開關T5及第二飛輪開關T6係可同時截止以減低因短路造成電路損壞的風險，另外，本說明書中所說的高頻頻率係指高於一百倍負載頻率，例如以工作頻率一般為50Hz或60Hz的市電電壓VAC為負載時，高頻頻率係指數kHz、數十kHz或更高。

需說明的是，第一開關T1、第二開關T2、第三開關T3、第四開關T4、第一飛輪開關T5及第二飛輪開關T6的高頻切換例如係由脈波寬度調變訊號來實現。第一開關T1、第二開關T2、第三開關T3、第四開關T4、第一飛輪開關T5或第二飛輪開關T6的脈波寬度調變訊號包括數個脈波。這些脈波的脈波寬度可以相同或不同。舉例來說，在第7圖繪示中，脈波寬度調變訊號即是由不同脈波寬度的脈波所形成。

請同時參照表1、第2圖及第3圖，第3圖繪示係為於第一實施例及第二實施例中第二開關、第三開關與第二飛輪開關導通而第一開關、第四開關及第一飛輪開關截止之示意圖。進一步來說，當市電電壓VAC處於正半週且市電電壓VAC與輸出電流Io同相，第二開關T2、第三開關T3及第二飛輪開關T6被導通，第一開關T1、第四開關T4及第一飛輪開關T5截止。換流器2將如第3圖繪示，充電電流經第二開關T2及第三開關T3對第一電感L1及第二電感L2充電。

請同時參照表1、第2圖及第4圖，第4圖繪示係為於第一實施例及第二實施例中第二飛輪開關導通而第一開關、第二開關、第三開關、第四開關及第一飛輪開關截止之示意圖。當市電電壓VAC處於正半週且市電電壓VAC與輸出電流Io同相，第二飛輪開關T6導通且第一開關T1、第二開關T2、第三開關T3、第四開關T4及第一飛輪開關T5截止，前述正飛輪迴路PL係被形成。換流器2將如第4圖繪示，第一電感L1及第二電感L2的放電電流將經第一飛輪二極體TD5及第二飛輪開關T6流入市電網路3。

請同時參照表1、第2圖及第5圖，第5圖繪示係為於第一實施例及第二實施例中第一開關、第四開關及第一飛輪開關導通而第二開關、第三開關及第二飛輪開關截止之示意圖。當市電電壓VAC處於負半週且市電電壓VAC與輸出電流Io同相，第一開關T1、第四開關T4及第一飛輪開關T5被導通，第二開關T2、第三開關T3及第二飛輪開關T6被截止。換流器2將如第5圖繪示，充電電流經第一開關T1、第四開關T4及第一飛輪開關T5對第一電感L1及第二電感L2被充電。

請同時參照表1、第2圖及第6圖，第6圖繪示係為於第一實施例及第二實施例中第一飛輪開關導通而第一開關、第二開關、第三開關、第四開關及第二飛輪開關截止之示意圖。當市電電壓VAC處於負半週且市電電壓VAC與輸出電流Io同相，第一飛輪開關T5導通且第一開關T1、第二開關T2、第三開關T3、第四開關T4及第二飛輪開關T6截止，前述負飛輪迴路NL係被形成。換流器2將如第6圖繪示，第一電感L1及第二電感L2的放電電流將經第二飛輪二極體TD6及第一飛輪開關T5流入市電網路3。

上述第一實施例之換流器2於市電電壓VAC處於正半週及負半週時能分別形成正飛輪迴路PL及負飛輪迴路NL。如此一來，太陽能發電裝置1與市電網路3能處於失連狀態而降低共模電壓的變動，因此可降低漏電流。上述第一開關T1、第二開關T2、第三開關T3及第四開關T4能使用單極性寬度調變切換方法進行控制。此外，第一飛輪開關T5、第二飛輪開關T6在一個市電週期內各只需切換一次截止及一次導通，切換損失較少，並可使用操作頻率低於第一開關T1、第二開關T2、第三開關T3及第四開關T4的開關元件，設計人員更因此有更多導通損失較低的開關元件可供選擇，進而使換流器2能夠得到較高的效率。

第二實施例

在第一實施例所述情形中，市電電壓VAC的相位並未領先或落後輸出電流Io，但有時換流器2也需依照來自市電網路3指示進行虛功補償，在此情形下市電電壓VAC的相位可能會領先或落後換流器2的輸出電流Io。本發明第二實施例即是可依市電網路3之指令進行虛功補償功能的一種換流器。

第二實施例的電路圖和第一實施例的電路圖相同，由於進行虛功補償時輸出電流Io與市電電壓VAC反相(極性不同)，兩個飛輪開關需各自配合其他開關進行切換以構成適當電流路徑，第一飛輪開關T5、第二飛輪開關T6需選擇可與第一開關T1、第二開關T2、第三開關T3及第四開關T4同樣高的頻率下操作的開關元件。在市電電壓VAC的相位並未領先或落後輸出電流Io的情形下，第二實施例的開關訊號時序可與第一實施例相同，在此不再贅述。

在換流器2接受到市電電網3的指示而切換到虛功補償模式時，可能有市電電壓超前輸出電流及輸出電流超前市電電壓兩種情況。於這兩種情況下，第一飛輪開關T5、第二飛輪開關T6需在市電電壓VAC及輸出電流Io的零交越點前後的時段分別進行高頻切換以進行虛功補償，並於市電電壓VAC處於峰值及其附近的時段維持截止或導通，開關的控制時序依據市電電壓的零交越點、虛功補償電壓範圍及虛功補償電流範圍來決定，需確保換流器2不會因進行虛功補償時關關電路的切換造成誤動作而損壞。

市電電壓超前輸出電流

請同參照表2、表3及第8圖，第8圖繪示係為依照第二實施例之一種電壓超前電流的開關訊號時序圖。以市電電壓VAC正半週起點為時間點0，時間點t₂ 及時間點t₅ 可取決於市電電壓VAC的零交越點。時間點t₀ 及時間點t₃ 可取決於虛功補償電流範圍|I [n]|<|Iac _peak ×sinθ _c |或虛功補償電流範圍|I [n]|<|Id |。I [n ]為即時量測到的輸出電流Io之電流值，而Iac _peak 為前一市電週期內所量測到的輸出電流Io之峰值。時間點t₁ 及時間點t₄ 可取決於虛功補償電壓範圍|V [n]|<|Vac _peak ×sinθ _a |或虛功補償電壓範圍|V [n]|<|V _b |。V [n ]為即時量測到的市電電壓VAC之電壓值，而Vac _peak 為前一市電週期內所量測到的市電電壓VAC的之峰值。角度θ _a 、角度θ _c 根據市電網3傳來的虛功補償量及換流器之工作條件(例如功率大小)而設定，以確保輸出電流Io與市電電壓VAC反相(極性不同)時，兩個飛輪開關其中之一進行高頻切換，但又不致讓高頻切換時間過長而減低換流器2的整體效率；電壓V _b 、電流I _d 則是根據換流器的微處理單元(圖未示)的精確度而設定，避免換流器開關在V [n ]、I [n ]過小時出現誤動作。

請同時參照表2、第8圖、第9圖及第10圖，第9圖繪示係為於第二實施例中第一飛輪開關及第二飛輪開關導通而第一開關、第二開關、第三開關及第四開關截止之示意圖，第10圖繪示係為於第二實施例中第二開關、第三開關及第二飛輪開關導通而第一開關、第四開關及第一飛輪開關截止之示意圖。

當0≦t<t₀ ，市電電壓VAC處於正半週而輸出電流Io由負半週到正半週，，第一開關T1及第四開關T4截止，第二飛輪開關T6導通。第二開關T2與第三開關T3同步地高頻切換，且第二開關T2及第三開關T3係與第一飛輪開關T5互補地高頻切換以進行虛功補償。

進一步來說，當輸出電流Io還在負半週時，此時輸出電流Io與市電電壓VAC反相，若第二開關T2及第三開關T3截止，則第一飛輪開關T5導通。充電電流將如第9圖所示流經第二飛輪二極體TD6及第一飛輪開關T5讓第一電感L1及第二電感L2儲能。相反地，若第二開關T2及第三開關T3導通，則第一飛輪開關T5截止。第一電感L1及第二電感L2的放電電流將如第10圖所示經由第二旁路二極體TD2與第三旁路二極體TD3流入電容C。

請同時參照表2、第3圖、第8圖及第11圖，第11圖繪示係為於第二實施例中第一飛輪開關及第二飛輪開關導通而第一開關、第二開關、第三開關及第四開關截止之示意圖。當0≦t<t₀ 且輸出電流Io進到正半週後，此時輸出電流Io與市電電壓VAC同相，若第二開關T2及第三開關T3截止，則第一飛輪開關T5導通。第一電感L1及第二電感L2的放電電流將如第11圖所示經由第一飛輪二極體TD5與第二飛輪開關T6流入市電網路3。相反地，若第二開關T2及第三開關T3導通，則第一飛輪開關T5截止，充電電流將如第3圖所示經第二開關T2及第三開關T3對第一電感L1及第二電感L2充電。

請同時參照表2及第8圖，當t₀ ≦t<t₁ ，市電電壓VAC處於正半週且輸出電流Io與市電電壓VAC同相，此時不需虛功補償。此時開關電路的操作和第一實施例在市電電壓VAC處於正半週且市電電壓VAC與輸出電流Io同相的情形下相同，不再贅述。

請同時參照表2、第3圖、第8圖及第11圖，當t₁ ≦t<t₂ ，市電電壓VAC處於正半週，且輸出電流Io與市電電壓VAC同相，但虛功補償條件被觸發。此時第一開關T1及第四開關T4截止，T6維持導通，第二開關T2及第三開關T3同步高頻切換，第一飛輪開關T5再度與第二開關T2及第三開關T3互補地高頻切換以進行虛功補償。

進一步來說，若第二開關T2及第三開關T3導通，則第一飛輪開關T5截止。充電電流將如第3圖所示經第二開關T2及第三開關T3對第一電感L1及第二電感L2充電。相反地，若第二開關T2及第三開關T3截止，則第一飛輪開關T5導通。第一電感L1及第二電感L2的放電電流將如第11圖所示經由第一飛輪二極體TD5與第二飛輪開關T6流入市電網路3。

請同時參照表2、第8圖、第11圖及第12圖，第12圖繪示係為於第二實施例中第一開關、第四開關及第一飛輪開關導通而第二開關、第三開關及第二飛輪開關截止之示意圖。當t₂ ≦t<t₃ ，市電電壓VAC在負半週，輸出電流Io由正半週進到負半週，第二開關T2及第三開關T3截止，T5維持導通，第一開關T1與第四開關T4同步地高頻切換，且第一開關T1及第四開關T4係與第二飛輪開關T6互補地同步高頻切換以進行虛功補償。

進一步來說，當t₂ ≦t<t₃ 且輸出電流Io還在正半週時，輸出電流Io與市電電壓VAC反相，若第一開關T1及第四開關T4截止，則第二飛輪開關T6導通。充電電流如第11圖所示流經第一飛輪二極體TD5與第二飛輪開關T6讓第一電感L1及第二電感L2儲能。相反地，若第一開關T1及第四開關T4導通，則第二飛輪開關T6截止，第一電感L1及第二電感L2的放電電流將如第12圖所示經由第一旁路二極體TD1、第四旁路二極體TD4及第一飛輪二極體TD5流入電容C。

請同時參照表2、第5圖、第8圖及第9圖，當t₂ ≦t<t₃ 且輸出電流Io與市電電壓VAC同相後，若第一開關T1及第四開關T4截止，則第二飛輪開關T6導通。第一電感L1及第二電感L2的放電電流將如第9圖所示經由第二飛輪二極體TD6及第一飛輪開關T5流入市電網路3。相反地，若第一開關T1及第四開關T4導通，則第二飛輪開關T6截止，充電電流將如第5圖所示經第一開關T1及第四開關T4對第一電感L1及第二電感L2充電。

請同時參照表2及第8圖，當t₃ ≦t<t₄ ，市電電壓VAC在負半週且輸出電流Io與市電電壓VAC同相，此時不需虛功補償。此時開關電路的操作和第一實施例在市電電壓VAC處於負半週且市電電壓VAC與輸出電流Io同相的情形下相同，不再贅述。

請同時參照表2、第5圖、第8圖及第9圖，當t₄ ≦t<t₅ ，市電電壓還在負半週，輸出電流Io仍與市電電壓VAC同相，但虛功補償條件又被觸發。此時第二開關T2及第三開關T3截止，T5維持導通，第一開關T1與第四開關T4同步高頻切換，第二飛輪開關T6與第一開關T1及第四開關T4互補地高頻切換以進行虛功補償。

進一步來說，若第一開關T1及第四開關T4導通，則第二飛輪開關T6截止，充電電流如第5圖所示經第一開關T1及第四開關T4對第一電感L1及第二電感L2充電。相反地，若第一開關T1及第四開關T4截止，則第二飛輪開關T6導通，第一電感L1及第二電感L2的放電電流如第9圖所示經由第二飛輪二極體TD6與第一飛輪開關T5流入市電網路3。下一時序則回到0≦t<t₀ 並循環操作。

輸出電流超前市電電壓

請同時參照表2、表4及第13圖，第13圖繪示係為依照第二實施例之一種電流超前電壓的開關訊號時序圖。以市電電壓VAC正半週起點為時間點0，時間點t₂ 及時間點t₅ 可取決於市電電壓VAC的零交越點。時間點t₀ 及時間點t₃ 可取決於虛功補償電壓範圍|V [n]|<|Vac _peak ×sinθ _a ' |或虛功補償電壓範圍|V [n]|<|V _b '|。V [n ]為即時量測到的市電電壓VAC之電壓值，而Vac _peak 為前一市電週期內所量測的市電電壓VAC之峰值。時間點t₁ 及時間點t4可取決於虛功補償電流範圍|I [n]|<|Iac _peak ×sinθ _c ' |或虛功補償電流範圍|I [n]|<|Id '|。I [n ]為即時量測到的輸出電流Io之電流值，而Iac _peak 為前一市電週期內所量測的輸出電流Io之峰值。角度θ _a '、電壓V _b '、角度θ _c '及電流I _d '可由所需補償的虛功大小及經驗法則設定。

請同時參照表2、第3圖、第11圖及第13圖，第13圖繪示係為依照第二實施例之一種電流超前電壓的開關訊號時序圖。當0≦t<t₀ ，市電電壓VAC在正半週，且輸出電流Io與市電電壓VAC同相，但虛功補償條件已觸發，第一開關T1及第四開關T4截止，第二飛輪開關T6維持導通，第二開關T2與第三開關T3同步高頻切換，且第二開關T2及第三開關T3係與第一飛輪開關T5互補地高頻切換以進行虛功補償。

進一步來說，若第二開關T2及第三開關T3導通，則第一飛輪開關T5截止。充電電流將如第3圖所示流經第二開關2及第三開關3讓第一電感L1及第二電感L2儲能。相反地，若第二開關T2及第三開關T3截止，則第一飛輪開關T5導通，第一電感L1及第二電感L2的放電電流將如第11圖所示經由第一飛輪二極體TD5與第二飛輪開關T6流入市電網路3。

請同時參照表2及第13圖，當t0≦t<t1，市電電壓VAC在正半週，輸出電流Io與市電電壓VAC同相，此時不需虛功補償。此時開關電路的操作和第一實施例在市電電壓VAC處於正半週且市電電壓VAC與輸出電流Io同相的情形下相同，不再贅述。

請同時參照表2、第3圖、第11圖及第13圖，當t₁ ≦t<t₂ ，市電電壓VAC在正半週，輸出電流Io由正半週進入負半週，此時第一開關T1及第四開關T4截止，第二飛輪開關T6維持導通，第二開關T2與第三開關T3同步高頻切換，第一飛輪開關T5再度與第二開關T2及第三開關T3互補地高頻切換以進行虛功補償。

進一步來說，在輸出電流Io仍在正半週，即仍與市電電壓VAC同相時，若第二開關T2及第三開關T3導通，則第一飛輪開關T5截止。充電電流將如第3圖所示經第二開關T2及第三開關T3對第一電感L1及第二電感L2充電。相反地，若第二開關T2及第三開關T3截止，則第一飛輪開關T5導通。第一電感L1及第二電感L2的放電電流將如第11圖所示經由第一飛輪二極體TD5與第二飛輪開關T6流入市電網路3。

請同時參照表2、第9圖、第10圖及第13圖，進一步來說，當輸出電流Io進入負半週，即輸出電流Io與市電電壓VAC反相時，若第二開關T2及第三開關T3截止，則第一飛輪開關T5導通，充電電流將如第9圖所示流經第二飛輪二極體TD6及第一飛輪開關T5讓第一電感L1及第二電感L2儲能。相反地，若第二開關T2及第三開關T3導通，則第一飛輪開關T5截止，第一電感L1及第二電感L2的放電電流如第10圖繪示經由第二旁路二極體TD2及第三旁路二極體TD3流入電容C。

請同時參照表2、第5圖、第9圖及第13圖，當t₂ ≦t<t₃ ，市電電壓VAC進入負半週，第二開關T2及第三開關T3截止，第一飛輪開關T5維持導通，第一開關T1 與第四開關T4同步高頻切換，而第一開關T1及第四開關T4係與第二飛輪開關T6互補地同步高頻切換以進行虛功補償。

進一步來說，在時間點t₂ 的輸出電流Io已與市電電壓VAC同相，但虛功補償條件已觸發。若第一開關T1及第四開關T4導通，則第二飛輪開關T6截止，此時充電電流如第5圖所示流經第一開關T1、第四開關T4及第一飛輪開關T5讓第一電感L1及第二電感L2儲能，相反地，若第一開關T1及第四開關T4截止，則第二飛輪開關T6導通，第一電感L1及第二電感L2的放電電流如第9圖繪示經由第二飛輪二極體TD6及第一飛輪開關T5流入市電網路。

請同時參照表2、第5圖、第6圖及第13圖，當t₃ ≦t<t₄ ，市電電壓VAC在負半週，輸出電流Io與市電電壓VAC同相，此時不需虛功補償。此時開關電路的操作和第一實施例在市電電壓VAC處於負半週且市電電壓VAC與輸出電流Io同相的情形下相同，不再贅述。

請同時參照表2、第5圖、第9圖、第11圖、第12圖及第13圖，當t4≦t<t5，市電電壓VAC還在負半週，但虛功補償條件又被觸發，此時第二開關T2及第三開關T3截止，第一飛輪開關T5維持導通，第一開關T1與第四開關T4同步高頻切換，第二飛輪開關T6與第一開關T1及第四開關T4互補地高頻切換以進行虛功補償。

進一步來說，當輸出電流Io仍與市電電壓VAC同相，若第一開關T1及第四開關T4導通，則第二飛輪開關 T6截止，充電電流如第5圖所示經第一開關T1及第四開關T4對第一電感L1及第二電感L2充電。相反地，若第一開關T1及第四開關T4截止，則第二飛輪開關T6導通，第一電感L1及第二電感L2的放電電流如第9圖繪示經由第二飛輪二極體TD6與第一飛輪開關T5流入市電網路3。

當輸出電流與市電電壓反相時，若第一開關T1及第四開關T4截止，則第二飛輪開關T6導通，充電電流如第11圖所示流經第一飛輪二極體TD5與第二飛輪開關TD6對第一電感L1及第二電感L2充電。相反地，若第一開關T1及第四開關T4為導通，則第二飛輪開關T6截止，第一電感L1及第二電感L2的放電電流如第12圖所示經由第一旁路二極體TD1、第四旁路二極體TD4與第一飛輪二極體TD5流入電容C。下一時序則回到0≦t<t₀ 並循環操作。

第三實施例

請同時參照表5、第14圖及第15圖，第14圖繪示係為依照第三實施例之一種換流器之電路圖，第15圖繪示係為依照第三實施例之一種開關訊號時序圖。第三實施例與第一實施例主要不同之處在於換流器5之第二飛輪開關電路26’之一端耦接至該第一開關電路21，且第二飛輪開關電路26’之另一端耦接至第三開關電路23。第三飛輪開關電路27’之一端耦接至第一飛輪開關電路25及第二開關電路22，且第三飛輪開關電路27’之另一端耦接至第二飛輪開關電路26’、第三開關電路23及第四開關電路24。

進一步來說，換流器5之第二飛輪開關電路26’僅包括第二飛輪二極體TD7，而第三飛輪開關電路27’包括第三飛輪二極體TD8、第三飛輪開關T8及第四飛輪二極體TD9。第二飛輪二極體TD7之陽極耦接至第三旁路二極體TD3的陽極，且第二飛輪二極體TD7之陰極耦接至第一旁路二極體TD1的陽極。第三飛輪二極體TD8與第三飛輪開關T8並聯，且第四飛輪二極體TD9與第三飛輪開關T8串聯。第三飛輪二極體TD8之陽極耦接至第四飛輪二極體TD9的陽極，第三飛輪二極體TD8之陰極耦接至第二旁路二極體TD2之陰極及第一飛輪二極體TD5之陽極，第四飛輪二極體TD9之陰極耦接至第二飛輪二極體TD7的陽極及第三旁路二極體TD3之陽極。

不僅如此，在另一實施例中，第三飛輪二極體TD8之陰極可耦接至第四飛輪二極體TD9的陰極，第三飛輪二極體TD8之陽極可耦接至第二旁路二極體TD4之陰極及第二飛輪二極體TD7的陽極及第三旁路二極體TD3之陽極，第四飛輪二極體TD9之陽極可耦接至第一飛輪二極體TD5之陽極。

請同時參照表5、第15圖及第16圖，第16圖繪示係為於第三實施例中第二開關T2、第三開關T3及第三飛輪開關T8導通而第一開關T1、第四開關T4、及第一飛輪開關T5截止之示意圖。第三飛輪開關T8、第二開關T2及第三開關T3於市電電壓VAC處於正半週導通而第一飛輪開關T5、第一開關T1及第四開關T4於市電電壓VAC處於正半週截止，換流器5將如第16圖繪示，充電電流經第二開關T2及第三開關T3對第一電感L1及第二電感L2充電。

請同時參照表5、第15圖及第17圖，第17圖繪示係為於第三實施例中第三飛輪開關導通而第一開關、第二開關、第三開關、第四開關及第一飛輪開關截止之示意圖。當第三飛輪開關T8於市電電壓VAC處於正半週導通而第一飛輪開關T5、第一開關T1、第二開關T2、第三開關T3及第四開關T4於市電電壓VAC處於正半週截止，換流器5將如第17圖繪示，第一電感L1及第二電感L2的放電電流經第三飛輪開關T8及第四飛輪二極體TD9流入市電網路3。

請同時參照表5、第15圖及第18圖，第18圖繪示係為於第三實施例中第一開關、第四開關及第一飛輪開關導通而第二開關、第三開關及第三飛輪開關截止之示意圖。第一飛輪開關T5、第一開關T1及第四開關T4於市電電壓VAC處於負半週導通而第三飛輪開關T8、第二開關T2及第三開關T3於市電電壓VAC處於負半週截止，換流器5將如第18圖繪示，充電電流經第一飛輪開關T5、第一開關T1及第四開關T4對第一電感L1及第二電感L2 充電。

請同時參照表5、第15圖及第19圖，第19圖繪示係為於第三實施例中第一飛輪開關導通而第一開關、第二開關、第三開關、第四開關及第三飛輪開關截止之示意圖。第一飛輪開關T5於市電電壓VAC處於負半週導通而第三飛輪開關T8、第一開關T1、第二開關T2、第三開關T3及第四開關T4於市電電壓VAC處於負半週截止，換流器5將如第19圖繪示，第一電感L1及第二電感L2的放電電流經第二飛輪二極體TD7流入市電網路3。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧太陽能發電裝置

2、4、5、6‧‧‧換流器

7‧‧‧第一種傳統換流器

8‧‧‧第二種傳統換流器

3‧‧‧市電網路

21‧‧‧第一開關電路

22‧‧‧第二開關電路

23‧‧‧第三開關電路

24‧‧‧第四開關電路

25‧‧‧第一飛輪開關電路

26、26’‧‧‧第二飛輪開關電路

27’‧‧‧第三飛輪開關電路

VDC‧‧‧太陽能直流電壓

VAC‧‧‧市電電壓

Io‧‧‧輸出電流

C、C1‧‧‧電容

L1‧‧‧第一電感

L2‧‧‧第二電感

TD1‧‧‧第一旁路二極體

TD2‧‧‧第二旁路二極體

TD3‧‧‧第三旁路二極體

TD4‧‧‧第四旁路二極體

TD5‧‧‧第一飛輪二極體

TD6、TD7‧‧‧第二飛輪二極體

TD8‧‧‧第三飛輪二極體

TD9‧‧‧第四飛輪二極體

T1‧‧‧第一開關

T2‧‧‧第二開關

T3‧‧‧第三開關

T4‧‧‧第四開關

T5‧‧‧第一飛輪開關

T6‧‧‧第二飛輪開關

T8‧‧‧第三飛輪開關

TR1‧‧‧隔離變壓器

PL‧‧‧正飛輪迴路

NL‧‧‧負飛輪迴路

S1~S4‧‧‧開關

t₀ ~t₅ ‧‧‧時間

N1‧‧‧第一節點

N2‧‧‧第二節點

第1圖繪示係為依照第一實施例及第二實施例之一種換流器之電路圖。

第2圖繪示係為依照第一實施例及第二實施例之一種開關訊號時序圖。

第3圖繪示係為於第一實施例及第二實施例中第二開關、第三開關與第二飛輪開關導通而第一開關、第四開關及第一飛輪開關截止之示意圖。

第4圖繪示係為於第一實施例及第二實施例中第二飛輪開關導通而第一開關、第二開關、第三開關、第四開關及第一飛輪開關截止之示意圖。

第5圖繪示係為於第一實施例及第二實施例中第一開關、第四開關及第一飛輪開關導通而第二開關、第三開關及第二飛輪開關截止之示意圖。

第6圖繪示係為於第一實施例及第二實施例中第一飛輪開關導通而第一開關、第二開關、第三開關、第四開關及第二飛輪開關截止之示意圖。

第7圖繪示係為一種脈波寬度調變之示意圖。

第8圖繪示係為依照第二實施例之一種電壓超前電流的開關訊號時序圖。

第9圖繪示係為於第二實施例中第一飛輪開關及第二飛輪開關導通而第一開關、第二開關、第三開關及第四開關截止之示意圖。

第10圖繪示係為於第二實施例中第二開關、第三開關及第二飛輪開關導通而第一開關、第四開關及第一飛輪開關截止之示意圖。

第11圖繪示係為於第二實施例中第一飛輪開關及第二飛輪開關導通而第一開關、第二開關、第三開關及第四開關截止之示意圖。

第12圖繪示係為於第二實施例中第一開關、第四開關及第一飛輪開關導通而第二開關、第三開關及第二飛輪開關截止之示意圖。

第13圖繪示係為依照第二實施例之一種電流超前電壓的開關訊號時序圖。

第14圖繪示係為依照第三實施例之一種換流器之電路圖。

第15圖繪示係為依照第三實施例之一種開關訊號時序圖。

第16圖繪示係為於第三實施例中第二開關及第三開關導通而第一開關、第四開關、第一飛輪開關及第三飛輪開關截止之示意圖。

第17圖繪示係為於第三實施例中第三飛輪開關導通而第一開關、第二開關、第三開關、第四開關及第一飛輪開關截止之示意圖。

第18圖繪示係為於第三實施例中第一開關、第四開關及第一飛輪開關導通而第二開關、第三開關及第三飛輪開關截止之示意圖。

第19圖繪示係為於第三實施例中第一飛輪開關導通而第一開關、第二開關、第三開關、第四開關及第三飛輪開關截止之示意圖。

第20圖係為第一種傳統換流器之電路圖。

第21圖係為第二種傳統換流器之電路圖。