[发明专利]具有循环电流滤波器的平行并联电力调节系统

说明书

技术领域

本发明是关于一种电力调节的技术领域，尤指一种平行并联电力调节系统，该系统具有可滤除循环电流的滤波器。

背景技术

关于电源供应器(Power Supply)及不断电系统(uninterruptible power system，UPS)的技术，业界已经提出很多平行并联变频器的技术。已知的方式就是变频器的输出端利用电感及电容(LC)组合来滤波，图1是已知平行并联电力调节系统的方块图。如图1所示，电源110的输出电压及电流经由多数个电力调节装置(Power Condition System，PCS)120而输出至一负载150上。此种低电压源的电力调节装置120包括了直流-直流转换器130及直流-交流变频器140。而各个电力调节装置120是平行并联连接。

直流-直流转换器130会采取变压器隔离的方式将该电源110的输出电压Vin提升至一高电压Vdc。图2是该直流-直流转换器130的电路图，其为一全桥式转换器130。如图2所示，该全桥式转换器130由开关S1、S2、S3及S4组成全桥切换电路。当开关S1及开关S4为开，跨在变压器131的电压为正值。当开关S2及开关S3为开，则跨在变压器131的电压为负值。开关S1、开关S4及开关S2、开关S3这两对开关的交替切换使得变压器131能转换电压。随着变压器131的1:n转换比，变压器131的二次侧电压是为变压器131的一次侧电压的n倍。直流-直流转换器130的切换频率通常会根据变压器131的大小而改变，一般而言该切换频率在10到100千赫兹之间。由二极管D1、D2、D3及D4所组成的二极管桥式电路133将高频交流电整流至直流电，二极管桥式整流电路133的输出端连接一电感Lf及一电容Cf，并使用电感-电容Lf及Cf来滤波，以产生纯净的直流电压Vdc。理想中的Vdc会是Vin的n倍，但是随着电路损失及责任周期控制，Vdc的值通常会少于n倍的Vin值。

在高功率电力系统应用中，全桥式的直流-直流转换器130必需使用体积更大的开关元件、输入电容Cin、电感Lf及电容Cf以增加转换效率。然而增大元件面积亦增加成本并产生散热问题。为解决前述问题，已知技术是采用多相转换器，以缩减开关负荷及被动元件的尺寸。图3显示在高功率电力系统的应用中，使用三相直流-直流转换器来取代全桥转换器。这个电路需要六个开关S1、S2、S3、S4、S5及S6，分别组成三相：开关S1、S4、开关S3、S6及开关S5、S2。每一相的上下臂开关的导通与截止时间是互补的，而且三相分别相差了120°，可显著减少高频涟波，所以可大幅缩减输入电容Cin、电感Lf及电容Cf这些被动元件的大小。

已知的直流-交流变频器140是全桥式的电路类型。图4(A)是一个单一交流输出端的全桥式直流-交流变频器140。开关Q1、Q2、Q3及Q4组合成全桥式切换电路，这些开关使用正弦波宽调变(SPWM)来控制，在每个切换周期改变脉宽，进而得到方波型式的输出，再经由LC滤波过后得到输出电压vo。图4(B)是一已知具有两个交流输出的全桥式变频器的电路图。如图4(B)所示。为了产生两个交流输出，将输入电压Vdc分成两个相等的直流电压Vdc/2，而中间的点也变成了中性点，由中性点端输出的电压各为vo/2，故总输出的交流电压为vo。

在平行配置的直流-交流变频器系统中，它们的连接点即为所有直流-交流变频器的输出端点。在平行配置中，所有的输出电容需要以并联的方式连接起来。然而，由于电容输出即为电压源，所以小电压差将会导致大的循环电流产生。同时，连接电压源到市电系统(utility grid)也是一件非常困难的事情，已知技术是在不同的变频器之间增加耦合电感，以避免产生循环电流。然而，使用耦合电感方法的问题在于必须使用一个耦合电感连接全部的变频器。图5是已知使用耦合电感的示意图。如图5所示，将两个变频器的输出连接在同一个电感L上，意即将主端及二次侧耦合在一起。这种将电感放置在电容的前的滤波方式称为LC型式的滤波器。图6(A)为已知耦合电感结构的示意图及图6(B)为已知耦合电感结构的等效电路图。图6(A)中的耦合电感可以多数个叠置以增加输出脚位，但是全部的变频器必须连接在同样的耦合电感上，亦会产生循环电流的问题。由此可知，已知技术仍有诸多缺点而有予以改善的必要。

发明内容

本发明的目的是在提供一种具有特殊滤波器的平行并联电力调节系统，以有效地减少循环电流。