发明名称 电瓶组或其他蓄电元件组或多组独立直流电源之多阶复电压均匀输出操控电路
摘要 电池组或其他蓄电元件由于具有机动性,广泛被应用于各式各样的器具如电动载具等,然而电池组无论蓄电池、燃料电池、热电池或太阳能电池皆具有其物理性基本电压,通常吾人藉串并联以选择其电压及容量,并视负载需要,以阶级电压供应之或以串联线性元件操控之或以截波开关操控之,此项设计主要为揭示一种电瓶组或其他蓄电元件组或多组独立直流电源之多阶复电压均匀输出操控电路,此系统中进一步藉着线性或截波固态开关元件以使阶级电压结合线性电压调整作连续线性输出,或由前述截波式固态开关元件串设于由电瓶组及二极体组所构成之可切换复电压输出之电压切换开关点之间,形成以固态线性元件作各阶电压间之电压调节或以低压为谷底,次段高压为峰值之连续PWM调整输出电压之电路者,以供作多阶复电压输出或线性输出或作为变流器之波形整形成直流波形调整或直流对直流之切换式变压输出者。
申请公布号 TW209922 申请公布日期 1993.07.21
申请号 TW081106602 申请日期 1992.08.20
申请人 杨泰和 发明人 杨泰和
分类号 H02M3/00;H02M3/18 主分类号 H02M3/00
代理机构 代理人
主权项 1.一种电瓶组或其他蓄电元件组或多组独立直流 电源之多阶复电压均勺输出 操控电路,为藉着线性或截波固态开关元件以使阶 级电压结合线性电压调整作 连续线性输出,或由前述截波式固态开阀元件串设 于由电瓶组及二极体组所构 成之可切换复电压输出上电压切换开关点之间,形 成以固态线件元件作各阶电 压间之电压调节或以低压为谷底,次段高压为峰値 之连续PWM调整输出电压 之电路者,以供作多阶复电压输出或线性输出或作 为变流器之波形整形或直流 波形调整或直流对直流之切换式变压输出者;其主 要构成含:至少三组之蓄电 元件组及至少三组固熊开关元件组交错顺向串联; 一组总输出固熊开关元件组 与输出端串联用以作为总开关或由零至最低位阶 电压间之线性电压调节或载波 式PWM电压调节者;各固态开关元件分别具驱动电路 组各驱动电路组接受一 数位逻辑型态或类比型态之中央控制单元CCU101所 操控,以操控各固态 开关元件组;一组人工或电信号所驱动之采控介面 OP101供操控上述中央 控拌制单元CCU101,以发出对固态开关元件组之操控 信号至各开关元件 组所属驱动电路;一每一蓄电单元上正极与正极间 各别并接二极体,各二极体 之导流方向为能使各蓄电单元之正极电流能通往 与正输出端相接之第一蓄电单 元正极为方向者;每一蓄电单元之负极与负极间各 别并接二极体,各二极体之 导流方向为能使各蓄电单元之负极电流能通往与 负输出端相接之最末蓄电单元 组之负极者;藉上述电路之构成可作成下列之操控 包括:A:等差多阶输出; B:各等差阶中之部份输出;C:以多阶复电压作截波 PWM调制线性输出; D:以多阶复电压作类比调制线性输出;E:各连续输 出上部份段输出。 3﹒如申请专利范围第1项所述电瓶组或其他蓄电 元件组或多组独立直流电源 之多阶复电压均匀输出操控电路,其等差多阶输出 包括:1由全部蓄电单 元并联输出,则此状态交叉串联于各万电单元间之 固态开关元件呈OFF ,而与输出端串联之固熊开关元件呈ON,若各独立蓄 电单元电压为E, 则输出电压亦为E;(2)由其中至少两组(或其倍数)蓄 电单元为一单元相互串联后并联,或由 其中一半电瓶组相互并联后再与另一半串联,使输 出电压伪1项之2倍 者,上述各相互串联之蓄电单元间之固态开关元件 为ON之状态,若各 独立蓄电单元电压为E,则输出电压为2E;(3)由其中 至少三组(或其倍数)为一单元轮流相互串联,以使 输出为1项 之3倍者,各蓄电单元间之固态开关元件组操控顺 序为周期顺序轮流串 联输出,以使输出负荷能由各蓄电单元均匀分担承 载者,若各独立蓄电 单元电压为E,则输出电压为3E;(4)由四组以上为一 蓄电单元,在可等分割并联时则同时并联分担输出 入电 流,在不可等分割时则如3项以周期顺序轮流平均 输出者;(5)全部蓄电单元串联之最高电压输出由以 上等差阶构成输出或由各等差阶 中之部份输出,即系由其中选取所需要特定阶级电 压者。 3﹒如申请专利范围第1项所述电瓶组或其他蓄电 元件组或多组独立直流电源 之多阶复电压均勺输出操控电路,进一步可为以多 阶复电压作截波PWM 调制线性输出,即以PWM调制由零输出至最大输出电 压之连续可变输出 ,此项方式除由容至最低电压位阶由总输出固态开 关元件作PFM调制外 ,其各输出为由相邻阶级电压间作周期调变电压位 阶,以取得其平均値为 输出者。 4﹒如申请专利范围第1项所述电瓶组或其他蓄电 元件组或多组独立直流电源 之多阶复电压均勺输出操控电路,进一步可为以多 阶夜电压作类比调制线 性输出,此项方式除由零至最低电压位阶由线性输 出固熊线伴元件作类比 绸整外,其各输出为由较高位阶电压经固态线性元 件作调整,以衔接高阶 与次高阶间电压値之连续性者。 5﹒如申请专利范围第1项所述电瓶组或其他蓄电 元件组或多组独立直流电源 之多阶复电压均勺输出操控电路,其输出包括由各 连续输出作部份段输出 ,此项方式操控输出为非连续由零至最大输出电压 値而系取其中一段或所 需数段或特定电压位阶作混合之输出者。 6﹒如申请专利范围第1项所述电瓶组或其他蓄电 元件组或多组独立直流电源 之多阶复电压均勺输出操控电路,并可进一步结合 桥式开关元件组作交流 近似步弦之输出者,其构成及操控包括由桥式开关 电路及阶级电压同步操 控构成,主要为:一由四组呈桥式连接之闸流体或 功率晶体或机电开关元 件所构成之方向交换电路组,其输出端并联负载, 其输入端接往前述电瓶 组或其他蓄电元件组或多组独立直流电腺之多阶 复电压均勺输出操控电路 Po,Po及桥式开关元件为接受数位逻辑型熊或类比 型熊之中央控制器 CCU所操控,使其中二组开关元件SWFON电流为正向通 过负载,而 于另二组开关元件SWRON时电流为逆向通过负截,而 构成一周期交变 功能;每一方向导流同期包括复电压电源由零转低 ,由低而高,再由高而 低再转为零,而后交换方向重覆上述电压循环以获 得近似正弦之交流输出 者。 7﹒如申请专利范围第6项所述电瓶组或其他蓄电 元件组或多组独立直流电源 之多阶复电压均匀输出操控电路,亦可由多组电力 元件串联并设有中间串 联抽头及藉两组开关元件以构成桥式电路,即采用 双组电瓶组或其他蓄电 元件组或多组独立直流电源之多阶复电压均勺输 出操控电路串联构成Po (包含第1组电源Po1及与第1组电源Po1顺向串联之第 一组电源P o2),并由其中间串接点抽头通往负载之一端,上述 桥式开关元件可由 二组构成,而其中一组SWF串联于电源组之正端及另 一组SWR串联于 负端,两开关元件之另一端再共同通往负载之另一 侧,藉着交替导通上述 两开关而构成对负截电压极性之交替,并配合上述 每一半周期中相对之直 流多阶复电压电源组呈由低至高再转低以构成近 似正弦之交流输出者。 8﹒如申请专利范围第6项或第7项所述电瓶组或其 他蓄电元件组或多组独立 直流电源上多阶复电压均勺输出操控电路,可为单 组单相或多组呈多相相 位差之输出型态者,在多相输出时由上述单相近似 正弦变流装置之电路多 组构成,即具有各别之桥式开关元件组耦合于各别 直流多阶复电压源及输 出端之间并接受CCU之具有相位差之操控指令所操 控者;此外,由于电 力波形依负载需要通常包括三角波形,方波形,凹 陷波形、微分波形,积 分波形等,各有其适用,吾人可藉中央控制单元对 多阶复电压输出顺序状 态加以作近似所需波形之操控直接作直流脉动输 出或与极性交换之桥式电 路作同步配合上上述特定波形之交流输出或进一 步藉所串联线性开关元件 修正其输出波形者。 9﹒如申请专利范围第1项所述电瓶组或其他蓄电 元件组或多组独立直流电源 之多阶复电压均勺输出操控电路,包括进一步可供 作为电方蓄储,即将电 力单元组Po之串并联操控元件采用双向导通元件, 以及调节电压电流之 固态开关元件亦采用双向导通元件或逆向设置,以 使此项电瓶组或其他蓄 电元件组或多组独立直流电源之多阶复电压均勺 输出操控电路具有配合由 外部输入蓄储电能作匹配耦合之调整者。 10﹒如申请专利范围第1项所述电瓶组或其他蓄电 元件组或多组独立直流电 源之多阶复电压均勺输出操控电路,进一步可藉其 多阶复电压状态之改 变以分别接受不同电压输入及不同电压输出,以构 成直流对直流之变压 器或件为万储由负载作动能回收发电之再生口授 功能,应用中电力单元 Po之工作型态包括:(1)呈埕低压状态接受输入再转 变为高阶联接 状态之高压输出;(2)呈高压状态接受输入再转变为 低阶联接状态之低压输出;(3)呈同压输入同压输出 ,以隔离输入与输出端者;(4)长时间小电流输入,短 时间大电流输出,以构成瞬时大输出之电力源;(5) 短时间大电流输入,长时间小电流输出,以在短时 间蓄电供较长时间较 低功率用电者;(6)电力单元可由电瓶或电容等元件 构成电能蓄储装置供作直流输出输入之 周期交错操作,与其相对之负载并联有蓄储电能性 质之电容或电瓶,以 使输出端能连续供电者;(7)以直流输入配合桥式开 关电路作交流输出。 11﹒如申请专利范围第1项所述电瓶组或其他蓄电 元件组或多组独立直流电 源之多阶复电压均匀输出操控电路,进一步可在输 出侧加设电能蓄储装 置,以安定其输出者,其主要构成包括:一由前述具 有控向串并联切换 开关寸作复电压操控输出之电力单元构成Po,再串 接双向分配操控开 关SW1301于Po及负载端与输入端之间,切焕开关SW1301 为由机电或固态元件所构成,接受数位逻辑型态或 类比型态之中央控制 单元(CCU)所操控,供选择为:连接输入端对电力单元 Po充电; 或连接电力单元对负载作所选择位阶电压输出;或 由负载端件电能回授 至电力单元;以及在特殊情形下作输入端与负端之 直接连接;一负载端 若为直流负载,则奇视需要进一步设置电能蓄储装 置ESD,如蓄电池 ,电容器等;若为交流输出,则可设置由电感L及苞容 C构成之并联谐 振电能蓄储装置ESD。图示简单说明 图1为本案设计之基础电路图。 图2为本案设计以多阶复电压作截波 PWM调制线性输出之波形例。 图3为本案设计以多阶复电压作类比 调制线性输出之波形例。 图4为本案设计藉桥式开关构成DC to AC近似正弦输出电路方块示意图。 图5为本案设计藉双组直流电及输出 开关交替切换构成DC to AC近似正弦输 出电路方块示意图。 图6为本案设计结合桥式开关元件作 同步周期之近似正弦交流输出之工作时态 及波形例。 图7为本案设计藉可作多阶复电压输 出入电力单元Po作低压充电高压放电之电 压値示意图。 图8为本案设计藉可作多阶复电压输 出入电力单元Po作高压充电低压放电之电 压値示意图。 图9为本案设计藉可作多阶复电压输 出入电力单元Po作同电压输出输入之中介 隔离之电压値示意图。 图10为本案设计藉可作多阶复电压输 出入电力单元Po作小电流充电大电流放电 之电流値示意图。 图11为本案设计藉可作多阶复电压输 出入电力单元Po作大电流充电小电流放电 之电流値示意图。 图12为本案设计藉可作多阶复电压输 出入电力单元Po及输出端设有电能蓄储装 置之电压値示意图。 图13为本案设计输出侧具电能蓄储装 置之电能转换电路方块示意图。 图14为本案设计输出侧并联电感及电 容构成交流电能蓄储装置之输出状态示意 图。
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