專利名稱：可用于燃料電池的電源轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種電源轉(zhuǎn)換器，尤指一種可用于燃料電池的電源轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
燃料(fuel cell)電池為一種高效率、低污染的新電源供應(yīng)器，其輸出電壓可為48V，輸出電流可超過100A，當(dāng)使用者欲使用燃料電池作為電源供應(yīng)器時(shí)，于燃料電池與負(fù)載之間需使用全橋式換流器(Full-Bridge Inverter)、變壓器、及整流器以進(jìn)行電氣特性的轉(zhuǎn)換。如圖1所示，傳統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換器10可提供5KW電力轉(zhuǎn)換，其包括全橋式換流器12、變壓器16、及整流器18，且全橋式直流變壓器12、變壓器16、及整流器18是為依序串接而組成傳統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換器10。傳統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換器10可將燃料電池20所輸出的電源進(jìn)行電氣特性的轉(zhuǎn)換，例如48V直流轉(zhuǎn)換成400V直流，以供負(fù)載30的消耗。
由于全橋式換流器12的功率晶體管13所能承受的峰值漏極電流無法超過70A，因此，每一切換電路14皆采用二個(gè)平行的功率晶體管13，以降低每一功率晶體管13所要承受的漏極電流，并輪流導(dǎo)通/關(guān)閉切換電路14，以提供功率晶體管13充份的散熱時(shí)間，可避免全橋式換流器12而過熱而損壞。
然而，傳統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換器10具有下列缺點(diǎn)全橋式換流器12的濾波電容C1及功率晶體管13、變壓器16、整流器18的濾波電感L1及濾波電容C2的體積，皆無法縮小，這將造成傳統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換器10于應(yīng)用領(lǐng)域上的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種可用于燃料電池的電源轉(zhuǎn)換器，具有體積小、應(yīng)用范圍寬的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)具有降低功率消耗、提供功率轉(zhuǎn)換效率、及低成本的優(yōu)點(diǎn)為避免已知電源轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)，本發(fā)明揭露一種可用于燃料電池的電源轉(zhuǎn)換器，是用以輸入該燃料電池所提供的一輸入電壓，并進(jìn)行一電氣特性轉(zhuǎn)換，以輸出一輸出電壓至一負(fù)載，其特征在于，該電源轉(zhuǎn)換器包括一復(fù)數(shù)相位PWM控制器，是用以偵測該輸出電壓的電壓準(zhǔn)位以輸出復(fù)數(shù)PWM控制信號；一復(fù)數(shù)相位橋接轉(zhuǎn)換器，是依據(jù)該等PWM控制信號以輸入并輸出該輸入電壓；一變壓器，是輸入該復(fù)數(shù)相位橋接轉(zhuǎn)換器所輸出的該輸入電壓，并進(jìn)行該電氣特性轉(zhuǎn)換，以輸出該輸出電壓；以及其中該等相位PWM控制器是包括一PWM產(chǎn)生器及至少一相位偏移器。
其中，該電源轉(zhuǎn)換器還包括一整流器，是輸入該輸出電壓，并輸出整流后的該輸出電壓至該負(fù)載。
其中，該P(yáng)WM產(chǎn)生器偵測該輸出電壓的電壓準(zhǔn)位以輸出一第一PWM控制信號及一第四PWM控制信號，該至少一相位偏移器依據(jù)該第一PWM控制信號及該第四PWM控制信號以分別輸出一第三PWM控制信號、一第六PWM控制信號、一第五PWM控制信號、一第二PWM控制信號。
其中，該第三PWM控制信號的相位是落后該第一PWM控制信號的相位120度，該第五PWM控制信號的相位是落后該第三PWM控制信號的相位120度，該第六PWM控制信號的相位是落后該第四PWM控制信號的相位120度，該第二PWM控制信號的相位是落后該第六PWM控制信號的相位120度。
其中，該至少一相位偏移器是為一先進(jìn)先出元件。


圖1是已知電源轉(zhuǎn)換器的示意圖。
圖2是本發(fā)明三相電源轉(zhuǎn)換器的功能方塊圖。
圖3是重載時(shí)六個(gè)PWM控制信號的波形圖。
圖4是輕載時(shí)六個(gè)PWM控制信號的波形圖。
具體實(shí)施例方式
有關(guān)本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換器，請先參照圈2所示，其是使用多相脈波長度調(diào)變(PWM)控制以進(jìn)行電氣特性的轉(zhuǎn)換，使燃料電池20所輸出的電源能輸出至負(fù)載30，以提供負(fù)載30順利運(yùn)作所需消耗的能量，并具有高效率、體積小等優(yōu)點(diǎn)，使本發(fā)明多相電源轉(zhuǎn)換器較已知電源轉(zhuǎn)換器具有顯著的進(jìn)步性。其中，本發(fā)明電源轉(zhuǎn)換器較佳是為三相電源轉(zhuǎn)換器，并進(jìn)行下述說明，但不以此為限。
如圖2所示，本發(fā)明電源轉(zhuǎn)換器40是耦合至燃料電池20及負(fù)載30，從燃料電池20輸入輸入電壓VIN，并對輸入電壓VIN進(jìn)行電氣特性轉(zhuǎn)換，將高電流低電壓的輸入電壓VIN轉(zhuǎn)換成低電流高電壓的輸出電壓VOUT，并將輸出電壓VOUT輸出至負(fù)載30。其中，本發(fā)明電源轉(zhuǎn)換器40是包括下列元件三相PWM控制器60，是用以偵測輸出電壓VOUT的電壓準(zhǔn)位以輸出六個(gè)PWM控制信號，每一PWM控制信號可切換一個(gè)功率晶體管的開啟(ON)或關(guān)閉(OFF)的狀態(tài)。三相PWM控制器60包括PWM產(chǎn)生器62、相位偏移器(phase shifter)64、及相位偏移器66。PWM產(chǎn)生器62依據(jù)輸出電壓VOUT的電壓準(zhǔn)位以分別輸出第一PWM控制信號及第四PWM控制信號至切換電路50的功率晶體管51及功率晶體管54的柵極，功率晶體管51及功率晶體管54可分別依第一PWM控制信號及第四PWM控制信號的電壓準(zhǔn)位而切換至開啟或關(guān)閉，且功率晶體管51及功率晶體管54兩者的開啟/關(guān)閉狀態(tài)是為互斥。相位偏移器64是輸入第一PWM控制信號及第四PWM控制信號，并進(jìn)行相位偏移處理，較佳是延遲(delay)120度相位，以分別輸出第三PWM控制信號及第六PWM控制信號至功率晶體管53及功率晶體管56的柵極，以控制功率晶體管53及功率晶體管56的開啟/關(guān)閉狀態(tài)。相位偏移器66是輸入第三PWM控制信號及第六PWM控制信號，并進(jìn)行相位偏移處理，較佳是延遲(delay)120度相位，以分別輸出第五PWM控制信號及第二PWM控制信號至功率晶體管55及功率晶體管52的柵極，以控制功率晶體管55及功率晶體管52的開啟/關(guān)閉狀態(tài)。相位偏移器64及相位偏移器66較佳是為德洲儀器(Texas Instruments)公司所產(chǎn)生的雙先進(jìn)先出(FIFO)元件，產(chǎn)品編號SN 74AACT 2226，并由調(diào)整PWM產(chǎn)生器62與相位偏移器64及相位偏移器66的時(shí)脈頻率，使相位偏移器64及相位偏移器66提供相位延遲120度相位的功能。當(dāng)負(fù)載30改變時(shí)，第一PWM控制信號及第四PWM控制信號的波形將隨負(fù)載程度而改變，而第三PWM控制信號、第六PWM控制信號以及第五PWM控制信號、第二PWM控制信號的波形分別與第一PWM控制信號及第四PWM控制信號相同，僅有相位上的差異，故能精準(zhǔn)地控制三相橋接轉(zhuǎn)換器50的運(yùn)作。
三相橋接轉(zhuǎn)換器50依據(jù)三相PWM控制器60所輸出的六個(gè)PWM控制信號而輸出輸入電壓VIN至變壓器46。其包括功率晶體管51、52、53、54、55、及56，其中，功率晶體管51與54串聯(lián)，功率晶體管53與56串聯(lián)，功率晶體管55與52串聯(lián)。每一功率晶體管可依據(jù)柵極的電壓準(zhǔn)位而切換至開啟/關(guān)閉狀態(tài)，例如高電壓準(zhǔn)位時(shí)，功率晶體管切換至開啟狀態(tài)；低電壓準(zhǔn)位時(shí)，功率晶體管切換至關(guān)閉狀態(tài)。
變壓器46是用以將三相橋接轉(zhuǎn)換器50所輸入的輸入電壓VIN進(jìn)行電氣特性轉(zhuǎn)換，以輸出輸出電壓VOUT至整流器48。
整流器48是對輸出電壓VOUT進(jìn)行整流。其包括六個(gè)二極管、濾波電感L2、及濾波電容C3。
如圖3所示，當(dāng)負(fù)載為重載時(shí)，功率晶體管51、53、及55置于開啟狀態(tài)的時(shí)間較長，使變壓器46提供較充裕電流的輸出電壓VOUT；如圖4所示，當(dāng)負(fù)載為輕載時(shí)，功率晶體管51、53、及55置于開啟狀態(tài)的時(shí)間較短，使變壓器46提供較小量電流的輸出電壓VOUT。由于功率晶體管51、52、53、54、55、及56是輪流切換至開啟或關(guān)閉狀態(tài)，且功率晶體管的切換速度較已知功率晶體管13為快，電流漣波(current ripple)將相互抵消，使變壓器46的輸出電壓VOUT的產(chǎn)生較小的電流漣波。由于輸出電壓VOUT的電流漣波較已知電源轉(zhuǎn)換器10小，故濾波電成L2及濾波電容C3的體積可較已知濾波電感L1及濾波電容C2為小，并隱含降低功率消耗、提供功率轉(zhuǎn)換效率、及低成本等優(yōu)點(diǎn)。
由上述說明中可知，本發(fā)明多相電源轉(zhuǎn)換器可降低電流漣波而減少濾波電感L2及濾波電容C3的體積，以及濾波電容C1的體積。
上述實(shí)施例僅是為了方便說明而舉例而已，本發(fā)明所主張的權(quán)利范圍自應(yīng)以申請專利范圍所述為準(zhǔn)，而非僅限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種可用于燃料電池的電源轉(zhuǎn)換器，是用以輸入該燃料電池所提供的一輸入電壓，并進(jìn)行一電氣特性轉(zhuǎn)換，以輸出一輸出電壓至一負(fù)載，其特征在于，該電源轉(zhuǎn)換器包括一復(fù)數(shù)相位PWM控制器，是用以偵測該輸出電壓的電壓準(zhǔn)位以輸出復(fù)數(shù)PWM控制信號；一復(fù)數(shù)相位橋接轉(zhuǎn)換器，是依據(jù)該等PWM控制信號以輸入并輸出該輸入電壓；一變壓器，是輸入該復(fù)數(shù)相位橋接轉(zhuǎn)換器所輸出的該輸入電壓，并進(jìn)行該電氣特性轉(zhuǎn)換，以輸出該輸出電壓；以及其中該等相位PWM控制器是包括一PWM產(chǎn)生器及至少一相位偏移器。
2.如權(quán)利要求1所述的可用于燃料電池的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，其中，該電源轉(zhuǎn)換器還包括一整流器，是輸入該輸出電壓，并輸出整流后的該輸出電壓至該負(fù)載。
3.如權(quán)利要求1所述的可用于燃料電池的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，其中，該P(yáng)WM產(chǎn)生器偵測該輸出電壓的電壓準(zhǔn)位以輸出一第一PWM控制信號及一第四PWM控制信號，該至少一相位偏移器依據(jù)該第一PWM控制信號及該第四PWM控制信號以分別輸出一第三PWM控制信號、一第六PWM控制信號、一第五PWM控制信號、一第二PWM控制信號。
4.如權(quán)利要求2所述的可用于燃料電池的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，其中，該第三PWM控制信號的相位是落后該第一PWM控制信號的相位120度，該第五PWM控制信號的相位是落后該第三PWM控制信號的相位120度，該第六PWM控制信號的相位是落后該第四PWM控制信號的相位120度，該第二PWM控制信號的相位是落后該第六PWM控制信號的相位120度。
5.如權(quán)利要求2所述的可用于燃料電池的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，其中，該至少一相位偏移器是為一先進(jìn)先出元件。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種可用于燃料電池的電源轉(zhuǎn)換器，是用以輸入燃料電池所提供的輸入電壓，并進(jìn)行電氣特性轉(zhuǎn)換，以輸出一輸出電壓至負(fù)載，電源轉(zhuǎn)換器包括復(fù)數(shù)相位PWM控制器，是用以偵測輸出電壓的電壓準(zhǔn)位以輸出復(fù)數(shù)PWM控制信號；復(fù)數(shù)相位橋接轉(zhuǎn)換器，是依據(jù)復(fù)數(shù)PWM控制信號以輸入并輸出輸入電壓；以及變壓器，是輸入復(fù)數(shù)相位橋接轉(zhuǎn)換器所輸出的輸入電壓，并進(jìn)行電氣特性轉(zhuǎn)換，以輸出一輸出電壓，其中復(fù)數(shù)相位PWM控制器是包括PWM產(chǎn)生器及至少一相位偏移器。
文檔編號H02M3/24GK1767337SQ200410085988
公開日2006年5月3日 申請日期2004年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月25日
發(fā)明者賴日生, 陳宏亮, 吳志崇 申請人:大同股份有限公司