元智大學之高效率高昇壓換流技術，主要開發一系列高效率高昇壓比例之直流轉換裝置，應用於各種低壓電源昇壓至直流高壓，以利後級反流器(Inverter)轉換成交流電壓，作為獨立供電或市電併聯之電源轉換裝置。本專利之相關產品如不斷電系統與混合動力車之電池昇壓與充電技術，太陽光電池、 燃料電池與風力等發電系統電源轉換，以及高壓直流-直流轉換需求。本專利群皆具有高性能、高轉換效率、低成本與元件少之特徵，尤其轉換效率不僅超越業界，並發表與領先國際重要期刊，此有利於技術商品化與提升競爭優勢。有關高效率高昇壓換流技術群組共有六個專利，包含電壓箝制技術(中華民國發明專利第I238590號、第I239134號及第I239136號)、柔性切換技術(中華民國發明專利第I238589號及第I252589號)以及雙向換流技術(中華民國發明專利第I262646號) 。
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1.專利名稱:利用耦合電感雙向磁路能量傳遞之高昇壓比換流器(中華民國發明專利第I238589號)
專利摘要:本發明係發展一利用耦合電感雙向磁路能量傳遞之高昇壓比換流器，主要提供直流電壓昇壓比超過三十倍以上之高效率直流/直流電源轉換。習用之昇壓電路通常採單電感所組成之昇壓式換流器，該電路中功率半導體開關同時承受高電壓、大電流及輸出二極體之逆向恢復突波電流，是故其電源轉換效率不彰，昇壓侷限最高約七倍比例。其次，利用變壓器昇壓，昇壓範圍受限於匝數比，倘若無法有效處理漏感能量情形下，轉換效率難以提高。本發明所揭示高昇壓比換流器，運用耦合電感搭配低壓開關，不論開關導通或截止時皆能提昇電壓，加上可以吸收線路電感之再生被動式緩震電路電壓，其昇壓比遠高於變壓器之匝數比，且切換責任週期調整範圍大。本發明所運用雙向磁路能量傳遞，係於開關導通時，耦合電感一次側繞組之高激磁電流儲能，同時二次側繞組感應相反磁路之磁通;開關截止期間，激磁電流續流，於二次側繞組端昇壓。該繞組具雙向磁路感應之電流，充分利用變壓器鐵心之容量，故具雙向磁路能量傳遞之功能。另，本創作具有電壓箝制特性，開關承受電壓遠低於輸出額定電壓，可以選用較低電壓低導通損失之功率半導體開關;電路中二極體沒有逆向恢復電流問題，承受電壓低於輸出電壓，甚至可以採用蕭基二極體。綜上所述，本發明之電路架構，低壓側之大電流採用低導通損失之元件，高壓側抑制在低電流且無電壓應力，從理論、模擬與實驗波形，均能證明可達成高轉換效率之目的。本發明所揭示之六種架構換流器可以將傳統蓄電池、燃料電池、太陽能發電以及風力發電之低輸出電壓，轉換為高電壓直流電源供電系統，增加能源使用效率。
2.專利名稱:具電壓箝制及柔性切換機制之高效率燃料電池高昇壓比換流器(中華民國發明專利第I252589號)
專利摘要:本發明主旨為發展具電壓箝制及柔性切換機制之高效率燃料電池高昇壓比換流器。燃料電池利用電化學反應原理發電，其具低電壓及高電流輸出特性，然而高電壓輸出之燃料電池組體積大且堆疊不易，除此之外，燃料電池輸出電壓易隨負載變動而造成影響，因應高電壓需求之應用場合，高效率高昇壓比換流器為燃料電池電力調節不可或缺項目之一。本發明之具電壓箝制及柔性切換機制之高效率燃料電池高昇壓比換流器，運用電壓箝制及柔性切換技術，減少半導體開關元件切換損失及降低導通損失，提高轉換效率，並突破傳統昇壓式換流器之昇壓比以及克服高匝數比耦合電感漏感之問題，運用閉迴路控制機制，解決燃料電池輸出電壓易隨負載變動之問題，達成高效率燃料電池高昇壓比換流器輸出電壓穩定之效果。本發明所發展之具電壓箝制及柔性切換機制之高效率燃料電池高昇壓比換流器，大幅提昇能源利用率及增加供電穩定度，可運用於大功率反流器之高壓直流匯流排或直接提供負載，本發明之技術亦可發展為各式低壓電源發電系統調節為穩定高壓直流之電源轉換裝置。
3.專利名稱:高效率高壓差比雙向換流器(中華民國發明專利第I262646號)
專利摘要:本發明主旨為發展高效率高壓差比雙向換流器，當兩端電源電壓差距很大的條件下，仍可以提供能源雙向傳遞之直流-直流電源轉換裝置。習用雙向換流架構大多使用變壓器形式，雖然部分使用零電壓或零電流之柔性切換技術以減少開關切換損失，然而習用電路中通常使用四個以上功率半導體開關元件，除增加製造成本外，電流流經太多開關將大幅提高導通損失以致使得轉換效率不彰。本發明高效率高壓差比雙向換流器利用耦合電感之雙向架構，僅使用三個功率半導體開關元件即完成雙向電流之控制，於非隔離電路狀況下，仍具有保護操作人員電氣安全之功能。由於本架構具有高昇、降壓比之特性，因此使用低壓蓄電池即可併入高壓匯流排，以利後級高壓負載或反流器前端使用。換流器之切換技術，採用電壓箝制、同步整流與零電壓及零電流方式，充分使用元件規格，使得本裝置具有低切換損失與低導通損失之特性，可達到高效率高壓差比雙向換流之目的。
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