(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電源交流電圧が印加される交流入力ユニットと、前記交流入力ユニットの出力端子に接続される整流濾波ユニットと、前記交流入力ユニットに接続される交流サンプリングユニットと、高周波変調ユニットと、インダクタンスフィルタユニットと、位相反転ユニットと、を備える降圧コンバータであって、
前記高周波変調ユニットは、第一スイッチバルブ及び第二スイッチバルブを含み、前記第一スイッチバルブのドレインには、前記整流濾波ユニットからの直流電圧が入力され、前記第一スイッチバルブのソースは、前記第二スイッチバルブのドレインと接続され、前記第二スイッチバルブのソースは、接地され、前記第一スイッチバルブのゲートと前記第二スイッチバルブのゲートには、位相が反対である２つ道のＰＷＭパルス信号がそれぞれ入力され、
前記インダクタンスフィルタユニットは、フィルタインダクタンスを含み、前記フィルタインダクタンスの前端は、前記第一スイッチバルブのソースに接続され、前記第一スイッチバルブがオンされ、前記第二スイッチバルブがオフされる場合、前記第一スイッチバルブのドレインから入力された直流電圧は、前記フィルタインダクタンスの後端まで伝送され、
前記第一スイッチバルブがオフされ、前記第二スイッチバルブがオンされる場合、前記フィルタインダクタンスの後端には、起電力が生成され、
前記第一スイッチバルブのゲート及び前記第二スイッチバルブのゲートに印加された前記２つ道のＰＷＭパルス信号のデューティ比が調節されることによって、前記フィルタインダクタンスの後端の電圧は予定値まで低下され、
前記位相反転ユニットの入力端子は、前記フィルタインダクタンスの後端に接続され、前記交流サンプリングユニットが採集した主電源交流電圧の位相に基づいて、前記位相反転ユニットの変換頻度を制御して、前記位相反転ユニットに前記主電源交流電圧の位相と同じである正弦波交流電圧を出力させるように前記フィルタインダクタンスの後端が出力した電圧を正弦波交流電圧に変換することを特徴とする降圧コンバータ。
【請求項２】
前記整流濾波ユニットの出力端子は、前記第一スイッチバルブのドレインに接続され、前記整流濾波ユニットは、前記主電源交流電圧を整流して濾波した後に直流電圧を形成し、且つそれを前記第一スイッチバルブのドレインに印加することを特徴とする請求項１に記載の降圧コンバータ。
【請求項３】
前記第一スイッチバルブ及び前記第二スイッチバルブは、何れもＮチャネルＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の降圧コンバータ。
【請求項４】
ＭＣＵ制御ユニットをさらに備え、前記第一スイッチバルブのゲート、前記第二スイッチバルブのゲート及び前記位相反転ユニットの制御端子は、それぞれ前記ＭＣＵ制御ユニットに接続され、
前記ＭＣＵ制御ユニットによって、２つ道の逆相のＰＷＭパルス信号を出力し、且つ前記位相反転ユニットの変換頻度を制御することを特徴とする請求項２に記載の降圧コンバータ。
【請求項５】
前記交流サンプリングユニットの出力端子は、前記ＭＣＵ制御ユニットに接続され、前記交流サンプリングユニットは、前記主電源交流電圧の電圧値及び位相を採集して、それを前記ＭＣＵ制御ユニットに伝送し、
前記ＭＣＵ制御ユニットは、前記交流サンプリングユニットが採集した電圧値に基づいて、前記主電源交流電圧が予定値を超えるかどうかを判断し、前記主電源交流電圧が予定値を超えた場合、前記第一スイッチバルブのゲート及び前記第二スイッチバルブのゲートにそれぞれ２つ道の逆相のＰＷＭパルス信号を入力し、前記主電源交流電圧が予定値を超えない場合、前記第一スイッチバルブに導通状態を維持させることを特徴とする請求項４に記載の降圧コンバータ。
【請求項６】
前記交流サンプリングユニットは、オペアンプを含み、前記オペアンプの２つの入力端子は、それぞれ電流制限抵抗を介して前記交流入力ユニットの火線及び零線に接続され、前記オペアンプの出力端子は、前記ＭＣＵ制御ユニットに接続され、前記ＭＣＵ制御ユニットは、前記オペアンプが出力した電圧信号を計算した後に、前記主電源交流電圧の電圧値を得ることを特徴とする請求項５に記載の降圧コンバータ。
【請求項７】
前記交流サンプリングユニットは、さらに、コンパレータを含み、前記オペアンプの出力端子は、前記コンパレータの逆相端子にも接続され、前記コンパレータの同相端子には、基準電圧が入力され、前記コンパレータの出力端子は、前記ＭＣＵ制御ユニットに接続され、前記ＭＣＵ制御ユニットは、前記コンパレータが出力した電圧信号に基づいて、前記主電源交流電圧の位相を得ることを特徴とする請求項６に記載の降圧コンバータ。
【請求項８】
前記フィルタインダクタンスの後端には、電圧サンプリングユニットが接続され、前記電圧サンプリングユニットの出力端子は、前記ＭＣＵ制御ユニットに接続され、前記電圧サンプリングユニットは、前記フィルタインダクタンスの後端が出力した直流電圧を採集し、且つそれを前記ＭＣＵ制御ユニットに伝送することを特徴とする請求項４に記載の降圧コンバータ。
【請求項９】
電流サンプリングユニットをさらに備え、前記電流サンプリングユニットは、変流器を含み、前記変流器の一次巻線は、前記フィルタインダクタンスの前端と前記第一スイッチバルブのソースとの間に直列接続され、前記変流器の二次巻線の電流信号は、整流された後に前記ＭＣＵ制御ユニットに伝送され、前記変流器の二次巻線の電流が予定値を超える時に、前記ＭＣＵ制御ユニットは、前記第一スイッチバルブと前記第二スイッチバルブとをオフさせることを特徴とする請求項４に記載の降圧コンバータ。
【請求項１０】
前記位相反転ユニットは、第三スイッチバルブ、第四スイッチバルブ、第五スイッチバルブ及び第六スイッチバルブにより構成されるインバータブリッジを含み、前記第三スイッチバルブのゲート、前記第四スイッチバルブのゲート、前記第五スイッチバルブのゲート及び前記第六スイッチバルブのゲートは、それぞれ前記ＭＣＵ制御ユニットに接続され、
前記ＭＣＵ制御ユニットは、前記第三スイッチバルブ、前記第四スイッチバルブ、前記第五スイッチバルブ及び前記第六スイッチバルブのオン／オフを制御して、前記位相反転ユニットに正弦波交流電圧を出力させることを特徴とする請求項５に記載の降圧コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧コンバータに関し、特に電解コンデンサを具備しない長寿命のスマート降圧コンバータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
正弦波降圧コンバータは、バック走行パワーストリップとも称され、一種の正弦波ＡＣ／ＡＣコンバータであり、ＡＣ／ＡＣの変換中に、降圧し且つ電圧及び周波数を安定する機能を実現することができる。現在、市販されているＡＣ／ＡＣ携帯装置は、殆ど補正波を出力する。具体的には、降圧回路は、全ての電圧を直流に変換した後に、アルミ電解コンデンサを用いて濾波して、ＢＵＣＫで降圧して、最後に逆変換を行う。しかし、このような降圧コンバータが出力した電圧は、殆ど補正波であり、電気製品を大きく損害し、且つその内部は殆どアルミ電解コンデンサを用いて濾波して、製品の寿命に深刻な影響を与えて、製品の安全性及び信頼性が低下することを招く。これと同時に、このような降圧コンバータの体積がより大きく、携帯に不便である。その他、従来の降圧コンバータのＰＦ値が低すぎるため、電力網に干渉し易い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
正弦波降圧コンバータは、バック走行パワーストリップとも称され、一種の正弦波ＡＣ／ＡＣコンバータであり、ＡＣ／ＡＣの変換中に、降圧し且つ電圧及び周波数を安定する機能を実現することができる。現在、市販されているＡＣ／ＡＣ携帯装置は、殆ど補正波を出力する。具体的には、降圧回路は、全ての電圧を直流に変換した後に、アルミ電解コンデンサを用いて濾波して、ＢＵＣＫで降圧して、最後に逆変換を行う。しかし、このような降圧コンバータが出力した電圧は、殆ど補正波であり、電気製品を大きく損害し、且つその内部は殆どアルミ電解コンデンサを用いて濾波して、製品の寿命に深刻な影響を与えて、製品の安全性及び信頼性が低下することを招く。これと同時に、このような降圧コンバータの体積がより大きく、携帯に不便である。その他、従来の降圧コンバータのＰＦ値が低すぎるため、電力網に干渉し易い。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、本発明に係る長寿命スマート降圧コンバータは、高周波変調ユニットと、インダクタンスフィルタユニットと、位相反転ユニットと、を備え、前記高周波変調ユニットは、第一スイッチバルブ及び第二スイッチバルブを含み、前記第一スイッチバルブのドレインには、直流電圧が入力され、前記第一スイッチバルブのソースは、前記第二スイッチバルブのドレインと接続され、前記第二スイッチバルブのソースは、接地され、前記第一スイッチバルブのゲートと前記第二スイッチバルブのゲートには、位相が反対である２つ道のＰＷＭパルス信号がそれぞれ入力され、前記インダクタンスフィルタユニットは、フィルタインダクタンスを含み、前記フィルタインダクタンスの前端は、前記第一スイッチバルブのソースに接続され、前記第一スイッチバルブがオンされ、前記第二スイッチバルブがオフされる場合、前記第一スイッチバルブのドレインから入力された直流電圧は、前記フィルタインダクタンスの後端まで伝送され、前記第一スイッチバルブがオフされ、前記第二スイッチバルブがオンされる場合、前記フィルタインダクタンスの後端には、起電力が生成され、前記起電力は、前記第二スイッチバルブを介して前記フィルタインダクタンスの前端にブリードし、前記第一スイッチバルブのゲート及び前記第二スイッチバルブのゲートに印加された前記２つ道のＰＷＭパルス信号のデューティ比が調節されることによって、前記フィルタインダクタンスの後端の電圧は予定値まで低下され、前記位相反転ユニットの入力端子、前記フィルタインダクタンスの後端に接続され、前記位相反転ユニットは、前記フィルタインダクタンスの後端が出力した半波リップル電圧を正弦波交流電圧に変換する。
【０００５】
好ましくは、本発明に係る長寿命スマート降圧コンバータは、交流入力ユニット及び整流濾波ユニットをさらに備え、前記交流入力ユニットには、主電源交流電圧が印加され、前記整流濾波ユニットの入力端子は、前記交流入力ユニットの出力端子に接続され、前記整流濾波ユニットの出力端子は、前記第一スイッチバルブのドレインに接続され、前記整流濾波ユニットは、前記主電源交流電圧を整流して濾波した後に直流電圧を形成し、且つそれを前記第一スイッチバルブのドレインに印加する。
【０００６】
好ましくは、前記第一スイッチバルブ及び前記第二スイッチバルブは、何れもＮチャネルＭＯＳトランジスタである。
【０００７】
好ましくは、本発明に係る長寿命スマート降圧コンバータは、ＭＣＵ制御ユニットをさらに備え、前記第一スイッチバルブのゲート、前記第二スイッチバルブのゲート及び前記位相反転ユニットの制御端子は、それぞれ前記ＭＣＵ制御ユニットに接続され、前記ＭＣＵ制御ユニットによって、２つ道の逆相のＰＷＭパルス信号を出力し、且つ前記位相反転ユニットの変換頻度を制御する。
【０００８】
好ましくは、本発明に係る長寿命スマート降圧コンバータは、交流サンプリングユニットをさらに備え、前記交流サンプリングユニットの入力端子は、前記交流入力ユニットに接続され、前記交流サンプリングユニットの出力端子は、前記ＭＣＵ制御ユニットに接続され、前記交流サンプリングユニットは、前記主電源交流電圧の電圧値及び位相を採集して、それを前記ＭＣＵ制御ユニットに伝送し、前記ＭＣＵ制御ユニットは、前記交流サンプリングユニットが採集した電圧値に基づいて、前記主電源交流電圧が予定値を超えるかどうかを判断し、前記主電源交流電圧が予定値を超えた場合、前記第一スイッチバルブのゲート及び前記第二スイッチバルブのゲートにそれぞれ２つ道の逆相のＰＷＭパルス信号を入力し、前記主電源交流電圧が予定値を超えない場合、前記第一スイッチバルブに導通状態を維持させ、前記交流サンプリングユニットが採集した主電源交流電圧の位相に基づいて、前記位相反転ユニットの変換頻度を制御して、前記位相反転ユニットに前記主電源交流電圧の位相と同じである正弦波交流電圧を出力させる。
【０００９】
好ましくは、前記交流サンプリングユニットは、オペアンプとコンパレータを含み、前記オペアンプの２つの入力端子は、それぞれ電流制限抵抗を介して前記交流入力ユニットの火線及び零線に接続され、前記オペアンプの出力端子は、前記ＭＣＵ制御ユニットに接続され、前記ＭＣＵ制御ユニットは、前記オペアンプが出力した電圧信号を計算した後に、前記主電源交流電圧の電圧値を得る。
【００１０】
好ましくは、前記オペアンプの出力端子は、前記コンパレータの逆相端子にも接続され、前記コンパレータの同相端子には、基準電圧が入力され、前記コンパレータの出力端子は、前記ＭＣＵ制御ユニットに接続され、前記ＭＣＵ制御ユニットは、前記コンパレータが出力した電圧信号に基づいて、前記主電源交流電圧の位相を得る。
【００１１】
好ましくは、前記フィルタインダクタンスの後端には、電圧サンプリングユニットが接続され、前記電圧サンプリングユニットの出力端子は、前記ＭＣＵ制御ユニットに接続され、前記電圧サンプリングユニットは、前記フィルタインダクタンスの後端が出力した直流電圧を採集し、且つそれを前記ＭＣＵ制御ユニットに伝送する。
【００１２】
好ましくは、本発明に係る長寿命スマート降圧コンバータは、電流サンプリングユニットをさらに備え、前記電流サンプリングユニットは、変流器を含み、前記変流器の一次巻線は、前記フィルタインダクタンスの前端と前記第一スイッチバルブのソースとの間に直列接続され、前記変流器の二次巻線の電流信号は、整流された後に前記ＭＣＵ制御ユニットに伝送され、前記変流器の二次巻線の電流が予定値を超える時に、前記ＭＣＵ制御ユニットは、前記第一スイッチバルブと前記第二スイッチバルブとをオフさせる。
【００１３】
好ましくは、前記位相反転ユニットは、第三スイッチバルブ、第四スイッチバルブ、第五スイッチバルブ及び第六スイッチバルブにより構成されるインバータブリッジを含み、前記第三スイッチバルブのゲート、前記第四スイッチバルブのゲート、前記第五スイッチバルブのゲート及び前記第六スイッチバルブのゲートは、それぞれ前記ＭＣＵ制御ユニットに接続され、前記ＭＣＵ制御ユニットは、前記第三スイッチバルブ、前記第四スイッチバルブ、前記第五スイッチバルブ及び前記第六スイッチバルブのオン／オフを制御して、前記位相反転ユニットに正弦波交流電圧を出力させる。
【発明の効果】
【００１４】
従来の技術と異なり、本発明が開示した長寿命スマート降圧コンバータにおいて、第一スイッチバルブのドレインには、直流電圧が印加される。前記直流電圧は、主電源の電圧を整流して、濾波した後の電圧であり、又は他の方式で得られた直流電圧であることができる。作動する時に、第一スイッチバルブのゲート及び第二スイッチバルブのゲートにそれぞれ位相が反対である２つ道のＰＷＭパルス信号を入力することによって、第一スイッチバルブ及び第二スイッチバルブを交互にオンさせる。第一スイッチバルブがオンされる時に、前記直流電圧は、第一スイッチバルブ及びフィルタインダクタンスを順次に通過して伝送される。第二スイッチバルブがオンされる時に、フィルタインダクタンスは、電圧が変異することによってセルフインダクションが発生する。これにより、前記フィルタインダクタンスの後端には、起電力が発生する。前記起電力は、第二スイッチバルブを介して前記フィルタインダクタンスの前端にブリードする。上記の過程を繰り返すと、前記フィルタインダクタンスの出力電圧は、低下される。また、この過程において、２つ道のＰＷＭパルス信号のデューティ比を調節することによって、第一スイッチバルブの導通時間を調節することができる。第一スイッチバルブの導通時間が短れば短いほど、前記フィルタインダクタンスの出力電圧は低くなり、さらに、正弦波のインテリジェントな降圧変換を実現した。上記の作動原理から分かるように、本発明の長寿命スマート降圧コンバータは、電解コンデンサを要らなくても、電圧を変換して下げることができ、使用寿命が延ばされるだけではなく、携帯し易く、電力網を妨害することも避けられる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る長寿命スマート降圧コンバータの電気回路の作動原理を示す図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態におけるＡＣサンプリングユニットの回路図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態におけるＭＣＵ制御ユニットの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１ないし図３に示すように、本発明が開示した長寿命スマート降圧コンバータは、高周波変調ユニット３０と、インダクタンスフィルタユニット５０と、位相反転ユニット６０と、を備える。
【００１８】
高周波変調ユニット３０は、第一スイッチバルブＱ７及び第二スイッチバルブＱ１０を含む。第一スイッチバルブＱ７のドレインには、直流電圧が入力され、第一スイッチバルブＱ７のソースは、第二スイッチバルブＱ１０のドレインと接続され、第二スイッチバルブＱ１０のソースは、接地される。第一スイッチバルブＱ７のゲートと第二スイッチバルブＱ１０のゲートには、位相（フェーズ）が反対である２つ方向のＰＷＭパルス信号がそれぞれ入力される。
【００１９】
インダクタンスフィルタユニット５０は、フィルタインダクタンスＬ３を含む。フィルタインダクタンスＬ３の前端は、第一スイッチバルブＱ７のソースに接続される。第一スイッチバルブＱ７がオンされ、第二スイッチバルブＱ１０がオフされる場合、第一スイッチバルブＱ７のドレインから入力された直流電圧はフィルタインダクタンスＬ３の後端まで伝送される。第一スイッチバルブＱ７がオフされ、第二スイッチバルブＱ１０がオンされる場合、フィルタインダクタンスＬ３の後端には、起電力が生成される。この起電力は、第二スイッチバルブＱ１０を介してフィルタインダクタンスＬ３の前端にブリードして、第一スイッチバルブＱ７のゲート及び第二スイッチバルブＱ１０のゲートにそれぞれ印加されたＰＷＭパルス信号のデューティ比を調節することによって、フィルタインダクタンスＬ３の後端の電圧を予定値まで低下させる。
【００２０】
位相反転ユニット６０の入力端子、フィルタインダクタンスＬ３の後端に接続される。位相反転ユニット６０は、フィルタインダクタンスＬ３の後端が出力した半波リップル電圧を正弦波交流電圧に変換する。
【００２１】
本発明に係る長寿命スマート降圧コンバータの作動原理は、下記の通りである。第一スイッチバルブＱ７のドレインには、直流電圧が印加される。前記直流電圧は、主電源を整流して、濾波した後に得られた電圧である又は他の方式により得られた直流電圧である。作動する時に、第一スイッチバルブＱ７のゲート及び第二スイッチバルブＱ１０のゲートにそれぞれ位相が反対である２つ道のＰＷＭパルス信号を入力することによって、第一スイッチバルブＱ７と第二スイッチバルブＱ１０とを交互に導通させる。第一スイッチバルブＱ７がオンされる場合、前記直流電圧は、第一スイッチバルブＱ７及びフィルタインダクタンスＬ３を順次に通過して伝送される。第二スイッチバルブＱ１０がオンされる場合、フィルタインダクタンスＬ３は、電圧が変異することによってセルフインダクションが発生する。これにより、フィルタインダクタンスＬ３の後端には、起電力が発生する。フィルタインダクタンスＬ３の起電力は、第二スイッチバルブＱ１０を介して前記フィルタインダクタンスの前端にブリードする。上記の過程を繰り返すと、フィルタインダクタンスＬ３の出力電圧は低下される。また、上記の過程において、２つ道のＰＷＭパルス信号のデューティ比を調節することによって、第一スイッチバルブＱ７の導通時間を調節することができる。第一スイッチバルブＱ７の導通時間が短れば短いほど、フィルタインダクタンスＬ３の出力電圧は低くなり、さらに、正弦波のインテリジェントな降圧変換を実現する。上記の作動原理から分かるように、本発明の長寿命スマート降圧コンバータは、電解コンデンサを要らなくても、電圧を変換して下げることができ、使用寿命が延ばされるだけではなく、携帯し易く、電力網を妨害することも避けられる。
【００２２】
本実施形態において、前記直流電圧は、主電源を整流して、濾波することにより得られた電圧であることが好ましい。そこで、前記長寿命スマート降圧コンバータは、交流入力ユニット１０及び整流濾波ユニット２０をさらに含む。
【００２３】
交流入力ユニット１０には、主電源交流電圧が印加される。整流濾波ユニット２０の入力端子は、交流入力ユニット１０の出力端子に接続される。整流濾波ユニット２０の出力端子は、第一スイッチバルブＱ７のドレインに接続される。整流濾波ユニット２０は、主電源交流電圧を整流して濾波した後に直流電圧を形成し、且つそれを第一スイッチバルブＱ７のドレインに印加する。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態において、整流濾波ユニット２０の整流作用によって、高周波変調ユニット３０の入力端子には直流電が入力される。この直流電は、高周波変調ユニット３０及びインダクタンスフィルタユニット５０により処理された後に、位相反転ユニット６０に半波リップル電圧を伝送する。位相反転ユニット６０は、相隣する２つの半波の中の１つの半波に対して位相反転処理して、正弦波交流電を生成する。先ず電解コンデンサを利用して平滑直流電に濾過した後に、前記平滑直流電を交流電に変換するという従来技術に比べて、本発明は、位相反転処理するだけで、交流電を得ることができ、変換効率を大きく高めることができる。
【００２５】
素子の型番に関しては、第一スイッチバルブＱ７及び第二スイッチバルブＱ１０は、何れもＮチャネルＭＯＳトランジスタである。
【００２６】
図１ないし図３に示すように、スマート制御をより良く実現するために、本実施形態は、ＭＣＵ制御ユニット８０をさらに含む。第一スイッチバルブＱ７のゲート、第二スイッチバルブＱ１０のゲート及び位相反転ユニット６０の制御端子は、それぞれＭＣＵ制御ユニット８０に接続される。本発明は、ＭＣＵ制御ユニット８０によって、２つ道の逆相のＰＷＭパルス信号を出力し、且つ位相反転ユニット６０の変換頻度を制御する。さらに、ＭＣＵ制御ユニット８０は、シングルチップＵ１及びその周辺回路を含む。
【００２７】
実用的なアプリケーションでは、走行パワーストリップにとって、より高い主電源電圧環境下で使用される場合こそ、それを降圧変換する必要がある。そこで、主電源交流電圧に対してサンプリングして、判断する必要はある。主電源電圧のサンプリングを容易にするために、本実施形態は、交流サンプリングユニット７０をさらに含む。交流サンプリングユニット７０の入力端子は、交流入力ユニット１０に接続される。交流サンプリングユニット７０の出力端子は、ＭＣＵ制御ユニット８０に接続される。交流サンプリングユニット７０は、主電源交流電圧の電圧値及び位相を採集して、それをＭＣＵ制御ユニット８０に伝送する。
【００２８】
ＭＣＵ制御ユニット８０は、交流サンプリングユニット７０が採集した電圧値に基づいて、主電源交流電圧が予定値を超えるかどうかを判断する。主電源交流電圧が予定値を超えた場合、第一スイッチバルブＱ７のゲート及び第二スイッチバルブＱ１０のゲートにそれぞれ２つ道の逆相のＰＷＭパルス信号を入力する。主電源交流電圧が予定値を超えない場合、第一スイッチバルブＱ７に導通状態を維持させる。
【００２９】
また、本発明は、交流サンプリングユニット７０が採集した主電源交流電圧の位相に基づいて、位相反転ユニット６０の変換頻度を制御して、位相反転ユニット６０に主電源交流電圧の位相と同じである正弦波交流電圧を出力させる。
【００３０】
交流サンプリングユニット７０の具体的な構成に関しては、交流サンプリングユニット７０は、オペアンプＵ９ＢとコンパレータＵ９Ａを含む。オペアンプＵ９Ｂの２つの入力端子は、それぞれ電流制限抵抗を介して交流入力ユニット１０の火線と零線とに接続される。オペアンプＵ９Ｂの出力端子は、ＭＣＵ制御ユニット８０に接続される。ＭＣＵ制御ユニット８０は、オペアンプＵ９Ｂが出力した電圧信号を計算した後に、主電源交流電圧の電圧値を得る。また、オペアンプＵ９Ｂの出力端子は、コンパレータＵ９Ａの逆相端子にも接続される。コンパレータＵ９Ａの同相端子には、基準電圧が入力される。コンパレータＵ９Ａの出力端子は、ＭＣＵ制御ユニット８０に接続される。ＭＣＵ制御ユニット８０は、コンパレータＵ９Ａが出力した電圧信号に基づいて、主電源交流電圧の位相を得る。
【００３１】
交流サンプリングユニット７０は、主電源交流電圧に対して電圧サンプリングを行なうと共に、位相もサンプリングする。ＭＣＵ制御ユニット８０は、この位相の変化に基づいて、位相反転ユニット６０の変換頻度を対応的に制御して、位相反転ユニット６０の出力電圧の位相を主電源交流電圧の位相と同じくさせ、より高いＰＦ値を達して、電力網に対する干渉を低減する。
【００３２】
フィルタインダクタンスＬ３の後端には、電圧サンプリングユニット９０が接続されている。電圧サンプリングユニット９０の出力端子は、ＭＣＵ制御ユニット８０に接続される。電圧サンプリングユニット９０は、フィルタインダクタンスＬ３の後端が出力した直流電圧を採集し、且つそれをＭＣＵ制御ユニット８０に伝送する。電圧サンプリングユニット９０は、２つ又は複数の直列されるサンプリング抵抗により構成される。
【００３３】
過電流保護のために、本実施形態は、電流サンプリングユニット４０をさらに含む。電流サンプリングユニット４０は、変流器ＣＳ１を含む。変流器ＣＳ１の一次巻線は、フィルタインダクタンスＬ３の前端と第一スイッチバルブＱ７のソースとの間に直列接続される。変流器ＣＳ１の二次巻線の電流信号は、整流された後にＭＣＵ制御ユニット８０に伝送される。変流器ＣＳ１の二次巻線の電流が予定値を超える時に、ＭＣＵ制御ユニット８０は、第一スイッチバルブＱ７と第二スイッチバルブＱ１０とをオフさせる。前記予定値は、予めＭＣＵ制御ユニット８０の中に書き込まれて、電流を対比するために用いられる。
【００３４】
位相反転ユニット６０の構成に関しては、位相反転ユニット６０は、第三スイッチバルブＱ１、第四スイッチバルブＱ２、第五スイッチバルブＱ３及び第六スイッチバルブＱ４により構成されるインバータブリッジを含む。第三スイッチバルブＱ１のゲート、第四スイッチバルブＱ２のゲート、第五スイッチバルブＱ３のゲート及び第六スイッチバルブＱ４のゲートは、それぞれＭＣＵ制御ユニット８０に接続される。本発明は、ＭＣＵ制御ユニット８０を介して、第三スイッチバルブＱ１、第四スイッチバルブＱ２、第五スイッチバルブＱ３及び第六スイッチバルブＱ４のオン／オフを制御して、位相反転ユニット６０に正弦波交流電圧を出力させる。
【００３５】
上述した各ユニットは、本発明の好ましい実施形態を形成するために統合されている。図１ないし図３に示すように、当該実施形態の全体の動作原理は、以下の通りである。
【００３６】
主電源電圧は、交流コンセント、ヒューズＦ２、避雷抵抗ＲＶ１、同相信号除去フィルタインダクタンスＬ１及びＣＸ１グループフィルタ回路を介して、交流電圧を整流濾波ユニットに伝送する。制御チップＵ１は、Ｒ１２６、Ｒ１２７、Ｒ１２８、Ｒ３８、Ｒ１２９、Ｒ１３０、Ｒ１３１、Ｒ４５、Ｃ３９、Ｒ３９、Ｒ４７、Ｃ４１、Ｕ９、Ｒ４４及びＤ１５により構成された交流入力電圧サンプリング回路、及びＲ４６、Ｃ４０、Ｒ３３、Ｒ３４、Ｄ１、Ｒ３１及びＲ３２により構成された交流入力位相サンプリング回路を介して、高周波変調回路の動作モードを判定する。Ｄ３とＣ１は、整流濾波回路を構成し、Ｄ３は主電源電圧を２つの半波電圧に変換し、ＣＢＢコンデンサＣ１を介してクラッタ干渉を除去する。
【００３７】
降圧の重要な部分において、高周波変調回路は、Ｑ７及びＱ１０により構成される。交流サンプリング回路が採集した主電源電圧がＡＣ１２０Ｖ主電源電圧より高い場合、制御チップＵ１により出力された高周波ＰＷＭ１信号、ＰＷＭ２信号は、それぞれ駆動回路のＤ４、Ｒ1８、Ｒ２２、Ｄ２、Ｒ９０、Ｒ９５を通過して、Ｑ７のＧＡＴＥ電極とＱ１０のＧＡＴＥ電極に伝送される。Ｑ７とＱ１０のパルス幅は交流サンプリング回路が採集した正弦波変化モードに従って調節され、Ｑ７とＱ１０との位相は１８０度反転されている。交流サンプリング回路が採集した主電源電圧がＡＣ１１０Ｖ主電源電圧に等しい又はそれより低い場合、Ｑ７はずっとオンされ、Ｑ１０はずっとオフされ、整流濾波された後の交流半波電圧は直接にＱ７を介して濾波ユニット５０に流れる。具体的な降圧原理は、下記の通りである。Ｑ７がオンされる時に、Ｃ1における直流高電圧はパルスレベル電圧に変更され、前記パルスレベル電圧はフィルタ回路のフィルタインダクタンスＬ３を通過する。フィルタインダクタンスＬ３によって、高周波電圧電流が生成した高インピーダンスは降圧される。これにより、高電圧は低電圧に変換され、高周波パルス電圧は濾過され、低周波数の半波長電圧は残される。
【００３８】
本実施形態において、高周波フィルタ回路は、フィルタインダクタンスＬ３により構成され、Ｑ７とＱ１０により変調された後の高周波電圧及び電流は、フィルタインダクタンスＬ３により濾波されて、交流半波電圧に変更される。もし、Ｑ７が電源周波数モードの下で作動すれば、フィルタ回路は機能しなく、直接連通することに相当する。フィルタインダクタンスＬ３により濾波された後の電圧は、Ｒ１３及びＲ１５が構成した電圧サンプリング回路を介して制御チップＵ１まで伝送されて、制御チップＵ１を利用してＱ７とＱ１０とのＰＷＭのデューティ比を確定する。即ち、高周波変調回路、電流サンプリング回路、フィルタ回路及び電圧サンプリング回路は、閉鎖しているループを形成して、Ｑ７とＱ１０とのデューティ比を調節して、濾波された後の出力電圧の安定性を確保する。
【００３９】
幾つかの拡張機能として、過電流保護回路において、ＣＳ１、ＢＤ２、Ｒ９１及びＲ９３は、電流サンプリング回路を構成して、変調回路の出力端子に直列接続されて、回路が出力した電流をサンプリングすることに用いられる。バックエンド回路には過電流、過負荷又は短絡が発生する場合、Ｑ７はオフされ、前記バックエンド回路を出力しないようにする。
【００４０】
位相反転回路は、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４により構成される。フィルタインダクタンスＬ３を通過する第一出力半波交流電圧がＱ１及びＱ４を介して負荷に伝送され、フィルタインダクタンスＬ３を通過する第二出力半波交流電圧がＱ２及びＱ３を介して負荷に伝送される場合、負荷において完全な電源周波数正弦波交流電圧は形成されるようになる。制御チップＵ１が出力したＰＷＭ信号は、駆動回路を通過した後に、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４のＧＡＴＥ電極に、それぞれＰＷＭ１Ｈ、ＰＷＭ２Ｈ、ＰＷＭ１Ｌ及びＰＷＭ２Ｌを入力する。位相反転回路の位相は、入力サンプリング回路により採集された位相に従ってロックされる。即ち、位相反転回路の周波数及び位相は、出力電圧の周波数と位相に一致するようになる。
【００４１】
本発明が開示した長寿命スマート降圧コンバータは、小型軽量であり、携帯し易いなどの利点を有し、入力フル電圧範囲内で出力電圧を自動的に調節することができる。前記出力電圧は、純粋な正弦波モードで出力され、負荷に対する損傷が大きく軽減され、互換性が強い。これと同時に、本発明の長寿命スマート降圧コンバータは、濾波する時にアルミ電解コンデンサを使用しなく、長寿命のＣＢＢコンデンサを使用するので、使用寿命はさらに長くなる。また、出力電圧が交流電力網に従って変化するため、本発明の長寿命スマート降圧コンバータは、高いＰＦ値を有し、電力網への干渉が少ない。
【００４２】
以上、好適な具体例を挙げて本発明を説明してきたが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々な変更又は取替えが可能であることは言うまでもない。この変更又は取替えに基づく様々な変形例も本発明の保護範囲に含まれることは明らかである。
【符号の説明】
【００４３】
１０    交流入力端子
２０    整流濾波回路
３０    高周波変調ユニット
４０    電流サンプリングユニット
５０    インダクタンスフィルタユニット
６０    位相反転ユニット
７０    交流サンプリングユニット
８０    ＭＣＵ制御ユニット
９０    電圧サンプリングユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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