(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力整流ユニットと、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、インバータユニットと、フィルタ制御ユニットと、を備える正弦波インテリジェント降圧変換装置であって、
前記入力整流ユニットは、市販電力交流電圧にアクセスして、市販電力交流電圧を整流した後に、パルス直流電流を出力し、
前記高周波変調ユニットは、第一スイッチングバルブと第二スイッチングバルブとを含み、前記第一スイッチングバルブのドレインは、前記入力整流ユニットの出力端子に接続され、前記第一スイッチングバルブのソースは、前記第二スイッチングバルブのドレインに接続され、前記第二スイッチングバルブのソースは、接地され、前記第一スイッチングバルブと前記第二スイッチングバルブのゲートには、それぞれ逆相の2つのＰＷＭパルス信号が入力され、
前記インダクタンスフィルタユニットは、インダクタンスとフィルタコンデンサとを含み、前記インダクタンスの前端は、前記第一スイッチングバルブのソースに接続され、前記フィルタコンデンサは、前記インダクタンスの後端とアースとの間に接続され、前記第一スイッチングバルブがオンされ、前記第二スイッチングバルブがオフされる時に、前記第一スイッチングバルブのドレインに入力されたパルス直流電流は、前記インダクタンスによりその高周波がフィルタリングされた後に、前記インダクタンスの後端から出力され、前記第一スイッチングバルブがオフされ、前記第二スイッチングバルブがオンされる時に、前記インダクタンスの後端には起電力を発生し、前記起電力は、前記フィルタコンデンサと前記第二スイッチングバルブを介して前記インダクタンスの先端に放出され、前記第一スイッチングバルブのゲート及び前記第二スイッチングバルブのゲートに印加された２つのＰＷＭパルス信号のデューティサイクルを調整することによって、前記インダクタンスの後端の電圧値を予定値まで低下させ、
前記インバータユニットの入力端子は、前記インダクタンスの後端に接続されて、前記インダクタンスの後端から出力したパルス直流電流を正と負の半サイクルの正弦波交流電流に反転させることに用いられ、
前記フィルタ制御ユニットは、電解コンデンサと第三スイッチングバルブとを含み、前記電解コンデンサの正極は、前記入力整流ユニットの出力端子に接続され、前記電解コンデンサの負極は、前記第三スイッチングバルブのドレインに接続され、前記第三スイッチングバルブのソースは、接地されており、
前記入力整流ユニットに印加された市販電力交流電圧が予定値を超えない場合、前記フィルタ制御ユニットは、前記第三スイッチングバルブのゲートの電圧を低下させて、前記第三スイッチングバルブをオフさせ、
また、前記入力整流ユニットに印加された市販電力交流電圧が予定値を超えた場合、前記フィルタ制御ユニットは、前記第三スイッチングバルブのゲートに駆動電圧を印加して、前記第三スイッチングバルブをオンさせて、前記電解コンデンサを介して、前記入力整流ユニットの出力電圧をフィルタリングすることを特徴とする正弦波インテリジェント降圧変換装置。
【請求項２】
前記第一スイッチングバルブ、前記第二スイッチングバルブ及び前記第三スイッチングバルブは、いずれもＮチャンネルＭОＳトランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の正弦波インテリジェント降圧変換装置。
【請求項３】
ＭＣＵ制御ユニットをさらに備え、前記第一スイッチングバルブのゲート、前記第二スイッチングバルブのゲート、前記第三スイッチングバルブのゲート及び前記インバータ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制御ユニットは、前記第一スイッチングバルブのゲートと前記第二スイッチングバルブのゲートに２つの逆相のＰＷＭパルス信号を出力し、前記第三スイッチングバルブのオン／オフを制御し、且つ前記インバータユニットを制御して反転させることに用いられることを特徴とする請求項１に記載の正弦波インテリジェント降圧変換装置。
【請求項４】
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、前記入力整流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、市販電力交流電圧の電圧値及び位相をサンプリングし、且つそれらを前記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によって収集された市販電力交流電圧の位相に基づいて、前記インバータユニットを制御して反転を行わせて、前記インバータユニットを市販電力交流電圧の位相と同じである正弦波交流電流を出力させるだけではなく、前記交流サンプリングユニットによって収集された電圧値に従って、市販電力交流電圧が予定値を超えたか否かを判断し、
市販電力交流電圧が予定値を超えた場合、前記ＭＣＵ制御ユニットは、前記第一スイッチングバルブのゲート及び前記第二スイッチングバルブのゲートにそれぞれ２つの逆相のＰＷＭパルス信号を入力し、且つ前記第三スイッチングバルブに駆動電圧を印加し、
また、市販電力交流電圧が予定値を超えていない場合、前記ＭＣＵ制御ユニットは、前記第一スイッチングバルブをオンのままに制御し、且つ前記第三スイッチングバルブのゲートの電圧を低下させることを特徴とする請求項３に記載の正弦波インテリジェント降圧変換装置。
【請求項５】
前記ＭＣＵ制御ユニットは、市販電力交流電圧が予定値を超えたと判断した時に、前記交流サンプリングユニットが収集した市販電力交流電圧の位相に従って、前記第三スイッチングバルブを市販電力交流電圧のゼロクロス時にオンさせるように制御することを特徴とする請求項４に記載の正弦波インテリジェント降圧変換装置。
【請求項６】
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とを含み、前記オペアンプの２つの入力端子は、それぞれ電流制限サンプリング抵抗を介して前記入力整流ユニットの火線と零線に接続され、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ており、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演算した後に、市販電力交流電圧の電圧値を得ることを特徴とする請求項５に記載の正弦波インテリジェント降圧変換装置。
【請求項７】
前記オペアンプの出力端子は、前記コンパレータの反転端子に接続され、前記コンパレータの同相端子は、基準電圧にアクセスするために使用され、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ており、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、市販電力交流電圧の位相を得ることを特徴とする請求項６に記載の正弦波インテリジェント降圧変換装置。
【請求項８】
前記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ており、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、前記インダクタンスの後端から出力する直流電流を収集して、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に記載の正弦波インテリジェント降圧変換装置。
【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、前記インダクタンスの前端と前記第一スイッチング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た時に、前記ＭＣＵ制御ユニットは、前記第一スイッチングバルブと前記第二スイッチングバルブとをオフさせるように制御することを特徴とする請求項４に記載の正弦波インテリジェント降圧変換装置。
【請求項１０】
前記インバータユニットは、第四スイッチングバルブ、第五スイッチングバルブ、第六スイッチングバルブ及び第七スイッチングバルブにより構成されるインバータブリッジを含み、前記第四スイッチングバルブのゲート、前記第五スイッチングバルブのゲート、前記第六スイッチングバルブのゲート及び前記第七スイッチングバルブのゲートは、それぞれ前記ＭＣＵ制御ユニットに接続され、
前記ＭＣＵ制御ユニットを介して、前記第四スイッチングバルブ、前記第五スイッチングバルブ、前記第六スイッチングバルブ及び前記第七スイッチングバルブのオン／オフを制御して、前記インバータユニットに正弦波交流電流を出力させることを特徴とする請求項５に記載の正弦波インテリジェント降圧変換装置。
【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、特に正弦波インテリジェント降圧変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
正弦波降圧変換装置は、旅行用変換プラグとも称されるが、一種の正弦波ＡＣ／ＡＣコンバータであり、ＡＣ／ＡＣ変換中に、降圧並びに電圧及び周波数を安定化する機能を実現できる。現在、市販されているＡＣ／ＡＣ携帯機器の殆どは補正波で出力され、降圧回路は最初ＤＣに統合され、次にＢＵＣＫによって降圧されてＤＣ電力を形成し、最後にＡＣに反転されて負荷に供給される。しかしながら、このような降圧変換装置が出力する電圧は、殆ど補正波であり、電気機器に対する損害が大きく、効率が低く、体積が大きく、携帯には不便である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、従来技術の欠点に鑑みて、降圧変換効果が理想的であり、負荷に対する損害を防止でき、携帯し易く、且つ電力網への干渉を回避することができる正弦波インテリジェント降圧変換装置を提供することを目的とする。
【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、本発明に係る正弦波インテリジェント降圧変換装置は、入力整流ユニットと、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、インバータユニットと、フィルタ制御ユニットと、を備え、前記入力整流ユニットは、市販電力交流電圧にアクセスして、市販電力交流電圧を整流した後に、パルス直流電流を出力し、
前記高周波変調ユニットは、第一スイッチングバルブと第二スイッチングバルブとを含み、前記第一スイッチングバルブのドレインは、前記入力整流ユニットの出力端子に接続され、前記第一スイッチングバルブのソースは、前記第二スイッチングバルブのドレインに接続され、前記第二スイッチングバルブのソースは、接地され、前記第一スイッチングバルブと前記第二スイッチングバルブのゲートには、それぞれ逆相の2つのＰＷＭパルス信号が入力され、前記インダクタンスフィルタユニットは、インダクタンスとフィルタコンデンサとを含み、前記インダクタンスの前端は、前記第一スイッチングバルブのソースに接続され、前記フィルタコンデンサは、前記インダクタンスの後端とアースとの間に接続され、前記第一スイッチングバルブがオンされ、前記第二スイッチングバルブがオフされる時に、前記第一スイッチングバルブのドレインに入力されたパルス直流電流は、前記インダクタンスによりその高周波がフィルタリングされた後に、前記インダクタンスの後端から出力され、前記第一スイッチングバルブがオフされ、前記第二スイッチングバルブがオンされる時に、前記インダクタンスの後端には起電力を発生し、前記起電力は、前記フィルタコンデンサと前記第二スイッチングバルブを介して前記インダクタンスの先端に放出され、前記第一スイッチングバルブのゲート及び前記第二スイッチングバルブのゲートに印加された２つのＰＷＭパルス信号のデューティサイクルを調整することによって、前記インダクタンスの後端の電圧値を予定値まで低下させ、前記インバータユニットの入力端子は、前記インダクタンスの後端に接続されて、前記インダクタンスの後端から出力したパルス直流電流を正と負の半サイクルの正弦波交流電流に反転させることに用いられ、
前記フィルタ制御ユニットは、電解コンデンサと第三スイッチングバルブとを含み、前記電解コンデンサの正極は、前記入力整流ユニットの出力端子に接続され、前記電解コンデンサの負極は、前記第三スイッチングバルブのドレインに接続され、前記第三スイッチングバルブのソースは、接地されており、前記入力整流ユニットに印加された市販電力交流電圧が予定値を超えない場合、前記フィルタ制御ユニットは、前記第三スイッチングバルブのゲートの電圧を低下させて、前記第三スイッチングバルブをオフさせ、また、前記入力整流ユニットに印加された市販電力交流電圧が予定値を超えた場合、前記フィルタ制御ユニットは、前記第三スイッチングバルブのゲートに駆動電圧を印加して、前記第三スイッチングバルブをオンさせて、前記電解コンデンサを介して、前記入力整流ユニットの出力電圧をフィルタリングする。
【０００５】
好ましくは、前記第一スイッチングバルブ、前記第二スイッチングバルブ及び前記第三スイッチングバルブは、いずれもＮチャンネルＭОＳトランジスタである。
【０００６】
好ましくは、前記正弦波インテリジェント降圧変換装置は、ＭＣＵ制御ユニットをさらに備え、前記第一スイッチングバルブのゲート、前記第二スイッチングバルブのゲート、前記第三スイッチングバルブのゲート及び前記インバータ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制御ユニットは、前記第一スイッチングバルブのゲートと前記第二スイッチングバルブのゲートに２つの逆相のＰＷＭパルス信号を出力し、前記第三スイッチングバルブのオン／オフを制御し、且つ前記インバータユニットを制御して反転させる。
【０００７】
好ましくは、前記正弦波インテリジェント降圧変換装置は、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、前記入力整流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、市販電力交流電圧の電圧値及び位相をサンプリングし、且つそれらを前記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によって収集された市販電力交流電圧の位相に基づいて、前記インバータユニットを制御して反転を行わせて、前記インバータユニットを市販電力交流電圧の位相と同じである正弦波交流電流を出力させるだけではなく、前記交流サンプリングユニットによって収集された電圧値に従って、市販電力交流電圧が予定値を超えたか否かを判断し、市販電力交流電圧が予定値を超えた場合、前記ＭＣＵ制御ユニットは、前記第一スイッチングバルブのゲート及び前記第二スイッチングバルブのゲートにそれぞれ２つの逆相のＰＷＭパルス信号を入力し、且つ前記第三スイッチングバルブに駆動電圧を印加し、また、市販電力交流電圧が予定値を超えていない場合、前記ＭＣＵ制御ユニットは、前記第一スイッチングバルブをオンのままに制御し、且つ前記第三スイッチングバルブのゲートの電圧を低下させる。
【０００８】
好ましくは、前記ＭＣＵ制御ユニットは、市販電力交流電圧が予定値を超えたと判断した時に、前記交流サンプリングユニットが収集した市販電力交流電圧の位相に従って、前記第三スイッチングバルブを市販電力交流電圧のゼロクロス時にオンさせるように制御する。
【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とを含み、前記オペアンプの２つの入力端子は、それぞれ電流制限サンプリング抵抗を介して前記入力整流ユニットの火線と零線に接続され、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ており、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演算した後に、市販電力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反転端子に接続され、前記コンパレータの同相端子は、基準電圧にアクセスするために使用され、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ており、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、市販電力交流電圧の位相を得る。
【００１１】
好ましくは、前記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ており、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、前記インダクタンスの後端から出力する直流電流を収集して、前記ＭＣＵ制御ユニットに伝送する。
【００１２】
好ましくは、前記正弦波インテリジェント降圧変換装置は、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、前記インダクタンスの前端と前記第一スイッチング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た時に、前記ＭＣＵ制御ユニットは、前記第一スイッチングバルブと前記第二スイッチングバルブとをオフさせるように制御する。
【００１３】
好ましくは、前記インバータユニットは、第四スイッチングバルブ、第五スイッチングバルブ、第六スイッチングバルブ及び第七スイッチングバルブにより構成されるインバータブリッジを含み、前記第四スイッチングバルブのゲート、前記第五スイッチングバルブのゲート、前記第六スイッチングバルブのゲート及び前記第七スイッチングバルブのゲートは、それぞれ前記ＭＣＵ制御ユニットに接続され、前記ＭＣＵ制御ユニットを介して、前記第四スイッチングバルブ、前記第五スイッチングバルブ、前記第六スイッチングバルブ及び前記第七スイッチングバルブのオン／オフを制御して、前記インバータユニットに正弦波交流電流を出力させる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明が開示する正弦波インテリジェント降圧変換装置において、入力整流ユニットは、市販電力（メインＡＣ）を整流した後に、第一スイッチングバルブのドレインに直流電流を印加する。作動する時に、第一スイッチングバルブのゲート及び第二スイッチングバルブのゲートに位相が逆である２つのＰＷＭパルス信号をそれぞれ入力することによって、第一スイッチングバルブと第二スイッチングバルブとを交互にオンさせる。第一スイッチングバルブがオンされる時に、前記直流電流は、順に第一スイッチングバルブとインダクタンスとを通過して伝送される。第二スイッチングバルブがオンされる時に、インダクタンスは、急激な電圧変化により自己インダクタンスを生成する。これにより、インダクタンスの後端には、起電力が発生する。このとき、インダクタンスの後端、フィルタコンデンサ、第二スイッチングバルブ及びインダクタンスの先端は、電流ループを形成し、インダクタンスの起電力は、前記電流ループを介して放出される。上記の過程を繰り返して、インダクタンスの出力電圧を低下させる。また、上記の過程において、２つのＰＷＭパルス信号のデューティサイクルを調整することによって、第一スイッチングバルブの導通時間を調節することができる。第一スイッチングバルブの導通時間が短いほど、インダクタンスの出力電圧は低くなり、このようにして、正弦波インテリジェント降圧変換を実現する。さらに、第三スイッチングバルブのオン／オフを制御することによって、電解コンデンサの電気接続状態を制御できる。具体的には、市販電力交流電圧が予定値を超えない場合、市販電力給電電圧は、負荷を満足できるので、降圧処理を必要とせず、電解コンデンサをオフすることができる。また、市販電力交流電圧が予定値を超えた場合、電解コンデンサは、オンされて、入力整流ユニットが出力した半波直流電流をフィルタリングして、インダクタンスの後端はさらにスムーズで、安定的なパルス直流電流を出力し、且つそれをインバータユニットに印加する。これにより、インバータユニットは、安定した信頼性の高い正弦波交流電源電圧を出力する。上記の動作原理に基づき、本発明の降圧変換効果は良好で、出力した電圧は安定且つ確実であり、携帯し易く、電力網への干渉を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の正弦波インテリジェント降圧変換装置の回路図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態における交流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、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１〜図３に示すように、本発明に係る正弦波インテリジェント降圧変換装置は、入力整流ユニット１０と、フィルタ制御ユニット２０と、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、インバータユニット６０と、を備える。
【００１８】
前記入力整流ユニット１０は、市販電力交流電圧にアクセスして、市販電力交流電圧を整流した後に、パルス直流電流を出力する。
【００１９】
高周波変調ユニット３０は、第一スイッチングバルブＱ７と第二スイッチングバルブＱ１０とを含む。第一スイッチングバルブＱ７のドレインは、入力整流ユニット１０の出力端子に接続され、第一スイッチングバルブＱ７のソースは、第二スイッチングバルブＱ１０のドレインに接続され、第二スイッチングバルブＱ１０のソースは、接地され、第一スイッチングバルブＱ７と第二スイッチングバルブＱ１０とのゲートは、それぞれ逆相の2つのＰＷＭパルス信号にアクセスするために用いられる。
【００２０】
インダクタンスフィルタユニット５０は、インダクタンスＬ３とフィルタコンデンサＣ３４とを含む。インダクタンスＬ３の前端は、第一スイッチングバルブＱ７のソースに接続され、フィルタコンデンサＣ３４は、インダクタンスＬ３の後端とアースとの間に接続される。第一スイッチングバルブＱ７がオンされ、第二スイッチングバルブＱ１０がオフされる時に、第一スイッチングバルブＱ７のドレインに入力されたパルス直流電流は、インダクタンスＬ３によりその高周波がフィルタリングされた後に、インダクタンスＬ３の後端から出力される。第一スイッチングバルブＱ７がオフされ、第二スイッチングバルブＱ１０がオンされる時に、インダクタンスＬ３の後端には起電力を発生する。前記起電力は、フィルタコンデンサＣ３４と第二スイッチングバルブＱ１０を介してインダクタンスＬ３の先端に放出される。第一スイッチングバルブＱ７のゲート及び第二スイッチングバルブＱ１０のゲートに印加された２つのＰＷＭパルス信号のデューティサイクルを調整することによって、インダクタンスＬ３の後端の電圧値を予定値まで低下させる。
【００２１】
インバータユニット６０の入力端子は、インダクタンスＬ３の後端に接続されて、インダクタンスＬ３の後端から出力したパルス直流電流を正と負の半サイクルの正弦波交流電流に反転させることに用いられる。
【００２２】
フィルタ制御ユニット２０は、電解コンデンサＣ１と第三スイッチングバルブＱ１２とを含む。電解コンデンサＣ１の正極は、入力整流ユニット１０の出力端子に接続される。電解コンデンサＣ１の負極は、第三スイッチングバルブＱ１２のドレインに接続される。第三スイッチングバルブＱ１２のソースは、接地されている。
【００２３】
入力整流ユニット１０に印加された市販電力交流電圧が予定値を超えない場合、フィルタ制御ユニット２０は、第三スイッチングバルブＱ１２のゲートの電圧を低下させて、第三スイッチングバルブＱ１２をオフさせる。
【００２４】
また、入力整流ユニット１０に印加された市販電力交流電圧が予定値を超えた場合、フィルタ制御ユニット２０は、第三スイッチングバルブＱ１２のゲートに駆動電圧を印加して、第三スイッチングバルブＱ１２をオンさせて、電解コンデンサＣ１を介して、入力整流ユニット１０の出力電圧をフィルタリングする。
【００２５】
本発明の上記の正弦波インテリジェント降圧変換装置の動作原理は、以下の通りである。入力整流ユニット１０は、市販電力（メインＡＣ）を整流した後に、第一スイッチングバルブＱ７のドレインに直流電流を印加する。作動する時に、第一スイッチングバルブＱ７のゲート及び第二スイッチングバルブＱ１０のゲートに位相が逆である２つのＰＷＭパルス信号をそれぞれ入力することによって、第一スイッチングバルブＱ７と第二スイッチングバルブＱ１０とを交互にオンさせる。第一スイッチングバルブＱ７がオンされる時に、前記直流電流は、順に第一スイッチングバルブＱ７とインダクタンスＬ３とを通過して伝送される。第二スイッチングバルブＱ１０がオンされる時に、インダクタンスＬ３は、急激な電圧変化により自己インダクタンスを生成する。これにより、インダクタンスＬ３の後端には、起電力が発生する。このとき、インダクタンスＬ３の後端、フィルタコンデンサＣ３４、第二スイッチングバルブＱ１０及びインダクタンスＬ３の先端は、電流ループを形成し、インダクタンスＬ３の起電力は、前記電流ループを介して放出される。上記の過程を繰り返して、インダクタンスＬ３の出力電圧を低下させる。また、上記の過程において、２つのＰＷＭパルス信号のデューティサイクルを調整することによって、第一スイッチングバルブＱ７の導通時間を調節することができる。第一スイッチングバルブＱ７の導通時間が短いほど、インダクタンスＬ３の出力電圧は低くなり、このようにして、正弦波インテリジェント降圧変換を実現する。さらに、第三スイッチングバルブＱ１２のオン／オフを制御することによって、電解コンデンサＣ１の電気接続状態を制御できる。具体的には、市販電力交流電圧が予定値を超えない場合、市販電力給電電圧は、負荷を満足できるので、降圧処理を必要とせず、電解コンデンサＣ１をオフすることができる。また、市販電力交流電圧が予定値を超えた場合、電解コンデンサＣ１は、オンされて、入力整流ユニット１０が出力した半波直流電流をフィルタリングして、インダクタンスＬ３の後端はさらにスムーズで、安定的なパルス直流電流を出力し、且つそれをインバータユニット６０に印加する。これにより、インバータユニット６０は、安定した信頼性の高い正弦波交流電源電圧を出力する。上記の動作原理に基づき、本発明の降圧変換効果は良好で、出力した電圧は安定且つ確実であり、携帯し易く、電力網への干渉を回避することができる。
【００２６】
本実施形態において、電気素子の型番に関しては、第一スイッチングバルブＱ７、第二スイッチングバルブＱ１０及び第三スイッチングバルブＱ１２は、いずれもＮチャンネルＭОＳトランジスタである。
【００２７】
よりインテリジェントな制御を達成するために、図１〜図３に示すように、本実施形態に係る正弦波インテリジェント降圧変換装置は、ＭＣＵ制御ユニット８０をさらに含む。第一スイッチングバルブＱ７のゲート、第二スイッチングバルブＱ１０のゲート、第三スイッチングバルブＱ１２のゲート及びインバータユニット６０の制御端子は、それぞれＭＣＵ制御ユニット８０に接続されている。ＭＣＵ制御ユニット８０は、第一スイッチングバルブＱ７のゲートと第二スイッチングバルブＱ１０のゲートに２つの逆相のＰＷＭパルス信号を出力し、第三スイッチングバルブＱ１２のオン／オフを制御し、且つインバータユニット６０を制御して反転させる。さらに、ＭＣＵ制御ユニット８０は、シングルチップマイコンＵ１及びその周辺回路を含む。
【００２８】
実際の応用において、旅行用変換プラグについては、より高い市販電力電圧の環境下で使用されて初めて、降圧変換を必要とする。従って、市販電力交流電圧に対してサンプリングして判断する必要がある。市販電力交流電圧をサンプリングすること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をさらに備える。交流サンプリングユニット７０の入力端子は、入力整流ユニット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、市販電力交流電圧の電圧値及び位相をサンプリングし、且つそれらをＭＣＵ制御ユニット８０に伝送する。ＭＣＵ制御ユニット８０は、交流サンプリングユニット７０によって収集された市販電力交流電圧の位相に基づいて、インバータユニット６０を制御して、反転を行わせて、インバータユニット６０を市販電力交流電圧の位相と同じである正弦波交流電流を出力させる。さらに、ＭＣＵ制御ユニット８０は、交流サンプリングユニット７０によって収集された電圧値に従って、市販電力交流電圧が予定値を超えたか否かを判断する。
【００２９】
市販電力交流電圧が予定値を超えた場合、ＭＣＵ制御ユニット８０は、第一スイッチングバルブＱ７のゲート及び第二スイッチングバルブＱ１０のゲートにそれぞれ２つの逆相のＰＷＭパルス信号を入力し、且つ第三スイッチングバルブＱ１２に駆動電圧を印加する。
【００３０】
市販電力交流電圧が予定値を超えていない場合、ＭＣＵ制御ユニット８０は、第一スイッチングバルブＱ７をオンのままに制御し、且つ第三スイッチングバルブＱ１２のゲートの電圧を低下させる。
【００３１】
さらに、ＭＣＵ制御ユニット８０は、市販電力交流電圧が予定値を超えたと判断した時に、交流サンプリングユニット７０が収集した市販電力交流電圧の位相に従って、第三スイッチングバルブＱ１２を市販電力交流電圧のゼロクロス時にオンさせるように制御する。
【００３２】
上記の特性によって、電解コンデンサＣ１は、タイムリーにアクセスすることができ、フィルタリングされた電圧は、よりスムーズで安定している。直流電流が安定しているので、ＭＣＵ制御ユニット８０は、インバータユニット６０を制御する時に、サインテーブルを直接呼び出して、インバータ制御を行なう。この時、インバータユニット６０は、さらに標準的な正弦波交流電流を出力して、本発明の電圧変換効果を改善する。
【００３３】
交流サンプリングユニット７０の具体的な構成について、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とを含む。オペアンプＵ９Ｂの２つの入力端子は、それぞれ電流制限サンプリング抵抗を介して入力整流ユニット１０の火線と零線に接続される。オペアンプＵ９Ｂの出力端子は、ＭＣＵ制御ユニット８０に接続されている。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演算した後に、市販電力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の反転端子に接続されている。コンパレータＵ９Ａの同相端子は、基準電圧にアクセスするために使用される。コンパレータＵ９Ａの出力端子は、ＭＣＵ制御ユニット８０に接続されており、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、市販電力交流電圧の位相を得る。
【００３４】
降圧が不要な状態では、第一スイッチングバルブＱ７はオンのままであり、第三スイッチングバルブＱ１２はオフのままである。交流サンプリングユニット７０は、市販電力交流電圧に対して電圧サンプリングしながら、位相サンプリングを行なう。ＭＣＵ制御ユニット８０は、この位相の変化に応じて、インバータユニット６０の変換頻度に対応して制御して、インバータユニット６０の出力電圧を市販電力交流電圧の位相と同一にすることによって、より高いＰＦ値を達成して、電力網への干渉を低減する。
【００３５】
サンプリングの出力を実現するために、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に接続されている。電圧サンプリングユニット９０は、インダクタンスＬ３の後端から出力する直流電流を収集して、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つ又は複数の直列接続されたサンプリング抵抗により構成される。
【００３６】
過電流保護を実現するために、本実施形態は、電流サンプリングユニット４０をさらに備える。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、インダクタンスＬ３の前端と第一スイッチングバルブＱ７のソースとの間に直列接続されている。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た時に、ＭＣＵ制御ユニット８０は、第一スイッチングバルブＱ７と第二スイッチングバルブＱ１０とをオフさせるように制御する。比較のために、上記の予定値を予めＭＣＵ制御ユニット８０の中に書き込んでも良い。
【００３７】
インバータユニット６０の構成について具体的に説明すると、インバータユニット６０は、第四スイッチングバルブＱ１、第五スイッチングバルブＱ２、第六スイッチングバルブＱ３及び第七スイッチングバルブＱ４により構成されるインバータブリッジを含む。第四スイッチングバルブＱ１のゲート、第五スイッチングバルブＱ２のゲート、第六スイッチングバルブＱ３のゲート及び第七スイッチングバルブＱ４のゲートは、それぞれＭＣＵ制御ユニット８０に接続される。ＭＣＵ制御ユニット８０を介して、第四スイッチングバルブＱ１、第五スイッチングバルブＱ２、第六スイッチングバルブＱ３及び第七スイッチングバルブＱ４のオン／オフを制御して、インバータユニット６０に正弦波交流電流を出力させる。
【００３８】
上記の各ユニットは統合されて、本発明の好ましい実施形態を形成する。図１乃至図３に示すように、本実施形態の全体の動作原理は以下の通りである。
【００３９】
電源電圧は、ＡＣソケット、ヒューズＦ２、雷保護抵抗ＲＶ１、コモンモード抑制インダクタンスＬ１及びＣＸ１フィルタ回路を通過し、Ｄ３により半波ＡＣに整流されて、出力される。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と、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とを介して、インテリジェントフィルタ回路を起動するか否かを判断する。
【００４０】
フィルタ制御ユニットにおいて、Ｃ１とＱ１２は、インテリジェントフィルタ回路を構成し、入力電圧がＡＣ１００〜ＡＣ１１０に等しい時に、インテリジェントフィルタ回路を起動せず、Ｑ１２はオフされる。入力電圧がＡＣ１２０Ｖより大きい時に、制御チップＵ１は電源電圧のゼロクロス時にＰＷＭ３信号を出力して、駆動回路を介して、Ｄ５、Ｒ９２、Ｒ９６を通過して、Ｑ１２のゲートに伝送される。すると、Ｑ１２がオンされて、Ｃ１の負極をＨＧＮＤ１に接続させ、電解コンデンサは作動を開始して、Ｄ３により整流された後の半波交流電流を直流電流にフィルタリングする。
【００４１】
降圧の重要な部分において、高周波変調回路は、Ｑ７とＱ１０により構成される。電源電圧がＡＣ１００〜ＡＣ１１０に等しい時に、インテリジェントフィルタ回路は始動せず、制御チップＵ１はＰＷＭ１制御信号をハイレベルに保ち、ＰＷＭ１制御信号は駆動回路Ｄ４、Ｒ８、Ｒ２２を通過して、Ｑ７のゲートに伝送され、Ｑ７は絶え間なくオンされる。また、電源電圧がＡＣ１２０Ｖより大きい時に、インテリジェントフィルタ回路は始動し、制御チップＵ１は、Ｑ７のゲートとＱ１０のゲートにそれぞれ高周波制御信号ＰＷＭ１及びＰＷＭ２を出力する。ＰＷＭ１とＰＷＭ２は、制御チップＵ１の内部の正弦に従って、各々のデューティサイクルを調節する。これによって、変調された後の電圧と電流は、正弦波の変化に応じて変化し、Ｑ７とＱ１０は、Ｃ１によってフィルタリングされた直流電流を、高周波モードで正弦波の変化に従って変化するパルス電圧に変調させ、Ｑ７とＱ１０の通電位相は１８０度反転する。次に、具体的な降圧原理を説明する。Ｑ７がオンされる時に、Ｃ１での直流高圧はパルスレベル電圧になり、当該パルスレベル電圧はフィルタ回路のインダクタンスＬ３を通過する。即ち、本発明は、インダクタンスＬ３を利用して、高周波電圧が形成したハイインピーダンスに対して降圧して、高電圧を低電圧に変換する目的を達成する。
【００４２】
本実施形態において、高周波フィルタ回路は、Ｌ３からなり、Ｑ７とＱ１０は、Ｃ１によってフィルタリングされた直流電流を、高周波モードで正弦波の変化に従って変化するパルス電圧に変調させ、前記パルス電圧は、Ｌ３によってフィルタリングされて交流半波電圧になる。Ｑ７が電力周波数モードで作動している場合、フィルタ回路は、作動せず、スルー状態になる。Ｌ３によってフィルタリングされた後の電圧は、Ｒ１３とＲ１５からなる電圧サンプリング回路を介して制御チップＵ１まで伝送される。制御チップＵ１は、Ｑ７とＱ１０とのＰＷＭのデューティサイクルを確定する。即ち、高周波変調回路、電流サンプリング、フィルタ回路及び電圧サンプリング回路は、クローズドループを形成し、Ｑ７とＱ１０とのデューティサイクルを調整して、フィルタリングされた後の出力電圧の安定性を確保する。
【００４３】
幾つかの拡張機能として、過電流保護回路では、ＣＳ１、ＢＤ２、Ｒ９１及びＲ９３からなる電流サンプリング回路は、リアルタイムにサンプリングして、回路の過電流損傷を防ぐ。
【００４４】
インバータ回路は、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４により構成され、インダクタンスＬ３を流れた１番目の出力半波交流電流は、Ｑ１とＱ４を経由して負荷に伝送され、インダクタンスＬ３を流れた２番目の出力半波交流電流は、Ｑ２とＱ３を経由して負荷に伝送されることによって、負荷において完全な電源周波数ＡＣが形成される。
【００４５】
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、Ｑ４のゲートに対して、ＰＷＭ１Ｈ、ＰＷＭ２Ｈ、ＰＷＭ１Ｌ及びＰＷＭ２Ｌをそれぞれ伝送する。インバータ回路での位相は、２つの状況に分類される。入力電圧が１２０Ｖの電源電圧より高い場合、インバータ回路は、制御チップＵ１により設定された周波数に従って作動する。入力電圧がＡＣ１００〜ＡＣ１１０に等しい場合、サンプリング回路が収集した位相に従ってインバータ回路をロックする。即ち、インバータ回路の周波数及び位相は、入力電圧の周波数及び位相と一致する。
【００４６】
本発明が開示する正弦波インテリジェント降圧変換装置は、小型、軽量、持ち運びが簡単である等の利点を有し、全電圧範囲内で出力電圧を自動的に調節できる。前記出力電圧が純粋な正弦波モードで出力されるので、交流電流を自動的に整流する機能を有する。これと同時に、本発明は、電圧と電流サンプリング回路を含み、サージ電圧や電流を防止することができる。また、本発明は、様々な負荷に適した純粋な正弦波電圧を出力できるため、負荷の互換性が高い。
【００４７】
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、その趣旨を逸脱しない範囲において、様々な変更又は改良が可能であることは言うまでもない。この変更又は改良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】
【００４８】
１０  入力整流ユニット
２０  フィルタ制御ユニット
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  インバータユニット
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】
0006752437.tif 000002
【図２】
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【図３】
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