(57)【要約】分離式交流／直流変換装置及びその変換方法を提供する。装置により交流電源１００の電気エネルギーが変換された後に負荷２００に提供され、且つ整流回路１０と、アクティブパワー補正回路２０と、分離式変圧器３０と、オートチャージポンプ回路４０とを備える。整流回路１０は交流電源１００に接続され、交流電源１００の電気エネルギーを受電した後、直流の電気エネルギーに変換して出力する。アクティブパワー補正回路２０は整流回路１０の出力端に接続され、整流回路１０から出力される電気エネルギーを受電すると共に力率を高めた後に出力する。分離式変圧器３０のプライマリーサイドはアクティブパワー補正回路２０に接続される。オートチャージポンプ回路４０の一側は分離変圧器３０のセカンダリサイドに電気的に接続され、他側は負荷２００に接続される。電源変換時の力率が高まり、同時に即応性及び低いリップルの出力電圧を実現する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の電気エネルギーが変換された後に負荷に提供される分離式交流／直流変換装置であって、
入力側は前記交流電源に接続され、前記交流電源の電気エネルギーを受電した後、直流の電気エネルギーに変換すると共に出力側から出力し、且つ、前記出力側は正極端子及び負極端子を有する整流回路と、
前記整流回路の出力端に接続され、前記整流回路から出力される電気エネルギーを受電すると共に力率を高めた後に出力するアクティブパワー補正回路と、
プライマリーサイド及びセカンダリサイドを有し、且つ前記プライマリーサイド及び前記セカンダリサイドは第一端及び第二端をそれぞれ有する分離式変圧器と、
その一側が前記分離式変圧器に電気的に接続され、他側が前記負荷に電気的に接続されるオートチャージポンプ回路と、を備え、
前記アクティブパワー補正回路は、
負極が前記正極端子に接続される第一ダイオードと、
その一端が前記第一ダイオードの正極に接続される第一キャパシタと、
その一端が前記第一キャパシタの他端に接続され、他端が前記負極端子に接続される電子スイッチと、
その一端が前記第一ダイオードの負極及び前記正極端子の接続箇所に接続され、他端が前記第一キャパシタ及び前記電子スイッチの接続箇所に接続される第一インダクタと、
その正極が前記電子スイッチ及び前記負極端子の接続箇所に接続される第二ダイオードと、を更に備え、
前記オートチャージポンプ回路は、
その正極が前記分離式変圧器のセカンダリサイドの第二端に接続され、負極が前記分離式変圧器のセカンダリサイドの第一端に電気的に接続される第三ダイオードと、
その一端が前記第三ダイオードの負極に接続される第二キャパシタと、
その一端が前記第一キャパシタの他端に接続され、他端が前記第三ダイオードの負極及び前記第二キャパシタの接続箇所に電気的に接続される第二インダクタと、
前記負荷に並列され、且つその一端が前記第二キャパシタ及び前記第二インダクタの接続箇所に接続され、他端が前記第三ダイオードの正極及び前記分離式変圧器のセカンダリサイドの第二端の接続箇所に接続される第三キャパシタと、を更に含み、
前記分離式変圧器は、前記プライマリーサイドの第一端が前記第一ダイオード及び前記第一キャパシタの接続箇所に接続され、前記プライマリーサイドの第二端が前記第二ダイオードの負極に接続されることを特徴とする分離式交流／直流変換装置。
【請求項２】
前記オートチャージポンプ回路は、その一端が前記第三ダイオードの負極及び前記第二キャパシタの接続箇所に接続され、他端が前記第三インダクタに接続される第四ダイオードを更に備え、
前記第三インダクタは前記第四ダイオードを介して前記第三ダイオードの負極及び前記第二キャパシタの接続箇所に電気的に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の分離式交流／直流変換装置。
【請求項３】
前記第四ダイオードの正極は前記第三ダイオードの負極及び前記第二キャパシタの接続箇所に接続され、負極は前記第三インダクタに接続されることを特徴とする、請求項２に記載の分離式交流／直流変換装置。
【請求項４】
前記オートチャージポンプ回路は、その一端が前記分離変圧器のセカンダリサイドの第一端に接続され、他端が前記第三ダイオードの負極及び前記第二キャパシタの接続箇所に接続される第五ダイオードを更に備え、
前記第三ダイオードの負極及び前記第二キャパシタは前記第五ダイオードを介して前記分離変圧器のセカンダリサイドの第一端に電気的に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の分離式交流／直流変換装置。
【請求項５】
前記第五ダイオードの正極は前記分離変圧器のセカンダリサイドの第一端に接続され、負極は前記第三ダイオードの負極及び前記第二キャパシタの接続箇所に接続されることを特徴とする、請求項４に記載の分離式交流／直流変換装置。
【請求項６】
前記電子スイッチが導通されることで、前記整流回路から出力される直流電源により前記第一インダクタに対して充電が行われ、且つ前記第一キャパシタの蓄電により前記分離式変圧器のプライマリーサイドに対する充電が行われ、前記第二キャパシタ及び前記第二インダクタの蓄電により前記第三キャパシタに対する充電が行われ、前記第三キャパシタにより前記負荷に対する放電が行われる工程Ａと、
前記電子スイッチが切断されることで前記整流回路から出力される直流電源が遮断され、前記第一インダクタの蓄電により前記第一キャパシタに対する充電が行われ、且つ前記分離式変圧器の蓄電によりセカンダリサイドから前記第二インダクタ、前記第二キャパシタ及び前記第三キャパシタに対する充電が行われ、前記第三キャパシタが前記負荷に持続的に放電を行う工程Ｂと、
前記第三ダイオードが導通されることで、前記第二キャパシタ及び前記第二インダクタにより前記第三キャパシタに対する充電が行われ、前記第三キャパシタが前記負荷に持続的に放電を行う工程Ｃとを含むことを特徴とする、請求項１記載の分離式交流／直流変換装置の電源変換方法。
【請求項７】
工程Ｃの後には、工程Ａ乃至工程Ｃが重複して実行される工程を更に含むことを特徴とする、請求項６に記載の分離式交流／直流変換装置の電源変換方法。
【請求項８】
工程Ｂの後には、前記第一インダクタの放電が停止されて、前記第一ダイオードが停止されることを特徴とする、請求項６に記載の分離式交流／直流変換装置の電源変換方法。
【請求項９】
工程Ｂ中では、前記分離式変圧器は前記第二キャパシタ及び前記第二インダクタにより形成される共振回路であり、蓄電が前記第三キャパシタに導電されることを特徴とする、請求項６に記載の分離式交流／直流変換装置の電源変換方法。
【請求項１０】
工程Ｂ中では、前記第二キャパシタ及び前記第二インダクタにより共振回路が形成された後、前記第二インダクタの交差電圧が前記第三キャパシタの交差電圧より大きい場合、前記第三ダイオードが導通されて、工程Ｃに進むことを特徴とする、請求項９に記載の分離式交流／直流変換装置の電源変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源変換に関し、より詳しくは、分離式交流／直流変換装置及びその変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分離式電気エネルギー伝送システムの一般的な接触型電気エネルギー伝送システムとの最も大きな違いは、分離式電気エネルギー伝送システムは電線を経由せずに直接エネルギーを伝送できる点であり、分離式変圧器を利用した電磁カップリングによりエネルギーがプライマリーサイドからセカンダリサイドの回路に伝送される。しかしながら、分離式変圧器自体のカップリング不良の要因により、電力変換効率が低下する。このため、従来の分離式電気エネルギー伝送システムでは、共振式インピーダンス整合方式を利用して電源の変換効率を高めている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、インピーダンス整合回路方式を利用して実現された回路は、分離式変圧器の結合係数パラメータの影響を受けやすく、予期した効果を達成できず、電源変換効率が低下した。
このほか、分離式電気エネルギー伝送システムを使用した従来の交流／直流変換装置は動作時に、交流電源の入力電圧及び入力電流が度々位相が異なる状況におかれ、力率が低くなり、且つ電流の全高調波歪が深刻になった。このほか、内部の整流回路から出力される直流電源の電圧が前記出力キャパシタンスの電圧より高くならなければ、出力端のキャパシタンスに対して充電が行えなかった。このため、前記キャパシタンスの充電時間が短縮され、電流が導通するピーク値が連れられて増大し、入力電流の波形歪が発生し、力率が低下することに加え、最後に負荷に出力される直流電源に厳重な歪が発生した。
【０００４】
以上を鑑み、本発明は、分離式交流／直流変換装置を提供することを主目的とし、高力率であるという長所を有することに加え、同時に即応性及び低いリップルの出力電圧という効果を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的及び技術的問題の解決のために、以下の技術方法を採用する。上述の目的を達成させるために、本発明が提供する分離式交流／直流変換装置は、交流電源の電気エネルギーが変換された後に負荷に提供され、且つ整流回路と、アクティブパワー補正回路と、分離式変圧器と、オートチャージポンプ(auto charge pump)回路とを備える。前記整流回路の入力側は前記交流電源に接続され、前記交流電源の電気エネルギーを受電した後、直流の電気エネルギーに変換すると共にその出力側から出力する。また、前記出力側は正極端子及び負極端子を有する。前記アクティブパワー補正回路は前記整流回路の出力端に接続され、前記整流回路から出力される電気エネルギーを受電すると共に力率を高めた後に出力し、且つ負極が前記正極端子に接続される第一ダイオードを備える。第一キャパシタは、その一端が前記第一ダイオードの正極に接続される。電子スイッチは、その一端が前記第一キャパシタの他端に接続され、前記電子スイッチの他端は前記負極端子に接続される。第一インダクタは、その一端が前記第一ダイオードの負極及び前記正極端子の接続箇所に接続され、前記第一インダクタの他端は前記第一キャパシタ及び前記電子スイッチの接続箇所に接続される。第二ダイオードは、その正極が前記電子スイッチ及び前記負極端子の接続箇所に接続される。前記分離式変圧器はプライマリーサイド及びセカンダリサイドを有し、且つ前記プライマリーサイド及び前記セカンダリサイドは第一端及び第二端をそれぞれ有する。前記プライマリーサイドの第一端は前記第一ダイオード及び前記第一キャパシタの接続箇所に接続され、前記プライマリーサイドの第二端は前記第二ダイオードの負極に接続される。前記オートチャージポンプ回路の一側は前記分離式変圧器に電気的に接続され、他側は前記負荷に電気的に接続される。前記オートチャージポンプ回路は、その正極が前記分離変圧器のセカンダリサイドの第二端に接続され、負極が前記分離変圧器のセカンダリサイドの第一端に電気的に接続される第三ダイオードを含む。第二キャパシタは、その一端が前記第三ダイオードの負極に接続される。第二インダクタは、その一端が前記第一キャパシタの他端に接続され、他端が前記第三ダイオードの負極及び前記第二キャパシタの接続箇所に電気的に接続される。第三キャパシタは前記負荷に並列され、且つ一端が前記第二キャパシタ及び前記第二インダクタの接続箇所に接続され、他端が前記第三ダイオードの正極及び前記分離変圧器のセカンダリサイドの第二端の接続箇所に接続される。
【０００６】
本発明の目的の達成及び技術的問題の解決のために、以下の技術的措置を更に採用する。
前述の分離式交流／直流変換装置の前記オートチャージポンプ回路は、その一端が前記第三ダイオードの負極及び前記第二キャパシタの接続箇所に接続され、他端が前記第三インダクタに接続される第四ダイオードを更に備え、前記第三インダクタは前記第四ダイオードを介して前記第三ダイオードの負極及び前記第二キャパシタの接続箇所に電気的に接続される。
【０００７】
前述の分離式交流／直流変換装置において、前記第四ダイオードの正極は前記第三ダイオードの負極及び前記第二キャパシタの接続箇所に接続され、負極は前記第三インダクタに接続される。
前述の分離式交流／直流変換装置において、前記オートチャージポンプ回路は、その一端が前記分離変圧器のセカンダリサイドの第一端に接続され、他端が前記第三ダイオードの負極及び前記第二キャパシタの接続箇所に接続される第五ダイオードを更に備え、前記第三ダイオードの負極及び前記第二キャパシタは前記第五ダイオードを介して前記分離変圧器のセカンダリサイドの第一端に電気的に接続される。
前述の分離式交流／直流変換装置において、前記第五ダイオードの正極は前記分離変圧器のセカンダリサイドの第一端に接続され、負極は前記第三ダイオードの負極及び前記第二キャパシタの接続箇所に接続される。
【０００８】
本発明の目的の達成及び技術的問題の解決のために、以下の技術方法を更に採用する。上述の構想に基づいて、前記分離式交流／直流変換装置の電源変換方法は、
前記電子スイッチが導通されることで、前記整流回路から出力される直流電源により前記第一インダクタに対して充電が行われ、且つ前記第一キャパシタの蓄電により前記分離式変圧器のプライマリーサイドに対する充電が行われ、前記第二キャパシタ及び前記第二インダクタの蓄電により前記第三キャパシタに対する充電が行われ、前記第三キャパシタにより前記負荷に対する放電が行われる工程Ａと、前記電子スイッチが切断されることで前記整流回路から出力される直流電源が遮断され、前記第一インダクタの蓄電により前記第一キャパシタに対する充電が行われ、且つ前記分離式変圧器の蓄電によりセカンダリサイドから前記第二インダクタ、前記第二キャパシタ及び前記第三キャパシタに対する充電が行われ、前記第三キャパシタが前記負荷に持続的に放電を行う工程Ｂと、前記第三ダイオードが導通されることで、前記第二キャパシタ及び前記第二インダクタにより前記第三キャパシタに対する充電が行われ、前記第三キャパシタが前記負荷に持続的に放電を行う工程Ｃとを含む。
【０００９】
本発明の目的の達成及び技術的問題の解決のために、以下の技術的措置を更に採用する。前述の電源変換方法は、工程Ｃの後には、工程Ａ乃至工程Ｃが重複して実行される１つの工程を更に含む。
前述の電源変換方法は、工程Ｂの後には、前記第一インダクタの放電が停止されて、前記第一ダイオードが停止される。
【００１０】
前述の電源変換方法は、工程Ｂ中では、前記分離式変圧器は前記第二キャパシタ及び前記第二インダクタにより形成される共振回路であり、蓄電が前記第三キャパシタに導電される。
【００１１】
前述の電源変換方法は、工程Ｂ中では、前記第二キャパシタ及び前記第二インダクタにより共振回路が形成された後、前記第二インダクタの交差電圧が前記第三キャパシタの交差電圧より大きい場合、前記第三ダイオードが導通されて、工程Ｃに進む。
【発明の効果】
【００１２】
これにより、本発明分離式交流／直流変換装置及びその変換方法は、以下の長所を少なくとも有する。上述の設計により、電源変換時に力率が高まり、同時に即応性及び低いリップルの出力電圧という長所を更に有する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の好ましい実施形態の分離式交流／直流変換装置及を示す回路図である。
【図２】各工程を示す等価回路である。
【図３】各工程を示す等価回路である。
【図４】各工程を示す等価回路である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
上述の説明は本発明の技術方法の概略である。本発明の技術手段をより明快に理解し、明細書の内容に従って実施できるようにするため、また、本発明の上述及び他の目的、特徴及び長所をより明確に理解できるようにするため、以下に好ましい実施形態を例示し、且つ図を組み合わせて、詳細に説明する。
【００１５】
本発明をより明解に説明するため、好ましい実施形態を例示し、図を組み合わせて詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の好ましい実施形態に係る分離式交流／直流変換装置は、交流電源１００の電気エネルギーが変換された後に負荷２００に提供され、且つ整流回路１０と、アクティブパワー補正回路２０と、分離式変圧器３０と、オートチャージポンプ(auto charge pump)回路４０とを備える。前記整流回路１０は、本実施形態ではブリッジ整流器であり、且つ入力側は前記交流電源１００に接続され、前記交流電源１００の電気エネルギーが受電された後、直流の電気エネルギーに変換されると共に出力側から出力される。また、前記出力側は給電の極性に基づいて正極端子１２及び負極端子１４に区分される。
【００１６】
前記アクティブパワー補正回路２０は前記整流回路１０の出力端に接続され、前記整流回路１０から出力される電気エネルギーが受電されると共に力率が高められた後に出力され、且つ２つのダイオード（第一ダイオードＤ１及び第二ダイオードＤ２）と、１つのキャパシタ（第一キャパシタＣ１）と、１つのインダクタ（第一インダクタＬ１）と、１つの電子スイッチＳＷとを備える。前述の部材の接続関係は以下の通りである。
第一ダイオードＤ１の負極は前記正極端子１２に接続される。
前記第一キャパシタＣ１の一端は前記第一ダイオードＤ１の正極に接続される。
前記電子スイッチＳＷの一端は前記第一キャパシタＣ１の他端に接続され、他端は前記負極端子１４に接続される。
前記第一インダクタＬ１の一端は前記第一ダイオードＤ１の負極及び前記正極端子１２の接続箇所に接続され、前記第一インダクタＬ１の他端は前記第一キャパシタＣ１及び前記電子スイッチＳＷの接続箇所に接続される。
前記第二ダイオードＤ２の正極は前記電子スイッチＳＷ及び前記負極端子１４の接続箇所に接続される。
【００１７】
前記分離式変圧器３０はプライマリーサイド３１及びセカンダリサイド３２を有する。前記プライマリーサイド３１及びセカンダリサイド３２は第一端３１１、３２１及び第二端３１２、３２２をそれぞれ有する。前記第一端３１１は前記第一ダイオードＤ１及び前記第一キャパシタＣ１の接続箇所に接続され、前記第二端３１２は前記第二ダイオードＤ２の負極に接続される。
【００１８】
前記オートチャージポンプ回路４０は分離式変圧器のセカンダリサイド３２に接続され、且つ３つのダイオード（第三ダイオードＤ３、第四ダイオードＤ４及び第五ダイオードＤ５）と、２つのキャパシタ（第二キャパシタＣ２及び第三キャパシタＣ３）と、１つのインダクタ（第二インダクタＬ２）とを備える。前述の部材の接続関係は以下の通りである。
前記第五ダイオードＤ５の正極は前記第一端３２１に接続される。
前記第三ダイオードＤ３の正極は前記第二端３２２に接続され、負極は前記第五ダイオードＤ２の負極に接続され、前記第五ダイオードＤ５を介して前記第一端３２１に電気的に接続される。
【００１９】
前記第二キャパシタＣ２の一端は前記第三ダイオードＤ３の負極及び前記第五ダイオードＤ５の負極の接続箇所に接続される。
前記第四ダイオードＤ４の正極は前記第三ダイオードＤ３の負極、前記第五ダイオードＤ５の負極及び前記第二キャパシタＣ２の接続箇所に接続される。
【００２０】
前記第二インダクタＬ２の一端は前記第一キャパシタＣ１の他端に接続され、他端は前記第四ダイオードＤ４の負極に接続され、前記第四ダイオードＤ４を介して前記第三ダイオードＤ３の負極、前記第五ダイオードＤ５の負極及び前記第二キャパシタＣ２の接続箇所に電気的に接続される。
【００２１】
前記第三キャパシタＣ３は前記負荷２００に並列され、且つ一端は前記第二キャパシタＣ２及び前記第二インダクタＬ２の接続箇所に接続され、他端は前記第三ダイオードＤ３の正極及び前記第二端３２２の接続箇所に接続される。
【００２２】
本実施形態において、前述のキャパシタＣ１〜Ｃ２、前述のインダクタＬ１〜Ｌ２、入力電圧、出力電圧、前記電子スイッチＳＷのスイッチング周波数、及び前記負荷２００の規格は以下の表に示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
これにより、上述の構造設計及び規格により、下述の電源変換方法を利用して、電源変換効率を向上させる目的を達成させる。前記方法は、以下の工程を含む。
工程Ａ：図２に示すように、前記電子スイッチＳＷが導通され、前記整流回路１０から出力される直流電源により前記第一インダクタＬ１に対する充電が行われ、且つ前記第一キャパシタＣ１の蓄電により前記分離式変圧器３０のプライマリーサイド３１に対する充電が行われ、前記第二キャパシタＣ２及び前記第二インダクタＬ２の蓄電により前記第三キャパシタＣ２に対する充電が行われ、前記第三キャパシタＣ３により前記負荷２００に対して放電が行われる。
工程Ｂ：図３に示すように、前記電子スイッチＳＷが切断されることで前記整流回路１０から出力される直流電源が遮断され、前記第一インダクタＬ１の蓄電により前記第一キャパシタＣ１に対する充電が行われ、且つ前記分離式変圧器３０の蓄電によりセカンダリサイド３２から前記第二インダクタＬ２及び前記第二キャパシタＣ２に対する充電が行われ、前記第二キャパシタＣ２及び前記第二インダクタＬ２により形成される共振回路は、蓄電が前記第三キャパシタＣ３に導電され、前記第三キャパシタＣ３は前記負荷により持続的に放電を行う。
工程Ｃ：図４に示すように、前記第一インダクタＬ１の放電が停止されることで、前記第一ダイオードＤ１が停止され、且つ前記第二インダクタＬ２の交差電圧が前記第三キャパシタＣ３の交差電圧より大きい場合、前記第三ダイオードＤ３が導通され、前記第二キャパシタＣ２及び前記第二インダクタＬ２により前記第三キャパシタＣ３に対する充電が行われ、前記第三キャパシタＣ３が前記負荷２００により持続的に放電を行う。
【００２５】
このほかに、毎回工程Ａ乃至工程Ｃを１回実行した後、１回の周期的動作が完成する。このため、前記分離式交流／直流変換装置が動作を持続させる状況では、工程Ｃの後に、継続して工程Ａ乃至工程Ｃが重複して実行され、前記分離式交流／直流変換装置が動作を停止させるまで続く。
【００２６】
これにより、上述の前記オートチャージポンプ回路４０の設計により、毎回の動作周期中に、前記第三ダイオードＤ３の導通前後に回路構造全体が改変され、即応性及び低いリップルの出力電圧の目的を達成させ、同時に前記電子スイッチＳＷの切り換えにより力率を高める目的を達成させる。
【００２７】
また、前記第四ダイオードＤ４及び前記第五ダイオードＤ５の設計により、回路が発生させる回流が前記分離式変圧器３０及び前記オートチャージポンプ回路４０の動作に影響を与えないように有効的に防止させ、回路全体がより安定し、これにより前記分離式交流／直流変換装置のエネルギー変換を向上させて、リップルを抑制させる効果を達成させる。当然ながら、実際の実施では、前記第四ダイオードＤ４及び前記第五ダイオードＤ５を使用しなくても電源の変換効率を高め、リップルを抑制させる目的を達成できる。
【００２８】
さらに、以上は本発明の好ましい実施可能な実施形態にすぎず、また、電気的特性及び回路の動作原理が同じ状況においては、前述の各回路の部材の設置位置及び数量、及び本発明の明細書及び特許請求の保護範囲と同じ効果を有する回路の変更も、本発明の特許範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２９】
１０：整流回路
１２： 正極端子
１４：負極端子
２０：アクティブパワー補正回路
３０：分離式変圧器
３１：プライマリーサイド
３１１：第一端
３１２：第二端
３２：セカンダリサイド
３２１：第一端
３２２：第二端
４０：オートチャージポンプ回路
１００：交流電源
２００：負荷
ＳＷ：電子スイッチ
Ｃ１〜Ｃ３：キャパシタ
Ｌ１〜Ｌ２：インダクタ
Ｄ１〜Ｄ５：ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2016537947.tif 000008
2016537947.tif 000009
2016537947.tif 000010
2016537947.tif 000011