通用电压转换器和感应式电力耦合的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于把输入电压（V10）转换到输出电压（V20）的电压转换器（100），其包括：用于从电力供给装置（112）接收输入电压（V10）的输入电路（102），其中所述输入电路包括斩波装置（100），所述斩波装置（110）用于在斩波频率下把从输入电压（V10）导出的电压（V12）斩波到一个斩波电压（V14）；用于把斩波电压（V14）变换到斩波AC电压（V16）的感应式变压器单元（106）；以及输出电路（104），其用于把感应式变压器单元（106）的斩波AC电压（V16）转换到其频率低于斩波频率的输出电压（V20）。
【专利说明】通用电压转换器和感应式电力耦合
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于把输入电压转换到输出电压的电压转换器以及用于感应式电力输送的感应式电力耦合。
【背景技术】
[0002]在现有技术中有许多50/60HZ线路变压器和操作在kHz范围的开关模式变压器。但是由于感应式耦合的物理性质，操作在50/60HZ的AC线路频率下的传统变压器必然要比操作在更高频率下的那些变压器更大。开关模式变压器操作在kHz范围的更高频率下，并且在具有较小外形尺寸的情况下提供相同的功率输出。传统的电压变压器都无法利用简单的控制电路来提供AC和DC线路操作兼容性。因此需要具有小尺寸并且兼容不同输入电压的改进的变压器。
[0003]此外，已知许多电力耦合在插头或电力耦合的配对部件之间具有直接金属接触。但是对于这样的耦合设置存在许多问题。在严苛环境中很难实现能够在耦合构件之间传送可靠的高电量的鲁棒电力连接。水、盐、油或其他污染物会为暴露接触类型的耦合带来严重的接触问题。在这样的情况下，水密密封常常难以实现或者甚至不可能实现。此外，由于存在污染、漏电或短路风险，液体环境将妨碍所述耦合打开或关闭。
[0004]已经开发出感应式耦合系统以便把电力从一个耦合构件输送到另一个耦合构件而无需耦合构件之间的直接金属接触。但是这些系统存在许多缺点和安全性问题，因而未被广泛接受。
[0005]提出一种感应式电力耦合设置以克服现有技术系统的缺陷和危险。
[0006]美国专利5，909，100公开了一种具有可以在需要清洁时被暴露出的多磁体阵列和连接器的感应式耦合设置。
【发明内容】
[0007]本发明的一个目的是以低技术努力提供一种电压转换器，其具有小尺寸、更高的效率并且与AC和DC线路操作以及不同频率兼容。
[0008]本发明的另一个目的是提供一种鲁棒的感应式电力耦合，其不再要求连接到电源的感应式耦合构件持续带电。
[0009]本发明的另一个目的是提供一种鲁棒的感应式电力耦合，其大大减少了感应式耦合周围的杂散电磁场。
[0010]本发明的另一个目的是提供一种鲁棒的感应式电力耦合，其允许在潮湿或严苛环境中实现安全的电力传输。
[0011]根据第一方面，本发明提供一种用于把输入电压转换到输出电压的电压转换器，其包括:用于从电力供给装置接收输入电压的输入电路，其中所述输入电路包括斩波装置，所述斩波装置用于在斩波频率下把从输入电压导出的电压斩波到一个斩波电压；用于把斩波电压变换到斩波AC电压的感应式变压器单元；以及输出电路，其用于把感应式变压器单元的斩波AC电压转换到其频率低于斩波频率的输出电压。
[0012]这样的电压转换器提供了高效率和小尺寸，这是因为由感应式变压器变换的电压在高频率下被斩波。此外，由于斩波装置把任何单极电压变换到由感应式变压器单元变换的斩波单极电压，因此任何波形(特别是DC和AC电压)都可以被所述电压转换器转换。因此，所述电压转换器利用简单的技术措施提供了 AC和DC线路操作兼容性。
[0013]在本发明的第二方面提出一种用于感应式电力输送的感应式电力I禹合，其包括:可以经由初级导线集合连接到电力供给装置的第一耦合构件；可以耦合到第一耦合构件以进行感应式电力输送的第二耦合构件，其中第一和第二耦合构件都包括:
用于感应式电力输送的感应线圈集合；
用于把第一耦合构件与第二耦合构件耦合在一起的对应的耦合构件中的永磁体； 围绕对应的耦合构件的密封容器，并且
其中，第一耦合构件还包括连接到第一耦合构件内部的电力供给导线的自动电力开关，其中所述电力开关在第一耦合构件耦合到第二耦合构件时被激活，以便为第一耦合构件(12 )提供电力以用于感应式电力输送，并且在第二耦合构件未耦合到第一耦合构件时被停用，以便从第一耦合构件去除电力。
[0014]这种设置所提供的优点在于，除非需要使其通电，否则第一耦合构件中的线圈不被通电。此外还消除了来自线圈的杂散电磁场。
[0015]根据所述电压转换器的第一实施例，所述输入电路包括整流器单元，其用于对输入电压进行整流并且提供单极电压以作为去到斩波装置的电压。这样就在提供与AC和DC兼容的输入电路方面给出了一种简单的可能性。
[0016]根据所述电压转换器的另一个实施例，所述感应式变压器单元包括处在连接到输入电路的初级侧和/或处在连接到输出电路的次级侧的谐振电容器。这样就提供了一种简单的解决方案以避免感应式变压器单元中的DC电流。
[0017]根据所述电压转换器的另一个实施例，所述输出电路包括第二整流器单元，其用于把具有不断改变的极性的斩波AC电压转换到具有由第一整流器提供的第一单极电压的波形的第二单极电压。这样就提供了一种简单的可能性以把具有不断改变的极性的斩波AC电压变换到具有与第一单极电压相同的波形的经过整流的单极电压。
[0018]根据所述电压转换器的另一个实施例，所述输出电路包括低通滤波器，其用于把斩波AC电压转换到具有由第一整流器提供的第一单极电压的波形的第二单极电压。这样就在提供与第一整流器所提供的单极电压具有相同波形的单极电压方面给出了一种替换解决方案。
[0019]根据所述电压转换器的另一个实施例，所述输出电路包括逆变器，其用于把第二单极电压逆变到具有不断改变的极性的AC输出电压。因此，能够以低技术努力把单极电压变换到具有不断改变的极性的AC输出电压。
[0020]根据另一个实施例，所述逆变器包括H桥转换器，所述H桥转换器包括用于检测第二单极电压的最小值以便重建输入电压的波形的检测装置。由于所述最小值检测，即使没有去到感应式变压器的输入侧的连通可用，所述H桥转换器也可以切换输入信号的极性以便重建输入波形的波形。
[0021]根据所述电压转换器的另一个实施例，所述整流器单元和斩波装置构成输入电路，并且其中所述转换器包括连接到输入电路的H桥变压器以便重建输入电压的波形。因此，所述H桥以低技术努力切换输入信号的极性以便精确地重建输入电压的波形。
[0022]根据所述电压转换器的另一个实施例，由所述感应式变压器单元提供的斩波AC电压的包络具有与输入电压相同的波形。这样就允许从感应式变压器单元的输入侧到输出侧载送频率信息。
[0023]根据所述电压转换器的另一个方面，所述感应式变压器单元包括通过感应方式耦合到感应式输出元件的感应式输入元件，其中所述感应元件具有不同的绕组比以便提供步升或步降转换器。
[0024]根据本发明的另一个实施例，所述感应式变压器单元由根据本发明的第二方面的感应式电力耦合形成。
[0025]在所述感应式电力耦合的一个实施例中，所述自动电力开关可以是Hall效应开关，其对第二耦合构件的存在做出响应，特别是对第二耦合构件中的永磁体的存在做出响应。Hall效应开关小而可靠，并且允许关断去到第一耦合构件的高电压电力，从而节省了功率、减小了触电的几率并且消除了杂散电磁场。
[0026]在所述感应式电力耦合的一个实施例中，用于第一和第二耦合构件的密封容器可以是水密、防油和/或防腐蚀的。因此，所述耦合几乎可以被使用在任何环境中。
[0027]在所述感应式电力稱合的另一个实施例中，第一和第二稱合构件可以包括协同动作的机械耦合机制，以便加强第一和第二耦合构件之间的附接。因此，所述磁体不需要过强，并且不需要对第一和第二耦合构件进行特殊操纵以将其分开。
[0028]在所述感应式电力耦合的一个后继实施例中，第一和第二耦合构件可以分别包括围绕线圈并且处在密封容器内部的电磁场屏蔽。所述电磁场屏蔽减少了高频电磁场到周围环境的泄漏。
[0029]在所述感应式电力稱合的另一个实施例中，第一稱合构件包括用于把标称功率水平转换成更高频率功率以用于去到第二耦合构件14的感应式输送的第一信号整形电路，并且第二耦合构件包括用于把通过感应方式接收到的更高频率功率转换成标称功率水平的第二信号整形电路。这种设置提供了比起在标称功率水平下所可能的更加高效的感应式电力输送的优点。
[0030]在所述感应式电力耦合的另一个实施例中，第一耦合构件还可以包括与电力开关连通的线路电流测量装置以及与电力开关连通的定时装置，其中当自动电力开关检测到第二耦合构件耦合到第一耦合构件时，如果线路电流超出预定极限，则对于一个预定时间间隔停止施加到第一耦合构件的线圈的线路电压。所述线路电压最初被施加，但是针对超出设计参数的状况被严密监测。这种设置应对了以下可能性:自动电力开关例如可能会被杂散外部磁场误导成感测到第二耦合构件耦合到第一耦合构件，或者连接到第二耦合构件的负载超出额定负载。
[0031]在所述感应式电力耦合的一个附加实施例中，在一个预定等待时段的末尾再次施加线路电压。这样就提供了可以在所述等待时段中把第二耦合构件耦合到第一耦合构件的可能性。所述等待时段可以被用来定期检查耦合的状态，例如其是否被耦合，而不可被用来滤除例如瞬时关停之类的不规则行为。服从前面描述的关于线路电流的预定极限和预定时间极限，可以再次施加线路电压。[0032]在所述感应式电力耦合的另一个实施例中，所述自动电力开关还可以经由低电压或接地导线与源头处的电力供给装置处的第二电力开关连通，其中第二自动电力开关被设置成在第二耦合构件未耦合到第一耦合构件时或者在第二开关未与第一开关处于连通时，从所述初级导线集合去除电力。这样就使得整个第一耦合构件不带电，并且即使在导线上的绝缘被损坏或者导线被切断的情况下也能安全应对。由于在导线中将仅剩低电压，因此大大降低了触电的风险。
[0033]在所述感应式电力耦合的另一个实施例中，第一和第二耦合构件可以分别在感应线圈中包括壶形铁芯。铁芯可以增强线圈之间的耦合效应，从而可以提高感应式电力传输的效率。
[0034]参照后面描述的实施例，本发明的前述和其他方面将变得显而易见并且将对其进一步进行解释。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1示出了根据本发明的一个实施例的感应式电力耦合组件的剖面透视图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的当附近没有第二耦合构件时关于第一耦合构件中的自动电力开关的磁场设置的剖面图；
图3示出了根据本发明的一个实施例的当第二耦合构件处在耦合位置时的第一耦合构件中的自动电力开关周围的磁场的剖面图；
图4A和4B示出了根据本发明的一个实施例的用于感应式电力耦合的信号整形电路的示意图；
图5示出了根据本发明的一个实施例的具有与电力供给装置连通的第二电力开关的感应式电力耦合系统的示意图；以及
图6示出了根据本发明的一个实施例的用于感应式电力耦合设备的电磁场屏蔽的屏蔽效应；
图7示出了根据本发明的一个方面的电压转换器的示意图；
图8示出了根据本发明的电压转换器的一个替换实施例的示意图；以及 图9示出了通过图7的电压转换器连接到电力供给装置的灯组件。
【具体实施方式】
[0036]图1示出了感应式电力耦合10的剖面透视图，其包括可以经由初级导线集合18、20连接到电力供给装置16的第一耦合构件12。第二耦合构件14可以耦合到第一耦合构件12以进行感应式电力输送。第一和第二耦合构件12、14都包括导电线圈集合24和永磁体26。磁体26用于通过磁性方式使得第一和第二耦合构件12、14靠近，即用于耦合第一和第二耦合构件12、14。
[0037]第一耦合构件12和第二耦合构件14都包括密封构件30，其分开包裹每一个耦合构件12、14。
[0038]自动电力开关28从第一耦合构件12内部的电力供给装置16连接到初级导线18、
20。当第二耦合构件14耦合到第一耦合构件12时，电力开关28被启动。当第二耦合构件未耦合到第一耦合构件时，电力开关28被停用以便从第一耦合构件的线圈24去除电力。图2和图3示出了这种设置。通过仅在第一和第二耦合构件12、14耦合时才激活开关28的做法降低了触电的可能性，并且从第一耦合构件12中的线圈24消除了电磁场。
[0039]密封构件30还可以提供许多保护能力，其中包括水密属性、防油以及防腐蚀。因此，所述感应式电力耦合可以被使用在实际上任何环境中。可以通过不同方式在第一和第二耦合构件12、14上形成密封构件30从而形成互补的机械耦合机制32、34，以便促进第一耦合构件12关于第二耦合构件14的所期望的机械耦合或物理设置。
[0040]机械耦合机制32、34可以被用来降低磁体26的所需强度。如图1中所示，协同动作的机械耦合机制32、34被设置成促进第一耦合构件12与第二耦合构件14的对准。取决于具体应用，其他设置也是可能的。第一和第二耦合构件12、14可以分别在感应线圈24中包括壶形铁芯22。铁芯22可以增强线圈24之间的耦合效应，从而可以提高感应式电力传输的效率。正如后面所描述的那样，第一耦合构件12和第二耦合构件14可以具有屏蔽部件(未不出)以用于屏蔽电磁场。
[0041]第一耦合构件12还可以包括与电力开关28连通的线路电流测量单元50以及与电力开关28连通的定时单元52，其中当自动电力开关28检测到第二耦合构件14耦合到第一耦合构件12时，如果线路电流超出预定极限，则对于一个预定时间间隔(例如冷却时间)停止施加到第一耦合构件12的线圈24的线路电压。所述系统随后等待所述预定时间间隔并且随后再次施加电压。如果再次超出所述预定电流水平，则再次停止电流/电压施加，后面以此类推。在两种状况下会超出所述电流水平:
1)第二耦合构件14未耦合到第一耦合构件12。在使用壶形铁芯22时可能会发生这种状况。当第二耦合构件14未耦合到第一耦合构件12时，初级线圈24的电感减小，从而电流可能会快速增大并且超出预定极限；以及
2)输出中的过载。当连接到第二耦合构件14的负载(例如被供电的设备)所汲取的功率水平高于额定负载时，第一耦合构件12中的线圈24中的电流可能会达到高于额定值的数值。
[0042]存在预定最大电流水平，但是不需要存在预定最小电流水平。次级侧的负载可能相当低，例如0.001瓦特，这将仅在第一耦合构件12中引起很小的电流升高。即使在降低的功率/电流水平下，对于该小负载在第二耦合构件14中也应当有完全电压可用。
[0043]因此，这种次级保护系统是基于初级线圈24中的电流水平来保护系统免于过电流状况，并且还帮助自动电力开关28(例如Hall效应传感器)感测第一和第二耦合构件12、14之间的耦合情况。这种设置应对了以下可能性:自动电力开关28例如可能会被杂散外部磁场误导成感测到第二耦合构件14耦合到第一耦合构件12。
[0044]在一个附加实施例中，在一个预定等待时段的末尾再次施加线路电压。这样做应对了以下可能性:第二耦合构件可能在等待时段中耦合到第一耦合构件。服从前面描述的关于线路电流的预定极限和预定时间极限，可以再次施加线路电压。
[0045]图2示出了当第二耦合构件14不足够靠近以激活电力开关28时的围绕自动电力开关28的磁场42。在一个实施例中，电力开关28可以是对于磁场42敏感的Hall效应传感器。由于第一和第二稱合构件12、14分别包括永磁体26,因此在第一稱合构件12和第二耦合构件14周围总是存在磁场42。但是如图3中所示，当两个耦合构件12、14被带到邻近时，磁场42以电力开关28可检测的方式被改动。当第一和第二耦合构件12、14足够远离时，如图2中所示，在第一耦合构件12中关于电力开关28的设置存在水平磁场。在这种状况下，电力开关28断开经过初级导线18、20的电力，从而消除了来自第一耦合构件12的线圈24的任何种类的电磁场的潜在发出。但是如图3中所示，当第二耦合构件14被带到与第一耦合构件12邻近时，自动电力开关28附近的磁场42被设置成基本上垂直地穿过电力开关28。
[0046]关于电力开关28的磁场42的改变使得电力开关28允许电力流经第一耦合构件12的初级导线18、20和线圈24。在有第二耦合构件14存在的情况下，流经第一耦合构件12的线圈24的电力导致进入到第二耦合构件14的线圈24中的感应式电力输送。这样就在无需任何直接金属对金属接触或者暴露出的电接触件的情况下，经由分离的导线集合44、46 (参见图4和5)从第二耦合构件14的线圈24得到了可用电力。
[0047]图4A或4B示出了本发明的一个实施例，其中第一信号整形电路60被合并到第一耦合构件12中，以用于把导线18、20中的标称功率Fmm转换成更高频率AC信号Fhigh,以便更加高效地输送到被合并到第二耦合构件14中的第二信号整形电路62。举例来说，导线18、20中的标称功率Fm可以是230V 50Hz交流电(AC)。在经过第一信号整形电路60处理之后，第一耦合构件12的线圈24中的更高频率功率Fhigh可以是IOOkHz。与标称功率Fm相t匕，所述更高频率信号能够实现去到第二信号整形电路62的更加高效的感应式电力输送。在第二信号整形电路62中接收到之后，更高频率功率Fhigh被转换到较低频率水平，例如用于经由导线44、46传送的F.。
[0048]图4B示出了对应于信号整形电路60、62的一个示例性实施例。在整流器66处接收到来自导线18、20的电力64(例如50Hz AC)，其在该处变为50Hz整流AC电力68。接下来，经过滤波器70和斩波器72对整流电力68进行处理，以便将所述电力变换成更高频率(例如IOOkHz AC电力74)以供感应式传输。在第二耦合构件14处，通过感应方式接收到更高频率电力74并且经过整流器76将其处理成DC电力78。接下来经过逆变器80处理DC电力78，并且经过滤波器84处理所得到的有噪声AC信号82，以便提供干净的AC电力86(例如 50Hz AC)。
[0049]信号整形器60、62可以由如在图4A中所示的包含在第一和第二耦合构件12和14内的两个密封箱盒构成。第一耦合构件12包括第一信号整形电路60，其把来自市电输电线18、20的标称230V 50Hz AC转换成更高频率AC信号，以便在有限空间中通过感应方式输送更多电力。第一信号整形器电路60接收来自电力开关28 (例如Hall效应传感器)的数据，并且获得来自初级线圈24的线路电流测量。
[0050]第二耦合构件14包括第二信号整形电路62，其可以把所述更高频率AC信号转换到标准230V 50Hz电力或者任何所期望的电力。除了第一和第二耦合构件12、14之外，其余的组件可以是标准230V或其他规范的线缆和连接器。负载(例如被供电设备)经由例如230V的标准母插头连接到第二耦合构件14，并且第一耦合构件12可以经由例如230V的标准公插头接收其电力。
[0051]图5示出了本发明的一个实施例，其中沿着初级导线18、20位于电源16附近的第二自动电力开关36与处于第一稱合构件12中的第一自动电力开关28连通。当第二f禹合构件14不处在附近以允许电力经过第一耦合构件12的线圈24时，自动开关28将这一状况传达到第二电力开关36。第二电力开关36断开初级导线18、20中的电路，并且防止任何电力流经初级导线18、20。
[0052]这种设置意味着如果第二耦合构件14不处在第一耦合构件12附近或者与之耦合，则在第一耦合构件12处没有经过初级导线18、20的电力可用或者仅有少量电力可用。第二电力开关36可以经由多条路径与第一电力开关28连通，例如与初级导线18、20 —起延伸的专用低电压输电线，其中一条初级导线18、20，或者一条单独的连线，例如可以被用于这一连通的接地线或低电压线38。第二电力开关36可以被设置成禁用初级导线18、20中的每一条，或者可以简单地禁用火线20而不影响零线18。因此，即使第一耦合构件12的密封构件30受到损坏，如果第一开关28表明第二耦合构件14不处在附近，也绝对不会存在短路或触电的风险。
[0053]图6示出了在没有电力开关28的情况下围绕线圈24和可选的铁芯22的电磁场屏蔽40的设置。电磁场屏蔽40可以是围绕线圈24和可选的铁芯22的铁外罩，其引导与第一和第二耦合构件12、14相关联的磁场42紧紧围绕耦合构件12、14。这种设置减少了敏感电子装置附近的不合期望的杂散磁场的效应。
[0054]电磁屏蔽40不仅被提供来屏蔽电磁场，而且还被提供来引导永磁体26的磁通量，从而使其不会令铁芯22饱和。当如图1中所示地建立所述系统时，即没有电磁屏蔽40并且磁体26被合并在铁芯22中，则铁芯22会由于永磁体通量而饱和并且变得无效。图6中所示的拓扑允许把永磁体26的大部分磁通量与波动电磁通量分开。
[0055]图7示出了总体上由100标示的电压转换器。电压转换器100由通过感应式变压器单元106彼此连接的初级侧电路102和次级侧电路104构成。
[0056]初级侧电路102包括连接到斩波器110的整流器单元108，斩波器110连接到感应式变压器单元106。电力供给单元112向整流器108的输入114提供输入电压V10。整流器108把电压VlO整流到单极电压V12。斩波器110直接连接到整流器108。因此，单极电压V12被从整流器108提供到斩波器110。由整流器108提供的单极电压V12未通过电容器或滤波器被整流到DC电压。单极电压V12由斩波器110直接在kHz范围的高频率下斩波。斩波器110将斩波单极电压V14提供到感应式变压器单元106。斩波器110的斩波频率优选地处在kHz范围，例如IOOkHz。
[0057]输入电压VlO可以是不同频率的AC电压或者可以是DC电压。由于斩波器110把单极电压V12斩波到斩波单极电压V14，斩波单极电压V14被提供到感应式变压器单元106并且被变换到次级侧电路104，因此可以把任何电压从初级侧电路102变换到次级侧电路104。换句话说，具有不断改变的极性的AC电压将被整流到单极电压V12，作为输入电压VlO的DC电压将保持为DC电压，并且其也可以由斩波器110斩波并且由感应式变压器单元106进行变换。因此，电压转换器100兼容DC、AC和变频系统。在该实施例中，斩波器110优选地由全桥斩波器形成。
[0058]感应式变压器单元106包括由初级绕组形成的初级感应元件116和由次级绕组形成的次级感应元件118。初级感应元件116通过感应方式稱合到次级感应元件118并且构成一个变压器。初级绕组与次级绕组的绕组比决定电压转换器100的输入电压与输出电压的比值，并且可以是可变的或可调节的，以便把输出电压(V20)设定到不同数值。因此，电压转换器100可以形成步升或步降转换器。优选的是，谐振电容器117连接到初级感应元件116，并且/或者谐振电容器119连接到次级感应元件118。谐振电容器117被提供来避免初级和/或次级感应元件118中的DC电流。
[0059]由于感应式变压器单元106的性质，单极斩波电压V14通过感应式变压器单元106被变换到AC斩波电压。斩波AC电压V16具有不断改变的极性，并且具有与斩波单极电压V14相同的斩波频率。
[0060]斩波AC电压V16被提供到次级侧电路104。次级侧电路104包括整流器单元120，其用于接收斩波AC电压V16并且用于把斩波AC电压V16整流到单极电压V18。单极电压V18具有与由整流器108提供的单极电压V12相同的波形。如果单极电压V12是例如具有部分正弦形状的脉冲单极电压，则单极电压V18将具有相同的波形。如果整流单极电压V12是恒定直流电压，则单极电压V18将具有相同的形状。正如前面所提到的那样，电压V12与电压V18的差异是由于感应式变压器单元106的绕组比而导致的数值。根据一个替换实施例，斩波AC电压V16由低通滤波器滤波以形成单极电压V18。
[0061]单极电压V18由逆变器122逆变到AC电压V20。AC电压V20是次级侧电路104的输出电压V20，并且也是电压转换器100的输出电压。逆变器122把单极电压V18主动切换到具有不断改变的极性的AC输出电压V20，以便重建输入电压VlO的波形。逆变器122优选地由具有最小值检测或过零检测的H桥122形成。H桥122检测到单极电压V18的最小值点，并且主动进行切换以便提供输出电压V20的不断改变的极性，并且重建输入电压的波形。因此，输出电压V20的波形与输入电压VlO的波形完全相同。
[0062]如果初级侧电路102与次级侧电路104之间的连通可用，则逆变器122从初级侧电路102得到实时信号信息，并且相应地触发逆变器122的极性改变。如果在初级侧电路102与次级侧电路104之间没有连通可用，则逆变器122或H桥122检测最小值点，并且在此时触发极性改变。如果输入电压VlO的频率是已知的，则逆变器122可以使用这一信息来提高切换的精度。从而可以重建输入电压VlO的波形。
[0063]图8示出了图7的电压转换器100的一个替换实施例。完全相同的元件由完全相同的附图标记标示，其中这里仅仅详细描述不同之处。斩波器110直接连接到电力供给单元112，并且接收输入电压V10。斩波器110把具有不断改变的极性的AC输入电压VlO斩波到具有不断改变的极性的斩波AC电压V14。斩波AC电压V14的包络与输入电压VlO的波形完全相同。变压器单元106可选地包括谐振电容器117、119当中的一个或两个，其把斩波AC电压V14变换到斩波AC电压V16，斩波AC电压V16被提供到次级侧电路104。在该实施例中，斩波器110优选地由全桥斩波器110形成。
[0064]图9示出了连接到电网124以便为灯组件126供电的电压转换器100。该电压转换器100与图7或8中所示的电压转换器100完全相同。初级侧102经由输入线路128、130连接到插头132。插头132连接到电网124，比如提供市电电压134的公共电网。市电电压134是提供到初级侧电路102的230伏特的50Hz AC电压。次级侧电路104的输出电压V20是具有相同频率和230伏特的相同数值的AC电压。次级侧电路104经由两条输出线路136、138连接到灯组件126。
[0065]输出电压V20的数值取决于感应式变压器元件116、118的绕组比。因此，可以把任何电压值提供为输出电压V20以便为灯组件126供电。
[0066]图1-3的感应式电力耦合器可以被用于电压转换器100，以便连接初级侧电路102和次级侧电路104。在这种情况下，所述感应式电力耦合形成感应式变压器单元106。[0067]一般来说，所述电压转换器可以作为步降或步升变压器被利用在传输电网中。由于通过感应式变压器单元106变换的斩波频率，所述电压转换器提供了一种小而轻的系统。因此，所述系统节省了例如铜或钢之类的原材料。
[0068]此外，电压转换器100可以被用于DC电网线路或者具有高于或低于50/60HZ的频率的AC电网线路，这是因为所述电压转换器兼容AC和DC电压。
[0069]虽然在附图和前面的描述中详细示出并描述了本发明，但是这样的图示和描述应被视为说明性或示例性而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、本公开内容和所附权利要求书，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解并实施针对所公开的实施例的其他变型。
[0070]在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，“一”或“一个”不排除复数。单一处理器或其他单元可以实现权利要求中所引述的几个项目的功能。在互不相同的从属权利要求中引述某些措施的纯粹事实并不表明不能使用这些措施的组合来获益。
[0071]权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制其范围。
【权利要求】
1.用于把输入电压(Vio)转换到输出电压(V20)的电压转换器(100)，其包括: -用于从电力供给装置(112)接收输入电压(VlO)的输入电路(102)，其中所述输入电路包括斩波装置(100)，所述斩波装置(110 )用于在斩波频率下把从输入电压(VlO )导出的电压(V12)斩波到一个斩波电压(V14)； -用于把斩波电压(V14)变换到斩波AC电压(V16)的感应式变压器单元(106);以及 -输出电路(104)，其用于把感应式变压器单元(106)的斩波AC电压(V16)转换到其频率低于斩波频率的输出电压(V20)。
2.权利要求1的电压转换器，其中，所述输入电路(102)包括整流器单元(108)，其用于对输入电压(VlO)进行整流并且提供单极电压(V12)以作为去到斩波装置(110)的电压(V12)。
3.权利要求1或2的电压转换器，其中，所述感应式变压器单元(106)包括处在连接到输入电路(102)的初级侧和/或处在连接到输出电路(104)的次级侧的谐振电容器。
4.权利要求1到3当中的任一条的电压转换器，其中，所述输出电路(104)包括第二整流器单元(120)，其用于把斩波AC电压(V16)转换到具有由第一整流器(108)提供的单极电压(V12)的波形的第二单极电压(V18)。
5.权利要求1到4当中的任一条的电压转换器，其中，所述输出电路(104)包括低通滤波器，其用于把斩波AC电压(V16)转换到具有由第一整流器(108)提供的单极电压(V12)的波形的第二单极电压。
6.权利要求1到5当中的任一条的电压转换器，其中，所述输出电路(104)包括逆变器(122 )，其用于把第二单极电压( V18 )逆变到AC输出电压(V20 )。
7.权利要求6的电压转换器，其中，所述逆变器(122)包括H桥(122)，所述H桥(122)包括用于检测第二单极电压(V18)的最小值以便重建输入电压(VlO)的波形的检测装置。
8.权利要求6的电压转换器，其中，所述整流器单元(108)和斩波装置(110)构成输入电路(102)，并且其中所述转换器(122)包括连接到输入电路(102)的H桥以便重建输入电压(VlO)的波形。
9.一种感应式电力稱合，其包括: 经由初级导线集合(18，20)连接到电力供给装置(16)的第一耦合构件(12)； 可以耦合到第一耦合构件(12)以进行感应式电力输送的第二耦合构件(14)，其中第一和第二耦合构件(12，14)都分别包括: 用于感应式电力输送的感应线圈集合(24)； 用于把第一耦合构件(12)与第二耦合构件(14)耦合在一起的对应的耦合构件(12，14)中的永磁体(26)； 围绕对应的耦合构件(12，14)的密封容器(30)，并且 其中，第一耦合构件(12)还包括连接到第一耦合构件(12)内部的电力供给导线(18，20)的自动电力开关(28),其中所述电力开关(28)在第一稱合构件(12)稱合到第二稱合构件(14)时被激活，以便为第一耦合构件(12)提供电力以用于感应式电力输送，并且在第二耦合构件(14)未耦合到第一耦合构件(12)时被停用，以便从第一耦合构件(12)去除电力。
10.权利要求9的感应式电力耦合，其中，所述自动电力开关(28)包括Hall效应开关，其对第二耦合构件(14)的存在做出响应。
11.权利要求9的感应式电力耦合，其中，第一和第二耦合构件(12，14)分别包括围绕线圈(24 )并且处在密封容器(30 )内部的电磁场屏蔽(40 )，以便减少高频电磁场的泄漏。
12.权利要求9的感应式电力稱合,其中,第一稱合构件(12)包括用于把标称功率水平(Fm)转换成更高频率功率(Fhigh)以用于去到第二耦合构件(14)的感应式输送的第一信号整形电路(60)，并且第二耦合构件(14)包括用于把通过感应方式接收到的更高频率功率(Fhigh)转换成标称功率水平(Fm)的第二信号整形电路(62)。
13.权利要求9的感应式电力耦合，其中，第一耦合构件(12)还包括: 与电力开关(28 )连通的线路电流测量装置(50 );以及 与电力开关(28)连通的定时装置(52)，其中当自动电力开关(28)检测到第二耦合构件(14)耦合到第一耦合构件(12)时，如果线路电流超出预定极限，则对于一个预定时间间隔停止施加到第一耦合构件(12)的线圈(24)的线路电压。
14.权利要求9的感应式电力耦合，其中，所述自动电力开关(28)还经由低电压导线(38)与第二电力开关(36)连通以便控制经过初级导线集合(18，20)的电力，其中第二电力开关(28)的位置远离第一耦合构件(12)并且处在电源(16)附近。
15.权利要求14的感应式电力耦合，其中，所述第二开关(36)被适配成在第二耦合构件(14)未耦合到第一耦合构件(12)时从初级导线(18，20)去除电力，并且其中第二开关(36)被适配成在第 二开关(36)未与第一开关(28)处于连通时从初级导线(18，20)去除电力。
【文档编号】H02J5/00GK103718416SQ201280039397
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年8月7日 优先权日:2011年8月12日
【发明者】G.L.M.詹森, F.萨欣诺马勒, C.内姆里奥格鲁, R.H.范德沃尔特 申请人:皇家飞利浦有限公司