电力变换电路、电力输送系统以及电力变换系统的制作方法

文档序号:9493921阅读:642来源:国知局
电力变换电路、电力输送系统以及电力变换系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及能够获得大的电压变换比的小型且高效的电力变换电路以及电力变换系统。
【背景技术】
[0002]作为代表性的无线电力输送系统,熟知利用磁场而从送电装置的初级线圈向受电装置的次级线圈输送电力的磁场耦合方式的电力输送系统。在该系统中,在利用磁场耦合来输送电力的情况下,由于通过各线圈的磁通量的大小会对电动势产生较大影响,因此对于初级线圈与次级线圈的相对位置关系要求高的精度。而且,由于利用了线圈,因此难以实现装置的小型化。
[0003]另一方面,还熟知如专利文献1所公开的电场耦合方式的无线电力输送系统。在该系统中,经由电场而从送电装置的耦合电极向受电装置的耦合电极输送电力。该方式对于耦合电极的相对位置的要求精度比较宽松,而且能够实现耦合电极的小型化以及薄型化。
[0004]专利文献1所记载的送电装置具备高频高电压产生电路、被动电极以及主动电极。受电装置具备高频高电压负载电路、被动电极以及主动电极。并且,送电装置的主动电极与受电装置的主动电极隔着空隙而靠近,从而这两个电极彼此发生电场耦合。关于送电装置的被动电极、送电装置的主动电极、受电装置的主动电极以及受电装置的被动电极,这些电极被配置为相互平行。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:JP特表2009-531009号公报

【发明内容】

[0008]发明所要解决的课题
[0009]在专利文献1所记载的电场耦合方式的无线电力输送系统中,送电装置与受电装置的主动电极之间被施加高电压(约1000V)。因此,在受电装置侧,需要将高电压降压至低电压(约10V)。作为一般的降压方法,可列举利用了变压器的电压变换、或者基于DC-DC转换器的电压变换等,但存在难以实现利用了绕组的变压器的小型化、难以使利用已有的DC-DC转换器来实现大的电压变换比(从约1000V的高电压向约10V的降压)和进行高效驱动这两者均成立等问题。
[0010]因此,本发明的目的在于提供一种变换效率高且能够实现小型化的电压变换比(或者电流变换比)大的电力变换电路、具备该电力变换电路的电力输送系统以及电力变换系统。
[0011]用于解决课题的手段
[0012]本发明的特征在于,具备:第1输入端子以及第2输入端子,被输入直流电压;多个三端子开关电路,具有第1输入部、第2输入部以及输出部,且被串联或者并联连接在所述第1输入端子与所述第2输入端子之间;感应性阻抗,被连接在所述三端子开关电路的输出部与负载之间;和开关控制机构,对所述三端子开关电路进行开关控制,所述三端子开关电路具有:输入侧电容器,被连接在所述第1输入部与所述第2输入部之间;高压侧开关元件以及低压侧开关元件的串联电路,相对于所述输入侧电容器而被并联连接;和DC截止元件,被连接在所述高压侧开关元件与所述低压侧开关元件的连接点和所述输出部之间,所述开关控制机构使所述三端子开关电路的所述高压侧开关元件与所述低压侧开关元件交替地接通断开。
[0013]在该构成中,能够通过增加三端子开关电路的数量来提高电压变换比(或者电流变换比),与利用了变压器的以往的一般的降压转换器相比能够实现小型化。另外,由于采用了将由低压侧开关元件以及高压侧开关元件构成的串联电路串联连接的构成,并且输出端被阻止直流分量的元件绝缘,因此能够避免分别施加到低压侧开关元件以及高压侧开关元件的电压变高,从而无需使用高耐压性的元件,能够实现低成本化。另外,通过不使用高耐压性的元件,能够使用导通电阻值低的开关元件,从而实现低损耗化。进而,通过使多个三端子开关电路共享一个感应性阻抗,从而能够实现电路的小型化。
[0014]优选下述构成:所述开关控制机构使多个所述三端子开关电路的所述串联电路各自的所述高压侧开关元件同步地接通断开,使多个所述三端子开关电路的所述串联电路各自的所述低压侧开关元件同步地接通断开。
[0015]在该构成中,能够使多个三端子开关电路的动作同步,因此能够进一步降低输出电压的脉动。
[0016]优选下述构成:所述高压侧开关元件以及所述低压侧开关元件是M0S-FET,所述高压侧开关元件具备使电流从所述高压侧开关元件的源极向漏极流动的高压侧二极管,所述低压侧开关元件具备使电流从所述低压侧开关元件的源极向漏极流动的低压侧二极管,所述开关控制机构对所述高压侧开关元件以及所述低压侧开关元件进行零电压开关驱动。
[0017]在该构成中,能够降低开关损耗,从而能够获得高的变换效率。
[0018]优选下述构成:所述高压侧开关元件以及所述低压侧开关元件是η型M0S-FET,所述电力变换电路具备与所述高压侧开关元件的栅极连接的驱动电路、以及向所述驱动电路提供驱动电压的自举电路。
[0019]在该构成中,与利用绝缘型变压器来进行驱动的情况相比,能够使电力变换电路小型化,并能够确保高压侧开关元件的可靠的驱动。进而,能够利用低损耗的η型M0S-FET。
[0020]优选下述构成:所述高压侧开关元件是ρ型M0S-FET,所述低压侧开关元件是η型MOS-FETo
[0021]在该构成中,不需要自举电路,能够使电路构成更为简单。
[0022]发明效果
[0023]根据本发明,通过增加三端子开关电路的数量,从而与利用了变压器的以往的一般的降压转换器相比能够实现高效化以及小型化。另外,采用了将由低压侧开关元件以及高压侧开关元件构成的串联电路串联连接的构成,并且输出端被阻止直流分量的元件绝缘,因此能够避免分别施加到低压侧开关元件以及高压侧开关元件的电压变高,从而无需使用高耐压性的元件,能够实现低成本化以及低损耗化。
【附图说明】
[0024]图1是表示实施方式1所涉及的降压开关电路的等效电路的图。
[0025]图2是表示降压开关电路中流动的电流路径的图。
[0026]图3是表示降压开关电路中流动的电流路径的图。
[0027]图4是表示降压开关电路中流动的电流路径的图。
[0028]图5是低压侧开关元件以及高压侧开关元件的漏极-源极间电压以及漏极电流的波形图。
[0029]图6是表示降压开关电路的各位置处的电压波形的图。
[0030]图7是表示实施方式1所涉及的降压开关电路的变形例的图。
[0031]图8是实施方式2所涉及的降压开关电路的等效电路图。
[0032]图9是表示变更了开关电路单元的数量以及连接形态后的降压开关电路的变形例的图。
[0033]图10是实施方式3所涉及的降压开关电路的等效电路图。
[0034]图11是表示各开关元件的漏极源极电压Vds、漏极源极电流Ids以及输出侧电容器的输出电流的波形的图。
[0035]图12是表示各开关元件的漏极源极电压Vds、漏极源极电流Ids以及输出侧电容器的输出电流的波形的图。
[0036]图13是表示变更了开关电路单元的连接形态后的降压开关电路的变形例的图。
[0037]图14是表示变更了开关电路单元的连接形态后的降压开关电路的变形例的图。
[0038]图15是实施方式3所涉及的无线电力输送系统的电路图。
[0039]图16是表示实施方式3所涉及的无线电力输送系统的变形例的图。
[0040]图17是实施方式5所涉及的电力变换电路的电路图。
[0041]图18是实施方式6所涉及的电力变换电路的电路图。
[0042]图19是实施方式6所涉及的电力变换系统的另一例的电路图。
[0043]图20是实施方式7所涉及的电力变换系统的电路图。
【具体实施方式】
[0044](实施方式1)
[0045]在实施方式1中,关于本发明所涉及的电力变换电路,以降压开关电路为例进行说明。
[0046]图1是表示实施方式1所涉及的降压开关电路的图。本实施方式所涉及的降压开关电路1具备被输入直流电压的输入端子IN1、IN2、和被输出交流电压的输出端子0UT1、0UT2。在输出端子0UTU0UT2之间连接有负载RL。在本实施方式中,负载RL是交流负载,降压开关电路1被用作逆变器装置。
[0047]在输入端子IN1、IN2之间,串联连接有两个开关电路单元11、12。开关电路单元11、12分别具有输入侧电容器Cil、Ci20输入侧电容器Cil、Ci2被串联连接在输入端子INK IN2之间。开关电路单元11、12相当于本发明所涉及的三端子开关电路。
[0048]以下,将输入侧电容器Cil的与输入端子IN1侧连接的一端设为连接点Pn、与开关电路单元12连接的另一端设为连接点P12。另外,将输入侧电容器Ci2的与开关电路单元11连接的一端设为连接点P21、与输入端子IN2侧连接的另一端设为连接点P22。该连接点P21与连接点p 12相同。这些连接点p n'Pu相当于本发明所涉及的第1输入端。另外,连接点P21、p22相当于本发明所涉及的第2输入端。
[0049]输入侧电容器Cil、Ci2为相同的电容,在输入端子IN1、IN2之间被施加了电压V的情况下,输入侧电容器Cil、Ci2中分别被充入电压V/2。S卩,在将连接点作为基准电位的情况下,输入侧电容器Cil、Ci2的连接点P12(P21)的电位为V/2。
[0050]此外,由于开关电路单元11、12分别具有大致相同的构成,因此以下对开关电路单元11进行说明,而对于开关电路单元12加上括号来标记对应的符号。
[0051]在输入侧电容器Cil (Ci2)上,并联连接有由低压侧开关元件Q1 (Q3)和高压侧开关元件Q2(Q4)构成的串联电路。低压侧开关元件Q1 (Q3)和高压侧开关元件Q2 (Q4)是Si基体的η型M0S-FET。高压侧开关元件Q2 (Q4)的漏极与连接点Ρ12 (Ρ22)连接,源极与低压侧开关元件Q1(Q3)的漏极连接。低压侧开关元件Q1 (Q3)的源极与连接点Pn (P21)连接。通过采用η型M0S-FET,从而与利用绝缘侧变压器来降压的情况相比,能够使降压开关电路1进一步小型化。
[0052]低压侧开关元件Q1 (Q3)以及高压侧开关元件
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