AC-AC/DC转换器制造技术

本发明专利技术的装置具有：在交流输入端的一个端子和另一个端子之间并联有由第１交流开关和第２交流开关、第４交流开关和第３交流开关分别串接的两条支路，上述第１交流开关和第２交流开关之间连接变压器初级线圈的一端，其另一端连接在上述第４交流开关和第３交流开关之间，该变压器次级线圈的一端与第５交流开关的一端相连，另一端与第６交流开关的一端相连，第５和第６交流开关的另一端子连接在一起并作为一个输出端，而变压器次级线圈的中点作为另一个输出端；并设置有对上述第１、第３及第５交流开关和第２、第４及第６交流开关交互以比输入频率高的频率动作的控制单元，由此，由各交流开关，对变压器的初级线圈，输入交流以远比其频率高的频率分别交互地重复向不同方向的导通，即变换成高频率，然后，该高频信号按变压器初、次级线圈匝数比而从次级得到任意的电压值。而且，由于初级侧的交流开关与次级侧交流开关同步动作，所以次级侧输出信号波形再次成为导通方向一致、波形相近、相似的信号。这样，由于变压器上作用信号是高频信号，所以可使变压器实现小型化和高效率。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关AC/AC转换器的专利技术，该种转换器具有电压或电流变换功能，并可在各种电子机械、家用电器、家用发电设备以及各种工业设备和发电设备上广泛使用。
技术介绍
通常使用的交流用变压器如图21所示，是传统的AC/AC转换器。但是，由于这种形式的变压器的输出电压是由初级线圈和次级线圈匝数比来确定，所以难以得到任意的电压值。并且，由于以铁和铜为主要材料，体积大且非常笨重。另一方面，如图22、图23所示，用半导体元件组成的交流输入、输出的交流控制装置的设计方案也不断被提了出来。在图22中，11是整流器、12是平滑电路、13是变频器、14是高频滤波器，15是升压变压器。在这种结构的转换器中，交流输入通过整流器11整流而变为直流、由平滑电路12去掉脉动成份、然后通过由众所周知的PWM(脉宽调制)控制的变频器13作高速转换处理，由高频滤波器14再次变换为低频交流，并由升压变压器15按要求变换为所需电压信号。图23的所示装置工作原理是交流输入通过整流器11整流、平滑电路12平滑后输入到功率放大器16得到所需功率的交流信号，如果必要的话再经过升压变压器15变换为所需电压值。这种交流控制装置可以实现高速控制。例如，当输入为100V且有±20％变动量的交流信号时，可以得到100V±0.1％的输出信号。但是，由于要将交流输入信号先变为直流然后再变为交流，所以不仅电路很复杂，而且可靠性和转换效率都很差。此外，由于升压变压器15是低频变压器，体积大且笨重，成了装置小型化、轻量化的主要不利因素。专利技术的公开本专利技术的目的是提供一种体积小，重量轻且可靠性高的AC/AC转换器。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案在交流输入端的一个端子和另一个端子之间并联有由第1交流开关和第2交流开关、第4交流开关和第3交流开关分别串接的两条支路，上述第1交流开关和第2交流开关之间连接了变压器初级线圈的一端，其另一端连接在上述第4交流开关和第3交流开关之间，该变压器次级线圈的一端与第5交流开关的一端相连，另一端与第6交流开关的一端相连接，上述第5和第6交流开关的另一端子连接在一起并作为一个输出端，而上述变压器的次级线圈的中点作为另一个输出端；同时本装置中设置有对上述第1、3及第5交流开关和第2、第4及第6交流开关交互输入交流信号使之分别作高频动作的控制单元。根据上述结构，由于上述各交流开关的动作，输入交流信号变为远比输入时高的高频信号分别以互异的导通方向反复作用于变压器的初级线圈。然后，该高频信号按变压器初、次级线圈匝数比而从次级得到任意的设定的电压值。而且，由于初级侧的交流开关与次级侧交流开关同步动作，所以次级侧输出信号波形再次成为导通方向一致、波形相近、近似的信号。这样，由于变压器上作用的信号是高频信号，所以可实现变压器的小型化和高效率。各交流开关内分别设置有两个半导体元件，该两半导体元件的被控端子之间分别在导通方向的反方向上连接有二极管，该两半导体元件的同一极被控端子连接在一起、而另一被控端子处当控制端子处输入同一控制信号时可进行交流开、关动作。这样就可实现高速动作，且不产生噪声。在变压器初级一侧设置的各交流开关输入侧即交流输入的一端和另一端之间串接有两个电容，在变压器初级线圈的一端连接有切换开关，用于切换是上述电容之间还是交流开关之间端头与之连通。这样，易于实现输出电压值为输入电压值二分之一的切换。上述控制单元在交流输入信号由正(或负)半周向负(或正)半周变化时可控制第5交流开关和第6交流开关作相反的并关动作。这样，易于实现在同一结构下由交流输出向直流输出转换。上述控制单元分别对第5和第6交流开关进行脉宽调制(PWM)控制。这样，对应于脉冲宽度比值，易于得到任意的输出电压值。上述控制单元至少对第1和第2交流开关或者对第3和第4交流开关中的一组进行脉宽调制(PWM)控制。这样，对应于脉宽比值易于得到任意的电压值。将变压器次级线圈两端的输出进行全波整流作为转换器的一个输出端，变压器次级线圈的中点作为转换器输出的另一端。这样，如果输出固定为直流，则第5和第6交流开关可以不要，使电路结构简单、成本得以降低。在变压器初级线圈一端连接有第3和第4交流开关，该两交流开关靠近交流输入端的一侧即两交流开关之间串接有两个电容，该两电容之间与变压器初级线圈的另一端相连接。这样，输入电压信号变为波形相似的、二分之一幅值的信号，且省略了第1和第2交流开关，可以是到电路结构简单，成本低的AC/AC转换器。即使使用上述结构的电路，前面记述的控制单元也可分别对第5和第6交流开关进行脉宽调制(PWM)控制。这样，在上述结构的电路中，也可以得到与脉冲宽度相对应的任意输出电压值。用前面记述的控制单元可将上述脉宽调制控制改为等效的脉冲相位调制(PPM)控制，也就是说，使第5和第6交流开关的控制信号的相位相对于第1至第4交流开关的控制信号的相位从0°到90°连续变化而实现控制。这样，即使是与上述相同的电路，易于得到与脉冲相位相对应的任意电压值。如果将第5和第6交流开关的控制信号的相位相对于第1至第4交流开关的控制信号的相位从90°到180°连续变化也可以进行等效的脉宽调制控制。这样，在交流输出的情况下，将上述相位反转而在直流输出的情况下将其极性反转，即可很容易地得到相应于脉冲宽度的任意输出电压值。在上述结构的电路中，也可将变压器次级线圈两端的输出进行全波整流作为转换器的一个输出端，该变压器次级线圈职点作为转换器的另一个输出端。这样，即使在上述电路中，也可将输入电压信号变为波形相似的二分之一幅值的信号，且可省略掉第1和第2交流开关，能够得到电路结构简单，成本低的AC/AC转换器。如果将上述AC/AC转换器的输出和交流输入组合起来，可得到合成输出信号。这样，将两者电压组合起来，可得到由“输入电压”+“AC/AC转换器的输出电压”到“输入电压”-“AC/AC转换器的输出电压”之间的任意电压值。附图的简单说明附图说明图1A是表示本专利技术实施例1的AC/AC转换器基本结构的电路示意图。图1B是图1A中节点N1～N4处信号波形示意图。图2是交流开关结构的示意图例。图3A是图1A中各交流开关控制信号示意图。图3B是可产生图3A所示控制信号的控制单元具体组成例的框图。图4是本专利技术实施例2的AC/AC转换器在如图1A所示电路中节点N1～N4处信号波形示意图。图5A是产生如图4所示动作时各交流开关控制信号示意图。图5B是产生如图5A所示控制信号的控制单元具体组成例的框图。图6是本专利技术实施例3的AC/AC转换器在如图1A所示电路中各节点N1～N4处信号波形示意图。图7A是发生如图6所示动作时各交流开关控制信号的示意图。图7B是产生如图7A所示PWM控制信号的控制单元具体组成例的框图。图8是本专利技术实施例4的AC/AC转换器在如图1A所示电路中各节点N1～N4处信号波形示意图。图9A是产生图8A所示动作的各交流开关控制信号示意图。图9B是产生图9A所示PPM控制信号的控制单元具体组成例的框图。图10是表示本专利技术实施例5的AC/AC转换器基本结构的电路图。图11是表示本专利技术实施例6的AC/AC转换器基本结构的电路图。图12是本专利技术有关的AC/AC转换器各信号波形实测电路1的示意图。图13A是图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＡＣ／ＡＣ转换器，其特征在于：在交流输入端一个端子（４）和另一个端子（５）之间并联有由第１交流开关（Ｓ１）和第２交流开关（Ｓ２）、第４交流开关（Ｓ４）和第３交流开关（Ｓ３）分别串接的两条支路，上述第１交流开关（Ｓ１）和第２交流开关（Ｓ２）之间连接了变压器（Ｔ）的初级线圈（ｎ１）的一端，其另一端连接在上述第４交流开关（Ｓ４）和第３交流开关（Ｓ３）之间，该变压器（Ｔ）的次级线圈（Ｎ２）的一端与第５交流开关（Ｓ５）的一端相连，另一端与第６交流开关（Ｓ６）的一端相连接，上述第５交流开关（Ｓ５）和第６交流开关（Ｓ６）的另一端子连接在一起并作为输出的另一端子（６），上述变压器（Ｔ）的次级线圈（Ｎ２）的中点作为输出的另一端子（７）；本转换器设置有使上述第１交流开关（Ｓ１）、第３交流开关（Ｓ３）及第５交流开关（Ｓ５）和第２交流开关（Ｓ２）、第４交流开关（Ｓ４）及第６交流开关（Ｓ６）交互以比输入频率高的频率动作的控制单元（３）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木康畅，菅原庸，
申请(专利权)人：株式会社IHITS研究所，株式会社千代田，
类型：发明
国别省市：JP[日本]