本发明专利技术公开了一种将第一电压（Ｖｅ）下的能量转换至第二电压（ＶＳ）下的能量的系统，包括：至少一个电压（Ｖｅ）的电源（６）、放电开关（１８）、可变电容器（２０２）、以及并联连接的聚集装置（２０８），还包括：放电开关（２１８）和电源（６）之间的充电开关（２１２），以及可变电容器（２０２）和聚集装置（２０８）之间的转移开关（２１６），还包括控制装置，以使：ａ）在第一步骤期间，闭合充电开关（２１２）以对电容器（２０２）充电，同时放电开关（２１８）和转移开关（２１６）保持断开；ｃ）在随后的步骤期间，短时闭合放电开关（２１８），同时充电开关（２１２）保持断开，以允许可变电容器（２０２）至少部分放电。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种小型电转换器，其被设计为将由电源提供的第一电势的电能转换 为可以被电系统使用的不同电势的电能。
技术介绍
通常，通过电源提供的电能处于例如220V的电压，并且许多装置特别是便携式装 置需要更低的工作电压，例如12V或14V。因此，这需要使用还被称为电变压器的电能转换 器，该系统通常为电感式的。电转换器基于以下原理工作来自任意电源的具有给定电势或者给定电流的电能 以另一种形式被存储，然后，恢复为具有需要的电势或者电流的电形式。用已知的方式将电能以磁的形式存储在电/电转换结构(电感器、变压器)中。 然而，这种基于电磁元件的转换结构必须足够大以能够提供良好的电性能。如果减小电感 式电磁系统的尺寸，则由绕组导致的电阻损耗相对于可以存储在磁元件中的能量变得非常 大；因此，效率变得非常低，这使得在非常小的系统(例如集成在硅上的系统)中这种电磁 元件的使用没有优势，除非可接受极其低的效率。此外，这些结构需要电流循环，而电流循环会导致细导线中的能量消耗和温度上升。文献US 6 317 342描述了使用可变电容器的电压转换器。这种转换器会产生高 能量损耗。该转换器还必须工作在共振状态，使得外部时钟必须进行电荷转移。因此，本专利技术的目的之一是提供一种具有良好性能的小型电能转换系统。
技术实现思路
上述目的是通过这样的系统来实现的，其中通过使用具有至少一个电容器的静电 结构将能量以机械的形式存储在该系统中，该电容器具有可变气隙以及在电容器板之间产 生的静电力用于进行转换。恒定电荷的工作步骤减小了系统损耗，使得该系统的性能可以 比根据现有技术的系统更好。因此，转换涉及仅由静电力产生的机械运动。以例如动能和/或势能的机械能的形式进行存储，势能可以是诸如弹簧压缩或者 杆弯曲的机械变形能量。根据本专利技术的系统可以包括设置有可移动板的至少一个可变电容器，该电容器能 够通过使可移动电容器板移动(例如通过使弹簧变形)来将给定电压的电能转换为机械 能，从而将机械能存储在弹簧中，然后，利用可移动电容器板的新的移动将该机械能转换为 另一电压的电能。于是，依次地以激励器模式和电能转换器模式使用该静电结构。在另一实施例中，系统可以包括两个电容器，一个电容器具有使可移动电容器板 移动的主要功能，以及另一个电容器更具体地具有修正电压的主要功能。根据本专利技术的系统可以以电压逐步下降或者逐步上升运行。根据本专利技术，极小型的转换器是可行的。与电磁转换的情况不同，利用静电转换， 结构的每单位体积的电容随着尺寸的减小而增大，因此，每单位体积可转换的能量变高。表 面面积增大，该材料的结构更好并且气隙减小。而且，在静电系统中，通过电压/电场产生机械力来存储能量而不是通过电流来 存储能量，因此，不存在由具有小截面的导线中的电流循环导致的能量消耗，并且没有温度升高。此外，可以在非常小的系统的情况下使用诸如硅的单晶材料，因此，转换系统的机 械阻尼很低并且机械品质因数很高，达到了极低机械损耗的结果。于是，制造适于在便携式电子设备中使用的非常小的集成系统变得可行。可以连接若干个系统来进行至若干个电压值的电能的转换。一个显著的优势为转换系统以两种不同的模式运行第一模式，电荷的电势逐渐改变，而没有任何电流循环，第二模式，电荷循环而没有任何电势差。以这两种模式连续运行的系统使得没有电荷转移损耗。在转换系统中所消耗的功 率等于电流和电压差的乘积，并且在这两种模式下消耗的功率总是为0，这是因为每种模式 下的分量之一总是为0。于是，根据本专利技术的系统实现了在转换期间低的能量损耗。还存在所谓的“切换电容”系统，利用具有固定机械结构的至少两个电容器，通过 将这两个电容器的连接顺序地切换为并联和串连来进行能量转移，构成了该系统的工作原 理。然而，如果只在电容器连接至电源之前，电源和电容器之间存在电压差，则仅转移 能量。因此，当闭合开关时，由于电压差而产生消耗的能量损失。因此，本专利技术的重要主题是一种用于通过转换系统将第一电压下的第一电能转换 为第二电压下的第二电能的方法，该转换系统包括至少一个第一电压的电压源，其通过充 电开关而连接至可变电容器；放电开关，设置为与可变电容器并联；聚集第二电压下的能 量的装置；以及在可变电容器和聚集装置之间转移能量的装置，可变电容器包括固定板、能 够远离和朝向固定板移动的可移动板、以及使可移动板返回其初始位置的弹性装置，对于 一个完整的转换周期，该方法包括以下步骤a)闭合充电开关同时放电开关保持断开，使得以第一电压对可变电容器充电，并 且使可移动板移动以增大电容器的电容；b)断开充电开关同时保持放电开关断开，以允许电容器以恒定电荷运行，电容器 的电容继续增大；c)闭合放电开关，以允许可变电容器至少部分放电，并且使可移动元件的移动反 向；转移装置在可移动电极的移动期间提供从电容器至聚集装置的能量转移。本专利技术的另一主题为从第一电压的第一电能至第二电压的第二电能的转换系统， 该转换系统包括至少一个第一电压的电压源，其通过充电开关连接至可变电容器；放电 开关，设置为与可变电容器并联；第二电压的能量聚集装置；以及能量转移装置(在可变电 容器和聚集装置之间进行能量转移)，可变电容器包括固定板、能够远离和朝向固定板移动 的可移动板、以及使可移动板返回其初始位置的弹性装置。所述转换系统还包括控制充电开关和放电开关的装置，使得对于转换周期a)在第一步骤期间，放电开关断开并且充电开关闭合，使得以第一电压对电容器 进行充电，并且使可移动板移动以增大电容器的电容；b)在第二步骤期间，充电开关断开并且放电开关保持断开，以允许电容器以恒定 电荷运行，电容器的电容继续增大；c)在第三步骤期间，放电开关闭合，以允许可变电容器至少部分放电，导致使可移 动元件的移动反向；转移装置在可移动电极的移动期间将能量从电容器转移至聚集装置。有利地，开关是可控的，使得当电容器的电容为最小值时，闭合充电开关。有利地，开关是可控的，使得当电容器的电容为最大值时，闭合放电开关。例如，电容器的一个电极可以通过转移开关或二极管连接至聚集装置。例如，在可 变电容器的可移动电极的移动阶段(与其电容的减少相对应)期间，使转移开关或者二极 管导通。在一实施例中，可变电容器形成第一电容器，该系统还包括第二可变电容器，该第 二可变电容器至少包括固定板和能够远离固定板并且与固定板分离地移动的可移动板，第 一电容器和第二电容器中的可移动板在移动中被彼此固定，第二可变电容器通过转移开关 或者二极管连接至聚集装置。有利地，第二电容器包括配置在可移动板的每侧上的两个固 定板。在另一实施例中，每个电容器均包括固定板，并且每个固定板均被配置在共用的 可移动板的一侧上。有利地，第一电容器的第一固定板具有面向位于第二电容器的第二固定板的表面 上方的可移动板的表面。有利地，放电开关闭合持续时间小于转换周期持续时间的百分之一。例如，放电开关由可变电容器的固定板和可移动板上支撑的元件形成，通过使固 定板上支撑的元件彼此接触来发生放电。根据时间、可移动板的位置值、电容器之一的电容、电容器的端电压、或电容器的 端电压的微分，来控制开关。该系统可以是由硅制成的集成系统。恢复装置可以在例如弹簧、锯片(balde)、以及可变形杆中选择。本专利技术的另一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种方法，用于通过转换系统将第一电压（Ｖ↓［ｅ］）下的第一电能转换为第二电压（Ｖ↓［Ｓ］）下的第二电能，所述转换系统包括：至少一个所述第一电压（Ｖ↓［ｅ］）的电压源（６），所述电压源通过充电开关（２１２）连接至可变电容器（２０２）；放电开关（１８），设置为与所述可变电容器并联；以所述第二电压（Ｖ↓［Ｓ］）聚集能量的装置（２０８）；以及在所述可变电容器（２０２）和所述聚集装置（２０８）之间转移能量的装置（２１６），所述可变电容器（２０２）包括固定板、能够远离和朝向所述固定板移动的可移动板、以及使所述可移动板返回其初始位置的弹性装置，对于一个完整的转换周期，所述方法包括以下步骤：ａ）闭合所述充电开关（２１２），同时所述放电开关保持断开，使得以所述第一电压（Ｖｅ）对所述可变电容器（２０２）充电，并且使所述可移动板移动以增大所述电容器的电容；ｂ）断开所述充电开关（２１２），同时保持所述放电开关（２１８）断开，以允许所述电容器以恒定电荷运行，所述电容器（２０２）的电容继续增大；ｃ）闭合所述放电开关（２１８），以允许所述可变电容器（２０２）至少部分放电，并且使所述可移动元件的移动反向；所述转移装置在所述可移动电极的移动期间提供从所述电容器至所述聚集装置的能量转移。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：吉兰德佩斯，
申请(专利权)人：法国原子能及替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：FR
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