CN104426381A - 变压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变压器。一种变压器，其被设置于电源和具有电阻值R的负载之间，并且包括由n个相互连接的电抗元件构成的二端子对电路，其中，n是等于或大于4的自然数。相对于负载的电阻值R的任何值，二端子对电路的输入阻抗Z_in具有：实部k·R，其中，k是常数；以及，虚部0。这样的变压器具有小尺寸和轻重量，并且不需要在传统变压器中使用的线圈和铁芯等。

Description

变压器

技术领域

本发明涉及变压器。

背景技术

在商用AC输电和配电系统中，使用变压器。就在消费者的房子附近，使用柱式变压器，其将例如6600V(50Hz或60Hz)变换为200V(参见非专利文献1)。这样的柱式变压器具有围绕铁芯缠绕的作为导线的厚线圈，并且因此具有相当大的重量。例如，具有直径40cm和高度80cm的柱式变压器具有大约200kg的重量，包括绝缘油和外壳。

另一方面，为了实现作为下一代电力系统的智能电网，正在进行SST(固态变压器)的研究。对于SST，使用高频变压器(例如，参见非专利文献2)。

引用列表

[非专利文献]

非专利文献1：Chubu Electric Power Co.,Inc.的主页,[PoleTransformer(柱式变压器)],[在线],[2013年7月19日搜索],因特网

<URL:http://www.chuden.co.jp/e-museum/guide/3floor/exhibit_c23.html>

非专利文献2：Falcones,S.:等人.,Power and Energy SocietyGeneral Meeting,2010IEEE,pp.1-8,Minneapolis,2010年7月

发明内容

[技术问题]

传统的柱式变压器沉重，并且因此不容易处理。另外，在柱上需要大得足以包含变压器的外部尺寸的附加空间。

另一方面，高频变压器不能避免寄生电容的影响，并且在设计上具有困难。

考虑到这样的传统问题，本发明的目的是提供一种具有小尺寸和轻重量的创新的下一代变压器，其不需要在传统变压器中使用的、用于磁耦合、电磁感应或互感的线圈和铁芯等。

[对于问题的解决方案]

本发明是在电源和具有电阻值R的负载之间设置的变压器，该变压器包括由n个相互连接的电抗元件构成的二端子对电路，其中，n是等于或大于4的自然数，其中，相对于该负载的电阻值R的任何值，该二端子对电路的输入阻抗Z_in具有：实部k·R，其中，k是常数；以及，虚部0。

注意，电抗元件是具有电感电抗的电感器或具有电容电抗的电容器。

[本发明的有益效果]

使用本发明的变压器作为电力变压器使得不必使用包括线圈和铁芯等的传统变压器。因此，变得有可能实现变压器的显著的尺寸减小和重量减小，并且由此实现成本减小。

附图说明

图1是示出使用二端子对电路(四端子电路)的变压器的概念的图。

图2是示出构成电路的元件的元件数量的概念的图。

图3是示出可以通过使用最小元件数量4而建立的电路配置的四种模式的图。

图4是示出4A型的电路配置的图。

图5是示出作为4A型的电路配置的实际示例的6种模式的图。

图6是示出4B型的电路配置的图。

图7是示出作为4B型的电路配置的实际示例的6种模式的图。

图8是示出4C型的电路配置的图。

图9是示出作为4C型的电路配置的实际示例的6种模式的图。

图10是示出4D型的电路配置的图。

图11是示出作为4D型的电路配置的实际示例的两种模式的图。

图12是电路图，其中，(a)示出n＝5的电路配置的第一示例，并且(b)示出T形电路。

图13是电路图，其中，(a)示出n＝5的电路配置的第二示例，并且(b)示出π形电路。

图14是电路图，其中，(a)示出n＝6的电路配置的第一示例，并且(b)示出n＝6的电路配置的第二示例。

图15是示出具有另一种配置的变压器的电路图。

图16是电路图，其中，(a)示出当在图15中的四个开关中的、在上侧上的两个开关接通并且在下侧上的两个开关断开时的大体连接状态，以及，(b)以阶梯状形状示出与(a)中相同的电路图。

图17是电路图，其中，(a)示出当在图15中的四个开关中的、在下侧上的两个开关接通并且在上侧上的两个开关断开时的大体连接状态，以及，(b)以阶梯状形状示出与(a)中相同的电路图。

图18是分别示出向图15中的变压器的输入电压和输入电流的波形图。

图19是分别示出图15中的变压器中的变换的中间级处的电压和电流的波形图。

图20是分别示出来自在图15中的变压器的输出电压和输出电流的波形图。

图21是示出在图15中所示的变压器和具有4A型的电路配置的变压器的组合的电路图。

图22是示出在图15中所示的变压器和具有4B型的电路配置的变压器的组合的电路图。

图23是示出在图15中所示的变压器和具有4C型的电路配置的变压器的组合的电路图。

图24是示出在图15中所示的变压器和具有4D型的电路配置的变压器的组合的电路图。

具体实施方式

[实施例的总结]

本发明的实施例的总结至少包括下面的部分。

(1)变压器被设置在电源和具有电阻值R的负载之间，并且包括由n个相互连接的电抗元件构成的二端子对电路，其中，n是等于或大于4的自然数。相对于负载的电阻值R的任何值，二端子对电路的输入阻抗Z_in具有：实部k·R，其中，k是常数；以及，虚部0。

如上所述的变压器可以获得与输入电压成比例的输出电压，与负载的电阻值R无关。即，可以获得使用恒定的电压变换比率(1/k)^1/2将输入电压变换为输出电压的变压器。使用上面的变压器作为变压器使得不必使用传统的商用频率变压器或高频变压器。因此，可以实现变压器的显著的尺寸减小和重量减小，并且结果，可以实现成本减小。而且，也解决了在高频变压器中产生的寄生电容和出现磁场泄漏的问题，并且因此，可以实现具有低损耗的变压器。

(2)在(1)的变压器中，优选的是，在其中四个电抗元件的电抗是X₁、X₂、X₃和X₄的情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的一条线上存在的X₁、在其两条线之间存在的X₂、在该一条线上存在的X₃和在该两条线之间存在的X₄构成，并且满足下面的条件。

(1/X₁)+(1/X₂)+(1/X₃)＝0∧X₂+X₃+X₄＝0

在该情况下，输入阻抗Z_in被表示为Z_in＝(X₂ ²/X₄ ²)·R，并且与负载的电阻值R成比例，并且因此获得与输入电压成比例的输出电压。

注意，符号“∧”表示逻辑与或与(以下，这也适用)。

(3)在(1)的变压器中，优选的是，在其中四个电抗元件的电抗是X₁、X₂、X₃和X₄的情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的两条线之间存在的X₁、在其一条线上存在的X₂、在该两条线之间存在的X₃和在存在的X₄构成，并且满足下面的条件。

X₁+X₂+X₃＝0∧(1/X₂)+(1/X₃)+(1/X₄)＝0

在该情况下，输入阻抗Z_in被表示为Z_in＝(X₁ ²/X₃ ²)·R，并且与负载的电阻值R成比例，并且因此获得与输入电压成比例的输出电压。

(4)在(1)的变压器中，优选的是，在其中四个电抗元件的电抗是X₁、X₂、X₃和X₄的情况下，二端子对电路从输入侧开始由下述部分构成：由在二端子对电路的一条线上存在的X₁、在其两条线之间存在的X₂和在该一条线上存在的X₃形成的T形电路；以及，与X₁和X₃的串联单元并联的X₄，并且满足下面的条件。

X₁+X₃+X₄＝0∧(1/X₁)+(1/X₂)+(1/X₃)＝0

在该情况下，输入阻抗Z_in被表示为Z_in＝(X₁ ²/X₃ ²)·R，并且与负载的电阻值R成比例，并且因此获得与输入电压成比例的输出电压。

(5)在(1)的变压器中，优选的是，在其中四个电抗元件的电抗是X₁、X₂、X₃和X₄的情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的两条线之间存在的X₁和X₂的第一串联单元和在该两条线之间存在的X₃和X₄的第二串联单元构成，使得在第一串联单元中的相互连接点和在第二串联单元中的相互连接点是输出端子，并且满足下面的条件。

X₁+X₂+X₃+X₄＝0∧(1/X₁)+(1/X₂)+(1/X₃)+(1/X₄)＝0

在该情况下，输入阻抗Z_in被表示为Z_in＝{(X₁+X₂)²/(X₁-X₂)²}·R，并且与负载的电阻值R成比例，并且因此获得与输入电压成比例的输出电压。

(6)在(1)的变压器中，优选的是，在其中五个电抗元件的电抗是X_A、X_B、X_C、X_D和X_E的情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的一条线上存在的X_A、在其两条线之间存在的X_B、在该一条线上存在的X_C、在该两条线之间存在的X_D和在该一条线上存在的X_E构成，并且满足下面的条件。

X_A＝-X_B∧X_E＝-X_D∧X_C＝X_A+X_E

在该情况下，输入阻抗Z_in被表示为Z_in＝(X_A ²/X_E ²)·R，并且与负载的电阻值R成比例，并且因此获得与输入电压成比例的输出电压。

(7)在(1)的变压器中，优选的是，在其中五个电抗元件的电抗是X_A、X_B、X_C、X_D和X_E的情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的两条线之间存在的X_A、在其一条线上存在的X_B、在该两条线之间存在的X_C、在该一条线上存在的X_D和在该两条线之间存在的X_E构成，并且满足下面的条件。

X_A＝-X_B∧X_E＝-X_D∧X_C＝X_A·X_E/(X_A+X_E)

在该情况下，输入阻抗Z_in被表示为Z_in＝(X_A ²/X_E ²)·R，并且与负载的电阻值R成比例，并且因此获得与输入电压成比例的输出电压。

(8)在(1)的变压器中，优选的是，在其中六个电抗元件的电抗是X_A、X_B、X_C、X_D、X_E和X_F的情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的一条线上存在的X_A、在其两条线之间存在的X_B、在该一条线上存在的X_C、在该两条线之间存在的X_D、在该一条线上存在的X_E和在该两条线之间存在的X_F构成，并且满足下面的条件。

X_A＝X_C＝-X_B∧X_D＝X_F＝-X_E

在该情况下，输入阻抗Z_in被表示为Z_in＝(X_A ²/X_F ²)·R，并且与负载的电阻值R成比例，并且因此获得与输入电压成比例的输出电压。

(9)在(1)的变压器中，优选的是，在其中六个电抗元件的电抗是X_A、X_B、X_C、X_D、X_E和X_F的情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的两条线之间存在的X_A、在其一条线上存在的X_B、在该两条线之间存在的X_C、在该一条线上存在的X_D、在该两条线之间存在的X_E和在该一条线上存在的X_F构成，并且满足下面的条件。

X_A＝X_C＝-X_B∧X_D＝X_F＝-X_E

在该情况下，输入阻抗Z_in被表示为Z_in＝(X_A ²/X_F ²)·R，并且与负载的电阻值R成比例，并且因此获得与输入电压成比例的输出电压。

(10)一种变压器可以包括：被配置为执行切换的电路；以及，(1)至(9)的任何一项的变压器，其被插入在该电路中。

在该情况下，有可能使用其中执行切换的环境来利用具有集总常数电路的变压器。

(11)在(1)至(9)的任何一项的变压器中，电缆的电容和电缆的电感可以被用作电抗元件。

在该情况下，该电缆可以容易保证耐压性能，并且，其成本低。

(12)在(10)的变压器中，优选的是，切换的频率是至少1MHz。

在该情况下，有可能使用其中以高频来执行切换的环境来利用具有集总常数电路的变压器。

[实施例的细节]

<使用集总常数电路的变压器>

接下来，将描述根据本发明的实施例的使用集总常数电路的变压器的细节。

<<概述>>

图1是使用二端子对电路(四端子电路)的变压器200的概念的图。为了起变压器的作用，输入阻抗Z_in和负载R(电阻值R)需要满足下面的关系。

Z_in＝k·R(k是常数)

因此，输入阻抗Z_in相对于负载变化而线性地变化，并且，电压变换比率恒定。另外，输入阻抗Z_in没有电抗分量。即，输入阻抗Z_in需要具有实部k·R和虚部0。具有这样的输入阻抗Z_in的变压器200被称为LILT(负载不变线性变压器)。

如上所述的变压器200可以获得与输入电压成比例的输出电压，与负载的电阻值R无关。即，可以获得以恒定的电压变换比率(1/k)^1/2来将输入电压变换为输出电压的变压器200。使用这样的变压器200作为变压器使得不必使用传统商用频率变压器或高频变压器。因此，可以实现变压器的显著的尺寸减小和重量减小，并且结果，可以实现成本减小。而且，也解决了在高频变压器中产生的寄生电容和出现磁场泄漏的问题，并且因此，可以实现具有低损耗的变压器。

虽然可设想无限数量的电路配置作为LILT，但是期望电抗元件的元件数量n小。本发明认已经在将n的值从1开始改变为1、2、3、4的同时进行了全面的研究，并且结果，已经发现最小元件数量n是4。

图2是示出构成电路的元件的元件数量n的概念的示例的图。在图2中，左侧电路显然包括三个元件X₁、X₂和X₃。然而，拓扑地彼此等同的X₁和X₂被计数为一个元件，并且在电路方面没有意义的X₃不被计数。因此，左侧电路配置与右侧电路配置相同，并且元件数量n是1。

图3是示出可以通过使用最小元件数量4建立的电路配置的四种模式的图，其中，(a)、(b)、(c)和(d)的电路配置分别被称为“4A型”、“4B型”、“4C型”和“4D型”。

<<第一实施例：4A型>>

图4是示出4A型的电路配置的图。使用文字来描述，例如，在其中四个电抗元件的电抗是X₁、X₂、X₃和X₄的情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的一条线上存在的X₁、在其两条线之间存在的X₂、在该一条线上存在的X₃和在该两条线之间存在的X₄构成。在该情况下，输入阻抗Z_in被表示为下面的表达式的上部。另外，在设定用于通过并联谐振和串联谐振来使得虚部为0的条件的情况下，将输入阻抗Z_in表示为下部。

在下面的表达式中，“j”表示虚数(-1)^1/2。

$\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{in}}=\frac{R\{X_1(X_2+X_3+X_4)+X_2(X_3+X_4)+j{X}_4(X_1{X}_2+X_2{X}_3+X_3{X}_1)}{X_4(X_2+X_3)-\mathrm{jR}(X_2+X_3+X_4)}\\ =\frac{X_2^2}{X_4^2}R,(\frac{1}{X_1}+\frac{1}{X_2}+\frac{1}{X_3}=0^X_2+X_3+X_4=0)\end{array}$

即，当参数条件满足(1/X₁)+(1/X₂)+(1/X₃)＝0∧X₂+X₃+X₄＝0时，换句话说，当满足(1/X₁)+(1/X₂)+(1/X₃)＝0并且X₂+X₃+X₄＝0时，满足Z_in＝(X₂ ²/X₄ ²)·R，并且因此，获得与输入电压成比例的输出电压。注意，为了发挥这个功能，输入电压需要是AC。

图5是示出作为4A型的电路配置的实际示例的6种模式的图。

<<第二实施例：4B型>>

图6是示出4B型的电路配置的图。使用文字来描述，例如，在其中四个电抗元件的电抗是X₁、X₂、X₃和X₄的情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的两条线之间存在的X₁、在其一条线上存在的X₂、在该两条线之间存在的X₃和在该一条线上存在的X₄构成。在该情况下，输入阻抗Z_in被表示为下面的表达式的上部。另外，在设定用于通过并联谐振或串联谐振来使得虚部为0的条件的情况下，将输入阻抗Z_in表示为下部。

$\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{in}}=\frac{{\mathrm{RX}}_1(X_2+X_3)+j{X}_1(X_2{X}_3+X_3{X}_4+X_4{X}_2)}{X_3(X_1+X_2)+X_4(X_1+X_2+X_3)-\mathrm{jR}(X_1+X_2+X_3)}\\ =\frac{X_1^2}{X_3^2}R,(X_1+X_2+X_3=0^\frac{1}{X_2}+\frac{1}{X_3}+\frac{1}{X_4}=0)\end{array}$

即，当参数条件满足X₁+X₂+X₃＝0∧(1/X₂)+(1/X₃)+(1/X₄)＝0时，满足Z_in＝(X₁ ²/X₃ ²)·R，并且因此，获得与输入电压成比例的输出电压。注意，为了发挥这个功能，输入电压需要是AC。

图7是示出作为4B型的电路配置的实际示例的6种模式的图。

<<第三实施例：4C型>>

图8是示出4C型的电路配置的图。使用文字来描述，例如，在其中四个电抗元件的电抗是X₁、X₂、X₃和X₄的情况下，二端子对电路从输入侧开始由下述部分构成：由在二端子对电路的一条线上存在的X₁、在其两条线之间存在的X₂和在该一条线上存在的X₃形成的T形电路；以及，与X₁和X₃的串联单元并联的X₄。在该情况下，输入阻抗Z_in被表示为下面的表达式的上部。另外，在设定用于通过并联谐振或串联谐振来使得虚部为0的条件的情况下，将输入阻抗Z_in表示为下部。

在下面的表达式中，“j”表示虚数(-1)^1/2。

$\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{in}}=\frac{-X_4(X_1{X}_2+X_2{X}_3+X_3{X}_1)+\mathrm{jR}\{X_1(X_3+X_4)+X_2(X_1+X_3+X_4)\}}{R(X_1+X_3+X_4)+j\{X_2(X_1+X_3+X_4)+X_3(X_1+X_4)\}}\\ =\frac{X_1^2}{X_3^2}R,(X_1+X_3+X_4=0^\frac{1}{X_1}+\frac{1}{X_2}+\frac{1}{X_3}=0)\end{array}$

即，当参数条件满足X₁+X₃+X₄＝0∧(1/X₁)+(1/X₂)+(1/X₃)＝0时，满足Z_in＝(X₁ ²/X₃ ²)·R，并且因此，获得与输入电压成比例的输出电压。注意，为了发挥这个功能，输入电压需要是AC。

图9是示出作为4C型的电路配置的实际示例的6种模式的图。

<<第四实施例：4D型>>

图10是示出4D型的电路配置的图。使用文字来描述，例如，在其中四个电抗元件的电抗是X₁、X₂、X₃和X₄的情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的两条线之间存在的X₁和X₂的第一串联单元和在该两条线之间存在的X₃和X₄的第二串联单元构成，使得在第一串联单元中的相互连接点和在第二串联单元中的相互连接点是输出端子。在该情况下，输入阻抗Z_in被表示为下面的表达式的上部。另外，在设定用于通过并联谐振或串联谐振来使得虚部为0的条件的情况下，将输入阻抗Z_in表示为下部。

$\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{in}}=\frac{X_1{X}_2(X_3+X_4)-X_3{X}_4(X_1+X_2)+\mathrm{jR}(X_1+X_2)(X_3+X_4)}{R(X_1+X_2+X_3+X_4)+j(X_1+X_3)(X_2+X_4)\}}\\ =\frac{{(X_1+X_2)}^2}{{(X_1-X_2)}^2}R,(X_1+X_2+X_3+X_4=0^\frac{1}{X_1}+\frac{1}{X_2}+\frac{1}{X_3}+\frac{1}{X_4}=0)\end{array}$

即，当参数条件满足X₁+X₂+X₃+X₄＝0∧(1/X₁)+(1/X₂)+(1/X₃)+(1/X₄)＝0时，满足Z_in＝{(X₁+X₂)²/(X₁-X₂)²}·R，并且因此，获得与输入电压成比例的输出电压。注意，为了发挥这个功能，输入电压需要是AC。

图11是示出作为4D型的电路配置的实际示例的2种模式的图。

<<第五实施例：n＝5(T型的应用)>>

接下来，将描述元件数量n＝5的电路配置。虽然元件数量从n＝4的情况增大1，但是该电路配置是实用的。

在图12中，(a)是示出n＝5的电路配置的第一示例的图。使用文字来描述，在其中五个电抗元件的电抗是X_A、X_B、X_C、X_D和X_E的情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的一条线上存在的X_A、在其两条线之间存在的X_B、在该一条线上存在的X_C、在该两条线之间存在的X_D和在该一条线上存在的X_E构成。

另一方面，在图12中，(b)示出T形电路。在这个T形电路中，将输入阻抗Z_in表示为下面的表达式的上部，并且为了使得虚部是0，需要满足如下部示出的参数条件。

$\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{in}}=\frac{-(X_1{X}_2+X_2{X}_3+X_3{X}_1)+\mathrm{jR}(X_1+X_2)}{R+j(X_2+X_3)}\\ =\frac{X_1^2}{R},(X_1=X_3=-X_2)\end{array}$

在T形电路的情况下，因为在分母中存在R，所以未获得LILT。然而，如果以两级形式来配置该T形电路，则满足Z_in＝k·R，并且因此，获得与输入电压成比例的输出电压。考虑到此，在其中在图12的(a)中所示的电路中的五个电抗元件的电抗是X_A、X_B、X_C、X_D和X_E的情况下，设定从输入侧开始由在二端子对电路的一条线上存在的X_A、在其两条线之间存在的X_B、在该一条线上存在的X_C、在该两条线之间存在的X_D和在该一条线上存在的X_E构成的二端子对电路，来满足下面的关系式。

X_A＝-X_B∧X_E＝-X_D∧X_C＝X_A+X_E

在该情况下，输入阻抗Z_in被表示为Z_in＝(X_A ²/X_E ²)·R，并且与负载的电阻值R成比例，并且因此，获得与输入电压成比例的输出电压。注意，为了发挥这个功能，输入电压需要是AC。

<<第六实施例：n＝5(π型的应用)>>

在图13中，(a)是示出n＝5的电路配置的第二示例的图。使用文字来描述，在其中五个电抗元件的电抗是X_A、X_B、X_C、X_D和X_E的情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的两条线之间存在的X_A、在其一条线上存在的X_B、在该两条线之间存在的X_C、在该一条线上存在的X_D和在该两条线之间存在的X_E构成。

另一方面，在图13中，(b)示出π形电路。在这个π形电路中，将输入阻抗Z_in表示为下面的表达式的上部，并且为了使得虚部是0，需要满足如下部示出的参数条件。

$\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{in}}=\frac{{\mathrm{RX}}_1(X_2+X_3)+j{X}_1{X}_2{X}_3}{X_3(X_1+X_2)-\mathrm{jR}(X_1+X_2+X_3)}\\ =\frac{X_1^2}{R},(X_1=X_3=-X_2)\end{array}$

在π形电路的情况下，因为在分母中存在R，所以未获得LILT。然而，如果以两级形式来配置该π形电路，则满足Z_in＝k·R，并且因此，获得与输入电压成比例的输出电压。考虑到此，在其中在图13的(a)中所示的电路中的五个电抗元件的电抗是X_A、X_B、X_C、X_D和X_E的情况下，设定从输入侧开始由在二端子对电路的两条线之间存在的X_A、在其一条线上存在的X_B、在该两条线之间存在的X_C、在该一条线上存在的X_D和在该两条线之间存在的X_E构成的二端子对电路，来满足下面的关系式。

X_A＝-X_B∧X_E＝-X_D∧X_C＝X_A·X_E/(X_A+X_E)

在该情况下，输入阻抗Z_in被表示为Z_in＝(X_A ²/X_E ²)·R，并且与负载的电阻值R成比例，并且因此，获得与输入电压成比例的输出电压。注意，为了发挥这个功能，输入电压需要是AC。

<<第七实施例：n＝6(在前级处的T和在后级处的π)>>

接下来，将描述元件数量n＝6的电路配置。虽然元件数量从n＝4的情况增大2，但是该电路配置是实用的。

在图14中，(a)是示出n＝6的电路配置的第一示例的图。使用文字来描述，在其中六个电抗元件的电抗是X_A、X_B、X_C、X_D、X_E和X_F的情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的一条线上存在的X_A、在其两条线之间存在的X_B、在该一条线上存在的X_C、在该两条线之间存在的X_D、在该一条线上存在的X_E和在该两条线之间存在的X_F构成。

如上所述，在T形电路或π形电路的任何一种情况下，因为在分母中存在R，所以未获得LILT。然而，如果组合T形电路和π形电路，则满足Z_in＝k·R，并且因此，获得与输入电压成比例的输出电压。考虑到此，在其中在图14的(a)中所示的电路中的六个电抗元件的电抗是X_A、X_B、X_C、X_D、X_E和X_F的情况下，设定从输入侧开始由在二端子对电路的一条线上存在的X_A、在其两条线之间存在的X_B、在该一条线上存在的X_C、在该两条线之间存在的X_D、在该一条线上存在的X_E和在该两条线之间存在的X_F构成的二端子对电路，来满足下面的关系式。

X_A＝X_C＝-X_B∧X_D＝X_F＝-X_E

在该情况下，输入阻抗Z_in被表示为Z_in＝(X_A ²/X_F ²)·R，并且与负载的电阻值R成比例，并且因此，获得与输入电压成比例的输出电压。注意，为了发挥这个功能，输入电压需要是AC。

<<第八实施例：n＝6(在前级处的π和在后级处的T)>>

在图14中，(b)是示出n＝6的电路配置的第二示例的图。使用文字来描述，在其中六个电抗元件的电抗是X_A、X_B、X_C、X_D、X_E和X_F的情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的两条线之间存在的X_A、在其一条线上存在的X_B、在该两条线之间存在的X_C、在该一条线上存在的X_D、在该两条线之间存在的X_E和在该一条线上存在的X_F构成。

如上所述，在π形电路或T形电路的任何一种情况下，因为在分母中存在R，所以未获得LILT。然而，如果组合π形电路和T形电路，则满足Z_in＝k·R，并且因此，获得与输入电压成比例的输出电压。考虑到此，在其中在图14的(b)中所示的电路中的六个电抗元件的电抗是X_A、X_B、X_C、X_D、X_E和X_F的情况下，设定从输入侧开始由在二端子对电路的两条线之间存在的X_A、在其一条线上存在的X_B、在该两条线之间存在的X_C、在该一条线上存在的X_D、在该两条线之间存在的X_E和在该一条线上存在的X_F构成的二端子对电路，来满足下面的关系式。

X_A＝X_C＝-X_B∧X_D＝X_F＝-X_E

在该情况下，输入阻抗Z_in被表示为Z_in＝(X_A ²/X_F ²)·R，并且与负载的电阻值R成比例，并且因此，获得与输入电压成比例的输出电压。注意，为了发挥这个功能，输入电压需要是AC。

可以与具有另一种配置的变压器组合地使用如上所述的使用集总常数电路的变压器200。下面是具有另一种配置的这样的变压器的示例。

<使用通过电抗元件的开关的变压器>

图15是示出这样的变压器1的示例的电路图。在图15中，在AC电源2和负载R之间设置了变压器1。变压器1包括一对电容器C1和C2、一对电感器L1和L2、四个开关S_r1、S_r2、S_b1和S_b2以及执行开关S_r1、S_r2、S_b1和S_b2的通/断控制的开关控制部3。开关控制部3的开关频率例如是大约1MHz。开关频率优选地等于或高于1MHz，但是可以低于1MHz。

开关S_r1、S_r2、S_b1和S_b2和开关控制部3形成开关装置4，开关装置4切换变压器1的电路连接的状态。开关S_r1和S_r2彼此同步地操作，并且，开关S_b1和S_b2彼此同步地操作。该对开关S_r1和S_r2和该对开关S_b1和S_b2操作使得彼此排除地交替地被接通。开关S_r1、S_r2、S_b1和S_b2是由例如SiC元件或GaN元件形成的半导体开关元件。SiC元件或GaN元件允许比例如Si元件更快的开关。另外，可以获得足够的耐压(其可以甚至是例如每一个元件6kV)而不需要连接多级这样的元件。

在图15中，该对电容器C1和C2经由连接点P1彼此串联。AC电源2连接在该串联单元的两端之间。输入电压V_in被施加到该对电容器C1和C2的串联单元，使得输入电流I_in流动。

该对电感器L1和L2经由连接点P2彼此串联。在该串联单元的两端之间，经由电容器C1和C2来施加输入电压V_m，使得输入电流I_m流动。当开关S_r1和S_b2之一接通时，电流在负载R中流动。在此，向负载R施加的电压是V_out，并且从变压器1向负载R流动的输出电流是I_out。

在图16中，(a)是示出当在图15中的四个开关S_r1、S_r2、S_b1和S_b2中的、在上侧上的两个开关S_r1和S_r2接通并且在下侧上的两个开关S_b1和S_b2断开时的大体连接状态的电路图。在该图中，未示出在图15中的开关装置4。在图16中，(b)是以阶梯状形状示出与(a)中相同的电路图的电路图。

另一方面，在图17中，(a)是示出当在图15中的四个开关S_r1、S_r2、S_b1和S_b2中的、在下侧上的两个开关S_b1和S_b2接通时并且在上侧上的两个开关S_r1和S_r2断开时的大体连接状态的电路图。在图17中，(b)是以阶梯状形状示出与(a)中相同的电路图的电路图。

虽然交替地重复在图16和图17中的状态，但是经由电容器C1和C2的串联单元的连接点P1获得的电压变为经由电感器L1和L2的串联单元的连接点P2获得的电压。即，从在前级处的电容器侧向在后级的电感器侧执行变换。在此，估计输入电压变为1/4以被输出。这已经被发明人通过实验确认。

图18是波形图，上面的图示出向变压器1的输入电压，并且下面的图示出向变压器1的输入电流。

图19是分别示出在变换的中间级处的电压V_m和电流I_m的波形图。每一个波形实际上由基于开关的脉冲群形成，并且整体被如图19中所示的波形表示。

图20是波形图，上面的图示出来自变压器1的输出电压，并且下面的图示出来自变压器1的输出电流。从在图18和图20之间的比较显然的是，电压被变换为1/4，并且，随此，电流变为四倍。

<组合示例>

图21是示出在图15中所示的变压器1和具有如上所述的4A型的电路配置的变压器200的组合的电路图。在图21中，在图15中所示的变压器1中的电容器级和电感器级之间插入变压器200。通过如此组合两种变压器1和200的变换功能，变得有可能在宽范围中设计电压变换比率。

在该情况下，有可能使用例如其中以1MH操作的高频来执行切换的环境来利用具有集总常数电路的变压器200。注意，即使将AC电源2替换为DC电源，也向变压器200输入基于在变压器1中的前一级处的切换的切换波形，并且因此，可以使用变压器200(以下，这也适用)。

图22是示出在图15中所示的变压器1和具有如上所述的4B型的电路配置的变压器200的组合的电路图。在图22中，在图15中所示的变压器1中的电容器级和电感器级之间插入变压器200。通过如此组合两种变压器1和200的变换功能，变得有可能在宽范围中设计电压变换比率。

图23是示出在图15中所示的变压器1和具有如上所述的4C型的电路配置的变压器200的组合的电路图。在图23中，在图15中所示的变压器1中的电容器级和电感器级之间插入变压器200。通过如此组合两种变压器1和200的变换功能，变得有可能在宽范围中设计电压变换比率。

图24是示出在图15中所示的变压器1和具有如上所述的4D型的电路配置的变压器200的组合的电路图。在图24中，在图15中所示的变压器1中的电容器级和电感器级之间插入变压器200。通过如此组合两种变压器1和200的变换功能，变得有可能在宽范围中设计电压变换比率。

<<其他>>

作为上面的电抗元件，可以使用电缆的电容和电缆的电感。

在该情况下，存在下述优点：电缆可以容易地保证耐压性能，并且其成本低。

注意，在此公开的实施例在各个方面仅是说明性的，并且不应当被看作限制性的。本发明的范围被权利要求的范围限定，并且意欲包括与权利要求的范围和在该范围内的所有修改等同的含义。

附图标记列表

1        变压器

2        AC电源

3        开关控制部

4        开关装置

200      变压器

C1、C2   电容器

L1、L2   电感器

S_b1、S_b2  开关

S_r1、S_r2  开关

P1、P2   连接点

R        负载

Claims (12)

1.一种变压器，所述变压器设置于电源与电阻值R的负载之间，并且具备二端子对电路，所述二端子对电路由相互连接的n个电抗元件构成，n为4以上的自然数，其中，

对于所述负载的任意的电阻值R，所述二端子对电路的输入阻抗Z_in的实部通过k·R来表示，并且所述输入阻抗Z_in的虚部为0，k为常数。

2.根据权利要求1所述的变压器，其中，

当4个电抗元件的电抗分别为X₁、X₂、X₃、X₄时，按照从输入侧观察的顺序，所述二端子对电路由处于所述二端子对电路的1线上的X₁、处于2线间的X₂、处于所述1线上的X₃、处于2线间的X₄构成，并且满足以下条件：

(1/X₁)+(1/X₂)+(1/X₃)＝0∧X₂+X₃+X₄＝0。

3.根据权利要求1所述的变压器，其中，

当4个电抗元件的电抗分别为X₁、X₂、X₃、X₄时，按照从输入侧观察的顺序，所述二端子对电路由处于所述二端子对电路的2线间的X₁、处于1线上的X₂、处于2线间的X₃、处于所述1线上的X₄构成，并且满足以下条件：

X₁+X₂+X₃＝0∧(1/X₂)+(1/X₃)+(1/X₄)＝0。

4.根据权利要求1所述的变压器，其中，

当4个电抗元件的电抗分别为X₁、X₂、X₃、X₄时，按照从输入侧观察的顺序，所述二端子对电路由T型电路与相对于X₁及X₃的串联体并联的X₄构成，所述T型电路由处于所述二端子对电路的1线上的X₁、处于2线间的X₂、处于所述1线上的X₃构成，并且满足以下条件：

X₁+X₃+X₄＝0∧(1/X₁)+(1/X₂)+(1/X₃)＝0。

5.根据权利要求1所述的变压器，其中，

当4个电抗元件的电抗分别为X₁、X₂、X₃、X₄时，按照输入侧观察的顺序，所述二端子对电路被构成为包含处于所述二端子对电路的2线间的X₁、X₂的第1串联体以及处于2线间的X₃、X₄的第2串联体，所述第1串联体的相互连接点以及所述第2串联体的相互连接点作为输出端子，并且满足以下条件：

X₁+X₂+X₃+X₄＝0∧(1/X₁)+(1/X₂)+(1/X₃)+(1/X₄)＝0。

6.根据权利要求1所述的变压器，其中，

当5个电抗元件的电抗分别为X_A、X_B、X_C、X_D、X_E时，按照从输入侧观察的顺序，所述二端子对电路由处于所述二端子对电路的1线上的X_A、处于2线间的X_B、处于所述1线上的X_C、处于2线间的X_D、处于所述1线上的X_E构成，并且存在如下关系：

X_A＝-X_B∧X_E＝-X_D∧X_C＝X_A+X_E。

7.根据权利要求1所述的变压器，其中，

当5个电抗元件的电抗分别为X_A、X_B、X_C、X_D、X_E时，按照从输入侧观察的顺序，所述二端子对电路由处于所述二端子对电路的2线间的X_A、处于1线上的X_B、处于2线间的X_C、处于所述1线上的X_D、处于2线间的X_E构成，并且存在如下关系：

X_A＝-X_B∧X_E＝-X_D∧X_C＝X_A·X_E/(X_A+X_E)。

8.根据权利要求1所述的变压器，其中，

当6个电抗元件的电抗分别为X_A、X_B、X_C、X_D、X_E、X_F时，按照从输入侧观察的顺序，所述二端子对电路由处于所述二端子对电路的1线上的X_A、处于2线间的X_B、处于所述1线上的X_C、处于2线间的X_D、处于所述1线上的X_E、处于2线间的X_F构成，并且存在如下关系：

X_A＝X_C＝-X_B∧X_D＝X_F＝-X_E。

9.根据权利要求1所述的变压器，其中，

当6个电抗元件的电抗分别为X_A、X_B、X_C、X_D、X_E、X_F时，按照从输入侧观察的顺序，所述二端子对电路由处于所述二端子对电路的2线间的X_A、处于1线上的X_B、处于2线间的X_C、处于所述1线上的X_D、处于2线间的X_E、处于所述1线上的X_F构成，并且存在如下关系：

X_A＝X_C＝-X_B∧X_D＝X_F＝-X_E。

10.一种变压器，其包含：

用于进行切换的电路；以及

插入在该电路内的根据权利要求1至9中的任意一项所述的变压器。

11.根据权利要求1至9中的任意一项所述的变压器，其中，

利用电缆的电容及电缆的电感来作为所述电抗元件。

12.根据权利要求10所述的变压器，其中，

所述切换的频率至少是1MHz。