CN105247775B - 电力变换电路、电力输送系统以及电力变换系统 - Google Patents

电力变换电路、电力输送系统以及电力变换系统 Download PDF

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Abstract

具备被串联连接在输入端子(IN1、IN2)之间的多个输入侧电容器(Ci1、Ci2)、分别相对于这些输入侧电容器而被并联连接的高压侧开关元件(Q2、Q4)以及低压侧开关元件(Q1、Q3)的串联电路、被连接在连接点(P31、P32)与连接点(P4)之间的输出侧电容器(Co1、Co2)、与连接点(P4)连接的输出侧电感器(L1)、和使高压侧开关元件(Q2、Q4)与低压侧开关元件(Q1、Q3)交替地接通断开的控制器(10)。低压侧开关元件(Q1、Q3)以及高压侧开关元件(Q2、Q4)是MOS‑FET，通过体二极管而流动从低压侧向高压侧的电流。由此，提供变换效率高且能够实现小型化的电力变换电路、电力输送系统以及电力变换系统。

Description

电力变换电路、电力输送系统以及电力变换系统
技术领域
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
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。
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。
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。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特表2009-531009号公报
发明内容
发明所要解决的课题
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。
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。
用于解决课题的手段
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。
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。
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。
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。
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MOS-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。
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。
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n型MOS-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。
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n型MOS-FET。
优选下述构成：所述高压侧开关元件是p型MOS-FET，所述低压侧开关元件是n型MOS-FET。
在该构成中，不需要自举电路，能够使电路构成更为简单。
发明效果
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
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。
图2是表示降压开关电路中流动的电流路径的图。
图3是表示降压开关电路中流动的电流路径的图。
图4是表示降压开关电路中流动的电流路径的图。
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。
图6是表示降压开关电路的各位置处的电压波形的图。
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。
图8是实施方式2所涉及的降压开关电路的等效电路图。
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。
图10是实施方式3所涉及的降压开关电路的等效电路图。
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。
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。
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。
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。
图15是实施方式3所涉及的无线电力输送系统的电路图。
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。
图17是实施方式5所涉及的电力变换电路的电路图。
图18是实施方式6所涉及的电力变换电路的电路图。
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。
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
(实施方式1)
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。
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OUT1、OUT2。在输出端子OUT1、OUT2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。
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Ci1、Ci2。输入侧电容器Ci1、Ci2被串联连接在输入端子IN1、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。
以下，将输入侧电容器Ci1的与输入端子IN1侧连接的一端设为连接点P11、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P12相同。这些连接点P11、P12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。
输入侧电容器Ci1、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Ci1、Ci2中分别被充入电压V/2。即，在将连接点P11作为基准电位的情况下，输入侧电容器Ci1、Ci2的连接点P12(P21)的电位为V/2。
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。
在输入侧电容器Ci1(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n型MOS-FET。高压侧开关元件Q2(Q4)的漏极与连接点P12(P22)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P11(P21)连接。通过采用n型MOS-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。
低压侧开关元件Q1(Q3)以及高压侧开关元件Q2(Q4)具有体二极管。低压侧开关元件Q1(Q3)所具有的体二极管相当于本发明所涉及的低压侧二极管。此外，低压侧开关元件Q1(Q3)以及高压侧开关元件Q2(Q4)也可以是例如双极性晶体管，该情况下，以与图中的体二极管相同的朝向，将二极管元件与低压侧开关元件Q1(Q3)以及高压侧开关元件Q2(Q4)并联连接。
在低压侧开关元件Q1(Q3)与高压侧开关元件Q2(Q4)的连接点P31(P32)上连接有输出侧电容器Co1(Co2)。输出侧电容器Co1(Co2)经由输出侧电感器L1而与输出端子OUT2连接。以下，将输出侧电容器Co1、Co2与输出侧电感器L1的连接点设为P4。该连接点P4相当于本发明所涉及的输出端。
输出侧电容器Co1、Co2相当于本发明所涉及的DC截止元件。输出侧电感器L1相当于本发明所涉及的感应性阻抗元件。输出侧电容器Co1、Co2分别与后级的输出侧电感器L1一起构成LC谐振电路。在本实施方式中，相对于两个输出侧电容器Co1、Co2而共享一个输出侧电感器L1，从而能够实现电路的小型化。
在高压侧开关元件Q2(Q4)的栅极上连接有驱动器Drv1(Drv2)。在该驱动器Drv1(Drv2)上连接有赋予驱动电压的自举电路(bootstrap circuit)。自举电路具备二极管BD1(BD2)以及电容器BC1(BC2)。二极管BD1(BD2)将阳极连接至高压侧开关元件Q2(Q4)的漏极，将阴极经由电容器BC1(BC2)而连接至连接点P31(P32)。驱动器Drv1(Drv2)通过充入到电容器BC1(BC2)中的电压而进行动作，根据来自控制器10的信号而向高压侧开关元件Q2(Q4)的栅极施加电压来驱动高压侧开关元件Q2(Q4)。
高压侧开关元件Q2(Q4)的源极电位高于接地电位。因此，通过在高压侧开关元件Q2(Q4)的栅极设置自举电路，从而能够可靠地驱动高压侧开关元件Q2(Q4)。
另外，在低压侧开关元件Q1(Q3)的栅极上连接有驱动器Drv3(Drv4)。在该驱动器Drv3(Drv4)并联连接有电容器Ci1(Ci2)，被赋予驱动电压。
控制器10相当于本发明所涉及的开关控制机构，如上述那样使低压侧开关元件Q1(Q3)和高压侧开关元件Q2(Q4)交替地接通断开。
图2、图3以及图4是表示降压开关电路1中流动的电流路径的图。在图2、图3以及图4中，省略了图1中说明过的自举电路以及控制器10的图示。此外，图2、图3以及图4是将图1所示的电路简化后的电路图。另外，将图1所示的P12、P21用连接点P1来表示。
图2表示高压侧开关元件Q2、Q4导通而低压侧开关元件Q1、Q3截止时的电流路径。该情况下，从输入端子IN2通过高压侧开关元件Q4、输出侧电容器Co2以及输出侧电感器L1而向输出端子OUT2流动电流。另外，从连接点P1通过高压侧开关元件Q2、输出侧电容器Co1以及输出侧电感器L1而向输出端子OUT2流动电流。此时，在输出侧电容器Co1、Co2中蓄积电能，在输出侧电感器L1中蓄积励磁能量。
在高压侧开关元件Q2、Q4变为截止之后，隔着稍许的空载时间而低压侧开关元件Q1、Q3被导通。图3表示该空载时间中的电流路径。在此，电容器Co1、Co2以及输出侧电感器L1的电抗被确定为使得在从连接点P31、P32观察负载RL侧时的开关频率下的阻抗成为感应性。即，设为基于电容器Co1、Co2以及输出侧电感器L1的谐振频率比开关频率低的关系。由此使得：在使高压侧开关元件Q2、Q4截止之后，通过输出侧电感器L1而电流继续流动。其结果，从低压侧开关元件Q3的体二极管通过输出侧电容器Co2而向输出侧电感器L1流动电流。另外，从低压侧开关元件Q1的体二极管通过输出侧电容器Co1而向输出侧电感器L1流动电流。
图4表示高压侧开关元件Q2、Q4截止而低压侧开关元件Q1、Q3导通时的电流路径。此时，通过输出侧电容器Co2中蓄积的电能，从输出侧电感器L1通过输出侧电容器Co2而向低压侧开关元件Q3流动电流。另外，通过输出侧电容器Co1中蓄积的电能，从输出侧电感器L1通过输出侧电容器Co1而向低压侧开关元件Q1流动电流。
图5是低压侧开关元件Q1、Q3以及高压侧开关元件Q2、Q4的漏极-源极间电压Vds以及漏极电流Ids的波形图。另外，虽然在图5中未详细示出，但低压侧开关元件Q1、Q3以及高压侧开关元件Q2、Q4隔着空载时间而被接通断开。
高压侧开关元件Q2、Q4被断开后，延后空载时间而向低压侧开关元件Q1、Q3的栅极端子施加电压。然后，低压侧开关元件Q1、Q3接通。此时，在输出侧电感器L1中流动的电流会通过低压侧开关元件Q1、Q3的体二极管。即，低压侧开关元件Q1、Q3接通时的漏极电流Ids是负电流。由此，低压侧开关元件Q1、Q3以零电压开关(ZVS)动作进行接通。通过该ZVS动作，能够减轻开关损耗，从而能够获得高的变换效率。此外，低压侧开关元件Q1、Q3的漏极电流的波形成为基于输出侧电容器Co1、Co2和输出侧电感器L1的谐振电流的波形。
同样，低压侧开关元件Q1、Q3被断开后，延后空载时间而向高压侧开关元件Q2、Q4的栅极端子施加电压。然后，高压侧开关元件Q2、Q4接通。此时，在输出侧电感器L1中流动的电流会通过高压侧开关元件Q2、Q4的体二极管。即，如图中的实线所示，高压侧开关元件Q2、Q4接通时的漏极电流是负电流。由此，高压侧开关元件Q2、Q4以零电压开关动作进行接通。通过该ZVS动作，能够减轻开关损耗，从而能够获得高的变换效率。
图6是表示降压开关电路1的各位置处的电压波形的图。图6所示的波形是在以下的条件下进行的仿真结果。在图1中，来自输入端子IN1、IN2的输入电压＝100V，输入侧电容器Ci1、Ci2＝10μF，输出侧电容器Co1、Co2＝20nF，输出侧电感器L1＝68μH。开关元件Q1～Q4的驱动频率为100kHz。
图6的波形(1)表示输入端子IN1、IN2间的电压波形，波形(2)表示低压侧开关元件Q3以及高压侧开关元件Q4的连接点P32的电压波形，波形(3)表示低压侧开关元件Q1以及高压侧开关元件Q2的连接点P31的电压波形，波形(4)表示负载RL的两端的电压波形。
将图6的波形(1)的电压如上述那样设为电压V。该情况下，如波形(2)所示，高压侧开关元件Q4导通时的连接点P32的电压大致为V。并且，低压侧开关元件Q3导通时的连接点P32的电压为约V/2。另外，如波形(3)所示，高压侧开关元件Q2导通时的连接点P31的电压为连接点P1的电压，即约V/2。并且，低压侧开关元件Q1导通时的连接点P31的电压大致为0。这样，如波形(2)和波形(3)所示，连接点P31、P32各自的电压以0以及V/2为基准电位，并且以V/2的振幅进行变化。
连接点P4的电压是由输出侧电容器Co1、Co2从连接点P31、P32的电压中使DC偏压截止并通过电感器L1后的电压。即，如波形(4)所示那样进行谐振，表示了以电压0为中心的正弦波状的电压波形。
这样，在实施方式1所涉及的降压开关电路1中，通过利用MOS-FET，从而能够实现降压开关电路1的小型化以及薄型化。进而，由于分别对低压侧开关元件Q1、Q3以及高压侧开关元件Q2、Q4施加输入电压的分压，因此无需使用高耐压性的元件。进而，通过相对于开关电路单元11、12而共享输出侧电感器L1，从而无需增加电感器的数量，能够实现降压开关电路1的小型化。
在该例中，使用了两个开关电路单元，但通过由更多的开关电路单元构成而能够应对更宽的电压变换比。另外，表示了各开关元件的占空比接近50％的例子，但也可以使占空比小于50％来降低输出电压，或者将占空比固定在50％附近而通过改变开关周期来使输出电压的频率可变。
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。在该例中，降压开关电路1A所具备的高压侧开关元件Q2、Q4是Si基体的p型MOS-FET。该情况下，不需要用于驱动高压侧开关元件Q2、Q4的自举电路，与图1的情况相比能够使电路构成简化。
此外，在本实施方式中，将低压侧开关元件Q1、Q3以及高压侧开关元件Q2、Q4分别设为具有体二极管的MOS-FET，但也可将开关元件Q1～Q4设为GaN基体的MOS-FET、SiC基体的MOS-FET。另外，在采用GaN基体的MOS-FET的情况下，为了使其执行零电压开关(ZVS)动作，降压开关电路也可设为在GaN基体的MOS-FET的漏极-源极间进一步连接实际部件的二极管的构成。
(实施方式2)
图8是实施方式2所涉及的降压开关电路2的电路图。实施方式2中的开关电路单元的数量与实施方式1不同。本实施方式所涉及的降压开关电路2的输出端子OUT1、OUT2上连接的负载RL是直流负载，降压开关电路2是DC-DC转换器。
降压开关电路2具备被串联连接的五个开关电路单元11、12、13、14、15。在开关电路单元11(12、13、14、15)中，输入侧电容器Ci1(Ci2、Ci3、Ci4、Ci5)与被串联连接的低压侧开关元件Q1(Q3、Q5、Q7、Q9)以及高压侧开关元件Q2(Q4、Q6、Q8、Q10)并联连接。
另外，低压侧开关元件Q1(Q3、Q5、Q7、Q9)与高压侧开关元件Q2(Q4、Q6、Q8、Q10)的连接点分别经由输出侧电容器Co1(Co2、Co3、Co4、Co5)而与输出侧电感器L1连接。输出侧电感器L1与作为整流电路的桥接二极管BD连接。在桥接二极管BD的输入侧并联连接有在负载RL为高负载或者开路时成为电流路径的电感器L2，在输出侧并联连接有作为平滑电路的电容器C1。并且，从输入端子IN1、IN2输入的直流电压被降压，从输出端子OUT1、OUT2输出直流电压。
在该降压开关电路2中，与实施方式1同样，低压侧开关元件Q1、Q3、Q5、Q7、Q9被同时接通断开，高压侧开关元件Q2、Q4、Q6、Q8、Q10被同时接通断开。
在该降压开关电路2中，伴随低压侧开关元件以及高压侧开关元件的接通断开而流动的电流的路径与实施方式1相同，因此省略说明。并且，通过采用该构成，降压开关电路2若被输入电压V的直流电压，则在进行整流以及平滑后，将降压至V/5以下的直流电压从输出端子OUT1、OUT2输出。
这样，实施方式2所涉及的降压开关电路2通过增加输入侧电容器、低压侧开关元件、高压侧开关元件以及输出侧电容器的数量，从而与实施方式1相比能够获得更大的电压变换比(降压比)。
此外，在本实施方式中，例举了将两个开关电路单元串联连接的构成，但开关电路单元的数量以及开关电路单元的连接形态(串联连接或者并联连接)能够适当变更。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。
图9所示的降压开关电路2A具备被并联连接的四个开关电路单元11～14。四个开关电路单元11～14在图9中省略了详细的电路图，但其构成与利用图8进行了说明的构成相同。这些开关电路单元11～14的高压侧开关元件的漏极分别与输入端子IN2连接，低压侧开关元件的源极分别与输入端子IN1连接。该情况下，能够从降压开关电路2A获得大电流，而且即使在开关电路单元11～14的任一个发生了故障的情况下，也能使降压开关电路2A正常动作，从而能够作为具有故障安全功能的降压开关电路2A。
(实施方式3)
在实施方式3中，示出以反相位来控制开关电路单元时的例子。图10是实施方式3所涉及的降压开关电路3的电路图。实施方式3所涉及的降压开关电路3中四个开关电路单元11～14被串联连接。开关电路单元11、12经由输出侧电感器L11而与输出端子OUT1连接。另外，开关电路单元13、14经由输出侧电感器L12而与输出端子OUT2连接。在该构成中，与输出端子OUT1、OUT2连接的负载RL与地绝缘，开关电路单元12与开关电路单元13的连接点P23被接地。
进而，降压开关电路3具备进行开关控制的控制器10。该控制器10在开关电路单元11、12和开关电路单元13、14中使相位错开180度来进行开关控制。图11以及图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。
在实施方式3中，开关电路单元11、12的高压侧开关元件Q2、Q4和开关电路单元13、14的低压侧开关元件Q5、Q7被同时接通断开。另外，开关电路单元11、12的低压侧开关元件Q1、Q3和开关电路单元13、14的高压侧开关元件Q6、Q8被同时接通断开。
该实施方式3的构成也与实施方式1同样，能够降压至输入电压的约1/2以下，通过使用多个开关电路单元而与利用了变压器等的以往的一般的降压转换器相比能够获得大的电压变换比(降压比)。另外，由于降压开关电路3成为对称的构成，而且连接点P23被接地，因此与非对称的电路构成相比能够降低噪声。
此外，开关电路单元的数量以及开关电路单元的连接形态(串联连接或者并联连接)能够适当变更。图13以及图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。如图13所示，降压开关电路3A也可以是将开关电路单元11、12、13、14并联连接的构成。另外，如图14所示，降压开关电路3B也可以是将串联连接的开关电路单元11、12与串联连接的开关电路单元13、14连接成反相位关系的构成。
(实施方式4)
在实施方式4中，对具备本发明所涉及的降压开关电路的无线电力输送系统进行说明。图15是实施方式4所涉及的无线电力输送系统100的电路图。
无线电力输送系统100由送电装置101和受电装置201构成。受电装置201是具备二次电池的例如便携式电子设备。作为便携式电子设备，可列举移动电话机、PDA(PersonalDigital Assistant，个人数字助理)、便携式音乐播放器、笔记本型PC、数码相机等。送电装置101是用于载置受电装置201并以无线方式对受电装置201进行电力输送来对受电装置201的二次电池进行充电的充电座。
送电装置101以及受电装置201分别具有主动电极111、211以及被动电极112、212。在将受电装置201载置于送电装置101的情况下，主动电极111、211以及被动电极112、212隔着间隙而相互对置。
送电装置101的高频电压产生电路101S产生例如100kHz～几10MHz的高频电压。基于升压变压器X G以及电感器LG的升压电路将高频电压产生电路101S所产生的电压升压后施加到主动电极111与被动电极112之间。电容器CG是主要在送电装置101的主动电极111与被动电极112之间产生的电容。由升压电路的电感和电容构成谐振电路。
在受电装置201的主动电极211与被动电极212之间，经由二极管D1、D2、D3、D4所构成的二极管电桥而连接了降压开关电路。降压开关电路具有开关电路单元4A、4B。开关电路单元4A、4B具有同样的构成。
开关电路单元4A(4B)具备：低压侧开关元件Q1、Q3、Q5(Q7、Q9、Q11)；高压侧开关元件Q2、Q4、Q6(Q8、Q10、Q12)；输入侧电容器Ci1、Ci2、Ci3(Ci4、Ci5、Ci6)；和输出侧电容器Co1、Co2、Co3(Co4、Co5、Co6)。
开关电路单元4A(4B)经由输出侧电感器L11(L12)、桥接二极管BD以及电容器C1而与输出端子OUT1、OUT2连接。开关电路单元4A的低压侧开关元件Q1、Q3、Q5和开关电路单元4B的高压侧开关元件Q8、Q10、Q12同步地进行接通断开。另外，开关电路单元4A的高压侧开关元件Q2、Q4、Q6和开关电路单元4B的低压侧开关元件Q7、Q9、Q11同步地进行接通断开。开关电路单元4A输出交流电压的正电压，开关电路单元4B输出交流电压的负电压。
电容器CL是主要在主动电极211与被动电极212之间产生的电容。与输出端子OUT1、OUT2连接的负载RL在本实施方式中是具备充电控制电路的二次电池。
基于送电装置101的主动电极111以及被动电极112的耦合电极与基于受电装置201的主动电极211以及被动电极212的耦合电极以互电容Cm进行电容耦合。
在这样构成的无线电力输送系统2中，在送电装置101上载置了受电装置201的情况下，主动电极111、211对置，被动电极112、212对置。并且，通过向主动电极111以及被动电极112施加电压，从而在成为对置配置的主动电极111、211之间以及被动电极112、212之间产生电场，经由该电场而从送电装置101向受电装置201输送电力。
在受电装置201中，从送电装置101输送来的电压被降压开关电路降压。然后，受电装置201的二次电池(负载RL)被充电。这样，由于受电装置201不使用降压用的变压器，因此能够实现受电装置201的小型化以及薄型化。另外，在受电装置201中能够获得高的变换效率。
进而，在该例中，能够使来自开关电路单元4A、4B的输出电压的峰值与实施方式1～3的构成相比更低，因此无需加粗布线。
图16是表示实施方式4所涉及的无线电力输送系统的变形例的图。在该无线电力输送系统100A中，取代图15的二极管电桥，在主动电极211与输入端子IN2之间连接有二极管D1，并且成为直流电流的路径的电感器L3被连接在二极管D1的阳极与降压开关电路2的输入端子IN1之间。由该电感器L3和作为在主动电极211与被动电极212之间产生的电容的电容器CL构成谐振电路。另外，在该例中，与输入端子IN1、IN2连接的降压开关电路是与图8所示的实施方式2所涉及的降压开关电路相同的构成。由此，能够提高从送电装置101向受电装置201的电力输送效率。
此外，可以将实施方式1～4中进行了说明的降压开关电路1、1A、2、2A、3、3A、3B用在本实施方式中进行了说明的无线电力输送系统的受电装置201中。
(实施方式5)
在实施方式5中，对本发明所涉及的电力变换系统进行说明。
图17是实施方式5所涉及的电力变换系统5的电路图。电力变换系统5包括：具备开关电路单元11、12的降压开关电路51；和具备开关电路单元13、14的降压开关电路52。降压开关电路51、52由电感器L3连接。在降压开关电路51的输入输出端子IO1上分别连接有电压源Vin1以及负载RL1。另外，在降压开关电路51的输入输出端子IO2上连接有开关S1，通过开关S1进行切换，从而输入输出端子IO2与电压源Vin1或负载RL1的任一者连接。
在降压开关电路52的输入输出端子IO3上分别连接有电压源Vin2以及负载RL2。另外，在降压开关电路52的输入输出端子IO4上连接有开关S2，通过开关S2进行切换，从而输入输出端子IO4与电压源Vin2或负载RL2的任一者连接。
关于该构成中的动作，以在降压开关电路51侧将输入输出端子IO2与电压源Vin1连接、在降压开关电路52侧将输入输出端子IO4与负载RL2连接的情况为例来进行说明。在该例的情况下，使低压侧开关元件Q1、Q3与高压侧开关元件Q2、Q4交替地接通断开。此时流动的电流如实施方式1的图2～图4中进行了说明的那样。
在降压开关电路52侧，各开关元件Q5～Q8通常被截止，在通过各开关元件Q5～Q8的体二极管以及输入侧电容器Ci3、Ci4进行整流平滑后向负载RL2提供直流电压。此外，在降压开关电路52侧，也可使各开关元件Q5～Q8与降压开关电路51侧的开关控制同步。另外，也可不利用体二极管而利用外设的二极管，该情况下，能够实现低损耗化。
另一方面，在降压开关电路52侧将输入输出端子IO4与电压源Vin2连接、在降压开关电路51侧将输入输出端子IO2与负载RL1连接的情况下，通过使低压侧开关元件Q5、Q7与高压侧开关元件Q6、Q8交替地接通断开，从而能够向负载RL1提供整流平滑后的电压。
这样，本实施方式所涉及的降压开关电路能够作为双方向型来使用，能够避免分别施加到电力变换系统5的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。
此外，在本实施方式中，降压开关电路51、52分别具备两个开关电路单元，但也可具备三个以上的开关电路单元。另外，开关电路单元也可相对于输入端子而被并联连接。
(实施方式6)
在实施方式6中，与实施方式5同样对本发明所涉及的电力变换系统进行说明。
图18是实施方式6所涉及的电力变换系统6的电路图。该例的电力变换系统6由送受电装置102和送受电装置202构成，从送受电装置102向送受电装置202或者从送受电装置202向送受电装置102输送电力。
送受电装置102、202具备降压开关电路51、52。送受电装置102、202分别具备未图示的控制器，该控制器进行降压开关电路51、52的开关控制。
降压开关电路51由两个开关电路单元11、12构成。降压开关电路51与实施方式5同样，通过开关S1进行切换而与电压源Vin1和负载RL1中的任一者连接。在降压开关电路51的输出部与降压开关电路51的输入输出端子IO1之间连接有线圈L31。
降压开关电路52由两个开关电路单元13、14构成。降压开关电路51与实施方式5同样，通过开关S2进行切换而与电压源Vin2和负载RL21中的任一者连接。另外，在降压开关电路52的输出部与降压开关电路52的输入输出端子IO3之间连接有线圈L32。
并且，通过降压开关电路51、52的线圈L31、L32进行磁场耦合，从而以无线方式从送受电装置102向送受电装置202(或者相反方向)进行输送。在从送受电装置102向送受电装置202进行电力输送的情况下，送受电装置202的降压开关电路52作为整流电路而发挥功能。另外，在从送受电装置202向送受电装置102进行电力输送的情况下，送受电装置102的降压开关电路51作为整流电路而发挥功能。
这样，通过在送受电装置102以及送受电装置202中分别具备降压开关电路51、52，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，由于各开关元件所分担的电压低，因此能够以低的电压振幅来高速地进行驱动，适合于高频驱动。另外，如实施方式5所示那样，通过与二极管并用地利用开关元件进行整流，由此能够实现整流电路的高效化。另外，通过追加对负载和电源进行切换的开关，从而能够实现双方向的电力输送。
此外，在本实施方式中，降压开关电路51、52分别具备两个开关电路单元，但也可具备三个以上的开关电路单元。另外，开关电路单元也可相对于输入端子或者输出端子而被并联连接。
图19是实施方式6所涉及的电力变换系统6的另一例的电路图。图19所示的电力变换系统6A具备送受电装置102A、202A。在送受电装置102A中，线圈L31被连接在降压开关电路51的输出部与降压开关电路51的输入输出端子IO2之间。另外，在送受电装置202A中，线圈L32被连接在降压开关电路52的输出部与降压开关电路52的输入输出端子IO4之间。并且，通过线圈L31、L32进行磁场耦合，从而以无线方式从送受电装置102A向送受电装置202A(或者相反方向)进行输送。
(实施方式7)
图20是实施方式7所涉及的电力变换系统7的电路图。该例的电力变换系统7由送受电装置103和送受电装置203构成，与实施方式6同样从送受电装置103向送受电装置203或者从送受电装置203向送受电装置103进行电力输送。
在送受电装置103中，线圈L31被连接在输出侧电容器Co1、Co2之间。另外，在送受电装置203中，线圈L32被连接在输出侧电容器Co3、Co4之间。并且，通过线圈L31、L32进行磁场耦合，从而以无线方式从送受电装置103向送受电装置203(或者相反方向)进行输送。该情况下，送受电装置103、203的降压开关电路51、52分别成为对称的构成，因此与非对称的电路构成相比能够降低噪声，从而动作稳定。
此外，也可构成将实施方式6、7中进行了说明的电力变换系统的送受电装置进行组合而得到的电力变换系统。例如，电力变换系统可以是由图18所示的送受电装置102和图19所示的送受电装置202A组成的构成。另外，也可以是由图20所示的送受电装置103和图18所示的送受电装置202组成的构成。还可以是由图19所示的送受电装置102A和图20所示的送受电装置203组成的构成。这样，电力变换系统的送受电装置的组合能够适当变更。
符号说明
1、1A、2、2A、3、3A、3B-降压开关电路
5、6、6A、7-电力变换系统
10-控制器(开关控制机构)
11-开关电路单元(第1三端子开关电路)
12-开关电路单元(第2三端子开关电路)
13-开关电路单元(第3三端子开关电路)
14-开关电路单元(第4三端子开关电路)
15-开关电路单元
100、100A-无线电力输送系统
101-送电装置
102、102A、103-送受电装置
201-受电装置
202、202A、203-送受电装置
C1-电容器
Ci1、Ci2、Ci3、Ci4、Ci5-输入侧电容器
Co1、Co2、Co3、Co4、Co5-输出侧电容器(DC截止元件)
L1-输出侧电感器(感应性阻抗)
L2、L3-电感器
L31、L32-线圈
Q1、Q3、Q5、Q7、Q9-低压侧开关元件
Q2、Q4、Q6、Q8、Q10-高压侧开关元件
IN1、IN2-输入端子(第1输入端子、第2输入端子)
OUT1、OUT2-输出端子(第1输出端子、第2输出端子)
IO1、IO2、IO3、IO4-输入输出端子(第1输入输出端子、第2输入输出端子、第3输入输出端子、第4输入输出端子)
BD1、BD2-二极管(自举电路)
BC1、BC2-电容器(自举电路)
Drv1、Drv2-驱动器
RL-负载
RL1-负载(第1负载)
RL2-负载(第2负载)

Claims (13)

1.一种电力变换电路，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，
多个所述三端子开关电路之中至少一个在第1输入部连接地，
所述负载两端经由所述感应性阻抗而与所述DC截止元件连接，通过所述DC截止元件而与所述地绝缘，
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。
2.根据权利要求1所述的电力变换电路，其中，
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。
3.根据权利要求1或2所述的电力变换电路，其中，
所述高压侧开关元件以及所述低压侧开关元件是MOS-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。
4.根据权利要求1或2所述的电力变换电路，其中，
所述高压侧开关元件以及所述低压侧开关元件是n型MOS-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。
5.根据权利要求1或2所述的电力变换电路，其中，
所述高压侧开关元件是p型MOS-FET，
所述低压侧开关元件是n型MOS-FET。
6.一种电力输送系统，通过送电装置的送电侧第1电极以及送电侧第2电极与受电装置的受电侧第1电极以及受电侧第2电极进行电场耦合，从而以无线方式从所述送电装置向所述受电装置进行电力输送，
所述受电装置具备：权利要求1至5中任一项所述的电力变换电路，
所述电力变换电路对在所述受电装置的受电侧第1电极以及所述受电侧第2电极感应出的电力进行变换，并提供给负载。
7.一种电力变换系统，具备：
第1输入输出端子以及第2输入输出端子，与第1直流电源或者第1负载连接；
第3输入输出端子以及第4输入输出端子，与第2直流电源或者第2负载连接；
第1三端子开关电路以及第2三端子开关电路，具有第1输入输出部、第2输入输出部以及第3输入输出部，且被串联或者并联连接在所述第1输入输出端子与所述第2输入输出端子之间；
第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路，具有第1输入输出部、第2输入输出部以及第3输入输出部，且被串联或者并联连接在所述第3输入输出端子与所述第4输入输出端子之间；
感应性阻抗，一端与所述第1三端子开关电路以及第2三端子开关电路的所述第3输入输出部连接，另一端与所述第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路的所述第3输入输出部连接；和
开关控制机构，对所述第1三端子开关电路、第2三端子开关电路、第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路进行开关控制，
所述第1三端子开关电路、第2三端子开关电路、第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路具有：
输入侧电容器，被连接在所述第1输入输出部与所述第2输入输出部之间；
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感应性阻抗之间，
所述开关控制机构使所述第1三端子开关电路以及第2三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，或者使所述第3三端子开关电路以及第4三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。
8.一种电力变换系统，具备：
第1输入端子以及第2输入端子，与直流电源连接；
第1输出端子以及第2输出端子，与负载连接；
第1三端子开关电路以及第2三端子开关电路，具有第1输入输出部、第2输入输出部以及第3输入输出部，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；
第1线圈，被连接在所述第1三端子开关电路以及第2三端子开关电路各自的所述第3输入输出部与所述第1输入端子之间、所述第1三端子开关电路以及第2三端子开关电路各自的所述第3输入输出部与所述第2输入端子之间、或者所述第1三端子开关电路以及第2三端子开关电路各自的所述第3输入输出部之间的任一处；
第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路，具有第1输入输出部、第2输入输出部以及第3输入输出部，且被串联或者并联连接在所述第1输出端子与所述第2输出端子之间；
第2线圈，被连接在所述第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路各自的所述第3输入输出部与所述第1输出端子之间、所述第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路各自的所述第3输入输出部与所述第2输出端子之间、或者所述第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路各自的所述第3输入输出部之间的任一处；和
开关控制机构，对所述第1三端子开关电路、第2三端子开关电路、第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路进行开关控制，
所述第1线圈与所述第2线圈进行磁耦合，
所述第1三端子开关电路以及第2三端子开关电路具有：
输入侧电容器，被连接在所述第1输入输出部与所述第2输入输出部之间；
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第1线圈之间，
所述第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路具有：
输入侧电容器，被连接在所述第1输入输出部与所述第2输入输出部之间；
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第2线圈之间，
所述开关控制机构使所述第1三端子开关电路以及第2三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。
9.一种电力变换系统，具备：
第1输入端子以及第2输入端子，与直流电源连接；
第1输出端子以及第2输出端子，与负载连接；
第1三端子开关电路以及第2三端子开关电路，具有第1输入输出部、第2输入输出部以及第3输入输出部，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；
第1线圈，被连接在所述第1三端子开关电路以及第2三端子开关电路各自的所述第3输入输出部与所述第1输入端子之间；
第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路，具有第1输入输出部、第2输入输出部以及第3输入输出部，且被串联或者并联连接在所述第1输出端子与所述第2输出端子之间；
第2线圈，被连接在所述第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路各自的所述第3输入输出部与所述第1输出端子之间；和
开关控制机构，对所述第1三端子开关电路、第2三端子开关电路、第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路进行开关控制，
所述第1线圈与所述第2线圈进行磁耦合，
所述第1三端子开关电路以及第2三端子开关电路具有：
输入侧电容器，被连接在所述第1输入输出部与所述第2输入输出部之间；
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第1线圈之间，
所述第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路具有：
输入侧电容器，被连接在所述第1输入输出部与所述第2输入输出部之间；
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第2线圈之间，
所述开关控制机构使所述第1三端子开关电路以及第2三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。
10.一种电力变换系统，具备：
第1输入端子以及第2输入端子，与直流电源连接；
第1输出端子以及第2输出端子，与负载连接；
第1三端子开关电路以及第2三端子开关电路，具有第1输入输出部、第2输入输出部以及第3输入输出部，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；
第1线圈，被连接在所述第1三端子开关电路以及第2三端子开关电路各自的所述第3输入输出部与所述第2输入端子之间；
第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路，具有第1输入输出部、第2输入输出部以及第3输入输出部，且被串联或者并联连接在所述第1输出端子与所述第2输出端子之间；
第2线圈，被连接在所述第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路各自的所述第3输入输出部与所述第2输出端子之间；和
开关控制机构，对所述第1三端子开关电路、第2三端子开关电路、第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路进行开关控制，
所述第1线圈与所述第2线圈进行磁耦合，
所述第1三端子开关电路以及第2三端子开关电路具有：
输入侧电容器，被连接在所述第1输入输出部与所述第2输入输出部之间；
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第1线圈之间，
所述第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路具有：
输入侧电容器，被连接在所述第1输入输出部与所述第2输入输出部之间；
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第2线圈之间，
所述开关控制机构使所述第1三端子开关电路以及第2三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。
11.一种电力变换系统，具备：
第1输入端子以及第2输入端子，与直流电源连接；
第1输出端子以及第2输出端子，与负载连接；
第1三端子开关电路以及第2三端子开关电路，具有第1输入输出部、第2输入输出部以及第3输入输出部，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；
第1线圈，被连接在所述第1三端子开关电路以及第2三端子开关电路各自的所述第3输入输出部之间；
第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路，具有第1输入输出部、第2输入输出部以及第3输入输出部，且被串联或者并联连接在所述第1输出端子与所述第2输出端子之间；
第2线圈，被连接在所述第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路各自的所述第3输入输出部之间；和
开关控制机构，对所述第1三端子开关电路、第2三端子开关电路、第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路进行开关控制，
所述第1线圈与所述第2线圈进行磁耦合，
所述第1三端子开关电路以及第2三端子开关电路具有：
输入侧电容器，被连接在所述第1输入输出部与所述第2输入输出部之间；
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第1线圈之间，
所述第3三端子开关电路以及第4三端子开关电路具有：
输入侧电容器，被连接在所述第1输入输出部与所述第2输入输出部之间；
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第2线圈之间，
所述开关控制机构使所述第1三端子开关电路以及第2三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。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的电力变换系统，其中，
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。
13.根据权利要求7至11中任一项所述的电力变换系统，其中，
所述高压侧开关元件以及所述低压侧开关元件是MOS-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。
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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6168254B2 (ja) * 2015-02-26 2017-07-26 株式会社村田製作所 電圧検出回路、送電装置および電力伝送システム
GB2536731B (en) * 2015-03-27 2021-05-12 Tridonic Gmbh & Co Kg High frequency PFC topology
US9882479B2 (en) * 2015-09-17 2018-01-30 Qualcomm Incorporated Switching regulator circuits and methods
US20170373600A1 (en) * 2016-06-23 2017-12-28 Cirrus Logic International Semiconductor Ltd. Multi-mode switching power converter
US20210351713A1 (en) * 2016-08-01 2021-11-11 Koninklijke Philips N.V. Multilevel resonant dc-dc converter
US9923465B2 (en) * 2016-08-16 2018-03-20 Mediatek Inc. Power conversion circuit and associated operating method
US10693449B2 (en) * 2016-09-23 2020-06-23 Tohoku University Switching circuit device, step-down DC-DC converter, and element unit
US10050531B1 (en) * 2017-01-24 2018-08-14 General Electric Company Direct flux control power converter
TWI606693B (zh) * 2017-01-25 2017-11-21 奕力科技股份有限公司 高壓電源裝置
CA3067365A1 (en) * 2017-05-15 2018-11-22 Dynapower Company Llc Dc/dc converter and control thereof
CN107422779B (zh) * 2017-08-21 2019-02-22 南京矽力杰半导体技术有限公司 电压调节器
US20190089262A1 (en) * 2017-09-19 2019-03-21 Texas Instruments Incorporated Isolated dc-dc converter
US10432102B2 (en) 2017-09-22 2019-10-01 Texas Instruments Incorporated Isolated phase shifted DC to DC converter with secondary side regulation and sense coil to reconstruct primary phase
US10389163B2 (en) * 2017-10-20 2019-08-20 Qualcomm Incorporated Enhanced reverse boosting detection in a wireless charging scheme
CN108092513B (zh) * 2017-12-26 2020-03-06 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 直流-直流转换器
CN108539981A (zh) * 2018-06-04 2018-09-14 南京矽力杰半导体技术有限公司 直流-直流转换器
CN108712073B (zh) 2018-06-08 2020-01-03 南京矽力杰半导体技术有限公司 三电平直流-直流转换器
CN108736709B (zh) 2018-06-14 2020-02-04 南京矽力杰半导体技术有限公司 功率变换器
US11496045B2 (en) * 2018-08-10 2022-11-08 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Multi-output hybrid converters
US11442484B2 (en) 2019-01-04 2022-09-13 Silergy Semiconductor Technology (Hangzhou) Ltd Voltage regulator
CN109782839B (zh) 2019-01-04 2020-07-07 南京矽力微电子技术有限公司 电压调节器
US10778108B2 (en) * 2019-02-15 2020-09-15 Apple Inc. Frequency doubling resonant converter
JP7283151B2 (ja) * 2019-03-18 2023-05-30 日本電気株式会社 電力増幅器
CN110277909B (zh) 2019-07-09 2022-09-20 南京矽力微电子技术有限公司 开关电容变换器、电流控制电路及电流控制方法
US11901826B2 (en) * 2019-08-26 2024-02-13 Delta Electronics, Inc. Isolated DC/DC converters for wide output voltage range and control methods thereof
US11881788B2 (en) * 2019-12-16 2024-01-23 Mitsubishi Electric Corporation DC/DC converter and power conversion device
CN111224540B (zh) 2019-12-20 2021-04-06 南京矽力微电子技术有限公司 开关电容变换器及其驱动电路
US11437929B2 (en) * 2019-12-31 2022-09-06 Solaredge Technologies Ltd. DC balancer circuit with zero voltage switching
CN113131738B (zh) * 2020-01-16 2023-07-25 台达电子企业管理（上海）有限公司 直流/直流变换器及其控制方法
CN113452271B (zh) 2020-03-25 2022-09-06 台达电子企业管理（上海）有限公司 一种电源控制方法
US11095229B1 (en) * 2020-09-24 2021-08-17 Monolithic Power Systems, Inc. High switching frequency direct AC to AC converter
US11728738B2 (en) * 2021-05-21 2023-08-15 Hamilton Sundstrand Corporation Modular solid-state power converter and fault protector
CN115179789A (zh) * 2022-06-21 2022-10-14 华为数字能源技术有限公司 功率转换装置、充电桩、车载充电器和电动汽车

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0720378B2 (ja) * 1988-09-09 1995-03-06 富士電機株式会社 インバータ回路
JPH03215140A (ja) * 1989-05-18 1991-09-20 Hirotami Nakano 交流電源の絶縁方法、スイッチング電源装置及びスイッチング電源装置における絶縁方法
US7315151B2 (en) * 1995-01-11 2008-01-01 Microplanet Inc. Method and apparatus for electronic power control
JPH08275545A (ja) * 1995-03-29 1996-10-18 Toshiba Lighting & Technol Corp 電源装置、電気装置、放電灯点灯装置および照明装置
JP3761019B2 (ja) * 2000-02-23 2006-03-29 富士電機システムズ株式会社 インバータ回路
JP2002352942A (ja) * 2001-05-25 2002-12-06 Uchino:Kk 誘導加熱装置
JP2005079786A (ja) * 2003-08-29 2005-03-24 Sony Corp 電力伝送システム，電力供給装置，電力受電装置，信号伝送システム，信号送信装置，および，信号受信装置。
BRPI0621437A2 (pt) 2006-03-21 2012-07-10 Tmms Co Ltd dispositivos de transporte da eletricidade através do vácuo e de materiais dielétricos
US7746041B2 (en) * 2006-06-27 2010-06-29 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Non-isolated bus converters with voltage divider topology
US8867295B2 (en) * 2010-12-17 2014-10-21 Enpirion, Inc. Power converter for a memory module
WO2012101907A1 (ja) * 2011-01-26 2012-08-02 株式会社村田製作所 電力伝送システム
CN102893493B (zh) * 2011-05-13 2015-10-21 株式会社村田制作所 电力发送设备、电力接收设备及电力传输系统
JP2013162611A (ja) * 2012-02-03 2013-08-19 Seiko Instruments Inc ワイヤレス給電装置

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