CN105515434A - 变压器电路和包含该电路的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电气变压器电路(1),用于将譬如基于可再生能源的发电机或者能源存储系统的电气装备(2)连接至电网(3)。该电路包括连接至该装备的第一电压变换器(10),连接至第一变换器的变压器(20)和连接至变压器(2)和电网(3)的第二电压变换器(20)。变压器(20)是弱耦合变压器,第一线圈(L1)与第二线圈(L2)之间的磁耦合小于0.7。变压器(20)包括分别连接至第一和第二线圈(L1,L2)的第一和第二电容(C1,C2),用来与相应的线圈(L1,L2)一起构成谐振频率为f0的电路。本发明还涉及电气设备。
Description
技术领域
本发明涉及将电气装备连接至电网的领域,不拘泥于电气装备的类型。电气装备的该类型可以是充电类型,譬如电池,或者电源类型,譬如可再生能源发电机,或者是以交替作为充电和电源运行的类型,譬如某些电池或者超级电容。
背景技术
将电气装备,不拘泥于其类型,连接至具有不同于电气装备电压的运行电压的电网一般需要合适的电气变压器电路。
实际上,无论是否为电气装备提供电能,或者用于将电力传输至电网的电气装备,电压调节和/或电绝缘均是必须的。当装备是以DC电压运行的装备并且电网以AC电压运行的时候,更是如此。因此,在可再生能源装备开发的领域中,譬如与可再生能源发电机连接的风力涡轮机、光伏传感器、或者能源存储站,这种类型的变压器电路尤其是必须的。
在后面的这种情况下,即将以DC电压工作的电气装备连接至以频率为f2的AC电压运行的电网,如图1所示,电气变压器电路包括:
-第一电压变换器10,其适用于将电气装备2连接至以频率为f0的AC电压运行的电路20的一部分,在电气装备2是充电装置的情况下,第一变换器10是逆变器,并且在电气装备2是电源的情况下,第一变换器10是AC/DC电压变换器,
-变压器20,其连接至第一电压变换器,并且被配置用来相对电网3的电压幅值调节第一变换器10的频率为f0的AC电压的幅值,所述变压器20包括连接至第一变换器10的初级线圈以及次级线圈,所述初级线圈和次级线圈以运动固定的方式布置,所述变压器可能通过布置在初级侧或者次级侧的谐振电路21来完成,
-第二变换器30,其连接至次级线圈,适用于将次级线圈连接至电网3。
第二变换器30,用来隔离频率f0与电网3的电路频率,包括逆变器和AC/DC电压变换器,在图1示出的实例中,其以开关模式原理运行。因此,在电气装备2是充电装置的情况下,第二变换器30包含连接至变压器20的次级线圈的逆变器31和将逆变器连接至电网3的AC/DC电压变换器35。在电气装备2是发电机的情况下,第二变换器30包含连接至变压器次级线圈的AC/DC电压变换器和将AC/DC电压变换器连接至电网3的逆变器。
值得注意的是,该电路还可以适用于通过使用双向第一和第二变换器轮流作为充电装置和电源的电气装备,譬如电池。
在本文的此处和其余部分,电气装备既指电压电源型装备,譬如一个或者多个光伏板或者装备有整流级的风力涡轮机,还可指充电装备,譬如用于一个或者多个光伏板的加热系统,或者轮流充当电源或者充电装置的装备,譬如能源存储系统(例如,彼此连接的电池)。
为了优化变压器的性能,并且限制在电气装备和电网端由信号变换引起的干扰,最好是,变压器的频率f0比电网频率f2高很多。尽管如此,由现有技术的该类变压器实现的频率f0遭遇到某些技术和基于成本的限制。
实际上,变压器必须提供良好的变换性能,同时还能够以合理的变压器尺寸保证电气装备与电网之间良好的电绝缘。出于这些原因,该电路限制接近千赫的频率,并且因此限制了紧致性和变换性能。
发明内容
本发明的目的在于解决这些缺陷,并且因此更具体地,目的在于提供将电气装备连接至电网的电气变压器电路,而且维持合理的尺寸,其能够以高运行频率提供良好的变换性能和良好的电绝缘。
为此,本发明涉及电气变压器电路,其用于将电气装备,譬如基于可再生能源的发电机或者能源存储系统,连接至电网,所述电路包括:
-第一电压变换器,其适用于将电气装备连接至以频率为f0的AC电压运行的电路的一部分,
-变压器,其连接至第一电压变换器,并且被配置用来在电气装备的电压与电网的电压之间执行幅值调整,所述变压器包括连接至第一变换器的第一线圈和磁耦合至第一线圈的第二线圈,所述第一和第二线圈以运动固定的方式(securedinmovement)布置,变压器构成以频率为f0的AC电压工作的电路的一部分,
-第二变换器,其被配置用来将所述第二线圈连接至电网。
变压器是弱耦合变压器,第一线圈与第二线圈之间的磁耦合小于0.7,
并且变压器包括分别与第一和第二线圈连接的第一和第二电容,用来与相应的线圈一起构成谐振频率为f0的电路。
该电气变压器电路的有益效果在于,因为使用了弱耦合变压器,在合理的尺寸和不会遭遇电绝缘的情况下,使在能够轻松达到大约10千赫的高频下获得变换成为可能。此外,由于以谐振实现变换,变换性能得以保持。因此,该电路是紧凑的,而同时提供良好的电绝缘和良好的变换性能。
此外,值得注意的是,当第一和第二变换器是双向的时,电路使连接至电网以及充电装置类型的装备或者电源类型的装备,以及可以轮流充当充电装置和电源的装备成为可能。
变压器的磁耦合由以下的数学方程式定义:
(1)
其中,M是变压器的变换比,L1和L2是变压器的第一和第二线圈的相应的电感值,该第一和第二线圈一般使用初级和次级线圈的名义。
在本文的以上和其余部分,第一与第二电压之间的幅值调节指的是:
-在第一和第二电压均是AC电压的情况下,幅值调节本身,
-在第一电压是DC电压并且第二电压是AC电压的情况下,第一电压值与第二电压幅值之间的调节,
-在第一和第二电压均是DC电压的情况下,第一和第二电压之间的值调节,
-在第一电压是AC电压并且第二电压是DC电压的情况下,第一电压的幅值与第二电压值之间的调节。
因此,更一般地,DC电压的“幅值”指的是其值。
第一线圈与第二线圈之间的磁耦合可以接近或者小于0.5。
该变压器可以是空气类型(空心)变压器。
该类型变压器在两个线圈之间并不包括磁芯,在不大幅增加变压器尺寸的情况下,使第一与第二线圈之间的电绝缘得以优化。
频率f0可以是大于1kHz的频率,优选大于5kHz,或者甚至大于10kHz。
变压器的该运行频率使提供良好的变换性能成为可能。
电气装备可以是以DC电压运行的电气装备,其可以是充电装置,譬如电池,或者电源,譬如基于可再生能源的发电机,或者兼具两者,譬如适用于将能量传输至电网的电池,第一变换器能够是:
-在电气装备是充电装置的情况下,AC-DC电压变换器,其输入端连接变压器,并且其输出端连接电气装备,
-在电气装备是发电机的情况下,逆变器,其输入端连接电气装备,并且其输出端连接变压器,
-在电气装备能够以电源和充电装置两者运行的情况下,AC电压-DC电压双向变换器。
电气装备可以是充电装置,譬如电池,或者电源,譬如基于可再生能源的发电机,或者两者兼具,譬如适用于将能量传输至电网的电池的电气装备,
并且其中,电网是以频率为f2运行的AC电网,第二变换器能够适用于:
-在电气装备是充电装置的情况下,将频率为f2的电压转换为频率为f0的电压,第二变换器在其输入端连接电网,并且在其输出端连接至第二线圈,
-在电气装备是发电机的情况下,将频率为f0的电压转换为频率为f2的电压,第二变换器在其输入端连接至第二线圈,并且在其输出端连接至电网,
-在电气装备能够作为电源和充电装置同时运行的情况下,双向转换频率为f2的电压和频率为f0的电压。
第二变换器包含开关稳压系统,其适用于为第二线圈提供具有基频为f0并且正比于源自低通滤波器的电网电压的AC电压,所述开关稳压系统的指令独立于电网和电气装备的电压。
该开关稳压系统使提供简化的第二变换器成为可能,因为其不需要与电网电压和电气装备电压当中任一个同步的指令电路。
电气装备可以是充电装置,譬如电池,或者电源,譬如基于可再生能源的发电机,或者兼具两者,譬如适用于将能量传输至电网的电池的电气装备,
并且其中所述电网是DC电压电网,第二变换器能够是:
-在装备是充电装置的情况下,其为逆变器,适用于为第二线圈从电网的DC电压提供频率为f0的AC电压,
-在装备是电源的情况下,其将频率为f0的电压转换为DC电压,第二变换器在其输入端连接至第二线圈,并且在其输出端连接至电网,
-在电气装备既能够以电源装置运行又能够以充电装置运行的情况下,其适用于双向地转换DC电压与频率为f0的AC电压。
第二变换器可以包含开关稳压系统和低通滤波器,该开关稳压系统仅在频率为f0的AC电压正向交替期间连接电网和第二线圈,该低通滤波器适用于至少部分地滤波频率为f0的电压。
该第二变换器使提供适用于将电网连接至频率为f0的AC变换电压的电气装备的电路成为可能。
本发明还涉及电气设备,其包括:
-电气装备,譬如基于可再生能源的发电机或者能源存储系统,和
-电气变压器电路,其连接至电气装备,用于将电气装备连接至电网,
该电路是根据本发明的电路。
该设备的有益效果由根据本发明的电路提供。
附图说明
在阅读实例实施例的描述的基础上,本发明将得到更好的理解,该实例实施例仅用作信息性和非限制性目的,其参考了附图,其中:
图1图解地示出了根据现有技术的实例电气变压器电路,其用于将电气装备连接至电网,
图2图解地示出了根据本发明的电气变压器电路,其将电气装备连接至电网,
图3示出了根据本发明的电路的变压器级的运行框图,
图4A、图4B和图4C示出了电气变压器电路的运行电压的实例;图4A示出了为电气装备供电的第一变换器的输入端的电流,图4B更具体地示出了对应于电气装备的变压器级处的电流和电压,并且图4C示出了对应于电网的变压器级的电流和电压,
图5示出了图2的电路的图解实例实施例,
图6图解地示出了图2的电路的替代方案,其中电路是DC电路,
图7图解地示出了用于装备了图2中示出的电路的第二变换器的AC配置。
各附图中同样的、类似的、或者等同的部件被赋予相同的附图标记,用来便于从一张附图过渡至下一张附图。
不同的可能性(替代方案和实施例)应理解为非相互排斥的,并且可以彼此组合。
具体实施方式
图2图解地示出了电气变压器电路1,其将电气装备2,譬如可再生能源发电机或者能源存储系统,连接至电网3。
该电气变压器电路1包括:
-第一电压变换器10,其适用于将电气装备2连接至以频率为f0的AC电压运行的电路1的一部分,
-变压器20,其连接至第一电压变换器10,并且被配置用来在电气装备2的电压与电网3的电压之间执行幅值调节,所述变压器20包括连接至第一变换器10的第一线圈L1,和磁耦合至第一线圈L1的第二线圈L2,以及分别连接至第一和第二线圈L1,L2的第一和第二电容C1,C2,用来与相应的线圈一起构成谐振频率为f0的电路,
-第二变换器30,其连接至第二线圈L2和电网3,并且被配置用来将所述第二线圈L2连接至电网3。
为示出电路1的电压和流经该电路1的电流的不同测量位置,图2中示出的电路示出了安培表I1,I2,Iac和电压表U1,U2。
在图2中,电气装备2是DC电压源,其电压被标注为Vdc。当然,在不超出本发明范围的情况下,图2中示出的电路可以是双向的,电气装备2还可以是充电装置或者电源和充电装置依次变换。
第一变换器10包括第一电容Cbus,其平行于电气装备2布置,用来滤除第一变换器10转换产生的干扰。第一变换器10还包括开关电路,其包含四个开关S1,S2,S3,S4,用来允许在电气装备2的DC电压与变压器20的频率为f0的AC电压之间进行调节。为此,开关对S1/S2和S3/S4以频率f0交替开路,用来在电气装备2与变压器20之间交替连接的极性。开关S1至S4的该指令是传统获得DC电压向AC电压进行转换,或者AC电压向DC电压进行转换,或者双向转换DC电压-AC电压的方式。
变压器20通过在电气装备2的电压与电网3的电压之间提供幅值调节,使其充当第一与第二变换器10,30之间的接口成为可能。为优化电路1的性能,而同时保障电气装备与电网之间的良好的电隔离,变压器是弱耦合变压器,即,第一线圈与第二线圈之间的磁耦合小于0.7,并且可以接近或者甚至小于0.5,并且第一和第二线圈每个均与相应的电容相连接,用来构成谐振频率为f0的电路。
该弱耦合变压器20能够通过使用空心变压器来获得,即在两个线圈之间不包括磁芯。因此,第一与第二线圈L1,L2之间的耦合以“空气”实现,因为磁芯由空的空间所取代。
变压器20的运行原理在图3中示出。事实上,第一线圈L1与第一电容C1构成第一谐振电路,并且第二线圈L2与第二电容C2构成第二谐振电路,这两个谐振电路具有谐振频率f0。这两个电路因此必须满足以下的方程:
(2)
其中f0是谐振频率,ω0是谐振脉冲,L1,L2分别是第一和第二线圈L1,L2的电感,以及C1,C2分别是第一和第二电容的电容。
因此,在电压U1和电流I1和I2之间可以推导得出以下关系:
(3)
(4)
结果可以看到,变压器以幅值为I2的电流源的形式运行,其由U1控制。
该电路是对称的,可以从关系(1)推导得出电压U2与电流I1和I2之间的以下关系:
(5)
(6)
(7)
以这样的方式,作为电流源的变压器运行是可逆的。在对U1/I1和U2/I2是同相的、即具有电阻偶极特性的配置中,通过U2控制I1并且通过U1控制I2是可行的。
同样值得注意的是,弱耦合使限制关于电流I1和I2的正弦特性的约束成为可能。因此,限制用于第一和第二变换器10,30的变换级成为可能。
第二线圈L2连接至第二变换器30。第二变换器,用来允许第二线圈连接至电网3,包括四个开关S5,S6,S7,S8和与开关S5,S6,S7,S8并联安装的两个电容Cpos,Cneg。
布置第二变换器30的开关S5,S6,S7,S8,使得当开关S5,S7闭合并且开关S6,S8断开时,允许第二线圈L2连接电网3,并且当开关S5,S7断开并且开关S6,S8闭合时,允许电网3与第二线圈L2隔离。
为获得该布置,通过开关S5和S7与两个电容Cpos,Cneg并联布置的方式,第二线圈L2连接至电网。开关S6,S8连接第二线圈L2的两个端子,用来将其短路。在图2中示出的配置中,无需对电路1的运行必须地,开关S8,S6共用的端子连接至电容Cneg,Cpos之间共用的端子。
开关单元S5/S6和S8/S7首尾相连。如果这些开关单元S5/S6和S8/S7被极化,则其负端子彼此连接或者其正端子彼此连接。
电网3连接至开关S5,S7,并且经过电感Lac连接至电容Cneg、Cpos,用来滤波第二变换器30提供的变换的剩余频率f0的部分噪声。Lac位置的选择不是限定的;其可以位于S7与电网之间,或者分为首先将S5连接至电网3并随后将S7连接至电网的两个电感。
开关S5,S6,S7,S8的指令独立于电网电压和第二线圈L2中电流的状态,即第二变换器以开环形式运行。
因此,开关S5,S6,S7,S8构成开关稳压系统,其适用于为第二线圈L2提供基频为f0并且正比于源自低通滤波器的电网电压的AC电压,所述开关稳压系统的指令独立于电网3和电气装备2的电压的状态。
以这种方式,对于周期开关S5,S6,S7,S8的指令总结如下:
-对于0<t<1/2T,S5和S7闭合并且S6和S8断开,
-对于1/2T<t<T,S5和S7断开并且S6和S8闭合。
因此,在该配置中,S5和S7闭合并且S6和S8断开,并且考虑前述的变压器20的方程(2)至(7),特别是方程(7),其可以推导出:
(8)
电压Vac(t)能够如下写为Vac(t)=Vac·sin(ω2·t),方程(8)可以写为:
(9)
以这样的方式,变压器20作为提供电流I1的电流源运行,其幅值正比于具有调制频率f0的Vac。其是后文在图4A中示出的电流。
带有第一变换器10和其开关S1,S2,S3,S4,电压U1相对于电流I1的相位可以得到控制。再者,如先前引入的方程(4)所示的,电流I2正比于具有n/4相移的U2。因此,如果U1受控,使得其与如图4B的I1反相,电压U1的调制使控制电流I2的幅值和获得电流I2与电压U2之间的零相移成为可能。电流Iac的幅值因此由电流I2的幅值产生,电压U2与如图4C所示的I2同相,并且电容Cpos,Cneg与电感Lac连接充当低通滤波器。值得注意的是,开关S1,S2,S3,S4的该指令,开关S5,S6,S7,S8的切换发生在0电流处,并且因此具有非常低的损耗。
因此,该电变换电路控制电网3内的电流Iac成为可能。
此外,图3中示出的电路是双向的,根据类似的原理,以电网3为充电装置类型的电气装备2供电成为可能。为此,其足以控制电压U1,使得其与I1同相,用来相对于电网以发电机运行,或者控制电压U1,使得其与I1反相,用来相对于电网以充电装置运行。
还能够看到,因为电流I1取决于U2,并且I2取决于U1,通过以测量系统仅为电气装备2的一侧装备电路1,用来获知电网3侧的电路1的状态成为可能。
图5图解地示出了根据本发明的电路1的实例实施例,其中每个开关S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8由绝缘栅双极晶体管T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8,其以其简称IGBT更为人熟知,和与相应的IGBT反并联安装的二极管所取代。使用该以反并联配置安装在一起的IGBT和二极管,用来充当所属领域的技术人员熟知的开关运行,该配置未在本文中更加详细阐述。尽管如此,仍然值得注意的是,该配置,频率f0典型地被设置为15kHz的值,因此提供高变换性能,尽管由IGBT/二极管T5,T6,T7,T8对构成的开关单元T5/T6和T7/T8潜在具有更高的运行电压。
图6示出了根据本发明的实例电路1,其中电网3是DC电网。根据实例实施例的电路1与图2中所示的电路1的不同之处在于,电网3与电容Cpos和Cneg并联连接。在图6的实例中,该连接假设,如果由开关S5,S6,S7,S8构成的开关单元S5/S6和S7/S8被极化,它们由其负端子彼此连接。
以这种方式,对于作为电源的电气装备1,极化的电网由具有相同极性的电流或者电压供电。以这种方式,使用该连接,电网通过电流受电或者供电,取决于装备1传输的功率是正的还是负的,上述电流是由滤波器实质上直接产生,该滤波器由电容Cpos,Cneg和电感Lac构成。
同样地,当电气装备2是充电装置或者不受控的电源时,电路1使使用类似于图2中示出的电路阐述的原理调节由电气装备经受的电压值成为可能。
根据该实施例的一个替代性实施例(未示出),根据类似于第一变换器10的原理,第二变换器30包括开关电路,该开关电路包含四个四象开关,用来允许在电网的DC电压与变压器20的频率为f0的AC电压之间的调节。以这样的方式,由电网3提供的DC电压能够被切割,用来为第二线圈L2提供频率为f0的AC电压,其幅值仍正比于Vac,如前所述。
图7示出了图2中示出的第二变换器20的替代实施例。根据该替代实施例的该第二变换器20的开关可以以与开关S5,S6,S7,S8相同的方式指令,用来允许,在第一位置,第二线圈L2与电网3连接,并且在第二位置,隔离电网3与第二线圈L2。值得注意的是,在该替代性的实施例中,实施单个电容Cac。
Claims (9)
1.电气变压器电路(1),用于将譬如基于可再生能源的发电机或者能源存储系统的电气装备(2)连接至电网(3),所述电路包括:
第一电压变换器(10),其适用于将电气装备(20)连接至以频率为f0的AC电压运行的电路(1)的一部分,
变压器(20),其连接至第一电压变换器,并且被配置用来在电气装备(2)的电压与电网(3)的电压之间执行幅值调整,所述变压器(20)包括连接至第一变换器(10)的第一线圈(L1)和磁耦合至第一线圈(L1)的第二线圈(L2),所述第一和第二线圈(L1,L2)以移动固定的方式布置,变压器(20)构成以频率为f0的AC电压运行的电路(1)的一部分,
第二变换器(20),其被配置用来将所述第二线圈(L2)连接至电网(3),
所述电路(1)的特征在于,变压器(20)是弱耦合变压器,第一线圈(L1)与第二线圈(L2)之间的磁耦合小于0.7,
并且在于变压器(20)包括分别与第一和第二线圈(L1,L2)连接的第一和第二电容(C1,C2),用来与相应的线圈(L1,L2)一起构成谐振频率为f0的电路。
2.根据权利要求1的电路(1),其中变压器(20)可以是空心变压器。
3.根据权利要求1的电路(1),其中频率f0是大于1kHz的频率,优选大于5kHz,或者更优选地大于10kHz。
4.根据权利要求1的电路(1),其中电气装备(2)是以DC电压工作的电气装备,其是充电装置,譬如电池,或者电源,譬如基于可再生能源的发电机,或者兼具两者,譬如适用于将能量传输至电网(3)的电池,第一变换器(10)为:
在电气装备(2)是充电装置的情况下,其是输入端接变压器(20)并且输出端接电气装备(2)的AC-DC电压变换器,
在电气装备(2)是发电机的情况下,其是输入端接电气装备并且输出端接变压器(20)的逆变器,
在电气装备(2)既能够以电源装置运行又能够以充电装置运行的情况下,其是AC-DC电压双向变换器。
5.根据权利要求1的电路(1),其中电气装备(2)是譬如电池的充电装置,或者是譬如基于可再生能源的发电机的电源,或者兼具两者,譬如适用于将能量传输至电网(3)的电池的电气装备,
并且其中电网(3)是以频率f2运行的AC电网,第二变换器(30)能够适用于:
在电气装备(2)是充电装置的情况下,将频率为f2的电压转换为频率为f0的电压,第二变换器(30)在其输入端至连接电网(3)并且在其输出端连接至第二线圈(L2),
在电气装备(2)是发电机的情况下,将频率为f0的电压转换为频率为f2的电压,第二变换器(30)在其输入端连接至第二线圈(L2)并且在其输出端连接至电网(3),
在电气装备(2)既能够以电源装置运行又能够以充电装置运行的情况下,双向地转换频率为f2的电压与频率为f0的电压。
6.根据权利要求5的电路(1),其中第二变换器(30)包含开关稳压系统,其适用于为第二线圈(L2)提供基频为f0并且正比于源自低通滤波器的电网电压的AC电压,所述开关稳压系统的指令独立于电网(3)和电气装备(2)的电压状态。
7.根据权利要求1的电路(1),其中电气装备(2)是譬如电池的充电装置,或者譬如基于可再生能源的发电机的电源,或者兼具两者,譬如适用于将能量传输至电网(1)的电池的电气装备,
并且其中所述电网(1)是AC电网,第二变换器(20)为:
在电气装备(2)是充电装置的情况下,其为逆变器,适用于从电网(3)的DC电压给第二线圈(L2)提供频率为f0的AC电压,
在电气装备(2)是电源的情况下,其将频率为f0的电压转换为DC电压,第二变换器在其输入端连接至第二线圈(L2),并且在其输出端连接至电网,
在电气装备(2)既能够以电源装置运行又能够以充电装置运行的情况下,其适用于双向地转换DC电压与频率为f0的AC电压。
8.根据权利要求7的电路(1),其中第二变换器(30)包含开关稳压系统和低通滤波器,该开关稳压系统被布置为仅在频率为f0的AC电压的正向交替期间连接电网(3)和第二线圈(L2),该低通滤波器适用于至少部分地滤波频率为f0的电压。
9.电气设备,包括:
电气装备(2),譬如基于可再生能源的发电机或者能源存储系统,和
电气变压器电路(1),其连接至电气装备(2),用来将电气装备(2)连接至电网(3),
所述设备的特征在于,可移除的设备(1)是根据权利要求1的电路。
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---|---|---|---|---|
WO2017167273A1 (zh) * | 2016-04-01 | 2017-10-05 | 腾讯科技(深圳)有限公司 | 业务处理方法和装置 |
US10014781B2 (en) * | 2016-08-02 | 2018-07-03 | Abb Schweiz Ag | Gate drive systems and methods using wide bandgap devices |
CN106452093A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-02-22 | 深圳市英威腾电气股份有限公司 | 一种dc/dc变换器 |
FR3067887B1 (fr) * | 2017-06-15 | 2020-08-07 | Inst Vedecom | Chargeur isole reversible pour relier un dispositif de stockage a un reseau electrique |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1705217A (zh) * | 2004-05-31 | 2005-12-07 | 索尼株式会社 | 开关电源电路 |
CN1801592A (zh) * | 2005-01-06 | 2006-07-12 | 索尼株式会社 | 开关电源电路 |
WO2008116042A2 (en) * | 2007-03-20 | 2008-09-25 | Access Business Group International Llc | Power supply |
WO2012162581A1 (en) * | 2011-05-26 | 2012-11-29 | Enphase Energy, Inc. | Method and apparatus for generating single-phase power from a three-phase resonant power converter |
CN103595258A (zh) * | 2013-11-28 | 2014-02-19 | 南京航空航天大学 | 一种升压型软开关谐振变换器及其定频控制方法 |
US20140268898A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-18 | Enphase Energy, Inc. | Efficient resonant topology for dc-ac inversion with minimal use of high frequency switches |
Family Cites Families (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SG84490A1 (en) * | 1994-04-29 | 2001-11-20 | Research Frontiers Inc | Optical cell control system |
JP2001359279A (ja) * | 2000-06-12 | 2001-12-26 | Sony Corp | ブリッジ型dc−dcコンバータ |
DE10128687A1 (de) * | 2001-06-13 | 2002-12-19 | Philips Corp Intellectual Pty | Spannungswandler |
US6934167B2 (en) * | 2003-05-01 | 2005-08-23 | Delta Electronics, Inc. | Contactless electrical energy transmission system having a primary side current feedback control and soft-switched secondary side rectifier |
CH697550B1 (de) * | 2005-03-30 | 2008-11-28 | Alstom Technology Ltd | Verfahren zur Steuerung eines Frequenzkonverters. |
JP5208374B2 (ja) * | 2006-04-18 | 2013-06-12 | シャープ株式会社 | 系統連系パワーコンディショナおよび系統連系電源システム |
DE102007028078B4 (de) * | 2007-06-15 | 2009-04-16 | Sma Solar Technology Ag | Vorrichtung zur Einspeisung elektrischer Energie in ein Energieversorgungsnetz und Gleichspannungswandler für eine solche Vorrichtung |
TWI464835B (zh) * | 2008-04-04 | 2014-12-11 | Fujikura Ltd | 半導體封裝體及其製造方法 |
JP4561886B2 (ja) * | 2008-06-27 | 2010-10-13 | ソニー株式会社 | 電力伝送装置、給電装置及び受電装置 |
EP2526616A2 (en) * | 2010-01-22 | 2012-11-28 | Massachusetts Institute of Technology | Grid-tied power conversion circuits and related techniques |
US8310202B2 (en) * | 2010-08-17 | 2012-11-13 | Ut-Battelle, Llc | Off-resonance frequency operation for power transfer in a loosely coupled air core transformer |
US20130049674A1 (en) * | 2011-08-24 | 2013-02-28 | Qualcomm Incorporated | Integrated photo voltaic solar plant and electric vehicle charging station and method of operation |
US20130270919A1 (en) * | 2012-04-16 | 2013-10-17 | Ut-Battelle, Llc | Above resonance frequency operation for wireless power transfer |
US20140032730A1 (en) * | 2012-07-26 | 2014-01-30 | Qualcomm Incorporated | Delay-tolerant web transaction delegations |
IN2015DN01650A (zh) * | 2012-09-03 | 2015-07-03 | Vestas Wind Sys As | |
WO2014103105A1 (ja) * | 2012-12-28 | 2014-07-03 | パナソニック株式会社 | Dc/dcコンバータ |
FR3004596A1 (fr) * | 2013-04-11 | 2014-10-17 | Schneider Electric Ind Sas | Procede de charge par induction d'une batterie de vehicule |
US20140327308A1 (en) * | 2013-05-05 | 2014-11-06 | Palmetto Power, LLC | Solid-State Bi-Directional Balanced Energy Conversion and Management System |
FR3011696B1 (fr) * | 2013-10-09 | 2015-12-11 | Schneider Electric Ind Sas | Systeme de conversion d' energie, ensemble de rechargement par induction et procedes d' emission et de reception de donnees associes |
US20150311827A1 (en) * | 2014-04-28 | 2015-10-29 | Victor M. Villalobos | Negentropic method and apparatus to generate usable work while reconditioning the energy source using electromagnetic energy waves |
CN106208769B (zh) * | 2014-10-09 | 2020-02-07 | 松下知识产权经营株式会社 | 电力转换装置 |
-
2014
- 2014-10-08 FR FR1459661A patent/FR3027151B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2015
- 2015-10-06 EP EP15188476.4A patent/EP3007349B1/fr active Active
- 2015-10-07 US US14/877,140 patent/US20160105129A1/en not_active Abandoned
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-
2018
- 2018-06-27 US US16/020,687 patent/US10734919B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1705217A (zh) * | 2004-05-31 | 2005-12-07 | 索尼株式会社 | 开关电源电路 |
CN1801592A (zh) * | 2005-01-06 | 2006-07-12 | 索尼株式会社 | 开关电源电路 |
WO2008116042A2 (en) * | 2007-03-20 | 2008-09-25 | Access Business Group International Llc | Power supply |
WO2012162581A1 (en) * | 2011-05-26 | 2012-11-29 | Enphase Energy, Inc. | Method and apparatus for generating single-phase power from a three-phase resonant power converter |
US20140268898A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-18 | Enphase Energy, Inc. | Efficient resonant topology for dc-ac inversion with minimal use of high frequency switches |
CN103595258A (zh) * | 2013-11-28 | 2014-02-19 | 南京航空航天大学 | 一种升压型软开关谐振变换器及其定频控制方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20190006956A1 (en) | 2019-01-03 |
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EP3007349A1 (fr) | 2016-04-13 |
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