GR1010440B - Διαταξη ηλεκτρομηχανικου μετατροπεα τασης συνεχους-συνεχους - Google Patents

Abstract

Η εφεύρεση αναφέρεται σε μια διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς αποτελούμενη από έναν ηλεκτρονόμο (ρελέ) (1) και μια δίοδο (11), όπου το ρελέ (1) αποτελείται από έναν ηλεκτρομαγνήτη και έναν φυσιολογικά κλειστό διακόπτη, συνδεμένα σε σειρά μεταξύ τους, και όπου η δίοδος (11) είναι συνδεμένη στον κοινό ακροδέκτη του ηλεκτρομαγνήτη και του διακόπτη, ώστε η λεγόμενη διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς να έχει τρεις ακροδέκτες, τον ασύνδετο ακροδέκτη του ηλεκτρομαγνήτη (Α), τον ασύνδετο ακροδέκτη του διακόπτη (Β) και τον ασύνδετο διακόπτη της διόδου (Γ). Είναι αξιοσημείωτο σύμφωνα με την εφεύρεση το γεγονός ότι η ανωτέρω διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς ταλαντώνει αυτόματα μόλις ένα ικανό ρεύμα αρχίσει να ρέει μεταξύ των ανωτέρω ασύνδετων ακροδεκτών του ηλεκτρομαγνήτη (Α) και του διακόπτη (Β) ορίζοντας ένα ρεύμα κατωφλίου.

Description

ΔΙΑΤΑΞΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑ ΤΑΣΗΣ ΣΥΝΕΧΟΥΣ-ΣΥΝΕΧΟΥΣ

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Πεδίο εφαρμογής της εφεύρεσης

Η παρούσα εφεύρεση αφορά μια διάταξη ηλεκτρομηχανικού μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς, ο οποίος αποτελείται από μια δίοδο και έναν ηλεκτρονόμο (ρελέ) σε συγκεκριμένη συνδεσμολογία που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένας μετατροπέας ανύψωσης τάσης συνεχούς-συνεχούς, ή ως ένας μετατροπέας υποβιβασμού τάσης συνεχούς-συνεχούς.

Υπόβαθρο της εφεύρεσης

Οι πρώτοι ηλεκτρομαγνητικοί διακόπτες κατασκευάστηκαν το πρώτο μισό του 18ου αιώνα, μετά την ανακάλυψη της ηλεκτρικής μπαταρίας και των φαινομένων της αυτεπαγωγής και της αμοιβαίας επαγωγής, από τους Alessandro Volta, Joseph Henry και Michael Faraday. Ο ηλεκτρονόμος (ρελέ), όπως φαίνεται στο σχήμα 1, περιεγράφηκε σαν μηχανισμός ως μέρος των πρώτων τηλέγραφων που παραπέμπουν στο έγγραφο US Pat. No. 1647 Α, με ημερομηνία δημοσίευσης 20 Ιουνίου 1840 του Samuel Morse, ενώ 100 χρόνια αργότερα έγινε και η εφεύρεση της μαγνητικής επαφής (reed switch) όπως αποκαλύπτεται στο έγγραφο US Pat. No. 2264746 με ημερομηνία δημοσίευσης 2 Δεκεμβρίου 1941 του Walter Β. Ellwood. Από τότε διάφορες βελτιώσεις έχουν προταθεί, για αυξημένη ευαισθησία όπως στο έγγραφο US Pat. No. 4038620, με ημερομηνία δημοσίευσης 26 Ιουλίου 1977 των Β. Edward Shlesinger and Charlie Dwain Mariner] και για ένα μικρότερο μέγεθος της διάταξης στο έγγραφο US Pat. No. 6989500Β2, με ημερομηνία δημοσίευσης 24 Ιαν. 2006 των Jonathan Simon and Steven A. Rosenau και στο έγγραφο W02009/117526A2 του Christenson R. Todd που δημοσιεύτηκε στις 24 Σεπτ. 2009, Το σχήμα 2 απεικονίζει διάφορους ενδεικτικούς τρόπους κατασκευής ενός ρελέ παρουσιάζοντας διάφορες διατάξεις όπως (α) μαγνητική επαφή τυλιγμένη με πηνίο (Reed relay), (β) μαγνητική επαφή κοντά σε ηλεκτρομαγνήτη, (γ) ηλεκτρομαγνήτης και μηχανικός διακόπτης, (δ) περιστρεφόμενος διακόπτης. Παρόμοιες διατάξεις μπορούν στις μέρες μας να υλοποιηθούν σε οποιαδήποτε κλίμακα.

Σήμερα υπάρχει η δυνατότητα κατασκευής εξαιρετικά μικρών μαγνητικών επαφών και ρελέ που μπορούν να ενσωματωθούν σε ολοκληρωμένα κυκλώματα (Chip) όπως αποκαλύπτεται στο έγγραφο TW No. 201002608Α, με ημερομηνία δημοσίευσης 16 Ιαν.

2010 του Hsu Kuo-Ching και στο έγγραφο των S. Nazari Nejad and R. Mansour, "Development of MEMS Reed Magnetic Sensors," in IEEE Transactions on Magnetics, vol. 52, no. 2, pp. 1-7, Φεβρ. 2016, Art no. 4000407 [doi: 10.1109/TMAG.2015.2484282], Παρόλο που οι ημιαγωγοί έχουν αντικαταστήσει τους μηχανικούς διακόπτες στο μεγαλύτερο ποσοστό των εφαρμογών σήμερα, ελάχιστες υβριδικές διατάξεις έχουν ακόμα αξία στις μέρες μας. Κυρίως, μηχανικές διατάξεις χρησιμοποιούνται για συλλογή και μετατροπή μηχανικής ενέργειας και δονήσεων σε ηλεκτρική [3, 4 : US Pat. No.

8618895Β2, Υ. Κ. Ramadass and A. Ρ. Chandrakasan, "A Battery-Less Thermoelectric Energy Harvesting Interface Circuit With 35 mV Startup Voltage, " IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 46, no. 1, pp. 333-341, Jan. 2011, doi: 10.1109/JSSC.2010.2074090], Πέραν της χρήσης μηχανικών διατάξεων για συλλογή και μετατροπή μηχανικής ενέργειας και δονήσεων σε ηλεκτρική γίνεται χρήση μαγνητικών επαφών και σε κυκλώματα συγχρονισμένης ανόρθωσης της εξόδου πιεζοηλεκτρικών μετατροπέων [5-7 : Schlichting, Alex & Fink, Ε & Garcia, Ε. (2013), A low-loss hybrid rectification technique for piezoelectric energy harvesting. Smart Materials and Structures. 22. 095028.

10.1088/0964-1726/22/9/095028, Tiwari R, Ryoo K, Schlichting A and Garcia E, "Extremely low-loss rectification methodology for low-power vibration energy harvesters", in Smart Materials and Structures, vol. 22, no. 6, pp. 062001, 2013, doi: 10.1088/0964-1726/22/6/062001, Ya Shan Shih, Dejan Vasic and Wen Jong Wu, "A non-contact mechanical solution for implementing synchronized switching techniques for energy harvesting using Reed switches", in Smart Materials and Structures, vol. 25, no. 12, pp.

125013, 2016, doi: 10.1088/0964-1726/25/12/125013]. Mαγνητiκές επαφές σε μορφή ολοκληρωμένου κυκλώματος (chip) είναι εμπορικά διαθέσιμες από την COTO TECHNOLOGY (RedRock RS-A-2515 MEMS-based magnetic reed switch 2013).

Μετατροπείς τάσης εμφανίστηκαν πολύ πριν την διάδοση και ευρεία χρήση ημιαγωγών. Αρχικά με σύνδεση μοτέρ-γεννήτριας όπως αποκαλύπτεται στο έγγραφο GB 190823396Α, με ημερομηνία δημοσίευσης 28 Οκτ. 1909 του William Peter Durtnall και στην συνέχεια με χρήση ειδικών ηλεκτρομηχανικών δονητών, οι οποίοι δημιουργούν ένα εναλλασσόμενο ρεύμα το οποίο τροφοδοτείται σε έναν μετασχηματιστή τάσης όπως περιγράφεται στο έγγραφο US 2,020,681 στις 12/11/1935 του William W. Garstang. Η έξοδος του μετασχηματιστή μπορεί να χρησιμοποιηθεί απ' ευθείας σαν πηγή εναλλασσόμενης τάσης ή να ανορθωθεί και να μετατραπεί σε συνεχή τάση. Η τάση εξόδου μπορεί να ρυθμιστεί από τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά του μετασχηματιστή.

Στάθμη της τεχνικής

Το έγγραφο US 7,706,152 Β2 στις 27/4/2010 των Bing Shen, Robert Hendry, Cynthia Watkins, and Rama Venkatusubramanian αποκαλύπτει μια αντίστοιχη διάταξη με μια μαγνητική επαφή (reed switch) και ένα πηνίο για την κατασκευή του ηλεκτρικού δονητή που τροφοδοτεί τον μετασχηματιστή, όπως δείχνει το σχήμα 2α. Όπως φαίνεται στο σχήμα 3, μια μαγνητική επαφή, ένα πηνίο και ένας μετασχηματιστής συνδέονται σε σειρά με την πηγή τάσης εισόδου. Όταν ικανό ρεύμα αρχίσει να διαρρέει το κύκλωμα, η μαγνητική επαφή αρχίζει να ταλαντώνει, δημιουργώντας ένα εναλλασσόμενο ρεύμα. Το δευτερεύον τύλιγμα του μετασχηματιστή είναι η έξοδος του κυκλώματος, και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν εναλλασσόμενη πηγή τάσης, ή να ανορθωθεί για την παραγωγή συνεχούς τάσης. Διαλέγοντας τον κατάλληλο τύπο μετασχηματιστή, οποιαδήποτε τιμή τάσης εξόδου μπορεί να δημιουργηθεί με αυτό το κύκλωμα.

Μετατροπείς τάσης με χρήση ημιαγωγών τελειοποιήθηκαν την δεκαετία του 1970 και από τότε χρησιμοποιούνται ευρέως σε πληθώρα εφαρμογών μετατροπής τάσης και συλλογής ενέργειας, όπως κυρίως στο έγγραφο των G. W. Wester and R. D. Middlebrook, "Low-Frequency Characterization of Switched dc-dc Converters," in IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. AES-9, no. 3, pp. 376-385, May 1973, doi: 10.1109/TAES.1973.309723, και στο έγγραφο US 2011/0215788A1 στις 8/9/2011 των Yu Yonezawa and Naoyuki Mishima. Ο μετατροπέας ανύψωσης τάσης συνεχούςσυνεχούς (boost converter), σχήμα 4, χρησιμοποιεί ένα κύκλωμα ασταθούς πολυδονητή για να ελέγξει έναν διακόπτη από ημιαγωγό σε μεγάλη συχνότητα. Ο διακόπτης ταλαντώνεται μεταξύ καταστάσεων (κλειστός-ανοικτός). Όταν ο διακόπτης είναι κλειστός, ρεύμα ρέει προς τον ακροδέκτη της γείωσης διαμέσου του πηνίου, ενώ όταν ο διακόπτης ανοίγει το υπολειπόμενο στο πηνίο ρεύμα μεταφέρεται στην έξοδο μέσω της διόδου. Με αυτό το κύκλωμα, μια χαμηλή συνεχής τάσης μπορεί να μετατραπεί αποδοτικά σε υψηλότερες τιμές τάσης. Για την μετατροπή μιας υψηλής τάσης σε μια χαμηλότερη, ένα κύκλωμα μετατροπέα υποβιβασμού τάσης συνεχούς συνεχούς (buck-converter) είναι απαραίτητο όπως φαίνεται στο σχήμα 5. Όμοια με τον μετατροπέα ανύψωσης τάσης, ο μετατροπέας υποβιβασμού τάσης χρησιμοποιεί ένα κύκλωμα ασταθούς πολυδονητή για να ελέγξει έναν διακόπτη από ημιαγωγό σε μεγάλη συχνότητα. Όταν ο διακόπτης είναι κλειστός, ρεύμα ρέει προς την έξοδο διαμέσου του πηνίου, ενώ όταν ο διακόπτης ανοίγει το υπολειπόμενο στο πηνίο ρεύμα μεταφέρεται στην έξοδο μέσω της διόδου.

Παρόλο που οι ημιαγωγοί έχουν αντικαταστήσει τους μηχανικούς διακόπτες στο μεγαλύτερο ποσοστό των εφαρμογών σήμερα, ελάχιστες υβριδικές διατάξεις έχουν ακόμα αξία στις μέρες μας. Κυρίαρχα, μηχανικές διατάξεις χρησιμοποιούνται για συλλογή και μετατροπή μηχανικής ενέργειας και δονήσεων σε ηλεκτρική όπως αποκαλύπτεται στο έγγραφο US 8,618,895 Β2, που δημοσιεύτηκε στις 31/12/2013, του Sang Gu Kim και στο έγγραφο των Υ. Κ. Ramadass and A. Ρ. Chandrakasan, "A Battery-Less Thermoelectric Energy Harvesting Interface Circuit With 35 mV Startup Voltage," in IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 46, no. 1 , pp. 333-341 , Jan. 2011 , doi: 10.1109/JSSC.2010.2074090. Πέραν της χρήσης μηχανικών διατάξεων για συλλογή και μετατροπή μηχανικής ενέργειας και δονήσεων σε ηλεκτρική γίνεται χρήση μαγνητικών επαφών και σε κυκλώματα συγχρονισμένης ανόρθωσης της εξόδου πιεζοηλεκτρικών μετατροπέων όπως αποκαλύπτεται στα έγγραφα των Schlichting, Alex & Fink, Ε & Garcia, Ε. (2013), A low-loss hybrid rectification technique for piezoelectric energy harvesting. Smart Materials and Structures. 22. 095028. 10.1088/0964-1726/22/9/095028, των Tiwari R, Ryoo K, Schlichting A and Garcia E, "Extremely lowloss rectification methodology for low-power vibration energy harvesters”, in Smart Materials and Structures, vol. 22, no. 6, pp. 062001 , 2013, doi: 10.1088/0964-1726/22/6/062001 , των Ya Shan Shih, Dejan Vasic and Wen Jong Wu, "A non-contact mechanical solution for implementing synchronized switching techniques for energy harvesting using Reed switches”, in Smart Materials and Structures, vol. 25, no. 12, pp.

125013, 2016, doi: 10.1088/0964-1726/25/12/125013.

Σκοπός της εφεύρεσης

Η παρούσα εφεύρεση στοχεύει στην παροχή ενός ηλεκτρομηχανικού μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς χαμηλής κατανάλωσης, ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την μετατροπή χαμηλών ή υψηλών τάσεων σε πιο αξιοποιήσιμες τιμές τάσης, σε διατάξεις συλλογής ενέργειας από το περιβάλλον. Για το σκοπό αυτό, αναφέρεται σε μια διάταξη που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν μετατροπέας ανύψωσης τάσης για χαμηλές τάσεις, για παράδειγμα συλλογή ενέργειας από μικρές πηγές θερμότητας με χρήση θερμοηλεκτρικού στοιχείου, αφού το ρελέ μπορεί να σχεδιαστεί ώστε να καταναλώνει μηδαμινές τιμές ενέργειας, αλλά και να ενεργοποιείται με χαμηλότερη τάση συγκριτικά με διακόπτες από ημιαγωγό. Επιπρόσθετα, στοχεύει σε μια διάταξη που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν μετατροπέας υποβιβασμού τάσης για πολύ υψηλές τάσεις, για παράδειγμα συλλογή ενέργειας με χρήση τριβοηλεκτρικών στοιχείων, αφού ο μηχανικός διακόπτης του ρελέ μπορεί να σχεδιαστεί ώστε να αντέχει πολύ μεγάλες τιμές τάσης και ρεύματος.

Συνοπτική περιγραφή της εφεύρεσης

Σύμφωνα με την παρούσα εφεύρεση, προβλέπεται μια διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς αποτελούμενη από έναν ηλεκτρονόμο (ρελέ) 1 και μια δίοδο 11 , όπου το ρελέ 1 αποτελείται από έναν ηλεκτρομαγνήτη και έναν φυσιολογικά κλειστό διακόπτη, συνδεμένα σε σειρά μεταξύ τους, και όπου η δίοδος 11 είναι συνδεμένη στον κοινό ακροδέκτη του ηλεκτρομαγνήτη και του διακόπτη, ώστε η λεγάμενη διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς να έχει τρεις ακροδέκτες, τον ασύνδετο ακροδέκτη του ηλεκτρομαγνήτη (Α), τον ασύνδετο ακροδέκτη του διακόπτη (Β) και τον ασύνδετο διακόπτη της διόδου (Γ), και ώστε η λεγάμενη διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς να ταλαντώνει αυτόματα μόλις ένα ικανό ρεύμα κατωφλιού ρέει μεταξύ των λεγάμενων ασύνδετων ακροδεκτών του ηλεκτρομαγνήτη (Α) και του διακόπτη (Β) ορίζοντας ένα ρεύμα κατωφλίου. Η διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς έτσι αποτελείται από έναν ηλεκτρονόμο (ρελέ) 1 και μια δίοδο 11 συνδεμένα ώστε η προτεινόμενη διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς να ταλαντώνει αυτόματα μόλις ένα ικανό ρεύμα ρέει μεταξύ των λεγάμενων ασύνδετων ακροδεκτών του ηλεκτρομαγνήτη (Α) και του διακόπτη (Β) ορίζοντας ένα ρεύμα κατωφλίου. Μέρος της ενέργειας εισόδου αποθηκεύεται στο πηνίο του ηλεκτρομαγνήτη, και μεταφέρεται στην έξοδο όταν ο διακόπτης του ρελέ μεταβαίνει στην ανωτέρω ανοικτή θέση.

Χάρη της διάταξης μετατροπέα σύμφωνα με την παρούσα εφεύρεση ελαχιστοποιούνται τα χρησιμοποιούμενα υλικά, το οποίο είναι προτιμητέο/αποτελεί βελτιστοποίηση σε σχέση με τους γνωστούς ηλεκτρομηχανικούς μετατροπείς και τους μετατροπείς με διακόπτες από ημιαγωγό που ανήκουν στην προηγούμενη τεχνική. Αυτό επιτρέπει την ελαχιστοποίηση των απωλειών ενέργειας. Επιπρόσθετα, δεν υπάρχει ανάγκη για κύκλωμα ασταθούς πολυδονητή, με αποτέλεσμα η εφεύρεση με βέλτιστο τρόπο να ελαχιστοποιεί τα χρησιμοποιούμενα υλικά επίσης και σε σχέση με τους διακοπτικούς μετατροπείς με διακόπτη από ημιαγωγό της προηγούμενης τεχνικής. Επιπρόσθετα, ο διακόπτης του ρελέ μπορεί να σχεδιαστεί ώστε να αντέχει πολύ μεγάλες τιμές τάσης και ρεύματος, ενώ επίσης έχει πολύ καλή αγωγιμότητα ελαχιστοποιώντας τις θερμικές απώλειες. Η διάταξη είναι σχεδιασμένη ώστε να ξοδεύει πολύ χαμηλή ενέργεια για την λειτουργία της. Τα χαρακτηριστικά λειτουργίας της διάταξης εξαρτώνται από τα μηχανικά χαρακτηριστικά του ρελέ και τα υλικά που θα χρησιμοποιηθούν.

Συνεπώς, η παρούσα εφεύρεση παρέχει μια διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούςσυνεχούς που ταλαντώνει αυτόματα μόλις ένα ικανό ρεύμα κατωφλίου ρέει μεταξύ των λεγάμενων ασύνδετων ακροδεκτών του ηλεκτρομαγνήτη (Α) και του διακόπτη (Β) ορίζοντας ένα ρεύμα κατωφλίου.

Σύμφωνα με έναν ιδιαίτερο τρόπο πραγμάτωσης της διάταξης μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς σύμφωνα με την εφεύρεση, η άνοδος της διόδου συνδέεται στον κοινό ακροδέκτη του ηλεκτρομαγνήτη και του διακόπτη του ρελέ 1 , και η κάθοδος της διόδου είναι ο ασύνδετος ακροδέκτης (Γ). Η ανωτέρω δίοδος έτσι έχει μια άνοδο η οποία συνδέεται στον ανωτέρω κοινό ακροδέκτη του ηλεκτρομαγνήτη και του διακόπτη του ρελέ, όπου εφαρμόζεται μια χαμηλή συνεχής τάση μεταξύ του ασύνδετου ακροδέκτη του ηλεκτρομαγνήτη Α, και του ασύνδετου ακροδέκτη του διακόπτη Β, όπου παράγεται μια υψηλή συνεχής τάση μεταξύ του ασύνδετου ακροδέκτη της διόδου Γ, και του ασύνδετου ακροδέκτη του διακόπτη Β.

Σύμφωνα με έναν ενναλακτικό τρόπο πραγμάτωσης της διάταξης μετατροπέα σύμφωνα με την εφεύρεση, η κάθοδος της διόδου συνδέεται στον κοινό ακροδέκτη του ηλεκτρομαγνήτη και του διακόπτη του ρελέ 1 , και η άνοδος της διόδου είναι ο ασύνδετος ακροδέκτης (Γ).

Σύμφωνα έναν επιπλέον τρόπο πραγμάτωσης της διάταξης μετατροπέα τάσης σύμφωνα με την εφέυρεση, ένας φυσιολογικά ανοικτός διακόπτης του ρελέ χρησιμοποιείται αντί του λεγάμενου φυσιολογικά κλειστού, όπου ένας μαγνήτης, συγκεκριμένα μόνιμος, τοποθετείται κοντά στο ανωτέρω ρελέ 1 της διάταξης αντιστρέφοντας την φυσιολογική κατάσταση του διακόπτη του ρελέ.

Σύμφωνα με έναν ακόμη ειδικότερο τρόπο πραγμάτωσης της διάταξης μετατροπέα τάσης σύμφωνα με την εφεύρεση, ο μαγνήτης τοποθετείται κοντά στο ρελέ 1 , διαμέσου του οποίου ρυθμίζεται αναγκαίο ανωτέρω ρεύμα κατωφλιού, όπου ειδικότερα, τα χαρακτηριστικά λειτουργίας της ανωτέρω διάταξης μετατροπέα τάσης ελέγχονται μέσω του ανωτέρω μαγνήτη. Ακόμα ειδικότερα, το αναγκαίο ανωτέρω ρεύμα κατωφλίου ρυθμίζεται διαμέσου της τοποθέτησης ενός μόνιμου μαγνήτη κοντά στο ρελέ και έτσι επιτυγχάνεται ένα ελάχιστο αναγκαίο ρεύμα πηνίου ως ρεύμα κατωφλίου. Τα λειτουργικά χαρακτηριστικά των μετατροπέων, άρα, μπορούν να ρυθμιστούν διαμέσου της τοποθέτησης ενός μόνιμου μαγνήτη κοντά στο ρελέ.

Σύμφωνα με έναν επιπλέον ειδικό τρόπο πραγμάτωσης της διάταξης μετατροπέα τάσης σύμφωνα με την εφεύρεση, ο ίδιος μαγνήτης, συγκεκριμένα μόνιμος, χρησιμοποιείται και για τους δυο παραπάνω λόγους.

Σύμφωνα με έαν ακόμη ειδικότερο τρόπο πραγμάτωσης της διάταξης (κυκλώματος) μετατροπέα τάσης σύμφωνα με την εφεύρεση, ο ανωτέρω ρελέ αποτελείται είτε από ρελέ μαγνητικής επαφής (Reed relay) ή μια μαγνητική επαφή και έναν ηλεκτρομαγνήτη, είτε από μικροηλεκτρομηχανικό ρελέ (MEMS relay) ή μια μικροηλεκτρομηχανική μαγνητική επαφή και έναν ηλεκτρομαγνήτη.

Σύμφωνα με έναν ειδικό τρόπο πραγμάτωσης της εφεύρεσης, ένας μετατροπέας ανύψωσης περιλαμβάνει την ανωτέρω διάταξη μετατροπέα τάσης, όπου μια χαμηλή συνεχής τάση εφαρμόζεται μεταξύ των λεγάμενων ασύνδετων ακροδεκτών του ηλεκτρομαγνήτη (Α), και του διακόπτη Β, όπου μια υψηλότερη συνεχής τάση παράγεται μεταξύ των ανωτέρω ασύνδετων ακροδεκτών της διόδου Γ και του διακόπτη Β.

Η ανωτέρω διάταξη μετατροπέα τάσης μπορεί έτσι να συνιστά μία διάταξη μετατροπέα ανύψωσης τάσης για χαμηλή τάση εισόδου, όπου το ανωτέρω ρελέ είναι συνδεμένο ώστε να ταλαντώνει αυτόματα, κατά την οποία σύνδεση ο μετατροπέας λειτουργεί αυτόματα μόλις μια ελάχιστη ισχύς εφαρμοσθεί στην είσοδο.

Σύμφωνα με έναν άλλο πιό ειδικό τρόπο πραγμάτωσης της διάταξης μετατροπέα τάσης σύμφωνα με την εφεύρεση, μια υψηλή συνεχής τάση εφαρμόζεται μεταξύ των ασύνδετων ακροδεκτών του διακόπτη Β, και της διόδου Γ, όπου μια χαμηλότερη συνεχής τάση παράγεται μεταξύ των λεγάμενων ασύνδετων ακροδεκτών του ηλεκτρομαγνήτη (Α) και της διόδου (Γ).

Σύμφωνα με έναν ακόμη πιό ειδικό τρόπο πραγμάτωσης της διάταξης μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς σύμφωνα με την εφέυρεση, η ανωτέρω διάταξη λειτουργεί με μια πολύ χαμηλή τάση εισόδου, και όπου ειδικότερα συνδυάζεται με ένα θερμοηλεκτρικό συλλέκτη, διαμέσου του οποίου χρησιμοποιείται για συλλογή ενέργειας από χαμηλές πηγές θερμότητας.

Σύμφωνα με έναν ακόμη πιό ειδικότερο τρόπο πραγμάτωσης της διάταξης μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς, η ανωτέρω διάταξη λειτουργεί με μια πολύ υψηλή τάση εισόδου, και όπου αυτή συνδυάζεται με έναν τριβοηλεκτρικό ή πιεζοηλεκτρικό συλλέκτη, ώστε να χρησιμοποιείται για συλλογή ενέργειας από μηχανική ενέργεια μέσω του τριβοηλεκτρικού ή του πιεζοηλεκτρικού φαινομένου.

Σύμφωνα με έναν περαιτέρω ειδικότερο τρόπο πραγμάτωσης της διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς σύμφωνα με την εφεύρεση, ένας διακόπτης ενός δεύτερου ρελέ συνδέεται σε σειρά με τον ηλεκτρομαγνήτη και τον διακόπτη του λεγάμενου ρελέ 1 της ανωτέρω διάταξης, ώστε η διάταξη να μπορεί να ελεγχθεί εξωτερικά από ένα ξεχωριστό κύκλωμα. Ειδικότερα, η διάταξη μετατροπής τάσης μπορεί να κλείνει ή να ανοίγει με τη χρήση ενός ξεχωριστού κυκλώματος για τον έλεγχο του ηλεκτρομαγνήτη του δεύτερου ρελέ.

Σύμφωνα με έναν επιπλέον ειδικότερο τρόπο πραγμάτωσης του ανωτέρω κυκλώματος μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς της εφεύρεσης, ένας ηλεκτρομαγνήτης τοποθετείται κοντά στο ανωτέρω ρελέ 1 , ώστε το προαναφερόμενο ρεύμα κατωφλίου να μπορεί να ελεγχθεί εξωτερικά από ένα ξεχωριστό κύκλωμα μέσω του ανωτέρω ηλεκτρομαγνήτη.

Σύμφωνα με έναν ακόμη πιό ειδικότερο τρόπο πραγμάτωσης της ανωτέρω διάταξης μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς της εφεύρεσης, ένα δεύτερο ρελέ προβλέπεται για την εναλλαγή των διατάξεων, ώστε η ανωτέρω διάταξη να μπορεί να ελεγχθεί εξωτερικά από ένα ξεχωριστό κύκλωμα για να δουλέψει, είτε σε διάταξη ανύψωσης, είτε σε διάταξη υποβιβασμού. Ειδικότερα, η διάταξη μετατροπέα τάσης μπορεί να εναλάσσεται μεταξύ λειτουργίας ανύψωσης ή υποβιβασμού χρησιμοποιώντας ένα δεύτερο ρελέ, το οποίο ελέγχεται από ένα ξεχωριστό κύκλωμα.

Η εφεύρεση περαιτέρω προβλέπει μία διάταξη μετατροπέα ανύψωσης τάσης συνεχούςσυνεχούς με μια δίοδο, και ένα ρελέ που αποτελείται από έναν διακόπτη φυσιολογικά κλειστό που αντικαθιστά τον διακόπτη από ημιαγωγό και έναν ηλεκτρομαγνήτη που αντικαθιστά το πηνίο. Η ανωτέρω διάταξη είναι αξιοσημείωτη από το ότι το ανωτέρω ρελέ είναι συνδεμένο σε αυτο-ταλάντωτη συνδεσμολογία, η οποία επιτρέπει τους μετατροπείς να λειτουργούν αυτόματα οποτεδήποτε μια ικανή ισχύς εισόδου είναι παρούσα, όπου οι μετατροπείς είναι σχεδιασμένοι να καταναλώνουν μηδαμινά ποσά ενέργειας κατά την λειτουργία τους, και όπου τα λειτουργικά χαρακτηριστικά του μετατροπέα εξαρτώνται από τις μηχανικές ιδιότητες του διακόπτη, καθώς και από τα επιλεγμένα υλικά.

Επιπρόσθετα, προβλέπεται σύμφωνα με την εφεύρεση μία διάταξη μετατροπέα υποβιβασμού τάσης συνεχούς-συνεχούς για υψηλή συνεχή τάση εισόδου η οποία περιλαμβάνει μια δίοδο και ένα ρελέ αποτελούμενο από έναν διακόπτη φυσιολογικά κλειστό που αντικαθιστά τον διακόπτη από ημιαγωγό και έναν ηλεκτρομαγνήτη που αντικαθιστά το πηνίο, πράγμα που είναι αξιοσημείωτο από το οτι ο ηλεκτρομαγνήτης ελέγχει τον διακόπτη, ώστε όποτε επαρκές ρεύμα ρέει διαμέσου του πηνίου του ηλεκτρομαγνήτη του ρελέ, ο διακόπτης διεγείρεται σε ανοικτή θέση, με αποτέλεσμα να εξαλείφεται η ανάγκη για ένα ξεχωριστό κύκλωμα ελέγχου με ασταθή πολυδονητή και όπου οι μετατροπείς είναι αυτο-ταλάντωτοι.

Σύμφωνα με έναν αξιοσημείωτο συνδυαστικό τρόπο πραγμάτωσης της διάταξης της εφεύρεσης, παρέχεται ένας μετατροπέας ανύψωσης/υποβιβασμού τάσης συνεχούςσυνεχούς όπως ορίζεται παραπάνω, όπου και οι δυο λειτουργίες μπορούν να συνδυαστούν ανάλογα με τις απαιτήσεις εργασίας για την ανωτέρω διάταξη.

Περαιτέρω στοιχεία και χαρακτηριστικά γνωρίσματα της ανωτέρω διάταξης μετατροπέα, ανύψωσης και υποβιβασμού αντίστοιχα, σύμφωνα με την εφεύρεση περιγράφονται με μεγαλύτερη λεπτομέρεια παρακάτω ορισμένων υποδειγματικών τρόπων πραγμάτωσης της εφεύρεσης, με τη βοήθεια των συνημμένων σχεδίων υπό τη μορφή παραδειγμάτων σύμφωνα με τη λίστα αναφορών παρακάτω, που παραπέμπουν σε αριθμητικές αναφορές ταυτόσημες σε ίδια ή παρόμοια στοιχεία.

Σύντομη περιγραφή των σχεδίων

Το Σχήμα 1 δείχνει το χρησιμοποιούμενο σύμβολο του ηλεκτρονόμου (ρελέ).

Το Σχήμα 2 δείχνει ενδεικτικούς μεθόδους κατασκευής ενός ρελέ.

Το Σχήμα 3 δείχνει έναν ηλεκτρομηχανικό μετατροπέα τάσης σύμφωνα με την προγενέστερη τεχνική.

Το σχήμα 4 δείχνει ένα μετατροπέα ανύψωσης τάσης συνεχούς-συνεχούς σύμφωνα με την προγενέστερη τεχνική.

Το Σχήμα 5 δείχνει ένα μετατροπέα υποβιβασμού τάσης συνεχούς-συνεχούς σύμφωνα με την προγενέστερη τεχνική.

Το Σχήμα 6α απεικονίζει έναν ηλεκτρομηχανικό μετατροπέα ανύψωσης τάσης συνεχούςσυνεχούς σύμφωνα με την εφεύρεση.

Το Σχήμα 6β δείχνει έναν ηλεκτρομηχανικό μετατροπέα υποβιβασμού τάσης συνεχούςσυνεχούς σύμφωνα με την εφεύρεση.

Το Σχήμα 7α δείχνει έναν ηλεκτρομηχανικό μετατροπέα ανύψωσης τάσης συνεχούςσυνεχούς σε συνδεσμολογία ανύψωσης τάσης σύμφωνα με την εφεύρεση.

Το Σχήμα 7β δείχνει δύο γραφήματα μετρήσεων της τάσης και του ρεύματος εισόδου και εξόδου, καθώς και την απόδοση ενός ηλεκτρομηχανικού μετατροπέα ανύψωσης τάσης συνεχούς-συνεχούς σε συνδεσμολογία ανύψωσης τάσης σύμφωνα με την εφεύρεση. Το Σχήμα 8α δείχνει έναν ηλεκτρομηχανικό μετατροπέα υποβιβασμού τάσης συνεχούςσυνεχούς σε συνδεσμολογία υποβιβασμού τάσης σύμφωνα με την εφεύρεση.

Το Σχήμα 8β δείχνει δύο γραφήματα μετρήσεων της τάσης και του ρεύματος εισόδου και εξόδου, καθώς και την απόδοση ενός ηλεκτρομηχανικού μετατροπέα υποβιβασμού τάσης συνεχούς-συνεχούς σε συνδεσμολογία υποβιβασμού τάσης σύμφωνα με την εφεύρεση.

Αναλυτική περιγραφή

Το Σχήμα 1 δείχνει ένα σύμβολο του ηλεκτρονόμου (ρελέ) 1, όπου ακροδέκτες Π1 και Π2 συνδέονται στον ηλεκτρομαγνήτη του ρελέ. Ο ακροδέκτης Δ1 είναι φυσιολογικά συνδεμένος με τον ακροδέκτη Δ2 (φυσιολογικά κλειστός). Όταν το ρελέ διεγείρεται ο ακροδέκτης Δ1 αποσυνδέεται από τον ακροδέκτη Δ2* και συνδέεται στον ακροδέκτη Δ3 (φυσιολογικά ανοικτός).

Το Σχήμα 2 παρουσιάζει διάφορους τρόπους κατασκευής ενός ηλεκτρονόμου (ρελέ), όπου το Σχήμα 2α δείχνει ένα ρελέ αποτελούμενο από μια μαγνητική επαφή φυσιολογικά κλειστής 2 περιτυλιγμένη με ένα πηνίο 3. Το Σχήμα 2β δείχνει ένα ρελέ αποτελούμενο από μαγνητικής επαφής φυσιολογικά κλειστής 2 κοντά σε έναν ηλεκτρομαγνήτη. Ο ηλεκτρομαγνήτης γίνεται με ένα κυλινδρικής μορφής πυρήνα 4 περιτυλιγμένο με ένα πηνίο 3. Το Σχήμα 2γ δείχνει μία διάταξη ρελέ αποτελούμενη από έναν ηλεκτρομαγνήτη, ένα σταθερό ακροδέκτη 5 και ένα κινούμενο ακροδέκτη 6.

Όταν ρεύμα ρέει μέσω του πηνίου 3 του ηλεκτρομαγνήτη, ο κινούμενος ακροδέκτης 6 έλκεται από τον πυρήνα 4 του ηλεκτρομαγνήτη και ο διακόπτης ανοίγει. Το Σχήμα 2δ δείχνει ένα ρελέ περιστρεφόμενου τύπου αποτελούμενο από έναν ηλεκτρομαγνήτη, έναν μόνιμο μαγνήτη 8, ένα σταθερό ακροδέκτη 5 και έναν περιστρεφόμενο ακροδέκτη 7. Ο ηλεκτρομαγνήτης μπορεί να περιστραφεί, και διατηρείται στην θέση ισορροπίας του με ένα ελατήριο χαμηλής δύναμης. Όταν ρεύμα ρέει μέσω του πηνίου 3 του ηλεκτρομαγνήτη, ο περιστρεφόμενος ακροδέκτης 7 μαζί με τον πυρήνα 4 ηλεκτρομαγνήτη περιστρέφονται λόγω μαγνητικών δυνάμεων και ο διακόπτης ανοίγει.

Στο Σχήμα 3, ο μετατροπέας εκμεταλλεύεται μια πηγή τάσης εισόδου 9, ώστε να δημιουργήσει μια διαφορετική τάση στην έξοδο και να τροφοδοτήσει ένα φορτίο 12 13. Ο μετατροπέας χρησιμοποιεί ένα μαγνητικό διακόπτη, ένα πηνίο και έναν μόνιμο μαγνήτη, όπως φαίνεται στο σχήμα 3α για να δημιουργήσει ένα εναλλασσόμενο ρεύμα και να τροφοδοτήσει έναν μετασχηματιστή 10. Ένα ισοδύναμο κύκλωμα με χρήση ρελέ φαίνεται στο Σχήμα 3β.

Στο Σχήμα 4, ο μετατροπέας ανύψωσης τάσης συνεχούς-συνεχούς εκμεταλλεύεται μια πηγή χαμηλής τάσης εισόδου 9, για να δημιουργήσει μια υψηλότερη τάση στην έξοδο και να τροφοδοτήσει ένα φορτίο 12 13, Ένα κύκλωμα ασταθούς πολυδονητή (ΑΠ) 14 ελέγχει έναν διακόπτη από ημιαγωγό 16. Σε κάθε ταλάντωση το πηνίο 15 φορτίζεται από την είσοδο και εκφορτίζεται στην έξοδο μέσω της διόδου 11.

Στο σχήμα 5, ο μετατροπέας υποβιβασμού τάσης συνεχούς-συνεχούς εκμεταλλεύεται μια πηγή υψηλής τάσης εισόδου 9, ώστε να δημιουργήσει μια χαμηλότερη τάση στην έξοδο και να τροφοδοτήσει ένα φορτίο 12 13. Ένα κύκλωμα ασταθούς πολυδονητή (ΑΠ) 14 ελέγχει έναν διακόπτη από ημιαγωγό 16. Σε κάθε ταλάντωση το πηνίο 15 φορτίζεται από την είσοδο και εκφορτίζεται στην έξοδο μέσω της διόδου 11.

Το Σχήμα 6 δείχνει την προτεινόμενη διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς αποτελούμενη από έναν ηλεκτρονόμο (ρελέ) 1 και μια δίοδο 11, όπου το ρελέ αυτό 1 αποτελείται από έναν ηλεκτρομαγνήτη και έναν φυσιολογικά κλειστό διακόπτη, συνδεμένα σε σειρά μεταξύ τους, και όπου η δίοδος 11 είναι συνδεμένη στον κοινό ακροδέκτη του ηλεκτρομαγνήτη και του διακόπτη, με αποτέλεσμα η ανωτέρω διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς να είναι μια διάταξη με τρείς ακροδέκτες, τον ασύνδετο ακροδέκτη του ηλεκτρομαγνήτη (Α), τον ασύνδετο ακροδέκτη του διακόπτη (Β) και τον ασύνδετο διακόπτη της διόδου (Γ).

Το Σχήμα 7α δείχνει την προτεινόμενη διάταξη για ανύψωση τάσης. Ο μετατροπέας ανύψωσης τάσης συνεχούς-συνεχούς εκμεταλλεύεται μια πηγή χαμηλής τάσης εισόδου 9, ώστε να δημιουργήσει μια υψηλότερη τάση στην έξοδο και να τροφοδοτήσει ένα φορτίο 12 13. Το Σχήμα 7β δείχνει γραφήματα μετρήσεων της τάσης και του ρεύματος εισόδου και εξόδου, καθώς και της απόδοσης ενός ηλεκτρομηχανικού μετατροπέα ανύψωσης τάσης συνεχούς-συνεχούς σε συνδεσμολογία ανύψωσης τάσης σύμφωνα με την εφεύρεση.

Το Σχήμα 8α δείχνει την προτεινόμενη διάταξη για υποβιβασμό τάσης. Ο μετατροπέας υποβιβασμού τάσης συνεχούς-συνεχούς εκμεταλλεύεται μια πηγή υψηλής τάσης εισόδου 9, ώστε να δημιουργήσει μια χαμηλότερη τάση στην έξοδο και να τροφοδοτήσει ένα φορτίο 12 13. Το σχήμα 8β δείχνει γραφήματα μετρήσεων της τάσης και του ρεύματος εισόδου και εξόδου, καθώς και της απόδοσης ενός ηλεκτρομηχανικού μετατροπέα υποβιβασμού τάσης συνεχούς-συνεχούς σε συνδεσμολογία υποβιβασμού τάσης σύμφωνα με την εφεύρεση.

Η διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς που φαίνεται στο Σχήμα 6, αποτελείται από έναν ηλεκτρονόμο (ρελέ) 1 και μια δίοδο 11, όπου το ρελέ 1 αποτελείται από έναν ηλεκτρομαγνήτη και έναν φυσιολογικά κλειστό διακόπτη, συνδεμένα σε σειρά μεταξύ τους, και όπου η δίοδος (11) είναι συνδεμένη στον κοινό ακροδέκτη του ηλεκτρομαγνήτη και του διακόπτη. Έτσι, η προτεινόμενη διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς παρέχει τρείς ακροδέκτες, τον ασύνδετο ακροδέκτη του ηλεκτρομαγνήτη (Α), τον ασύνδετο ακροδέκτη του διακόπτη (Β) και τον ασύνδετο διακόπτη της διόδου (Γ), με αποτέλεσμα η διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς να ταλαντώνει αυτόματα μόλις ένα ικανό ρεύμα κατωφλίου ρέει μεταξύ των ανωτέρω ασύνδετων ακροδεκτών του ηλεκτρομαγνήτη (Α) και του διακόπτη (Β) ορίζοντας ένα ρεύμα κατωφλίου.

Η διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς έτσι αποτελείται από μια δίοδο και έναν ηλεκτρονόμο (ρελέ) διασυνδεμένα σε αυτο-ταλάντωτη συνδεσμολογία. Η αυτοταλάντωτη συνδεσμολογία επιτρέπει την συσκευή να ταλαντώνει αυτόματα, οποτεδήποτε ικανό ρεύμα ρέει μεταξύ των ακροδεκτών της.

Επιπρόσθετα, ο διακόπτης του ρελέ μπορεί να σχεδιαστεί ώστε να αντέχει πολύ μεγάλες τιμές τάσης και ρεύματος, ενώ επίσης έχει πολύ καλή αγωγιμότητα ελαχιστοποιώντας τις θερμικές απώλειες. Η διάταξη είναι σχεδιασμένη ώστε να ξοδεύει πολύ χαμηλή ενέργεια για την λειτουργία της. Τα χαρακτηριστικά λειτουργίας της διάταξης εξαρτώνται από τα μηχανικά χαρακτηριστικά του ρελέ και τα υλικά που θα χρησιμοποιηθούν.

Εμπορικά διαθέσιμα ρελέ δεν είναι βελτιστοποιημένα για ελάχιστη κατανάλωση, ενώ μια εξειδικευμένη σχεδίαση μπορεί να πετύχει πολύ χαμηλή κατανάλωση. Διατάξεις που υλοποιούν ένα ρελέ μπορούν εύκολα να υλοποιηθούν σε οποιαδήποτε κλίμακα, με χρήση μαγνητικών διακοπτών, ακόμη και στην μικροκλίμακα σε μικροηλεκτρομηχανικές διατάξεις (MMS). Τα λειτουργικά χαρακτηριστικά της διάταξης θα εξαρτώνται από τα μηχανικά χαρακτηριστικά του διακόπτη, καθώς και από τα υλικά του διακόπτη και του ηλεκτρομαγνήτη. Μερικοί ενδεικτικοί τρόποι κατασκευής φαίνονται στο σχήμα 2.

Το ρεύμα κατωφλίου του ρελέ επηρεάζεται από τα χαρακτηριστικά του ηλεκτρομαγνήτη, όπως η διάμετρος του πηνίου, οι στροφές και το υλικό του σύρματος του πηνίου και του πυρήνα, αν χρησιμοποιείται. Επίσης, τα μηχανικά χαρακτηριστικά του διακόπτη καθώς και η απόσταση ηλεκτρομαγνήτη-διακόπτη είναι παράμετροι που επηρεάζουν δραστικά την ευαισθησία του ρελέ. Η ελαχιστοποίηση των διαστάσεων του ρελέ, για παράδειγμα με την υλοποίηση σε ένα μικροηλεκτρομηχανικό σύστημα (MEMS), θα μειώσει δραστικά την απαραίτητη τάση και ενέργεια για την ενεργοποίηση του ρελέ. Ένα ρελέ μπορεί να σχεδιαστεί ώστε να διεγείρεται με χαμηλότερη τάση σε σύγκριση με διακόπτες από ημιαγωγό. Προαιρετικά, με την τοποθέτηση ενός μόνιμου μαγνήτη κοντά στη διάταξη επιτρέποντας με πλεονεκτικό τρόπο τον έλεγχο της απαιτούμενης τάσης και ενέργειας διέγερσης του πηνίου εξωτερικά.

Η διάταξη μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν μετατροπέας ανύψωσης τάσης συνεχούςσυνεχούς, ή σαν μετατροπέας υποβιβασμού τάσης συνεχούς-συνεχούς. Για την μετατροπή χαμηλών τάσεων σε ψηλότερες χρησιμοποιείται ο μετατροπέας ανύψωσης, ενώ για την μετατροπή υψηλών τάσεων σε χαμηλότερες χρησιμοποιείται ο μετατροπέας υποβιβασμού. Δηλαδή η ανύψωση ανυψώνει τάση, ενώ ο υποβιβασμός υποβιβάζει τάση. Πειραματικά αποτελέσματα της διάταξης μετατροπέα για ανύψωση τάσης ή υποβιβασμού φαίνονται στα σχήματα 7 και 8 αντίστοιχα.

Λίστα αναφορών

1. Ηλεκτρονόμος (ρελέ)

2. Μαγνητικός διακόπτης φυσιολογικά κλειστός (NC)

3. Πηνίο ηλεκτρομαγνήτη

4. Πυρήνας ηλεκτρομαγνήτη

5. Σταθερός ακροδέκτης διακόπτη

6. Κινητός ακροδέκτης διακόπτη

7. Περιστρεφόμενος ακροδέκτης διακόπτη

8. Μόνιμος μαγνήτης

9. Πηγή συνεχούς τάσης

10. Μετασχηματιστής

11 . Δίοδος

12. Πυκνωτής

13. Φορτίο

14. Ασταθής πολυδονητής για τον έλεγχο του διακόπτη

15. Πηνίο

16. Διακόπτης από ημιαγωγό

Claims (18)

ΑΞΙΩΣΕΙΣ

1. Διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς αποτελούμενη από έναν ηλεκτρονόμο (ρελέ) (1) και μια δίοδο (11), όπου το ρελέ (1) αποτελείται από έναν ηλεκτρομαγνήτη και έναν φυσιολογικά κλειστό διακόπτη, συνδεμένα σε σειρά μεταξύ τους, όπου η δίοδος (11) είναι συνδεμένη στον κοινό ακροδέκτη του ηλεκτρομαγνήτη και του διακόπτη, και όπου η ανωτέρω διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς έχει τρεις ακροδέκτες αποτελούμενοι από έναν ασύνδετο ακροδέκτη του ηλεκτρομαγνήτη (Α), έναν ασύνδετο ακροδέκτη του διακόπτη (Β) και έναν ασύνδετο διακόπτη της διόδου (Γ), η οποία χαρακτηρίζεται από το ότι η ανωτέρω αυτή διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς ταλαντώνει αυτόματα μόλις ένα ικανό ρεύμα ρέει μεταξύ των λεγάμενων ασύνδετων ακροδεκτών του ηλεκτρομαγνήτη (Α) και του διακόπτη (Β) ορίζοντας ένα ρεύμα κατωφλιού.

2. Διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς σύμφωνα με την αξίωση 1, η οποία χαρακτηρίζεται από το ότι η ανωτέρω δίοδος (11) έχει μία άνοδο και μία κάθοδο, όπου η ανωτέρω άνοδος της διόδου συνδέεται στον κοινό ακροδέκτη του ηλεκτρομαγνήτη και του διακόπτη του ρελέ (1), και η ανωτέρω κάθοδος της διόδου είναι ο ασύνδετος ακροδέκτης (Γ).

3. Διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς σύμφωνα με την αξίωση 1, η οποία χαρακτηρίζεται από το ότι η ανωτέρω δίοδος (11) έχει μία άνοδο και μία κάθοδο, όπου η ανωτέρω κάθοδος της διόδου συνδέεται στον κοινό ακροδέκτη του ηλεκτρομαγνήτη και του διακόπτη του ρελέ (1), και η ανωτέρω άνοδος της διόδου είναι ο ασύνδετος ακροδέκτης (Γ).

4. Διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς σύμφωνα με οποιαδήποτε από τις αξιώσεις 1-3, η οποία χαρακτηρίζεται από το ότι ένας φυσιολογικά ανοικτός διακόπτης του ρελέ ενσωματώνεται στην ανωτέρω διάταξη αντί του λεγάμενου φυσιολογικά κλειστού, ειδικότερα όπου ένας μόνιμος μαγνήτης τοποθετείται κοντά στο ανωτέρω ρελέ (1) αντιστρέφοντας την φυσιολογική κατάσταση του διακόπτη του ρελέ (1).

5. Διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς σύμφωνα με οποιαδήποτε από τις αξιώσεις 1-4, η οποία χαρακτηρίζεται από το ότι ένας επιπλέον μαγνήτης, συγκεκριμένα ένας μόνιμος μαγνήτης τοποθετείται κοντά στο ανωτέρω ρελέ (1) ρυθμίζοντας το ανωτέρω ρεύμα κατωφλιού, ειδικότερα όπου τα χαρακτηριστικά της λειτουργίας της ανωτέρω διάταξης μετατροπέα τάσης ελέγχονται μέσω του ανωτέρω μαγνήτη.

6. Διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς σύμφωνα με τις δυο προηγούμενες αξιώσεις μαζί, 4 και 5 αντίστοιχα, η οποία χαρακτηρίζεται από το οι ίδιοι ανωτέρω μαγνήτες χρησιμοποιούνται μαζί και για τους δυο λόγους.

7. Διάταξη μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς σύμφωνα με οποιαδήποτε από τις αξιώσεις 1-6, η οποία χαρακτηρίζεται από το ότι το ανωτέρω ρελέ(1) αποτελείται είτε

-από ένα ρελέ μαγνητικής επαφής (Reed relay), ή

-μια μαγνητική επαφή και έναν ηλεκτρομαγνήτη, ή

-ένα μικροηλεκτρομηχανικό ρελέ (MEMS relay), ή

-μια μικροηλεκτρομηχανική μαγνητική επαφή και έναν ηλεκτρομαγνήτη.

8. Μέθοδος για τη λειτουργία μιας διάταξης μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς όπως ορίζεται σε οποιαδήποτε από τις αξιώσεις 1-7, η οποία χαρακτηρίζεται από το ότι μια χαμηλή συνεχής τάση εφαρμόζεται μεταξύ των ανωτέρω ασύνδετων ακροδεκτών του ηλεκτρομαγνήτη (Α) και του διακόπτη (Β), όπου μια υψηλότερη συνεχής τάση παράγεται μεταξύ των ανωτέρω ασύνδετων ακροδεκτών της διόδου (Γ) και του ανωτέρω διακόπτη (Β).

9. Μέθοδος για τη λειτουργία μιας διάταξης μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς σύμφωνα με οποιαδήποτε από τις αξιώσεις 1-7, η οποία χαρακτηρίζεται από το οτι μια υψηλή συνεχής τάση εφαρμόζεται μεταξύ των λεγάμενων ασύνδετων ακροδεκτών του διακόπτη (Β) και της διόδου (Γ), όπου μια χαμηλότερη συνεχής τάση παράγεται μεταξύ των ανωτέρω ασύνδετων ακροδεκτών του ηλεκτρομαγνήτη (Α) και της διόδου (Γ)·

10. Μέθοδος σύμφωνα με τις αξιώσεις 8 ή 9, η οποία χαρακτηρίζεται από το ότι περιλαμβάνει ένα δεύτερο διακόπτη ρελέ που συνδέεται σε σειρά με τον ηλεκτρομαγνήτη και τον διακόπτη του ρελέ (1) της ανωτέρω διάταξης, και από το ότι η διάταξη μετατροπέα τάσης ελέγχεται εξωτερικά από ένα ξεχωριστό κύκλωμα.

11. Μέθοδος σύμφωνα με οποιαδήποτε από τις αξιώσεις 8-10, η οποία χαρακτηρίζεται από το ότι προβλέπεται ένα πρόσθετο ξεχωριστό κύκλωμα και από το ότι ένας ηλεκτρομαγνήτης τοποθετείται κοντά στο ανωτέρω ρελέ (1), μέσω του οποίου το ανωτέρω ρεύμα κατωφλιού ελέγχεται εξωτερικά από το ανωτέρω ξεχωριστό κύκλωμα.

12. Μέθοδος σύμφωνα με την αξίωση 11, όπου τα χαρακτηριστικά της λειτουργίας της ανωτέρω διάταξης ελέγχονται εξωτερικά από το ανωτέρω ξεχωριστό κύκλωμα μέσω του ανωτέρω ηλεκτρομαγνήτη.

13. Μέθοδος σύμφωνα με οποιαδήποτε από τις προηγούμενες αξιώσεις 8-12, ειδικότερα από τις αξιώσεις 8 ή 9, όπου ένα δεύτερο ρελέ ενσωματώνεται στην ανωτέρω διάταξη για την εναλλαγή των διατάξεων, η οποία χαρακτηρίζεται από το ότι η ανωτέρω διάταξη μετατροπέα τάσης ελέγχεται εξωτερικά από ένα ξεχωριστό κύκλωμα για να δουλέψει είτε σε διάταξη ανύψωσης είτε σε διάταξη υποβιβασμού.

14. Χρήση της ανωτέρω διάταξης μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς σύμφωνα με οποιαδήποτε από τις αξιώσεις 1-7, ειδικότερα σύμφωνα με μια μέθοδο όπως ορίζεται στην αξίωση 8, σε συνδυασμό με ένα θερμοηλεκτρικό συλλέκτη, για συλλογή ενέργειας από χαμηλές πηγές θερμότητας.

15. Χρήση της ανωτέρω διάταξης μετατροπέα τάσης συνεχούς-συνεχούς σύμφωνα με οποιαδήποτε από τις αξιώσεις 1-7, ειδικότερα σύμφωνα με μια μέθοδο όπως ορίζεται στην αξίωση 9 σε συνδυασμό με έναν τριβοηλεκτρικό ή πιεζοηλεκτρικό συλλέκτη για συλλογή ενέργειας από μηχανική ενέργεια μέσω ενός τριβοηλεκτρικού ή του πιεζοηλεκτρικού φαινομένου.

16. Διάταξη μετατροπέα ανύψωσης τάσης συνεχούς-συνεχούς σύμφωνα με μια από τις προηγούμενες αξιώσεις, ειδικότερα τις αξιώσεις 2 ή 8, 10 αντίστοιχα, η οποία χαρακτηρίζεται από το ότι μια χαμηλή συνεχής τάση εφαρμόζεται μεταξύ των ανωτέρω ασύνδετων ακροδεκτών του ηλεκτρομαγνήτη (Α) και του διακόπτη (Β), όπου μια υψηλότερη συνεχής τάση παράγεται μεταξύ των ανωτέρω ασύνδετων ακροδεκτών της διόδου (Γ) και του διακόπτη (Β).

17. Διάταξη μετατροπέα υποβιβασμού τάσης συνεχούς-συνεχούς σύμφωνα με μια από τις αξιώσεις 1 έως 14, ειδικότερα την αξίωση 3 ή 9, 11 αντίστοιχα, η οποία χαρακτηρίζεται από το ότι μια υψηλή συνεχής τάση εφαρμόζεται μεταξύ των ανωτέρω ασύνδετων ακροδεκτών του διακόπτη (Β) και της διόδου (Γ), όπου μια χαμηλότερη συνεχής τάση παράγεται μεταξύ των ανωτέρω ασύνδετων ακροδεκτών του ηλεκτρομαγνήτη (Α) και της διόδου (Γ)·

18. Διάταξη μετατροπέα ανύψωσης/υποβιβασμού τάσης συνεχούς-συνεχούς σύμφωνα με οποιαδήποτε από τις προηγούμενες αξιώσεις, ειδικότερα τις αξιώσεις 2 ή 3, αντίστοιχα 13.