JP2005210894A - 電力変換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】電力変換における変換効率を改善する。
【解決手段】電力変換器(470,320)のための方法、システム、装置、及び/又は回路の実施形態が開示される。電力変換器(470、320)を備える装置であって、前記電力変換器(470、320)は、チャージポンプコンデンサ(160)を含み、前記チャージポンプコンデンサ(160)は、信号整流することなく絶縁変成器(110)の一次側(291)を駆動するために、前記変換器内に結合されることからなる、装置。
【選択図】図1

Description

本発明は、電力変換器に関し、例えばAC/DC変換器のような電力変換器に関する。
電力変換は、通常、変換プロセスの結果として、幾らかの電力損失量を生じる結果となる。一例は、交流(AC)電力から直流(DC)電力への変換である。
従って、効率が改善される結果となる電力変換を成し遂げるための新規の方法、及び/又は、技法が望まれ続けている。
本発明の一実施例は、電力変換器(470、320)を備える装置であって、該電力変換器(470、320)は、チャージポンプコンデンサ(160)を含み、該チャージポンプコンデンサ(160)は、信号整流することなく絶縁変成器(110)の一次側(291)を駆動するために、前記変換器内に結合されることからなる、装置である。
電力変換における変換効率が改善される。
本発明の内容は、明細書の添付の特許請求の範囲において詳しく指示され、明確に特許請求される。その特許請求される内容は、しかしながら、その目的、特徴、及び利点と共に、構成と動作の方法との両方に関して、添付の図面と共に読んだ場合に、下記の詳細な説明を参照することによって最も良く理解することができる。
電力スイッチングにタイムスロットを割り当てるためのシステム、機器、装置、及び/又は方法の実施形態が説明される。下記の説明において、多数の特定の詳細事項が述べられる。しかしながら、その説明される実施形態は、これら特定の詳細事項が無くても実施されることができることを理解されたい。他の例においては、提供される説明を不必要に不明瞭にさせないよう、周知の回路、構造、及び/又は技法は、詳細には示されていない。
本明細書全体を通しての「一実施形態」及び/又は「ある実施形態」への参照は、少なくとも1つの実施形態の中に、説明される特定の特徴、構造、及び/又は特性を含めることができるということを意味する。従って、本明細書全体を通しての様々な場所における「一実施形態において」又は「ある実施形態において」の言いまわしの出現は、典型的には、ある特定の実施形態か、又はその同じ実施形態を示さない。更には、本明細書全体を通して説明される様々な特徴、構造、及び/又は特性は、1つか又は複数の実施形態における任意の適した手法で結合されることができる。
電力変換は、通常、変換プロセスの結果として、幾らかの電力損失量を生じる結果となる。一例は、交流(AC)電力から直流(DC)電力への変換である。従って、効率が改善される結果となる電力変換を成し遂げるための新規の方法、及び/又は、技法が望まれ続けている。
図1は、電力変換器における高レベルな一実施形態を示すブロック図である。図1において400で示されるこの特定の実施形態は、AC電力からDC電力へと変換するものであるが、特許請求される内容は、ACからDCへの電力変換の範囲内だけに限定されない。実施形態400は、AC電力スイッチ(複数可)460を含む。この電力スイッチ(複数可)は、リレー、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ(FET)、金属酸化膜半導体(MOS)トランジスタ等のような任意の形態を含むことができる。図1において更に示されるように、電圧Vが、AC電源440によってスイッチ(複数可)460に印加される。同様に、電圧制御発振器(VCO)430が、あるスイッチング周波数fを、スイッチ(複数可)460に提供する。従って、AC電力が、スイッチ(複数可)460によって電力変換器470に印加される。特許請求される内容は、この点に関する範囲内に限定されないが、この特定の実施形態の場合には、電力変換器は、更に詳細に後述されるように、絶縁変成器の形態をとることができる。同様に、この特定の実施形態について、その印加される電力を次の関係式で表すことができる。
P=(1/2)CVf ・・・[1]
ここで、Pは電力である。Cは、定数であり、更に詳細に後述されるように、例えばチャージポンプを用いる実施形態の場合の定数であって、キャパシタンスに関連付けられることができる。Vは、印加されるAC電源の平均自乗根(RMS)の電圧である。fはスイッチング周波数である。従って、この実施形態の場合には、電力は、スイッチング周波数に対してほぼ線形に変化する。
フィードバックは、基準電圧レベル410と誤差増幅器420とに関連して、VCO430を用いることによって成し遂げられることができるが、これは単なる一例でしかなく、添付の特許請求の範囲内には、フィードバックのための多くの異なる方式が含まれる。従って、この特定の実施形態において、変換器470によって生成された電圧出力信号VOUTが、電圧基準信号レベルVref410と比較されて、誤差すなわち差異がVCO430に印加される。結果として、VCO430は、電力に、及び同様に電圧出力信号に影響を及ぼす可能性のあるスイッチング周波数を調整することができる。
図2は、別の可能性のある実施形態を示す回路図である。図2は回路図であるが、図2は内容の理解を伝えるために不必要な詳細事項を除外していることを理解されたい。例えば、スイッチのターンオフ保護スナバ回路、及び/又は、再生チャージポンプ(regenerative charge pump)のスナバ回路は示されていない。同様に、これは、追加の実施例であり、特許請求される内容は、この特定の実施形態の範囲内に限定されない。特許請求される内容の範囲内に含まれる多くの他の実施形態が可能である。
次に図2を参照すると、実施形態100が、ここでもまた、AC/DC変換器の1つの可能性のある実施形態を示すが、特許請求される内容は、AC/DC変換器に限定されない。例えば、DC/DC変換器、電流/電圧変換器等のような他の電力変換器が、特許請求される内容の範囲内に含まれることができる。しかしながら、この特定の実施形態は、絶縁変成器110を含む。この特定の実施形態は、特に、供給された電圧と、直列の共振と、変成器が分離されたAC/DC電力変換器とを含む。更に詳細には、電圧は、直接的に変成器コイル290に印加されており、コイル290は、電圧が印加される時に周波数共振動作を生じさせるために、他の回路構成要素と直列の回路ループをなしている。
この実施形態はまた、ここでは、2つのトランジスタのトーテムポール構成120と130とを含む。構成120は、ここでは、ACライン140に結合され、構成130は、AC中性点150に結合されている。同様に、ポンプキャパシタンス素子160のポートか又は端子が、位置125において構成120と130との間に結合され、キャパシタンス素子160のその他のポートか又は端子を介して、変成器110のコイル290を駆動する、すなわち変成器110のコイル290に電圧を印加する。しかしながら、その代替として、そのポンプキャパシタンス素子が、示されるようにコイル290と構成130との間に結合されることもできるという点に留意されたい。従って、要望に従って、いずれかの位置を用いることができる。しかしながら、この実施形態について、代替の位置が用いられない場合には、コイル290は、短絡回路接続を介して構成130に結合されることになる。この特定の実施形態の場合には、トランジスタは、N型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ、ここではすなわちMOSFETを含むが、もちろん、特許請求される内容は、MOSデバイス、FETデバイス、N型デバイス、又はP型デバイスに限定されず、或いはトランジスタを用いることにさえ限定されないという点に留意されたい。しかしながら、この実施形態において、構成120は、MOSFET122と124とを含み、構成130は、MOSFET132と134とを含む。同様に、図2においてそれぞれのMOSFETの両端にあるように描かれたダイオードは、寄生ダイオードを含むという点に留意されたい。従って、この特定の実施形態の場合に示されるように、MOSFETを結合してトーテムポール構成を形成することは、該寄生ダイオードがここでは互いに対向するという利益を提供する。
更に図2において示されるように、この特定の実施形態の場合には、駆動回路構成170が、MOSFETを駆動する。構成120について、ゲート駆動変成器180が、MOSFET122と124とを駆動するが、もちろん、特許請求される内容は、ゲート駆動変成器を用いることに限定されない。一例として、光アイソレータのアプローチを代替的に用いることができる。駆動回路構成170のバイアス電圧を超える電圧が構成120に用いられることができるように、電気的な分離がここでは望まれることができる。
実施形態100は、図2において示される他の構成要素を含む。例えば、Lで示されたインダクタンス230、Cで示されたキャパシタンス220、及びCで示されたキャパシタンス245によって、入力電力フィルタが形成されている。この入力電力フィルタは、数学記号πの形に似ているその構造のために、一般に「パイ」型フィルタと呼ばれている。このフィルタは、絶縁変成器110に供給される高周波不連続電流を平滑化するために、少なくともある程度は用いられる可能性がある。これにより、結果的にLを通して流れる電流は、リップル電流量が比較的少ない状態の比較的平滑な連続電流となる。このリップル電流は、一般に、幾つかの周波数成分を有する正弦波にほぼ近い。主要なリップル電流周波数は、MOSFETの駆動周波数と、コンデンサ160及び変成器110の共振周波数とにある。
ある実施形態において、220のキャパシタンスは、一般に、245のキャパシタンスの10倍ほど大きくすることができるか、又は10倍よりも大きくすることができる。インダクタンス230とキャパシタンス220との値は、それらの共振周波数が、この実施形態についての電力変換器内におけるスイッチの所望の駆動周波数の下方端(又は所望の駆動周波数の最も低い駆動周波数)のおよそ1/5であるように選択されることができる。更には、この実施形態の場合には、インダクタンス230とキャパシタンス220との値は、それらの共振周波数が入力端子140と150とで供給される入力AC電力の周波数の約10倍であるように更に選択されることができる。例えば、コンデンサ220は、約4μFの値を有することができ、コンデンサ245は、約0.44μFの値を有することができる。同様に、インダクタ230は、約100μHの値を有することができる。もちろん、これらは、単なる例の値である。従って、特定の実施形態に依存して、様々な要因が、構成要素(又は成分)の選択に影響を与える可能性がある。該様々な要因とは、ACリップル電流成分を低減するための、50〜60HzのAC入力電流のフィルタリング、AC電源内への何らかの可能性のある注入を低減するための、伝導された放射のフィルタリングのようなものである。一般に、この特定の実施形態については、下記の関係式にほぼ従った構成要素値を選択することが望ましい。
1/(2π((L)^1/2)) < f < 1/(2π((L)^1/2))・・・[2] ここで、「^1/2」は、1/2乗することを表す。
ここで、Lは、変成器110のインダクタンスを表わし、その他の値は、図2において画定される。
電力伝送が、C及びLの共振周波数にほぼ等しくなるスイッチ周波数よって制限される可能性がある場合に、Cの値は、同様に、スイッチ遷移において転送されるエネルギーを増加させるように調整されることができる。例えば、係数2によってCを増加させることは、スイッチ遷移によって転送されるエネルギーを倍増させることができるが、これは、係数1/(2の平方根)によって許容可能スイッチ周波数を低下させるという犠牲を払うことで生じる。しかしながら、関係式[1]を適用した後は、最終結果は、変換器が転送することができる電力において、係数である2の平方根(すなわち、約1.414)によって増加する。
図2をもう一度参照すると、コンデンサ250と抵抗260とが共になって、ポンプコンデンサ160が非アクティブであるか、又は再充電しているサイクル期間中に、駆動回路構成170にバイアスをかけるための構造を提供する。構成120と130とが両方とも「オフ」に切り替わる時には、電力駆動回路170にバイアス電流を供給するために、抵抗210が、構成120の両端に結合される。もちろん、特許請求される内容は、ディスクリートな構成要素を含む回路に範囲が限定されないことを理解されたい。従って、主として、抵抗、インダクタンス、及び/又は、キャパシタンス(但しそれらに限定せず)を提供する回路構成要素か又は素子が、十分過ぎる性能を提供し、特許請求される内容の範囲内に含まれる。これに関して、そのような素子、及び/又は、構成要素は、下記において、それぞれ、抵抗、インダクタ、及び/又は、コンデンサと呼ばれることができる。従って、例えば、シリコン内のIC上に実装されることができる、ポンプキャパシタンスデバイス160は、例えば、一般性を損なうことなく、下記においてコンデンサ160と呼ばれることができる。
この特定の実施形態において、光・電子アイソレーションシステムが用いられて、フィードバック信号が提供されるが、もちろん、多くの他の構造を用いてフィードバックを提供することもでき、例えば、図1に関連して述べられたような、特許請求される内容の範囲内のままとすることができる。更に、特許請求される内容の範囲内におけるいくつかの実施形態は、必ずしもフィードバック機構を用いることを必要とするわけではない。この特定の実施形態においては、しかしながら、発光ダイオード270が、例えば、光電子トランジスタのような光学レセプタデバイス280に対してフィードバック信号を提供することができる。従って、この特定の実施形態において、デバイス280は、例えば、駆動回路構成170の動作に影響を与えて、駆動回路構成170を介してゲート駆動変成器180へと提供される駆動信号の周波数を調整することができる。
図2の実施形態100は、下記の方法に従って動作することができるが、もちろん、特許請求される内容は、この特定の方法の実施形態の範囲内に限定されない。入力フィルタ構成要素、コンデンサ245、インダクタ230、及びコンデンサ220に対して、入力AC信号を提供することができる。フィルタリングされた信号は、従って、構成120と130との両端に提供され、且つ、絶縁変成器110のコイル290の両端に提供される。変成器110の二次側は、この特定の実施形態においては、ダイオード301と313とに結合されて、センタータップ付きの全波整流器が形成されている。コンデンサ240は、ダイオード301又は313が非導通時には、電流を供給し尚且つVoutを安定させるための大容量キャパシタンスを提供する。
駆動回路構成170が、ゲート駆動変成器180に駆動信号を提供すると仮定すると、ここではMOSFETであるトランジスタ122と124とが、オンに切り替わって電流を導通させるが、トランジスタ132と134とは、オフに切り替わって、非導通状態となる。結果として、チャージポンプコンデンサ160は、接合部125での想定される正電荷によって充電される。コンデンサ160と変成器110のインダクタンスとは、共振系を形成する。これにより、コンデンサ160が完全に充電されるまで、コンデンサ160と一次巻線290とを通って流れる電流が、正弦波のように円滑に共振することになる。電流は、一次巻線を通して流れ、変成器110の磁気回路によって、電流が二次巻線295内に流れる結果となる。図2は、ドットと呼ばれるいくつかの記号を含む。ドット291、292、及び293は、変成器110上にラベル表示されている。磁気回路のドット表記規則に従って、ドット291に流入する電流によって、ドット292とドット293とから電流が流出する。ダイオード301は、電流がドット292から流出する時に導通し、従って、エネルギーを大容量蓄積コンデンサ240へと転送する。ダイオード313は、電流がドット291に流入する時に、ドット293からの電流流出を阻止するように構成されている。コンデンサが完全に充電された後、構成120は、駆動回路構成170が放電サイクルを開始するまで、たとえ電流が流れていなくても、導通状態のままとなる。
駆動回路構成170は、ゲート駆動変成器180に対する駆動信号がもはや提供されなくなった後に、構成130の駆動トランジスタ132と134とに駆動信号が提供される前に、約100ナノ秒(ns)の遅延が提供されるように設計される。この遅延は一般に「ブランキングインターバル(又は消去期間)(blanking interval)」と呼ばれる。この遅延は、電流が構成120内に流れることを停止する前に構成130に電力が加えられるリスクを低減する。構成130をオフに切り替えた後、且つ、構成120をオンに切り替える前に、別のブランキングインターバルが与えられる。ブランキングインターバルすなわち時間遅延を生成するための多くの異なる構成が存在し、特許請求される内容は、どの特定のアプローチにも制限されないという点に留意されたい。例えば、ほんの数例を挙げると、RC回路を用いることができるか、又は代替としてディジタル遅延を用いることもできる。
構成130に電力が加えられると、共振電流は、コンデンサ160と一次巻線290とを通って逆流を開始する。コンデンサ160と変成器110のインダクタンスとは、やはり共振系である。これにより、コンデンサ160が完全に放電されるまで、コンデンサ160と一次巻線290とを通して流れる電流が、正弦波のように円滑に共振することとなる。逆電流が、変成器110の磁気回路の一次巻線290を通して流れ、その結果、逆電流が二次巻線295内に流れることになる。この場合、電流がドット291から流出し、そのことによって、電流がドット292と293とに流入することを誘発する。ここでダイオード301がドット292に流入する電流を阻止するが、ダイオード313によって、電流がドット293に流入ができるようになり、従って、エネルギーが大容量蓄積コンデンサ240に転送される。
前述の実施形態は、様々な利点を提供するが、特許請求される内容は、これらの利点を有する実施形態に範囲が必ずしも限定されるわけではない。この特定の実施形態によって、例えば、システムのAC一次側において整流することなく、直接的なACからDCへの電力変換が可能になり、駆動周波数の、少なくとも実質的に線形な関数である電力伝送が生じる。この実施形態によってまた、実質的に零の電流で、トランジスタがオン及びオフに切り替えられることができ、従って、スイッチ損失が低減し、電力変換器の効率が改善する。更に、設計のトポロジは、関係式[2]に実質的に従ってfを選択することにより、AC電流の高調波を低減し、追加の力率補正回路構成の失費(コスト)、回路の複雑性、及び/又は、電力損失を伴うことなく、妥当な負荷に対してほぼ1の力率を提供する。同様に、一次整流の排除と、ハードスイッチングではなく、実質的に零電流のトランジスタスイッチングを使用することとが、放出される放射と伝導される放射とを低減する。それらの放射は、いくつかの状況において調整を制限する原因となる可能性のあるものである、
上記の関係式[2]によって暗示されるように、チャージポンプコンデンサと絶縁変成器のインダクタンスとの共振周波数よりも、周波数がより低くなるようにスイッチング周波数を選択することが望ましいかもしれないが、特許請求される内容は、この点に関する範囲に限定されない。この特定の実施形態における減衰は、比較的高い。そのことによって、変換器のスイッチング周波数が、10kHzのような比較的低い周波数から、共振周波数付近まで高い範囲に及ぶことができる。この実施形態の場合には、電力伝送は、上記で提供され且つ下記に再び示される関係式[1]によって得られる周波数の実質的に線形な関数である。
P=(1/2)CVf・・・[1]
ここで、Pは電力であり、Cは、ここでは、チャージポンプキャパシタンス160の値であり、Vは、電力変換器の端子140と150とに印加される電源のRMS電圧であり、fは、電力変換器のスイッチング周波数である。
例えば、前述のようなAC/DC変換器の一実施形態は、一例として、図3において示されるように用いられることができる。実施形態300はここでは、DC電圧消費装置310と、AC/DC電力変換器320とを含む。示されるように、実施形態300は、AC電圧のようなAC電力を受けるために、AC電源に結合されることができる。ここでの変換器320は従って、AC電圧をDC電圧に変換するために用いられることができる。変換器320によって生成されるDC電圧を、従って、装置310に印加することができる。ここでの装置310は、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、こうした装置のためのマザーボード、PDAか又は他のハンドヘルド式計算装置、及び/又は、同様の計算装置といったようなDC電力を消費する多くの装置のうちの任意の1つを含むことができる。同様に、装置310は、コーヒーメーカ及び/又は目覚まし時計のような電気機器、オーディオ機器、DVDプレーヤ、CDプレーヤ、TVといったような民生用電子機器、ディジタルカメラのようなカメラ、及び/又はその他を含むことができる。装置310は、電話、無線電話といったような通信装置、ルータ、ハブといったようなネットワーク通信装置、及び/又はその他を含むことができる。装置310はまた、例えば、ファックス、コピー機、プリンタ、スキャナ、及び/又はその他を含むコンピュータ周辺装置のような周辺装置を含むことができる。同様に、装置310は、上述の装置の組み合わせ、及び/又は、明確には述べられていないDC電力消費装置を、それらの組み合せも含めて、含むことができる。従って、特許請求される内容は、現在既知か又は後に開発されることになる任意の及び全てのDC電力消費装置を包含することが意図されている。
上記の説明において、特許請求される内容の様々な態様を述べてきた。説明の目的のため、特許請求される内容の全体を通した理解を提供するために、特定の数、システム、及び/又は、構成が示された。しかしながら、特許請求される内容は、特定の詳細事項が無くても実施されることができることが、本開示の利益を享受する当業者であれば明らかなはずである。他の例においては、特許請求される内容を不明瞭としないように、周知の特徴は除外され及び/又は簡略化された。本明細書において、特定の特徴が示され及び/又は説明されてきたが、多くの修正、代替、改変、及び/又は、等価物を、今や当業者が思いつくであろう。従って、添付の特許請求の範囲は、特許請求される内容の真の思想の範囲内にある全てのそのような修正及び/又は改変を包含することが意図されていることを理解されたい。
電力変換器の1つの可能性のある実施形態の高レベルな説明を示すブロック図である。 電力変換器の別の可能性のある実施形態を示す回路図である。 電力変換器の典型的な用途を示す実施形態の概略図である。
符号の説明
110 絶縁変成器
120 トランジスタトーテムポール構成
130 トランジスタトーテムポール構成
140 ACライン
150 AC中性点
160 チャージポンプコンデンサ、ポンプキャパシタンス素子
170 回路
291 一次側
292 二次側
320 電力変換器
470 電力変換器

Claims (10)

  1. 電力変換器(470、320)を備える装置であって、
    前記電力変換器(470、320)は、チャージポンプコンデンサ(160)を含み、
    前記チャージポンプコンデンサ(160)は、信号整流することなく絶縁変成器(110)の一次側(291)を駆動するために、前記変換器内に結合されることからなる、装置。
  2. 前記電力変換器(470、320)は、マザーボード上に組み込まれる、請求項1に記載の装置。
  3. 電力変換器(470、320)を備える回路(170)であって、
    前記電力変換器(470、320)は、少なくとも2つのトランジスタトーテムポール構成(120、130)を含み、
    前記構成の一方は、ACライン(140)に結合され、前記構成のもう一方は、AC中性点(150)に結合され、
    ポンプキャパシタンス素子(160)が、絶縁変成器(110)の一次側(291)を駆動するために、前記構成間に結合されることからなる、回路。
  4. 前記電力変換器(470、320)は、DC電力消費装置に結合される、請求項3に記載の回路。
  5. 電力を変換する方法であって、
    あるサイクルの一部の期間に蓄電素子を充電して、その結果、整流することなく該サイクルの別の一部の期間に該蓄電素子によって電流が提供されるステップを含む、方法。
  6. フィードバックが、印加された入力電圧信号と、出力電圧信号との間の同期のために用いられる、請求項5に記載の方法。
  7. DC電力消費装置とAC/DC電力変換器(470、320)とを備えるシステムであって、
    前記電力変換器(470、320)は、チャージポンプコンデンサ(160)を含み、
    前記チャージポンプコンデンサ(160)は、信号整流することなく、絶縁変成器(110)の一次側(291)を駆動するために、前記変換器(470、320)内に結合されることからなる、システム。
  8. 前記電力変換器(470、320)は、前記DC電力消費装置を有するマザーボード上に組み込まれる、請求項7に記載のシステム。
  9. AC電圧からDC電圧に変換するための手段(470、320)を含む装置であって、
    前記変換するための手段は、分離するための手段(110)を含み、
    前記分離するための手段(110)は、一次側(291)と二次側(292)とを含み、
    前記変換するための手段(470、320)は、動作時に、前記分離するための手段(110)の前記一次側(291)においてACからDCへの電圧整流が発生しないように結合されていることからなる、装置。
  10. 前記分離するための手段(110)の前記二次側(292)は、全波整流を実施するために、回路(170)内に結合される、請求項9に記載の装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017216865A (ja) * 2016-05-25 2017-12-07 パナソニックIpマネジメント株式会社 電力変換回路及び電力伝送システム
JP2017216864A (ja) * 2016-05-26 2017-12-07 パナソニックIpマネジメント株式会社 電力変換回路及び電力伝送システム
US10411002B2 (en) 2016-05-26 2019-09-10 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Electric power conversion circuit including switches and bootstrap circuits, and electric power transmission system including electric power conversion circuit

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070091659A1 (en) * 2005-10-25 2007-04-26 Lin Richard S Power converter comprising a controller and a power component mounted on separate circuit boards
CN102097950B (zh) * 2011-01-07 2013-01-23 南京航空航天大学 一种反激式开关电容调节器
US9520799B2 (en) 2012-08-17 2016-12-13 Advanced Charging Technologies, LLC Power device
US9991821B2 (en) 2012-08-17 2018-06-05 Advanced Charging Technologies, LLC Transformerless multiple output capable power supply system
US9153914B2 (en) 2012-08-17 2015-10-06 Advanced Charging Technologies, LLC Power device having multiple modes of operation
CN103326701B (zh) * 2013-07-11 2016-08-10 上海空间电源研究所 高效率n型开关管隔离驱动装置及隔离驱动方法
TWI792175B (zh) * 2021-02-04 2023-02-11 康舒科技股份有限公司 電源供應裝置及其控制方法

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4321662A (en) * 1979-06-29 1982-03-23 Nippon Gakki Seizo Kabushiki Kaisha Power supply circuit for electrical apparatus
US4675797A (en) * 1985-11-06 1987-06-23 Vicor Corporation Current-fed, forward converter switching at zero current
US4720668A (en) * 1986-06-20 1988-01-19 Lee Fred C Zero-voltage switching quasi-resonant converters
JPH01500949A (ja) * 1986-07-15 1989-03-30 コンバッション・エレクトロマグネチックス・インコーポレーテッド Dc対dc変換器用電流ポンプ
US4727308A (en) * 1986-08-28 1988-02-23 International Business Machines Corporation FET power converter with reduced switching loss
US5006737A (en) * 1989-04-24 1991-04-09 Motorola Inc. Transformerless semiconductor AC switch having internal biasing means
US4961048A (en) * 1989-08-03 1990-10-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy MOSFET switching arrangement in a power converter unit
US5004969A (en) * 1989-10-16 1991-04-02 Bayview Technology Group, Inc. Phase control switching circuit without zero crossing detection
US5010261A (en) * 1989-12-08 1991-04-23 General Electric Company Lossless gate driver circuit for a high frequency converter
US5239255A (en) * 1991-02-20 1993-08-24 Bayview Technology Group Phase-controlled power modulation system
JP3126565B2 (ja) * 1993-11-01 2001-01-22 株式会社東芝 Ac/dc変換器
US5781780A (en) * 1994-12-22 1998-07-14 Texas Instruments Incorporated Power management supply interface circuitry, systems and methods
DE19855615A1 (de) * 1997-12-03 1999-06-10 Fuji Electric Co Ltd Schaltnetzteil
GB2335317A (en) * 1998-03-11 1999-09-15 Simon Richard Greenwood Bi-directional voltage converter
US6115267A (en) * 1998-06-09 2000-09-05 Herbert; Edward AC-DC converter with no input rectifiers and power factor correction
DE29812092U1 (de) * 1998-07-07 1999-11-18 Ic Haus Gmbh Elektronischer Wechselspannungsschalter
DE19855900B4 (de) * 1998-12-03 2004-04-08 Siemens Ag Verfahren zur Verringerung von Verlusten beim Kommutierungsvorgang
JP3805927B2 (ja) * 1999-06-10 2006-08-09 株式会社アイ・ヒッツ研究所 交流電圧調整器
EP1079525B1 (fr) * 1999-08-20 2008-09-10 EM Microelectronic-Marin SA Système de commande d'un interrupteur bidirectionnel à deux transistors
US6351402B1 (en) * 2000-09-29 2002-02-26 Compaq Information Technologies Group, L.P. AC adapter with current driven, zero-voltage switched synchronous rectifier
US6580259B2 (en) * 2001-01-17 2003-06-17 The University Of Hong Kong High efficiency AC-DC converter with power factor corrector
GB0102675D0 (en) * 2001-02-02 2001-03-21 Advanced Power Conversion Ltd A converter
US6344979B1 (en) * 2001-02-09 2002-02-05 Delta Electronics, Inc. LLC series resonant DC-to-DC converter
EP1280033B1 (en) * 2001-07-26 2006-05-31 AMI Semiconductor Belgium BVBA EMC immune low drop regulator
US6771518B2 (en) * 2002-08-26 2004-08-03 Potentia Semiconductor, Inc. DC converters
US6813168B2 (en) * 2002-11-18 2004-11-02 Power Integrations, Inc. Method and apparatus for providing input EMI filtering in power supplies
US6924991B2 (en) * 2003-01-23 2005-08-02 Spellman High Voltage Electronics Corporation Energy transfer multiplexer

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017216865A (ja) * 2016-05-25 2017-12-07 パナソニックIpマネジメント株式会社 電力変換回路及び電力伝送システム
US10014855B2 (en) 2016-05-25 2018-07-03 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Electric power conversion circuit including switches and bootstrap circuits, and electric power transmission system including electric power conversion circuit
JP2017216864A (ja) * 2016-05-26 2017-12-07 パナソニックIpマネジメント株式会社 電力変換回路及び電力伝送システム
US9923486B2 (en) 2016-05-26 2018-03-20 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Electric power conversion circuit including switches and bootstrap circuits, and electric power transmission system including electric power conversion circuit
US10411002B2 (en) 2016-05-26 2019-09-10 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Electric power conversion circuit including switches and bootstrap circuits, and electric power transmission system including electric power conversion circuit

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