JP5629000B2 - 波伝搬媒体を用いる電力変換装置及びその動作方法 - Google Patents
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Description
・バックコンバータ
・パルス電力増幅オルタネーション
・波形発生器又はビット制御DC/DCコンバータ/増幅器
・連続電力増幅器
・ブーストコンバータ
・スイッチモード生成キャリアを有する無線送信機
・少なくとも1つの半導体を共有する複数の出力電圧を有する逓減DC/DCコンバータ又は逓増DC/DCコンバータ
・低減された数の半導体を有するAC/DCコンバータ
・低減された数の半導体を有するDC/ACコンバータ
伝送線TL105又は出力キャパシタCOUT209にエネルギーは存在しない。出力電圧211はゼロである。入力キャパシタCIN203の電圧は、入力電圧インタフェース201への印加されるDC電圧に等しい。
スイッチS1 205は、短期間オンにされ、例えばtd/4の長さを有するオーバーサンプリングインターバル307を形成する。クロスハッチされた正の電流波318及び正の電圧波は、伝送線105に伝搬する。このオーバーサンプリングインターバルの期間中、TL105への電流iINTL313は、電圧インタフェース201における入力DCを伝送線TL105の特性インピーダンスによって除算することによって与えられる。
電流波は、伝送線TL105の半分(half way)まで到達した。
電流波は、伝送線TL105の短絡した遠端に到達する。電流波は、結果として、符号は不変のまま完全に反射されるであろう。一方で、電圧波は極性を変化させるであろう。
反射された電流波は、伝送線TL105の入力端に戻る半分に到達した。
反射された電流波は、伝送線TL105の入力端に到達する。スイッチS1 205は、同じオーバーサンプリングインターバル期間中に、2度目にオンにされる。電流波は、入力キャパシタCIN203の低インピーダンスにおいて、ほぼ完全に反射されるであろう。CIN203は大きく、反射された波が現れる周波数f=1/2tdにおいて非常に低いインピーダンスを有する。電流波の符号は不変のままである一方、電圧波が極性を変化させるであろう。
合成電流波は、伝送線TL105の半分に到達した。
合成電流波は、伝送線TL105の短絡した遠端に到達する。合成電流波は、符号は不変のまま完全に反射されるであろう。一方で、電圧波は極性を変化させるであろう。
反射された合成電流波は、伝送線TL105の入力端に戻る半分に到達した。
反射された合成電流波は、伝送線TL105の入力端に到達する。スイッチS125は、3度目にオンされる。前述した重畳(t=2tdを参照)が2度目に実行される。
サブサンプリングインターバル303を蓄積するエネルギーが終了する。
合成電流波が伝送線TL105の半分に到達した。
合成電流波が伝送線TL105の短絡した遠端に到達する。合成電流波は符号が不変のまま完全に反射されるであろう。一方で、電圧波は極性を変化させるであろう。
反射された合成電流波が伝送線TL105の入力端に戻る半分に到達した。
スイッチS2 207は、以前用いられたのと同じ長さを有するオーバーサンプリングインターバル307の期間中、短期間(312)オンにされる。このターンオンは、放電サブサンプリングインターバル310の開始を形成する。
並列に結合される出力キャパシタCOUT209及び負荷RLOAD213において反射される合成電流波は、伝送線TL105の半分まで到達した。負荷RLOAD213には、出力キャパシタCOUT209からのエネルギーが供給されるであろう。出力電圧VOUT211は、結果としてゆっくりと低下するであろう。
合成電流波は、伝送線TL105の短絡した遠端に到達する。合成電流波は符号が不変のまま完全に反射されるであろう。一方で、電圧波は極性を変化させるであろう。負荷RLOAD213には、出力キャパシタCOUT209からのエネルギーが供給されるであろう。出力電圧VOUT211は、結果としてゆっくりと低下するであろう。
反射された合成電流波は、伝送線TL105の入力端に戻る半分に到達する。負荷RLOAD213には、出力キャパシタCOUT209からのエネルギーが供給されるであろう。出力電圧VOUT211は、結果としてゆっくりと低下するであろう。
第2のスイッチS2 207は、以前に用いられたのと同じ長さを有するオーバーサンプリングインターバル307の期間中、2度目に短期間オンされる。伝送線TL105において蓄積されるエネルギーは、並列に結合される出力キャパシタCOUT209及び負荷RLOAD213に、2度目に部分的に放電される。これら2つのコンポーネントに流れ込む電流は、316において示される。出力電圧VOUT211は、2度目に上昇し始めるであろう。
エネルギー放電サブサンプリングインターバル310が終了する。
最初のサブサンプリング期間301が終了し、新たなサブサンプリング期間301が始まる。
第1のゲート205、505は、非アクティブ状態からアクティブ状態に切り替えて、電気入力インタフェース201、501から第1のゲート205、505を介して電波伝搬媒体105へ伝達される少なくとも1つの電圧パルス309、609を提供するように動作させられる。上記少なくとも1つの電圧パルスは、持続時間307、607を有し、当該持続時間は、電波伝搬媒体105を介した波伝搬時間の2倍、即ち2td、よりも短い。換言すれば、持続時間307、607は、電波伝搬媒体105を介して電波伝搬媒体105の一端へ行き、第1のゲート205、505へ戻る波伝搬時間よりも短い。上記少なくとも1つの電圧パルスは、電波伝搬媒体105の一端において反射され、少なくとも1つの反射される電波を生成する。
第1のゲート205、505は、少なくとも1つの反射される電波と同期する少なくとも1つの蓄積電圧パルスを提供するアクティブ状態に周期的に切り替えるように動作させられて、電波伝搬媒体105において伝達される反射される電波を蓄積し、蓄積サブサンプリングインターバル303、603を通じて蓄積を実行する。
第2のゲート207、507は、アクティブ状態に周期的に切り替えるように動作させられて、少なくとも1つの反射波と同期する少なくとも1つの放電電圧パルス312、612を提供するなどして、電波伝搬媒体105において伝達される電波を放電し、放電サブサンプリングインターバル310、610を通じて放電を実行する。
AC Alternating Current
ASIC Application Specific Integrated Circuit
CD ROM Compact Disk Read Only Memory
DC Direct Current
DSP Digital Signal Processor
FPGA Field-programmable gate array
LDO Low Drop Out
OVS OVer Sampling
PCB Printed Circuit Board
SEPIC Single-Ended Primary Inductance Converter
SUS SUb Sampling
TL Transmission Line
Claims (15)
- 電力変換装置(200,500)を動作させるための方法であって、
当該電力変換装置(200,500)は、少なくとも1つの電気入力インタフェース(201,501)と、少なくとも第1の電気ゲート(205,505)及び第2の電気ゲート(207,507)と、少なくとも1つの電波伝搬媒体(105)と、負荷(213,514)に接続可能な少なくとも1つの電気出力インタフェース(211,511)とを備え、
前記電気入力インタフェース(201,501)と、前記第1の電気ゲート(205,505)と、前記第2の電気ゲート(207,507)と、前記電波伝搬媒体(105)と、前記電気出力インタフェース(211,511)とは共に1つの電気回路を形成し、
前記方法は、
前記第1の電気ゲート(205,505)を動作させて(901)アクティブ状態に切り替えて、前記電気入力インタフェース(201,501)から前記第1の電気ゲート(205,505)を介して前記電波伝搬媒体(105)へ伝達される少なくとも1つの電圧パルス(309,609)を提供することと、前記少なくとも1つの電圧パルスは、前記電波伝搬媒体(105)を介した波伝搬時間の2倍よりも短い持続期間を有することと、前記少なくとも1つの電圧パルスは、前記電波伝搬媒体(105)の一端において反射されることと、
前記第1の電気ゲート(205,505)を動作させて(902)アクティブ状態に周期的に切り替えて、前記少なくとも1つの反射される電波と同期する少なくとも1つの蓄積電圧パルスを提供して、前記電波伝搬媒体(105)において伝達される前記反射される電波を蓄積し、蓄積サブサンプリングインターバル(303,603)を通じて蓄積を実行することと、
前記第2の電気ゲート(207,507)を動作させて(903)アクティブ状態に周期的に切り替えて、前記少なくとも1つの反射される電波と同期する少なくとも1つの放電電圧パルス(312,612)を提供し、前記電波伝搬媒体(105)において伝達される前記電波を放電し、放電サブサンプリングインターバル(310,610)を通じて放電を実行することと、
を含む、方法。 - 複数の電圧パルス(309,609)がパルス列(409,709)を形成する、請求項1に記載の方法。
- 複数の放電電圧パルス(312,612)が放電電圧パルス列(412,712)を形成する、請求項1〜2のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1の電気ゲート(205,505)及び前記第2の電気ゲート(207,507)は、実質的に電気的に互いに分離される位置にある、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1の電気ゲート(205,505)及び前記第2の電気ゲート(207,507)の前記アクティブ状態の前記持続期間は、オーバーサンプリングインターバル(307,607)を形成し、
前記アクティブ状態は、前記電波伝搬媒体(105)を介した前記波伝搬時間の2倍よりも短い持続期間を有し、
前記オーバーサンプリングインターバル(307,607)は、一定であり、周期的に繰り返されてオーバーサンプリング期間(305,605)を形成し、
前記蓄積される反射される電波及び前記電気出力インタフェース(211,511)は、ある数のオーバーサンプリング期間(305,605)における前記蓄積サブサンプリングインターバル(303,603)を調整することによって制御される、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。 - 前記第1の電気ゲート(205,505)及び前記第2の電気ゲート(207,507)の前記アクティブ状態の前記持続期間は、オーバーサンプリングインターバル(307,607)を形成し、前記アクティブ状態は、前記電波伝搬媒体(105)を介した前記波伝搬時間の2倍よりも短い持続期間を有し、前記オーバーサンプリングインターバル(307,607)は、一定であり、周期的に繰り返されてオーバーサンプリング期間(305,605)を形成し、
前記電気出力インタフェース(211,511)は、ある数のオーバーサンプリング期間(305,605)における前記放電サブサンプリングインターバル(310,610)を調整することによって制御される、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。 - 前記第1の電気ゲート(205,505)及び前記第2の電気ゲート(207,507)の前記アクティブ状態の前記持続期間は、オーバーサンプリングインターバル(307,607)を形成し、
前記アクティブ状態は、前記電波伝搬媒体(105)を介した前記波伝搬時間の2倍よりも短い持続期間を有し、
前記オーバーサンプリングインターバル(307,607)は、一定であり、周期的に繰り返されてオーバーサンプリング期間(305,605)を形成し、
前記蓄積サブサンプリングインターバル(303,603)及び前記放電サブサンプリングインターバル(310,610)のオーバーサンプリング期間(305,605)の数を調整することによって、前記蓄積サブサンプリングインターバル(303,603)と前記放電サブサンプリングインターバル(310,610)との間の関連、即ちデューティサイクルを調整することによって、前記電気出力インタフェース(211,511)は制御される、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。 - 前記第1の電気ゲート(205,505)及び前記第2の電気ゲート(207,507)の前記アクティブ状態の前記持続期間は、オーバーサンプリングインターバル(307,607)を形成し、
前記アクティブ状態は、前記電波伝搬媒体(105)を介した前記波伝搬時間の2倍よりも短い持続期間を有し、
前記オーバーサンプリングインターバル(307,607)は、周期的に繰り返されてオーバーサンプリング期間(305,605)を形成し、
前記電気出力インタフェース(211,511)は、前記蓄積サブサンプリングインターバル(303,603)及び前記放電サブサンプリングインターバル(310,610)の期間中の前記オーバーサンプリングインターバル(307,607)を調整することによって制御される、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。 - 前記第1の電気ゲート(205,505)を動作させて(902)アクティブ状態に周期的に切り替えること、及び前記第2の電気ゲート(207,507)を動作させて(903)アクティブ状態に周期的に切り替えることにより、結果として得られる複数の反射される電波が前記電波伝搬媒体(105)において生成され、当該結果として得られる波の持続期間は、時間が経過しても実質的に一定であり、当該結果として得られる波の振幅は時間の経過と共に変化する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記蓄積サブサンプリングインターバル(303,603)及び前記放電サブサンプリングインターバル(310,610)は、順に時間と共に反復して繰り返される、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記電力変換装置(200,500)は、DC/DCコンバータ、AC/DCコンバータ、DC/ACコンバータ、若しくは電力増幅器、のうちの1つであり、又は、搬送波生成器とミキサとを有する無線送信機若しくは被変調増幅器、のうちの1つに適用される、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1の電気ゲート(205,505)及び前記第2の電気ゲート(207,507)は、スイッチ制御回路(215,515)を用いて動作させられる、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1つの電気入力インタフェース(201,501)と、
少なくとも第1の電気ゲート(205,505)及び第2の電気ゲート(207,507)と、
少なくとも1つの電波伝搬媒体(105)と、
負荷(213,514)に接続可能な少なくとも1つの電気出力インタフェース(211,511)と、
動作回路(1001)と、を備え、
当該動作回路(1001)は、
前記第1の電気ゲート(205,505)を動作させてアクティブ状態に切り替えて、前記電気入力インタフェース(201,501)から前記第1の電気ゲート(205,505)を介して前記電波伝搬媒体(105)へ伝達される少なくとも1つの電圧パルス(309,609)を提供し、前記少なくとも1つの電圧パルスは、前記電波伝搬媒体(105)を介した波伝搬時間の2倍よりも短い持続期間を有し、前記少なくとも1つの電圧パルスは、前記電波伝搬媒体(105)の一端において反射され、
前記第1の電気ゲート(205,505)を動作させてアクティブ状態に周期的に切り替えて、前記少なくとも1つの反射される波と同期する少なくとも1つの蓄積電圧パルスを提供して、前記電波伝搬媒体(105)において伝達される前記反射される電波を蓄積し、蓄積サブサンプリングインターバル(303,603)を通じて蓄積を実行し、
前記第2の電気ゲート(207,507)を動作させてアクティブ状態に周期的に切り替えて、前記少なくとも1つの反射される電波と同期する少なくとも1つの放電電圧パルス(312,612)を提供し、前記電波伝搬媒体(105)において伝達される前記電波を放電し、放電サブサンプリングインターバル(310,610)を通じて放電を実行する、
ように構成され、
前記電気入力インタフェース(201,501)と、前記第1の電気ゲート(205,505)と、前記第2の電気ゲート(207,507)と、前記電波伝搬媒体(105)と、前記電気出力インタフェース(211,511)と、前記動作回路(1001)とは共に1つの電気回路を形成する、
電力変換装置(200,500)。 - 前記第1の電気ゲート(205,505)及び前記第2の電気ゲート(207,507)の前記アクティブ状態の前記持続期間は、オーバーサンプリングインターバル(307,607)を形成し、
前記アクティブ状態は、前記電波伝搬媒体(105)を介した前記波伝搬時間の2倍よりも少ない持続期間を有し、
前記オーバーサンプリングインターバル(307,607)は、一定であり、周期的に繰り返されて、オーバーサンプリング期間(305,605)を形成し、
前記蓄積された反射される電波及び前記電気出力インタフェース(211,511)は、ある数のオーバーサンプリング期間(305,605)における前記蓄積サブサンプリングインターバル(303,603)を調整することによって制御される、
請求項13に記載の電力変換装置(200,500)。 - 前記第1の電気ゲート(205,505)及び前記第2の電気ゲート(207,507)を動作させるように構成されるスイッチ制御回路(215,515)、
をさらに備える、請求項13〜14のいずれか1項に記載の電力変換装置(200,500)。
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