JP6082399B2 - 入/出力電力および信号伝送絶縁装置 - Google Patents
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Description
CC13=(C1XC3)/(C1+C3)そして
1/CC14=1/C1+1/C4 従って
CC14=(C1XC4)/(C1+C4)
等価出力容量値は次式で表現される:
1/C2=1/C1+1/C3+1/C4 従って
C2=(C1XC3XC4)/((C3XC4)+(C1XC4)+(C3XC1))
従って、
CC13=CC14=4.89uf、そしてC2=4.78uf
しかし本発明はこのような損害を防止する。
例えば:(a)ハイブリッドまたは電気自動車、(b)代替オプトカプラー、(c)CMOSドライバ(d)プラズマディスプレイ・ドライバ、(e)Modbus, Profibus, DeviceNet(登録商標)データバス,SDS(登録商標)などの工業用フィールドバス(f)コンピュータ周辺機器インタフェース、(g)サーボ制御インタフェース、および(h)データ取得回路、におけるデジタル絶縁装置の用途。
例えば:(a)太陽光発電プラント、(b)マルチソース電力制御装置、(c)RF低電力充電器を使用するセルラーおよび他の機器、における容量的電力伝送回路の用途。
フォワードパワーコンバータとして使用される事例は、Jacques氏他による特許文献1に記載され、それは共振不連続フォワードコンバータ(RDFC)を制御するための方法および装置について記載している。その装置は変圧器、変圧器の1次側巻き線に電力を与える循環的スイッチDC、変圧器の2次回路に接続されるDCへの変換器、および1次巻き線電流に基づいて閾値でスイッチ応答を制御する制御回路を有する。その方法と回路は、好適な実施形態がAC−DC電力変換に対し構成され、変圧器を過負荷条件から保護し、そして制御された出力電圧を有すると言われている。このフォワードコンバータの主たる欠点は、本質的に良質な電力および電流の制限方法を有せず、短絡条件において高い電流値をもたらし、その結果過渡電流に曝されるコントローラおよび他の付随する構成要素に損害を与えることである。
−高い集積度:小寸法および多重チャネルバージョン上でチャネル当りコストが安い。
−高性能:速度が速く、タイミングが正確で、大幅に低い電力使用。
−長寿命:オプトカプラーにあるような消耗メカニズムがない。
−高信頼性:動作パラメータがVDD(ドレイン電圧)、温度および装置使用経過年数に亘って安定している。
−高CMTI(コモンモード過渡イミュニティ):完全差動絶縁信号経路および25kV/μS超のCMTIに対する高い受信器選択性。
−低EMI(電磁波妨害):FCC クラスB パート15適合。
−高い電場イミュニティ(雑音余裕値):>20V/m、独立したラボで測定。
−業界最先端のESD(静電放電)耐性:全装置に対して4kV HBM(人体モード)。
−低い外部材料費:ISOproではたった2つの安価なVDDバイパスコンデンサを必要とするが、本発明では全く不要。
−使用が容易:シングルチップ、完全な絶縁解決策。
本発明のISOpro技術より優れた点:
−ISOproはコンデンサバリアを通過する単一方向電力伝送を達成するため送受信器―受信器回路を必要とするが;本発明は送信機−受信器回路およびVDDバイパスコンデンサの必要なく単一方向電力伝送を達成する。
−より低い外部材料コスト。
−制御された電力伝送。
Claims (20)
- 交流電源と負荷の間に挟まれた交流回路のための容量性装置であって:
少なくとも第1と第2の入力端末と少なくとも第1と第2の出力端末とを有する1組の端末と、
ここにおいて前記第1と第2の入力端末は前記交流電源に接続し、前記第1と第2の出力端末は前記負荷に接続し、それにより前記交流電源からの電力が前記容量性装置を経由して前記負荷に提供され、;そして
少なくとも1つの電力伝送および絶縁装置モジュールと;
を有し、
前記少なくとも1つの電力伝送および絶縁装置モジュールのそれぞれは:
2つのデカップルされた入力電極からなる第1の組の2つの電極組立体であって、 前記入力電極の第1の電極が前記第1の入力端末に接続し、そして前記入力電極の第2の電極が前記第2の入力端末に接続する第1の組の2つの電極組立体と;そして
2つのデカップルされた出力電極からなる第2の組の2つの電極組立体であって、前記出力電極の第1の電極が前記第1の出力端末に接続し、そして前記出力電極の第2の電極が前記第2の出力端末に接続する第2の組の2つの電極組立体と;
を有し;
前記第1と第2の入力電極は共に前記第1と第2の出力電極の間に配置され、
前記第1と第2の入力電極のそれぞれと前記第1と第2の出力電極のそれぞれとの間に容量が形成可能なように、前記第1と第2の入力電極は、互いに離れて配置され、そして前記第1と第2の出力電極のうちの隣接する1つの出力電極と離れて配置される、
ことを特徴とする容量性装置。 - それぞれの隣接する入力および出力電極のペアの間の少なくとも1つの層の絶縁材料と、前記第1と第2の入力端末を前記交流電源に接続する入力回路と、および前記第1と第2の出力端末を前記負荷に接続する出力回路と、をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの電力伝送および絶縁装置モジュールは、並列配線構成において配置された複数の電力伝送および絶縁装置モジュールからなる、ことを特徴とする請求項1または2に記載の装置。
- 前記第1と第2の入力電極は前記第1と第2の出力電極からデカップルされている、ことを特徴とする請求項1−3のいずれかに記載の装置。
- 前記第1と第2の入力電極および前記第1と第2の出力電極は高周波デジタル絶縁装置である、ことを特徴とする請求項1−4のいずれかに記載の装置。
- 前記第1と第2の入力電極および前記第1と第2の出力電極は無線周波数信号に対する容量性バリアである、ことを特徴とする請求項1−5のいずれかに記載の装置。
- 前記少なくとも1つの電力伝送および絶縁装置モジュールはさらに:
2つのデカップルされた入力電極からなる第3の組の2つの電極組立体であって、 前記第3の組の第1の入力電極は前記第1の入力端末に接続し、そして前記第3の組の第2の入力電極は前記第2の入力端末に接続する、第3の組の2つの電極組立体と;
前記第3の組の前記第1と第2の入力電極は、前記第1の組の前記第1および第2の入力電極から前記第2の組の前記第2の出力電極の反対側に位置し;そして
2つのデカップルされた出力電極からなる第4の組の2つの電極組立体であって、 前記第4の組の第1の出力電極は前記第1の出力端末に接続し、そして前記第4の組の第2の出力電極は前記第2の出力端末に接続する第4の組の2つの電極組立体と;
を有し、
前記第3の組の前記第1と第2の入力電極は、共に前記第4の組の前記第1の出力電極と前記第2の出力電極の間に位置し、
前記第3の組の前記第1と第2の入力電極のそれぞれと前記第4の組の前記第1の出力電極と前記第2の出力電極のそれぞれとの間に容量が形成可能なように、前記第3の組の前記第1と第2の入力電極は、互いに離れて配置され、かつ前記第4の組の前記第1の出力電極と前記第2の出力電極のうちの隣接する1つの出力電極と離れて配置され;
前記第2の組の前記第2の出力電極は前記第4の組の前記第1の出力電極と同一である、
ことを特徴とする請求項1−6のいずれかに記載の装置。 - 前記第2の入力端末と前記第2の出力端末との間に接続される電圧モニターと;
前記第1の出力端末と負荷とに直列に接続される電流モニターと;
前記少なくとも1つの電力伝送および絶縁装置モジュールと直列に、前記第1の入力端末と前記第2の入力端末に接続される電力伝送および電圧コントローラと;
をさらに有することを特徴とする、請求項1−7のいずれかに記載の装置。 - 前記電圧モニターが前記第2の出力端末の電圧と前記第2の入力端末の電圧とを比較する電圧コンパレータ−であり、前記電力伝送および電圧コントローラが前記第2の出力端末の電圧と前記第2の入力端末の電圧との比較に基づいて前記少なくとも1つの電力伝送および絶縁装置モジュールを制御できるようにするため、前記電圧コンパレータ−が前記電力伝送および電圧コントローラに接続されている、ことを特徴とする請求項8に記載の装置。
- 前記電流モニターは前記第1の出力端末における電流を感知する電流センサであって、前記電力伝送および電圧コントローラが前記第1の出力端末において感知された電流に基づいて前記少なくとも1つの電力伝送および絶縁装置モジュールを制御できるようにするため、前記電流センサが前記電力伝送および電圧コントローラに接続されている、ことを特徴とする請求項8に記載の装置。
- 第1と第2のデカップルされた出力電極と、前記第1と第2のデカップルされた出力電極の間に配置された第1と第2のデカップルされた入力電極と、そしてそれぞれの電極の間に前記それぞれの電極に並列に配置された絶縁フィルムとを有する少なくとも1つの電力伝送および絶縁装置モジュールを含む容量性装置を使用して、交流電源から負荷へ交流回路を経由してフォワードに電力を伝送する方法であって;
前記第1と第2の入力電極を前記交流電源に第1と第2の入力端末を経由して接続するステップと;
前記第1と第2の出力電極を前記負荷に第1と第2の出力端末を経由して接続するステップと;そして
前記第1と第2の入力電極のそれぞれと前記第1と第2の出力電極のそれぞれの間の容量により、前記第1と第2の出力電極の間に電位を誘導するステップと;
を有し、
それにより、前記第1と第2の出力端末に接続される出力回路に起こった障害に起因する状態により前記第1と第2の入力端末に接続される入力回路が危険にさらされることから絶縁される、
ことを特徴とする方法。 - 前記第1と第2の入力電極は電気的にAC−ACかつ高周波信号入力電極であり、
前記方法はさらに前記電気的にAC−ACかつ高周波信号入力電極を前記第1と第2の出力電極からデカップリングし絶縁するステップを有する、
ことを特徴とする請求項11に記載の方法。 - 前記第1と第2の入力電極から前記第1と第2の出力電極への電力伝送が、前記第1の入力電極と前記第1の出力電極の間に存在するデカップルされた等価容量値と前記第2の入力電極と前記第2の出力電極の間に存在する容量値に直接比例するように、前記第1と第2の入力電極と、前記第1と第2の出力電極と、そして絶縁フィルムと、を選択するステップをさらに有する、ことを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 前記第1と第2の入力電極から前記第1と第2の出力電極への電力伝送が、前記第1の入力電極と前記第2の出力電極の間、および前記第2の入力電極と前記第1の出力電極の間の容量関係から生成される等価クロス容量に比例するように、前記第1と第2の入力電極と、前記第1と第2の出力電極と、そして絶縁フィルムと、を選択するステップをさらに有する、ことを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 入力容量の等価微分容量値が出力容量の値の少なくとも2倍であるように、前記第1と第2の入力電極と、前記第1と第2の出力電極と、そして絶縁フィルムと、を選択するステップをさらに有する、ことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 入力容量と出力容量との間の等価微分容量が前記容量性装置の入力側から前記容量性装置の出力側への単一方向の電力伝送を提供するように、前記第1と第2の入力電極と、前記第1と第2の出力電極と、そして絶縁フィルムと、を選択するステップをさらに有する、ことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記容量性装置の入力側と前記容量性装置の出力側との間の電圧を検知するステップと、
負荷が接続される場合の前記出力側の電流を検知するステップと、そして
調整可能な設定点および動作レンジを提供し、または出力電圧を事前設定のレンジ内に維持するため、前記少なくとも1つの電力伝送および絶縁装置モジュールを検知された電圧と検知された電流に基づいて制御するステップと、
をさらに有することを特徴とする請求項11−16のいずれかに記載の方法。 - 前記少なくとも1つの電力伝送および絶縁装置モジュールは複数の電力伝送および絶縁装置モジュールからなり、
前記方法は、電力伝送能力を増大させるため、前記複数の電力伝送および絶縁装置モジュールを並列接続構成で構成するステップをさらに有する、
ことを特徴とする請求項11−17のいずれかに記載の方法。 - 前記容量性装置の入力側と前記容量性装置の出力側との間の電圧を検知するステップと、
負荷が接続される場合の前記出力側の電流を検知するステップと、そして
調整可能な設定点および動作レンジを提供し、または出力電圧を事前設定のレンジ内に維持するため、前記電力伝送および絶縁装置モジュールを検知された電圧と検知された電流に基づいて制御するステップと、
をさらに有することを特徴とする請求項18に記載の方法。 - 前記容量性装置の入力側と前記容量性装置の出力側との間の電圧を検知するステップと;
負荷が接続される場合の前記出力側の電流を検知するステップと;そして
前記電力伝送および絶縁装置モジュールを制御して、前記容量性装置を介して電力提供される負荷内の電力の増加に追従するため、検知された前記電圧に基づいて前記電力伝送および絶縁装置モジュールの機能性を順次かつ個々に取り込み、そして負荷内の電力の減少に追従するため、検知された前記電流に基づいて前記電力伝送および絶縁装置モジュールの機能性を順次かつ個々に取り外すステップと;
をさらに有することを特徴とする請求項18に記載の方法。
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