WO1990002439A1 - Electrostatic transformer - Google Patents

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WO1990002439A1
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Michiko Naito
Original Assignee
Kabushiki Kaisha Enu-Esu
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load

Definitions

  • the present invention relates to an electrostatic transformer, and more particularly to an electrostatic transformer capable of electrically insulating an input side and an output side without using a transformer.
  • conventional electrical equipment uses a transformer to electrically insulate its primary and secondary sides.
  • the input side and the output side can be electrically insulated by the transformer.
  • the transformer when a commercial power supply with one end grounded is connected to the primary side of the transformer, Whichever grounded, it can be widely used as a variety of power supplies without fear of short-circuit and electric shock.However, since it has a transformer, it not only makes the equipment heavier, but also produces inductive noise and costs. However, there are drawbacks such as an increase in height.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and can reduce the weight of a device such as an electric device without using a transformer, and further, does not generate any induced noise and has a low cost.
  • the purpose is to obtain an electrostatic transformer that can be provided at the site. Disclosure of the invention
  • one of the input terminals is connected to one end of a first capacitor directly or via a diode and a first switch, and the other of the input terminals is connected to the first switch.
  • Connected to the other end of the first capacitor through a switch that opens and closes simultaneously with the opening and closing of the first switch, and connects both ends of the first capacitor with the opening and closing of the first switch, respectively.
  • one of the input terminals is connected to one end of a first capacitor directly or via a diode and a first switch, and the other of the input terminals is connected to the first terminal.
  • the switch is connected to both ends of the second capacitor via the switch to be opened and closed and the switch which is simultaneously opened and closed in conjunction with the opening and closing of the second switch, and both ends of the second capacitor are connected to output terminals
  • the connection is characterized.
  • the output terminals a and b are connected to the input terminals A and B via the first and second switches S 2 and the switches S i ′ and S 2 ′, respectively.
  • the input terminals A and B and the output terminals a and b are always insulated completely when the other is closed. Therefore, when a commercial power supply with one end grounded is connected to the input terminals A and B, for example, regardless of which of the output terminals a and b is grounded, the intended purpose can be achieved without short-circuiting. Can be.
  • the input side and the output side can be electrically insulated without using a transformer, the weight of a device such as an electric device can be reduced, and the induction noise can be reduced.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of an electrostatic transformer according to the present invention
  • FIGS. 2 to 7 are circuit diagrams each showing another embodiment of the present invention.
  • one terminal A of the input terminals A and B is connected to the first terminal
  • the capacitor C i is connected to one end of the capacitor C i
  • the other terminal B of the input terminals A and B is connected to the first capacitor C 3 via a switch S i ′ that opens and closes simultaneously in conjunction with the first switch. Connect to the other end.
  • one terminal and the other terminal of the first capacitor are connected to the first switch, respectively, and the second switch S2 and the switch S2, which open and close when the first switch S H Connect to output terminals a and b via S 2 respectively.
  • the electrostatic transformer of the present invention has the above-described configuration, when a voltage is applied between the input terminals A and B, the switches S i and S are opened and closed by opening and closing the first switches S and S: ′. While the ⁇ is closed, a voltage similar to the above-mentioned voltage is intermittently applied to the first capacitor, whereby the first capacitor Ci is charged.
  • this first capacitor C! Of the charges, the first sweep rate Tutsi S and closed while S is open second sweep rate pitch S 2 and through the S 2 'output terminal a, the voltage appears at the b.
  • a plurality of sets of the circuit composed of the first and second switches and the capacitor for example, three sets 1 to 3 are connected in parallel to each other, and one set.
  • three sets 1 to 3 are connected in parallel to each other, and one set.
  • the output of the waveform approximated to the input waveform is electrically connected to the input side from the output terminal by compensating for the time lag of charging the capacitor. It can be obtained with complete insulation.
  • one terminal A of the input terminals A and B is connected to a first capacitor C, via a first switch S i such as a photocoupler.
  • the other terminal B of the input terminals A and B is connected to the other end of the first capacitor via a switch S ′ which opens and closes simultaneously with the first switch Si.
  • the second Suitsuchi S 2 and Suitsuchi S to closed opening reversed when the first sweep rate pitch S in conjunction with one and the other terminal of the 0 the first capacitor and each said first Suitsuchi S is opened and closed through 2 'connected to the second ends of the capacitor C 2, the second ends of the capacitor C 2 respectively output terminal a, - allowed to connect to b.
  • the first switches S 1 and S i ′ are opened and closed at a cycle several times the AC voltage.
  • an AC voltage similar to the AC voltage is intermittently applied to the first capacitor C, whereby the first capacitor C Will be charged by.
  • the first switch S! Is charged by the charge of the first capacitor i.
  • S i is the second charge capacitor C 2 through a 'is between closed second sweep rate Tutsi S 2 and S 2 which are open', the second ends connected to the output terminal a of the capacitor C 2 , B show the AC voltage.
  • one terminal A of the input terminals A and B is connected to a first capacitor Si via a diode D and a first switch Si such as a photocoupler. co connecting to the end, the input terminal a, the other terminal B of B, the first sweep rate Tutsi S i 'through the first interlocking to open and close at the same time as Suitsuchi the capacitor (1 other Connect to the end.
  • each said first sweep rate Tutsi S i and conjunction with the second Suitsuchi S 2 and Suitsuchi the first Suitsuchi S j is closed opening reversed when closing through S 2 'is connected to the second ends of the capacitor C 2, allowed to connect the second ends of the capacitor C 2 respectively output terminal a, to b.
  • the first switches S i and S! Is opened and closed with a cycle several times the AC voltage, the first switch is closed while switches S i and S are closed.
  • An AC voltage similar to the AC voltage is intermittently applied to the capacitor, thereby being charged by the first capacitor.
  • FIG. 6 shows that a plurality of, for example, four capacitors C are connected in series between the output terminals a and b so that the electric charge of the second capacitor C 2 is sequentially and cyclically switched to the capacitor C.
  • Another embodiment of the present invention is shown, and according to this embodiment, the output voltage can be amplified several times.
  • the switch may be opened and closed every shorter period. In this case, AC can be obtained as an output.
  • a second capacitor C is connected in series between the input terminals A and B as shown in Fig. 7. And the voltage across one of the capacitors Co may be used as the input voltage.
  • the input side and the output side can be electrically insulated without using a transformer as in the related art.
  • the weight of the equipment such as electrical equipment can be reduced, and there is no induction noise at all, and it can be widely used at low cost without fear of shorts and electric shocks.

Landscapes

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  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
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  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Description

明糸田
静電トランス - 技術分野
本発明は、 静電トランス、 特に トランス 用いることなく入力側 と出力側を電気的に絶縁できる静電トランスに関する。 背景技術
一般に従来の電気機器はトランスを用い、 その 1次側と 2次側を 電気的に絶縁するようにしている。
このような トランスを用いた装置では、 トランスにより入力側と 出力側を電気的に絶縁できるため、 例えば、 トランスの 1次側に一 端を接地した商用電源を接続した場合、 2次側端子の何れを接地し ても、 ショー トゃ電気ショ ックの心配なく、 種々の電源と して広く 使用できるが、 トランスを有するため、 装置が重く なるばかりでな く、 誘導雑音を生じ、 かつコス ト高となる等の欠点があった。
本発明は、 上記従来技術の課題を解決するためになされたもので あり、 トランスを用いないで電気機器等の装置を軽くすることがで き、 しかも誘導雑音が一切生じることなく、 かつ低コス トで提供す ることのできる静電トラ ンスを得ることを目的とする。 発明の開示
本発明の静電トランスは、 入力端子の一方の端子を直接又はダイ オー ドと第 1のスィツチを介して第 1のコンデンサの一端に接続し、 入力端子の他方の端子を前記第 1のスィツチの開閉と連動して同時 に開閉するスィ ツチを介して前記第 1のコンデンサの他端に接続す ると共に、 前記第 1のコンデンザの両端を夫々前記第 1のスィ ッチ の開閉と連動して同時に閉開する第 2のスィ ッチ及びこの第 2のス ィツチの閉開と連動して同時に閉開するスィ ツチを介して第 2のコ ンデンザの両端に又は直接出力端子に接続したことを特徴とする。 又、 本発明の静電トランスは、 入力端子の一方の端子を直接又は ダイォードと第 1のスィ ツチを介して第 1めコンデンサの一端に接 続し、 入力端子の他方の端子を前記第 1のスィッチの開閉と連動し て同時に開閉するスィッチを介して前記第 1のコンデンザの他端に 接続すると共に、 前記第 1のコンデンサの両端を夫々前記第 1のス ィツチの開閉と連動して同時に閉開する箄 2のスィツチ及びこの第 2のスィツチの閉開と連動して同時に閉開するスィツチを介して第 2のコンデンザの両端に接続し、 この第 2のコンデンザの両端を出 力端子に接続したことを特徵とする。
上記のように本発明の静電トランスにおいては、 出力端子 a、 b は、 入力端子 A、 Bに対し夫々第 1、 第 2のスィッチ S 2及び スィッチ S i '、 S 2 'を介して接続されているが、 これらスィッチは —方が閉じているときは、 他方が開いている関係にあるから、 入力 端子 A、 Bと出力端子 a、 bは、 常時電気的に完全に絶縁された状 態となり、 従って入力端子 A、 Bに、 例えば一端を接地した商用電 源を接続した場合、 出力端子 a、 bの何れを接地してもショー トを 生ずることなく所期の目的を達成することができる。
このように本発明の静電トランスによれば、 トランスを用いるこ となく入力側と出力側を電気的に絶縁することができ、 電気機器等 の装置を軽くすることができ、 しかも誘導雑音が一切生じることな く、 かつ低コストの静電トラ .ンスを得ることができる 図面の簡単な説明
第 1図は本発明の静電トランスの回路図、 第 2図〜第 7図は夫々 本発明の他の実施例を示す回路図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明においては、 第 1図に示すように入力端子 A、 Bの一方の 端子 Aを、 フォ トカブラー等の第 1のスィッチ S iを介して第 1の コンデンサ C iの一端に接続すると共に、 入力端子 A、 Bの他方の 端子 Bを、 前記第 1のスィツチ と連動して同時に開閉するスィ ツチ S i 'を介して前記第 1のコンデンサ C 3の他端に接続する。
又この第 1のコンデンサ の一方及び他方の端子を、 夫々前記 第 1のスィッチ と連動して、 第 1のスィッチ S ,が開閉したとき 逆に閉開する第 2のスィ ツチ S 2及びスィ ッチ S 2 を介して夫々出 力端子 a、 bに接続する。
本発明静電トランスは、 上記のような構成であるから、 入力端子 A、 B間に電圧を加えた場合、 第 1のスィ ッチ S 及び S：' を開閉 すれば、 スィッチ S i及び S ' が閉じている間に第 1のコンデンサ には、 前記電圧に相似の電圧が断続的に印加され、 これによつ て前記第 1のコ ンデンサ C iが充電される。
又この第 1のコンデンサ C！の充電電荷により、 前記第 1のスィ ツチ S 及び S が開いている間閉じる第 2のスィ ッチ S 2及び S 2' を介して出力端子 a、 bには電圧が現れる。
本発明の他の実施例においては、 第 2図に示すように前記第 1、 第 2のスィ ツチ及びコンデンサより成る回路を複数組、 例えば 3組 1〜 3互に並列接続し、 1つの組のスィ ツチが開閉するとき、 他の 総ての組のスィ ッチがこれと逆に閉開するようにする。
この実施例においては、 各組を順次異なるタイ ミ ングで作動せし めるようにすれば、 コンデンザの充電のタイムラグを補償して入力 波形により近似する波形の出力を出力端子より入力側と電気的に絶 縁して得ることができる。
本発明の更に他の実施例においては、 第 3図に示すように入力端 子 A、 Bの一方の端子 Aをフォ トカブラ一等の第 1のスィッチ S i を介して第 1のコンデンサ C ,の一端に接続すると共に、 入力端子 A、 Bの他方の端子 Bを、 前記第 1のスィツチ S iと連動して同時 に開閉するスィ ツチ S 'を介して前記第 1のコンデンサ の他端 に接続する。 又この第 1のコンデンサ0 の一方及び他方の端子を夫々前記第 1のスィツチ S と連動して第 1のスィ ッチ S が開閉したとき逆に 閉開する第 2のスィツチ S 2及びスィツチ S 2 ' を介して第 2のコン デンサ C 2の両端に接続し、 この第 2のコンデンサ C 2の両端を夫々 出力端子 a、- bに接続せしめる。
この実施例における静電トランスにおいては、 入力端子 A、 B間 に、 例えば 5 0サイクルの交流電圧を加えた場合、 第 1のスィツチ S 1及び S i 'を交流電圧の数倍の周期で開閉すれば、 スィツチ 及 び S i 'が閉じている間に第 1のコンデンサ C ,には、 前記交流電圧 に相似の交流電圧が断続的に印加され、 これによつて前記第 1のコ ンデンサ C によって充電される。
又この第 1のコンデンサじ iの充電電荷により、 前記第 1のスィ ツチ S！及び S i 'が開いている間閉じる第 2のスィ ツチ S 2及び S 2' を介して第 2のコンデンサ C 2が充電され、 この第 2のコンデンサ C 2の両端に接続された出力端子 a、 bには交流電圧が現れる。 本発明の他の実施例においては、 第 4図に示すように、 入力端子 A、 Bの一方の端子 Aを、 ダイオード Dとフォ トカブラー等の第 1 のスィツチ S iを介して第 1のコンデンサ の一端に接続すると共 に、 入力端子 A、 Bの他方の端子 Bを、 前記第 1のスィツチ と 連動して同時に開閉するスィ ツチ S i 'を介して前記第 1のコンデン サ( 1の他端に接続する。
又この第 1のコンデンサ の一方及び他方の端子を、 夫々前記 第 1のスィ ツチ S iと連動して第 1のスィツチ S jが開閉したとき逆 に閉開する第 2のスィツチ S 2及びスィツチ S 2' を介して第 2のコ ンデンサ C 2の両端に接続し、 この第 2のコンデンサ C 2の両端を夫 々出力端子 a、 bに接続せしめる。
この実施例では入力端子 A、 B間に、 例えば 5 0サイクルの交流 電圧を加えた場合、 第 1のスィッチ S i及び S！ 'を交流電圧の数倍 の周期で開閉すればスィツチ S i及び S 'が閉じている間に第 1の コンデンサじ：には、 前記交流電圧に相似の交流電圧が断続的に印 加され、 これによつて前記第 1のコンデンサじ，によって充電され ο
又この第 1のコンデンサ の充電電荷により、 前記第 1のスィ ツチ S i及び S が開いている間閉じる第 2のスィ ッチ S 2及び S 2 を介して第 2のコンデンサ C 2が充電され、 この第 2のコンデンサ C 2の両端に接続された出力端子 a、 bには直流電圧が現れる。 第 5図はダイオー ド Dとして 4個のダイオード D 〜D 4を用い、 前記第 1、 第2のスィッチ 5 1、 3 2及びスィッチ 3 1 '、 S 2 'の他に これに対応する同様のスィツチ S 3、 S 4 、 S 3 '、 S 4 'と、 前記第 1のコンデンサ C こ対応する同様のコンデンサじ 'を甩い、 従来 既知の両波整流回路を構成した本発明の他の実施例を示し、 この実 施例によれば、 出力電圧をより大きくすることができる。
第 6図は出力端子 a、 b間に複数の、 例えば 4個のコンデンサ C を直列に接続し、 このコンデンサ Cに前記第 2のコンデンサ C 2の 電荷を順次サイクリ ックに切換付与せしめるようにした本発明の更 に他の実施例を示し、 この例によれば、 出力電圧を数倍に増幅でき る
尚交流電圧の半サイクル期間毎にスィ ツチを開閉する代りに、 こ れより短い期間毎にスィ ッチを開閉するようにしても良く、 この場 合には出力として交流を得ることができる。
尚、 出力端子電圧を低くするには、 第 7図に示すように入力端子 A、 B間に直列に、 例えば 2個めコンデンサ C。を接続し、 このう ちの 1個のコンデンサ C oの両端の電圧を入力電圧として用いれば 良い。 産業上の利用可能性
以上のように本発明の静電トランスは、 従来のように トランスを 用いることなく入力側と出力側を電気的に絶縁することができ、 各 種の電気機器に用いた場合、 電気機器等の装置が軽くなり、 しかも 誘導雑音が一切生じることなく、 かつ低コストでショー卜や電気シ ョックの心配もなく、 広範囲に利用することができる。

Claims

請求の範囲
1 . 入力端子の一方の端子を第 1のスィ ッチを介してコンデンサの 一端に接続し、 入力端子の他方の端子を前記第 1のスィ ッチの開閉 と連動して同時に開閉するスィツチを介して前記コンデンサの他端 に接続すると共に、 前記コンデンザの両端を夫々前記第 1のスィ ッ チの開閉と連動して同時に閉開する第 2のスィッチ及びこの第 2の スィツチの閉開と連動して同時に閉開するスィツチを介して出力端 子に接続したことを特徴とする静電トランス。
2 . 入力端子の一方の端子を第 1のスィ ッチを介して第 1のコンデ ンサの一端に接続し、 入力端子の他方の端子を前記第 1のスィ ツチ の開閉と連動して同時に開閉するスィツチを介して前記第 1のコン デンサの他端に接続すると共に、 前記第 1のコンデンサの両端を夫 々前記第 1のスイツチの開閉と連動して同時に閉開する第 2のスィ ツチ及びこの第 2のスィ ッチの閉開と連動して同時に閉開するスィ ッチを介して第 2のコンデンザの両端に接続し、 この第 2のコンデ ンサの両端を出力端子に接続したことを特徵とする静電トラ ンス。
3 . 入力端子の一方の端子をダイォー ドと第 1のスィ ッチを介して 第 1のコンデンザの一端に接続し、 入力端子の他方の端子を前記第 1のスィ ッチの開閉と連動して同時に開閉するスィ ッチを介して前 記第 1のコンデンザの他端に接続すると共に、 前記第 1のコンデン ザの両端を夫々前記第 1のスィツチの開閉と連動して同時に閉開す る第 2のスィツチ及びこの第 2のスィツチの閉開と連動して同時に 閉開するスィツチを介して第 2のコンデンサの両端に接続し、 この 第 2のコンデンサの両端を出力端子に接続したことを特徴とする静 電トランス。
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