УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МОЩНОСТИ Российский патент 2019 года по МПК H02M1/44 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству преобразования мощности, которое преобразует мощность, выводимую из источника мощности переменного тока или источника мощности постоянного тока, в требуемую мощность постоянного тока.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Традиционно, устройство преобразования мощности используется для заряда аккумулятора низкого напряжения от аккумулятора высокого напряжения, в электромобиле, гибридном транспортном средстве и т.п. Переключатель монтируется в устройстве преобразования мощности, которое формируется посредством силового полупроводникового элемента дискретного комплекта или модульного силового полупроводникового элемента (далее - "силового модуля"). Силовой модуль включает/выключает переключатель посредством сигнала, предоставляемого из схемы управления, чтобы преобразовывать напряжение.

[0003] Когда переключающий элемент включается и выключается, шум при переключении формируется в силовом модуле и распространяется на сторону источника питания и сторону нагрузки. Следовательно, в случае если мощность подается из источника мощности сети общего пользования, установленного в стандартном доме, в устройство преобразования мощности, смонтированное на транспортном средстве, например, шум может распространяться в электрическую систему на стороне дома.

[0004] Патентный документ 1 раскрывает разделение дроссельной катушки на две, так что они вставляются, соответственно, как в линию подачи мощности, так и в линию заземления, чтобы удалять шум, а также раскрывает удаление шума посредством предоставления фильтра в каждом из предыдущего каскада и последующего каскада дроссельной катушки.

Список библиографических ссылок

Патентные документы

[0005] Патентный документ 1. Выложенная патентная публикация (Япония) номер H11-341787

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Тем не менее, схема, раскрытая в патентном документе 1, имеет проблему увеличения размеров устройства.

[0007] Настоящее изобретение осуществлено с учетом таких традиционных проблем. Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставлять устройство преобразования мощности, которое может уменьшать уровень шума, сформированного посредством переключения, без увеличения размеров устройства.

[0008] Устройство преобразования мощности согласно аспекту настоящего изобретения включает в себя реактор, соединенный с первой шиной подачи мощности, переключающий элемент, который преобразует мощность, предоставляемую между первой шиной подачи мощности и второй шиной подачи мощности, посредством переключения, и импедансную схему, размещаемую параллельно относительно реактора первой шины подачи мощности.

Преимущества изобретения

[0009] Согласно аспекту настоящего изобретения можно уменьшить уровень шума, сформированного посредством переключения, без увеличения размеров устройства.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] Фиг. 1 является принципиальной схемой, иллюстрирующей конфигурацию устройства преобразования мощности и его периферийных устройств согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 является принципиальной схемой, иллюстрирующей конфигурацию реактора и импедансной схемы устройства преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 является графиком, представляющим взаимосвязь между частотой и импедансом в случае, если устройство преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения применяется, и в случае, если устройство преобразования мощности не применяется.

Фиг. 4 является графиком, представляющим изменение шумового тока в случае, если устройство преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения применяется, и в случае, если устройство преобразования мощности не применяется.

Фиг. 5 является графиком, представляющим взаимосвязь между частотой и уровнем шума в случае, если устройство преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения применяется, и в случае, если устройство преобразования мощности не применяется.

Фиг. 6 является принципиальной схемой, иллюстрирующей конфигурацию устройства преобразования мощности и его периферийных устройств согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 7 является графиком, представляющим характеристики отсечки фильтрующей схемы, используемой в устройстве преобразования мощности согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 8 является графиком, представляющим характеристики отсечки в случае, если фильтрующая схема затрагивается посредством индуктивности или электростатической емкости.

Фиг. 9 является принципиальной схемой, иллюстрирующей конфигурацию устройства преобразования мощности и его периферийных устройств согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 10 является схемой, иллюстрирующей реактор и импедансную схему устройства преобразования мощности согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 11 является графиком, представляющим взаимосвязь между частотой и импедансом в устройстве преобразования мощности согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 12 является схемой, иллюстрирующей реактор и импедансную схему устройства преобразования мощности согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 13 является схемой, иллюстрирующей реактор и импедансную схему устройства преобразования мощности согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 14 является эквивалентной принципиальной схемой импедансной схемы и реактора, проиллюстрированных на фиг. 13.

Фиг. 15 является схемой, иллюстрирующей реактор и импедансную схему устройства преобразования мощности согласно первой модификации шестого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 16 является схемой, иллюстрирующей реактор и импедансную схему устройства преобразования мощности согласно второй модификации шестого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 17 является схемой, иллюстрирующей реактор и импедансную схему устройства преобразования мощности согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 18 является эквивалентной принципиальной схемой импедансной схемы и реактора, проиллюстрированных на фиг. 17.

Фиг. 19 является принципиальной схемой, иллюстрирующей конфигурацию устройства преобразования мощности и его периферийных устройств согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, с иллюстрацией примера включения выпрямительной схемы.

Фиг. 20 является принципиальной схемой, иллюстрирующей конфигурацию устройства преобразования мощности и его периферийных устройств согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, с иллюстрацией примера включения мостового силового модуля и выпрямительной схемы.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] Далее описываются варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Описание первого варианта осуществления

Фиг. 1 является принципиальной схемой, иллюстрирующей конфигурацию устройства преобразования мощности и его периферийных устройств согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на фиг. 1, устройство 101 преобразования мощности согласно настоящему варианту осуществления полностью покрыто посредством кожуха 1, изготовленного из металла, такого как железо или алюминий. Входная сторона устройства 101 преобразования мощности соединяется с источником 91 мощности, который выводит постоянный ток через первую шину 93 подачи мощности и вторую шину 94 подачи мощности, и его выходная сторона соединяется с нагрузкой 92. Следовательно, можно преобразовывать напряжение, поданное из источника 91 мощности, в требуемое напряжение и подавать преобразованное напряжение в нагрузку 92. Источник 91 мощности представляет собой, например, источник мощности сети общего пользования или аккумулятор, установленный в стандартном доме. Нагрузка 92 представляет собой, например, аккумулятор, смонтированный на электромобиле или гибридном транспортном средстве.

[0012] Положительный контактный вывод источника 91 мощности соединяется с первой шиной 93 подачи мощности, и его отрицательный контактный вывод соединяется со второй шиной 94 подачи мощности. Реактор L1 соединяется с первой шиной 93 подачи мощности. Дополнительно, силовой модуль 4, включающий в себя переключающий элемент Q1 и диод D1, соединяется между первой шиной 93 подачи мощности и второй шиной 94 подачи мощности в последующем каскаде реактора L1.

[0013] Переключающий элемент Q1 представляет собой полупроводниковый переключатель, такой как MOSFET или IGBT. Ввод управления переключающего элемента Q1 (например, затвор MOSFET) соединяется со схемой 3 управления, которая управляет включением/выключением переключающего элемента Q1. Посредством включения/выключения переключающего элемента Q1 под управлением посредством схемы 3 управления, чтобы управлять скважностью импульсов, постоянный ток, поданный из источника 91 мощности, преобразуется в постоянный ток с другим напряжением, который должен подаваться в нагрузку 92.

[0014] Реактор L1 представляет собой, например, катушку с тороидальной обмоткой. Дополнительно, сглаживающие конденсаторы C100 и C200 предоставляются в предыдущем каскаде и последующем каскаде силового модуля 4, соответственно.

[0015] Импедансная схема 2 предоставляется параллельно относительно реактора L1. В настоящем варианте осуществления, импеданс, вызываемый посредством реактора L1 в полосе высоких частот, уменьшается посредством предоставления импедансной схемы 2, и распространение шума в металлический кожух 1 предотвращается. Более конкретно, шум, сформированный из первой шины подачи мощности 93, и шум, сформированный из второй шины 94 подачи мощности, уравновешиваются посредством задания импеданса между точками P1 и P2 первой шины 93 подачи мощности и импеданса между точками P3 и P4 второй шины 94 подачи мощности ближе друг к другу, так что высокочастотный шум, распространяющийся в металлический кожух 1, уменьшается. "Задание импедансов ближе друг к другу" представляет собой принцип, который включает в себя полное совпадение импедансов.

[0016] Фиг. 2 является принципиальной схемой, иллюстрирующей подробную конфигурацию реактора L1 и импедансной схемы 2, проиллюстрированных на фиг. 1. Как проиллюстрировано на фиг. 2, реактор L1 имеет паразитную емкость C1. Импедансная схема 2, соединенная параллельно относительно реактора L1, включает в себя емкостный элемент C2. В нижеприведенном описании, элемент и числовое значение этого элемента обозначаются посредством идентичного знака. Например, индуктивность реактора L1 составляет L1, и электростатическая емкость емкостного элемента C2 составляет C2.

[0017] Электростатическая емкость емкостного элемента C2 задается больше паразитной емкости C1. Таким образом, C2>C1. Следовательно, при условии, что электростатическая емкость, соединенная параллельно относительно реактора L1 посредством предоставления емкостного элемента C2, составляет импеданс Z1, импеданс Z1 может выражаться посредством следующего выражения (1).

Z1=1/{j*ω*(C1+C2)}... (1).

[0018] Импеданс Z2 в случае, если емкостный элемент C2 не предоставляется, может выражаться посредством следующего выражения (2).

Z2=1/(j*ω*C1)... (2).

В таком случае, из выражений (1) и (2) следует понимать, что Z1<Z2, и можно уменьшать импеданс первой шины 93 подачи мощности посредством предоставления емкостного элемента C2 с большей электростатической емкостью, чем паразитная емкость C1.

[0019] Фиг. 3 является графиком, представляющим изменение импеданса реактора L1 и импедансной схемы 2, проиллюстрированных на фиг. 2. На фиг. 3, горизонтальная ось представляет частоту, и вертикальная ось представляет импеданс. Кривая S1, проиллюстрированная с помощью сплошной линии, представляет характеристики в случае, если емкостный элемент C2 предоставляется, и кривая S2, проиллюстрированная с помощью пунктирной линии, представляет характеристики в случае, если емкостный элемент C2 не предоставляется.

[0020] Частота fr1 представляет собой резонансную частоту (первую резонансную частоту) в случае, если емкостный элемент C2 предоставляется, и частота fr2 представляет собой резонансную частоту в случае, если емкостный элемент C2 не предоставляется. Частоты fr1 и fr2 могут выражаться посредством следующих выражений (3) и (4), соответственно.

уравнение 1

.

[0021] Дополнительно, частота fsw, проиллюстрированная на фиг. 3, представляет собой частоту переключения переключающего элемента Q1, проиллюстрированного на фиг. 1. Как следует понимать из фиг. 3, первая резонансная частота fr1 задается выше частоты fsw. Следовательно, на фиг. 3, кривая S1 имеет меньший импеданс, чем кривая S2, в полосе частот выше частоты fp пересечения кривой S1 и кривой S2. Соответственно, в этой полосе частот, импеданс первой шины 93 подачи мощности, проиллюстрированной на фиг. 1, может задаваться ближе к импедансу второй шины 94 подачи мощности. Как результат, можно уравновешивать шум, сформированный из первой шины 93 подачи мощности, и шум, сформированный из второй шины 94 подачи мощности, так что влияние шума может уменьшаться.

[0022] Дополнительно, паразитная емкость C1 реактора L1 варьируется посредством частоты переключения переключающего элемента Q1, числа витков реактора L1 и конфигурации обмоток. В случае если паразитная емкость C1 составляет несколько пФ, импеданс в полосе высоких частот может понижаться посредством предоставления емкостного элемента C2 с электростатической емкостью в несколько сотен пФ, как проиллюстрировано с помощью стрелки Y1 на фиг. 3.

[0023] Фиг. 4 является графиком, представляющим форму сигнала тока, который протекает через металлический кожух 1. Горизонтальная ось на фиг. 4 представляет время и представляет время, в которое переключающий элемент Q1 в силовом модуле 4 включается и выключается дважды. Вертикальная ось представляет значение тока, который протекает через металлический кожух 1. Кривая S3, проиллюстрированная с помощью сплошной линии, представляет характеристики в случае, если импедансная схема 2 предоставляется, и кривая S4, проиллюстрированная с помощью пунктирной линии, представляет характеристики в случае, если импедансная схема 2 не предоставляется.

[0024] Как проиллюстрировано на фиг. 4, в случае если импедансная схема 2 не предоставляется, значение тока варьируется в диапазоне, обозначаемом посредством знака X1. Между тем, в случае если импедансная схема 2 предоставляется, значение тока варьируется в диапазоне, обозначаемом посредством знака X2. Следовательно, необходимо понимать, что пиковое значение шумового тока, протекающего через металлический кожух 1, уменьшается посредством предоставления импедансной схемы 2.

[0025] Фиг. 5 иллюстрирует изменение уровня шума, когда форма сигнала тока, проиллюстрированная на фиг. 4, подвергается частотному анализу, в котором горизонтальная ось представляет частоту, и вертикальная ось представляет уровень шума. Сплошная линия представляет форму сигнала тока в случае, если импедансная схема 2 предоставляется, и пунктирная линия представляет характеристики в случае, если импедансная схема 2 не предоставляется. Как следует понимать из характеристической кривой на фиг. 5, уровень шума, сформированного в металлическом кожухе 1, уменьшается в полосе высоких частот посредством предоставления импедансной схемы 2. В частности, шум уменьшается на величину, обозначаемую посредством знака X3.

[0026] Таким образом, в устройстве 101 преобразования мощности согласно первому варианту осуществления, импедансная схема 2 предоставляется параллельно относительно реактора L1. Следовательно, импеданс, вызываемый посредством реактора L1, может уменьшаться, так что импеданс первой шины 93 подачи мощности может уменьшаться. Соответственно, импеданс первой шины 93 подачи мощности может задаваться ближе к импедансу второй шины 94 подачи мощности. Как результат, можно уравновешивать шумовой ток, сформированный посредством переключения переключающего элемента Q1, и уменьшать высокочастотный шум, сформированный в металлическом кожухе 1.

[0027] Дополнительно, посредством конфигурирования импедансной схемы 2 с возможностью включать в себя емкостный элемент C2, индуктивность реактора L1 может легко уравновешиваться. Следовательно, можно уравновешивать шумовой ток, сформированный посредством переключения переключающего элемента Q1, и уменьшать высокочастотный шум, сформированный в металлическом кожухе 1.

[0028] Кроме того, посредством задания электростатической емкости емкостного элемента C2 импедансной схемы 2 таким образом, что она превышает паразитную емкость C1 реактора L1, первая резонансная частота fr1 может задаваться ниже частоты fr2, как проиллюстрировано на фиг. 3. Следовательно, можно уменьшать импеданс, вызываемый посредством реактора L1, и задавать импеданс первой шины 93 подачи мощности ближе к импедансу второй шины 94 подачи мощности посредством более простого способа.

[0029] Помимо этого, как проиллюстрировано на фиг. 3, посредством задания первой резонансной частоты fr1 таким образом, что она превышает частоту fsw переключения переключающего элемента Q1, можно уменьшать высокочастотный импеданс, вызываемый посредством реактора L1, без влияния посредством операции переключения и приведения в действие в преобразовании мощности. Соответственно, можно надежно уменьшать высокочастотный шум.

[0030] Описание второго варианта осуществления

Далее описывается второй вариант осуществления настоящего изобретения. Фиг. 6 является принципиальной схемой, иллюстрирующей конфигурацию устройства преобразования мощности и его периферийных устройств согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на фиг. 6, устройство 102 преобразования мощности согласно второму варианту осуществления отличается от устройства преобразования мощности первого варианта осуществления, описанного выше, тем, что фильтрующая схема 11 (фильтр нижних частот) предоставляется на стороне впуска реактора L1. Другие конфигурации являются идентичными конфигурациям на фиг. 1, в силу чего обозначаются посредством аналогичных ссылочных позиций, и их конфигурационные пояснения опускаются.

[0031] Фильтрующая схема 11 представляет собой LC-фильтр нижних частот и включает в себя дроссельную катушку и три конденсатора. Конфигурация фильтрующей схемы 11 не ограничена этим, и может использоваться другая конфигурация. Фильтрующая схема 11 имеет характеристики затухания, проиллюстрированные на фиг. 7, и ее частота отсечки, при которой усиление затухает на 3 дБ, обозначается посредством f1. Дополнительно, частота, при которой требуется удаление шума, представляется как конечная частота f2.

[0032] Электростатическая емкость емкостного элемента C2 задается таким образом, что первая резонансная частота fr1, выражаемая посредством выражения (3), описанного выше, превышает частоту f1 отсечки фильтрующей схемы 11. Следовательно, шум, сформированный посредством первой резонансной частоты fr1, может уменьшаться посредством фильтрующей схемы 11.

[0033] Дополнительно, посредством задания электростатической емкости емкостного элемента C2 таким образом, что первая резонансная частота fr1 выше конечной частоты f2, шум может уменьшаться эффективнее. Конечная частота f2 задается равной, например, основной частоте, когда переключающий элемент Q1 переключается, либо младшей частоте гармоник.

[0034] Помимо этого, в случае фактического конфигурирования фильтрующей схемы 11, существует частота, при которой возникает нарушение характеристик затухания фильтрующей схемы 11 вследствие влияния паразитной емкости или паразитной индуктивности каждой части, составляющей фильтрующую схему 11. В частности, нарушение характеристик затухания вызывается посредством эквивалентной последовательной индуктивности конденсатора, составляющего фильтрующую схему 11, или эквивалентной емкости, которая является паразитной между обмотками дроссельной катушки.

[0035] Как результат, хотя фильтрующая схема в идеале имеет такие характеристики, что когда частота превышает частоту f1 отсечки, характеристики затухания уменьшаются по мере того, как частота становится более высокой, как проиллюстрировано на фиг. 7, она фактически имеет такие характеристики, что когда частота превышает частоту f3, характеристики затухания увеличиваются по мере того, как частота становится более высокой, как проиллюстрировано на фиг. 8, по причине, описанной выше. Следовательно, шум в полосе частот выше частоты f3 не может удаляться. Например, в случае если частота f3 ниже диапазона от 76 МГц до 108 МГц, который представляет собой полосу радиочастот на основе частотной модуляции (FM-полосу радиочастот), шум в этой FM-полосе частот не может уменьшаться.

[0036] В настоящем варианте осуществления, электростатическая емкость емкостного элемента C2 задается таким образом, что первая резонансная частота fr1, описанная выше, ниже частоты f3. Таким образом, электростатическая емкость емкостного элемента C2 задается таким образом, что первая резонансная частота fr1 ниже частоты f3, при которой коэффициент затухания посредством фильтрующей схемы 11 (фильтра нижних частот) начинает повышаться. Посредством этого задания, можно предотвращать формирование шума в FM-полосе радиочастот даже в случае, если характеристики затухания увеличиваются на частоте f3. Таким образом, можно уравновешивать шумовой ток, протекающий через первую шину 93 подачи мощности и вторую шину 94 подачи мощности, и уменьшать уровень шума, сформированного в металлическом кожухе 1 в полосе частот, к примеру, в FM-полосе радиочастот.

[0037] Таким образом, в устройстве 102 преобразования мощности согласно второму варианту осуществления, посредством предоставления фильтрующей схемы 11 (фильтра нижних частот), можно уменьшать уровень шума, сформированного вследствие существования первой резонансной частоты fr1 посредством индуктивности реактора L1 и электростатической емкости емкостного элемента C2. Следовательно, шум, сформированный посредством переключения переключающего элемента Q1, может уменьшаться.

[0038] Дополнительно, посредством задания первой резонансной частоты fr1 таким образом, что она выше частоты f1 отсечки фильтрующей схемы 11, шум, сформированный вследствие существования первой резонансной частоты fr1, может эффективнее удаляться в фильтрующей схеме 11, так что шум, сформированный посредством переключения переключающего элемента Q1, может уменьшаться.

[0039] Дополнительно, посредством задания первой резонансной частоты fr1 таким образом, что она ниже частоты f3 (см. фиг. 8), при которой возникает нарушение характеристик затухания фильтрующей схемы 11, шум, сформированный вследствие существования первой резонансной частоты fr1, может эффективнее удаляться в фильтрующей схеме 11, так что шум, сформированный посредством переключения переключающего элемента Q1, может уменьшаться.

[0040] Описание третьего варианта осуществления

Далее описывается третий вариант осуществления настоящего изобретения. Фиг. 9 является принципиальной схемой, иллюстрирующей конфигурацию устройства преобразования мощности и его периферийных устройств согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство 103 преобразования мощности согласно третьему варианту осуществления отличается от устройства преобразования мощности первого варианта осуществления, описанного выше, тем, что последовательно соединенная схема, сформированная посредством емкостного элемента C2 и резистивного элемента R2, предоставляется в импедансной схеме 2a. Другие конфигурации являются идентичными конфигурациям на фиг. 1, в силу чего обозначаются посредством аналогичных ссылочных позиций, и их конфигурационные пояснения опускаются.

[0041] Значение сопротивления резистивного элемента R2 задается меньше значения сопротивления второй шины подачи мощности (значения сопротивления между точками P3 и P4).

[0042] Дополнительно, в полосе частот, в которой электростатическая емкость емкостного элемента C2 меньше импеданса второй шины 94 подачи мощности, энергия высокочастотных шумов, протекающая в импедансную схему 2a, потребляется в качестве тепла посредством резистивного элемента R2 вследствие существования резистивного элемента R2. Следовательно, энергия высокочастотных шумов, сформированная в металлическом кожухе 1, может поглощаться.

[0043] Описание четвертого варианта осуществления

Далее описывается четвертый вариант осуществления настоящего изобретения. Фиг. 10 является схемой, иллюстрирующей импедансную схему согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения. Четвертый вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления, описанного выше, тем, что последовательно соединенная схема, сформированная посредством емкостного элемента C2, резистивного элемента R2 и индуктивного элемента L2, предоставляется в импедансной схеме 2b. Другие конфигурации являются идентичными схеме, проиллюстрированной на фиг. 1.

[0044] Значение сопротивления резистивного элемента R2 задается меньше значения сопротивления второй шины 94 подачи мощности (значения сопротивления между точками P3 и P4 на фиг. 1). Дополнительно, индуктивность индуктивного элемента L2 задается меньше индуктивности реактора L1.

[0045] Фиг. 11 является графиком, представляющим изменение импеданса реактора L1 и импедансной схемы 2b на фиг. 10. На фиг. 11, горизонтальная ось представляет частоту, и вертикальная ось представляет импеданс. Дополнительно, кривая S11, проиллюстрированная с помощью сплошной линии, представляет характеристики в случае, если импедансная схема 2b предоставляется, и кривая S12, проиллюстрированная с помощью пунктирной линии, представляет характеристики в случае, если импедансная схема 2b не предоставляется.

[0046] Частота fr1, проиллюстрированная на фиг. 11, представляет собой первую резонансную частоту в случае, если импедансная схема 2b предоставляется, и частота fr2 представляет собой резонансную частоту в случае, если импедансная схема 2b не предоставляется. Дополнительно, частота fr3 представляет собой вторую резонансную частоту импедансной схемы 2b. Вторая резонансная частота fr3 может выражаться посредством следующего выражения (5).

уравнение 2

.

[0047] В четвертом варианте осуществления, вторая резонансная частота fr3 существует, поскольку индуктивный элемент L2 предоставляется в импедансной схеме 2b. Посредством задания второй резонансной частоты fr3 равной более высокой частоте, чем требуемая частота, можно уменьшать импеданс при требуемой частоте, уравновешивать шумовой ток, сформированный посредством переключения, и уменьшать энергию высокочастотных шумов, сформированную в металлическом кожухе 1.

[0048] Например, на фиг. 11, вторая резонансная частота fr3 задается выше частоты fx в FM-полосе радиочастот, в которой требуется удаление шума. На частоте fx, можно уменьшать импеданс, вызываемый посредством реактора L1, и задавать импеданс первой шины 93 подачи мощности ближе к импедансу второй шины 94 подачи мощности. Как результат, шумовой ток, сформированный посредством переключения переключающего элемента Q1, может уравновешиваться, и энергия высокочастотных шумов, сформированная в металлическом кожухе 1, может уменьшаться. Следовательно, можно предотвращать влияние на частоту в FM-полосе радиочастот и т.п.

[0049] Таким образом, в четвертом варианте осуществления, последовательно соединенная схема, сформированная посредством емкостного элемента C2, резистивного элемента R2 и индуктивного элемента L2, предоставляется в импедансной схеме 2b. Дополнительно, вторая резонансная частота fr3 задается выше заранее определенной частоты fx (пороговой частоты), которая задается заранее. Соответственно, импеданс первой шины 93 подачи мощности может уменьшаться, и шум, сформированный посредством переключения, может уменьшаться на частоте fx.

[0050] Дополнительно, посредством задания частоты fx (пороговой частоты) равной максимальной частоте FM-полосы радиочастот, импеданс первой шины 93 подачи мощности может уменьшаться в полосе радиочастот, и шум, сформированный посредством переключения и протекания в металлический кожух 1, может уменьшаться.

[0051] Описание пятого варианта осуществления

Далее описывается пятый вариант осуществления настоящего изобретения. Фиг. 12 является пояснительной схемой, схематично иллюстрирующей конфигурацию реактора L1 и импедансной схемы 2c, используемых в устройстве преобразования мощности согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на фиг. 12, первая шина 93 подачи мощности разделяется на две шины 93a и 93b, и реактор L1 предоставляется таким образом, что он располагается по обе стороны от шин 93a и 93b. Первая шина 93 подачи мощности формируется посредством плоской металлической пластины.

[0052] Дискретный емкостный элемент C0 предоставляется между двумя шинами 93a и 93b. Более конкретно, емкостный элемент C0 для соединения каждой из шин 93a и 93b предоставляется на поверхности каждой из двух шин 93a и 93b, имеющих плоскую форму, которая является противоположной относительно поверхности, на которой присоединяется реактор L1.

[0053] Пятый вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления, описанного выше, тем, что емкостный элемент, предоставленный в импедансной схеме 2c, представляет собой дискретный емкостный элемент C0. Посредством использования дискретного емкостного элемента C0, емкостный элемент C0 может легко присоединяться к первой шине 93 подачи мощности.

[0054] Дополнительно, резистивный элемент R2 (см. фиг. 9), описанный в третьем варианте осуществления, описанном выше, и индуктивный элемент L2 (см. фиг. 10), описанный в четвертом варианте осуществления, также могут формироваться посредством дискретных элементов.

[0055] Таким образом, импедансная схема 2c формируется посредством дискретной части в пятом варианте осуществления, за счет этого упрощая конфигурацию.

[0056] Описание шестого варианта осуществления

Далее описывается шестой вариант осуществления настоящего изобретения. Фиг. 13 является пояснительной схемой, схематично иллюстрирующей конфигурацию реактора L1 и импедансной схемы 2d, используемых в устройстве преобразования мощности согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на фиг. 13, первая шина 93 подачи мощности разделяется на две шины 93a и 93b, и реактор L1 предоставляется таким образом, что он располагается по обе стороны от шин 93a и 93b. Первая шина 93 подачи мощности формируется посредством плоской металлической пластины.

[0057] Плоский проводящий элемент 13 предоставляется в позиции, отстоящей от двух шин 93a и 93b на заранее определенное расстояние. Более конкретно, плоский проводящий элемент 13 имеет емкостную связь с поверхностью каждой из двух шин 93a и 93b, имеющих плоскую форму, которая является противоположной относительно поверхности, на которой присоединяется реактор L1, так что он располагается напротив соответствующих шин 93a и 93b.

[0058] Следовательно, электростатические емкости C01 и C02 существуют между соответствующими шинами 93a и 93b и проводящим элементом 13. Соответственно, как проиллюстрировано в эквивалентной схеме по фиг. 14, электростатические емкости C01 и C02 существуют параллельно относительно реактора L1.

[0059] Здесь, электростатическая емкость C2 импедансной схемы 2d представляет собой комбинированную емкость двух электростатических емкостей C01 и C02, соединенных последовательно, и в силу этого, может выражаться посредством следующего выражения (6).

C2=(C01*C02)/(C01+C02)... (6).

[0060] Таким образом, в настоящем варианте осуществления, импедансная схема 2d сконструирована посредством проводящего элемента 13, который размещается таким образом, что он располагается по обе стороны от двух шин 93a и 93b, и имеет емкостную связь с каждой из шин 93a и 93b. Следовательно, электростатическая емкость импедансной схемы 2d может быть сконструирована посредством электростатических емкостей C01 и C02 между соответствующими шинами 93a и 93b и проводящим элементом 13. Соответственно, конфигурация импедансной схемы 2d может упрощаться.

[0061] Описание первой модификации шестого варианта осуществления

Далее описывается первая модификация шестого варианта осуществления. Фиг. 15 является пояснительной схемой, схематично иллюстрирующей конфигурацию реактора L1 и импедансной схемы 2e, используемых в устройстве преобразования мощности согласно первой модификации шестого варианта осуществления. Как проиллюстрировано на фиг. 15, первая шина 93 подачи мощности разделяется на две шины 93a и 93b, и реактор L1 предоставляется таким образом, что он располагается по обе стороны от шин 93a и 93b. Каждая из шин 93a и 93b формируется посредством плоской металлической пластины.

[0062] Дополнительно, плоский проводящий элемент 13 предоставляется таким образом, что он располагается напротив двух шин 93a и 93b. Диэлектрическое тело 14 предоставляется между проводящим элементом 13 и шиной 93a. В общем, известно, что электростатическая емкость емкостного элемента выражается посредством следующего выражения (7).

(Электростатическая емкость)=ε0*εr*(S/d)... (7)

где ε0 является диэлектрической проницаемостью вакуума, εr является относительной диэлектрической проницаемостью, S является противоположной областью, и d является расстоянием.

Следовательно, относительная диэлектрическая проницаемость εr может задаваться большей посредством предоставления диэлектрического тела 14 между шиной 93a и проводящим элементом 13, так что электростатическое сопротивление может увеличиваться.

[0063] Как результат, можно уменьшать импеданс, вызываемый посредством реактора L1, и задавать импеданс первой шины 93 подачи мощности ближе к импедансу второй шины 94 подачи мощности. Следовательно, можно уравновешивать шумовой ток, сформированный посредством переключения переключающего элемента Q1, и уменьшать энергию высокочастотных шумов, сформированную в металлическом кожухе 1. Допустимо предоставлять диэлектрическое тело 14 между шиной 93b и проводящим элементом 13.

[0064] Описание второй модификации шестого варианта осуществления

Далее описывается вторая модификация шестого варианта осуществления. Фиг. 16 является пояснительной схемой, схематично иллюстрирующей конфигурацию реактора L1 и импедансной схемы 2f, используемых в устройстве преобразования мощности согласно второй модификации шестого варианта осуществления. Как проиллюстрировано на фиг. 16, вторая модификация отличается от первой модификации, описанной выше, тем, что диэлектрическое тело 14 предоставляется между проводящим элементом 13 и двумя шинами 93a и 93b.

[0065] Также при этой конфигурации, как электростатическая емкость между шиной 93a и проводящим элементом 13, так и электростатическая емкость между шиной 93b и проводящим элементом 13 могут задаваться большими. Следовательно, можно задавать электростатическую емкость импедансной схемы 2f большей, аналогично первой модификации. Дополнительно, по сравнению с первой модификацией, поскольку две электростатических емкости могут задаваться большими, общая электростатическая емкость может легко задаваться большей.

[0066] Описание седьмого варианта осуществления

Далее описывается седьмой вариант осуществления настоящего изобретения. Фиг. 17 является пояснительной схемой, схематично иллюстрирующей конфигурацию реактора L1 и импедансной схемы 2g, используемых в устройстве преобразования мощности согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на фиг. 17, первая шина 93 подачи мощности разделяется на две шины 93a и 93b, и реактор L1 предоставляется таким образом, что он располагается по обе стороны от шин 93a и 93b. Первая шина 93 подачи мощности формируется посредством плоской металлической пластины.

[0067] Плоский проводящий элемент 21 предоставляется в позиции, отстоящей от двух шин 93a и 93b на заранее определенное расстояние. Более конкретно, плоский проводящий элемент 21 имеет емкостную связь с поверхностью каждой из шин 93a и 93b, имеющих плоскую форму, которая является противоположной относительно поверхности, на которой присоединяется реактор L1, так что он располагается напротив двух шин 93a и 93b.

[0068] Дополнительно, проводящий элемент 21 имеет щели 22, идущие через него, в трех местоположениях. Таким образом, щель 22 служит в качестве участка, который может изменять площадь поперечного сечения, в которой формируется резистивный компонент. Хотя щели 22 формируются в трех местоположениях на фиг. 17, число щелей не ограничено тремя. Значение сопротивления проводящего элемента 21 увеличивается посредством щели 22.

[0069] Следовательно, как проиллюстрировано в эквивалентной схеме по фиг. 18, импедансная схема 2g представляет собой последовательно соединенную схему, сформированную посредством двух электростатических емкостей C01 и C02 и резистивного компонента R01.

[0070] При этой конфигурации последовательная схема RC может формироваться в импедансной схеме 2g таким образом, что импеданс, вызываемый посредством реактора L1, может задаваться меньшим. Соответственно, можно задавать импеданс первой шины 93 подачи мощности ближе к импедансу второй шины 94 подачи мощности, уравновешивать шумовой ток, сформированный посредством переключения, и уменьшать энергию высокочастотных шумов, сформированную в металлическом кожухе 1.

[0071] Дополнительно, число или площадь поперечного сечения щелей 22 может регулироваться для того, чтобы изменять значение сопротивления, за счет этого упрощая задание значения сопротивления.

[0072] Другие варианты осуществления

В каждом из вариантов осуществления, описанных выше, описан пример, в котором мощность преобразуется посредством использования силового модуля 4, сформированного посредством переключающего элемента Q1 и диода D1, как проиллюстрировано на фиг. 1. Тем не менее, настоящее изобретение не ограничено вариантами осуществления. Например, выпрямительная схема 31, сформированная посредством диодной мостовой схемы, может предоставляться в предыдущем каскаде сглаживающего конденсатора C100, как проиллюстрировано на фиг. 19. В этом случае, когда мощность, предоставляемая из источника 91 мощности, имеет переменный ток, можно выпрямлять этот переменный ток, который должен подаваться в силовой модуль 4.

[0073] Дополнительно, устройство преобразования мощности может быть выполнено с возможностью включать в себя силовой модуль 4a, включающий в себя четыре переключающих элемента, схему 34 управления, которая управляет силовым модулем 4a, преобразователь 35 и выпрямительную схему 33, включающую в себя четыре диода в последующем каскаде реактора L1, как проиллюстрировано на фиг. 20. Также при этой конфигурации, шум может уменьшаться посредством предоставления импедансной схемы 2 относительно реактора L1, предоставленного между источником 91 мощности и силовым модулем 4a.

[0074] Хотя устройство преобразования мощности согласно настоящему изобретению описывается выше на основе вариантов осуществления, как проиллюстрировано на чертежах, настоящее изобретение не ограничено ими, и конфигурации соответствующих частей могут заменяться посредством произвольных конфигураций, имеющих функции, идентичные с означенными функциями.

Список ссылочных позиций

[0075] 1 - металлический кожух

2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g - импедансная схема

3, 34 - схема управления

4, 4a - силовой модуль

11 - фильтрующая схема

13 - проводящий элемент

14 - диэлектрическое тело

21 - проводящий элемент

22 - щель

31, 33 - выпрямительная схема

35 - трансформатор

91 - источник мощности

92 - нагрузка

93 - первая шина подачи мощности

93a - шина

93b - шина

94 - вторая шина подачи мощности

101, 102, 103 - устройство преобразования мощности

C100, C200 - сглаживающий конденсатор

D1 - диод

Q1 - переключающий элемент

R2 - резистивный элемент

Изобретение относится к области электротехники. Устройство преобразования мощности, которое преобразует мощность, предоставляемую посредством первой шины (93) подачи мощности и второй шины (94) подачи мощности, включает в себя: реактор (L1), соединенный с первой шиной (93) подачи мощности; и силовой модуль (4), который преобразует мощность, предоставляемую между первой шиной (93) подачи мощности и второй шиной (94) подачи мощности, посредством переключения. Силовой модуль (4) включает в себя переключающий элемент (Q1). Дополнительно, устройство преобразования мощности включает в себя импедансную схему (2), размещаемую параллельно относительно реактора (L1) первой шины (93) подачи мощности. 14 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Устройство преобразования мощности, которое преобразует мощность, предоставляемую посредством пары шин подачи мощности, включающих в себя первую шину подачи мощности и вторую шину подачи мощности, причем устройство преобразования мощности содержит:

- реактор, соединенный с одной из пары шин подачи мощности;

- переключающий элемент, который преобразует мощность, предоставляемую в пару шин подачи мощности, посредством переключения; и

- импедансную схему, размещаемую параллельно относительно реактора, при этом:

- импеданс импедансной схемы задается таким образом, что импеданс, вызываемый посредством реактора, уменьшается и импеданс одной из пары шин подачи мощности задается близким к импедансу другой из пары шин подачи мощности.

2. Устройство преобразования мощности по п. 1, в котором:

- импедансная схема включает в себя емкостный элемент.

3. Устройство преобразования мощности по п. 2, в котором:

- электростатическая емкость емкостного элемента больше, чем паразитная емкость, включенная в реактор.

4. Устройство преобразования мощности по п. 2 или 3, в котором:

- первая резонансная частота посредством электростатической емкости емкостного элемента и индуктивности реактора выше частоты переключения переключающего элемента.

5. Устройство преобразования мощности по п. 2 или 3, дополнительно содержащее фильтр нижних частот, соединенный между парой шин подачи мощности на стороне впуска реактора, при этом:

- первая резонансная частота посредством индуктивности реактора и электростатической емкости емкостного элемента выше частоты отсечки фильтра нижних частот.

6. Устройство преобразования мощности по п. 5, в котором:

- первая резонансная частота выше конечной частоты фильтра нижних частот.

7. Устройство преобразования мощности по п. 5, в котором:

- первая резонансная частота ниже частоты, при которой коэффициент затухания посредством фильтра нижних частот начинает повышаться.

8. Устройство преобразования мощности по любому из пп. 1, 2, 3, 6 и 7, в котором:

- реактор соединяется с первой шиной подачи мощности,

- импедансная схема включает в себя резистивный элемент и

- значение сопротивления резистивного элемента меньше значения сопротивления второй шины подачи мощности, с которой не соединяется импедансная схема.

9. Устройство преобразования мощности по любому из пп. 2, 3, 6 и 7, в котором:

- импедансная схема включает в себя индуктивный элемент в дополнение к емкостному элементу и

- вторая резонансная частота посредством электростатической емкости емкостного элемента и индуктивности индуктивного элемента выше заранее установленной пороговой частоты.

10. Устройство преобразования мощности по п. 9, в котором:

- пороговая частота представляет собой максимальную частоту полосы радиочастот на основе частотной модуляции.

11. Устройство преобразования мощности по любому из пп. 1, 2, 3, 6, 7 и 10, в котором:

- импедансная схема сконструирована посредством дискретных частей.

12. Устройство преобразования мощности по любому из пп. 1, 2, 3, 6, 7 и 10, в котором:

- реактор соединяется с первой шиной подачи мощности и

- импедансная схема представляет собой проводящий элемент, который имеет емкостную связь с парой шин подачи мощности и который предоставляется на расстоянии от первой шины подачи мощности, с которой соединяется импедансная схема.

13. Устройство преобразования мощности по п. 12, в котором:

- диэлектрическое тело предоставляется между первой шиной подачи мощности и проводящим элементом.

14. Устройство преобразования мощности по п. 13, в котором:

- диэлектрическое тело предоставляется только между первой шиной подачи мощности, соединенной с одним из контактных выводов реактора, и проводящим элементом.

15. Устройство преобразования мощности по п. 12, в котором:

- проводящий элемент имеет плоскую форму и

- участок, допускающий изменение площади поперечного сечения проводящего элемента, формируется в проводящем элементе, чтобы формировать резистивный компонент.