專利名稱：在兩個電源線上具有電感器和電容器的cuk變換器的制作方法
技術領域：
本發明涉及電容器耦合的電源裝置。
背景技術：
為了獲得具有所需值的電壓，存在將變壓器用在電源裝置中的實例。這種變壓器也用作將初級側與次級側隔離的構件。
另一方面，為了微型化和重量減輕，期望不需要變壓器的電源裝置。
與使用變壓器的電源裝置不同，通常在不使用變壓器的電源裝置中，難以保持電源側和負載側之間的絕緣。
為了保持這種絕緣，傳統上建議在電源側和負載側之間串聯連接電容器的類型的電源裝置(日本公開申請No.H9-74741)。
事實上，上述類型的電源裝置能提供直流的絕緣，但不能確保交流的足夠絕緣。
鑒于以上，本發明的目的是提供一種電源裝置，能夠確保不僅直流而且交流的足夠絕緣。
發明內容
根據本發明的電源裝置排列成在用于引導從交流電源通過整流電路提供的直流或直接從直流電源提供的直流的線路的正極和負極端，分別串聯插入電感器，開關元件并聯連接到電感器的輸出端，在正極端電感器的輸出端和負載之間，以及負極端電感器的輸出端和負載之間，分別串聯插入電容器。
上述排列的特征在于，在用于引導直流的線路的正極和負極端分別串聯插入電感器。
通過該特性，實現電源和負載之間的絕緣，不僅用于直流而且用于交流。
最好，正極端電感器與負極端電感器的電感之比為串聯連接到正極端電感器的電容器與串聯連接到負極端電感器的電容器的電容之比的倒數。
通過滿足上述關系，能良好地實現電源和負載之間的絕緣。即使不滿足該關系，也以實用水平實現電源和負載之間的絕緣。
正極端電感器和負極端電感器的電感彼此相同，以及串聯連接到正極端電感器的電容器和串聯連接到負極端電感器的電容器的電容彼此相同。
整流電路和平滑電路可以連接到電容器的輸出端。根據上述排列，能形成用于提供直流電壓的直流電源裝置，從而進一步提高絕緣水平。
可以在整流電路的正極端和負極端線路中分別插入平滑電感器。這些平滑電感器與輸入端電感器的組合提供較小脈動的平滑直流。
根據本發明的電容器耦合的電源裝置，即使在電源側和負載側之間連接電阻，既沒有直流也沒有交流在該電阻中流過。因此，能確保輸入側和輸出側之間的絕緣，而不使用變壓器。因此，能提供適合于計算機、各種通信設備等等的電源裝置。
另外，根據本發明的電容器耦合的電源裝置，給到輸電或配電側的諧波失真很小。可通過電感器和電容器而容易地滿足諧振條件，允許吸收噪聲。因此，能提供不生成噪聲的電源裝置。
圖1是根據本發明的電容器耦合的直流電源裝置的示意電路圖；圖2是傳統的電容器耦合的電源裝置的電路圖，其中，轉換后，僅在直流的正極端插入電感器；圖3是用于驗證本發明的效果的電路圖；
圖4是示例說明在圖3的電路中，接通直流電后，隨時間的流逝，電阻Ri兩端的電壓Vi和負載電阻RL兩端的負載電壓VL的電壓波形的圖；圖5是用于驗證本發明的效果的另一電路圖；圖6是示例說明在圖5的電路中，接通直流電后，隨時間的流逝，電阻Ri兩端的電壓Vi和負載電阻RL兩端的負載電壓VL的電壓波形的圖；圖7是現有技術的直流電源裝置的電路圖；以及圖8是示例說明在圖7的電路中，接通直流電后，隨時間的流逝，電阻Ri兩端的電壓Vi和負載電阻RL兩端的負載電壓VL的電壓波形的圖。
具體實施例方式
下文將參考附圖，詳細地論述本發明的實施例。
圖1是根據本發明的電容器耦合的直流電源裝置的示意電路圖。
通過第一整流電路2，將商用交流電源1的交流電壓轉換成直流(脈動)電流。在轉換后的直流的正負端分別插入電感器L1和L2，以及高頻開關S并聯連接到電感器L1、L2的輸出端。
另外，電容器C1，C2分別連接到電感器L1，L2，以及形成第二整流電路的二極管D連接到電容器C1，C2的輸出端。形成平滑電路3的電感器L3和電容器C3連接到二極管D的輸出端。
電感器L1，L2的電感和電容器C1，C2的電容具有根據下述方程式(1)的關系L1/L2＝C2/C1 (1)作為特殊的情形，該關系包括關系L1＝L2和C1＝C2。
圖2是現有技術的電路圖，其中，在轉換后，僅在直流的正極端插入電感器L1，以及其中，不在負極端插入電感器。其他電路元件的排列與圖1相同。
如圖1所示，本發明排列成在直流的正極端放置電感器L1，在直流的負極端放置電感器L2，以及電感器L1，L2的電感和電容器C1，C2的電容滿足上述方程式(1)，從而實現電源和平滑電路3的輸出之間的直流絕緣和交流絕緣兩者。
如例子中稍后所述，這能通過確保直流電或交流電均不在電源和平滑電路3的輸出端之間連接的電阻中流動來證明。
在上文中，已經論述了本發明的實施例，但本發明不應當限于該實施例。例如，本發明也能應用于既不具有交流電源1也不具有第一整流電路2的直流輸入型電源裝置。另外，本發明還能應用于不具有第一整流電路2并且直接連接到交流電源1的交流輸入型電源裝置。另外，本發明還能應用于省略二極管D和平滑電路3的交流輸出型電源裝置。除此之外，還可以在本發明的范圍內做出各種改進。
<例子1>
圖3是用于驗證本發明的效果的電路圖。電路排列和電路常數被輸入計算機中以及通過使用電路分析軟件，估計各個部件的電壓和電流波形。
圖3中的電路是直流輸入和直流輸出型，以及省略圖1中的交流電源1和第一整流電路2。將15μH的線圈用作對應于電感器L1，L2的構件，以及將0.01μF的電容器用作對應于電容器C1，C2的構件。因此，該電路滿足關系L1＝L2以及C1＝C2。斬波頻率為200kHz。
連接20Ω的電阻作為負載RL。電阻Ri連接到負載RL的一端以便用于研究絕緣。
圖4是示例說明接通直流電后，隨時間的流逝，電阻Ri兩端的電壓Vi和負載電阻RL兩端的負載電壓VL的電壓波形的圖。
在圖4中，用伏特表示縱坐標軸上的電壓VL、Vi，而橫坐標軸上的時間用μsec表示。
如圖4中的圖所示，在接通電源后，負載電壓VL快速地升高，但電壓Vi基本上保持為零。因此，確保了輸入和輸出端之間的絕緣。
<實例2>
圖5是用于驗證本發明的效果的另一電路圖。10μH和20μH的線圈分別用作對應于電感器L1和L2的構件，以及0.014μF和0.007μF的電容器分別用作對應于電容器C1和C2的構件。因此，該電路滿足L1/L2＝C2/C1＝0.5的關系。
圖6是示例說明接通直流電后，隨時間的流逝，電阻Ri兩端的端電壓Vi和負載電阻RL兩端的負載電壓VL的電壓波形的圖。
如圖6中的圖所示，與圖4相同，在已經接通電源后，負載電壓VL快速升高，但電壓Vi基本上保持為零。
<比較例子>
圖7是現有技術的電路。在該圖中，僅在直流電源的正極端插入30μH的線圈。如實例1，使用0.01μF的電容器。
圖8是示例說明在圖7的電路中，接通直流電之后，隨時間的流逝，電阻Ri兩端的電壓Vi和負載電阻RL兩端的負載電壓VL的電壓波形的圖。從圖8中的圖理解到，頻率200kHz的大的高頻電壓疊加在電阻Ri兩端的電壓Vi上。
因此，用于交流的絕緣不充分。如果電阻Ri是人體，則高頻電流在人體中流動，導致其受到電擊。
權利要求
1.一種電容器耦合的電源裝置，其特征在于，在用于引導從交流電源通過整流電路提供的直流或直接從直流電源提供的直流的線路的正極和負極端，分別串聯插入電感器；在正極端電感器和負載之間以及負極端電感器和負載之間，分別串聯插入電容器；以及連接在正極端電感器和與其串聯連接的電容器的耦合點以及負極端電感器和與其串聯連接的電容器的耦合點之間的開關元件。
2.如權利要求1所述的電容器耦合的電源裝置，其中，正極端電感器與負極端電感器的電感比為串聯連接到正極端電感器的電容器與串聯連接到負極端電感器的電容器的電容比的倒數。
3.如權利要求2所述的電容器耦合的電源裝置，其中，正極端電感器和負極端電感器的電感彼此相同，以及串聯連接到正極端電感器的電容器和串聯連接到負極端電感器的電容器的電容彼此相同。
4.如權利要求1所述的電容器耦合的電源裝置，其中，整流電路和平滑電路連接到電容器的輸出端。
5.如權利要求4所述的電容器耦合的電源裝置，其中，在整流電路的正極端和負極端線路中分別插入平滑電感器。
全文摘要
在用于引導從交流電源1通過整流電路2提供的直流或直接從直流電源提供的直流的線路的正極和負極端，分別串聯插入電感器L1、L2，開關元件S并聯連接到電感器L1、L2，在正極端電感器L1和負載之間以及負極端電感器L2和負載之間分別串聯插入電容器C1、C2。即使不使用變壓器，也能不僅充分確保直流的絕緣，而且確保交流的絕緣。
文檔編號H02M3/00GK1736017SQ0382588
公開日2006年2月15日 申請日期2003年1月31日 優先權日2003年1月31日
發明者王國華 申請人:新田株式會社