[发明专利]一种半导体光电电能转换器

说明书

技术领域

本发明涉及电流电压变压领域，特别涉及一种半导体光电电能转换器。

背景技术

在电力与电子系统中，变流与变压为常见且重要的环节。目前技术方案中，变压与变流无法同时进行，需要分割开来分别完成。具体地，

AC(交流)-AC变压：仅需实现变压功能，多通过主次线圈之间的电磁耦合实现能量的传递和变压，缺点是体积大，重量大，能量密度低，并且对交流电的频率有一定要求，频率越低则体积越大，效率越低，对于很低频的电流无法实现变压。而过高的频率则容易引起比较大的电磁损耗，因此电流频率只能限制在一个较窄的范围。

DC(直流)-DC变压：传统技术无法实现直流变压，最近有研究者利用功率半导体器件作为开关，利用电感电容作为储能元件，在驱动电路的控制下通过电路的原理实现DC-DC的电压变换，缺点是装置复杂，需要体积重量较大的无源元件，成本较高，电磁干扰及其引起的电磁兼容性问题比较严重。

AC-DC变流变压：需要先变压后变流，变压需要单独的变压的电路和器件，变流多是通过多个二极管构成的整流桥电路来实现的，整流桥电路只能实现变流功能，无法实现变压功能。

DC-AC变流变压：需要先变流后变压，变压需要单独的变压电路和器件，变流多是通过功率半导体器件做开关，结合滤波电路实现的，该部分也是只能实现变流功能，无法实现变压功能。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是提出一系列结构简单、体积小、性能安全可靠的半导体光电电能转换器。

本发明提出一种半导体光电电能转换器，包括：AC输入模块，所述AC输入模块包括多个半导体电光转换结构，所述半导体电光转换结构包括电光转换层，所述AC输入模块用于将输入交流电能转换为光能；AC输出模块，所述AC输出模块包括多个半导体光电转换结构，所述半导体电光转换结构包括光电转换层，所述AC输出模块用于将所述光能转换为输出交流电能。

在本发明的一个实施例中，其中，所述半导体电光转换结构的发射光谱与所述半导体光电转换结构的吸收光谱之间频谱匹配。

在本发明的一个实施例中，所述AC输入模块包括：第一输入支路，所述第一输入支路工作在输入交流电流的正半周期，其中，所述第一输入支路包括M₁个串联的所述半导体电光转换结构，其中，M₁为正整数；以及第二输入支路，所述第二输入支路与所述第一输入支路并联，且所述第二输入支路工作在输入交流电流的负半周期，其中，所述第二输入支路包括M₂个串联的所述半导体电光转换结构，其中，M₂为正整数。

在本发明的一个实施例中，所述AC输出模块包括：第一输出支路，所述第一输出支路与所述第一输入支路之间构成光学通路，且所述第一输出支路包括N₁个串联的所述半导体光电转换结构，其中，N₁为正整数；以及第二输出支路，所述第二输出支路与所述第一输出支路并联，且所述第一输出支路和第二输出支路的极性相反，所述第二输出支路与所述第二输入支路之间构成光学通路，且所述第二输出支路包括N₂个串联的所述半导体光电转换结构，其中，N₂为正整数。

本发明提出一种半导体光电电能转换器，包括：AC输入模块，所述AC输入模块包括多个半导体电光转换结构，所述半导体电光转换结构包括电光转换层，所述AC输入模块用于将输入交流电能转换为光能；DC输出模块，所述DC输出模块包括一个或多个半导体光电转换结构，所述半导体电光转换结构包括光电转换层，所述DC输出模块用于将所述光能转换为输出直流电能。在本发明的一个实施例中，其中，所述半导体电光转换结构的发射光谱与所述半导体光电转换结构的吸收光谱之间频谱匹配。

在本发明的一个实施例中，所述AC输入模块包括：第一输入支路，所述第一输入支路工作在输入交流电流的正半周期，其中，所述第一输入支路包括M₁个串联的半导体电光转换结构，其中，M₁为正整数；以及第二输入支路，所述第二输入支路与所述第一输入支路并联，且所述第二输入支路工作在输入交流电流的负半周期，其中，所述第二输入支路包括M₂个串联的半导体电光转换结构，其中，M₂为正整数。