サイクロコンバータのためのPWM方法
【課題】出力インダクタLを通る電流の極性に応じて電流転流を行う自励式サイクロコンバータで、出力電流のゼロクロス点付近での電流転流の方法を改良する。
【解決手段】サイクロコンバータは、第1のポートのノードA、Bと、第2のポートのノードU、Vとの間に、スイッチ対AU、AV、BU、BVを備える。各スイッチ対AU、AV、BU、BVは、PトポロジースイッチAUP、AVP、BUP、BVPとNトポロジースイッチAUN、AVN、BUN、BVNとが各々直列接続されている。スイッチAU、BUを例にとると、出力インダクタLを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、PトポロジースイッチAUPをオン状態に切り替えて、所定時間後に、PトポロジースイッチBUPをオフ状態に切り替える。
【解決手段】サイクロコンバータは、第1のポートのノードA、Bと、第2のポートのノードU、Vとの間に、スイッチ対AU、AV、BU、BVを備える。各スイッチ対AU、AV、BU、BVは、PトポロジースイッチAUP、AVP、BUP、BVPとNトポロジースイッチAUN、AVN、BUN、BVNとが各々直列接続されている。スイッチAU、BUを例にとると、出力インダクタLを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、PトポロジースイッチAUPをオン状態に切り替えて、所定時間後に、PトポロジースイッチBUPをオフ状態に切り替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気車両及びハイブリッド電気車両に関する。特に、本発明は、補助電力を供給するためにそのような車両によって使用される補助電力システムに関する。
【背景技術】
【0002】
本発明の譲受人は電気及びハイブリッド電気車両並びにそれらの車両で使用するための電力システムを設計して開発している。電力システムに関する従来技術は、トラクション駆動用の主要電力システムにタップが設けられて他の目的のための補助電力を提供する、補助電力システムの記述を含む。補助電力システムを使用して、ラジオ、ヘッドライト、空調送風機などの車両に通常組み込まれる又は装備される他の電気器具のための電力を提供することができる。他の時には、補助電力システムは、シガレットライターや、典型的にはシガレットライター・ソケットにプラグ接続する携帯電話、ラップトップ・コンピュータ及び他のデバイスを充電するためのパワーパックなど、車両に「プラグ接続」されることがある電気機器のための電力を供給するために必要とされる。更に他の時には、補助電力システムは、通常は車両と関連のない電気機器、例えば電気かみそり、電動のこぎり、電動ドリル、電動グラインダなどの電気ツール、又はキャンプや魚釣りに車両が使用されるときに用いられる様々な電気機器のための110V交流又は直流電力を提供するために必要とされる。
【0003】
図1は、DC電源、高周波インバータ3、高周波変圧器5及び負荷に接続されたサイクロコンバータとを含む補助電力システムを示す。高周波インバータ3及びサイクロコンバータ7内のスイッチは制御装置1によって制御される。これらのスイッチが制御される様式の相違によって、本発明の実施の形態と既知のシステムとの区別がなされる。
【0004】
図2は、DC電源からのDC電圧(V_DC)と高周波変圧器5(HF変圧器5)との間に結合された高周波インバータ3(HFインバータ3)を示す。HFインバータは、4つのスイッチS1、S2、S3、S4を含む。スイッチS1は、バイパスダイオード30と、それに対応する能動スイッチ要素20とを含む。同様に、スイッチS2、S3、S4は、バイパスダイオード32、34、36と、それらに対応する能動スイッチ要素22、24、26とを含む。
【0005】
スイッチS1の能動スイッチ要素20は、能動スイッチ要素20に印加される制御信号に応じて、V_DC(+)からHF変圧器に電流を流す又は電流導通を阻止することができる。バイパスダイオード30は、HF変圧器からV_DC(+)に向けて電流を流すことができるが、逆方向には流せない。同様に、スイッチS3の能動スイッチ要素24は、選択的に、V_DC(+)からHF変圧器に電流を流す又は電流導通を阻止することができる。バイパスダイオード34は、HF変圧器からV_DC(+)に向けて電流を流すことができるが、逆方向には流せない。
【0006】
スイッチS2の能動スイッチ要素22は、能動スイッチ要素22に印加される制御信号に応じて、HF変圧器からV_DC(−)に電流を流す又は電流導通を阻止することができる。バイパスダイオード32は、V_DC(−)からHF変圧器に向けて電流を流すことができるが、逆方向には流せない。同様に、スイッチS4の能動スイッチ要素26は、選択的に、HF変圧器からV_DC(−)に電流を流す又は電流導通を阻止することができる。バイパスダイオード36は、V_DC(−)からHF変圧器に向けて電流を流すことができるが、逆方向には流せない。能動スイッチ要素20、22、24、26は、典型的には、絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ(IGBT)を含む。しかし、他のスイッチ技術が使用されてもよい。
【0007】
動作において、HFインバータのスイッチング周波数は3000〜30000Hzの間で選択される。HFインバータはDC供給電圧V_DCを方形波電圧パルスに変換するが、このパルスはHF変圧器5を通過して、サイクロコンバータ7のA_BUS(すなわち、端子Aに接続される)とB_BUS(すなわち、端子Bに接続される)との間に印加される。
【0008】
図3は、HF変圧器5及びサイクロコンバータ7を示す。サイクロコンバータ7はブリッジ構成で配置された4つのスイッチ対AU、BU、AV、BVを含む。変圧器5はA_BUS及びB_BUS(ブリッジのA及びB端子)によってブリッジに結合される。負荷側フィルタは、インダクタL、ホール効果センサH及びコンデンサCを含む。負荷側フィルタはノードUとノードVとの間でブリッジに結合される。
【0009】
各スイッチ対は、Pトポロジー・スイッチとNトポロジー・スイッチという2つのスイッチを含む。スイッチの3文字表記のうちの最後の文字が、スイッチがPトポロジー・スイッチであるかNトポロジー・スイッチであるかを示す。Pトポロジー・スイッチは、インダクタLを通る電流がノードUからノードVに流れることができるようにするためにオン状態になるスイッチである。ノードUからノードVへの電流方向は正とみなされる(したがって「Pトポロジー」という)。
【0010】
Nトポロジー・スイッチは、インダクタLを通る電流がノードVからノードUに流れることができるようにするためにオン状態になるスイッチである。採用されている慣例にしたがって、VからUへの電流方向は負とみなされる(したがって「Nトポロジー」という)。
【0011】
スイッチ対AUは、A_BUSに接続され、スイッチAUP及びAUNを含む。スイッチ対AVもA_BUSに接続され、スイッチAVP及びAVNを含む。スイッチ対BUはB_BUSに接続され、スイッチBUP及びBUNを含む。スイッチ対BVもB_BUSに接続され、スイッチBVP及びBVNを含む。
【0012】
制御装置1は、取り得る4つの動作状態を生成するために、各スイッチ対の2つのスイッチ要素を制御する。例としてスイッチ対AUを用いる。電流が、いずれの方向でもA_BUSからスイッチ対AUを通ってインダクタLに流れることができないとき、AUはオフである。オフ状態では、両方のスイッチ要素が電流の流れを阻止し、2つのダイオードはバックツーバック構成で接続されて、いずれの方向でも電流の流れを阻止する。オン状態では両方のスイッチ要素が導通するので、電流はスイッチ対AUを通って両方向に流れることができる。
【0013】
第3の状態では、スイッチAUPのスイッチ要素がオンであり、A_BUSからスイッチAUPのダイオードを迂回してスイッチAUNのダイオードを通ってノードUへ至る導通を可能にする。スイッチAUNのスイッチ要素はオフであり、ノードUからスイッチAUPへの電流の流れを阻止し、したがってスイッチAUNのダイオードは迂回され得ない。電流の流れは、スイッチAUNのダイオードとスイッチ要素とによって阻止され、したがって、ノードUからの電流は、スイッチAUNを通りスイッチAUPを通ってA_BUSに流れるのを阻止される。
【0014】
第4の状態では、スイッチAUNのスイッチ要素がオンであり、ノードUからスイッチAUNのダイオードを迂回してスイッチAUPのダイオードを通ってA_BUSへ至る導電を可能にする。スイッチAUPのスイッチ要素はオフであり、A_BUSからスイッチAUNへの電流の流れを阻止するので、スイッチAUPのダイオードを迂回することはできない。電流の流れは、スイッチAUPのダイオードとスイッチ要素とによって阻止され、したがって、A_BUSからの電流は、スイッチAUPを通りスイッチAUNを通ってノードUに流れるのを阻止される。
【0015】
他のスイッチ対AV、BU、BVもそれぞれ同様に動作し、それぞれは制御装置1(図1)によって制御される4つの動作状態を生成する。サイクロコンバータ7は256個の異なる導通状態の任意の1つとなるように制御され得る。
【0016】
HF変圧器を通って伝搬する電圧パルスはサイクロコンバータ7(図3)に印加され、HFサイクルの一方の半サイクルの期間にはA_BUSをB_BUSに関して正にし、HFサイクルの他方の半サイクルの期間にはB_BUSをA_BUSに関して正にする。
【0017】
直接モードは、A_BUSでの電圧がB_BUSでの電圧よりも大きいときにサイクロコンバータ7のスイッチがUノードでの電圧がVノードでの電圧よりも大きくなることを保証するように、且つ、A_BUSでの電圧がB_BUSでの電圧よりも小さいときにサイクロコンバータ7のスイッチがUノードでの電圧がVノードでの電圧よりも小さくなることを保証するように定義される。反転モードは、A_BUSでの電圧がB_BUSでの電圧よりも大きいときにサイクロコンバータ7のスイッチがUノードでの電圧がVノードでの電圧よりも小さくなることを保証するように、且つ、A_BUSでの電圧がB_BUSでの電圧よりも小さいときにサイクロコンバータ7のスイッチがUノードでの電圧がVノードでの電圧よりも大きくなることを保証するように定義される。
【0018】
スイッチAUP、AVN、BUN、BVP、AUN、AVP、BUP、BVNの適正な循環を使用することによって、直接モードと反転モードとで切り替わるようにサイクロコンバータ7を動作させることができ、(1)Uノードでの電圧がVノードでの電圧よりも常に大きいこと、(2)Uノードでの電圧がVノードでの電圧よりも常に小さいこと、又は(3)Vノードでの電圧に関するUノードでの電圧の極性が、スイッチAUP、AVN、BUN、BVP、AUN、AVP、BUP、BVNの循環には依存するが周波数HFには依存しない周波数で交番することを保証する。
【0019】
例えば、HFサイクルの位相に関係なくUノードでの電圧がVノードでの電圧よりも常に大きいことを保証することが望ましいとき、制御装置1(図1)はサイクロコンバータ7の全てのスイッチ要素を制御してノードUでの電圧がノードVでの電圧よりも常に正となるようにする。
【0020】
A_BUSでの電圧がB_BUSでの電圧に関して正であり、インダクタ電流が正であるHFサイクルの半サイクルの期間(図4参照)には、A_BUSでの電圧は、A_BUSからスイッチAUPのスイッチ要素を通りスイッチAUNのダイオードを通ってノードUに送られる。同時に、ノードVでの電圧が(スイッチ対BVのスイッチ間での電圧降下は小さいので)B_BUSでの電圧と実質的に同じになるまで、電流はノードVからスイッチBVPのスイッチ要素を通りスイッチBVNのダイオードを通ってB_BUSに導かれる。
【0021】
同様に、B_BUSでの電圧がA_BUSでの電圧に関して正であり、インダクタ電流が正であるHFサイクルの他方の半サイクルの期間(図5参照)には、B_BUSでの電圧は、B_BUSからスイッチBUPのスイッチ要素を通りスイッチBUNのダイオードを通ってノードUに送られる。同時に、ノードVでの電圧が(スイッチ対AVのスイッチ間での電圧降下は小さいので)A_BUSでの電圧と実質的に同じになるまで、電流はノードVからスイッチAVPのスイッチ要素を通りスイッチAVNのダイオードを通ってA_BUSに導かれる。
【0022】
このように、図4及び5に示される様式で、A_BUSがB_BUSよりも正であるか、その逆であるかに拘わらず、サイクロコンバータのスイッチは、ノードVに印加される電圧よりも常に正である電圧をノードUに印加するように制御装置1によって操作される。同様に、Nトポロジーにおいては、サイクロコンバータのスイッチが図6及び図7に示される様式で操作されるとき、A_BUSがB_BUSよりも正であるか、その逆であるかに拘わらず、ノードVに印加される電圧よりも常に負(したがって「Nトポロジー」である)である電圧をノードUに印加することができる。例えば、HFサイクルの位相に拘わらずVノードでの電圧がUノードでの電圧よりも常に大きいことを保証することが望ましいとき、制御装置1(図1)はサイクロコンバータ7の全てのスイッチ要素を制御して、ノードVでの電圧がノードUでの電圧よりも常に正となるようにする。
【0023】
例えば60Hzで交番する交流波形の例では、サイクロコンバータ7は、上の第1の例(図4及び図5)と上の第2の例(図6及び図7)との間で切り替わるように操作される。上述したトポロジー間で交番することによって、ノードUとノードVとの間で交流電圧波形を提供することができ、トポロジー間の切替え速度は、DC(すなわち、第1のトポロジーのみ又は第2のトポロジーのみであり、交番しない)と、HFインバータのスイッチング周波数の直下の周波数(ここではエイリアジングが問題となり得る)との間の範囲内で任意に選択することができる。
【0024】
第1のトポロジーと第2のトポロジーとの間の特定の切り替え周波数は、サイクロコンバータ7のスイッチを操作する制御信号を発生する制御装置1での論理によって定義される。ほとんどのシステムでは、第1のモードと第2のモードとの間の切り替え周波数は60Hzであり、60Hzで動作する地上AC電源システムで動作するように設計された負荷に適合する。しかし、400Hz、900Hz、更には1600Hzなどの他の周波数も望ましい。これらの周波数も標準のAC電源システムで使用されることがあるからである。
【0025】
ホール効果センサH、コンデンサC及びインダクタLがノードUとノードVとの間のフィルタを形成する。このフィルタのフィルタ定数LCは低域フィルタとして設計され、PトポロジーとNトポロジーとの間の切り替え周波数よりも高い周波数、主にインバータHF周波数を除去する。ホール効果センサHは制御装置1にフィードバックを提供し、インダクタLを通過する電流方向を制御装置に知らせる。LCフィルタはエネルギーを蓄積し、負荷はリアクタンスによる進み又は遅れ力率を有するので、センサHを通る電流は、LCフィルタを通る電流の履歴とLCフィルタのリアクタンスと任意の外部負荷との関数である。
【0026】
典型的な動作において、HFインバータ3は、2000Hz〜40000Hzの間、又はより典型的には3000Hz〜30000Hzの間で選択され得る所定の速さで全サイクルが反復するのに十分な速さで切り替わる。第1の半サイクル期間において、スイッチS1及びS4がオンに切り替えられ、スイッチS2及びS3がオフに切り替えられて、電流は変圧器5の付点された側に流れ、DC電源からの電圧V_DCは、変圧器5の一次巻線の付点された側に印加される電圧が一次巻線の他方の側に印加される電圧よりも正になるように変圧器5に印加される。他方の半サイクル期間には、スイッチS2及びS3がオンに切り替えられ、スイッチS1及びS4がオフに切り替えられて、電流は変圧器5の付点されていない側に流れ、DC電源からの電圧V_DCは、変圧器5の一次巻線の付点された側に印加される電圧が一次巻線の他方の側に印加される電圧よりも負になるように変圧器5に印加される。これらの半サイクルを交番させることによって、変圧器5の一次巻線に方形波電圧が印加される。第1の半サイクルでは、スイッチS1及びS4が閉じられ、スイッチS2及びS3が開かれて、電流は一方向に変圧器5の一次側を通って流れる。次いで、他方の半サイクルでは、スイッチS2及びS3が閉じられ、スイッチS1及びS4が開かれて、電流は反対方向に変圧器5の一次側を通って流れる。一般に、変圧器の大きさと、特に変圧器のコア材料、変圧器の巻線などは、コア材料が半サイクル期間に磁気的に飽和状態にならないように選択される。
【0027】
制御装置1が図4〜図7に関して上述した第1のトポロジー又は第2のトポロジーでサイクロコンバータ7を動作させるとき、サイクロコンバータ出力OUTPUT(図4〜図7)に転送される電力は、電力転送期間(PT期間)と呼ばれる期間に最大となる。しかし、多くの場合には、全電力よりも少ない電力の転送が望ましい。これを実現するために、サイクロコンバータ7のスイッチのパルス幅変調(PMW)が採用されて、以下に説明するフリーホイール期間(FW期間)と呼ばれる期間には電力転送を行わず、しかも重要なことに電力損失を生じないようにする。
【0028】
PWMがどのようにFW期間を生成するかを理解するために、図4及び図5に関して上述した第1のトポロジーのみを考察する。このとき、A_BUSがB_BUSよりも正であるか否かに拘わらず、サイクロコンバータ7のスイッチは、ノードVに印加される電圧よりも常に正である電圧をノードUに印加するように制御装置1によって操作される。上述したように、HFサイクルの第1の半サイクル(全HFサイクルの50%デューティサイクル)期間に、スイッチ対AUのスイッチがA_BUSからノードUに正の電圧を印加するように操作され、HFサイクルの他方の半サイクル(全HFサイクルの50%デューティサイクル)期間には、スイッチ対BUのスイッチがB_BUSからノードUに正の電圧を印加するように操作される。
【0029】
全電力よりも少ない電力を転送するために、各半サイクル(全HFサイクルの50%デューティサイクル)が、電力転送PT期間(上述したP又はNトポロジーを使用する)とフリーホイールFW期間とに分割される。例えば、HFサイクルの第1の半サイクルにおいて、電力転送PT期間は全HFサイクルの25%であり、フリーホイールFW期間は全HFサイクルの残りの25%であり得る。次いで、HFサイクルの他方の半サイクルにおいても、電力転送PT期間は全HFサイクルの25%であり、フリーホイールFW期間は全HFサイクルの残りの25%である。
【0030】
フリーホイール期間に、制御装置1は、ノードUとノードVとが短絡されるようにサイクロコンバータ7のスイッチを制御する。これを行うための1つの方法は、図8(ノードUからインダクタL及びセンサHを通ってノードVへ流れる電流)及び図9(ノードVからインダクタL及びセンサHを通ってノードUへ流れる電流)に示されるように、UノードとVノードとに対してA_BUSを短絡させることである。これを行うための別の方法は、UノードとVノードとに対してB_BUSを短絡させることである。いずれの場合にも、電流を突然変えることは望ましくない。この突然の電流変化は、幾つかの回路構成要素を損傷する可能性がある大きな電圧スパイクをもたらすからである。
【0031】
電流がインダクタLからホール効果センサHを通ってコンデンサCに流れている場合、図8に示されるように、スイッチAUP及びAVPのスイッチ要素がオンになり、それによって、電流はコンデンサCからスイッチAVPのスイッチ要素を通りスイッチAVNのダイオードを通ってA_BUSに至る回路を流れ、次いでスイッチAUPのスイッチ要素を通りスイッチAUNのダイオードを通ってインダクタLに戻るように流れ続ける。ノードUとノードVとの間の電圧は短絡され、スイッチ間の小さな電圧降下を除いてはA_BUSの電圧にクランプされるが、インダクタLを通る電流は遮断されることなく流れ続ける。ホール効果センサHは電流方向を感知して、その方向を制御装置に報告するので、制御装置1は電流の方向を知っている。
【0032】
同様に、電流がコンデンサCからホール効果センサHを通ってインダクタLに流れている場合、図9に示されるように、スイッチAUN及びAVNのスイッチ要素がオンになる。電流は、インダクタLからスイッチAUNのスイッチ要素を通りスイッチAUPのダイオードを通ってA_BUSに至り、次いでスイッチAVNのスイッチ要素を通りスイッチAVPのダイオードを通ってコンデンサCに戻る回路において流れ続ける。ノードUとノードVとの間の電圧は短絡され、スイッチ間の小さな電圧降下を除いてはA_BUSの電圧にクランプされるが、インダクタLを通る電流は遮断されることなく流れ続ける。ホール効果センサHは電流方向を感知して、その方向を制御装置に報告するので、制御装置1は、電流の方向を知っている。
【0033】
代わりに、制御装置1は、スイッチAUP、AVP、AUN、AVNのスイッチ要素をFW期間にそれら全てがオンになるように制御することができ、ホール効果センサHから電流方向を感知する必要はない。この構成はノードU及びVでの電圧をA_BUSにクランプする。
【0034】
別法として、制御装置1は、ノードU及びVでの電圧をB_BUSにクランプするように、フリーホイール期間にサイクロコンバータ7のスイッチを制御することができる。これは、同様に、電流がインダクタLからホール効果センサHを通ってコンデンサCに流れていることをホール効果センサHが感知したときに、スイッチBUP及びBVPのスイッチ要素がオンになるように制御し、電流がコンデンサCからホール効果センサHを通ってインダクタLに流れていることをホール効果センサHが感知したときに、スイッチBUN及びBVNのスイッチ要素がオンになるように制御することによって行われる。また、代替の変形形態では、制御装置1は、電流の方向に関わらずスイッチBUP、BUN、BVN、及びBVPのスイッチ要素が全てオンになるように、フリーホイール期間にサイクロコンバータ7のスイッチを制御することができる。
【0035】
上述したフリーホイールのいずれの場合にも、ノードUとノードVとの間の電圧が短絡されるので、電力はフリーホイール期間にはサイクロコンバータ7を通して転送されない。これにより、インダクタL及びコンデンサCに転送される電力の量が低減され、その結果、負荷に転送される電力の量が低減する。特定の例示的なケースでは、HFサイクルの第1の半サイクル期間に電力転送PT期間は全HFサイクルの25%であり、フリーホイールFW期間は全HFサイクルの25%である。HFサイクルの他方の半サイクルにおいては、電力転送PT期間が全HFサイクルの25%であり、フリーホイールFW期間は全HFサイクルの25%である。したがって、最大転送可能電力の50%(例えば、各半サイクルの25%)のみが実際にはサイクロコンバータ7を通して転送される。ノードUとノードVとの間のフィルタのフィルタ定数LCは、HF電力パルスを平滑化する時定数LCを有するように選択される。これは、出力端(すなわち、コンデンサCとホール効果センサHとの間のノード)とノードVでの変動を平均化する。この文脈において、コンデンサCは、出力端OUTPUT(すなわち、コンデンサCとホール効果センサHとの間のノード)とノードVとの間の分路コンデンサとして働き、インダクタLは入力チョーク、いわゆるスインギング・チョークとして働き、出力端OUTPUTに達する前に電圧スパイクを低減する。
【0036】
正弦波形の電圧出力波形を実現するために、制御装置1は、フリーホイールFW期間に使用される半サイクルのパーセンテージと、電力転送PT期間に使用される半サイクルの対応するパーセンテージとを調整するように、サイクロコンバータ7のスイッチを制御する。位相角ゼロで始まる正弦波に対しては、半サイクルの全て(すなわち、全サイクルの50%)が最初にフリーホイールFW期間に使用されるが、この半サイクルは電力転送PT期間には全く使用されない。したがって、最初は、サイクロコンバータの電圧出力はゼロである。電力転送PT期間に使用される半サイクルのパーセンテージは、位相角90°(正弦波のピーク)でピークに達するまで徐々に増加され、その後、パーセンテージは位相角180°で再びゼロになるまで徐々に低減される。フリーホイールFW期間に使用される半サイクルの対応するパーセンテージは、それに対応して最小値まで徐々に低減され、その後は徐々に増加される。これらのパーセンテージの増減の正確な割合は、所望の出力周波数(例えば60Hz)におけるノードVを基準とした出力端OUTPUTでの正弦波出力電圧の半周期を提供するように選択される。例えば、所望の出力周波数が60Hzである場合、半周期は1秒の1/120、すなわち8と1/3ミリ秒となる。サイクロコンバータのスイッチをこのように制御することによって、三角波又は方形波の波形を生成することもできる。
【0037】
基本波形を形成することに加えて、制御装置1は、出力電圧波形のスケール、すなわち供給される電圧のRMSを制御するようにサイクロコンバータ7に命令する。制御装置1は、所望のピーク正弦波振幅に従って出力電圧波形が拡大縮小されるよう、フリーホイールFW期間に使用される半サイクルのパーセンテージを調整するようにサイクロコンバータ7に命令する。
【0038】
8と1/3ミリ秒の半波形サイクル期間の終了時にゼロ電圧交差が生じ、ノードU及びVでの電圧を反転させて8と1/3ミリ秒の半波形サイクル期間が繰り返される。
このサイクロコンバータ動作により、制御装置によって定義される任意の、しかし所定の周波数において任意の出力波形を提供することができる。所定の周波数は、直流からHFインバータサイクル周波数(例えば3000Hz〜30000Hz)のすぐ下までの任意の周波数にすることができる。
【0039】
M.マツイ、M.ナガイ、M.モチズキ及びナバエは、IEEE Transactiオンs On Industry Applications、 Vol.33、 No.2、 March/April 1996、 pp293〜300に掲載された「High−Frequency Link AC/DC Cオンverter With Suppressed Voltage Claim Circuits−Naturally Commutated Phase Angle Cオンtrol With Self Turn−オフ Devices」という名称の論文において、PWMモードでのサイクロコンバータの動作を説明している。この論文において、マツイ等はサイクロコンバータの3つの異なる状態、すなわち、ノードUとノードVとの間の電圧がA_BUSとB_BUSとの間の電圧に等しくなるように制御される直接状態、ノードUとノードVとの間の電圧がA_BUSとB_BUSとの間の電圧の負数に等しくなるように制御される反転状態、及び、A側スイッチをA_BUSに接続する、又はB側スイッチをB_BUSに接続することによってノードUとノードVとの間の電圧が短絡されるゼロ状態の間での遷移を説明している。出力電圧制御を保証するために、制御装置1によって、サイクロコンバータは高周波数(HF)で直接状態、反転状態及びゼロ状態の間で切り替えられる。A_BUSとB_BUSとの間の電圧の極性に応じて、また、ホール効果デバイスHによって感知されるインダクタLを通る電流の方向に応じて、制御装置1は直接状態、反転状態及びゼロ状態の間での特定の遷移を引き起こす。
【0040】
A_BUSとB_BUSとの間の電圧がゼロよりも大きいときであって、ノードUからノードVに向かう方向にインダクタLを通る電流もゼロよりも大きいとき、マツイ等はPトポロジーを使用して4つの特定の遷移を可能にする。制御装置1は、以下の4つの遷移、すなわち、ゼロ状態(A側)から直接状態への遷移、ゼロ状態(B側)から直接状態への遷移、反転状態からゼロ状態(A側)への遷移及び反転状態からゼロ状態(B側)への遷移から選択されるいずれかの遷移を引き起こすことができる。
【0041】
B_BUSとA_BUSとの間の電圧がゼロよりも大きいときであって、ノードVからノードUに向かう方向にインダクタLを通る電流もゼロよりも大きいとき、マツイ等はNトポロジーを使用して4つの特定の遷移を可能にする。制御装置1は、以下の4つの遷移、すなわち、ゼロ状態(A側)から直接状態への遷移、ゼロ状態(B側)から直接状態への遷移、反転状態からゼロ状態(A側)への遷移及び反転状態からゼロ状態(B側)への遷移から選択されるいずれかの遷移を引き起こすことができる。
【0042】
A_BUSとB_BUSとの間の電圧がゼロよりも大きいときであって、ノードVからノードUに向かう方向にインダクタLを通る電流もゼロよりも大きいとき、マツイ等はNトポロジーを使用して4つの特定の遷移を可能にする。制御装置1は、以下の4つの遷移、すなわち、直接状態からゼロ状態(A側)への遷移、直接状態からゼロ側(B側)への遷移、直接状態から反転状態への遷移及び反転状態から直接状態への遷移から選択されるいずれかの遷移を引き起こすことができる。
【0043】
B_BUSとA_BUSとの間の電圧がゼロよりも大きいときであって、ノードUからノードVに向かう方向にインダクタLを通る電流もゼロよりも大きいとき、マツイ等はPトポロジーを使用して4つの特定の遷移を可能にする。制御装置1は、以下の4つの遷移、すなわち、直接状態からゼロ状態(A側)への遷移、直接状態からゼロ状態(B側)への遷移、直接状態から反転状態への遷移及び反転状態から直接状態への遷移から選択されるいずれかの遷移を引き起こすことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0044】
マツイ等による電流転流は、ホール効果センサHによって感知することができるインダクタLを通る電流の方向の知識に依拠する。しかし、インダクタLを通る電流がゼロ交差付近にあるとき、高性能のセンサでさえ、電流の方向を確実には検出できない。センサHを通る電流に比例するセンサの真の信号出力は雑音によって打ち負かされてしまう。インダクタLを通る電流のゼロ電流交差の決定は極めて難しくなり得る。インダクタ電流の方向が誤って決定された場合、マツイの手法は、PトポロジーとNトポロジーとの間を誤って切り替えてしまうので、インダクタ電流を遮断し、ノードUとノードVとの間に電圧スパイクを生じさせ、回路構成要素を損傷することになる。一般に、制御装置1は、出力フィルタLCに(すなわち、ノードUとノードVとの間に)印加される電圧についての先験的な知識を有しているけれども、また、制御装置はインダクタL及びコンデンサCの値の先験的な知識を有するように設計することができるけれども、一般に、制御装置は、容量性であれ誘導性であれ、システムの負荷のリアクタンスの先験的な知識を有していない。インダクタLを通る電流は、ノードUとノードVとの間に印加される電圧から未知の量だけ位相を変える。したがって、インダクタLを通る電流の方向の知識を必要としないゼロ電流交差点付近での電流転流の改良された方法を持つ必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【0045】
サイクロコンバータは、第1及び第2のノード[A、B]を有する第1のポートと、第1及び第2のノード[U、V]を有する第2のポートとを含む。更に、サイクロコンバータは第1、第2、第3及び第4のスイッチ対を含む。第1のスイッチ対[AU]は第1のポートの第1のノード[A]と第2のポートの第1のノード[U]との間に結合される。第2のスイッチ対[BU]は第1のポートの第2のノード[B]と第2のポートの第1のノード[U]との間に結合される。第3のスイッチ対[AV]は第1のポートの第1のノード[A]と第2のポートの第2のノード[V]との間に結合される。第4のスイッチ対[BV]は第1のポートの第2のノード[B]と第2のポートの第2のノード[V]との間に結合される。各スイッチ対は、第1のトポロジー型式のスイッチと第2のトポロジー型式のスイッチとを直列接続で含む。
【0046】
本発明に係る方法の実施の形態は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えるステップを含む。更に、この方法の実施の形態は、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるステップを含む。
【0047】
本発明に係る別の方法の実施の形態は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えるステップと、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるステップとを含む。更に、この方法の実施の形態は、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えてから第2の所定の時間後に、第2のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えるステップと、第2のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第3の所定の時間後に、第2のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるステップとを含む。
【0048】
コンピュータ読取り可能媒体は、サイクロコンバータを制御するようプロセッサを制御することが可能なモジュールを含む。本発明に係るコンピュータ読取り可能媒体の実施の形態は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替える(図11のS1又は図12のS5)ようにプロセッサを制御するための第1のモジュールと、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替える(図11のS2、又は図12のS6)ようにプロセッサを制御するための第2のモジュールとを含む。
【0049】
本発明に係る別のコンピュータ読取り可能媒体の実施の形態は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替える(図11のS1又は図12のS5)ようにプロセッサを制御するための第1のモジュールと、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替える(図11のS2又は図12のS6)ようにプロセッサを制御するための第2のモジュールとを含む。更に、コンピュータ読取り可能媒体は、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えてから第2の所定の時間後に、第2のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替える(図11のS3又は図12のS7)ようにプロセッサを制御するための第3のモジュールと、第2のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第3の所定の時間後に、第2のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるようにプロセッサを制御する(図11のS4又は図12のS8)ための第4のモジュールとを含む。
【0050】
以下の図面を参照しながら、本発明を、以下の好ましい実施の形態の説明において詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0051】
はじめに留意すべきであるが、少なくとも2つの理由から、B_BUSに対するA_BUSでの電圧の極性を決定することは容易である。第一に、HFインバータ3は方形波に近い、切り取られた波形を提供する。A_BUSでの電圧とB_BUSでの電圧は、任意の実質的な期間にわたって決して等しくない。したがって、最低限でも、電圧差センサは電圧差を容易に検出することができる。第二に、ほぼ全ての好ましい実施の形態において、制御装置1はHFインバータ3とサイクロコンバータ7とに制御信号を提供する。したがって、制御装置1はB_BUSに対するA_BUSでの電圧の先験的な知識を有することになる。これは、制御装置1がHFインバータ3を制御することによって、この電圧差を引き起こすからである。B_BUSに対するA_BUSでの電圧を決定するための別個のセンサは必要ない。
【0052】
本発明の一つの実施の形態においては、ホール効果センサHの出力が制御装置によって読まれる。電流波形のピークツーピーク振幅が決定され、その振幅の所定のパーセンテージとして閾値が決定される。ホール効果センサによって示される電流の大きさが決定されて閾値と比較される。電流の大きさが閾値よりも小さいとき、安全転流モードが開始される。安全転流モードは電流の大きさが再び閾値よりも大きくなるまで終了されない。閾値は、システムの雑音環境を前提にして、ホール効果センサHからの指示電流がゼロ電流から十分に離れていて確実に検出されるように選択される。
【0053】
安全転流モードで動作する間には、特別な転流シーケンスが使用される。この転流シーケンスは、上で引用したマツイ等のシーケンスとは異なり、HF変圧器の二次側の一端からインダクタLを通ってHF変圧器の二次側の他端への少なくとも1つの電流経路を提供する。変圧器の二次側での漏れインダクタンスは、電流経路が遮断された場合、それが瞬時であったとしても、大きな電圧スパイクを引き起こす可能性がある。
【0054】
したがって、安全転流モードでは、漏れインダクタンスの磁場に蓄積されたエネルギーを通過させることができる電流経路が常に存在する。更に、インダクタLを通る電流の方向は、ゼロ交差付近の点ではいずれの方向にもなり得るので、この電流経路は、インダクタLをいずれの方向にも通る電流に対処しなければならない。
【0055】
安全転流モードでは、電流はインダクタLをいずれの方向にも通ることができるので、電圧シュートスルーを防止する必要がある。電圧シュートスルーは、電流がインダクタLを通過することなくA_BUSからB_BUSに又はその逆に直接流れることができるようにスイッチがオンになった状態である。例示の実施の形態では、これは4ステップのシーケンスで実現される。
【0056】
上述したサイクロコンバータを使用する本発明の一般的な実施の形態においては、方法は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えるステップ(図11のS1又は図12のS5)を含む。更に、この方法は、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるステップ(図11のS2又は図12のS6)を含む。この実施の形態では、図11に示されるように、第1のトポロジー型式はPトポロジーであり、第2のトポロジー型式はNトポロジーであり、又は、図12に示されるように、第1のトポロジー型式はNトポロジーであり、第2のトポロジー型式はPトポロジーである。
【0057】
本発明の別の一般的な実施の形態では、方法は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えるステップ(図11のS1又は図12のS5)を含み、更に、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるステップ(図11のS2又は図12のS6)を含む。この方法は、更に、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えてから第2の所定の時間後に、第2のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えるステップ(図11のS3又は図12のS7)を含み、この方法は、更に、第2のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第3の所定の時間後に、第2のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるステップ(図11のS4又は図12のS8)を含む。この実施の形態では、図11に示されるように、第1のトポロジー型式はPトポロジーであり、第2のトポロジー型式はNトポロジーであり、又は、図12に示されるように、第1のトポロジー型式はNトポロジーであり、第2のトポロジー型式はPトポロジーである。
【0058】
制御方法の第1の例示の実施の形態は、第1のノードA及び第2のノードBを有する第1のポートを含むサイクロコンバータ7で実施される。サイクロコンバータ7は、更に、第1のノードU及び第2のノードVを有する第2のポートを含む。サイクロコンバータ7は、更に、第1のポートの第1のノードAと第2のポートの第1のノードUとの間に結合された第1のスイッチ対AUを含む。サイクロコンバータ7は、更に、第1のポートの第2のノードBと第2のポートの第1のノードUとの間に結合された第2のスイッチ対BUを含む。サイクロコンバータ7は、更に、第1のポートの第1のノードAと第2のポートの第2のノードVとの間に結合された第3のスイッチ対AVを含む。サイクロコンバータ7は、更に、第1のポートの第2のノードBと第2のポートの第2のノードVとの間に結合された第4のスイッチ対BVを含む。各スイッチ対は、Pトポロジー・スイッチとNトポロジー・スイッチとを直列接続の形で含む。
【0059】
第1の例示の実施の形態では、方法は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のPトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えるステップ(図11のS1)を含む。したがって、安全転流モードの開始時に、第1のPトポロジー・スイッチはオン状態に切り替えられる。この方法は、更に、第1のPトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第2のPトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えるステップ(図11のS2)を含む。
【0060】
第1の実施の形態の第1の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、直接状態から、ノードU及びVがA_BUSに接続されるゼロ状態に遷移する。第1の実施の形態のこの第1の変形形態では、第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのPトポロジー・スイッチAVPを切り替え、第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのPトポロジー・スイッチBVPを切り替える。
【0061】
第1の実施の形態の第2の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、直接状態から、ノードU及びVがB_BUSに接続されるゼロ状態に遷移する。第1の実施の形態のこの第2の変形形態では、第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのPトポロジー・スイッチBUPを切り替え、第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのPトポロジー・スイッチAUPを切り替える。
【0062】
第1の実施の形態の第3の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、直接状態から、ノードU及びVがA_BUSに接続されるゼロ状態に遷移する。第1の実施の形態のこの第3の変形形態では、第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのPトポロジー・スイッチAUPを切り替え、第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのPトポロジー・スイッチBUPを切り替える。
【0063】
第1の実施の形態の第4の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、直接状態から、ノードU及びVがA_BUSに接続されるゼロ状態に遷移する。第1の実施の形態のこの第4の変形形態では、第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのPトポロジー・スイッチBVPを切り替え、第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのPトポロジー・スイッチAVPを切り替える。
【0064】
第1の実施の形態の第5の変形形態では、方法は、更に、第2のPトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えてから第2の所定の時間後に、第1のNトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えるステップ(図11のS3)、及び、第1のNトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えてから第3の所定の時間後に、第2のNトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えるステップ(図11のS4)を含む。第1、第2及び第3の所定の時間は等しい必要はない。しかし、最も一般的には、それらの時間は、制御装置1から発する制御信号によって規定されるので等しい。
【0065】
第1の実施の形態の第5の変形形態の第1の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、直接状態から、ノードU及びVがA_BUSに接続されるゼロ状態に遷移する。第1の実施の形態の第5の変形形態のこの第1の実施例では、第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのPトポロジー・スイッチAVPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのPトポロジー・スイッチBVPを切り替える。第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのNトポロジー・スイッチAVNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのNトポロジー・スイッチBVNを切り替える。
【0066】
第1の実施の形態の第5の変形形態の第2の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、直接状態から、ノードU及びVがB_BUSに接続されるゼロ状態に遷移する。第1の実施の形態の第5の変形形態のこの第2の実施例では、第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのPトポロジー・スイッチBUPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのPトポロジー・スイッチAUPを切り替える。第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのNトポロジー・スイッチBUNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのNトポロジー・スイッチAUNを切り替える。
【0067】
第1の実施の形態の第5の変形形態の第3の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、直接状態から、ノードU及びVがA_BUSに接続されるゼロ状態に遷移する。第1の実施の形態の第5の変形形態のこの第3の実施例では、第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのPトポロジー・スイッチAUPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのPトポロジー・スイッチBUPを切り替える。第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのNトポロジー・スイッチAUNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのNトポロジー・スイッチBUNを切り替える。
【0068】
第1の実施の形態の第5の変形形態の第4の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、直接状態から、ノードU及びVがB_BUSに接続されるゼロ状態に遷移する。第1の実施の形態の第5の変形形態のこの第4の実施例では、第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのPトポロジー・スイッチBVPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのPトポロジー・スイッチAVPを切り替える。第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのNトポロジー・スイッチBVNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのNトポロジー・スイッチAVNを切り替える。
【0069】
制御の方法の第2の例示の実施の形態は、第1の例示の実施の形態に関して上述したサイクロコンバータ7と本質的に同じサイクロコンバータ7で実施される。
第2の例示の実施の形態では、方法は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のNトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えるステップ(図12のS5)を含む。したがって、安全転流モードの開始時に、第1のNトポロジー・スイッチがオン状態に切り替えられる。方法は、更に、第1のNトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第2のNトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えるステップ(図12のS6)を含む。これらの動作は、A_BUS又はB_BUSにクランプすることによってフリーホイール状態から直接モードへの任意の遷移に必要とされる。
【0070】
第2の実施の形態の第1の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、ノードU及びVがA_BUSにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第2の実施の形態のこの第1の変形形態では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのNトポロジー・スイッチBVNを切り替え、第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのNトポロジー・スイッチAVNを切り替える。
【0071】
第2の実施の形態の第2の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、ノードU及びVがB_BUSにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第2の実施の形態のこの第2の変形形態では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのNトポロジー・スイッチAUNを切り替え、第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのNトポロジー・スイッチBUNを切り替える。
【0072】
第2の実施の形態の第3の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、ノードU及びVがA_BUSにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第2の実施の形態のこの第3の変形形態では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのNトポロジー・スイッチBUNを切り替え、第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのNトポロジー・スイッチAUNを切り替える。
【0073】
第2の実施の形態の第4の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、ノードU及びVがB_BUSにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第2の実施の形態のこの第4の変形形態では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのNトポロジー・スイッチAVNを切り替え、第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのNトポロジー・スイッチBVNを切り替える。
【0074】
第2の実施の形態の第5の変形形態では、更に、方法は、第2のNトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えてから第2の所定の時間後に、第1のPトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えるステップ(図12のS7)と、第1のPトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えてから第3の所定の時間後に、第2のPトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えるステップ(図12のS8)とを含む。第1、第2及び第3の所定の時間は等しい必要はない。しかし、最も一般的には、それらの時間は、制御装置1から発する制御信号によって規定されるので等しい。
【0075】
第2の実施の形態の第5の変形形態の第1の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、ノードU及びVがA_BUSにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第2の実施の形態の第5の変形形態のこの第1の実施例では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのNトポロジー・スイッチBVNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのNトポロジー・スイッチAVNを切り替える。第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのPトポロジー・スイッチBVPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのPトポロジー・スイッチAVPを切り替える。
【0076】
第2の実施の形態の第5の変形形態の第2の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、ノードU及びVがB_BUSにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第2の実施の形態の第5の変形形態のこの第2の実施例では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのNトポロジー・スイッチAUNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのNトポロジー・スイッチBUNを切り替える。第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのPトポロジー・スイッチAUPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのPトポロジー・スイッチBUPを切り替える。
【0077】
第2の実施の形態の第5の変形形態の第3の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、ノードU及びVがA_BUSにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第2の実施の形態の第5の変形形態のこの第3の実施例では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのNトポロジー・スイッチBUNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのNトポロジー・スイッチAUNを切り替える。第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのPトポロジー・スイッチBUPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのPトポロジー・スイッチAUPを切り替える。
【0078】
第2の実施の形態の第5の変形形態の第4の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、ノードU及びVがB_BUSにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第2の実施の形態の第5の変形形態のこの第4の実施例では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのNトポロジー・スイッチAVNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのNトポロジー・スイッチBVNを切り替える。第1のPトポロジー・スイッチの切替えが、3のスイッチ対AVのPトポロジー・スイッチAVPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのPトポロジー・スイッチBVPを切り替える。
【0079】
制御の方法の第3の例示の実施の形態は、第1の例示の実施の形態に関して上述したサイクロコンバータ7と本質的に同じサイクロコンバータ7で実施される。
第3の例示の実施の形態では、方法は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のNトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えるステップ(図12のS5)を含む。したがって、安全転流モードの開始時に、第1のNトポロジー・スイッチがオン状態に切り替えられる。更に、方法は、第1のNトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第2のNトポロジー・スイッチをオフ状態を切り替えるステップ(図12のS6)を含む。これらの動作は、A_BUS又はB_BUSにクランプすることによる、反転モードからフリーホイール状態への任意の遷移に必要とされる。
【0080】
第3の実施の形態の第1の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、反転状態から、ノードU及びVがA_BUSにクランプされるゼロ状態に遷移する。第3の実施の形態のこの第1の変形形態では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのNトポロジー・スイッチAUNを切り替え、第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのNトポロジー・スイッチBUNを切り替える。
【0081】
第3の実施の形態の第2の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、反転状態から、ノードU及びVがB_BUSにクランプされるゼロ状態に遷移する。第3の実施の形態のこの第2の変形形態では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのNトポロジー・スイッチBVNを切り替え、第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのNトポロジー・スイッチAVNを切り替える。
【0082】
第3の実施の形態の第3の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、反転状態から、ノードU及びVがA_BUSにクランプされるゼロ状態に遷移する。第3の実施の形態のこの第3の変形形態では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのNトポロジー・スイッチAVNを切り替え、第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのNトポロジー・スイッチBVNを切り替える。
【0083】
第3の実施の形態の第4の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、反転状態から、ノードU及びVがB_BUSにクランプされるゼロ状態に遷移する。第3の実施の形態のこの第4の変形形態では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのNトポロジー・スイッチBUNを切り替え、第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのNトポロジー・スイッチAUNを切り替える。
【0084】
第3の実施の形態の第5の変形形態では、更に、方法は、第2のNトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えてから第2の所定の時間後に、第1のPトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えるステップ(図12のS7)と、第1のPトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えてから第3の所定の時間後に、第2のPトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えるステップ(図12のS8)とを含む。第1、第2及び第3の所定の時間は等しい必要はない。しかし、最も一般的には、それらの時間は、制御装置1から発する制御信号によって規定されるので等しい。
【0085】
第3の実施の形態の第5の変形形態の第1の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、反転状態から、ノードU及びVがA_BUSにクランプされるゼロ状態に遷移する。第3の実施の形態の第5の変形形態のこの第1の実施例では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのNトポロジー・スイッチAUNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのNトポロジー・スイッチBUNを切り替える。第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのPトポロジー・スイッチAUPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのPトポロジー・スイッチBUPを切り替える。
【0086】
第3の実施の形態の第5の変形形態の第2の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、反転状態から、ノードU及びVがB_BUSにクランプされるゼロ状態に遷移する。第3の実施の形態の第5の変形形態のこの第2の実施例では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのNトポロジー・スイッチBVNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのNトポロジー・スイッチAVNを切り替える。第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのPトポロジー・スイッチBVPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのPトポロジー・スイッチAVPを切り替える。
【0087】
第3の実施の形態の第5の変形形態の第3の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、反転状態から、ノードU及びVがA_BUSにクランプされるゼロ状態に遷移する。第3の実施の形態の第5の変形形態のこの第3の実施例では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのNトポロジー・スイッチAVNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのNトポロジー・スイッチBVNを切り替える。第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのPトポロジー・スイッチAVPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのPトポロジー・スイッチBVPを切り替える。
【0088】
第3の実施の形態の第5の変形形態の第4の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、反転状態から、ノードU及びVがB_BUSにクランプされるゼロ状態に遷移する。第3の実施の形態の第5の変形形態のこの第4の実施例では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのNトポロジー・スイッチBUNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのNトポロジー・スイッチAUNを切り替える。第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのPトポロジー・スイッチBUPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのPトポロジー・スイッチAUPを切り替える。
【0089】
本発明に係る制御装置の実施の形態においては、制御装置は、サイクロコンバータの各スイッチの各スイッチ要素(8個全て)に個別の制御信号を提供し、また、HFインバータの各スイッチの各スイッチ要素(4個全て)に個別の制御信号を提供するプロセッサである。また、プロセッサは電流センサHからの入力を含む。プロセッサはアナログ・プロセッサであってもよいが、典型的にはデジタル・プロセッサであり、プロセッサ・ユニットと、プログラム及びデータを格納するためのメモリと、入出力構造とを備える。メモリは2つのメモリ、すなわち、プログラムを格納するための読み出し専用メモリ(ROM)又はフラッシュ・メモリと、データを格納するためのスタティック又はダイナミック・ランダムアクセス(データ揮発性又はフラッシュ)・メモリとに分類される。入力構造は、センサHからのアナログ信号をプロセッサによって読み取られるデジタル・ワードに変換するためのアナログ/デジタル変換器(例えば、チップ上の単純で簡素なデュアルランプ又は任意の変換器)を備え得る。出力構造は、HFインバータ及びサイクロコンバータの状態を定義する12ビットを保持するために12ビット・レジスタを備えることができ、更に、HFインバータ及びサイクロコンバータに制御信号を送出するための適切な12個のドライバを備え得る。代わりに、制御装置1を構成する回路は、1組のドライバと、マイクロコンピュータ、通常のプロセッサ、特定用途向け集積回路(ASIC)又はディスクリート部品から形成される等価な回路とから構成され得る。制御装置は、単に、サイクロコンバータ7の8個の能動スイッチ要素及びHFインバータの4個の能動スイッチ要素をオン及びオフに切り替えるために制御信号を提供する逐次的な機械である。上述した第1、第2及び第3の所定の時間は、単に、マイクロプロセッサを駆動するクロックパルス間の期間であってよい。本発明に係る方法の例示の実施の形態は、制御装置で実行されるコンピュータ・プログラムに符号化される。
【0090】
本発明のコンピュータ読取り可能媒体の実施の形態においては、媒体は、制御装置のプロセッサを制御することが可能な論理モジュールを含む。上述したサイクロコンバータを使用する本発明に係る媒体の一般的な実施の形態では、媒体は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替える(図11のS1又は図12のS5)ようにプロセッサを制御するためのモジュールを含む。更に、媒体は、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替える(図11のS2又は図12のS6)ようにプロセッサを制御するためのモジュールを含む。この実施の形態では、図11に示されるように、第1のトポロジー型式はPトポロジーであり、第2のトポロジー型式はNトポロジーであり、又は、図12に示されるように、第1のトポロジー型式はNトポロジーであり、第2のトポロジー型式はPトポロジーである。
【0091】
上述したサイクロコンバータを使用する本発明に係る媒体の別の一般的な実施の形態では、媒体は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替える(図11のS1又は図12のS5)ようにプロセッサを制御するためのモジュールを含み、更に、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替える(図11のS2又は図12のS6)ようにプロセッサを制御するためのモジュールを含む。更に、媒体は、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えてから第2の所定の時間後に、第2のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替える(図11のS3又は図12のS7)ようにプロセッサを制御するためのモジュールを含み、更に、媒体は、第2のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第3の所定の時間後に、第2のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替える(図11のS4又は図12のS8)ようにプロセッサを制御するためのモジュールを含む。この実施の形態では、図11に示されるように、第1のトポロジー型式はPトポロジーであり、第2のトポロジー型式はNトポロジーであり、又は、図12に示されるように、第1のトポロジー型式はNトポロジーであり、第2のトポロジー型式はPトポロジーである。
【0092】
DC/ACサイクロコンバータに関する新規の制御方式の好ましい実施の形態(例示であって、限定を意図したものではない)を説明してきたが、留意されるように、上の教示に鑑みて当業者は修正及び変形を施すことができる。したがって、理解されるとおり、開示された本発明の特定の実施の形態において、特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内で変更を施すことができる。
【0093】
以上、特許法によって必要とされる細目及び詳細を伴って本発明を説明してきたが、特許請求され、特許証による保護を望まれる内容は、添付の特許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【0094】
【図1】本発明に従って制御される型式のDC/ACシステムを示す機能ブロック図である。
【図2】図1のHFインバータの概略図である。
【図3】図1のサイクロコンバータの概略図である。
【図4】A_BUSでの電圧がB_BUSでの電圧よりも大きいときの電力転送状態に関するスイッチのPトポロジー動作設定を示す、図3のサイクロコンバータの回路概略図である。
【図5】A_BUSでの電圧がB_BUSでの電圧よりも小さいときの電力転送状態に関するスイッチのPトポロジー動作設定を示す、図3のサイクロコンバータの回路概略図である。
【図6】A_BUSでの電圧がB_BUSでの電圧よりも大きいときの電力転送状態に関するスイッチのNトポロジー動作設定を示す、図3のサイクロコンバータの回路概略図である。
【図7】A_BUSでの電圧がB_BUSでの電圧よりも小さいときの電力転送状態に関するスイッチのNトポロジー動作設定を示す、図3のサイクロコンバータの回路概略図である。
【図8】フリーホイール状態に関するスイッチの1つの動作設定を示す、図3のサイクロコンバータの回路概略図である。
【図9】フリーホイール状態に関するスイッチの別の動作設定を示す、図3のサイクロコンバータの回路概略図である。
【図10】本発明に係る制御装置の実施の形態を示す流れ図である。
【図11】本発明に係る制御方式の方法の実施の形態を示す流れ図である。
【図12】本発明に係る制御方式の方法の別の実施の形態を示す流れ図である。
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気車両及びハイブリッド電気車両に関する。特に、本発明は、補助電力を供給するためにそのような車両によって使用される補助電力システムに関する。
【背景技術】
【0002】
本発明の譲受人は電気及びハイブリッド電気車両並びにそれらの車両で使用するための電力システムを設計して開発している。電力システムに関する従来技術は、トラクション駆動用の主要電力システムにタップが設けられて他の目的のための補助電力を提供する、補助電力システムの記述を含む。補助電力システムを使用して、ラジオ、ヘッドライト、空調送風機などの車両に通常組み込まれる又は装備される他の電気器具のための電力を提供することができる。他の時には、補助電力システムは、シガレットライターや、典型的にはシガレットライター・ソケットにプラグ接続する携帯電話、ラップトップ・コンピュータ及び他のデバイスを充電するためのパワーパックなど、車両に「プラグ接続」されることがある電気機器のための電力を供給するために必要とされる。更に他の時には、補助電力システムは、通常は車両と関連のない電気機器、例えば電気かみそり、電動のこぎり、電動ドリル、電動グラインダなどの電気ツール、又はキャンプや魚釣りに車両が使用されるときに用いられる様々な電気機器のための110V交流又は直流電力を提供するために必要とされる。
【0003】
図1は、DC電源、高周波インバータ3、高周波変圧器5及び負荷に接続されたサイクロコンバータとを含む補助電力システムを示す。高周波インバータ3及びサイクロコンバータ7内のスイッチは制御装置1によって制御される。これらのスイッチが制御される様式の相違によって、本発明の実施の形態と既知のシステムとの区別がなされる。
【0004】
図2は、DC電源からのDC電圧(V_DC)と高周波変圧器5(HF変圧器5)との間に結合された高周波インバータ3(HFインバータ3)を示す。HFインバータは、4つのスイッチS1、S2、S3、S4を含む。スイッチS1は、バイパスダイオード30と、それに対応する能動スイッチ要素20とを含む。同様に、スイッチS2、S3、S4は、バイパスダイオード32、34、36と、それらに対応する能動スイッチ要素22、24、26とを含む。
【0005】
スイッチS1の能動スイッチ要素20は、能動スイッチ要素20に印加される制御信号に応じて、V_DC(+)からHF変圧器に電流を流す又は電流導通を阻止することができる。バイパスダイオード30は、HF変圧器からV_DC(+)に向けて電流を流すことができるが、逆方向には流せない。同様に、スイッチS3の能動スイッチ要素24は、選択的に、V_DC(+)からHF変圧器に電流を流す又は電流導通を阻止することができる。バイパスダイオード34は、HF変圧器からV_DC(+)に向けて電流を流すことができるが、逆方向には流せない。
【0006】
スイッチS2の能動スイッチ要素22は、能動スイッチ要素22に印加される制御信号に応じて、HF変圧器からV_DC(−)に電流を流す又は電流導通を阻止することができる。バイパスダイオード32は、V_DC(−)からHF変圧器に向けて電流を流すことができるが、逆方向には流せない。同様に、スイッチS4の能動スイッチ要素26は、選択的に、HF変圧器からV_DC(−)に電流を流す又は電流導通を阻止することができる。バイパスダイオード36は、V_DC(−)からHF変圧器に向けて電流を流すことができるが、逆方向には流せない。能動スイッチ要素20、22、24、26は、典型的には、絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ(IGBT)を含む。しかし、他のスイッチ技術が使用されてもよい。
【0007】
動作において、HFインバータのスイッチング周波数は3000〜30000Hzの間で選択される。HFインバータはDC供給電圧V_DCを方形波電圧パルスに変換するが、このパルスはHF変圧器5を通過して、サイクロコンバータ7のA_BUS(すなわち、端子Aに接続される)とB_BUS(すなわち、端子Bに接続される)との間に印加される。
【0008】
図3は、HF変圧器5及びサイクロコンバータ7を示す。サイクロコンバータ7はブリッジ構成で配置された4つのスイッチ対AU、BU、AV、BVを含む。変圧器5はA_BUS及びB_BUS(ブリッジのA及びB端子)によってブリッジに結合される。負荷側フィルタは、インダクタL、ホール効果センサH及びコンデンサCを含む。負荷側フィルタはノードUとノードVとの間でブリッジに結合される。
【0009】
各スイッチ対は、Pトポロジー・スイッチとNトポロジー・スイッチという2つのスイッチを含む。スイッチの3文字表記のうちの最後の文字が、スイッチがPトポロジー・スイッチであるかNトポロジー・スイッチであるかを示す。Pトポロジー・スイッチは、インダクタLを通る電流がノードUからノードVに流れることができるようにするためにオン状態になるスイッチである。ノードUからノードVへの電流方向は正とみなされる(したがって「Pトポロジー」という)。
【0010】
Nトポロジー・スイッチは、インダクタLを通る電流がノードVからノードUに流れることができるようにするためにオン状態になるスイッチである。採用されている慣例にしたがって、VからUへの電流方向は負とみなされる(したがって「Nトポロジー」という)。
【0011】
スイッチ対AUは、A_BUSに接続され、スイッチAUP及びAUNを含む。スイッチ対AVもA_BUSに接続され、スイッチAVP及びAVNを含む。スイッチ対BUはB_BUSに接続され、スイッチBUP及びBUNを含む。スイッチ対BVもB_BUSに接続され、スイッチBVP及びBVNを含む。
【0012】
制御装置1は、取り得る4つの動作状態を生成するために、各スイッチ対の2つのスイッチ要素を制御する。例としてスイッチ対AUを用いる。電流が、いずれの方向でもA_BUSからスイッチ対AUを通ってインダクタLに流れることができないとき、AUはオフである。オフ状態では、両方のスイッチ要素が電流の流れを阻止し、2つのダイオードはバックツーバック構成で接続されて、いずれの方向でも電流の流れを阻止する。オン状態では両方のスイッチ要素が導通するので、電流はスイッチ対AUを通って両方向に流れることができる。
【0013】
第3の状態では、スイッチAUPのスイッチ要素がオンであり、A_BUSからスイッチAUPのダイオードを迂回してスイッチAUNのダイオードを通ってノードUへ至る導通を可能にする。スイッチAUNのスイッチ要素はオフであり、ノードUからスイッチAUPへの電流の流れを阻止し、したがってスイッチAUNのダイオードは迂回され得ない。電流の流れは、スイッチAUNのダイオードとスイッチ要素とによって阻止され、したがって、ノードUからの電流は、スイッチAUNを通りスイッチAUPを通ってA_BUSに流れるのを阻止される。
【0014】
第4の状態では、スイッチAUNのスイッチ要素がオンであり、ノードUからスイッチAUNのダイオードを迂回してスイッチAUPのダイオードを通ってA_BUSへ至る導電を可能にする。スイッチAUPのスイッチ要素はオフであり、A_BUSからスイッチAUNへの電流の流れを阻止するので、スイッチAUPのダイオードを迂回することはできない。電流の流れは、スイッチAUPのダイオードとスイッチ要素とによって阻止され、したがって、A_BUSからの電流は、スイッチAUPを通りスイッチAUNを通ってノードUに流れるのを阻止される。
【0015】
他のスイッチ対AV、BU、BVもそれぞれ同様に動作し、それぞれは制御装置1(図1)によって制御される4つの動作状態を生成する。サイクロコンバータ7は256個の異なる導通状態の任意の1つとなるように制御され得る。
【0016】
HF変圧器を通って伝搬する電圧パルスはサイクロコンバータ7(図3)に印加され、HFサイクルの一方の半サイクルの期間にはA_BUSをB_BUSに関して正にし、HFサイクルの他方の半サイクルの期間にはB_BUSをA_BUSに関して正にする。
【0017】
直接モードは、A_BUSでの電圧がB_BUSでの電圧よりも大きいときにサイクロコンバータ7のスイッチがUノードでの電圧がVノードでの電圧よりも大きくなることを保証するように、且つ、A_BUSでの電圧がB_BUSでの電圧よりも小さいときにサイクロコンバータ7のスイッチがUノードでの電圧がVノードでの電圧よりも小さくなることを保証するように定義される。反転モードは、A_BUSでの電圧がB_BUSでの電圧よりも大きいときにサイクロコンバータ7のスイッチがUノードでの電圧がVノードでの電圧よりも小さくなることを保証するように、且つ、A_BUSでの電圧がB_BUSでの電圧よりも小さいときにサイクロコンバータ7のスイッチがUノードでの電圧がVノードでの電圧よりも大きくなることを保証するように定義される。
【0018】
スイッチAUP、AVN、BUN、BVP、AUN、AVP、BUP、BVNの適正な循環を使用することによって、直接モードと反転モードとで切り替わるようにサイクロコンバータ7を動作させることができ、(1)Uノードでの電圧がVノードでの電圧よりも常に大きいこと、(2)Uノードでの電圧がVノードでの電圧よりも常に小さいこと、又は(3)Vノードでの電圧に関するUノードでの電圧の極性が、スイッチAUP、AVN、BUN、BVP、AUN、AVP、BUP、BVNの循環には依存するが周波数HFには依存しない周波数で交番することを保証する。
【0019】
例えば、HFサイクルの位相に関係なくUノードでの電圧がVノードでの電圧よりも常に大きいことを保証することが望ましいとき、制御装置1(図1)はサイクロコンバータ7の全てのスイッチ要素を制御してノードUでの電圧がノードVでの電圧よりも常に正となるようにする。
【0020】
A_BUSでの電圧がB_BUSでの電圧に関して正であり、インダクタ電流が正であるHFサイクルの半サイクルの期間(図4参照)には、A_BUSでの電圧は、A_BUSからスイッチAUPのスイッチ要素を通りスイッチAUNのダイオードを通ってノードUに送られる。同時に、ノードVでの電圧が(スイッチ対BVのスイッチ間での電圧降下は小さいので)B_BUSでの電圧と実質的に同じになるまで、電流はノードVからスイッチBVPのスイッチ要素を通りスイッチBVNのダイオードを通ってB_BUSに導かれる。
【0021】
同様に、B_BUSでの電圧がA_BUSでの電圧に関して正であり、インダクタ電流が正であるHFサイクルの他方の半サイクルの期間(図5参照)には、B_BUSでの電圧は、B_BUSからスイッチBUPのスイッチ要素を通りスイッチBUNのダイオードを通ってノードUに送られる。同時に、ノードVでの電圧が(スイッチ対AVのスイッチ間での電圧降下は小さいので)A_BUSでの電圧と実質的に同じになるまで、電流はノードVからスイッチAVPのスイッチ要素を通りスイッチAVNのダイオードを通ってA_BUSに導かれる。
【0022】
このように、図4及び5に示される様式で、A_BUSがB_BUSよりも正であるか、その逆であるかに拘わらず、サイクロコンバータのスイッチは、ノードVに印加される電圧よりも常に正である電圧をノードUに印加するように制御装置1によって操作される。同様に、Nトポロジーにおいては、サイクロコンバータのスイッチが図6及び図7に示される様式で操作されるとき、A_BUSがB_BUSよりも正であるか、その逆であるかに拘わらず、ノードVに印加される電圧よりも常に負(したがって「Nトポロジー」である)である電圧をノードUに印加することができる。例えば、HFサイクルの位相に拘わらずVノードでの電圧がUノードでの電圧よりも常に大きいことを保証することが望ましいとき、制御装置1(図1)はサイクロコンバータ7の全てのスイッチ要素を制御して、ノードVでの電圧がノードUでの電圧よりも常に正となるようにする。
【0023】
例えば60Hzで交番する交流波形の例では、サイクロコンバータ7は、上の第1の例(図4及び図5)と上の第2の例(図6及び図7)との間で切り替わるように操作される。上述したトポロジー間で交番することによって、ノードUとノードVとの間で交流電圧波形を提供することができ、トポロジー間の切替え速度は、DC(すなわち、第1のトポロジーのみ又は第2のトポロジーのみであり、交番しない)と、HFインバータのスイッチング周波数の直下の周波数(ここではエイリアジングが問題となり得る)との間の範囲内で任意に選択することができる。
【0024】
第1のトポロジーと第2のトポロジーとの間の特定の切り替え周波数は、サイクロコンバータ7のスイッチを操作する制御信号を発生する制御装置1での論理によって定義される。ほとんどのシステムでは、第1のモードと第2のモードとの間の切り替え周波数は60Hzであり、60Hzで動作する地上AC電源システムで動作するように設計された負荷に適合する。しかし、400Hz、900Hz、更には1600Hzなどの他の周波数も望ましい。これらの周波数も標準のAC電源システムで使用されることがあるからである。
【0025】
ホール効果センサH、コンデンサC及びインダクタLがノードUとノードVとの間のフィルタを形成する。このフィルタのフィルタ定数LCは低域フィルタとして設計され、PトポロジーとNトポロジーとの間の切り替え周波数よりも高い周波数、主にインバータHF周波数を除去する。ホール効果センサHは制御装置1にフィードバックを提供し、インダクタLを通過する電流方向を制御装置に知らせる。LCフィルタはエネルギーを蓄積し、負荷はリアクタンスによる進み又は遅れ力率を有するので、センサHを通る電流は、LCフィルタを通る電流の履歴とLCフィルタのリアクタンスと任意の外部負荷との関数である。
【0026】
典型的な動作において、HFインバータ3は、2000Hz〜40000Hzの間、又はより典型的には3000Hz〜30000Hzの間で選択され得る所定の速さで全サイクルが反復するのに十分な速さで切り替わる。第1の半サイクル期間において、スイッチS1及びS4がオンに切り替えられ、スイッチS2及びS3がオフに切り替えられて、電流は変圧器5の付点された側に流れ、DC電源からの電圧V_DCは、変圧器5の一次巻線の付点された側に印加される電圧が一次巻線の他方の側に印加される電圧よりも正になるように変圧器5に印加される。他方の半サイクル期間には、スイッチS2及びS3がオンに切り替えられ、スイッチS1及びS4がオフに切り替えられて、電流は変圧器5の付点されていない側に流れ、DC電源からの電圧V_DCは、変圧器5の一次巻線の付点された側に印加される電圧が一次巻線の他方の側に印加される電圧よりも負になるように変圧器5に印加される。これらの半サイクルを交番させることによって、変圧器5の一次巻線に方形波電圧が印加される。第1の半サイクルでは、スイッチS1及びS4が閉じられ、スイッチS2及びS3が開かれて、電流は一方向に変圧器5の一次側を通って流れる。次いで、他方の半サイクルでは、スイッチS2及びS3が閉じられ、スイッチS1及びS4が開かれて、電流は反対方向に変圧器5の一次側を通って流れる。一般に、変圧器の大きさと、特に変圧器のコア材料、変圧器の巻線などは、コア材料が半サイクル期間に磁気的に飽和状態にならないように選択される。
【0027】
制御装置1が図4〜図7に関して上述した第1のトポロジー又は第2のトポロジーでサイクロコンバータ7を動作させるとき、サイクロコンバータ出力OUTPUT(図4〜図7)に転送される電力は、電力転送期間(PT期間)と呼ばれる期間に最大となる。しかし、多くの場合には、全電力よりも少ない電力の転送が望ましい。これを実現するために、サイクロコンバータ7のスイッチのパルス幅変調(PMW)が採用されて、以下に説明するフリーホイール期間(FW期間)と呼ばれる期間には電力転送を行わず、しかも重要なことに電力損失を生じないようにする。
【0028】
PWMがどのようにFW期間を生成するかを理解するために、図4及び図5に関して上述した第1のトポロジーのみを考察する。このとき、A_BUSがB_BUSよりも正であるか否かに拘わらず、サイクロコンバータ7のスイッチは、ノードVに印加される電圧よりも常に正である電圧をノードUに印加するように制御装置1によって操作される。上述したように、HFサイクルの第1の半サイクル(全HFサイクルの50%デューティサイクル)期間に、スイッチ対AUのスイッチがA_BUSからノードUに正の電圧を印加するように操作され、HFサイクルの他方の半サイクル(全HFサイクルの50%デューティサイクル)期間には、スイッチ対BUのスイッチがB_BUSからノードUに正の電圧を印加するように操作される。
【0029】
全電力よりも少ない電力を転送するために、各半サイクル(全HFサイクルの50%デューティサイクル)が、電力転送PT期間(上述したP又はNトポロジーを使用する)とフリーホイールFW期間とに分割される。例えば、HFサイクルの第1の半サイクルにおいて、電力転送PT期間は全HFサイクルの25%であり、フリーホイールFW期間は全HFサイクルの残りの25%であり得る。次いで、HFサイクルの他方の半サイクルにおいても、電力転送PT期間は全HFサイクルの25%であり、フリーホイールFW期間は全HFサイクルの残りの25%である。
【0030】
フリーホイール期間に、制御装置1は、ノードUとノードVとが短絡されるようにサイクロコンバータ7のスイッチを制御する。これを行うための1つの方法は、図8(ノードUからインダクタL及びセンサHを通ってノードVへ流れる電流)及び図9(ノードVからインダクタL及びセンサHを通ってノードUへ流れる電流)に示されるように、UノードとVノードとに対してA_BUSを短絡させることである。これを行うための別の方法は、UノードとVノードとに対してB_BUSを短絡させることである。いずれの場合にも、電流を突然変えることは望ましくない。この突然の電流変化は、幾つかの回路構成要素を損傷する可能性がある大きな電圧スパイクをもたらすからである。
【0031】
電流がインダクタLからホール効果センサHを通ってコンデンサCに流れている場合、図8に示されるように、スイッチAUP及びAVPのスイッチ要素がオンになり、それによって、電流はコンデンサCからスイッチAVPのスイッチ要素を通りスイッチAVNのダイオードを通ってA_BUSに至る回路を流れ、次いでスイッチAUPのスイッチ要素を通りスイッチAUNのダイオードを通ってインダクタLに戻るように流れ続ける。ノードUとノードVとの間の電圧は短絡され、スイッチ間の小さな電圧降下を除いてはA_BUSの電圧にクランプされるが、インダクタLを通る電流は遮断されることなく流れ続ける。ホール効果センサHは電流方向を感知して、その方向を制御装置に報告するので、制御装置1は電流の方向を知っている。
【0032】
同様に、電流がコンデンサCからホール効果センサHを通ってインダクタLに流れている場合、図9に示されるように、スイッチAUN及びAVNのスイッチ要素がオンになる。電流は、インダクタLからスイッチAUNのスイッチ要素を通りスイッチAUPのダイオードを通ってA_BUSに至り、次いでスイッチAVNのスイッチ要素を通りスイッチAVPのダイオードを通ってコンデンサCに戻る回路において流れ続ける。ノードUとノードVとの間の電圧は短絡され、スイッチ間の小さな電圧降下を除いてはA_BUSの電圧にクランプされるが、インダクタLを通る電流は遮断されることなく流れ続ける。ホール効果センサHは電流方向を感知して、その方向を制御装置に報告するので、制御装置1は、電流の方向を知っている。
【0033】
代わりに、制御装置1は、スイッチAUP、AVP、AUN、AVNのスイッチ要素をFW期間にそれら全てがオンになるように制御することができ、ホール効果センサHから電流方向を感知する必要はない。この構成はノードU及びVでの電圧をA_BUSにクランプする。
【0034】
別法として、制御装置1は、ノードU及びVでの電圧をB_BUSにクランプするように、フリーホイール期間にサイクロコンバータ7のスイッチを制御することができる。これは、同様に、電流がインダクタLからホール効果センサHを通ってコンデンサCに流れていることをホール効果センサHが感知したときに、スイッチBUP及びBVPのスイッチ要素がオンになるように制御し、電流がコンデンサCからホール効果センサHを通ってインダクタLに流れていることをホール効果センサHが感知したときに、スイッチBUN及びBVNのスイッチ要素がオンになるように制御することによって行われる。また、代替の変形形態では、制御装置1は、電流の方向に関わらずスイッチBUP、BUN、BVN、及びBVPのスイッチ要素が全てオンになるように、フリーホイール期間にサイクロコンバータ7のスイッチを制御することができる。
【0035】
上述したフリーホイールのいずれの場合にも、ノードUとノードVとの間の電圧が短絡されるので、電力はフリーホイール期間にはサイクロコンバータ7を通して転送されない。これにより、インダクタL及びコンデンサCに転送される電力の量が低減され、その結果、負荷に転送される電力の量が低減する。特定の例示的なケースでは、HFサイクルの第1の半サイクル期間に電力転送PT期間は全HFサイクルの25%であり、フリーホイールFW期間は全HFサイクルの25%である。HFサイクルの他方の半サイクルにおいては、電力転送PT期間が全HFサイクルの25%であり、フリーホイールFW期間は全HFサイクルの25%である。したがって、最大転送可能電力の50%(例えば、各半サイクルの25%)のみが実際にはサイクロコンバータ7を通して転送される。ノードUとノードVとの間のフィルタのフィルタ定数LCは、HF電力パルスを平滑化する時定数LCを有するように選択される。これは、出力端(すなわち、コンデンサCとホール効果センサHとの間のノード)とノードVでの変動を平均化する。この文脈において、コンデンサCは、出力端OUTPUT(すなわち、コンデンサCとホール効果センサHとの間のノード)とノードVとの間の分路コンデンサとして働き、インダクタLは入力チョーク、いわゆるスインギング・チョークとして働き、出力端OUTPUTに達する前に電圧スパイクを低減する。
【0036】
正弦波形の電圧出力波形を実現するために、制御装置1は、フリーホイールFW期間に使用される半サイクルのパーセンテージと、電力転送PT期間に使用される半サイクルの対応するパーセンテージとを調整するように、サイクロコンバータ7のスイッチを制御する。位相角ゼロで始まる正弦波に対しては、半サイクルの全て(すなわち、全サイクルの50%)が最初にフリーホイールFW期間に使用されるが、この半サイクルは電力転送PT期間には全く使用されない。したがって、最初は、サイクロコンバータの電圧出力はゼロである。電力転送PT期間に使用される半サイクルのパーセンテージは、位相角90°(正弦波のピーク)でピークに達するまで徐々に増加され、その後、パーセンテージは位相角180°で再びゼロになるまで徐々に低減される。フリーホイールFW期間に使用される半サイクルの対応するパーセンテージは、それに対応して最小値まで徐々に低減され、その後は徐々に増加される。これらのパーセンテージの増減の正確な割合は、所望の出力周波数(例えば60Hz)におけるノードVを基準とした出力端OUTPUTでの正弦波出力電圧の半周期を提供するように選択される。例えば、所望の出力周波数が60Hzである場合、半周期は1秒の1/120、すなわち8と1/3ミリ秒となる。サイクロコンバータのスイッチをこのように制御することによって、三角波又は方形波の波形を生成することもできる。
【0037】
基本波形を形成することに加えて、制御装置1は、出力電圧波形のスケール、すなわち供給される電圧のRMSを制御するようにサイクロコンバータ7に命令する。制御装置1は、所望のピーク正弦波振幅に従って出力電圧波形が拡大縮小されるよう、フリーホイールFW期間に使用される半サイクルのパーセンテージを調整するようにサイクロコンバータ7に命令する。
【0038】
8と1/3ミリ秒の半波形サイクル期間の終了時にゼロ電圧交差が生じ、ノードU及びVでの電圧を反転させて8と1/3ミリ秒の半波形サイクル期間が繰り返される。
このサイクロコンバータ動作により、制御装置によって定義される任意の、しかし所定の周波数において任意の出力波形を提供することができる。所定の周波数は、直流からHFインバータサイクル周波数(例えば3000Hz〜30000Hz)のすぐ下までの任意の周波数にすることができる。
【0039】
M.マツイ、M.ナガイ、M.モチズキ及びナバエは、IEEE Transactiオンs On Industry Applications、 Vol.33、 No.2、 March/April 1996、 pp293〜300に掲載された「High−Frequency Link AC/DC Cオンverter With Suppressed Voltage Claim Circuits−Naturally Commutated Phase Angle Cオンtrol With Self Turn−オフ Devices」という名称の論文において、PWMモードでのサイクロコンバータの動作を説明している。この論文において、マツイ等はサイクロコンバータの3つの異なる状態、すなわち、ノードUとノードVとの間の電圧がA_BUSとB_BUSとの間の電圧に等しくなるように制御される直接状態、ノードUとノードVとの間の電圧がA_BUSとB_BUSとの間の電圧の負数に等しくなるように制御される反転状態、及び、A側スイッチをA_BUSに接続する、又はB側スイッチをB_BUSに接続することによってノードUとノードVとの間の電圧が短絡されるゼロ状態の間での遷移を説明している。出力電圧制御を保証するために、制御装置1によって、サイクロコンバータは高周波数(HF)で直接状態、反転状態及びゼロ状態の間で切り替えられる。A_BUSとB_BUSとの間の電圧の極性に応じて、また、ホール効果デバイスHによって感知されるインダクタLを通る電流の方向に応じて、制御装置1は直接状態、反転状態及びゼロ状態の間での特定の遷移を引き起こす。
【0040】
A_BUSとB_BUSとの間の電圧がゼロよりも大きいときであって、ノードUからノードVに向かう方向にインダクタLを通る電流もゼロよりも大きいとき、マツイ等はPトポロジーを使用して4つの特定の遷移を可能にする。制御装置1は、以下の4つの遷移、すなわち、ゼロ状態(A側)から直接状態への遷移、ゼロ状態(B側)から直接状態への遷移、反転状態からゼロ状態(A側)への遷移及び反転状態からゼロ状態(B側)への遷移から選択されるいずれかの遷移を引き起こすことができる。
【0041】
B_BUSとA_BUSとの間の電圧がゼロよりも大きいときであって、ノードVからノードUに向かう方向にインダクタLを通る電流もゼロよりも大きいとき、マツイ等はNトポロジーを使用して4つの特定の遷移を可能にする。制御装置1は、以下の4つの遷移、すなわち、ゼロ状態(A側)から直接状態への遷移、ゼロ状態(B側)から直接状態への遷移、反転状態からゼロ状態(A側)への遷移及び反転状態からゼロ状態(B側)への遷移から選択されるいずれかの遷移を引き起こすことができる。
【0042】
A_BUSとB_BUSとの間の電圧がゼロよりも大きいときであって、ノードVからノードUに向かう方向にインダクタLを通る電流もゼロよりも大きいとき、マツイ等はNトポロジーを使用して4つの特定の遷移を可能にする。制御装置1は、以下の4つの遷移、すなわち、直接状態からゼロ状態(A側)への遷移、直接状態からゼロ側(B側)への遷移、直接状態から反転状態への遷移及び反転状態から直接状態への遷移から選択されるいずれかの遷移を引き起こすことができる。
【0043】
B_BUSとA_BUSとの間の電圧がゼロよりも大きいときであって、ノードUからノードVに向かう方向にインダクタLを通る電流もゼロよりも大きいとき、マツイ等はPトポロジーを使用して4つの特定の遷移を可能にする。制御装置1は、以下の4つの遷移、すなわち、直接状態からゼロ状態(A側)への遷移、直接状態からゼロ状態(B側)への遷移、直接状態から反転状態への遷移及び反転状態から直接状態への遷移から選択されるいずれかの遷移を引き起こすことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0044】
マツイ等による電流転流は、ホール効果センサHによって感知することができるインダクタLを通る電流の方向の知識に依拠する。しかし、インダクタLを通る電流がゼロ交差付近にあるとき、高性能のセンサでさえ、電流の方向を確実には検出できない。センサHを通る電流に比例するセンサの真の信号出力は雑音によって打ち負かされてしまう。インダクタLを通る電流のゼロ電流交差の決定は極めて難しくなり得る。インダクタ電流の方向が誤って決定された場合、マツイの手法は、PトポロジーとNトポロジーとの間を誤って切り替えてしまうので、インダクタ電流を遮断し、ノードUとノードVとの間に電圧スパイクを生じさせ、回路構成要素を損傷することになる。一般に、制御装置1は、出力フィルタLCに(すなわち、ノードUとノードVとの間に)印加される電圧についての先験的な知識を有しているけれども、また、制御装置はインダクタL及びコンデンサCの値の先験的な知識を有するように設計することができるけれども、一般に、制御装置は、容量性であれ誘導性であれ、システムの負荷のリアクタンスの先験的な知識を有していない。インダクタLを通る電流は、ノードUとノードVとの間に印加される電圧から未知の量だけ位相を変える。したがって、インダクタLを通る電流の方向の知識を必要としないゼロ電流交差点付近での電流転流の改良された方法を持つ必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【0045】
サイクロコンバータは、第1及び第2のノード[A、B]を有する第1のポートと、第1及び第2のノード[U、V]を有する第2のポートとを含む。更に、サイクロコンバータは第1、第2、第3及び第4のスイッチ対を含む。第1のスイッチ対[AU]は第1のポートの第1のノード[A]と第2のポートの第1のノード[U]との間に結合される。第2のスイッチ対[BU]は第1のポートの第2のノード[B]と第2のポートの第1のノード[U]との間に結合される。第3のスイッチ対[AV]は第1のポートの第1のノード[A]と第2のポートの第2のノード[V]との間に結合される。第4のスイッチ対[BV]は第1のポートの第2のノード[B]と第2のポートの第2のノード[V]との間に結合される。各スイッチ対は、第1のトポロジー型式のスイッチと第2のトポロジー型式のスイッチとを直列接続で含む。
【0046】
本発明に係る方法の実施の形態は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えるステップを含む。更に、この方法の実施の形態は、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるステップを含む。
【0047】
本発明に係る別の方法の実施の形態は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えるステップと、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるステップとを含む。更に、この方法の実施の形態は、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えてから第2の所定の時間後に、第2のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えるステップと、第2のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第3の所定の時間後に、第2のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるステップとを含む。
【0048】
コンピュータ読取り可能媒体は、サイクロコンバータを制御するようプロセッサを制御することが可能なモジュールを含む。本発明に係るコンピュータ読取り可能媒体の実施の形態は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替える(図11のS1又は図12のS5)ようにプロセッサを制御するための第1のモジュールと、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替える(図11のS2、又は図12のS6)ようにプロセッサを制御するための第2のモジュールとを含む。
【0049】
本発明に係る別のコンピュータ読取り可能媒体の実施の形態は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替える(図11のS1又は図12のS5)ようにプロセッサを制御するための第1のモジュールと、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替える(図11のS2又は図12のS6)ようにプロセッサを制御するための第2のモジュールとを含む。更に、コンピュータ読取り可能媒体は、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えてから第2の所定の時間後に、第2のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替える(図11のS3又は図12のS7)ようにプロセッサを制御するための第3のモジュールと、第2のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第3の所定の時間後に、第2のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるようにプロセッサを制御する(図11のS4又は図12のS8)ための第4のモジュールとを含む。
【0050】
以下の図面を参照しながら、本発明を、以下の好ましい実施の形態の説明において詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0051】
はじめに留意すべきであるが、少なくとも2つの理由から、B_BUSに対するA_BUSでの電圧の極性を決定することは容易である。第一に、HFインバータ3は方形波に近い、切り取られた波形を提供する。A_BUSでの電圧とB_BUSでの電圧は、任意の実質的な期間にわたって決して等しくない。したがって、最低限でも、電圧差センサは電圧差を容易に検出することができる。第二に、ほぼ全ての好ましい実施の形態において、制御装置1はHFインバータ3とサイクロコンバータ7とに制御信号を提供する。したがって、制御装置1はB_BUSに対するA_BUSでの電圧の先験的な知識を有することになる。これは、制御装置1がHFインバータ3を制御することによって、この電圧差を引き起こすからである。B_BUSに対するA_BUSでの電圧を決定するための別個のセンサは必要ない。
【0052】
本発明の一つの実施の形態においては、ホール効果センサHの出力が制御装置によって読まれる。電流波形のピークツーピーク振幅が決定され、その振幅の所定のパーセンテージとして閾値が決定される。ホール効果センサによって示される電流の大きさが決定されて閾値と比較される。電流の大きさが閾値よりも小さいとき、安全転流モードが開始される。安全転流モードは電流の大きさが再び閾値よりも大きくなるまで終了されない。閾値は、システムの雑音環境を前提にして、ホール効果センサHからの指示電流がゼロ電流から十分に離れていて確実に検出されるように選択される。
【0053】
安全転流モードで動作する間には、特別な転流シーケンスが使用される。この転流シーケンスは、上で引用したマツイ等のシーケンスとは異なり、HF変圧器の二次側の一端からインダクタLを通ってHF変圧器の二次側の他端への少なくとも1つの電流経路を提供する。変圧器の二次側での漏れインダクタンスは、電流経路が遮断された場合、それが瞬時であったとしても、大きな電圧スパイクを引き起こす可能性がある。
【0054】
したがって、安全転流モードでは、漏れインダクタンスの磁場に蓄積されたエネルギーを通過させることができる電流経路が常に存在する。更に、インダクタLを通る電流の方向は、ゼロ交差付近の点ではいずれの方向にもなり得るので、この電流経路は、インダクタLをいずれの方向にも通る電流に対処しなければならない。
【0055】
安全転流モードでは、電流はインダクタLをいずれの方向にも通ることができるので、電圧シュートスルーを防止する必要がある。電圧シュートスルーは、電流がインダクタLを通過することなくA_BUSからB_BUSに又はその逆に直接流れることができるようにスイッチがオンになった状態である。例示の実施の形態では、これは4ステップのシーケンスで実現される。
【0056】
上述したサイクロコンバータを使用する本発明の一般的な実施の形態においては、方法は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えるステップ(図11のS1又は図12のS5)を含む。更に、この方法は、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるステップ(図11のS2又は図12のS6)を含む。この実施の形態では、図11に示されるように、第1のトポロジー型式はPトポロジーであり、第2のトポロジー型式はNトポロジーであり、又は、図12に示されるように、第1のトポロジー型式はNトポロジーであり、第2のトポロジー型式はPトポロジーである。
【0057】
本発明の別の一般的な実施の形態では、方法は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えるステップ(図11のS1又は図12のS5)を含み、更に、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるステップ(図11のS2又は図12のS6)を含む。この方法は、更に、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えてから第2の所定の時間後に、第2のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えるステップ(図11のS3又は図12のS7)を含み、この方法は、更に、第2のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第3の所定の時間後に、第2のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるステップ(図11のS4又は図12のS8)を含む。この実施の形態では、図11に示されるように、第1のトポロジー型式はPトポロジーであり、第2のトポロジー型式はNトポロジーであり、又は、図12に示されるように、第1のトポロジー型式はNトポロジーであり、第2のトポロジー型式はPトポロジーである。
【0058】
制御方法の第1の例示の実施の形態は、第1のノードA及び第2のノードBを有する第1のポートを含むサイクロコンバータ7で実施される。サイクロコンバータ7は、更に、第1のノードU及び第2のノードVを有する第2のポートを含む。サイクロコンバータ7は、更に、第1のポートの第1のノードAと第2のポートの第1のノードUとの間に結合された第1のスイッチ対AUを含む。サイクロコンバータ7は、更に、第1のポートの第2のノードBと第2のポートの第1のノードUとの間に結合された第2のスイッチ対BUを含む。サイクロコンバータ7は、更に、第1のポートの第1のノードAと第2のポートの第2のノードVとの間に結合された第3のスイッチ対AVを含む。サイクロコンバータ7は、更に、第1のポートの第2のノードBと第2のポートの第2のノードVとの間に結合された第4のスイッチ対BVを含む。各スイッチ対は、Pトポロジー・スイッチとNトポロジー・スイッチとを直列接続の形で含む。
【0059】
第1の例示の実施の形態では、方法は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のPトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えるステップ(図11のS1)を含む。したがって、安全転流モードの開始時に、第1のPトポロジー・スイッチはオン状態に切り替えられる。この方法は、更に、第1のPトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第2のPトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えるステップ(図11のS2)を含む。
【0060】
第1の実施の形態の第1の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、直接状態から、ノードU及びVがA_BUSに接続されるゼロ状態に遷移する。第1の実施の形態のこの第1の変形形態では、第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのPトポロジー・スイッチAVPを切り替え、第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのPトポロジー・スイッチBVPを切り替える。
【0061】
第1の実施の形態の第2の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、直接状態から、ノードU及びVがB_BUSに接続されるゼロ状態に遷移する。第1の実施の形態のこの第2の変形形態では、第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのPトポロジー・スイッチBUPを切り替え、第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのPトポロジー・スイッチAUPを切り替える。
【0062】
第1の実施の形態の第3の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、直接状態から、ノードU及びVがA_BUSに接続されるゼロ状態に遷移する。第1の実施の形態のこの第3の変形形態では、第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのPトポロジー・スイッチAUPを切り替え、第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのPトポロジー・スイッチBUPを切り替える。
【0063】
第1の実施の形態の第4の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、直接状態から、ノードU及びVがA_BUSに接続されるゼロ状態に遷移する。第1の実施の形態のこの第4の変形形態では、第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのPトポロジー・スイッチBVPを切り替え、第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのPトポロジー・スイッチAVPを切り替える。
【0064】
第1の実施の形態の第5の変形形態では、方法は、更に、第2のPトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えてから第2の所定の時間後に、第1のNトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えるステップ(図11のS3)、及び、第1のNトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えてから第3の所定の時間後に、第2のNトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えるステップ(図11のS4)を含む。第1、第2及び第3の所定の時間は等しい必要はない。しかし、最も一般的には、それらの時間は、制御装置1から発する制御信号によって規定されるので等しい。
【0065】
第1の実施の形態の第5の変形形態の第1の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、直接状態から、ノードU及びVがA_BUSに接続されるゼロ状態に遷移する。第1の実施の形態の第5の変形形態のこの第1の実施例では、第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのPトポロジー・スイッチAVPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのPトポロジー・スイッチBVPを切り替える。第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのNトポロジー・スイッチAVNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのNトポロジー・スイッチBVNを切り替える。
【0066】
第1の実施の形態の第5の変形形態の第2の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、直接状態から、ノードU及びVがB_BUSに接続されるゼロ状態に遷移する。第1の実施の形態の第5の変形形態のこの第2の実施例では、第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのPトポロジー・スイッチBUPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのPトポロジー・スイッチAUPを切り替える。第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのNトポロジー・スイッチBUNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのNトポロジー・スイッチAUNを切り替える。
【0067】
第1の実施の形態の第5の変形形態の第3の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、直接状態から、ノードU及びVがA_BUSに接続されるゼロ状態に遷移する。第1の実施の形態の第5の変形形態のこの第3の実施例では、第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのPトポロジー・スイッチAUPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのPトポロジー・スイッチBUPを切り替える。第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのNトポロジー・スイッチAUNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのNトポロジー・スイッチBUNを切り替える。
【0068】
第1の実施の形態の第5の変形形態の第4の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、直接状態から、ノードU及びVがB_BUSに接続されるゼロ状態に遷移する。第1の実施の形態の第5の変形形態のこの第4の実施例では、第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのPトポロジー・スイッチBVPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのPトポロジー・スイッチAVPを切り替える。第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのNトポロジー・スイッチBVNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのNトポロジー・スイッチAVNを切り替える。
【0069】
制御の方法の第2の例示の実施の形態は、第1の例示の実施の形態に関して上述したサイクロコンバータ7と本質的に同じサイクロコンバータ7で実施される。
第2の例示の実施の形態では、方法は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のNトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えるステップ(図12のS5)を含む。したがって、安全転流モードの開始時に、第1のNトポロジー・スイッチがオン状態に切り替えられる。方法は、更に、第1のNトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第2のNトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えるステップ(図12のS6)を含む。これらの動作は、A_BUS又はB_BUSにクランプすることによってフリーホイール状態から直接モードへの任意の遷移に必要とされる。
【0070】
第2の実施の形態の第1の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、ノードU及びVがA_BUSにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第2の実施の形態のこの第1の変形形態では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのNトポロジー・スイッチBVNを切り替え、第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのNトポロジー・スイッチAVNを切り替える。
【0071】
第2の実施の形態の第2の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、ノードU及びVがB_BUSにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第2の実施の形態のこの第2の変形形態では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのNトポロジー・スイッチAUNを切り替え、第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのNトポロジー・スイッチBUNを切り替える。
【0072】
第2の実施の形態の第3の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、ノードU及びVがA_BUSにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第2の実施の形態のこの第3の変形形態では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのNトポロジー・スイッチBUNを切り替え、第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのNトポロジー・スイッチAUNを切り替える。
【0073】
第2の実施の形態の第4の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、ノードU及びVがB_BUSにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第2の実施の形態のこの第4の変形形態では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのNトポロジー・スイッチAVNを切り替え、第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのNトポロジー・スイッチBVNを切り替える。
【0074】
第2の実施の形態の第5の変形形態では、更に、方法は、第2のNトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えてから第2の所定の時間後に、第1のPトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えるステップ(図12のS7)と、第1のPトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えてから第3の所定の時間後に、第2のPトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えるステップ(図12のS8)とを含む。第1、第2及び第3の所定の時間は等しい必要はない。しかし、最も一般的には、それらの時間は、制御装置1から発する制御信号によって規定されるので等しい。
【0075】
第2の実施の形態の第5の変形形態の第1の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、ノードU及びVがA_BUSにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第2の実施の形態の第5の変形形態のこの第1の実施例では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのNトポロジー・スイッチBVNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのNトポロジー・スイッチAVNを切り替える。第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのPトポロジー・スイッチBVPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのPトポロジー・スイッチAVPを切り替える。
【0076】
第2の実施の形態の第5の変形形態の第2の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、ノードU及びVがB_BUSにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第2の実施の形態の第5の変形形態のこの第2の実施例では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのNトポロジー・スイッチAUNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのNトポロジー・スイッチBUNを切り替える。第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのPトポロジー・スイッチAUPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのPトポロジー・スイッチBUPを切り替える。
【0077】
第2の実施の形態の第5の変形形態の第3の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、ノードU及びVがA_BUSにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第2の実施の形態の第5の変形形態のこの第3の実施例では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのNトポロジー・スイッチBUNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのNトポロジー・スイッチAUNを切り替える。第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのPトポロジー・スイッチBUPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのPトポロジー・スイッチAUPを切り替える。
【0078】
第2の実施の形態の第5の変形形態の第4の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、ノードU及びVがB_BUSにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第2の実施の形態の第5の変形形態のこの第4の実施例では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのNトポロジー・スイッチAVNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのNトポロジー・スイッチBVNを切り替える。第1のPトポロジー・スイッチの切替えが、3のスイッチ対AVのPトポロジー・スイッチAVPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのPトポロジー・スイッチBVPを切り替える。
【0079】
制御の方法の第3の例示の実施の形態は、第1の例示の実施の形態に関して上述したサイクロコンバータ7と本質的に同じサイクロコンバータ7で実施される。
第3の例示の実施の形態では、方法は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のNトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えるステップ(図12のS5)を含む。したがって、安全転流モードの開始時に、第1のNトポロジー・スイッチがオン状態に切り替えられる。更に、方法は、第1のNトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第2のNトポロジー・スイッチをオフ状態を切り替えるステップ(図12のS6)を含む。これらの動作は、A_BUS又はB_BUSにクランプすることによる、反転モードからフリーホイール状態への任意の遷移に必要とされる。
【0080】
第3の実施の形態の第1の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、反転状態から、ノードU及びVがA_BUSにクランプされるゼロ状態に遷移する。第3の実施の形態のこの第1の変形形態では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのNトポロジー・スイッチAUNを切り替え、第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのNトポロジー・スイッチBUNを切り替える。
【0081】
第3の実施の形態の第2の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、反転状態から、ノードU及びVがB_BUSにクランプされるゼロ状態に遷移する。第3の実施の形態のこの第2の変形形態では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのNトポロジー・スイッチBVNを切り替え、第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのNトポロジー・スイッチAVNを切り替える。
【0082】
第3の実施の形態の第3の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、反転状態から、ノードU及びVがA_BUSにクランプされるゼロ状態に遷移する。第3の実施の形態のこの第3の変形形態では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのNトポロジー・スイッチAVNを切り替え、第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのNトポロジー・スイッチBVNを切り替える。
【0083】
第3の実施の形態の第4の変形形態では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、反転状態から、ノードU及びVがB_BUSにクランプされるゼロ状態に遷移する。第3の実施の形態のこの第4の変形形態では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのNトポロジー・スイッチBUNを切り替え、第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのNトポロジー・スイッチAUNを切り替える。
【0084】
第3の実施の形態の第5の変形形態では、更に、方法は、第2のNトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えてから第2の所定の時間後に、第1のPトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えるステップ(図12のS7)と、第1のPトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えてから第3の所定の時間後に、第2のPトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えるステップ(図12のS8)とを含む。第1、第2及び第3の所定の時間は等しい必要はない。しかし、最も一般的には、それらの時間は、制御装置1から発する制御信号によって規定されるので等しい。
【0085】
第3の実施の形態の第5の変形形態の第1の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、反転状態から、ノードU及びVがA_BUSにクランプされるゼロ状態に遷移する。第3の実施の形態の第5の変形形態のこの第1の実施例では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのNトポロジー・スイッチAUNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのNトポロジー・スイッチBUNを切り替える。第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのPトポロジー・スイッチAUPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのPトポロジー・スイッチBUPを切り替える。
【0086】
第3の実施の形態の第5の変形形態の第2の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して正であり、制御装置は、反転状態から、ノードU及びVがB_BUSにクランプされるゼロ状態に遷移する。第3の実施の形態の第5の変形形態のこの第2の実施例では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのNトポロジー・スイッチBVNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのNトポロジー・スイッチAVNを切り替える。第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのPトポロジー・スイッチBVPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのPトポロジー・スイッチAVPを切り替える。
【0087】
第3の実施の形態の第5の変形形態の第3の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、反転状態から、ノードU及びVがA_BUSにクランプされるゼロ状態に遷移する。第3の実施の形態の第5の変形形態のこの第3の実施例では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのNトポロジー・スイッチAVNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのNトポロジー・スイッチBVNを切り替える。第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第3のスイッチ対AVのPトポロジー・スイッチAVPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第4のスイッチ対BVのPトポロジー・スイッチBVPを切り替える。
【0088】
第3の実施の形態の第5の変形形態の第4の実施例では、第1のポートの第1のノードAでの電圧が第1のポートの第2のノードBでの電圧に関して負であり、制御装置は、反転状態から、ノードU及びVがB_BUSにクランプされるゼロ状態に遷移する。第3の実施の形態の第5の変形形態のこの第4の実施例では、第1のNトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのNトポロジー・スイッチBUNを切り替える。第2のNトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのNトポロジー・スイッチAUNを切り替える。第1のPトポロジー・スイッチの切替えが第2のスイッチ対BUのPトポロジー・スイッチBUPを切り替える。第2のPトポロジー・スイッチの切替えが第1のスイッチ対AUのPトポロジー・スイッチAUPを切り替える。
【0089】
本発明に係る制御装置の実施の形態においては、制御装置は、サイクロコンバータの各スイッチの各スイッチ要素(8個全て)に個別の制御信号を提供し、また、HFインバータの各スイッチの各スイッチ要素(4個全て)に個別の制御信号を提供するプロセッサである。また、プロセッサは電流センサHからの入力を含む。プロセッサはアナログ・プロセッサであってもよいが、典型的にはデジタル・プロセッサであり、プロセッサ・ユニットと、プログラム及びデータを格納するためのメモリと、入出力構造とを備える。メモリは2つのメモリ、すなわち、プログラムを格納するための読み出し専用メモリ(ROM)又はフラッシュ・メモリと、データを格納するためのスタティック又はダイナミック・ランダムアクセス(データ揮発性又はフラッシュ)・メモリとに分類される。入力構造は、センサHからのアナログ信号をプロセッサによって読み取られるデジタル・ワードに変換するためのアナログ/デジタル変換器(例えば、チップ上の単純で簡素なデュアルランプ又は任意の変換器)を備え得る。出力構造は、HFインバータ及びサイクロコンバータの状態を定義する12ビットを保持するために12ビット・レジスタを備えることができ、更に、HFインバータ及びサイクロコンバータに制御信号を送出するための適切な12個のドライバを備え得る。代わりに、制御装置1を構成する回路は、1組のドライバと、マイクロコンピュータ、通常のプロセッサ、特定用途向け集積回路(ASIC)又はディスクリート部品から形成される等価な回路とから構成され得る。制御装置は、単に、サイクロコンバータ7の8個の能動スイッチ要素及びHFインバータの4個の能動スイッチ要素をオン及びオフに切り替えるために制御信号を提供する逐次的な機械である。上述した第1、第2及び第3の所定の時間は、単に、マイクロプロセッサを駆動するクロックパルス間の期間であってよい。本発明に係る方法の例示の実施の形態は、制御装置で実行されるコンピュータ・プログラムに符号化される。
【0090】
本発明のコンピュータ読取り可能媒体の実施の形態においては、媒体は、制御装置のプロセッサを制御することが可能な論理モジュールを含む。上述したサイクロコンバータを使用する本発明に係る媒体の一般的な実施の形態では、媒体は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替える(図11のS1又は図12のS5)ようにプロセッサを制御するためのモジュールを含む。更に、媒体は、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替える(図11のS2又は図12のS6)ようにプロセッサを制御するためのモジュールを含む。この実施の形態では、図11に示されるように、第1のトポロジー型式はPトポロジーであり、第2のトポロジー型式はNトポロジーであり、又は、図12に示されるように、第1のトポロジー型式はNトポロジーであり、第2のトポロジー型式はPトポロジーである。
【0091】
上述したサイクロコンバータを使用する本発明に係る媒体の別の一般的な実施の形態では、媒体は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替える(図11のS1又は図12のS5)ようにプロセッサを制御するためのモジュールを含み、更に、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替える(図11のS2又は図12のS6)ようにプロセッサを制御するためのモジュールを含む。更に、媒体は、第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えてから第2の所定の時間後に、第2のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替える(図11のS3又は図12のS7)ようにプロセッサを制御するためのモジュールを含み、更に、媒体は、第2のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えてから第3の所定の時間後に、第2のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替える(図11のS4又は図12のS8)ようにプロセッサを制御するためのモジュールを含む。この実施の形態では、図11に示されるように、第1のトポロジー型式はPトポロジーであり、第2のトポロジー型式はNトポロジーであり、又は、図12に示されるように、第1のトポロジー型式はNトポロジーであり、第2のトポロジー型式はPトポロジーである。
【0092】
DC/ACサイクロコンバータに関する新規の制御方式の好ましい実施の形態(例示であって、限定を意図したものではない)を説明してきたが、留意されるように、上の教示に鑑みて当業者は修正及び変形を施すことができる。したがって、理解されるとおり、開示された本発明の特定の実施の形態において、特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内で変更を施すことができる。
【0093】
以上、特許法によって必要とされる細目及び詳細を伴って本発明を説明してきたが、特許請求され、特許証による保護を望まれる内容は、添付の特許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【0094】
【図1】本発明に従って制御される型式のDC/ACシステムを示す機能ブロック図である。
【図2】図1のHFインバータの概略図である。
【図3】図1のサイクロコンバータの概略図である。
【図4】A_BUSでの電圧がB_BUSでの電圧よりも大きいときの電力転送状態に関するスイッチのPトポロジー動作設定を示す、図3のサイクロコンバータの回路概略図である。
【図5】A_BUSでの電圧がB_BUSでの電圧よりも小さいときの電力転送状態に関するスイッチのPトポロジー動作設定を示す、図3のサイクロコンバータの回路概略図である。
【図6】A_BUSでの電圧がB_BUSでの電圧よりも大きいときの電力転送状態に関するスイッチのNトポロジー動作設定を示す、図3のサイクロコンバータの回路概略図である。
【図7】A_BUSでの電圧がB_BUSでの電圧よりも小さいときの電力転送状態に関するスイッチのNトポロジー動作設定を示す、図3のサイクロコンバータの回路概略図である。
【図8】フリーホイール状態に関するスイッチの1つの動作設定を示す、図3のサイクロコンバータの回路概略図である。
【図9】フリーホイール状態に関するスイッチの別の動作設定を示す、図3のサイクロコンバータの回路概略図である。
【図10】本発明に係る制御装置の実施の形態を示す流れ図である。
【図11】本発明に係る制御方式の方法の実施の形態を示す流れ図である。
【図12】本発明に係る制御方式の方法の別の実施の形態を示す流れ図である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1及び第2のノードを有する第1のポートと、第1及び第2のノードを有する第2のポートと、前記第1のポートの前記第1のノードと前記第2のポートの前記第1のノードとの間に結合された第1のスイッチ対と、前記第1のポートの前記第2のノードと前記第2のポートの前記第1のノードとの間に結合された第2のスイッチ対と、前記第1のポートの前記第1のノードと前記第2のポートの前記第2のノードとの間に結合された第3のスイッチ対と、前記第1のポートの前記第2のノードと前記第2のポートの前記第2のノードとの間に結合された第4のスイッチ対とを含み、それぞれの前記スイッチ対が、第1のトポロジー型式のスイッチと第2のトポロジー型式のスイッチとを直列接続で含むサイクロコンバータにおける方法であって、
出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、前記第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えるステップと、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチを前記オン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、前記第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるステップと、
を含む方法。
【請求項2】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式がPトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がNトポロジーであり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式がPトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がNトポロジーであり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式がPトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がNトポロジーであり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項1に記載の方法。
【請求項5】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式がPトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がNトポロジーであり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項1に記載の方法。
【請求項6】
更に、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチを前記オフ状態に切り替えてから第2の所定の時間後に、前記第2のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えるステップと、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチを前記オン状態に切り替えてから第3の所定の時間後に、前記第2のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるステップと、
を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式がPトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がNトポロジーであり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項6に記載の方法。
【請求項8】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式がPトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がNトポロジーであり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項6に記載の方法。
【請求項9】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式がPトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がNトポロジーであり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項6に記載の方法。
【請求項10】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式がPトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がNトポロジーであり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項6に記載の方法。
【請求項11】
前記第1のトポロジー型式がNトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がPトポロジーである、請求項1に記載の方法。
【請求項12】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項11に記載の方法。
【請求項13】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項11に記載の方法。
【請求項14】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項11に記載の方法。
【請求項15】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項11に記載の方法。
【請求項16】
前記第1のトポロジー型式がNトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がPトポロジーである、請求項6に記載の方法。
【請求項17】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対の前記Pトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対の前記Pトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項16に記載の方法。
【請求項18】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対の前記Pトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対の前記Pトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項16に記載の方法。
【請求項19】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対の前記Pトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対の前記Pトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項16に記載の方法。
【請求項20】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対の前記Pトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対の前記Pトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項16に記載の方法。
【請求項21】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項11に記載の方法。
【請求項22】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項11に記載の方法。
【請求項23】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項11に記載の方法。
【請求項24】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項11に記載の方法。
【請求項25】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項16に記載の方法。
【請求項26】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項16に記載の方法。
【請求項27】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項16に記載の方法。
【請求項28】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項16に記載の方法。
【請求項29】
サイクロコンバータを制御するようプロセッサを制御することが可能なモジュールを含むコンピュータ読取り可能媒体であって、
出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えるように前記プロセッサを制御するための第1のモジュールと、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチを前記オン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、前記第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるように前記プロセッサを制御するための第2のモジュールと、
を備えるコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項30】
前記第1のトポロジー型式がPトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がNトポロジーである、請求項29に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項31】
前記第1のトポロジー型式がNトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がPトポロジーである、請求項29に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項32】
更に、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチを前記オフ状態に切り替えてから第2の所定の時間後に、第2のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えるように前記プロセッサを制御するための第3のモジュールと、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチを前記オン状態に切り替えてから第3の所定の時間後に、前記第2のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるように前記プロセッサを制御するための第4のモジュールと、
を備える、請求項29に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項33】
前記第1のトポロジー型式がPトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がNトポロジーである、請求項32に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項34】
前記第1のトポロジー型式がNトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がPトポロジーである、請求項32に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項1】
第1及び第2のノードを有する第1のポートと、第1及び第2のノードを有する第2のポートと、前記第1のポートの前記第1のノードと前記第2のポートの前記第1のノードとの間に結合された第1のスイッチ対と、前記第1のポートの前記第2のノードと前記第2のポートの前記第1のノードとの間に結合された第2のスイッチ対と、前記第1のポートの前記第1のノードと前記第2のポートの前記第2のノードとの間に結合された第3のスイッチ対と、前記第1のポートの前記第2のノードと前記第2のポートの前記第2のノードとの間に結合された第4のスイッチ対とを含み、それぞれの前記スイッチ対が、第1のトポロジー型式のスイッチと第2のトポロジー型式のスイッチとを直列接続で含むサイクロコンバータにおける方法であって、
出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、前記第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えるステップと、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチを前記オン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、前記第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるステップと、
を含む方法。
【請求項2】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式がPトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がNトポロジーであり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式がPトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がNトポロジーであり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式がPトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がNトポロジーであり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項1に記載の方法。
【請求項5】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式がPトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がNトポロジーであり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項1に記載の方法。
【請求項6】
更に、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチを前記オフ状態に切り替えてから第2の所定の時間後に、前記第2のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えるステップと、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチを前記オン状態に切り替えてから第3の所定の時間後に、前記第2のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるステップと、
を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式がPトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がNトポロジーであり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項6に記載の方法。
【請求項8】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式がPトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がNトポロジーであり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項6に記載の方法。
【請求項9】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式がPトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がNトポロジーであり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項6に記載の方法。
【請求項10】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式がPトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がNトポロジーであり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項6に記載の方法。
【請求項11】
前記第1のトポロジー型式がNトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がPトポロジーである、請求項1に記載の方法。
【請求項12】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項11に記載の方法。
【請求項13】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項11に記載の方法。
【請求項14】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項11に記載の方法。
【請求項15】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項11に記載の方法。
【請求項16】
前記第1のトポロジー型式がNトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がPトポロジーである、請求項6に記載の方法。
【請求項17】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対の前記Pトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対の前記Pトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項16に記載の方法。
【請求項18】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対の前記Pトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対の前記Pトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項16に記載の方法。
【請求項19】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対の前記Pトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対の前記Pトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項16に記載の方法。
【請求項20】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対の前記Nトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対の前記Pトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対の前記Pトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項16に記載の方法。
【請求項21】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項11に記載の方法。
【請求項22】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項11に記載の方法。
【請求項23】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項11に記載の方法。
【請求項24】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項11に記載の方法。
【請求項25】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項16に記載の方法。
【請求項26】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して正であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項16に記載の方法。
【請求項27】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第3のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第4のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項16に記載の方法。
【請求項28】
前記第1のポートの前記第1のノードでの電圧が、前記第1のポートの前記第2のノードでの電圧に関して負であり、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のNトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチの切替えが、前記第2のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第2のトポロジー型式の前記第2のスイッチの切替えが、前記第1のスイッチ対のPトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項16に記載の方法。
【請求項29】
サイクロコンバータを制御するようプロセッサを制御することが可能なモジュールを含むコンピュータ読取り可能媒体であって、
出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第1のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えるように前記プロセッサを制御するための第1のモジュールと、
前記第1のトポロジー型式の前記第1のスイッチを前記オン状態に切り替えてから第1の所定の時間後に、前記第1のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるように前記プロセッサを制御するための第2のモジュールと、
を備えるコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項30】
前記第1のトポロジー型式がPトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がNトポロジーである、請求項29に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項31】
前記第1のトポロジー型式がNトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がPトポロジーである、請求項29に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項32】
更に、
前記第1のトポロジー型式の前記第2のスイッチを前記オフ状態に切り替えてから第2の所定の時間後に、第2のトポロジー型式の第1のスイッチをオン状態に切り替えるように前記プロセッサを制御するための第3のモジュールと、
前記第2のトポロジー型式の前記第1のスイッチを前記オン状態に切り替えてから第3の所定の時間後に、前記第2のトポロジー型式の第2のスイッチをオフ状態に切り替えるように前記プロセッサを制御するための第4のモジュールと、
を備える、請求項29に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項33】
前記第1のトポロジー型式がPトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がNトポロジーである、請求項32に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項34】
前記第1のトポロジー型式がNトポロジーであり、前記第2のトポロジー型式がPトポロジーである、請求項32に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2008−61496(P2008−61496A)
【公開日】平成20年3月13日(2008.3.13)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2007−222556(P2007−222556)
【出願日】平成19年8月29日(2007.8.29)
【出願人】(505212049)ジーエム・グローバル・テクノロジー・オペレーションズ・インコーポレーテッド (221)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年3月13日(2008.3.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−222556(P2007−222556)
【出願日】平成19年8月29日(2007.8.29)
【出願人】(505212049)ジーエム・グローバル・テクノロジー・オペレーションズ・インコーポレーテッド (221)
【Fターム(参考)】
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