特許 6263202 ＡＣ−ＡＣコンバータ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6263202

(24)【登録日】2017年12月22日

(45)【発行日】2018年1月17日

(54)【発明の名称】ＡＣ−ＡＣコンバータ装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/12 20060101AFI20180104BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/12 601B

   H02M7/12 S

【請求項の数】12

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-553044(P2015-553044)

(86)(22)【出願日】2014年1月7日

(65)【公表番号】特表2016-504010(P2016-504010A)

(43)【公表日】2016年2月8日

(86)【国際出願番号】EP2014050129

(87)【国際公開番号】WO2014114481

(87)【国際公開日】20140731

【審査請求日】2016年9月30日

(31)【優先権主張番号】1301189.5

(32)【優先日】2013年1月23日

(33)【優先権主張国】GB

(31)【優先権主張番号】61/755,791

(32)【優先日】2013年1月23日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】513105166

【氏名又は名称】エルテック アクティーゼルスカブ

(74)【代理人】

【識別番号】100077838

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 憲保

(74)【代理人】

【識別番号】100129023

【弁理士】

【氏名又は名称】佐々木 敬

(72)【発明者】

【氏名】ベックマン，ニルス

(72)【発明者】

【氏名】ロハス，ロベルト

【審査官】 麻生 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２８７２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２３１９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第０２４７５０９０（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＡＣ−ＡＣコンバータ装置（１）であって、
第１および第２のＡＣ入力端子（ＡＣ_ｉｎ１，ＡＣ_ｉｎ２）と；
第１および第２のＡＣ出力端子（ＡＣ_ｏｕｔ１，ＡＣ_ｏｕｔ２）と；
入力ノード（１１）、共通ノード（１２）、正ＤＣ端子（ＤＣＰ）、および負ＤＣ端子（ＤＣＮ）の間に接続された入力装置（Ｂ_ｉｎ）であって、前記入力ノート（１１）が第１の入力インダクタ（Ｌ_ｉｎ１）を介して前記第１のＡＣ入力端子（ＡＣ_ｉｎ１）に接続された、前記入力装置と；
出力ノード（１３）、前記正ＤＣ端子（ＤＣＰ）、および前記負ＤＣ端子（ＤＣＮ）の間に接続された出力装置（Ｂ_ｏｕｔ）であって、前記出力ノード（１３）が出力インダクタ（Ｌ_ｏｕｔ１）を介して前記第１のＡＣ出力端子（ＡＣ_ｏｕｔ１）に接続された、前記出力装置と；
前記共通ノード（１２）、前記正ＤＣ端子（ＤＣＰ）、および前記負ＤＣ端子（ＤＣＮ）の間に接続された共通装置（Ｂ_ｃ）であって、前記共通ノード（１２）が共通インダクタ（Ｌ_ｃ）を介して前記第２のＡＣ入力端子（ＡＣ_ｉｎ２）に接続された、前記共通装置と；
前記出力装置（Ｂ_ｏｕｔ）および前記共通装置（Ｂ_ｃ）のスイッチを制御するための制御装置と；
前記正ＤＣ端子（ＤＣＰ）と前記負ＤＣ端子（ＤＣＮ）との間に接続されたＤＣ装置（Ｃ_ｄｃ）と；を備え、
前記出力装置（Ｂ_ｏｕｔ）は、第１および第２の出力スイッチ（Ｓ_ｏｕｔ１，Ｓ_ｏｕｔ２）を有し、
前記共通装置（Ｂ_ｃ）は、第１および第２の共通スイッチ（Ｓ_ｃ１、Ｓ_ｃ２）を有し、
前記第２のＡＣ入力端子（ＡＣ_ｉｎ２）は、前記第２のＡＣ出力端子（ＡＣ_ｏｕｔ２）に接続されており、
前記入力装置（Ｂ_ｉｎ）は、第１および第２のダイオード（Ｄ_ｉｎ１，Ｄ_ｉｎ２）と、前記入力ノード（１１）と前記共通ノード（１２）との間に接続された双方向スイッチ（ＢＳ）とを有し、前記制御装置は、また、前記双方向スイッチ（ＢＳ）をも制御する、ＡＣ−ＡＣコンバータ装置。

【請求項2】

前記第１のダイオード（Ｄ_ｉｎ１）は、そのアノードが前記入力ノード（１１）に接続され、そのカソードが前記正ＤＣ端子（ＤＣＰ）に接続されており、前記第２のダイオード（Ｄ_ｉｎ２）は、そのアノードが前記負ＤＣ端子（ＤＣＮ）に接続され、そのカソードが前記入力ノード（１１）に接続されている、請求項１に記載のＡＣ−ＡＣコンバータ装置。

【請求項3】

前記双方向スイッチ（ＢＳ）は、第１のＢＳスイッチ（Ｓ１）と、スイッチダイオード（Ｄ_ＢＳ１，Ｄ_ＢＳ２，Ｄ_ＢＳ３，Ｄ_ＢＳ４）とを有する、請求項１または２に記載のＡＣ−ＡＣコンバータ装置。

【請求項4】

前記第１のＢＳスイッチ（Ｓ１）のソース端子（Ｓ_Ｓ１）は、第１のスイッチダイオード（Ｄ_ＢＳ１）のアノードと、第２のスイッチダイオード（Ｄ_ＢＳ２）のアノードとに接続されており、
前記第１のＢＳスイッチ（Ｓ１）のドレイン端子（Ｄ_Ｓ１）は、第３のスイッチダイオード（Ｄ_ＢＳ３）のカソードと、第４のスイッチダイオード（Ｄ_ＢＳ４）のカソードとに接続されており、
前記第１のスイッチダイオード（Ｄ_ＢＳ１）のカソードおよび前記第３のスイッチダイオード（Ｄ_ＢＳ３）のアノードは、前記入力ノード（１１）に接続されており、
前記第２のスイッチダイオード（Ｄ_ＢＳ２）のカソードおよび前記第４のスイッチダイオード（Ｄ_ＢＳ４）のアノードは、前記共通ノード（１２）に接続されており、
前記第１のＢＳスイッチ（Ｓ１）の制御端子（Ｇ_Ｓ１）は、前記制御装置に接続されている、請求項３に記載のＡＣ−ＡＣコンバータ装置。

【請求項5】

前記双方向スイッチ（ＢＳ）は、各々が前記制御装置に接続された制御端子（Ｇ_Ｓ１，Ｇ_Ｓ２）を有する、第１のＢＳスイッチ（Ｓ１）および第２のＢＳスイッチ（Ｓ２）を備える、請求項１または２に記載のＡＣ−ＡＣコンバータ装置。

【請求項6】

前記第１のＢＳスイッチ（Ｓ１）のドレイン端子（Ｄ_Ｓ１）は、前記入力ノード（１１）に接続されており、前記第２のＢＳスイッチ（Ｓ２）のドレイン端子（Ｄ_Ｓ２）は、前記共通ノード（１２）に接続されており、前記第１のＢＳスイッチ（Ｓ１）のソース端子（Ｓ_Ｓ１）は、前記第２のＢＳスイッチ（Ｓ２）のソース端子（Ｓ_Ｓ２）に接続されている、請求項５に記載のＡＣ−ＡＣコンバータ装置。

【請求項7】

前記第１のＢＳスイッチ（Ｓ１）のソース端子（Ｓ_Ｓ１）は、前記入力ノード（１１）に接続されており、前記第２のＢＳスイッチ（Ｓ２）のソース端子（Ｓ_Ｓ２）は、前記共通ノード（１２）に接続されており、前記第１のＢＳスイッチ（Ｓ１）のドレイン端子（Ｄ_Ｓ１）は、前記第２のＢＳスイッチ（Ｓ２）のドレイン端子（Ｄ_Ｓ２）に接続されている、請求項５に記載のＡＣ−ＡＣコンバータ装置。

【請求項8】

前記ＤＣ装置（Ｄ_ｄｃ）は、コンデンサまたはバッテリである、請求項１に記載のＡＣ−ＡＣコンバータ装置。

【請求項9】

前記ＤＣ装置は、付加ＤＣ源を有する、請求項８に記載のＡＣ−ＡＣコンバータ装置。

【請求項10】

前記共通スイッチ（Ｓ_ｃ１、Ｓ_ｃ２）は、ＭＯＳＦＥＴまたは逆並列ダイオードを持つＩＧＢＴである、請求項１に記載のＡＣ−ＡＣコンバータ装置。

【請求項11】

前記双方向スイッチ（ＢＳ）の前記第１のＢＳスイッチ（Ｓ１）は、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴである、請求項１に記載のＡＣ−ＡＣコンバータ装置。

【請求項12】

前記双方向スイッチ（ＢＳ）の前記第１および第２のＢＳスイッチ（Ｓ１，Ｓ２）は、ＭＯＳＦＥＴである、請求項３に記載のＡＣ−ＡＣコンバータ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＡＣ−ＡＣコンバータ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＡＣ−ＤＣ−ＡＣコンバータは、例えば、本線であるＡＣ入力電力を、負荷に供給される制御されたＡＣ出力電力に変換することによって、ラインコンディショニングするために使用される。負荷は、典型的には、重要なアプリケーション用のＩＴ装置のような、信頼のおけるＡＣ電圧および信頼のおける周波数を必要とする負荷である。ＤＣ電圧は、バッテリや他の型のエネルギー貯蔵から提供され得る。ＤＣ電圧は、また、太陽電池パネルや、適当なエネルギー変換モジュールを備えた風力発電機から発生され得る。ＡＣ入力は、実用ＡＣ線間電圧であってよく、その出力は任意のＡＣ負荷であってよい。

【0003】

ＡＣ−ＡＣコンバータは、典型的には、ＡＣ−ＤＣコンバータと、ＤＣ−ＡＣコンバータとから成る。これら２つのコンバータは、ＤＣ電圧によって互いに連結され、そのＤＣ電圧は、フィルタがかけられ、大量のキャパシタンスや任意の与えられたエネルギー蓄積装置によって線周期上に一定に保持される。ＤＣ電圧は、線間電圧の正および負の半サイクルの最大ピーク値よりも大きくすることが必要である。ＵＰＳ応用において、ニュートラル線が負荷と線間電圧に対して共通で、負荷電圧が線間電圧と同相であることが、おそらく必要である。一つの例は、“Space vector Modulation for Single Phase On-Line Three-Leg USP”, Pinheiro et al, 2000 IEEE（非特許文献１）に示されている。これを達成するための一つの技術は、線間電圧の正半周期の間、中間ＤＣ電圧の負分岐をニュートラルに接続し、線間電圧の負半周期の間、中間ＤＣ電圧の正分岐をニュートラルに接続する、ハーフブリッジ構成に接続された一対の回線周波数整流スイッチを持つことである。入力ＡＣ／ＤＣコンバータは、入力電流を正弦波に、かつ、ＤＣ電圧を一定に制御している間、線間入力ＡＣ電圧を高いＤＣ電圧に上げる、ブーストレギュレータのように動作する。出力ＤＣ／ＡＣコンバータは、出力ＡＣ電圧を正弦波に、且つ、入力電圧と同相となるように制御する、ステップダウンレギュレータのように動作する。典型的な３脚単相ＵＰＳ構成が図１に示されている。脚は、破線ボックスＢ_ｉｎ、Ｂ_ｏｕｔ、Ｂ_ｃによって示されている。

【0004】

しかしながら、中心ハーフブリッジＢ_ｃの中心脚ＣＬが、入／出力整流ステージ（ボックスＢ_ｉｎ）と出力コンバータステージ（ボックスＢ_ｏｕｔ）に対して共通であるので、この型の回路に対して著しい欠点がある。中心脚に接続されたスイッチを制御するタイミングは、非常に高い精度で実行される必要がある。何故なら、線間電圧と負荷電圧との間で許容され得る位相シフトがないからである。

【0005】

図２に示された従来技術のＡＣ−ＡＣコンバータ装置は、“A study of the High Performance Single Phase UPS”, Tamotsu Ninomiya et al, 0-7803-4489-8/98 IEEE（非特許文献２）から知られている。図２は、完全に切り離された、入力ステージ（ボックスＢ_ｉｎ１、Ｂ_ｉｎ２）と出力ステージ（ボックスＢ_ｏｕｔ１、Ｂ_ｏｕｔ２）とを持つ４脚コンバータを示している。

【0006】

図３は、線と負荷がニュートラルに接続された、すなわち、第２のＡＣ入力端子ＡＣ_ｉｎ２が第２のＡＣ出力端子ＡＣ_ｏｕｔ２に接続された、４脚ＡＣ−ＤＣ−ＡＣコンバータを示している。この回路は、４脚と４インダクタを持ち、むしろ複雑である。

【0007】

図４は、図３の４脚が３脚と３つのインダクタに減少され、ある規制を持つＡＣ入力に関して、ＡＣ−出力の独立制御の能力を維持する、回路を示す。図１のように、１つのハーフブリッジ脚Ｂ_ｃが入力／出力ステージに対して共通である。ここで、１つのハーフブリッジＢ_ｉｎは、入力インダクタＬ_ｉｎ１を介して第１のＡＣ入力端子ＡＣ_ｉｎ１に接続され、別のハーフブリッジＢ_ｏｕｔは、出力インダクタＬ_ｏｕｔ１を介して第１のＡＣ出力端子ＡＣ_ｏｕｔ１に接続され、共通ハーフブリッジＢ_ｃは、共通インダクタＬ_ｃを介して第２のＡＣ入力端子ＡＣ_ｉｎ２に接続されている。図４に示されるように、第２のＡＣ入力端子ＡＣ_ｉｎ２は、直接、第２のＡＣ出力端子ＡＣ_ｏｕｔ２に接続され、そして、それ故、共通ハーフブリッジＢ_ｃは、また、共通インダクタＬ_ｃを介して第２のＡＣ入力端子ＡＣ_ｉｎ２に接続されている。スイッチが、正電圧をブロックできるように、かつ、負電流を導通できるようにするために必要である。したがって、ＭＯＳＦＥＴが望ましい特性を持つので適している。何故なら、図５を参照して、負方向への電流を導通できる、寄生ボディドレインダイオードがあるからである。

【0008】

高い周波数でスイッチングするハーフブリッジ構成における２つのＭＯＳＦＥＴスイッチの組み合わせを持つ不利益は、遅いボディドレインダイオードの回復からくる、過度のスイッチング損失である。この問題を解決し、高い周波数スイッチングを可能とし、高効率で組み合わせにおける高い周波数スイッチングからの全ての利益を得るために、ボディドレインダイオードが導通するのを防止して、電流が他のブランチに流れる（フリーホイールする）のを可能にすることである。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】“Space vector Modulation for Single Phase On-Line Three-Leg USP”, Pinheiro et al, 2000 IEEE

【非特許文献2】“A study of the High Performance Single Phase UPS”, Tamotsu Ninomiya et al, 0-7803-4489-8/98 IEEE

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明の目的は、高効率を達成し、かつ、線間入力電圧と負荷出力電圧との間の位相シフトを許容する回路を持つ利点を維持する、ＡＣ−ＡＣコンバータ装置を提供することにある。本発明の他の目的は、減少した損失で従って高効率のＡＣ−ＡＣコンバータ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、ＡＣ−ＡＣコンバータ装置に関し、それは、
第１および第２のＡＣ入力端子と；
第１および第２のＡＣ出力端子と；
入力ノード、共通ノード、正ＤＣ端子、および負ＤＣ端子の間に接続された入力装置であって、前記入力ノートが第１の入力インダクタを介して前記第１のＡＣ入力端子に接続された、前記入力装置と；
出力ノード、前記正ＤＣ端子、および前記負ＤＣ端子の間に接続された出力装置であって、前記出力ノードが出力インダクタを介して前記第１のＡＣ出力端子に接続された、前記出力装置と；
前記共通ノード、前記正ＤＣ端子、および前記負ＤＣ端子の間に接続された共通装置であって、前記共通ノードが共通インダクタを介して前記第２のＡＣ入力端子に接続された、前記共通装置と；
前記出力装置および前記共通装置のスイッチを制御する制御装置と；
前記正ＤＣ端子と前記負ＤＣ端子との間に接続されたＤＣ装置と；を備え、
前記出力装置は、第１および第２の出力スイッチを有し、
前記共通装置は、第１および第２の共通スイッチを有し、
前記第２のＡＣ入力端子は、前記第２のＡＣ出力端子に接続されており、
前記入力装置は、第１および第２のダイオードと、前記入力ノードと前記共通ノードとの間に接続された双方向スイッチとを有し、前記制御装置は、また、前記双方向スイッチをも制御する。

【0012】

１つの態様において、前記第１のダイオードは、そのアノードが前記入力ノードに接続され、そのカソードが前記正ＤＣ端子に接続されており、前記第２のダイオードは、そのアノードが前記負ＤＣ端子に接続され、そのカソードが前記入力ノードに接続されている。

【0013】

１つの態様において、前記双方向スイッチは、第１のＢＳスイッチと、スイッチダイオード（Ｄ_ＢＳ１、Ｄ_ＢＳ２、Ｄ_ＢＳ３、Ｄ_ＢＳ４）とを有する。ここで、前記第１のＢＳスイッチのソース端子は、第１のスイッチダイオードのアノードと、第２のスイッチダイオードのアノードとに接続されており；前記第１のＢＳスイッチのドレイン端子は、第３のスイッチダイオードのカソードと、第４のスイッチダイオードのカソードとに接続されており；前記第１のスイッチダイオードのカソードおよび前記第３のスイッチダイオードのアノードは、前記入力ノードに接続されており；前記第２のスイッチダイオードのカソードおよび前記第４のスイッチダイオードのアノードは、前記共通ノードに接続されており；前記第１のＢＳスイッチの制御端子は、前記制御装置に接続されている。

【0014】

１つの態様において、前記双方向スイッチは、各々が前記制御装置に接続された制御端子を有する、第１のＢＳスイッチおよび第２のＢＳスイッチを備える。

【0015】

１つの態様において、前記第１のＢＳスイッチのドレイン端子は、前記入力ノードに接続されており、前記第２のＢＳスイッチのドレイン端子は、前記共通ノードに接続されており、前記第１のＢＳスイッチのソース端子は、前記第２のＢＳスイッチのソース端子に接続されている。

【0016】

１つの態様において、前記第１のＢＳスイッチのソース端子は、前記入力ノードに接続されており、前記第２のＢＳスイッチのソース端子は、前記共通ノードに接続されており、前記第１のＢＳスイッチのドレイン端子は、前記第２のＢＳスイッチのドレイン端子に接続されている。

【0017】

１つの態様において、前記ＤＣ装置は、コンデンサまたはバッテリである。さらに、前記ＤＣ装置は、付加ＤＣ源を有してよい。

【0018】

１つの態様において、前記共通スイッチは、ＭＯＳＦＥＴまたは逆並列ダイオードを持つＩＧＢＴである。１つの態様において、前記双方向スイッチの前記第１のＢＳスイッチは、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴである。１つの態様において、前記双方向スイッチの前記第１および第２のＢＳスイッチは、ＭＯＳＦＥＴである。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】従来技術のＡＣ−ＡＣコンバータ装置を示す図である。

【図2】従来技術のＡＣ−ＡＣコンバータ装置を示す図である。

【図3】従来技術のＡＣ−ＡＣコンバータ装置を示す図である。

【図4】従来技術のＡＣ−ＡＣコンバータ装置を示す図である。

【図5】従来技術のＡＣ−ＡＣコンバータ装置を示す図である。

【図6】ＡＣ−ＡＣコンバータ装置の第１の実施形態を示す図である。

【図7】ＡＣ−ＡＣコンバータ装置の第２の実施形態を示す図である。

【図8a】図２ｂの双方向スイッチの拡大図である。

【図8b】双方向スイッチの代替実施形態の拡大図である。

【図8c】双方向スイッチの更なる代替実施形態の拡大図である。

【図9】図７の回路のシミュレーション用のＰＳＰＩＣＥにおいて使用されるシミュレーションモデルを示す図である。

【図10】ａ）〜ｅ）はシミュレーションからの波形を示す図である。

【図11】回路のインダクタを通過するシミュレートした電流を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

さて図６を参照すると、ＡＣ−ＡＣコンバータ装置１を図示している。ＡＣ−ＡＣコンバータ装置１は、第１および第２のＡＣ入力端子ＡＣ_ｉｎ１，ＡＣ_ｉｎ２と、第１および第２のＡＣ出力端子ＡＣ_ｏｕｔ１，ＡＣ_ｏｕｔ２とを備える。

【0021】

図６において、入力装置Ｂ_ｉｎ、出力装置Ｂ_ｏｕｔ、および共通装置Ｂ_ｃを示している、３つの破線ボックスがある。

【0022】

入力装置Ｂ_ｉｎは、入力ノード１１、共通ノード１２、正ＤＣ端子ＤＣＰ、および負ＤＣ端子ＤＣＮの間に接続されている。入力ノード１１は、第１の入力インダクタＬ_ｉｎ１を介して第１のＡＣ入力端子ＡＣ_ｉｎ１に接続されている。

【0023】

最初に、出力装置Ｂ_ｏｕｔおよび共通装置Ｂ_ｃについて詳細に説明する。

【0024】

出力装置Ｂ_ｏｕｔは、出力ノード１３、正ＤＣ端子ＤＣＰ、および負ＤＣ端子ＤＣＮの間に接続されている。出力ノード１３は、出力インダクタＬ_ｏｕｔ１を介して第１のＡＣ出力端子ＡＣ_ｏｕｔ１に接続されている。出力装置Ｂ_ｏｕｔは、第１および第２の出力スイッチＳ_ｏｕｔ１、Ｓ_ｏｕｔ２を有する。第１の出力スイッチＳ_ｏｕｔ１は、出力ノード１３と正ＤＣ端子ＤＣＰとの間に接続されており、第２の出力スイッチＳ_ｏｕｔ２は、負ＤＣ端子ＤＣＮと出力ノード１３との間に接続されている。図７において、第１の出力スイッチＳ_ｏｕｔ１のソース端子は、出力ノード１３に接続されており、第１の出力スイッチＳ_ｏｕｔ１のドレイン端子は、正ＤＣ端子ＤＣＰに接続されている。さらに、第２の出力スイッチＳ_ｏｕｔ２のソース端子は、負ＤＣ端子ＤＣＮに接続されており、第２の出力スイッチＳ_ｏｕｔ２のドレイン端子は、出力端子１３に接続されている。

【0025】

共通装置Ｂ_ｃは、共通ノード１２、正ＤＣ端子ＤＣＰ、および負ＤＣ端子ＤＣＮの間に接続されている。共通装置Ｂ_ｃは、共通インダクタＬ_ｃを介して第２のＡＣ入力端子ＡＣ_ｉｎ２に接続されている。

【0026】

第２のＡＣ入力端子ＡＣ_ｉｎ２が、直接、第２のＡＣ出力端子ＡＣ_ｏｕｔ２に接続されていることに注意されたい。このゆえ、共通ノード１２は、また、共通インダクタＬ_ｃを介して第２のＡＣ出力端子ＡＣ_ｏｕｔ２に接続されており、それによって、ボックスＢ_ｃ側の構成要素を、装置１の入力側および出力側の両方に対して「共通」にさせている。

【0027】

共通装置Ｂ_ｃは、第１および第２の共通スイッチＳ_ｃ１、Ｓ_ｃ２を有する。第１の共通スイッチＳ_ｃ１は、共通ノード１２と正ＤＣ端子ＤＣＰとの間に接続されており、第２の共通スイッチＳ_ｃ２は、負ＤＣ端子ＤＣＮと共通ノード１２との間に接続されている。

【0028】

図７において、第１の共通スイッチＳ_ｃ１のソース端子は、共通ノード１２に接続されており、第１の共通スイッチＳ_ｃ２のドレイン端子は、正ＤＣ端子ＤＣＰに接続されている。さらに、第２の共通スイッチＳ_ｃ２のソース端子は、負ＤＣ端子に接続されており、第２の共通スイッチＳ_ｃ２のドレイン端子は、共通ノードに接続されている。

【0029】

次に、入力装置Ｂ_ｉｎについて詳細に説明する。入力装置Ｂ_ｉｎは、第１および第２のダイオードＤ_ｉｎ１、Ｄ_ｉｎ２と、双方向スイッチＢＳとを有する。双方向スイッチＢＳは、入力ノード１１と共通ノード１２との間に接続されている。第１のダイオードＤ_ｉｎ１は、そのアノードが入力ノード１１に接続され、そのカソードが正ＤＣ端子ＤＣＰに接続されている。第２のダイオードＤ_ｉｎ２は、そのアノードが負ＤＣ端子ＤＣＮに接続され、そのカソードが入力ノード１１に接続されている。好ましくは、第１および第２のダイオードＤ_ｉｎ１、Ｄ_ｉｎ２は、炭化ケイ素ダイオードのような、急速回復ダイオードである。

【0030】

装置１は、更に、出力装置Ｂ_ｏｕｔおよび共通装置Ｂ_ｃのスイッチの制御するための制御装置を備える。このゆえ、第１および第２の出力スイッチＳ_ｏｕｔ１、Ｓ_ｏｕｔ２のゲート端子は制御装置に接続されており、第１および第２の共通スイッチＳ_ｃ１、Ｓ_ｃ２のゲート端子は制御装置に接続されている。制御装置は、また、双方向スイッチＢＳをも制御する。

【0031】

装置１は、さらに、正ＤＣ端子ＤＣＰと負ＤＣ端子ＤＣＮとの間に接続されたＤＣ装置Ｃ_ｄｃを備える。ＤＣ装置Ｃ_ｄｃは、コンデンサ又はバッテリであってよい。ＤＣ装置は、また、付加ＤＣ源を有してよい。

【0032】

次に、双方向スイッチＢＳの代替品について説明する。図７および図８ａに示される第１の実施形態において、双方向スイッチＢＳは、第１のＢＳスイッチＳ１と第２のＢＳスイッチＳ２とから成り、それらの各々は、制御装置に接続された制御端子Ｇ_Ｓ１、Ｇ_Ｓ２を有する。第１のＢＳスイッチＳ１のドレイン端子Ｄ_Ｓ１は、入力ノード１１に接続されており、第２のＢＳスイッチＳ２のドレイン端子Ｄ_Ｓ２は、共通のノード１２に接続されており、第１のＢＳスイッチＳ１のソース端子Ｓ_Ｓ１は、第２のＢＳスイッチＳ２のソース端子Ｓ_Ｓ２に接続されている。

【0033】

図８ｂに示される第２の実施形態において、双方向スイッチＢＳは、また、第１のＢＳスイッチＳ１と第２のＢＳスイッチＳ２とから成る。ここで、第１のＢＳスイッチＳ１のソース端子Ｓ_Ｓ１は、入力ノード１１に接続されており、第２のＢＳスイッチＳ２のソース端子Ｓ_Ｓ２は、共通ノード１２に接続されており、第１のＢＳスイッチＳ１のドレイン端子Ｄ_Ｓ１は、第２のＢＳスイッチＳ２のドレイン端子Ｄ_Ｓ２に接続されている。

【0034】

図８ｃに示される第３の実施形態において、双方向スイッチＢＳは、第１のＢＳスイッチＳ１と、スイッチダイオードＤ_ＢＳ１、Ｄ_ＢＳ２、Ｄ_ＢＳ３、Ｄ_ＢＳ４とから成る。ここで、第１のＢＳスイッチＳ１のソース端子Ｓ_Ｓ１は、第１のスイッチダイオードＤ_ＢＳ１のアノードと、第２のスイッチダイオードＤ_ＢＳ２のアノードとに接続されている。第１のＢＳスイッチＳ１のドレイン端子Ｄ_Ｓ１は、第３のスイッチダイオードＤ_ＢＳ３のカソードと、第４のスイッチダイオードＤ_ＢＳ４のカソードとに接続されている。第１のスイッチダイオードＤ_ＢＳ１のカソードと第３のスイッチダイオードＤ_ＢＳ３のアノードとは、入力ノード１１に接続されている。第２のスイッチダイオードＤ_ＢＳ２のカソードと第４のスイッチダイオードＤ_ＢＳ４のアノードとは、共通ノード１２に接続されている。第１のＢＳスイッチＳ１の制御端子Ｇ_Ｓ１は、制御装置に接続されている。

【0035】

上記説明において、共通スイッチＳ_ｃ１、Ｓ_ｃ２および出力スイッチＳ_ｏｕｔ１、Ｓ_ｏｕｔ２は、ＭＯＳＦＥＴスイッチまたは逆並列ダイオードを持つＩＧＢＴスイッチである。好ましくは、スイッチは、炭化ケイ素ＭＯＳＦＥＴまたは窒化ガリウムＭＯＳＦＥＴである。図８ｃにおいて、また、双方向スイッチＢＳの第１のＢＳスイッチＳ１は、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴである。図８ａおよび図８ｂにおいて、また、双方向スイッチＢＳの第１および第２のＢＳスイッチＳ１、Ｓ２は、ＭＯＳＦＥＴスイッチである。

【0036】

図６および図７のＡＣ／ＡＣコンバータ装置は、図５におけるコンバータ装置の３つのハーフブリッジ脚の一つを、双方向スイッチと２つのダイオードとに取り換えることができることを示している。入力ブーストコンバータＢ_ｉｎは、双方向スイッチＢＳをオフしたときに、電流をフリーホイールするための分離したダイオードＤ１およびＤ２を利用するので、ＭＯＳＦＥＴ内の内部ボディドレインダイオードが用いられておらず、従って、遅いボディドレインダイオードにおける逆回復損失の問題が解消される。代わりに、急速回復ダイオード又は炭化ケイ素ダイオード、すなわち、たとえ少しはあるとしても、非常に小さい逆回復損失を呈する、第１および第２のダイオードＤ１およびＤ２を使用することができる。それゆえ、ドラスチックに減少した効率から悪化することなしに、入力ブーストコンバータＢ_ｉｎのスイッチング周波数を引き上げることができる。このゆえ、効率的なコンバータ装置が実現され、同時に、小さいフィルタ構成要素のような、高いスイッチング周波数で起こる利点、入力インダクタＬ１におけるより少ないリップルの全てがまた実現される。

【0037】

図１０ａ）〜ｃ）において、図９のスイッチ用の制御信号が示されている。図１０ｄ）において、インダクタＬ_ｉｎ１およびＬ_ｏｕｔ１のリップル電流が示され、図１０ｅ）において、共通インダクタＬ_ｃのリップル電流が示されている。リップル電流は、制御信号の周波数と比べて、２倍の周波数を示している。このゆえ、リップル電流は、制御信号の同期によって減少され、そのため、インダクタがスイッチングリップルの２倍に見える、ことが分かる。

【0038】

図１１において、共通インダクタＬｃは、回線周波数構成要素の取り消しを与えることを示している。

【符号の説明】

【0039】

１ Ｃ−ＡＣコンバータ装置
１１ 入力ノード
１２ 共通ノード
１３ 出力ノード
ＡＣ_ｉｎ１ 第１のＡＣ入力端子
ＡＣ_ｉｎ２ 第２のＡＣ入力端子
ＡＣ_ｏｕｔ１ 第１のＡＣ出力端子
ＡＣ_ｏｕｔ２ 第２のＡＣ出力端子
Ｂ_ｉｎ 入力装置
Ｂ_ｏｕｔ 出力装置
Ｂ_ｃ 共通装置
Ｃ_ｄｃ ＤＣ装置
ＤＣＰ 正ＤＣ端子
ＤＣＮ 負ＤＣ端子
Ｌ_ｉｎ１ 第１の入力インダクタ
Ｌ_ｏｕｔ１ 出力インダクタ
Ｌ_ｃ 共通インダクタ
Ｓ_ｏｕｔ１ 第１の出力スイッチ
Ｓ_ｏｕｔ２ 第２の出力スイッチ
Ｓ_ｃ１ 第１の共通スイッチ
Ｓ_ｃ２ 第２の共通スイッチ
Ｓ１ 第１のＢＳスイッチ
Ｓ２ 第２のＢＳスイッチ
Ｄ_ＢＳ１ 第１のスイッチダイオード
Ｄ_ＢＳ２ 第２のスイッチダイオード
Ｄ_ＢＳ３ 第３のスイッチダイオード
Ｄ_ＢＳ４ 第４のスイッチダイオード
Ｇ_Ｓ１ 制御端子
Ｇ_Ｓ２ 制御端子
Ｄ_ｉｎ１ 第１のダイオード
Ｄ_ｉｎ２ 第２のダイオード
ＢＳ 双方向スイッチ
Ｓ_Ｓ１ ソース端子
Ｓ_Ｓ２ ソース端子
Ｄ_Ｓ１ ドレイン端子
Ｄ_Ｓ２ ドレイン端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8a】

【図8b】

【図8c】

【図9】

【図10】

【図11】