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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024137762
(43)【公開日】2024-10-07
(54)【発明の名称】モータドライブ用ＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ
(51)【国際特許分類】
H02M 7/12 20060101AFI20240927BHJP
H02M 7/483 20070101ALI20240927BHJP
【ＦＩ】
H02M7/12 M
H02M7/483
【審査請求】未請求
【請求項の数】30
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024030879
(22)【出願日】2024-03-01
(31)【優先権主張番号】18/188,725
(32)【優先日】2023-03-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】513132966
【氏名又は名称】ジーイー エナジー パワー コンバージョン テクノロジー リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＧＥ Ｅｎｅｒｇｙ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｈｏｕｓｔｏｎ Ｗａｙ， Ｏｆｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｒｉｖｅ， Ｒｕｇｂｙ， Ｗａｒｗｉｃｋｓｈｉｒｅ， ＣＶ２１ １ＢＤ
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(74)【代理人】
【識別番号】100129779
【弁理士】
【氏名又は名称】黒川 俊久
(72)【発明者】
【氏名】ツィ・ヂォゥ
(72)【発明者】
【氏名】デュロ・ベーシック
【テーマコード（参考）】
5H006
5H770
【Ｆターム（参考）】
5H006BB05
5H006CA01
5H006CA02
5H006CA07
5H006DA04
5H006DB01
5H006DC05
5H770BA01
5H770CA02
5H770DA03
5H770DA32
5H770FA01
5H770JA10X
(57)【要約】
【課題】モータドライブ用ＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータを提供する。
【解決手段】 電源から電動モータに電力を供給するためのＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータを紹介する。ＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータは、ＤＣリンクを介して接続されたフロントエンドコンバータとモータエンドコンバータから構成され、ＤＣリンク電圧はフロントエンドコンバータによって生成および制御される。
【選択図】図３
【解決手段】 電源から電動モータに電力を供給するためのＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータを紹介する。ＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータは、ＤＣリンクを介して接続されたフロントエンドコンバータとモータエンドコンバータから構成され、ＤＣリンク電圧はフロントエンドコンバータによって生成および制御される。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電源から電動モータに電力を供給するためのＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータであって、ＤＣリンクを介して接続されたフロントエンドコンバータとモータエンドコンバータとを含み、前記フロントエンドコンバータはＤＣリンク電圧が一定になるように動作する、ＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項2】
前記フロントエンドコンバータはハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器であり、前記モータエンドコンバータはハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータまたはモジュラーマルチレベルコンバータである、請求項１に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項3】
前記ハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器は、少なくとも１つのレッグを含み、各レッグは、ＡＣ接続および３つのＤＣ接続に接続され、各レッグは、複数のダイオードのうちの少なくとも４つのダイオードと、２つのブランチとを含み、前記第１のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含み、前記第１のブランチは、第１のサブモジュールによって第１のダイオードアノードおよび第２のダイオードカソードに接続され、かつ前記ＡＣ接続に接続され、前記第２のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含み、前記第２のブランチは、第１のサブモジュールによって第３のダイオードアノードおよび第４のダイオードカソードに接続され、かつ前記ＡＣ接続に接続され、前記第１のダイオードカソードは前記第１のＤＣ接続に接続され、前記第２のダイオードアノードおよび前記第３のダイオードカソードは前記第２のＤＣ接続に接続され、前記第４のダイオードアノードは前記第３のＤＣ接続に接続される、請求項２に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項4】
前記ハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器は、少なくとも１つのレッグを含み、各レッグは、ＡＣ接続および３つのＤＣ接続に接続され、各レッグは、複数のダイオードのうちの少なくとも４つのダイオードと、２つのブランチとを含み、各ブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含み、前記ＡＣ接続は、第１のダイオードアノードおよび第２のダイオードカソードに接続され、前記第１のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含み、前記第１のブランチは、サブモジュールによって第１のダイオードカソードと第３のダイオードアノードに接続され、前記第２のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含み、前記第２のブランチは、サブモジュールによって第２のダイオードアノードと第４のダイオードカソードに接続され、前記第３のダイオードカソードは前記第１のＤＣ接続に接続され、前記第１のブランチと前記第２のブランチは前記第２のＤＣ接続に接続され、前記第４のダイオードアノードは前記第３のＤＣ接続に接続される、請求項２に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項5】
前記ハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器は、少なくとも１つのレッグを含み、各レッグは、ＡＣ接続および３つのＤＣ接続に接続され、各レッグは、複数のダイオードのうちの少なくとも４つのダイオードと２つのブランチとを含み、各ブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含み、前記ＡＣ接続は、第１のダイオードのアノードおよび第２のダイオードのカソードに接続され、前記第１のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含み、前記第１のブランチは、サブモジュールによって前記第１のＤＣ接続に接続され、前記第１のダイオードと前記第３のダイオードの前記カソードに接続され、前記第２のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含み、前記第２のブランチは、サブモジュールによって前記第３のＤＣ接続に接続され、かつ前記第２のダイオードと第４のダイオードのアノードに接続され、前記第３のダイオードアノードと前記第４のダイオードカソードは、前記第２のＤＣ接続に接続される、請求項２に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項6】
各ブランチは、一端がそれぞれの前記ブランチの前記サブモジュールと直列に接続され、他端が前記ＡＣ接続、前記第２のＤＣ接続、および前記ブランチがそれぞれ接続される前記ダイオードに接続されるインダクタを含む、請求項３に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項7】
前記ハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータは、少なくとも１つのレッグを含み、各レッグは、ＡＣ接続および３つのＤＣ接続に接続され、各レッグは、直列に接続された複数の制御可能スイッチのうちの少なくとも４つの制御可能スイッチと２つのブランチとを含み、第１の制御可能スイッチの第１の端部は第１のＤＣ接続に接続され、第２の制御可能スイッチの第１の端部は前記第１の制御可能スイッチの第２の端部に接続され、前記第２の制御可能スイッチの前記第２の端部は前記第２のＤＣ接続に接続され、第３の制御可能スイッチの第１の端部は前記第２の制御可能スイッチの第２の端部および前記第２のＤＣ接続に接続され、第４の制御可能スイッチの第１の端部は前記第３の制御可能スイッチの第２の端部に接続され、前記第４の制御可能スイッチの第２の端部は前記第３のＤＣ接続に接続され、前記第１のブランチは、直列接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含み、前記第１のブランチは、第１のサブモジュール（ＳＭ）によって、前記第１の制御可能スイッチの第２の端部および前記第２の制御可能スイッチの第１の端部に接続され、前記第１のブランチは、前記ＡＣ接続に接続され、前記第２のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含み、前記第２のブランチは、第１のサブモジュールによって、前記第３の制御可能スイッチの第２の端部および前記第４の制御可能スイッチの第１の端部に接続され、前記第２のブランチは、前記ＡＣ接続に接続される、請求項２に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項8】
前記ハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータは、少なくとも１つのレッグを含み、各レッグは、ＡＣ接続と３つのＤＣ接続とに接続され、各レッグは、逆極性で直列に接続された複数の制御可能スイッチの組のうちの少なくとも制御可能スイッチの２つ組と、直列に接続された複数の制御可能スイッチのうちの少なくとも２つの制御可能スイッチとを含み、制御可能スイッチの前記第１の組の第１の制御可能スイッチの第１の端部は、第１のＤＣ接続に接続され、制御可能スイッチの前記第１の組の第２の制御可能スイッチの第２の端部は制御可能スイッチの前記第１の組の前記第１の制御可能スイッチの前記第２の端部に接続され、第３の制御可能スイッチの第１の端部は制御可能スイッチの前記第１の組の前記第２の制御可能スイッチの前記第１の端部に接続され、前記第３の制御可能スイッチの前記第２の端部は、前記ＡＣ接続に接続され、制御可能スイッチの前記第２の組の第４の制御可能スイッチの第１の端部は、第３のＤＣ接続に接続され、前記制御可能スイッチの前記第２の組の第５の制御可能スイッチの第２の端部は前記制御可能スイッチの前記第２の組の前記第４の制御可能スイッチの第２の端部に接続され、第６の制御可能スイッチの第２の端部は前記制御可能スイッチの前記第２の組の前記第５の制御可能スイッチの前記第１の端部に接続され、前記第６の制御可能スイッチの第１の端部は、前記ＡＣ接続に接続され、前記第１のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含み、前記第１のブランチは、第１のサブモジュールによって、制御可能スイッチの前記第１の組の前記第２の制御可能スイッチの前記第１の端部および前記第３の制御可能スイッチの前記第１の端部に接続され、前記第１のブランチは、前記第２のＤＣ接続に接続され、前記第２のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含み、前記第２のブランチは、第１のサブモジュールによって、制御可能スイッチの前記第２の組の前記第５の制御可能スイッチの前記第１の端部および前記第６の制御可能スイッチの前記第２の端部に接続され、前記第２のブランチは、前記第２のＤＣ接続に接続される、請求項２に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項9】
前記ハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータは、少なくとも１つのレッグを含み、各レッグは、ＡＣ接続および３つのＤＣ接続に接続され、各レッグは、直列に接続された複数のスイッチのうちの少なくとも４つの制御可能スイッチと２つのブランチとを含み、第１のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含み、前記第１のブランチは、前記第１のＤＣ接続に接続され、前記第１のブランチの第１のサブモジュールは、第１の制御可能スイッチの第１の端部および第３の制御可能スイッチの第１の端部に接続され、第２のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含み、前記第２のブランチは、前記第３のＤＣ接続に接続され、記第２のブランチの第１のサブモジュールは、前記第２の制御可能スイッチの前記第２の端部および前記第４の制御可能スイッチの前記第２の端部に接続され、前記第１の制御可能スイッチの前記第２の端部および前記第２の制御可能スイッチの前記第１の端部は、前記第２のＤＣ接続に接続され、前記第３の制御可能スイッチの前記第２の端部および前記第４の制御可能スイッチの前記第１の端部は、前記ＡＣ接続に接続される、請求項２に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項10】
各ブランチは、一端が各ブランチの直列に接続された前記サブモジュールと直列に接続され、他端が前記ＡＣ接続、前記第２のＤＣ接続、および前記第１および第３のＤＣ接続にそれぞれ接続されたインダクタを備える、請求項７に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項11】
前記ハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器は、少なくとも２つのレッグを含み、前記少なくとも２つのレッグの第１のＤＣ接続は一緒に接続され、前記少なくとも２つのレッグの第２のＤＣ接続は一緒に接続され、前記少なくとも２つのレッグの第３のＤＣ接続は一緒に接続され、前記少なくとも２つのレッグのＡＣ接続は独立しており、少なくとも２相のＡＣ接続を形成する、請求項３に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項12】
前記ハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータは、少なくとも２つのレッグを含み、前記少なくとも２つのレッグの第１のＤＣ接続は一緒に接続され、前記少なくとも２つのレッグの第２のＤＣ接続は一緒に接続され、前記少なくとも２つのレッグの第３のＤＣ接続は一緒に接続され、前記少なくとも２つのレッグのＡＣ接続は独立しており、２相または複数相のＡＣ接続を形成する、請求項７に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項13】
全てのサブモジュールがハーフブリッジサブモジュールである、請求項８に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項14】
全てのサブモジュールがフルブリッジサブモジュールまたはハイブリッドフルブリッジサブモジュールである、請求項７に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項15】
全てのサブモジュールがハーフブリッジサブモジュールおよび／またはフルブリッジサブモジュールである、請求項３に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項16】
全てのサブモジュールがフルブリッジサブモジュールである、請求項５に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項17】
サブモジュールがハーフブリッジサブモジュール、フルブリッジサブモジュールまたはハイブリッドフルブリッジサブモジュールである、請求項３に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項18】
ハーフブリッジサブモジュールは、第１の制御可能スイッチの第２の端部および第２の制御可能スイッチの第１の端部に接続された第１の接続部と、第２の制御可能スイッチの第２の端部に接続された第２の接続部と、一方では第１の制御可能スイッチの第１の端部に接続され、他方では第２の接続部および第２の制御可能スイッチの第２の端部の両方に接続されたコンデンサと、を含む、請求項１５に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項19】
フルブリッジサブモジュールが、第１の制御可能スイッチの第２の端部および第２の制御可能スイッチの第１の端部に接続された第１の接続部と、第３の制御可能スイッチの第２の端部および第４の制御可能スイッチの第１の端部に接続された第２の接続部と、一方では第１の制御可能スイッチおよび第３の制御可能スイッチの両方の第１の端部に接続され、他方では第２の制御可能スイッチおよび第４の制御可能スイッチの両方の第２の端部に接続されたコンデンサとを含む、請求項１５に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項20】
ハイブリッドフルブリッジサブモジュールは、第１のダイオードアノードおよび第２の制御可能スイッチの第１の端部に接続された第１の接続部と、第３の制御可能スイッチの第２の端部および第４のダイオードカソードに接続された第２の接続部と、一方では第１のダイオードカソードおよび第３の制御可能スイッチの第１の端部に接続され、他方では第２の制御可能スイッチの第２の端部および第４のダイオードアノードに接続されたコンデンサと、を含む、請求項１７に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項21】
制御可能スイッチは、少なくともトランジスタとフリーホイーリングダイオードとを含み、前記トランジスタソースと前記フリーホイーリングダイオードカソードが前記制御可能スイッチの前記第１の端部に接続され、前記トランジスタドレインと前記フリーホイーリングダイオードアノードが前記制御可能スイッチの前記第２の端部に接続され、前記トランジスタゲートが前記制御可能スイッチの前記制御端部に接続される、請求項１８に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項22】
トランジスタは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、特にＳｉＣベースである、注入強化ゲートトランジスタ、または、特にＳｉベースである、金属－酸化膜－半導体電界効果トランジスタである、請求項２１に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項23】
各制御可能スイッチは、シリコン制御整流器および逆並列フリーホイーリングダイオードを含むか、または各制御可能スイッチは、シリコン制御整流器および逆並列シリコン制御整流器を含む、請求項７に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項24】
電源から電動モータに電力を供給するためのＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータであって、ＤＣリンクを介して接続されたフロントエンドコンバータとモータエンドコンバータとを含み、前記フロントエンドコンバータはハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器であり、前記モータエンドコンバータはハイブリッドマルチレベルコンバータであり、前記ハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器は前記ＤＣリンク電圧が一定になるように動作し、前記モータエンドコンバータはモータ起動時にＤＣ／ＤＣチョッパモードを備えるモジュラーマルチレベルコンバータモードで動作する、ＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項25】
前記ハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータは、３レベルＤＣ／ＤＣチョッパモードによるモジュラーマルチレベルコンバータとして動作し、前記モジュラーマルチレベルコンバータチェーンリンクに可変ＤＣ電圧を供給する、請求項２４に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項26】
前記ハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータは、２レベルＤＣ／ＤＣチョッパモードによるモジュラーマルチレベルコンバータとして動作し、前記モジュラーマルチレベルコンバータチェーンリンクに可変ＤＣ電圧を供給する、請求項２４に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項27】
前記チェーンリンクＤＣ電圧がモータ周波数の関数として制御される、請求項２４に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項28】
前記チェーンリンクＤＣ電圧がモータ速度の関数として制御される、請求項２４に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項29】
前記チェーンリンクＤＣ電圧がモータＡＣ電圧の関数として制御される、請求項２４に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【請求項30】
前記モータエンドハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータは、前記モータが非始動時および定常運転時に通常のハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータモードで動作する、請求項２４に記載のＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、モジュラーマルチレベルコンバータに関し、より詳細には、特に始動時に電気モータをパワーアップするモジュラーマルチレベルコンバータに関する。
【背景技術】
【0002】
ＭＭＣベースのモータドライブは、さまざまな種類のモータに効率的に電力を供給し、駆動することができる。しかし、このようなモータ駆動では、特にモータの始動時にトルクを発生させる必要がある場合に問題が生じる。この課題のため、ＭＭＣベースのモータドライブは、ファンやポンプなどの低トルク用途に限定されてきた。
【0003】
「Ｒｅｖｉｅｗ ｏｎ ｌｏｗ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｉｐｐｌｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ＭＭＣｓ ｆｏｒ Ｍｅｄｉｕｍ－ｖｏｌｔａｇｅ ｄｒｉｖｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＩＥＴ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、２０１８年、Ｖｏｌ．１１、Ｉｓｓｕｅ １５、ページ２４０３－２４１４ では、ＭＭＣベースのモータドライブがモータ起動時に低周波数動作する際の課題について述べている。その課題の１つは、ＭＭＣサブモジュールに現れる電圧リップルにある。
【0004】
サブモジュール（ＳＭ）のコンデンサ電圧リップルは、ＤＣリンク電圧に比例し、モータ周波数または速度に反比例する。
【0005】
モータの始動時、周波数／回転数は低く、モータトルクは一定である。ＤＣリンク電圧が定常運転時の電圧のままか同じである場合、電圧リップルは大きくなり、始動時には許容できない。
【0006】
モータ始動時の電圧リップルを低減するために、高周波の高調波注入や可変ＤＣリンク電圧を含む多くの方法が従来技術として検討され、まとめられている。通常、高調波注入は複雑であり、効果は限定的である。しかし、可変ＤＣリンク電圧法は、より効果的であり、適切なトポロジーを用いれば比較的容易に実施できる。
【0007】
従来技術では、可変ＤＣリンク電圧はフロントエンドコンバータでは生成されず、むしろモータエンドおよびフロントエンドコンバータと直列のＤＣリンクに外部ＤＣチョッパを追加することで達成されていた。本発明の特に興味深い点は、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃを周波数に対して調整し、Ｖｄｃ／ｆの比率を一定に保つと、電圧リップルが低く一定に保たれることである。このチョッパモータ起動のような低周波数動作において特に重要であり、モータ駆動用途における従来のＭＭＣの問題、課題、限界を克服するものである。
【0008】
従来技術によってモータドライブ用途（motor drive applications：モータ駆動アプリケーション）のための間接的なＡＣ－ＤＣ－ＡＣ変換（indirect AC-DC-AC conversion）の解決策が提供されているにもかかわらず、性能とコストの面で改善された代替手段が必要とされている。また、定常動作と起動動作（steady state and startup operation）の両方を満たすことができる、フロントエンドとモータエンドの両方のコンバータの最適化されたトポロジーも必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】米国特許第１００７５０５６Ｂ２
【発明の概要】
【0010】
本発明の目的は、電源から電動モータに電力を供給するためのＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータを提供することにある。このＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータは、ＤＣリンクを介して接続されたフロントエンドコンバータとモータエンドコンバータとを含み、フロントエンドコンバータは、ＤＣリンク電圧が一定になるように動作する。
【0011】
本発明のさらに別の目的は、電源から電動モータに電力を供給するためのＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータを提供することにある。このＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータは、ＤＣリンクを介して接続されたフロントエンドコンバータとモータエンドコンバータとを含み、フロントエンドコンバータはハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器であり、モータエンドコンバータはハイブリッドマルチレベルコンバータであり、ハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器（hybrid modular multilevel rectifier）は、ＤＣリンク電圧が一定になるように動作し、モータエンドコンバータは、モータ起動時に３レベルＤＣ／ＤＣチョッパ及びＭＭＣの機能を実行するモジュラーマルチレベルコンバータモードで動作する。
【0012】
この目的の変形に応じて（Depending on variants of this object）、モータエンドコンバータのチェーンリンクＤＣ電圧は、モータ周波数、モータ速度、モータＡＣ電圧の関数として制御される。
【0013】
本発明の別の目的は、電源から電動モータに電力を供給するためのＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータを提供することにある。このＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータは、ＤＣリンクを介して接続されたフロントエンドコンバータとモータエンドコンバータと含み、フロントエンドコンバータはハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器であり、モータエンドコンバータはハイブリッドマルチレベルコンバータであり、ハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器は、ＤＣリンク電圧が一定になるように動作し、モータエンドコンバータは、モータ起動時に２レベルＤＣ／ＤＣチョッパ及びＭＭＣの機能（the functions of a two-level DC/DC chopper plus an MMC）を実行するモジュラーマルチレベルコンバータモードで動作する。
【0014】
繰り返しになるが、この目的の変形例に応じて、モータエンドコンバータのチェーンリンクＤＣ電圧は、モータ周波数、モータ速度、またはモータＡＣ電圧の関数として制御される。
【0015】
本発明はまた、ハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器のさまざまな実施形態を対象としている。
【0016】
ハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器の第１の実施形態は、少なくとも１つのレッグを含む。各レッグは、ＡＣ接続および３つのＤＣ接続に接続される。各レッグは、複数のダイオードのうちの少なくとも４つのダイオードと、２つのブランチとを含む。第１のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含む。第１のブランチは、第１のサブモジュールによって第１のダイオードアノードおよび第２のダイオードカソードに接続され、さらにＡＣ接続に接続される。第２のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含む。第２のブランチは、第１のサブモジュールによって第３のダイオードアノードおよび第４のダイオードカソードに接続され、さらにＡＣ接続に接続される。第１のダイオードカソードは第１のＤＣ接続に接続される。第２のダイオードアノードおよび第３のダイオードカソードは第２のＤＣ接続に接続される。第４のダイオードアノードは第３のＤＣ接続に接続される。
【0017】
ハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器の第２の実施形態は、少なくとも１つのレッグを含む。各レッグは、ＡＣ接続および３つのＤＣ接続に接続される。各レッグは、複数のダイオードのうちの少なくとも４つのダイオードと、２つのブランチとを含む。各ブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含む。ＡＣ接続は、第１のダイオードアノードおよび第２のダイオードカソードに接続される。第１のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含む。第１のブランチは、サブモジュールによって第１のダイオードカソードと第３のダイオードアノードに接続される。第２のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含む。第２のブランチは、サブモジュールによって第２のダイオードアノードと第４のダイオードカソードに接続される。第３のダイオードカソードは第１のＤＣ接続に接続される。第１のブランチと第２のブランチは第２のＤＣ接続に接続される。第４のダイオードアノードは第３のＤＣ接続に接続される。
【0018】
ハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器の第３の実施形態は、少なくとも１つのレッグを備える。各レッグは、ＡＣ接続および３つのＤＣ接続に接続される。各レッグは、複数のダイオードのうちの少なくとも４つのダイオードと、２つのブランチとを含む。各ブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含む。ＡＣ接続は、第１のダイオードアノードおよび第２のダイオードカソードに接続される。第１のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含む。第１のブランチは、サブモジュールによって第１のＤＣ接続に接続され、第１のダイオードのカソードと第３のダイオードに接続される。第２のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含む。第２のブランチは、サブモジュールによって第３のＤＣ接続に接続され、第２のダイオードのアノードと第４のダイオードに接続される。第３のダイオードのアノードと第４のダイオードのカソードは、第２のＤＣ接続に接続される。
【0019】
変形例では、ハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器の各ブランチは、インダクタを含む。インダクタは一端がサブモジュールと直列に接続され、他端がＡＣ接続、第２のＤＣ接続、およびブランチが接続されるダイオードにそれぞれ接続される。
【0020】
ハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器の他の実施形態は、異なる数のレッグを含む。言い換えれば、他の実施形態では、ハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器の変形例は、少なくとも２つのレッグを含む。２つまたは複数のレッグの第１のＤＣ接続は一緒に接続され、２つまたは複数のレッグの第２のＤＣ接続は一緒に接続され、２つまたは複数のレッグの第３のＤＣ接続は一緒に接続される。２つまたは複数のレッグのＡＣ接続は独立している。これらは２相または複数相のＡＣ接続を形成する。
【0021】
本発明はまた、ハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータの様々な実施形態を対象としている。
【0022】
第１の実施形態において、ハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータは、少なくとも１つのレッグを含む。各レッグは、ＡＣ接続と３つのＤＣ接続とに接続される。各レッグは、複数の制御可能スイッチのうちの少なくとも４つの制御可能スイッチと、２つのブランチとを含む。第１の制御可能スイッチの第１の端部は、第１のＤＣ接続に接続される。第１の制御可能なスイッチの第１の端部は第１のＤＣ接続に接続される。第２の制御可能なスイッチの第１の端部は第１の制御可能なスイッチの第２の端部に接続される。第２の制御可能なスイッチの第２の端部は第２のＤＣ接続に接続される。第３の制御可能なスイッチの第１の端部は第２の制御可能なスイッチの第２の端部および第２のＤＣ接続に接続される。第４の制御可能なスイッチの第１の端部は第３の制御可能なスイッチの第２の端部に接続される。第４の制御可能なスイッチの第２の端部は第３のＤＣ接続に接続される。第１のブランチは直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含む。第１のブランチは第１のサブモジュールによって第１の制御可能なスイッチの第２の端部および第２の制御可能なスイッチの第１の端部に接続される。第１のブランチはＡＣ接続に接続される。第２のブランチは直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含む。第２のブランチは第１のサブモジュールによって第３の制御可能なスイッチの第２の端部および第４の制御可能なスイッチの第１の端部に接続される。第２のブランチはＡＣ接続に接続される。
【0023】
第１の実施形態の好ましい実現態様では、サブモジュールは、ＤＣリンク電圧がピーク／最大ＡＣ相電圧以下である用途のためのフルブリッジ構成またはハイブリッド構成の制御可能スイッチであり、ＤＣリンク電圧がピーク／最大ＡＣ相電圧より大きい用途のためのハーフブリッジ構成の制御可能スイッチである。
【0024】
第２の実施形態において、ハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータは、少なくとも１つのレッグを備える。各レッグは、ＡＣ接続および３つのＤＣ接続に接続される。各レッグは、逆極性で直列に接続された複数の制御可能スイッチの組のうちの少なくとも２組の制御可能スイッチを含む。複数の制御可能スイッチのうちの少なくとも２組の制御可能スイッチは直列に接続される。第１の組の制御可能スイッチの第１の制御可能スイッチの第１の端部は第１のＤＣ接続に接続される。第１の組の制御可能スイッチの第２の制御可能スイッチの第２の端部は第１の組の制御可能スイッチの第１の制御可能スイッチの第２の端部に接続される。第３の制御可能スイッチの第１の端部は第１の組の制御可能スイッチの第２の制御可能スイッチの第１の端部に接続される。第３の制御可能スイッチの第２の端部はＡＣ接続に接続される。第２の組の制御可能スイッチの第４の制御可能スイッチの第１の端部は第３のＤＣ接続に接続される。第２の組の制御可能スイッチの第５の制御可能スイッチの第２の端部は第２の組の制御可能スイッチの第４の制御可能スイッチの第２の端部に接続される。第６の制御可能スイッチの第２の端部は、第２の組の制御可能スイッチの第５の制御可能なスイッチの第１の端部に接続される。第６の制御可能スイッチの第１の端部はＡＣ接続に接続される。第１のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含む。第１のブランチは、第１の組の制御可能スイッチの第２の制御可能スイッチの第１の端部と、第３の制御可能スイッチの第１の端部に、第１のサブモジュールによって接続される。第１のブランチは、第２のＤＣ接続に接続される。第２のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含む。第２のブランチは、第１のサブモジュールによって、第２の組の制御可能スイッチの第５の制御可能スイッチの第１の端部と、第６の制御可能スイッチの第２の端部に接続される。第２のブランチは、第２のＤＣ接続に接続される。
【0025】
第２の実施形態の好ましい実現態様では、サブモジュールはハーフブリッジ構成の制御可能スイッチである。
【0026】
第３の実施形態において、ハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータは、少なくとも１つのレッグを含む。各レッグは、ＡＣ接続および３つのＤＣ接続に接続される。各レッグは、複数の制御可能スイッチのうちの少なくとも４つの制御可能スイッチと、２つのブランチとを含む。第１のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含む。第１のブランチは、第１のＤＣ接続に接続される。第１のブランチの第１のサブモジュールは、第１の制御可能スイッチの第１の端部および第３の制御可能スイッチの第１の端部に接続される。第２のブランチは、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールを含む。第２のブランチは、第３のＤＣ接続に接続される。第２のブランチの第１のサブモジュールは、第２の制御可能スイッチの第２の端部および第４の制御可能スイッチの第２の端部に接続される。第１の制御可能スイッチの第２の端部および第２の制御可能スイッチの第１の端部は、第２のＤＣ接続に接続される。第３の制御可能スイッチの第２の端部および第４の制御可能スイッチの第１の端部は、ＡＣ接続に接続される。
【0027】
第３の実施形態の好ましい実現態様では、サブモジュールは、ＤＣリンク電圧がピーク／最大ＡＣ相電圧以下の用途ではフルブリッジ構成またはハイブリッド構成の制御可能スイッチであり、ＤＣリンク電圧がピーク／最大ＡＣ相電圧より大きい用途ではハーフブリッジ構成の制御可能スイッチである。
【0028】
変形例では、ハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータの第２および第３の実施形態の各ブランチ、ならびにハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器の第２および第３の実施形態の各ブランチにインダクタが含まれ、インダクタはブランチのサブモジュールとブランチが接続されるＤＣ接続との間に接続される。
【0029】
別の変形例では、ハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータの第１の実施形態の各ブランチおよびハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器の第１の実施形態の各ブランチにインダクタが含まれ、インダクタはブランチのサブモジュールとブランチが接続されるＡＣ接続との間に接続される。
【0030】
ハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータの変形例の他の実施形態は、異なる数のレッグを含む。言い換えれば、他の実施形態では、ハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータの変形例は、少なくとも２つのレッグを含む。２つまたは複数のレッグの第１のＤＣ接続は一緒に接続され、２つまたは複数のレッグの第２のＤＣ接続は一緒に接続され、２つまたは複数のレッグの第３のＤＣ接続は一緒に接続される。２つまたは複数のレッグのＡＣ接続は独立している。これらは２相または複数相のＡＣ接続を形成する。
【0031】
本発明の付加的な利点は、以下の詳細な説明から当業者には容易に明らかになるであろう。ここでは、本発明を実施するために企図された最良の態様を単に例示するために、本発明の好ましい実施形態のみを示し、説明する。理解されるように、本発明は、他の異なる実施形態が可能であり、その幾つかの細部は、全て本発明から逸脱することなく、様々な明白な点で変更が可能である。従って、図面および説明は、本質的に例示的なものとみなされ、制限的なものとはみなされない。
【図面の簡単な説明】
【0032】
本発明は、添付図面の図に例示的に示されており、限定するものではない。
【図1】フロントエンドコンバータとしてハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器（ＨＭＭＲ）を採用し、モータエンドコンバータとしてハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータ（ＨＭＭＣ）を採用した本発明の一実施形態を示している。
【図2】第１のハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器の変形例を示している。
【図3】第２のハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器の変形例を示している。
【図4】第３のハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器の変形例を示している。
【図5】第１のハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータの変形例を示している。
【図6】第２のハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータの変形例を示している。
【図7】第３のハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータの変形例を示している。
【図8】制御可能スイッチを備えたフルブリッジサブモジュールの変形例を示している。
【図9】制御可能スイッチを備えたハイブリッドフルブリッジサブモジュールの変形例を示している。
【図10】制御可能スイッチを備えたハーフブリッジサブモジュールの変形例を示している。
【図11】バイポーラトランジスタに基づく制御可能スイッチを示す図である。
【図12】ＭＯＳＦＥＴトランジスタに基づく制御可能スイッチを示している。
【図13】シリコンベースの整流器に基づく制御可能スイッチを示している。
【図14】２つのシリコンベースの整流器を用いた制御可能スイッチを示している。
【図15】モータエンドコンバータとして採用され、マルチレベルＭＭＣ ＤＣ－ＡＣコンバータと直列に接続された３レベルＤＣ－ＤＣチョッパ内の第１の電圧で動作する第１のハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバーターの変形例における転流経路を示している。
【図16】モータエンドコンバータとして採用され、マルチレベルＭＭＣ ＤＣ－ＡＣコンバータと直列に接続された３レベルＤＣ－ＤＣチョッパ内の第２の電圧で動作する第１のハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータの変形例における転流経路を示している。
【図17】モータエンドコンバータとして採用され、マルチレベルＭＭＣ ＤＣ－ＡＣコンバータと直列に接続された３レベルＤＣ－ＤＣチョッパにおいて第３の電圧で動作する、第１のハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバーターの変形例における転流経路を示している。
【図18】モータエンドコンバータとして採用され、マルチレベルＭＭＣ ＤＣ－ＡＣコンバータと直列に接続された２レベルＤＣ－ＤＣチョッパ内の第１の電圧で動作する第１のハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータの変形例における転流経路を示す図である。
【図19】モータエンドコンバータとして採用され、マルチレベルＭＭＣＤＣ－ＡＣコンバータと直列に接続された２レベルＤＣ－ＤＣチョッパ内の第２の電圧で動作する第１のハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータの変形例における転流経路を示している。
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下に、本明細書の好ましい実施例を示す。なお、本明細書は以下の構成に限定されるものではない。
【0034】
本発明は、フロントエンドとしてハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器（ＨＭＭＲ：hybrid modular multi-level rectifier）を、モータエンドコンバータとしてハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータ（ＨＭＭＣ：hybrid modular multi-level converter）を組み合わせて利用し、最適化する。
【0035】
バック・トゥ・バックＨＭＭＲ－ＨＭＭＣベースの間接ＡＣ－ＤＣ－ＡＣトポロジー（back-to-back HMMR-HMMC based indirect AC-DC-AC topology）のフロントエンド整流器は、定常動作時および起動時にモータに電力／電流を供給しながら一定のＤＣリンク電圧を生成するのに有効である。本発明にとってさらに重要なことは、モータ駆動のＨＭＭＣの可変チェーンリンク（ＣＬ）ＤＣ電圧を供給してＶＣＬ／ｆの比率を一定に保ち、ＳＭコンデンサの電圧リップルを低く一定に保つために、モータ起動時にモータエンドのＨＭＭＣモータ駆動をＭＭＣかつＤＣ／ＤＣチョッパモード（an MMC plus DC/DC chopper mode）で動作させることができることである。この可変ＣＬ直流電圧は、従来技術のように外付けのＤＣチョッパを追加することなく実現される。さらに、２レベルまたは３レベルの２つのＤＣ／ＤＣチョッパモードが利用可能であり、これらは全て、モータエンドＨＭＭＣモータドライブ内の組み込みハードウェア（半導体スイッチ）で実現される。
【0036】
図１は、交流電源２からモータ３に電力を供給するＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ１が、ハイブリッドマルチレベルモジュラー整流器ＨＭＭＲ（hybrid multilevel modular rectifier HMMR）であるフロントエンドコンバータ１０と、ハイブリッドマルチレベルモジュラーコンバータＨＭＭＣ（hybrid multilevel modular converter HMMC）であるモータエンドコンバータ１１とを含む、本発明の第１の実施形態を示している。フロントエンドコンバータ１０の出力は、ＤＣリンク４を介してモータエンドコンバータ１１の入力に接続される。ＤＣリンク４は直列に接続された２つの静電容量（キャパシタンス）４ａ，４ｂを含み、それぞれが同時にフロントエンドハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器とモータエンドハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータのＤＣ接続の組（a pair of DC connections）に接続される。
【0037】
ＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ１は、フロントエンドコンバータ１０内に構成される制御可能スイッチの制御およびスイッチングのための第１のコントローラ５ａと、モータエンドコンバータ１１内に構成される制御可能スイッチの制御およびスイッチングのための第２のコントローラ５ｂとを含む。実施形態によっては、第１の制御装置５ａと第２の制御装置５ｂは、独立しているか、直接または間接的にリンクしているか、あるいは同一の制御ユニット内に統合されている。
【0038】
【0039】
第１のハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器と第２のハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器は、ＤＣリンク電圧が瞬時最大供給／ソースＡＣ相電圧（instantaneous max supply / source AC phase voltage）より大きい用途に最適である。第３のハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器は、ＤＣリンク電圧が瞬時最大電源／ソースＡＣ相電圧以下の用途に最適である。
【0040】
【0041】
図２に示される第１のハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器（ＨＭＭＲ）の変形例は、ＡＣ接続および３つのＤＣ接続に接続された少なくとも１つのレッグ１０を含む。各レッグ１０は、複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールＳＭと２つのインダクタＬ１，Ｌ２とからなる第１のストリング１４ａと、複数のダイオードのうちの少なくとも４つのダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を直列に接続して含む第２のストリング１４ｂとを含む。
【0042】
第１のストリング１４ａは、２つのブランチ１２ａ、１２ｂを含み、第１のストリング１４ａの各ブランチは、インダクタＬ１、Ｌ２と、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールＳＭとを含む。
【0043】
第１のストリング１４ａの第１のブランチ１２ａは、第１のインダクタＬ１を含み、第１のサブモジュールＳＭによって第２のストリング１４ｂに接続され、第１のインダクタＬ１によってＡＣ接続に接続される。
【0044】
第１のストリング１４ａの第２のブランチ１２ｂは、第２のインダクタＬ２を含み、第１のサブモジュールＳＭによって第２のストリング１４ｂに接続され、第２のインダクタＬ２によってＡＣ接続に接続される。
【0045】
第２のストリング１４ｂにおいて、第１のダイオードＤ１のカソードは、第１のＤＣ接続に接続される。
【0046】
第１のダイオードＤ１アノードおよび第２のダイオードＤ２カソードは、第１のストリング１４ａ、特に第１のストリング１４ａの第１のブランチ１２ａのサブモジュールＳＭに接続される。
【0047】
第２のダイオードＤ２のアノードと第３のダイオードのカソードは、第２のＤＣ接続に接続される。
【0048】
第３のダイオードＤ３アノードと第４のダイオードＤ４カソードは、第１のストリング１４ａ、特に第１のストリング１４ａの第２のブランチ１２ｂのサブモジュールＳＭに接続される。
【0049】
第４のダイオードのアノードは第３のＤＣ接続に接続される。
【0050】
第１のハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器の変形例の他の実施形態は、異なる数のレッグを含む。言い換えれば、他の実施形態では、第１のハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器の変形例は、少なくとも２つのレッグを含む。２つまたは複数のレッグの第１のＤＣ接続は一緒に接続され、２つまたは複数のレッグの第２のＤＣ接続は一緒に接続され、２つまたは複数のレッグの第３のＤＣ接続は一緒に接続される。２つまたは複数のレッグのＡＣ接続は独立している。これらは２相または複数相（two or multiple phases）のＡＣ接続を形成する。
【0051】
各ブランチ１２ａ、１２ｂにおいて、サブモジュールＳＭは、フルブリッジサブモジュール（図８に図示）、ハイブリッドフルブリッジサブモジュール（図９に図示）、またはハーフブリッジサブモジュール（図１０に図示）、またはそれらの任意の組み合わせである。
【0052】
好ましい実施形態では、ハーフブリッジサブモジュールは、ＤＣリンク電圧がピーク／最大ＡＣ相電圧より大きい用途に使用される。
【0053】
図３に示された第２のＨＭＭＲの変形例は、少なくとも１つのレッグ１０を含み、各レッグはＡＣ接続と３つのＤＣ接続に接続される。
【0054】
各レッグ１０は、直列に接続された複数のダイオードのうちの少なくとも２つのダイオードＤ１，Ｄ２を含む第１のストリング１４ｃと、直列に接続された複数のダイオードのうちの少なくとも２つのダイオードＤ３，Ｄ４を含む第２のストリング１４ｄと、複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールＳＭと、第２のストリング１４ｄの２つのブランチ１２ａ，１２ｂのそれぞれに１つずつ設けられた２つのインダクタＬ１，Ｌ２とを含む。各ブランチ１２ａ，１２ｂは、インダクタＬ１，Ｌ２と、第２のストリング１４ｄの直列の少なくとも１つのサブモジュールＳＭとを含む。
【0055】
第１のストリング１４ｃは、直列に接続された複数のダイオードのうちの少なくとも第１のダイオードＤ１を含む。第１のストリング１４ｃの第１のダイオードＤ１は、そのアノードがＡＣ接続に接続され、そのカソードが第２のストリング１４ｄに接続される。第１のストリング１４ｃはまた、直列に接続された複数のダイオードのうちの少なくとも第２のダイオードＤ２を含む。第１のストリング１４ｃの第２のダイオードＤ２は、そのカソードによってＡＣ接続に接続され、そのアノードによって第２のストリング１４ｄに接続される。
【0056】
第２のストリング１４ｄにおいて、第１のＤＣ接続は、直列に接続された複数のダイオードのうちの第３のダイオードＤ３のカソードに接続される。第３のダイオードＤ３のアノードは、第１のブランチ１２ａのサブモジュールＳＭおよび第１のストリング１４ｃに接続される。より正確には、第３のダイオードＤ３のアノードは、第１のストリング１４ｃの第１のダイオードＤ１のカソードに接続される。
【0057】
第２のストリング１４ｄの第１のブランチインダクタＬ１と第２のブランチインダクタＬ２は、第２のＤＣ接続に一緒に接続される。
【0058】
第３のＤＣ接続は、直列に接続された複数のダイオードのうちの第４のダイオードＤ４のアノードに接続される。第４のダイオードＤ４のカソードは、第２のストリング１４ｄの第２のブランチ１２ｂのサブモジュールＳＭおよび第１のストリング１４ｃに接続される。より正確には、第４のダイオードＤ４のカソードは、第１のストリング１４ｃの第２のダイオードＤ２のアノードに接続される。
【0059】
第２のハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器の変形例の他の実施形態は、異なる数のレッグを含む。言い換えれば、他の実施形態では、第２のハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器の変形例は、少なくとも２つのレッグを含む。２つまたは複数のレッグの第１のＤＣ接続は一緒に接続され、２つまたは複数のレッグの第２のＤＣ接続は一緒に接続され、２つまたは複数のレッグの第３のＤＣ接続は一緒に接続される。２つまたは複数のレッグのＡＣ接続は独立している。これらは２相または複数相のＡＣ接続を形成する。
【0060】
各ブランチ１２ａ、１２ｂにおいて、サブモジュールＳＭは、フルブリッジサブモジュール（図８に図示）、ハイブリッドフルブリッジサブモジュール（図９に図示）、またはハーフブリッジサブモジュール（図１０に図示）、またはそれらの任意の組み合わせである。
【0061】
好ましい実施形態では、サブモジュールは、ＤＣリンク電圧がピーク／最大ＡＣ相電圧より大きい用途に使用されるハーフブリッジサブモジュールである。
【0062】
図４に示される第３のＨＭＭＲの変形例は、少なくとも１つのレッグ１０を含み、各レッグはＡＣ接続と３つのＤＣ接続に接続される。
【0063】
各レッグは、直列に接続された複数のダイオードのうちの少なくとも２つのダイオードＤ１，Ｄ２を含む第１のストリング１４ｅと、直列に接続された複数のダイオードのうちの少なくとも２つのダイオードＤ３，Ｄ４と、直列に接続された複数のサブモジュールのうちの少なくとも１つのサブモジュールＳＭと、第２のストリング１４ｆの２つのブランチ１２ａ，１２ｂのうちの１つのブランチ１２ａ，１２ｂにそれぞれ設けられた２つのインダクタＬ１，Ｌ２とからなる第２のストリング１４ｆとを含む。第２のストリング１４ｆの各ブランチ１２ａ，１２ｂは、インダクタＬ１，Ｌ２と少なくとも１つのサブモジュールＳＭとを直列に接続して含む。
【0064】
第１のストリング１４ｅにおいて、ＡＣ接続は、第１のダイオードＤ１アノードおよび第２のダイオードＤ２カソードに接続される。第１のダイオードＤ１カソードと第２のダイオードＤ２アノードは、共に第２のストリング１４ｆに別々に接続される。
【0065】
第２のストリング１４ｆにおいて、第１のインダクタＬ１を構成する第１のブランチ１２ａは、サブモジュールＳＭによって第１のＤＣ接続に接続され、第１のインダクタＬ１によって第３のダイオードＤ３のカソードおよび第１のストリング１４ｅに接続される。より正確には、第１のインダクタＬ１および第３のダイオードＤ３のカソードは、第１のダイオードＤ１のカソードに接続される。
【0066】
第２のインダクタＬ２を構成する第２のストリング１４ｆの第２のブランチ１２ｂは、サブモジュールＳＭによって第３のＤＣ接続に接続され、第２のインダクタＬ２によって第２のストリング１４ｆの第４のダイオードＤ４のアノードおよび第１のストリング１４ｅに接続される。より正確には、第２のインダクタＬ２および第２のストリング１４ｆの第４のダイオードＤ４のアノードは、第２のストリング１４ｆの第２のダイオードＤ２のアノードに接続される。
【0067】
第２のストリング１４ｆの第３のダイオードＤ３のアノードとダイオードＤ４のカソードは、共に第２のＤＣ接続に接続される。
【0068】
第３のハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器の変形例の他の実施形態は、異なる数のレッグを含む。言い換えれば、他の実施形態では、第３のハイブリッドモジュラーマルチレベル整流器の変形例は、少なくとも２つのレッグを含む。２つまたは複数のレッグの第１のＤＣ接続は一緒に接続され、２つまたは複数のレッグの第２のＤＣ接続は一緒に接続され、２つまたは複数のレッグの第３のＤＣ接続は一緒に接続される。２つまたは複数のレッグのＡＣ接続は独立している。これらは２相または複数相のＡＣ接続を形成する。
【0069】
各ブランチ１２ａ、１２ｂにおいて、サブモジュールＳＭは、フルブリッジサブモジュール（図８に図示）、ハイブリッドフルブリッジサブモジュール（図９に図示）、またはハーフブリッジサブモジュール（図１０に図示）、またはそれらの任意の組み合わせである。
【0070】
好ましい実施形態では、サブモジュールは、ＤＣリンク電圧がピーク／最大ＡＣ相電圧以下の用途に使用されるフルブリッジまたはハイブリッドサブモジュールである。
【0071】
ハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータの第１の変形例を図５に示す。これは、ＡＣ接続および３つのＤＣ接続に接続された少なくとも１つのレッグ１１ａを含む。各レッグ１１ａは、直列に接続された複数の制御可能スイッチのうちの少なくとも４つの制御可能スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４を含む第１のストリング１３ａと、２つのブランチ１２ａ、１２ｂから成る第２のストリング１３ｂとを含み、各ブランチ１２ａ、１２ｂは、複数のサブモジュール（図５では１２ａまたは１２ｂの各ブランチに２つ示されている）のうちの少なくとも１つのサブモジュールＳＭと、直列に接続されたインダクタＬ１またはＬ２とを含む。
【0072】
本明細書において、インダクタは、インダクタンス、またはインダクタンス成分を持つインピーダンスを示す素子として、より広い意味で理解される。インダクタンスは本質的なものでも寄生的なもの（intrinsic or parasitic）でもよい。
【0073】
各制御可能スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４は、それぞれａ、ｂ、ｃと表示された第１の端部、第２の端部、および制御端部を含む。
【0074】
第１の制御可能スイッチＳＷ１は、第１の端部によって第１のＤＣ接続に接続され、第２の端部によって第２の制御可能スイッチＳＷ２の第１の端部および第２のストリング１３ｂに接続される。
【0075】
第２の制御可能スイッチＳＷ２の第２の端部は、第２のＤＣ接続と第３の制御可能スイッチＳＷ３の第１の端部の両方に接続される。第３の制御可能スイッチＳＷ３の第２の端部は、第４の制御可能スイッチＳＷ４の第１の端部および第２のストリング１３ｂに接続される。
【0076】
第４の制御可能スイッチＳＷ４の第２の端部は、第３のＤＣ接続に接続される。
【0077】
第２のストリング１３ｂの第１のブランチ１２ａは、第１のサブモジュールＳＭによって第１のストリング１３ａに、特に第１の制御可能スイッチＳＷ１の第２の端部および第２の制御可能スイッチＳＷ２の第１の端部に接続される。
【0078】
第２のストリング１３ｂの第２のブランチ１２ｂは、第１のサブモジュールＳＭによって第１のストリング１３ａに、特に第３の制御可能スイッチＳＷ３の第２の端部および第４の制御可能スイッチＳＷ４の第１の端部に接続される。
【0079】
第１のブランチ１２ａと第２のブランチ１２ｂは、それぞれのインダクタＬ１、Ｌ２を介してＡＣ接続に接続される。
【0080】
第１のハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータの変形例の他の実施形態は、異なる数のレッグを含む。言い換えれば、他の実施形態では、第１のハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータの変形例は、少なくとも２つのレッグを含む。２つまたは複数のレッグの第１のＤＣ接続は一緒に接続され、２つまたは複数のレッグの第２のＤＣ接続は一緒に接続され、２つまたは複数のレッグの第３のＤＣ接続は一緒に接続される。２つまたは複数のレッグのＡＣ接続は独立している。これらは２相または複数相のＡＣ接続を形成する。
【0081】
各ブランチ１２ａ、１２ｂにおいて、サブモジュールＳＭは、フルブリッジサブモジュール（図８に図示）、ハイブリッドフルブリッジサブモジュール（図９に図示）、またはハーフブリッジサブモジュール（図１０に図示）、またはそれらの任意の組み合わせである。
【0082】
好ましい実施形態では、フルブリッジサブモジュールまたはハイブリッドフルブリッジサブモジュールは、ＤＣリンク電圧がピーク／最大ＡＣ相電圧以下の用途で使用され、ハーフブリッジサブモジュールは、ＤＣリンク電圧がピーク／最大ＡＣ相電圧より大きい用途で使用される。
【0083】
ハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータの第２の変形例が図６に示されている。これは、ＡＣ接続と３つのＤＣ接続に接続された少なくとも１つのレッグ１１ｂを含む。
【0084】
各レッグ１１ｂは、２つのブランチ１２ａ、１２ｂを含む第１のストリング１３ｃを含み、各ブランチは、複数のサブモジュールＳＭのうちの少なくとも１つのサブモジュールＳＭ（図６では１２ａ、１２ｂの各ブランチに２つずつ示されている）と、逆極性で直列に接続された複数の制御可能スイッチの組のうちの少なくとも２つの制御可能スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ５と、直列に接続されたインダクタＬ１またはＬ２を含む第２のストリング１３ｄと、各スイッチＳＷ３，ＳＷ６の位置で直列に接続された複数の制御可能スイッチのうちの少なくとも２つの制御可能スイッチＳＷ３，ＳＷ６を含む第２のストリング１３ｄとを含む。
【0085】
各制御可能スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６は、それぞれａ、ｂ、ｃとラベル付けされた第１の端部、第２の端部、および制御端部を含む。
【0086】
第１のストリング１３ｃにおいて、制御可能スイッチの第１の組の第１の制御可能スイッチＳＷ１の第１の端部は、第１のＤＣ接続に接続される。第１の組の制御可能スイッチの第１の制御可能スイッチＳＷ１の第２の端部は、第１の組の制御可能スイッチの第２の制御可能スイッチＳＷ２の第２の端部に接続される。
【0087】
制御可能スイッチの第１の組の第２の制御可能スイッチＳＷ２の第１の端部は、第１のブランチ１２ａの第１のサブモジュールＳＭに接続され、第２のストリング１３ｄに接続される。
【0088】
制御可能スイッチの第２の組の第４の制御可能スイッチＳＷ４の第１の端部は、第３のＤＣ接続に接続される。第２の組の制御可能スイッチの第４の制御可能スイッチＳＷ４の第２の端部は、第２の組の制御可能スイッチの第５の制御可能スイッチＳＷ５の第２の端部に接続される。制御可能スイッチの第２の組の第５の制御可能スイッチＳＷ５の第１の端部は、第２のブランチ１２ｂの第１のサブモジュールＳＭに接続され、また、第２のストリング１３ｄに接続される。
【0089】
第１のブランチ１２ａのインダクタＬ１と第２のブランチ１２ｂのインダクタＬ２は、共に第２のＤＣ接続に接続される。
【0090】
第２のストリング１３ｄにおいて、第３の制御可能スイッチＳＷ３の第１の端部は、第１のストリング１３ｃ、特に第１の制御可能スイッチの組の第２の制御可能スイッチＳＷ２の第１の端部、および第１のブランチ１２ａの第１のサブモジュールＳＭに接続される。
【0091】
第６の制御可能スイッチＳＷ６の第２の端部は、第１のストリング１３ｃ、特に第２の制御可能スイッチの組の第５の制御可能スイッチＳＷ５の第１の端部、および第２のブランチ１２ｂの第１のサブモジュールＳＭに接続される。
【0092】
第３の制御可能スイッチＳＷ３の第２の端部と第６の制御可能スイッチＳＷ６の第１の端部は、共にＡＣ接続に接続される。
【0093】
第２のハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータの変形例の他の実施形態は、異なる数のレッグを含む。言い換えれば、他の実施形態では、第２のハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータの変形例は、少なくとも２つのレッグを含む。２つまたは複数のレッグの第１のＤＣ接続は一緒に接続され、２つまたは複数のレッグの第２のＤＣ接続は一緒に接続され、２つまたは複数のレッグの第３のＤＣ接続は一緒に接続される。２つまたは複数のレッグのＡＣ接続は独立している。これらは、２相または複数相のＡＣ接続を形成する。各ブランチ１２ａ、１２ｂにおいて、サブモジュールＳＭは、フルブリッジサブモジュール（図８に図示）、ハイブリッドフルブリッジサブモジュール（図９に図示）、またはハーフブリッジサブモジュール（図１０に図示）、またはそれらの任意の組み合わせである。
【0094】
好ましい実施形態では、サブモジュールＳＭは、図１０に示されるように、ハーフブリッジサブモジュールである。
【0095】
第２のＨＭＭＣは、ＤＣリンク電圧が瞬時最大供給／ソースＡＣ相電圧未満のアプリケーションに最適である。また、２番目のＨＭＭＣバリエーションは、独自の設計により、部品数／デバイス数が最も少なく、低コストに最適化されている。
【0096】
ハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータの第３の変形例が図７に示されている。これは、ＡＣ接続と３つのＤＣ接続に接続された少なくとも１つのレッグ１１ｃを含む。
【0097】
各レッグ１１ｃは、直列に接続された複数の制御可能スイッチのうちの少なくとも２つの制御可能スイッチＳＷ１，ＳＷ２にそれぞれ接続された２つのブランチを含む第１のストリング１３ｅと、複数の制御可能スイッチのうちの少なくとも２つの制御可能スイッチＳＷ３，ＳＷ４を含む第２のストリング１３ｆとを含む。各ブランチ１２ａ，１２ｂは、直列接続された複数のサブモジュール（図７では１２ａまたは１２ｂの各ブランチに２つずつ示されている）のうちの少なくとも１つのサブモジュールＳＭと、１２ａまたは１２ｂのそれぞれのブランチに設けられたインダクタＬ１，Ｌ２とを含む。
【0098】
第１のストリング１３ｅにおいて、第１のブランチ１２ａは、第１のインダクタＬ１によって第１のＤＣ接続に接続される。第１のブランチ１２ａは、第１のサブモジュールＳＭによって、第１の制御可能スイッチＳＷ１の第１の端部および第２のストリング１３ｆに接続される。
【0099】
また、第１のストリング１３ｅにおいて、第２のブランチ１２ｂは、第２のインダクタＬ２によって第３のＤＣ接続に接続される。第２のブランチ１２ｂは、第１のサブモジュールＳＭによって、第２の制御可能スイッチＳＷ２の第２の端部および第２のストリング１３ｆに接続される。
【0100】
依然として第１のストリング１３ｅにおいて、第１の制御可能スイッチＳＷ１の第２の端部は、第２の制御可能スイッチＳＷ２の第１の端部および第２のＤＣ接続に接続される。
【0101】
第２のストリング１３ｆは、各スイッチ位置ＳＷ３，ＳＷ４において直列に接続された複数の制御可能スイッチのうちの少なくとも２つの制御可能スイッチＳＷ３，ＳＷ４を含む。第３の制御可能スイッチＳＷ３の第１の端部は、第１のストリング１３ｅ、特に第１の制御可能スイッチＳＷ１の第１の端部、および第１のブランチ１２ａの第１のサブモジュールに接続される。
【0102】
第４の制御可能スイッチＳＷ４の第２の端部は、第１のストリング１３ｅ、特に第２の制御可能スイッチＳＷ２の第２の端部、および第２のブランチ１２ｂの第１のサブモジュールに接続される。
【0103】
第３の制御可能スイッチＳＷ３の第２の端部と第４の制御可能スイッチＳＷ４の第１の端部はＡＣ接続に接続される。
【0104】
第３のハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータの変形例の他の実施形態は、異なる数のレッグを含む。言い換えれば、他の実施形態では、第３のハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータの変形例は、少なくとも２つのレッグを含む。２つまたは複数のレッグの第１のＤＣ接続は一緒に接続され、２つまたは複数のレッグの第２のＤＣ接続は一緒に接続され、２つまたは複数のレッグの第３のＤＣ接続は一緒に接続される。２つまたは複数のレッグのＡＣ接続は独立している。これらは２相または複数相のＡＣ接続を形成する。
【0105】
ブランチ１２ａ、１２ｂのいずれにおいても、サブモジュールＳＭは、フルブリッジサブモジュール（図８に図示）、ハイブリッドフルブリッジサブモジュール（図９に図示）、またはハーフブリッジサブモジュール（図１０に図示）、またはそれらの任意の組み合わせである。
【0106】
好ましい実施形態では、フルブリッジサブモジュールまたはハイブリッドサブモジュールは、ＤＣリンク電圧がピーク／最大ＡＣ相電圧以下の用途で使用され、ハーフブリッジサブモジュールは、ＤＣリンク電圧がピーク／最大ＡＣ相電圧より大きい用途で使用される。
【0107】
次に、サブモジュールＳＭのさまざまな変形例について説明する。
【0108】
第１のサブモジュールの変形例は、図８に示されるように、フルブリッジ構成の制御可能スイッチで構築される。これは、２つの接続部、４つの制御可能スイッチＳＷ１＿ＳＭ、ＳＷ２＿ＳＭ、ＳＷ３＿ＳＭ、ＳＷ４＿ＳＭ、およびコンデンサＣ＿ＳＭを含む。
【0109】
各制御可能スイッチＳＷ１＿ＳＭ、ＳＷ２＿ＳＭ、ＳＷ３＿ＳＭ、ＳＷ４＿ＳＭは、それぞれａ、ｂ、ｃと表示された第１の端部、第２の端部、および制御端部を含む。
【0110】
第１のサブモジュール接続は、第１の制御可能スイッチＳＷ１＿ＳＭの第２の端部と、第２の制御可能スイッチＳＷ２＿ＳＭの第１の端部に接続される。
【0111】
第２の接続は、第３の制御可能スイッチＳＷ３＿ＳＭの第２の端部と、第４の制御可能スイッチＳＷ４＿ＳＭの第１の端部に接続される。
【0112】
コンデンサＣ＿ＳＭの第１の端部は、第１の制御可能スイッチＳＷ１＿ＳＭと第３の制御可能スイッチＳＷ３＿ＳＭの両方の第１の端部に接続される。コンデンサＣ＿ＳＭの第２の端部は、第２の制御可能スイッチＳＷ２＿ＳＭと第４の制御可能スイッチＳＷ４＿ＳＭの両方の第２の端部に接続される。
【0113】
第２の変形例では、サブモジュールＳＭは、フルブリッジ構成の４つの制御可能スイッチの代わりに、図９に示されるように、ダイオードを備えたフルブリッジ構成の２つの制御可能スイッチに基づくハイブリッドサブモジュールである。
【0114】
ハイブリッドサブモジュールは、本質的に、第１および第４の制御可能スイッチＳＷ１＿ＳＭ、ＳＷ４＿ＳＭがダイオードＤ１＿ＳＭ、Ｄ４＿ＳＭに置き換えられた通常のサブモジュールに対応する。分かりやすくするために、図８の命名規則が維持されている。ハイブリッドサブモジュールは、２つの接続部、２つの制御可能スイッチＳＷ２＿ＳＭ、ＳＷ３＿ＳＭ、２つのダイオードＤ１＿ＳＭ、Ｄ４＿ＳＭ、およびコンデンサＣ＿ＳＭを含む。
【0115】
第１の接続は、第１のダイオードＤ１＿ＳＭのアノードと、第２の制御可能スイッチＳＷ２＿ＳＭの第１の端部に接続される。
【0116】
第２の接続は、第３の制御可能スイッチＳＷ３＿ＳＭの第２の端部と第４のダイオードＤ４＿ＳＭのカソードに接続される。
【0117】
コンデンサＣ＿ＳＭの第１の接続部は、一方が第１のダイオードＤ１＿ＳＭのカソードに接続され、他方が第３の制御可能スイッチＳＷ３＿ＳＭの第１の端部に接続される。コンデンサＣ＿ＳＭの別の接続は、第２の制御可能スイッチＳＷ２＿ＳＭの第２の端部と第４のダイオードＤ４＿ＳＭアノードに接続される。
【0118】
第３の変形例では、サブモジュールＳＭは、図１０に示されるように、ハーフブリッジ構成の制御可能スイッチである。
【0119】
それは、２つの接続部、２つの制御可能スイッチＳＷ１＿ＳＭ、ＳＷ２＿ＳＭ、およびコンデンサＣ＿ＳＭを含む。第１の接続部は、第１の制御可能スイッチＳＷ１＿ＳＭの第２の端部と、第２の制御可能スイッチＳＷ２＿ＳＭの第１の端部に接続される。第２の接続部は、第２の制御可能スイッチＳＷ２＿ＳＭの第２の端部に接続される。
【0120】
コンデンサＣ＿ＳＭは、一方では第１の制御可能スイッチＳＷ１＿ＳＭの第１の端部に接続され、他方では第２の接続部と第２の制御可能スイッチＳＷ２＿ＳＭの第２の端部の両方に接続される。
【0121】
図１１および図１２は、制御可能スイッチＳＷ＿ＳＭの例示的な実施形態を示す。制御可能スイッチＳＷ＿ＳＭは、上述した実施形態で構成された制御可能スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６ ＳＷ１＿ＳＭ、ＳＷ２＿ＳＭ、ＳＷ３＿ＳＭ、またはＳＷ４＿ＳＭのいずれかとすることができる。
【0122】
制御可能スイッチＳＷ＿ＳＭは、それぞれａ、ｂ、ｃとラベル付けされた第１の端部、第２の端部、および制御端部を含み、第１の端部はバイポーラトランジスタＴ＿ＳＭのコレクタ／ソースに接続され、第２の端部は前記バイポーラトランジスタＴ＿ＳＭのエミッタ／ドレインに接続される。フリーホイールダイオード（freewheeling diode）Ｄ＿ＳＭは、そのアノードがトランジスタＴ＿ＳＭのドレインに接続され、そのカソードがトランジスタＴ＿ＳＭのソースに接続されるように接続される。制御端部はトランジスタＴ＿ＳＭゲートに接続される。
【0123】
制御可能スイッチＳＷ＿ＳＭの他の実施形態は、並列、直列、または並列と直列の組み合わせで接続された少なくとも２つのトランジスタを含む。
【0124】
図１１に図示したトランジスタＴ＿ＳＭはバイポーラトランジスタである。しかしながら、例えば図１２に示されるようなＭＯＳＦＥＴ（「Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ」の頭字語）やＩＥＧＴ（「Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｇａｔｅ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ」の頭字語）のように、他の種類のトランジスタを使用することもできる。
【0125】
図１３および図１４は、制御可能スイッチＳＷ＿ＳＷのさらに他の例示的な実施形態を示す。制御可能スイッチＳＷ＿ＳＷは、上述した実施形態で構成された制御可能スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６のいずれでもよい。
【0126】
図１３および図１４に示す制御可能スイッチＳＷ＿ＳＷは、逆並列フリーホイーリングダイオードに接続されたＳＣＲ（「silicon-controlled rectifier：シリコン制御整流器」の頭文字）を含む。
【0127】
図１３は、ＳＣＲ１＿ＳＷとラベル付けされたシリコン制御整流器とフリーホイーリングダイオードＤ＿ＳＷとを含むＳＣＲベースの制御可能スイッチＳＷ＿ＳＷの第１の実施形態を示す。ＳＣＲベースの制御可能スイッチＳＷ＿ＳＷの第１の端部は、シリコン制御整流器ＳＣＲ１＿ＳＷのアノードおよびフリーホイーリングダイオードＤ＿ＳＷのカソードに接続される。ＳＣＲベースの制御可能スイッチＳＷ＿ＳＷの第２の端部は、ＳＣＲ ＳＣＲ１＿ＳＷのカソードおよびフリーホイーリングダイオードＤ＿ＳＷのアノードに接続される。ＳＣＲベースの制御可能スイッチＳＷ＿ＳＷの制御端部は、シリコン制御整流器ＳＣＲ１＿ＳＷのゲートに接続される。
【0128】
図１４は、ＳＣＲ１＿ＳＷおよびＳＣＲ２＿ＳＷとラベル付けされた２つのシリコン制御整流器（silicon-controlled rectifiers）を含むＳＣＲベースの制御可能スイッチＳＷ＿ＳＷの第２の実施形態を示す。
【0129】
ＳＣＲベースの制御可能スイッチＳＷ＿ＳＷの第１の端部は、第１のシリコン制御整流器ＳＣＲ１＿ＳＷのアノードに接続され、第２のシリコン制御整流器ＳＣＲ２＿ＳＷのカソードに接続される。
【0130】
ＳＣＲベースの制御可能スイッチＳＷ＿ＳＷの第２の端部は、第１シリコン制御整流器ＳＣＲ１＿ＳＷのカソードと第２シリコン制御整流器ＳＣＲ２＿ＳＷのアノードに接続される。
【0131】
ＳＣＲベースの制御可能スイッチＳＷ＿ＳＷの制御端部は、両方のシリコン制御整流器ＳＣＲ１＿ＳＷ、ＳＣＲ２＿ＳＷのゲートに直接または間接的に接続される。例えば、シリコン制御整流器の一方を直接接続し、他方を信号処理手段を介して接続することができる。このような信号処理手段は、固定継続時間または可変継続時間のいずれかの継続時間だけ信号を遅延させるように、またはコマンド信号の受信時にパルス幅変調信号の放出をトリガするように構成することができる。信号処理手段は、受信した多重化信号に基づいてコマンド信号を生成するように構成することができる。本発明の範囲から逸脱することなく、他の信号処理手段を使用することができる。
【0132】
【0133】
ＨＭＭＣは、３つのＤＣ接続を介してＤＣリンクから供給される電圧からモータに電力を供給するためのＡＣ電圧を生成する。第１のＤＣ接続は第１レベルの＋Ｖｄｃ／２電圧，第２の接続は第２レベルのＶｍｉｄ＝０電圧，第３の接続は第３レベルの－Ｖｄｃ／２電圧である。異なる継続時間（デューティ比）の３レベル電圧に接続することにより、モータエンドコンバータ１１の第１の部分（制御可能スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４）は、３レベルＤＣ／ＤＣコンバータ／チョッパとして機能する。モータエンドコンバータ１１ＨＭＭＣは、可変ＤＣ電圧を生成するために、これらのＤＣ接続を切り替えることができ、その後、ＭＭＣモードで動作するモータエンドコンバータ１１の第２部分（サブモジュールＳＭｓ）によって変換され、モータ３に必要なＡＣ電圧を生成する。交流電圧の生成に使用されるＤＣ接続に応じて、異なる制御方式が必要となる。制御方式は、図５に示される第２のコントローラ５ｂを介して、各ＨＭＭＣ制御可能スイッチの制御端部に命令することにより適用される。
【0134】
交流電圧を生成するのに必要な直流電圧がＶｄｃ／２に等しい場合、モータエンドコンバータ１１は、第１のＤＣ接続Ｖｄｃ／２電圧と第２のＤＣ接続Ｖｍｉｄ電圧とを接続することによって入力電圧が生成されるように指令される。この直流電圧は、第２のレッグ１３ｂのブランチ１２ａ、１２ｂ間にＶｄｃ／２電圧をもたらす。「チョップされた」直流電圧は、次に、モータ３に供給される交流電圧を生成するために、ブランチ１２ａ、１２ｂのそれぞれに構成されたサブモジュールＳＭによってＭＭＣ動作モードで変換される。
【0135】
そのために、第１の制御可能スイッチＳＷ１と第３の制御可能スイッチＳＷ３は導通（「オン」）状態に指令され、第２の制御可能スイッチＳＷ２と第４の制御可能スイッチＳＷ４は非導通状態（non-conducting can state）に指令される。
【0136】
そして、第１のＤＣ接続とＡＣ接続との間の第１の導電経路が、第１の制御可能スイッチＳＷ１と第１のブランチ１２ａとを介して形成される。第２のＤＣ接続とＡＣ接続との間の第２の導電経路は、第３の制御可能スイッチＳＷ３と第２のブランチ１２ｂとを介して形成される。図１５は、第１の導電経路および第２の導電経路をダッシュドットパターンを有する線（一点鎖線）として図示している。
【0137】
交流電圧を生成するために必要な直流電圧がＶ＝０に等しい場合、モータエンドコンバータ１１は、入力電圧が第２のＤＣ接続を接続することによって生成されるように指令される。第２のＤＣ接続はＶｍｉｄ＝０の電圧である。「チョップ」された直流電圧は、モータ３に供給される交流電圧を生成するために、ブランチ１２ａ、１２ｂのそれぞれに含まれるサブモジュールＳＭによってＭＭＣ動作モードで変換される。
【0138】
そのために、第１の制御可能スイッチＳＷ１と第４の制御可能スイッチＳＷ４は非導通状態（「オフ」）に指令され、第２の制御可能スイッチＳＷ２と第３の制御可能スイッチＳＷ３は導通状態（「オン」）に指令される。そして、第２のＤＣ接続とＡＣ接続との間の第１の導電経路が、第２の制御可能スイッチＳＷ２と第１のブランチ１２ａとを介して形成される。第２のＤＣ接続とＡＣ接続との間の第２の導電経路は、第３の制御可能スイッチＳＷ３と第２のブランチ１２ｂとを介して形成される。図１６は、第１の導電路と第２の導電路とをダッシュドットパターンを有する線（一点鎖線）として図示している。
【0139】
交流電圧を生成するのに必要な電圧が－Ｖｄｃ／２に等しい場合、モータエンドコンバータ１１は、第２の直流接続電圧と第３の直流接続電圧とを接続することによって入力電圧が生成されるように指令される。この直流電圧は、第２のレッグ１３ｂのブランチ１２ａ、１２ｂ間に－Ｖｄｃ／２電圧をもたらす。「チョップされた」直流電圧は、次に、モータ３に供給される交流電圧を生成するために、ブランチ１２ａ、１２ｂのそれぞれに構成されたサブモジュールＳＭによってＭＭＣ動作モードで変換される。
【0140】
そのために、第２の制御可能スイッチＳＷ２と第４の制御可能スイッチＳＷ４は導通状態（「オン」）に指令され、一方、第１のトランジスタ制御可能スイッチＳＷ１と第３の制御可能スイッチＳＷ３は非導通状態（「オフ」）に指令される。次に、第２のＤＣ接続とＡＣ接続との間の第１の導電経路が、第２の制御可能スイッチＳＷ２と第１のブランチ１２ａとを介して形成される。第３のＤＣ接続とＡＣ接続との間の第２の導電経路は、第４の制御可能スイッチＳＷ４と第２のブランチ１２ｂとを介して形成される。図１７は、第１の導電経路および第２の導電経路をダッシュドットパターンを有する線（一点鎖線）として図示している。
【0141】
モータ３に供給される交流電圧に応じて、３つの制御方式のいずれかが適用されるようにモータエンドコンバータが指令される。
【0142】
図１８および図１９に示される別の実施形態では、モータ側ＨＭＭＣ１１は、モータ側から見てチェーンリンク（ＣＬ）に可変ＤＣ電圧を発生させるために、従来のＭＭＣに加えて、起動時にＤＣ／ＤＣ変換のための２レベル（２Ｌ）チョッパモードで動作することができる。チェーンリンク（ＣＬ）は、第２のストリング１３ｂのブランチ（１２ａ、１２ｂ）として理解される。これは、ＣＬにおける直流電圧が可変であり、ＣＬを流れる電流が一定であることと等価である。モータ側から見たチェーンリンク（ＣＬ）における直流電圧を変化させ、ＶＣＬ／ｆの比を一定に保つことにより、サブモジュールコンデンサの電圧リップルは、起動時、および非起動時や定常動作を含む全動作範囲を通じて一定値に制御される。
【0143】
制御可能スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４によって２レベルＤＣ／ＤＣ変換を行う可変ＤＣリンク電圧を供給するために、代替制御方式が適用される。可変ＤＣリンク電圧は、次にサブモジュールＳＭによってＭＭＣ動作モードで変換され、モータ３に供給される必要なＡＣ電圧を生成する。図１８と図１９は、モータエンド（ＭＥ）ＨＭＭＣがＭＭＣ＋２ＬＤＣ／ＤＣチョッパモードで動作する場合に、２つの電圧レベルを達成するための異なる導電経路（different conducting paths）を示している。
【0144】
交流電圧を生成するのに必要な直流電圧がＶｄｃに等しいとき、モータエンドコンバータ１１は、第３のＤＣ接続－Ｖｄｃ／２電圧と第１のＤＣ接続Ｖｄｃ／２電圧を接続するように指令される。直流電圧は、ＣＬブランチ１２ａ、１２ｂを横切るＶｄｃ電圧（Vdc voltage across the CL branches 12a, 12b）となる。
【0145】
そのために、第１の制御可能スイッチＳＷ１と第４の制御可能スイッチＳＷ４は導通状態（「オン」）に指令され、第２の制御可能スイッチＳＷ２と第３の制御可能スイッチＳＷ３は非導通状態（「オフ」）に指令される。そして、第１の制御可能スイッチＳＷ１と第１のブランチ１２ａを介して第１の導電路が形成される。第２の導電路は、第４の制御可能スイッチＳＷ４と第２のブランチ１２ｂを介して形成される。図１８は、２つの導電路をダッシュドットパターンを有する線（一点鎖線）として図示している。
【0146】
交流電圧を生成するのに必要な直流電圧がＶ＝０に等しいとき、モータエンドコンバータ１１は、２つの異なる経路（two different paths）を介して第２のＶｍｉｄ接続を接続するように指令される。
【0147】
そのために、第１の制御可能スイッチＳＷ１と第４の制御可能スイッチＳＷ４は非導通状態（「オフ」）に指令され、第２の制御可能スイッチＳＷ２と第３の制御可能スイッチＳＷ３は導通状態（「オン」）に指令される。そして、第２の制御可能スイッチＳＷ２と第１のブランチ１２ａを介して第１の導電路が形成される。第２の導電路は、第３の制御可能スイッチＳＷ３と第２のブランチ１２ｂを介して形成される。図１９は、第１の導電路と第２の導電路とをダッシュドットパターンを有する線（一点鎖線）として図示している。
【0148】
上記のようなＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータは、特にドライブ用途において、モータ始動時の低周波数におけるＭＭＣの大きな電圧リップルを克服する能力のおかげで有利である。モータの始動時に、低周波数で小さく一定のコンデンサ電圧リップルを提供することができる。
【0149】
また、体積と設置面積の両方がコンパクトで、重量が軽く、損失が少なく電力密度が高い（従来技術のものより効率が高い）という利点もある。
【0150】
ＨＭＭＲがフロントエンドコンバータとして使用されるため、ＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータは、フロントエンドコンバータによって生成・維持される一定のＤＣリンク電圧と、ＭＭＣかつＤＣ／ＤＣチョッパモードで動作するモータエンドＨＭＭＣコンバータによって生成される可変チェーンリンクＤＣ電圧も供給する。可変チェーンリンクＤＣ電圧は、低周波数モータ始動時には一定のＤＣ電流でモータ速度または周波数に比例する。
【符号の説明】
【0151】
１：ＡＣ－ＤＣ－ＡＣコンバータ ２：ＡＣ電源 ３：モータ ４：ＤＣリンク ４ａ、４ｂ：静電容量 ５ａ：第１のコントローラ ５ｂ：第２のコントローラ １０：フロントエンドコンバータ １１：モータエンドコンバータ １１ａ、１１ｂ、１１ｃ：レッグ １２ａ、１２ｂ：ブランチ １３ａ：第１のストリング １３ｂ：第２のストリング １３ｃ：第１のストリング １３ｄ：第２のストリング １３ｅ：第１のストリング １３ｆ：第２のストリング Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４：ダイオード Ｌ１、Ｌ２：インダクタ ＳＭ：サブモジュール ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６：制御可能スイッチ
【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13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【外国語明細書】