特開 2024-65095 電力変換デバイス及び装置

(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】P2024065095

(43)【公開日】2024-05-14

(54)【発明の名称】電力変換デバイス及び装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240507BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023184715

(22)【出願日】2023-10-27

(31)【優先権主張番号】63/419,819

(32)【優先日】2022-10-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】517094840

【氏名又は名称】ソーラーエッジ テクノロジーズ リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】弁理士法人信栄事務所

(72)【発明者】

【氏名】イラン ヨスコヴィッチ

(72)【発明者】

【氏名】トザチ グロヴィンスキー

(72)【発明者】

【氏名】ダニエル ズムード

(72)【発明者】

【氏名】ディヴィッド アブラハム

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770AA05

5H770BA11

5H770DA01

5H770DA03

5H770DA11

5H770DA22

5H770DA27

5H770DA34

5H770DA41

5H770DA44

5H770EA01

5H770HA02Y

5H770JA19X

(57)【要約】      （修正有）

【課題】複数の並列高周波スイッチングレッグ及び低周波スイッチングレッグを採用する電力変換器を提供する。
【解決手段】電力変換器１００の高周波スイッチングレッグ１０２_１～１２０_Ｎと低周波スイッチングレッグ１０４との間に、負荷１２２が結合される。電力変換器によって生成される電力波形のレベルの数は、高周波スイッチングレッグのレベルの数よりも多くなり、低周波スイッチングレッグは、低スイッチング周波数特性及び低伝導損失を有し、かつ、より安価なスイッチを採用することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コントローラと、
直流（ＤＣ）電源に結合されたＤＣ端子と、
第１の複数のスイッチを備える第１のスイッチングレッグであって、前記ＤＣ端子及び第１の交流（ＡＣ）端子に結合されている、第１のスイッチングレッグと、
第２の複数のスイッチを備える第２のスイッチングレッグであって、前記ＤＣ端子及び前記第１のＡＣ端子に結合されている、第２のスイッチングレッグと、
第３の複数のスイッチを備える第３のスイッチングレッグであって、前記ＤＣ端子及び第２のＡＣ端子に結合されている、第３のスイッチングレッグと、を備え、
前記コントローラは、
前記第１のＡＣ端子において第１の電力波形を生成するように、前記第１のスイッチングレッグの前記第１の複数のスイッチを第１の周波数でスイッチングするように制御し、前記第２のスイッチングレッグの前記第２の複数のスイッチを第２の周波数でスイッチングするように制御し、
前記第２のＡＣ端子において第２の電力波形を生成するように、前記第３のスイッチングレッグを第３の周波数でスイッチングするように制御するように構成されており、前記第３の周波数は、前記第１の周波数及び前記第２の周波数よりも低い、
電力変換器。

【請求項2】

前記第１のスイッチングレッグ、前記第２のスイッチングレッグ、又は前記第３のスイッチングレッグが、２レベルスイッチングレッグを備え、
前記２レベルスイッチングレッグが、ノードにおいて直列に結合された２つのスイッチを備える、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項3】

前記第１のスイッチングレッグ、前記第２のスイッチングレッグ、又は前記第３のスイッチングレッグが、３レベルスイッチングレッグを備える、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項4】

前記３レベルスイッチングレッグが、中性点クランプレッグを備え、
前記中性点クランプレッグが、少なくとも４つのスイッチを備え、
前記少なくとも４つのスイッチのうちの最初の２つが、ノードにおいて直列に結合され、
前記少なくとも４つのスイッチのうちの次の２つが、第３のＤＣ端子と、前記ノード又は前記第２のＡＣ端子のうちの１つとの間に直列に結合されている、請求項３に記載の電力変換器。

【請求項5】

インダクタを更に備え、
前記インダクタが、前記第１のＡＣ端子と前記第２のスイッチングレッグとの間に結合されており、
前記インダクタが、第１の端部及び第２の端部を有する第１の巻線を備え、
前記インダクタが、第３の端部及び第４の端部を有する第２の巻線を備え、
前記第１の巻線の前記第１の端部が、ノードにおいて前記第２の巻線の前記第３の端部に結合されており、
前記第１の巻線の前記第２の端部が、前記第１のスイッチングレッグに結合されており、
前記第２の巻線の前記第４の端部が、前記第２のスイッチングレッグに結合されている、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項6】

前記第３の周波数が、電力供給ネットワークの電力波形の周波数である、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項7】

前記コントローラが、ある時間に電圧レベルによってバイアスされた前記第１の電力波形を生成するように、前記第１のスイッチングレッグ及び前記第２のスイッチングレッグを制御するように構成されており、
前記コントローラが、前記時間に、前記電圧レベルを含む振幅を有する前記第２の電力波形を生成するように、前記第３のスイッチングレッグを制御するように構成されている、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項8】

前記コントローラが、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号に基づいて前記第１のスイッチングレッグ及び前記第２のスイッチングレッグを制御するように構成されており、
前記コントローラが、基準信号及びキャリア信号に基づいて前記ＰＷＭ信号を生成するように構成されており、
前記基準信号が、前記時間に、前記電圧レベルに比例する第２の電圧レベルによってバイアスされる、請求項７に記載の電力変換器。

【請求項9】

前記第２の電力波形が、方形波である、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項10】

前記第２の電力波形が、修正方形波である、請求項９に記載の電力変換器。

【請求項11】

前記第２の電力波形が、電力供給ネットワークの電力信号に同期されている、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項12】

前記コントローラが、前記第１のスイッチングレッグと前記第２のスイッチングレッグとの間の位相シフトを決定するように構成されている、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項13】

前記コントローラが、相内で前記第１のスイッチングレッグ内の前記第１の複数のスイッチと前記第２のスイッチングレッグ内の前記第２の複数のスイッチとをスイッチングするように構成されている、請求項１２に記載の電力変換器。

【請求項14】

コントローラによって、第１の周波数でスイッチングするように第１のスイッチングレッグ内の第１の複数のスイッチを制御することと、
前記第１の複数のスイッチを制御することに基づいて、第１の交流（ＡＣ）端子において、第１の電力波形を生成することと、
前記コントローラによって、第２の周波数であって、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数でスイッチングするように、第２のスイッチングレッグ内の第２の複数のスイッチを制御することと、
前記第２の複数のスイッチを制御することに基づいて、第２のＡＣ端子において、第２の電力波形を生成することと、
を含む、方法。

【請求項15】

前記第１の電力波形の前記生成が、
基準信号及び変調信号に基づいて、前記第１の複数のスイッチのための第１のスイッチング方式を決定することと、
前記第１のスイッチングレッグのノードにおいてパルス電力波形を生成するために、前記第１のスイッチング方式に基づいて、前記第１の周波数においてオン状態とオフ状態との間で遷移するように前記第１の複数のスイッチを制御することと、
前記第１の電力波形を生成するために前記パルス電力波形をフィルタリングすることと、を含み、
前記第２の電力波形の前記生成が、
第２の基準信号に基づいて、前記第２の複数のスイッチのための第２のスイッチング方式を決定することと、
前記第２のスイッチングレッグのノードにおいて前記第２の電力波形を生成するために、前記第２のスイッチング方式に基づいて、第２の周波数においてオン状態とオフ状態との間で遷移するように前記第２の複数のスイッチを制御することと、を含む、請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２２年１０月２７日に出願された米国仮出願第６３／４１９，８１９号の優先権を主張するものであり、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0002】

（発明の分野）
本開示は、概して電力システムに関する。より具体的には、本開示は、電力変換デバイス、装置、及び方法を提供する。

【背景技術】

【0003】

電力変換器は、入力電圧を１つの設定（例えば、レベル、周波数、又はその両方）から別の設定に変更することができる。そのような電力変換器は、直流（direct current、ＤＣ）電力を交流（alternating current、ＡＣ）電力に変換するように構成することができる。そのようなＤＣ－ＡＣ変換器は、インバータと称され得る。電力変換器はまた、ＤＣ電力（例えば、１つの電圧レベルにおける）をＤＣ電力（例えば、別の電圧レベルにおける）に変換することができ、ＤＣ－ＤＣ変換器と称され得る。電力変換器は、ＡＣ電力からＤＣ電力へ変換することもできる。そのようなＡＣ－ＤＣ変換器は、整流器と称され得る。

【0004】

（開示の簡単な概要）
以下は、本開示のいくつかの態様の基本的な理解を提供するための簡略化された概要を提示する。本概要は、本開示の包括的な概説ではない。本開示の鍵となる要素若しくは重要な要素を特定すること、又は本発明の範囲を叙述することは、意図されていない。以下の概要は、以下に提供されるより詳細な説明の前置きとして、本開示のいくつかの概念を簡略化した形式で単に提示するに過ぎない。

【0005】

本開示の第１の態様は、電力を変換する（例えば、ＤＣ電力をＡＣ電力に変換する、ＤＣ電力をＤＣ電力に変換する、又はＡＣ電力をＤＣ電力に変換する）ように構成された電力変換器に関する。電力変換器は、複数の高周波スイッチングレッグと、低周波スイッチングレッグとを備え得る。複数の高周波スイッチングレッグの各々、及び低周波スイッチングレッグは、複数のスイッチを備え得る。高周波スイッチングレッグ及び低周波スイッチングレッグは両方とも、一対のＤＣ端子間に結合され得る。高周波スイッチングレッグは、第１のＡＣ端子において第１の電力波形を提供するように構成され得る。第１の電力波形は、バイアスされた（例えば、ある時間又は時間間隔において電圧レベルによってバイアスされた）電力波形であり得る。低周波スイッチングレッグは、第２の電力波形を提供するように構成され得る。例えば、第２の電力波形は、その時間又は時間間隔において、第２のＡＣ端子における第１の電力波形のバイアスに対応する電圧レベルを有してもよい（例えば、第２の電力波形は、方形波又は修正方形波であってもよい）。負荷が、第１のＡＣ端子と第２のＡＣ端子との間に結合され得る。したがって、負荷は、第１の電力波形と第２の電力波形との間の差と関連付けられてもよく、結果としてＡＣ電力信号をもたらし得る。

【0006】

本開示の第２の態様は、多相電力を変換するための複数の電力変換器の使用に関し得る。

【0007】

本開示の第３の態様は、インバータの対応相がＡＣ端子において接続される複数のインバータの使用に関し得る。

【0008】

本開示の第４の態様は、第１の電力波形が第１のＡＣ端子で生成され、第２の電力波形が第２のＡＣ端子で生成される方法に関し得る。

【0009】

本開示の第５の態様は、基準信号及び１つ又は複数の変調信号に基づいて、高周波スイッチングレッグ内の第１の複数のスイッチのためのスイッチング方式が決定される方法に関し得る。複数のスイッチは、高周波スイッチングレッグの高周波ノードにおいてパルス電力波形を生成するために、決定されたスイッチング方式に基づいて、第１の周波数においてオン状態とオフ状態との間で遷移するように制御される。第１の電力波形は、パルス電力波形をフィルタリングすることによって第１のＡＣ端子において決定される。

【0010】

本開示の第６の態様は、電力変換器の低周波スイッチングレッグの複数のスイッチのためのスイッチング方式が基準信号に基づいて決定される方法に関し得る。低周波スイッチングレッグの複数のスイッチは、電力変換器の第２のＡＣ端子において第２の電力波形を生成するために、スイッチング方式に基づいて、第２の周波数でオン状態とオフ状態との間で遷移するように制御される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

本開示のより完全な理解及びその利点は、添付の図面を考慮して以下の説明を参照することによって得ることができるが、ここでは、類似の参照番号は同様の特徴を示している。

【0012】

【図1】本明細書に開示の態様による電力変換器の例を例示する。

【図2A】本明細書に開示の態様による電力変換器の一例を例示する。

【図2B】本明細書に開示の態様による電力変換器の基準波形及び変調波形の一例を例示する。

【図2C】本明細書に開示の態様による電力変換器のパルス電力波形の一例を例示する。

【図2D】本明細書に開示の態様による電力変換器の第１の電力波形の一例を例示する。

【図2E】本明細書に開示の態様による電力変換器の第２の電力波形の一例を例示する。

【図2F】本明細書に開示の態様による電力変換器のＰＷＭ電力波形の一例を例示する。

【図2G】本明細書に開示の態様による電力変換器のＡＣ電力波形の一例を例示する。

【図3A】本明細書に開示の態様による電力変換器及び関連波形の一例を例示する。

【図3B】本明細書に開示の態様による電力変換器の基準波形及び変調波形の一例を例示する。

【図3C】本明細書に開示の態様による電力変換器のパルス電力波形の一例を例示する。

【図3D】本明細書に開示の態様による電力変換器の第１の電力波形の一例を例示する。

【図3E】本明細書に開示の態様による電力変換器の第２の電力波形の一例を例示する。

【図3F】本明細書に開示の態様による電力変換器のＰＷＭ電力波形の一例を例示する。

【図3G】本明細書に開示の態様による電力変換器のＡＣ電力波形の一例を例示する。

【図4A】本明細書に開示の態様による電力変換器及び関連波形の一例を例示する。

【図4B】本明細書に開示の態様による電力変換器の基準波形及び変調波形の一例を例示する。

【図4C】本明細書に開示の態様による電力変換器のパルス電力波形の一例を例示する。

【図4D】本明細書に開示の態様による電力変換器の第１の電力波形の一例を例示する。

【図4E】本明細書に開示の態様による電力変換器の第２の電力波形の一例を例示する。

【図4F】本明細書に開示の態様による電力変換器のＰＷＭ電力波形の一例を例示する。

【図4G】本明細書に開示の態様による電力変換器のＡＣ電力波形の一例を例示する。

【図5】本明細書に開示の態様による電力変換器の一例を例示する。

【図6】本明細書に開示の態様による３相装置の一例を例示する。

【図7】本明細書に開示の態様による２つの３相インバータを採用する装置を例示する。

【図8A】本明細書に開示の態様による第１の電力波形の及び一例を例示する。

【図8B】本明細書に開示の態様による第１の電力波形の及び一例を例示する。

【図8C】本明細書に開示の態様によるＡＣ電力波形の一例を例示する。

【図8D】本明細書に開示の態様による第１の電力波形の及び一例を例示する。

【図8E】本明細書に開示の態様によるＡＣ電力波形の一例を例示する。

【図9A】本明細書に開示の態様によるＡＣ電力波形を生成するための方法の一例を例示する。

【図9B】本明細書の開示による高周波スイッチングレッグを動作させるための方法の一例を例示する。

【図9C】本明細書の開示による低周波スイッチングレッグを動作させるための方法の一例を例示する。

【発明を実施するための形態】

【0013】

様々な実施形態の以下の説明において、添付図面を参照するが、添付図面は、本明細書の一部を形成するものであり、そこには、本開示が実施され得る様々な実施形態が例示として示されている。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用してもよく、構造的及び機能的な変更を行ってもよいことを理解されたい。

【0014】

特定のシステムでは、マルチレベル電力変換器（例えば、３レベルインバータ、５レベルインバータ、７レベルインバータなど）を採用することが有利であり得る。いくつかの利点を挙げると、マルチレベル電力変換器を採用することにより、全高調波ひずみ（total harmonic distortion、ＴＨＤ）を低減し得、電力変換器のスイッチ間の電圧差を低減し得、かつ／又は入力電流におけるひずみを低減し得る。

【0015】

本明細書に記載のシステム及び方法は、複数の並列高周波スイッチングレッグ及び低周波スイッチングレッグを採用し、負荷が、高周波スイッチングレッグと低周波スイッチングレッグとの間に結合され得る、電力変換器を含む。「高」及び「低」という用語は、本明細書では相対的な意味であり（例えば、「高周波数」は「低周波数」よりも高い）、特定の値又は値の範囲に関係することが意図されていないことに留意されたい。本明細書に記載の電力変換器において、電力変換器によって生成されるＰＷＭ電力波形のレベル数は、高周波レッグのレベル数よりも高くなり得る。例えば、３レベル波形は、２レベル高周波スイッチングレッグ及び２レベル低周波スイッチングレッグから生成され得る（例えば、図２Ａ～図２Ｇに示されるとおり）。５レベル波形は、３レベル高周波スイッチングレッグ及び２レベル低周波スイッチングレッグによって生成され得る（例えば、図３Ａ～図３Ｇに示されるとおり）。低周波スイッチングレッグには、低スイッチング周波数特性、低伝導損失を有し得る、（例えば、高スイッチング周波数特性を有するスイッチに対して）より安価であり得るスイッチを採用し得る。低周波スイッチングレッグ内のスイッチを低周波数でスイッチングすることは、（例えば、高周波スイッチングレッグ内のスイッチのスイッチング損失に対して）低いスイッチング損失をもたらし得る。また、低周波スイッチングレッグにはより安価なスイッチを採用し得るため、本明細書に開示の電力変換器は、改善された費用効率を有し得る。相内でスイッチングし得る複数の並列高周波スイッチングレッグを採用することで、各高周波スイッチングレッグにおいてより低い電流定格を有するスイッチを採用することを可能にし得る。位相をずらしてスイッチングし得る複数の並列高周波スイッチングレッグを採用することは、有効スイッチング周波数を維持しつつ、各高周波スイッチングレッグのスイッチング周波数の低減を可能にし得る。

【0016】

本明細書に開示の態様は、電力変換器及び電力を変換するための装置に関する。例えば、本明細書に開示の態様は、ＤＣ電力をＡＣ電力に変換するか、又は（例えば、ある電圧レベルの）ＤＣ電力を（例えば、別の電圧レベルの）ＤＣ電力に変換するように構成された電力変換器に関し得る。本明細書に開示の態様は、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換するように構成された電力変換器に関し得る。本明細書に開示の態様による電力変換器は、複数の高周波スイッチングレッグと、低周波スイッチングレッグとを備え得る。複数の高周波スイッチングレッグ及び低周波スイッチングレッグは、複数のスイッチを備え得る。コントローラは、第１のＡＣ端子において第１の電力波形を生成するように、対応する高周波でスイッチングするように高周波スイッチングレッグのスイッチを制御し得る。制御部は、第２のＡＣ端子において第２の電力波形を生成するように、低周波数でスイッチングするように低周波スイッチングレッグのスイッチを制御し得る。高周波スイッチングレッグの対応する高周波数は、互いに異なり得るが、低周波スイッチングレッグの低周波数より高い。コントローラは、第１の電力波形を生成し、第１の電力波形が、ある時間又は時間間隔において、電圧レベルによってバイアスされ得るように高周波スイッチングレッグを制御するように構成され得る。コントローラは、第２の波形を生成し、その時間又は時間間隔における第２の電力波形の電圧レベルが、第１の電力波形にバイアスをかける電圧レベルに対応するように、低周波スイッチングレッグを制御するように構成され得る。負荷が、第１のＡＣ端子と第２のＡＣ端子との間に結合され得る。負荷には、第１の電力波形と第２の電力波形との間の差が提供されてもよく、これは、ＡＣ電力波形をもたらし得る。

【0017】

図１を参照すると、本明細書に開示の態様による、概して、電力変換器１００として参照される、電力変換器の一例が例示されている。電力変換器１００は、複数の高周波スイッチングレッグ１０２_１、１０２_２、．．．、１０２_Ｎと、低周波スイッチングレッグ１０４とを備え得る。高周波スイッチングレッグ１０２_１、１０２_２、．．．、１０２_Ｎの各々は、複数のスイッチ（例えば、図２Ａ、図３Ａ、及び／又は図４Ａに関連して以下で更に詳述されるとおり）と、高周波ノード１０６_１、１０６_２、．．．、１０６_Ｎのうちの対応する１つとを備え得る。低周波スイッチングレッグ１０４は、複数のスイッチ（例えば、図２Ａ、図３Ａ、及び／又は図４Ａに関連して以下で更に詳述されるとおり）と、ＡＣ端子１０８とを備え得る。電力変換器１００は、ＡＣ端子１１０を備え得る。電力変換器１００は、一対のＤＣ端子１１４_１及び１１４_２と、コントローラ１１６とを備え得る。電力変換器１００は、複数のフィルタ１１８_１、１１８_２、．．．、１１８_Ｎを更に備えてもよく、各々が、高周波スイッチングレッグ１０２_１、１０２_２、．．．、１０２_Ｎのそれぞれ１つに対応する。電力変換器１００は、複数のセンサ１２０_１、１２０_２、．．．、１２０_Ｎを備えてもよく、各々が、高周波スイッチングレッグ１０２_１、１０２_２、．．．、１０２_Ｎのそれぞれ１つに対応する。

【0018】

高周波スイッチングレッグ１０２_１、１０２_２、．．．、１０２_Ｎ、及び低周波スイッチングレッグ１０４は、図１のラベル「Ｖｓｏｕｒｃｅ」及び「Ｖｒｅｆ」によって示されるように、ＤＣ端子１１４_１と１１４_２との間に（例えば、並列に）結合され得る。フィルタ１１８_１、１１８_２、．．．、１１８_Ｎの各々は、高周波ノード１０６_１、１０６_２、．．．、１０６_Ｎのうちの対応する１つとＡＣ端子１１０との間に結合され得る。センサ１２０_１、１２０_２、．．．、１２０_Ｎの各々は、高周波ノード１０６_１、１０６_２、．．．、１０６_Ｎのうちの対応する１つとＡＣ端子１１０との間に結合され得る。コントローラ１１６は、高周波スイッチングレッグ１０２_１、１０２_２、．．．、１０２_Ｎの各々（例えば、図１のラベル「高周波レッグへ」によって示されるように）、低周波スイッチングレッグ１０４、及びセンサ１２０_１、１２０_２、．．．、１２０_Ｎの各々（例えば、図１のラベル「センサへ」によって示されるように）に結合され得る。負荷１２０は、ＡＣ端子１１０とＡＣ端子１０８との間に結合され得る。

【0019】

フィルタ１１８_１、１１８_２、．．．、１１８_Ｎの各々は、決定された対応するフィルタ特性（例えば、決定されたフィルタ伝達関数）に基づいて、それへの入力信号をフィルタ処理するように構成され得る。例えば、フィルタ１１８_１、１１８_２、．．．、１１８_Ｎの各々は、インダクタ、キャパシタ、トランジスタ、ダイオード、又は演算増幅器など、受動構成要素、能動構成要素、又は受動構成要素と能動構成要素の両方を用いて実装される、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、バンドストップフィルタ、ノッチフィルタ、ハイパスフィルタなどであり得る。図１の例では、フィルタ１１８_１、１１８_２、．．．、１１８_Ｎは、少なくとも１つのインダクタを含み得る。フィルタ１１８_１、１１８_２、．．．、１１８_Ｎは、接続点（例えば、本明細書では「ノード」と称されることもある）において直列に結合された２つのインダクタと、ノードと基準ノードとの間に結合されたキャパシタとを含み得る。

【0020】

センサ１２０_１、１２０_２、．．．、１２０_Ｎのうちの１つ以上は、（例えば、変流器（Current Transformer、ＣＴ）センサ、ホール効果センサ、ゼロ磁束センサなどによって実装される）電流センサであり得る。センサ１２０_１、１２０_２、．．．、１２０_Ｎのうちの１つ以上は、電圧センサであり得る（例えば、抵抗分圧器又は容量分圧器、抵抗ブリッジ又は容量ブリッジ、比較器などによって実装される）。センサ１２０_１、１２０_２、．．．、１２０_Ｎのうちの１つ以上は、２つ以上のセンサ（例えば、電流センサ及び電圧センサ）を備え得る。コントローラ１１６は、制御命令のセットを実行するように構成されたマイクロコントローラ、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（Field Programmable Gate Array、ＦＰＧＡ）、又は特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit、ＡＳＩＣ）として実装され得る。コントローラ１１６は、いくつかのコントローラを備える分散型デバイスであり得る。例えば、１つのコントローラが高周波スイッチングレッグ１０２_１、１０２_２、．．．、１０２_Ｎを制御してもよく、別のコントローラが低周波スイッチングレッグ１０４を制御してもよい。場合によっては、コントローラ１１６は、いくつかのコントローラを含んでもよく、これらのコントローラは、ネットワーク（例えば、通信プロトコルを使用する、有線又は無線ネットワーク等を使用する通信バス）を介して、相互間で通信してもよい。

【0021】

コントローラ１１６は、高周波ノード１０６_１、１０６_２、．．．、１０６_Ｎのうちの対応する１つにおいてパルス電力波形（例えば、図２Ｃ、図３Ｃ、及び／又は図４Ｃに描画されるとおり）を生成するように、スイッチング方式に基づいて、対応する高周波でスイッチングするように高周波スイッチングレッグ１０２_１、１０２_２、．．．、１０２_Ｎの各々におけるスイッチを制御し得る。パルス電力波形は、２つ以上のレベルを有するパルス幅変調（pulse width modulation、ＰＷＭ）信号であり得る。パルス電力波形は、（例えば、図２Ｂ、図３Ｂ、及び／又は図４Ｂに描画されるとおり）基準信号に基づいてもよい。基準信号は、ある時間又は時間間隔において第１の電圧レベルによってバイアスされ得る。フィルタ１１８_１、１１８_２、．．．、１１８_Ｎの各々は、高周波ノード１０６_１、１０６_２、．．．、１０６_Ｎのうちの対応する１つにおいてパルス電力波形をフィルタリングし、ＡＣ端子１１０において第１の電力波形を提供し得る。第１の電力波からは、その時間又は時間間隔において、ＡＣ端子１１０における第１の電圧レベル（例えば、図２Ｄ、図３Ｄ、及び／又は図４Ｄに描画されるとおり）に対応する第２の電圧レベルによってバイアスされ得る。コントローラ１１６は、ＡＣ端子１０８において、第２の電力波形（例えば、図２Ｅ、図３Ｅ、及び／又は図４Ｅに描画されるとおり）を生成するように、低周波スイッチングレッグ１０４を制御し得る。その時間又は時間間隔における第２の電力波形の１つ又は複数の電圧レベルは、第１の電力波形にバイアスをかける第２の電圧レベルに対応し得る（例えば、同じであり得るか、又は比例し得る）。第１の電力波形の基本周波数と第２の電力波形の基本周波数とは同じであってもよい。負荷１２２などの負荷は、ＡＣ端子１１０とＡＣ端子１０８との間に結合され得る。したがって、負荷１２２には、ＡＣ端子１１０における第１の電力波形とＡＣ端子１０８における第２の電力波形との間の差が提供され得る。この差は、（例えば、図２Ｇ、図３Ｇ、及び／又は図４Ｇに描画されるとおり）ＡＣ電力信号をもたらし得る。

【0022】

本明細書に開示の態様によれば、高周波ノード１０６_１、１０６_２、．．．、１０６_Ｎの各々を通る電流は、平衡されなければならない。電流を平衡させるために、センサ１２０_１、１２０_２、．．．、１２０_Ｎの各々は、高周波ノード１０６_１、１０６_２、．．．、１０６_Ｎのうちの対応する１つを通る電流に関する測定値をコントローラ１１６に提供し得る。コントローラ１１６は、高周波ノード１０６_１、１０６_２、．．．、１０６_Ｎを流れる電流間の差動電流を検出し得る。コントローラ１１６が差動電流を検出する場合、コントローラ１１６は、平衡基準に基づいて高周波ノード１０６_１、１０６_２、．．．、１０６_Ｎを通る電流を平衡させるように、高周波スイッチングレッグ１０２_１、１０２_２、．．．、１０２_Ｎのうちの１つ、いくつか、又は全てのスイッチング方式を調整し得る。例えば、コントローラ１１６は、高周波スイッチングレッグ１０２_１、１０２_２、．．．、１０２_Ｎのうちの１つ、いくつか、又は全てを制御することによって、対応するＰＷＭ信号（例えば、ＰＷＭ信号のデューティサイクル）を調整し得る。

【0023】

ここで図２Ａ～図２Ｇを参照すると、本明細書の開示の態様による、概して、２００で参照される電力変換器と関連波形との一例が例示されている。電力変換器２００は、電力変換器１００（図１）の一例である。電力変換器２００は、２つの高周波スイッチングレッグ２０２_１及び２０２_２と、低周波スイッチングレッグ２０４と、ＡＣ端子２１０と、ＡＣ端子２０８とを備え得る。電力変換器２００は、一対のＤＣ端子２１４_１及び２１４－_２と、コントローラ２１６とを備え得る。電力変換器２００は、２つのフィルタ２１８_１及び２１８_２を更に備えてもよく、各々が、高周波スイッチングレッグ２０２_１及び２０２_２のそれぞれ１つに対応する。電力変換器２００は、２つのセンサ２２０_１及び２２０_２を更に備えてもよく、各々が、高周波スイッチングレッグ２０２_１及び２０２_２のそれぞれ１つに対応する。

【0024】

図２Ａの例では、高周波スイッチングレッグ２０２_１及び２０２_２、並びに低周波スイッチングレッグ２０４の各々は、２レベルスイッチングレッグを備え得る（例えば、直列に結合された２つのスイッチを備える）。図２Ａの例では、高周波スイッチングレッグ２０２_１及び２０２_２、並びに低周波スイッチングレッグ２０４の各々は、ハーフブリッジスイッチングレッグとして描画されている。例えば、高周波スイッチングレッグ２０２_１は、高周波ノード２０６_１において直列に結合されたスイッチ２２２_１及びスイッチ２２２_２を備え得る。高周波スイッチングレッグ２０２_２は、高周波スイッチングノード２０６_２において直列に結合されたスイッチ２２４_１及びスイッチ２２４_２を備え得る。低周波スイッチングレッグ２０４は、ＡＣ端子２０８において直列に結合されたスイッチ２２６_１及びスイッチ２２６_２を備え得る。スイッチ２２２_１、２２２_２、２２４_１、２２４_２、２２６_１、又は２２６_２の各々は、電界効果トランジスタ（field effect transistor、ＦＥＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（bipolar junction transistor、ＢＪＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（insulate－gate bipolar transistor、ＩＧＢＴ）、ダイアック、トライアック、シリコン制御整流器（silicon controlled rectifier、ＳＣＲ）、又はダイオードであり得る。スイッチ２２２_１及び２２２_２の直列結合、ひいては高周波スイッチングレッグ２０２_１は、ＤＣ端子２１４_１と２１４_２との間に結合され得る。スイッチ２２４_１及び２２４_２の直列結合、ひいては高周波スイッチングレッグ２０２_２は、ＤＣ端子２１４_１と２１４_２との間に結合され得る。スイッチ２２６_１及び２２６_２の直列結合、ひいては低周波スイッチングレッグ２０４は、ＤＣ端子２１４_１と２１４_２との間に結合され得る。したがって、高周波スイッチングレッグ２０２_１及び２０２_Ｎ、又は低周波スイッチングレッグ２０４は、ＤＣ端子２２６_１と２２６_２との間に（例えば、並列に）結合され得る。

【0025】

フィルタ２１８_１及び２１８_２の各々は、フィルタ１１４_１、１１４_２、．．．、１１４_Ｎ（図１）と同様であってもよく、高周波ノード２０６_１及び２０６_２のうちの対応する１つと、ＡＣ端子２１０との間に結合されてもよい。センサ２２０_１及び２２０_２の各々は、センサ１２０_１、１２０_２、・・・、１２０_Ｎ（図１）と同様であってもよく、高周波ノード２０６_１及び２０６_２のうちの対応する１つと、ＡＣ端子２１０との間に結合されてもよい。コントローラ２１６は、コントローラ１１６（図１）と同様であってもよく、高周波スイッチングレッグ２０２_１のスイッチ２２２_１及び２２２_２、高周波スイッチングレッグ２０２_２のスイッチ２２４_１及び２２４_２、又は低周波スイッチングレッグ２０４のスイッチ２２６_１及び２２２_６に結合されてもよい。コントローラ２１６は、センサ２２０_１及び２２０_２の各々に結合され得る。負荷２２８は、ＡＣ端子２１０とＡＣ端子２０８との間に結合され得る。

【0026】

ＤＣ端子２１４_１及び２１４_２は、電源２３０（例えば、光起電力ストリング、光起電力アレイ、バッテリ）に結合され得る。電源２３０は、ＤＣ端子２１４_１及び２１４_２において電力を供給し得る。コントローラ２１６は、オフ状態（例えば、非導通）とオン状態（例えば、導通）との間、又はその逆に遷移させて、高周波ノード２０６_１及び２０６_２でパルス電力波形（例えば、パルス電力信号２３４－図２Ｃ）を生成するように、高周波スイッチングレッグ２０２_１のスイッチ２２２_１及び２２２_２、並びに／又は高周波スイッチングレッグ２０２_２のスイッチ２２４_１及び２２４_２を制御し得る。コントローラ２１６は、スイッチング方式に基づいて、スイッチ２２２_１、２２２_２、２２４_１、及び／又は２２４_２のオフ状態とオン状態との間、又はその逆の遷移を決定し得る。例えば、スイッチング方式は、スイッチ２２２_１、２２２_２、２２４_１及び／又は２２４_２の各々の状態間の遷移のタイミングを決定し得る。コントローラ２１６は、基準信号２３０（例えば、図２Ｂに示されるとおり）などの基準信号と、第１の周波数（例えば、数十キロヘルツ、数百キロヘルツ、又は数千キロヘルツほど）を有する変調信号２３２（例えば、三角波信号又は鋸歯状波信号）とに基づいてスイッチング方式を決定してもよく、これは、ＰＷＭスイッチング方式をもたらし得る。したがって、スイッチ２２２_１、２２２_２、２２４_１、及び／又は２２４_２は、第１の周波数において、オン状態とオフ状態との間、及びその逆に遷移し得る。それにもかかわらず、スイッチ２２２_１及び２２２_２のスイッチング周波数は、第１の周波数であり得、スイッチ２２４_１及び２２４_２のスイッチング周波数は、（例えば、第２の周波数を有する変調信号に基づく）第２の周波数であり得ることに留意されたい。基準信号２３０は、ある時間又は時間間隔で他の基準信号にバイアスをかけることにより、別の基準信号（例えば、電力分配ネットワークからのＡＣ信号に基づく正弦波）に基づき得る。例えば、基準信号２３０は、ある時間又は時間間隔において第１の電圧によってバイアスされ得る。例えば、基準信号２３０は、時間Ｔｆ／２とＴｆとの間の第１の電圧レベルによってバイアスされ得る正弦波として描画される。高周波スイッチングレッグ２０２_１及び２０２_２が２レベルスイッチングレッグであり得るため、図２Ｃの例では、パルス電力波形２３４は２レベル信号である。

【0027】

フィルタ２１８_１は、ノード２０６_１におけるパルス電力波形をフィルタリングし、フィルタ２１８_２は、ノード２０６_２におけるパルス電力波形をフィルタリングする。フィルタ２１８_１及びフィルタ２１８_２の出力は、ＡＣ端子２１０において、第１の電力波形（例えば、第１の電力波形２３６－図２Ｄ）を提供し得る。第１の電力波形２３６は、ある時間又は時間間隔において、基準信号のバイアスに対応する（例えば、比例する）第２の電圧によってバイアスされ得る。例えば、第１の電力波形２３６は、時間Ｔｆ／２とＴｆとの間でバイアスされ得る正弦波として描画されている（例えば、基準信号２３０と同様であるが、異なる電圧レベルを有する）。基準信号２３０及び第１の電力波形２３６は同様の形態を有し得ることに留意されたい。しかしながら、これらの信号は異なる電圧レベルを有し得る。例えば、基準信号２３０の電圧レベルは、数ボルトほど（例えば、３．３Ｖ、５Ｖ、７．５Ｖ、９Ｖ、１０Ｖ、１２Ｖ、又は１５Ｖ）であり得る。第１の電力波形２３６の電圧レベルは、数十又は数百ボルト（例えば、５０Ｖ、１００Ｖ、３００Ｖ、３５０Ｖ、４００Ｖ、５００Ｖ、６００Ｖ、又は８００Ｖ）以上ほどであり得る。

【0028】

コントローラ２１６は、オフ状態とオン状態との間、又はその逆で遷移させて、ＡＣ端子２０８において、第２の電力波形を生成するように、低周波スイッチングレッグ２０４のスイッチ２２６_１及び２２６_２を制御し得る。第１の電力波形がバイアスされる時間又は時間間隔における第２の電力波形の電圧レベルは、第１の電力波形をバイアスする第２の電圧レベルに対応する。例えば、図２Ｅでは、第２の電力波形は方形波２３８として描画されている。コントローラ２１６は、スイッチング方式に基づいてスイッチ２２６_１及び２２６_２を制御し得る。コントローラ２１６は、第３の周波数（例えば、電力送達ネットワークの周波数）を有する基準信号に基づいてスイッチング方式を決定し得る。例えば、基準信号が配電ネットワークからのＡＣ信号に基づく正弦波である場合、コントローラ２１６は、基準信号が（例えば、基準に対して）正である時間中、スイッチ２２６_１をオン状態になるように制御し、スイッチ２２６_２をオフ状態になるように制御し得る。コントローラ２１６は、基準信号が（例えば、基準レベルに対して）負である時間中、スイッチ２２６_１をオフ状態になるように、かつスイッチ２２６_２をオン状態になるように制御し得る。したがって、コントローラ２１６は、コントローラ２１６がスイッチ２２２_１、２２２_２、２２４_１、及び２２４_２を制御する第１の周波数又は第２の周波数より低くてもよい第３の周波数で、オン状態とオフ状態との間、及びその逆に遷移するように、スイッチ２２６_１及び２２６_２を制御し得る。

【0029】

基準信号２３０、パルス電力波形２３６、及び第２の電力波形２３８の基本周波数は、同じ基本周波数であり得ることに留意されたい。例えば、基準信号２３０及び第２の電力波形２３８は、配電ネットワーク（例えば、電力網）からの電力信号に基づいて生成され得る。したがって、これらの信号の周波数は、電力信号の周波数（例えば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）であり得る。

【0030】

図２Ａ～図２Ｇの例では、パルス電力信号２３４と第２の電力波形２３８との間の差は、図２Ｆに描画されるＰＷＭ電力波形２４０などの３レベルＰＷＭ電力波形をもたらし得る。ＡＣ端子２１０における第１の電力波形２３６とＡＣ端子２０８における第２の電力波形２３８との間の差は、図２Ｇに描画されるＡＣ電力信号２４２をもたらし得る。したがって、負荷２２８は、ＡＣ電力信号２４２を受信し得る。

【0031】

ここで図３Ａ～図３Ｇを参照すると、本明細書に開示の態様による、概して電力変換器３００として参照される電力変換器と関連波形との一例を例示している。電力変換器３００は、（図１に描画され得るような）電力変換器１００の一例であり得る。図３Ａ～図３Ｇの例では、電力変換器３００は、２つの高周波スイッチングレッグ３０２_１及び３０２_２、低周波スイッチングレッグ３０４、ＡＣ端子３１０、並びに低周波端子３０８を備え得る。電力変換器３００は、３つのＤＣ端子３１４_１、３１４－_２、及び３１４_３と、コントローラ３１６とを備え得る。電力変換器３００は、２つのフィルタ３１８_１及び３１８_２を更に備えてもよく、各々が、高周波スイッチングレッグ３０２_１及び３０２_２のそれぞれ１つに対応する。電力変換器３００は、２つのセンサ３２０_１及び３２０_２を更に備えてもよく、各々が、高周波スイッチングレッグ３０２_１及び３０２_２のそれぞれ１つに対応する。

【0032】

図３Ａの例では、高周波スイッチングレッグ３０２_１及び３０２_２の各々は、３レベルスイッチングレッグであってもよく、各々が、対応する高周波ノード３０６_１及び３０６_２を備えてもよい。したがって、ＤＣ端子３１４_１、３１４_２、及び３１４_３は各々、（例えば、ラベル「Ｖｓｏｕｒｃｅ」及び「Ｖｒｅｆ」及び「Ｖｎ」によって示されるような）それぞれの電圧レベルに対応し得る。例えば、図３Ａにおいて、高周波スイッチングレッグ３０２_１及び２０３_２の各々は、Ｔ型中性点クランプ（neutral point clamped、ＮＰＣ）スイッチングレッグとして描画されている。高周波スイッチングレッグ３０２_１は、スイッチ（例えば、ＦＥＴ）３２２_１、３２２_２、３２４_１、及び３２４_２を備え得る。スイッチ３２２_１及び３２２_２は、（例えば、高周波ノード３０６_１において）直列に結合される。例えば、スイッチ３２２_１及び３２２_２がＮチャネルＦＥＴである場合など、スイッチ３２２_１のソースは、高周波ノード３０６_１においてスイッチ３２２_２のドレインに結合され得る。スイッチ３２２_１及び３２２_２の直列結合は、ＤＣ端子３１４_１と３１４_２との間に結合され得る。スイッチ３２４_１及び３２４_２は、ＤＣ端子３１４_３と高周波ノード３０６_１との間に直列に結合され得る。例えば、スイッチ３２４_１及び３２４_２がＮチャネルＦＥＴである場合など、スイッチ３２４_１のドレインは、スイッチ３２４_２のドレインに結合され得る。

【0033】

高周波スイッチングレッグ３０２_２は、スイッチ（例えば、ＦＥＴ）３２６_１、３２６_２、３２８_１、及び３２８_２を備え得る。スイッチ３２６_１及び３２６_２は、高周波ノード３０６_２において直列に結合され得る。例えば、スイッチ３２６_１及び３２６_２がＮチャネルＦＥＴである場合など、スイッチ３２６_１のソースは、高周波ノード３０６_１においてスイッチ３２６_２のドレインに結合され得る。スイッチ３２６_１及び３２６_２の直列結合は、ＤＣ端子３１４_１と３１４_２との間に結合され得る（例えば、図３Ａにおいてラベル「Ｖｓｏｕｒｃｅ」及び「Ｖｒｅｆ」によって示されるとおり）。スイッチ３２８_１及び３２８_２は、ＤＣ端子３１４_３と高周波ノード３０６_２との間に直列に結合され得る。例えば、スイッチ３２８_１及び３２８_２がＮチャネルＦＥＴである場合など、スイッチ３２８_１のドレインは、スイッチ３２８_２のドレインに結合され得る。

【0034】

低周波スイッチングレッグ３０４は、２レベルスイッチングレッグであってもよく、低周波端子３０８において直列に結合された２つのスイッチ（例えば、ＩＧＢＴ）３３０_１及び３３０_２を備えてもよい。例えば、３３０_１及び３３０_２がＩＧＢＴである場合など、スイッチ３３０_１のエミッタは、スイッチ３３０_２のコレクタに結合され得る。スイッチ３３０_１及び３３０_２の直列結合は、ＤＣ端子３１４_１と３１４_２との間に結合され得る。図２Ａに関連して上述したように、スイッチ３２２_１、３２２_２、３２４_１、３２４_２、３２６_１、３２６_２、３２８_１、３２８_２、３３０_１、又は３３０_２の各々は、ＦＥＴ、ＢＪＴ、ＩＧＢＴ、ダイアック、トライアック、ＳＣＲ、又はダイオードであり得る。

【0035】

フィルタ３１８_１及び３１８_２の各々は、フィルタ１１８_１、１１８_２、．．．、１１８_Ｎ（図１）と同様であってもよく、高周波ノード３０６_１及び３０６_２のうちの対応する１つと、ＡＣ端子３１０との間に結合されてもよい。センサ３２０_１及び３２０_２の各々は、センサ１２０_１、１２０_２、・・・、１２０_Ｎ（図１）と同様であってもよく、高周波ノード３０６_１及び３０６_２のうちの対応する１つと、ＡＣ端子３１０との間に結合されてもよい。コントローラ３１６は、コントローラ１１６（図１）と同様であってもよく、高周波スイッチングレッグ３０２_１のスイッチ３２２_１、２２２_２、３２４_１若しくは３２４_２の各々、又は高周波スイッチングレッグ３０２_２のスイッチ３２６_１、３２６_２、３２８_１若しくは３２８_２の各々に結合されてもよい。コントローラ３１６は、低周波スイッチングレッグ３０４のスイッチ３３０_１又は３３０_２と結合され得る。コントローラ３１６は、センサ３２０_１又は３２０_２の各々と結合され得る。負荷３２６は、第１のＡＣ端子３１０と第２のＡＣ端子３０８との間に結合され得る。

【0036】

電源３３２（例えば、光起電力源、バッテリ）は、ＤＣ端子３１４_１と３１４_２との間でＤＣ電力を生成し得る。一対のＤＣ側キャパシタ３３４_１及び３３４_２は、ＤＣ端子３１４_３において直列に結合され得る。キャパシタ３３４_１及び３３４_２の直列結合は、ＤＣ端子３１４_１と３１４_２との間に結合され得る。キャパシタ３３４_１及び３３４_２の直列結合は、ＤＣ端子３１４_３においてＤＣ端子３１４_１と３１４_２との間の電圧を分割する容量分割器を作成し得る。

【0037】

コントローラ３１６は、オフ状態とオン状態との間、又はその逆に遷移して、高周波ノード３０６_１及び３０６_２においてパルス電力波形（例えば、パルス電力波形３４４－図３Ｃ）を生成するように、高周波スイッチングレッグ３０２_１のスイッチ３２２_１、３２２_２、３２４_１、及び／又は３２４_２、若しくは高周波スイッチングレッグ３０２_２のスイッチ３２６_１、３２６_２、３２８_１、及び／又は３２８_２を制御し得る。コントローラ３１６は、スイッチング方式に基づいて、オフ状態とオン状態との間、又はその逆で遷移するように、高周波スイッチングレッグ３０２_１のスイッチ３２２_１、３２２_２、３２４_１、及び／又は３２４_２、若しくは高周波スイッチングレッグ３０２_２のスイッチ３２６_１、３２６_２、３２８_－１、及び／又は３２８_２を制御し得る。コントローラ３１６は、（図３Ｂに描画されるような）基準信号３４０などの基準信号と、第１の周波数（例えば、数十キロヘルツ、数百キロヘルツ、又は数千キロヘルツほど）を有する２つの変調信号３４２_１及び３４２_２（例えば、三角波信号又は鋸歯状波信号）とに基づいて、スイッチング方式を決定し得る。したがって、スイッチ３２２_１、３２２_２、３２４_１、３２４_２、３２６_１、３２６_２、３２８_１、及び／又は３２８_２は、第１の周波数において、オン状態とオフ状態との間、及びその逆に遷移し得る。代替的として、スイッチ３２２_１、３２２_２、３２４_１、及び３２４_２のスイッチング周波数は、第１の周波数であってもよく、スイッチ３２６_１、３２６_２、３２８_１、及び３２８_２のスイッチング周波数は、（例えば、異なる変調信号に基づく）第２の周波数であってもよいことに留意されたい。基準信号３４０は、基準信号２３０（図２Ｂに描画されるとおり）に関して上述したのと同様に、ある時間又は時間間隔で第１の電圧によって基準信号にバイアスをかけることによって、別の基準信号（例えば、配電ネットワークからのＡＣ信号に基づく正弦波）に基づき得る。図３Ａ～図３Ｇの例では、パルス電力波形３４４は３レベル信号である。

【0038】

フィルタ３１８_１は、高周波ノード３０６_１におけるパルス電力波形をフィルタリングし、フィルタ３１８_２は、高周波ノード３０６_２におけるパルス電力波形をフィルタリングする。フィルタ３１８_１及びフィルタ３１８_２の出力は、ＡＣ端子３１０において、（図３Ｄに描画されるとおり）電力波形信号３４６などの第１の電力波形を提供する。第１の電力波形３４６は、ある時間又は時間間隔において第２の電圧によってバイアスされ得る。基準信号３４０及び第１の電力波形３４６は同様の形態を有し得るが、これらの信号は異なる電圧レベル（例えば、図２Ａ～図２Ｇに関連して上述したものと同様）を有し得ることに留意されたい。

【0039】

コントローラ３１６は、オフ状態とオン状態との間、又はその逆で遷移させて、ＡＣ端子３０８において、第２の電力波形を生成するように、低周波スイッチングレッグ３０４のスイッチ３３０_１及び３３０_２を制御し得る。第１の電力波形がバイアスされる時間又は時間間隔における第２の電力波形の電圧振幅（例えば、電圧レベルを含む振幅）は、第１の電力波形をバイアスする第２の電圧レベルに対応する。例えば、図３Ｅでは、第２の電力波形が方形波３４８として描画されている。コントローラ３１６は、スイッチング方式に基づいてスイッチ３３０_１及び３３０_２を制御し得る。コントローラ３１６は、図２Ａに関連して上述したものと同様に、第３の周波数を有する基準信号に基づいてスイッチング方式を決定し得る。基準信号３３０、パルス電力波形３３４、及び方形波３４８の基本周波数は、（例えば、図２Ａ～図２Ｇに関連して上述したとおり）同じ基本周波数であり得ることに留意されたい。したがって、コントローラ３１６は、第３の周波数でオン状態とオフ状態との間、及びその逆で遷移するように、スイッチ３３０_１及び３３０_２を制御し得る。

【0040】

図３Ａ～図３Ｇの例では、パルス電力波形３４４と第２の電力波形３４８との間の差は、（図３Ｆに描画されるとおり）ＰＷＭ電力波形３５０などの５レベルＰＷＭ電力波形をもたらし得る。ＡＣ端子３１０における第１の電力波形３４６とＡＣ端子３０８における第２の電力波形３４８との間の差は、図３Ｇに描画されるＡＣ電力信号３５２をもたらし得る。したがって、負荷３２６は、ＡＣ電力信号３５２を受信し得る。

【0041】

上記の図２Ａ～図２Ｇ及び図３Ａ～図３Ｇの例では、低周波スイッチングレッグは、２レベルスイッチングレッグ（例えば、ハーフブリッジ）として記載されている。本明細書の開示によれば、低周波スイッチングレッグは、マルチレベル（例えば、中性点クランプ、又はフライングキャパシタ）スイッチングレッグであり得る。３レベルスイッチングレッグを採用することにより、スイッチング損失を低減し得る。

【0042】

ここで図４Ａ～図４Ｇを参照すると、低周波スイッチングレッグがマルチレベルスイッチングレッグである、本明細書に開示の態様による、概して４００で参照される電力変換器及び関連波形の一例を例示している。電力変換器４００は、電力変換器１００（図１）の一例である。図４Ａ～図４Ｇの例では、電力変換器４００は、２つの高周波スイッチングレッグ４０２_１及び４０２_２と、低周波スイッチングレッグ４０４と、ＡＣ端子４１０と、ＡＣ端子４０８とを備え得る。図４Ａの例では、高周波スイッチングレッグ４０２_１及び４０２_２、並びに低周波スイッチングレッグ４０４は、マルチレベル（例えば、３レベル）スイッチングレッグであり得る。電力変換器４００は、３つのＤＣ端子４１４_１、４１４－_２、及び４１４_３と、コントローラ４１６とを備え得る。電力変換器４００は、２つのフィルタ４１８_１及び４１８_２を更に備えてもよく、各々が、高周波スイッチングレッグ４０２_１及び４０２_２のそれぞれ１つに対応する。電力変換器４００は、２つのセンサ４２０_１及び４２０_２を更に備えてもよく、各々が、高周波スイッチングレッグ４０２_１及び４０２_２のそれぞれ１つに対応する。

【0043】

図４Ａの例では、高周波スイッチングレッグ４０２_１及び４０２_２の各々は、３レベルスイッチングレッグであってもよく、各々が、対応する高周波スイッチングノード４０６_１及び４０６_２を備える。図４Ａの例では、低周波スイッチングレッグ４０４はまた、ＡＣ端子４０８を備える３レベルスイッチングレッグであり得る。ＤＣ端子４１４_１、４１４_２、及び４１４_３は各々、（例えば、ラベル「Ｖｓｏｕｒｃｅ」及び「Ｖｒｅｆ」及び「Ｖｎ」によって示されるとおり）それぞれの電圧レベルに対応し得る。例えば、図４Ａにおいて、高周波スイッチングレッグ４０２_１及び４０３_２、並びに低周波スイッチングレッグ４０４の各々は、Ｔ型中性点クランプ（neutral point clamped、ＮＰＣ）スイッチングレッグとして描画されている。高周波スイッチングレッグ４０２_１は、スイッチ（例えば、ＦＥＴ）４２２_１、４２２_２、４２４_１、又は４２４_２を備え得る。スイッチ４２２_１及び４２２_２は、（例えば、高周波ノード４０６_１において）直列に結合され得る。スイッチ４２２_１及び４２２_２がＮチャネルＦＥＴである場合、スイッチ４２２_１のソースは、高周波ノード４０６_１においてスイッチ４２２_２のドレインに結合され得る。スイッチ４２２_１及び４２２_２の直列結合は、ＤＣ端子４１４_１と４１４_２との間に結合され得る。スイッチ４２４_１及び４２４_２は、ＤＣ端子４１４_３と高周波ノード４０６_１との間に直列に結合され得る。例えば、スイッチ４２４_１及び４２４_２がＮチャネルＦＥＴである場合、スイッチ４２４_１のドレインは、スイッチ４２４_２のドレインに結合される。

【0044】

高周波スイッチングレッグ４０２_２は、スイッチ（例えば、ＦＥＴ）４２６_１、４２６_２、４２８_１、及び／又は４２８_２を備え得る。スイッチ４２６_１及び４２６_２は、高周波ノード４０６_２において直列に結合され得る。例えば、スイッチ４２６_１及び４２６_２がＮチャネルＦＥＴである場合など、スイッチ４２６_１のソースは、高周波ノード４０６_１においてスイッチ４２６_２のドレインに結合され得る。スイッチ４２６_１及び４２６_２の直列結合は、ＤＣ端子４１４_１と４１４_２との間に結合され得る（例えば、図４Ａにおいてラベル「Ｖｓｏｕｒｃｅ」及び「Ｖｒｅｆ」によって示されるとおり）。スイッチ４２８_１及び４２８_２は、ＤＣ端子４１４_３と高周波ノード４０６_２との間に直列に結合され得る。例えば、スイッチ４２８_１及び４２８_２がＮチャネルＦＥＴである場合、スイッチ４２８_１のドレインは、スイッチ４２８_２のドレインに結合され得る。

【0045】

低周波スイッチングレッグ４０４は、マルチレベル（例えば、３レベル）スイッチングレッグであってもよく、スイッチ（例えば、ＩＧＢＴ）４３０_１、４３０_２、４３２_１、及び／又は４３２_２を備えてもよい。スイッチ４３０_１及び４３０_２は、ＡＣ端子４０８において直列に結合され得る。例えば、４３０_１及び４３０_２がＩＧＢＴである場合、スイッチ４３０_１のエミッタは、スイッチ４３０_２のコレクタに結合され得る。スイッチ４３０_１及び４３０_２の直列結合は、ＤＣ端子４１４_１と４１４_２との間に結合され得る。スイッチ４３２_１及び４３２_２は、ＤＣ端子４１４_３とＡＣ端子４０８との間に直列に結合され得る。例えば、スイッチ４３２_１及び４３２_２がＩＧＢＴである場合、スイッチ４３２_１のエミッタは、スイッチ４３２_２のエミッタに結合され得る。図２Ａ又は図３Ａに関連して上述したとおり、スイッチ４２２_１、４２２_２、４２４_１、４２４_２、４２６_１、４２６_２、４２８_１、４２８_２、４３０_１、４３０_２、４３２_２、及び／又は４３２_２の各々は、ＦＥＴ、ＢＪＴ、ＩＧＢＴ、ダイアック、トライアック、ＳＣＲ、又はダイオードであり得る。

【0046】

フィルタ４１８_１及び４１８_２の各々は、フィルタ１１８_１、１１８_２、．．．、１１８_Ｎ（図１に描画されるとおり）と同様であってもよく、高周波ノード４０６_１及び４０６_２のうちの対応する１つとＡＣ端子４１０との間に結合されてもよい。センサ４２０_１及び４２０_２の各々は、センサ１２０_１、１２０_２、…、１２０_Ｎ（図１に描画されるとおり）と同様であってもよく、高周波ノード４０６_１及び４０６_２のうちの対応する１つとＡＣ端子４１０との間に結合されてもよい。コントローラ４１６は、（図１に描画されるとおり）コントローラ１１６と同様であってもよく、高周波スイッチングレッグ４０２_１のスイッチ４２２_１、４２２_２、４２４_１及び４２４_２の各々と、高周波スイッチングレッグ４０２_２のスイッチ４２６_１、４２６_２、４２８_１及び４２８_２の各々とに結合されてもよい。コントローラ４１６は、低周波スイッチングレッグ４０４のスイッチ４３０_１、４３０_２、４３２_１、又は４３２_２の各々と結合され得る。コントローラ４１６は、センサ４２０_１又は４２０_２の各々と結合され得る。負荷４２６は、ＡＣ端子４１０とＡＣ端子４０８との間に結合され得る。

【0047】

電源４３６は、ＤＣ端子４１４_１と４１４_２との間でＤＣ電力を生成し得る。一対のＤＣ側キャパシタ４３４_１及び４３４_２は、ＤＣ端子４１４_３において直列に結合され得る。キャパシタ４３４_１及び４３４_２の直列結合は、ＤＣ端子４１４_１と４１４_２との間に結合され得る。キャパシタ４３４_１及び４３４_２の直列結合は、ＤＣ端子４１４_１と４１４_２との間の電圧をＤＣ端子３１４_３において所定の比率で分割する容量分割器を作成し得る。

【0048】

コントローラ４１６は、オフ状態とオン状態との間、又はその逆に遷移して、高周波ノード４０６_１及び４０６_２において、パルス電力波形（例えば、図４Ｃに描画され得るようなパルス電力波形４４４）を生成するように、高周波スイッチングレッグ４０２_１のスイッチ４２２_１、４２２_２、４２４_１、及び４２４_２、並びに高周波スイッチングレッグ４０２_２のスイッチ４２６_１、４２６_２、４２８_１、及び４２８_２を制御し得る。コントローラ４１６は、スイッチング方式に基づいて、オフ状態とオン状態との間、又はその逆で遷移するように、スイッチ４２２_１、４２２_２、４２４_１、及び４２４_２、並びにスイッチ４２６_１、４２６_２、４２８_１、及び４２８_２を制御し得る。コントローラ４１６は、（図４Ｂに描画されるとおり）信号４４０などの基準信号と、第１の周波数（例えば、数十キロヘルツ、数百キロヘルツ、又は数千キロヘルツほど）を有する２つの変調信号４４２_１及び４４２_２（例えば、三角波信号又は鋸歯状波信号）とに基づいて、スイッチング方式を決定し得る。したがって、スイッチ４２２_１、４２２_２、４２４_１、４２４_２、４２６_１、４２６_２、４２８_１、及び／又は４２８_２は、第１の周波数において、オン状態とオフ状態との間、及びその逆に遷移し得る。代替的として、スイッチ４２２_１、４２２_２、４２４_１、及び４２４_２のスイッチング周波数は、第１の周波数であってもよく、スイッチ４２６_１、４２６_２、４２８_１、及び４２８_２のスイッチング周波数は、（例えば、第２の周波数を有する変調信号に基づく）第２の周波数であってもよいことに留意されたい。基準信号４４０は、別の基準信号（例えば、正弦波のセクションにバイアスをかけることによる、配電ネットワークからのＡＣ信号に基づく正弦波）に基づき得る。例えば、基準信号４４０は、ある時間又は時間間隔において第１の電圧によってバイアスされ得る。例えば、基準信号４４０は、時間Ｔ０～Ｔ１、Ｔ２～Ｔ３、及びＴ４～Ｔｆの間で第１の電圧レベルによってバイアスされ得る正弦波として描画されている。基準信号４００は、時間Ｔ３～Ｔ４の間でバイアスされ得る。図４Ａ～図４Ｇの例では、パルス電力波形４４４は、３レベル信号である。

【0049】

フィルタ４１８_１は、高周波ノード４０６_１においてパルス電力波形をフィルタリングしてもよく、フィルタ４１８_２は、高周波ノード４０６_２においてパルス電力波形をフィルタリングし得る。フィルタ４１８_１及びフィルタ４１８_２の出力は、ＡＣターミナル４１０において、（図４Ｄに描画されるとおり）第１の電力波形４４６のような第１の電力波形を提供し得る。第１の電力波形４４６は、ある時間又は時間間隔で、基準信号４４０のバイアスに対応する第２の電圧によってバイアスされ得る。図２Ａ～図２Ｇ又は図３Ａ～図３Ｇに関する上記の開示と同様に、基準信号４３０及び第１の電力波形４４６は、同様の形態を有し得るが、これらの信号は、異なる電圧レベルを有し得る。

【0050】

コントローラ４１６は、オフ状態とオン状態との間、又はその逆で遷移するようにし、ＡＣ端子４０８において第２の電力波形を生成し得るように、低周波スイッチングレッグ４０４のスイッチ４３０_１、４３０_２、４３２_１、及び／又は４３２_２を制御し得る。第１の電力波形がバイアスされる時間又は時間間隔における第２の電力波形の電圧振幅は、第１の電力波形をバイアスし得る第２の電圧レベルに対応し得る。例えば、図４Ｅに描画されるとおり、第２の電力波形は、修正された方形波４４８であり得る。コントローラ４１６は、第３の周波数（例えば、図２Ａ～図２Ｇ又は図３Ａ～図３Ｇに関連して上で考察されたものと同様であり得る）を有する基準信号に基づいてスイッチング方式を決定し得る。パルス電力波形４４４及び第２の電力波形４４８の基準信号４３０の基本周波数は、（例えば、図２Ａ～図２Ｇ又は図３Ａ～図３Ｇに関連して上述したとおり）同じ基本周波数であってもよいことに留意されたい。したがって、スイッチ４３０_１、４３０_２、４３２_１及び４３２_２は、第２の周波数において、オン状態とオフ状態との間、及びその逆で推移し得る。

【0051】

図４Ａ～図４Ｇの例では、パルス電力波形４４４と第２の電力波形４４８との間の差は、図４Ｆに描画されるＰＷＭ電力波形４５０などの５レベルＰＷＭ信号をもたらし得る。ＡＣ端子４１０における第１の電力波形４４６とＡＣ端子４０８における第２の電力波形４４８との間の差は、図４Ｇに描画されるＡＣ電力信号４５２をもたらし得る。したがって、負荷４２６は、ＡＣ電力信号４５２を受信し得る。

【0052】

本明細書に開示の態様によれば、高周波ノードは、結合インダクタを介してＡＣ端子に結合され得る。ここで図５を参照すると、結合インダクタを採用する、本明細書に開示の態様による、概して５００で参照される電力変換器の一例を例示している。電力変換器５００は、２つの高周波スイッチングレッグ５０２_１及び５０２_２と、低周波スイッチングレッグ５０４とを備え得る。高周波スイッチングレッグ５０２_１及び５０２_２は、（例えば、図２Ａ、図３Ａ、又は図４Ａに関連して上で詳述したとおり）複数のスイッチと、高周波ノード５０６_１及び５０６_２のうちの対応する１つとを備え得る。低周波スイッチングレッグ５０４は、複数のスイッチ（例えば、図２Ａ、図３Ａ、又は図４Ａに関連して上で詳述したとおり）と、ＡＣ端子５０８とを備え得る。電力変換器５００は、変圧器５１０を備え得る。電力変換器は、一対のＤＣ端子５１４_１及び５１４_２と、コントローラ５１６とを備え得る。電力変換器５００は、フィルタ５１８を更に備え得る。電力変換器５００は、センサ５２０_１及び５２０_２を備えてもよく、各々が、高周波スイッチングレッグ５０２_１及び５０２_２のうちのそれぞれ１つに対応する。電力変換器５００は、センサ５２０_３及び結合インダクタ５１２を更に備え得る。

【0053】

結合インダクタ５１２は、第１の端部５２４_１及び第２の端部５２６_１を備える第１の巻線５２２_１を備え得る。結合インダクタ５１２は、第１の端部５２４_２及び第２の端部５２６_２を備える第２の巻線５２２_２を更に備え得る。第１の巻線５２２－_１及び第２の巻線５２２_２は、共通コア５２６の周りに巻かれ得る。第１の巻線５２２_１の第１の端部５２４_１は、高周波ノード５０６_１に結合され得る。第２の巻線５２２_２の第１の端部５２４_２は、高周波ノード５０６_２に結合され得る。第１の巻線５２２_１の第２の端部５２６_１は、ノード５１１において第２の巻線５２２_２の第２の端部５２６_２に結合され得る。

【0054】

高周波スイッチングレッグ５０２_１及び５０２_２、並びに低周波スイッチングレッグ５０４は、図５においてラベル「Ｖｓｏｕｒｃｅ」及び「Ｖｒｅｆ」によって示されるとおり、ＤＣ端子５１５_１と５１５_２との間に（例えば、並列に）結合され得る。フィルタ５１８は、フィルタ１１８_１、１１８_２、…、１１８_Ｎ（図１に例示されるとおり）と同様であってもよく、ノード５１１とＡＣ端子５１０との間に結合されてもよい。図５の例では、フィルタ５１８は、少なくともキャパシタ５１９を備え得る。それにもかかわらず、フィルタリング機能は、（例えば、結合インダクタ５１２が漏れインダクタンスを有し得るので）結合インダクタ５１２によって部分的に実行され得ることに留意されたい。センサ５２０_１、５２０_２、及び５２０_３は、センサ１２０_１、１２０_２、…、１２０_Ｎ（図１に記載のとおり）と同様で得る。センサ５２０_１は、高周波スイッチングレッグ５０６_１と第１の巻線５２２_１の第１の端部５２４_１との間に結合され得る。センサ５２０_２は、高周波スイッチングレッグ５０６_２と第１の巻線５２２_２の第１の端部５２４_２との間に結合され得る。センサ５２０_３は、ノード５１１とＡＣ端子５１０との間に結合され得る。コントローラ５１６は、それぞれ図１、図２Ａ、図３Ａ、図４Ａに関連して上述したコントローラ１１６、２１６、３１６、又は４１６と同様であり得る。コントローラ５１６は、高周波スイッチングレッグ５０２_１及び５０２_２の各々（例えば、図５のラベル「高周波レッグへ」によって示されるとおり）、低周波スイッチングレッグ５０４、並びにセンサ５２０_１及び５２０_２の各々（例えば、図５のラベル「センサへ」によって示されるとおり）に結合され得る。負荷５３０は、ＡＣ端子５１０とＡＣ端子５０８との間に結合され得る。

【0055】

コントローラ５１６は、高周波ノード５０６_１又は５０６_２のうちの対応する１つにおいて（例えば、図２Ｃ、図３Ｃ、又は図４Ｃに関連して上述したとおり）パルス電力波形を生成するように、スイッチング方式に基づいて高周波スイッチングレッグ５０２_１及び５０２_２の各々を制御し得る。コントローラ５１６は、高周波ノード５０６_１において第１のパルス電力波形を生成するように、高周波スイッチングレッグ５０２_１を制御し得る。コントローラ５１６は、高周波ノード５０６_２において第２の電力波形を生成し、第２のパルス電力波形の位相が第１のパルス電力波形の位相に対して決定された位相シフトだけシフトされるように高周波スイッチングレッグ５０２_２を制御してもよい。例えば、コントローラ５１６は、ノード５１１におけるリップル電流を制御するように、第１のパルス電力波形と第２のパルス電力波形との間の位相シフトを決定し得る。例えば、コントローラ５１６は、センサ５２０_１、５２０_２、及び５２０_３から、電圧、電流、又は電圧及び電流の両方に関する測定値を受信し得る。コントローラ５１６は、センサ５２０_１及び５２０_２からの測定値に基づいて、第１のパルス電力波形と第２のパルス電力波形との間の位相シフトを決定し得る。コントローラ５１６は、センサ５２０_３からの１つ又は複数の測定値に基づいて電流リップルを決定し得る。コントローラ５１６は、ノード５１１におけるリップル電流を制御するように、高周波スイッチングレッグ５０２_１、５０２_２、又は高周波スイッチングレッグ５０２_１及び５０２_２の両方のスイッチング方式を調整し得る。例えば、コントローラ５１６は、高周波スイッチングレッグ５０２_１及び５０２_２のスイッチング方式を決定するために使用される変調信号間の位相を調整し得る。

【0056】

フィルタ５１８は、ノード５１１においてリップル電流をフィルタリングし、ＡＣ端子５１０において（例えば、図２Ｄ、図３Ｄ、及び／又は図４Ｄに描画されるとおり）第１の電力波形を提供し得る。（例えば、図１、図２Ａ～図２Ｇ、図３Ａ～図３Ｇ、及び／又は図４Ａ～図４Ｇに関連した）上記の説明と同様に、コントローラ５１６は、ＡＣ端子５０８において第２の電力波形（例えば、図２Ｅ又は図３Ｅに描画される方形波）を生成するように、低周波スイッチングレッグ５０４を制御し得る。負荷５３０などの負荷は、ＡＣ端子５１０とＡＣ端子５０８との間に結合され得る。したがって、負荷５３０には、ＡＣ端子５１０における第１の電力波形とＡＣ端子５０８における第２の電力波形との間の差が提供され得る。この差は、（例えば、図２Ｇ、図３Ｇ、及び／又は図４Ｇに描画されるとおり）ＡＣ電力信号をもたらし得る。

【0057】

多相装置（例えば、３相装置）は、各相のために使用され得る対応する電力変換器（例えば、電力変換器１００－図１、電力変換器２００－図２Ａ、電力変換器３００－図３Ａ、電力変換器４００－図４Ａ、及び／又は電力変換器５００－図５Ａとして描画される）を備え得る。図６は、本明細書に開示の態様による、概して装置６００として参照される３相装置の一例を例示し得る。装置６００は、３つの電力変換器６０２_１、６０２_２、及び６０２_３を備えてもよく、各々が、配電ネットワーク６２８などの３相負荷のそれぞれの相に対応する。電力変換器６０１_１は相－１に対応してもよく、電力変換器６０１_２は相－２に対応してもよく、電力変換器６０１_３は相－３に対応してもよい。電力変換器６０１_１、６０１_２、及び６０１_３の各々は、電力変換器１００（図１に描画されるとおり）、電力変換器２００（図２Ａに描画されるとおり）、電力変換器３００（図３Ａに描画されるとおり）、電力変換器４００（図４Ａに描画され得るとおり）、又は電力変換器５００（図５に描画されるとおり）と同様であり得る。

【0058】

電力変換器６０１_１、６０１_２、及び６０１_３の各電力変換器は、対応する複数の高周波スイッチングレッグと、対応する低周波スイッチングレッグとを備え得る。電力変換器６０１_１は、高周波スイッチングレッグ６０２_１１と、高周波スイッチングレッグ６０２_１２と、低周波スイッチングレッグ６０４_１とを備え得る。電力変換器６０１_２は、高周波スイッチングレッグ６０２_２１と、高周波スイッチングレッグ６０２_２２と、低周波スイッチングレッグ６０４_２とを備え得る。電力変換器６０１_３は、高周波スイッチングレッグ６０２_３１と、高周波スイッチングレッグ６０２_３２と、低周波スイッチングレッグ６０４_３とを備え得る。各高周波スイッチングレッグは、対応する高周波ノードを備えてもよく、各低周波スイッチングレッグは、対応するＡＣ端子を備えてもよい。高周波スイッチングレッグ６０２_１１は、高周波ノード６０６_１１を備えてもよく、高周波スイッチングレッグ６０２_１２は、高周波スイッチングノード６０６_１２を備えてもよく、低周波スイッチングレッグ６０４_１は、ＡＣ端子６０８_１を備えてもよい。高周波スイッチングレッグ６０２_２１は、高周波ノード６０６_２１を備えてもよく、高周波スイッチングレッグ６０２_２２は、高周波ノード６０６_２２を備えてもよく、低周波スイッチングレッグ６０４_１は、ＡＣ端子６０８_２を備えてもよい。高周波スイッチングレッグ６０２_３１は高周波ノード６０６_３１を備えてもよく、高周波スイッチングレッグ６０２_３２は高周波ノード６０６_３２を備えてもよく、低周波スイッチングレッグ６０４_３はＡＣ端子６０８_３を備えてもよい。

【0059】

電力変換器６０１_１、６０１_２、及び６０１_３の各電力変換器は、対応する２つのＡＣ端子を備え得る。電力変換器６０１_１は、対応するＡＣ端子６１０_１及びＡＣ端子６０８_１を備え得る。電力変換器６０１_２は、ＡＣ端子６１０_２及びＡＣ端子６０８_２を備え得る。電力変換器６０１_３は、ＡＣ端子６１０_３及びＡＣ端子６０８_３を備え得る。電力変換器６０１_１、６０１_２、及び６０１_３の各々は、対応するフィルタと、対応するセンサとを備え得る。電力変換器６０１_１は、フィルタ６１４_１１及び６１４_１２と、センサ６１６_１１及び６１６_１２とを備え得る。電力変換器６０１_２は、フィルタ６１４_２１及び６１４_２２と、センサ６１６_２１及び６１６_２２とを備え得る。電力変換器６０１_３は、フィルタ６１４_３１及び６１４_３２と、センサ６１６_３１及び６１６_３２とを備え得る。

【0060】

装置６００は、コントローラ６１８と、変圧器６２０（例えば、３相変圧器）とを更に備え得る。変圧器６２０は、３つの変換器側巻線６２２_１、６２２_２、及び６２２_３と、３つの対応するネットワーク側巻線６２４_１、６２４_２、及び６２４_３とを備え得る。変換器側巻線６２２_１及びネットワーク側巻線６２４_１は、コアレッグ６２６_１の周りに巻かれ得る。変換器側巻線６２２_２及びネットワーク側巻線６２４_２は、コアレッグ６２６_２の周りに巻かれ得る。変換器側巻線６２２_３及びネットワーク側巻線６２４_３は、コアレッグ６２６_３の周りに巻かれ得る。コアレッグ６２６_１、６２６_２、及び６２６_３は、別個のコアレッグであってもよく、又は共通コア内の３つのレッグであってもよい。ネットワーク側巻線６２４_１、６２４_２、及び６２４_３は、スター構成又はデルタ構成で結合され得る。図６の例では、ネットワーク側巻線６２４_１、６２４_２、及び６２４_３は、中性ノード６３０を含み得るスター構成で接続され、ネットワーク側巻線６２４_１、６２４_２、及び６２４_３の各々は、配電ネットワーク６２８の対応する位相に更に接続され得る。

【0061】

フィルタ６１４_１１、６１４_１２、６１４_２１、６１４_２２、６１４_３１、及び６１４_３２の各々は、高周波ノード６０６_１１、６０６_１２、６０６_２１、６０６_２２、６０６_３１、又は６０６_３２と対応するＡＣ端子６１０_１、６１０_２、及び６１０_３との間に結合され得る。センサ６１６_１１、６１６_１２、６１６_２１、６１６_２２、６１６_３１、及び６１６_３２の各々は、高周波ノード６０６_１１、６０６_１２、６０６_２１、６０６_２２、６０６_３１、又は６０６_３２のうちの対応する１つと対応するＡＣ端子６１０_１、６１０_２、及び６１０_３との間に結合され得る。コントローラ６１６は、図６のラベル「変換器６０１_１へ」、「変換器６０１_２へ」、及び「変換器６０１_３へ」によって示されるとおり、電力変換器６０１_１、６０１_２、及び６０１_３の各々に結合され得る（例えば、図１、図２Ａ、及び／又は図３Ａに関連する上記の説明と同じ又は同様である）。変換器側巻線６２２_１は、ＡＣ端子６１０_１とＡＣ端子６０８_１との間に結合され得る。変換器側巻線６２２_２は、ＡＣ端子６１０_２とＡＣ端子６０８_２との間に結合され得る。変換器側巻線６２２_３は、ＡＣ端子６１０_３とＡＣ端子６０８_３との間に結合され得る。

【0062】

電力変換器６０１_１、６０１_２、及び６０１_３の各々は、図１、図２Ａ～図２Ｇ、図３Ａ～図３Ｇ、及び／又は図４Ａ～図４Ｇに関連した上記の説明と同様に動作し得る。それにもかかわらず、第１の電力変換器６０１_１及び第２の電力変換器６０１_２に対応する基準信号の位相、並びに第１の電力変換器６０１_１及び第２の電力変換器６０１_２に対応する第２の電力波形の位相は、一方が他方に対して１２０度シフトされ得る。同様に、第２の電力変換器６０１_２及び第３の電力変換器６０１_３に対応する基準信号の位相、並びに第１の電力変換器６０１_２及び第２の電力変換器６０１_３に対応する第２の電力波形の位相は、一方が他方に対して１２０度シフトされ得る。

【0063】

高周波スイッチングレッグ６０２_１１、６０２_１２、６０２_２１、６０２_２２、６０２_３１、及び／又は６０２_３２は、同じＤＣ端子（例えば、Ｖｓｏｕｒｃｅ、Ｖｒｅｆ、又はＶｎ）に接続され得ることに留意されたい。例えば、高周波スイッチングレッグ６０２_１１、６０２_１２、６０２_２１、６０２_２２、６０２_３１、又は６０２_３２が２レベルスイッチングレッグ（例えば、図２の高周波スイッチングレッグ２０２_１又は２０２_２）である場合、高周波スイッチングレッグ６０２_１１、６０２_１２、６０２_２１、６０２_２２、６０２_３１、又は６０２_３２は、ＶｒｅｆとＶｓｏｕｒｃｅとの間に接続され得る。高周波スイッチングレッグ６０２_１１、６０２_１２、６０２_２１、６０２_２２、６０２_３１、及び／又は６０２_３２が３レベルスイッチングレッグ（例えば、図３Ａの高周波スイッチングレッグ３０２_１又は３０２_２）である場合、高周波スイッチングレッグ６０２_１１、６０２_１２、６０２_２１、６０２_２２、６０２_３１、及び／又は６０２_３２は、同じ３つのＤＣ端子Ｖｒｅｆ、Ｖｓｏｕｒｃｅ、及びＶｎに接続され得る。同様に、低周波スイッチングレッグ６０４_１、６０４_２、及び６０４_３は、同じＤＣ端子（例えば、Ｖｓｏｕｒｃｅ、Ｖｒｅｆ、又はＶｎ）に接続され得る。例えば、低周波スイッチングレッグ６０４_１、６０４_２、及び６０４_３が２レベルスイッチングレッグ（例えば、図２Ａの低周波スイッチングレッグ２０４_１若しくは２０４_２、又は図３Ａの低周波スイッチングレッグ３０４_１若しくは３０４_２）である場合、低周波スイッチングレッグ６０４_１、６０４_２、及び６０４_３は、ＶｒｅｆとＶｓｏｕｒｃｅとの間に接続され得る。低周波スイッチングレッグ６０４_１、６０４_２、及び６０４_３が３レベルスイッチングレッグ（例えば、図４Ａの低周波スイッチングレッグ４０４_１又は４０４_２）である場合、低周波スイッチングレッグ６０４_１、６０４_２、及び６０４_３は、同じ３つのＤＣ端子Ｖｒｅｆ、Ｖｓｏｕｒｃｅ、及びＶｎに接続され得る。

【0064】

上記の図６の説明では、本開示による３相装置は、各相に１つずつ、３つの電力変換器から構築されるものとして説明され得る。本明細書の開示によれば、３相装置は、２つ以上の３相インバータと、各相のための対応する低周波スイッチングレッグとを採用することによって実装され得る。ここで図７を参照すると、本開示の態様による、２つの３相インバータを採用した、概して装置７００で参照される装置の概略図である。図７の例では、装置７００は、３相インバータ７０１_１、３相インバータ７０１_２、並びに低周波スイッチングレッグ７０４_１、７０４_２、及び７０４_３を備え得る。装置７００は、コントローラ７１８及び変圧器７２０を更に備え得る。装置７００は、ＡＣ端子７１０_１、７１０_２、及び７１０_３を備えてもよく、各々がそれぞれの位相に対応する。

【0065】

３相インバータ７０１_１は、高周波スイッチングレッグ７０２_１１、７０２_１２、及び７０２_１３と、高周波ノード７０６_１１、７０６_１２、及び７０６_１３とを備えてもよく、各々が、高周波スイッチングレッグ７０２_１１、７０２_１２、又は７０２_１３のそれぞれ１つに対応する。３相インバータ７０１_１は、フィルタ７１４_１１、７１４_１２、及び７１４_１３を備えてもよく、各々が高周波スイッチングレッグ７０２_１１、７０２_１２、又は７０２_１３のうちのそれぞれ１つに対応する。３相インバータ７０１_１は、センサ７１６_１１、７１６_１２、及び７１６_１３を備えてもよく、各々が高周波スイッチングレッグ７０２_１１、７０２_１２、又は７０２_１３のうちのそれぞれ１つに対応する。

【0066】

３相インバータ７０１_２は、高周波スイッチング７０２_２１、７０２_２２、及び７０２_２３と、高周波ノード７０６_２１、７０６_２２、及び７０６_２３とを備えてもよく、各々が、高周波スイッチングレッグ７０２_２１、７０２_２２、又は７０２_２３のそれぞれ１つに対応する。３相インバータ７０１_２は、フィルタ７１４_２１、７１４_２２、及び７１４_２３を備えてもよく、各々が高周波スイッチングレッグ７０２_２１、７０２_２２、又は７０２_２３のうちのそれぞれ１つに対応する。３相インバータ７０１_２は、センサ７１６_２１、７１６_２２、及び７１６_２３を備えてもよく、各々が高周波スイッチングレッグ７０２_２１、７０２_２２、又は７０２_２３のそれぞれの１つに対応する。

【0067】

高周波スイッチングレッグ７０２_１１、７０２_１２、７０２_１３、７０２_２１、７０２_２２、及び７０２_２３のいずれか１つ、いくつか、又は全てが、高周波スイッチングレッグ１０２_１～１０２_Ｎ（図１）、高周波スイッチングレッグ２０２_１～２０２_２（図２Ａに描画されるとおり）、高周波スイッチングレッグ３０２_１～３０２_２（図３Ａに描画されるとおり）、高周波スイッチングレッグ４０２_１～４０２_２（図４Ａに描画されるとおり）、又は高周波スイッチングレッグ５０６_１～５０６_２（図５に描画されるとおり）と同様であり得る。低周波スイッチングレッグ７０４_１、７０４_２、及び７０４_３のうちのいずれか１つ、いくつか、又は全てが、低周波スイッチングレッグ１０４（図１に描画されるとおり）、低周波スイッチングレッグ２０４（図２Ａに描画されるとおり）、低周波スイッチングレッグ３０４（図３Ａに描画されるとおり）、低周波スイッチングレッグ４０４（図４Ａに描画されるとおり）、又は低周波スイッチングレッグ５０４（図５に描画され得るとおり）と同様であり得る。コントローラ７１８は、図１、図２Ａ～図２Ｇ、図３Ａ～図３Ｇ、図４Ａ～図４Ｇ、図５、及び図６に関連して上述したものと同様に、高周波スイッチングレッグ７０２_１１、７０２_１２、７０２_１３、７０２_２１、７０２_２２、及び７０２_２３、並びに／又は低周波スイッチングレッグ７０４_１、７０４_２、及び７０４_３を制御し得る。

【0068】

変圧器７２０は、３つの変換器側巻線７２２_１、７２２_２、及び７２２_３と、３つの対応するネットワーク側巻線７２４_１、７２４_２、及び７２４_３とを備え得る。変換器側巻線７２２_１及びネットワーク側巻線７２４_１は、コアレッグ７２６_１の周りに巻かれ得る。変換器側巻線７２２_２及びネットワーク側巻線７２４_２は、コアレッグ７２６_２の周りに巻かれ得る。変換器側巻線７２２_３及びネットワーク側巻線７２４_３は、コアレッグ７２６_３の周りに巻かれ得る。コアレッグ７２６_１、７２６_２、及び７２６_３は、別個のコアレッグであってもよく、又は共通コア内の３つのレッグであってもよい。ネットワーク側巻線７２４_１、７２４_２、及び７２４_３は、スター構成又はデルタ構成で結合され得る。図４の例では、ネットワーク側巻線７２４_１、７２４_２、及び７２４_３は、中性ノード７３０を含み得るスター構成で接続されているものとして示されており、ネットワーク側巻線７２４_１、７２４_２、及び７２４_３の各々は、配電ネットワーク７２８の対応する位相に接続され得る。

【0069】

フィルタ７１４_１１、７１４_１２、７１４_１３、７１４_２３、７１４_２２、及び７１４_２３の各々は、フィルタ１１８_１～１１８_Ｎ（図１に描画されるとおり）と同様であってもよく、高周波ノード７０６_１１、７０６_１２、７０６_２１、７０６_２２、７０６_３１、及び７０６_３２のうちの対応する１つと、対応するＡＣ端子７１０_１、７１０_２、及び７１０_３との間に結合されてもよい。センサ７１６_１１、７１６_１２、７１６_１３、７１６_２１、７１６_２２、及び７１６_２３センサの各々は、センサ１２０_１～１２０_Ｎと同様であってもよく、高周波ノード７０６_１１、７０６_１２、７０６_１３、７０６_２１、７０６_２２、及び７０６_２３のうちの対応する１つと、ＡＣ端子７１０_１、７１０_２、及び７１０_３のうちの対応する１つとの間に結合され得る。コントローラ７１６は、図７のラベル「変換器７０１_１へ」及び「変換器７０１_２へ」によって示されるとおり、電力変換器７０１_１、７０１_２の各々に結合され得る（例えば、図１、図２Ａ、図３Ａ、図４Ａ、又は図５に関連して上述したものと同様）。変換器側巻線７２２_１は、ＡＣ端子７１０_１とＡＣ端子７０８_１との間に結合され得る。変換器側巻線７２２_２は、ＡＣ端子７１０_２とＡＣ端子７０８_２との間に結合され得る。変換器側巻線７２２_３は、ＡＣ端子７１０_３とＡＣ端子７０８_３との間に結合され得る。

【0070】

図７の例では、高周波スイッチングレッグ７０２_１１、高周波スイッチングレッグ７０２_２１、及び低周波スイッチングレッグ７０８_１は、本明細書の開示による電力変換器として動作し得る（例えば、電力変換器１００－図１、電力変換器２００－図２Ａ～図２Ｇ、電力変換器３００－図３Ａ～図３Ｇ、電力変換器４００－図４Ａ～図４Ｇ、又は電力変換器５００－図５によって描画されるとおり）。高周波スイッチングレッグ７０２_１１、高周波スイッチングレッグ７０２_２１、及び低周波スイッチングレッグ７０８_１は、第１の位相に対応し得る。同様に、高周波スイッチングレッグ７０２_１２、高周波スイッチングレッグ７０２_２２、及び低周波スイッチングレッグ７０８_２は、本明細書の開示による電力変換器として動作してもよく、第２の位相に対応してもよい。高周波スイッチングレッグ７０２_１３、高周波スイッチングレッグ７０２_２３及び低周波スイッチングレッグ７０８_３はまた、本明細書の開示による電力変換装置とみなされてもよく、第３の位相に対応してもよい。したがって、装置７００は、３相電力信号を生成し得る。

【0071】

図６及び図７に関連して以上に挙げた例では、各電力変換器６０１_１、６０１_２、若しくは６０１_３、又は各３相インバータ７０１_１若しくは７０１_２，は、（例えば、図３ＡのＤＣ側キャパシタ３３４_１及び３３４_２、並びに／又は図４ＡのＤＣ側キャパシタ４３４_１及び４３４_２によって示されるとおり）そのＤＣ端子間に１つ又は複数のＤＣ側キャパシタを備え得る。ＡＣ端子（例えば、ＡＣ端子６１０又はＡＣ端子７２０）における第１の電力波形は、必ずしも正弦波でなくてもよいが、１つ又は複数のＤＣ側キャパシタを通るリップル電流は、依然として、ＡＣ端子における正弦波の場合と同様であり得る（例えば、ＡＣ端子における５０Ｈｚ正弦波の場合、１５０Ｈｚリップル）。

【0072】

本明細書の開示によれば、複数の高周波スイッチングレッグは、１つのコントローラによって制御されてもよく、低周波スイッチングレッグは、別のコントローラによって制御されてもよい。これらのコントローラは、同期されてもされなくてもよい（例えば、同じクロック信号を受信しなくてもよい）。コントローラは、同じ基準信号を採用して、基準信号及び第２の電力波形を生成してもよい。そのような場合、第１の電力波形の立ち上がり又は立ち下がりインスタンスは、第２の電力波形の対応する立ち上がり又は立ち下がりインスタンスとは異なり得る。対応する立ち上がり又は立ち下がりインスタンスにおけるこの差は、（例えば、以下で更に説明され得るとおり）ＡＣ電力信号におけるアーチファクトをもたらし得る。ここで図８Ａ～図８Ｅを参照すると、本明細書に開示の態様によるタイミング図の例が例示され得る。図８Ａは、第１の波形信号８００を示す。図８Ｂは、第２の電力波形８０２を示す。図８Ｃは、第１の電力波形８００と第２の電力波形８０２との間の差から生じ得るＡＣ電力波形８０４を示す。図８Ａ～図８Ｅに示されるとおり、第１の電力波形８００は、時間インスタンスＴｆ／２で立ち上がってもよく、時間インスタンスＴｆで立ち下がってもよい。第２の電力波形８０２は、時間インスタンスＴｆ／２の前に立ち上がってもよく、（例えば、高周波スイッチングレッグを制御するコントローラと低周波スイッチングレッグを制御するコントローラとの間の同期の欠如に起因して）時間インスタンスＴｆの前に立ち下がってもよい。この差は、時間インスタンスＴｆ／２付近であり得る、ＡＣ電力波形８０４内のアーチファクト８０６等のアーチファクト（例えば、「ゼロ交差アーチファクト」と称され得る）をもたらし得る。アーチファクト８０６などのアーチファクトは、ＡＣ電力波形８０４の全高調波歪み（total harmonic distortion、ＴＨＣ）に寄与し得る。

【0073】

コントローラは、低周波スイッチングレッグを制御し得る。立ち上がり時間及び立ち下がり時間が、第２の電力波形に導入され得る。これは、高周波スイッチングレッグを制御するコントローラ間の同期の欠如の影響を低減するという利点を有し得る。図８Ｄは、立ち上がり時間ΔＴ_１及び立ち下がり時間ΔＴ_２を含み得る第２の電力波形８０８を示す。図８Ｅは、ゼロ交差アーチファクトが低減された、第１の電力波形８００と第２の電力波形８０８との間の差から生じ得るＡＣ電力波形８１０を示す。

【0074】

ここで図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃを参照すると、本明細書の開示の態様による電力変換器の動作に関連した方法の例を例示している。図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃの方法は、本明細書の開示による電力変換器（例えば、電力変換器１００－図１、電力変換器２００－図２Ａ、電力変換器３００－図３Ａ、電力変換器４００－図４Ａ、電力変換器５００－図５、電力変換器６０１_１、６０１_２、又は６０１_３－図６、３相インバータ７０１_１又は７０１_２－図７によって示されるとおり）の動作に関する。

【0075】

図９Ａは、本明細書の開示によるＡＣ電力波形を生成するための方法に関する。ステップ９００において、（例えば、高周波スイッチングレッグ１０２_１、１０２_２、．．．、１０２_Ｎ－図１によって示されるとおり）複数の高周波スイッチングレッグは、（例えば、第１のＡＣ端子１１０－図１によって示されるとおり）第１のＡＣ端子において、（例えば、第１の電力波形２３６－図２Ｄ、第１の電力波形３４６－図３Ｄ、及び／又は第１の電力波形４４６－図４Ｄによって示されるとおり）第１の電力波形を生成し得る。例えば、図２Ａ～図２Ｇを参照してなど、高周波スイッチングレッグ２０２_１及び２０２_２は、第１のＡＣ端子２１０において第１の電力波形２３６を生成し得る。別の例では、例えば、図３Ａ～図３Ｇを参照すると、高周波スイッチングレッグ３０２_１及び３０２_２は、第１のＡＣ端子３１０において第１の電力波形３４６を生成し得る。別の例では、例えば、図４Ａ～図４Ｇを参照すると、高周波スイッチングレッグ４０２_１及び４０２_２は、第１のＡＣ端子４１０において第１の電力波形４４６を生成し得る。

【0076】

ステップ９０２において、（例えば、低周波スイッチングレッグ１０４－図１によって示されるとおり）低周波スイッチングレッグは、（例えば、第２のＡＣ端子１０８－図１によって示されるとおり）第２のＡＣ端子において、（例えば、第２の電力波形２３８－図２Ｅ、第２の電力波形３４８－図３Ｅ、又は第２の電力波形４４８－図４Ｅによって示されるとおり）第２の電力波形を生成し得る。例えば、図２Ａ～図２Ｇを参照してなど、低周波スイッチングレッグ２０４は、第２のＡＣ端子２０８において第２の電力波形２３８を生成し得る。別の例では、例えば図３Ａ～図３Ｇを参照すると、低周波スイッチングレッグ３０４は、第２のＡＣ端子３０８において第２の電力波形３４８を生成し得る。別の例では、例えば、図４Ａ～図４Ｇを参照すると、低周波スイッチングレッグ４０４は、第２のＡＣ端子４１０において第２の電力波形４４８を生成し得る。

【0077】

図９Ｂは、本明細書の開示による高周波スイッチングレッグを動作させるための方法に関する。図９Ｂを参照すると、ステップ９１０において、コントローラ（例えば、図１のコントローラ１１６によって示されるとおり）は、電力変換器の第１の複数の高周波スイッチングレッグのうちの高周波スイッチングレッグ内の複数のスイッチのための第１のスイッチング方式を決定し得る。第１のスイッチング方式は、基準信号と変調信号とに基づき得る。例えば、図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、コントローラ２１６は、基準信号２３０及び変調信号２３２に基づいて、スイッチ２２２_１、２２２_２、２２４_１、及び／又は２２４_２のスイッチング方式を決定し得る。別の例では、図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、コントローラ３１６は、基準信号３４０並びに変調信号３４２_１及び３４２_２に基づいて、スイッチ３２２_１、３２２_２、３２４_１、３２４_２、３２６_１、３２６_２、３２８_１、及び／又は３２８_２のスイッチング方式を決定し得る。別の例では、図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、コントローラ４１６は、基準信号４４０並びに変調信号４４２_１及び４４２_２に基づいて、スイッチ４２２_１、４２２_２、４２４_１、４２４_２、４２６_１、４２６_２、４２８_１、及び／又は４２８_２のスイッチング方式を決定し得る。

【0078】

ステップ９１２において、コントローラは、高周波スイッチングレッグのノードにおいてパルス電力波形を生成するように、決定されたスイッチング方式に基づいて、第１の周波数においてオン状態とオフ状態との間で遷移するように、高周波スイッチングレッグ内の第１の複数のスイッチを制御し得る。例えば、図２Ａを参照すると、コントローラ２１６は、高周波ノード２０６_１又は２０６_２においてパルス電力波形（例えば、パルス電力信号２３４－図２Ｃ）を生成するように、決定されたスイッチング方式に基づいて、第１の周波数においてオン状態とオフ状態との間で遷移するように、スイッチ２２２_１、２２２_２、２２４_１又は２２４_２を制御し得る。別の例では、コントローラ３１６は、高周波ノード３０６_１又は３０６_２でパルス電力波形３４４－図３Ｃ）を生成するように、決定されたスイッチング方式に基づいて、第１の周波数でオン状態とオフ状態との間で遷移するように、スイッチ３２２_１、２２２_２、３２４_１、３２４_２、３２６_１、３２６_２、３２８_１、又は３２８_２を制御し得る。別の例では、コントローラ４１６は、高周波ノード４０６_１又は４０６_２でパルス電力波形４４４－図４Ｃ）を生成するように、決定されたスイッチング方式に基づいて、第１の周波数でオン状態とオフ状態とを遷移するように、スイッチ４２２_１、４２２_２、４２４_１、４２４_２、４２６_１、４２６_２、４２８_１、又は４２８_２を制御し得る。

【0079】

ステップ９１４において、コントローラは、第１のＡＣ端子において第１の電力波形を生成するように、パルス電力波形をフィルタリングし得る。例えば、図１を参照すると、フィルタ１１８_１、１１８_２、．．．、１１８_Ｎは、ＡＣ端子１１０において第１の電力波形を生成するように、対応する高周波ノード１０６_１、１０６_２、．．．、１０６_Ｎにおいてパルス電力波形をフィルタリングし得る。別の例では、図２Ａ～図２Ｇを参照すると、フィルタ２１８_１及び２１８_２は、対応する高周波ノード２０６_１及び２０６_２におけるパルス電力波形２３４を、ＡＣ端子２１０における第１の電力波形２３６にフィルタリングし得る。別の例では、図３Ａ～図３Ｇを参照すると、フィルタ３１８_１及び３１８_２は、ＡＣ端子３１０において第１の電力波形３４６を生成するように、対応する高周波ノード３０６_１及び３０６_２においてパルス電力波形をフィルタリングし得る。別の例では、図４Ａ～図４Ｇを参照すると、フィルタ４１８_１及び４１８_２は、ＡＣ端子３１０において第１の電力波形４４６を生成するように、対応する高周波ノード４０６_１及び４０６_２においてパルス電力波形をフィルタリングし得る。

【0080】

図９Ｃは、本明細書の開示による低周波スイッチングレッグを動作させるための方法に関する。ステップ９２０において、コントローラは、基準信号に基づいて、電力変換器の低周波スイッチングレッグの第２の複数のスイッチのためのスイッチング方式を決定し得る。基準信号は、電力送達ネットワーク（例えば、電力網）の電力信号に基づき得る。例えば、図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、コントローラ２１６は、基準信号２４０に基づいて、スイッチ２２６_１及び２２２_６のうちの１つ以上のスイッチング方式を決定し得る。別の例では、図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、コントローラ３１６は、基準信号３４０に基づいて、スイッチ３３０_１及び３３０_２のうちの１つ以上のスイッチング方式を決定し得る。別の例では、図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、コントローラ４１６は、基準信号４４０に基づいて、スイッチ４３０_１、４３０_２、４３２_１、及び４３２_２のうちの１つ以上のスイッチング方式を決定し得る。

【0081】

ステップ９２２において、コントローラは、電力変換器のＡＣ端子において第２の電力波形を生成するために、スイッチング方式に基づいて、第２の周波数においてオン状態とオフ状態との間で遷移するように、低周波スイッチングレッグの第２の複数のスイッチを制御し得る。例えば、図２Ａ及び図２Ｅを参照すると、コントローラ２１６は、ＡＣ端子２０８において第２の電力波形２３８を生成するために、第２の周波数においてオン状態とオフ状態との間で遷移するようにスイッチ２２６_１及び２２２_６のうちの１つ以上を制御し得る。別の例では、図３Ａ及び図３Ｅを参照すると、コントローラ３１６は、ＡＣ端子３０８において第２の電力波形３４８を生成するために、第２の周波数でオン状態とオフ状態との間で遷移させるように、スイッチ３３０_１及び３３０_６のうちの１つ以上を制御し得る。別の例では、図４Ａ及び図４Ｅを参照すると、コントローラ４１６は、ＡＣ端子３０８において第２の電力波形３４８を生成するために、第２の周波数でオン状態とオフ状態との間で遷移させるように、スイッチ４３０_１、４３０_２、４３２_１及び４３２_２のうちの１つ以上を制御し得る。

【0082】

本明細書の開示による電力変換器は、互いに並列に結合され、かつ低周波スイッチングレッグに結合された複数の高周波スイッチングレッグを含む。上述したように、高周波スイッチングレッグのスイッチは、高周波で状態間を遷移するように制御される。低周波スイッチングレッグのスイッチは、高周波数より低くてもよい低周波数で状態間を遷移するように制御される。相内でスイッチングする複数の並列高周波スイッチングレッグを採用することにより、各レッグにおいてより低い電流定格を有するスイッチを採用することを可能にし得る。例えば、図２Ａを参照すると、スイッチ２２２_１及び２２４_１は、相内の状態間で遷移してもよく、スイッチ２２２_２及び２２４_２は、相内の状態間で遷移してもよい。したがって、高周波スイッチングレッグ２０２_１及び２０２_２の各々を通って流れる電流（例えば、Ｉ_ＷＳ１及びＩ_ＷＳ２）は、電力変換器２００に流れ込む総電流（Ｉ_Ｔ）と低周波スイッチングレッグ２０４に流れ込む電流（Ｉ_Ｂ）との間の差の半分であり得る。相内でスイッチングするＮ個の高周波スイッチングレッグの場合、各高周波スイッチングレッグを通る電流は、電力変換器に流れ込む全電流と低周波スイッチングレッグに流れ込む電流との間の差の１／Ｎであり得る。

【0083】

複数の並列高周波スイッチングレッグを採用することにより、各高周波スイッチングレッグのスイッチング周波数の低減を可能にし得る。例えば、図２Ａを参照すると、スイッチ２２２_１及び２２４_１は、位相がずれた状態間で遷移し得る（例えば、スイッチ２２２_１はオン状態であってもよく、スイッチ２２４_１はオフ状態であってもよく、又はその逆であってもよい）。同様に、スイッチ２２２_２及び２２４_２は、位相がずれた状態間で遷移し得る。このような場合、高周波スイッチングレッグ２０２_１及び２０２_２は、ＤＣ端子２１４_１又は２１４_２とＡＣ端子２１４との間で電流を交互に伝導し得る。したがって、スイッチ２２２_１、２２２_２、２２４_１、及び２２４_２のスイッチング周波数は、（例えば、相内スイッチングに対して）低減され得る。しかしながら、有効スイッチング周波数は維持され得る。

【0084】

本明細書における上記の説明は、電源（例えば、電源２３０－図２Ａ、電源３３２－図３Ａ、電源４３６－図４Ａ）が負荷（例えば、負荷２２８－図２Ａ、負荷３２６－図３Ａ、負荷４２６－図４Ａ）に電力を供給する装置に関連し得るが、本明細書の開示の態様は、電力の流れの方向が反転され得る場合に関連し得る。例えば、本明細書に開示の態様による装置は、インバータ又は整流器であり得る。

【0085】

本開示の１つ以上の態様は、コンピュータ使用可能データで具体化することができ、１つ以上のコンピュータ又は他のデバイスにより実行される１つ以上のプログラムモジュール内の命令のようなコンピュータ実行可能命令で具体化することができる。概して、プログラムモジュールは、コンピュータ又は他のデバイス内のプロセッサにより実行されると、特定のタスクを実行するか又は特定の抽象データ型を実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、構成要素、データ構造などを含む。コンピュータ実行可能命令は、ハードディスク、光ディスク、リムーバブル記憶媒体、ソリッドステートメモリ、ＲＡＭなどのコンピュータ可読媒体に記憶され得る。当業者には理解されるように、プログラムモジュールの機能は、様々な実施形態において所望に応じて組み合わせられ得るか、又は分散され得る。加えて、機能性は、全体的又は部分的に、ファームウェア、又は集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array、ＦＰＧＡ）などのようなハードウェア均等物において具現化されてもよい。特定のデータ構造を使用して、本開示の１つ以上の態様をより効果的に実現することができ、このようなデータ構造は、本明細書において説明されるコンピュータ実行可能命令及びコンピュータ使用可能データの範囲内で企図される。

【0086】

本主題は、構造的な特徴及び／又は方法論的な行為に固有の言語で記載されているが、添付の特許請求の範囲に定義される主題は、必ずしも上記の特定の特徴又は行為に限定されるものではないことを、理解されたい。むしろ、上に記載した特定の特徴及び行為は、特許請求の範囲を実行する例示的な形態として記載される。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図2F】

【図2G】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【図3G】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図4F】

【図4G】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図8E】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【外国語明細書】