特許 7266703 ３レベルブースト回路、多出力並列システム

(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】

(24)【登録日】2023-04-20

(45)【発行日】2023-04-28

(54)【発明の名称】３レベルブースト回路、多出力並列システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20230421BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 F

H02M3/155 W

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021556942

(86)(22)【出願日】2019-12-30

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-06-10

(86)【国際出願番号】 CN2019130012

(87)【国際公開番号】W WO2020248583

(87)【国際公開日】2020-12-17

【審査請求日】2021-09-29

(31)【優先権主張番号】201910501039.4

(32)【優先日】2019-06-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】517112122

【氏名又は名称】陽光電源股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100135703

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 英隆

(74)【代理人】

【識別番号】100161883

【弁理士】

【氏名又は名称】北出 英敏

(72)【発明者】

【氏名】王 騰飛

(72)【発明者】

【氏名】荘 加才

(72)【発明者】

【氏名】徐 君

(72)【発明者】

【氏名】藩 年安

【審査官】町田 舞

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０８９２３６３２（ＣＮ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１４０７８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０９０３９０６１（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０３６４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／１４０６１１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ １／００－７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

３レベルブースト回路であって、
入力コンデンサ、インダクタ、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第１のフライホィールダイオード、第２のフライホィールダイオード、フライングコンデンサ、バランスコンデンサ、充電ダイオード、クランプダイオード、放電ダイオード、及び出力直列コンデンサバンクを含み、
前記出力直列コンデンサバンクは、複数の出力コンデンサを直列に接続して形成され、内部に第１のノード及び第２のノードを有し、前記第１のノードの電位は、前記充電ダイオードのカソードの電位よりも高く、前記第２のフライホィールダイオードのカソードと前記第２のノードの電位差は、前記第２のフライホィールダイオードの耐電圧値を超えず、
前記入力コンデンサは、入力電源と並列に接続され、前記入力コンデンサの負極は、前記出力直列コンデンサバンクの低電位端に接続され、前記入力コンデンサの正極は、前記インダクタの第１の端、前記インダクタの第２の端、前記第１のフライホィールダイオードのアノード、前記第１のフライホィールダイオードのカソード、前記第２のフライホィールダイオードのアノード、前記第２のフライホィールダイオードのカソードを順次に介して、前記出力直列コンデンサバンクの高電位端に接続され、
前記インダクタの第２の端は、前記第１のスイッチの第１の端、前記第１のスイッチの第２の端、前記第２のスイッチの第１の端、前記第２のスイッチの第２の端を順次に介して、前記入力コンデンサの負極に接続され、
前記第１のフライホィールダイオードのカソードは、前記フライングコンデンサの一端、前記フライングコンデンサの他端、前記充電ダイオードのアノード、前記充電ダイオードのカソード、前記バランスコンデンサの一端、前記バランスコンデンサの他端を順次に介して、前記入力コンデンサの負極に接続され、
前記第１のスイッチの第２の端は、前記充電ダイオードのアノードに接続され、
前記クランプダイオードのカソードは、前記第２のフライホィールダイオードのアノードに接続され、前記クランプダイオードのアノードは、前記第２のノードに接続され、
前記放電ダイオードのカソードは、前記第１のノードに接続され、前記放電ダイオードのアノードは、前記充電ダイオードのカソードに接続され、
前記フライングコンデンサと前記バランスコンデンサの容量の差は、プリセット値を超えず、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチは、交互にオンになり、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチのデューティ比Ｄは、同じであり、
前記デューティ比Ｄの大きさは、入力電圧Ｖｉｎと必要に応じて確立される出力電圧Ｖｏｕｔとの間の、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ／（１－Ｄ）という関係に従って決定されることを特徴とする３レベルブースト回路。

【請求項2】

３レベルブースト回路であって、
入力コンデンサ、インダクタ、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第１のフライホィールダイオード、第２のフライホィールダイオード、フライングコンデンサ、バランスコンデンサ、充電ダイオード、クランプダイオード、放電ダイオード、及び出力直列コンデンサバンクを含み、
前記出力直列コンデンサバンクは、複数の出力コンデンサを直列に接続して形成され、内部に第１のノード及び第２のノードを有し、前記第１のノードの電位は、前記充電ダイオードのカソードの電位よりも高く、前記第２のフライホィールダイオードのカソードと前記第２のノードの電位差は、前記第２のフライホィールダイオードの耐電圧値を超えず、
前記入力コンデンサは、入力電源と並列に接続され、前記入力コンデンサの負極は、前記出力直列コンデンサバンクの低電位端に接続され、前記入力コンデンサの正極は、前記インダクタの第１の端、前記インダクタの第２の端、前記第１のフライホィールダイオードのアノード、前記第１のフライホィールダイオードのカソード、前記第２のフライホィールダイオードのアノード、前記第２のフライホィールダイオードのカソードを順次に介して、前記出力直列コンデンサバンクの高電位端に接続され、
前記インダクタの第２の端は、前記第１のスイッチの第１の端、前記第１のスイッチの第２の端、前記第２のスイッチの第１の端、前記第２のスイッチの第２の端を順次に介して、前記入力コンデンサの負極に接続され、
前記第１のフライホィールダイオードのカソードは、前記フライングコンデンサの一端、前記フライングコンデンサの他端、前記充電ダイオードのアノード、前記充電ダイオードのカソード、前記バランスコンデンサの一端、前記バランスコンデンサの他端を順次に介して、前記入力コンデンサの負極に接続され、
前記第１のスイッチの第２の端は、前記充電ダイオードのアノードに接続され、
前記クランプダイオードのカソードは、前記第２のフライホィールダイオードのアノードに接続され、前記クランプダイオードのアノードは、前記第２のノードに接続され、
前記放電ダイオードのカソードは、前記第１のノードに接続され、前記放電ダイオードのアノードは、前記充電ダイオードのカソードに接続され、
前記フライングコンデンサと前記バランスコンデンサの容量の差は、プリセット値を超えず、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチは、交互にオンになり、
前記出力直列コンデンサバンクは、出力正極と出力負極の間に順番に直列に接続された第１の出力コンデンサ、第２の出力コンデンサ、第３の出力コンデンサ、及び第４の出力コンデンサを含み、前記第１の出力コンデンサ、前記第２の出力コンデンサ、前記第３の出力コンデンサ、及び前記第４の出力コンデンサの容量値は等しく、
前記第１のノードは、前記第１の出力コンデンサの正極又は前記第２の出力コンデンサの正極であり、前記第２のノードは、前記第４の出力コンデンサの正極であることを特徴とする３レベルブースト回路。

【請求項3】

３レベルブースト回路であって、
入力コンデンサ、インダクタ、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第１のフライホィールダイオード、第２のフライホィールダイオード、フライングコンデンサ、バランスコンデンサ、充電ダイオード、クランプダイオード、放電ダイオード、及び出力直列コンデンサバンクを含み、
前記出力直列コンデンサバンクは、複数の出力コンデンサを直列に接続して形成され、
内部に第１のノード及び第２のノードを有し、前記第１のノードの電位は、前記充電ダイオードのアノードの電位よりも低く、前記第２のノードと前記第２のフライホィールダイオードのアノードの電位差は、前記第２のフライホィールダイオードの耐電圧値を超えず、
前記入力コンデンサは、入力電源と並列に接続され、前記入力コンデンサの正極は、前記出力直列コンデンサバンクの高電位端に接続され、前記入力コンデンサの負極は、前記インダクタの第１の端、前記インダクタの第２の端、前記第１のフライホィールダイオードのカソード、前記第１のフライホィールダイオードのアノード、前記第２のフライホィールダイオードのカソード、前記第２のフライホィールダイオードのアノードを順次に介して、前記出力直列コンデンサバンクの低電位端に接続され、
前記インダクタの第２の端は、前記第１のスイッチの第１の端、前記第１のスイッチの第２の端、前記第２のスイッチの第１の端、前記第２のスイッチの第２の端を順次に介して、前記入力コンデンサの正極に接続され、
前記第１のフライホィールダイオードのアノードは、前記フライングコンデンサの一端、前記フライングコンデンサの他端、前記充電ダイオードのカソード、前記充電ダイオードのアノード、前記バランスコンデンサの一端、前記バランスコンデンサの他端を順次に介して、前記入力コンデンサの正極に接続され、
前記第１のスイッチの第２の端は、前記充電ダイオードのカソードに接続され、
前記クランプダイオードのアノードは、前記第２のフライホィールダイオードのカソードに接続され、前記クランプダイオードのカソードは、前記第２のノードに接続され、
前記放電ダイオードのアノードは、前記第１のノードに接続され、前記放電ダイオードのカソードは、前記充電ダイオードのアノードに接続され、
前記フライングコンデンサと前記バランスコンデンサの容量の差は、プリセット値を超えず、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチは、交互にオンになり、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチのデューティ比Ｄは、同じであり、
前記デューティ比Ｄの大きさは、入力電圧Ｖｉｎと必要に応じて確立される出力電圧Ｖｏｕｔとの間の、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ／（１－Ｄ）という関係に従って決定されることを特徴とする３レベルブースト回路。

【請求項4】

３レベルブースト回路であって、
入力コンデンサ、インダクタ、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第１のフライホィールダイオード、第２のフライホィールダイオード、フライングコンデンサ、バランスコンデンサ、充電ダイオード、クランプダイオード、放電ダイオード、及び出力直列コンデンサバンクを含み、
前記出力直列コンデンサバンクは、複数の出力コンデンサを直列に接続して形成され、
内部に第１のノード及び第２のノードを有し、前記第１のノードの電位は、前記充電ダイオードのアノードの電位よりも低く、前記第２のノードと前記第２のフライホィールダイオードのアノードの電位差は、前記第２のフライホィールダイオードの耐電圧値を超えず、
前記入力コンデンサは、入力電源と並列に接続され、前記入力コンデンサの正極は、前記出力直列コンデンサバンクの高電位端に接続され、前記入力コンデンサの負極は、前記インダクタの第１の端、前記インダクタの第２の端、前記第１のフライホィールダイオードのカソード、前記第１のフライホィールダイオードのアノード、前記第２のフライホィールダイオードのカソード、前記第２のフライホィールダイオードのアノードを順次に介して、前記出力直列コンデンサバンクの低電位端に接続され、
前記インダクタの第２の端は、前記第１のスイッチの第１の端、前記第１のスイッチの第２の端、前記第２のスイッチの第１の端、前記第２のスイッチの第２の端を順次に介して、前記入力コンデンサの正極に接続され、
前記第１のフライホィールダイオードのアノードは、前記フライングコンデンサの一端、前記フライングコンデンサの他端、前記充電ダイオードのカソード、前記充電ダイオードのアノード、前記バランスコンデンサの一端、前記バランスコンデンサの他端を順次に介して、前記入力コンデンサの正極に接続され、
前記第１のスイッチの第２の端は、前記充電ダイオードのカソードに接続され、
前記クランプダイオードのアノードは、前記第２のフライホィールダイオードのカソードに接続され、前記クランプダイオードのカソードは、前記第２のノードに接続され、
前記放電ダイオードのアノードは、前記第１のノードに接続され、前記放電ダイオードのカソードは、前記充電ダイオードのアノードに接続され、
前記フライングコンデンサと前記バランスコンデンサの容量の差は、プリセット値を超えず、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチは、交互にオンになり、
前記出力直列コンデンサバンクは、出力負極と出力正極の間に順番に直列に接続された第１の出力コンデンサ、第２の出力コンデンサ、第３の出力コンデンサ、及び第４の出力コンデンサを含み、前記第１の出力コンデンサ、前記第２の出力コンデンサ、前記第３の出力コンデンサ、及び前記第４の出力コンデンサの容量値は等しく、
前記第１のノードは、前記第１の出力コンデンサの負極又は前記第２の出力コンデンサの負極であり、
前記第２のノードは、前記第４の出力コンデンサの負極であることを特徴とする３レベルブースト回路。

【請求項5】

多出力並列システムであって、
請求項１から４のいずれか１項に記載の３レベルブースト回路を複数含み、各３レベルブースト回路の入力は独立しており、出力は並列に接続されていることを特徴とする多出力並列システム。

【請求項6】

各３レベルブースト回路には、独立した出力直列コンデンサバンクがあるか、少なくとも２つの３レベルブースト回路は、１つの出力直列コンデンサバンクを共用し、
前記多出力並列システムは、前記出力直列コンデンサバンクごとに、１つの過電圧保護装置を設置し、
前記出力直列コンデンサバンクが位置する３レベルブースト回路では、前記過電圧保護装置の一端が前記出力直列コンデンサバンクと前記第２のフライホィールダイオードとの接続点に接続され、他端が前記第２のノードに接続され、前記過電圧保護装置は、直列に接続された抵抗及び第３のスイッチを含み、前記第３のスイッチは、前記接続点と前記第２のノードの電位差の絶対値が前記第２のフライホィールダイオードの耐電圧値を超えないように、予め設定されたスイッチング制御戦略に従って動作することを特徴とする請求項５に記載の多出力並列システム。

【請求項7】

前記スイッチング制御戦略は、前記電位差の絶対値がＰ１よりも大きい場合、前記第３のスイッチを閉じ、前記電位差の絶対値がＰ２よりも小さい場合、前記第３のスイッチを開くことであり、Ｐ１、Ｐ２は、プリセット電圧値であり、Ｐ１＞Ｐ２であることを特徴とする請求項６に記載の多出力並列システム。

【請求項8】

出力電圧Ｖｏｕｔが確立された後、動作していない３レベルブースト回路がＶｉｎ≧２＊Ｖ４を満たす場合、前記動作していない３レベルブースト回路の制御戦略は、第１のスイッチと第２のスイッチを交互にオンになるように制御することであり、
Ｖｉｎは、入力電源電圧であり、Ｖ１は、前記出力直列コンデンサバンクと前記入力コンデンサとの接続点と前記第２のノードの電位差の絶対値を示し、Ｖ４＝Ｖｏｕｔ－Ｖ１であることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の多出力並列システム。

【請求項9】

出力電圧Ｖｏｕｔが確立された後、
動作していない３レベルブースト回路の入力電圧Ｖｉｎが予め設定された最小入力電圧Ｖｉｎｍｉｎよりも小さい場合、前記動作していない３レベルブースト回路は動作を開始せず、
動作していない３レベルブースト回路がＶｉｎｍｉｎ≦Ｖｉｎ＜２Ｖ４を満たす場合、前記動作していない３レベルブースト回路の制御戦略は、最初に第２のスイッチをオフのままにし、第１のスイッチのオン／オフを繰り返し、Ｖｃ１≧Ｖ４の場合、第１のスイッチと第２のスイッチを交互にオンになるように制御することであり、
Ｖｃ１は、フライングコンデンサの電圧であり、Ｖ１は、前記出力直列コンデンサバンクと前記入力コンデンサとの接続点と前記第２のノードの電位差の絶対値を示し、Ｖ４＝Ｖｏｕｔ－Ｖ１であることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の多出力並列システム。

【請求項10】

出力電圧Ｖｏｕｔが確立された後、動作していない３レベルブースト回路が入力短絡から入力電圧Ｖｉｎカットインに変化したが、Ｖ４＜Ｖｉｎ＜予め設定された最小入力電圧Ｖｉｎｍｉｎの場合、前記動作していない３レベルブースト回路の制御戦略は、第１のスイッチと第２のスイッチを交互にオンになるように制御することであり、
Ｖ１は、前記出力直列コンデンサバンクと前記入力コンデンサとの接続点と前記第２のノードの電位差の絶対値を示し、Ｖ４＝Ｖｏｕｔ－Ｖ１であることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の多出力並列システム。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

本出願は、２０１９年０６月１１日に中国専利局に提出した、出願番号が２０１９１０５０１０３９．４であって、発明の名称が「３レベルブースト回路、多出力並列システム」である中国特許出願の優先権を主張し、その全内容を援用により本出願に組み込む。

【技術分野】

【0002】

本出願は、パワーエレクトロニクス技術の分野に関し、より具体的に、３レベルブースト回路、多出力並列システムに関する。

【背景技術】

【0003】

パワーエレクトロニクスコンバータシステムの電圧が上昇するにつれて、関連するスイッチデバイスの耐電圧要件が徐々に増加している。しかし、半導体プロセスの性能などの影響により、費用効果の高いデバイスの開発には一定の遅れがあり、短期間で関連する耐電圧要件を満たすことができないため、低電圧デバイスを使用して高電圧の電力変化を低コストで実現する方法は、研究のホットスポットになる。マルチレベル技術の提案によって、この問題をよりよく解決することができる。

【0004】

前記電力変化は、ブースト変換、バック変換、バックブースト変換などを含み、本出願は、ブースト変換を実行する際のスイッチデバイスへの過電圧損傷の防止のみを目的とする。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本出願は、これに鑑みて、スイッチデバイスへの過電圧損傷を防ぐための３レベルブースト回路、多出力並列システムを提供している。

【課題を解決するための手段】

【0006】

３レベルブースト回路であって、入力コンデンサ、インダクタ、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第１のフライホィールダイオード、第２のフライホィールダイオード、フライングコンデンサ、バランスコンデンサ、充電ダイオード、クランプダイオード、放電ダイオード、及び出力直列コンデンサバンクを含み、
前記出力直列コンデンサバンクは、複数の出力コンデンサを直列に接続して形成され、内部に第１のノード及び第２のノードを有し、前記第１のノードの電位は、前記充電ダイオードのカソードの電位よりも高く、前記第２のフライホィールダイオードのカソードと前記第２のノードの電位差は、前記第２のフライホィールダイオードの耐電圧値を超えず、
前記入力コンデンサは、入力電源と並列に接続され、前記入力コンデンサの負極は、前記出力直列コンデンサバンクの低電位端に接続され、前記入力コンデンサの正極は、前記インダクタの第１の端、前記インダクタの第２の端、前記第１のフライホィールダイオードのアノード、前記第１のフライホィールダイオードのカソード、前記第２のフライホィールダイオードのアノード、前記第２のフライホィールダイオードのカソードを順次に介して、前記出力直列コンデンサバンクの高電位端に接続され、
前記インダクタの第２の端は、前記第１のスイッチの第１の端、前記第１のスイッチの第２の端、前記第２のスイッチの第１の端、前記第２のスイッチの第２の端を順次に介して、前記入力コンデンサの負極に接続され、
前記第１のフライホィールダイオードのカソードは、前記フライングコンデンサの一端、前記フライングコンデンサの他端、前記充電ダイオードのアノード、前記充電ダイオードのカソード、前記バランスコンデンサの一端、前記バランスコンデンサの他端を順次に介して、前記入力コンデンサの負極に接続され、
前記第１のスイッチの第２の端は、前記充電ダイオードのアノードに接続され、
前記クランプダイオードのカソードは、前記第２のフライホィールダイオードのアノードに接続され、前記クランプダイオードのアノードは、前記第２のノードに接続され、
前記放電ダイオードのカソードは、前記第１のノードに接続され、前記放電ダイオードのアノードは、前記充電ダイオードのカソードに接続され、
前記フライングコンデンサと前記バランスコンデンサの容量差は、プリセット値を超えず、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチは、交互にオンになる。

【0007】

任意選択で、前記出力直列コンデンサバンクは、出力正極と出力負極の間に順番に直列に接続された第１の出力コンデンサ、第２の出力コンデンサ、第３の出力コンデンサ、及び第４の出力コンデンサを含み、前記第１の出力コンデンサ、前記第２の出力コンデンサ、前記第３の出力コンデンサ及び前記第４の出力コンデンサの容量値は等しく、
前記第１のノードは、前記第１の出力コンデンサの正極又は前記第２の出力コンデンサの正極であり、前記第２のノードは、前記第４の出力コンデンサの正極である。

【0008】

３レベルブースト回路であって、入力コンデンサ、インダクタ、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第１のフライホィールダイオード、第２のフライホィールダイオード、フライングコンデンサ、バランスコンデンサ、充電ダイオード、クランプダイオード、放電ダイオード、及び出力直列コンデンサバンクを含み、
前記出力直列コンデンサバンクは、複数の出力コンデンサを直列に接続して形成され、内部に第１のノード及び第２のノードを有し、前記第１のノードの電位は、前記充電ダイオードのアノードの電位よりも低く、前記第２のノードと前記第２のフライホィールダイオードのアノードの電位差は、前記第２のフライホィールダイオードの耐電圧値を超えず、
前記入力コンデンサは、入力電源と並列に接続され、前記入力コンデンサの正極は、前記出力直列コンデンサバンクの高電位端に接続され、前記入力コンデンサの負極は、前記インダクタの第１の端、前記インダクタの第２の端、前記第１のフライホィールダイオードのカソード、前記第１のフライホィールダイオードのアノード、前記第２のフライホィールダイオードのカソード、前記第２のフライホィールダイオードのアノードを順次に介して、前記出力直列コンデンサバンクの低電位端に接続され、
前記インダクタの第２の端は、前記第１のスイッチの第１の端、前記第１のスイッチの第２の端、前記第２のスイッチの第１の端、前記第２のスイッチの第２の端を順次に介して、前記入力コンデンサの正極に接続され、
前記第１のフライホィールダイオードのアノードは、前記フライングコンデンサの一端、前記フライングコンデンサの他端、前記充電ダイオードのカソード、前記充電ダイオードのアノード、前記バランスコンデンサの一端、前記バランスコンデンサの他端を順次に介して、前記入力コンデンサの正極に接続され、
前記第１のスイッチの第２の端は、前記充電ダイオードのカソードに接続され、
前記クランプダイオードのアノードは、前記第２のフライホィールダイオードのカソードに接続され、前記クランプダイオードのカソードは、前記第２のノードに接続され、
前記放電ダイオードのアノードは、前記第１のノードに接続され、前記放電ダイオードのカソードは、前記充電ダイオードのアノードに接続され、
前記フライングコンデンサと前記バランスコンデンサの容量差は、プリセット値を超えず、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチは、交互にオンになる。

【0009】

任意選択で、前記出力直列コンデンサバンクは、出力負極と出力正極の間に順番に直列に接続された第１の出力コンデンサ、第２の出力コンデンサ、第３の出力コンデンサ、及び第４の出力コンデンサを含み、前記第１の出力コンデンサ、前記第２の出力コンデンサ、前記第３の出力コンデンサ、及び前記第４の出力コンデンサの容量値は等しく、
前記第１のノードは、前記第１の出力コンデンサの負極又は前記第２の出力コンデンサの負極であり、
前記第２のノードは、前記第４の出力コンデンサの負極である。

【0010】

多出力並列システムであって、複数の上記に開示された任意の３レベルブースト回路を含み、各３レベルブースト回路の入力は独立しており、出力は並列に接続されることを特徴とする。

【0011】

任意選択で、各３レベルブースト回路には、独立した出力直列コンデンサバンクがあるか、少なくとも２つの３レベルブースト回路は、１つの出力直列コンデンサバンクを共用し、
前記多出力並列システムは、前記出力直列コンデンサバンクごとに、１つの過電圧保護装置を設置し、
前記出力直列コンデンサバンクが位置する３レベルブースト回路では、前記過電圧保護装置の一端が前記出力直列コンデンサバンクと前記第２のフライホィールダイオードとの接続点に接続され、他端が前記第２のノードに接続され、前記過電圧保護装置は、直列に接続された抵抗及び第３のスイッチを含み、前記第３のスイッチは、前記接続点と前記第２のノードの電位差の絶対値が前記第２のフライホィールダイオードの耐電圧値を超えないように、予め設定されたスイッチング制御戦略に従って動作する。

【0012】

任意選択で、前記スイッチング制御戦略は、前記電位差の絶対値がＰ１よりも大きい場合、前記第３のスイッチを閉じ、前記電位差の絶対値がＰ２よりも小さい場合、前記第３のスイッチを開くことであり、Ｐ１、Ｐ２は、プリセット電圧値であり、Ｐ１＞Ｐ２である。

【0013】

任意選択で、出力電圧Ｖｏｕｔが確立された後、動作していない３レベルブースト回路がＶｉｎ≧２＊Ｖ４を満たす場合、前記動作していない３レベルブースト回路の制御戦略は、第１のスイッチと第２のスイッチを交互にオンになるように制御することであり、
Ｖｉｎは、入力電源電圧であり、Ｖ１は、前記出力直列コンデンサバンクと前記入力コンデンサとの接続点と前記第２のノードの電位差の絶対値を示し、Ｖ４＝Ｖｏｕｔ－Ｖ１である。

【0014】

任意選択で、出力電圧Ｖｏｕｔが確立された後、
動作していない３レベルブースト回路の入力電圧Ｖｉｎが予め設定された最小入力電圧Ｖｉｎｍｉｎよりも小さい場合、前記動作していない３レベルブースト回路は、動作を開始せず、
動作していない３レベルブースト回路がＶｉｎｍｉｎ≦Ｖｉｎ＜２Ｖ４を満たす場合、前記動作していない３レベルブースト回路の制御戦略は、最初に第２のスイッチをオフのままにし、第１のスイッチのオン／オフを繰り返し、Ｖｃ１≧Ｖ４の場合、第１のスイッチと第２のスイッチを交互にオンになるように制御することであり、
Ｖｃ１は、フライングコンデンサの電圧であり、Ｖ１は、前記出力直列コンデンサバンクと前記入力コンデンサとの接続点と前記第２のノードの電位差の絶対値を示し、Ｖ４＝Ｖｏｕｔ－Ｖ１である。

【0015】

任意選択で、出力電圧Ｖｏｕｔが確立された後、動作していない３レベルブースト回路が入力短絡から入力電圧Ｖｉｎカットインに変化したが、Ｖ４＜Ｖｉｎ＜予め設定された最小入力電圧Ｖｉｎｍｉｎの場合、前記動作していない３レベルブースト回路の制御戦略は、第１のスイッチと第２のスイッチを交互にオンになるように制御することであり、
Ｖ１は、前記出力直列コンデンサバンクと前記入力コンデンサとの接続点と前記第２のノードの電位差の絶対値を示し、Ｖ４＝Ｖｏｕｔ－Ｖ１である。

【発明の効果】

【0016】

上記の技術案から分かるように、３レベルブースト回路の出力電圧が確立されていない場合、フライングコンデンサＣ１、バランスコンデンサＣ２の分圧電圧は等しく、動作時間の累積とともに上昇し、Ｃ１、Ｃ２の電圧がＶｏｕｔ／２近くまで上昇すると、充電ダイオードＤ１１が逆遮断され、出力電圧Ｖｏｕｔが確立され、出力電圧Ｖｏｕｔが確立された後、Ｃ１はＶｏｕｔに従って変化し、Ｃ２の電圧はＶｏｕｔ／２の近くで安定し、Ｃ２は、電圧サポートの役割のみを果たし、電流はＣ２に流れなく、Ｃ１とＣ２の容量値が等しいことを保証する必要があるだけで、高電圧が入力された場合、Ｃ１とＣ２の分圧が基本的に等しいことを保証し、第１のスイッチＫ１及び第２のスイッチＫ２への過電圧損傷を避けることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

以下は、本出願の実施例又は先行技術における技術案をより明確に説明するために、実施例又は先行技術の記述に必要な図面を簡単に紹介する。明らかに、以下の説明に使用する図面は、本出願の実施例にすぎない。当業者にとって、創造的な作業なしに、提供された図面に基づいて他の図面を得ることもできる。

【図1】本出願の実施例で開示された３レベルブースト回路の概略構造図

【図2】図１に示した３レベルブースト回路におけるＫ１、Ｋ２のタイミング図

【図3】ａ、ｂ、ｃはそれぞれ、出力電圧が確立されていないときの３つの異なるモードにおける図１に示される回路の電流傾向の概略図。

【図4】ａ、ｂは、出力電圧が確立された後の２つの異なるモードにおける図１に示される回路の電流傾向の概略図

【図5】本出願の実施例で開示された別の３レベルブースト回路の概略構造図

【図6】本出願の実施例で開示された別の３レベルブースト回路の概略構造図

【図7】本出願の実施例で開示された別の３レベルブースト回路の概略構造図

【図8】本出願の実施例で開示された多出力並列システムの概略構造図

【図9】本出願の実施例で開示された、ｂ個の回路が動作せず、入力が短絡しているか又は電圧が非常に低い３レベルブースト回路で構成される抵抗・容量分圧等価回路

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本出願の実施例における図面に基づいて、本出願の実施例における技術案を明確かつ完全に説明する。明らかに、説明された実施例は、全ての実施例ではなく、本出願の実施例の一部にすぎない。本出願における実施例に基づいて、創造的な作業なしに当業者によって得られた他の全ての実施例は、本出願の保護の範囲に属する。

【0019】

図１を参照し、本出願の実施例は、３レベルブースト回路を開示し、入力コンデンサＣｉｎ、インダクタＬ１、第１のスイッチＫ１、第２のスイッチＫ２、第１のフライホィールダイオードＤ１、第２のフライホィールダイオードＤ２、フライングコンデンサＣ１、バランスコンデンサＣ２、充電ダイオードＤ１１、クランプダイオードＤ１２、放電ダイオードＤ１３、及び出力直列コンデンサバンクＣｏ（符号「Ｃｏ」は図１に示されない）を含み、
出力直列コンデンサバンクＣｏは、複数の出力コンデンサを直列に接続して形成され、内部に第１のノードＰ１、及び第２のノードＰ２を有し、第１のノードＰ１の電位は、Ｄ１１のカソードの電位よりも高く、Ｄ２のカソードと第２のノードＰ２の電位差は、Ｄ２の耐電圧値を超えなく（図１では、出力直列コンデンサバンクＣｏが、出力正極と出力負極の間に順番に直列に接続された第１の出力コンデンサＣｏ１、第２の出力コンデンサＣｏ２、第３の出力コンデンサＣｏ３、及び第４の出力コンデンサＣｏ４を含むことを例として、且つ、Ｃｏ１＝Ｃｏ２＝Ｃｏ３＝Ｃｏ４に設置すると、第１のノードＰ１は、Ｃｏ１の正極として設置でき、第２のノードＰ２は、Ｃｏ４の正極として設置できる）、
Ｃｉｎは、入力電源と並列に接続され、Ｃｉｎの負極は、出力直列コンデンサバンクＣｏの低電位端に接続され、Ｃｉｎの正極は、Ｌ１の第１の端、Ｌ１の第２の端、Ｄ１のアノード、Ｄ１のカソード、Ｄ２のアノード、Ｄ２のカソードを順次に介して、出力直列コンデンサバンクＣｏの高電位端に接続され、出力直列コンデンサバンクＣｏの高電位端と低電位端の電位差は、出力電圧Ｖｏｕｔであり、
Ｌ１の第２の端は、Ｋ１の第１の端、Ｋ１の第２の端、Ｋ２の第１の端、Ｋ２の第２の端を順次に介して、Ｃｉｎの負極に接続され、
Ｄ１のカソードは、Ｃ１の一端、Ｃ１の他端、Ｄ１１のアノード、Ｄ１１のカソード、Ｃ２の一端、Ｃ２の他端を順次に介して、Ｃｉｎの負極に接続され、
Ｋ１の第２の端は、Ｄ１１のアノードに接続され、
Ｄ１２のカソードは、Ｄ２のアノードに接続され、Ｄ１２のアノードは、第２のノードＰ２に接続され、
Ｄ１３のカソードは、第１のノードＰ１に接続され、Ｄ１３のアノードは、Ｄ１１のカソードに接続され、
Ｃ１とＣ２の容量値の差は、Ｃ１とＣ２の容量値が等しい又は略等しいことを保証するように、プリセット値を超えず、
Ｋ１とＫ２は、交互にオンになる。

【0020】

図１に示す回路の動作原理は、次のとおりである。
Ｋ１とＫ２は交互にオンになり、それらのデューティ比は同じであり、いずれもＤであり、０＜Ｄ＜０．５と仮定すると、Ｋ１、Ｋ２のタイミング図は、図２に示すように、１つのスイッチング期間Ｔで、０＜ｔ＜Ｄ＊Ｔの場合、Ｋ１がオンになり、Ｋ２がオフになり、Ｄ＊Ｔ＜ｔ＜０．５＊Ｔ及び０．５＊Ｔ＋Ｄ＊Ｔ＜ｔ＜Ｔの場合、Ｋ１、Ｋ２がオフになり、０．５＊Ｔ＜ｔ＜０．５＊Ｔ＋Ｄ＊Ｔの場合、Ｋ２がオンになり、Ｋ１がオフになる。

【0021】

図１に示す回路が起動するが、出力電圧がまだ確立されていない場合、図１に示す回路は、１つのスイッチング期間Ｔで、次のモード１～モード３を順次に実行する。
モード１：Ｋ１がオンで、Ｋ２がオフであり、この場合、ループの電流傾向は、図３ａに示すように、Ｃｉｎ→Ｌ１→Ｋ１→Ｄ１１→Ｃ２→Ｃｉｎであり、Ｃ２が充電される。
モード２：Ｋ１、Ｋ２がオフであり、この場合、ループの電流傾向は、図３ｂに示すように、Ｃｉｎ→Ｌ１→Ｄ１→Ｃ１→Ｄ１１→Ｃ２→Ｃｉｎであり、Ｃ１、Ｃ２が同時に充電される。
モード３：Ｋ２がオンで、Ｋ１がオフであり、この場合、ループの電流傾向は、図３ｃに示すように、Ｃｉｎ→Ｌ１→Ｄ１→Ｃ１→Ｋ２→Ｃｉｎであり、Ｃ１が充電される。

【0022】

１つのスイッチング期間Ｔで、Ｋ１、Ｋ２の導通時間は、同じであり、いずれもＤ＊Ｔであるため、図１に示す回路が起動するが、出力電圧がまだ確立されていない場合、Ｃ１、Ｃ２の分圧電圧は等しく、動作時間ｔの累積とともに上昇する。

【0023】

Ｃ１、Ｃ２の電圧がＶｏｕｔ／２に上昇した瞬間、モード１が実行され、Ｃ２が充電され、Ｃ２の電圧はＶｏｕｔ／２よりわずかに高くなり、Ｃ１の負極の電圧はＶｏｕｔ／２のままなので、Ｄ１１は逆遮断される。つまり、Ｄ１１が逆遮断された場合、図１に示す回路の出力電圧が確立される。

【0024】

図１に示す回路の出力電圧が確立された後、図１に示す回路は、１つのスイッチング期間Ｔで、次のモード４～モード６を順番に実行する。
モード４：Ｋ１がオンで、Ｋ２がオフであり、この場合、ループの電流傾向は、図４ａに示すように、Ｃｉｎ→Ｌ１→Ｋ１→Ｃ１→Ｄ２→Ｃｏ→Ｃｉｎであり、Ｃ１が放電され、ダイオード、スイッチの順方向電圧降下、及びコンデンサの電圧変動を無視すると、このとき、インダクタＬ１の両端の電圧はＶｉｎ＋Ｖｃ１－Ｖｏｕｔであり、Ｖｉｎは入力電源の電圧を示し、Ｖｃ１はＣ１の電圧を示し、Ｖｏｕｔは出力電圧を示す。

【0025】

モード５：Ｋ１、Ｋ２がオフであり、この場合、ループの電流傾向は、図４ｂに示すように、Ｃｉｎ→Ｌ１→Ｄ１→Ｄ２→Ｃｏ→Ｃｉｎであり、ダイオード、スイッチの順方向電圧降下、及びコンデンサの電圧変動を無視すると、このとき、インダクタＬ１の両端の電圧はＶｉｎ－Ｖｏｕｔである。

【0026】

モード６：Ｋ２がオンで、Ｋ１がオフであり、この場合、ループの電流傾向は、図３ｃに示すように、Ｃｉｎ→Ｌ１→Ｄ１→Ｃ１→Ｋ２→Ｃｉｎであり、Ｃ１が充電され、ダイオード、スイッチの順方向電圧降下、及びコンデンサの電圧変動を無視すると、このとき、インダクタＬ１の両端の電圧はＶｉｎ－Ｖｃ１である。

【0027】

モード４～モード６に基づいて、ボルト秒バランスの原理に従って、
（Ｖｉｎ＋Ｖｃ－Ｖｏｕｔ）＊Ｄ＊Ｔ＋（Ｖｉｎ－Ｖｏｕｔ）＊（０．５－Ｄ）＝０である。
これにより、

【数1】

が計算され、ブースト変換が実現された。

【0028】

１つのスイッチング期間Ｔで、Ｋ１、Ｋ２の導通時間は、同じであり、いずれもＤ＊Ｔであり、インダクタＬ１の平均電流値は、固定されているため、Ｖｉｎ＋Ｖｃ１－Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ－Ｖｃ１であり、Ｖｃ１＝Ｖｏｕｔ／２が計算された。このようにして、出力電圧が確立された後、Ｋ１とＫ２の電圧ストレスは、いずれもＶｏｕｔ／２である。

【0029】

以上の説明に基づいて、図１に示す回路の出力電圧が確立されていない場合、Ｃ１とＣ２の分圧電圧は等しく、動作時間ｔの累積とともに上昇し、Ｃ１、Ｃ２の電圧がＶｏｕｔ／２近くまで上昇すると、Ｄ１１が逆遮断され、出力電圧が確立され、出力電圧が確立された後、Ｃ１はＶｏｕｔに従って変化し、Ｃ２は電圧サポートの役割のみを果たし、電流はＣ２に流れない。Ｃ１とＣ２の容量値が等しいことを保証する必要があるだけで、高電圧が入力された場合、Ｃ１とＣ２の分圧が基本的に等しいことを保証し、Ｋ１とＫ２への過電圧損傷を避けることができ、即ち、Ｃ１とＣ２の分圧がひどく不均一であることに起因してＫ１又はＫ２が過電圧によって損傷することを避ける。

【0030】

以上では、０＜Ｄ＜０．５のみを例として分析したが、０．５＜Ｄ＜１の場合、分析結果も同じである（即ち、回路内の各コンポーネントの電圧が変化することはない）ため、ここで、繰り返して説明しない。

【0031】

なお、図１に示す回路は、出力電圧が変動した場合でも、Ｋ１、Ｋ２への過電圧損傷を回避することができる。具体的な分析は、次のとおりである。
出力電圧Ｖｏｕｔが最初にＶｏ１で安定していると仮定すると、次の段階では、出力電圧ＶｏｕｔはＶｏ２で安定しており、Ｖｏ１＜Ｖｏ２であり、このとき、Ｖｃ１＝Ｖｃ２＝Ｖｏ２／２であり、Ｖｃ２はＣ２の電圧を示し、次の段階では、出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏ１で再び安定しており、このとき、Ｖｃ１＝Ｖｏ１／２であり、Ｃ２は、ほとんど放電されないため、Ｖｃ２はＶｏ２／２のままであり、次の段階では、出力電圧ＶｏｕｔはＶｏ２で再び安定しており、Ｖｃ１は、出力の変化に従いＶｏ２／２まで上昇し、Ｃ２の電圧は、Ｖｏ２／２＋（Ｖｏ２－Ｖｏ１／２－Ｖｏ２／２）／２＝３＊Ｖｏ２／４－Ｖｏ１／４に上昇して、次の段階では、出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏ１で再び安定しており、・・・・・・、このように循環して、Ｃ２の電圧は、徐々に上昇し、最終的にＶｏ２－Ｖｏ１／２で安定する。このことから、Ｃ２の電圧が無制限に上昇することはなく、高耐電圧コンデンサを選択することで、Ｃ２が過電圧によって損傷しないように保証することができる。また、このとき、Ｃ２の電圧は高くなるが、Ｃ１の電圧は、直ちに出力電圧Ｖｏｕｔ／２に従って変化でき、Ｄ１１は、オフ状態であるため、Ｃ２の高電圧は、Ｋ２に印加されず、Ｋ１とＫ２の電圧ストレスはいずれもＶｏｕｔ／２のままであり、過電圧による損傷のリスクはない。

【0032】

最後に、図１に示す回路では、第１のノードＰ１の位置は、回路がパワーダウンする場合のみ、Ｄ１３がＣ２に放電経路を提供し、それ以外の場合、Ｃ２がＤ１３を介して放電しない機能を実現することを保証するように選択される。従って、図５に示すように、Ｄ１３のカソードの接続は、図１に示すようにＣｏ１の正極に接続できる以外、Ｃｏ２の正極に変更することもできる。第２のノードＰ２の位置は、Ｄ１２がオンになった後にＤ２への過電圧損傷を引き起こさないことを保証するように選択される。勿論、図１及び図５は、出力直列コンデンサバンクＣｏが４つの出力コンデンサＣｏ１～Ｃｏ４からなることを例とし、Ｄ１３、Ｄ１２の機能を確実に実現する前提の下で、他の数や他の容量値の複数の出力コンデンサを使用してＣｏを構成してもよく、図１と図５に限定されない。そして、このとき対応して得られた、異なるＣｏ構造を有する３レベルブースト回路の動作原理は同じであるため、ここで、繰り返して説明しない。

【0033】

図６を参照し、本出願の実施例は、図１と鏡像関係にある別の３レベルブースト回路をさらに開示する。入力コンデンサＣｉｎ、インダクタＬ１、第１のスイッチＫ１、第２のスイッチＫ２、第１のフライホィールダイオードＤ１、第２のフライホィールダイオードＤ２、フライングコンデンサＣ１、バランスコンデンサＣ２、充電ダイオードＤ１１、クランプダイオードＤ１２、放電ダイオードＤ１３、及び出力直列コンデンサバンクＣｏを含み、
出力直列コンデンサバンクＣｏは、複数の出力コンデンサを直列に接続して形成され、内部に第１のノードＰ１、及び第２のノードＰ２を有し、第１のノードＰ１の電位は、Ｄ１１のアノードの電位よりも低く、第２のノードＰ２とＤ２のアノードの電位差は、Ｄ２の耐電圧値を超えず（図１では、出力直列コンデンサバンクＣｏが、出力負極と出力正極の間に順番に直列に接続された第１の出力コンデンサＣｏ１、第２の出力コンデンサＣｏ２、第３の出力コンデンサＣｏ３、及び第４の出力コンデンサＣｏ４を含むことを例として、且つ、Ｃｏ１＝Ｃｏ２＝Ｃｏ３＝Ｃｏ４に設置すると、第１のノードＰ１をＣｏ１の負極に設置し、第２のノードＰ２をＣｏ４の負極に設置する）、
Ｃｉｎは、入力電源と並列に接続され、Ｃｉｎの正極は、出力直列コンデンサバンクＣｏの高電位端に接続され、Ｃｉｎの負極は、Ｌ１の第１の端、Ｌ１の第２の端、Ｄ１のカソード、Ｄ１のアノード、Ｄ２のカソード、Ｄ２のアノードを順次に介して、出力直列コンデンサバンクＣｏの低電位端に接続され、
Ｌ１の第２の端は、Ｋ１の第１の端、Ｋ１の第２の端、Ｋ２の第１の端、Ｋ２の第２の端を順次に介して、Ｃｉｎの正極に接続され、
Ｄ１のアノードは、Ｃ１の一端、Ｃ１の他端、Ｄ１１のカソード、Ｄ１１のアノード、Ｃ２の一端、Ｃ２の他端を順次に介して、Ｃｉｎの正極に接続され、
Ｋ１の第２の端は、Ｄ１１のカソードに接続され、
Ｄ１２のアノードは、Ｄ２のカソードに接続され、Ｄ１２のカソードは、第２のノードＰ２に接続され、
Ｄ１３のアノードは、第１のノードＰ１に接続され、Ｄ１３のカソードは、Ｄ１１のアノードに接続され、
Ｃ１とＣ２の容量値は、Ｃ１とＣ２の容量値が等しい又は略等しいことを保証するように、プリセット値を超えず、
Ｋ１とＫ２は、交互にオンになる。

【0034】

図６に示す回路の動作原理は、図１に示す回路の分析を参照することによって得られることができ、ここで、繰り返して説明しない。

【0035】

図６に示す回路では、第１のノードＰ１の位置は、回路がパワーダウンする場合のみ、Ｄ１３がＣ２に放電経路を提供し、それ以外の場合、Ｃ２がＤ１３を介して放電しない機能を実現することを保証するように選択される。従って、図７に示すように、Ｄ１３のアノードの接続は、図６に示すようにＣｏ１の負極に接続できる以外、Ｃｏ２の負極に変更することもできる。第２のノードＰ２の位置は、Ｄ１２がオンになった後にＤ２への過電圧損傷を引き起こさないことを保証するように選択される。勿論、図６と図７は、出力直列コンデンサバンクＣｏが４つの出力コンデンサＣｏ１～Ｃｏ４からなることを例とし、Ｄ１３、Ｄ１２の機能を確実に実現する前提の下で、他の数や他の容量値の複数の出力コンデンサを使用してＣｏを構成してもよく、図６と図７に限定されない。そして、このとき対応して得られた、異なるＣｏ構造を有する３レベルブースト回路の動作原理は同じであるため、ここで、繰り返して説明しない。

【0036】

任意選択で、上記に開示された実施例のいずれかでは、Ｋ１、Ｋ２は、機械的スイッチ又は逆導通トランジスタであってもよく、これに限定されない。

【0037】

図８を参照し、本出願の実施例は、多出力並列システムをさらに開示し、ｎ個の３レベルブースト回路を含み、ｎ≧２であり、各３レベルブースト回路の入力は独立しており、出力は並列に接続され、前記３レベルブースト回路は、上記に開示された３レベルブースト回路のいずれかである。図８では、ｎ個の図１に示す３レベルブースト回路を含むことを例とする。

【0038】

任意選択で、上記に開示された任意の３レベルブースト回路を有する多出力並列システムでは、各３レベルブースト回路は、それぞれに独立する出力直列コンデンサバンクＣｏを有してもよく、少なくとも２つの３レベルブースト回路は、１つの出力直列コンデンサバンクＣｏを共用してもよい。図８では、全ての３レベルブースト回路が１つの出力直列コンデンサバンクＣｏを共用することを例とする。

【0039】

しかし、上記に開示された任意の３レベルブースト回路を有する多出力並列システムは、特定の動作条件で、Ｄ２に過電圧のリスクがある。当該特定の動作条件は、ａ個の３レベルブースト回路が正常に動作し、ｂ個の３レベルブースト回路が動作せず、入力が短絡しているか又は電圧が非常に低い（ａ≧１、ｂ≧１、ａ＋ｂ≦ｎ）ことである。

【0040】

図８を例として、当該特定の動作モードで、実際の適用では、Ｃｏ１～Ｃｏ４、Ｃ１及びＣ２がそれぞれ電圧均等化抵抗と並列に接続されているため、これらのｂ個の３レベルブースト回路では、Ｃｏ４は、Ｄ１２を介してＣ１及びＣ２を充電し、簡略化された等価回路を図９に示す。これらのｂ個の３レベルブースト回路では、Ｃｏ４の電圧は、Ｃｏ１電圧均等化抵抗Ｒｏ１、Ｃｏ２電圧均等化抵抗Ｒｏ２、Ｃｏ３電圧均等化抵抗Ｒｏ３、Ｃｏ４電圧均等化抵抗Ｒｏ４、Ｃ１電圧均等化抵抗Ｒ１＊ｂ、Ｃ２電圧均等化抵抗Ｒ２＊ｂによって決定される。通常の状況では、Ｒｏ１＝Ｒｏ２＝Ｒｏ３＝Ｒｏ４、Ｒ１＝Ｒ２であり、この場合、

【数2】

である。これらのｂ個の３レベルブースト回路におけるＤ２の耐電圧は、Ｖｏｕｔ－Ｖｃｏ４＞３／４Ｖｏｕｔであり、Ｄ２に損傷を与えやすいため、Ｄ２が過電圧によって損傷しないように、追加の過電圧保護装置を追加する必要がある。引き続き図８を参照し、当該過電圧保護装置は、Ｃｏ１の正極とＣｏ４の正極の間に接続され、直列に接続された抵抗Ｒ０及び第３のスイッチＫ０を含み、Ｖｏｕｔ－Ｖｃｏ４がＤ２の耐電圧値を超えないように第３のスイッチＫ０のオンとオフを制御する。当該第３のスイッチＫ０のオンオフ制御戦略は、例えば、Ｖｏｕｔ－Ｖｃｏ４＞Ｐ１を満たす（Ｐ１がプリセット電圧である）場合、第３のスイッチＫ０を閉じてＶｃｏ４を増加させ、これらのｂ個の３レベルブースト回路のＤ２への過電圧損傷を回避し、Ｖｏｕｔ－Ｖｃｏ４＜Ｐ２の場合（Ｐ２がプリセット電圧であり、Ｐ１＞Ｐ２である）、第３のスイッチＫ０を開き、Ｖｃｏ４を低減し、同時に回路損失を低下することである。

【0041】

図８に適用した当該過電圧保護装置を、上記に開示された任意の３レベルブースト回路を有する多出力並列システムに適用して拡張すると、対応する方案は次のとおりである。Ｃｏごとに１つの過電圧保護装置を設置し、当該Ｃｏが位置する３レベルブースト回路では、前記過電圧保護装置の一端が当該ＣｏとＤ２との接続点に接続され、他端が第２のノードＰ２に接続され、その内部に、直列に接続された抵抗Ｒ０及び第３のスイッチＫ０を含み、前記接続点と第２のノードＰ２との間の電位差の絶対値がＤ２の耐電圧値を超えないように、第３のスイッチＫ０のオンとオフを制御する。当該第３のスイッチＫ０のオンオフ制御戦略は、例えば、前記電位差の絶対値がＰ１よりも大きい（Ｐ１がプリセット電圧である）場合、第３のスイッチＫ０を閉じ、前記電位差の絶対値がＰ２よりも小さい（Ｐ２がプリセット電圧であり、Ｐ１＞Ｐ２である）場合、第３のスイッチＫ０を開くことであってもよい。

【0042】

任意選択で、上記に開示された任意の３レベルブースト回路を有する多出力並列システムでは、Ｋ０は、機械式スイッチ又は逆導通トランジスタであってもよく、これに限定されない。

【0043】

任意選択で、上記に開示された任意の３レベルブースト回路を有する多出力並列システムでは、出力電圧Ｖｏｕｔが既に確立された（即ち、少なくとも１つの３レベルブースト回路が正常に動作する）場合、以下の動作モードで動作を開始していない３レベルブースト回路の制御戦略は、次のとおりである。
動作モード１：動作していない回路がＶｉｎ≧２＊Ｖ４を満たす（Ｖ１は、ＣｏとＣｉｎとの接続点とＰ２の電位差の絶対値を示し、Ｖ４＝Ｖｏｕｔ－Ｖ１である）場合、Ｋ１及びＫ２を交互にオンになるように制御する。図８では、Ｖ４は、Ｃｏ４の電圧である。

【0044】

動作条件２：動作していない回路がＶｉｎ＜２＊Ｖ４及びＶｃ１＝Ｖｃ２＝Ｖｉｎ／２を満たす場合、動作していない回路では、Ｖｃ１＝Ｖｉｎ／２＜Ｖ４であり、Ｋ１とＫ２を交互にオンになるように直接制御すると、Ｋ２がオンになる場合、Ｖ４の電圧がＣ１の電圧よりも高いため、Ｖ４の電圧は、Ｄ１２－Ｃ１－Ｋ２のループを介してＣ１を充電する。当該ループのインピーダンスは非常に小さく、非常に大きな電流が流れてＤ１１及びＫ２に損傷を与える。そのため、最初にＣ１を充電する必要があり、Ｃ１の電圧がＶ４の電圧よりも高くなった後でのみ、Ｋ１及びＫ２を交互にオンになるように制御する。次に、Ｃ１を充電することを分析する。
Ｋ２をオフのままにし、Ｋ１のオン／オフを繰り返す。具体的に、Ｋ１がオンになった瞬間、Ｃ１＋Ｃ２の電圧は、出力電圧Ｖｏｕｔよりも低くなり、入力電流は、Ｌ１－Ｋ１－Ｄ１１－Ｃ２のループを介してＣ２を充電し、Ｃ２の電圧は上昇する。Ｋ１がオフになった瞬間、入力電流は、Ｌ１－Ｄ１－Ｃ１－Ｄ１１－Ｃ２のループを介してＣ１及びＣ２を同時に充電し、Ｃ１及びＣ２の電圧は、同時に上昇する。Ｋ１が繰り返してオン／オフになることに従って、Ｃ１及びＣ２の電圧は、上昇し続け、Ｃ２の電圧が入力電圧Ｖｉｎまで上昇すると、Ｋ１がオンになり、インダクタ電流がＣ２に流れず、次に、Ｋ１がオフになり、Ｃ１を充電するためのインダクタ電流がＣ１に流れず、Ｃ１の電圧が上昇しなくなる。従って、Ｋ１のオンとオフを繰り返し、最終的に次のいずれかの結果が得られる。１）Ｖｃ１＞Ｖ４、Ｖｃ２＜Ｖｉｎであり、２）Ｖｃ１＜Ｖ４、Ｖｃ２＝Ｖｉｎである。結果１）の場合、Ｋ１及びＫ２を交互にオンになるように制御する。結果２）の場合、回路は通常の起動条件に到達せず、起動しない。

【0045】

以上の結果１）及び結果２）に基づいて、本実施例は、最小入力電圧Ｖｉｎｍｉｎを予め設定し、入力電圧Ｖｉｎが予め設定された最小入力電圧Ｖｉｎｍｉｎ（一般に、図８を例として、Ｖｉｎｍｉｎ＝１．４３＊Ｖ４）よりも小さい場合、結果２）があり、このとき、回路は動作を開始しない。Ｖｉｎｍｉｎ≦Ｖｉｎ＜２Ｖ４の場合、結果１）があり、このとき、最初にＫ２をオフのままにし、Ｋ１のオン／オフを繰り返し、Ｖｃ１≧Ｖ４の場合、Ｋ１及びＫ２を交互にオンになるように制御する。

【0046】

任意選択で、Ｖｃ１≧Ｖ４の場合、すぐにＫ１とＫ２を交互にオンになるように制御する代わりに、他の制御戦略を挿入することもできる。例えば、最初にＫ２を常にオンに保ち、Ｋ１のオン／オフを繰り返し、Ｃ１を一定の電圧まで充電し続け、次にＫ１及びＫ２を交互にオンになるように制御する。

【0047】

動作モード３：動作モード３は非常に特殊な状況であり、この動作モードで、入力電圧がＶｉｎｍｉｎより低くても起動できることを実現することができる。当該動作モードは、次のように説明される。動作していない回路が入力短絡から入力電圧Ｖｉｎカットインに変化し、Ｖ４＜Ｖｉｎ＜Ｖｉｎｍｉｎである。Ｖｉｎがカットインする前に、Ｖ４の電圧は、Ｄ１２－Ｃ１－Ｋ１－Ｌ１を介してＣ１をＶ４に充電し、Ｃ２は、短絡し、電圧が０になり、即ち、Ｖｃ１＝Ｖ４、Ｖｃ２＝０である。Ｖｉｎがカットインした後、Ｃ１及びＣ２が充電され、Ｃ１及びＣ２の電圧はそれぞれ、Ｖｃ１＝（Ｖｉｎ－Ｖ４）／２＋Ｖ４、Ｖｃ２＝（Ｖｉｎ－Ｖ４）／２であり、この場合、Ｖｃ１＞Ｖ４であり、Ｋ１及びＫ２を交互にオンになるように制御することができる。

【0048】

本明細書の各実施例は漸進的に説明され、各実施例では主に他の実施例との違いを説明し、各実施例間の同じ又は類似の部分について互いに参照することができる。実施例に開示された装置について、実施例に開示された方法に対応するため、説明は比較的簡単であり、関連部分について、方法部分の説明を参照すればよい。

【0049】

この明細書では、例えば、「第１の」及び「第２の」などの関係用語は、ある主体又は操作を別の主体又は操作から区別するためにのみ使用され、これらの主体又は操作の間にそのような実際の関係又は順序があることを必ずしも必要又は暗示するものではない。また、「含む」及び「有する」という用語及びそれらの変形は、非排他的な包含をカバーすることを意図しているので、一連の要素を含むプロセス、方法、製品又はデバイスは、それらの要素だけでなく、明示的にリストされていない他の要素、又はこのプロセス、方法、製品又はデバイスに固有の要素も含む。これ以上の制限がない場合、「１つの…を含む」という文で制限される要素は、その要素を含むプロセス、方法、製品、又はデバイスに他の同じ要素があることを排除しない。

【0050】

開示された実施例の前述の説明は、当業者が本出願を実施又は使用することを可能にする。これらの実施例に対する様々な修正は、当業者にとって明らかである。本明細書で定義される一般原理は、本出願の実施例の精神又は範囲から逸脱することなく、他の実施例で実現することができる。従って、本出願の実施例は、本明細書に示されるこれらの実施例に限定されるものではなく、本明細書に開示される原理及び新規の特徴と一致する最も広い範囲に準拠する必要がある。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】