特許 7421633 フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジー

(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】2024-01-16

(45)【発行日】2024-01-24

(54)【発明の名称】フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジー

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/487 20070101AFI20240117BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20240117BHJP

   H02H 7/122 20060101ALI20240117BHJP

【ＦＩ】

H02M7/487

H02M7/48 M

H02H7/122 Z

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022511070

(86)(22)【出願日】2020-05-25

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-10-24

(86)【国際出願番号】 CN2020092056

(87)【国際公開番号】W WO2021031642

(87)【国際公開日】2021-02-25

【審査請求日】2022-02-18

(31)【優先権主張番号】201910773027.7

(32)【優先日】2019-08-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】515249628

【氏名又は名称】サングロー パワー サプライ カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(72)【発明者】

【氏名】リウ ウェイ

(72)【発明者】

【氏名】ジュアン ジアツァイ

(72)【発明者】

【氏名】シュー ジュン

【審査官】鈴木 圭一郎

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１９３７３８０（ＣＮ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５３０３０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／００５４９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０２６２４２４３（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２６２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９４７４１９７（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８７

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｈ ７／１２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーであって、
２つのハーフバスコンデンサと少なくとも１つのブリッジアームを含み、
前記ブリッジアームは、フライングコンデンサ、２つの内側トランジスタユニット、２つの外側トランジスタユニット及び２つのクランプダイオードを含み、
前記フライングコンデンサの容量値は、外側トランジスタユニットに短絡故障が発生した場合、内側トランジスタユニットに短絡故障が発生した場合、又はブリッジアームスルーが発生した場合、その電圧変動によってスイッチトランジスタが過電圧になることはないように、特定値以上に設定され、それにより、スイッチトランジスタユニットの過電圧損壊を回避し、
２つのハーフバスコンデンサは、同じコンデンサであり、２つのクランプダイオードは、同じダイオードであり、
２つのハーフバスコンデンサが直列接続され、２つのクランプダイオードが直列接続され、２つのクランプダイオードの接続点は、２つのハーフバスコンデンサの接続点に接続され、
直列接続された２つのハーフバスコンデンサの一端は、１つの前記内側トランジスタユニットの一端に接続され、当該接続点は、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側正極とし、
直列接続された２つのハーフバスコンデンサの他端は、１つの前記外側トランジスタユニットの一端に接続され、当該接続点は、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側負極とする、ことを特徴とするフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジー。

【請求項2】

直列接続された２つのハーフバスコンデンサの一端は、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側正極として、前記ブリッジアーム内において、１つの前記外側トランジスタユニットを介して、１つの前記内側トランジスタユニットの一端と、前記フライングコンデンサの一端と、直列接続された２つのクランプダイオードのカソードとに接続され、
直列接続された２つのハーフバスコンデンサの他端は、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側負極として、前記ブリッジアーム内おいて、もう１つの前記外側トランジスタユニットを介して、もう１つの前記内側トランジスタユニットの一端と、前記フライングコンデンサの他端と、直列接続された２つのクランプダイオードのアノードとに接続され、
２つの内側トランジスタユニットの接続点は、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの１つの交流側ポートとする、ことを特徴とする請求項１に記載のフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジー。

【請求項3】

前記特定値は、Ｉｓｃ＊Ｔｓｃ／（Ｋｐｒｔ＊Ｖ（ＢＲ）ＤＳＳ－Ｖｉｎ＿ｍａｘ／２）であり、
その中、Ｉｓｃは、短絡期間における平均短絡電流であり、Ｔｓｃは、短絡継続時間であり、Ｖ（ＢＲ）ＤＳＳは、スイッチトランジスタユニットにおけるスイッチトランジスタの破壊電圧であり、Ｖｉｎ＿ｍａｘは、最大入力電圧であり、Ｋｐｒｔは、保険係数である、ことを特徴とする請求項１に記載のフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジー。

【請求項4】

前記内側トランジスタユニットと前記外側トランジスタユニットはいずれも、短絡検出ユニット、制御スイッチ、隔離駆動ユニット及びスイッチトランジスタを含み、
前記短絡検出ユニットは、前記スイッチトランジスタに短絡が発生したことを検出した後、故障信号を生成して前記制御スイッチに送信するために用いられ、
前記制御スイッチは、前記短絡検出ユニットから送信された前記故障信号を受信したときに、前記スイッチトランジスタをオフになるように制御し、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーのマイクロ制御ユニットＭＣＵから送信された禁止又はイネーブルの駆動信号を受信したときに、対応する駆動信号を前記隔離駆動ユニットに出力するために用いられ、
前記隔離駆動ユニットは、対応する駆動信号に基づき、前記スイッチトランジスタをオフ又はオンになるように制御するために用いられる、ことを特徴とする請求項１に記載のフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジー。

【請求項5】

前記短絡検出ユニットは、前記スイッチトランジスタに短絡が発生したことを検出した後、前記ＭＣＵが禁止の駆動信号を各制御スイッチに出力して、対応する隔離駆動ユニットによって対応するスイッチトランジスタをオフするように、前記故障信号を前記ＭＣＵに送信するためにも用いられる、ことを特徴とする請求項４に記載のフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジー。

【請求項6】

さらに、故障シーリングユニットを含み、
前記短絡検出ユニットは、前記スイッチトランジスタに短絡が発生したことを検出した後、前記故障シーリングユニットが禁止の駆動信号を各制御スイッチに出力して、対応する隔離駆動ユニットによって対応するスイッチトランジスタをオフするように、前記故障信号を前記故障シーリングユニットに送信するためにも用いられる、ことを特徴とする請求項４に記載のフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジー。

【請求項7】

前記故障シーリングユニットは、前記故障信号を前記ＭＣＵに送信するためにも用いられる、ことを特徴とする請求項６に記載のフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジー。

【請求項8】

さらに、電圧管理回路を含み、
前記電圧管理回路は、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの電源が投入された後、前記フライングコンデンサを充電するために用いられる、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジー。

【請求項9】

前記電圧管理回路は、充電ブランチと充電駆動ユニットとを含み、
前記充電駆動ユニットは、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーのＭＣＵが所定の条件を満たしている場合、前記フライングコンデンサを充電するように前記充電ブランチを制御するために用いられ、
前記充電ブランチは、一端が前記フライングコンデンサに接続され、他端が前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側正極又は直流側負極に接続される、ことを特徴とする請求項８に記載のフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジー。

【請求項10】

前記所定の条件とは、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーが電源投入後の所定の時間内にあること、前記所定の時間が前記充電ブランチの時間定数の３倍よりも大きいことである、ことを特徴とする請求項９に記載のフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジー。

【請求項11】

前記電圧管理回路はさらに、前記フライングコンデンサの両端の電圧をサンプリングし、サンプリングされた前記フライングコンデンサの両端の電圧を前記ＭＣＵに送信するためのサンプリングユニットを含み、
前記所定の条件とは、前記フライングコンデンサの両端の電圧が［（１－ｋ）Ｖｉｎ／２、（１＋ｋ）Ｖｉｎ／２］の外にあること、又は、前記フライングコンデンサの両端の電圧が（１－ｋ）Ｖｉｎ／２以下であることであり、
その中、Ｖｉｎは、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側入力電圧であり、ｋは、フライングコンデンサ電圧の起動係数である、ことを特徴とする請求項９に記載のフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジー。

【請求項12】

前記充電ブランチは、抵抗と制御可能なスイッチを含み、
前記抵抗と前記制御可能なスイッチは、直列接続され、
前記制御可能なスイッチの制御端は、前記充電駆動ユニットの出力端に接続される、ことを特徴とする請求項９に記載のフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジー。

【請求項13】

前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーのブリッジアームの数が偶数である場合、
ブリッジアームにおける充電ブランチの半分が、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側正極と対応するフライングコンデンサとの間に設けられ、
ブリッジアームにおける充電ブランチの残りの半分が、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側負極と対応するフライングコンデンサとの間に設けられる、ことを特徴とする請求項９に記載のフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジー。

【請求項14】

ヒカップシーリングの期間に、２つの外側トランジスタユニットのうちの１つが常に導通している、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０１９年０８月２１日に中国特許庁に提出した、出願番号が２０１９１０７７３０２７.７であって、発明の名称が「フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジー」である中国特許出願に基づく優先権を主張し、その全内容を援用により本出願に組み込む。

【0002】

本発明は、回路短絡保護技術の分野に属し、より具体的には、特にフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーに関する。

【背景技術】

【0003】

現在、３レベルトポロジーは、その各スイッチトランジスタの電圧ストレスが入力電圧の半分に過ぎないため、高調波成分を効果的に低減しながら、出力波形の品質を向上させることができ、そのため、新エネルギー発電、軌道輸送などの高入力電圧の場面で、広く使用される。

【0004】

ＮＰＣ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｐｏｉｎｔ Ｃｌａｍｐ）３レベルトポロジーは、最も古典的で最も広く使用されている３レベルトポロジーである。図１を参照し、１つのＮＰＣ３レベルブリッジアームが４つの逆導通型スイッチトランジスタと２つのクランプダイオードにより構成され、逆導通型スイッチトランジスタＳ１、Ｓ４は、外側トランジスタであり、逆導通型スイッチトランジスタＳ２、Ｓ３は、内側トランジスタである。逆導通型スイッチトランジスタは、ＭＯＳＦＥＴ、又は、逆並列ダイオードを有するＩＧＢＴであってもよい。コンデンサＣｄ１とＣｄ２は、直列接続され、入力電圧Ｖｉｎを二等分する。逆導通型スイッチトランジスタＳ１、Ｓ４はそれぞれクランプダイオードＤｃ１、Ｄｃ２によってコンデンサＣｄ１とＣｄ２の両端にクランプされるため、外側トランジスタＳ１とＳ４の電圧は、Ｖｉｎ／２を超えない。ＮＰＣ３レベルトポロジーは、内側トランジスタＳ２とＳ３に対するクランプ作用がなく、外側トランジスタが内側トランジスタより遅れてオンし、内側トランジスタより先にオフするというロジックによって、内側トランジスタ電圧がＶｉｎ／２を超えないことを確保する必要がある。

【0005】

しかし、ＮＰＣ３レベルトポロジーに短絡が発生した場合、正常動作時のスイッチロジックが破壊され、ＮＰＣ３レベルトポロジーは、内側トランジスタに対するクランプ作用がなく、内側トランジスタに過電圧損壊を引き起こす可能性があり、ひいては、ブリッジアーム全体ないし回路全体の損壊を引き起こす。ＮＰＣ３レベルトポロジーが全ての短絡状況に対して効果的な保護を実現することができず、また、内側トランジスタに短絡が発生した後、一定時間遅延してオフしなければならず、それにより、スイッチトランジスタが損壊する可能性が高くなり、回路の安全性を低下させる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

これに鑑みて、本発明の目的は、スイッチトランジスタの過電圧損壊の可能性を低減し、回路の安全性を向上させるためのフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーを開示しており、
２つのハーフバスコンデンサと少なくとも１つのブリッジアームを含み、
前記ブリッジアームは、フライングコンデンサ、２つの内側トランジスタユニット、２つの外側トランジスタユニット及び２つのクランプダイオードを含み、
前記フライングコンデンサの容量値は、特定値以上であり、
２つのハーフバスコンデンサは、同じコンデンサであり、２つのクランプダイオードは、同じダイオードである。

【0008】

好ましくは、２つのハーフバスコンデンサが直列接続され、２つのクランプダイオードが直列接続され、
２つのクランプダイオードの接続点は、２つのハーフバスコンデンサの接続点に接続され、
直列接続された２つのハーフバスコンデンサの一端は、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側正極として、前記ブリッジアーム内において、１つの外側トランジスタユニットを介して、１つの内側トランジスタユニットの一端と、前記フライングコンデンサの一端と、直列接続された２つのクランプダイオードのカソードとに接続され、
直列接続された２つのハーフバスコンデンサの他端は、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側負極として、前記ブリッジアーム内において、もう１つの外側トランジスタユニットを介して、もう１つの内側トランジスタユニットの一端と、前記フライングコンデンサの他端と、直列接続された２つのクランプダイオードのアノードとに接続され、
２つの内側トランジスタユニットの接続点は、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの１つの交流側ポートとする。

【0009】

好ましくは、前記特定値は、Ｉｓｃ＊Ｔｓｃ／（Ｋｐｒｔ＊Ｖ（ＢＲ）ＤＳＳ－Ｖｉｎ＿ｍａｘ／２）であり、
その中、Ｉｓｃは、短絡期間における平均短絡電流であり、Ｔｓｃは、短絡継続時間であり、Ｖ（ＢＲ）ＤＳＳは、スイッチトランジスタユニットにおけるスイッチトランジスタの破壊電圧であり、Ｖｉｎ＿ｍａｘは、最大入力電圧であり、Ｋｐｒｔは、保険係数である。

【0010】

好ましくは、前記内側トランジスタユニットと前記外側トランジスタユニットはいずれも、短絡検出ユニット、制御スイッチ、隔離駆動ユニット及びスイッチトランジスタを含み、
前記短絡検出ユニットは、前記スイッチトランジスタに短絡が発生したことを検出した後、故障信号を生成して前記制御スイッチに送信するために用いられ、
前記制御スイッチは、前記短絡検出ユニットから送信された前記故障信号を受信したときに、前記スイッチトランジスタをオフになるように制御し、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーのマイクロ制御ユニットＭＣＵから送信された禁止又はイネーブルの駆動信号を受信した場合、対応する駆動信号を前記隔離駆動ユニットに出力するために用いられ、
前記隔離駆動ユニットは、対応する駆動信号に基づき、前記スイッチトランジスタをオフ又はオンになるように制御するために用いられる。

【0011】

好ましくは、前記短絡検出ユニットは、前記スイッチトランジスタに短絡が発生したことを検出した後、前記ＭＣＵが禁止の駆動信号を各制御スイッチに出力して、対応する隔離駆動ユニットによって、対応するスイッチトランジスタをオフするように、前記故障信号を前記ＭＣＵに送信するためにも用いられる。

【0012】

好ましくは、さらに、故障シーリングユニットを含み、
前記短絡検出ユニットは、前記スイッチトランジスタに短絡が発生したことを検出した後、前記故障シーリングユニットが禁止の駆動信号を各制御スイッチに出力して、対応する隔離駆動ユニットによって、対応するスイッチトランジスタをオフするように、前記故障信号を前記故障シーリングユニットに送信するためにも用いられる。

【0013】

好ましくは、前記故障シーリングユニットは、前記故障信号を前記ＭＣＵに送信するためにも用いられる。

【0014】

好ましくは、さらに、電圧管理回路を含み、
前記電圧管理回路は、前記フライングコンデンサ型３レベルトポロジーの電源が投入された後、前記フライングコンデンサを充電するために用いられる。

【0015】

好ましくは、前記電圧管理回路は、充電ブランチと充電駆動ユニットとを含み、
前記充電駆動ユニットは、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーのＭＣＵが所定の条件を満たしている場合、前記充電ブランチが前記フライングコンデンサを充電するように制御するために用いられ、
前記充電ブランチは、一端が前記フライングコンデンサに接続され、他端が前記ライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側正極又は直流側負極に接続される。

【0016】

好ましくは、前記所定の条件とは、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーが、電源投入後の所定の時間内にあること、前記所定の時間が前記充電ブランチの時間定数の３倍よりも大きいことである。

【0017】

好ましくは、前記電圧管理回路はさらに、前記フライングコンデンサの両端の電圧をサンプリングし、サンプリングされた前記フライングコンデンサの両端の電圧を前記ＭＣＵに送信するためのサンプリングユニットを含み、
前記所定の条件とは、前記フライングコンデンサの両端の電圧が［（１－ｋ）Ｖｉｎ／２、（１＋ｋ）Ｖｉｎ／２］の外にあること、又は、前記フライングコンデンサの両端の電圧が（１－ｋ）Ｖｉｎ／２以下であることであり、
その中、Ｖｉｎは、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側入力電圧であり、ｋは、フライングコンデンサ電圧の起動係数である。

【0018】

好ましくは、前記充電ブランチは、抵抗と制御可能なスイッチを含み、
前記抵抗と前記制御可能なスイッチは、直列接続され、
前記制御可能なスイッチの制御端は、前記充電駆動ユニットの出力端に接続される。

【0019】

好ましくは、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーのブリッジアームの数が偶数である場合、
ブリッジアームにおける充電ブランチの半分が、前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側正極と対応するフライングコンデンサとの間に設けられ、
ブリッジアームにおける充電ブランチの残りの半分が前記フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側負極と対応するフライングコンデンサとの間に設けられる。

【0020】

好ましくは、ヒカップシーリングの期間に、２つの外側トランジスタユニットのうちの１つが常に導通している。

【0021】

上記の技術案から分かるように、本出願が提供するフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーにおいて、２つのハーフバスコンデンサと少なくとも１つのブリッジアームを含み、ブリッジアームは、フライングコンデンサ、２つの内側トランジスタユニット、２つの外側トランジスタユニット及び２つのクランプダイオードを含み、フライングコンデンサの容量値は特定値よりも大きい。フライングコンデンサは、２つの内側トランジスタユニットに対するクランプ作用を有し、また、フライングコンデンサの容量値が比較的大きいため、どのような短絡故障が発生しても、その電圧変動によってスイッチトランジスタが過電圧になることはなく、それにより、スイッチトランジスタユニットの過電圧損壊を回避し、回路の安全性をさらに向上させる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】従来技術によるＮＰＣ３レベルトポロジーの概略図である。

【図2】本出願の実施例によるフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの概略図である。

【図3】本出願の実施例によるフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーにおけるスイッチトランジスタユニットの概略図である。

【図4】本出願の実施例によるフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーにおける故障シーリングユニットの概略図である。

【図5】本出願の実施例によるフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーにおける電圧管理ユニットの概略図である。

【図6】本出願の実施例によるフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーにおける他の電圧管理ユニットの概略図である。

【図7】図７ａは、本出願の実施例によるフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーにおける他の電圧管理ユニットの概略図であり、図７ｂは、本出願の実施例によるフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーにおける他の電圧管理ユニットの概略図である。

【図8】本出願の実施例によるフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーにおけるサンプリングユニットの概略図である。

【図9】本出願の実施例によるフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの他の概略図である。

【図10】従来技術によるＮＰＣ３レベルトポロジーのヒカップ期間における各スイッチトランジスタユニットの波形図である。

【図11】本出願の実施例によるフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーのヒカップ期間における各スイッチトランジスタユニットの波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本出願の実施例の目的、技術案及び利点をより明確にするために、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。

【0024】

本出願において、「含む」、「包含」という用語又はそれらの任意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、明示的に列挙されない他の要素、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。それ以上の制限がない場合、「１つ……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。

【0025】

本発明の実施例は、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーを開示しており、全ての短絡状況に対して効果的な保護を実現することができず、また、内側トランジスタに短絡が発生した後、一定時間遅延してオフしなければならず、それにより、スイッチトランジスタが損壊される可能性が高くなり、回路の安全性を低下させるという問題を解決するためのものである。

【0026】

図２を参照し、当該フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーは、２つのハーフバスコンデンサ（第１のコンデンサＣｄ１、第２のコンデンサＣｄ２）と少なくとも１つのブリッジアーム２１０を含み、ブリッジアーム２１０は、２つのクランプダイオード（第１のダイオードＤｃ１、第２のダイオードＤｃ２）、２つの外側トランジスタユニット（第１のスイッチトランジスタユニットＳ１、第４のスイッチトランジスタユニットＳ４）、２つの内側トランジスタユニット（第２のスイッチトランジスタユニットＳ２、第３のスイッチトランジスタユニットＳ）及びフライングコンデンサＣｓｓを含む。

【0027】

第１のコンデンサＣｄ１の一端は、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１の一端に接続され、接続点は、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側正極とする。第１のコンデンサＣｄ１の他端は、第２のコンデンサＣｄ２の一端と、第１のダイオードＤｃ１のアノードと、第２のダイオードＤｃ２のカソードとにそれぞれ接続されている。

【0028】

第２のコンデンサＣｄ２の他端は、第４のスイッチトランジスタユニットＳ４の一端に接続され、接続点は、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側負極とする。そのため、第１のコンデンサＣｄ１と第２のコンデンサＣｄ２は直流側入力電圧を二等分して、第１のコンデンサＣｄ１と第２のコンデンサＣｄ２の両端の電圧はいずれも直流側入力電圧の半分である。

【0029】

フライングコンデンサＣｓｓの一端は、第１のダイオードＤｃ１のカソードと第１のスイッチトランジスタユニットＳ１の他端と第２のスイッチトランジスタユニットＳ２の一端とにそれぞれ接続されている。フライングコンデンサＣｓｓの他端は、第２のダイオードＤｃ２のアノードと第４のスイッチトランジスタユニットＳ４の他端と第３のスイッチトランジスタユニットＳ３の一端とにそれぞれ接続されている。したがって、フライングコンデンサＣｓｓは、第２のスイッチトランジスタユニットＳ２と第３のスイッチトランジスタユニットＳ３の電圧を直流側出力電圧の半分にクランプする。

【0030】

そのため、外側トランジスタユニットが内側トランジスタユニットより先にオフする必要がなくなり、第２のスイッチトランジスタユニットＳ２に短絡が発生したことが検出された場合、第２のスイッチトランジスタユニットＳ２が直ちにオフし、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１がオフになるのを待ってからオフする必要がない。第１のスイッチトランジスタユニットＳ１及び第４のスイッチトランジスタユニットＳ４を外側トランジスタユニットと見なし、第２のスイッチトランジスタユニットＳ２及び第３のスイッチトランジスタユニットＳ３を内側トランジスタユニットと見なす。

【0031】

第２のスイッチトランジスタユニットＳ２の他端は、第３のスイッチトランジスタユニットＳ３の他端に接続され、接続点は、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの１つの交流側ポートとする。

【0032】

フライングコンデンサＣｓｓの容量値は、特定値以上であり、第１のコンデンサＣｄ１と第２のコンデンサＣｄ２は、同じコンデンサであり、第１のダイオードＤｃ１と第２のダイオードＤｃ２は、同じダイオードであり、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１、第２のスイッチトランジスタユニットＳ２、第３のスイッチトランジスタユニットＳ３及び第４のスイッチトランジスタユニットＳ４は、同じスイッチトランジスタユニットである。

【0033】

フライングコンデンサＣｓｓの容量値が特定値よりも大きいことにより、外側トランジスタユニットに短絡故障が発生した場合、その電圧が内側トランジスタユニットの破壊電圧を超えないこと、内側トランジスタユニットに短絡故障が発生した場合、直流側入力電圧とその電圧との差が外側トランジスタユニットの破壊電圧を超えないことが保証される。

【0034】

実際の応用では、上記の特定値はＩｓｃ＊Ｔｓｃ／（ｋ＊Ｖ（ＢＲ）ＤＳＳ－Ｖｉｎ＿ｍａｘ／２）であってもよい。Ｉｓｃは、短絡期間における平均短絡電流であり、Ｔｓｃは、短絡継続時間であり、Ｖ（ＢＲ）ＤＳＳは、スイッチトランジスタユニットにおけるスイッチトランジスタの破壊電圧であり、Ｖｉｎ＿ｍａｘは、最大入力電圧であり、ｋは、保険係数である。

【0035】

もちろん、当該特定値は、当該式Ｉｓｃ＊Ｔｓｃ／（ｋ＊Ｖ（ＢＲ）ＤＳＳ－Ｖｉｎ＿ｍａｘ／２）によって算出された値よりも大きい任意の値であってもよく、具体的には、実際のフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの使用シーンに応じて決定され、いずれも本出願の保護範囲内にある。

【0036】

短絡継続時間とは、スイッチトランジスタの短絡故障から、故障が完全に除去されるまでに必要な時間であり、スイッチトランジスタの電流の大きさを計算基準とする。具体的には、短絡故障が発生する前に、スイッチトランジスタの電流は、ゼロ又は正常動作時の電流に等しく、短絡故障の期間に、スイッチトランジスタの電流が急激に増加し、短絡検出ユニットが短絡故障を検出して、スイッチトランジスタをオフさせ、スイッチトランジスタ電流が徐々にゼロに減少し、したがって、短絡継続時間は、スイッチトランジスタ電流が急激に増加してからゼロに減少するまでの時間を指すことができる。当該短絡継続時間は、短絡検出ユニット、故障シーリングユニット及び隔離駆動ユニットなどの反応速度に関連しており、実際の状況に応じて決定する必要がある。

【0037】

スイッチトランジスタが短絡故障によって損壊されないことを保証するために、使用されるスイッチトランジスタがＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である場合、短絡継続時間は、３ｕｓよりも小さく、使用されるスイッチトランジスタがＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である場合に、短絡継続時間は１０ｕｓよりも小さい。

【0038】

Ｉｓｃは、短絡継続期間におけるスイッチトランジスタの平均電流であり、フライングコンデンサＣｓｓの平均電流にもほぼ等しいため、スイッチトランジスタの平均電流をフライングコンデンサＣｓｓの平均電流とすることができる。

【0039】

具体的には、Ｉｓｃ＊Ｔｓｃ／（ｋ＊Ｖ（ＢＲ）ＤＳＳ－Ｖｉｎ＿ｍａｘ／２）である特定値を取得するための導出過程は以下のとおりである。

【0040】

短絡が発生した場合、フライングコンデンサＣｓｓの電圧の計算式は以下のとおりである。
△Ｕ＝Ｉｓｃ＊Ｔｓｃ／Ｃｓ（１）

【0041】

その中、ΔＵは、フライングコンデンサＣｓｓの電圧変化量であり、Ｃｓは、フライングコンデンサＣｓｓの容量値である。

【0042】

スイッチトランジスタユニットにおけるスイッチトランジスタの過電圧破壊を回避するために、ΔＵは以下の関係を満たすべきである。
△Ｕ≦ｋ＊Ｖ（ＢＲ）ＤＳＳ－Ｖｉｎ＿ｍａｘ／２ （２）

【0043】

その中、Ｖ（ＢＲ）ＤＳＳは、スイッチトランジスタユニットにおけるスイッチトランジスタの破壊電圧であり、ｋの値は一般的に、７０％～９０％の範囲内にある。

【0044】

式（１）、（２）を組み合わせると、Ｃｓ≧Ｉｓｃ＊Ｔｓｃ／（ｋ＊Ｖ（ＢＲ）ＤＳＳ－Ｖｉｎ＿ｍａｘ／２）が得られるため、特定値は、Ｉｓｃ＊Ｔｓｃ／（ｋ＊Ｖ（ＢＲ）ＤＳＳ－Ｖｉｎ＿ｍａｘ／２）である。

【0045】

なお、寄生インダクタンスの存在により、スイッチトランジスタユニットは、オフする場合、受ける最大電圧値がフライングコンデンサＣｓｓの電圧値よりも大きく、そのため、フライングコンデンサＣｓｓの容量値が設計時に一定の余裕を残すことで、スイッチトランジスタが過電圧によって損壊しないことが保証される。

【0046】

本実施例では、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１と第４のスイッチトランジスタユニットＳ４を外側トランジスタユニットと見なし、第２のスイッチトランジスタユニットＳ２と第３のスイッチトランジスタユニットＳ３を内側トランジスタユニットと見なす。ここで、内側トランジスタユニット及び／又は外側トランジスタユニットのいずれかが故障して短絡が発生した場合に、フライングコンデンサ３レベルトポロジーの保護プロセスは、以下のとおりである。

【0047】

内側トランジスタユニットのうちのいずれかのスイッチトランジスタユニットが故障して短絡が発生した場合、フライングコンデンサＣｓｓは、充電又は放電及びダイオードのクランプ作用を行うことにより、いずれかのスイッチトランジスタユニットの過電圧損壊を回避する。例えば、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１と第２のスイッチトランジスタユニットＳ２が導通する期間に、第３のスイッチトランジスタユニットＳ３は、その駆動信号が干渉されることによって誤って導通し、この場合、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーに短絡が発生し、そのため、フライングコンデンサＣｓｓは、第２のスイッチトランジスタユニットＳ２と第３のスイッチトランジスタユニットＳ３によって短絡され、フライングコンデンサＣｓｓは、第２のスイッチトランジスタユニットＳ２と第３のスイッチトランジスタユニットＳ３を介して放電し、フライングコンデンサＣｓｓの電圧は、小さくなる。

【0048】

このとき、第２のダイオードＤｃ２は、第４のスイッチトランジスタユニットＳ４の電圧を第２のコンデンサＣｄ２の両端にクランプし、即ち、第４のスイッチトランジスタユニットＳ４の電圧が直流側入力電圧の半分に保持されるため、第４のスイッチトランジスタユニットＳ４の電圧がそれを破壊することに至らない。

【0049】

外側トランジスタユニットのうちのいずれかのスイッチトランジスタユニットが故障して短絡が発生した場合、フライングコンデンサＣｓｓは充電又は放電を行うことにより、いずれかのスイッチトランジスタユニットの過電圧損壊を回避する。例えば、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１と第２のスイッチトランジスタユニットＳ２が導通する期間に、第４のスイッチトランジスタユニットＳ４は、その駆動信号が干渉されることによって誤って導通し、この場合、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーに短絡が発生し、そのため、フライングコンデンサＣｓｓは、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１と第４のスイッチトランジスタユニットＳ４を介して直流側の正極と負極に短絡され、フライングコンデンサＣｓｓが充電され、つまり、フライングコンデンサＣｓｓの電圧が増大する。第３のスイッチトランジスタユニットＳ３の電圧がフライングコンデンサの電圧に等しく、且つ、フライングコンデンサの容量値が特定値よりも大きく、これにより、フライングコンデンサの電圧がスイッチトランジスタの破壊電圧を超えないことが保証される。

【0050】

フライングコンデンサＣｓｓを導入することで、トポロジーが正常に動作する場合に内側トランジスタユニットの電圧を入力電圧の半分にクランプすることができるだけでなく、トポロジーに短絡故障が発生した場合に内側トランジスタの電圧が過電圧によって損壊しないことを保証することもでき、また、第１のコンデンサＣｄ１と第２のコンデンサＣｄ２の電圧のバランスをとり、内側トランジスタユニットのスイッチ回路を小さくし、オフ際の電圧ピークの作用を低減させることもできる。

【0051】

なお、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１、第２のスイッチトランジスタユニットＳ２、第３のスイッチトランジスタユニットＳ３及び第４のスイッチトランジスタユニットＳ４がいずれも正常に動作する場合、フライングコンデンサＣｓｓの両端の電圧は直流側入力電圧の半分である。

【0052】

なお、フライングコンデンサＣｓｓの電圧がスイッチトランジスタユニットの短絡に伴って変化するため、フライングコンデンサＣｓｓの電圧を検出することによって、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーに短絡が発生したか否かを判断することができる。具体的には、フライングコンデンサＣｓｓの電圧が所定の範囲内にない場合、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーに短絡が発生していることを意味する。

【0053】

本実施例において、短絡されたスイッチトランジスタユニットによって、短絡状況を５種類に分けることができ、この５種類の状況はさらに、内側トランジスタ短絡、外側トランジスタ短絡及びブリッジアームスルーの３種類に分けることができ、表１に示すように、以下のとおりである。

【0054】

表１ 短絡種類と短絡状況との対応関係

【0055】

短絡種類が内側トランジスタ短絡である場合、フライングコンデンサＣｓｓは、第２のスイッチトランジスタユニットＳ２及び第３のスイッチトランジスタユニットＳ３を介して放電する。短絡種類が外側トランジスタ短絡である場合、直流側入力電源は、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１及び第４のスイッチトランジスタユニットＳ４を介してフライングコンデンサＣｓｓを充電する。短絡種類がブリッジアームスルーである場合、フライングコンデンサＣｓｓは、充電回路と放電回路の両方があり、電圧偏向が不確定であるが、その電圧値が必ず外側トランジスタ短絡時の電圧値よりも低く、且つ内側トランジスタ短絡時の電圧値よりも高い。

【0056】

フライングコンデンサＣｓｓの容量値が特定値よりも大きいため、内側トランジスタ短絡、外側トランジスタ短絡又はブリッジアームスルーが発生した場合、フライングコンデンサＣｓｓの電圧の変化は、いずれかのスイッチトランジスタユニットの過電圧損壊を引き起こさない。また、フライングコンデンサＣｓｓの電圧は、内側トランジスタのクランプ電圧として作用するため、内側トランジスタ短絡、外側トランジスタ短絡又はブリッジアームスルーにかかわらず、故障したスイッチトランジスタユニットはいずれも、直ちにオフし、外側トランジスタユニットが内側トランジスタユニットより先にオフになる必要はなくない。

【0057】

なお、上記では、ＮＰＣ３レベルトポロジーを例として、それに基づいて、フライングコンデンサＣｓｓを追加し、実際の応用では、ＡＮＰＣ３レベルトポロジーに基づいて、フライングコンデンサＣｓｓを追加することもでき、その動作プロセスと原理は、上記のフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーと同じであるので、ＡＮＰＣ３レベルトポロジーに基づいてフライングコンデンサＣｓｓを追加したフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジー及び対応する実行プロセスと原理も、本出願の保護範囲内にある。

【0058】

本実施例において、フライングコンデンサＣｓｓが第２のスイッチトランジスタユニットＳ２と第３のスイッチトランジスタユニットＳ３に対するクランプ作用を有し、且つ、フライングコンデンサＣｓｓの容量値が特定値よりも大きいため、フライングコンデンサＣｓｓの電圧がいずれかのスイッチトランジスタユニットの過電圧損壊を引き起こさなく、第２のスイッチトランジスタユニットＳ２又は第３のスイッチトランジスタユニットＳ３のいずれかが短絡した場合、第２のスイッチトランジスタユニットＳ２又は第３のスイッチトランジスタユニットＳ３は、過電圧によって損壊されることなく、それにより、スイッチトランジスタユニットの過電圧損壊を回避し、回路の安全性をさらに向上させる。

【0059】

好ましくは、本発明の上記の実施例の図２に係る第１のスイッチトランジスタユニットＳ１、第２のスイッチトランジスタユニットＳ２、第３のスイッチトランジスタユニットＳ３及び第４のスイッチトランジスタユニットＳ４における各スイッチトランジスタユニットは、図３を参照し、短絡検出ユニット３１０と、制御スイッチ３２０と、隔離駆動ユニット３３０と、スイッチトランジスタ３４０と、を含む。

【0060】

短絡検出ユニット３１０は、スイッチトランジスタ３４０に短絡が発生したことを検出した後、故障信号を生成して制御スイッチ３２０に送信するために用いられる。

【0061】

制御スイッチ３２０は、短絡検出ユニット３１０から送信された故障信号を受信した場合、スイッチトランジスタ３４０をオフになるように制御し、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーのマイクロ制御ユニットＭＣＵから送信された禁止又はイネーブルの駆動信号を受信した場合、対応する駆動信号を隔離駆動ユニット３３０に出力するために用いられる。

【0062】

隔離駆動ユニット３３０は、対応する駆動信号に基づいてスイッチトランジスタ３４０をオフ又はオンになるように制御するために用いられる。

【0063】

具体的には、短絡検出ユニット３１０は、スイッチトランジスタ３４０に短絡が発生したことを検出した後、故障信号を生成して制御スイッチ３２０の制御端に送信し、制御スイッチ３２０の制御端が故障信号を受信した後、制御スイッチ３２０は、スイッチトランジスタ３４０をオフになるように制御する。

【0064】

同時に、制御スイッチ３２０は、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーのマイクロ制御ユニットＭＣＵから送信された禁止又はイネーブルの駆動信号を受信した場合、対応する駆動信号を隔離駆動ユニット３３０に出力し、隔離駆動ユニット３３０は、対応する駆動信号を受信した後、スイッチトランジスタ３４０をオフ又はオンになるように制御。

【0065】

なお、隔離駆動ユニット３３０は、駆動信号を受信した後、まず、当該駆動信号を隔離して増幅し、次に、当該駆動信号に基づいてスイッチトランジスタ３４０を駆動する。具体的には、隔離駆動ユニット３３０は禁止の駆動信号を受信した後、まず、禁止の駆動信号を隔離して増幅し、次に、対応するスイッチトランジスタ３４０をオフになるように制御し、しかしながら、イネーブルの駆動信号を受信した後、まず、イネーブルの駆動信号を隔離して増幅し、次に、対応するスイッチトランジスタ３４０をオンになるように制御する。

【0066】

実際の応用では、短絡検出ユニット３１０は、対応するスイッチトランジスタ３４０の電流を検出することによって、スイッチトランジスタ３４０の短絡を検出したか否かを判断することができる。

【0067】

具体的には、短絡が発生した場合、短絡回路における電流は、正常動作時の電流よりも遥かに大きく、このときに、短絡検出ユニット３１０は、対応するスイッチトランジスタ３４０の電流が閾値よりも大きいことを検出したことで、当該スイッチトランジスタ３４０に短絡が発生したことが検出されることを確定し、それに応じて故障信号を生成して送信する操作を実行する。

【0068】

本実施例では、ハードウェア制御の方がソフトウェア制御よりも処理時間が短いため、短絡検出ユニット３１０は、制御スイッチ３２０を介して、隔離駆動ユニット３３０に禁止の駆動信号を出力し、それにより、スイッチトランジスタ３４０をオフになるように制御するのに必要な時間が比較的短く、それに応じて、スイッチトランジスタ３４０は、短絡からオフになるまでの時間が短く、転送とロジック判断遅延が回避され、保護速度がより速く、それにより、短絡が発生したスイッチトランジスタ３４０の過電流損壊の可能性を低減する。

【0069】

実際の応用では、図３に係る短絡検出ユニット３１０は、スイッチトランジスタ３４０に短絡が発生したことと検出した後、ＭＣＵが禁止の駆動信号を各スイッチトランジスタユニット内の制御スイッチ３２０に出力して、対応する隔離駆動ユニット３３０によって、対応するスイッチトランジスタ３４０をオフするように、故障信号をＭＣＵに送信するためにも用いられる。

【0070】

具体的には、短絡検出ユニット３１０は、スイッチトランジスタ３４０が故障したことを検出した場合、故障信号を生成して、制御スイッチ３２０とＭＣＵに送信し、制御スイッチ３２０は、短絡検出ユニット３１０から送信された故障信号を受信した後、スイッチトランジスタ３４０をオフになるように制御する。

【0071】

同時に、ＭＣＵは、短絡検出ユニット３１０から送信された故障信号を受信した後、各スイッチトランジスタユニットにおける制御スイッチ３２０に禁止の駆動信号を送信し、各制御スイッチ３２０は、禁止の駆動信号を受信した後、禁止の駆動信号を対応する隔離駆動ユニット３３０に出力し、さらに、各隔離駆動ユニット３３０によって、対応するスイッチトランジスタ３４０をオフする。

【0072】

なお、このときに故障したスイッチトランジスタユニットの制御スイッチ３２０がオフ状態にあり、即ち、制御スイッチ３２０の入力端と出力端との間の接続が切断される場合、当該制御スイッチ３２０は、対応する駆動信号を出力することができない。しかし、このときに第１のスイッチトランジスタユニットＳ１のスイッチトランジスタ３４０は既にオフになったので、対応するスイッチトランジスタ３４０のオフに影響を与えない。

【0073】

例えば、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１のスイッチトランジスタ３４０に短絡が発生した場合、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１の短絡検出ユニット３１０は、当該スイッチトランジスタ３４０に短絡が発生したことを検出した後、故障信号を生成して第１のスイッチトランジスタユニットＳ１の制御スイッチ３２０とＭＣＵに出力し、このときに、当該制御スイッチ３２０は、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１のスイッチトランジスタ３４０をオフになるように制御する。

【0074】

同時に、ＭＣＵは、故障信号を受信した後、各スイッチトランジスタユニット（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）内の制御スイッチ３２０に禁止の駆動信号を送信し、各制御スイッチ３２０は、禁止の駆動信号を受信した後、禁止の駆動信号を対応する駆動隔離ユニット３３０に出力し、各隔離駆動ユニット３３０は、対応するスイッチトランジスタ３４０をオフにする。第１のスイッチトランジスタユニットＳ１の制御スイッチ３２０がオフ状態にある場合、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１の隔離駆動ユニット３３０は、禁止の駆動信号を受信することができない。

【0075】

なお、スイッチトランジスタユニットはいずれも、対応するスイッチトランジスタ３４０が短絡されていることを検出することができ、故障検出が最も速い短絡検出ユニット３１０は故障信号をＭＣＵに送信する。

【0076】

各スイッチトランジスタユニットにおけるスイッチトランジスタ３４０はいずれも２つの故障シーリング経路が存在する。一方の故障シーリング経路について、それ自体の短絡検出ユニット３１０は、短絡を検出した後、直接にシーリングし、他方の故障シーリング経路について、故障検出が最も速い短絡検出ユニット３１０がＭＣＵに故障信号を送信した後、ＭＣＵによって全体シーリングされる。

【0077】

故障除去時間は、そのうちの速い方によって決定される。ここで、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１、第２のスイッチトランジスタユニットＳ２、第３のスイッチトランジスタユニットＳ３及び第４のスイッチトランジスタユニットＳ４がいずれも短絡に関与する（即ち、ブリッジアームスルー）ことを例として、第２のスイッチトランジスタユニットＳ２における短絡検出ユニット３１０が最も速く短絡を検出すると仮定すると、直ちに第２のスイッチトランジスタユニットＳ２の制御スイッチ３２０及び隔離駆動ユニット３３０によって、第２のスイッチトランジスタユニットＳ２のスイッチトランジスタ３４０をオフにする。

【0078】

同時に、第２のスイッチトランジスタユニットＳ２における短絡検出ユニット３１０は、ＭＣＵに故障信号を送信し、ＭＣＵがそれを受信した後、全体シーリング信号を送信し、これにより、各スイッチトランジスタユニットの制御スイッチ３２０と隔離駆動ユニット３３０によって、各スイッチトランジスタユニットのスイッチトランジスタ３４０をオフにする。

【0079】

なお、第２のスイッチトランジスタユニットＳ２のスイッチトランジスタ３４０がオフにされた後、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１のスイッチトランジスタ３４０と第４のスイッチトランジスタユニットＳ４のスイッチトランジスタ３４０は依然として短絡状態にあり、ＭＣＵから送信された全体シーリング信号が到着する前に、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１の短絡検出ユニット３１０が短絡故障を検出した場合、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１は直ちにそれ自体の制御スイッチ３２０をオフにして、それ自体のスイッチトランジスタ３４０をオフにする。第２のスイッチトランジスタユニットＳ２と第１のスイッチトランジスタユニットＳ１がオフにされた後、短絡状態ではないので、第３のスイッチトランジスタユニットＳ３と第４のスイッチトランジスタユニットＳ４は、故障信号を生成せず、ＭＣＵから送信された全体シーリング信号によってオフにする。

【0080】

ＭＣＵは故障信号に対して対応するロジック判断を行うために一定の時間を必要があるので、一般的に、故障が検出されたスイッチトランジスタユニットの制御スイッチ３２０は、先にそれ自体の短絡検出ユニット３１０の故障信号を受信した後、ＭＣＵから送信された禁止の駆動信号を受信し、このときに、当該故障が検出されたスイッチトランジスタユニットのスイッチトランジスタ３４０が既にオフになっている場合、当該スイッチトランジスタ３４０をオフに維持するだけでよく、オフ動作を実行する必要がない。

【0081】

好ましくは、本発明の上記の実施例の図３に加えて、本出願の他の実施例において、図４を参照し、さらに、故障シーリングユニット４１０を含むことができる。

【0082】

短絡検出ユニット３１０は、スイッチトランジスタ３４０に短絡が発生したことを検出した後、故障シーリングユニット４１０が禁止の駆動信号を各スイッチトランジスタユニット内の制御スイッチ３２０に出力して、対応する隔離駆動ユニット３３０によって、対応するスイッチトランジスタ３４０をオフするように、故障信号を故障シーリングユニット４１０に送信するためにも用いられる。

【0083】

つまり、短絡検出ユニット３１０は、スイッチトランジスタ３４０に短絡が発生したことを検出した後、故障信号を故障シーリングユニット４１０及び対応する制御スイッチ３２０に送信する。

【0084】

具体的には、短絡検出ユニット３１０は、スイッチトランジスタ３４０が故障していることを検出した場合、故障信号を生成して、それ自体の制御スイッチ３２０及び故障シーリングユニット４１０に送信し、それ自体の制御スイッチ３２０は、故障信号を受信した後、スイッチトランジスタ３４０をオフになるように制御する。

【0085】

同時に、故障シーリングユニット４１０は、短絡検出ユニット３１０から送信された故障信号を受信した後、各スイッチトランジスタユニットにおける制御スイッチ３２０に禁止の駆動信号を送信し、続いて、各制御スイッチ３２０は、禁止の駆動信号を対応する隔離駆動ユニット３３０に出力し、各隔離駆動ユニット３３０は、対応するスイッチトランジスタ３４０をオフする。

【0086】

故障シーリングユニット４１０による各スイッチトランジスタユニットの制御はハードウェア制御であるため、故障シーリングユニット４１０の使用時間が短い。一般的に故障したスイッチトランジスタユニットの制御スイッチ３２０は、先にそれ自体の短絡検出ユニット３１０から送信された故障信号を受信した後、故障シーリングユニット４１０から送信された禁止の駆動信号を受信し、このときに、当該故障が発生したスイッチトランジスタユニットのスイッチトランジスタ３４０が既にオフになっている場合、当該スイッチトランジスタ３４０をオフに維持するだけでよく、オフ動作を実行する必要がない。

【0087】

もちろん、故障したスイッチトランジスタユニットの制御スイッチ３２０は、先に故障シーリングユニット４１０から送信された禁止の駆動信号を受信した後、それ自体の短絡検出ユニット３１０から送信された故障信号を受信する可能性があり、このときに、当該故障したスイッチトランジスタユニットのスイッチトランジスタ３４０が既にオフになっている場合、当該スイッチトランジスタ３４０をオフに維持するだけでよく、オフ動作を実行する必要がない。

【0088】

本実施例において、ハードウェア制御の処理時間がソフトウェア制御の処理時間より短いため、故障シーリングユニット４１０によって各スイッチトランジスタ３４０をオフになるように制御するために必要な時間は、比較的短く、それに応じて、短絡の発生を検出してから各スイッチトランジスタ３４０をオフにするまでに必要な時間が比較的短く、スイッチトランジスタ３４０の過電圧損壊の可能性を低減させ、それによって、当該フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの安全な動作が保証される。

【0089】

また、本実施例において、各短絡検出ユニット３１０は、ＭＣＵに接続されず、故障シーリングユニット４１０によって、ＭＣＵに故障信号を送信してもよい。具体的には、故障シーリングユニット４１０は、短絡を最も速く検出した短絡検出ユニット３１０から送信された故障信号を受信した後、当該故障信号をＭＣＵに送信し、その結果、ＭＣＵは、警報などの他の操作を実行する。もちろん、実際の応用では、各短絡検出ユニット３１０とＭＣＵとの間の接続関係が一種の冗長保護として保留されることは除外されない。

【0090】

なお、図２から図４までの実施例のいずれかに係るフライングコンデンサＣｓｓ、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーは、長時間動作しない。このとき、フライングコンデンサＣｓｓの電圧は、０であり、この場合、フライングコンデンサ型３レベルトポロジーが直接起動すると、フライングコンデンサ型３レベルトポロジーによって発生された突入電流は、フライングコンデンサＣｓｓ又はスイッチトランジスタユニットなどの他のデバイスに過電流損壊を引き起こす可能性がある。

【0091】

したがって、本発明の上記の実施例の図２から図４に加えて、本出願の他の実施例において、図５（図２に基づいて例として示される）を参照し、さらに、電圧管理回路５１０を含むことができる。

【0092】

電圧管理回路５１０は、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの電源が投入された後、フライングコンデンサＣｓｓを充電するために用いられる。

【0093】

具体的には、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの電源投入後、電圧管理回路５１０は、フライングコンデンサＣｓｓを充電するように直流側正極又は直流側負極を制御し、この場合、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーにおけるブリッジアーム２１０は、動作停止状態にあり、即ち、フライングコンデンサＣｓｓの電圧が所定の範囲内にあるか又はフライングコンデンサＣｓｓを充電する時間が特定時間以上になるまで、ブリッジアーム２１０における全てのスイッチトランジスタユニットはいずれもオフし、この場合、フライングコンデンサ型３レベルトポロジーにおけるブリッジアーム２１０は、起動動作状態にあり、即ち、ブリッジアーム２１０における全てのスイッチトランジスタユニットは、動作状態のスイッチロジックに基づいて、対応するオン又はオフを実行する。

【0094】

本実施例において、電圧管路回路５１０は、フライングコンデンサＣｓｓを充電するように直流側正極又は直流側負極を制御する。そのため、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーが起動するときに、フライングコンデンサＣｓｓの電圧が０よりも大きく、ことにより、突入電流によるフライングコンデンサへの損壊を低減する。

【0095】

好ましくは、本発明の上記の実施例の図５に係る電圧管理ユニット５１０は、図６を参照し、充電ブランチ６１０と充電駆動ユニット６２０を含む。

【0096】

充電駆動ユニット６２０は、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーのＭＣＵが所定の条件を満たしている場合、フライングコンデンサＣｓｓを充電するように充電ブランチ６１０を制御するために用いられる。充電ブランチ６１０は、一端がフライングコンデンサＣｓｓに接続され、他端がライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側正極又は直流側負極に接続される。

【0097】

具体的には、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーのＭＣＵが所定の条件を満たしている場合、充電駆動ユニット６２０は、充電ブランチ６１０を導通するように制御し、即ち、ライングコンデンサＣｓｓが充電ブランチ６１０を介して直流側正極又は直流側負極に接続され、このとき、直流側正極又は直流側負極がフライングコンデンサＣｓｓを充電する。

【0098】

フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーのＭＣＵが所定の条件を満たしていない場合、充電駆動ユニット６２０は、充電ブランチ６１０を切断するように制御し、即ち、フライングコンデンサＣｓｓが直流側正極又は直流側負極に接続できず、このとき、直流側正極又は直流側負極がフライングコンデンサＣｓｓへの充電を停止する。

【0099】

図７ａを参照し、充電ブランチ６１０がフライングコンデンサＣｓｓと直流側負極との間に接続されたフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーを示す。したがって、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーのＭＣＵが所定の条件を満たしている場合、充電駆動ユニット６２０は充電ブランチ６１０を導通するように制御し、即ち、フライングコンデンサＣｓｓが充電ブランチ６１０を介して直流側負極に接続され、このとき、直流側負極がフライングコンデンサＣｓｓを充電する。

【0100】

図７ｂを参照し、充電ブランチ６１０がフライングコンデンサＣｓｓと直流側正極との間に接続されたフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーを示す。したがって、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーのＭＣＵが所定の条件を満たしている場合、充電駆動ユニット６２０は充電ブランチ６１０を導通するように制御し、即ち、フライングコンデンサＣｓｓが充電ブランチ６１０を介して直流側正極に接続され、このとき、直流側正極がフライングコンデンサＣｓｓを充電する。

【0101】

また、本実施例において、電圧管理ユニット５１０は、さらに、放電回路を含むことができ、充電駆動ユニット６２０は、フライングコンデンサを放電するように放電回路を制御し、放電回路はフライングコンデンサＣｓｓと並列接続される。

【0102】

具体的には、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーのＭＣＵが所定の条件を満たしている場合、充電駆動ユニット６２０は、フライングコンデンサＣｓｓを充電するように充電ブランチ６１０を制御し、フライングコンデンサＣｓｓへの放電を停止するように放電ブランチを制御し、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーのＭＣＵが所定の条件を満たしていない場合、充電駆動ユニット６２０は、フライングコンデンサＣｓｓへの充電を停止するように充電ブランチ６１０を制御し、フライングコンデンサＣｓｓを放電するように放電ブランチを制御する。

【0103】

実際の動作において、本発明の上記の実施例の図６に係る所定の条件とは、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーが電源投入後の所定の時間内にあることである。所定の時間は、充電ブランチの時間定数の３倍よりも大きい。

【0104】

具体的には、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーが電源投入後の所定の時間内にある場合、充電駆動ユニット６２０は、フライングコンデンサＣｓｓを充電するように充電ブランチ６１０を制御する。フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーは、電源投入の時点で、ＭＣＵが充電駆動ユニット６２０にイネーブルの駆動信号を一回送信してもよく、電源投入後の所定の時間内に、ＭＣＵが特定時間ごとに充電駆動ユニット６２０にイネーブルの駆動信号を送信してもよい。

【0105】

しかしながら、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーが電源投入後の所定の時間外にある場合、充電駆動ユニット６２０は、フライングコンデンサＣｓｓへの充電を停止するように充電ブランチ６１０を制御する。フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーは、電源投入後の所定の時間外にある場合、ＭＣＵが充電駆動ユニット６２０に禁止の駆動信号を送信してもよい。

【0106】

本実施例において、所定の時間が充電ブランチの時間定数の３倍よりも大きいため、フライングコンデンサＣｓｓの電圧が所定の電圧に達したことを確定し、フライングコンデンサＣｓｓが突入電流によって損壊されないことがさらに保証され、それにより、突入電流によるフライングコンデンサＣｓｓへの損壊を低減する。

【0107】

好ましくは、本発明の上記の実施例の図７に係る電圧管理ユニット５１０は、図８を参照し、さらに、サンプリングユニット８１０を含むことができる。

【0108】

サンプリングユニット８１０は、フライングコンデンサＣｓｓの両端の電圧をサンプリングし、サンプリングされたフライングコンデンサＣｓｓの両端の電圧をＭＣＵに送信するために用いられる。

【0109】

したがって、本実施例において、上記所定の条件とは、フライングコンデンサＣｓｓの両端の電圧が［（１－ｋ）Ｖｉｎ／２,（１＋ｋ）Ｖｉｎ／２］の外にあること、又は、フライングコンデンサＣｓｓの両端の電圧が（１－ｋ）Ｖｉｎ／２以下であることであってもよい。Ｖｉｎは、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側入力電圧であり、ｋは、フライングコンデンサ電圧の起動係数である。ｋは、０～５％の間の任意の値であってよく、ｋは、１０％であってもよい。

【0110】

具体的には、サンプリングユニット８１０は、フライングコンデンサＣｓｓの両端の電圧をサンプリングし、サンプリングされたフライングコンデンサＣｓｓの両端の電圧をＭＣＵに送信し、ＭＣＵは、フライングコンデンサＣｓｓの両端の電圧が［（１－ｋ）Ｖｉｎ／２,（１＋ｋ）Ｖｉｎ／２］の外にあると判断する場合、充電駆動ユニット６２０にイネーブルの駆動信号を送信し、続いて、充電駆動ユニット６２０は、フライングコンデンサＣｓｓを充電するように充電ブランチ６１０を制御し、又は、ＭＣＵは、フライングコンデンサＣｓｓの両端の電圧が（１－ｋ）Ｖｉｎ／２以下であると判断する場合、充電駆動ユニット６２０にイネーブルの駆動信号を送信し、続いて、充電駆動ユニット６２０はフライングコンデンサＣｓｓを充電ように充電ブランチ６１０を制御する。

【0111】

しかしながら、ＭＣＵは、フライングコンデンサＣｓｓの両端の電圧が［（１－ｋ）Ｖｉｎ／２、（１＋ｋ）Ｖｉｎ／２］内にあると判断する場合、充電駆動ユニット６２０に禁止の駆動信号を送信し、続いて、充電駆動ユニット６２０は、フライングコンデンサＣｓｓへの充電を停止するように充電ブランチ６１０を制御し、或いは、フライングコンデンサＣｓｓの両端の電圧が（１－ｋ）Ｖｉｎ／２よりも大きい場合、ＭＣＵは充電駆動ユニット６２０に禁止の駆動信号を送信し、続いて、充電駆動ユニット６２０は、フライングコンデンサＣｓｓへの充電を停止するように充電ブランチ６１０を制御する。

【0112】

なお、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーが複数のフライングコンデンサＣｓｓを含む場合、この時点で、いずれかのフライングコンデンサＣｓｓの両端の電圧が所定の条件を満たすと、充電駆動ユニット６２０は、フライングコンデンサＣｓｓを充電するように充電ブランチ６１０を制御する。

【0113】

また、本発明の上記の実施例の図６及び図７に係る充電ブランチ６１０は、図９を参照し、抵抗Ｒと制御可能なスイッチＫを含み、抵抗Ｒと制御可能なスイッチＫは直列接続される。

【0114】

実際の応用では、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーのブリッジアームの数が偶数である場合、ブリッジアームにおける充電ブランチ６１０の半分がフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側正極と対応するフライングコンデンサＣｓｓとの間に設けられ、ブリッジアームにおける充電ブランチ６１０の残りの半分がフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側負極と対応するフライングコンデンサＣｓｓとの間に設けられる。

【0115】

もちろん、全てのブリッジアームは単一の接続方式を採用してもよく、例えば、全てのブリッジアームについて、充電ブランチ６１０をフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側負極と対応するフライングコンデンサＣｓｓとの間に設けること、又は、充電ブランチをフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーの直流側正極と対応するフライングコンデンサＣｓｓとの間に設けることを採用する。

【0116】

本実施例において、以下のように、全てのブリッジアームが混合接続を採用する場合を例として説明する。

【0117】

第１のブリッジアーム９１０において、抵抗Ｒは、一端がフライングコンデンサＣｓｓに接続され、他端が制御可能なスイッチＫの一端に接続され、制御可能なスイッチＫの他端は第２のコンデンサＣｄ２に接続され、その接続点は直流側負極である。第２のブリッジアーム９２０において、抵抗Ｒは、一端が第１のコンデンサＣｄ１に接続され、その接続点は直流側正極であり、他端が制御可能なスイッチＫの一端に接続され、制御可能なスイッチＫの他端はフライングコンデンサＣｓｓに接続される。

【0118】

ここで、ブリッジアームの数が２つであることを例として説明し、ブリッジアームの数が他の偶数値である接続方式は、ブリッジアームの数が２つである接続方式と同じであり、ここで説明を省略し、以下のとおりである。

【0119】

第１のブリッジアーム９１０において、フライングコンデンサＣｓｓ１の充電経路は、２つがあり、一方の充電経路については、直流側入力電源→第１のコンデンサＣｄ１→第１のブリッジアーム９１０における第１のダイオードＤｃ１→第１のブリッジアーム９１０におけるフライングコンデンサＣｓｓ１→第１のブリッジアーム９１０における抵抗Ｒ→第１のブリッジアーム９１０における制御可能なスイッチＫである。他方の充電経路については、第２のコンデンサＣｄ２→第１のブリッジアーム９１０における第１のダイオードＤｃ１→第１のブリッジアーム９１０におけるフライングコンデンサＣｓｓ１→第１のブリッジアーム９１０における抵抗Ｒ→第１のブリッジアーム９１０における制御可能なスイッチＫである。２つの充電経路から分かるように、第１のブリッジアーム９１０におけるフライングコンデンサＣｓｓ１の充電プロセスにおいて、第１のコンデンサＣｄ１は充電し、第２のコンデンサＣｄ２は、放電する。

【0120】

類似的に、第２のブリッジアーム９２０において、フライングコンデンサＣｓｓ２の充電経路は２つがあり、一方の充電経路については、第１のコンデンサＣｄ１→第２のブリッジアーム９２０における抵抗Ｒ→第２のブリッジアーム９２０における制御可能なスイッチＫ→第２のブリッジアーム９２０におけるフライングコンデンサＣｓｓ２→第２のブリッジアーム９２０における第２のダイオードＤｃ４である。他方の充電経路については、直流側入力電源→第２のブリッジアーム９２０における抵抗Ｒ→第２のブリッジアーム９２０における制御可能なスイッチＫ→第２のブリッジアーム９２０におけるフライングコンデンサＣｓｓ２→第２のブリッジアーム９２０における第２のダイオードＤｃ４→第２のコンデンサＣｄ２である。２つの充電経路から分かるように、第２のブリッジアーム９２０におけるフライングコンデンサＣｓｓ２の充電プロセスにおいて、第１のコンデンサＣｄ１は充電し、第２のコンデンサＣｄ２は放電する。

【0121】

したがって、第１のコンデンサＣｄ１が充電し、第２のコンデンサＣｄ２が放電することにより、フライングコンデンサ（即ち、Ｃｓｓ１とＣｓｓ２）の充電が第１のコンデンサＣｄ１と第２のコンデンサＣｄ２の電圧バランスに影響を与えないことが保証される。

【0122】

また、本実施例において、ブリッジアーム９１０及び／又はブリッジアーム９２０は、さらに、放電抵抗（例えば、図９におけるブリッジアーム９１０のＲｃｓｓ１、及びブリッジアーム９２０のＲｃｓｓ２）を含んでもよく、放電抵抗は、対応するフライングコンデンサと並列接続され、放電抵抗は対応するフライングコンデンサの両端に並列接続され、且つ、短絡故障が頻繁に発生しないため、故障後に一般的に速い起動を要求しない。放電抵抗の抵抗値は、非常に大きくてもよく、回路効率への影響は無視できる。

【0123】

なお、スイッチ損失を低減するために、軽負荷時に、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーは通常ヒカップモードで動作する。ヒカップモードは動作及びシーリングの２つの段階に分けられ、図１０を参照し、ｔ０～ｔ１期間は動作段階であり、ｔ１～ｔ２はシーリング段階である。動作段階では、スイッチトランジスタユニットはパルス変調状態で動作し、シーリング段階では、全てのスイッチトランジスタユニットの駆動はいずれも低レベルであり、動作を停止する。

【0124】

フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーがヒカップモードで動作する場合、直流側の入力源が太陽光発電パネルであれば、動作段階では、直流側の入力電圧Ｖｉｎが低下するため、ｔ１時点で、出力電力がゼロに等しく、直流側の入力電圧Ｖｉｎが開回路電圧にジャンプし、続いて、ｔ１～ｔ２の期間では、直流側の入力電圧Ｖｉｎが変化しない。

【0125】

ヒカップモードの場合、全てのフライングコンデンサ電圧の波形は同じであり、図９を参照し、次に、以下のように、第１のブリッジアーム９１０におけるフライングコンデンサＣｓｓ１の電圧Ｖｃｓｓ１を例として説明する。

【0126】

動作段階では、フライングコンデンサＣｓｓ１の電圧Ｖｃｓｓ１は常にＶｉｎ／２に等しいので、フライングコンデンサＣｓｓ１の電圧Ｖｃｓｓ１は直流側の入力電圧Ｖｉｎと同期して低減し、シーリング段階では、全てのスイッチトランジスタユニットはいずれもオフになっているため、フライングコンデンサＣｓｓ１は、フローティング状態にあり、フライングコンデンサＣｓｓ１の電圧Ｖｃｓｓ１はｔ１時点の値を維持している。

【0127】

時刻ｔ０では、フライングコンデンサＣｓｓ１の電圧Ｖｃｓｓ１がＶｉｎ／２よりも小さいため、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１が導通されるときに、第１のコンデンサＣｄ１→第１のスイッチトランジスタユニットＳ１→フライングコンデンサＣｓｓ１→第２のダイオードＤｃ２を介して、フライングコンデンサＣｓｓ１を充電し、又は、第４のスイッチトランジスタユニットＳ４が導通されるときに、第２のコンデンサＣｄ２→第１のダイオードＤｃ１→フライングコンデンサＣｓｓ１→第４のスイッチトランジスタユニットＳ４を介して、フライングコンデンサＣｓｓ１を充電する。電圧差が大きい場合、即ち、時刻ｔ０では、当該電流は、パルス形状であり、且つ、振幅が大きく、そのため、第１のダイオードＤｃ１、第２のダイオードＤｃ２、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１及び第４のスイッチトランジスタユニットＳ４を損壊する可能性がある。第２のブリッジアーム９２０と第１のブリッジアーム９１０の実行プロセス及び原理は類似しており、ここで説明を省略する。

【0128】

上記の問題を解決するために、図２から図９の実施例のいずれか１つのフライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーにおいて、ここで、図２を例として説明し、ヒカップシーリングの期間に、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１及び第４のスイッチトランジスタユニットＳ４のうちの１つは常に導通してもよい。例えば、ヒカップシーリングの期間に、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１は常に導通しており、又は、第４のスイッチトランジスタユニットＳ４は常に導通している。

【0129】

図１１を参照し、ヒカップシーリングの期間に、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１が常に導通していること、及び第４のスイッチトランジスタユニットＳ４が常に導通していることについて、それぞれ以下のように説明する。

【0130】

第４のスイッチトランジスタユニットＳ４が常に導通している場合、ｔ１～ｔ２の期間に、第４のスイッチトランジスタユニットＳ４を導通したまま、フライングコンデンサＣｓｓを第２のコンデンサＣｄ２に並列接続することにより、フライングコンデンサＣｓｓの電圧Ｖｃｓｓは常にＶｉｎ／２に等しくなる。

【0131】

第１のスイッチトランジスタユニットＳ１が常に導通している場合、ｔ１～ｔ２の期間に、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１を導通したまま、フライングコンデンサＣｓｓを第１のコンデンサＣｄ１に並列接続することにより、フライングコンデンサＣｓｓの電圧Ｖｃｓｓは常にＶｉｎ／２に等しくなる。

【0132】

なお、本出願で採用するフライングコンデンサＣｓｓの容量が比較的大きいため、それを第１のコンデンサＣｄ１、第２のコンデンサＣｄ２と並列接続する場合に無視できなく、そのため、直流側の分圧効果を向上させるために、フライングコンデンサ型ＮＰＣ３レベルトポロジーに複数のブリッジアームがある場合、フライングコンデンサＣｓｓの半分を第１のコンデンサＣｄ１に並列接続し、フライングコンデンサＣｓｓの残りの半分を第２のコンデンサＣｄ２に並列接続する。

【0133】

ここで、２つのブリッジアームを例として取り上げ、図９に示すように、シーリング期間に、第１のブリッジアーム９１０における第１のスイッチトランジスタユニットＳ１と第２のブリッジアーム９２０における第４のスイッチトランジスタユニットＳ８とを導通させ、或いは、第１のブリッジアーム９１０における第４のスイッチトランジスタユニットＳ４と第２のブリッジアーム９２０における第１のスイッチトランジスタユニットＳ５とを導通させる。もちろん、太陽光発電パネルに加えて、直流側入力電源は、他の入力源であってもよく、本出願の保護範囲内にもある。

【0134】

本実施例において、電圧差が比較的に小さく、対応する電流振幅が比較的に小さいので、第１のダイオードＤｃ１、第２のダイオードＤｃ２、第１のスイッチトランジスタユニットＳ１及び第４のスイッチトランジスタユニットＳ４の安全性が保証される。

【0135】

本明細書における各実施例に対して、いずれも漸進の方式で記載し、各実施例の間の同じまたは類似の部分について、互いに参照すればよく、各実施例はいずれも他の実施例との相違点を主に説明する。特に、システムまたはシステムの実施例について、方法の実施形態と基本的に類似しているため、記載が比較的簡単であり、関連部分について、方法の実施例の説明の一部を参照すればよい。上記のシステム及びシステムの実施例は単なる例示に過ぎない。個別の部材として説明されているユニットは、物理的に分離している場合があり、そうではない場合がある。ユニットとして表示されている部材は、物理的なユニットであってもよく、そうではなくてもよく、１つの場所に位置してもよいし、または、複数のネットワークユニットに分散されてもよい。実際の必要性に応じて、モジュールのいくつかまたは全てを選択することで、本実施例の技術案の目的を実現することができる。当業者は、進歩性に値する労働をしなくても、本発明を理解して実施することができる。

【0136】

当業者であれば、さらに意識できるように、本明細書に開示された実施例を結合して記載された各例示のユニット、及びアルゴリズムのステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、又はそれらの組み合わせによって実現されることができる。ハードウェアとソフトウェアとの間の互換性を明確に説明するために、各例示の構成及びステップは、以上、機能に従って一般的に説明した。これらの機能は、ハードウェアで実行されるかそれともソフトウェアで実行されるかということは、技術案の特定の適用及び設計制約条件に依存する。当業者は、各特定の適用ごとに、異なる方法を利用して、説明された機能を実施することができるが、このような実現は、本発明の範囲を超えると見なされるべきではない。

【0137】

開示された実施例に対する前述の説明によって、当業者は、本発明を実現または使用することができる。これらの実施例に対する様々な補正は、当業者には明らかであり、本明細書で定義された一般原理は、本発明の精神また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、本発明は、本明細書に示されたこれらの実施例に限定されず、本明細書に開示された原理及び新規の特点と一致する最も幅広い範囲に合う。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7a】

【図7b】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】