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(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】2024-06-26
(45)【発行日】2024-07-04
(54)【発明の名称】電圧変換器
(51)【国際特許分類】
H02M 3/07 20060101AFI20240627BHJP
【ＦＩ】
H02M3/07
【請求項の数】
13
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023087009
(22)【出願日】2023-05-26
(65)【公開番号】P2024085364
(43)【公開日】2024-06-26
【審査請求日】2023-07-03
(31)【優先権主張番号】111148066
(32)【優先日】2022-12-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW
(31)【優先権主張番号】18/080,877
(32)【優先日】2022-12-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】390023582
【氏名又は名称】財團法人工業技術研究院
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１９５，Ｓｅｃ．４，ＣｈｕｎｇＨｓｉｎｇＲｄ．，Ｃｈｕｔｕｎｇ，Ｈｓｉｎｃｈｕ，Ｔａｉｗａｎ ３１０４０
(74)【代理人】
【識別番号】110001896
【氏名又は名称】弁理士法人朝日奈特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】蔡 文田
(72)【発明者】
【氏名】柯 庚佑
(72)【発明者】
【氏名】王 肇緯
(72)【発明者】
【氏名】李 清然
【審査官】冨永 達朗
(56)【参考文献】
【文献】欧州特許出願公開第２９０５８８５（ＥＰ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１６／０３８６０１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／２３３８７１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ３／０７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
負荷に接続されていて前記負荷に出力電圧を供給する電圧変換器であって、前記電圧変換器は、入力電圧を供給する電源と、
前記電源の第１の端子と第１のノードとの間に接続されている第１のスイッチング素子と、
前記第１のノードと第２のノードとの間に接続されている第２のスイッチング素子であって前記電源の第２の端子が前記第２のノードに接続されている、第２のスイッチング素子と、
前記第１のノードと第３のノードとの間に接続されているエネルギ貯蔵インダクタと、
前記第３のノードと第４のノードとの間に接続されているＮ個のキャパシタモジュールであってＮが正の整数であるＮ個のキャパシタモジュールと、
前記第２のノードと前記第４のノードとの間に接続されているエネルギ貯蔵キャパシタであって前記負荷が前記第２のノードと前記第４のノードとの間に接続されている、エネルギ貯蔵キャパシタと、
を備えており、
前記Ｎ個のキャパシタモジュールそれぞれがキャパシタを備えており、前記電圧変換器が第１の動作モードにある場合、前記Ｎ個のキャパシタモジュール間の接続関係が制御されて、前記エネルギ貯蔵インダクタ、前記エネルギ貯蔵キャパシタ、および前記キャパシタが互いに直列に接続され、よって、前記エネルギ貯蔵インダクタ、前記エネルギ貯蔵キャパシタ、および前記キャパシタが前記入力電圧によって充電され、前記電圧変換器が第２の動作モードにある場合、前記Ｎ個のキャパシタモジュール間の前記接続関係が制御されて、前記エネルギ貯蔵インダクタ、前記エネルギ貯蔵キャパシタ、および前記キャパシタが互いに並列に接続され、よって、前記エネルギ貯蔵インダクタが放電を行い、前記エネルギ貯蔵インダクタ内の貯蔵エネルギが前記エネルギ貯蔵キャパシタおよび前記キャパシタへ移される、電圧変換器。
【請求項2】
前記Ｎ個のキャパシタモジュールそれぞれが、第１端、第２端、第１のスイッチング回路、第２のスイッチング回路、および第３のスイッチング回路をさらに備えており、前記キャパシタの第１の端子が前記第１端に接続されており、前記第１のスイッチング回路が前記キャパシタの第２の端子と前記第２端との間に接続されており、前記第２のスイッチング回路が前記第１端と第５のノードとの間に接続されており、前記第３のスイッチング回路が前記キャパシタの前記第２の端子と前記第２のノードとの間に接続されており、前記第４のノードが前記第５のノードに結合されている、請求項１に記載の電圧変換器。
【請求項3】
Ｎが１に等しい場合、前記キャパシタモジュールの前記第１端が前記第３のノードに接続されており、前記キャパシタモジュールの前記第２端が前記第４のノードに接続されている、請求項２に記載の電圧変換器。
【請求項4】
Ｎが１よりも大きい場合、前記Ｎ個のキャパシタモジュールの第１のキャパシタモジュールの前記第１端が前記第３のノードに接続されており、その他のキャパシタモジュールそれぞれの前記第１端が、その前のキャパシタモジュールの前記第２端に接続されており、第Ｎのキャパシタモジュールの前記第２端が前記第４のノードに接続されている、請求項２に記載の電圧変換器。
【請求項5】
前記電圧変換器は接続要素をさらに備えており、前記接続要素は前記第４のノードと前記第５のノードとの間に結合されており、前記接続要素は第３のスイッチング素子または短絡回路素子である、請求項２に記載の電圧変換器。
【請求項6】
前記電圧変換器がコントローラをさらに備えており、前記コントローラは制御信号セットを発生させ、前記第１のスイッチング素子、前記第２のスイッチング素子、ならびに、前記Ｎ個のキャパシタモジュールそれぞれにおける前記第１のスイッチング回路、前記第２のスイッチング回路、および前記第３のスイッチング回路間の接続関係は、前記制御信号セットに応じて制御され、よって、前記キャパシタが、前記エネルギ貯蔵インダクタおよび前記エネルギ貯蔵キャパシタに直列に、または並列に、選択的に接続される、請求項２に記載の電圧変換器。
【請求項7】
前記電圧変換器の動作中に、前記電圧変換器内のＭ個のキャパシタモジュールが動作するように選択され、前記電圧変換器内の前記Ｍ個のキャパシタモジュールはイネーブル状態にあるように制御され、前記電圧変換器内の（Ｎ－Ｍ）個のキャパシタモジュールはディスエーブル状態にあるように制御され、Ｍは正の整数であり、および、ＭはＮ以下である、請求項１に記載の電圧変換器。
【請求項8】
前記電圧変換器が前記第１の動作モードにある場合、前記イネーブル状態にある前記Ｍ個のキャパシタモジュールのＭ個のキャパシタ、前記エネルギ貯蔵インダクタ、および、前記エネルギ貯蔵キャパシタは互いに直列に接続され、且つ、前記電源は、前記イネーブル状態にある前記Ｍ個のキャパシタモジュールの前記Ｍ個のキャパシタ、前記エネルギ貯蔵インダクタ、および、前記エネルギ貯蔵キャパシタを充電するために前記入力電圧を供給し、前記電圧変換器が前記第２の動作モードにある場合、前記イネーブル状態にある前記Ｍ個のキャパシタモジュールの前記Ｍ個のキャパシタ、前記エネルギ貯蔵インダクタ、および、前記エネルギ貯蔵キャパシタは互いに並列に接続され、且つ、前記エネルギ貯蔵インダクタ内の貯蔵エネルギが、前記イネーブル状態にある前記Ｍ個のキャパシタモジュールの前記Ｍ個のキャパシタ、および前記エネルギ貯蔵キャパシタに移される、請求項７に記載の電圧変換器。
【請求項9】
前記入力電圧は整流された電圧であり、前記イネーブル状態にある前記Ｍ個のキャパシタモジュールのいくつかは、前記整流された電圧の電圧値に応じて動的に調節される、請求項７に記載の電圧変換器。
【請求項10】
前記Ｎ個のキャパシタモジュールそれぞれが、第１端、第２端、第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、および第３のトランジスタをさらに備えており、前記キャパシタの第１の端子は前記第１端に接続されており、前記第１のトランジスタは前記キャパシタの第２の端子と前記第２端との間に接続されており、前記第２のトランジスタは前記第１端と第５のノードとの間に接続されており、前記第３のトランジスタは前記キャパシタの前記第２の端子と前記第２のノードとの間に接続されており、前記第４のノードが前記第５のノードに結合されている、請求項１に記載の電圧変換器。
【請求項11】
負荷に接続されていて前記負荷に出力電圧を供給する電圧変換器であって、前記電圧変換器は、入力電圧を供給する電源と、
前記電源の第１の端子と第１のノードとの間に接続されている第１のスイッチング素子と、
第２のノードと第３のノードとの間に接続されているエネルギ貯蔵キャパシタであって前記電源の第２の端子が前記第２のノードに接続されているエネルギ貯蔵キャパシタと、
前記第１のノードと前記第３のノードとの間に接続されているＮ個のキャパシタモジュールであってＮが正の整数であるＮ個のキャパシタモジュールと、
を備えており、
前記Ｎ個のキャパシタモジュールそれぞれがキャパシタを備えており、前記電圧変換器が第１の動作モードにある場合、前記Ｎ個のキャパシタモジュール間の接続関係が制御されて、前記エネルギ貯蔵キャパシタおよび前記キャパシタが互いに直列に接続され、よって、前記エネルギ貯蔵キャパシタおよび前記キャパシタが前記入力電圧によって充電され、前記電圧変換器が第２の動作モードにある場合、前記Ｎ個のキャパシタモジュール間の接続関係が制御されて、前記エネルギ貯蔵キャパシタおよび前記キャパシタが互いに並列に接続される、電圧変換器。
【請求項12】
前記Ｎ個のキャパシタモジュールそれぞれが、第１端、第２端、第１のスイッチング回路、第２のスイッチング回路、および第３のスイッチング回路をさらに備えており、前記キャパシタの第１の端子が前記第１端に接続されており、前記第１のスイッチング回路が前記キャパシタの第２の端子と前記第２端との間に接続されており、前記第２のスイッチング回路が前記第１端と第４のノードとの間に接続されており、前記第３のスイッチング回路が前記キャパシタの前記第２の端子と前記第２のノードとの間に接続されており、前記第３のノードが前記第４のノードに結合されている、請求項１１に記載の電圧変換器。
【請求項13】
前記電圧変換器は接続要素をさらに備えており、前記接続要素は前記第３のノードと前記第４のノードとの間に結合されており、前記接続要素は第３のスイッチング素子または短絡回路素子である、請求項１２に記載の電圧変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電圧変換器に、特に誘導エネルギ転換が低減された電圧変換器に関する。
【背景技術】
【0002】
パワーエレクトロニクスおよび半導体技術の進展により、電源の性能および利便性に対する要件が増加させられている。上記目的を達成するためには、電力密度を増大することが重要である。電力密度を増加させるために、多くの研究者は、ワイドバンドギャップコンポーネントに関する研究に注力してきた。たとえば、従来の電力変換器では、シリコンベースのパワーコンポーネント（たとえば、ＭＯＳＦＥＴトランジスタまたはＩＧＢＴトランジスタ）は、窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタまたはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）トランジスタにより、徐々に置き換えられている。コンポーネント材料の改善により、磁気素子は、より高い動作周波数において動かされることがある。よって、磁気素子の体積が減らされることがあり、そして電力密度が高められることがある。しかし、動作周波数が高められるにつれ、雑音干渉（たとえば、電磁干渉）が、より露わになる。したがって、インダクタ体積が低減され、且つ、誘導エネルギ転換が低減された電圧変換器を提供することが重要である。
【0003】
たとえば、米国特許第１０，８１１，９６２号明細書は、マルチレベルスイッチング式電力変換器、ならびに、そのコントローラ回路および制御方法を開示している。マルチレベルスイッチング式電力変換器は、入力電力を出力電力に変換するマルチレベルパワーステージ回路を含んでいる。マルチレベルスイッチング電力変換器では、電圧レベルは、フライングキャパシタトポロジにより、合成される。
【発明の概要】
【0004】
本出願の一実施形態は、電圧変換器を提供する。電圧変換器は負荷に接続されている。電圧変換器は、負荷に出力電圧を供給する。電圧変換器は、電源と、第１のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子と、エネルギ貯蔵インダクタと、Ｎ個のキャパシタモジュールと、エネルギ貯蔵キャパシタとを含んでいる。電源は、入力電圧を供給する。第１のスイッチング素子は、電源の第１の端子と、第１のノードとの間に接続されている。第２のスイッチング素子は、第１のノードと、第２のノードとの間に接続されている。電源の第２の端子は、第２のノードに接続されている。エネルギ貯蔵インダクタが、第１のノードと、第３のノードとの間に接続されている。Ｎ個のキャパシタモジュールは、第３のノードと、第４のノードとの間に接続されており、Ｎは正の整数である。エネルギ貯蔵キャパシタが、第２のノードと、第４のノードとの間に接続されている。負荷が、第２のノードと、第４のノードとの間に接続されている。Ｎ個のキャパシタモジュールそれぞれがキャパシタを含んでいる。電圧変換器が第１の動作モードにある場合、Ｎ個のキャパシタモジュール間の接続関係が制御されて、エネルギ貯蔵インダクタ、エネルギ貯蔵キャパシタ、およびキャパシタが互いに直列に接続される。よって、エネルギ貯蔵インダクタ、エネルギ貯蔵キャパシタ、およびキャパシタが入力電圧によって充電される。電圧変換器が第２の動作モードにある場合、Ｎ個のキャパシタモジュール間の接続関係が制御されて、エネルギ貯蔵インダクタ、エネルギ貯蔵キャパシタ、およびキャパシタが互いに並列に接続される。よって、エネルギ貯蔵インダクタは放電を行い、エネルギ貯蔵インダクタ内の貯蔵エネルギが、エネルギ貯蔵キャパシタ、およびキャパシタへ移される。
【0005】
本出願の別の実施形態は、電圧変換器を提供する。電圧変換器は負荷に接続されている。電圧変換器は、負荷に出力電圧を供給する。電圧変換器は、電源と、第１のスイッチング素子と、エネルギ貯蔵キャパシタと、Ｎ個のキャパシタモジュールとを含んでいる。電源は入力電圧を供給する。第１のスイッチング素子は、電源の第１の端子と、第１のノードとの間に接続されている。エネルギ貯蔵キャパシタは、第２のノードと、第３のノードとの間に接続されている。電源の第２の端子は、第２のノードに接続されている。Ｎ個のキャパシタモジュールは、第１のノードと、第３のノードとの間に接続されており、Ｎは正の整数である。Ｎ個のキャパシタモジュールそれぞれはキャパシタを含んでいる。電圧変換器が第１の動作モードにある場合、Ｎ個のキャパシタモジュール間の接続関係が制御されて、エネルギ貯蔵キャパシタおよびキャパシタが互いに直列に接続される。よって、エネルギ貯蔵キャパシタおよびキャパシタが入力電圧によって充電される。電圧変換器が第２の動作モードにある場合、Ｎ個のキャパシタモジュール間の接続関係が制御されて、エネルギ貯蔵キャパシタおよびキャパシタが互いに並列に接続される。
【0006】
本出願の数多くの目的、構成、および利点は、添付図面とともに解釈されると、本出願の実施形態の以下の詳細な説明を読むことにより、容易に明らかになるであろう。しかし、本出願において使用される添付図面は、説明の目的のためのものであり、および、それにより、限定されるものでない。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1A】本出願の第１の実施形態による電圧変換器を示す概略回路図である。
【図1B】本出願の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。
【図1C】本出願の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。
【図1D】従来の電圧変換器、および本出願の電圧変換器におけるエネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電圧ＶLの変化を示す概略タイミング波形図である。
【図1E】従来の電圧変換器、および本出願の電圧変換器におけるエネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ貯蔵エネルギおよびインダクタ電力Ｐの変化を示す概略タイミング波形図である。
【図2A】２つのキャパシタモジュールがイネーブルされている本出願の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。
【図2B】２つのキャパシタモジュールがイネーブルされている本出願の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。
【図2C】従来の電圧変換器、および本出願の電圧変換器におけるエネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電圧ＶLの変化を示す概略タイミング波形図である。
【図2D】従来の電圧変換器、および本出願の電圧変換器におけるエネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ貯蔵エネルギおよびインダクタ電力Ｐの変化を示す概略タイミング波形図である。
【図3A】１つのキャパシタモジュールがイネーブルされている本出願の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。
【図3B】１つのキャパシタモジュールがイネーブルされている本出願の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。
【図4】本出願の第２の実施形態による電圧変換器を示す概略回路図である。
【図5A】第３のキャパシタモジュールがイネーブル状態にあるように選択されている第２の実施形態の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。
【図5B】第３のキャパシタモジュールがイネーブル状態にあるように選択されている第２の実施形態の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。
【図6A】第１のキャパシタモジュールおよび第３のキャパシタモジュールがイネーブル状態にあるように選択されている第２の実施形態の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。
【図6B】第１のキャパシタモジュールおよび第３のキャパシタモジュールがイネーブル状態にあるように選択されている第２の実施形態の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。
【図7A】第２のキャパシタモジュールおよび第３のキャパシタモジュールがイネーブル状態にあるように選択されている第２の実施形態の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。
【図7B】第２のキャパシタモジュールおよび第３のキャパシタモジュールがイネーブル状態にあるように選択されている第２の実施形態の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。
【図8】非定電圧電源により供給される入力電圧を示す概略タイミング波形図である。
【図9】パワートランジスタを使用したキャパシタモジュールを示す概略回路図である。
【図10A】本出願の第３の実施形態による電圧変換器を示す概略回路図である。
【図10B】第３の実施形態の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。
【図10C】第３の実施形態の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
本出願は電圧変換器を提供する。電圧変換器は、複数のキャパシタモジュールを備えている。複数のキャパシタモジュールの使用により、充電プロセス中のエネルギ貯蔵インダクタのインダクタ電圧を低減させ得る。よって、エネルギ貯蔵インダクタ両端の電圧が低減される。さらに、キャパシタモジュール内のスイッチング回路のスイッチング動作を制御することにより、エネルギ貯蔵インダクタに元々貯蔵されているエネルギの一部が、キャパシタモジュールに移される。よって、従来の電圧変換器と比較すると、本出願の電圧変換器の誘導エネルギ転換が低減される。
【0009】
図１Ａは、本出願の第１の実施形態による電圧変換器を示す概略回路図である。電圧変換器２００は負荷２９０に接続されている。本実施形態では、電圧変換器２００は、電源２０５と、２つのスイッチング素子ＳＷ1、ＳＷ2と、エネルギ貯蔵インダクタＬと、エネルギ貯蔵キャパシタＣOと、複数のキャパシタモジュール２１０～２３０とを備えている。電源２０５は入力電圧Ｖiを供給する。電圧変換器２００は、負荷２９０に出力電圧ＶOを発生させる。さらに、出力電圧ＶOは、入力電圧Ｖiよりも低い、すなわち、ＶO＜Ｖiである。
【0010】
スイッチング素子ＳＷ1は、電源２０５の第１の端子と、ノードａとの間に接続されている。スイッチング素子ＳＷ1は制御信号Ｓc1を受け取る。スイッチング素子ＳＷ2は、ノードａと、ノードｂとの間に接続されている。スイッチング素子ＳＷ2は制御信号Ｓc2を受け取る。電源２０５の第２の端子はノードｂに接続されている。エネルギ貯蔵インダクタＬは、ノードａと、ノードｃとの間に接続されている。エネルギ貯蔵キャパシタＣOは、ノードｄと、ノードｂとの間に接続されている。さらに、ノードｄはノードｅに結合されている。負荷２９０は、ノードｄと、ノードｂとの間に接続されている。エネルギ貯蔵キャパシタＣOの電圧、および負荷２９０の電圧は、互いにほぼ同等である。すなわち、エネルギ貯蔵キャパシタＣOの電圧、および負荷２９０の電圧（すなわち、出力電圧ＶO）は等しい。
【0011】
３つのキャパシタモジュール２１０、２２０、および２３０は、同じ回路構造を有している。第１のキャパシタモジュール２１０は、第１端ａ１、第２端ａ２、キャパシタＣa1、第１のスイッチング回路ＳＷa1、第２のスイッチング回路ＳＷa2、および第３のスイッチング回路ＳＷa3を有している。第１のキャパシタモジュール２１０の第１端ａ１は、ノードｃに接続されている。さらに、第１のキャパシタモジュール２１０の第１端ａ１は、キャパシタＣa1の第１の端子に接続されている。第１のスイッチング回路ＳＷa1は、キャパシタＣa1の第２の端子と、第１のキャパシタモジュール２１０の第２端ａ２との間に接続されている。第２のスイッチング回路ＳＷa2は、第１のキャパシタモジュール２１０の第１端ａ１と、ノードｅとの間に接続されている。第３のスイッチング回路ＳＷa3は、キャパシタＣa1の第２の端子と、ノードｂとの間に接続されている。
【0012】
第２のキャパシタモジュール２２０は、第１端ｂ１、第２端ｂ２、キャパシタＣb1、第１のスイッチング回路ＳＷb1、第２のスイッチング回路ＳＷb2、および第３のスイッチング回路ＳＷb3を備えている。第２のキャパシタモジュール２２０の第１端ｂ１は、第１のキャパシタモジュール２１０の第２端ａ２に接続されている。さらに、第２のキャパシタモジュール２２０の第１端ｂ１は、キャパシタＣb1の第１の端子に接続されている。第１のスイッチング回路ＳＷb1は、キャパシタＣb1の第２の端子と、第２のキャパシタモジュール２２０の第２端ｂ２との間に接続されている。第２のスイッチング回路ＳＷb2は、第２のキャパシタモジュール２２０の第１端ｂ１と、ノードｅとの間に接続されている。第３のスイッチング回路ＳＷb3は、キャパシタＣb1の第２の端子と、ノードｂとの間に接続されている。
【0013】
第３のキャパシタモジュール２３０は、第１端ｃ１、第２端ｃ２、キャパシタＣc1、第１のスイッチング回路ＳＷc1、第２のスイッチング回路ＳＷc2、および第３のスイッチング回路ＳＷc3を有している。第３のキャパシタモジュール２３０の第１端ｃ１は、第２のキャパシタモジュール２２０の第２端ｂ２に接続されている。さらに、第３のキャパシタモジュール２３０の第１端ｃ１は、キャパシタＣc1の第１の端子に接続されている。第１のスイッチング回路ＳＷc1は、キャパシタＣc1の第２の端子と、第３のキャパシタモジュール２３０の第２端ｃ２との間に接続されている。第２のスイッチング回路ＳＷc2は、第３のキャパシタモジュール２３０の第１端ｃ１と、ノードｅとの間に接続されている。第３のスイッチング回路ＳＷc3は、キャパシタＣc1の第２の端子と、ノードｂとの間に接続されている。
【0014】
本出願の本実施形態では、第１のキャパシタモジュール２１０のキャパシタＣa1の静電容量、第２のキャパシタモジュール２２０のキャパシタＣb1の静電容量、第３のキャパシタモジュール２３０のキャパシタＣc1の静電容量、およびエネルギ貯蔵キャパシタＣOの静電容量は等しい。スイッチング回路ＳＷa1～ＳＷa3、ＳＷb1～ＳＷb3、およびＳＷc1～ＳＷc3のオン／オフ状態を制御することにより、キャパシタＣa1、Ｃb1、およびＣc1は、選択的に、エネルギ貯蔵インダクタＬおよびエネルギ貯蔵キャパシタＣOに直列に、または並列に接続される。
【0015】
電圧変換器２００は、コントローラ２８０をさらに備えている。コントローラ２８０は制御信号セットＳｃを発生させる。制御信号セットＳｃは、電圧変換器２００内のスイッチング素子ＳＷ1～ＳＷ2、ならびにスイッチング回路ＳＷa1～ＳＷa3，ＳＷb1～ＳＷb3、およびＳＷc1～ＳＷc3の接続状態を制御するための複数の制御信号Ｓc1～Ｓc2、Ｓca1～Ｓca3、Ｓcb1～Ｓcb3、およびＳcc1～Ｓcc3を含んでいる。電圧変換器２００が、通常の動作状態にある場合、スイッチング素子ＳＷ1～ＳＷ2、ならびにスイッチング回路ＳＷa1～ＳＷa3，ＳＷb1～ＳＷb3、およびＳＷc1～ＳＷc3のオンまたはオフ状態は、コントローラ２８０により、制御される。簡潔にするために、コントローラ２８０の動作、ならびに制御信号Ｓc1～Ｓc2、Ｓca1～Ｓca3、Ｓcb1～Ｓcb3、およびＳcc1～Ｓcc3に関する説明は割愛されている。すなわち、スイッチング素子ＳＷ1～ＳＷ2、ならびにスイッチング回路ＳＷa1～ＳＷa3，ＳＷb1～ＳＷb3、およびＳＷc1～ＳＷc3の状態だけが、以下のように説明される。
【0016】
図１Ｂおよび１Ｃは、本出願の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。電圧変換器２００が通常動作状態にある場合、電圧変換器２００の動作モードが、第１の動作モードＭｏｄｅ１と、第２の動作モードＭｏｄｅ２との間で切り替えられる。
【0017】
図１Ｂに示されるように、第１の動作モードＭｏｄｅ１では、スイッチング素子ＳＷ1はオン状態にあり、スイッチング素子ＳＷ2はオフ状態にある。３つのキャパシタモジュール２１０、２２０、および２３０では、第１のスイッチング回路ＳＷa1、ＳＷb1、およびＳＷc1はオン状態にあり、第２のスイッチング回路ＳＷa2、ＳＷb2、およびＳＷc2はオフ状態にあり、第３のスイッチング回路ＳＷa3、ＳＷb3、およびＳＷc3はオフ状態にある。この状況下で、エネルギ貯蔵インダクタＬ、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、ならびに、キャパシタモジュール２１０、２２０、および２３０のキャパシタＣa1、Ｃb1、およびＣc1は互いに直列に接続されている。電源２０５は、エネルギ貯蔵インダクタＬ、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、ならびにキャパシタＣa1、Ｃb1、およびＣc1を充電するために入力電圧Ｖiを供給する。エネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電流ＩLは増加する。インダクタ電圧ＶLは、（Ｖi－４ＶO）に等しい、すなわち、ＶL＝Ｖi－４ＶOである。すなわち、第１の動作モードＭｏｄｅ１は充電モードである。
【0018】
図１Ｃに示されるように、第２の動作モードＭｏｄｅ２では、スイッチング素子ＳＷ2はオン状態にあり、スイッチング素子ＳＷ1はオフ状態にある。３つのキャパシタモジュール２１０、２２０、および２３０では、第１のスイッチング回路ＳＷa1、ＳＷb1、およびＳＷc1はオフ状態にあり、第２のスイッチング回路ＳＷa2、ＳＷb2、およびＳＷc2はオン状態にあり、ならびに、第３のスイッチング回路ＳＷa3、ＳＷb3、およびＳＷc3はオン状態にある。この状況下で、エネルギ貯蔵インダクタＬ、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、ならびにキャパシタモジュール２１０、２２０、および２３０のキャパシタＣa1、Ｃb1、およびＣc1は互いに並列に接続されている。エネルギ貯蔵インダクタＬは放電を行う。エネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電流ＩLは４つの電流ＩL1～ＩL4に分割される。すなわち、ＩL1＝ＩL2＝ＩL3＝ＩL4＝ＩL／４である。一方、エネルギ貯蔵インダクタＬ内の貯蔵エネルギは、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、ならびにキャパシタＣa1、Ｃb1、およびＣc1に移される。エネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電圧ＶLは（－ＶO）に等しい。すなわち、ＶL＝－ＶOである。すなわち、第２の動作モードＭｏｄｅ２は放電モードである。
【0019】
図１Ｄは、従来の電圧変換器、および本出願の電圧変換器におけるエネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電圧ＶLの変化を示す概略タイミング波形図である。図１Ｅは、従来の電圧変換器、および本出願の電圧変換器におけるエネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ貯蔵エネルギおよびインダクタ電力Ｐの変化を示す概略タイミング波形図である。図１Ｄおよび１Ｅでは、点線は従来の電圧変換器を表しており、実線は本出願の電圧変換器を表している。従来の電圧変換器は、電源、２つのスイッチング素子、エネルギ貯蔵インダクタ、およびエネルギ貯蔵キャパシタを備えている。本出願の電圧変換器２００と比較して、従来の電圧変換器は、キャパシタモジュール２１０～２３０を備えていない。本出願の電圧変換器２００、および従来の電圧変換器の動作条件は、４８Ｖの入力電圧Ｖi、５Ｖの出力電圧ＶO、および１００Ｗの出力電力を含んでいる。
【0020】
図１Ｄに示される点線を参照してほしい。従来の電圧変換器が、第１の動作モードＭｏｄｅ１（すなわち、充電モード）において動作させられるとき、インダクタ電圧ＶLは＋４３Ｖに等しい、すなわち、ＶL＝Ｖi－ＶO＝４８－５である。さらに、従来の電圧変換器が、第２の動作モードＭｏｄｅ２（すなわち、放電モード）において動作させられるとき、インダクタ電圧ＶLは－５Ｖに等しい。本発明の電圧変換器２００では、キャパシタモジュール２１０～２３０すべてが、イネーブル状態にある。図１Ｄに示される実線を参照してほしい。本出願の電圧変換器２００が、第１の動作モードＭｏｄｅ１（すなわち、充電モード）において動作させられると、インダクタ電圧ＶLは＋２８Ｖに等しい、すなわち、ＶL＝Ｖi－４ＶO＝４８－２０である。本出願の電圧変換器２００が、第２の動作モードＭｏｄｅ２（すなわち、放電モード）において動作させられると、インダクタ電圧ＶLは－５Ｖに等しい。明らかに、第１の動作モードＭｏｄｅ１では、インダクタ電圧ＶLは、本出願の電圧変換器２００を使用することにより、効果的に低減され得る。すなわち、エネルギ貯蔵インダクタＬの両端の最高電圧が低減される。
【0021】
図１Ｅに示される点線を参照してほしい。従来の電圧変換器が、第１の動作モードＭｏｄｅ１（すなわち、充電モード）において動作させられると、エネルギ貯蔵インダクタＬの最高インダクタ電力Ｐは＋９５２Ｗである。本出願の電圧変換器２００では、キャパシタモジュール２１０～２３０すべてが、イネーブル状態にある。図１Ｅに示される実線を参照してほしい。本出願の電圧変換器２００が、第１の動作モードＭｏｄｅ１（すなわち、充電モード）において動作させられると、エネルギ貯蔵インダクタＬの最高インダクタ電力Ｐは＋４３８Ｗである。さらに、第１の動作モードＭｏｄｅ１（すなわち、充電モード）では、動作時間ｔに対するインダクタ電力Ｐの積分により、本出願の電圧変換器２００のインダクタ貯蔵エネルギを得ることができる。従来の電圧変換器のインダクタ貯蔵エネルギと、本出願の電圧変換器２００のインダクタ貯蔵エネルギとの間の比較も理解され得る。本出願の電圧変換器２００のインダクタ貯蔵エネルギは、従来の電圧変換器のインダクタ貯蔵エネルギよりも低い。たとえば、各サイクルにおける、従来の電圧変換器の最高貯蔵エネルギは８９８μＪであり、各サイクルにおける、本出願の電圧変換器２００の最高貯蔵エネルギは５８７μＪである。明らかに、本出願の電圧変換器２００の使用により、エネルギ貯蔵インダクタＬの誘導エネルギ転換を効果的に低減することができる。
【0022】
図１Ｂおよび１Ｃの状況では、キャパシタモジュール２１０～２３０が、コントローラ２８０により供給される制御信号セットＳｃに応じてイネーブルされる。実際には、コントローラ２８０により供給される制御信号セットＳｃに応じて、第１のキャパシタモジュール２１０および第２のキャパシタモジュール２２０がイネーブルされ、ならびに、第３のキャパシタモジュール２３０がディスエーブルされる。別の変形例では、コントローラ２８０により供給される制御信号セットＳｃに応じて、第１のキャパシタモジュール２１０がイネーブルされ、ならびに、第２のキャパシタモジュール２２０および第３のキャパシタモジュール２３０がディスエーブルされる。すなわち、本出願の電圧変換器２００内の任意の数のキャパシタモジュールが、出力電圧ＶOを発生させるように選択され、および動作させられ得る。
【0023】
キャパシタモジュールがディスエーブル状態にある場合、第１の動作モードにおける、ディスエーブルされたキャパシタモジュールの第２のスイッチング回路はオン状態にあり、第２の動作モードにおける、ディスエーブルされたキャパシタモジュールの第２のスイッチング回路はオフ状態にある。第１の動作モードおよび第２の動作モードそれぞれにおけるディスエーブルされたキャパシタモジュールの第１のスイッチング回路および第３のスイッチング回路は、オフ状態にある。以降、異なる数のイネーブルされたキャパシタモジュールを有する、電圧変換器２００のいくつかの実装例が説明される。
【0024】
図２Ａおよび２Ｂは、２つのキャパシタモジュールがイネーブルされた、本出願の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。第１のキャパシタモジュール２１０および第２のキャパシタモジュール２２０がイネーブル状態にあり、ならびに第３のキャパシタモジュール２３０がディスエーブル状態にある。
【0025】
図２Ａに示されるように、第１の動作モードＭｏｄｅ１では、スイッチング素子ＳＷ1はオン状態にあり、スイッチング素子ＳＷ2はオフ状態にある。第１のキャパシタモジュール２１０および第２のキャパシタモジュール２２０では、第１のスイッチング回路ＳＷa1およびＳＷb1はオン状態にあり、第２のスイッチング回路ＳＷa2およびＳＷb2はオフ状態にあり、ならびに、第３のスイッチング回路ＳＷa3およびＳＷb3はオフ状態にある。本実施形態では、第３のキャパシタモジュール２３０はディスエーブル状態にある。よって、第３のキャパシタモジュール２３０では、第２のスイッチング回路ＳＷc2はオン状態にあり、ならびに、第１のスイッチング回路ＳＷc1および第３のスイッチング回路ＳＷc3はオフ状態にある。この状況下で、エネルギ貯蔵インダクタＬ、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、および第１のキャパシタモジュール２１０のキャパシタＣa1、ならびに、第２のキャパシタモジュール２２０のキャパシタＣb1は互いに直列に接続されている。電源２０５は、エネルギ貯蔵インダクタＬ、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、ならびにキャパシタＣa1およびＣb1を充電するために入力電圧Ｖiを供給する。エネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電流ＩLは増加する。インダクタ電圧ＶLは、（Ｖi－３ＶO）に等しい、すなわち、ＶL＝Ｖi－３ＶOである。すなわち、第１の動作モードＭｏｄｅ１は充電モードである。
【0026】
図２Ｂに示されるように、第２の動作モードＭｏｄｅ２では、スイッチング素子ＳＷ2はオン状態にあり、スイッチング素子ＳＷ1はオフ状態にある。第１のキャパシタモジュール２１０および第２のキャパシタモジュール２２０では、第１のスイッチング回路ＳＷa1およびＳＷb1はオフ状態にあり、第２のスイッチング回路ＳＷa2およびＳＷb2はオン状態にあり、ならびに、第３のスイッチング回路ＳＷa3およびＳＷb3はオン状態にある。本実施形態では、第３のキャパシタモジュール２３０はディスエーブル状態にある。よって、第３のキャパシタモジュール２３０では、第１のスイッチング回路ＳＷc1、第２のスイッチング回路ＳＷc2、および第３のスイッチング回路ＳＷc3はオフ状態にある。この状況下で、エネルギ貯蔵インダクタＬ、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、第１のキャパシタモジュール２１０のキャパシタＣa1、および第２のキャパシタモジュール２２０のキャパシタＣb1は互いに並列に接続されている。エネルギ貯蔵インダクタＬは放電を行う。エネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電流ＩLは３つの電流ＩL1～ＩL3に分割される。すなわち、ＩL1＝ＩL2＝ＩL3＝ＩL／３である。一方、エネルギ貯蔵インダクタＬ内の貯蔵エネルギは、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、ならびにキャパシタＣa1およびＣb1に移される。エネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電圧ＶLは（－ＶO）に等しい。すなわち、ＶL＝－ＶOである。すなわち、第２の動作モードＭｏｄｅ２は放電モードである。
【0027】
図２Ｃは、従来の電圧変換器、および本出願の電圧変換器におけるエネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電圧ＶLの変化を示す概略タイミング波形図である。図２Ｄは、従来の電圧変換器、および本出願の電圧変換器におけるエネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ貯蔵エネルギおよびインダクタ電力Ｐの変化を示す概略タイミング波形図である。点線は従来の電圧変換器を表しており、実線は本出願の電圧変換器を表している。従来の電圧変換器は、電源、２つのスイッチング素子、エネルギ貯蔵インダクタ、およびエネルギ貯蔵キャパシタを備えている。本出願の電圧変換器２００と比較して、従来の電圧変換器は、キャパシタモジュール２１０～２３０を備えていない。本出願の電圧変換器２００、および従来の電圧変換器の動作条件は、４８Ｖの入力電圧Ｖi、１２Ｖの出力電圧ＶO、および１４４Ｗの出力電力を含んでいる。さらに、本出願の電圧変換器２００では、第１のキャパシタモジュール２１０および第２のキャパシタモジュール２２０がイネーブル状態にあり、第３のキャパシタモジュール２３０がディスエーブル状態にある。
【0028】
図２Ｃに示される点線を参照してほしい。従来の電圧変換器が、第１の動作モードＭｏｄｅ１（すなわち、充電モード）において動作させられると、インダクタ電圧ＶLは＋３６Ｖに等しい、すなわち、ＶL＝Ｖi－ＶO＝４８－１２である。さらに、従来の電圧変換器が、第２の動作モードＭｏｄｅ２（すなわち、放電モード）において動作させられると、インダクタ電圧ＶLは－１２Ｖに等しい。本発明の電圧変換器２００では、２つのキャパシタモジュール２１０および２２０が、イネーブル状態にある。図２Ｃに示される実線を参照してほしい。本出願の電圧変換器２００が、第１の動作モードＭｏｄｅ１（すなわち、充電モード）において動作させられると、インダクタ電圧ＶLは＋１２Ｖに等しい、すなわち、ＶL＝Ｖi－３ＶO＝４８－３６である。本出願の電圧変換器２００が、第２の動作モードＭｏｄｅ２（すなわち、放電モード）において動作させられると、インダクタ電圧ＶLは－５Ｖに等しい。明らかに、第１の動作モードＭｏｄｅ１では、インダクタ電圧ＶLは、本出願の電圧変換器２００を使用することにより、効果的に低減され得る。すなわち、エネルギ貯蔵インダクタＬの両端の最高電圧が低減される。
【0029】
図２Ｄに示される点線を参照してほしい。従来の電圧変換器が、第１の動作モードＭｏｄｅ１（すなわち、充電モード）において動作させられると、エネルギ貯蔵インダクタＬの最高インダクタ電力Ｐは＋５１１Ｗである。本発明の電圧変換器２００では、キャパシタモジュール２１０および２２０が、イネーブル状態にある。図２Ｄに示される実線を参照してほしい。本出願の電圧変換器２００が、第１の動作モードＭｏｄｅ１（すなわち、充電モード）において動作させられると、エネルギ貯蔵インダクタＬの最高インダクタ電力Ｐは＋８９Ｗである。さらに、第１の動作モードＭｏｄｅ１（すなわち、充電モード）では、動作時間ｔに対するインダクタ電力Ｐの積分により、本出願の電圧変換器２００のインダクタ貯蔵エネルギを得ることができる。従来の電圧変換器のインダクタ貯蔵エネルギと、電圧変換器２００のインダクタ貯蔵エネルギとの間の比較も理解され得る。本出願の電圧変換器２００のインダクタ貯蔵エネルギは、従来の電圧変換器のインダクタ貯蔵エネルギよりも低い。たとえば、各サイクルにおける、従来の電圧変換器の最高貯蔵エネルギは１０７７μＪであり、各サイクルにおける、本出願の電圧変換器２００の最高貯蔵エネルギは３５８μＪである。明らかに、本電圧変換器２００の使用により、エネルギ貯蔵インダクタＬの誘導エネルギ転換を効果的に低減することができる。
【0030】
図３Ａおよび３Ｂは、１つのキャパシタモジュールがイネーブルされた、本出願の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。第１のキャパシタモジュール２１０がイネーブル状態にあり、第２のキャパシタモジュール２２０および第３のキャパシタモジュール２３０がディスエーブル状態にある。
【0031】
図３Ａに示されるように、第１の動作モードＭｏｄｅ１では、スイッチング素子ＳＷ1はオン状態にあり、スイッチング素子ＳＷ2はオフ状態にある。第１のキャパシタモジュール２１０では、第１のスイッチング回路ＳＷa1はオン状態にあり、第２のスイッチング回路ＳＷa2はオフ状態にあり、ならびに、第３のスイッチング回路ＳＷa3はオフ状態にある。本実施形態では、第２のキャパシタモジュール２２０および第３のキャパシタモジュール２３０はディスエーブル状態にある。よって、第２のキャパシタモジュール２２０および第３のキャパシタモジュール２３０では、第２のスイッチング回路ＳＷb2およびＳＷc2はオン状態にあり、第１のスイッチング回路ＳＷb1およびＳＷc1はオフ状態にあり、ならびに、第３のスイッチング回路ＳＷb3およびＳＷc3はオフ状態にある。この状況下で、エネルギ貯蔵インダクタＬ、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、および第１のキャパシタモジュール２１０のキャパシタＣa1は互いに直列に接続されている。電源２０５は、エネルギ貯蔵インダクタＬ、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、およびキャパシタＣa1を充電するために入力電圧Ｖiを供給する。エネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電流ＩLは増加する。インダクタ電圧ＶLは、（Ｖi－２ＶO）に等しい、すなわち、ＶL＝Ｖi－２ＶOである。すなわち、第１の動作モードＭｏｄｅ１は充電モードである。
【0032】
図３Ｂに示されるように、第２の動作モードＭｏｄｅ２では、スイッチング素子ＳＷ2はオン状態にあり、スイッチング素子ＳＷ1はオフ状態にある。第１のキャパシタモジュール２１０では、第１のスイッチング回路ＳＷa1はオフ状態にあり、第２のスイッチング回路ＳＷa2はオン状態にあり、ならびに、第３のスイッチング回路ＳＷa3はオン状態にある。本実施形態では、第２のキャパシタモジュール２２０および第３のキャパシタモジュール２３０はディスエーブル状態にある。よって、第２のキャパシタモジュール２２０および第３のキャパシタモジュール２３０では、第１のスイッチング回路ＳＷb1およびＳＷc1、第２のスイッチング回路ＳＷb2およびＳＷc2、ならびに第３のスイッチング回路ＳＷb3およびＳＷc3はオフ状態にある。この状況下で、エネルギ貯蔵インダクタＬ、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、および第１のキャパシタモジュール２１０のキャパシタＣa1は互いに並列に接続されている。エネルギ貯蔵インダクタＬは放電を行う。エネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電流ＩLは２つの電流ＩL1、ＩL2に分割される。すなわち、ＩL1＝ＩL2＝ＩL／２である。一方、エネルギ貯蔵インダクタＬ内の貯蔵エネルギは、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、およびキャパシタＣa1に移される。エネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電圧ＶLは（－ＶO）に等しい。すなわち、ＶL＝－ＶOである。すなわち、第２の動作モードＭｏｄｅ２は放電モードである。
【0033】
明らかに、１つのキャパシタモジュールが第１の動作モードＭｏｄｅ１においてイネーブルされると、インダクタ電圧ＶLは、本出願の電圧変換器２００を使用することにより、効果的に低減され得る。さらに、本出願の電圧変換器２００の使用は、エネルギ貯蔵インダクタＬの誘導エネルギ転換を効果的に低減させ得る。
【0034】
図１Ａに示される上記実施形態では、電圧変換器２００は、互いに接続された３つのキャパシタモジュール２１０～２３０を備えている。なお、電圧変換器内のキャパシタモジュールの数は制限されない。すなわち、本出願の電圧変換器は、少なくとも１つのキャパシタモジュールを備え得る。
【0035】
たとえば、電圧変換器はＮ個のキャパシタモジュールを備えており、Ｎ個のキャパシタモジュールはノードｃとノードｄとの間に接続されており、Ｎは正の整数である。
【0036】
たとえば、図１Ａに示される実施形態では、電圧変換器２００は、少なくとも２つのキャパシタモジュール（たとえば、Ｎ＝３）を備えている。これらのキャパシタモジュールでは、第１のキャパシタモジュールの第１端は、ノードｃに接続され、他のキャパシタモジュールそれぞれの第１端は、その前のキャパシタモジュールの第２端に接続され、そして最後のキャパシタモジュール（すなわち、第Ｎのキャパシタモジュール）の第２端はノードｄに接続される。さらに、電圧変換器２００が、単一のキャパシタモジュール（すなわち、Ｎ＝１）を備えている場合、キャパシタモジュールの第１端はノードｃに接続され、キャパシタモジュールの第２端はノードｄに接続される。
【0037】
さらに、電圧変換器が通常の動作状態にある場合、電圧変換器内のＭ個のキャパシタモジュールが、動作するように選択され得る。コントローラの制御下で、Ｍ個のキャパシタモジュールはイネーブル状態にあり、その他の（Ｎ－Ｍ）個のキャパシタモジュールはディスエーブル状態にあり、このとき、Ｍは正の整数であり、および、Ｍは、Ｎに対して小さく、または等しい。
【0038】
すなわち、電圧変換器が第１の動作モードＭｏｄｅ１（すなわち、充電モード）で動作させられる場合、Ｍ個のイネーブルされたキャパシタモジュール内のＭ個のキャパシタ、エネルギ貯蔵インダクタＬ、およびエネルギ貯蔵キャパシタＣOは互いに直列に接続される。さらに、電源は、Ｍ個のイネーブルされたキャパシタモジュール内のＭ個のキャパシタ、エネルギ貯蔵インダクタＬ、およびエネルギ貯蔵キャパシタＣOを充電するために、入力電圧Ｖiを供給する。
【0039】
さらに、電圧変換器が第２の動作モードＭｏｄｅ２（すなわち、放電モード）で動作させられる場合、Ｍ個のイネーブルされたキャパシタモジュール内のＭ個のキャパシタ、エネルギ貯蔵インダクタＬ、およびエネルギ貯蔵キャパシタＣOは互いに並列に接続される。エネルギ貯蔵インダクタＬ内の貯蔵エネルギは、Ｍ個のイネーブルされたキャパシタモジュール内のＭ個のキャパシタ、およびエネルギ貯蔵キャパシタＣOに移される。
【0040】
図４は、本出願の第２の実施形態による電圧変換器を示す概略回路図である。第１の実施形態の電圧変換器２００と比較して、第２の実施形態の電圧変換器５００は、接続要素５１０をさらに備える。接続要素５１０は、ノードｅとノードｄとの間に結合される。たとえば、接続要素５１０はスイッチング素子ＳＷ3、または短絡回路素子である。
【0041】
たとえば、接続要素５１０が短絡回路素子である場合、ノードｅおよびノードｄは、互いに直接接続される。すなわち、接続要素５１０が短絡回路素子である場合、第２の実施形態の電圧変換器５００の構造は、第１の実施形態の電圧変換器２００の構造と同じである。電力変換器５００が、第１の動作モードＭｏｄｅ１または第２の動作モードＭｏｄｅ２で動作させられる場合、コントローラ５８０は、スイッチング素子ＳＷ1およびＳＷ2、ならびにスイッチング回路ＳＷa1～ＳＷa3、ＳＷb1～ＳＷb3、およびＳＷc1～ＳＷc3を制御するための制御信号セットＳｃを発生させる。
【0042】
以下、スイッチング素子ＳＷ3は、接続要素５１０として説明される。第２の実施形態の電圧変換器５００の動作は以下のように示される。スイッチング素子ＳＷ3は制御信号Ｓc3を受け取る。コントローラ５８０は制御信号セットＳcを発生させる。制御信号セットＳcは、電圧変換器５００内のスイッチング素子ＳＷ1～ＳＷ3、ならびにスイッチング回路ＳＷa1～ＳＷa3、ＳＷb1～ＳＷb3、およびＳＷc1～ＳＷc3の接続状態を制御するための複数の制御信号を含んでいる。
【0043】
第２の実施形態では、電圧変換器５００内のスイッチング素子ＳＷ3の配置により、電圧変換器５００の動作が、より柔軟になる。たとえば、第１の実施形態の電圧変換器２００内の１つのキャパシタモジュールが、動作するように選択される場合、回路設計、および電流の流れ方向のために、第１のキャパシタモジュール２１０のみが、イネーブル状態にあるように選択され得る。しかし、第２の実施形態の電圧変換器５００内の１つのキャパシタモジュールが、動作するように選択される場合、第１のキャパシタモジュール２１０または第３のキャパシタモジュール２３０が、イネーブル状態にあるように柔軟に選択され得る。
【0044】
さらに、第１の実施形態の電圧変換器２００内の２つのキャパシタモジュールが、動作するように選択される場合、回路設計、および電流の流れ方向のために、第１のキャパシタモジュール２１０および第２のキャパシタモジュール２２０のみが、イネーブル状態にあるように選択され得る。しかし、第２の実施形態の電圧変換器５００内の２つのキャパシタモジュールが、動作するように選択される場合、第１のキャパシタモジュール２１０、第２のキャパシタモジュール２２０、および第３のキャパシタモジュール２３０のいずれか２つが、イネーブル状態にあるように柔軟に選択され得る。その理由については、以下にさらに詳細に説明される。
【0045】
図５Ａおよび５Ｂは、第３のキャパシタモジュールがイネーブル状態にあるように選択された、第２の実施形態の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。
【0046】
図５Ａに示されるように、第１の動作モードＭｏｄｅ１では、スイッチング素子ＳＷ1はオン状態にあり、スイッチング素子ＳＷ2はオフ状態にあり、および、接続要素５１０としてのスイッチング素子ＳＷ3はオフ状態にある。本実施形態では、第１のキャパシタモジュール２１０および第２のキャパシタモジュール２２０は、ディスエーブルされている。第１のキャパシタモジュール２１０では、第２のスイッチング回路ＳＷa2はオン状態にあり、第１のスイッチング回路ＳＷa1および第３のスイッチング回路ＳＷa3はオフ状態にある。第２のキャパシタモジュール２２０では、３つのスイッチング回路ＳＷb1～ＳＷb3はオフ状態にある。第３のキャパシタモジュール２３０では、第１のスイッチング回路ＳＷc1および第２のスイッチング回路ＳＷc2はオン状態にあり、第３のスイッチング回路ＳＷc3はオフ状態にある。この状況下で、エネルギ貯蔵インダクタＬ、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、および第３のキャパシタモジュール２３０のキャパシタＣc1が互いに直列に接続されている。電源２０５は、エネルギ貯蔵インダクタＬ、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、およびキャパシタＣc1を充電するために、入力電圧Ｖiを供給する。エネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電流ＩLは増加する。インダクタ電圧ＶLは、（Ｖi－２ＶO）に等しい、すなわち、ＶL＝Ｖi－２ＶOである。すなわち、第１の動作モードＭｏｄｅ１は充電モードである。
【0047】
図５Ｂに示されるように、第２の動作モードＭｏｄｅ２では、スイッチング素子ＳＷ2はオン状態にあり、スイッチング素子ＳＷ1はオフ状態にあり、および、接続要素５１０としてのスイッチング素子ＳＷ3はオン状態にある。本実施形態では、第１のキャパシタモジュール２１０および第２のキャパシタモジュール２２０は、ディスエーブルされている。第１のキャパシタモジュール２１０では、第２のスイッチング回路ＳＷa2はオン状態にあり、第１のスイッチング回路ＳＷa1および第３のスイッチング回路ＳＷa3はオフ状態にある。第２のキャパシタモジュール２２０では３つのスイッチング回路ＳＷb1～ＳＷb3はオフ状態にある。第３のキャパシタモジュール２３０では、第１のスイッチング回路ＳＷc1はオフ状態にあり、第２のスイッチング回路ＳＷc2および第３のスイッチング回路ＳＷc3はオン状態にある。この状況下で、エネルギ貯蔵インダクタＬ、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、および第３のキャパシタモジュール２３０のキャパシタＣc1が互いに並列に接続されている。エネルギ貯蔵インダクタＬは放電を行う。エネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電流ＩLは２つの電流ＩL1およびＩL2に分割される。すなわち、ＩL1＝ＩL2＝ＩL／２である。一方、エネルギ貯蔵インダクタＬ内の貯蔵エネルギは、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、およびキャパシタＣc1に移される。エネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電圧ＶLは（－ＶO）に等しい。すなわち、ＶL＝－ＶOである。すなわち、第２の動作モードＭｏｄｅ２は放電モードである。
【0048】
図６Ａおよび６Ｂは、第１のキャパシタモジュールおよび第３のキャパシタモジュールがイネーブル状態にあるように選択された、第２の実施形態の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。
【0049】
図６Ａに示されるように、第１の動作モードＭｏｄｅ１では、スイッチング素子ＳＷ1はオン状態にあり、スイッチング素子ＳＷ2はオフ状態にあり、および、接続要素５１０としてのスイッチング素子ＳＷ3はオフ状態にある。第１のキャパシタモジュール２１０では、第１のスイッチング回路ＳＷa1はオン状態にあり、第２のスイッチング回路ＳＷa2および第３のスイッチング回路ＳＷa3はオフ状態にある。本実施形態では、第２のキャパシタモジュール２２０はディスエーブルされている。よって、第２のキャパシタモジュール２２０では、第２のスイッチング回路ＳＷb2はオン状態にあり、第１のスイッチング回路ＳＷb1および第３のスイッチング回路ＳＷb3はオフ状態にある。第３のキャパシタモジュール２３０では、第１のスイッチング回路ＳＷc1および第２のスイッチング回路ＳＷc2はオン状態にあり、第３のスイッチング回路ＳＷc3はオフ状態にある。この状況下で、エネルギ貯蔵インダクタＬ、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、第１のキャパシタモジュール２１０のキャパシタＣa1、および第３のキャパシタモジュール２３０のキャパシタＣc1が互いに直列に接続されている。電源２０５は、エネルギ貯蔵インダクタＬ、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、ならびに、キャパシタＣa1およびＣc1を充電する。エネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電流ＩLは増加する。インダクタ電圧ＶLは、（Ｖi－３ＶO）に等しい、すなわち、ＶL＝Ｖi－３ＶOである。すなわち、第１の動作モードＭｏｄｅ１は充電モードである。
【0050】
図６Ｂに示されるように、第２の動作モードＭｏｄｅ２では、スイッチング素子ＳＷ2はオン状態にあり、スイッチング素子ＳＷ1はオフ状態にあり、および、接続要素５１０としてのスイッチング素子ＳＷ3はオン状態にある。第１のキャパシタモジュール２１０では、第１のスイッチング回路ＳＷa1はオフ状態にあり、第２のスイッチング回路ＳＷa2および第３のスイッチング回路ＳＷa3はオン状態にある。本実施形態では、第２のキャパシタモジュール２２０はディスエーブルされている。よって、第２のキャパシタモジュール２２０では、３つのスイッチング回路ＳＷb1～ＳＷb3はオフ状態にある。第３のキャパシタモジュール２３０では、第１のスイッチング回路ＳＷc1はオフ状態にあり、第２のスイッチング回路ＳＷc2および第３のスイッチング回路ＳＷc3はオン状態にある。この状況下で、エネルギ貯蔵インダクタＬ、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、第１のキャパシタモジュール２１０のキャパシタＣa1、および第３のキャパシタモジュール２３０のキャパシタＣc1が互いに並列に接続されている。エネルギ貯蔵インダクタＬは放電を行う。エネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電流ＩLは３つの電流ＩL1、ＩL2、およびＩL3に分割される。すなわち、ＩL1＝ＩL2＝ＩL3＝ＩL／３である。一方、エネルギ貯蔵インダクタＬの貯蔵エネルギは、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、ならびにキャパシタＣa1およびＣc1に移される。エネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電圧ＶLは（－ＶO）に等しい。すなわち、ＶL＝－ＶOである。すなわち、第２の動作モードＭｏｄｅ２は放電モードである。
【0051】
図７Ａおよび７Ｂは、第２のキャパシタモジュールおよび第３のキャパシタモジュールがイネーブル状態にあるように選択された、第２の実施形態の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。
【0052】
図７Ａに示されるように、第１の動作モードＭｏｄｅ１では、スイッチング素子ＳＷ1がオン状態にあり、スイッチング素子ＳＷ2がオフ状態にあり、および接続要素５１０としてのスイッチング素子ＳＷ3がオフ状態にある。本実施形態では、第１のキャパシタモジュール２１０はディスエーブルされている。よって、第１のキャパシタモジュール２１０では、第２のスイッチング回路ＳＷa2がオン状態にあり、第１のスイッチング回路ＳＷa1および第３のスイッチング回路ＳＷa3がオフ状態にある。第２のキャパシタモジュール２２０では、第３のスイッチング回路ＳＷb3がオフ状態にあり、第１のスイッチング回路ＳＷb1および第２のスイッチング回路ＳＷb2がオン状態にある。第３のキャパシタモジュール２３０では、第１のスイッチング回路ＳＷc1がオン状態にあり、第２のスイッチング回路ＳＷc2および第３のスイッチング回路ＳＷc3がオフ状態にある。この状況下で、エネルギ貯蔵インダクタＬ、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、第２のキャパシタモジュール２２０のキャパシタＣb1、および第３のキャパシタモジュール２３０のキャパシタＣc1が互いに直列に接続されている。電源２０５は、エネルギ貯蔵インダクタＬ、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、ならびにキャパシタＣb1およびＣc1を充電するために、入力電圧Ｖiを供給する。エネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電流ＩLは増加する。インダクタ電圧ＶLは、（Ｖi－３ＶO）に等しい、すなわち、ＶL＝Ｖi－３ＶOである。すなわち、第１の動作モードＭｏｄｅ１は充電モードである。
【0053】
図７Ｂに示されるように、第２の動作モードＭｏｄｅ２では、スイッチング素子ＳＷ2がオン状態にあり、スイッチング素子ＳＷ1がオフ状態にあり、および接続要素５１０としてのスイッチング素子ＳＷ3がオン状態にある。本実施形態では、第１のキャパシタモジュール２１０はディスエーブルされている。よって、第１のキャパシタモジュール２１０では、第２のスイッチング回路ＳＷa2がオン状態にあり、第１のスイッチング回路ＳＷa1および第３のスイッチング回路ＳＷa3がオフ状態にある。第２のキャパシタモジュール２２０では、第１のスイッチング回路ＳＷb1がオフ状態にあり、第２のスイッチング回路ＳＷb2および第３のスイッチング回路ＳＷb3がオン状態にある。第３のキャパシタモジュール２３０では、第１のスイッチング回路ＳＷc1がオフ状態にあり、第２のスイッチング回路ＳＷc2および第３のスイッチング回路ＳＷc3がオン状態にある。この状況下で、エネルギ貯蔵インダクタＬ、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、第２のキャパシタモジュール２２０のキャパシタＣb1、および第３のキャパシタモジュール２３０のキャパシタＣc1が互いに並列に接続されている。エネルギ貯蔵インダクタＬは放電を行う。エネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電流ＩLは３つの電流ＩL1、ＩL2、およびＩL3に分割される。すなわち、ＩL1＝ＩL2＝ＩL3＝ＩL／３である。一方、エネルギ貯蔵インダクタＬ内の貯蔵エネルギは、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、ならびにキャパシタＣb1およびＣc1に移される。エネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電圧ＶLは（－ＶO）に等しい。すなわち、ＶL＝－ＶOである。すなわち、第２の動作モードＭｏｄｅ２は放電モードである。
【0054】
第１の実施形態の電圧変換器２００および第２の実施形態の電圧変換器５００では、電源２０５により供給される入力電圧ＶiはＤＣ電圧である。一部の他の実施形態では、電源２０５により供給される入力電圧Ｖiは、整流された電圧である。さらに、電圧変換器２００および５００では、選択されるキャパシタモジュールの数は、整流された電圧と出力電圧との間の関係により、定められ得る。よって、電圧変換器の性能が高められる。
【0055】
一実施形態では、電圧変換器において選択されるキャパシタモジュールの最大数は、Ｍ＝［Ｖi／ＶO－１］として表される。すなわち、括弧内の算出値の小数点以下が無条件に切り捨てられた後、整数Ｍが得られる。この意味合いで、選択されるキャパシタモジュールの最大数Ｍは、エネルギ貯蔵インダクタＬ内の貯蔵エネルギを最小値まで低減させるための、イネーブルされるキャパシタモジュールの最大数を表す。実際には、より小さい数のキャパシタモジュール（たとえば、Ｍ個よりも少ないキャパシタモジュール）が、電圧変換器において使用される。Ｍ個よりも少ないキャパシタモジュールが本出願の電圧変換器において使用された場合にも、エネルギ貯蔵インダクタＬ内の貯蔵エネルギを低減させる効果が、従来の電圧変換器と比較して高められる。一般に、電圧変換器がＤＣ－ＤＣ電圧変換器である場合、入力電圧は固定電圧である。この状況下では、電圧変換器において選択されるキャパシタモジュールの最大数が実現可能である。しかし、電圧変換器の入力電圧が、交流電圧の整流により得られる整流された電圧である場合、入力電圧は固定でない。この状況下では、イネーブルされるキャパシタモジュールの数は、整流された電圧の電圧値に応じて動的に定められ得る。
【0056】
図８は、非定電圧電源により供給される入力電圧を示す概略タイミング波形図である。本実施形態では、電源２０５は交流電圧を入力電圧Ｖiに変換するための全波整流器を備えており、入力電圧Ｖiは、整流された電圧である。図８では、ＶPKは、整流された電圧のピーク電圧を表す。排他的でないが好ましくは、入力電圧Ｖiが４×ＶOと５×ＶOとの間の範囲内にある場合、電圧変換器内の最大３つのキャパシタモジュールがイネーブル状態にあるように選択される（すなわち、Ｍ＝３）。排他的でないが好ましくは、入力電圧Ｖiが３×ＶOと４×ＶOとの間の範囲内にある場合、電圧変換器内の最大２つのキャパシタモジュールがイネーブル状態にあるように選択される（すなわち、Ｍ＝２）。排他的でないが好ましくは、入力電圧Ｖiが２×ＶOと３×ＶOとの間の範囲内にある場合、電圧変換器内の最大１つのキャパシタモジュールがイネーブル状態にあるように選択される（すなわち、Ｍ＝１）。入力電圧Ｖiが１×ＶOと２×ＶOとの間の範囲内にある場合、電圧変換器内のすべてのキャパシタモジュールがディスエーブル状態にあるように選択される（すなわち、Ｍ＝０）。
【0057】
たとえば、出力電圧ＶOが＋４０Ｖである。整流された電圧（すなわち、入力電圧Ｖi）が４０Ｖと８０Ｖとの間の範囲内にある場合、電圧変換器内のゼロ個のキャパシタモジュール（すなわち、Ｍ＝０）が、動作するように選択され得る。整流された電圧（すなわち、入力電圧Ｖi）が８０Ｖと１２０Ｖとの間の範囲内にある場合、電圧変換器内の１つのキャパシタモジュール（すなわち、Ｍ＝１）が、動作するように選択され得る。整流された電圧（すなわち、入力電圧Ｖi）が１２０Ｖと１６０Ｖとの間の範囲内にある場合、電圧変換器内の２つのキャパシタモジュール（すなわち、Ｍ＝２）が、動作するように選択され得る。整流された電圧（すなわち、入力電圧Ｖi）が１６０Ｖと２００Ｖとの間の範囲内にある場合、電圧変換器内の３つのキャパシタモジュール（すなわち、Ｍ＝３）が、動作するように選択され得る。
【0058】
さらに、第１の実施形態の電圧変換器２００および第２の実施形態の電圧変換器５００では、スイッチング素子ＳＷ1、ＳＷ2、およびＳＷ3、ならびにスイッチング回路ＳＷa1～ＳＷa3、ＳＷb1～ＳＷb3、およびＳＷc1～ＳＷc3は、種々のアクティブスイッチにより実現され得る。たとえば、アクティブスイッチは、パワーＭＯＳＦＥＴトランジスタ、ＩＧＢＴトランジスタ、ＧａＮ ＭＯＳＦＥＴトランジスタ、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴトランジスタ、またはいずれかの他の適切なパワートランジスタを含んでいる。いくつかの他の実施形態では、スイッチング素子ＳＷ2がダイオードにより実現される。以下の実施形態では、スイッチング回路としてパワートランジスタを備えるキャパシタモジュールが示される。
【0059】
図９は、パワートランジスタを使用したキャパシタモジュールを示す概略回路図である。キャパシタモジュール７００は、第１端ａ１、第２端ａ２、キャパシタＣ1、第１のトランジスタＱ1、第２のトランジスタＱ2、および第３のトランジスタＱ3を備えている。トランジスタＱ1～Ｑ3それぞれは、第１のドレイン／ソース端子、第２のドレイン／ソース端子、およびゲート端子を備えている。
【0060】
キャパシタモジュール７００の第１端ａ１は、キャパシタＣ1の第１の端子に接続されている。第１のトランジスタＱ1の第１のドレイン／ソース端子は、キャパシタＣ1の第２の端子に接続されている。第１のトランジスタＱ1の第２のドレイン／ソース端子は、キャパシタモジュール７００の第２端ａ２に接続されている。第１のトランジスタＱ1のゲート端子は制御信号Ｓca1を受け取る。第２のトランジスタＱ2の第１のドレイン／ソース端子は、キャパシタモジュール７００の第１端ａ１に接続されている。第２のトランジスタＱ2のゲート端子は制御信号Ｓca2を受け取る。第３のトランジスタＱ3の第１のドレイン／ソース端子は、キャパシタＣ1の第２の端子に接続されている。第３のトランジスタＱ3のゲート端子は制御信号Ｓca3を受け取る。さらに、第２のトランジスタＱ2の第２のドレイン／ソース端子は電圧変換器のノードｅに接続されており、第３のトランジスタＱ3の第２のドレイン／ソース端子は電圧変換器のノードｂに接続されている。実際には、キャパシタモジュール２１０～２３０のいずれかが、キャパシタモジュール７００により、実現され得る。
【0061】
図１０Ａは、本出願の第３の実施形態による電圧変換器を示す概略回路図である。第１の実施形態の電圧変換器２００と比較して、第３の実施形態の電圧変換器９００は、エネルギ貯蔵インダクタＬおよび第２のスイッチング素子ＳＷ2を備えていない。さらに、ノードａが、第１のキャパシタモジュール２１０の第１端ａ１に直接接続されている。第３の実施形態の電圧変換器９００の関連付けられたコンポーネント間の接続関係は、第１の実施形態のものと同様であり、本明細書中、重複して説明されない。
【0062】
同様に、コントローラ２８０は、制御信号セットＳcを発生させる。制御信号セットＳcは、電圧変換器９００内の、スイッチング素子ＳＷ1、ならびにスイッチング回路ＳＷa1～ＳＷa3、ＳＷb1～ＳＷb3、およびＳＷc1～ＳＷc3の接続状態を制御するための、複数の制御信号Ｓc1、Ｓca1～Ｓca3、Ｓcb1～Ｓcb3、およびＳcc1～Ｓcc3を含む。よって、第３の実施形態の電圧変換器９００内の任意の数のキャパシタモジュールが、動作するように選択され得る。簡潔にするために、イネーブルされた３つのキャパシタモジュールを有する電圧変換器９００が、以下のように示される。簡潔にするために、コントローラ２８０の動作、ならびに制御信号Ｓc1、Ｓca1～Ｓca3、Ｓcb1～Ｓcb3、およびＳcc1～Ｓcc3に関する説明は割愛される。すなわち、スイッチング素子ＳＷ1、ならびにスイッチング回路ＳＷa1～ＳＷa3、ＳＷb1～ＳＷb3、およびＳＷc1～ＳＷc3の状態だけが、以下のように説明される。
【0063】
図１０Ｂおよび１０Ｃは、第３の実施形態の電圧変換器の動作を示す概略回路図である。電圧変換器９００が通常動作状態にある場合、電圧変換器９００の動作モードは、第１の動作モードＭｏｄｅ１と第２の動作モードＭｏｄｅ２との間で切り替えられる。
【0064】
図１０Ｂに示されるように、第１の動作モードＭｏｄｅ１では、スイッチング素子ＳＷ1はオン状態にある。３つのキャパシタモジュール２１０、２２０、および２３０では、第１のスイッチング回路ＳＷa1、ＳＷb1、およびＳＷc1はオン状態にあり、第２のスイッチング回路ＳＷa2、ＳＷb2、およびＳＷc2はオフ状態にあり、第３のスイッチング回路ＳＷa3、ＳＷb3、およびＳＷc3はオフ状態にある。この状況下では、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、ならびにキャパシタモジュール２１０、２２０、および２３０のキャパシタＣa1、Ｃb1、およびＣc1は、互いに直列に接続されている。電源２０５の入力電圧Ｖiは、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、ならびにキャパシタＣa1、Ｃb1、およびＣc1を充電するために、充電電流ＩCHGを供給する。一方、電圧変換器９００の出力電圧ＶOは、入力電圧Ｖiの１／４に等しい、すなわち、Ｖi＝４ＶOである。
【0065】
図１０Ｃに示されるように、第２の動作モードＭｏｄｅ２では、スイッチング素子ＳＷ1はオフ状態にある。３つのキャパシタモジュール２１０、２２０、および２３０では、第１のスイッチング回路ＳＷa1、ＳＷb1、およびＳＷc1はオフ状態にあり、第２のスイッチング回路ＳＷa2、ＳＷb2、およびＳＷc2はオン状態にあり、第３のスイッチング回路ＳＷa3、ＳＷb3、およびＳＷc3はオン状態にある。この状況下では、エネルギ貯蔵キャパシタＣO、ならびにキャパシタモジュール２１０、２２０、および２３０のキャパシタＣa1、Ｃb1、およびＣc1は、互いに並列に接続されている。
【0066】
以上の説明から、本出願は電圧変換器を提供する。第１の実施形態の電圧変換器２００または第２の実施形態の電圧変換器５００が第１の動作モードＭｏｄｅ１（すなわち、充電モード）にある場合、エネルギ貯蔵インダクタＬ、エネルギ貯蔵キャパシタ、および、キャパシタモジュールのキャパシタが、互いに直列に接続されて、充電経路を画定する。よって、エネルギ貯蔵インダクタＬのインダクタ電圧ＶLが低減される。第１の実施形態の電圧変換器２００または第２の実施形態の電圧変換器５００が第２の動作モードＭｏｄｅ２（すなわち、放電モード）にある場合、エネルギ貯蔵インダクタＬ、エネルギ貯蔵キャパシタ、および、キャパシタモジュールのキャパシタが、互いに並列に接続されている。よって、エネルギ貯蔵インダクタＬ内の貯蔵エネルギが、キャパシタモジュールのキャパシタに移される。第３の実施形態の電圧変換器９００が第１の動作モードＭｏｄｅ１（すなわち、充電モード）にある場合、エネルギ貯蔵キャパシタ、および、キャパシタモジュールのキャパシタが、互いに直列に接続されて、充電経路を画定する。第３の実施形態の電圧変換器９００が第２の動作モードＭｏｄｅ２（すなわち、放電モード）にある場合、エネルギ貯蔵キャパシタ、および、キャパシタモジュールのキャパシタが、互いに並列に接続される。
【0067】
本出願は、何が現在最も実用的であり且つ好ましい実施形態であると考えられるかという点で説明されてきたが、本出願が、開示された実施形態に限定されなくてよいことが理解されるであろう。他方で、添付の請求項の趣旨および範囲内に含まれる種々の修正および同様の配置を包含することが意図されており、上記添付の請求項には、そうした修正および同様の構造を包含するように最も広い解釈が与えられる。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】