特許 7539943 電力変換装置および方法

(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】2024-08-16

(45)【発行日】2024-08-26

(54)【発明の名称】電力変換装置および方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/08 20060101AFI20240819BHJP

   H02M 7/487 20070101ALI20240819BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20240819BHJP

【ＦＩ】

H02M1/08 A

H02M7/487

H02M7/48 Z

【請求項の数】 17

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022094404

(22)【出願日】2022-06-10

(65)【公開番号】P2023026317

(43)【公開日】2023-02-24

【審査請求日】2022-06-13

(31)【優先権主張番号】17/401,402

(32)【優先日】2021-08-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100154922

【弁理士】

【氏名又は名称】崔 允辰

(74)【代理人】

【識別番号】100207158

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 研二

(72)【発明者】

【氏名】ディ・パン

(72)【発明者】

【氏名】イチャオ・ジャン

(72)【発明者】

【氏名】ユンタオ・シュ

(72)【発明者】

【氏名】ユカイ・ワン

【審査官】東 昌秋

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１２９５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－５２１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－３４１７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ １／００－１／４４

Ｈ０２Ｍ ７／４２－７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力変換器であって、
ゲート駆動回路のセットと通信可能に結合されるスイッチング素子のセットであって、各ゲート駆動回路は、対応するスイッチング素子にそれぞれの信号を提供するように構成され、前記対応するスイッチング素子は、それぞれの前記信号に切り替え可能に応答する、スイッチング素子のセットと、
制御装置モジュールであって、
前記電力変換器の出力状態を制御するように、および、
前記電力変換器の前記出力状態に基づいて、前記ゲート駆動回路のそれぞれのゲート抵抗およびそれぞれのゲート電流のうちの１つを選択的に変化させるように
構成される制御装置モジュールと
を備え、
前記電力変換器の前記出力状態は、正電圧の出力状態、負電圧の出力状態、および中性電圧の出力状態のうちの１つであり、
前記電力変換器の前記出力状態が前記中性電圧の出力状態となるように決定されるとき、前記制御装置モジュールは、各それぞれのゲート駆動回路におけるそれぞれの速度制御スイッチを選択的に作動させて、それぞれの前記ゲート駆動回路のそれぞれの前記ゲート抵抗を増加させるように構成される、電力変換器。

【請求項2】

前記ゲート駆動回路のそれぞれのゲート抵抗およびそれぞれのゲート電流のうちの１つを前記選択的に変化させることは、前記対応するスイッチング素子のスイッチング速度に変化をもたらす、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項3】

前記ゲート駆動回路のそれぞれのゲート抵抗を前記選択的に変化させることは、各それぞれのゲート駆動回路におけるそれぞれの速度制御スイッチを選択的に動作させることを含む、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項4】

前記電力変換器の前記中性電圧の出力状態は、前記電力変換器の出力電圧のゼロ交差に基づく、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項5】

前記電力変換器の前記出力状態が前記正電圧の出力状態および前記負電圧の出力状態の一方であるとき、前記制御装置モジュールは、それぞれの前記ゲート駆動回路のそれぞれの前記ゲート抵抗を低下させるために、ゲート駆動回路の下位セットの各ゲート駆動回路におけるそれぞれの速度制御スイッチを選択的に作動させるように構成される、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項6】

それぞれの前記ゲート駆動回路におけるそれぞれの前記ゲート抵抗は、それぞれの前記ゲート駆動回路におけるそれぞれの速度制御スイッチの動作に応答して変化可能である、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項7】

前記制御装置モジュールは、前記スイッチング素子の少なくとも下位セットの温度、電圧、電流、およびスイッチング状態のうちの少なくとも１つを決定するように、ならびに、前記電力変換器の前記出力状態と、前記スイッチング素子の少なくとも前記下位セットの温度、電圧、電流、およびスイッチング状態のうちの決定された前記少なくとも１つとに基づいて前記ゲート駆動回路の対応する下位セットのそれぞれのゲート抵抗を選択的に変化させるように、さらに構成される、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項8】

各ゲート駆動回路によって提供されるそれぞれの前記信号はＤＣ電圧信号である、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項9】

電力変換器のフェーズレッグを動作させるための方法であって、前記フェーズレッグは、出力端子と、入力端子のセットと、スイッチの第１のセットとを備え、前記スイッチの第１のセットは、前記入力端子のセットと前記出力端子との間に配置され、ゲート駆動回路のセットのそれぞれのゲート駆動回路に通信可能に結合され、それぞれの前記ゲート駆動回路からのそれぞれの駆動信号に切り替え可能に応答し、前記方法は、
それぞれの前記駆動信号を各ゲート駆動回路から前記スイッチの第１のセットの対応するスイッチへ提供するステップと、
それぞれの前記駆動信号に基づいて前記スイッチの第１のセットを選択的に動作させることによって、前記フェーズレッグの出力状態を、中性出力電圧を有する中性状態、第１の出力電圧を有する第１の状態、および、第２の出力電圧を有する第２の状態のうちの１つとの間で切り替え可能に移行させるステップと、
前記フェーズレッグの前記出力状態に基づいて、前記ゲート駆動回路の下位セットのそれぞれのゲート抵抗およびそれぞれのゲート電流のうちの１つを選択的に変化させるステップと
を含み、
前記フェーズレッグの前記出力状態は、正電圧の出力状態、負電圧の出力状態、および中性電圧の出力状態のうちの１つであり、
前記フェーズレッグの前記出力状態が前記中性電圧の出力状態になるように決定されるとき、前記ゲート駆動回路の前記下位セットの各それぞれのゲート駆動回路におけるそれぞれの速度制御スイッチを選択的に作動させて、それぞれの前記ゲート駆動回路のそれぞれの前記ゲート抵抗を増加させることをさらに含む、方法。

【請求項10】

前記ゲート駆動回路の前記下位セットのそれぞれのゲート抵抗およびそれぞれのゲート電流のうちの１つを前記選択的に変化させるステップは、対応するスイッチング素子の下位セットのスイッチング速度に変化をもたらす、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記ゲート駆動回路の前記下位セットのそれぞれのゲート抵抗を前記選択的に変化させるステップは、それぞれの前記ゲート駆動回路の前記ゲート抵抗の増加または低下の一方を行うために、前記ゲート駆動回路の前記下位セットのそれぞれのゲート駆動回路におけるそれぞれの速度制御スイッチを選択的に動作させることを含む、請求項９に記載の方法。

【請求項12】

前記正電圧は前記第１の出力電圧であり、前記負電圧は前記第２の出力電圧であり、かつ前記中性電圧は前記中性出力電圧である、請求項９に記載の方法。

【請求項13】

前記フェーズレッグの前記中性電圧の出力状態は、前記フェーズレッグの出力電圧のゼロ交差に基づく、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記フェーズレッグの前記出力状態が正電圧の出力状態および負電圧の出力状態の一方であるとき、それぞれの前記ゲート駆動回路のそれぞれの前記ゲート抵抗を低下させるために、ゲート駆動回路の前記下位セットの各ゲート駆動回路におけるそれぞれの速度制御スイッチを選択的に作動させることをさらに含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記ゲート駆動回路の下位セットのそれぞれのゲート抵抗およびそれぞれのゲート電流のうちの１つを前記選択的に変化させるステップは、ゲート駆動回路の前記下位セットの各ゲート駆動回路におけるそれぞれの速度制御スイッチを動作させることを含む、請求項９に記載の方法。

【請求項16】

前記スイッチの第１のセットの少なくとも下位セットの温度、電圧、電流、およびスイッチング状態のうちの少なくとも１つを決定するステップと、前記フェーズレッグの前記出力状態と、前記スイッチの第１のセットの少なくとも下位セットの温度、電圧、電流、およびスイッチング状態のうちの決定された前記少なくとも１つとに基づいて前記ゲート駆動回路の対応する下位セットのそれぞれのゲート抵抗を選択的に変化させるステップとをさらに含む、請求項９に記載の方法。

【請求項17】

各ゲート駆動回路によって提供されるそれぞれの前記駆動信号はＤＣ電圧信号である、請求項９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願への相互参照
本出願は、２０２１年８月１３日に出願された米国特許出願第１７／４０１，４０２号への優先権、およびその便益を主張し、本明細書においてその全体が組み込まれている。

【0002】

連邦政府により資金援助された研究および開発に関する記載
本発明は、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ｓｐａｃｅ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ（ＮＡＳＡ）によって与えられた契約番号８０ＧＲＣ０１９Ｃ００１４の下で、政府の支援により行われた。政府は本発明において一定の権利を有する。

【0003】

本開示は、電力変換器と、電力変換器を動作させる方法とに関し、より詳細には、電力変換器のためのアクティブゲート駆動回路に関する。

【背景技術】

【0004】

３レベルのアクティブニュートラルポイントクランプ（ＡＮＰＣ）変換器などの従来の電力変換器は、直流電流（ＤＣ）電力を、３レベルの出力を有する交流電流（ＡＣ）電力に変換するために用いられる。これらのＡＮＰＣ変換器は、電力変換において助けとなるスイッチのセットを用いる。典型的には、炭化ケイ素（ＳｉＣ）金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのＳｉＣスイッチを用いるＡＮＰＣ変換器が、高電圧または高電力に耐えることが望ましいときに使用される。各々のスイッチは、スイッチを伝導状態と非伝導状態との間で移行させるために、制御信号をスイッチのゲート端子に選択的に提供することができるそれぞれのゲート駆動回路によって動作させられ得るか、またはトグルスイッチで切り替えられ得る。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

当業者に向けられた、最良のモードを含む本記載の完全かつ有効な開示が、添付の図を参照する本明細書において述べられている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本明細書に記載されている様々な態様による、３レベルＡＮＰＣ変換器のブロック図である。

【図2】本明細書に記載されている様々な態様による、図１のＡＮＰＣ変換器のフェーズレッグの概略図である。

【図3】本明細書に記載されている様々な態様による、図２のフェーズレッグの出力電圧を表す例示的な信号のグラフである。

【図4】本明細書に記載されている様々な態様による、図３の出力電圧を生成するための図２のフェーズレッグの動作状態の移行を示す状態図である。

【図5】従来のゲート駆動回路を示す図である。

【図6】本明細書に記載されている様々な態様による、ゲート駆動回路の概略図である。

【図7】本明細書に記載されている様々な態様による、電力変換器のフェーズレッグを動作させる方法の流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本開示の態様は、回路によって実施される機能に拘わらず、回路での任意の環境、装置、または方法において実施され得る。

【0008】

本明細書で使用されているように、「セット」、または要素の「セット」という用語は、「１つだけ」を含む任意の数の要素であり得る。また、「電圧」、「電流」、および「電力」などの用語が本明細書で使用され得るが、これらの用語が、電気回路の態様、または回路動作を記載するときに相互に関連付けられ得ることが、当業者に明らかであろう。したがって、本明細書で使用されているように、「電力」という用語は、電圧、電流、または、電圧と電流の両方を表すことができる。

【0009】

接続の言及（例えば、取り付けられた、結合された、接続された、および接合された）は、幅広く解釈されるものであり、他に示されていない場合、要素の集まりの間の中間部材、および、要素間の相対移動を含むことができる。それによって、接続の言及は、２つの要素が直接接続され、互いに対して固定した関係であることを必ずしも暗示していない。非限定的な例では、接続または切断は、それぞれの要素の間の電気的接続を提供、有効化、または無効化などをするように選択的に構成され得る。非限定的な例示的な電力分配バスの接続または切断は、バスに適用される電気負荷の電力供給を有効化または無効化するように構成されるスイッチング、バスタイロジック、または任意の他のコネクタを用いて有効化または動作し得る。また、本明細書で使用されているように、「電気的接続」または「電気的に結合された」は、有線または無線での接続を含み得る。例示の図面は、例示の目的のためだけであり、本明細書に添付されている図面において反映された寸法、位置、順番、および相対的な大きさは変化する可能性がある。

【0010】

本明細書で使用されているように、「制御装置」、または、例えば「制御装置モジュール」もしくは「スイッチングモジュール」といった「モジュール」は、動作可能なコンポーネントの動作をもたらすために、コンポーネント命令、制御、動作、または任意の形態の通信を提供するように構成または適合させられるコンポーネントを備え得る。このような制御装置またはモジュールは、限定されることはないが、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、複合プログラム可能ロジックデバイス（ＣＰＬＤ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フルオーソリティデジタルエンジン制御（ＦＡＤＥＣ）、比例制御装置（ＰＣ）、比例積分制御装置（ＰＩ）、比例微分制御装置（ＰＤ）、比例積分微分制御装置（ＰＩＤ）、ハードウェアアクセラレーション論理制御装置（例えば、符号化、復号化、コード変換など）など、またはそれらの組み合わせを含め、任意の知られているプロセッサ、マイクロコントローラ、または論理デバイスを備え得る。別個の要素を備えると本明細書では記載されているが、非限定的な態様において、このような制御装置およびモジュールは、単一のプロセッサまたはマイクロコントローラなどの共用のデバイスを含む、１つまたは複数のデバイスに組み込まれ得る。このような制御装置またはモジュールの非限定的な例は、本明細書に記載されている技術的動作または動作を可能にするまたは達成するために、様々な方法、機能性、処理タスク、計算、比較、または値の感知もしくは測定などを含む、動作または機能の結果をもたらすために、プログラムコードを実行、動作、またはその他の方法で遂行するように構成または適合され得る。動作または機能的結果は、１つもしくは複数の入力、保存されたデータ値、感知もしくは測定された値、または、真もしくは偽の表示などに基き得る。「プログラムコード」と記載されているが、動作可能または遂行可能な命令のセットの非限定的な例には、特定のタスクを実施する技術的効果を有するか、または、特定の抽象データ型を実施するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、アルゴリズムなどがあり得る。別の非限定的な例において、制御装置モジュールまたはスイッチングモジュールが、転移性、揮発性もしくは非一時性、または非揮発性の記憶装置のいずれであれ、記憶装置を含む、プロセッサによってアクセス可能であるデータ保存コンポーネントを備えることができる。記憶装置の追加の非限定的な例には、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、またはディスク、ＤＶＤ、ＣＤ－ＲＯＭ、フラッシュドライブ、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ドライブなどの１つまたは複数の異なる種類のポータブル電子メモリ、または、これらの種類の記憶装置の任意の適切な組み合わせがあり得る。一例では、プログラムコードは、プロセッサによってアクセス可能な機械読み取り可能な形式で、記憶装置内に保存され得る。また、記憶装置は、本明細書に記載されているように、機能的または動作可能な結果に影響を与えるために命令、制御、または動作を提供するとき、プロセッサによってアクセス可能な様々なデータ、データ型、感知もしくは測定されたデータ値、入力、生成もしくは処理されたデータなどを保存することができる。

【0011】

様々な非限定的な態様が、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、またはそれらの組み合わせを含め、様々なスイッチングデバイスを用いて本明細書で説明および記載されているが、他の態様はそのように限定されない。他の非限定的な態様は、電気信号に応答して低抵抗状態と高抵抗状態との間で状態を切り替えることができる任意の所望のスイッチングデバイスを備え得る。例えば、様々な態様におけるスイッチングデバイスは、例えば、トランジスタ、ゲート整流サイリスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ゲートターンオフサイリスタ、静電誘導トランジスタ、静電誘導サイリスタ、またはそれらの組み合わせを含む任意の所望の種類のスイッチング素子を、限定なしに備えることができる。

【0012】

例示の図面は、例示の目的のためだけであり、本明細書に添付されている図面において反映された寸法、位置、順番、および相対的な大きさは変化する可能性がある。さらに、図に示されている様々なコンポーネントの数および配置も、本開示に関連付けられる態様の非限定的な例である。例えば、様々なコンポーネントが相対的な位置で示されているが、本開示の態様はそのように限定されておらず、そのため、コンポーネントはそれらの概略的な説明に基づいて限定されることはない。

【0013】

電力変換器は、入力電圧波形を特定の出力電圧波形へと変換する電力供給部または電力処理回路である。電力変換器と関連付けられた制御装置は、電力変換器で用いられるスイッチの伝導期間を選択的に制御することによって、電力変換器の動作を管理する。電力変換器によって用いられるスイッチは、典型的には半導体スイッチングデバイス（例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなど）である。

【0014】

制御装置との組み合わせで、駆動回路（例えば、ゲート駆動回路）が、制御装置からのコマンド信号（例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号）に応答して半導体スイッチの動作を制御するために、駆動信号を各半導体スイッチの制御端子（例えば、ゲート端子）に選択的に提供するために従来から用いられている。

【0015】

アクティブニュートラルポイントクランプ（ＡＮＰＣ）変換器などの従来の電力変換器が、ＡＣ駆動部および柔軟なＡＣ伝送システムで広く使用されている。例えばインバータ動作において、ＡＮＰＣ変換器が使用されるとき、ＤＣリンク電圧が可変交流電圧および可変周波数へ変換され得る。２レベルの電圧出力を有する従来のハーフブリッジ式変換器と対照的に、ＡＮＰＣ変換器は、出力において追加の電圧レベルを含み得る。例えば、出力電圧は、正のＤＣ（ＤＣ＋）と負のＤＣ（ＤＣ－）とを含むことができ、ゼロまたは中性の電圧出力とすることができる。

【0016】

典型的なＡＮＰＣ変換器は、高電圧に耐えることが望まれるとき、ＭＯＳＦＥＴなどの炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いる。理解されるように、ＳｉＣのＭＯＳＦＥＴスイッチは、ＩＧＢＴなどの他のスイッチと比べて比較的速くスイッチングし、それによって比較的小さいスイッチング損失をもたらす。しかしながら、ＳｉＣのＭＯＳＦＥＴのより速いスイッチング速度はまた、整流ループインダクタンスにより、従来のＡＮＰＣ変換器で用いられるＳｉＣのＭＯＳＦＥＴにわたってより大きな電圧ストレスをもたらす可能性もある。

【0017】

本明細書で詳細に記載されているように、アクティブニュートラルポイントクランプ（ＡＮＰＣ）変換器などの電力変換器のフェーズレッグを動作させるための装置デバイスおよび方法の様々な非限定的な態様が提示される。装置および方法の使用は、ＡＮＰＣ変換器について、向上した動作効率および動作寿命をもたらすことができる。特に、装置および方法は、ＡＮＰＣ変換器の対応する半導体スイッチについて、ゲート駆動回路のゲート抵抗を選択的に増加および低下させることを可能にすることによって（例えば、ターンオン抵抗およびターンオフ抵抗）、例えば、それぞれのゲート駆動回路へのＰＷＭコマンド信号のゼロ交差の間、電圧ストレスを低減する。さらに、装置および方法は、変換器の状態またはモードに基づいて、ＡＮＰＣ変換器の半導体スイッチのスイッチング速度を選択的に増加または低下させることを可能とすることによって、スイッチの前後での電圧ストレスを低減する。結果として、ＡＮＰＣ変換器の耐用期間および信頼性を向上させ得る。

【0018】

図１は、本開示の態様による、３レベルＡＮＰＣ電力変換器１００のブロック図である。非限定的な態様において、電力変換器１００は、直流電流（ＤＣ）電力を交流電流（ＡＣ）電力に変換するように動作するインバータを備え得る。態様において、電力変換器１００は、入力ポート１０２と、出力ポート１０４と、入力ポート１０２と出力ポート１０４との間に配置されたフェーズレッグ１０６、１０８、１１０のセットとを備える。また、電力変換器１００は、フェーズレッグ１０６、１０８、１１０のセットに通信可能に結合された変調器１１２も備え得る。

【0019】

入力ポート１０２は、正入力端子１１４と、中性入力端子１１６と、負入力端子１１８とを備え得る。正入力端子１１４と、中性入力端子１１６と、負入力端子１１８とは、以後において集合的に入力端子１１４～１１８と称され得る。正入力端子１１４は正電圧で維持でき、負入力端子１１８は負電圧で維持でき、中性入力端子１１６は中性電圧で維持できる。非限定的な態様において、正電圧および負電圧はゼロではない電位であり得るが、中性電圧は、ゼロの電位であり得る、または、実質的にゼロの電位の近くであり得る。いくつかの態様では、中性電圧はゼロでない電位でもあり得る。入力端子１１４～１１８は、フェーズレッグ１０６～１１０の各々の入力端子に電気的に結合されている（図２参照）。

【0020】

図１の例では、三相出力電圧が電力変換器１００の出力ポート１０４において利用可能であり得る。出力ポート１０４は、電力変換器１００に結合される任意の目標電子デバイス（図示されていない）または負荷に三相出力電圧を供給するために、出力端子１２０、１２２、１２４を備える。より具体的には、単相電圧が出力端子１２０、１２２、１２４の各々を介して供給され得る。これらの出力端子１２０、１２２、１２４は、以後において集合的に出力端子１２０～１２４と称され得る。いくつかの態様では、出力ポート１０４の出力端子１２０～１２４は、フェーズレッグ１０６～１１０の各々の出力端子（図２参照）に電気的に結合される。出力端子１２０～１２４の各々における出力電圧は、第１のレベル、第２のレベル、および中性レベルなどの３つのレベルを含む。

【0021】

例として、第１のレベルは正電圧レベルとすることができる一方で、第２のレベルは負電圧レベルとすることができる。別の例として、第１のレベルは負電圧レベルとすることができる一方で、第２のレベルは正電圧レベルとすることができる。さらに、中性レベルは、ゼロ電圧とすることができるか、または、実質的にゼロ電圧の近くとすることができる。特定の態様では、中性電圧はゼロでない電圧とすることができる。

【0022】

フェーズレッグ１０６、１０８、１１０は入力ポート１０２および出力ポート１０４に電気的に結合されている。フェーズレッグ１０６、１０８、１１０の各々は、入力ポート１０２から受けたＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、生成されたＡＣ電力を相電圧および相電流として出力ポート１０４に供給するように構成されている。より具体的には、フェーズレッグ１０６、１０８、１１０は、生成されたＡＣ電力を提供するために、対応する出力端子１２０、１２２、１２４に結合されている。いくつかの態様では、フェーズレッグ１０６～１１０のうちの１つまたは複数は、ＤＣ電力をＡＣ電力に切り替え可能に変換するように配置されるスイッチのセット（図２参照）を備え得る。

【0023】

変調器１１２はフェーズレッグ１０６～１１０に通信可能に結合されている。図１に示されている非限定的な態様では、変調器１１２は電力変換器１００の一部として示されている。他の態様では、変調器１１２は電力変換器１００から遠隔に配置され得る。いくつかの態様では、変調器１１２は、フェーズレッグ１０６～１１０によるＤＣ電力からＡＣ電力への変換を容易にするために、フェーズレッグ１０６～１１０の動作を制御するように構成された制御装置モジュール１２６を備え得る。制御装置モジュール１２６は、特別にプログラムされた汎用コンピュータなどのハードウェア要素、マイクロプロセッサなどの電子プロセッサ、デジタル信号プロセッサ、ＦＰＧＡ、マイクロコントローラ、またはそれらの組み合わせを備え得る。さらに、制御装置モジュール１２６は、入力／出力ポート（Ｉ／Ｏ）と、電子記憶装置などの保存媒体とを備え得る。マイクロプロセッサの様々な例には、限定されることはないが、縮小命令セットコンピューティング（ＲＩＳＣ）アーキテクチャ式のマイクロプロセッサ、または複合命令セットコンピューティング（ＣＩＳＣ）アーキテクチャ式のマイクロプロセッサがある。さらに、マイクロプロセッサはシングルコア式またはマルチコア式であり得る。代替で、制御装置モジュール１２６は、プロセッサ、論理ゲートを伴う回路基板などのハードウェア要素を用いて、または、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）もしくはマイクロコントローラなどのプロセッサにおいて実行されるソフトウェアとして、実施され得る。

【0024】

制御装置モジュール１２６はフェーズレッグ１０６～１１０に通信可能に結合され得る。より具体的には、制御装置モジュール１２６は、フェーズレッグ１０６～１１０のそれぞれのスイッチ２１０～２２０（図２参照）に通信可能に結合でき、ＡＣ電力へのＤＣ電力の変換を容易にするようにスイッチ２１０～２２０の切り替えを選択的に制御するように構成され得る。本明細書でより詳細に記載されているように、制御装置モジュール１２６は、フェーズレッグ１０６～１１０のスイッチ２１０～２２０のそれぞれのスイッチング速度が、電力変換器１００のそれぞれのフェーズレッグ１０６～１１０の出力状態に基づいて選択的に調整され、結果的にフェーズレッグ１０６～１１０のスイッチ２１０～２２０への電圧ストレスに低減をもたらすように、フェーズレッグ１０６～１１０を動作させるように構成され得る。

【0025】

電力変換器１００における３つのフェーズレッグ１０６～１１０の使用が、出力ポート１０４における三相出力を生成するのを助けることは、留意され得る。図１の電力変換器１００が３つのフェーズレッグ１０６～１１０を有するとして示されているが、他の態様はそのように限定されず、２つ以下または４つ以上のフェーズレッグを有する電力変換器の使用も考えられることは、理解されよう。例えば、１つのフェーズレッグを伴う電力変換器が、単相の出力電圧を生成することができる。他の非限定的な例として、２つのフェーズレッグを伴う電力変換器が、二相の出力電圧を生成することができる。

【0026】

ここで図２を参照すると、本開示の態様による、図１の電力変換器１００のフェーズレッグ１０６など、フェーズレッグ２００の１つの非限定的な態様の概略図が示されている。いくつかの態様では、フェーズレッグ１０８および１１０などの他のフェーズレッグが、図２に示されているフェーズレッグ２００の構成と同様の構成を有し得る。また、図２は図１のコンポーネントを参照して示されている。

【0027】

いくつかの態様では、フェーズレッグ２００は、第１の入力端子２０２、第２の入力端子２０４、および中性入力端子２０６など、入力端子のセットを備え得る。フェーズレッグ２００はまた、スイッチの第１のセット２０９と出力端子２０８とを備え得る。スイッチの第１のセット２０９は、第１のスイッチ２１０と、第２のスイッチ２１２と、第３のスイッチ２１４と、第４のスイッチ２１６と、第５のスイッチ２１８と、第６のスイッチ２２０とを備え得る。第１のスイッチ２１０、第２のスイッチ２１２、第３のスイッチ２１４、第４のスイッチ２１６、第５のスイッチ２１８、および第６のスイッチ２２０は、以後において集合的にスイッチ２１０～２２０と称され得る。スイッチの第１のセット２０９はまた、対応するゲート駆動回路２５０のセットを備え得る。例えば、それぞれのゲート駆動回路２５０は各スイッチ２１０～２２０に通信可能に結合され得る。例えば、それぞれのゲート駆動回路２５０は、各それぞれのスイッチ２１０～２２０のゲート端子に通信可能に結合され得る。ゲート駆動回路２５０のセットは、コマンド信号（例えば、ＰＷＭ電圧信号）を受信するために、変調器１１２の制御装置モジュール１２６に通信可能に結合され得る。

【0028】

図２には示されていないが、フェーズレッグ２００の第１の入力端子２０２、第２の入力端子２０４、および中性入力端子２０６は、図１の電力変換器１００の正入力端子１１４、負入力端子１１８、中性入力端子１１６にそれぞれ通信可能に結合され得る。また、フェーズレッグ２００の出力端子２０８は、図１の電力変換器１００の出力端子１２４に通信可能に結合され得る。さらに、スイッチ２１０～２２０の各々のそれぞれのゲート端子は、電力変換器１００の変調器１１２に動作可能に結合され得る。より具体的には、スイッチ２１０～２２０の各ゲート端子は、変調器１１２の制御装置モジュール１２６に通信可能に結合され得る。

【0029】

説明および理解を容易にするために、図２は、６個のスイッチ２１０～２２０を有するフェーズレッグ２００の１つの非限定的な態様を示している。しかしながら、７個以上または５個以下のスイッチを備えるフェーズレッグ２００を有する態様も考えられる。さらに、図２の非限定的な態様において、スイッチ２１０～２１６は、ＳｉＣのＭＯＳＦＥＴを備えるとして説明および記載されており、スイッチ２１８～２２０は、ＩＧＢＴを備えるとして説明および記載されており、各スイッチ２１８～２２０は、半導体スイッチ要素と逆並列ダイオードとを備え得る。他の態様はそのように限定されず、他の種類のスイッチを有するフェーズレッグ２００も考えられる。スイッチ２１０～２２０の他の非限定的な例は、トランジスタ、ゲート整流サイリスタ、ＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ゲートターンオフサイリスタ、静電誘導トランジスタ、静電誘導サイリスタ、またはそれらの組み合わせを含み得る。さらに、スイッチ２１０～２２０を形成するために使用される材料は、限定されることはないが、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ＳｉＣ、窒化ガリウム、またはそれらの組み合わせを備え得る。

【0030】

理解されるように、ＳｉＣスイッチモジュール（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）は２個以上のスイッチを備えることができる。そのため、いくつかの非限定的な態様において、３つのこのようなＳｉＣモジュールが、図２のフェーズレッグ２００を形成するために使用され得る。例として、第１のＳｉＣスイッチモジュール（図示されていない）が第１のスイッチ２１０と第２のスイッチ２１２とを備えることができ、第２のＳｉＣスイッチモジュール（図示されていない）が第３のスイッチ２１４と第４のスイッチ２１６とを備えることができ、第３のＩＧＢＴスイッチモジュール（図示されていない）が第５のスイッチ２１８と第６のスイッチ２２０とを備えることができる。他の種類のスイッチモジュールが、本開示の範囲を限定することなく使用され得ることが理解されるであろう。

【0031】

図２の非限定的な態様に示されているように、第１のスイッチ２１０と、第２のスイッチ２１２と、第３のスイッチ２１４と、第４のスイッチ２１６とは電気的に直列に結合され得る。より具体的には、スイッチ２１０～２１６は、第１のスイッチ２１０のソース端子が第２のスイッチ２１２のドレン端子に接続され、第２のスイッチ２１２のソース端子が第３のスイッチ２１４のドレン端子に接続され、第３のスイッチ２１４のソース端子が第４のスイッチ２１６のドレン端子に接続されるように、電気的に直列に結合され得る。

【0032】

さらに、第１のスイッチ２１０は第１の入力端子２０２に動作可能に結合され、第４のスイッチ２１６は第２の入力端子２０４に動作可能に結合される。より具体的には、図２に示されているように、第１のスイッチ２１０のドレン端子が第１の入力端子２０２に接続できる一方で、第４のスイッチ２１６のソース端子が第２の入力端子２０４に接続できる。

【0033】

さらに、第１のノード２２６が、第２のスイッチ２１２と第３のスイッチ２１４との相互接続点を表している。第１のノード２２６は中性入力端子２０６に通信可能に結合されている。また、符号２２８は、第１のスイッチ２１０と第２のスイッチ２１２とのノードまたは相互接続点を表している。第５のスイッチ２１８は、ノード２２８と出力端子２０８との間で通信可能に結合されている。より具体的には、図２の非限定的な例では、第５のスイッチ２１８のコレクタ端子がノード２２８に接続されており、第５のスイッチ２１８のエミッタ端子が出力端子２０８に接続されている。さらに、符号２３０は、第３のスイッチ２１４と第４のスイッチ２１６とのノードまたは相互接続点を表している。第６のスイッチ２２０は、ノード２３０と出力端子２０８との間で通信可能に結合されている。特に、第６のスイッチ２２０のエミッタ端子がノード２３０に接続され、第６のスイッチ２２０のコレクタ端子が出力端子２０８に接続されている。

【0034】

さらに、いくつかの態様では、フェーズレッグ２００はまた、コンデンサ２２２および２２４を備え得る。コンデンサ２２２は、第１の入力端子２０２と中性入力端子２０６との間に接続されている。また、コンデンサ２２４は、第２の入力端子２０４と中性入力端子２０６との間に接続されている。

【0035】

制御装置モジュール１２６は、限定されることはないが、中性状態、第１の中間中性状態、第１の状態、第２の中間中性状態、または第２の状態を含む、１つまたは複数の動作状態にフェーズレッグ２００を動作させるように構成され得る（図４参照）。

【0036】

いくつかの態様では、フェーズレッグ２００は、中性状態、第１の中間中性状態、または第２の中間中性状態のいずれかで動作させられるとき、出力端子２０８において中性レベルを有する出力電圧を生成するように構成され得る。さらに、フェーズレッグ２００は、第１の状態で動作させられるとき、出力端子２０８において第１のレベルを有する出力電圧を生成するように構成され得る。同様の様態で、フェーズレッグ２００は、第２の状態で動作させられるとき、出力端子２０８において第２のレベルを有する出力電圧を生成するように構成され得る。フェーズレッグ２００の例の出力電圧を表す信号が、図３に示されている。

【0037】

フェーズレッグ２００の状態を、中性状態と、第１の中間中性状態と、第１の状態と、第２の中間中性状態と、第２の状態との間で移行させるために、制御装置モジュール１２６は、スイッチ２１０～２２０のうちの１つまたは複数を伝導状態に選択的に動作させ、残りのスイッチを非伝導状態に動作させるように構成され得る。理解されるように、伝導状態で動作させられるスイッチは電流を通過させるが、非伝導状態で動作させられるスイッチは、それ自体を通る電流の流れを妨げる。

【0038】

制御装置モジュール１２６は、コマンド信号（例えば、ＰＷＭコマンド信号）をスイッチ２１０～２２０のそれぞれのゲート駆動回路２５０に提供することによって、スイッチ２１０～２２０を伝導状態または非伝導状態に動作させるように構成され得る。

【0039】

図２の態様において、スイッチ２１０～２１６はＮチャネルのＳｉＣのＭＯＳＦＥＴとして示されており、スイッチ２１８～２２０はＩＧＢＴとして示されている。したがって、スイッチ２１０～２２０のいずれかを伝導状態で動作させるために、より高い度合い（Ｈ）を有する制御信号または駆動信号を、対応するゲート端子に供給することが望ましい。より高い度合いを有する制御信号または駆動信号が、対応するソース端子またはエミッタ端子に提供される信号の度合いより大きい度合いを有する制御信号または駆動信号を表していることは、留意され得る。同様に、スイッチ２１０～２２０のいずれかを非伝導状態で動作させるために、より低い度合い（Ｌ）を有する制御信号または駆動信号を、対応するゲート端子に供給することが望ましい。より低い度合いを有する制御信号が、対応するソース端子またはエミッタ端子に提供される信号の度合いより小さい度合いを有する制御信号または駆動信号を表していることは、留意され得る。さらに、ＰチャネルのＳｉＣのＭＯＳＦＥＴがスイッチ２１０～２２０として使用される場合、制御信号のレベルが置き換えられ得ることに、留意され得る。

【0040】

したがって、スイッチ２１０～２２０のいずれかを伝導状態で動作させるために、制御装置モジュール１２６は、駆動信号を、より高い度合いを有するそれぞれのゲート駆動回路２５０を介して、それぞれのスイッチ２１０～２２０のゲート端子に供給するように構成され得る。同様に、スイッチ２１０～２２０のいずれかを非伝導状態で動作させるために、制御装置モジュール１２６は、駆動信号を、より低い度合い（Ｌ）を有するゲート駆動回路２５０を介して、それぞれのスイッチ２１０～２２０のゲート端子に供給するように構成され得る。

【0041】

図３は、本開示の態様による、フェーズレッグ２００などのフェーズレッグの出力電圧３０２を表している例示的な信号を示しているグラフ表示３００である。図３は図２のコンポーネントを参照して記載されている。

【0042】

出力電圧３０２は、フェーズレッグ２００の出力端子２０８において得られる。符号３０４はＸ軸を表しており、符号３０６はＹ軸を表している。Ｘ軸３０４およびＹ軸３０６は、時間および出力電圧３０２の大きさをそれぞれ表している。さらに、符号３０８、３１０、および３１２は、出力電圧３０２の第１のレベル、第２のレベル、および中性レベルをそれぞれ表している。さらに、符号３１４および３１６は、出力電圧３０２の第１のサイクルおよび第２のサイクルをそれぞれ表している。図示を容易にするために、出力電圧３０２の２回のサイクル（つまり、第１のサイクル３１４および第２のサイクル３１６）が図３に示されている。出力電圧３０２が２回を越えるサイクルを含み得ることが、理解されよう。さらに、図３の例では、第１のサイクル３１４は正のサイクルとして示されているが、第２のサイクル３１６は負のサイクルとして示されている。他の態様はそのように限定されておらず、他の態様では、フェーズレッグ２００は、任意の数の第１のサイクル３１４、任意の数の第２のサイクル３１６、または、第１のサイクル３１４および第２のサイクル３１６の任意の組み合わせもしくはパターンを有する出力電圧３０２を生成することができる。さらに、第１のサイクル３１４だけ、または、第２のサイクル３１６だけを有する出力電圧３０２を生成するためのフェーズレッグ２００の使用も考えられる。

【0043】

図３では、Ｔ_０１は、フェーズレッグ２００の第１の中間中性状態に対応する全体時間を表しており、Ｔ_０２は、フェーズレッグ２００の第２の中間中性状態に対応する全体時間を表しており、Ｔ_Ｎは、中性状態の全体時間を表しており、Ｔｍｉｎは、出力電圧３０２の第１のレベル３０８、第２のレベル３１０、および第３のレベル３１２のいずれかに対応する最小パルス継続期間を表しており、Ｔ_Ｓは、フェーズレッグ２００の出力電圧３０２の第１のサイクル３１４または第２のサイクル３１６などの単一のサイクルの期間を表している。

【0044】

図４は、本明細書の態様による、図３の出力電圧３０２を生成するための、図２のフェーズレッグ２００の動作状態の移行を示す状態図４００である。図４は、図２および図３と関連して記載されている。出力状態または動作状態は、中性状態４０２と、第１の中間中性状態４０４と、第１の状態４０６と、第２の中間中性状態４０８と、第２の状態４１０とを含み得る。矢印が、所要の動作状態に対応する非限定的な続いての動作状態を概して示すために使用されており、所与の動作状態から非限定的な続いての動作状態への移行を概して示すために使用されている両矢印は、いずれの方向でも起こり得る。

【0045】

フェーズレッグ２００の動作中、時間ｔ＝０において、フェーズレッグ２００が中性状態４０２において動作しており、第１のレベル３０８を有する出力電圧３０２が、第１のサイクル３１４において示されているように望まれると想定する場合、制御装置モジュール１２６は、フェーズレッグ２００を第１の中間中性状態４０４へ移行させ、続いて第１の状態４０６へ移行させるように構成される。さらに、制御装置モジュール１２６は、フェーズレッグ２００を第１の所定の時間にわたって第１の状態４０６で維持するように構成され得る。第１の所定の時間は、出力電圧３０２の所望の周波数およびデューティサイクルに基づいて、制御装置モジュール１２６によって計算され得る。

【0046】

非限定的な態様において、第１の所定の時間の経過に続いて、制御装置モジュール１２６は、フェーズレッグ２００を中性状態４０２へ戻すように移行させるように構成され得る。他の態様では、図４に示されているように、制御装置モジュール１２６は、フェーズレッグ２００を、第１の状態４０６から中性状態４０２へ直接移行させるように構成され得る。他の態様では、図４において両矢印によって示されているように、制御装置モジュール１２６は、フェーズレッグ２００を、第１の状態４０６から第１の中間中性状態４０４を介して中性状態４０２へと移行させるように構成され得る。

【0047】

さらに、第２のレベル３１０を有する出力電圧３０２を生成するために、制御装置モジュール１２６は、フェーズレッグ２００を第２の中間中性状態４０８へ移行させ、続いて第２の状態４１０へ移行させるように構成され得る。さらに、制御装置モジュール１２６は、フェーズレッグ２００を第２の所定の時間にわたって第２の状態４１０で維持するように構成され得る。第２の所定時間は、出力電圧３０２の所望の周波数およびデューティサイクルに基づいて、制御装置モジュール１２６によって計算され得る。第２の所定時間の経過に続いて、制御装置モジュール１２６は、フェーズレッグ２００を中性状態４０２へ戻すように移行させるように構成され得る。一態様では、図４に示されているように、制御装置モジュール１２６は、フェーズレッグ２００を、第２の状態４１０から中性状態４０２へ直接移行させるように構成され得る。代替で、図４において両矢印によって示されているように、制御装置モジュール１２６は、フェーズレッグ２００を、第２の状態４１０から第２の中間中性状態４０８を介して中性状態４０２へと移行させるように構成されてもよい。

【0048】

Ｔａｂｌｅ １（表１）は、動作状態４０２～４１０に対応する出力電圧３０２のレベルと、図２のスイッチ２１０～２２０の対応状態とを示している。理解されるように、数字「１」または「０」によって、各スイッチ２１０～２２０のそれぞれの状態はＴａｂｌｅ １（表１）に示されており、数字「１」は、「オン」または伝導状態にあるスイッチ２１０～２２０を示しており、数字「０」は、「オフ」または非伝導状態にあるスイッチ２１０～２２０を示している。

【0049】

【表1】

【0050】

いくつかのＡＮＰＣ変換器は、例えば、変換器のＡＣ出力側においてＩＧＢＴのセットをスイッチングデバイスとして有するハイブリッドスイッチング配置を用いることができる。例えば、第５のスイッチ２１８および第６のスイッチ２２０について、ＭＯＳＦＥＴの代わりにＩＧＢＴをそれぞれ用いる。このような場合、変換器の出力電圧が極性を変化させるとき（例えば、ＩＧＢＴのオフの後）、少数キャリアがＩＧＢＴデバイスのＮドリフト領域に残り得る、または保管され得る。電荷再組み合わせが（例えば、速いスイッチング速度で）完了する前に続いて電圧がＩＧＢＴデバイスにわたって加えられるとき、残っているかまたは保管されているキャリアは流れ出し、デバイスにおいて「電流衝突」を引き起こす。ＩＧＢＴデバイスにおいて流れる「電流衝突」と、大きな整流ループとは、ＩＧＢＴデバイスにわたって大きな電圧ストレスを引き起こす可能性がある。同様に、シリコンダイオードの逆回復は、出力電圧の極性変化の後にＩＧＢＴデバイスにわたって大きな電圧ストレスを引き起こし得る。

【0051】

第５のスイッチ２１８および第６のスイッチ２２０にわたってこのような大きな電圧ストレスを低減するために、他のスイッチ（例えば、スイッチ２１０～２１６）のゲート抵抗が増加させられ得る。しかしながら、増加されたゲート抵抗値は、ＰＷＭ電圧信号コマンドの極性変化のない期間中に必要以上に大きくなる。したがって、第５のスイッチ２１８および第６のスイッチ２２０にわたる電圧オーバシュートを低減するためにスイッチの第１のセット２０９のスイッチ２１０～２２０のゲート抵抗を単純に増加させることは、残っているスイッチ２１０～２１６のスイッチング損失の増加と、変換器２００の動作効率の低減とをもたらすことになる。

【0052】

例えば、図５は従来のゲート駆動回路の概略図を示している。典型的には、ゲート駆動回路は、例えば、ゲート端子とそれぞれ結合されているＮチャネルＭＯＳＦＥＴおよびＰチャネルＭＯＳＦＥＴで具現化されるといった、相補的な第１のスイッチＱ１および第２のスイッチＱ２を備える。コマンド信号Ｓｃ（例えば、ＰＷＭ信号）が、ゲート駆動回路の第１のスイッチＱ１および第２のスイッチＱ２のゲート端子に結合する分岐点「Ｓ１」に提供される。駆動信号Ｓｄが、第１のスイッチＱ１および第２のスイッチＱ２のドレン端子に結合する分岐点「Ｓ２」に提供される。典型的な電力変換器において、第１のスイッチＱ１と第２のスイッチＱ２とは、正の作動電位（「＋Ｖ」で指定されている）と、負の作動電位（「－Ｖ」で指定されている）とを定めるために、電力端子間に接続され得る。正の作動電位＋Ｖおよび負の作動電位－Ｖは、分岐点Ｓ１における電位を参照するそれぞれの作動電位である。スイッチＱ１、Ｑ２は、ＭＯＳＦＥＴであることができ、入力信号Ｓｐｗｍに応答してそれぞれ選択的に作動させることができる。上方のスイッチＱ１が「オン」状態にあり（つまり、伝導であり）、下方のスイッチＱ２が「オフ」状態にある（つまり、非伝導である）とき、駆動信号Ｓｄは正の作動電位Ｖにあり、ゲート充電電流が矢印「Ｉｏ」によって示された方向に流れる。下方のスイッチＱ２がオン状態にあり、上方のスイッチＱ１がオフ状態にあるとき、駆動信号出力Ｓｄは負の作動電位－Ｖまたはゼロにあり、放電電流が、矢印「Ｉｏ」によって示された方向と反対の方向に流れる。充電および放電の電流Ｉｏの値は、「ターンオンレジスタ」Ｒ１および「ターンオフレジスタ」Ｒ２とそれぞれ呼ばれることもあるレジスタＲ１およびＲ２の値に依存することになる。

【0053】

スイッチング動作中、各々のスイッチＱ１、Ｑ２のスイッチング挙動（例えば、スイッチング速度）は、典型的には、ターンオンレジスタＲ１またはターンオフレジスタＲ２のそれぞれの抵抗値によってそれぞれ少なくとも部分的に定められ得る。ターンオンレジスタＲ１またはターンオフレジスタＲ２は、通常、所定の固定抵抗値を有するレジスタで具現化され、各スイッチＱ１、Ｑ２のドレン端子またはソース端子にそれぞれ結合される。従来のターンオンレジスタＲ１またはターンオフレジスタＲ２は、所望のスイッチング速度または駆動信号出力Ｓｄに基づいて選択された抵抗値を有し得る。ターンオンレジスタＲ１またはターンオフレジスタＲ２はまた、出力電流Ｉｏの度合いを制限することができ、対応するスイッチＱ１、Ｑ２を、スイッチＱ１、Ｑ２を損傷させ得る電圧過渡（例えば、アバランシェ降伏）から保護することができる。例えば、ターンオンレジスタＲ１およびターンオフレジスタＲ２について比較的大きい抵抗値を使用することは、（より小さい抵抗値に対して）増加した程度の電圧過渡保護を提供することができるが、各スイッチＱ１、Ｑ２のそれぞれの入力容量の充電または放電の速さを遅くすることになり、それによって、各スイッチＱ１、Ｑ２のスイッチング速度をより遅くすることになる。逆に、ターンオンレジスタＲ１およびターンオフレジスタＲ２について比較的小さい抵抗値を使用することは、（より大きい抵抗値に対して）比較的小さい程度の電圧過渡保護を提供することができるが、ゲート駆動回路によって駆動される半導体スイッチのそれぞれの入力容量の充電または放電の速さを速め、それによって、ターンオンレジスタＲ１およびターンオフレジスタＲ２について比較的大きい抵抗値が配置される場合より、より速いスイッチング速度をもたらすことになる。各ターンオンレジスタＲ１およびターンオフレジスタＲ２の値は、典型的には、計算された最悪の場合の条件に基づいて選択またはあらかじめ決定され、変換器のすべての出力状態または動作状態におけるスイッチング速度にとって最適であるわけではない。したがって、従来のゲート駆動回路は、変換器のすべての動作状態においてターンオンレジスタＲ１およびターンオフレジスタＲ２の値の比較的大きい抵抗値を有し、これにより、最適なスイッチング速度およびスイッチング損失より小さくなり得る。

【0054】

図６は、態様によるゲート駆動回路２５０の非限定的な例を示している。例えば、ゲート駆動回路２５０は、電力変換器１００のそれぞれのフェーズレッグ２００のスイッチ２１０～２２０に対応し得る。このような態様において、制御装置モジュール１２６からのそれぞれのコマンド信号５３に応答して、各ゲート駆動回路は、対応するスイッチ２１０～２２０を選択的に動作させるように構成され得る。説明および理解を容易にするために、図６は、他のスイッチ２１２～２２０が明確性のために省略されている状態で、スイッチ２１０のみについて図示して示されている。スイッチ２１０の動作への参照がスイッチ２１２～２２０にそれぞれ適用できることは、理解されるであろう。本明細書でより詳細に記載されるように、ゲート駆動回路２５０は、それぞれのフェーズレッグ２００の出力状態４０２、４０４、４０６、４０８、４１０に基づいて、抵抗（例えば、ゲート抵抗８０、９０）および対応するスイッチ２１０への電流（例えば、ゲート電流Ｉｇ）のうちの１つを選択的に調整または変更するように構成され得る。制御装置モジュール１２６は、センサのセット４０、または、電力変換器１００の動作と関連付けられたデータの他の供給源と通信可能に結合され得る。例えば、センサのセット４０は、電力変換器１００の動作と関連付けられる動作温度を示す情報を提供するように構成された温度センサ４１、電力変換器１００の動作と関連付けられる電流を示す情報を提供するように構成された電流センサ４２、電力変換器１００の動作と関連付けられる電圧を示す情報を提供するように構成された電圧センサ４３、またはそれらの組み合わせを備え得る。センサのセット４０は、フェーズレッグ２００の対応するスイッチ２１０～２２０の状況を示す情報を提供するように構成されたスイッチセンサ４４を備え得る。したがって、ゲート駆動回路２５０は、制御装置モジュール１２６に提供されるそれぞれのフェーズレッグ２００の出力状態、温度データ、電流データ、電圧データ、もしくはスイッチ２１０の状況のうちの少なくとも１つ、またはそれらの組み合わせに基づいて、ゲート抵抗８０、９０およびゲート電流Ｉｇのうちの１つを、対応するスイッチ２１０に選択的に調整または変更するように構成され得る。記載を容易にするために、図６のゲート駆動回路２５０は、第１のスイッチ２１０に通信可能に結合されるとして示されており、他の態様では、それぞれのゲート駆動回路２５０がフェーズレッグ２００の残りのスイッチ２１０～２２０に同様に通信可能に結合され得ることは、理解されるであろう。例えば、フェーズレッグ２００の非限定的な態様は、ゲート駆動回路２５０のセットと通信可能に結合されるスイッチング素子のセット２０９を備え得る。各ゲート駆動回路２５０は、それぞれのゲート駆動信号を、対応するスイッチ２１０～２２０に提供するように構成することができ、各スイッチ２１０～２２０はそれぞれの駆動信号に切り替え可能に応答する。このような電力変換器１００は、電力フェーズレッグ２００の出力状態４０２、４０４、４０６、４０８、４１０を制御し、フェーズレッグ２００の出力状態４０２、４０４、４０６、４０８、４１０に基づいて、ゲート駆動回路２５０の対応する下位セットのそれぞれの抵抗８０、９０およびゲート電流Ｉｇのうちの１つを選択的に変化させるように構成される制御装置モジュール１２６を備え得る。

【0055】

ゲート駆動回路２５０は、ゲート駆動回路入力側５１と、ゲート駆動回路出力側５２とを備え得る。ゲート駆動回路２５０は、第１のゲート制御スイッチ６１および第２のゲート制御スイッチ６２を備えるゲート制御スイッチの第２のセット６０と、第１の速度制御スイッチ７１および第２の速度制御スイッチ７２を備えるゲート制御スイッチの第３のセット７０とをさらに備え得る。ゲート駆動回路２５０は、レジスタの第１のセット８０と、レジスタの第２のセット９０と、レジスタの第３のセット９９とをさらに備え得る。レジスタの第１のセット８０は第１のレジスタ８１と第２のレジスタ８２とを備え得る。レジスタの第２のセット９０は、第１のレジスタ８１および第２のレジスタ８２とそれぞれ電気的に並列に配置された第３のレジスタ９３および第４のレジスタ９４を備え得る。レジスタの第３のセット９９は第５のゲートレジスタ１０５と第６のゲートレジスタ１０７とを備え得る。電圧供給源５６が、第１の制御電圧Ｖｃ１および第２の制御電圧Ｖｃ２などの制御電圧を、レジスタの第１のセット８０を介してゲート制御スイッチの第２のセット６０へと提供するために、ゲート駆動回路２５０に結合され得る。ゲート制御スイッチの第３のセット７０はさらに、レジスタの第２のセット９０を介して、第１の制御電圧Ｖｃ１および第２の制御電圧Ｖｃ２を選択的および追加として提供することができる。ゲート駆動回路入力側５１は、入力ノード５４を介して制御装置モジュール１２６に通信可能に結合され得る。非限定的な態様において、第１のゲート端子６４は、第５のゲートレジスタ１０５を介して入力ノード５４に通信可能に結合され、第２のゲート端子６７は、第６のゲートレジスタ１０７を介して入力ノード５４に通信可能に結合され得る。制御装置モジュール１２６は、ＰＷＭ信号などのコマンド信号５３を入力ノード５４に提供するように構成され得る。第１のゲート制御スイッチ６１および第２のゲート制御スイッチ６２は、コマンド信号５３に応答してそれぞれ選択的に作動させられ得る。ゲート駆動回路出力側５２は、ゲート駆動信号５７を提供することによって、対応するスイッチ２１０を動作または駆動させるために、ゲート駆動回路出力ノード５５を介して、対応するスイッチ２１０の信号入力端子２０１（例えば、ゲート端子）に通信可能に結合され得る。

【0056】

非限定的な態様において、第１のゲート制御スイッチ６１は、第１のソース端子６５と、第１のゲート端子６４と、第１のドレン端子６３とを有するＭＯＳＦＥＴ式スイッチを備え得る。非限定的な態様において、第２のゲート制御スイッチ６２は、第２のソース端子６６と、第２のゲート端子６７と、第２のドレン端子６８とを有するＭＯＳＦＥＴ式スイッチを備え得る。第１のゲート制御スイッチ６１と第２のゲート制御スイッチ６２とはゲート駆動回路出力ノード５５において結合され得る。例えば、示されているように、第１のソース端子６５および第２のソース端子６６はゲート駆動回路出力ノード５５に通信可能に結合され得る。非限定的な態様において、第１のゲート端子６４および第２のゲート端子６７は、それぞれ、第５のゲートレジスタ１０５および第６のゲートレジスタ１０７を介して入力ノード５４に通信可能に結合され得る。

【0057】

図示されている例では、第１のゲート制御スイッチ６１が「オン」状態にあり（例えば、伝導であり）、第２のゲート制御スイッチ６２が「オフ」状態にある（例えば、非伝導である）とき、コマンド信号５３は正の作動電位Ｖｃ１にあり、充電電流またはゲート電流Ｉｇが矢印「Ｉｇ」によって示された方向に流れる。逆に、第２のゲート制御スイッチ６２がオン状態にあり、第１のゲート制御スイッチ６１がオフ状態にあるとき、ゲート電流Ｉｇは負の作動電位Ｖｃ２にあり、放電電流が、矢印「Ｉｇ」によって示された方向と反対の方向に流れる。

【0058】

本明細書でより詳細に記載されるように、第１の速度制御スイッチ７１および第２の速度制御スイッチ７２の状態に依存して、ゲート電流Ｉｇ（例えば、充電電流または放電電流）の値は、第１のレジスタ８１および第３のレジスタ９３（つまり、ターンオン抵抗）の値と、第２のレジスタ８２および第４のレジスタ９４（つまり、ターンオフ抵抗）の値とに依存し得る。

【0059】

正の作動電位Ｖｃ１および負の作動電位Ｖｃ２は、入力ノード５４における電位を参照するそれぞれの作動電位である。第１のゲート制御スイッチ６１は、第１のレジスタ８１を介して第１の制御電圧Ｖｃ１を受け入れるために、電圧供給源５６に通信可能に結合され得る。非限定的な態様において、第１の制御電圧Ｖｃ１は正のＤＣ電圧であり得る。第２のゲート制御スイッチ６２は、第２のレジスタ８２を介して第２の制御電圧Ｖｃ２を受け入れるために、電圧供給源５６に通信可能に結合され得る。非限定的な態様において、第２の制御電圧Ｖｃ２は負のＤＣ電圧であり得る。態様では、第１のゲート制御スイッチ６１は、コマンド信号５３（例えば、ＰＷＭ信号）が正電圧であるとき、オン状態または伝導状態に選択的に切り替えるかまたはトグルスイッチで切り替えるように構成され得る。第１のゲート制御スイッチ６１は、コマンド信号５３が負電圧であるとき、オフ状態または非伝導状態に選択的に切り替えるかまたはトグルスイッチで切り替えるように構成され得る。逆に、第２のゲート制御スイッチ６２は、コマンド信号５３が負電圧であるとき、オン状態または伝導状態に選択的に切り替えるかまたはトグルスイッチで切り替えるように構成され得る。第２のゲート制御スイッチ６２は、コマンド信号５３が正電圧であるとき、オフ状態に選択的に切り替えるかまたはトグルスイッチで切り替えるように構成され得る。

【0060】

説明および理解を容易にするために、ゲート制御スイッチの第２のセット６０およびゲート制御スイッチの第３のセット７０のスイッチは、ＭＯＳＦＥＴ式のスイッチを備えるとして概して記載されている。しかしながら、他の態様はそのように限定されず、ゲート制御スイッチの第２のセット６０およびゲート制御スイッチの第３のセット７０のスイッチは、任意の所望の種類のスイッチングデバイスを備え得る。非限定的な態様において、ゲート制御スイッチの第２のセット６０およびゲート制御スイッチの第３のセット７０のスイッチは、電気信号に応答して低抵抗状態またはオン状態（伝導）と高抵抗状態またはオフ状態（非伝導）との間で状態を切り替えることができる任意の所望のスイッチングデバイスを備え得る。例えば、様々な態様におけるゲート制御スイッチの第２のセット６０とゲート制御スイッチの第３のセット７０のスイッチは、本開示の範囲から逸脱することなく、限定なしに、ＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ゲート整流サイリスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ゲートターンオフサイリスタ、静電誘導トランジスタ、静電誘導サイリスタ、またはそれらの組み合わせなど、任意の所望の種類のスイッチング素子を備え得る。

【0061】

非限定的な態様では、第１のレジスタ８１は、第１のゲート制御スイッチ６１の第１のドレン端子６３と直列に結合でき、第２のレジスタ８２は、第２のゲート制御スイッチ６２の第２のドレン端子６８と直列に結合できる。第１のレジスタ８１および第２のレジスタ８２のそれぞれの抵抗値（例えば、オームでの抵抗値）は、対応するフェーズレッグ２００の出力状態４０２、４０４、４０６、４０８、４１０が、第１の出力電圧を有する第１の状態、または、第２の出力電圧を有する第２の状態のいずれかを含むとき、スイッチ２１０の最適化されたスイッチング速度を提供するための所定の抵抗値であり得る。

【0062】

先に説明されているように、制御装置モジュール１２６は、限定されることはないが、中性状態、第１の中間中性状態、第１の状態、第２の中間中性状態、または第２の状態を含め、１つまたは複数の動作状態にフェーズレッグ２００を動作させるように構成され得る（図４参照）。したがって、制御装置モジュール１２６は、フェーズレッグ２００の動作状態に基づいて、ゲート制御スイッチの第３のセット７０を、選択的に作動させる、トグルスイッチで切り替える、または動作させるように、さらに構成され得る。

【0063】

例えば、フェーズレッグ状態の移行が、第１の状態と第１の中間中性状態（例えば、正の出力電圧）との間となる、または、フェーズレッグ状態の移行が第２の状態と第２の中間中性状態（例えば、負の出力電圧）との間となるように、フェーズレッグ２００の動作状態がなっているとき、制御装置モジュール１２６は、ゲート制御スイッチの第３のセット７０のスイッチを、閉じるように、または、閉状態（つまり、「オン」または伝導状態）で維持するように構成され得る。この配置では、第３のレジスタ９３および第４のレジスタ９４は、それぞれ、第１のレジスタ８１および第２のレジスタ８２とそれぞれ並列に回路に動作可能に結合されている。したがって、それによって、スイッチ２１０についての充電電流および放電電流は、それぞれ、第１のレジスタ８１および第３のレジスタ９３の並列の組み合わせの低減したターンオン抵抗、および、第２のレジスタ８２および第４のレジスタ９４の並列の組み合わせの低減したターンオフ抵抗に少なくとも基づいて、増加させられる。

【0064】

他の非限定的な例では、制御装置モジュール１２６が、フェーズレッグの出力電圧の極性を変化させるためにフェーズレッグ２００を動作させているとき、制御装置モジュール１２６は、フェーズレッグ２００の動作状態に基づいて、ゲート制御スイッチの第３のセット７０を、選択的に作動させる、トグルスイッチで切り替える、または動作させるように、さらに構成され得る。例えば、フェーズレッグ２００の出力電圧が、第２のレベル（例えば、負電圧）から中性レベルを介して第１のレベル（例えば、正電圧）へと移行しているとき、制御装置モジュール１２６は、第１の速度制御スイッチ７１を「オフ」または非伝導状態に、開ける、トグルスイッチで切り替える、または維持するように構成され得る。この配置では、第３のレジスタ９３および第４のレジスタ９４は回路２５０において動作可能ではない。したがって、それによって、スイッチ２１０についての充電電流および放電電流は、それぞれ、第３のレジスタ９３および第４のレジスタ９４の並列回路の寄与が除かれた状態で、第１のレジスタ８１の増加したターンオン抵抗、および、第２のレジスタ８２の増加したターンオフ抵抗に少なくとも基づいて、低減させられる。

【0065】

この構成であれば、ターンオン抵抗およびターンオフ抵抗についての比較的大きい抵抗値が、増加した程度の電圧過渡保護を提供するために、フェーズレッグ２００の状態に基づいて選択的に提供され得るが、駆動されるスイッチ２１０～２２０の比較的遅いスイッチング速度を、短い所定または選択の期間にわたってもたらすだけである。逆に、この構成であれば、ターンオン抵抗およびターンオフ抵抗についての比較的小さい抵抗値が、比較的速いスイッチング速度を、比較的長い所定または選択の期間にわたって提供するために、フェーズレッグ２００の状態に基づいて選択的に提供され得る。このように、各ターンオン抵抗およびターンオフ抵抗の値は、すべての出力状態４０２、４０４、４０６、４０８、４１０におけるスイッチング速度についての所望の最適化された動作、または、フェーズレッグ２００の動作状態に基づいて、選択またはあらかじめ決定され得る。

【0066】

第１の速度制御スイッチ７１および第２の速度制御スイッチ７２を備える速度制御スイッチの第１のセット７０と、第３のレジスタ９３および第４のレジスタ９４を備えるレジスタの第２のセット９０とがそれぞれ、第１のレジスタ８１および第２のレジスタ８２と電気的に並列に配置されている図６を参照して、様々な非限定的な態様が理解を容易にするために記載されてきたが、他の態様はそのように限定されない。他の非限定的な態様では、任意の数のスイッチング配置、および、任意の所望のそれぞれの抵抗値を有する任意の所望の数のレジスタが、本明細書において、本開示の範囲から逸脱することなく用いられ得る。例えば、他の非限定的な態様では、速度制御スイッチの第１のセット７０は複数の第１の速度制御スイッチ７１を備えてもよく、レジスタの第２のセット９０は、それぞれが互いと直列に配置され、第１のレジスタ８１と並列に配置される複数の第３のレジスタ９３を備えてもよいことが、考えられる。同様に、他の非限定的な態様では、速度制御スイッチの第１のセット７０は複数の第２の速度制御スイッチ７２を備えてもよく、レジスタの第２のセット９０は、それぞれが互いと直列に配置され、第２のレジスタ８２と並列に配置される複数の第４のレジスタ９４を備えてもよいことが、考えられる。

【0067】

このような態様において、複数の第３のレジスタ９３および複数の第４のレジスタ９４の各々は所定の抵抗値を有し得る。各第３のレジスタ９３および第４のレジスタ９４の所定の抵抗値は、それぞれ、複数の第２のレジスタ９３および複数の第４のレジスタ９４における他のレジスタと同じ値であり得る。他の態様では、各第３のレジスタ９３および第４のレジスタ９４の所定の抵抗値は、それぞれ、複数の第２のレジスタ９３および複数の第４のレジスタ９４における他のレジスタと異なる抵抗値であり得る。様々な態様において、フェーズレッグ２００の状態に依存して、複数の第１の速度制御スイッチ７１のうちの１つもしくは複数の速度制御スイッチ７１、または、複数の第２の速度制御スイッチ７２のうちの１つもしくは複数の速度制御スイッチ７２は、所定のターンオン抵抗またはターンオフ抵抗を提供するために選択的に動作させられ得る。つまり、このような配置であれば、ターンオン抵抗およびターンオフ抵抗についての所定の比較的大きい抵抗値が、増加した程度の電圧過渡保護を提供するために、フェーズレッグ２００の状態に少なくとも基づいて、１つまたは複数のレジスタを用いて選択的に提供され得る。逆に、この構成であれば、ターンオン抵抗およびターンオフ抵抗についての比較的小さい抵抗値が、比較的速いスイッチング速度を、比較的長い所定または選択の期間にわたって提供するために、フェーズレッグ２００の状態に少なくとも基づいて、１つまたは複数のレジスタを用いて選択的に提供され得る。このように、各ターンオン抵抗およびターンオフ抵抗の値は、すべての出力状態４０２、４０４、４０６、４０８、４１０におけるスイッチング速度についての所望の最適化された動作、または、フェーズレッグ２００の動作状態に基づいて、複数の選択可能な抵抗値から選択され得る。

【0068】

他の非限定的な態様において、フェーズレッグ２００の出力状態４０２、４０４、４０６、４０８、４１０は、電圧に関する出力状態４０２、４０４、４０６、４０８、４１０のみに基づくことに限定される必要はない。例えば、非限定的な態様において、フェーズレッグ２００の出力状態４０２、４０４、４０６、４０８、４１０は、電気出力状態４０２、４０４、４０６、４０８、４１０とフェーズレッグ２００の温度状態との組み合わせに基づくことができる。他の非限定的な態様において、フェーズレッグ２００の出力状態は、電圧出力状態４０２、４０４、４０６、４０８、４１０とフェーズレッグ２００の電流状態との組み合わせに基づくことができる。なおも他の非限定的な態様において、フェーズレッグ２００の出力状態４０２、４０４、４０６、４０８、４１０は、電圧出力状態４０２、４０４、４０６、４０８、４１０とスイッチ２１０～２２０の電圧状態との組み合わせに基づくことができる。なおも他の非限定的な態様において、フェーズレッグ２００の出力状態４０２、４０４、４０６、４０８、４１０は、電力変換器１００における１つまたは複数のスイッチングデバイスのスイッチング速度を決定するために、電流と電圧と温度との組み合わせに基づいて決定されることができる。

【0069】

図７は、電力変換器１００のフェーズレッグ２００を動作させる方法７００を示しており、フェーズレッグ２００は、それぞれのゲート駆動回路２５０に通信可能に結合され、それぞれのゲート駆動回路２５０からそれぞれのゲート駆動信号５７に切り替え可能に応答するスイッチ２１０～２２０のセットを備える。方法７００は、ステップ７１０において、それぞれのゲート駆動信号５７を各々それぞれのゲート駆動回路２５０からスイッチのセットの対応するスイッチ２１０～２２０に提供することによって開始し、ステップ７２０において、それぞれのゲート駆動信号５７に基づいて、スイッチ２１０～２２０のセットを選択的に動作させることによって、フェーズレッグの出力状態４０２、４０６、４０８、４１０を、中性出力電圧を有する中性状態４０２、第１の出力電圧を有する第１の状態４０６、および第２の出力電圧を有する第２の状態４１０のうちの１つとの間で切り替え可能に移行させる。方法７００は、ステップ７３０において、フェーズレッグ２００の出力状態４０２、４０４、４０６、４０８、４１０を決定することを含み得る。方法はまた、ステップ７４０において、フェーズレッグ２００の出力状態４０２、４０６、４０８、４１０に基づいて、ゲート駆動回路２５０の下位セットのそれぞれの抵抗および電流のうちの少なくとも１つを選択的に変化させることを含み得る。

【0070】

示されている順序は、例示の目的のためだけであり、方法の一部分が異なる論理的順番で進行することができること、追加または介在する部分が含まれ得ること、方法の記載された部分が複数の部分へと分割され得ること、または、方法の記載された部分が、記載された方法を損なうことなく省略され得ることが理解されるため、方法７００をいかなる形でも限定するように意味されていない。

【0071】

さらに、本明細書に記載されているシステムおよび方法は、シャットダウン動作（例えば、故障状態またはトリップ状態に応じて）の間に適用され得る。例えば、半導体デバイスのすべてが、より遅いターンオフ速度で素早くターンオフまたはトリップし、それによって、デバイスの少なくともいくつかにおけるさらなる遅れを回避するように構成されることができる。

【0072】

まだ記載されていない範囲まで、様々な態様の異なる特徴および構造が、望まれているように互いとの組み合わせで使用できる。１つの特徴がすべての態様において例示できていないのは、それができないと解釈されるように意味されているのではなく、記載の簡潔性のために行われている。したがって、異なる態様の様々な特徴は、新たな態様が明示的に記載されていようがなかろうが、新たな態様を形成するために望まれるように混合および整合され得る。本明細書に記載されている特徴の組み合わせまたは置換は、本開示によって網羅されている。

【0073】

本発明のさらなる態様は、以下の項の主題によって提供される。

【0074】

１． 電力変換器であって、ゲート駆動回路のセットと通信可能に結合されるスイッチング素子のセットであって、各ゲート駆動回路は、対応するスイッチング素子にそれぞれの信号を提供するように構成され、スイッチング素子は、それぞれの信号に切り替え可能に応答する、スイッチング素子のセットと、電力変換器の出力状態を制御するように、および電力変換器の出力状態に基づいて、ゲート駆動回路のそれぞれの抵抗およびそれぞれのゲート電流のうちの１つを選択的に変化させるように構成される制御装置モジュールとを備える電力変換器。

【0075】

２． ゲート駆動回路のそれぞれの抵抗およびそれぞれのゲート電流のうちの１つを選択的に変化させることは、対応するスイッチング素子のスイッチング速度に変化をもたらす、任意の前項に記載の電力変換器。

【0076】

３． ゲート駆動回路のそれぞれの抵抗を選択的に変化させることは、各それぞれのゲート駆動回路におけるそれぞれの速度制御スイッチを選択的に動作させることを含む、任意の前項に記載の電力変換器。

【0077】

４． 電力変換器の出力状態は、正電圧、負電圧、および中性電圧のうちの１つである、任意の前項に記載の電力変換器。

【0078】

５． 電力変換器の中性電圧出力状態は、電力変換器の出力電圧のゼロ交差に基づく、任意の前項に記載の電力変換器。

【0079】

６． 電力変換器の出力状態が中性電圧となるように決定されるとき、制御装置モジュールは、各それぞれのゲート駆動回路におけるそれぞれの速度制御スイッチを選択的に作動させて、それぞれのゲート駆動回路の抵抗を増加させるように構成される、任意の前項に記載の電力変換器。

【0080】

７． 電力変換器の出力状態が正電圧および負電圧の一方であるとき、制御装置モジュールは、それぞれのゲート駆動回路の抵抗を低下させるために、ゲート駆動回路の下位セットの各ゲート駆動回路におけるそれぞれの速度制御スイッチを選択的に作動させるように構成される、任意の前項に記載の電力変換器。

【0081】

８． それぞれの駆動回路のそれぞれの抵抗は、それぞれのゲート駆動回路におけるそれぞれの速度制御スイッチの動作に応答して変化可能である、任意の前項に記載の電力変換器。

【0082】

９． 制御装置モジュールは、スイッチング素子の少なくとも下位セットの温度、電圧、電流、およびスイッチング状態のうちの少なくとも１つを決定するように、ならびに、電力変換器の出力状態と、スイッチング素子の少なくとも下位セットの温度、電圧、電流、およびスイッチング状態のうちの決定された少なくとも１つとに基づいてゲート駆動回路の対応する下位セットのそれぞれの抵抗を選択的に変化させるように、さらに構成される、任意の前項に記載の電力変換器。

【0083】

１０． 各ゲート駆動回路によって提供されるそれぞれの信号はＤＣ電圧信号である、任意の前項に記載の電力変換器。

【0084】

１１． 電力変換器のフェーズレッグを動作させるための方法であって、フェーズレッグは、出力端子と、入力端子のセットと、スイッチの第１のセットであって、入力端子のセットと出力端子との間に配置され、ゲート制御回路のセットのそれぞれのゲート制御回路に通信可能に結合され、それぞれのゲート制御回路からのそれぞれの駆動信号に切り替え可能に応答する、スイッチの第１のセットとを備え、それぞれの駆動信号を各ゲート制御回路からスイッチの第１のセットの対応するスイッチへ提供するステップと、それぞれの信号に基づいてスイッチの第１のセットを選択的に動作させることによって、フェーズレッグの出力状態を、中性出力電圧を有する中性状態、第１の出力電圧を有する第１の状態、および、第２の出力電圧を有する第２の状態のうちの１つとの間で切り替え可能に移行させるステップと、フェーズレッグの出力状態に基づいて、ゲート駆動回路の下位セットのそれぞれの抵抗およびそれぞれの電流のうちの１つを選択的に変化させるステップとを含む方法。

【0085】

１２． ゲート駆動回路の下位セットのそれぞれの抵抗およびそれぞれの電流のうちの１つを選択的に変化させるステップは、対応するスイッチング素子の下位セットのスイッチング速度に変化をもたらす、任意の前項に記載の方法。

【0086】

１３． ゲート駆動回路の下位セットのそれぞれの抵抗を選択的に変化させるステップは、それぞれのゲート駆動回路の抵抗の増加および低下の一方を行うために、ゲート駆動回路の下位セットのそれぞれのゲート駆動回路におけるそれぞれの速度制御スイッチを選択的に動作させることを含む、任意の前項に記載の方法。

【0087】

１４． 電力変換器の出力状態は、正電圧、負電圧、および中性電圧のうちの１つである、任意の前項に記載の方法。

【0088】

１５． 電力変換器の中性出力状態は、電力変換器の出力電圧のゼロ交差に基づく、任意の前項に記載の方法。

【0089】

１６． 電力変換器の出力状態が中性電圧になると決定されるとき、それぞれのゲート駆動回路の抵抗を増加させるために、ゲート駆動回路の下位セットの各ゲート駆動回路におけるそれぞれの速度制御スイッチを選択的に作動させることをさらに含む、任意の前項に記載の方法。

【0090】

１７． 電力変換器の出力状態が正電圧および負電圧の一方であるとき、それぞれのゲート駆動回路の抵抗を低下させるために、ゲート駆動回路の下位セットの各ゲート駆動回路におけるそれぞれの速度制御スイッチを選択的に作動させることをさらに含む、任意の前項に記載の方法。

【0091】

１８． ゲート駆動回路の下位セットのそれぞれの抵抗およびそれぞれの電流のうちの１つを選択的に変化させるステップは、ゲート駆動回路のサブセットの各ゲート駆動回路におけるそれぞれの速度制御スイッチを動作させることを含む、任意の前項に記載の方法。

【0092】

１９． スイッチの第１のセットの少なくとも下位セットの温度、電圧、電流、およびスイッチング状態のうちの少なくとも１つを決定するステップと、フェーズレッグの出力状態と、スイッチの第１のセットの少なくとも下位セットの温度、電圧、電流、およびスイッチング状態のうちの決定された少なくとも１つとに基づいてゲート駆動回路の対応する下位セットのそれぞれの抵抗を選択的に変化させるステップとをさらに含む、任意の前項に記載の方法。

【0093】

２０． 各ゲート駆動回路によって提供されるそれぞれの信号はＤＣ電圧信号である、任意の前項に記載の方法。

【符号の説明】

【0094】

４０ センサのセット
４１ 温度センサ
４２ 電流センサ
４３ 電圧センサ
４４ スイッチセンサ
５１ ゲート駆動回路入力側
５２ ゲート駆動回路出力側
５３ コマンド信号
５４ 入力ノード
５５ ゲート駆動回路出力ノード
５６ 電圧供給源
５７ ゲート駆動信号
６０ ゲート制御スイッチの第２のセット
６１ 第１のゲート制御スイッチ
６２ 第２のゲート制御スイッチ
６３ 第１のドレン端子
６４ 第１のゲート端子
６５ 第１のソース端子
６６ 第２のソース端子
６７ 第２のゲート端子
６８ 第２のドレン端子
７０ ゲート制御スイッチの第３のセット
７１ 第１の速度制御スイッチ
７２ 第２の速度制御スイッチ
８０ レジスタの第１のセット
８１ 第１のレジスタ
８２ 第２のレジスタ
９０ レジスタの第２のセット
９３ 第３のレジスタ
９４ 第４のレジスタ
９９ レジスタの第３のセット
１００ ３レベルＡＮＰＣ電力変換器
１０２ 入力ポート
１０４ 出力ポート
１０５ 第５のゲートレジスタ
１０７ 第６のゲートレジスタ
１０６、１０８、１１０ フェーズレッグ
１１２ 変調器
１１４ 正入力端子
１１６ 中性入力端子
１１８ 負入力端子
１２０、１２２、１２４ 出力端子
１２６ 制御装置モジュール
２００ フェーズレッグ
２０２ 第１の入力端子
２０４ 第２の入力端子
２０６ 中性入力端子
２０８ 出力端子
２０９ スイッチの第１のセット、スイッチング素子のセット
２１０ 第１のスイッチ
２１２ 第２のスイッチ
２１４ 第３のスイッチ
２１６ 第４のスイッチ
２１８ 第５のスイッチ
２２０ 第６のスイッチ
２２２、２２４ コンデンサ
２２６ 第１のノード
２２８、２３０ ノード、相互接続点
２５０ ゲート駆動回路
３００ 信号を示しているグラフ表示
３０２ 出力電圧
３０４ Ｘ軸
３０６ Ｙ軸
３１４ 出力電圧３０２の第１のサイクル
３１６ 出力電圧３０２の第２のサイクル
４００ フェーズレッグ２００の動作状態の移行を示す状態図
４０２ 中性状態、出力状態
４０４ 第１の中間中性状態、出力状態
４０６ 第１の状態、出力状態
４０８ 第２の中間中性状態、出力状態
４１０ 第２の状態、出力状態
Ｉｇ 充電電流、ゲート電流
Ｔ_０１ フェーズレッグ２００の第１の中間中性状態に対応する全体時間
Ｔ_０２ フェーズレッグ２００の第２の中間中性状態に対応する全体時間
Ｔ_Ｎ 中性状態の全体時間
Ｔｍｉｎ 最小パルス継続期間
Ｔ_Ｓ 単一のサイクルの期間
Ｖｃ１ 第１の制御電圧、正の作動電位
Ｖｃ２ 第２の制御電圧、負の作動電位

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】