特表 2024-521165 昇圧整流回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-05-28

(54)【発明の名称】昇圧整流回路

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/12 20060101AFI20240521BHJP

【ＦＩ】

H02M7/12 Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023572870

(86)(22)【出願日】2022-05-26

(85)【翻訳文提出日】2023-11-24

(86)【国際出願番号】 EP2022025246

(87)【国際公開番号】W WO2022253462

(87)【国際公開日】2022-12-08

(31)【優先権主張番号】63/195,317

(32)【優先日】2021-06-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ

(71)【出願人】

【識別番号】518042280

【氏名又は名称】イートン インテリジェント パワー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｅａｔｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｍｉｔｅｄ

【住所又は居所原語表記】３０ Ｐｅｍｂｒｏｋｅ Ｒｏａｄ， Ｄｕｂｌｉｎ ４ Ｄ０４ Ｙ０Ｃ２， Ｉｒｅｌａｎｄ

(74)【代理人】

【識別番号】110001999

【氏名又は名称】弁理士法人はなぶさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】ウー、テンギュ

(72)【発明者】

【氏名】リー、ホアチャン

(72)【発明者】

【氏名】リー、シャオリン

(72)【発明者】

【氏名】レイ、ベリー

【テーマコード（参考）】

5H006

【Ｆターム（参考）】

5H006CA07

5H006CB01

5H006DA02

5H006DA04

5H006DB01

5H006DC02

5H006DC05

(57)【要約】

装置は、バスを介して電気的に接続されたエネルギー貯蔵システムであって、第１のエネルギー貯蔵要素と、第２のエネルギー貯蔵要素であって、第１のエネルギー貯蔵要素と第２のエネルギー貯蔵要素との間にあるエネルギーノードにおいて第１のエネルギー貯蔵要素に電気的に接続されている、第２のエネルギー貯蔵要素と、を含む、エネルギー貯蔵システムと、エネルギーノードに電気的に接続されたエネルギーフィルタシステムと、を含む。エネルギーフィルタシステムは、多相交流（ＡＣ）電力システムの１つの相に電気的に接続するように構成されている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バスを介して電気的に接続されたエネルギー貯蔵システムであって、第１のエネルギー貯蔵要素と、第２のエネルギー貯蔵要素であって、前記第１のエネルギー貯蔵要素と前記第２のエネルギー貯蔵要素との間にあるエネルギーノードにおいて前記第１のエネルギー貯蔵要素に電気的に接続されている、第２のエネルギー貯蔵要素と、を含む、エネルギー貯蔵システムと、
前記エネルギーノードに電気的に接続されたエネルギーフィルタシステムであって、前記エネルギーフィルタシステムは、多相交流（ＡＣ）電力システムの１つの相に電気的に接続するように構成されている、エネルギーフィルタシステムと、を含む、装置。

【請求項2】

前記エネルギーフィルタシステムが、前記エネルギー貯蔵システムに流れる電流をフィルタリングするように構成されている、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記第１のエネルギー貯蔵要素が第１のコンデンサを含み、前記第２のエネルギー要素が第２のコンデンサを含み、前記エネルギーフィルタシステムがインダクタを含む、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記インダクタが、前記ＡＣ電力システムの第３の相に電気的に接続するように構成されており、前記装置が、
前記エネルギー貯蔵システムに電気的に接続された第１のスイッチングモジュールであって、前記第１のスイッチングモジュールが、前記ＡＣ電力システムの第１の相に電気的に接続するように構成されている第１の入力ノードを含む、第１のスイッチングモジュールと、
前記エネルギー貯蔵システムに電気的に接続された第２のスイッチングモジュールであって、前記第２のスイッチングモジュールが、前記ＡＣ電力システムの第２の相に電気的に接続するように構成されている第２の入力ノードを含む、第２のスイッチングモジュールと、を更に含む、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記エネルギーフィルタシステムは、前記第１のスイッチングモジュール及び前記第２のスイッチングモジュールの中を流れる電流が実質的に同じになるように、前記エネルギー貯蔵システムに流れる電流をフィルタリングするように構成されている、請求項４に記載の装置。

【請求項6】

前記第１のスイッチングモジュールが、前記第１の入力ノードにおいて第３のスイッチに電気的に接続された第１のスイッチを含み、
前記第２のスイッチングモジュールが、前記第２の入力ノードにおいて第４のスイッチに電気的に接続された第２のスイッチを含む、請求項５に記載の装置。

【請求項7】

前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、前記第３のスイッチ、及び前記第４のスイッチの各々が、アノード及びカソードを含む、請求項６に記載の装置。

【請求項8】

前記第１のスイッチのアノードが、前記第３のスイッチのカソードに電気的に接続されており、前記第２のスイッチのアノードが、前記第４のスイッチのカソードに電気的に接続されている、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記第１のスイッチが第１のダイオードを含み、前記第２のスイッチが第２のダイオードを含み、前記第３のスイッチが第３のダイオードを含み、前記第４のスイッチが第４のダイオードを含む、請求項８に記載の装置。

【請求項10】

負荷に接続するように構成されたバスであって、第１の側及び第２の側を含む、バスと、
前記バスに電気的に接続された第１のスイッチングモジュールであって、
前記第１の側に電気的に接続された第１のスイッチング要素と、
前記第２の側に及び前記第１のスイッチング要素に電気的に接続された第３のスイッチング要素であって、前記第１のスイッチング要素は、前記第１のスイッチング要素と前記第３のスイッチング要素との間にある第１の入力ノードにおいて前記第３のスイッチング要素に電気的に接続されている、第３のスイッチング要素と、を含む、第１のスイッチングモジュールと、
前記バスに電気的に接続された第２のスイッチングモジュールであって、
前記第１の側に電気的に接続された第２のスイッチング要素と、
前記第２の側及び前記第２のスイッチング要素に電気的に接続された第４のスイッチング要素であって、前記第２のスイッチング要素は、前記第２のスイッチング要素と前記第４のスイッチング要素との間にある第２の入力ノードにおいて前記第４のスイッチング要素に電気的に接続されている、第４のスイッチング要素と、を含む、第２のスイッチングモジュールと、
前記負荷と並列に接続されるように構成されたエネルギー貯蔵システムであって、前記エネルギー貯蔵システムは、
前記第１の側に電気的に接続された第１のエネルギー貯蔵要素と、
前記第２の側に及び前記第１のエネルギー貯蔵要素に電気的に接続された第２のエネルギー貯蔵要素であって、前記第１のエネルギー貯蔵要素は、前記第１のエネルギー貯蔵要素と前記第２のエネルギー貯蔵要素との間にあるエネルギーノードにおいて前記第２のエネルギー貯蔵要素に電気的に接続されている、第２のエネルギー貯蔵要素と、を含む、エネルギー貯蔵システムと、
前記エネルギーノードに電気的に接続されたエネルギーフィルタシステムと、を含み、
前記第１の入力ノードは、交流（ＡＣ）電力システムの第１の相に電気的に接続するように構成されており、前記第２の入力ノードは、前記ＡＣ電力システムの第２の相に電気的に接続するように構成されており、前記エネルギーフィルタシステムは、前記ＡＣ電力システムの第３の相に電気的に接続するように構成されている、整流システム。

【請求項11】

前記第１のスイッチング要素が第１のダイオードを含み、前記第２のスイッチング要素が第２のダイオードを含み、前記第３のスイッチング要素が第３のダイオードを含み、及び前記第４のスイッチング要素が第４のダイオードを含み、
前記第１のエネルギー貯蔵要素が第１のコンデンサを含み、及び前記第２のエネルギー貯蔵要素が第２のコンデンサを含み、並びに
前記エネルギーフィルタシステムがインダクタを含む、請求項１０に記載の整流システム。

【請求項12】

前記第１の入力ノードが、前記第１のダイオードのアノードに及び前記第３のダイオードのカソードに電気的に接続されており、
前記第２の入力ノードが、前記第２のダイオードのアノードに及び前記第４のダイオードのカソードに電気的に接続されており、
前記第１のコンデンサが、前記第１のダイオードのカソードに及び前記第２のダイオードのカソードに電気的に接続されており、
前記第２のコンデンサが、前記第３のダイオードのアノードに及び前記第４のダイオードのアノードに電気的に接続されている、請求項１１に記載の整流システム。

【請求項13】

前記第１の入力ノードが、前記第１のダイオードのカソードに及び前記第３のダイオードのアノードに電気的に接続されており、
前記第２の入力ノードが、前記第２のダイオードのカソードに及び前記第４のダイオードのアノードに電気的に接続されており、
前記第１のコンデンサが、前記第１のダイオードのアノードに及び前記第２のダイオードのアノードに電気的に接続されており、
前記第２のコンデンサが、前記第３のダイオードのカソードに及び前記第４のダイオードのカソードに電気的に接続されている、請求項１１に記載の整流システム。

【請求項14】

前記第１のコンデンサ及び前記第２のコンデンサが、同じ容量値を有する、請求項１１に記載の整流システム。

【請求項15】

前記エネルギー貯蔵システムの両端の電圧が、線間入力電圧よりも少なくとも２倍大きく、前記線間入力電圧が、前記ＡＣ電力システムの前記３つの相のうちの任意の２つの間の電圧である、請求項１０に記載の整流システム。

【請求項16】

動作使用中に、第１の相入力電流が前記第１の入力ノードにおいて流れ、第２の相入力電流が前記第２の入力ノードにおいて流れ、及び第３の相入力電流が前記エネルギーフィルタシステムにおいて流れ、並びに、
前記エネルギーフィルタシステムが、前記第１の相入力電流のＲＭＳ値と、前記第２の相入力電流のＲＭＳ値と、前記第３の相入力電流のＲＭＳ値との間の差を低減するように構成されている、請求項１０に記載の整流システム。

【請求項17】

動作使用中に、ＡＣ電流が、単一の電力サイクル中に前記第１のスイッチング要素、前記第２のスイッチング要素、前記第３のスイッチング要素、及び前記第４のスイッチング要素の各々に流れ、
前記エネルギーフィルタシステムは、実質的に同じ量のＲＭＳ電流が前記単一の電力サイクル中に前記第１のスイッチング要素、前記第２のスイッチング要素、前記第３のスイッチング要素、及び前記第４のスイッチング要素の各々に流れるように構成されている、請求項１０に記載の整流システム。

【請求項18】

整流回路のためのインダクタの最終インダクタンス値を決定する方法であって、前記方法は、
前記インダクタの初期インダクタンス値にアクセスすることと、
第１の時間におけるコンデンサの両端の第１の電圧を決定することであって、前記コンデンサは、前記インダクタに、及び交流（ＡＣ）電力システムの相に電気的に接続されるようにそれぞれ構成されている複数のスイッチングモジュールに、電気的に接続されている、ことと、
第２の時間における前記コンデンサの両端の第２の電圧を決定することであって、前記第２の時間は前記第１の時間の後に生じる、ことと、
前記第１の電圧と前記第２の電圧との差を決定することと、を含み、
前記第１の電圧と前記第２の電圧との前記差が所定の範囲外である場合、前記方法は、
前記第１の電圧を低減することと、
前記第１の電圧を低減した後の２つの追加電圧間の差を決定することと、を更に含み、
前記第１の電圧と前記第２の電圧との前記差が前記所定の範囲内にある場合、前記方法は、各スイッチングモジュールにおける電流を他のスイッチングモジュールにおける電流と比較することと、
前記スイッチングモジュールにおける二乗平均平方根（ＲＭＳ）電流が閾値差内で類似している場合、前記初期インダクタンス値を前記最終インダクタンス値として提供することと、
前記スイッチングモジュールにおける前記ＲＭＳ電流が前記閾値差内で類似していない場合、前記スイッチングモジュールにおける前記ＲＭＳ電流が前記閾値差内で類似するまで前記初期インダクタンス値を低減することと、を更に含む、方法。

【請求項19】

前記所定の範囲が、０より小さい第１の数と０より大きい第２の数との間の値の範囲であり、前記閾値差が、０でない数である、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記所定の範囲が０のみを含み、前記閾値差が０である、請求項１８に記載の方法。

【請求項21】

前記第１の電圧が、前記ＡＣ電力システムの電力サイクルの開始時における前記コンデンサの両端の電圧であり、前記第２の電圧が、前記ＡＣ電力システムの前記電力サイクルの終了時における前記コンデンサの両端の電圧である、請求項１８に記載の方法。

【請求項22】

前記２つの追加電圧が、前記低減された第１の電圧、前記第２の電圧の別のインスタンスを含む、請求項１８に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２１年６月１日に出願された「ＶＯＬＴＡＧＥ ＢＯＯＳＴＩＮＧ ＲＥＣＴＩＦＩＥＲ ＣＩＲＣＵＩＴ」と題する米国特許仮出願第６３／１９５，３１７号の利益を主張し、この仮出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

（発明の分野）
本開示は、昇圧整流回路に関する。

【背景技術】

【0003】

整流回路は、周期的に方向が反転する、交流（ＡＣ）を、一方向のみに流れる、直流（ＤＣ）に変換する。

【発明の概要】

【0004】

一態様では、装置は、バスを介して電気的に接続されたエネルギー貯蔵システムであって、第１のエネルギー貯蔵要素と、第２のエネルギー貯蔵要素であって、第１のエネルギー貯蔵要素と第２のエネルギー貯蔵要素との間にあるエネルギーノードにおいて第１のエネルギー貯蔵要素に電気的に接続されている、第２のエネルギー貯蔵要素と、を含む、エネルギー貯蔵システムと、エネルギーノードに電気的に接続されたエネルギーフィルタシステムと、を含む。エネルギーフィルタシステムは、多相交流（ＡＣ）電力システムの１つの相に電気的に接続するように構成されている。

【0005】

実装形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。

【0006】

エネルギーフィルタシステムは、エネルギー貯蔵システムに流れる電流をフィルタリングするように構成され得る。

【0007】

第１のエネルギー貯蔵要素は第１のコンデンサであり得、第２のエネルギー要素は第２のコンデンサであり得、エネルギーフィルタシステムはインダクタであり得る。インダクタは、ＡＣ電力システムの第３の相に電気的に接続するように構成され得、装置はまた、エネルギー貯蔵システムに電気的に接続された第１のスイッチングモジュールと、エネルギー貯蔵システムに電気的に接続された第２のスイッチングモジュールとを含み得る。第１のスイッチングモジュールは、ＡＣ電力システムの第１の相に電気的に接続するように構成されている第１の入力ノードを含み得、第２のスイッチングモジュールは、ＡＣ電力システムの第２の相に電気的に接続するように構成されている第２の入力ノードを含み得る。エネルギーフィルタシステムは、第１のスイッチングモジュール及び第２のスイッチングモジュールの中を流れる電流が実質的に同じになるように、エネルギー貯蔵システムに流れる電流をフィルタリングするように構成され得る。第１のスイッチングモジュールは、第１の入力ノードにおいて第３のスイッチに電気的に接続された第１のスイッチを含み得、第２のスイッチングモジュールは、第２の入力ノードにおいて第４のスイッチに電気的に接続された第２のスイッチを含み得る。第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、及び第４のスイッチの各々は、アノード及びカソードを含み得る。第１のスイッチのアノードは、第３のスイッチのカソードに電気的に接続され得、第２のスイッチのアノードは、第４のスイッチのカソードに電気的に接続され得る。第１のスイッチは第１のダイオードであり得、第２のスイッチは第２のダイオードであり得、第３のスイッチは第３のダイオードであり得、第４のスイッチは第４のダイオードであり得る。

【0008】

別の態様では、整流システムは、負荷に接続するように構成されたバスと、バスに電気的に接続された第１のスイッチングモジュールであって、バスの第１の側に電気的に接続された第１のスイッチング要素と、バスの第２の側に及び第１のスイッチング要素に電気的に接続された第３のスイッチング要素と、を含む、第１のスイッチングモジュールと、を含む。第１のスイッチング要素は、第１のスイッチング要素と第３のスイッチング要素との間にある第１の入力ノードにおいて第３のスイッチング要素に電気的に接続されている。システムはまた、バスに電気的に接続された第２のスイッチングモジュールであって、バスの第１の側に電気的に接続された第２のスイッチング要素と、バスの第２の側に及び第２のスイッチング要素に電気的に接続された第４のスイッチング要素と、を含む、第２のスイッチングモジュールと、を含む。第２のスイッチング要素は、第２のスイッチング要素と第４のスイッチング要素との間にある第２の入力ノードにおいて第４のスイッチング要素に電気的に接続されている。システムはまた、負荷と並列に接続されるように構成されたエネルギー貯蔵システムを含む。エネルギー貯蔵システムは、バスの第１の側に電気的に接続された第１のエネルギー貯蔵要素と、バスの第２の側に及び第１のエネルギー貯蔵要素に電気的に接続された第２のエネルギー貯蔵要素とを含む。第１のエネルギー貯蔵要素は、第１のエネルギー貯蔵要素と第２のエネルギー貯蔵要素との間にあるエネルギーノードにおいて第２のエネルギー貯蔵要素に電気的に接続されている。エネルギー貯蔵システムはまた、エネルギーノードに電気的に接続されたエネルギーフィルタシステムを含む。第１の入力ノードは、交流（ＡＣ）電力システムの第１の相に電気的に接続するように構成されており、第２の入力ノードは、ＡＣ電力システムの第２の相に電気的に接続するように構成されており、エネルギーフィルタシステムは、ＡＣ電力システムの第３の相に電気的に接続するように構成されている。

【0009】

実装形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。

【0010】

第１のスイッチング要素は第１のダイオードを含み得、第２のスイッチング要素は第２のダイオードを含み得、第３のスイッチング要素は第３のダイオードを含み得、及び第４のスイッチング要素は第４のダイオードを含み得、第１のエネルギー貯蔵要素は第１のコンデンサを含み得、及び第２のエネルギー要素は第２のコンデンサを含み得、並びにエネルギーフィルタシステムはインダクタを含み得る。いくつかの実装形態では、第１の入力ノードは、第１のダイオードのアノードに及び第３のダイオードのカソードに電気的に接続されており、第２の入力ノードは、第２のダイオードのアノードに及び第４のダイオードのカソードに電気的に接続されており、第１のコンデンサは、第１のダイオードのカソードに及び第２のダイオードのカソードに電気的に接続されており、第２のコンデンサは、第３のダイオードのアノードに及び第４のダイオードのアノードに電気的に接続されている。第１の入力ノードは、第１のダイオードのカソードに及び第３のダイオードのアノードに電気的に接続され得、第２の入力ノードは、第２のダイオードのカソードに及び第４のダイオードのアノードに電気的に接続され得、第１のコンデンサは、第１のダイオードのアノードに及び第２のダイオードのアノードに電気的に接続され得、第２のコンデンサは、第３のダイオードのカソードに及び第４のダイオードのカソードに電気的に接続され得る。第１のコンデンサ及び第２のコンデンサは、同じ容量値を有し得る。

【0011】

いくつかの実装形態では、エネルギー貯蔵システムの両端の電圧は、線間入力電圧よりも少なくとも２倍大きく、線間入力電圧は、ＡＣ電力システムの３つの相のうちの任意の２つの間の電圧である。

【0012】

いくつかの実装形態では、動作使用中に、第１の相入力電流は第１の入力ノードにおいて流れ、第２の相入力電流は第２の入力ノードにおいて流れ、及び第３の相入力電流はエネルギーフィルタシステムにおいて流れ、並びにエネルギーフィルタシステムは、第１の相入力電流のＲＭＳ値、第２の相入力電流のＲＭＳ値、及び第３の相入力電流のＲＭＳ値の間の差を低減するように構成されている。

【0013】

更に、いくつかの実装形態では、動作使用中に、ＡＣ電流は、単一の電力サイクル中に第１のスイッチング要素、第２のスイッチング要素、第３のスイッチング要素、及び第４のスイッチング要素の各々に流れ、エネルギーフィルタシステムは、実質的に同じ量のＲＭＳ電流が単一の電力サイクル中に第１のスイッチング要素、第２のスイッチング要素、第３のスイッチング要素、及び第４のスイッチング要素の各々に流れるように構成されている。

【0014】

別の態様では、整流回路のためのインダクタの最終インダクタンス値を決定する方法は、インダクタの初期インダクタンス値にアクセスすることと、第１の時間におけるコンデンサの両端の第１の電圧を決定することと、を含む。コンデンサは、インダクタに、及び交流（ＡＣ）電力システムの相に電気的に接続されるようにそれぞれ構成されている複数のスイッチングモジュールに、電気的に接続されている。方法はまた、第１の時間の後に生じる第２の時間におけるコンデンサの両端の第２の電圧を決定することと、第１の電圧と第２の電圧との差を決定することと、を含む。第１の電圧と第２の電圧との差が所定の範囲外である場合、方法は、第１の電圧を低減することと、第１の電圧を低減した後の２つの追加電圧間の差を決定することと、を更に含む。第１の電圧と第２の電圧との差が所定の範囲内にある場合、方法は、各スイッチングモジュールにおける電流を他のスイッチングモジュールにおける電流と比較することを更に含む。スイッチングモジュールにおける二乗平均平方根（ＲＭＳ）電流が閾値差内で類似している場合、初期インダクタンス値が最終インダクタンス値として提供され、スイッチングモジュールにおけるＲＭＳ電流が閾値差内で類似していない場合、初期インダクタンス値は、スイッチングモジュールにおけるＲＭＳ電流が閾値差内で類似するまで低減される。

【0015】

実装形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。所定の範囲は、０より小さい第１の数と０より大きい第２の数との間の値の範囲であり得、閾値差は、０でない数であり得る。いくつかの実装形態では、所定の範囲は０のみを含み、閾値差は０である。

【0016】

第１の電圧は、ＡＣ電力システムの電力サイクルの開始時におけるコンデンサの両端の電圧であり得、第２の電圧は、ＡＣ電力システムの電力サイクルの終了時におけるコンデンサの両端の電圧であり得る。

【0017】

２つの追加電圧は、低減された第１の電圧、第２の電圧の別のインスタンスであり得る。

【0018】

本明細書で説明される技法のいずれかの実装形態は、装置、デバイス、システム、及び／又は方法を含み得る。１つ以上の実装形態の詳細が、添付の図面及び以下の説明に記載される。他の特徴は、説明及び図面から、並びに特許請求の範囲から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】平衡型整流回路の一例を含むシステムのブロック図である。

【図2】不平衡型整流回路の一例を含むシステムのブロック図である。

【図3A】時間の関数としての線間入力電圧の一例である。

【図3B】時間の関数としての不平衡型整流回路におけるコンデンサの両端の電圧の一例である。

【図3C】時間の関数としての不平衡型整流回路の出力電圧の一例である。

【図3D】時間の関数としての不平衡型整流回路のダイオード内を流れる電流の一例である。

【図4A】平衡型整流回路の一例を含むシステムのブロック図である。

【図4B】図４Ａの平衡型整流回路における電流の例である。

【図4C】図４Ａの平衡型整流回路における電流の例である。

【図4D】図４Ａの平衡型整流回路における電流の例である。

【図5】平衡型整流回路におけるインダクタのインダクタンス値を決定するためのプロセスの一例のフローチャートである。

【図6】平衡型整流回路におけるインダクタのインダクタンス値を決定するために使用され得る計算システムのブロック図である。

【図7A】時間の関数としての線間入力電圧の一例である。

【図7B】時間の関数としての平衡型整流回路におけるコンデンサの両端の電圧の一例である。

【図7C】時間の関数としての平衡型整流回路の出力電圧の一例である。

【図7D】時間の関数としての平衡型整流回路のダイオード内を流れる電流の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１は、システム１００のブロック図である。システム１００は、装置１２０、第１のスイッチングモジュール１３０、及び第２のスイッチングモジュール１４０を含む、整流回路１１０を含む。装置１２０は、ラベル付けのために破線の境界によって囲まれて示されている。破線の境界は、必ずしも物理的な特徴を表すわけではない。装置１２０は、バス１５０を介して電気的に接続されているエネルギー貯蔵システム１２２と、エネルギーフィルタシステム１２４とを含む。エネルギー貯蔵システム１２２は、第１のエネルギー貯蔵要素１２３ａ及び第２のエネルギー貯蔵要素１２３ｂを含む。整流回路１１０は、出力１１２においてブースト電圧Ｖｏを生成する。出力１１２は負荷１０３に接続されている。負荷１０３は、例えば、整流回路１１０のＤＣ出力を、モータ（図示せず）に供給されるＡＣモータ駆動信号に変換するインバータであり得る。以下に説明するように、装置１２０の構成は、従来のフルブリッジ整流回路で可能なものよりも大きなブースト電圧Ｖｏをもたらす。このようにして、装置１２０は、システム１００の性能を改善する。

【0021】

システム１００はまた、三相交流（ＡＣ）電力システム１０１を含む。ＡＣ電力システム１０１の３つの相は相１、相２、及び相３と称する。動作使用中に、整流回路１１０は、ＡＣ電力システム１０１に電気的に接続されている。具体的には、第１のスイッチングモジュール１３０は相１に電気的に接続されており、第２のスイッチングモジュール１４０は相２に電気的に接続されており、装置１２０のエネルギーフィルタシステム１２４は相３に電気的に接続されている。ＡＣ電力システム１０１は、多相電力を供給することができる任意のタイプのデバイス又はシステムである。ＡＣ電源は、例えば、基本周波数が、例えば、５０又は６０ヘルツ（Ｈｚ）であるＡＣ電力を配送し、最大６９０Ｖの動作電圧を有するＡＣ配電網など、高電圧配電システムであり得る。別の例では、ＡＣ電力システム１０１は発電機である。

【0022】

三相電力入力（ＡＣ電力システム１０１など）のための従来のフルブリッジ整流回路は、６つのダイオードを含み、ＡＣ電力入力の線間電圧よりも約１．４倍大きい出力電圧を生成する。多相電力入力の線間電圧は、ＡＣ電力入力の任意の２つの相間の電圧である。従来のフルブリッジ整流器の出力電圧を増加させるために、６つのダイオードの代わりに６つの制御可能なスイッチ（６つの絶縁ゲートトランジスタ又はＩＧＢＴなど）が使用され得る。しかしながら、制御可能なスイッチは、駆動及び／又は制御回路を必要とし、複雑さ及びコストを増加させる。従来のフルブリッジ整流器の出力電圧を増加させるための他の選択肢としては、単一スイッチのブースト及びのブーストのみの回路が挙げられ、それらの両方は、制御可能なスイッチを含み、概して、低電力用途に限定される。

【0023】

一方、整流回路１１０は、出力１１２におけるブースト電圧Ｖｏが従来のフルブリッジ整流器で達成されるであろうものよりも大きい、単純で低コストの解決策を提供する。例えば、ブースト電圧Ｖｏは、ＡＣ電力システム１０１の線間電圧よりも約２．８倍大きくなり得る。言い換えれば、ブースト電圧Ｖｏは、相１、２、及び３のうちの任意の２つの間の電圧よりも約２．８倍大きくなり得る。したがって、整流回路１１０は、従来のフルブリッジ整流器よりも大きな出力電圧の増加を提供する。ブースト電圧Ｖｏ（出力１１２における電圧）を増加させることは望ましい。例えば、いくつかの産業用途では、電磁干渉（ＥＭＩ）フィルタ及び／又はＡＣリアクトルなどの追加のデバイスが整流回路１１０の入力に接続されており、整流回路１１０の入力は、長いケーブルを介してＡＣ電力システム１０１に電気的に接続され得る。上述したように、整流回路１１０の出力１１２は、整流回路１１０のＤＣ出力をモータ（図示せず）に供給されるＡＣモータ駆動信号に変換するインバータ（図示せず）に接続され得る。負荷リアクトル及び／又はフィルタ（正弦波又はｄｖ／ｄｔフィルタなど）は、インバータの出力とモータとの間に電気的に接続され得る。長いケーブル、負荷リアクトル、及び／又はフィルタは、負荷１０３に対して電圧降下を引き起こす可能性がある追加の要素の例であり、これらの電圧降下は、エンドユーザの用途に有害であることがある。例えば、負荷１０３は、ＡＣ信号をモータに提供するインバータであり得る。この例では、インバータの電圧降下は、モータが定格周波数で界磁弱め領域に入ることをもたらし、これは、モータの精密制御の完全な又は部分的な喪失を引き起こし得る。出力１１２においてより大きな電圧Ｖｏを提供することによって、整流回路１１０は、負荷１０３における電圧降下を軽減又は回避する。

【0024】

更に、整流回路１１０は、単純で低コストの構成要素を含む。例えば、各エネルギー貯蔵要素１２３ａ及び１２３ｂはコンデンサであり得、エネルギーフィルタシステム１２４はインダクタであり得、スイッチングモジュール１３０及び１４０の各々は２つのダイオードを含み得る。したがって、整流回路１１０は、従来のフルブリッジ整流器よりも大きな電圧増加を提供するが、必ずしも複雑な、制御可能な構成要素を含まない。したがって、整流回路１１０は、多相ＡＣ電力入力（電力システム１０１など）とともに使用するための安価で、比較的単純で、信頼性の高い整流回路を提供する。以下で更に説明するように、整流回路１１０がＡＣ電力システム１０１に及び負荷１０３に電気的に接続されているとき、エネルギーフィルタシステム１２４は、第１のスイッチングモジュール１３０内を流れる電流が第２のスイッチングモジュール１４０内を流れる電流と同じになるように、エネルギー貯蔵システム１２２に流れる電流をフィルタリングする。このようにして、エネルギーフィルタシステム１２４は、スイッチングモジュール１３０及び１４０内を流れる電流を平衡させる。

【0025】

整流回路１１０及びエネルギーフィルタシステム１２４の構成及び性能を更に説明するために、不平衡型整流回路２８０が図２及び図３Ａ～図３Ｄに関して説明される。図２は、不平衡型整流回路２８０を含むシステム２００のブロック図である。不平衡型整流回路２８０は、エネルギーフィルタシステム１２４を含まない。

【0026】

不平衡型整流回路２８０は、４つのダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、及びＤ４を含み、それらの各々は、アノード及びカソードを含む。ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、及びＤ４の各々は、そのダイオードのアノードにおける電圧がそのダイオードのカソードの電圧よりも閾値電圧量だけ大きいときに電流を伝導するが、そうでなければ、感知できるほどの量の電流を伝導しない。閾値電圧量は、ダイオードの特性及び構造に依存し、例えば、０～０．７ボルト（Ｖ）であり得る。

【0027】

ダイオードＤ１のカソード及びダイオードＤ３のカソードは、バス２５０の第１の側２５０ａに電気的に接続されている。ダイオードＤ２のカソードは、第１のノード２１４においてダイオードＤ１のアノードに電気的に接続されている。ダイオードＤ４のカソードは、第２のノード２１５においてダイオードＤ３のアノードに電気的に接続されている。ダイオードＤ２のアノード及びアノードＤ４は、バス２５０の第２の側２５０ｂに電気的に接続されている。コンデンサ２２３ａは、バス２５０の第１の側２５０ａに、及びエネルギーノード２２５においてコンデンサ２２３ｂに、電気的に接続されている。コンデンサ２２３ｂは、コンデンサ２２３ａに、及びバス２５０の第２の側２５０ｂに、電気的に接続されている。

【0028】

不平衡型整流回路２８０は、ＡＣ電力システム１０１に接続されて示されている。次に、不平衡型整流回路２８０の動作について、各電力周波数サイクルで発生する４つの別個の状態Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、及びＳ４を参照しながら説明する。電力周波数サイクルは、入力線間電圧信号（例えば、Ｖ１３又はＶ２３）の２つの隣接するピーク間の時間中に発生する。この時間は、入力線間電圧信号の周期とも呼ばれる。状態Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、及びＳ４は、図３Ａ～図３Ｄに示されている。図３Ａは、線間電圧Ｖ１３（実線）及びＶ２３（破線）を時間の関数として示す。線間電圧Ｖ１３は、相１と相３との間の電圧である。線間電圧Ｖ２３は、相２と相３との間の電圧である。ｘ軸は、時間の単位、例えば、秒である。時間ｔ１とｔ５との間の時間は、線間電圧Ｖ１３の周期に相当する。ｔ１とｔ５との間の時間の量は、入力電圧の周波数に依存する。例えば、入力電圧が５０Ｈｚの周波数を有するとき、周期（及びｔ１とｔ５との間の時間）は０．０２ｓである。入力電圧が６０Ｈｚの周波数を有するとき、周期は０．０１６７ｓである。ｙ軸は、電圧Ｖ１３及びＶ２３の振幅を表す。電圧の振幅は、ユーティリティ電圧に依存する。ピークユーティリティ電圧は、例えば、各相に対して１１５Ｖ又は各相に対して２３０Ｖであり得る。

【0029】

図３Ｂは、不平衡型整流回路２８０についてコンデンサ２２３ａ（実線）及びコンデンサ２２３ｂ（破線）の両端の電圧を時間の関数として示す。図３Ｃは、不平衡型整流回路２８０についての時間の関数としての出力電圧Ｖｏである。図３Ｂ及び図３Ｃに示される電圧の値は、不平衡型整流回路２８０の構成要素の特性に依存するが、コンデンサ２２３ａ及び２２３ｂの各々のピーク両端電圧は、ピーク出力電圧Ｖｏよりも小さい。図３Ｄは、不平衡型整流回路２８０について電流ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３、及びｉｄ４の大きさを時間の関数として示す。電流ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３、ｉｄ４の単位は、例えば、アンペアであり得る。電流ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３、ｉｄ４の値は、不平衡型整流回路２８０の構成要素及び電力システム１０１の特性に依存する。電流ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３、及びｉｄ４は、それぞれダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、及びＤ４内を流れる電流である。具体的には、図２に示される構成では、電流ｉｄ１は、ノード２１４、ダイオードＤ１、コンデンサ２２５ａ、及びノード２２５を通って流れる。電流ｉｄ２は、ノード２２５、コンデンサ２２３ｂ、ダイオードＤ２、及びノード２１４を通って流れる。電流ｉｄ３は、ノード２１５、ダイオードＤ３、コンデンサ２２３ａ、及びノード２２５を通って流れる。電流ｉｄ４は、ノード２２５、コンデンサ２２３ｂ、ダイオードＤ４、及びノード２１５を通って流れる。ｘ軸は、図３Ａ～図３Ｄの各々において同じである。

【0030】

状態Ｓ１では、Ｖ１３＞Ｖ２３＞０であり、ダイオードＤ１は電流を伝導し、コンデンサ２２３ａはダイオードＤ１を介してＶ１３によって充電される。状態Ｓ２では、Ｖ２３＞Ｖ１３＞０であり、ダイオードＤ３は電流を伝導し、コンデンサ２２３ａはダイオードＤ３を介してＶ２３によって充電される。状態Ｓ３では、０＞Ｖ２３＞Ｖ１３であり、ダイオードＤ２は電流を伝導し、コンデンサ２２３ｂはダイオードＤ２を介してＶ１３によって充電される。状態Ｓ４では、０＞Ｖ１３＞Ｖ２３であり、ダイオードＤ４は電流を伝導し、コンデンサ２２３ｂはダイオードＤ４を介してＶ２３によって充電される。

【0031】

したがって、単一サイクルにおいて、各コンデンサ２２３ａ及び２２３ｂは、Ｖ１３及びＶ２３によって充電される。図３Ａ～図３Ｄの例では、相１、相２、及び相３の隣接するピーク波の位相角は１２０°であり、線間電圧Ｖ１３及び線間電圧Ｖ２３の隣接するピーク波の位相角は６０°であり、コンデンサ２２３ａ及び２２３ｂを充電及び放電するプロセスは非対称である。具体的には、Ｖ１３（状態Ｓ１及び状態Ｓ３）の充電電流は、Ｖ２３（状態Ｓ２及び状態Ｓ４）の充電電流よりも大きい。この結果、電流ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３、ｉｄ４は、異なる振幅及び異なるＲＭＳ値を有する。例えば、電流ｉｄ１及びｉｄ３のピーク値は約１４０Ａであり得るが、電流ｉｄ２及びｉｄ４のピーク値は約５０Ａであり得る。

【0032】

一方、図４Ａを参照すると、整流回路４１０は、Ｖ１３及びＶ２３の充電電流を平衡させるインダクタ４２４を含む。図４Ａは、整流回路４１０及びＡＣ電力システム１０１を含むシステム４００のブロック図である。整流回路４１０は、整流回路１１０（図１）の実装形態の一例である。整流回路４１０は、不平衡型整流回路２８０の全ての構成要素を含むが、整流回路４１０はまた、インダクタ４２４も含む。インダクタ４２４は、エネルギーノード２２５と電力システム１０１の相３との間に電気的に接続されている。インダクタ４２４は、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４のうちの１つを通って流れる電流が増加しているときにエネルギーを蓄積する。インダクタ４２４は、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４のうちの１つの中を流れる電流が減少しているときにエネルギーをコンデンサ２２３ａ及び２２３ｂに放出する。このようにして、インダクタ４２４は、それぞれのダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、及びＤ４の中を流れる電流ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３、及びｉｄ４が同じ又はほぼ同じになるように、Ｖ１３及びＶ２３の充電電流間の不一致を平衡させる。平衡を達成するインダクタ４２４のインダクタンスの量は、以下で説明されるプロセス５００を使用して決定され得る。

【0033】

整流回路４１０の動作は、各電力周波数サイクルにおいて発生する４つの別個の状態Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、及びＳ４を参照すると、以下のとおりである。状態Ｓ１では、Ｖ１３＞Ｖ２３＞０であり、ダイオードＤ１は電流を伝導し、コンデンサ２２３ａはダイオードＤ１及びインダクタ４２４を介してＶ１３によって充電される。状態Ｓ２では、Ｖ２３＞Ｖ１３＞０であり、ダイオードＤ３は電流を伝導し、コンデンサ２２３ａはインダクタ４２４及びダイオードＤ３を介してＶ２３によって充電される。状態Ｓ３では、０＞Ｖ２３＞Ｖ１３であり、ダイオードＤ２は電流を伝導し、コンデンサ２２３ｂはダイオードＤ２及びインダクタ４２４を介してＶ１３によって充電される。状態Ｓ４では、０＞Ｖ１３＞Ｖ２３であり、ダイオードＤ４は電流を伝導し、コンデンサ２２３ｂはインダクタ４２４及びダイオードＤ４を介してＶ２３によって充電される。したがって、コンデンサ２２３ａ及び２２３ｂは、Ｖ１３及びＶ２３によって充電され、それと同時に、整流回路４１０において電流ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３、及びｉｄ４が平衡させられるように、エネルギーがインダクタ４２４に蓄積される。整流回路４１０の出力電圧（Ｖｏ）は、電力システム１０１の線間入力電圧よりも約２．８倍大きい。

【0034】

図４Ｂ～図４Ｄは、入力電圧が２３０Ｖａｃ、入力周波数が５０Ｈｚ、負荷が９８オームであったときの、単一の電力サイクルに対する時間の関数としての整流回路４１０内のシミュレートされた電流の一例を示す。ｘ軸及びｙ軸は、図４Ｂ～図４Ｄの各々に対して同じである。例えば、図４Ｂ～図４ＤにおいてＡとラベル付けされた変数は、３０アンペアであり得る。図４Ｂは、電流ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３、ｉｄ４を時間の関数として示し、図４Ｃは、相１及び相２の入力電流を時間の関数として示す。図４Ｄは、相３の入力電流を時間の関数として示す。上述したように、インダクタ４２４は、電流ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３、ｉｄ４を平衡させるために使用される。相１の入力電流は、ダイオードＤ１及びＤ２内を流れる電流である。相２の入力電流は、ダイオードＤ３及びＤ４内を流れる電流である。相３の入力電流は、相１の入力電流と相２の入力電流の和である。この例では、ｉｄ１及びｉｄ２の二乗平均平方根（ＲＭＳ）電流は８．１４６２０アンペアであった。ｉｄ３及びｉｄ４のＲＭＳ電流は８．１４７５９アンペアである。ＲＭＳ電流ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３、ｉｄ４はほぼ同じであり、平衡していると考えられる。ＲＭＳ相１入力電流は、ＲＭＳ相２入力電流と同じであった。相１及び相２の入力電流の各々は、この例では１１．５２０６アンペアであった。相３の入力電流は１６．４３０３アンペアであった（相１及び２の入力電流よりも約１．４倍大きい）。

【0035】

相３の入力電流は、相１又は相２の入力電流とは異なるＲＭＳ値を有するが、整流回路４１０（インダクタ４２４を含む）の構成は、整流器２１０（インダクタ４２４を欠く）で可能であるものよりも互いに類似している３つの相入力電流をもたらす。これは、電流ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３、及びｉｄ４のＲＭＳ値が、インダクタ４２４によってもたらされる平衡により同じ又はほぼ同じになるからである。結果として、３つの相入力電流波形は、整流器４１０においてより平衡化され、これは、インダクタ４２４を欠く構成と比較して改善された性能をもたらす。

【0036】

図５は、プロセス５００のフローチャートである。プロセス５００は、インダクタ４２４（図４Ａ）の最終インダクタンス値を決定するために使用される。プロセス５００は、整流回路４１０をＡＣ電力システムに接続する前、並びに整流回路４１０を製造及び／又は組み立てる前に実行され得る。プロセス５００は、整流回路４１０がＡＣ電力システム１０１に接続されるように設計される例を提供する。具体的には、プロセス５００はシステム６００（図６）に関して説明され、このシステムは、整流回路４１０がＡＣ電力システム１０１及び負荷１０３に接続されるシナリオに対するインダクタ４２４のインダクタンス値を決定する計算システム６５０を含む。プロセス５００の様々な要素をより詳細に説明する前に、反復計算の導入及びシステム６００の概要を説明する。

【0037】

電力システム１０１の相１、２、及び３の相電圧の数学的表現は、式（１）～（３）に示される。

【0038】

【数1】

式中、Ｖ_Ｍは電力システム１０１における電圧の大きさである。例えば、２３０Ｖ（ＲＭＳ）の電力システムでは、Ｖ_Ｍは３２５Ｖである。線間電圧Ｖ１３及びＶ２３の数学的表現は、式（４）及び（５）に示される。

【0039】

【数2】

【0040】

整流回路４１０の電圧出力（Ｖｏ）の数学的表現は、式（６）によって与えられる。

【0041】

【数3】

【0042】

充電プロセス中（コンデンサ２２３ａに電流が流れ込むとき）、整流回路４１０の出力電圧Ｖｏは、式（７）に示されるように数学的に表される。

【0043】

【数4】

式中、Ｌはインダクタ４２４のインダクタンス値、Ｃ_２２３ａはコンデンサ２２３ａの容量、Ｖ_{Ｃ＿２２３ａ}はコンデンサ２２３ａの両端の電圧、Ｒｌｏａｄは負荷１０３の抵抗の０．５倍である。放電プロセス中、コンデンサ２２３ａの両端の電圧は、式（８）に示されるように数学的に表現される。

【0044】

【数5】

式中、Ｒｌｏａｄは、負荷１０３（又は整流回路４１０が接続される他の負荷）の抵抗の０．５倍である。電力サイクルの開始時に、コンデンサ２２３ａの両端の電圧（Ｖ_{Ｃ＿２２３ａ}）が線間電圧（Ｖ１３又はＶ２３）に等しいと仮定すると、同じ電力サイクルの終了時のＶ_{Ｃ＿２２３ａ}の値は、式（７）及び（８）から決定される。整流回路４１０が安定状態にあるとき、電力サイクルの開始時におけるＶ_{Ｃ＿２２３ａ}の値は、電力サイクルの終了時におけるＶ_{Ｃ＿２２３ａ}の値と同じである。電力サイクルの開始時のＶ_{Ｃ＿２２３ａ}の値が電力サイクルの終了時の値と同じになるまでＶ_{Ｃ＿２２３ａ}を反復的に低減することによって、整流回路４１０の安定状態は決定される。プロセス５００は、以下で説明するように、そのような反復プロセスを含む。

【0045】

コンデンサ２２３ａとインダクタ４２４との平衡周波数は、電力システム１０１の基本周波数よりも小さい。したがって、インダクタ４２４の最大インダクタンス値（Ｌ＿ｍａｘ）は、式（９）によって与えられる。

【0046】

【数6】

式中、ｆ_{ｉｎｐｕｔ}は、ヘルツ（Ｈｚ）単位の入力電力システムの基本周波数である。この例では、入力電力システムはＡＣ電力システム１０１であるが、しかしながら、入力電力システムは、整流回路４１０が接続される任意のＡＣ電力システムであってもよい。反復計算（プロセス５００におけるものなど）を用いると、インダクタ４２４のインダクタンス値は、Ｌ＿ｍａｘで開始し、ｉｄ１及びｉｄ３の二乗平均平方根（ＲＭＳ）値が同じになるまでインダクタンス値を減少させることによって決定される。式（７）、（８）、及び（９）には、コンデンサ２２３ａの容量値（Ｃ＿２２３ａ）及びコンデンサ２２３ａの両端の電圧（Ｖ_{Ｃ＿２２３ａ}）が含まれているが、コンデンサ２２３ｂの容量値及びコンデンサ２２３ｂの両端の電圧が式（７）、（８）、及び（９）において代わりに使用されてもよい。プロセス５００は、上記の説明を実施する。プロセス５００を説明する前に、プロセス５００を実行するように構成されている計算システム６５０の一例を含む、システム６００について説明する。

【0047】

図６も参照すると、システム６００は、整流回路４１０と、電力システム１０１と、負荷１０３と、計算システム６５０とを含む。計算システム６５０は、電子処理モジュール６５２、電子記憶装置６５４、及び入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース６５６を含むコンピューティングデバイスである。

【0048】

電子処理モジュール６５２は、１つ以上の電子プロセッサを含む。モジュール６５２の電子プロセッサは、任意のタイプの電子プロセッサであり得、汎用中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コンプレックスプログラマブルロジックデバイス（ＣＰＬＤ）、及び／又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含んでも含まなくてもよい。

【0049】

電子記憶装置６５４は、コンピュータプログラム又はソフトウェアの形態でデータ及び命令を記憶することができる任意のタイプの電子メモリであり、電子記憶装置６５４は、揮発性及び／又は不揮発性構成要素を含み得る。電子記憶装置６５４及び処理モジュール６５２は、処理モジュール６５２が電子記憶装置６５４にアクセス又はデータを読み書きすることができるように結合されている。

【0050】

電子記憶装置６５４は、実行されると、電子処理モジュール６５２に、データを分析させ、計算を実行させ、及び／又は情報を検索若しくは提供させる命令を記憶する。電子記憶装置６５４は、プロセス５００を実施するために使用される命令を、例えば、コンピュータプログラムの形態で、記憶し得る。電子記憶装置６５４はまた、整流回路４１０、負荷１０３、及び／又は電力システム１０１の構成要素に関する情報も記憶し得る。例えば、電子記憶装置６５４は、コンデンサ２２３ａ及び２２３ｂの容量値、電力システム１０１の基本周波数、電力システム１０１の電圧の振幅、並びに負荷１０３のインピーダンスを記憶し得る。電力システム１０１、整流回路４１０、及び負荷１０３に関する情報は、整流回路４１０を組み立てる前、及び整流回路４１０を設置する前に、インダクタ４２４のインダクタンス値が計算され得るように、これらの要素の数学的なモデル又は表現を提供する。更に、電力システム１０１及び負荷１０３は例として提供されており、電子記憶装置６５４は、整流回路４１０が接続され得る他の電力システム及び／又は他の負荷に関する情報を記憶し得る。電子記憶装置６５４はまた、インダクタ４２４の最大インダクタンス値（Ｌ＿ｍａｘ）を記憶し、及び／又は式（９）を実施してＬ＿ｍａｘの値を計算する命令を記憶する。

【0051】

Ｉ／Ｏインターフェース６５６は、人間のオペレータ及び／又は自律プロセスが計算システム６５０と対話することを可能にする任意のインターフェースであり得る。Ｉ／Ｏインターフェース６５６は、例えば、ディスプレイ（液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）など）、キーボード、オーディオ入力及び／若しくは出力（スピーカ及び／又はマイクロフォンなど）、ディスプレイに加えて若しくはディスプレイの代わりにある視覚出力（ライト、発光ダイオード（ＬＥＤ）など）、シリアル若しくはパラレルポート、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）接続、並びに／又は、例えば、イーサネットなど、任意のタイプのネットワークインターフェースを含み得る。Ｉ／Ｏインターフェース６５６はまた、例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１１、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、又は近距離通信（ＮＦＣ）接続を介する、物理的接触を伴わない通信を可能にし得る。計算システム６５０は、例えば、Ｉ／Ｏインターフェース６５６を介して操作され、構成され、修正され、又は更新され得る。例えば、オペレータは、Ｉ／Ｏインターフェース６５６を介して整流回路４１０の様々な構成要素の値を入力し得る。別の例では、オペレータは、整流回路４１０が接続される電力システム及び／又は負荷に関する情報を入力し得る。図６に示す例では、整流回路４１０は、ＡＣ電力システム１０１及び負荷１０３に接続される。

【0052】

Ｉ／Ｏインターフェース６５６はまた、システム６００が、システム６００の外部の遠隔にあるシステムと通信することを可能にし得る。例えば、Ｉ／Ｏインターフェース６５６は、計算システム６５０と遠隔ステーション（図示せず）との間、又は計算システム６５０と別個の計算装置との間の通信を可能にする通信インターフェースを含み得る。遠隔ステーション又は計算装置は、オペレータが、計算システム６５０と物理的に接触することなく計算システム６５０と通信することができる、任意のタイプのステーションであり得る。例えば、遠隔ステーションは、サービスプロトコルを介して計算システム６５０に接続するコンピュータベースのワークステーション、スマートフォン、タブレット、若しくはラップトップコンピュータ、又は無線周波数信号を介して計算システム６５０に接続する遠隔制御であり得る。

【0053】

計算システム６５０は一例として提供されており、電子プロセッサを含む他のコンピュータ、ワークステーション、又は機械が使用され得る。

【0054】

図５に戻ると、プロセス５００は、電子処理モジュール６５２内の１つ以上のプロセッサによって、又は別のコンピューティングデバイスによって実行され得る。プロセス５００は、オペレータがインダクタ４２４のインダクタンス値を決定することを望むときに開始する（５０５）。プロセス５００は、整流回路４１０を組み立てる前にインダクタ４２４の値を決定するために、整流回路４１０を生産する製造施設又は工業施設において実行され得る。

【0055】

インダクタ４２４の最大値にアクセスする（５１０）。インダクタ４２４の最大値（Ｌ＿ｍａｘ）は、式（９）に従って決定される。

【0056】

整流回路４１０のコンデンサの両端の第１の電圧を決定する（５１５）。コンデンサは、コンデンサ２２３ａ又はコンデンサ２２３ｂであり得る。この例では、コンデンサ２２３ｂが説明のために使用される。コンデンサ２２３ｂの両端の第１のピーク電圧は、ＡＣ電力システム１０１の線間入力電圧に２の平方根（１．４１４）を乗算することによって決定される。

【0057】

図７Ａ～図７Ｄも参照すると、電力システム１０１の基本周波数が図３Ａ～図３Ｄの電力システム１０１の基本周波数と同じである例に対する整流回路４１０に関連したデータが示されている。例えば、基本周波数は、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚであり得る。図７Ａは、時間の関数としてのＶ１３（実線）及びＶ２３（破線）である。図７Ｂは、コンデンサ２２３ａ（実線）及びコンデンサ２２３ｂ（破線）の両端の電圧である。図７Ｃは、時間の関数としての出力電圧Ｖｏである。図７Ｄは、ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３、ｉｄ４の大きさを時間の関数として示す。図７Ａ～図７Ｄは、約１電力サイクルを示す。図７Ａ～図７Ｄは、それぞれ、図３Ａ～図３Ｄと同じｘ軸を有し、図７Ａ及び図７Ｄは、それぞれ、図３Ａ及び図３Ｄと同じｙ軸を有する。（５１５）において決定された第１のピーク電圧は、図７Ｂにおいて７２１としてラベル付けされている。図７Ｂ及び図７Ｃのｙ軸は電圧を表す。図７Ｂにおいてラベル付けされた電圧Ｖは、例えば、３００ボルトであり得る。図７Ｃにおいてラベル付けされた電圧２Ｖは、電圧Ｖの２倍である。電圧Ｖが３００ボルトである例を続けると、電圧２Ｖは６００ボルトである。したがって、出力電圧Ｖｏ（図７Ｃに示す）は、コンデンサ２２３ａ及び２２３ｂの両端の電圧（図７Ｂに示す）よりも大きい。出力電圧（Ｖｏ）はまた、線間入力電圧よりも大きい。例えば、線間入力電圧が２３０Ｖである実装形態では、出力電圧Ｖｏは６２１Ｖであり、これは線間入力電圧よりも約２．７倍大きい。

【0058】

図５に戻ると、コンデンサの両端の第２の電圧を決定する（５２０）。第２の電圧は、第１の電圧の後に生じる。例えば、第２の電圧は、同じ電力サイクルの終了時の電圧であり得る。別の例では、第１及び第２の電圧は、必ずしも特定の電力サイクルの開始時及び終了時とはならないが、コンデンサの両端電圧の隣接するピークとなる電圧であり得る。上記の例を続けると、第２の電圧は、電力サイクルの終了時におけるコンデンサ２２３ｂの両端の電圧である。第２の電圧は、図７Ｂにおいて７２２とラベル付けされている。

【0059】

第１の電圧と第２の電圧との差を決定する（５２５）。上述したように、整流回路４１０は、コンデンサ２２３ａ又はコンデンサ２２３ｂの両端の電圧が電力サイクルの開始時と電力サイクルの終了時とで同じであるとき、安定状態にある。

【0060】

（５２５）で決定された差を所定の値の範囲と比較する（５３０）。所定の値の範囲は、電子記憶装置６５４に記憶され得る。所定の値の範囲は、例えば、０を含む値の範囲（０．０１～－０．０１など）を含み得る。いくつかの実装形態では、値の範囲は０の値のみを含み、これは、第１の電圧と第２の電圧とが同じでない限り、差が所定の値の範囲外であると見なされることを示す。値の範囲は、他の方法で表現され得る。例えば、値の範囲は、－１％～１％のパーセンテージ変化など、許容可能なパーセンテージ変化の範囲として表現され得る。これらの範囲は例として提供されており、他の値の範囲が使用されてもよい。

【0061】

（５２５）で決定された電圧の差が値の範囲外である場合、コンデンサ２２３ａ又はコンデンサ２２３ｂの両端の第１の電圧を低減し（５３５）、（５２０）で第２の電圧を再び決定し、（５２５）で差を決定し、再び差を値の範囲と比較する（５３０）。第１の電圧が低減される量は、設計精度に基づいて決定され得る。第１の電圧は、（５２５）で決定された第１の電圧と第２の電圧との差が値の範囲内になるまで、（５３５）において低減される。

【0062】

（５３０）に戻ると、差が所定の値の範囲内である場合、プロセス５００は、電流ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３、及びｉｄ４のＲＭＳ値が同じであるか否かを判定する。電流ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３、及びｉｄ４のＲＭＳ値が同じであれば、電流は平衡している。電流ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３、ｉｄ４が平衡しているかどうかを判定するために、電流のＲＭＳ値が互いに比較される。例えば、電流ｉｄ１とｉｄ３との差、及び電流ｉｄ２とｉｄ４との差が決定され、閾値と比較され得る。閾値は、例えば、０であり得、これは、電流ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３、及びｉｄ４が全く同じであることを意味する。いくつかの実装形態では、閾値はパーセンテージ範囲として表現され、例えば、－１％～１％であり得、これは、電流ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３、ｉｄ４のＲＭＳ値が互いに＋／－１％ほど異なり得るが、それでも実質的に同じであると見なされ得ることを意味する。整流器４１０が使用される特定の用途の必要性に応じて、他の閾値が使用されてもよい。図４Ｂに示す例では、電流ｉｄ１及びｉｄ３のＲＭＳ値は約０．１３％異なり、平衡している又は実質的に同じであると見なされる。更に、パーセンテージではなく一定値（例えば、０．０１又は０．００１）が閾値として使用され得る。閾値は、電子記憶装置６５４に記憶され得る。いずれかの差の大きさが閾値を超える場合、電流は平衡していると見なされない。電流ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３、及びｉｄ４が平衡している場合、プロセス５００は終了する（５５０）。

【0063】

電流ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３、及びｉｄ４が平衡していない場合、インダクタ４２４のインダクタンス値は低減される（５４５）。インダクタンス値が低減される量は、電子記憶装置６５４に記憶された情報に基づき得る。例えば、インダクタンス値は、電子記憶装置６５４に記憶されている一定増分量だけ低減され得る。いくつかの実装形態では、インダクタンス値は、現在のインダクタンス量のパーセンテージで低減され、低減パーセンテージは、例えば、設計精度に基づく。

【0064】

上記の実装形態及び他の実装形態は、特許請求の範囲内にある。例えば、整流回路４１０は、図４Ａに示されるものとは反対の極性で構成されてもよい。反対の極性構成では、ダイオードＤ１のアノード及びダイオードＤ３のアノードは第１の側２５０ａに電気的に接続され、ダイオードＤ２のカソード及びダイオードＤ４のカソードは第２の側２５０ｂに電気的に接続される。ダイオードＤ１のカソードは、ダイオードＤ２のアノードに電気的に接続される。ダイオードＤ３のカソードは、ダイオードＤ４のアノードに電気的に接続される。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【手続補正書】

【提出日】2023-11-24

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バスを介して電気的に接続されたエネルギー貯蔵システムであって、第１のエネルギー貯蔵要素と、第２のエネルギー貯蔵要素であって、前記第１のエネルギー貯蔵要素と前記第２のエネルギー貯蔵要素との間にあるエネルギーノードにおいて前記第１のエネルギー貯蔵要素に電気的に接続されている、第２のエネルギー貯蔵要素と、を含む、エネルギー貯蔵システムと、
前記エネルギーノードに電気的に接続されたエネルギーフィルタシステムであって、前記エネルギーフィルタシステムは、多相交流（ＡＣ）電力システムの１つの相に電気的に接続するように構成されている、エネルギーフィルタシステムと、を含む、装置。

【請求項2】

前記エネルギーフィルタシステムが、前記エネルギー貯蔵システムに流れる電流をフィルタリングするように構成されている、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記第１のエネルギー貯蔵要素が第１のコンデンサを含み、前記第２のエネルギー要素が第２のコンデンサを含み、前記エネルギーフィルタシステムがインダクタを含む、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記インダクタが、前記ＡＣ電力システムの第３の相に電気的に接続するように構成されており、前記装置が、
前記エネルギー貯蔵システムに電気的に接続された第１のスイッチングモジュールであって、前記第１のスイッチングモジュールが、前記ＡＣ電力システムの第１の相に電気的に接続するように構成されている第１の入力ノードを含む、第１のスイッチングモジュールと、
前記エネルギー貯蔵システムに電気的に接続された第２のスイッチングモジュールであって、前記第２のスイッチングモジュールが、前記ＡＣ電力システムの第２の相に電気的に接続するように構成されている第２の入力ノードを含む、第２のスイッチングモジュールと、を更に含む、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記エネルギーフィルタシステムは、前記第１のスイッチングモジュール及び前記第２のスイッチングモジュールの中を流れる電流が実質的に同じになるように、前記エネルギー貯蔵システムに流れる電流をフィルタリングするように構成されている、請求項４に記載の装置。

【請求項6】

前記第１のスイッチングモジュールが、前記第１の入力ノードにおいて第３のスイッチに電気的に接続された第１のスイッチを含み、
前記第２のスイッチングモジュールが、前記第２の入力ノードにおいて第４のスイッチに電気的に接続された第２のスイッチを含み、
前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、前記第３のスイッチ、及び前記第４のスイッチの各々が、アノード及びカソードを含み、
前記第１のスイッチのアノードが、前記第３のスイッチのカソードに電気的に接続されており、前記第２のスイッチのアノードが、前記第４のスイッチのカソードに電気的に接続されており、
前記第１のスイッチが第１のダイオードを含み、前記第２のスイッチが第２のダイオードを含み、前記第３のスイッチが第３のダイオードを含み、前記第４のスイッチが第４のダイオードを含む、請求項５に記載の装置。

【請求項7】

負荷に接続するように構成されたバスであって、第１の側及び第２の側を含む、バスと、
前記バスに電気的に接続された第１のスイッチングモジュールであって、
前記第１の側に電気的に接続された第１のスイッチング要素と、
前記第２の側に及び前記第１のスイッチング要素に電気的に接続された第３のスイッチング要素であって、前記第１のスイッチング要素は、前記第１のスイッチング要素と前記第３のスイッチング要素との間にある第１の入力ノードにおいて前記第３のスイッチング要素に電気的に接続されている、第３のスイッチング要素と、を含む、第１のスイッチングモジュールと、
前記バスに電気的に接続された第２のスイッチングモジュールであって、
前記第１の側に電気的に接続された第２のスイッチング要素と、
前記第２の側及び前記第２のスイッチング要素に電気的に接続された第４のスイッチング要素であって、前記第２のスイッチング要素は、前記第２のスイッチング要素と前記第４のスイッチング要素との間にある第２の入力ノードにおいて前記第４のスイッチング要素に電気的に接続されている、第４のスイッチング要素と、を含む、第２のスイッチングモジュールと、
前記負荷と並列に接続されるように構成されたエネルギー貯蔵システムであって、前記エネルギー貯蔵システムは、
前記第１の側に電気的に接続された第１のエネルギー貯蔵要素と、
前記第２の側に及び前記第１のエネルギー貯蔵要素に電気的に接続された第２のエネルギー貯蔵要素であって、前記第１のエネルギー貯蔵要素は、前記第１のエネルギー貯蔵要素と前記第２のエネルギー貯蔵要素との間にあるエネルギーノードにおいて前記第２のエネルギー貯蔵要素に電気的に接続されている、第２のエネルギー貯蔵要素と、を含む、エネルギー貯蔵システムと、
前記エネルギーノードに電気的に接続されたエネルギーフィルタシステムと、を含み、
前記第１の入力ノードは、交流（ＡＣ）電力システムの第１の相に電気的に接続するように構成されており、前記第２の入力ノードは、前記ＡＣ電力システムの第２の相に電気的に接続するように構成されており、前記エネルギーフィルタシステムは、前記ＡＣ電力システムの第３の相に電気的に接続するように構成されている、整流システム。

【請求項8】

前記第１のスイッチング要素が第１のダイオードを含み、前記第２のスイッチング要素が第２のダイオードを含み、前記第３のスイッチング要素が第３のダイオードを含み、及び前記第４のスイッチング要素が第４のダイオードを含み、
前記第１のエネルギー貯蔵要素が第１のコンデンサを含み、及び前記第２のエネルギー貯蔵要素が第２のコンデンサを含み、並びに
前記エネルギーフィルタシステムがインダクタを含む、請求項７に記載の整流システム。

【請求項9】

前記第１の入力ノードが、前記第１のダイオードのアノードに及び前記第３のダイオードのカソードに電気的に接続されており、
前記第２の入力ノードが、前記第２のダイオードのアノードに及び前記第４のダイオードのカソードに電気的に接続されており、
前記第１のコンデンサが、前記第１のダイオードのカソードに及び前記第２のダイオードのカソードに電気的に接続されており、
前記第２のコンデンサが、前記第３のダイオードのアノードに及び前記第４のダイオードのアノードに電気的に接続されている、請求項８に記載の整流システム。

【請求項10】

前記第１の入力ノードが、前記第１のダイオードのカソードに及び前記第３のダイオードのアノードに電気的に接続されており、
前記第２の入力ノードが、前記第２のダイオードのカソードに及び前記第４のダイオードのアノードに電気的に接続されており、
前記第１のコンデンサが、前記第１のダイオードのアノードに及び前記第２のダイオードのアノードに電気的に接続されており、
前記第２のコンデンサが、前記第３のダイオードのカソードに及び前記第４のダイオードのカソードに電気的に接続されている、請求項８に記載の整流システム。

【請求項11】

前記第１のコンデンサ及び前記第２のコンデンサが、同じ容量値を有する、請求項８に記載の整流システム。

【請求項12】

前記エネルギー貯蔵システムの両端の電圧が、線間入力電圧よりも少なくとも２倍大きく、前記線間入力電圧が、前記ＡＣ電力システムの前記３つの相のうちの任意の２つの間の電圧である、請求項７に記載の整流システム。

【請求項13】

動作使用中に、第１の相入力電流が前記第１の入力ノードにおいて流れ、第２の相入力電流が前記第２の入力ノードにおいて流れ、及び第３の相入力電流が前記エネルギーフィルタシステムにおいて流れ、並びに、
前記エネルギーフィルタシステムが、前記第１の相入力電流のＲＭＳ値と、前記第２の相入力電流のＲＭＳ値と、前記第３の相入力電流のＲＭＳ値との間の差を低減するように構成されている、請求項７に記載の整流システム。

【請求項14】

動作使用中に、ＡＣ電流が、単一の電力サイクル中に前記第１のスイッチング要素、前記第２のスイッチング要素、前記第３のスイッチング要素、及び前記第４のスイッチング要素の各々に流れ、
前記エネルギーフィルタシステムは、実質的に同じ量のＲＭＳ電流が前記単一の電力サイクル中に前記第１のスイッチング要素、前記第２のスイッチング要素、前記第３のスイッチング要素、及び前記第４のスイッチング要素の各々に流れるように構成されている、請求項７に記載の整流システム。

【請求項15】

整流回路のためのインダクタの最終インダクタンス値を決定する方法であって、前記方法は、
前記インダクタの初期インダクタンス値にアクセスすることと、
第１の時間におけるコンデンサの両端の第１の電圧を決定することであって、前記コンデンサは、前記インダクタに、及び交流（ＡＣ）電力システムの相に電気的に接続されるようにそれぞれ構成されている複数のスイッチングモジュールに、電気的に接続されている、ことと、
第２の時間における前記コンデンサの両端の第２の電圧を決定することであって、前記第２の時間は前記第１の時間の後に生じる、ことと、
前記第１の電圧と前記第２の電圧との差を決定することと、を含み、
前記第１の電圧と前記第２の電圧との前記差が所定の範囲外である場合、前記方法は、
前記第１の電圧を低減することと、
前記第１の電圧を低減した後の２つの追加電圧間の差を決定することと、を更に含み、
前記第１の電圧と前記第２の電圧との前記差が前記所定の範囲内にある場合、前記方法は、各スイッチングモジュールにおける電流を他のスイッチングモジュールにおける電流と比較することと、
前記スイッチングモジュールにおける二乗平均平方根（ＲＭＳ）電流が閾値差内で類似している場合、前記初期インダクタンス値を前記最終インダクタンス値として提供することと、
前記スイッチングモジュールにおける前記ＲＭＳ電流が前記閾値差内で類似していない場合、前記スイッチングモジュールにおける前記ＲＭＳ電流が前記閾値差内で類似するまで前記初期インダクタンス値を低減することと、を更に含む、方法。

【国際調査報告】