(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】2024-07-17
(54)【発明の名称】フラクタル電力変換器及びその構成方法
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20240709BHJP
H01L 25/07 20060101ALI20240709BHJP
【FI】
H02M7/48 Z
H01L25/04 C
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023580817
(86)(22)【出願日】2023-01-17
(85)【翻訳文提出日】2023-12-28
(86)【国際出願番号】 CN2023072643
(87)【国際公開番号】W WO2023093918
(87)【国際公開日】2023-06-01
(31)【優先権主張番号】202111407007.1
(32)【優先日】2021-11-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521017642
【氏名又は名称】山東大学
【氏名又は名称原語表記】SHANDONG UNIVERSITY
【住所又は居所原語表記】No.17923, Jingshi Road, Lixia District Jinan, Shandong 250061, China
(74)【代理人】
【識別番号】100130111
【氏名又は名称】新保 斉
(72)【発明者】
【氏名】方 旌揚
(72)【発明者】
【氏名】李 弘昌
(72)【発明者】
【氏名】高 峰
(72)【発明者】
【氏名】楊 旭
【テーマコード(参考)】
5H770
【Fターム(参考)】
5H770CA02
5H770CA06
5H770DA21
5H770DA30
5H770DA44
5H770DA46
5H770JA10X
(57)【要約】
【要約】非対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチング及び/又は貯蔵素子が、同じ非対称ハーフブリッジサブモジュール自体に少なくとも2回にわたって置き換えられて得られることと、対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチング及び/又は貯蔵素子が、同じ対称ハーフブリッジサブモジュール自体に少なくとも2回にわたって置き換えられて得られることと、Hブリッジサブモジュールのスイッチングおよび/または貯蔵要素が、同じHブリッジサブモジュール自体に少なくとも2回にわたって置き換えられて得られることとを含むフラクタル変換器及びその構成方法を提供する。従来の高電圧・大電流電力変換器と比べて、任意の高電圧・大電流波形を出力することができ、システムがモジュール化され、構造は簡単で、延性があり、モジュール間に電圧と電流を均一に分配することができ、制御方法は簡単で、標準化しやすい、マルチポート並列出力が可能である。
【選択図】
図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
フラクタル変換器の構成方法であって、
非対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチングおよび/またはエネルギー貯蔵要素は、同じ非対称ハーフブリッジサブモジュール自体に少なくとも2回にわたって置き換えられて得られることを含む
ことを特徴とするフラクタル変換器の構成方法。
【請求項2】
前記非対称ハーフブリッジサブモジュールは少なくとも2つのスイッチと、少なくとも1つのエネルギー貯蔵素子を含み、前記第1のスイッチの第1のポートはエネルギー貯蔵素子の一端を接続し、前記エネルギー貯蔵素子の他端は第2のスイッチの第2のポートを接続し、前記第2のスイッチの第1のポートは第1のスイッチの第2のポートを接続し、
または、
スイッチには、使用にIGBT、MOSFET、SiCまたはGaN電力スイッチングデバイスが含まれ、
または、
エネルギー貯蔵素子には、使用にキャパシタ、スーパーキャパシタ、リチウム電池パック、鉛酸電池パック、ナトリウム硫黄電池パックが含まれる
請求項1に記載のフラクタル変換器の構成方法。
【請求項3】
請求項1~2のいずれか1項に記載のフラクタル変換器の構成方法を用い、非対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチが、非対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも4つの非対称ハーフブリッジサブモジュール、少なくとも3つのエネルギー貯蔵要素、および少なくとも2つの出力端を含むフラクタル変換器であって、
ここで、第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートと第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第1のエネルギー貯蔵要素が設けられ、第3の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートと第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第2のエネルギー貯蔵要素が設けられ、第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートと第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第3のエネルギー貯蔵要素が設けられ、
第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第3の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第3の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、
前記第1の出力端は第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートであり、前記第2の出力端は第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートであり、
または、
請求項1または2に記載のフラクタル変換器の構成方法を用い、非対称ハーフブリッジサブモジュールのエネルギー貯蔵要素が、非対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも1つの非対称ハーフブリッジサブモジュール、少なくとも4つのスイッチ、および少なくとも2つの出力端を含むフラクタル変換器であって、
非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第1のスイッチの第1のポートを接続し、第1のスイッチの第2のポートはそれぞれ第2のスイッチの第1のポート、第3のスイッチの第1のポートをそれぞれ接続し、第3のスイッチの第2のポートは第4のスイッチの第1のポートを接続し、第4のスイッチの第2のポートおよび、第2のスイッチの第2のポートは、非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1の出力端は第3のスイッチの第2のポートであり、第2の出力端は第4のスイッチの第2のポートであり、
または、
請求項1または2に記載のフラクタル変換器の構成方法を用い、非対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチとエネルギー貯蔵要素とが非対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも9回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも9つの非対称ハーフブリッジサブモジュールと少なくとも2つの出力端を含むフラクタル変換器であって、
ここで、第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第3の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第5の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第5の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第6の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第6の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第7の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第8の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第8の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第9の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第9の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第7の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは、第5の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは、第9の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第6の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは、第8の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1の出力端は第6の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートであり、第2の出力端は第9の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートである
ことを特徴とするフラクタル変換器。
【請求項4】
フラクタル変換器の構成方法であって、対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチングおよび/またはエネルギー貯蔵要素は、同じ対称ハーフブリッジサブモジュール自体に少なくとも2回にわたって置き換えられて得られることを含む
ことを特徴とするフラクタル変換器の構成方法。
【請求項5】
前記対称ハーフブリッジサブモジュールは、少なくとも2つのスイッチと、少なくとも2つのエネルギー貯蔵素子を含み、前記第1のスイッチの第1のポートが第1のエネルギー貯蔵素子の一端を接続し、第1のエネルギー貯蔵素子の他端が第2のエネルギー貯蔵素子の一端を接続し、第2のエネルギー貯蔵素子の他端が第2のスイッチの第2のポートを接続し、前記第2のスイッチの第1のポートが第1のスイッチの第2のポートを接続し、
または、
スイッチには、IGBT、MOSFET、SiCまたはGaN電力スイッチングデバイスが含まれ、使用され、
または、
エネルギー貯蔵素子には、使用にキャパシタ、スーパーキャパシタ、リチウム電池パック、鉛酸電池パック、ナトリウム硫黄電池パックが含まれる
請求項4に記載のフラクタルの変換器の構成方法。
【請求項6】
請求項4~5のいずれか1項に記載のフラクタル変換器の構成方法を用い、対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチが、対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも4つの対称ハーフブリッジサブモジュール、少なくとも6つのエネルギー貯蔵要素、および少なくとも2つの出力端を含むフラクタル変換器であって、
ここで、第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートと第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第1のエネルギー貯蔵要素が設けられ、第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートと第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートとの問に第2のエネルギー貯蔵要素が設けられ、第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートが第5のエネルギー貯蔵要素、第6のエネルギー貯蔵要素、第3のエネルギー貯蔵要素を順に接続した後に、第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートが第3のエネルギー貯蔵要素、第4のエネルギー貯蔵要素を順に接続した後に、第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、
第1の出力端は第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートであり、第2の出力端は第5のエネルギー貯蔵要素と第6のエネルギー貯蔵要素との間に位置し、
または、
請求項4または5に記載のフラクタル変換器の構成方法を用い、対称ハーフブリッジサブモジュールのエネルギー貯蔵要素が対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも4つの対称ハーフブリッジサブモジュール、少なくとも6つのスイッチ、および少なくとも2つの出力端を含むフラクタル変換器であって、
ここで、第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは、第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、
第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第1のスイッチの第1のポートを接続し、第1のスイッチの第2のポートはそれぞれ第2のスイッチの第1のポート、第5のスイッチの第1のポートを接続し、第2のスイッチの第2のポートは第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第5のスイッチの第2のポートは第6のスイッチの第1のポートを接続し、第6のスイッチの第2のポートは第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3のスイッチの第1のポートは第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3のスイッチの第2のポートは第4のスイッチの第1のポートを接続し、第4のスイッチの第2のポートは第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第3のスイッチの第2のポートを接続し、
第1の出力端は第5のエネルギー貯蔵要素の第2のポートであり、第2の出力端は第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートであり、
または、
請求項4または5に記載のフラクタル変換器の構成方法を用い、対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチング及びエネルギー貯蔵要素が対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも16つの対称ハーフブリッジサブモジュール(102)と、少なくとも2つの出力端と、を含むフラクタル変換器であって、
第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第5の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第6の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第6の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第8の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第8の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第7の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第7の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第6の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第9の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第10の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第10の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第12の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第12の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第11の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第11の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第10の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第13の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第14の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第14の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第16の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第16の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第15の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第15の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第14の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第9の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第5の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第6の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第14の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第10の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第13の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1の出力端は第6の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートであり、第2の出力端は第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートである
ことを特徴とするフラクタル変換器。
【請求項7】
フラクタル変換器の構成方法であって、
Hブリッジサブモジュールのスイッチングおよび/またはエネルギー貯蔵要素が、同じHブリッジサブモジュール自体に少なくとも2回にわたって置き換えられ得られることを含む
ことを特徴とするフラクタル変換器の構成方法。
【請求項8】
前記Hブリッジサブモジュールは、少なくとも4つのスイッチと少なくとも1つのエネルギー貯蔵素子とが接続したHブリッジ構造を含み、
第1のスイッチの第1のポートは第3のスイッチの第1のポート、エネルギー貯蔵素子の一端をそれぞれ接続し、第3のスイッチの第2のポートは第4のスイッチの第1のポートを接続し、第4のスイッチの第2のポートはエネルギー貯蔵素子の他端、第2のスイッチの第2のポートをそれぞれ接続し、第2のスイッチの第1のポートは第1のスイッチの第2のポートを接続し、
または、
スイッチには、使用にIGBT、MOSFET、SiCまたはGaN電力スイッチングデバイスが含まれ、
または、
エネルギー貯蔵素子には、使用にキャパシタ、スーパーキャパシタ、リチウム電池パック、鉛酸電池パック、ナトリウム硫黄電池パックが含まれる
請求項7に記載のフラクタル変換器の構成方法。
【請求項9】
請求項7または8に記載のフラクタル変換器の構造方法を用い、HブリッジサブモジュールのスイッチがHブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも16つのHブリッジサブモジュール、少なくとも5つのエネルギー貯蔵要素、および少なくとも2つの出力端を含むフラクタル変換器であって、
ここで、第1のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第2のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第2のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第4のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第4のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第3のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第1のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第1のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第4のHブリッジサブモジュールの第2のポートの間に第1のエネルギー貯蔵要素が設けられ、
第5のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第6のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第6のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第8のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第8のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第7のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第7のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第5のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第5のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第8のHブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第2の貯蔵要素が設けられ、
第9のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第10のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第10のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第12のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第12のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第11のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第11のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第9のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第9のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第12のHブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第3の貯蔵要素が設けられ、
第13のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第14のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第14のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第16のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第16のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第15のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第15のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第13のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第13のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第16のHブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第4の貯蔵要素が設けられ、
第1のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第5のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第2のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第9のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第6のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第13のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第10のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第14のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、
第2のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第15のHブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第5の貯蔵素子が設けられ、
第1の出力端は第1のHブリッジサブモジュールの第2のポートであり、第2の出力端は第10のブリッジサブモジュールの第1のポートであり、
または、
請求項7または8に記載のフラクタル変換器の構成方法を用い、Hブリッジサブモジュールのエネルギー貯蔵素子がHブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも1つのHブリッジサブモジュール、少なくとも8つのスイッチ、および少なくとも2つの出力端を含むフラクタル変換器であって、
ここで、第1のスイッチの第1のポートは第3のスイッチの第1のポートを接続し、第3のスイッチの第2のポートは第4のスイッチの第1のポートを接続し、第4のスイッチの第2のポートは第2のスイッチの第2のポートを接続し、第2のスイッチの第1のポートは第1のスイッチの第2のポートを接続し、
Hブリッジサブモジュールの第1のポートは第1のスイッチの第1のポートを接続し、Hブリッジサブモジュールの第2のポートは第4のスイッチの第2のポートを接続し、
第5のスイッチの第1のポートは第7のスイッチの第1のポートを接続し、第7のスイッチの第2のポートは第8のスイッチの第1のポートを接続し、第8のスイッチの第2のポートは第6のスイッチの第2のポートを接続し、第6のスイッチの第1のポートは第5のスイッチの第2のポートを接続し、
第5のスイッチの第1のポートは第1のスイッチの第2のポートを接続し、第4のスイッチの第1のポートは第8のスイッチの第2のポートを接続し、
第1の出力端は第5のスイッチの第2のポートであり、第2の出力端は第7のスイッチの第2のポートであり、
または、
請求項7または8に記載のフラクタル変換器の構成方法を用いて、Hブリッジサブモジュールのスイッチとエネルギー貯蔵素子がHブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも25つのHブリッジサブモジュールと、少なくとも4つの出力端を含むフラクタル変換器であって、
ここで、第1のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第2のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第3のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第2のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第5のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第5のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第3のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第4のHブリッジサブモジュールの第1のポートにそれぞれ接続され、第4のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第1のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第6のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第7のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第8のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第7のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第10のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第10のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第8のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第9のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第9のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第6のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第11のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第12のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第13のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第12のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第15のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第15のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第13のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第14のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第14のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第11のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第16のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第17のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第18のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第17のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第20のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第20のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第18のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第19のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第19のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第16のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第21のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第22のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第23のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第22のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第25のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第25のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第23のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第24のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第24のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第21のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第16のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第2のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第12のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第14のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第24のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第7のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第25のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、
第1の出力端は第7のHブリッジサブモジュールの第1のポートであり、第2の出力端は第1のHブリッジサブモジュールの第2のポートであり、第3の出力端は第2のHブリッジサブモジュールの第1のポートであり、第4の出力端は第17のHブリッジサブモジュールの第1のポートである
ことを特徴とするフラクタル変換器。
【請求項10】
請求項3に記載の非対称ハーフブリッジサブモジュールは、少なくとも2つのスイッチと、少なくとも1つのエネルギー貯蔵素子を含み、前記第1のスイッチの第1のポートはエネルギー貯蔵素子の一端を接続し、前記エネルギー貯蔵素子の他端は第2のスイッチの第2のポートを接続し、前記第2のスイッチの第1のポートは第1のスイッチの第2のポートを接続し、
または、
前記請求項6に記載の対称ハーフブリッジサブモジュールは、少なくとも2つのスイッチと、少なくとも2つのエネルギー貯蔵素子を含み、前記第1のスイッチの第1のポートは第1のエネルギー貯蔵素子の一端を接続し、前記第1のエネルギー貯蔵素子の他端は第2のエネルギー貯蔵素子の一端を接続し、第2のエネルギー貯蔵素子の他端は第2のスイッチの第2のポートを接続し、前記第2のスイッチの第1のポートは第1のスイッチの第2のポートを接続し、
または、
前記請求項9に記載のHブリッジサブモジュールは、少なくとも4つのスイッチと、少なくとも1つのエネルギー貯蔵素子とが接続したHブリッジ構造を含み、第1のスイッチの第1のポートは第3のスイッチの第1のポート、エネルギー貯蔵素子の一端をそれぞれ接続し、第3のスイッチの第2のポートは第4のスイッチの第1のポートを接続し、第4のスイッチの第2のポートはエネルギー貯蔵素子の他端、第2のスイッチの第2のポートをそれぞれ接続し、第2のスイッチの第1のポートは第1のスイッチの第2のポートを接続し、
または、
スイッチには、使用にIGBT、MOSFET、SiCまたはGaN電力スイッチングデバイスが含まれ、
または、
エネルギー貯蔵素子には、使用にキャパシタ、スーパーキャパシタ、リチウム電池パック、鉛酸電池パック、ナトリウム硫黄電池パックが含まれる
ことを特徴とするフラクタル変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、2021年11月24日に、中国特許局に提出された中国特許出願202111407007.1、発明名「フラクタル電力変換器及びその構造方法」である中国特許出願の優先権を要求し、そのすべての内容は援引によって本発明に組み込まれる。
【0002】
本発明は電力電子向け電力変換器の技術分野に属し、具体的にはフラクタル電力変換器及びその構造方法に関する。
【背景技術】
【0003】
この部分の記述は、本発明に関連する背景技術情報を提供するだけであり、必ずしも先行技術を構成するものではない。
【0004】
大電力風力太陽光貯蔵新エネルギーと発電の組み合わせシステム、高圧交流/直流送電、中圧電力駆動、中高圧電力品質浄化装置、固体変圧器、電気自動車充電ステーション、電力増幅器、プラズマパルス電源、特殊医療設備電源、電磁砲電源などの応用には、高電圧、大電流、高電力、形状の任意に制御可能な電圧/電流波形を極めて短時間で発生させる必要がある。
【0005】
従来のマルチレベル変換器では、例えばカスケードブリッジ変換器とモジュールマルチレベル変換器が、モジュール間に直列均等電圧を通過することができるが、均一に電流を分配することはできない。従来のマルチ並列変換器では、例えば並列光起電力インバータ群、モジュール間に、並列均等電流を通過することができるが、高電圧を負担することはできない。従来の高電圧・大電流電源はインダクタンスキャパシタ共振により必要な周波数の電圧/電流波形を生成することが多いが、波形品質と回路パラメータでは、例えば直列抵抗などが、密接に関連しており、任意に制御することができず、エネルギーを回収利用できず、システムコスト、体積と損失が大きくなる。
【0006】
また、従来の高電圧・大電流電力変換器は、具体的な応用に対して設計され、システム全体の回路はモジュール化されておらず、モジュール化されたシステムの易延性を持っておらず、そのコントローラの設計はシステムの電力レベルに依存し、汎用化と標準化が困難であり、システムは通常、単一の出力ポートのみを持ち、マルチポート並列出力機能は存在していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は上記問題を解決するために、フラクタル電力変換器及びその構成方法を提案する。本発明はフラクタル理論を利用してフラクタル変換器の構成方法を提供し、提案方法と3種類の常用サブモジュール(非対称ハーフブリッジサブモジュール、対称ハーフブリッジサブモジュールとHブリッジサブモジュールを含む)に基づいて、合計9種類のフラクタル変換器を提供する。本発明は、従来の高電圧・大電流電力変換器と比べて、任意の高電圧・大電流波形を出力することができ、システムはモジュール化され、構造は簡単で、延性があり、モジュール間に電圧と電流を均一に分配することができ、制御方法は簡単で、標準化しやすい、マルチポートの並列出力が可能である。
【0008】
いくつかの実施形態によれば、本発明は、以下の技術的態様を採用する。
【0009】
第1の態様では、本発明はフラクタル変換器の構成方法を提供する。
【0010】
非対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチングおよび/またはエネルギー貯蔵要素は、同じ非対称ハーフブリッジサブモジュール自体に少なくとも2回にわたって置き換えられることを含むフラクタル変換器の構築方法である。
【0011】
第2の態様では、本発明はフラクタル変換器を提供する。
【0012】
第1の態様に記載のフラクタル変換器の構成方法を用い、非対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチが非対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも4つの非対称ハーフブリッジサブモジュール、少なくとも3つのエネルギー貯蔵要素、および少なくとも2つの出力端を含むフラクタル変換器であり、
ここで、第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートと第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第1のエネルギー貯蔵要素が設けられ、第3の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートと第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第2のエネルギー貯蔵要素が設けられ、第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートと第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第3のエネルギー貯蔵要素が設けられ、
第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第3の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第3の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、
前記第1の出力端は第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートであり、前記第2の出力端は第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートである。
【0013】
第3の態様では、本発明はフラクタル変換器を提供する。
【0014】
第1の態様に記載のフラクタル変換器の構成方法を用い、非対称ハーフブリッジサブモジュールのエネルギー貯蔵要素が、非対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも1つの非対称ハーフブリッジサブモジュール、少なくとも4つのスイッチ、および少なくとも2つの出力端を含むするフラクタル変換器であって、
ここで、非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第1のスイッチの第1のポートを接続し、第1のスイッチの第2のポートはそれぞれ第2のスイッチの第1のポート、第3のスイッチの第1のポートをそれぞれ接続し、第3のスイッチの第2のポートは第4のスイッチの第1のポートを接続し、第4のスイッチの第2のポートおよび、第2のスイッチの第2のポートは、非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1の出力端は第3のスイッチの第2のポートであり、第2の出力端は第4のスイッチの第2のポートである。
【0015】
第4の態様では、本発明はフラクタル変換器を提供する。
【0016】
第1の態様に記載のフラクタル変換器の構成方法を用い、非対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチとエネルギー貯蔵要素が非対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも9回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも9つの非対称ハーフブリッジサブモジュールと少なくとも2つの出力端を含むするフラクタル変換器であり、
ここで、第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第3の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第5の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第5の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第6の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第6の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第7の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第8の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第8の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第9の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第9の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第7の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは、第5の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは、第9の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第6の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは、第8の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1の出力端は第6の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートであり、第2の出力端は第9の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートである。
【0017】
第5の態様では、本発明はフラクタル変換器の構成方法を提供する。
【0018】
対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチングおよび/またはエネルギー貯蔵要素は、同じ対称ハーフブリッジサブモジュール自体に少なくとも2回にわたって置き換えられて得られることを含むフラクタル変換器の構成方法である。
【0019】
第6の態様では、本発明はフラクタル変換器を提供する。
【0020】
第5の態様に記載のフラクタル変換器の構成方法を用いて、対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチが、対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも4つの対称ハーフブリッジサブモジュール、少なくとも6つのエネルギー貯蔵要素、および少なくとも2つの出力端を含むフラクタル変換器であり、
ここで、第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートと第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第1のエネルギー貯蔵要素が設けられ、第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートと第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートとの問に第2のエネルギー貯蔵要素が設けられ、第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートが第5のエネルギー貯蔵要素、第6のエネルギー貯蔵要素、第3のエネルギー貯蔵要素を順に接続した後に、第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートが第3のエネルギー貯蔵要素、第4のエネルギー貯蔵要素を順に接続した後に、第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、
第1の出力端は第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートであり、第2の出力端は第5のエネルギー貯蔵要素と第6のエネルギー貯蔵要素との間に位置する。
【0021】
第7の態様では、本発明はフラクタル変換器を提供する。
【0022】
第5の態様に記載のフラクタル変換器の構成方法を用いて、対称ハーフブリッジサブモジュールのエネルギー貯蔵要素が対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも4つの対称ハーフブリッジサブモジュール、少なくとも6つのスイッチ、および少なくとも2つの出力端を含むフラクタル変換器であり、
ここで、第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは、第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、
第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第1のスイッチの第1のポートを接続し、第1のスイッチの第2のポートはそれぞれ第2のスイッチの第1のポート、第5のスイッチの第1のポートを接続し、第2のスイッチの第2のポートは第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第5のスイッチの第2のポートは第6のスイッチの第1のポートを接続し、第6のスイッチの第2のポートは第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3のスイッチの第1のポートは第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3のスイッチの第2のポートは第4のスイッチの第1のポートを接続し、第4のスイッチの第2のポートは第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第3のスイッチの第2のポートを接続し、
第1の出力端は第5のエネルギー貯蔵要素の第2のポートであり、第2の出力端は第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポート。
【0023】
第8の態様では、本発明はフラクタル変換器を提供する。
【0024】
第5の態様に記載のフラクタル変換器の構成方法を用いて、対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチング及びエネルギー貯蔵要素が対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも16つの対称ハーフブリッジサブモジュール102と、少なくとも2つの出力端と、を含むフラクタル変換器であり、
ここで、第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第5の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第6の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第6の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第8の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第8の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第7の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第7の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第6の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第9の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第10の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第10の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第12の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第12の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第11の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第11の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第10の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第13の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第14の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第14の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第16の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第16の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第15の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第15の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第14の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第9の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第5の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第6の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第14の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第10の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第13の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1の出力端は第6の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートであり、第2の出力端は第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートである。
【0025】
第9の態様では、本発明はフラクタル変換器の構成方法を提供する。
【0026】
Hブリッジサブモジュールのスイッチングおよび/またはエネルギー貯蔵要素が、同じHブリッジサブモジュール自体に少なくとも2回にわたって置き換えられ得られることを含むことを特徴とするフラクタル変換器の構成方法である。
【0027】
第10の態様では、本発明はフラクタル変換器を提供する。
【0028】
第9の態様に記載のフラクタル変換器の構成方法を用いて、HブリッジサブモジュールのスイッチがHブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも16つのHブリッジサブモジュール、少なくとも5つのエネルギー貯蔵要素、および少なくとも2つの出力端を含むフラクタル変換器であり、
ここで、第1のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第2のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第2のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第4のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第4のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第3のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第1のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第1のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第4のHブリッジサブモジュールの第2のポートの間に第1のエネルギー貯蔵要素が設けられ、
第5のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第6のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第6のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第8のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第8のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第7のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第7のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第5のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第5のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第8のHブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第2の貯蔵要素が設けられ、
第9のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第10のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第10のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第12のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第12のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第11のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第11のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第9のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第9のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第12のHブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第3の貯蔵要素が設けられ、
第13のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第14のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第14のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第16のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第16のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第15のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第15のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第13のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第13のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第16のHブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第4の貯蔵要素が設けられ、
第1のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第5のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第2のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第9のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第6のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第13のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第10のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第14のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、
第2のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第15のHブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第5の貯蔵素子が設けられ、
第1の出力端は第1のHブリッジサブモジュールの第2のポートであり、第2の出力端は第10のブリッジサブモジュールの第1のポートである。
【0029】
第11の態様では、本発明はフラクタル変換器を提供する。
【0030】
第9の態様に記載のフラクタル変換器の構成方法を用いて、Hブリッジサブモジュールのエネルギー貯蔵素子がHブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも1つのHブリッジサブモジュール、少なくとも8つのスイッチ、および少なくとも2つの出力端を含むフラクタル変換器であり、
ここで、第1のスイッチの第1のポートは第3のスイッチの第1のポートを接続し、第3のスイッチの第2のポートは第4のスイッチの第1のポートを接続し、第4のスイッチの第2のポートは第2のスイッチの第2のポートを接続し、第2のスイッチの第1のポートは第1のスイッチの第2のポートを接続し、
Hブリッジサブモジュールの第1のポートは第1のスイッチの第1のポートを接続し、Hブリッジサブモジュールの第2のポートは第4のスイッチの第2のポートを接続し、
第5のスイッチの第1のポートは第7のスイッチの第1のポートを接続し、第7のスイッチの第2のポートは第8のスイッチの第1のポートを接続し、第8のスイッチの第2のポートは第6のスイッチの第2のポートを接続し、第6のスイッチの第1のポートは第5のスイッチの第2のポートを接続し、
第5のスイッチの第1のポートは第1のスイッチの第2のポートを接続し、第4のスイッチの第1のポートは第8のスイッチの第2のポートを接続し、
第1の出力端は第5のスイッチの第2のポートであり、第2の出力端は第7のスイッチの第2のポートである。
【0031】
第12の態様では、本発明はフラクタル変換器を提供する。
【0032】
第9の態様に記載のフラクタル変換器の構成方法を用いて、Hブリッジサブモジュールのスイッチとエネルギー貯蔵素子がHブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも25つのHブリッジサブモジュールと少なくとも4つの出力端を含むフラクタル変換器であって、
ここで、第1のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第2のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第3のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第2のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第5のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第5のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第3のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第4のHブリッジサブモジュールの第1のポートにそれぞれ接続され、第4のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第1のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第6のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第7のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第8のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第7のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第10のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第10のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第8のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第9のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第9のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第6のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第11のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第12のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第13のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第12のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第15のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第15のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第13のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第14のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第14のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第11のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第16のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第17のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第18のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第17のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第20のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第20のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第18のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第19のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第19のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第16のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第21のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第22のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第23のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第22のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第25のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第25のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第23のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第24のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第24のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第21のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第16のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第2のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第12のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第14のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第24のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第7のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第25のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、
第1の出力端は第7のHブリッジサブモジュールの第1のポートであり、第2の出力端は第1のHブリッジサブモジュールの第2のポートであり、第3の出力端は第2のHブリッジサブモジュールの第1のポートであり、第4の出力端は第17のHブリッジサブモジュールの第1のポートである。
【発明の効果】
【0033】
本発明は従来技術と比較して、有益な効果が以下の通りである。
【0034】
本発明は、従来の高電圧・大電流電力変換器と比較して、任意の高電圧、大電流直流または交流波形を繰り返しまたは単一出力することができ、システム構造が簡単で、延性があり、モジュール間に電圧と電流を均一に分配することができる、制御方法は簡単で、標準化しやすい、マルチポートの並列出力が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【
図1a】従来の非対称ハーフブリッジサブモジュール構造図である。
【
図1b】従来の対称ハーフブリッジサブモジュール構造図である。
【
図1c】従来のHブリッジサブモジュール構造図である。
【
図2a】本発明により実施された非対称ハーフブリッジスイッチフラクタル変換器の構造図である。
【
図2b】本発明により実施された対称ハーフブリッジスイッチフラクタル変換器の構造図である。
【
図2c】本発明により実施されたたHブリッジスイッチフラクタル変換器の構成図である。
【
図3a】本発明により実施された非対称ハーフブリッジエネルギー貯蔵フラクタル変換器の構造図である。
【
図3b】本発明により実施された対称ハーフブリッジエネルギー貯蔵フラクタル変換器の構造図である。
【
図3c】本発明により実施されたHブリッジエネルギー貯蔵フラクタル変換器の構成図である。
【
図4a】本発明により実施された非対称ハーフブリッジスイッチ及びエネルギー貯蔵フラクタル変換器の構造図である。
【
図4b】本発明により実施された対称ハーフブリッジスイッチ及びエネルギー貯蔵フラクタル変換器の構造図である。
【
図4c】本発明により実施されたHブリッジスイッチ及びエネルギー貯蔵フラクタル変換器の構成図である。
【
図5】本発明により実施されたHブリッジスイッチフラクタル変換器が高電圧、大電流、高電力インバータを実現するシステムの概略図である。
【
図6a】本発明により実施されたHブリッジスイッチフラクタル変換器の負荷電流i
loadと電圧v
loadのシミュレーション波形図である。
【
図6b】本発明が実施したHブリッジスイッチフラクタル変換器のサブモジュール直流電圧v
dc、サブモジュール交流電流i
ac及びサブモジュール交流電圧v
acのシミュレーション波形図である。
【発明を実施するための形態】
【0036】
本発明の一部を構成する明細書図面は、本発明のさらなる理解を提供するためのものであり、本発明の例示的な実施例及びその説明は、本発明を説明するものであり、本発明の不当な限定を構成するものではない。
以下、図面と実施例を用いて本発明をさらに説明する。
【0037】
以下の詳細な説明はすべて例示的であり、本発明にさらなる説明を提供することを目的としている。特に説明がない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、当業者により一般的に理解された意味と同じものである。
【0038】
なお、本明細書で使用される用語は、本発明の例示的な実施形態を限定することを意図するのではなく、特定の実施形態を説明するためにのみ使用される。ここで使用されるように、単数形は、文脈が特に明示されない限り、複数形を含むことも意図されており、さらに、本明細書で「含む」という用語が使用される場合、特徴、ステップ、操作、デバイス、コンポーネント、および/またはこれらの組み合わせが存在する。
【0039】
本発明において、「接続」、「連接」などの用語は広義に理解されなければならず、固定接続であってもよいし、一体的を接続してもよいし、取り外し可能な接続であってもよいことを意味し、直接接続してもよいし、中間媒体を通じて接続してもよい。当業者については、上記用語の本発明における具体的な意味を特定の状況に応じて決定することができ、本発明に対する制限とは理解できない。
実施例1
【0040】
本実施例は、フラクタル変換器の構成方法を提供する。
【0041】
非対称ハーフブリッジサブモジュール101のスイッチング111、112および/またはエネルギー貯蔵要素113は、同じ非対称ハーフブリッジサブモジュール101自体に少なくとも2回にわたって置き換えられることを含むフラクタル変換器の構築方法である。
【0042】
ここで、
図1aに示すように、非対称ハーフブリッジサブモジュール101は、少なくとも2つのスイッチと、少なくとも1つのエネルギー貯蔵要素を含み、前記第1のスイッチ111の第1のポートはエネルギー貯蔵要素113の一端を接続し、前記エネルギー貯蔵要素113の他端は第2のスイッチ112の第2のポートを接続し、前記第2のスイッチ112の第1のポートは第1のスイッチ111の第2のポートを接続する。
【0043】
オプションとして、スイッチには、使用にIGBT、MOSFET、SiCまたはGaN電力スイッチングデバイスが含まれる。
【0044】
オプションとして、エネルギー貯蔵素子には、使用にキャパシタ、スーパーキャパシタ、リチウム電池パック、鉛酸電池パック、ナトリウム硫黄電池パックが含まれる。
実施例2
【0045】
本実施形態は、フラクタル変換器を提供する。
【0046】
非対称ハーフブリッジスイッチのフラクタル変換器201であり、実施例1に記載のフラクタル変換器の構成方法を用いて、非対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチが、非対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも4つの非対称ハーフブリッジサブモジュール101、少なくとも3つのエネルギー貯蔵要素211、212、213、および少なくとも2つの出力端214、215を含むフラクタル変換器である。
【0047】
ここで、
図2aで示されるように、第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートと第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第1のエネルギー貯蔵要素211が設けられ、第3の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートと第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第2のエネルギー貯蔵要素212が設けられ、第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートと第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第3のエネルギー貯蔵要素213が設けられ、
第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第3の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第3の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、
前記第1の出力端214は第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートであり、前記第2の出力端215は第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートである。
【0048】
ここで、図laに示すように、非対称ハーフブリッジサブモジュール101は、少なくとも2つのスイッチと、少なくとも1つのエネルギー貯蔵素子を含み、前記第1のスイッチ111の第1のポートはエネルギー貯蔵素子113の一端を接続し、前記エネルギー貯蔵素子113の他端は第2のスイッチ112の第2のポートを接続し、前記第2のスイッチ112の第1のポートは第1のスイッチ111の第2のポートを接続する。
【0049】
オプションとして、スイッチには、使用にIGBT、MOSFET、SiCまたはGaN電力スイッチングデバイスが含まれる。
【0050】
オプションとして、エネルギー貯蔵素子には、使用にキャパシタ、スーパーキャパシタ、リチウム電池パック、鉛酸電池パック、ナトリウム硫黄電池パックが含まれる。
実施例3
【0051】
本実施形態は、フラクタル変換器を提供する。
【0052】
非対称ハーフブリッジエネルギー貯蔵フラクタル変換器301であって、実施例1に記載のフラクタル変換器の構成方法を用いて、非対称ハーフブリッジサブモジュールのエネルギー貯蔵要素が、非対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも1つの非対称ハーフブリッジサブモジュール101、少なくとも4つのスイッチ311、312、313、314、および少なくとも2つの出力端315、316を含むフラクタル変換器である。
【0053】
ここで、
図3aに示すように、非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第1のスイッチ311の第1のポートを接続し、第1のスイッチ311の第2のポートはそれぞれ第2のスイッチ312の第1のポート、第3のスイッチ313の第1のポートをそれぞれ接続し、第3のスイッチ313の第2のポートは第4のスイッチ314の第1のポートを接続し、第4のスイッチ314の第2のポートおよび、第2のスイッチ312の第2のポートは、非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1の出力端315は第3のスイッチの第2のポートであり、第2の出力端316は第4のスイッチの第2のポートである。
【0054】
ここで、
図1aに示すように、非対称ハーフブリッジサブモジュール101は、少なくとも2つのスイッチと、少なくとも1つのエネルギー貯蔵要素を含み、前記第1スイッチ111の第1ポートはエネルギー貯蔵要素113の一端を接続し、前記エネルギー貯蔵要素113の他端は第2スイッチ112の第2ポートを接続し、前記第2スイッチ112の第1ポートは第1スイッチ111の第2ポートを接続する。
【0055】
オプションとして、スイッチには、使用にIGBT、MOSFET、SiCまたはGaN電力スイッチングデバイスが含まれる。
【0056】
オプションとして、エネルギー貯蔵素子には、使用にキャパシタ、スーパーキャパシタ、リチウム電池パック、鉛酸電池パック、ナトリウム硫黄電池パックが含まれる。
実施例4
【0057】
本実施形態は、フラクタル変換器を提供する。
【0058】
非対称ハーフブリッジスイッチ及びエネルギー貯蔵フラクタル変換器401であって、実施例1に記載のフラクタル変換器の構成方法を用いて、非対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチとエネルギー貯蔵要素とが非対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも9つの非対称ハーフブリッジサブモジュール101と少なくとも2つの出力端411、412を含むフラクタル変換器である。
【0059】
ここで、
図4aに示すように、第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第3の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第5の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第5の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第6の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第6の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第7の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第8の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第8の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第9の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第9の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第7の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは、第5の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは、第9の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第6の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは、第8の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1の出力端は第6の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートであり、第2の出力端は第9の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートである。
【0060】
ここで、
図1aに示すように、非対称ハーフブリッジサブモジュール101は、少なくとも2つのスイッチと、少なくとも1つのエネルギー貯蔵要素を含み、前記第1のスイッチ111の第1のポートはエネルギー貯蔵要素113の一端を接続し、前記エネルギー貯蔵要素113の他端は第2のスイッチ112の第2のポートを接続し、前記第2のスイッチ112の第1のポートは第1のスイッチ111の第2のポートを接続する。
【0061】
オプションとして、スイッチには、使用にIGBT、MOSFET、SiCまたはGaN電力スイッチングデバイスが含まれる。
【0062】
オプションとして、エネルギー貯蔵素子には、使用にキャパシタ、スーパーキャパシタ、リチウム電池パック、鉛酸電池パック、ナトリウム硫黄電池パックが含まれる。
実施例5
【0063】
本実施形態は、フラクタル変換器の構成方法を提供する。
【0064】
対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチングおよび/またはエネルギー貯蔵要素は、同じ対称ハーフブリッジサブモジュール自体に少なくとも2回にわたって置き換えられて得られることを含むフラクタル変換器の構成方法である。
【0065】
図1bに示すように、ここで、対称ハーフブリッジサブモジュール102は、少なくとも2つのスイッチ121、122と、少なくとも2つのエネルギー貯蔵素子123、124を含み、前記第1のスイッチ121の第1のポートは第1の貯蔵素子123の一端を接続し、前記第1の貯蔵素子123の他端は第2の貯蔵素子124の一端を接続し、前記第2の貯蔵素子124の他端は第2のスイッチ122の第2のポートを接続し、前記第2のスイッチ122の第1のポートは第1のスイッチ121の第2のポートを接続する。
【0066】
オプションとして、スイッチには、使用にスイッチには、使用にIGBT、MOSFET、SiCまたはGaN電力スイッチングデバイスが含まれる。
【0067】
オプションとして、ネルギー貯蔵素子には、使用にキャパシタ、スーパーキャパシタ、リチウム電池パック、鉛酸電池パック、ナトリウム硫黄電池パックが含まれる。
実施例6
【0068】
本実施形態は、フラクタル変換器を提供する。
【0069】
対称ハーフブリッジスイッチフラクタル変換器202であって、実施例5に記載のフラクタル変換器の構成方法を用いて、対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチが、対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも4つの対称ハーフブリッジサブモジュール102、少なくとも6つのエネルギー貯蔵要素221、222、223、224、225、226、および少なくとも2つの出力端227、228を含むフラクタル変換器である。
【0070】
ここで、
図2bに示すように、第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートと第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第1のエネルギー貯蔵要素221が設けられ、第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートと第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第2のエネルギー貯蔵要素222が設けられ、第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートが第5のエネルギー貯蔵要素225、第6のエネルギー貯蔵要素226、第3のエネルギー貯蔵要素223を順に接続した後に、第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートが第3のエネルギー貯蔵要素223、第4のエネルギー貯蔵要素226を順に接続した後に、第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、
第1の出力端227は第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートであり、第2の出力端228は第5のエネルギー貯蔵要素225と第6のエネルギー貯蔵要素226との間に位置する。
【0071】
ここで、
図1bに示すように、対称ハーフブリッジサブモジュール102は、少なくとも2つのスイッチ121、122と、少なくとも2つのエネルギー貯蔵素子123、124を含み、前記第1のスイッチ121の第1のポートは第1の貯蔵素子123の一端を接続し、前記第1の貯蔵素子123の他端は第2の貯蔵素子124の一端を接続し、前記第2の貯蔵素子124の他端は第2のスイッチ122の第2のポートを接続し、前記第2のスイッチ122の第1のポートは第1のスイッチ121の第2のポートを接続する。
【0072】
オプションとして、スイッチには、使用にIGBT、MOSFET、SiCまたはGaN電力スイッチングデバイスが含まれる。
【0073】
オプションとして、エネルギー貯蔵素子には、使用にキャパシタ、スーパーキャパシタ、リチウム電池パック、鉛酸電池パック、ナトリウム硫黄電池パックが含まれる。
実施例7
【0074】
本実施形態は、フラクタル変換器を提供する。
【0075】
対称ハーフブリッジエネルギー貯蔵フラクタル変換器302であって、実施例5に記載のフラクタル変換器の構成方法を用いて、対称ハーフブリッジサブモジュールのエネルギー貯蔵要素が対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも4つの対称ハーフブリッジサブモジュール102、少なくとも6つのスイッチ321、322、323、324、325、326、および少なくとも2つの出力端327、328を含むフラクタル変換器である。
【0076】
ここで、
図3bに示すように、第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは、第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、
第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第1のスイッチ321の第1のポートを接続し、第1のスイッチ321の第2のポートはそれぞれ第2のスイッチ322の第1のポート、第5のスイッチ325の第1のポートを接続し、第2のスイッチ322の第2のポートは第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第5のスイッチ325の第2のポートは第6のスイッチ326の第1のポートを接続し、第6のスイッチ326の第2のポートは第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3のスイッチ323の第1のポートは第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3のスイッチ323の第2のポートは第4のスイッチ324の第1のポートを接続し、第4のスイッチ324の第2のポートは第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第3のスイッチ323の第2のポートを接続し、
第1の出力端327は第5のエネルギー貯蔵要素の第2のポートであり、第2の出力端328は第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートである。
【0077】
ここで、
図1bに示すように、対称ハーフブリッジサブモジュール102は、少なくとも2つのスイッチ121、122と、少なくとも2つのエネルギー貯蔵素子123、124を含み、前記第1のスイッチ121の第1のポートは第1の貯蔵素子123の一端を接続し、前記第1の貯蔵素子123の他端は第2の貯蔵素子124の一端を接続し、前記第2の貯蔵素子124の他端は第2のスイッチ122の第2のポートを接続し、前記第2のスイッチ122の第1のポートは第1のスイッチ121の第2のポートを接続する。
【0078】
オプションとして、スイッチには、使用にIGBT、MOSFET、SiCまたはGaN電力スイッチングデバイスが含まれる。
【0079】
オプションとして、エネルギー貯蔵素子には、使用にキャパシタ、スーパーキャパシタ、リチウム電池パック、鉛酸電池パック、ナトリウム硫黄電池パックが含まれる。
実施例8
【0080】
本実施形態は、フラクタル変換器を提供する。
【0081】
対称ハーフブリッジスイッチ及びエネルギー貯蔵フラクタル変換器402であって、実施例5に記載のフラクタル変換器の構成方法を用いて、対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチング及びエネルギー貯蔵要素が対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも16つの対称ハーフブリッジサブモジュール102と、少なくとも2つの出力端421、422と、を含むフラクタル変換器である。
【0082】
ここで、
図4bに示すように、第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第4の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第3の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第5の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第6の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第6の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第8の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第8の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第7の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第7の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第6の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第9の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第10の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第10の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第12の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第12の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第11の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第11の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第10の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第13の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第14の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第14の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第16の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第16の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第15の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第15の対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第14の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第9の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第2の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第5の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第6の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第14の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第10の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第13の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1の出力端421は第6の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートであり、第2の出力端422は第1の対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートである。
【0083】
ここで、
図1bに示すように、対称ハーフブリッジサブモジュール102は、少なくとも2つのスイッチ121、122と、少なくとも2つのエネルギー貯蔵素子123、124を含み、前記第1のスイッチ121の第1のポートは第1の貯蔵素子123の一端を接続し、前記第1の貯蔵素子123の他端は第2の貯蔵素子124の一端を接続し、前記第2の貯蔵素子124の他端は第2のスイッチ122の第2のポートを接続し、前記第2のスイッチ122の第1のポートは第1のスイッチ121の第2のポートを接続する。
【0084】
オプションとして、スイッチには、使用にIGBT、MOSFET、SiCまたはGaN電力スイッチングデバイスが含まれる。
【0085】
オプションとして、エネルギー貯蔵素子には、使用にキャパシタ、スーパーキャパシタ、リチウム電池パック、鉛酸電池パック、ナトリウム硫黄電池パックが含まれる。
実施例9
【0086】
本実施形態は、フラクタル変換器の構成方法を提供する。
【0087】
Hブリッジサブモジュールのスイッチングおよび/または貯蔵要素は、同じHブリッジサブモジュール自体に少なくとも2回にわたって置き換えられて得られることを含むフラクタル変換器の構成方法である。
【0088】
ここで、
図1cに示すように、Hブリッジサブモジュール103は、少なくとも4つのスイッチ131、132、133、134と、少なくとも1つのエネルギー貯蔵素子135とが接続したHブリッジ構造を含み、第1のスイッチ131の第1のポートは第3のスイッチ133の第1のポート、エネルギー貯蔵素子135の一端をそれぞれ接続し、第3のスイッチ133の第2のポートは第4のスイッチ134の第1のポートを接続し、第4のスイッチ134の第2のポートはエネルギー貯蔵素子135の他端、第2のスイッチ132の第2のポートをそれぞれ接続し、第2のスイッチ132の第1のポートは第1のスイッチ131の第2のポートを接続する。
【0089】
オプションとして、スイッチには、使用にIGBT、MOSFET、SiCまたはGaN電力スイッチングデバイスが含まれる。
【0090】
オプションとして、エネルギー貯蔵素子には、使用にキャパシタ、スーパーキャパシタ、リチウム電池パック、鉛酸電池パック、ナトリウム硫黄電池パックが含まれる。
実施例10
【0091】
本実施形態は、フラクタル変換器を提供する。
【0092】
Hブリッジスイッチフラクタル変換器203であって、実施例9に記載のフラクタル変換器の構成方法を用いて、Hブリッジサブモジュールのスイッチは、Hブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて得られ、
少なくとも16つのHブリッジサブモジュール、少なくとも5つのエネルギー貯蔵要素231、232、233、234、235、および少なくとも2つの出力端235、236を含むるフラクタル変換器である。
【0093】
ここで、
図2cに示すように、第1のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第2のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第2のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第4のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第4のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第3のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第1のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第1のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第4のHブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第1のエネルギー貯蔵要素231が設けられ、
第5のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第6のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第6のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第8のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第8のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第7のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第7のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第5のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第5のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第8のHブリッジサブモジュールの第2のポートとの間には、第2のエネルギー貯蔵要素232が設けられ、
第9のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第10のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第10のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第12のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第12のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第11のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第11のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第9のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第9のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第12のHブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第3の貯蔵要素233が設けられ、
第13のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第14のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第14のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第16のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第16のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第15のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第15のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第13のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第13のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第16のHブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第4の貯蔵要素234が設けられ、
第1のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第5のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第2のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第9のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第6のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第13のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第10のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第14のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、
第2のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第15のHブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第5の貯蔵素子235が設けられ、
第1の出力端236は第1のHブリッジサブモジュールの第2のポートであり、第2の出力端237は第10のHブリッジサブモジュールの第1のポートである。
【0094】
図1cに示すように、ここで、Hブリッジサブモジュール103は、少なくとも4つのスイッチ131、132、133、134と、少なくとも1つのエネルギー貯蔵素子135とが接続したHブリッジ構造を含み、第1のスイッチ131の第1のポートは第3のスイッチ133の第1のポート、エネルギー貯蔵素子135の一端をそれぞれ接続し、第3のスイッチ133の第2のポートは第4のスイッチ134の第1のポートを接続し、第4のスイッチ134の第2のポートはエネルギー貯蔵素子135の他端、第2のスイッチ132の第2のポートをそれぞれ接続し、第2のスイッチ132の第1のポートは第1のスイッチ131の第2のポートを接続する。
【0095】
オプションとして、スイッチには、使用にIGBT、MOSFET、SiCまたはGaN電力スイッチングデバイスが含まれる。
【0096】
オプションとして、エネルギー貯蔵素子には、使用にキャパシタ、スーパーキャパシタ、リチウム電池パック、鉛酸電池パック、ナトリウム硫黄電池パックが含まれる。
実施例11
【0097】
本実施形態は、フラクタル変換器を提供する。
【0098】
Hブリッジエネルギー貯蔵フラクタル変換器303であって、実施例9に記載のフラクタル変換器の構成方法を用いて、Hブリッジサブモジュールのエネルギー貯蔵素子がHブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも1つのHブリッジサブモジュール、少なくとも8つのスイッチ331、332、333、334、335、336、337、338、および少なくとも2つの出力端339、3310を含むフラクタル変換器である、
ここで、
図3cに示すように、第1のスイッチ331の第1のポートは第3のスイッチ333の第1のポートを接続し、第3のスイッチ333の第2のポートは第4のスイッチ334の第1のポートを接続し、第4のスイッチ334の第2のポートは第2のスイッチ332の第2のポートを接続し、第2のスイッチ332の第1のポートは第1のスイッチ331の第2のポートを接続し、
Hブリッジサブモジュールの第1のポートは第1のスイッチ331の第1のポートを接続し、Hブリッジサブモジュールの第2のポートは第4のスイッチ334の第2のポートを接続し、
第5のスイッチ335の第1のポートは第7のスイッチ337の第1のポートを接続し、第7のスイッチ337の第2のポートは第8のスイッチ338の第1のポートを接続し、第8のスイッチ338の第2のポートは第6のスイッチ336の第2のポートを接続し、第6のスイッチ336の第1のポートは第5のスイッチ335の第2のポートを接続し、
第5のスイッチ335の第1のポートは第1のスイッチ331の第2のポートを接続し、第4のスイッチ334の第1のポートは第8のスイッチ338の第2のポートを接続し、
第1の出力端339は第5のスイッチ335の第2のポートであり、第2の出力端3310は第7のスイッチ337の第2のポートである。
【0099】
ここで、
図1cに示すように、Hブリッジサブモジュール103は、少なくとも4つのスイッチ131、132、133、134と、少なくとも1つのエネルギー貯蔵素子135とが接続したHブリッジ構造を含み、第1のスイッチ131の第1のポートは第3のスイッチ133の第1のポート、エネルギー貯蔵素子135の一端をそれぞれ接続し、第3のスイッチ133の第2のポートは第4のスイッチ134の第1のポートを接続し、第4のスイッチ134の第2のポートはエネルギー貯蔵素子135の他端、第2のスイッチ132の第2のポートをそれぞれ接続し、第2のスイッチ132の第1のポートは第1のスイッチ131の第2のポートを接続する。
【0100】
オプションとして、スイッチには、使用にIGBT、MOSFET、SiCまたはGaN電力スイッチングデバイスが含まれる。
【0101】
オプションとして、エネルギー貯蔵素子には、使用にキャパシタ、スーパーキャパシタ、リチウム電池パック、鉛酸電池パック、ナトリウム硫黄電池パックが含まれる。
実施例12
【0102】
本実施形態は、フラクタル変換器を提供する。
【0103】
Hブリッジスイッチ及びエネルギー貯蔵フラクタル変換器403であり、実施例9に記載のフラクタル変換器の構成方法を用いて、Hブリッジサブモジュールのスイッチとエネルギー貯蔵素子がHブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも25個のHブリッジサブモジュールと、少なくとも4個の出力端431、432、433、434を含むフラクタル変換器である。
ここで、
図4cに示すように、第1のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第2のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第3のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第2のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第5のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第5のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第3のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第4のHブリッジサブモジュールの第1のポートにそれぞれ接続され、第4のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第1のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第6のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第7のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第8のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第7のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第10のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第10のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第8のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第9のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第9のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第6のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第11のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第12のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第13のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第12のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第15のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第15のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第13のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第14のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第14のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第11のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第16のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第17のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第18のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第17のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第20のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第20のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第18のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第19のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第19のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第16のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第21のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第22のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第23のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第22のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第25のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第25のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第23のHブリッジサブモジュールの第2のポート、第24のHブリッジサブモジュールの第1のポートをそれぞれ接続し、第24のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第21のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1のHブリッジサブモジュールの第2のポートは第16のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第2のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第12のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第14のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第24のHブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第7のHブリッジサブモジュールの第1のポートは第25のHブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、
第1の出力端431は第7のHブリッジサブモジュールの第1のポートであり、第2の出力端432は第1のHブリッジサブモジュールの第2のポートであり、第3の出力端433は第2のHブリッジサブモジュールの第1のポートであり、第4の出力端434は第17のHブリッジサブモジュールの第1のポートである。
【0104】
ここで、
図1cに示すように、Hブリッジサブモジュール103は、少なくとも4つのスイッチ131、132、133、134と、少なくとも1つのエネルギー貯蔵素子135とが接続したHブリッジ構造を含み、第1のスイッチ131の第1のポートは第3のスイッチ133の第1のポート、エネルギー貯蔵素子135の一端をそれぞれ接続し、第3のスイッチ133の第2のポートは第4のスイッチ134の第1のポートを接続し、第4のスイッチ134の第2のポートはエネルギー貯蔵素子135の他端、第2のスイッチ132の第2のポートをそれぞれ接続し、第2のスイッチ132の第1のポートは第1のスイッチ131の第2のポートを接続する。
【0105】
オプションとして、スイッチには、使用にIGBT、MOSFET、SiCまたはGaN電力スイッチングデバイスが含まれる。
【0106】
オプションとして、エネルギー貯蔵素子には、使用にキャパシタ、スーパーキャパシタ、リチウム電池パック、鉛酸電池パック、ナトリウム硫黄電池パックが含まれる。
【0107】
オプションとして、スイッチ(111、112、121、122、131、132、133、134、311、312、313、314、321、322、323、324、325、326、331、332、333、334、335、336、337、338)には、使用にIGBT、MOSFET、SiCまたはGaNパワースイッチデバイスが含まれる。
【0108】
オプションとして、エネルギー貯蔵要素(113、123、124、135、211、212、213、221、222、223、224、225、226、231、232、233、234、235)は、キャパシタ、スーパーキャパシタ、リチウム電池パック、鉛酸電池パック、またはナトリウム硫黄電池パックを含む。
実施例13
【0109】
本実施形態は、フラクタル変換器を提供する。
【0110】
Hブリッジスイッチフラクタル変換器203であって、高電圧・大電流高電力インバータ(
図5)を実現する簡略化方案であるフラクタル変換器である。
【0111】
具体的には、
図2cに基づいて、Hブリッジスイッチフラクタル変換器203中のエネルギー貯蔵要素231、232、233、234、235を除去する。
【0112】
第1のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第2のHブリッジサブモジュールの第2のポートとの間にサブモジュールの小フィルタインダクタンスを増加し、第3のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第4のHブリッジサブモジュールの第2のポートとの間にサブモジュールの小フィルタインダクタンスを増加し、第5のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第6のHブリッジサブモジュールの第2のポートの間にサブモジュールの小フィルタインダクタンスを増加し、第7のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第8のHブリッジサブモジュールの第2のポートとの間にサブモジュールの小フィルタインダクタンスを増加し、第9のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第10のHブリッジサブモジュールの第2のポートとの間にサブモジュールの小フィルタインダクタンスを増加し、第11のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第12のHブリッジサブモジュールの第2のポートの間にサブモジュールの小フィルタインダクタンスを増加し、第13のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第14のHブリッジサブモジュールの第2のポートとの間にサブモジュールの小フィルタインダクタンスを増加し、第15のHブリッジサブモジュールの第1のポートと第16のHブリッジサブモジュールの第2のポートとの間にサブモジュールの小フィルタインダクタンスを増加する。
【0113】
第1のHブリッジサブモジュールの第2のポートと第10のHブリッジサブモジュールの第1のポートとの間に抵抗インダクタンス負荷RloadとLloadが接続され、
サブモジュール小フィルタインダクタンスLac=50μHであり、
すべてのサブモジュールを同じSPWMで調製する。
【0114】
図2a、2b、および2cを参照すると、これら3つの実施例は、1種の非対称ハーフブリッジスイッチフラクタル変換器201、1種の対称ハーフブリッジスイッチフラクタル変換器202、および1種のHブリッジスイッチフラクタル変換器203を含む3つのスイッチフラクタル変換器を開示する。
【0115】
図3a、3b、および3cを参照すると、これら3つの実施例は、1種の非対称ハーフブリッジエネルギー貯蔵フラクタル変換器301、1種の対称ハーフブリッジエネルギー貯蔵フラクタル変換器302、および1種のHブリッジエネルギー貯蔵フラクタル変換器303を含む3種類のエネルギー貯蔵フラクタル変換器を開示する。
【0116】
図4a、4b及び4cを参照すると、これら3つの実施例は、1種の非対称ハーフブリッジスイッチ及びエネルギー貯蔵フラクタル変換器401、1種の対称ハーフブリッジスイッチ及びエネルギー貯蔵フラクタル変換器402、及び1種のHブリッジスイッチ及びエネルギー貯蔵フラクタル変換器403を含む3種類のスイッチ及びエネルギー貯蔵フラクタル変換器を開示する。
【0117】
図5を参照して、この実施例はHブリッジスイッチフラクタル変換器203が高電圧・大電流・高電力インバータ方案を実現することを開示する。実施例では付加的な貯蔵素子231、232、233、234、235を除去し、サブモジュールの小フィルタインダクタンスL
ac=50μHを増加し、同じ調製方法を用いて10kHzスイッチング周波数ですべてのサブモジュールを調製し、出力接続抵抗負荷がR
load=5ΩとL
load=5mHである。
【0118】
本発明は従来の高電圧・大電流電力変換器と比較して、高電圧・大電流波形出力及びモジュール間に電圧と電流の均一な分配を同時に実現することができ、制御方法は簡単で、標準化しやすい、マルチポートの並列出力が可能である。
【0119】
非対称ハーフブリッジサブモジュール101には、正電圧出力、ゼロ電圧出力、開路モードの3種類の動作モードがある。ここで、スイッチ111又は112がオンにして、それぞれ正電圧及びゼロ電圧出力モードになり、すべてのスイッチが開路モードになるようにオフにされた。非対称ハーフブリッジサブモジュールの出力ポート114、115の電圧は、異なる動作モードの時間占有率を制御して変更させることによって調整されることができる。
【0120】
対称ハーフブリッジサブモジュール102には、正電圧出力、負電圧出力、開路モードの3種類の動作モードがある。ここで、スイッチ121または122がオンにして、それぞれ正電圧と負電圧の出力モードになり、すべてのスイッチが開路モードになるようにオフにされた。異なる動作モードの時間占有率を制御して変更させることによって、対称ハーフブリッジサブモジュールの出力ポート125、126の電圧を調整することができる。
【0121】
Hブリッジサブモジュール103には、正電圧出力、負電圧出力、ゼロ電圧出力、開路モードの4種類の動作モードがある。ここで、2組のダブルスロースイッチ131、134または132、133がオンにして、それぞれ正電圧と負電圧の出力モードになり、2つのアップスイッチ131、133または2つのダウンスイッチ132、134はゼロ電圧出力モードになるようにオンにされて、すべてのスイッチが開路モードになるようにオフにされた。異なる動作モードの時間占有率を制御して変化させることによって、Hブリッジサブモジュールの出力ポート136、137の電圧を調整することができる。
【0122】
図6aはHブリッジスイッチフラクタル変換器の負荷電流i
loadと電圧v
loadのシミュレーション波形図を示す。
図6bは、Hブリッジスイッチフラクタル変換器のサブモジュール直流電圧v
dc、サブモジュール交流電流i
ac及びサブモジュール交流電圧v
acのシミュレーション波形図を示す。図面から分かるように、すべてのサブモジュールは負荷電圧と電流を均等に負荷することができ、同時に負荷電圧、電流と電力の要求に満たすことができる。
【0123】
本発明はフラクタル変換器の構造方法と9種類のフラクタル変換器を提供し、大電力風力太陽光貯蔵新エネルギーと発電の組み合わせシステム、高圧交流/直流送電、中圧電力駆動、中高圧電力品質浄化装置、固体変圧器、電気自動車充電ステーション、電力増幅器、プラズマパルス電源、特殊医療設備電源、電磁砲電源などに応用できる。本発明は、従来の高電圧・大電流電力変換器と比べて、任意の高電圧、大電流波形を出力することができ、システムはモジュール化され、構造は簡単で延性があり、モジュール間に電圧と電流を均一に分配することができ、制御方法は簡単で、標準化しやすい、マルチポート並列出力が可能である。
【0124】
以上説明したのは本発明の好適な実施例にすぎず、本発明を限定するためには使用されず、当業者にとっては、本発明は種々の変更及び変化が可能である。本発明の精神と原則の中で、行ったいかなる修正、等価置換、改良などは、本発明の保護範囲に含まれる。
【手続補正書】
【提出日】2024-04-24
【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】
フラクタル変換器の構成方法であって、
非対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチングおよび/またはエネルギー貯蔵要素は、同じ非対称ハーフブリッジサブモジュール自体に少なくとも2回にわたって置き換えられて得られ
、置き換えにおいて、非対称ハーフブリッジサブモジュール出力ポートが保持され、変化しないことを含む
ことを特徴とするフラクタル変換器の構成方法。
【請求項2】
前記非対称ハーフブリッジサブモジュールは少なくとも2つのスイッチと、少なくとも1つのエネルギー貯蔵素子を含み、前記第1のスイッチの第1のポートはエネルギー貯蔵素子の一端を接続し、前記エネルギー貯蔵素子の他端は第2のスイッチの第2のポートを接続し、前記第2のスイッチの第1のポートは第1のスイッチの第2のポートを接続
する
請求項1に記載のフラクタル変換器の構成方法。
【請求項3】
前記スイッチには、使用にIGBT、MOSFET、SiCまたはGaN電力スイッチングデバイスが含まれる
請求項1に記載のフラクタル変換器の構成方法。
【請求項4】
前記エネルギー貯蔵素子には、使用にキャパシタ、リチウム電池パック、鉛酸電池パック、ナトリウム硫黄電池パックが含まれる
請求項1に記載のフラクタル変換器の構成方法。
【請求項5】
請求項
1~4のいずれか1項に記載のフラクタル変換器の構成方法を用い、非対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチが、非対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも4つの非対称ハーフブリッジサブモジュール、少なくとも3つのエネルギー貯蔵要素、および少なくとも2つの出力端を含むフラクタル変換器であって、
ここで、第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートと第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第1のエネルギー貯蔵要素が設けられ、第3の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートと第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第2のエネルギー貯蔵要素が設けられ、第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートと第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートとの間に第3のエネルギー貯蔵要素が設けられ、
第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第3の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、第3の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、
第1の出力端は第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートであり、
第2の出力端は第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートであり
る
ことを特徴とするフラクタル変換器。
【請求項6】
請求項1~4に記載のフラクタル変換器の構成方法を用い、非対称ハーフブリッジサブモジュールのエネルギー貯蔵要素が、非対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも2回にわたって置き換えられて構成し、
ここで、少なくとも1つの非対称ハーフブリッジサブモジュール、少なくとも4つのスイッチ、および少なくとも2つの出力端を含むフラクタル変換器であって、
非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第1のスイッチの第1のポートを接続し、第1のスイッチの第2のポートはそれぞれ第2のスイッチの第1のポート、第3のスイッチの第1のポートをそれぞれ接続し、第3のスイッチの第2のポートは第4のスイッチの第1のポートを接続し、第4のスイッチの第2のポートおよび、第2のスイッチの第2のポートは、非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1の出力端は第3のスイッチの第2のポートであり、第2の出力端は第4のスイッチの第2のポートである
ことを特徴とするフラクタル変換器。
【請求項7】
請求項1~4に記載のフラクタル変換器の構成方法を用い、非対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチとエネルギー貯蔵要素とが非対称ハーフブリッジサブモジュールに少なくとも9回にわたって置き換えられて構成し、
少なくとも9つの非対称ハーフブリッジサブモジュールと少なくとも2つの出力端を含むフラクタル変換器であって、
ここで、第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第3の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第3の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第5の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第5の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第6の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第6の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第4の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第7の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートは第8の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第8の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第9の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第1のポートを接続し、第9の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは第7の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第2の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは、第5の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは、第9の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第6の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートは、第8の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートを接続し、
第1の出力端は第6の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートであり、第2の出力端は第9の非対称ハーフブリッジサブモジュールの第2のポートである
ことを特徴とするフラクタル変換器。
【請求項8】
フラクタル変換器の構成方法であって、対称ハーフブリッジサブモジュールのスイッチングおよび/またはエネルギー貯蔵要素は、同じ対称ハーフブリッジサブモジュール自体に少なくとも2回にわたって置き換えられて得られ
、置き換えにおいて、非対称ハーフブリッジサブモジュール出力ポートが保持され、変化しないことを含む
ことを特徴とするフラクタル変換器の構成方法。
【請求項9】
前記対称ハーフブリッジサブモジュールは、少なくとも2つのスイッチと、少なくとも2つのエネルギー貯蔵素子を含み、
第1のスイッチの第1のポートが第1のエネルギー貯蔵素子の一端を接続し、第1のエネルギー貯蔵素子の他端が第2のエネルギー貯蔵素子の一端を接続し、第2のエネルギー貯蔵素子の他端が第2のスイッチの第2のポートを接続し、前記第2のスイッチの第1のポートが第1のスイッチの第2のポートを接続
する
請求項
8に記載のフラクタルの変換器の構成方法。
【請求項10】
前記スイッチには、IGBT、MOSFET、SiCまたはGaN電力スイッチングデバイスが含まれ、使用されることを特徴とする請求項8に記載のフラクタルの変換器の構成方法。
【国際調査報告】