JP2008502292A - インターリーブパワーコンバータ - Google Patents
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Abstract
パワーコンバータのアーキテクチャは、フルブリッジコンバータをインターリーブすることで、高電流印加時の熱管理問題を緩和でき、例えば、パーツ数およびコストを削減しながら、出力能力を倍にし得る。例えば、3位相インバータの1位相は、2つの変圧器間で分かち合われる。これら2つの変圧器は、2つの整流手段を有する整流器のような整流器に出力を提供し、4つの高電圧インバータレグよりも、むしろ、3つの高電圧インバータレグを有する2つのフルブリッジDC/DCコンバータを提供する。
Description
(背景技術)
(発明の分野)
本開示は、一般に、電力システムに関し、より特定的には、電源と負荷との間で、電力を整流、変換(invert)および/または変換(convert)するのに適したパワーモジュールアーキテクチャに関する。
(発明の分野)
本開示は、一般に、電力システムに関し、より特定的には、電源と負荷との間で、電力を整流、変換(invert)および/または変換(convert)するのに適したパワーモジュールアーキテクチャに関する。
(関連技術の記述)
パワーモジュールは、典型的には、1つ以上の電力供給用電源から1つ以上の負荷への電力を変換および/または条件付けする内蔵ユニットである。「インバータ」と一般に称されるパワーモジュールは、直流(DC)を交流(AC)に変換し、これはAC負荷への電力供給で使用される。「整流器」と一般に称されるパワーモジュールは、ACをDCに変換する。「DC/DCコンバータ」として一般に称されるパワーモジュールは、DC電圧をステップアップまたはステップダウンする。適切に構成され、動作されるパワーモジュールは、これら機能の任意の1つ以上を実行し得る。「コンバータ」という用語は、一般に、インバータ、整流器および/またはDC/DCコンバータのいずれであれ、パワーモジュールの全てに、総称的に適用され、本明細書においては、その総称的な意味で使用される。
パワーモジュールは、典型的には、1つ以上の電力供給用電源から1つ以上の負荷への電力を変換および/または条件付けする内蔵ユニットである。「インバータ」と一般に称されるパワーモジュールは、直流(DC)を交流(AC)に変換し、これはAC負荷への電力供給で使用される。「整流器」と一般に称されるパワーモジュールは、ACをDCに変換する。「DC/DCコンバータ」として一般に称されるパワーモジュールは、DC電圧をステップアップまたはステップダウンする。適切に構成され、動作されるパワーモジュールは、これら機能の任意の1つ以上を実行し得る。「コンバータ」という用語は、一般に、インバータ、整流器および/またはDC/DCコンバータのいずれであれ、パワーモジュールの全てに、総称的に適用され、本明細書においては、その総称的な意味で使用される。
多くのアプリケーションにおいて、電源から負荷に、高出力、高電流および/または高電圧を配送(delivery)して使用する。例えば、輸送向けアプリケーションでは、電気自動車またはハイブリッド電気自動車の推進用走行モータのような負荷を駆動するために、高出力を使用し得る。このようなアプリケーションでは、1つ以上の様々な電源を使用し得る。例えば、燃料電池または光電池のアレイのようなエネルギ生産電源、および/または、バッテリセルおよび/またはスーパコンデンサのアレイのようなエネルギ蓄積電源である。このようなアプリケーションでは、電力を変換および/または条件付けするために、パワーコンバータを用いることが多い。例えば、それは、電力が負荷に供給される電圧をステップダウンして行われる。
パワーコンバータは、典型的には、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)および/または半導体ダイオードのようなパワー半導体デバイスを用いる。これらのパワー半導体デバイスは、高出力で動作中に、多量の熱を散逸し、熱管理の問題が生じ、このため、パワーコンバータの動作範囲の制限、コストアップ、サイズおよび/または重量の増加、効率の劣化、および/または、信頼性低下をもたらし得る。
熱管理問題を緩和し、高出力動作が可能なパワーコンバータに対する方法および/またはアーキテクチャが、非常に望まれている。
(発明の概要)
一局面において、パワーコンバータは、第一のノードを備える第一の位相レグと、第二のノードを備える第二の位相レグと、第三のノードを備える第三の位相レグとを備えるインバータ回路と;第一のサイドおよび第二のサイドを備える第一の変圧器であって、この第一の変圧器の第一のサイドは、インバータ回路の第一の位相レグの第一のノードと第二の位相レグの第二のノードとの間で電気的に結合される、第一の変圧器と;第一のサイドおよび第二のサイドを備える第二の変圧器であって、この第二の変圧器の第一のサイドは、インバータ回路の第一の位相レグの第一のノードと第三の位相レグの第三のノードとの間で電気的に結合される、第二の変圧器とを備える。
一局面において、パワーコンバータは、第一のノードを備える第一の位相レグと、第二のノードを備える第二の位相レグと、第三のノードを備える第三の位相レグとを備えるインバータ回路と;第一のサイドおよび第二のサイドを備える第一の変圧器であって、この第一の変圧器の第一のサイドは、インバータ回路の第一の位相レグの第一のノードと第二の位相レグの第二のノードとの間で電気的に結合される、第一の変圧器と;第一のサイドおよび第二のサイドを備える第二の変圧器であって、この第二の変圧器の第一のサイドは、インバータ回路の第一の位相レグの第一のノードと第三の位相レグの第三のノードとの間で電気的に結合される、第二の変圧器とを備える。
別の局面において、電力を変換する方法は、直流を変換して、少なくとも3つの交流位相を生成するステップと、この3つの交流位相のうちの第一および第二の交流位相を第一の変圧器の第一のサイドに供給し、第一の変圧器の第二のサイドに交流を誘導するステップと、この3つの交流位相のうちの第二および第三の交流位相を第二の変圧器の第一のサイドに供給し、第二の変圧器の第二のサイドに交流を誘導するステップと、第一の変圧器の第二のサイドからの交流を整流器に供給するステップと、第二の変圧器の第二のサイドからの交流を整流器に供給するステップと、第一および第二の変圧器の第二のサイドから整流器に供給された第一および第二の交流をそれぞれ整流して、第一の電位ノードおよび第二の電位ノードにわたって第一の電圧を生成し、第二の電位ノードおよび第三の電位ノードにわたって第二の電圧を生成するステップとを包含する。
さらなる局面において、パワーコンバータは、少なくとも第一のポールと第二のポールとを含む第一のサイドと、少なくとも第一のポールと第二のポールとを含む第二のサイドとを備える第一の変圧器と;少なくとも第一のポールと第二のポールとを含む第一のサイドと、少なくとも第一のポールと第二のポールとを含む第二のサイドとを備える第二の変圧器と;第一の変圧器の第一のサイドの第一のポールに第一の交流位相を、第一の変圧器の第一のサイドの第二のポールおよび第二の変圧器の第一のサイドの第一のポールに第二の交流位相を、第二の変圧器の第一のサイドの第二のポールに第三の交流位相を供給する手段と;第一および第二の変圧器の第二のサイドから供給される交流を整流する2つの手段とを備える。
(発明の詳細な説明)
以下の記述において、様々な実施形態を十分に理解するために、ある特定の詳細が示される。しかしながら、本発明は、これら詳細がなくとも実施し得ることは、当業者は理解する。他の場合においても、パワーコンバータ、コントローラおよび/またはゲートドライブに関する周知の構造は、詳細に図示または記載されていない。これは、実施形態の説明を不必要に曖昧にしないためである。
以下の記述において、様々な実施形態を十分に理解するために、ある特定の詳細が示される。しかしながら、本発明は、これら詳細がなくとも実施し得ることは、当業者は理解する。他の場合においても、パワーコンバータ、コントローラおよび/またはゲートドライブに関する周知の構造は、詳細に図示または記載されていない。これは、実施形態の説明を不必要に曖昧にしないためである。
文中に特記する必要がない限り、以下の本明細書および請求項を通して、「含む(comprise)」およびその変化形「含む(comprises)」「含んでいる(comprising)」は、広義で解釈され、「含まれるが、限定されない」と、解釈されるべきである。
本明細書の全体にわたる「一つの実施形態」または「一実施形態」に関する言及は、その実施形態と関連する特定の特徴、構造または特性が、少なくとも一つの実施形態で含まれることを意味する。このように、本明細書の全体を通して様々な箇所にある「一実施形態において」または「一つの実施形態において」という文言が出現しても、必ずしも全てが、同じ実施形態について言及しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造または特性は、任意の適切な方法で、1つ以上の実施形態と組み合わせられ得る。
本明細書で提供される見出しは、便宜上のためのみであり、請求項に係る発明の範囲または意味で解釈しない。
図1は、本発明の一つの例示的な実施形態に従うパワーコンバータ10を示す。この実施形態において、このパワーコンバータ10は、DC/DCパワーコンバータの形式をとる。パワーコンバータ10は、1つ以上の負荷R1、R2の供給用電源VIによって供給される電力を変換および/または条件付けすることで、動作可能となる。パワーコンバータ10は、インバータ12、整流器14、および、インバータ12を整流器14と電気的に結合する一対の変圧器T1、T2を備え得る。パワーコンバータ10は、また、一対の端子16a、16bも備え得る。これら端子は、電源VIからの電力を受けるように電気的に結合され得る。電源VIは、例えば、燃料電池または光電池のアレイのような1つ以上のエネルギ生産電源の形式をとり得、および/または、バッテリセルおよび/またはスーパーコンデンサのアレイのような1つ以上のエネルギ蓄積電源の形式をとり得る。パワーコンバータ10は、また、一式の端子18a、18b、18cも備え、これら端子は、1つ以上の負荷R1、R2に電力供給するために電気的に結合され得る。
インバータ12は、電圧レール20a、20bによって形成されるインバータサイドバス20(集合的に)を備える。インバータ12は、また、上部パワー半導体スイッチS1および下部パワー半導体スイッチS2によって形成される第一の位相レグ12aと、上部パワー半導体スイッチS3および下部パワー半導体スイッチS4によって形成される第二の位相レグ12bと、上部パワー半導体スイッチS5および下部パワー半導体スイッチS6によって形成される第三の位相レグ12cとを備え、各位相レグ12a〜12cのそれぞれは、電圧レール20a、20bの間で電気的に結合される。パワー半導体スイッチS1〜S6は、例えば、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)、および/または、高出力動作に適した他のスイッチの形式をとり得る。
インバータ12は、パワー半導体ダイオードD1〜D6をさらに備え、これらは、パワー半導体スイッチS1〜S6のそれぞれの1つに対して逆並列に電気的に結合される。本明細書および請求項の中で使用されるように、「パワー半導体デバイス」という用語は、標準的な半導体デバイスに対して、大電流、大電圧および/または大電力を扱うように設計された半導体デバイスを含み、パワー半導体スイッチデバイス、パワー半導体ダイオード、および、例えば、グリッドまたは輸送関連のアプリケーションで使用される配電で使用されるような他のデバイスである。一部の実施形態において、パワー半導体ダイオードD1〜D6は、例えば、ボディダイオードのように、パワー半導体スイッチS1〜S6の一部として形成され得る。一方、他の実施形態において、パワー半導体ダイオードD1〜D6は、ディスクリート半導体デバイスの形式をとり得る。
対をなすパワー半導体スイッチS1およびS2、S3およびS4、S5およびS6は、各レグ12a、12b、12cをそれぞれ形成し、その対の間に、位相ノードA、B、Cがある。このノード上に、インバータ12の3つの位相出力のそれぞれの位相が、動作中に現れる。単一のスイッチおよびダイオードとして描かれているが、パワー半導体スイッチS1〜S6および/またはダイオードD1〜D6のそれぞれは、並列で電気的に結合された1つ以上のパワー半導体スイッチおよび/またはダイオードの形式をとり得る。コントローラ24は、制御信号26を介して、パワー半導体スイッチS1〜S6を制御する。
インバータ12は、入力コンデンサCIをさらに備え得、このコンデンサは、インバータサイドバス20の電圧レール20a、20bにわたって電気的に結合される。
整流器14は、図1に示す2つの整流器のようなアクティブ整流器の形式をとり得る。整流器14は、上部パワー半導体スイッチS7および下部パワー半導体スイッチS9によって形成される第一のレグ14aと、上部パワー半導体スイッチS8および下部パワー半導体スイッチS10によって形成される第二のレグ14bとを備える。整流器14は、また、パワー半導体ダイオードD7〜D10も備え、パワー半導体スイッチS7〜S10のそれぞれの1つに対して逆並列に電気的に結合される。一部の実施形態において、パワー半導体ダイオードD7〜D10は、例えば、ボディダイオードのように、パワー半導体スイッチS7〜S10の一部として形成され得る。一方、他の実施形態において、パワー半導体ダイオードD7〜D10は、ディスクリート半導体デバイスの形式をとり得る。単一のスイッチおよびダイオードとして描かれているが、パワー半導体スイッチS7〜S10および/またはダイオードD7〜D10は、1つ以上のパワー半導体スイッチおよび/またはダイオードが並列に電気的に結合された形式をとり得る。
整流器14の第一および第二のレグ14a、14bのそれぞれの間のノードは、互いに結合され、整流器14に中立ノードOを提供する。コントローラ24は、制御信号28を介して、パワー半導体スイッチS7〜S10を制御する。
変圧器T1、T2は、高周波変圧器であり得、電気的絶縁と、パワーコンバータ10のインバータ側と整流器側との間の電圧ステップアップ/ステップダウンとを提供する。各変圧器T1、T2は、パワーコンバータ10の電力の半分を分かち合う。
第一の変圧器T1は、第一のサイドT1aおよび第二のサイドT1bを備える。電力は、電源VIから負荷R1、R2に移送される場合、第一のサイドT1aは、典型的には、一次巻き線と称され、第二のサイドT1bは、二次巻き線と称される。一部の実施形態において、電力は、逆方向に移送され得る。例えば、回生制動力が、「負荷」R1、R2(例えば、発電機)から、「電源」VI(例えば、バッテリおよび/またはスーパーコンデンサ)に移送し得る間である。その結果、第一および第二のサイドという用語は、本記述全体および請求項にわたって使用されるが、電力移送の方向に関わらず、一般的に、変圧器T1、T2の巻き線を一般的に称する。同じように、本記述全体および請求項で通じて使用される負荷R1、R2は、第二のモード(例えば、回生制動)で発電する間に、第一のモード(例えば、駆動)において電力を消費し得る。また、電源VIは、第二のモードで電力を消費または蓄積中に、第一のモードで電力を提供し得る。他のモードおよび動作も可能である。
第一の変圧器T1の第一のサイドT1aは、一対のポールT1c、T1dを含み、第二のサイドT1bは、また、一対のポールT1e、T1fを含む。同様に、第二の変圧器T2は、第一のサイドT2aおよび第二のサイドT2bを含む。第二の変圧器T2の第一のサイドT2aは、一対のポールT2c、T2dを含み、第二のサイドT2bは、また、一対のポールT2e、T2fを含む。第二の変圧器T2の第二のサイドT2bは、整流器サイドバスを形成するそれぞれの電流経路K、L、M、Nに電気的に結合される。この整流器サイドバスは、また、整流器14の中立ノードOを含む。
インバータ12の第一の位相レグ12aの位相ノードAは、第一の変圧器T1の第一のサイドT1aの第一のポールT1cに電気的に結合される。インバータ12の第二の位相レグ12bの位相ノードBは、第一の変圧器T1の第一のサイドT1aの第二のポールT1dに電気的に結合され、第二の変圧器T2の第一のサイドT2aの第一のポールT2cに結合される。インバータ12の第三の位相レグ12cの位相ノードCは、第二の変圧器T2の第一のサイドT2aの第二のポールT2dに電気的に結合される。
整流器14の第一のレグ14aは、電流経路Kを介する第一の変圧器T1の第二のサイドT1bの第一のポールT1eと、電流経路Nを介する第二の変圧器T2の第二のサイドT2bの第二のポールT2fとの間で電気的に結合される。整流器14の第二のレグ14bは、電流経路Lを介する第一の変圧器T1の第二のサイドT1bの第二のポールT1fと、電流経路Mを介する第二の変圧器T2の第二のサイドT2bの第一のポールT2eとの間で電気的に結合される。フィルタインダクタL1、L2、L3、L4は、電流経路K、L、M、Nを介する変圧器T1、T2の二次サイドT1c、T2cの各極T1e、T1f、T2e、T2fと、端子18a〜18cとの間を電気的に結合する。フィルタインダクタL1〜L4は、負荷電流を分かち合う。出力コンデンサCO1、CO2は、端子の各対18a〜18b、18b〜18cにわたって電気的に結合される。
コントローラ24は、インバータ12のパワー半導体スイッチS1〜S6、および/または、整流器14のパワー半導体スイッチS7〜S10をそれぞれ制御する制御信号26、28を提供する。コントローラ24は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)および/または特定用途向け集積回路(ASIC)のようなマイクロコントローラの形式をとり得る。コントローラ24は、電源VIからの入力に対する電圧または電流を感知する電圧センサ40aおよび/または電流センサ40bから、電圧および電流測定のような入力信号を受信し得る。追加的または代替的に、コントローラ24は、出力電圧および/または電流を測定する電圧センサ42aおよび/または電流センサ42bから、電圧および/または電流信号を受信し得る。
図2Aは、例示的な一実施形態に従うパワーモジュール50を示す。パワーモジュール50は、図1の破線の四角52で示されるパワーコンバータ10の一部を収納する。特に、パワーモジュール50は、電気絶縁リードフレーム54、組み込みベースプレートヒートシンク56、および、電気絶縁カバー58を備え、これらが共同で筐体を形成する。この図では、パワー半導体ダイオードD6〜D10を別個のものとして示していない。パワー半導体ダイオードは、この図示された実施形態において、パワー半導体スイッチS6〜S10の一部として形成される。図2Aに示されるように、実際には、図1に示されるパワー半導体スイッチS6〜S10のそれぞれは、互いに電気的に並列に結合された1つ以上(図では4つ)のパワー半導体スイッチS6〜S10の形をとり得る。
リードフレーム54は、リードフレーム54、ヒートシンク56およびカバー58によって形成される筐体から外部と電気的結合をなす多数の外部端子またはコネクタをサポートする。例えば、パワーモジュール50は、インバータ12の位相ノードA、B、Cと変圧器T1、T2の第一のサイドT1a、T2aのポールとの間で電気的結合をなすために、多数の端子60a〜60dを含み得る。特に、第一の端子60aは、インバータ12の位相ノードAを、ワイヤボンド61を介して、変圧器T1の第一のポールT1cに電気的に結合する。第二の端子60bおよび第三の端子60cは、インバータ12の位相ノードBを、ワイヤボンド61を介して、それぞれ第一の変圧器T1の第二のポールT1dおよび第二の変圧器T2の第一のポールT2cに電気的に結合する。第四の端子60dは、インバータ12の位相ノードCを、ワイヤボンド61を介して、第二の変圧器T2の第二のポールT2dに電気的に結合する。図2Aは、1つの電気的結合に対し1つのワイヤボンド61を示すのみであるが、多くの実際のアプリケーションにおいては、各電気的結合に対し複数のワイヤボンドを備える。
また、例えば、多数の端子またはコネクタは、整流器14を、ワイヤボンド(図示せず)を介してフィルタインダクタL1〜L4に、および、端子18a〜18cに電気的に結合する。例えば、一対の端子62a、62bは、整流器12の中立ノードOを端子18bに結合する。他の端子64a〜64dは、整流器14および/または変圧器T1、T2の第二のサイドT1b、T2bをフィルタインダクタL1〜L2に、電流経路K〜Nを介して電気的に結合する。
ピン66a、66b、66c、66dのような端子またはコネクタは、制御信号28をコントローラ24から整流器14のパワー半導体スイッチS7〜S10に、ワイヤボンド(図示せず)を介して電気的に接続する。ピン66a〜66dは、中立ノードOに接続された端子18bの近くに位置される。
パワーモジュール50内の電気的結合の多くは、ワイヤボンドを介して有利になされる。例えば、端子60a〜60dと変圧器T1、T2の第一のサイドT1a、T2aとの間の電気的結合は、ワイヤボンド61を介してなされる。また、例えば、変圧器T1、T2の第二のサイドT1b、T2bと、パワー半導体スイッチS7〜S10およびパワー半導体ダイオードD7〜D10との間の電気的結合は、ワイヤボンド(図示せず)を介してなされる。さらに、端子62a、62b、64a〜64bとパワー半導体スイッチS7〜S10およびパワー半導体ダイオードD7〜D10との電気的結合は、ワイヤボンド(図示せず)を介してなされる。
図2B〜図2Dは、多数の例示的な実施形態に従って、いかに整流器14のパワー半導体スイッチS7〜S10およびパワー半導体ダイオードD7〜D10が、1つ以上の多層スイッチ基板44によって、物理的に実装され、組み込みベースプレートヒートシンク56と熱的に結合されるかを示す。多層スイッチ基板44は、導電性かつ熱伝導性である第一の層44aと、電気絶縁性かつ熱伝導性である第二の層44bと、導電性かつ熱伝導性である第三の層44cとを備える。一部の実施形態において、多層スイッチ基板44は、より多い数の層を含み得る。
特に、図2Bは、数多くの多層スイッチ基板44が提供される一実施形態を示す。その基板は、整流器14を形成するパワー半導体スイッチS7〜S10および関連パワー半導体ダイオードD7〜D10のそれぞれに対して1つずつ提供される。このように、この図2Bの実施形態は、整流器14に対し、全部で4つの個別の多層スイッチ基板44を含む。
図2Cは、数多くの多層スイッチ基板44が提供される別の実施形態を示す。その基板は、整流器14の各レグ14a、14bに対して1つずつ提供される。このような実施形態において、多層基板44それぞれの導電熱伝導層44aは、整流器14のレグ14a、14bそれぞれを形成するパワー半導体デバイスS7〜S10および関連パワー半導体ダイオードD7〜D10のそれぞれを実装する個別エリアを形成する。
図2Dは、単一の多層スイッチ基板44が、整流器14全体の形成に対して提供されるさらに別の実施形態を示す。多数の個別エリアが、第一の導電熱伝導層44a内に形成され、このエリアは、互いに電気的に隔離される。この実施形態において、整流器14を形成するパワー半導体デバイスS7〜S10および関連パワー半導体ダイオードD7〜D10のそれぞれに対し、1つのエリアがあり、こうして、全部で4つの個別エリアがある。
一般に、個々の多層基板44、70を含む数が少ないほど、パーツ数が減り、製造工程の数も減り得る。しかし、個別エリアを形成することで、製造工程での節約の一部が相殺され得る。しかしながら、このように数を減少させると、それに伴い、残っている多層基板44、70のサイズが大きくなる。サイズが大きくなると、多層基板44、70はストレスを受けやすくなり、こうして、例えば、ハンダのリフローから発達するクラックのような欠陥の生じる可能性が高くなる。
図3および図4は、変圧器T1の1つをより詳細に示す。第二の変圧器T2は、第一の変圧器T1の構成と同様の構成を有し得る。
変圧器T1は、多層変圧器基板70および磁気コア72を備える。多層変圧器基板70は、導電性かつ熱伝導性である第一の層70aと、電気絶縁性かつ熱伝導性である第二の層70bと、導電性かつ熱伝導性である第三の層70cと、電気絶縁性かつ熱伝導性である第四の層70dと、導電性かつ熱伝導性である第五の層70eとを含む。多層変圧器基板70は、変圧器T1の性能を変化させるために、より多くの数の層を含み得る。これは、例えば、層の数を変化させて、つまり、変圧器の一次巻き線と二次巻き線との「巻き数」の比率を変化させて、および/または、渦電流を減らすことによってである。
第一の層70aおよび第五の層70eは、パターン化されて、第一の巻き線の一部を形成し、ビア74a、74bおよび接続パッド74c、74d、74eを介して電気的に結合され、第一の巻き線を形成する。第三の層70cも、またパターン化され、第二の巻き線を形成する。この図には、第一の巻き線は、第二の巻き線より多くの層を備えるように描かれているが、一部の実施形態において、第二の巻き線は、第一の巻き線より多くの層を備え得るし、あるいは、第一の巻き線と第二の巻き線とは、同数の層を備え得る。
第五の層70eは、さらにパターン化され得る。これは、多層変圧器基板70をヒートシンク56に、例えば、ハンダによって取り付けるために、実装エリア70fを形成するためである。こうして、多層基板70と組み込みベースプレートヒートシンク56との間の結合エリアが減り、関連する応力も減少し、例えば、ハンダのリフローから発達するクラックのような不完全度の生じる可能性が低くなる。
磁気コア72は、多層変圧器基板70の第一および第二の巻き線の周りを包む2つ以上の部分72a、72bを含み得る。磁気コア72の部分72cは、多層変圧器基板70の層70a〜70eのそれぞれの中に形成された開口部70gを介して受けられ得る。
多層変圧器基板70は、様々な技術および材料を使用して形成され得る。例えば、多層基板70は、例えば、Curamik Electronics(テキサス州Addison)から入手可能な直接接合銅(direct bonded copper)(DBC)基板の形式をとり得る。追加的または代替的に、多層基板70は、Bergquist Company(ミネソタ州Chanhassen)から入手可能な絶縁金属基板(IMS)の形式をとり得る。
導電熱伝導層は、銅、アルミおよび/または他の良好な導電熱伝導体のような様々な形式をとり得る。導電熱伝導層は、典型的にはフィルムの形式で提供されるが、例えば、型打ちシートメタルなど他の形式もとり得る。電気絶縁熱伝導層は、例えば、Du Pont de Nemours,High Performance Materials(オハイオ州Circleville)から入手可能なKapton(登録商標)フィルムのような熱強化ポリイミドフィルムの形式をとり得る。追加的または代替的に、電気絶縁熱伝導層は、例えば、アルミナ、窒化アルミおよび/または窒化シリコンセラミックのような適切なセラミックの形式をとり得る。一実施形態において、多層変圧器基板70は、エポキシベースの接着剤のような接着剤を用いて、Du Pont de Nemours,High Performance Materials(オハイオ州Circleville)から入手可能なMylar(登録商標)フィルムのような絶縁層と一緒に積層される型打ちシートメタルの層の形式をとる。
多層スイッチおよび変圧器基板44、70は、ハンダリフロー技術によって、組み込みベースプレートヒートシンク56に取り付けられ得る。例えば、パワー半導体スイッチS1〜S10およびパワー半導体ダイオードD1〜D10は、それぞれの多層基板44、70の上にハンダ付けされ得る。これら多層基板は、次いで、組み込みベースプレートヒートシンク56上に置かれる。多層基板44、70は、次いで、例えば、ハンダリフロー技術を用いて、炉内で加熱することによって、同時および/または一回の作業で、組み込みベースプレートヒートシンク56にハンダ付けされる。
代替的に、多層基板44、70は、組み込みベースプレートヒートシンク56上に位置され得、パワー半導体スイッチS1〜S10およびパワー半導体ダイオードD1〜D10は、多層基板44、70の上に位置され得る。パワー半導体スイッチS1〜S10とパワー半導体ダイオードD1〜D10との間の接続、および、多層基板44、70と組み込みベースプレートヒートシンク56との間の接続は、例えば、ハンダリフロー技術を用いて、炉内で加熱することによって、同時および/または一回の作業でなされ得る。
記載の記述は、パワーモジュール製造に関与する作業数を減らし得るので、製造コストを削減し、また、様々な素子が熱サイクルを受ける回数も少なくなり、信頼性向上および処理能力アップに有利に働く。
図5Aは、別の例示的な実施形態に従うパワーモジュール50を示し、コントローラ24を除いて、図1のパワーコンバータ10全体を収納する。特に、図5Aのパワーモジュール50は、インバータ12、整流器14および変圧器T1、T2を含む。一対の端子20a、20bによって、電源VIとの電気的接続が可能になる。3つの端子18a、18b、18cによって、負荷R1、R2との電気的接続が可能になる。端子18a、18cは、バスバー80a、80bとして形成され得る。ピン85a〜85fのような端子またはコネクタは、インバータのパワー半導体スイッチS1〜S6を動作するため、コントローラ24からの制御信号26を受信する。インバータ12のパワー半導体スイッチS1〜S6および関連パワー半導体ダイオードD1〜D6は、変圧器T1、T2の第一のサイドT1a、T2aに、ワイヤボンド81(そのうち少数のみしか図示せず)を介して、有利なように電気的に結合され得る。変圧器T1、T2の第一のサイドT1a、T2aは、整流器14のパワー半導体スイッチS7〜S10および関連パワー半導体ダイオードD7〜D10に、ワイヤボンド83(そのうち少数のみしか図示せず)を介して、有利なように電気的に結合され得る。
図5Aの実施形態において、パワーモジュール50は、インバータ12を組み込みベースプレートヒートシンク56に形成するパワー半導体スイッチS1〜S10および関連パワー半導体ダイオードD1〜D10を実装するために、1つ以上の追加多層スイッチ基板44を含み得る。
例えば、パワーモジュール50は、整流器14に対する図2Bのパワーモジュールと同様にして、個別の多層スイッチ基板44をインバータ12のパワー半導体スイッチS1〜S6と関連パワー半導体ダイオードD1〜D6との対のそれぞれに対して備え得る。こうして、パワーモジュール50は、インバータ12に対して、6つの個別の多層スイッチ基板44を含み得る。
また、例えば、パワーモジュール50は、個別の多層スイッチ基板44をインバータ12の各位相レグ12a〜12cに対して備え得る。各多層スイッチ基板44の導電層44aは、整流器14に対する図2Dのパワーモジュールと同様に、それぞれの位相レグ12a〜12cのパワー半導体スイッチS1〜S6および関連パワー半導体ダイオードD1〜D6のそれぞれに対し、1つずつのエリアがあり、2つの個別のエリア内に形成される。こうして、パワーモジュール50は、インバータ12に対して、3つの追加多層スイッチ基板44を含み得る。
さらなる例において、パワーモジュール50は、整流器14に対する図2Dのパワーモジュールと同様に、インバータ12のパワー半導体スイッチS1〜S6および関連パワー半導体ダイオードD1〜D6の全てを実装する単一の多層スイッチ基板44を備え得る。のそれぞれに対し、多層スイッチ基板44は、導電熱伝導層44a内に6つの個別エリアが形成され得る。各パワー半導体S1〜S6および関連ダイオードD1〜D6の対に対して、1つずつのエリアである。
上記で議論した実施形態に加えて、図5Bに示すさらなる実施形態は、インバータ12を形成するパワー半導体スイッチS1〜S6および関連パワー半導体ダイオードD1〜D6を、整流器14を形成するパワー半導体デバイスS7〜S10および関連パワー半導体ダイオードD7〜D10と一緒に実装する単一の多層スイッチ基板44を示す。こうして、このような実施形態は、第一の導電熱伝導層44a内に形成される10の個別のエリアを含み得、これらエリアは、互いに電気絶縁性となる。
図5Cは、単一の多層スイッチ基板70を示す。この基板は、少なくとも3つの導電熱伝導層70a、70c、70eと、少なくとも2つの電気絶縁熱伝導層70b、70dとを備え、この電気絶縁熱伝導層70b、70dは、導電熱伝導層70a〜70c、70c〜70eのそれぞれの対を分離する。多層スイッチ基板70の第二の導電熱伝導層70cは、10の個別のエリアを形成する。これらのエリアは、図5Bで示したのと同様に、インバータ12を形成するパワー半導体スイッチS1〜S6および関連パワー半導体ダイオードD1〜D6(図5Cでは図示せず)と、整流器14を形成するパワー半導体デバイスS7〜S10および関連パワー半導体ダイオードD7〜D10(図5Cでは図示せず)とを実装するために、互いに隔離される。少なくとも第一および第三の導電熱伝導層70a、70eは、パターン化され、互いに電気的に結合され、変圧器T1、T2の第一の巻き線を形成する。少なくとも第二の導電熱伝導層70cは、パターン化され、変圧器T1、T2の第二の巻き線を形成する。
図5Cでは、3つの導電熱伝導層70a、70c、70eと、2つの電気絶縁熱伝導層70b、70dとを示すが、多層基板70は、より多くの数の層を含み得る。さらに、パワー半導体デバイスS1〜S10、D1〜D10は、第二の導電熱伝導層に実装されたものとして描かれているが、これらパワー半導体デバイスの一部または全ては、導電熱伝導層の他の層に実装され得る。
図5Dは、図5Cの組み込みベースプレートヒートシンクと同様な組み込みベースプレートヒートシンクの一部を示す。この図は、多層基板70の第二の導電熱伝導層70cの1つを使用し、変圧器T1、T2の第二のサイドT1b、T2bを整流器14のパワー半導体スイッチS7〜S10および/またはパワー半導体ダイオードD7〜D10のそれぞれの端子(例えば、ドレイン/コレクタ)に、多数のワイヤボンドを有利なように省いて、電気的に結合するのを示す。他の実施形態は、同じまたは他の導電熱伝導層70a、70c、70eを同様に使用し、例えば、ワイヤボンドを省き得る。
図6は、一実施形態に従う組み込みベースプレートヒートシンク56を示す。組み込みベースプレートヒートシンク56は、プレート部56aおよび導管部56bを備え得る。プレート部56aは、一対の凹部82a、82bを有する上表面82を含む。この一対の凹部は、多層変圧器基板70が上表面82と同一平面になるように、部分72bのような磁気コア72の部分を受けるようにサイズ合わせされ、寸法取りされている。導管部56bは、入口84a、出口84b、および、第一の通路部86aおよび第二の通路部86bによって形成された通路を備える。これら通路部は、注入口84aおよび排出口84bと流体連絡するように結合される。プレート82は、上表面82の反対側の表面上に、フィンまたはピン87のような熱放射構造を含み得る。この構造は、プレート56aから導管部86a、86bを介して通る流体に熱を移動するための通路部86a、86bの中で受けられる。パワーコンバータ10は、導管部86a、86bを介して流体を循環するために、例えば、ポンプ、コンプレッサおよび/またはファンを含む循環システム(図示せず)を含み、組み込みベースプレートヒートシンク56からの熱の移動を補助し得る。組み込みベースプレートヒートシンク56として示されているが、他の実施形態では、他の形式のヒートシンクも使用し得る。
図7は、インバータ12の半導体スイッチS1〜S6に付与されるスイッチング信号と、変圧器T1の第一のサイドT1aに印加される電圧UABと、変圧器T2の第一のサイドT2aに印加される電圧UBCとを、期間TSにわたる様々な時間インターバルt0〜t12において示す。また、図7は、フィルタインダクタL1〜L4のそれぞれの電流出力IL1〜IL4も示す。
インバータ12の各位相レグ12a〜12cのパワー半導体スイッチS1〜S6(図1)は、ほぼ50%のデューティサイクル方形波をそれぞれ生成する。インバータ12の第一および第二の位相レグ12a、12bは、位相シフト制御され、第一の変圧器T1の第一のサイドまたは巻き線T1aに付与される3レベルの方形波形UABを生成する。インバータ12の第二のレグ12bおよび第三のレグ12cは、位相シフト制御され、第二の変圧器T2の第一のサイドまたは巻き線T2aに付与される3レベルの方形波形UBCを生成する。こうして、位相Bは変圧器T1、T2によって分かち合われ、2つの従来型フルブリッジDC/DCコンバータの均等物を形成し、その一方で、1つの電圧レグ(少なくとも2つのパワー半導体スイッチおよび関連パワー半導体ダイオード)およびゲート駆動回路を有利なように省く。
2つの出力UABおよびUBCは、互いに位相ロックされる。これは、第二の位相レグ12b(位相B)が、変圧器T1内の負荷電流によって、幅広いソフトスイッチング範囲を達成し得るようにするためである。ソフトスイッチングは、変圧器T1の漏れインダクタンス内に蓄積されたエネルギに依存することなく、フィルタインダクタL1〜L4内に蓄積されたエネルギによって達成される。出力電圧Vout1は、位相シフト角φABによって調節され、出力電圧Vout2は、位相シフト角φBCによって調節される。
パワーコンバータ10は、シングル出力またはデュアル出力のいずれかとして構成され得る。シングル出力の構成において、出力Vout1およびVout2は、一緒に並列となり、出力電流/電力を倍にする。出力Vout1およびVout2が一緒に並列となる場合、位相シフト角φABとφBCとは、等しい。デュアル出力の構成において、出力Vout1およびVout2は独立に制御され得る。
上述のインターリーブフルブリッジDC/DCパワーコンバータ10は、出力能力を倍にする。その一方で、高い冷却水温度(例えば、105℃)で動作し、電流と熱応力を許容可能なレベルに維持したまま、高い信頼性を提供する。変圧器T1、T2およびフィルタインダクタL1〜L4内の負荷電流によって、ソフトスイッチングは、負荷の幅広い範囲にわたって達成され得るので、スイッチング損失を減らし、高効率な動作を提供する。こうして、記載のパワーコンバータは、高い出力密度と高い冷却水温度で、高効率な変換を効率的に提供し得る。また、インターリーブすることによって、入力コンデンサCIおよび出力コンデンサCO1、CO2への高周波リップル電流が低減される。インバータ12の位相レグ12a〜12cの分かち合いによって、インバータ位相レグの使用を通常必要とされるより1つ少なくできるので、信頼性が向上する一方で、パーツ数が減り、複雑さを緩和し、コストを削減できる。パワーコンバータ10は、シングル出力ユニットでもデュアル出力ユニットでも、さらに容易に構成可能である。
上述のパワーコンバータ10内に平面変圧器を組み込むことで、従来の空冷の重たい銅の回路基板巻き線の使用が不要になる。平面変圧器を組み込むことで、上述のようにワイヤボンドの直接接続を用いて、高周波数で特に問題となるコンタクト関連の抵抗損およびインダクタンスの低減が可能となり得る。平面変圧器T1、T2の平らな巻き線構造を用いることで、漏れインダクタンスおよびAC損失も低減され得る。上述のパワーコンバータ10内で平面変圧器を使用すると、磁気コア窓利用比率の増加、磁気コア値の低減、および、出力密度の増加が可能となり得る。上述のパワーコンバータ10は、EMI性能の強化も提供し得る。
パワーコンバータおよび方法に対する特定の実施形態および例が、本明細書に例示目的で記載されてきたが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、様々な同等の変更もなされ得る。これは、当業者には認識される通りである。本明細書で提供された教示は、パワーコンバータに適用され得るが、必ずしも、以上で概略された平面変圧器を備えるDC/DCインターリーブパワーコンバータである必要はない。
例えば、パワーコンバータ10は、第二の位相レグ12bより、むしろ第一の位相レグ12aまたは第三の位相レグ12cを分かち合い得る。また、例えば、本教示は、3位相インバータ12に限定されず、例えば、さらに高出力を提供するために、より多い数の位相レグを有するインバータにも適用され得る。例えば、パワーコンバータ10は、インバータ12に追加された第四の位相レグを備え得、第三の変圧器は、第三の位相レグ12cと追加の位相レグとの間を電気的に結合し得る。また、パワーコンバータは、2つのフィルタインダクタを、整流器に追加したパワー半導体スイッチおよび関連ダイオードと一緒に備え得る。これらパワー半導体スイッチおよび関連ダイオードは、第三の変圧器の第二のサイドから供給され、出力増加の50%を提供する。また、例えば、同期整流はオプションであり、例えば、ダイオード整流器によって置換されるような一部の実施形態においては省略され得る。さらなる例として、組み込み平面変圧器は、インバータおよび/または整流器のような他のパワーコンバータでも、有利に使用され得る。また、さらなる例として、インターリーブすることで、組み込み平面変圧器なしに、有利に使用され得る。
上述の様々な実施形態は、さらなる実施形態を提供するために、組み合わせられることもできる。本明細書で参照および/または出願データシートに列挙された全ての米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許出願および非特許刊行物(同一出願人による米国特許出願第10/738,926号(2003年12月16日出願、発明の名称「Power Module With Heat Exchange」)および米国特許出願第10/688,834号(2003年10月16日出願、発明の名称「Power Converter Employing A Planar Transformer」)、ならびに、米国特許出願第_号(2003年6月4日出願、発明の名称「Integration of Planar Transformer and Power Switches in Power Converter」、速達郵便第EV449558056US号)を含むが、これらに限定されない)は、本明細書に参考として、その全体を援用する。本発明の局面は、必要に応じて、これら様々な特許、特許出願および刊行物のシステム、回路およびコンセプトを用いて変更され、さらなる実施形態を提供し得る。
これらなどの変更は、以上の詳細な記述を考慮して、本発明になされ得る。一般に、以下の請求項において、用語は、本明細書および請求項で開示された特定の実施形態に本発明を限定するものと解釈されるべきでなく、全てのパワーコンバータを含むものと解釈されるべきである。従って、本発明は、この開示によって限定されず、その代わりに、本発明の範囲は、以下の請求項によって、完全に規定される。
図面において、同一の参照番号は、同様の素子または動作を指定する。図面における素子のサイズおよび相対位置は、必ずしも縮尺通りに描かれていない。例えば、様々な素子および角度の形状は、縮尺通りに描かれておらず、これら素子の一部は、図面を読みやすくするために、任意に拡大および配置されている。さらに、描かれたままの素子の特定の形状は、特定の素子の実際の形状に関する情報を何ら伝えることを意図しておらず、図面における認識を容易にするために、単に選択されただけである。
図1は、一つの例示的な実施形態に従うパワーコンバータの電気回路図である。
図2Aは、図1のパワーコンバータの一部の上正面左の等角図で、モジュール筐体からカバーを外し、インバータ、2つの平面変圧器、フィルタインダクタ、および、組み込みベースプレートヒートシンクを示す。
図2Bは、図1の組み込みベースプレートヒートシンクの上正面左の等角図で、多数の多層スイッチ基板を示す。一つの例示的な実施形態に従い、この多数の多層基板は、整流器のそれぞれのスイッチを組み込みベースプレートヒートシンクに物理的かつ熱的に結合する。
図2Cは、組み込みベースプレートヒートシンクの上正面左の等角図で、2つの多層スイッチ基板を示す。別の実施形態に従い、この2つの多層基板は、それぞれ2つの個別のエリアを備え、これらエリアは、電気的かつ熱的に結合された層内に形成され、整流器のそれぞれのスイッチを組み込みベースプレートヒートシンクに物理的かつ熱的に結合する。
図2Dは、組み込みベースプレートヒートシンクの上正面左の等角図で、単一の多層スイッチ基板を示す。別の実施形態に従い、この単一の多層基板は、4つの個別のエリアを備え、これらエリアは、電気的かつ熱的に結合された層内に形成され、整流器のそれぞれのスイッチを組み込みベースプレートヒートシンクに物理的かつ熱的に結合する。
図3は、一つの例示的な実施形態に従う平面変圧器の1つの上正面左の等角図である。
図4は、図3の平面変圧器の上正面左の展開等角図である。
図5Aは、一つの例示的な実施形態に従うパワーコンバータの上正面左の等角図であり、この実施形態において、インバータおよびフィルタインダクタは、モジュール筐体の中にある。
図5Bは、別の例示的な実施形態に従い、組み込みベースプレートヒートシンクの上正面左の等角図であり、単一の多層スイッチ基板を示す。この基板は、10の個別のエリアを備え、これらエリアは、電気的かつ熱的に結合された層内に形成され、整流器およびインバータのそれぞれのスイッチを、組み込みベースプレートヒートシンクに、物理的かつ熱的に結合する。
図5Cは、別の例示的な実施形態に従い、組み込みベースプレートヒートシンクの上正面左の等角図であり、単一の多層スイッチ基板を示す。この基板は、10の個別のエリアを備え、これらエリアは、電気的かつ熱的に結合された層内に形成され、整流器およびインバータのそれぞれのスイッチを、2つの変圧器の巻き線を形成するエリアにのみならず、組み込みベースプレートヒートシンクに結合する。
図5Dは、図5Cの組み込みベースプレートヒートシンクと同様の組み込みベースプレートヒートシンクの一部の上正面左の等角図であり、変圧器の第二のサイドを整流器のパワー半導体スイッチのそれぞれの端子に電気的に結合する多層基板の導電熱伝導層の1つの使用を示す。
図6は、一つの例示的な実施形態に従う組み込みベースプレートヒートシンクの上正面左の等角図である。
図7は、一つの例示的な実施形態に従って、パワーコンバータの動作を制御するための制御信号、および、その結果生じる電圧および電流のプロットを示すグラフである。
Claims (28)
- 少なくとも第一のポールと第二のポールとを含む第一のサイドと、少なくとも第一のポールと第二のポールとを含む第二のサイドとを備える第一の変圧器と、
少なくとも第一のポールと第二のポールとを含む第一のサイドと、少なくとも第一のポールと第二のポールとを含む第二のサイドとを備える第二の変圧器と、
該第一の変圧器の該第一のサイドの該第一のポールに第一の交流位相を、該第一の変圧器の該第一のサイドの該第二のポールおよび該第二の変圧器の該第一のサイドの該第一のポールに第二の交流位相を、該第二の変圧器の該第一のサイドの該第二のポールに第三の交流位相を供給する手段と
を備える、パワーコンバータ。 - 前記第一および前記第二の変圧器の前記第二のサイドから供給される交流を整流する2つの手段をさらに備える、請求項1に記載のパワーコンバータ。
- 前記整流する2つの手段は、第一の電位ノードと第二の電位ノードとにわたって第一の電圧を生成し、該第二の電位ノードと第三の電位ノードとにわたって第二の電圧を生成する、請求項2に記載のパワーコンバータ。
- 前記第一および前記第二の電位ノードにわたる出力は、前記第三および該第二の電位ノードにわたる出力と並列に電気的に結合される、請求項3に記載のパワーコンバータ。
- 前記第一および前記第二の電位ノードにわたる出力は、前記第三および該第二の電位ノードにわたる出力と独立に制御可能である、請求項3に記載のパワーコンバータ。
- 多数のインダクタをさらに備え、該インダクタのそれぞれは、前記第一および前記第二の変圧器の前記第二のサイドの前記ポールのそれぞれの1つと直列に電気的に結合される、請求項2に記載のパワーコンバータ。
- 前記第一と前記第二の電位ノードとにわたって電気的に並列に結合された第一のコンデンサと、
該第二と前記第三の電位ノードにわたって電気的に並列に結合された第二のコンデンサと
をさらに備える、請求項2に記載のパワーコンバータ。 - 前記供給手段は、第一のノードを備える第一の位相レグと、第二のノードを備える第二の位相レグと、第三のノードを備える第三の位相レグとを備えるインバータ回路を備え、
前記第一の変圧器の前記第一のサイドは、該インバータ回路の該第一の位相レグの該第一のノードと該第二の位相レグの該第二のノードとの間で電気的に結合され、
前記第二の変圧器の前記第一のサイドは、該インバータ回路の該第一の位相レグの該第一のノードと該第三の位相レグの該第三のノードとの間で電気的に結合される、請求項1に記載のパワーコンバータ。 - 前記第一、前記第二および前記第三の位相レグは、それぞれ一対のパワースイッチング素子を備え、
該一対のパワースイッチング素子の一方は、パワーバスの第一のレールと、前記第一、前記第二または前記第三のノードのそれぞれの1つとの間で電気的に結合され、
該一対のパワースイッチング素子の他方は、該パワーバスの第二のレールと、前記第一、前記第二または前記第三のノードのそれぞれの1つとの間で電気的に結合される、請求項8に記載のパワーコンバータ。 - 前記第一および前記第二の変圧器の前記第二のサイドに電気的に結合された2つの整流器をさらに備える、請求項9に記載のパワーコンバータ。
- 前記2つの整流器は、
前記第一の変圧器の前記第二のサイドの第一のポールと、前記第二の変圧器の前記第二のサイドの第一のポールとの間を電気的に直列に結合された第一の一対のスイッチであって、第一の整流器ノードは、該第一の一対のスイッチの該スイッチ間に形成される、第一の一対のスイッチと、
該第一の変圧器の該第二のサイドの第二のポールと、該第二の変圧器の該第二のサイドの第二のポールとの間を電気的に直列に結合された第二の一対のスイッチであって、第二の整流器ノードは、該第二の一対のスイッチの該スイッチ間に形成され、該第二の整流器ノードは、該第一の整流器ノードに電気的に結合される、第二の一対のスイッチと
をさらに備える、請求項10に記載のパワーコンバータ。 - 前記インバータ回路の前記第一、前記第二および前記第三の位相レグの前記パワースイッチ素子の動作を制御し、前記2つの整流器の前記第一および前記第二の一対のスイッチの動作を制御するために、通信するように結合されたコントローラをさらに備える、請求項11に記載のパワーコンバータ。
- 前記第一の変圧器の前記第二のサイドの前記第一のポールと電気的に直列に結合された第一のインダクタと、
該第一の変圧器の該第二のサイドの前記第二のポールと電気的に直列に結合された第二のインダクタと、
前記第二の変圧器の前記第二のサイドの前記第一のポールと電気的に直列に結合された第三のインダクタと、
該第二の変圧器の該第二のサイドの前記第二のポールと電気的に直列に結合された第四のインダクタと
をさらに備える、請求項10に記載のパワーコンバータ。 - 第一のポールと第二のポールとを備える第一の静電容量であって、該第一の静電容量の該第一のポールは、第一の電位ノードで前記第一および前記第二のインダクタと電気的に結合される、第一の静電容量と、
第一のポールと第二のポールとを備える第二の静電容量であって、該第二の静電容量の該第一のポールは、第三の電位ノードで前記第三および前記第四のインダクタと電気的に結合され、該第二の静電容量の該第一のポールは、第二の電位ノードで該第一の該第二のポールに電気的に結合される、第二の静電容量と
をさらに備える、請求項13に記載のパワーコンバータ。 - 前記第一および前記第二の電位ノードにわたって、該第二および前記第三の電位ノードと電気的に並列に結合された単一の負荷をさらに備える、請求項14に記載のパワーコンバータ。
- 前記第一および前記第二の電位ノードにわたって電気的に結合された第一の負荷と、
該第二および前記第三の電位ノードにわたって電気的に結合された第二の負荷と
をさらに備える、請求項14に記載のパワーコンバータ。 - 前記パワースイッチング素子のそれぞれは、少なくとも1つのハイパワートランジスタおよび該少なくとも1つのハイパワートランジスタにわたって電気的に結合された少なくとも1つの逆並列ダイオードを備える、請求項9に記載のパワーコンバータ。
- 前記パワースイッチング素子のそれぞれは、少なくとも1つの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを備える、請求項9に記載のパワーコンバータ。
- 前記パワースイッチング素子のそれぞれは、少なくとも1つの金属酸化物半導体電界効果トランジスタを備える、請求項9に記載のパワーコンバータ。
- 前記第一および前記第二の変圧器は、平面変圧器であり、該第一および該第二の変圧器の前記第一のサイドの巻き数は、該第一および該第二の変圧器の前記第二のサイドの巻き数より多い、請求項8に記載のパワーコンバータ。
- 前記第一および前記第二の変圧器の前記第一のサイドの巻き数は、該第一および該第二の変圧器の前記第二のサイドの巻き数より少ない、請求項8に記載のパワーコンバータ。
- 直流を変換して、少なくとも3つの交流位相を生成するステップと、
該3つの交流位相のうちの第一および第二の交流位相を第一の変圧器の第一のサイドに供給し、該第一の変圧器の第二のサイドに交流を誘導するステップと、
該3つの交流位相のうちの該第二および第三の交流位相を第二の変圧器の第一のサイドに供給し、該第二の変圧器の第二のサイドに交流を誘導するステップと、
該第一の変圧器の該第二のサイドからの該交流を整流器に供給するステップと、
該第二の変圧器の該第二のサイドからの該交流を該整流器に供給するステップと、
該第一および該第二の変圧器の該第二のサイドから該整流器に供給された該第一および該第二の交流をそれぞれ整流して、第一の電位ノードおよび第二の電位ノードにわたって第一の電圧を生成し、該第二の電位ノードおよび第三の電位ノードにわたって第二の電圧を生成するステップと
を包含する、電力を変換する方法。 - 前記第二の電位ノードおよび前記第三の電位ノードにわたる前記第二の電圧は、前記第一の電位ノードおよび該第二の電位ノードにわたる前記第一の電圧とほぼ等しい、請求項22に記載の方法。
- 前記第一の変圧器の前記第二のサイドから前記第一および前記第二の電位ノードへの前記交流を誘導結合するステップと、
前記第二の変圧器の前記第二のサイドから該第二および前記第三の電位ノードへの前記交流を誘導結合するステップと
をさらに包含する、請求項22に記載の方法。 - 前記第一の変圧器の前記第一のサイドに供給された前記交流位相を、前記第二の変圧器の前記第一のサイドに供給された前記交流位相で、位相ロックするステップをさらに包含する、請求項22に記載の方法。
- 前記3つの交流位相のうちの第一および第二の交流位相を第一の変圧器の第一のサイドに供給することは、3レベルの方形波形を該第一の変圧器の前記一次巻き線に生成することを包含し、
該3つの交流位相のうちの該第二および第三の交流位相を第二の変圧器の第一のサイドに供給することは、3レベルの方形波形を該第二の変圧器の前記一次巻き線に生成することを包含する、請求項22に記載の方法。 - 前記3レベルの方形波形を生成することは、インバータ回路の第一および第二のレグそれぞれの高いサイドおよび低いサイドのスイッチを位相シフト制御することを包含する、請求項26に記載の方法。
- 並列の前記第一および前記第二の電圧を負荷に電気的結合するステップをさらに包含する、請求項22に記載の方法。
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