JP2009089590A

JP2009089590A - 変換器回路およびこのような変換器回路の動作方法

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Publication number: JP2009089590A
Application number: JP2008249928A
Authority: JP
Inventors: Yongsug Suh; ヨンスグ・スー; Peter Dr Steimer; ペーター・シュタイマー; Oliver Keiser; オリバー・カイザー
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2009-04-23
Also published as: US20090085548A1; CN101459376A; KR20090033077A; RU2008138465A; EP2043243A1; CA2639771A1

Abstract

【課題】第１のスイッチが閉じられ、第２のスイッチが開かれるならば、第１の容量エネルギ蓄積装置はＤＣ電圧源により充電されるが、その結果として高い損失が充電プロセス中に生じる。
【解決手段】変換器回路が特定され、最大可能な程度まで損失を防止するため第１のインダクタンスＬ１は変換器回路のＤＣ電圧源１の変換器回路の第１のスイッチＳ０への接続と直列に接続され、さらに第２のインダクタンスＬ２は変換器回路のスイッチンググループ２の第２のスイッチＳ１の、第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡとスイッチンググループ２の第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチＤ２との間の接続点に対する接続に直列に接続されている。２つのさらに別の変換器回路と、変換器回路を動作する方法もさらに特定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は電力電子回路の分野に関する。これは独立請求項の前提部分による変換器回路および前記変換器回路の動作方法に基づいている。

変換器回路は今日、多数の電力電子工学における応用で使用されている。変換器回路の使用は例えばＤＣ−ＤＣ変換器として、特にステップダウン変換器として考えられる。このような通例の変換器回路、特にＤＣ−ＤＣ変換器は文献“A new approach to reducing output ripple in switched-capacitor-based Step-down DC-DC converters”、IEEE Transactions on Power Electronics、21巻、No.6、2006年11月にしたがって例えば図１で示されている。図１によれば、変換器回路はＤＣ電圧源と、このＤＣ電圧源に接続されている第１のスイッチを有する。さらに変換器回路はスイッチンググループを含み、そのスイッチンググループは第２のスイッチと、第１の容量エネルギ蓄積装置と、第１および第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチとを有し、第２のスイッチは第１の容量エネルギ蓄積装置に接続され、第１の容量エネルギ蓄積装置は第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチに接続され、第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチは第１の容量エネルギ蓄積装置と第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチとの間の接続点に接続されている。さらに図１による変換器回路は第２の容量エネルギ蓄積装置を具備し、この第２の容量エネルギ蓄積装置はスイッチンググループの第２のスイッチとスイッチンググループの第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチとの両者に接続されている。第２の容量エネルギ蓄積装置はさらにスイッチンググループの第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチに接続され、ＤＣ電圧源は第２の容量エネルギ蓄積装置とスイッチンググループの第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチとの間の接続点に接続されている。

第１のスイッチが閉じられ、第２のスイッチが開かれるならば、第１の容量エネルギ蓄積装置はＤＣ電圧源により充電されるが、その結果として高い損失が充電プロセス中に生じる。０ボルト乃至ＤＣ電圧源の電圧値までの容量エネルギ蓄積装置の充電は本質的に例えば５０％の効率しかもたない。高い損失は同様に第１の容量エネルギ蓄積装置の放電期間中、即ち第１のスイッチが閉じられ第２のスイッチが開かれるときにも生じる。全体として、高い効率が必要とされる応用において容量エネルギ蓄積装置間のエネルギ転送の損失はしたがって許容できないものである。

発明の要約

それ故、本発明の目的は可能な限り損失が生じない方法で前述したタイプの変換器回路を構成し動作することである。

この目的はそれぞれ請求項１、２、３に記載されている構成によりおよびそれぞれ請求項６、７、８に記載されている方法に関して達成される。

本発明の有効な発展形態は従属請求項に記載されている。

本発明による変換器回路はＤＣ電圧源と、ＤＣ電圧源に接続されている第１のスイッチを有する。さらに変換器回路はスイッチンググループを具備し、そのスイッチンググループは第２のスイッチと第１の容量エネルギ蓄積装置と、第１および第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチとを有し、第２のスイッチは第１の容量エネルギ蓄積装置に接続され、第１の容量エネルギ蓄積装置は第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチに接続され、第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチは第１の容量エネルギ蓄積装置と第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチとの接続点に接続され、第１のスイッチは第２のスイッチと第１の容量エネルギ蓄積装置との接続点に接続されている。さらに変換器回路は第２の容量エネルギ蓄積装置を具備し、その第２の容量エネルギ蓄積装置はスイッチンググループの第２のスイッチとスイッチンググループの第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチとの接続点に接続されている。第２の容量エネルギ蓄積装置はさらにスイッチンググループの第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチに接続され、ＤＣ電圧源は第２の容量エネルギ蓄積装置とスイッチンググループの第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチとの接続点に接続されている。本発明によれば、第１のインダクタンスはＤＣ電圧源と第１のスイッチの接続に直列に接続されている。さらに第２のインダクタンスはスイッチンググループの第２のスイッチと、第２の容量エネルギ蓄積装置とスイッチンググループの第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチとの接続点との間に接続されている。

第１の容量エネルギ蓄積装置が第１のスイッチを閉じ、第２のスイッチを開くことにより充電されるならば、第１のインダクタンスは第１の容量エネルギ蓄積装置と共に共振特性を有する共振回路を形成するので、事実上損失は生じない効果が得られる。さらに第１の容量エネルギ蓄積装置はＤＣ電圧源の電圧値を２倍にするように充電され、それによって第１の容量エネルギ蓄積装置の改良された利用が有効に実現されることができる。第１のスイッチが開かれ第２のスイッチが閉じられるとき第１の容量エネルギ蓄積装置が放電されるならば、その場合に第２のインダクタンスは第１および第２の容量エネルギ蓄積装置と共に共振特性を有する共振回路を形成するので、事実上損失は生じない効果が得られる。

本発明によれば、１つのスイッチンググループを有する変換器回路の動作期間中、方法に関して、最初に調節可能な第１の時間期間においては、第１のスイッチは閉じられ第２のスイッチは開かれ、それによって第１の容量エネルギ蓄積装置は認識されるような損失なく、ＤＣ電圧源の電圧値を十分に２倍にするために確実に充電されることができる。調節可能な第１の時間期間が経過した後、調節可能な第２の時間期間では、第１のスイッチが開かれ第２のスイッチが閉じられ、それによって第１の容量エネルギ蓄積装置は第２のインダクタンスを介して第２の時間期間の設定に基づいてある程度まで放電され、第２の容量エネルギ蓄積装置は充電される。第２の時間期間の経過後、前述のステップは反復される。全体として、非常に簡単な方法によるこの動作によって、損失がほとんど生じないで、例えば第２の容量エネルギ蓄積装置へ接続される電気負荷には常に電気エネルギおよび安定な電圧値が十分に供給されることができる。

代替として、本発明による変換器回路はスイッチンググループと付加的にさらにｎ個のスイッチンググループとを具備し、ｎ≧１であり、各スイッチンググループは第２のスイッチと、第１の容量エネルギ蓄積装置と、第１および第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチとを有し、第２のスイッチは第１の容量エネルギ蓄積装置に接続され、第１の容量エネルギ蓄積装置は第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチに接続され、第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチは第１の容量エネルギ蓄積装置と第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチとの接続点に接続され、第１のスイッチは第２のスイッチと第１の容量エネルギ蓄積装置との接続点に接続されている。さらにｎ個のスイッチンググループはそれぞれの隣接するさらに別のスイッチンググループに相互連結方法で接続され、スイッチンググループは第１のさらに別のスイッチンググループに相互連結方法で接続され、スイッチンググループの第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチは互いに接続されている。さらに変換器回路は第２の容量エネルギ蓄積装置を具備し、この第２の容量エネルギ蓄積装置はｎ番目のさらに別のスイッチンググループの第２のスイッチと、ｎ番目のさらに別のスイッチンググループの第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチに接続されており、第２の容量エネルギ蓄積装置とＤＣ電圧源はスイッチンググループの第１の単方向性の駆動不能な各電力半導体スイッチ間の接続点に接続されている。本発明によれば、この変換器回路でも第１のインダクタンスがＤＣ電圧源と第１のスイッチの接続に直列に接続されている。さらに第２のインダクタンスがｎ番目のさらに別のスイッチンググループの第２のスイッチと、第２の容量エネルギ蓄積装置とｎ番目のさらに別のスイッチンググループの第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチとの接続点との間に接続され、または第２のインダクタンスは第２の容量エネルギ蓄積装置と、ｎ番目のさらに別のスイッチンググループの第２のスイッチとｎ番目のさらに別のスイッチンググループの第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチとの接続点との間に接続されている。

第１のスイッチを閉じ全てのスイッチンググループの第２のスイッチを開くことにより各スイッチンググループの第１の容量エネルギ蓄積装置は充電され、第１のインダクタンスがスイッチンググループの第１の容量エネルギ蓄積装置と共に共振特性を有する共振回路を形成するので、事実上損失は生じない効果が得られる。さらに第１の容量エネルギ蓄積装置はＤＣ電圧源の電圧値を２倍にするように充電され、それによって第１の容量エネルギ蓄積装置の改良された利用が有効に実現されることができる。第１のスイッチが開かれスイッチンググループの第２のスイッチのうちの少なくとも１つが閉じられるとき、関連される第１の容量エネルギ蓄積装置が放電されるならば、その場合には第２のインダクタンスが第１および第２の容量エネルギ蓄積装置と共に、或いは複数の閉じられた第２のスイッチの場合には対応する第１の容量エネルギ蓄積装置と第２の容量エネルギ蓄積装置と共に共振特性を有する共振回路を形成するので、事実上損失は生じない効果が得られる。さらにスイッチンググループの少なくとも１つの第２のスイッチをフレキシブルに閉じることによって、第２の容量エネルギ蓄積装置の電圧は有効に設定されることができ、その第２の容量エネルギ蓄積装置に対して電気負荷が特に並列に接続されることができる。

本発明によれば、１つのスイッチンググループとｎ個のさらに別のスイッチンググループを有する変換器回路の動作期間中、方法に関して、最初に調節可能な第１の時間期間に対しては、第１のスイッチは閉じられ第２のスイッチは開かれ、それによってスイッチンググループの全ての第１の容量エネルギ蓄積装置はＤＣ電圧源の電圧値を十分に２倍にするように認識可能な損失なく確実に充電されることができる。調節可能な第１の時間期間が経過した後、第１のスイッチが開かれ、開かれた状態が維持され、同様に調節可能な第１の時間期間が経過した後、第２のスイッチの少なくとも１つが調節可能な第２の時間期間中閉じられる。調節可能な第２の時間期間が経過した後、以前には閉じられていた少なくとも１つの第２のスイッチが開かれ、開かれた状態が維持され、同様に調節可能な第２の時間期間が経過した後、以前には閉じられていなかった少なくとも１つの第２のスイッチが調節可能な第２の時間期間中閉じられる。調節可能な第２の時間期間が経過した後、以前には閉じられていた少なくとも１つの第２のスイッチが開かれ、開かれた状態が維持される。前述のこれらのステップは全ての第２のスイッチが閉じられ、再度開かれるまで反復される。その後、全てのステップは最初から再度反復される。第２のスイッチの少なくとも１つを閉じることによって、１または複数の第１の容量エネルギ蓄積装置は第２のインダクタンスを介して第２の時間期間の設定に応じてある程度放電され、第２の容量エネルギ蓄積装置は充電される。さらにスイッチンググループの少なくとも１つの第２のスイッチの前述したフレキシブルな閉路によって、第２の容量エネルギ蓄積装置における電圧を設定し、したがって例えば第２の容量エネルギ蓄積装置に接続されている電気負荷に最適に供給することが可能である。

その代りに、１つのスイッチンググループとｎ個のスイッチンググループを有する変換器回路の動作期間中、方法に関する以下のステップが行われる。
（ａ）調節可能な第１の時間期間に対しては、第１のスイッチが閉じられ、複数の第２のスイッチが閉じられ、その数はｎよりも小さく、閉じられていなかった第２のスイッチが開かれ、
（ｂ）調節可能な第１の期間が経過した後、第１のスイッチは開かれ、第１のスイッチは開かれた状態を維持され、ステップ（ａ）で閉じられていた第２のスイッチは開かれ、ステップ（ａ）で閉じられていた第２のスイッチは開かれた状態を維持され、
（ｃ）調節可能な第２の時間期間が経過した後、ステップ（ａ）で開かれていた第２のスイッチの少なくとも１つは調節可能な第２の時間期間中閉じられ、
（ｄ）調節可能な第２の時間期間が経過した後、ステップ（ｃ）で閉じられた少なくとも１つの第２のスイッチは開かれ、ステップ（ｃ）で開かれていた少なくとも１つの第２のスイッチは開いた状態を維持され、
（ｅ）調節可能な第２の時間期間が経過した後、前に閉じられなかった少なくとも１つの第２のスイッチは調節可能な第２の時間期間中閉じられ、
（ｆ）調節可能な第２の時間期間が経過した後、ステップ（ｅ）で閉じられた少なくとも１つの第２のスイッチは開かれ、ステップ（ｅ）で開かれていた少なくとも１つの第２のスイッチは開いた状態を維持され、
（ｇ）ステップ（ｅ）および（ｆ）は全ての第２のスイッチが閉じられもう一度開かれるまで反復され、
（ｈ）ステップ（ａ）乃至（ｇ）は反復される。

この方法により、第２の容量エネルギ蓄積装置の電圧値は変化可能な方法で有効に設定され、それによって例えば第２の容量エネルギ蓄積装置に接続されている電気負荷は同様に最適に供給されることができる。

本発明のこれらおよびさらに別の目的、利点、特徴は図面を伴った本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から明白になるであろう。

図面で使用されている参照符合およびそれらの意味については図面の簡単な説明の項の末尾のリストで要約されている。原理的に、同一の部分には図面では同一の参照符合が設けられている。説明されている実施形態は本発明の主題の例を表しているが、本発明の限定の効果をもつものではない。

図２は本発明による変換器回路の第１の実施形態を示している。ここでは変換器回路はＤＣ電圧源１と、ＤＣ電圧源１に接続されている第１のスイッチＳ０を有する。さらに変換器回路はスイッチンググループ２を具備し、このスイッチンググループ２は第２のスイッチＳ１と第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃと、第１および第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチＤ１、Ｄ２とを具備している。好ましくは第１および第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチＤ１、Ｄ２はダイオードとして実施される。図２によれば、第２のスイッチＳ１は第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃに接続され、第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃは第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチＤ１に接続され、第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチＤ２は第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃと第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチＤ１との間の接続点に接続され、第１のスイッチＳ０は第２のスイッチＳ１と第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃとの間の接続点に接続されている。さらに変換器回路は第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡを具備し、その第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡはスイッチンググループ２の第２のスイッチＳ１とスイッチンググループ２の第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチＤ２との接続点に接続されている。第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡはスイッチンググループ２の第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチＤ１に接続され、ＤＣ電圧源１は第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡとスイッチンググループ２の第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチＤ１との間の接続点に接続されている。本発明によれば、第１のインダクタンスＬ１がＤＣ電圧源１と第１のスイッチＳ０の接続に直列に接続されている。さらに、第２のインダクタンスＬ２はスイッチンググループ２の第２のスイッチＳ１と直列に、第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡとスイッチンググループ２の第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチＤ２との間の接続点に接続されている。

第１のスイッチＳ０を閉じ第２のスイッチＳ１を開くことにより、第１の容量エネルギ蓄積装置は充電され、このような構成によって、第１のインダクタンスＬ１は第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃと共に共振特性を有する共振回路を形成するので、事実上損失は生じない効果が得られる。さらに第１の容量エネルギ蓄積装置ＣはＤＣ電圧源１の電圧値Ｖinを２倍にするように充電され、それによって第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃの改良された利用が有効に実現されることができる。第１のスイッチＳ０が開かれ第２のスイッチＳ１が閉じられるとき第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃが放電されるならば、その場合には第２のインダクタンスＬ２は第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃおよび第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡと共に共振特性を有する共振回路を形成するので、事実上損失は生じない利点が得られる。電気負荷が第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡに好ましくは並列に接続されることができ、第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡの電圧値Ｖoutは以下のように設定されることができる。
Ｖout＝Ｖin／２
即ちＤＣ電圧源１の電圧Ｖinの半分が第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡで電圧値Voutとして設定される。

図２による変換器回路の実施形態では、第１のインダクタンスＬ１の値は第２のインダクタンスＬ２の値に対応することが好ましい。

図３は本発明による変換器回路の第２の実施形態を示している。図２に対するこの代わりの変換器回路はスイッチンググループ２とさらにｎ個のスイッチンググループ2.1,…,2.nを具備し、ｎ≧１であり、各スイッチンググループ2, 2.1,…,2.nは第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nと、第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃと、第１および第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチＤ１、Ｄ２とを有し、第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nは第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃに接続され、第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃは第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチＤ１に接続され、第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチＤ２は第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃと第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチＤ１との間の接続点に接続され、第１のスイッチＳ０は第２のスイッチＳ１とスイッチンググループ２の第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃとの接続点に接続されている。図３によればスイッチンググループ２とｎ個のさらに別のスイッチンググループ2.1,…,2.nは６極のネットワークとして実施される多極ネットワークであり、４極の理論と類似の方法で各ｎ個のさらに別のスイッチンググループ2.1,…,2.nはそれぞれの隣接するさらに別のスイッチンググループ2.1,…,2.nに連結されて接続され、スイッチンググループ２は第１のさらに別のスイッチンググループ2.1に連結されて接続され、スイッチンググループ2, 2.1,…,2.nの第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチＤ１は相互に接続されている。変換器回路はさらに第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡを具備し、その第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡはｎ番目のさらに別のスイッチンググループ2.nの第２のスイッチS2.nと、ｎ番目のさらに別のスイッチンググループ2.nの第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチＤ２に接続されており、第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡとＤＣ電圧源１はスイッチンググループ2, 2.1,…,2.nの第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチＤ１間の接続点に接続されている。本発明によればこの代わりの変換器回路でも、第１のインダクタンスＬ１はＤＣ電圧源１と第１のスイッチＳ０の接続に直列に接続されている。さらに第２のインダクタンスＬ２はｎ番目のさらに別のスイッチンググループ2.nの第２のスイッチS2.nと直列に、第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡとｎ番目のさらに別のスイッチンググループ2.nの第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチＤ２との接続点に接続されており、あるいは図４に示されているように本発明による変換器回路の第３の実施形態によれば、第２のインダクタンスＬ２は第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡと、ｎ番目のさらに別のスイッチンググループ2.nの第２のスイッチS2.nとｎ番目のさらに別のスイッチンググループ2.nの第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチＤ２との間の接続点に対して直列に接続されている。

第１のスイッチＳ０を閉じ、全てのスイッチンググループ2, 2.1,…,2.nの第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nを開くことにより、各スイッチンググループ2, 2.1,…,2.nの第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃは充電され、第１のインダクタンスＬ１はスイッチンググループ2, 2.1,…,2.nの第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃと共に共振特性を有する共振回路を形成するので、事実上損失は生じない効果が得られる。さらに第１の容量エネルギ蓄積装置ＣはＤＣ電圧源１の電圧値Ｖinを２倍にするように充電され、それによって第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃの改良された利用が有効に実現されることができる。第１のスイッチＳ０が開かれスイッチンググループ2, 2.1,…,2.nの第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nの少なくとも１つが閉じられるとき、関連される第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃが放電されるならば、その場合には第２のインダクタンスＬ２は第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃおよび第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡと共に、または複数の閉じられた第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nの場合には、対応する第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃと第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡと共に共振の態様を有する共振回路を形成するので、事実上損失は生じない効果が得られる。さらに、スイッチンググループ2, 2.1,…,2.nの少なくとも１つの第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nをフレキシブルに閉じることによって、第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡの電圧Ｖoutは有効に設定されることができ、その第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡに対して電気負荷が好ましくは並列に接続されることができる。

図３および４による実施形態では、第１のインダクタンスＬ１の値は第２のインダクタンスＬ２のｎ倍の値に対応し、それによって第２のインダクタンスＬ２は第１のインダクタンスＬ１よりも１／ｎ倍の小さい値を有するように有効に選択されることができる。

本発明によれば、１つのスイッチンググループ２を有する図２にしたがった本発明による変換器回路の動作に関して、以下のステップで動作が行われる。
（ａ）調節可能な第１の時間期間ｔ１に対して、第１のスイッチＳ０が閉じられ、第２のスイッチＳ１が開かれ、
それによって第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃは認識可能な損失なく、ＤＣ電圧源１の電圧値Ｖinを十分に２倍にするように確実に充電されることができ、
（ｂ）調節可能な第１の期間ｔ１の経過後、第１のスイッチＳ０は調節可能な第２の時間期間ｔ２は開かれ、第２のスイッチＳ１は調節可能な第２の時間期間ｔ２は閉じられ、
それによって第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃは第２のインダクタンスＬ２を介して第２の時間期間ｔ２の設定に応じてある程度まで放電され、第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡが充電され、
（ｃ）調節可能な第２の時間期間ｔ２の経過後、ステップ（ａ）および（ｂ）は反復される。

全体的に、非常に簡単な方法による図２にしたがった変換器回路のこの動作により、ほとんど損失が生じないで、例えば第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡに接続された電気負荷は常に十分に電気エネルギおよび安定な電圧値が供給されることが実現できる。

本発明によれば、スイッチンググループ２とｎ個のさらに別のスイッチンググループ2.1,…,2.nを有する図３および４にしたがった本発明による変換器回路の動作に関して、以下のステップの動作が行われる。
（ａ）調節可能な第１の時間期間ｔ１では、第１のスイッチＳ０が閉じられ、第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nが開かれ、
それによってスイッチンググループ2, 2.1,…,2.nの第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃの全ては認識できるような損失なく、ＤＣ電圧源１の電圧値Ｖinを十分に２倍にするように確実に充電されることができ、
（ｂ）調節可能な第１の期間ｔ１が経過した後、第１のスイッチＳ０は開かれ、第１のスイッチＳ０は開かれた状態を維持され、
（ｃ）調節可能な第１の時間期間ｔ１が経過した後、第２のスイッチS1 ,S2.1,…,S2.nの少なくとも１つは調節可能な第２の時間期間ｔ２については閉じられ、
（ｄ）調節可能な第２の時間期間ｔ２が経過した後、ステップ（ｃ）で閉じられた少なくとも１つの第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nは開かれ、ステップ（ｃ）で開かれていた少なくとも１つの第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nは開いた状態を維持され、
（ｅ）調節可能な第２の時間期間ｔ２が経過した後、前に閉じられていなかった少なくとも１つの第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nは調節可能な第２の時間期間ｔ２に対しては閉じられ、
（ｆ）調節可能な第２の時間期間ｔ２の経過後、ステップ（ｅ）で閉じられた少なくとも１つの第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nは開かれ、ステップ（ｅ）で開かれていた少なくとも１つの第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nは開いた状態を維持され、
（ｇ）ステップ（ｅ）および（ｆ）は全ての第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nが閉じられもう一度開かれるまで反復され、
（ｈ）ステップ（ａ）乃至（ｇ）が反復される。

少なくとも第２のスイッチのうちの１つを閉じることにより、１または複数の第１の容量エネルギ蓄積装置Ｃは第２のインダクタンスＬ２を介して第２の時間期間ｔ２の設定に応じてある程度まで放電され、第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡは充電される。さらにスイッチンググループ2, 2.1,…,2.nの少なくとも１つの第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nの前述したフレキシブルな閉路によって、電圧Ｖoutを第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡに設定し、したがって例えば第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡに接続されている電気負荷に最適に供給することが可能である効果が得られる。

ステップ（ｃ）乃至（ｇ）に関して図３および４に示されているような本発明による変換器回路を動作するための前述の方法が少なくとも１つの第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nの代わりに常に１つの第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nで正確に実行されるならば、第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡの電圧値Ｖoutは有効に次式のように設定される。
Ｖout＝Ｖin／（ｎ＋２）
即ち例えばｎ＝３のさらに別のスイッチンググループ2.1、2.2、2.3では、ＤＣ電圧源１の電圧値Ｖinの５分の１が第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡにおいて電圧値Voutとして設定される。

その代りに、スイッチンググループ２とｎ個のさらに別のスイッチンググループ2.1,…,2.nを有する図３と４にしたがった本発明による変換器回路の動作に関して、以下のステップで動作が行われる。
（ａ）調節可能な第１の時間期間ｔ１では、第１のスイッチＳ０が閉じられ、複数の第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nが閉じられ、その数はｎよりも小さく、閉じられていなかった第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nが開かれており、
（ｂ）調節可能な第１の期間ｔ１の経過後、第１のスイッチＳ０は開かれ、第１のスイッチＳ０は開かれた状態を維持され、ステップ（ａ）で閉じられていた第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nは開かれ、ステップ（ａ）で閉じられていた第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nは開かれた状態を維持され、
（ｃ）調節可能な第１の時間期間ｔ１の経過後、第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nの少なくとも１つは調節可能な第２の時間期間ｔ２については閉じられ、
（ｄ）調節可能な第２の時間期間ｔ２の経過後、ステップ（ｃ）で閉じられた少なくとも１つの第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nは開かれ、ステップ（ｃ）で開かれていた少なくとも１つの第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nは開いた状態を維持され、
（ｅ）調節可能な第２の時間期間ｔ２の経過後、前に閉じられていなかった少なくとも１つの第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nは調節可能な第２の時間期間ｔ２では閉じられ、
（ｆ）調節可能な第２の時間期間ｔ２の経過後、ステップ（ｅ）で閉じられた少なくとも１つの第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nは開かれ、ステップ（ｅ）で開かれていた少なくとも１つの第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nは開いた状態を維持され、
（ｇ）ステップ（ｅ）および（ｆ）は全ての第２のスイッチS1, S2.1,…,S2.nが閉じられ再度開かれるまで反復され、
（ｈ）ステップ（ａ）乃至（ｇ）が反復される。

この代替方法によって、第２の容量エネルギ蓄積装置ＣＡの電圧値Ｖoutは可変の方法で有効に設定されることができる。

従来技術による変換器回路の１実施形態を示す図。本発明による変換器回路の第１の実施形態を示す図。本発明による変換器回路の第２の実施形態を示す図。本発明による変換器回路の第３の実施形態を示す図。

符合の説明

１・・・ＤＣ電圧源、２・・・スイッチグループ、2.1,…,2.n・・・ｎ個のさらに別のスイッチンググループ、Ｓ０…第１のスイッチ、Ｓ１・・・スイッチンググループの第２のスイッチ、S2.1,…,S2.n・・・ｎ個のさらに別のスイッチンググループの第２のスイッチ、Ｃ・・・スイッチンググループおよびｎ個のさらに別のスイッチンググループの第１の容量エネルギ蓄積装置、Ｄ１・・・スイッチンググループおよびｎ個のさらに別のスイッチンググループの第１の単一方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ、Ｄ２・・・スイッチンググループおよびｎ個のさらに別のスイッチンググループの第２の単一方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ、Ｌ１・・・第１のインダクタンス、Ｌ２・・・第２のインダクタンス、ＣＡ・・・第２の容量エネルギ蓄積装置、Ａ１およびＡ２・・・負荷端子。

Claims

ＤＣ電圧源（１）と、ＤＣ電圧源（１）に接続されている第１のスイッチ（Ｓ０）と、スイッチンググループ（２）とを具備し、スイッチンググループ（２）は、第２のスイッチ（Ｓ１）と、第１の容量エネルギ蓄積装置（Ｃ）と、第１および第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ１、Ｄ２）とを有し、第２のスイッチ（Ｓ１）は第１の容量エネルギ蓄積装置（Ｃ）に接続され、第１の容量エネルギ蓄積装置（Ｃ）は第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ１）に接続され、第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ２）は第１の容量エネルギ蓄積装置（Ｃ）と第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ１）との間の接続点に接続され、第１のスイッチ（Ｓ０）は第２のスイッチ（Ｓ１）と第１の容量エネルギ蓄積装置（Ｃ）との接続点に接続されており、さらに第２の容量エネルギ蓄積装置（ＣＡ）を具備し、その第２の容量エネルギ蓄積装置（ＣＡ）はスイッチンググループ（２）の第２のスイッチ（Ｓ１）とスイッチンググループ（２）の第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ２）とに接続されており、第２の容量エネルギ蓄積装置（ＣＡ）はスイッチンググループ（２）の第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ１）に接続され、ＤＣ電圧源（１）は第２の容量エネルギ蓄積装置（ＣＡ）とスイッチンググループ（２）の第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ１）との接続点に接続されている変換器回路において、
第１のインダクタンス（Ｌ１）はＤＣ電圧源（１）と第１のスイッチ（Ｓ０）との接続路に直列に接続され、
第２のインダクタンス（Ｌ２）はスイッチンググループ（２）の第２のスイッチ（Ｓ１）と直列に、第２の容量エネルギ蓄積装置（ＣＡ）とスイッチンググループ（２）の第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ２）との接続点に接続されていることを特徴とする変換器回路。
ＤＣ電圧源（１）と、ＤＣ電圧源（１）に接続されている第１のスイッチ（Ｓ０）と、スイッチンググループ（２）およびさらにｎ個のスイッチンググループ（2.1,…,2.n）とを具備し、ｎ≧１であり、各スイッチンググループ（2, 2.1,…,2.n）は第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）と、第１の容量エネルギ蓄積装置（Ｃ）と、第１および第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ１、Ｄ２）とを有し、第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）は第１の容量エネルギ蓄積装置（Ｃ）に接続され、第１の容量エネルギ蓄積装置（Ｃ）は第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ１）に接続され、第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ２）は第１の容量エネルギ蓄積装置（Ｃ）と第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ１）との接続点に接続され、第１のスイッチ（Ｓ０）は第２のスイッチ（Ｓ１）とスイッチンググループ（２）の第１の容量エネルギ蓄積装置（Ｃ）との接続点に接続されており、各ｎ個のさらに別のスイッチンググループ（2.1,…,2.n）はそれぞれの隣接するさらに別のスイッチンググループ（2.1,…,2.n）に相互連結方法で接続され、スイッチンググループ（２）は第１のさらに別のスイッチンググループ（2.1）に相互連結方法で接続され、スイッチンググループ（2, 2.1,…,2.n）の第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ１）は互いに接続されており、さらに第２の容量エネルギ蓄積装置（ＣＡ）を有し、その第２の容量エネルギ蓄積装置（ＣＡ）はｎ番目のさらに別のスイッチンググループ（2.n）の第２のスイッチ（S2.n）と、ｎ番目のさらに別のスイッチンググループ（2.n）の第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ２）との接続点とに接続されており、第２の容量エネルギ蓄積装置（ＣＡ）とＤＣ電圧源（１）はスイッチンググループ（2, 2.1,…,2.n）の第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ１）のそれぞれの間の接続点に接続されている変換器回路において、
第１のインダクタンス（Ｌ１）はＤＣ電圧源（１）と第１のスイッチ（Ｓ０）との接続路に接続され、
第２のインダクタンス（Ｌ２）はｎ番目のさらに別のスイッチンググループ（2.n）の第２のスイッチ（S2.n）と直列に、第２の容量エネルギ蓄積装置（ＣＡ）とｎ番目のさらに別のスイッチンググループ（2.n）の第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ２）との接続点に接続されていることを特徴とする変換器回路。
ＤＣ電圧源（１）と、ＤＣ電圧源（１）に接続されている第１のスイッチ（Ｓ０）と、スイッチンググループ（２）およびさらにｎ個のスイッチンググループ（2.1,…,2.n）を有し、ｎ≧１であり、各スイッチンググループ（2, 2.1,…,2.n）は第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）と、第１の容量エネルギ蓄積装置（Ｃ）と、第１および第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ１、Ｄ２）とを有し、第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）は第１の容量エネルギ蓄積装置（Ｃ）に接続され、第１の容量エネルギ蓄積装置（Ｃ）は第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ１）に接続され、第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ２）は第１の容量エネルギ蓄積装置（Ｃ）と第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ１）との接続点に接続され、第１のスイッチ（Ｓ０）は第２のスイッチ（Ｓ１）とスイッチンググループ（２）の第１の容量エネルギ蓄積装置（Ｃ）との接続点に接続されており、各ｎ個のさらに別のスイッチンググループ（2.1,…,2.n）はそれぞれの隣接するさらに別のスイッチンググループ（2.1,…,2.n）に相互連結方法で接続され、スイッチンググループ（２）は第１のさらに別のスイッチンググループ（2.1）に連結方法で接続され、スイッチンググループ（2, 2.1,…,2.n）の第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ１）は互いに接続されており、さらに第２の容量エネルギ蓄積装置（ＣＡ）を有し、その第２の容量エネルギ蓄積装置（ＣＡ）はｎ番目のさらに別のスイッチンググループ（2.n）の第２のスイッチ（S2.n）と、ｎ番目のさらに別のスイッチンググループ（2.n）の第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ２）との接続点に接続されており、第２の容量エネルギ蓄積装置（ＣＡ）とＤＣ電圧源（１）はスイッチンググループ（2, 2.1,…,2.n）の第１の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ１）のそれぞれの間の接続点に接続されている変換器回路において、
第１のインダクタンス（Ｌ１）はＤＣ電圧源（１）と第１のスイッチ（Ｓ０）との接続路に直列に接続され、
第２のインダクタンス（Ｌ２）は第２の容量エネルギ蓄積装置（ＣＡ）と、ｎ番目のさらに別のスイッチンググループ（2.n）の第２のスイッチ（S2.n）とｎ番目のさらに別のスイッチンググループ（2.n）の第２の単方向性の駆動不能な電力半導体スイッチ（Ｄ２）との接続点との間に接続されていることを特徴とする変換器回路。
第１のインダクタンス（Ｌ１）の値は第２のインダクタンス（Ｌ２）の値に対応している請求項１記載の変換器回路。
第１のインダクタンス（Ｌ１）の値は第２のインダクタンス（Ｌ２）のｎ倍の値に対応している請求項２または３記載の変換器回路。
請求項１に記載された変換器回路の動作方法において、
（ａ）調節可能な第１の時間期間（ｔ１）に対しては、第１のスイッチ（Ｓ０）が閉じられ、第２のスイッチ（Ｓ１）が開かれ、
（ｂ）調節可能な第１の期間（ｔ１）が経過した後、第１のスイッチ（Ｓ０）は調節可能な第２の時間期間（ｔ２）に対して開かれ、第２のスイッチ（Ｓ１）は調節可能な第２の時間期間（ｔ２）に対して閉じられ、
（ｃ）調節可能な第２の時間期間（ｔ２）が経過した後、ステップ（ａ）と（ｂ）は反復されるステップを含んでいる変換器回路の動作方法。
請求項２または３記載の変換器回路を動作する方法において、
（ａ）調節可能な第１の時間期間（ｔ１）に対しては、第１のスイッチ（Ｓ０）が閉じられ、第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）が開かれ、
（ｂ）調節可能な第１の期間（ｔ１）が経過した後、第１のスイッチ（Ｓ０）は開かれ、第１のスイッチ（Ｓ０）は開かれた状態を維持され、
（ｃ）調節可能な第１の時間期間（ｔ１）が経過した後、第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）の少なくとも１つは調節可能な第２の時間期間（ｔ２）については閉じられ、
（ｄ）調節可能な第２の時間期間（ｔ２）が経過した後、ステップ（ｃ）で閉じられた少なくとも１つの第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）は開かれ、ステップ（ｃ）で開かれていた少なくとも１つの第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）は開いた状態を維持され、
（ｅ）調節可能な第２の時間期間（ｔ２）が経過した後、前に閉じられていなかった少なくとも１つの第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）は調節可能な第２の時間期間（ｔ２）について閉じられ、
（ｆ）調節可能な第２の時間期間（ｔ２）が経過した後、ステップ（ｅ）で閉じられた少なくとも１つの第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）は開かれ、ステップ（ｅ）で開かれていた少なくとも１つの第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）は開いた状態を維持され、
（ｇ）ステップ（ｅ）および（ｆ）は全ての第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）が閉じられ再度開かれるまで反復され、
（ｈ）ステップ（ａ）乃至（ｇ）の動作が反復されるステップを含んでいる変換器回路の動作方法。
請求項２または３記載の変換器回路を動作する方法において、
（ａ）調節可能な第１の時間期間（ｔ１）に対しては、第１のスイッチ（Ｓ０）が閉じられ、複数の第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）が閉じられ、その数はｎよりも小さく、閉じられていなかった第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）が開かれており、
（ｂ）調節可能な第１の期間（ｔ１）が経過した後、第１のスイッチ（Ｓ０）は開かれ、第１のスイッチ（Ｓ０）は開かれた状態を維持され、ステップ（ａ）で閉じられていた第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）は開かれ、ステップ（ａ）で閉じられていた第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）は開かれた状態を維持され、
（ｃ）調節可能な第１の時間期間（ｔ１）が経過した後、ステップ（ａ）で閉じられていた第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）の少なくとも１つは調節可能な第２の時間期間（ｔ２）については閉じられ、
（ｄ）調節可能な第２の時間期間（ｔ２）が経過した後、ステップ（ｃ）で閉じられた少なくとも１つの第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）は開かれ、ステップ（ｃ）で開かれていた少なくとも１つの第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）は開いた状態を維持され、
（ｅ）調節可能な第２の時間期間（ｔ２）が経過した後、前に閉じられていなかった少なくとも１つの第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）は調節可能な第２の時間期間（ｔ２）に対しては閉じられ、
（ｆ）調節可能な第２の時間期間（ｔ２）が経過した後、ステップ（ｅ）で閉じられた少なくとも１つの第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）は開かれ、ステップ（ｅ）で開かれていた少なくとも１つの第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）は開いた状態を維持され、
（ｇ）ステップ（ｅ）および（ｆ）は全ての第２のスイッチ（S1, S2.1,…,S2.n）が閉じられ再度開かれるまで反復され、
（ｈ）ステップ（ａ）乃至（ｇ）が反復されるステップを含んでいる変換器回路の動作方法。