JP2018514170A - コモンモード電圧低減のためのコンバータトポロジー - Google Patents

Abstract

インバータは、三巻線変圧器と、変圧器の第１の巻線に電気的に結合されたＤＣ−ＡＣインバータと、変圧器の第２の巻線に電気的に結合されたサイクロコンバータと、変圧器の第３の巻線に電気的に結合されたアクティブフィルタとを含む。ＤＣ−ＡＣインバータは、第１の巻線で、入力ＤＣ波形を、変圧器に伝送されるＡＣ波形に変換するように適合されている。サイクロコンバータは、変圧器の第２の巻線で受け取られたＡＣ波形をＡＣグリッドのグリッド周波数を有する出力ＡＣ波形に変換するように適合されている。アクティブフィルタは、ＤＣ電源とＡＣグリッドとの間の電力の不整合に基づいて、１つ又は複数のエネルギー蓄積装置によって電力を吸収及び供給するように適合されている。ＤＣ−ＡＣインバータ、サイクロコンバータ、又はアクティブフィルタのうちの少なくとも２つは、共通基準電気相互接続部を介して電気的に結合されている。

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、２０１５年３月２５日に出願された「ＤＣ−ＴＯ−ＡＣ ＩＮＶＥＲＴＥＲ ＴＯＰＯＬＯＧＩＥＳ」と題する米国仮特許出願第６２／１３８，１８４号に対する優先権を主張し、この出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、概して、直流（ＤＣ）電力を交流（ＡＣ）電力に変換するための電力コンバータに関し、より具体的には、コモンモード電圧を低減するためのコンバータトポロジーに関する。

電力インバータは、ＤＣ電力をＡＣ電力に変換する。例えば、いくつかの電力インバータは、ＤＣ電力を、ＡＣグリッドに、場合によっては、ＡＣグリッドに結合されてよいか又は結合されなくてよいＡＣ負荷にエネルギーを供給するのに好適なＡＣ電力に変換するように構成されている。そのような電力インバータについての１つの特定用途は、光起電力電池（「ＰＶ電池」又は「太陽電池）、燃料電池、ＤＣ風力タービン、ＤＣ水力タービン、及び他のＤＣ電源などの代替エネルギー源によって発生されたＤＣ電力を、グリッド周波数でのＡＣグリッドへの伝送用の単相ＡＣ電力に変換することである。ＰＶ電池などの特定の代替エネルギー源によって伝送され得る電力量は、動作条件の時間変動に起因して、時間経過とともに大きさが変化し得る。例えば、一般的なＰＶ電池の出力は、日射強度、日射の入射角、外界温度、及び他の要素の変動に応じて変化するものである。

一般的な光起電力電力システムでは、インバータは、１つ又は複数の太陽電池パネルと関連付けられ得る。例えば、いくつかのシステムは、比較的高い、合成電圧（例えば、公称４５０Ｖ）を単一の大きいインバータに伝送する、太陽電池パネルのストリングを含む。代替的に、分散型光起電力電力システムなどの他のシステムでは、インバータは、各太陽電池パネルと関連付けられ得る。そのようなシステムでは、太陽電池パネルは、一般的に小さく、比較的低電圧（例えば２５Ｖ）である。インバータは、システム全体の変換効率を増大させるために、関連付けられた太陽電池パネルに密接して設置され得る。

一態様によると、直流（ＤＣ）電源からの入力ＤＣ波形を、交流（ＡＣ）グリッドへの伝送のための出力ＡＣ波形に変換するためのインバータは、第１の巻線、第２の巻線、及び第３の巻線を含む三巻線変圧器を含んでよい。インバータは、変圧器の第１の巻線に電気的に結合されたＤＣ−ＡＣインバータと、変圧器の第２の巻線に電気的に結合されたサイクロコンバータと、変圧器の第３の巻線に電気的に結合されたアクティブフィルタとを更に含んでよい。ＤＣ−ＡＣインバータは、第１の巻線で、入力ＤＣ波形を、変圧器に伝送されるＡＣ波形に変換するように適合され得る。サイクロコンバータは、変圧器の第２の巻線で受け取られたＡＣ波形を、ＡＣグリッドのグリッド周波数を有する出力ＡＣ波形に変換するように適合され得る。アクティブフィルタは、ＤＣ電源とＡＣグリッドとの間の電力の不整合に基づいて、１つ又は複数のエネルギー蓄積装置によって電力を吸収（sink）及び供給（source）するように適合され得る。更に、ＤＣ−ＡＣインバータ、サイクロコンバータ、又はアクティブフィルタのうちの少なくとも２つは、共通基準電気相互接続部を介して電気的に結合され得る。

いくつかの実施形態では、ＤＣ−ＡＣインバータ、サイクロコンバータ、及びアクティブフィルタのそれぞれは、共通基準電気相互接続部に電気的に結合され得る。更に、ＤＣ−ＡＣインバータは、ハーフブリッジインバータ回路と、ハーフブリッジインバータ回路と電気的に結合された容量分圧器とを備えてよい。そのような実施形態では、第１の巻線は、第１の端子と、第２の端子とを含んでよく、ハーフブリッジインバータ回路は、第１のノードで第２の電気スイッチに電気的に結合された第１の電気スイッチを含んでよく、容量分圧器は、第２のノードで第２のコンデンサ及び第１の端子に電気的に結合された第１のコンデンサを含んでよく、及び／又は、ＤＣ−ＡＣインバータは、第２の端子及び第１のノードに電気的に直列に結合されたインダクタを含んでよい。更に、ＤＣ−ＡＣインバータは、第２のノードで共通基準電気相互接続部に電気的に結合され得る。

いくつかの実施形態では、サイクロコンバータは、電気スイッチのセットと、電気スイッチのセットと電気的に結合された容量分圧器とを含んでよい。更に、第２の巻線は、第１の端子と、第２の端子とを含んでよく、電気スイッチのセットは、第１のノードで電気スイッチの第２のサブセットに電気的に結合された電気スイッチの第１のサブセットを含んでよく、容量分圧器は、第２のノードで第２のコンデンサ及び第１の端子に電気的に結合された第１のコンデンサを含んでよく、及び／又はサイクロコンバータは、第２の端子及び第１のノードに電気的に直列に結合されたインダクタを含んでよい。いくつかの実施形態では、サイクロコンバータは、第２のノードで共通基準電気相互接続部に電気的に結合され得る。更に、電気スイッチの第１のサブセット及び電気スイッチの第２のサブセットのそれぞれは、電気的に直列に結合された一対の遮断スイッチからなってよい。

いくつかの実施形態では、アクティブフィルタは、少なくとも１つのエネルギー蓄積装置と、ハーフブリッジスイッチング回路と、少なくとも１つのエネルギー蓄積装置及びハーフブリッジスイッチング回路に電気的に結合された容量分圧器とを含んでよい。更に、第３の巻線は、第１の端子と、第２の端子とを含んでよく、ハーフブリッジスイッチング回路は、第１のノードで第２の電気スイッチ及び第１の端子に電気的に結合された第１の電気スイッチを含んでよく、及び／又は、容量分圧器はが、第２のノードで第２のコンデンサ及び第２の端子に電気的に結合された第１のコンデンサを含んでよい。いくつかの実施形態では、アクティブフィルタは、第２のノードで共通基準電気相互接続部に電気的に結合され得る。

別の態様によると、直流（ＤＣ）電源からの入力ＤＣ波形を、交流（ＡＣ）グリッドへの伝送のための出力ＡＣ波形に変換するためのインバータは、第１の巻線及び第２の巻線を含む変圧器と、変圧器の第１の巻線に電気的に結合されたＤＣ−ＡＣインバータと、第１の接続部を介して変圧器の第２の巻線に、及び共通基準電気相互接続部を介してＤＣ−ＡＣインバータに電気的に結合されたサイクロコンバータと、変圧器の第２の巻線に電気的に結合されたアクティブフィルタとを含んでよい。ＤＣ−ＡＣインバータは、第１の巻線で、ＤＣ波形を、変圧器に伝送されるＡＣ波形に変換するように適合され得る。サイクロコンバータは、変圧器の第２の巻線で受け取られたＡＣ波形を、ＡＣグリッドのグリッド周波数を有する出力ＡＣ波形に変換するように適合され得る。アクティブフィルタは、ＤＣ電源とＡＣグリッドとの間の電力の不整合に基づいて、１つ又は複数のエネルギー蓄積装置によって電力を吸収及び供給するように適合され得る。

いくつかの実施形態では、サイクロコンバータは、電気スイッチのセットと、電気スイッチのセットと電気的に結合された容量分圧器とを含んでよい。更に、第２の巻線は、第１の端子と、第２の端子とを含んでよく、電気スイッチのセットは、第１のノードで電気スイッチの第２のサブセットに電気的に結合された電気スイッチの第１のサブセットを含んでよく、容量分圧器は、第２のノードで第２のコンデンサ及び第１の端子に電気的に結合された第１のコンデンサを含んでよく、及び／又はサイクロコンバータは、第２の端子及び第１のノードに電気的に直列に結合されたインダクタを含んでよい。いくつかの実施形態では、アクティブフィルタは、少なくとも１つのエネルギー蓄積装置と、ハーフブリッジスイッチング回路と、少なくとも１つのエネルギー蓄積装置及びハーフブリッジスイッチング回路に電気的に結合された第２の容量分圧器とを含んでよい。更に、ハーフブリッジスイッチング回路は、共通のノードでインダクタと第２の端子に電気的に結合された第１の電気スイッチ及び第２の電気スイッチを含んでよく、及び／又は、第２の容量分圧器は、第２のノードで第１の端子に電気的に結合された第３のコンデンサ及び第４のコンデンサを含んでよい。

更に別の態様によると、直流（ＤＣ）電源からの入力ＤＣ波形を、交流（ＡＣ）グリッドへの伝送のための出力ＡＣ波形に変換するためのインバータは、プロセッサ及びメモリを有するコントローラと、第１の巻線及び第２の巻線を含む変圧器と、変圧器の第１の巻線に電気的に結合されたＤＣ−ＡＣインバータと、変圧器の第２の巻線に、及び共通基準電気相互接続部を介してＤＣ−ＡＣインバータに電気的に結合されたサイクロコンバータと、変圧器の第２の巻線に電気的に結合され、複数の電気スイッチ及び１つ又は複数のエネルギー蓄積装置を備えるアクティブフィルタとを含んでよい。ＤＣ−ＡＣインバータは、第１の巻線で、ＤＣ波形を、変圧器に伝送されるＡＣ波形に変換するように適合され得る。サイクロコンバータは、変圧器の第２の巻線で受け取られたＡＣ波形を、ＡＣグリッドのグリッド周波数を有する出力ＡＣ波形に変換するように適合され得る。コントローラは、ＤＣ電源とＡＣグリッドとの間の電力の不整合に基づいて、１つ又は複数のエネルギー蓄積装置によって電力を吸収及び供給するためにアクティブフィルタの複数の電気スイッチのスイッチングサイクルを制御するように適合され得る。

いくつかの実施形態では、コントローラは、ゼロ電圧スイッチングを使用して複数の電気スイッチのスイッチングサイクルを制御するように適合され得る。更に、いくつかの実施形態では、ＤＣ電源は、光起電力モジュールを含んでよい。

ＤＣ電力をＡＣ電力に変換するためのシステムの一実施形態の簡略ブロック図である。

図１のシステムのＡＣ光起電力モジュールの一実施形態の簡略ブロック図である。

図１のシステムのインバータの一実施形態の簡略ブロック図である。

図３のインバータの様々な実施形態の簡略電気接続図である。 図３のインバータの様々な実施形態の簡略電気接続図である。 図３のインバータの様々な実施形態の簡略電気接続図である。 図３のインバータの様々な実施形態の簡略電気接続図である。 図３のインバータの様々な実施形態の簡略電気接続図である。 図３のインバータの様々な実施形態の簡略電気接続図である。 図３のインバータの様々な実施形態の簡略電気接続図である。 図３のインバータの様々な実施形態の簡略電気接続図である。 図３のインバータの様々な実施形態の簡略電気接続図である。

本開示の概念は、様々な修正及び代替の形態の影響を受けやすい一方で、それらの特定の例示的な実施形態が、図面において例として示され、そして本明細書において詳細に説明される。しかし、本開示の概念を開示された特定の形態に限定する意図はなく、逆に、添付のクレームによって規定されるような発明の趣旨及び範囲内にある全ての修正、等価物、及び代替物を包含することが意図されることを理解されたい。

「一実施形態」、「実施形態」、「例示的実施形態」などへの本明細書での参照は、説明される実施形態が、特定の特徴、構造又は特性を含み得るが、全ての実施形態が、必ずしもその特定の特徴、構造又は特性を含み得るわけではないことを示す。更に、そのようなフレーズが、必ずしも同じ実施形態を指すわけではない。更に、特定の特徴、構造、又は特性が、実施形態と関連して説明されるとき、明示的に説明されるか否かに関わらず、他の実施形態と関連するそのような特徴、構造、又は特性に影響を及ぼすことは、当業者の知識の範囲内にあると提言する。

本開示のいくつかの実施形態又はそれらの一部分は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はそれらの任意の組合せで実装されてよい。本開示の実施形態はまた、有形の機械可読媒体に記憶された命令として実装されてよく、その命令は、１つ又は複数のプロセッサによって読み取られて実行され得る。機械可読媒体は、機械（例えば、コンピューティング装置）によって可読である形態の情報を記憶又は伝送する任意の機構を含んでよい。例えば、機械可読媒体は、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリ素子、及びその他を含んでよい。

パワーエレクトロニクス回路内のコモンモード電圧は、回路の動作に有害であり得る導電性放射ノイズを生じさせることを理解されたい。したがって、コモンモード電圧を最小化又は低減するため、及び／又は関連する規制条件を満たすために、相当な努力が一般的に継続される。本明細書で説明される様々な回路トポロジーは、マルチポート共振コンバータ内のコモンモード電圧を低減する。例えば、例示的な実施形態では、半導体スイッチングに起因するコモンモード電圧は、除去又は低減され得る。そのような低減は、半導体スイッチングに起因するコモンモード電圧遷移速度（ｄｖ／ｄｔ）が、しばしば、スイッチング周波数での正弦曲線のｄｖ／ｄｔよりも少なくとも１桁大きいので、有益であり得る。

図１を参照すると、交流（以下、「ＡＣ」）電力をグリッド周波数でＡＣグリッド１０２に供給するためのシステム１００は、直流（以下、「ＤＣ」）電源１０４と、インバータ１０６とを含む。ＤＣ電源１０４は、インバータ１０６に供給されるＤＣ電力を発生させるか、又は生成するように構成された任意の種類のＤＣ電源として具現化されてよい。例えば、ＤＣ電力は、光起電力太陽電池若しくはアレイ、燃料電池、ＤＣ電力を（例えば、整流回路を介して）発生するように構成された風力タービン、ＤＣ電力を発生するように構成された水力タービン、又は他の単極電源として具現化されてよい。

インバータ１０６は、ＤＣ電源１０４に電気的に接続されており、ＤＣ電源１０４によって発生されたＤＣ波形を、ＡＣグリッド１０２への、及びいくつかの実施形態では、ＡＣグリッド１０２に結合された負荷への伝送に好適なＡＣ波形に変換するように構成されている。ＡＣグリッド１０２は、例えば、ユーティリティＡＣ電力を民生及び商用ユーザに供給するユーティリティ電力グリッドとして具現化されてよい。そのようなユーティリティ電力グリッドは、固定グリッド周波数（例えば、ｆ＝ω／２π＝５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）で本質的に正弦波のバイポーラ電圧を有するとして特徴付けられ得る。

上記のように、いくつかの実施形態では、ＤＣ電源１０４は、１つ又は複数の光起電力電池として具現化されてよい。そのような実施形態では、ＤＣ電源１０４とインバータ１０６とが図２に示すようなＡＣ光起電力モジュール（ＡＣＰＶ）２００を具現化するように互いに関連付けられてよい。ＡＣＰＶ２００は、インバータ１０６に電気的に結合された、ＤＣ電源１０４として動作するＤＣ光起電力モジュール（ＤＣＰＶ）２０２を含む。ＤＣＰＶ２０２は、１つ又は複数の光起電力電池を含み、ある量の日射を受け取ることに応じてＤＣ波形をインバータ１０６に伝送するように構成されている。ＡＣＰＶ２００によって伝送されるＤＣ電力は、例えば日射強度、日射入射角、及び温度などの環境変数の関数である。いくつかの実施形態では、インバータ１０６は、ＡＣＰＶ２００のハウジング内に設置される。代替的に、インバータ１０６は、ＡＣＰＶ２００のハウジングに固着されたそれ自体のハウジングを含んでよい。また、いくつかの実施形態では、インバータ１０６は、ハウジングから分離しているが、ＤＣＰＶ２０２の近傍に位置する。上記のように、インバータ１０６は、ＤＣＰＶ２０２から受け取ったＤＣ電力を、グリッド周波数でのＡＣグリッド１０２への伝送に好適なＡＣ電力に変換するように構成されている。複数のＡＣＰＶ２００が、専用インバータ１０６を有する各ＡＣＰＶ２００によってソーラーアレイを形成するために使用されてよいことを理解されたい。

ここで図３を参照すると、いくつかの実施形態では、インバータ１０６は、ＤＣ−ＡＣインバータ３００と、変圧器３０２と、サイクロコンバータ３０４と、アクティブフィルタ３０６とを含む。特定の実施形態によっては、変圧器３０２は、第１の巻線、第２の巻線、及び第３の巻線を含む三巻線変圧器（例えば、図４〜図６を参照）、又は第１の巻線及び第２の巻線を含む二巻線変圧器（例えば、図７〜図１２参照）として具現化されてよい。変圧器３０２は、二巻線変圧器又は三巻線変圧器として本明細書では説明され得るが、そのような変圧器は、いくつかの実施形態では、それぞれ２つ又は３つを超える巻線を含んでよいことを理解されたい。例えば、様々な実施形態では、三巻線変圧器は、３つの巻線、４つの巻線、５つの巻線、又はより多くの巻線を含んでよい。

ＤＣ−ＡＣインバータ３００は、変圧器３０２の第１の巻線（図示せず）に電気的に結合されており、ＤＣ電源１０４に電気的に結合可能である。図３に示すように、ＤＣ−ＡＣインバータ３００は、ＤＣ−ＡＣインバータ回路３１０を含み、及びいくつかの実施形態では、共振タンク回路３１２又はその一部分を含んでよい。ＤＣ−ＡＣインバータ回路３１０は、第１の巻線でＤＣ電源１０４からの入力ＤＣ波形を、変圧器３０２に伝送されるＡＣ波形に変換するように適合されている。いくつかの実施形態では、共振タンク回路３１２は、コンデンサと、インダクタとを含む。いくつかの実施形態では、共振タンク回路３１２は、１つ又は複数のディスクリートコンデンサ（例えば、容量分圧器）と、変圧器３０２の漏れインダクタンス（例えば、図７を参照）とによって形成され得ることを理解されたい。

サイクロコンバータ３０４は、変圧器３０２の第２の巻線（図示せず）に電気的に結合されており、ＡＣグリッド１０２に電気的に結合可能である。図３に示すように、サイクロコンバータ３０４は、ＡＣ−ＡＣコンバータ回路３１４を含み、及びいくつかの実施形態では、共振タンク回路３１６（例えばコンデンサ及びインダクタ）を含んでよい。ＡＣ−ＡＣコンバータ回路３１４は、変圧器３０２の第２の巻線で受け取られたＡＣ波形を、ＡＣグリッド１０２に伝送され、かつＡＣグリッド１０２の波形と同じ周波数（すなわち、グリッド周波数）を有する出力ＡＣ波形に変換するように適合されている。すなわち、サイクロコンバータ３０４は、入力ＡＣ波形を、入力ＡＣ波形と異なる周波数を有する出力ＡＣ波形に変換するように構成されている。

特定の実施形態によっては、アクティブフィルタ３０６は、変圧器３０２の第２の巻線又は第３の巻線（図示せず）に結合されてよい。例えば、変圧器３０２が三巻線変圧器として具現化される実施形態では、アクティブフィルタ３０６は、変圧器３０２の第３の巻線に電気的に結合されてよいが、一方、変圧器３０２が二巻線変圧器として具現化される実施形態では、アクティブフィルタ３０６は、変圧器３０２の第２の巻線に電気的に結合されてよい。アクティブフィルタ３０６は、アクティブフィルタ３０６の１つ又は複数のエネルギー蓄積装置３２０によって、電力を吸収及び供給するように適合されており、ＤＣ電源１０４とＡＣグリッド１０２との間の電力の不整合（例えば、瞬間的な不整合）に基づいてＤＣ−ＡＣインバータ回路３１８を使用している。すなわち、アクティブフィルタ３０６は、電力の不整合に基づいて１つ又は複数のエネルギー蓄積装置３２０から電力を供給するか、又はそれを用いて電力を吸収する。

例えば、ＤＣ電源１０４は、比較的一定の電力をＤＣ−ＡＣインバータ３００に伝送することを理解されたい。しかし、ＡＣグリッド１０２は、（例えば、ゼロとピーク電力との間で）変動する比較的正弦波の電力を有する。ＡＣグリッド１０２の電力がゼロであるとき、ＡＣグリッド１０２に伝送される電力もまたゼロでなければならず、したがって、ＤＣ電源１０４によって伝送される一定の電力は、アクティブフィルタ３０６の１つ又は複数のエネルギー蓄積装置３２０に供給される。しかし、ＡＣグリッド１０２がピーク電力にあるとき、ＡＣグリッド１０２の電力は、通常、ＤＣ電源１０４からの入力電力の２倍であり、したがって、ＤＣ電源１０４からの電力の全ては、ＡＣグリッド１０２に伝送されており、電力の他の半分は、アクティブフィルタ３０６の１つ又は複数のエネルギー蓄積装置３２０から供給されている。いくつかの実施形態では、１つ又は複数のエネルギー蓄積装置３２０は、１つ又は複数のコンデンサとして具現化されるが、エネルギー蓄積装置３２０は、他の実施形態では、他の装置として具現化されてよい。

図３に示すように、ＤＣ−ＡＣインバータ３００、サイクロコンバータ３０４、及び／又はアクティブフィルタ３０６のうちの少なくとも２つは、共通基準電気相互接続部３２４を介して（例えば、１つ又は複数の導電接続部を介して）互いに電気的に結合される。例えば、いくつかの実施形態では、ＤＣ−ＡＣインバータ３００、サイクロコンバータ３０４、及びアクティブフィルタ３０６のそれぞれは、共通基準電気相互接続部３２４に電気的に結合される。他の実施形態では、ＤＣ−ＡＣインバータ３００は、アクティブフィルタ３０６が電気的に結合されていない共通基準電気相互接続部３２４を介して、サイクロコンバータ３０４に電気的に結合されてよい。使用中、共通基準電気相互接続部３２４は、コモンモード電圧を、スイッチング周波数の周波数に等しい周波数を有する正弦波の電圧に制限するように機能し得る。特定の実施形態によっては、共通基準電気相互接続部３２４は、任意の１つ又は複数の導電ワイヤ、トレース、又は他の好適な導電要素として具現化されてよい。いくつかの実施形態では、共通基準電気相互接続部３２４は、インバータ１０６の他の回路要素に対してゼロの又はごくわずかなインピーダンスを有することを理解されたい。

インバータ１０６はまた、ＤＣ−ＡＣインバータ３００の動作を制御するインバータコントローラ３０８と、サイクロコンバータ３０４と、アクティブフィルタ３０６とを含む。インバータコントローラ３０８は、図３の実施形態では単一のコントローラとして例示的に具現化されているが、インバータコントローラ３０８は、他の実施形態では複数の別個のコントローラとして具現化されてよい。例えば、いくつかの実施形態では、インバータ１０６は、ＤＣ−ＡＣインバータ３００の動作を制御するための入力コントローラ、サイクロコンバータ３０４の動作を制御するための出力コントローラ、及び／又はアクティブフィルタ３０６の動作を制御するフィルタコントローラを含んでよい。そのような実施形態では、コントローラのそれぞれは、互いからガルバニック絶縁されてよい。

上記のように、インバータコントローラ３０８は、ＤＣ−ＡＣインバータ３００、サイクロコンバータ３０４、及びアクティブフィルタ３０６に電気的に結合されて、それらの動作を制御するように適合されている。そうするために、インバータコントローラ３０８は、複数のスイッチング及び／又は制御信号を、ＤＣ−ＡＣインバータ３００、サイクロコンバータ３０４、及びアクティブフィルタ３０６の様々な回路に提供し得る。例えば、いくつかの実施形態では、インバータコントローラ３０８は、グローバル最大電力点追従（「ＭＰＰＴ」）法に基づいてＤＣ−ＡＣインバータ３００の動作を制御する。図３に示すように、例示的なインバータコントローラ３０８は、以下でより詳細に説明されるインバータ１０６の様々なスイッチを制御するために、パルス幅変調（「ＰＷＭ」）アルゴリズムを利用するＰＷＭコントローラ３２２を含む。そうするために、ＰＷＭコントローラ３２２は、複数のスイッチング及び／又は制御信号を、インバータ１０６の様々な回路に提供し得る。いくつかの実施形態では、インバータコントローラ３０８は、ＤＣ−ＡＣインバータ３００、サイクロコンバータ３０４、及び／又はアクティブフィルタ３０６の様々な電気スイッチのスイッチングサイクルを、ゼロ電圧スイッチング技術を使用して制御するように適合されていることを理解されたい。

インバータコントローラ３０８は、プロセッサ３２５と、メモリ３２６とを含んでよく、それら両方は、単一の集積回路に、又はプリント回路基板上のワイヤを介して接続された別個の集積回路として統合されてよい。プロセッサ３２５は、メモリ３２６に記憶された命令を実行して、ＤＣ−ＡＣインバータ３００、サイクロコンバータ３０４、及び／又はアクティブフィルタ３０６を制御するための様々な処理をインバータコントローラ３０８に行わせてよい。メモリ３２６は、既知のいくつかの有形記憶媒体（例えば、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリなど）のいずれかであり得る。

また、いくつかの実施形態では、インバータ１０６は、説明の明瞭さのために本明細書に示されない回路を含んでよい。例えば、インバータ１０６は、インバータコントローラ３０８に通信可能に結合され得るか、又はその中に組み込まれ得る通信回路を含んでよい。そのような実施形態では、インバータコントローラ３０８は、遠隔のコントローラ又はサーバなどの遠隔装置と通信するために通信回路を利用してよい。例えば、特定の実施形態によって、通信回路は、サイクロコンバータ３０４の出力に結合されたＡＣ電力線相互接続部などのＡＣ電力線を通じて、又は他の通信技術及び／若しくはプロトコルを使用して、遠隔装置と通信するように構成され得る。例えば、いくつかの実施形態では、通信回路は、無線又は有線の通信回路として具現化されてよく、この通信回路は、Ｗｉ−Ｆｉ（商標）、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、ＭｏｄＢｕｓ（登録商標）、ＷｉＭＡＸ、ワイヤレスＵＳＢ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＴＣＰ／ＩＰ、ＵＳＢ、ＣＡＮ−ｂｕｓ、ＨｏｍｅＰＮＡ（商標）及び／又は他の有線若しくは無線通信技術及び／又はプロトコルなどの１つ又は複数の無線又は有線の通信技術及び／又はプロトコルを利用して、遠隔装置と通信するように構成される。更に、いくつかの実施形態では、インバータ１０６は、ＤＣ電源１０４と電気的に（例えば、直列に）結合された入力フィルタ、及び／又はＡＣグリッド１０２と電気的に（例えば、直列に）結合された出力フィルタを含んでよい。

ここで図４を参照すると、インバータ１０６が３ポートインバータ４００として具現化され、かつ三巻線変圧器３０２を含むマルチポート共振コンバータトポロジーが示されている。図４の例示的なインバータ４００は、フル及び／又はハーフブリッジコンバータ回路４０２、４０４、４０６のセットと、インピーダンス４０８、４１０、４１２のセットとを含む。示すように、例示的な実施形態では、コンバータ回路４０２とインピーダンス４０８とは、ＤＣ−ＡＣインバータ３００を形成し、コンバータ回路４０４とインピーダンス４１０とは、サイクロコンバータ３０４を形成し、そして、コンバータ回路４０６と、インピーダンス４１２と、エネルギー蓄積装置３２０（コンデンサとして例示的に示されている）とは、アクティブフィルタ３０６を形成する。上記に示し説明したように、ＤＣ−ＡＣインバータ３００は、変圧器３０２の第１の巻線４１４に電気的に結合され、サイクロコンバータ３０４は、変圧器３０２の第２の巻線４１６に電気的に結合され、アクティブフィルタ３０６は、変圧器３０２の第３の巻線４１８に電気的に結合されている。

コンバータ回路４０２は、ＤＣ−ＡＣインバータ回路３１０として具現化されており、特定の実施形態によっては、ハーフブリッジインバータ回路（例えば図５を参照）又はフルブリッジインバータ回路（例えば図６を参照）として具現化されてよい。同様に、コンバータ回路４０６は、ＤＣ−ＡＣインバータ回路３１８として具現化されており、特定の実施形態によっては、ハーフブリッジインバータ回路又はフルブリッジインバータ回路として具現化されてよい。例示的なコンバータ回路４０４は、ハーフブリッジ構成のＡＣ−ＡＣコンバータ回路３１４として具現化されている。インピーダンス４０８、４１０は、それぞれ、共振タンク回路３１２、３１６の一部分から生じてよく、又は別の方法でそれと関連付けられてよい。したがって、インピーダンス４０８、４１０のそれぞれは、対応する共振タンク回路３１２、３１６のキャパシタンス及びインダクタンスを表してよい。例示的なインピーダンス４１２は、三巻線変圧器３０２からの漏れインダクタンスを表す。

ここで図５〜図６を参照すると、いくつかの実施形態では、インバータ１０６は、三巻線変圧器３０２を有する３ポートインバータ５００、６００として具現化され得る。図５に示すように、インバータ５００のＤＣ−ＡＣインバータ３００、サイクロコンバータ３０４、及びアクティブフィルタ３０６のそれぞれは、ハーフブリッジコンバータを例示的に含む。例示的な実施形態では、ＤＣ−ＡＣインバータ３００は、電気スイッチ５０２、５０４と、コンデンサ５０６、５０８と、インダクタ５１０とを含む。例示的なサイクロコンバータ３０４は、電気スイッチ５１２、５１４、５１６、５１８と、コンデンサ５２０、５２２と、インダクタ５２４を含む。更に、例示的なアクティブフィルタ３０６は、電気スイッチ５２６、５２８と、コンデンサ５３０、５３２と、いくつかの実施形態では、インダクタンス５３４とを含む。アクティブフィルタ３０６は、図５にコンデンサとして示されている１つ又は複数のエネルギー蓄積装置３２０を更に含む。上記のように、ＤＣ−ＡＣインバータ３００は、変圧器３０２の第１の巻線４１４に電気的に（端子５５４、５５６で）結合され、サイクロコンバータ３０４は、変圧器３０２の第２の巻線４１６に電気的に（端子５５８、５６０で）結合され、そして、アクティブフィルタ３０６は、変圧器３０２の第３の巻線４１８に電気的に（端子５６２、５６４で）結合されている。

例示的なインバータ５００は、ノード又は電気接続部５５０、５５２で１つ又は複数の光起電力電池として具現化されているＤＣ電源１０４に電気的に結合されている。具体的には、一対の電気スイッチ５０２、５０４と、コンデンサ５０６、５０８を含む容量分圧器とを例示的に含むＤＣ−ＡＣインバータ回路３１０は、電気接続部５５０、５５２でＤＣ電源１０４に電気的に結合されている。より詳細には、電気スイッチ５０２及びコンデンサ５０６は、電気接続部５５０でＤＣ電源１０４に電気的に結合され、電気スイッチ５０４及びコンデンサ５０８は、電気接続部５５２でＤＣ電源１０４に電気的に結合されている。更に、電気スイッチ５０２、５０４は、電気接続部５６６で、互いに及びインダクタ５１０に電気的に結合され、コンデンサ５０６、５０８は、電気接続部５６８で、互いに及び変圧器３０２の第１の巻線４１４の端子５５６に電気的に結合されている。インダクタ５１０は、変圧器３０２の第１の巻線４１４の端子５５４に電気的に更に結合されている。

また、例示的なインバータ５００は、電気接続部５７０、５７２でＡＣグリッド１０２に電気的に結合されている。具体的には、電気スイッチ５１２、５１４、５１６、５１８のセットと、コンデンサ５２０、５２２を含む容量分圧器とを例示的に含むサイクロコンバータ３０４が、電気接続部５７０、５７２でＡＣグリッドに電気的に結合されている。より詳細には、一対の電気スイッチ５１２、５１４及びコンデンサ５２０は、電気接続部５７０でＡＣグリッド１０２に電気的に結合され、一対の電気スイッチ５１６、５１８及びコンデンサ５２２は、電気接続部５７２でＡＣグリッド１０２に電気的に結合されている。それらの一対の電気スイッチのそれぞれは、電力グリッド波形が所与の時点で正であるか又は負であるかによって、例えば、遮断スイッチとして動作するように、反対の「方向」に「背合わせ（back-to-back）」で電気的に直列に結合された電気スイッチにより構成されることを理解されたい。示すように、電気スイッチ５１４、５１６は、電気接続部５７４で、互いに及びインダクタ５２４に電気的に結合され、コンデンサ５２０、５２２は、電気接続部５７６で、互いに及び変圧器３０２の第２の巻線４１６の端子５６０に電気的に結合されている。インダクタ５２４は、変圧器３０２の第２の巻線４１６の端子５５８に電気的に更に結合されている。

図５に示すように、アクティブフィルタ３０６は、変圧器３０２の第３の巻線４１８に電気的に結合されている。具体的には、一対の電気スイッチ５２６、５２８と、コンデンサ５３０、５３２を含む容量分圧器とを例示的に含むＤＣ−ＡＣインバータ回路３１８は、電気接続部５７８、５８０で、少なくとも１つのエネルギー蓄積装置３２０（コンデンサとして表される）に電気的に結合されている。より詳細には、電気スイッチ５２６及びコンデンサ５３０は、電気接続部５７８でエネルギー蓄積装置３２０に電気的に結合され、電気スイッチ５２８及びコンデンサ５３２は、電気接続部５８０でエネルギー蓄積装置３２０に電気的に結合されている。更に、電気スイッチ５２６、５２８は、電気接続部５８２で、互いに及び変圧器３０２の第３の巻線４１８の端子５６２に電気的に結合され、コンデンサ５３０、５３２は、電気接続部５８４で、互いに及び変圧器３０２の第３の巻線４１８の端子５６４に電気的に結合されている。図５では、インダクタンス５３４が電気接続部５８２と端子５６２との間に直列に表されているが、インダクタンス５３４は、変圧器３０２からの漏れインダクタンスであり、それゆえにディスクリートインダクタではないことを理解されたい。しかし、インダクタンス５３４は、他の実施形態では、代替的又は付加的にディスクリートインダクタから生じてよい。

電力伝送は、インバータ１０６の３つのポート（すなわち、ＤＣ−ＡＣインバータ３００、サイクロコンバータ３０４、及び／又はアクティブフィルタ３０６）の間で、パルス幅変調を使用して特定のポートの位相角を変えることによって達成され得ることを理解されたい。しかし、そのような技術の使用は、例えば半導体が切り替わるときに、コモンモード電圧をもたらす。例えば、アクティブフィルタ３０６が切り替わるとき、そのポートでの入出力接続は反転し、その結果、コモンモード電圧をもたらし得る。上記のように、インバータ１０６は、共通基準電気相互接続部３２４を含み、この相互接続部３２４は、コモンモード電圧を、スイッチング周波数の周波数に等しい周波数を有する正弦波の電圧に制限するように機能する。図５の例示的な実施形態では、共通基準電気相互接続部３２４が電気接続部５６８、５７６、５８４のそれぞれに電気的に結合されていることにより、それらの接続部５６８、５７６、５８４は、同じノード又は電気接続部として機能する。言い換えると、その例示的な実施形態では、３つのポートの容量性レッグが一緒に連結されており、結果として生じるコモンモード電圧を、より扱い易い場合がある正弦波にする。他の実施形態では、共通基準電気相互接続部３２４は、電気接続部５６８、５７６、５８４のうちの２つだけに電気的に結合されてよい。

ここで図６を参照すると、図６の３ポートインバータ６００は、図５のインバータ５００に類似しているが、ＤＣ−ＡＣインバータ回路３１０、３１８は、図６の実施形態では、フルブリッジコンバータ回路として具現化されていることを理解されたい。示すように、例示的なＤＣ−ＡＣインバータ３００は、電気スイッチ６０２、６０４、６０６、６０８と、コンデンサ６１０と、インダクタ５１０とを含む。更に、例示的なサイクロコンバータ３０４は、電気スイッチ６１２、６１４、６１６、６１８と、コンデンサ６２０、６２２と、インダクタ６２４とを含む。例示的なアクティブフィルタ３０６は、電気スイッチ６２６、６２８、６３０、６３２と、コンデンサ６３４と、インダクタンス６３６とを含む。アクティブフィルタ３０６は、図６にコンデンサとして示されている１つ又は複数のエネルギー蓄積装置３２０を更に含む。

例示的なインバータ６００は、電気接続部６５０、６５２でＤＣ電源１０４に電気的に結合されている。より詳細には、電気スイッチ６０２、６０４は、電気接続部６５０でＤＣ電源１０４に電気的に結合され、電気スイッチ６０６、６０８は、電気接続部６５２でＤＣ電源１０４に電気的に結合されている。更に、電気スイッチ６０２、６０６は、電気接続部６５４で、互いに及びコンデンサ６１０に電気的に結合され、電気スイッチ６０４、６０８は、電気接続部６５６で、互いに及び変圧器３０２の端子５５６に電気的に結合されている。また、インダクタ５１０が、コンデンサ６１０に及び変圧器３０２の端子５５４に電気的に結合されていることにより、コンデンサ６１０とインダクタ５１０とは、電気接続部６５４と端子５５４との間に電気的に直列に配線されている。

インバータ６００は、電気接続部６５８、６６０でＡＣグリッド１０２に電気的に結合されている。より詳細には、一対の電気スイッチ６１２、６１４及びコンデンサ６２０は、電気接続部６５８でＡＣグリッド１０２に電気的に結合され、一対の電気スイッチ６１６、６１８及びコンデンサ６２２は、電気接続部６６０でＡＣグリッド１０２に電気的に結合されている。それらの一対の電気スイッチのそれぞれは、電力グリッド波形が所与の時点で正であるか又は負であるかによって、例えば、遮断スイッチとして動作するように、反対の「方向」に「背合わせ」で電気的に直列に結合された電気スイッチにより構成されることを理解されたい。示すように、電気スイッチ６１４、６１６は、電気接続部６６２で、互いに及びインダクタ６２４に電気的に結合され、コンデンサ６２０、６２２は、電気接続部６６４で、互いに及び変圧器３０２の第２の巻線４１６の端子５５８に電気的に結合されている。インダクタ６２４は、変圧器３０２の端子５６０に電気的に更に結合されている。

アクティブフィルタ３０６は、変圧器３０２の第３の巻線４１８に電気的に結合されている。より詳細には、電気スイッチ６２６、６２８は、電気接続部６６６で少なくとも１つのエネルギー蓄積装置３２０（コンデンサとして表される）に電気的に結合され、電気スイッチ６３０、６３２は、電気接続部６６８でエネルギー蓄積装置３２０に電気的に結合されている。更に、電気スイッチ６２６、６３０は、電気接続部６７０で、互いに及びコンデンサ６３４に電気的に結合され、電気スイッチ６２８、６３２は、電気接続部６７２で、互いに及び変圧器３０２の端子５６４に電気的に結合されている。使用中、コンデンサ６３４は、比較的大きいキャパシタンスを有してよく、及び／又は、例えばゼロのＤＣ電流オフセットを維持するためにＤＣブロッキングコンデンサとして更に動作してよい。コンデンサ６３４はまた、変圧器３０２の端子５６２に電気的に結合されている。インダクタンス６３６は、図６では、電気接続部６７０と端子５６２との間でコンデンサ６３４に直列に示されているが、インダクタンス６３６は、変圧器３０２からの漏れインダクタンスであり、そのためにディスクリートインダクタではないことを理解されたい。しかし、インダクタンス６３６は、他の実施形態では、代替的又は付加的にディスクリートインダクタから生じてよい。

示すように、図６の例示的なインバータ６００は、共通基準電気相互接続部３２４を含み、この相互接続部３２４が、電気接続部６５６、６６４、６７２のそれぞれに電気的に結合されていることにより、それらの接続部６５６、６６４、６７２が同じノード又は電気接続部として機能する。他の実施形態では、共通基準電気相互接続部３２４は、電気接続部６５６、６６４、６７２のうちの２つだけに電気的に結合されてよい。

ここで図７〜図１２を参照すると、インバータ１０６は、二巻線変圧器３０２を有する３ポートインバータ７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００として具現化され得る。具体的には、インバータ７００、８００、９００がハーフブリッジコンバータ回路を利用するようなインバータを示す一方、インバータ１０００、１１００、１２００は、フルブリッジコンバータ回路を利用するようなインバータを示す。具体的には、インバータ７００、８００、９００のそれぞれのＤＣ−ＡＣインバータ３００、サイクロコンバータ３０４、及びアクティブフィルタ３０６は、ハーフブリッジコンバータ回路を含み、一方、インバータ１０００、１１００、１２００のそれぞれのＤＣ−ＡＣインバータ３００及びアクティブフィルタ３０６は、フルブリッジコンバータ回路を含む。

図７〜図９に示すように、インバータ７００、８００、９００のＤＣ−ＡＣインバータ３００は、電気スイッチ７０２、７０４と、コンデンサ７０６、７０８とを含む。サイクロコンバータ３０４は、電気スイッチ７１０、７１２、７１４、７１６と、コンデンサ７１８、７２０と、インダクタ７２２とを含む。更に、アクティブフィルタ３０６は、電気スイッチ７２４、７２６と、コンデンサ７２８、７３０とを含む。アクティブフィルタ３０６は、図７〜図９ではコンデンサとして示されている１つ又は複数のエネルギー蓄積装置３２０を更に含む。上記のように、ＤＣ−ＡＣインバータ３００は、変圧器３０２の第１の巻線４１４に電気的に（端子５５４、５５６で）結合されている。また、サイクロコンバータ３０４及びアクティブフィルタ３０６のそれぞれは、変圧器３０２の第２の巻線４１６に電気的に（端子５５８、５６０で）結合されている。

例示的なインバータ７００、８００、９００は、電気接続部７５０、７５２でＤＣ電源１０４に電気的に結合されている。より詳細には、電気スイッチ７０２及びコンデンサ７０６は、電気接続部７５０でＤＣ電源１０４に電気的に結合され、電気スイッチ７０４及びコンデンサ７０８は、電気接続部７５２でＤＣ電源１０４に電気的に結合されている。更に、電気スイッチ７０２、７０４は、電気接続部７５４で、互いに及び変圧器３０２の端子５５４に電気的に結合され、コンデンサ７０６、７０８は、電気接続部７５６で、互いに及び変圧器３０２の端子５５６に電気的に結合されている。インダクタンス７３２は、図７〜図９では電気接続部７５４及び端子５５４に電気的に結合されているように示されているが、インダクタンス７３２は、変圧器３０２からの漏れインダクタンスであり、そのためにディスクリートインダクタではないことを理解されたい。しかし、インダクタンス７３２は、他の実施形態では、代替的又は付加的に、ディスクリートインダクタから生じてよい。

インバータ７００、８００、９００は、電気接続部７５８、７６０でＡＣグリッド１０２に電気的に結合されている。より詳細には、一対の電気スイッチ７１０、７１２及びコンデンサ７１８は、電気接続部７５８でＡＣグリッド１０２に電気的に結合され、一対の電気スイッチ７１４、７１６及びコンデンサ７２０は、電気接続部７６０でＡＣグリッド１０２に電気的に結合されている。それらの一対の電気スイッチのそれぞれは、電力グリッド波形が所与の時点で正であるか又は負であるかによって、例えば、遮断スイッチとして動作するように、反対の「方向」に「背合わせ」で電気的に直列に結合された電気スイッチにより構成されることを理解されたい。示すように、電気スイッチ７１２、７１４は、電気接続部７６２で、互いに及びインダクタ７２２に電気的に結合され、コンデンサ７１８、７２０は、電気接続部７６４で、互いに及び変圧器３０２の第２の巻線４１６の端子５６０に電気的に結合されている。インダクタ７２２は、電気接続部７６６で変圧器３０２の第２の巻線４１６の端子５５８に電気的に更に結合されている。

図７〜図９に示すように、アクティブフィルタ３０６は、変圧器３０２の第２の巻線４１６に電気的に結合されている。具体的には、一対の電気スイッチ７２４、７２６と、コンデンサ７２８、７３０を含む容量分圧器とを例示的に含むＤＣ−ＡＣインバータ回路３１８は、電気接続部７６８、７７０で少なくとも１つの（コンデンサとして表された）エネルギー蓄積装置３２０に電気的に結合されている。より詳細には、電気スイッチ７２６及びコンデンサ７２８は、電気接続部７６８でエネルギー蓄積装置３２０に電気的に結合され、電気スイッチ７２６及びコンデンサ７３０は、電気接続部７７０でエネルギー蓄積装置３２０に電気的に結合されている。更に、電気スイッチ７２４、７２６は、電気接続部７６６で、互いに及び変圧器３０２の端子５５８に電気的に結合され、コンデンサ７２８、７３０は、電気接続部７６４で、互いに及び変圧器３０２の端子５６０に電気的に結合されている。

上記のように、ＰＷＭ及び／又は他の半導体スイッチング技術の使用は、コモンモード電圧をもたらし得る。インバータ８００は、共通基準電気相互接続部３２４を含み、この相互接続部３２４は、コモンモード電圧を、スイッチング周波数の周波数に等しい周波数を有する正弦波の電圧に制限するのに役立つ。同様に、インバータ７００、９００はまた、共通基準電気相互接続部３２４を含み、この相互接続部３２４は、インバータ７００、９００が、スイッチング周波数で主に正弦波の電圧から利益を得ることを可能にする。より詳細には、ＤＣ−ＡＣインバータ３００でのスイッチングは、一般にスイッチングコモンモードｄｖ／ｄｔをもたらすが、電圧振幅は、変圧器３０２の高圧側（例えばＡＣグリッド１０２のグリッド電圧）に比べて比較的低く（例えばＤＣ電源１０４からおよそ６０Ｖ）あり得、それによって、ほとんど正弦波の電圧を可能にする。

より詳細には、図７の例示的なインバータ７００は、共通基準電気相互接続部３２４を含み、この相互接続部３２４が、ＤＣ−ＡＣインバータ３００の電気接続部７５２及びサイクロコンバータ３０４の電気接続部７６０に電気的に結合されていることにより、それらの接続部７５２、７６０は、同じノード又は電気接続部として機能する。図８に示すように、インバータ８００は、共通基準電気相互接続部を含み、この相互接続部が、電気接続部７５６、７６４に電気的に結合されていることにより、それらの接続部７５６、７６０は、同じノード又は電気接続部として機能する。図９に示すように、インバータ９００のＤＣ−ＡＣインバータ３００は、コンデンサ９０２、９０４を有する容量分圧器を含む。示すように、コンデンサ９０２は、電気接続部７５０に電気的に結合され、コンデンサ９０４は、電気接続部７５２に電気的に結合されている。更に、コンデンサ９０２、９０４は、共通基準電気相互接続部３２４を介して電気接続部７６０で、互いに及びサイクロコンバータ３０４に電気的に結合されている。

図１０〜図１２に示すように、インバータ１０００、１１００、１２００のＤＣ−ＡＣインバータ３００は、電気スイッチ１００２、１００４、１００６、１００８と、コンデンサ１０１０と、インダクタ１０１２とを含む。サイクロコンバータ３０４は、電気スイッチ１０１４、１０１６、１０１８、１０２０と、コンデンサ１０２２、１０２４と、インダクタ１０２６とを含む。更に、アクティブフィルタ３０６は、電気スイッチ１０２８、１０３０、１０３２、１０３４と、コンデンサとして図１０〜図１２に示されている１つ又は複数のエネルギー蓄積装置３２０とを含む。上記のように、ＤＣ−ＡＣインバータ３００は、変圧器３０２の第１の巻線４１４に電気的に（端子５５４、５５６で）結合されている。また、サイクロコンバータ３０４及びアクティブフィルタ３０６のそれぞれは、変圧器３０２の第２の巻線４１６に電気的に（端子５５８、５６０で）結合されている。

例示的なインバータ１０００、１１００、１２００は、電気接続部１０５０、１０５２でＤＣ電源１０４に電気的に結合されている。より詳細には、電気スイッチ１００２、１００４は、電気接続部１０５０でＤＣ電源１０４に電気的に結合され、電気スイッチ１００６、１００８は、電気接続部１０５２でＤＣ電源１０４に電気的に結合されている。更に、電気スイッチ１００２、１００６は、電気接続部１０５４で、互いに及びコンデンサ１０１０に電気的に結合され、電気スイッチ１００４、１００８は、電気接続部１０５６で、互いに及び変圧器３０２の端子５５６に電気的に結合されている。また、インダクタンス１０１２は、コンデンサ１０１０及び変圧器３０２の端子５５４に電気的に結合されていることにより、コンデンサ１０１０及びインダクタンス１０１２は、電気接続部１０５４と端子５５４との間に電気的に直列に配線されている。特定の実施形態によっては、インダクタンス１０１２は、ディスクリートインダクタ及び／又は変圧器３０２からの漏れインダクタンスを表し得ることを理解されたい。

インバータ１０００、１１００、１２００は、電気接続部１０５８、１０６０でＡＣグリッド１０２に電気的に結合されている。より詳細には、一対の電気スイッチ１０１４、１０１６及びコンデンサ１０２２は、電気接続部１０５８でＡＣグリッド１０２に電気的に結合され、一対の電気スイッチ１０１８、１０２０及びコンデンサ１０２４は、電気接続部１０６０でＡＣグリッド１０２に電気的に結合されている。それらの一対の電気スイッチのそれぞれは、電力グリッド波形が所与の時点で正であるか又は負であるかによって、例えば、遮断スイッチとして動作するように、反対の「方向」に「背合わせ（back-to-back）」で電気的に直列に結合された電気スイッチにより構成されることを理解されたい。示すように、電気スイッチ１０１６、１０１８は、電気接続部１０６２で、互いに及びインダクタ１０２６に電気的に結合され、コンデンサ１０２２、１０２４は、電気接続部１０６４で、互いに及び変圧器３０２の第２の巻線４１６の端子５６０に電気的に結合されている。インダクタ１０２６は、電気接続部１０６６で変圧器３０２の第２の巻線４１６の端子５５８に電気的に更に結合されている。

図１０〜図１２に示すように、アクティブフィルタ３０６は、変圧器３０２の第２の巻線４１６に電気的に結合されている。具体的には、電気スイッチ１０２８、１０３０、１０３２、１０３４のセットを例示的に含むＤＣ−ＡＣインバータ回路３１８が、電気接続部１０６８、１０７０で少なくとも１つの（コンデンサとして表された）エネルギー蓄積装置３２０に電気的に結合されている。より詳細には、電気スイッチ１０２８、１０３０は、電気接続部１０６８でエネルギー蓄積装置３２０に電気的に結合され、電気スイッチ１０３２、１０３４は、電気接続部１０７０でエネルギー蓄積装置３２０に電気的に結合されている。更に、電気スイッチ１０２８、１０３２は、電気接続部１０６６で、互いに及び変圧器３０２の端子５５８に電気的に結合され、電気スイッチ１０３０、１０３４は、電気接続部１０６４で、互いに及び変圧器３０２の端子５６０に電気的に結合されている。

示すように、図１０の例示的なインバータ１０００は、共通基準電気相互接続部３２４を含み、この相互接続部３２４が、ＤＣ−ＡＣインバータ３００の電気接続部１０５２及びサイクロコンバータ３０４の電気接続部１０６０に電気的に結合されていることにより、それらの接続部１０５２、１０６０は、同じノード又は電気接続部として機能する。図１１に示すように、インバータ１１００は、共通基準電気相互接続部を含み、この相互接続部が、電気接続部１０５６、１０６４に電気的に結合されていることにより、それらの接続部１０５６、１０６４は、同じノード又は電気接続部として機能する。図１２に示すように、インバータ１２００のＤＣ−ＡＣインバータ３００は、コンデンサ１２０２、１２０４を有する容量分圧器を含む。示すように、コンデンサ１２０２は、電気接続部１０５０に電気的に結合され、コンデンサ１２０４は、電気接続部１０５２に電気的に結合されている。更に、コンデンサ１２０２、１２０４は、共通基準電気相互接続部３２４を介して電気接続部１０６０で、互いに及びサイクロコンバータ３０４に電気的に結合されている。

本明細書で説明される電気スイッチのそれぞれは、例示的な実施形態ではＭＯＳＦＥＴであるが、他の種類のトランジスタ又は電気スイッチが、他の実施形態で使用されてよい。いくつかのＭＯＳＦＥＴでは、ソース金属化物は、ＦＥＴ構造の頂部のＮドーピング領域とＰドーピング領域とを接続し得、ＭＯＳＦＥＴのドレインとソースとの間にダイオードを形成し、このダイオードは、対応する電気スイッチのそれぞれのためのボディダイオードとして表される。いくつかの実施形態では、インバータ１０６は、１つ又は複数の他の種類のトランジスタ（例えばバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）など）又はサイリスタを利用してよいことを理解されたい。

本明細書で説明された装置、回路、及び方法の様々な特徴から生じる本開示の複数の利点が存在する。本開示の装置、回路、及び方法の代替的な実施形態は、説明された特徴の全てを含まなくてよいが、それでもそのような特徴の利点のうちの少なくともいくつかから利益を享受し得ることに留意されたい。当業者であれば、本開示の１つ又は複数の特徴を組み込み、そして添付のクレームによって規定されるような本発明の趣旨及び範囲内にある装置、回路、及び方法についての自身の実装を容易に考案し得るであろう。

本明細書で説明された装置、回路、及び方法の様々な特徴から生じる本開示の複数の利点が存在する。本開示の装置、回路、及び方法の代替的な実施形態は、説明された特徴の全てを含まなくてよいが、それでもそのような特徴の利点のうちの少なくともいくつかから利益を享受し得ることに留意されたい。当業者であれば、本開示の１つ又は複数の特徴を組み込み、そして添付のクレームによって規定されるような本発明の趣旨及び範囲内にある装置、回路、及び方法についての自身の実装を容易に考案し得るであろう。
（項目１）
直流（ＤＣ）電源からの入力ＤＣ波形を、交流（ＡＣ）グリッドへの伝送のための出力ＡＣ波形に変換するためのインバータであって、上記インバータは、
第１の巻線、第２の巻線、及び第３の巻線を含む三巻線変圧器と、
上記変圧器の上記第１の巻線に電気的に結合されたＤＣ−ＡＣインバータであって、上記ＤＣ−ＡＣインバータは、上記第１の巻線で、上記入力ＤＣ波形を、上記変圧器に伝送されるＡＣ波形に変換するように適合されている、ＤＣ−ＡＣインバータと、
上記変圧器の上記第２の巻線に電気的に結合されたサイクロコンバータであって、上記サイクロコンバータは、上記変圧器の上記第２の巻線で受け取られたＡＣ波形を、上記ＡＣグリッドのグリッド周波数を有する上記出力ＡＣ波形に変換するように適合されている、サイクロコンバータと、
上記変圧器の上記第３の巻線に電気的に結合されたアクティブフィルタであって、上記アクティブフィルタは、上記ＤＣ電源と上記ＡＣグリッドとの間の電力の不整合に基づいて、１つ又は複数のエネルギー蓄積装置によって電力を吸収及び供給するように適合されている、アクティブフィルタと、を備え、
上記ＤＣ−ＡＣインバータ、上記サイクロコンバータ、又は上記アクティブフィルタのうちの少なくとも２つは、共通基準電気相互接続部を介して電気的に結合されている、インバータ。
（項目２）
上記ＤＣ−ＡＣインバータ、上記サイクロコンバータ、及び上記アクティブフィルタのそれぞれは、上記共通基準電気相互接続部に電気的に結合されている、項目１に記載のインバータ。
（項目３）
上記ＤＣ−ＡＣインバータは、ハーフブリッジインバータ回路と、上記ハーフブリッジインバータ回路と電気的に結合された容量分圧器とを備える、項目１又は２に記載のインバータ。
（項目４）
上記第１の巻線は、第１の端子と、第２の端子とを含み、
上記ハーフブリッジインバータ回路は、第１のノードで第２の電気スイッチに電気的に結合された第１の電気スイッチを備え、
上記容量分圧器は、第２のノードで第２のコンデンサ及び上記第１の端子に電気的に結合された第１のコンデンサを備え、
上記ＤＣ−ＡＣインバータは、上記第２の端子及び上記第１のノードに電気的に直列に結合されたインダクタを備える、項目３に記載のインバータ。
（項目５）
上記ＤＣ−ＡＣインバータは、上記第２のノードで上記共通基準電気相互接続部に電気的に結合されている、項目４に記載のインバータ。
（項目６）
上記サイクロコンバータは、電気スイッチのセットと、上記電気スイッチのセットと電気的に結合された容量分圧器とを備える、項目１から５の何れか一項に記載のインバータ。
（項目７）
上記第２の巻線は、第１の端子と、第２の端子とを含み、
上記電気スイッチのセットは、第１のノードで電気スイッチの第２のサブセットに電気的に結合された電気スイッチの第１のサブセットを備え、
上記容量分圧器は、第２のノードで第２のコンデンサ及び上記第１の端子に電気的に結合された第１のコンデンサを備え、
上記サイクロコンバータは、上記第２の端子及び上記第１のノードに電気的に直列に結合されたインダクタを備える、項目６に記載のインバータ。
（項目８）
上記サイクロコンバータは、上記第２のノードで上記共通基準電気相互接続部に電気的に結合されている、項目７に記載のインバータ。
（項目９）
上記電気スイッチの第１のサブセット及び上記電気スイッチの第２のサブセットのそれぞれは、電気的に直列に結合された一対の遮断スイッチからなる、項目７又は８に記載のインバータ。
（項目１０）
上記アクティブフィルタは、少なくとも１つのエネルギー蓄積装置と、ハーフブリッジスイッチング回路と、上記少なくとも１つのエネルギー蓄積装置及び上記ハーフブリッジスイッチング回路に電気的に結合された容量分圧器とを備える、項目１から９の何れか一項に記載のインバータ。
（項目１１）
上記第３の巻線は、第１の端子と、第２の端子とを含み、
上記ハーフブリッジスイッチング回路は、第１のノードで第２の電気スイッチ及び上記第１の端子に電気的に結合された第１の電気スイッチを備え、
上記容量分圧器は、第２のノードで第２のコンデンサ及び上記第２の端子に電気的に結合された第１のコンデンサを備える、項目１０に記載のインバータ。
（項目１２）
上記アクティブフィルタは、上記第２のノードで上記共通基準電気相互接続部に電気的に結合されている、項目１１に記載のインバータ。
（項目１３）
直流（ＤＣ）電源からの入力ＤＣ波形を、交流（ＡＣ）グリッドへの伝送のための出力ＡＣ波形に変換するためのインバータであって、上記インバータは、
第１の巻線及び第２の巻線を含む変圧器と、
上記変圧器の上記第１の巻線に電気的に結合されたＤＣ−ＡＣインバータであって、上記ＤＣ−ＡＣインバータは、上記第１の巻線で、上記ＤＣ波形を、上記変圧器に伝送されるＡＣ波形に変換するように適合されている、ＤＣ−ＡＣインバータと、
第１の接続部を介して上記変圧器の上記第２の巻線に、及び共通基準電気相互接続部を介して上記ＤＣ−ＡＣインバータに電気的に結合されたサイクロコンバータであって、上記サイクロコンバータは、上記変圧器の上記第２の巻線で受け取られたＡＣ波形を、上記ＡＣグリッドのグリッド周波数を有する上記出力ＡＣ波形に変換するように適合されている、サイクロコンバータと、
上記変圧器の上記第２の巻線に電気的に結合されたアクティブフィルタであって、上記アクティブフィルタは、上記ＤＣ電源と上記ＡＣグリッドとの間の電力の不整合に基づいて、１つ又は複数のエネルギー蓄積装置によって電力を吸収及び供給するように適合されている、アクティブフィルタと、
を備える、インバータ。
（項目１４）
上記サイクロコンバータは、電気スイッチのセットと、上記電気スイッチのセットと電気的に結合された容量分圧器とを備える、項目１３に記載のインバータ。
（項目１５）
上記第２の巻線は、第１の端子と、第２の端子とを含み、
上記電気スイッチのセットは、第１のノードで電気スイッチの第２のサブセットに電気的に結合された電気スイッチの第１のサブセットを備え、
上記容量分圧器は、第２のノードで第２のコンデンサ及び上記第１の端子に電気的に結合された第１のコンデンサを備え、
上記サイクロコンバータは、上記第２の端子及び上記第１のノードに電気的に直列に結合されたインダクタを備える、項目１４に記載のインバータ。
（項目１６）
上記アクティブフィルタは、少なくとも１つのエネルギー蓄積装置と、ハーフブリッジスイッチング回路と、上記少なくとも１つのエネルギー蓄積装置及び上記ハーフブリッジスイッチング回路に電気的に結合された第２の容量分圧器とを備える、項目１５に記載のインバータ。
（項目１７）
上記ハーフブリッジスイッチング回路は、共通のノードで上記インダクタ及び上記第２の端子に電気的に結合された第１の電気スイッチ及び第２の電気スイッチを備え、
上記第２の容量分圧器は、上記第２のノードで上記第１の端子に電気的に結合された第３のコンデンサ及び第４のコンデンサを備える、項目１６に記載のインバータ。
（項目１８）
直流（ＤＣ）電源からの入力ＤＣ波形を、交流（ＡＣ）グリッドへの伝送のための出力ＡＣ波形に変換するためのインバータであって、上記インバータは、
プロセッサ及びメモリを有するコントローラと、
第１の巻線及び第２の巻線を含む変圧器と、
上記変圧器の上記第１の巻線に電気的に結合されたＤＣ−ＡＣインバータであって、上記ＤＣ−ＡＣインバータは、上記第１の巻線で、上記ＤＣ波形を、上記変圧器に伝送されるＡＣ波形に変換するように適合されている、ＤＣ−ＡＣインバータと、
上記変圧器の上記第２の巻線に、及び共通基準電気相互接続部を介して上記ＤＣ−ＡＣインバータに電気的に結合されたサイクロコンバータであって、上記サイクロコンバータは、上記変圧器の上記第２の巻線で受け取られたＡＣ波形を、上記ＡＣグリッドのグリッド周波数を有する上記出力ＡＣ波形に変換するように適合されている、サイクロコンバータと、
上記変圧器の上記第２の巻線に電気的に結合され、複数の電気スイッチ及び１つ又は複数のエネルギー蓄積装置を備えるアクティブフィルタと、を備え、
上記コントローラは、上記アクティブフィルタの上記複数の電気スイッチのスイッチングサイクルを制御して、上記ＤＣ電源と上記ＡＣグリッドとの間の電力の不整合に基づいて、上記１つ又は複数のエネルギー蓄積装置によって電力を吸収及び供給するように適合されている、インバータ。
（項目１９）
上記コントローラは、ゼロ電圧スイッチングを使用して、上記複数の電気スイッチのスイッチングサイクルを制御するように適合されている、項目１８に記載のインバータ。
（項目２０）
上記ＤＣ電源は、光起電力モジュールを備える、項目１８又は１９に記載のインバータ。

Claims (20)

1. 直流（ＤＣ）電源からの入力ＤＣ波形を、交流（ＡＣ）グリッドへの伝送のための出力ＡＣ波形に変換するためのインバータであって、前記インバータは、
   第１の巻線、第２の巻線、及び第３の巻線を含む三巻線変圧器と、
   前記変圧器の前記第１の巻線に電気的に結合されたＤＣ−ＡＣインバータであって、前記ＤＣ−ＡＣインバータは、前記第１の巻線で、前記入力ＤＣ波形を、前記変圧器に伝送されるＡＣ波形に変換するように適合されている、ＤＣ−ＡＣインバータと、
   前記変圧器の前記第２の巻線に電気的に結合されたサイクロコンバータであって、前記サイクロコンバータは、前記変圧器の前記第２の巻線で受け取られたＡＣ波形を、前記ＡＣグリッドのグリッド周波数を有する前記出力ＡＣ波形に変換するように適合されている、サイクロコンバータと、
   前記変圧器の前記第３の巻線に電気的に結合されたアクティブフィルタであって、前記アクティブフィルタは、前記ＤＣ電源と前記ＡＣグリッドとの間の電力の不整合に基づいて、１つ又は複数のエネルギー蓄積装置によって電力を吸収及び供給するように適合されている、アクティブフィルタと、を備え、
   前記ＤＣ−ＡＣインバータ、前記サイクロコンバータ、又は前記アクティブフィルタのうちの少なくとも２つは、共通基準電気相互接続部を介して電気的に結合されている、インバータ。
2. 前記ＤＣ−ＡＣインバータ、前記サイクロコンバータ、及び前記アクティブフィルタのそれぞれは、前記共通基準電気相互接続部に電気的に結合されている、請求項１に記載のインバータ。
3. 前記ＤＣ−ＡＣインバータは、ハーフブリッジインバータ回路と、前記ハーフブリッジインバータ回路と電気的に結合された容量分圧器とを備える、請求項１又は２に記載のインバータ。
4. 前記第１の巻線は、第１の端子と、第２の端子とを含み、
   前記ハーフブリッジインバータ回路は、第１のノードで第２の電気スイッチに電気的に結合された第１の電気スイッチを備え、
   前記容量分圧器は、第２のノードで第２のコンデンサ及び前記第１の端子に電気的に結合された第１のコンデンサを備え、
   前記ＤＣ−ＡＣインバータは、前記第２の端子及び前記第１のノードに電気的に直列に結合されたインダクタを備える、請求項３に記載のインバータ。
5. 前記ＤＣ−ＡＣインバータは、前記第２のノードで前記共通基準電気相互接続部に電気的に結合されている、請求項４に記載のインバータ。
6. 前記サイクロコンバータは、電気スイッチのセットと、前記電気スイッチのセットと電気的に結合された容量分圧器とを備える、請求項１から５の何れか一項に記載のインバータ。
7. 前記第２の巻線は、第１の端子と、第２の端子とを含み、
   前記電気スイッチのセットは、第１のノードで電気スイッチの第２のサブセットに電気的に結合された電気スイッチの第１のサブセットを備え、
   前記容量分圧器は、第２のノードで第２のコンデンサ及び前記第１の端子に電気的に結合された第１のコンデンサを備え、
   前記サイクロコンバータは、前記第２の端子及び前記第１のノードに電気的に直列に結合されたインダクタを備える、請求項６に記載のインバータ。
8. 前記サイクロコンバータは、前記第２のノードで前記共通基準電気相互接続部に電気的に結合されている、請求項７に記載のインバータ。
9. 前記電気スイッチの第１のサブセット及び前記電気スイッチの第２のサブセットのそれぞれは、電気的に直列に結合された一対の遮断スイッチからなる、請求項７又は８に記載のインバータ。
10. 前記アクティブフィルタは、少なくとも１つのエネルギー蓄積装置と、ハーフブリッジスイッチング回路と、前記少なくとも１つのエネルギー蓄積装置及び前記ハーフブリッジスイッチング回路に電気的に結合された容量分圧器とを備える、請求項１から９の何れか一項に記載のインバータ。
11. 前記第３の巻線は、第１の端子と、第２の端子とを含み、
    前記ハーフブリッジスイッチング回路は、第１のノードで第２の電気スイッチ及び前記第１の端子に電気的に結合された第１の電気スイッチを備え、
    前記容量分圧器は、第２のノードで第２のコンデンサ及び前記第２の端子に電気的に結合された第１のコンデンサを備える、請求項１０に記載のインバータ。
12. 前記アクティブフィルタは、前記第２のノードで前記共通基準電気相互接続部に電気的に結合されている、請求項１１に記載のインバータ。
13. 直流（ＤＣ）電源からの入力ＤＣ波形を、交流（ＡＣ）グリッドへの伝送のための出力ＡＣ波形に変換するためのインバータであって、前記インバータは、
    第１の巻線及び第２の巻線を含む変圧器と、
    前記変圧器の前記第１の巻線に電気的に結合されたＤＣ−ＡＣインバータであって、前記ＤＣ−ＡＣインバータは、前記第１の巻線で、前記ＤＣ波形を、前記変圧器に伝送されるＡＣ波形に変換するように適合されている、ＤＣ−ＡＣインバータと、
    第１の接続部を介して前記変圧器の前記第２の巻線に、及び共通基準電気相互接続部を介して前記ＤＣ−ＡＣインバータに電気的に結合されたサイクロコンバータであって、前記サイクロコンバータは、前記変圧器の前記第２の巻線で受け取られたＡＣ波形を、前記ＡＣグリッドのグリッド周波数を有する前記出力ＡＣ波形に変換するように適合されている、サイクロコンバータと、
    前記変圧器の前記第２の巻線に電気的に結合されたアクティブフィルタであって、前記アクティブフィルタは、前記ＤＣ電源と前記ＡＣグリッドとの間の電力の不整合に基づいて、１つ又は複数のエネルギー蓄積装置によって電力を吸収及び供給するように適合されている、アクティブフィルタと、
    を備える、インバータ。
14. 前記サイクロコンバータは、電気スイッチのセットと、前記電気スイッチのセットと電気的に結合された容量分圧器とを備える、請求項１３に記載のインバータ。
15. 前記第２の巻線は、第１の端子と、第２の端子とを含み、
    前記電気スイッチのセットは、第１のノードで電気スイッチの第２のサブセットに電気的に結合された電気スイッチの第１のサブセットを備え、
    前記容量分圧器は、第２のノードで第２のコンデンサ及び前記第１の端子に電気的に結合された第１のコンデンサを備え、
    前記サイクロコンバータは、前記第２の端子及び前記第１のノードに電気的に直列に結合されたインダクタを備える、請求項１４に記載のインバータ。
16. 前記アクティブフィルタは、少なくとも１つのエネルギー蓄積装置と、ハーフブリッジスイッチング回路と、前記少なくとも１つのエネルギー蓄積装置及び前記ハーフブリッジスイッチング回路に電気的に結合された第２の容量分圧器とを備える、請求項１５に記載のインバータ。
17. 前記ハーフブリッジスイッチング回路は、共通のノードで前記インダクタ及び前記第２の端子に電気的に結合された第１の電気スイッチ及び第２の電気スイッチを備え、
    前記第２の容量分圧器は、前記第２のノードで前記第１の端子に電気的に結合された第３のコンデンサ及び第４のコンデンサを備える、請求項１６に記載のインバータ。
18. 直流（ＤＣ）電源からの入力ＤＣ波形を、交流（ＡＣ）グリッドへの伝送のための出力ＡＣ波形に変換するためのインバータであって、前記インバータは、
    プロセッサ及びメモリを有するコントローラと、
    第１の巻線及び第２の巻線を含む変圧器と、
    前記変圧器の前記第１の巻線に電気的に結合されたＤＣ−ＡＣインバータであって、前記ＤＣ−ＡＣインバータは、前記第１の巻線で、前記ＤＣ波形を、前記変圧器に伝送されるＡＣ波形に変換するように適合されている、ＤＣ−ＡＣインバータと、
    前記変圧器の前記第２の巻線に、及び共通基準電気相互接続部を介して前記ＤＣ−ＡＣインバータに電気的に結合されたサイクロコンバータであって、前記サイクロコンバータは、前記変圧器の前記第２の巻線で受け取られたＡＣ波形を、前記ＡＣグリッドのグリッド周波数を有する前記出力ＡＣ波形に変換するように適合されている、サイクロコンバータと、
    前記変圧器の前記第２の巻線に電気的に結合され、複数の電気スイッチ及び１つ又は複数のエネルギー蓄積装置を備えるアクティブフィルタと、を備え、
    前記コントローラは、前記アクティブフィルタの前記複数の電気スイッチのスイッチングサイクルを制御して、前記ＤＣ電源と前記ＡＣグリッドとの間の電力の不整合に基づいて、前記１つ又は複数のエネルギー蓄積装置によって電力を吸収及び供給するように適合されている、インバータ。
19. 前記コントローラは、ゼロ電圧スイッチングを使用して、前記複数の電気スイッチのスイッチングサイクルを制御するように適合されている、請求項１８に記載のインバータ。
20. 前記ＤＣ電源は、光起電力モジュールを備える、請求項１８又は１９に記載のインバータ。

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