JP5339643B2 - 改良型ｄｃバス調節器 - Google Patents

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Description

（関連出願に対する相互参照）
本願は、２００８年１１月１２日に出願された米国仮特許出願第１２／２６９，７０３号に対する優先権を主張し、これは、本明細書に、参照することにより全体的に組み込まれている。
（技術分野）
本開示は、一般的にパワー送信ネットワークに関する。より具体的には、本開示はＤＣパワーシステムを１つ以上のＡＣまたはＤＣ発電機から作動させることに関する。さらにより具体的には、本開示はＡＣおよびＤＣパワーネットワーク間のエネルギー移動の調節に関する。
（本発明の背景）
パワー送信ネットワークは、ＡＣシステム、ＤＣシステムまたはこの２つの組み合わせから構成され得る。ＡＣパワーネットワークは、従来世界中で用いられてきた。しかしＤＣパワーネットワークは一定の利点を有する。ＤＣパワーネットワークは、パワーシステムにリアクタンスを導入しないので、デザインおよびインプリメントすることがより容易である。実際のパワーのみが送信されるので、発生器からより良い効率性がＤＣシステムにおいて達成され得る。加えて、ＤＣパワー供給の作動周波数は０Ｈｚなので、パワー供給の並列処理化が単純である。そのため、追加の供給または負荷をネットワーク上に持ち込むときに、同期化が要求されない。
ＡＣパワーネットワークの従来の使用は、長距離に渡るＡＣパワーの送信および変圧器を用いて電圧変化を扱うことの容易さの結果である。しかし、孤立した環境におけるような短距離に渡っては、ＤＣパワー送信ネットワークは、上記で説明した理由によって、有益であり得る。今日利用可能なハイパワーの発生器は典型的にはＡＣパワーを発生させる。そのため、ＡＣ発生器によりパワー供給されるＤＣ送信ネットワークの作動は、ＡＣ−ＤＣおよびその逆からの変換を要求する。
パワーネットワークの信頼のおける作動は、多くの電子システム、例えば、ドリリングプラットホーム上または船舶上のスラスターを作動させる船舶上などの電子システムの重大な要素である。掘削船舶は海洋中で錨を下ろして停泊することはないが、海洋中で所望の位置を維持するためにダイナミックに制御される。スラスターは、掘削装置の特定の許容誤差内で位置を維持するために用いられる。スラスターは、さまざまな回転スピードと羽根の方位角を有し得るプロペラ駆動装置である。これらのスラスターは、掘削船舶上のパワー供給により作動させられる。パワー供給のいずれの故障も、掘削装置の許容誤差から船舶が置き換わることにつながり得る。そのような場合、掘削装置は、パワー供給が修復され、掘削船舶の位置が正された後に、機械的に連結がはずされ、再び連結されることが必要となり得る。
信頼のおけるパワー供給を促進させる１つの方法は、ＤＣバスを、スラスターおよび他のコンポーネントにパワーを供給するために使用することである。そのようなパワー送信システムが図１に明示される。そのようなシステムにおいて、パワー供給は、一般的に、ＡＣ−ＤＣ変換器に連結されたＡＣ発生器から構成される。ＡＣ−ＤＣ変換器は、パワーをＡＣ発生器から中間のＤＣバスへ配置する。中間のＤＣバスは、ＤＣ発生器またはバッテリーバックアップシステムで増加され得る。掘削船舶上の各モーターまたはスラスターは、中間のＤＣバスを使用する他のデバイスと同様に、ＤＣ−ＡＣ変換器を通って中間のＤＣバスへ連結される。
図１は、複数のＡＣ電圧発生システムをさまざまな負荷に連結させる従来のＤＣ電圧バスを描写したブロックダイヤグラムである。パワーシステム１００は、発生器１０２を含む。発生器１０２は、断路器１０６を通って、ＡＣバス１０４に連結する。断路器１０６は、発生器１０２が必要なくなったか、またはうまく作用しなくなったときに、バスから取り除かれることが可能である。線１１０への送信のためのパワーを調整するために、ＡＣバス１０４は変圧器１０８へ連結する。ＡＣ−ＤＣ変換器１１２は線１１０に連結し、中間のＤＣバス１２０への出力のためにＡＣパワーをＤＣパワーへ変換する。ＤＣバス１２０にＤＣ−ＡＣ変換器１３０は連結される。ＤＣ−ＡＣ変換器１３０は、ＤＣパワーを、ほとんどのコンポーネントが用いるようにデザインされているＡＣパワーへ変換する。ＤＣ−ＡＣ変換器１３０に線１３２が連結され、線１３２には負荷が接続され得る。モーター１３４は線１３２へ連結され、モーター１３４は、例えば、スラスターであり得る。加えて、変圧器１３５が、負荷１３６に対するパワーを調整するために、線１３２へ連結される。負荷１３６は、例えば、電球であり得る。
ＡＣ発生器からパワーを中間のＤＣバスへ配置するために必要なＡＣ−ＤＣ変換器をインプリメントするいくつかの方法がある。これらの方法は、従来、ダイオード、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）またはトランジスタのどちらかの使用を採用する。
ＡＣ−ＤＣパワー変換のための１つの装置は、ダイオード整流器（またはダイオードパック）である。一般に知られるダイオード整流器のいくつかの形態がある。１つの典型的なダイオード整流器は、全波ダイオード整流器である。掘削船舶上のＡＣパワーシステムは、６ダイオード整流器の構成が典型的には用いられるように、典型的には３相波形を使用する。ダイオードのアノードにおける電圧が、ダイオードのカソードにおける電圧よりも大きかったときのみ、ダイオードは電流を伝導する。図２は、３相ＡＣパワーのための従来のダイオード全波整流器を描写した概略図である。ダイオード整流器２００は、３相ＡＣソース２０２から入力を受け入れる。整流器２００は、第一相を整流するダイオード２０４、第二相を整流するダイオード２０６および第三相を整流するダイオード２０８を含む。正のＡＣサイクルおよび負のＡＣサイクルの両方から出力を発生させるために、各場合で、２つのダイオードが必要である。ダイオード２０４、ダイオード２０６およびダイオード２０８は、ＡＣソース２０２とＤＣバス２１０の間に連結される。ＤＣバス２１０上の電圧リプルを平均化するために、コンデンサー２１２は、ＤＣバス２１０に連結される。整流器２００は単一の整流器配列として示されるが、１つのパワー容量のいくつかの個別の配列が、より高パワー容量を有する整流器２００を作り出すために並列に配置され得る。
ダイオード整流器はさまざまな納入業者から市販で入手可能であるか、または個別に購入したダイオードを配列することにより組み立てられ得る。ダイオード整流器の利点は、コンポーネントの低コストである。個別のダイオードおよび完全な整流器は、ハイパワー構成、つまり数メガワット（ＭＷ）の割に、比較的安価である。ダイオードは、また、他の入手可能な、同等なパワー負荷のソリューションと比較して、比較的小さなデバイスである。しかし、ダイオード整流器は出力電圧または出力電流を調節する能力を有さない。加えて、ダイオード整流器は１方向のみにしか伝導しない。
ダイオード整流器からの出力電圧または電流を調節できないことの結果として、ＳＣＲ（サイリスタ整流器としても公知）が広く代わりに用いられる。図３は、３相ＡＣ−ＤＣ変換のための、ＳＣＲの従来の配列を描写した概略図である。ＳＣＲパック３００は、３相ＡＣソース３０２からの入力を受け入れる。ＳＣＲパック３００は、第一相を変換するＳＣＲ３０４、第二相を変換するＳＣＲ３０６および第三相を変換するＳＣＲ３０８を含む。各個別のＳＣＲは、入力を受け入れるゲート端子３０５を含む。各場合において、正のＡＣサイクルおよび負のＡＣサイクルの両方から出力を発生させるために、２つのＳＣＲが必要とされる。ＳＣＲ３０４、ＳＣＲ３０６およびＳＣＲ３０８はＡＣソース３０２およびＤＣバス３１０に連結される。ＤＣバス３１０上のリプルを平均化するために、コンデンサー３１２は、ＤＣバス３１０に連結される。ＳＣＲパック３００はＳＣＲ配列として示される一方で、１つのパワー容量のいくつかの個別の配列が、より高パワー容量を有するＳＣＲパック３００を作り出すために並列に配置され得る。
ＡＣサイクルでＳＣＲがオンに切り替わると、ゲート端子３０５を通して制御することにより、ＳＣＲで出力電流が調節され得る。ＳＣＲは、また、低コスト、小サイズおよびダイオードの信頼性を提供する。ＳＣＲの不利益な点は、ＡＣパワー供給と同期の際に必ず生じる、ゆっくりとした切り替わり時間である。結果として、ＳＣＲは、パワーシステムの不安定さの間経験されるパワー負荷変化を扱うのによく適していない。加えて、一度ＳＣＲがゲート端子３０５を通してオンとなると、ＳＣＲはゲート端子３０５を通してオフにならない場合がある。
ＡＣ−ＤＣパワー変換に対して、トランジスタはさらに別のソリューションを提供する。図４は、３相ＡＣ−ＤＣパワー変換に対するトランジスタの従来の配列を描写した概略図である。トランジスタパック４００は、３相ＡＣソース４０２からの入力を受け入れる。トランジスタパック４００は、第一相を変換するトランジスタ４０４、第二相を変換するトランジスタ４０６および第三相を変換するトランジスタ４０８を含む。加えて、トランジスタ４０４が、トランジスタ４０４に渡って展開し得、パワー送信回路を完全にし得る電圧を損なうことから守るため、ダイオード４０５はトランジスタ４０４に対して両側を連結される。このセットアップはトランジスタ４０６に連結されたダイオード４０７およびトランジスタ４０８に連結されたダイオード４０９に対して繰り返される。誘導器４０３は、トランジスタ４０４、トランジスタ４０６およびトランジスタ４０８に到達する前にパワーを調整する。トランジスタ４０４、トランジスタ４０６、トランジスタ４０８はＡＣソース４０２およびＤＣバス４１０に連結される。コンデンサー４１２は、ＤＣバス４１０上のリプルを平均化するために、ＤＣバス４１０に連結される。トランジスタパック４００はトランジスタ配列として示される一方で、１つのパワー容量のいくつかの個別の配列が、より高パワー容量を有するトランジスタパック４００を作り出すために並列に配置され得る。
トランジスタは、オンタイミングおよびオフタイミングを制御する能力と同様に、ＳＣＲより速い切り替え特徴を有し、このことは、実際の負荷からの過渡的な結果のもと、トランジスタをより良いソリューションとする。加えて、トランジスタは変換器を通して両方向にパワーが流れることを可能にする。これは、パワーがＤＣバスからＡＣバスへ戻されることを可能にする。複数のトランジスタに基づいた変換デバイスが、大きな負荷を扱うために並列に配置されることが典型的に要求される。トランジスタは、ダイオードおよびＳＣＲと比較して高価なデバイスであり、有意により広いスペース量を占める。加えて、トランジスタはもろく、簡単に壊れる。
そのため、トランジスタの速い切り替え能力を有し、ダイオードまたはＳＣＲの低コスト、耐久性、および狭いフットプリントを有するパワーシステムの必要性がある。
（本発明の簡単な概要）
ＡＣバスおよびＤＣバスをインターフェイスで接続する装置は、ＡＣバスに連結され、かつＤＣバスに連結された１つ以上のトランジスタのセットと、ＡＣバスに連結され、かつＤＣバスに連結された１つ以上のダイオードのセットと、１つ以上のトランジスタのセットを流れる電流を調節し、１つ以上のダイオードのセットを流れる電流を調節するように構成されている１つ以上のトランジスタのセットに連結されたマイクロコントローラーとを含む。マイクロコントローラーは、ＤＣバス上の電圧を調節することにより、１つ以上のダイオードのセットを通る電流を調節するように構成され得る。マイクロコントローラーは、ＤＣバスのパワー負荷が第一のパワーレンジ内であるとき、実質的に全パワーが１つ以上のトランジスタのセットを流れるために、１つ以上のトランジスタのセットおよび１つ以上のダイオードのセットを流れる電流を調節するように、また、構成され得る。１つ以上のトランジスタのセットは、第一の全パワー容量を有し得、１つ以上のダイオードのセットは、第二の全パワー容量を有し得、第一の全パワー容量は、第二の全パワー容量より少なく、第一のパワーレンジは、ゼロと、部分的には第一の全パワー容量に基づいてダイナミックに選択されたレベルとの間にあり得る。装置は、また、１つ以上のパワー消費またはパワー格納デバイスのセットと、ＤＣバスおよび１つ以上のパワー消費デバイスのセットに連結されたスイッチとを含み得、マイクロコントローラーは、１つ以上のパワー消費またはパワー格納デバイスのセットへのパワー送信を調節するようにさらに構成されている。１つ以上のパワー消費デバイスのセットは、抵抗器を含み得る。１つ以上のパワー消費デバイスのセットは、コンデンサーを含み得る。１つ以上のトランジスタのセットは、１つ以上のトランジスタパックを含み得、各トランジスターパックは、別個のユニットとして作動するように構成されている。装置は、また、トランジスタパックが直接ＡＣバスに連結されないように、前記ＡＣバスとトランジスタパックの１つとの間に配列されたスイッチを含み得、そのスイッチは、ＡＣバス、ＡＣ負荷デバイスおよびトランジスタパックに連結され、交互に、トランジスタパックをＡＣバスまたはＡＣ負荷デバイスに連結させるように構成されており、トランジスタパックは、ＡＣバスおよびＤＣバスに連結されたとき、ＡＣ−ＤＣパワー変換を行い、ＤＣバスおよびＡＣ負荷デバイスに連結されたとき、ＤＣ−ＡＣパワー変換を行うように構成されている。
ＡＣバスおよびＤＣバスをインタフェースで接続する装置は、ＡＣバスに連結され、かつＤＣバスに連結された１つ以上のトランジスタのセットと、ＡＣバスに連結され、かつＤＣバスに連結された１つ以上のＳＣＲのセットと、１つ以上のトランジスタのセットを流れる電流を調節し、１つ以上のＳＣＲのセットを流れる電流を調節するように構成されている、１つ以上のトランジスタのセットに連結された第一のマイクロコントローラーとを含む。第一のマイクロコントローラーは、ＤＣバス上の電圧を調節することにより、１つ以上のＳＣＲのセットを通る電流を調節するように構成され得る。第一のマイクロコントローラーは、ＳＣＲのゲートを制御することにより、１つ以上のＳＣＲのセットを通る電流をさらに調節し得る。装置は、また、１つ以上のＳＣＲに連結された第二のマイクロコントローラーを含み得、第一のマイクロコントローラーは、第二のマイクロコントローラーに信号を送ることにより、１つ以上のＳＣＲのセットを通る電流を調節する。マイクロコントローラーは、ＤＣバスのパワー負荷が第一のパワーレンジ内であるとき、実質的に全パワーが１つ以上のトランジスタのセットを流れるために、１つ以上のトランジスタのセットおよび１つ以上のＳＣＲのセットを流れる電流を調節するように構成され得る。１つ以上のトランジスタのセットは、第一の全パワー容量を有し得、１つ以上のＳＣＲのセットは、第二の全パワー容量を有し得、第一の全パワー容量は、第二の全パワー容量より少なく、第一のパワーレンジは、ゼロと、部分的には第一の全パワー容量に基づいてダイナミックに選択されたレベルとの間にある。装置は、また、１つ以上のパワー消費デバイスのセットと、ＤＣバスおよび１つ以上のパワー消費デバイスのセットに連結されたスイッチとを含み得、第一のマイクロコントローラーは、１つ以上のパワー消費デバイスのセットへのパワー送信を調節するようにさらに構成されている。１つ以上のパワー消費デバイスのセットは、抵抗器を含み得る。１つ以上のパワー消費デバイスのセットは、コンデンサーを含み得る。
１つ以上の発生器のセットに連結されたＡＣバスをＤＣバスにインターフェイスで接続する方法は、第一の全パワー容量を有する１つ以上のトランジスタのセットをＡＣバスおよびＤＣバスに連結することと、第二の全パワー容量を有する１つ以上のダイオードのセットをＡＣバスおよびＤＣバスに連結することと、ＤＣバスのパワー負荷が第一のパワーレンジ内であるとき、実質的に全パワーが１つ以上のトランジスタのセットを流れるように、１つ以上のトランジスタのセットおよび１つ以上のダイオードのセットを流れる電流を調節することとを含み、第一の全パワー容量は実質的には１つ以上の発生器のセットの全パワー容量より小さい。第一のパワーレンジは、少なくとも部分的には、１つ以上の発生器、ＡＣバスおよびＤＣバスを含む全システムがより安定しないと知られるパワーレンジに対応するために、選択され得る。第一のパワーレンジはゼロとレベルの間であり得る。このレベルは、部分的には、第一の全パワー容量に基づいてダイナミックに選ばれ得る。このレベルは、部分的には、１つ以上の発生器の容量によりダイナミックに選ばれ得る。電流を調節するステップは、ＤＣバス上の電圧を調節することを含み得る。方法は、また、スイッチを通して、ＤＣバスを１つ以上のパワー消費または格納デバイスのセットに連結することと、ＤＣバスのパワー負荷が第二のレベルを超えているとき、１つ以上のパワー消費または格納デバイスのセットを流れる電流を調節することとを含み得る。第二のレベルは、部分的には第一の全パワー容量に基づいてダイナミックに選ばれ得る。
ＡＣ−ＤＣおよびＤＣ−ＡＣパワー変換するための装置は、１つ以上のトランジスタパックのセットと、トランジスタパックがＡＣバスに直接連結されないように、ＡＣバスとトランジスタパックの１つとの間に配列されたスイッチとを含む。各トランジスタパックは、ＡＣバスおよびＤＣバスに連結された別個のユニットとして作動するように構成さている。スイッチは、ＡＣバス、ＡＣ負荷デバイスおよびトランジスタパックに連結され、トランジスタパックをＡＣバスまたはＡＣ負荷デバイスに交互に連結させるように構成されている。トランジスタパックは、ＡＣバスおよびＤＣバスに連結されたとき、ＡＣ−ＤＣパワー変換を行い、ＤＣバスおよびＡＣ負荷デバイスに連結されたとき、ＤＣ−ＡＣパワー変換を行うように構成されている。装置は、また、第二のトランジスタパックが直接ＡＣバスに連結されないように、ＡＣバスとトランジスタパックの第二のトランジスタパックとの間に配列された第二のスイッチを含み得る。スイッチは、ＡＣバス、ＡＣ負荷デバイスおよび第二のトランジスタパックに連結され、第二のトランジスタパックをＡＣバスまたはＡＣ負荷デバイスに交互に連結させるように構成されている。第二のトランジスタパックは、ＡＣバスおよびＤＣバスに連結されたとき、ＡＣ−ＤＣパワー変換を行い、ＤＣバスおよびＡＣ負荷デバイスに連結されたとき、ＤＣ−ＡＣパワー変換を行うように構成されている。
ＡＣバスおよびＤＣバスをインタフェースで接続する装置は、ＡＣバスに連結され、かつＤＣバスに連結された１つ以上のトランジスタのセットと、ＡＣバスに連結され、かつＤＣバスに連結された１つ以上のＳＣＲのセットと、１つ以上のトランジスタのセットを流れる電流を調節し、１つ以上のＳＣＲのセットを流れる電流を調節するように構成されている１つ以上のトランジスタのセットに連結されたマイクロコントローラーとを含む。マイクロコントローラーは、ＤＣバス上の電圧を調節することにより、１つ以上のＳＣＲのセットを通る電流を調節するように構成され得る。マイクロコントローラーは、ＤＣバスのパワー負荷が第一のパワーレンジ内であるとき、実質的に全パワーが１つ以上のトランジスタのセットを流れるように、１つ以上のトランジスタのセットおよび１つ以上のＳＣＲのセットを流れる電流を調節するように構成され得る。１つ以上のトランジスタのセットは、第一の全パワー容量を有し得、１つ以上のＳＣＲのセットは、第二の全パワー容量を有し得、第一の全パワー容量は、第二の全パワー容量より少なく、第一のパワーレンジは、ゼロと、部分的には第一の全パワー容量に基づいてダイナミックに選択されたレベルとの間にある。装置は、また、１つ以上のパワー消費またはパワー格納デバイスのセットと、ＤＣバスおよび１つ以上のパワー消費デバイスのセットに連結されたスイッチとを含み得、マイクロコントローラーは、１つ以上のパワー消費またはパワー格納デバイスのセットへのパワー送信を調節するようにさらに構成されている。１つ以上のパワー消費デバイスのセットは、抵抗器を含み得る。１つ以上のパワー消費デバイスのセットは、コンデンサーを含み得る。１つ以上のトランジスタのセットは、１つ以上のトランジスタパックを含み得、各トランジスタパックは、別個のユニットとして作動するように構成されている。装置は、また、トランジスタパックがＡＣバスに直接連結されないように、ＡＣバスとトランジスタパックの１つとの間に配列されたスイッチを含み得、スイッチは、ＡＣバス、ＡＣ負荷デバイスおよびトランジスタパックに連結され、トランジスタパックをＡＣバスまたはＡＣ負荷デバイスに交互に連結させるように構成されている。トランジスタパックは、ＡＣバスおよびＤＣバスに連結されたとき、ＡＣ−ＤＣパワー変換を行い、ＤＣバスおよびＡＣ負荷デバイスに連結されたとき、ＤＣ−ＡＣパワー変換を行うように構成されている。
ＡＣバスおよびＤＣバスをインタフェースで接続する装置は、ＡＣバスに連結され、かつＤＣバスに連結された１つ以上のトランジスタのセットと、ＡＣバスに連結され、かつＤＣバスに連結された１つ以上のＳＣＲのセットと、１つ以上のトランジスタのセットを流れる電流を調節し、１つ以上のＳＣＲのセットを流れる電流を調節するように構成されている、１つ以上のトランジスタのセットに連結された第一のマイクロコントローラーとを含む。第一のマイクロコントローラーは、ＤＣバス上の電圧を調節することにより、１つ以上のＳＣＲのセットを通る電流を調節するように構成され得る。第一のマイクロコントローラーは、ＳＣＲのゲートを制御することにより、１つ以上のＳＣＲのセットを通る電流をさらに調節し得る。装置は、また、１つ以上のＳＣＲに連結された第二のマイクロコントローラーを含み得、第一のマイクロコントローラーは、第二のマイクロコントローラーに信号を送ることにより、１つ以上のＳＣＲのセットを通る電流を調節する。マイクロコントローラーは、ＤＣバスのパワー負荷が第一のパワーレンジ内であるとき、実質的に全パワーが１つ以上のトランジスタのセットを流れるために、１つ以上のトランジスタのセットおよび１つ以上のＳＣＲのセットを流れる電流を調節するように構成され得る。１つ以上のトランジスタのセットは、第一の全パワー容量を有し得、１つ以上のＳＣＲのセットは、第二の全パワー容量を有し得、第一の全パワー容量は、第二の全パワー容量より小さく、第一のパワーレンジは、ゼロと、部分的には第一の全パワー容量に基づいてダイナミックに選ばれたレベルとの間にある。装置は、また、１つ以上のパワー消費デバイスのセットと、ＤＣバスおよび１つ以上のパワー消費デバイスのセットに連結されたスイッチとを含み得、第一のマイクロコントローラーは、１つ以上のパワー消費デバイスのセットへのパワー送信を調節するようにさらに構成されている。１つ以上のパワー消費デバイスのセットは、抵抗器を含み得る。１つ以上のパワー消費デバイスのセットは、コンデンサーを含み得る。
１つ以上の発生器のセットに連結されたＡＣバスをＤＣバスにインターフェイスで接続する方法は、第一の全パワー容量を有する１つ以上のトランジスタのセットをＡＣバスおよびＤＣバスに連結することと、第二の全パワー容量を有する１つ以上のＳＣＲのセットをＡＣバスおよびＤＣバスに連結することと、ＤＣバスのパワー負荷が第一のパワーレンジ内であるとき、実質的に全パワーが１つ以上のトランジスタのセットを流れるように、１つ以上のトランジスタのセットおよび１つ以上のＳＣＲのセットを流れる電流を調節することとを含む。第一の全パワー容量は実質的には、１つ以上の発生器の全パワー容量より小さい。第一のパワーレンジは、少なくとも部分的には、１つ以上の発生器、ＡＣバスおよびＤＣバスを含む全システムがより安定しないと知られるパワーレンジに対応するために、選択され得る。第一のパワーレンジはゼロとレベルの間であり得る。このレベルは、部分的には、第一の全パワー容量に基づいてダイナミックに選ばれ得る。このレベルは、部分的には、１つ以上の発生器の容量に基づいてダイナミックに選ばれ得る。電流を調節するステップは、ＤＣバス上の電圧を調節することを含み得る。方法は、また、スイッチを通して、ＤＣバスを１つ以上のパワー消費または格納デバイスのセットに連結することと、ＤＣバスのパワー負荷が第二のレベルを超えているとき、１つ以上のパワー消費または格納デバイスのセットを流れる電流を調節することとを含み得る。第二のレベルは、部分的には第一の全パワー容量に基づいてダイナミックに選ばれ得る。
ＡＣ−ＤＣおよびＤＣ−ＡＣパワー変換するための装置は、１つ以上のトランジスタパックのセットと、トランジスタパックがＡＣバスに直接連結されないように、ＡＣバスとトランジスタパックの１つとの間に配列されたスイッチとを含む。各トランジスタパックは、ＡＣバスおよびＤＣバスに連結された別個のユニットとして作動するように構成さている。スイッチは、ＡＣバス、ＡＣ負荷デバイスおよびトランジスタパックに連結され、トランジスタパックをＡＣバスまたはＡＣ負荷デバイスに交互に連結させるように構成されている。トランジスタパックは、ＡＣバスおよびＤＣバスに連結されたとき、ＡＣ−ＤＣパワー変換を行い、ＤＣバスおよびＡＣ負荷デバイスに連結されたとき、ＤＣ−ＡＣパワー変換を行うように構成されている。装置は、また、第二のトランジスタパックが直接ＡＣバスに連結されないように、ＡＣバスとトランジスタパックの第二のトランジスタパックとの間に配列された第二のスイッチを含み得る。スイッチは、ＡＣバス、ＡＣ負荷デバイスおよび第二のトランジスタパックに連結され、第二のトランジスタパックをＡＣバスまたはＡＣ負荷デバイスに交互に連結させるように構成されている。第二のトランジスタパックは、ＡＣバスおよびＤＣバスに連結されたとき、ＡＣ−ＤＣパワー変換を行い、ＤＣバスおよびＡＣ負荷デバイスに連結されたとき、ＤＣ−ＡＣパワー変換を行うように構成されている。
ＡＣ発生器、ＡＣ負荷およびＤＣバスとともに用いる装置は、ＡＣ−ＤＣパワー変換およびＤＣ−ＡＣパワー変換を行うように構成されているトランジスタパックと、ＡＣ発生器、ＡＣ負荷、ＤＣバスおよびトランジスタパックの第一の入力に連結されている第一のスイッチと、ＡＣ発生器、ＡＣ負荷、ＤＣバスおよびトランジスタパックの第二の入力に連結されている第二のスイッチと、マイクロコントローラーを含む。トランジスタパックは少なくとも第一の入力および第二の入力を含む。第一のスイッチは、トランジスタパックの第一の入力をＡＣ発生器、ＡＣ負荷またはＤＣバスに接続するように配列されている。第二のスイッチは、トランジスタパックの第二の入力をＡＣ発生器、ＡＣ負荷またはＤＣバスに接続するように配列されている。マイクロコントローラーは、第一の例において、第一のスイッチおよび第二のスイッチが、トランジスタパックがＡＣ発生器からのＡＣパワーをＤＣバスのためのＤＣパワーへ変換し得るように、トランジスタパックの第一および第二の入力を接続するよう命令し、第二の例において、第一のスイッチおよび第二のスイッチが、トランジスタパックがＤＣバスからのＤＣパワーをＡＣ負荷のためのＡＣパワーへ変換し得るように、トランジスタパックの第一および第二の入力を接続するように命令するように構成されている。マイクロコントローラーは、ＡＣ発生器からのＡＣパワーをＤＣバスのためのＤＣパワーへ変換し得るように、第一のスイッチが、トランジスタパックの第一の入力をＡＣ発生器に接続するように命令するように構成され得、第二のスイッチが、トランジスタパックの第二の入力をＤＣバスへ接続するように命令するように構成され得る。マイクロコントローラーは、トランジスタパックが、ＤＣバスからのＤＣパワーをＡＣ負荷のためのＡＣパワーへ変換し得るように、第一のスイッチが、トランジスタパックの第一の入力をＤＣバスに接続するように命令するようにさらに構成され得、第二のスイッチが、トランジスタパックの第二の入力をＡＣ負荷へ接続するように命令するように構成され得る。
発生器、負荷、ＤＣバスと一緒にＡＣ−ＤＣ、ＤＣ−ＡＣまたはＤＣ−ＤＣ変換を行うことが可能なトランジスタパックを用いる方法は、トランジスタパックがＡＣ−ＤＣまたはＤＣ−ＤＣ変換を行い得るように、トランジスタパックを発生器およびＤＣバスへ連結させることを含む。方法は、また、トランジスタパックがＤＣ−ＡＣ変換またはＤＣ−ＤＣ変換を行い得るように、トランジスタパックをＤＣバスおよび負荷へ連結させることを含む。
例えば、本発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
ＡＣバスおよびＤＣバスをインターフェイスで接続する装置であって、該装置は、
該ＡＣバスに連結され、かつ該ＤＣバスに連結された１つ以上のトランジスタのセットと、
該ＡＣバスに連結され、かつ該ＤＣバスに連結された１つ以上のダイオードのセットと、
該１つ以上のトランジスタのセットを流れる電流を調節し、該１つ以上のダイオードのセットを流れる電流を調節するように構成されている、該１つ以上のトランジスタのセットに連結されたマイクロコントローラーと
を含む、装置。
（項目２）
項目１の装置であって、上記マイクロコントローラーは、上記ＤＣバス上の電圧を調節することにより、上記１つ以上のダイオードのセットを通る電流を調節するように構成されている、装置。
（項目３）
項目１の装置であって、上記マイクロコントローラーは、上記ＤＣバスのパワー負荷が第一のパワーレンジ内であるとき、実質的に全パワーが上記１つ以上のトランジスタのセットを流れるように、該１つ以上のトランジスタのセットおよび上記１つ以上のダイオードのセットを流れる電流を調節するように構成されている、装置。
（項目４）
項目３の装置であって、上記１つ以上のトランジスタのセットは、第一の全パワー容量を有し、上記１つ以上のダイオードのセットは、第二の全パワー容量を有し、該第一の全パワー容量は、該第二の全パワー容量より少なく、上記第一のパワーレンジは、ゼロと、部分的には該第一の全パワー容量に基づいて選択された第一レベルとの間にある、装置。
（項目５）
項目１の装置であって、該装置は、
１つ以上のパワー消費またはパワー格納デバイスのセットと、
上記ＤＣバスおよび該１つ以上のパワー消費デバイスのセットに連結されたスイッチと
をさらに含み、
上記マイクロコントローラーは、該１つ以上のパワー消費またはパワー格納デバイスのセットへのパワー送信を調節するようにさらに構成されている、装置。
（項目６）
項目５の装置であって、上記１つ以上のパワー消費デバイスのセットは、抵抗器を含む、装置。
（項目７）
項目５の装置であって、上記１つ以上のパワー消費デバイスのセットは、コンデンサーを含む、装置。
（項目８）
項目１の装置であって、上記１つ以上のトランジスタのセットは、１つ以上のトランジスタパックを含み、各トランジスターパックは、別個のユニットとして作動するように構成されており、該装置は、
該トランジスタパックが直接ＡＣバスに連結されないように、上記ＡＣバスと該トランジスタパックの１つとの間に配列されたスイッチであって、該スイッチは、該ＡＣバス、ＡＣ負荷デバイスおよび該トランジスタパックに連結され、該スイッチは、該トランジスタパックを該ＡＣバスまたは該ＡＣ負荷デバイスに交互に連結させるように構成されている、スイッチ
をさらに含み、
該トランジスタパックは、該ＡＣバスおよび上記ＤＣバスに連結されたとき、ＡＣ−ＤＣパワー変換を行い、該ＤＣバスおよび該ＡＣ負荷デバイスに連結されたとき、ＤＣ−ＡＣパワー変換を行うように構成されている、装置。
（項目９）
ＡＣバスおよびＤＣバスをインタフェースで接続する装置であって、該装置は、
該ＡＣバスに連結され、かつ該ＤＣバスに連結された１つ以上のトランジスタのセットと、
該ＡＣバスに連結され、かつ該ＤＣバスに連結された１つ以上のＳＣＲのセットと、
該１つ以上のトランジスタのセットを流れる電流を調節し、該１つ以上のＳＣＲのセットを流れる電流を調節するように構成されている、該１つ以上のトランジスタのセットに連結された第一のマイクロコントローラーと
を含む、装置。
（項目１０）
項目９の装置であって、上記第一のマイクロコントローラーは、上記ＤＣバス上の電圧を調節することにより、上記１つ以上のＳＣＲのセットを通る電流を調節するように構成されている、装置。
（項目１１）
項目１０の装置であって、上記第一のマイクロコントローラーは、上記ＳＣＲのゲートを制御することにより、上記１つ以上のＳＣＲのセットを通る電流をさらに調節する、装置。
（項目１２）
項目１１の装置であって、該装置は、
上記１つ以上のＳＣＲに連結された第二のマイクロコントローラー
をさらに含み、
上記第一のマイクロコントローラーは、該第二のマイクロコントローラーに信号を送ることにより、該１つ以上のＳＣＲのセットを通る電流を調節する、装置。
（項目１３）
項目９の装置であって、上記マイクロコントローラーは、上記ＤＣバスのパワー負荷が第一のパワーレンジ内であるとき、実質的に全パワーが上記１つ以上のトランジスタのセットを流れるように、該１つ以上のトランジスタのセットおよび上記１つ以上のＳＣＲのセットを流れる電流を調節するように構成されている、装置。
（項目１４）
項目９の装置であって、上記１つ以上のトランジスタのセットは、第一の全パワー容量を有し、上記１つ以上のＳＣＲのセットは、第二の全パワー容量を有し、該第一の全パワー容量は、該第二の全パワー容量より少なく、上記第一のパワーレンジは、ゼロと、部分的には該第一の全パワー容量に基づいて選択されたレベルとの間にある、装置。
（項目１５）
項目９の装置であって、該装置は、
１つ以上のパワー消費デバイスのセットと、
上記ＤＣバスおよび該１つ以上のパワー消費デバイスのセットに連結されたスイッチと
をさらに含み、
上記第一のマイクロコントローラーは、該１つ以上のパワー消費デバイスのセットへのパワー移動を調節するようにさらに構成されている、装置。
（項目１６）
項目１５の装置であって、上記１つ以上のパワー消費デバイスのセットは、抵抗器を含む、装置。
（項目１７）
項目１５の装置であって、上記１つ以上のパワー消費デバイスのセットは、コンデンサーを含む、装置。
（項目１８）
１つ以上の発生器のセットに連結されたＡＣバスをＤＣバスにインターフェイスで接続する方法であって、該方法は、
第一の全パワー容量を有する１つ以上のトランジスタのセットを該ＡＣバスおよび該ＤＣバスに連結することと、
第二の全パワー容量を有する１つ以上のＳＣＲのセットを該ＡＣバスおよび該ＤＣバスに連結することと、
該ＤＣバスのパワー負荷が第一のパワーレンジ内であるとき、実質的に全パワーが該１つ以上のトランジスタのセットを流れるように、該１つ以上のトランジスタのセットおよび該１つ以上のＳＣＲのセットを流れる電流を調節することと
を含む、方法。
（項目１９）
項目１８の方法であって、上記電流を調節するステップは、上記ＤＣバス上の電圧を調節することを含む、方法。
（項目２０）
項目１８の方法であって、該方法は、
スイッチを通して、上記ＤＣバスを１つ以上のパワー消費または格納デバイスのセットに連結することと、
該ＤＣバスのパワー負荷が第二のレベルを超えているとき、該１つ以上のパワー消費または格納デバイスのセットを流れる電流を調節することと
をさらに含む、方法。
（項目２１）
ＡＣ−ＤＣパワー変換およびＤＣ−ＡＣパワー変換のための装置であって、該装置は、
１つ以上のトランジスタパックのセットであって、各トランジスタパックは、ＡＣバスおよびＤＣバスに連結された別個のユニットとして作動するように構成されている、１つ以上のトランジスタパックのセットと、
該トランジスタパックが該ＡＣバスに直接的に連結されないように、該ＡＣバスと該トランジスタパックの１つとの間に配列されたスイッチであって、該スイッチは、該ＡＣバス、ＡＣ負荷デバイスおよび該トランジスタパックに連結され、該スイッチは、該トランジスタパックを該ＡＣバスまたは該ＡＣ負荷デバイス交互に連結させるように構成されている、スイッチと
を含み、
該トランジスタパックは、該ＡＣバスおよび該ＤＣバスに連結されたとき、ＡＣ−ＤＣパワー変換を行い、該ＤＣバスおよび該ＡＣ負荷デバイスに連結されたとき、ＤＣ−ＡＣパワー変換を行うように構成されている、装置。
（項目２２）
項目２１の装置であって、該装置は、
第二のトランジスタパックが上記ＡＣバスに直接的に連結されないように、該ＡＣバスと該トランジスタパックの第二の１つとの間に配列された第二のスイッチであって、該スイッチは、該ＡＣバス、ＡＣ負荷デバイスおよび該第二のトランジスタパックに連結され、該スイッチは、該第二のトランジスタパックを該ＡＣバスまたは該ＡＣ負荷デバイスに交互に連結させるように構成されている、スイッチ
をさらに含み、
該第二のトランジスタパックは、該ＡＣバスおよび上記ＤＣバスに連結されたとき、ＡＣ−ＤＣパワー変換を行い、該ＤＣバスおよび該ＡＣ負荷デバイスに連結されたとき、ＤＣ−ＡＣパワー変換を行うように構成されている、装置。



（図面の簡単な説明）
本発明のより完全な理解のために、ここで添付の図に関連して取られた以下の説明を参照する。
図１は、複数のＡＣ電圧発生システムをさまざまな負荷へ連結させる従来のＤＣ電圧バスを描写したブロックダイヤグラムである。 図２は、従来の６ダイオード全波ダイオード整流器を描写した概略図である。 図３は、ＡＣ−ＤＣ変換のためのＳＣＲの従来の配列を描写した概略図である。 図４は、トランジスタの従来の配列を描写した概略図である。 図５は、本発明の１つの実施形態に従って、パワー変換システムにより経験される異なる作動領域を描写したグラフである。 図６は、本発明の１つの実施形態に従って、トランジスタパックおよびダイオードパックを用いた例示的なＤＣバス調節器を描写した概略図である。 図７は、本発明の１つの実施形態に従って、トランジスタパックおよびＳＣＲパックを用いた例示的なＤＣバス調節器を描写した概略図である。 図８は、本発明の１つの実施形態に従って、抵抗器を用いた例示的なＤＣバス調節器を描写した概略図である。 図９は、本発明の１つの実施形態に従って、抵抗器およびコンデンサーを用いた例示的なＤＣバス調節器を描写した概略図である。 図１０は、本発明の１つの実施形態に従って、ＡＣ−ＤＣ、ＤＣ−ＡＣおよびＤＣ−ＤＣ変換に対するスイングパックを描写したブロックダイヤグラムである。
（本発明の詳細な説明）
ＤＣバス調節器における高速切り替え特性が他のときよりも必要とされるときがある。ある状況下では、負荷計画が予測不可能であり得、パワーシステムの安定を維持するために高速切り替えが必要となる急速な変化を経験し得ることがより起こりやすい。例えば、オフショア掘削装置におけるパワーシステムの場合、負荷がオンライン発生器容量と比較して小さいときには、パワーシステムが不安定になる傾向がある。このような不安定な状況下では、トランジスタの素早い反応時間が望ましい。しかし、パワーシステムが安定しているとき、高速切り替えは要求されなくともよい。トランジスタの高速切り替えが必要とされない場合、ダイオードまたはＳＣＲはパワー変換にとってより耐久性があり、費用効果の高い解決方法であり得る。
トランジスタの高速切り替え能力が、例えば、オフショア掘削装置パワーシステムの発生器容量計画と比較して低パワー負荷であるといった、あるシステム状況の間のみ必要とされると認識することにより、システムは、全パワー負荷の一部を扱うことだけが可能なトランジスタを、残りの負荷を扱うダイオードまたはＳＣＲと共に含むようにデザインされ得る。そのため、必要なときに、そのようなハイブリッドシステムは、高速切り替え能力を依然と維持する一方で、同じ全パワー負荷に対して、全てのトランジスタシステムと比較してサイズおよびコストの点で減少され得る。２つの技術は一般に同じ機能を果たすため、そのようなシステムの実現は単に２つの技術を結合することにより可能ではない。むしろ、ハイブリッドシステムの創造は、高速切り替えがより必要であり得るパワー状況と、システムがより安定しそうなパワー状況を認識する制御システムを使用することを要求する。
図５は、本発明の１つの実施形態に従って、オフショア掘削装置パワーシステムにおける例示的なＤＣバス調節器により経験される、異なる作動領域を描写したグラフである。チャート５００は、ｙ軸５０１上のＤＣバス調節器を流れるパワー対ｘ軸５０２上のＤＣバスによるパワー消費をプロットする。線５０３、線５０４、線５０５および線５０６は、例示的なＤＣバス調節器に含まれるトランジスタの全容量を表しており、これは線５０７および線５０８により描写されるシステムの全容量の一部に過ぎない。領域５１は、ＡＣ発生器からＤＣバスへの順方向伝導を覆う。領域５１は２つの作動モードを有する。領域５１１において、トランジスタは順方向伝導である。領域５１２において、トランジスタ容量は、上回られており、より大きな負荷を扱うことを支援するためにダイオードはオンに切り替えられる。領域５２はＤＣバスからＡＣ発生器への逆方向伝導を覆う。領域５２は２つの作動モードを有する。領域５２１において、トランジスタは逆方向伝導において機能する。領域５２２において、トランジスタの容量は、上回られており、抵抗器、または他のパワー消費または格納デバイスのセットがオンに切り替えられることにより、ＤＣバスから追加のパワーを消費する。図５は、１つの例示的な作動グラフを描写している。線５０３、線５０４、線５０５および線５０６は、予め定義されたレベルであり得るか、またはパワーシステムの作動状況に基づいてダイナミックに選ばれ得る。他の代替案が下記で論じられ、当業者は本明細書の教示に基づいた他のものを認識する。
図６は、本発明の１つの実施形態に従って、例示的なＤＣバス調節器が、トランジスタパックおよびダイオードパックを使用することを描写している概略図である。調節器６００は、図５に示される作動グラフをインプリメントするために用いられ得る。調節器６００は、変圧器６０４により調整された３相のＡＣソース６０２からの入力を受け入れる。１つの適用において、ＡＣソース６０２に対する典型的な値は、１１ｋＶであり得る。変圧器６０４は、線６１０および線６２０上に電圧を出力する。線６１０および線６２０に対する典型的な値は６００Ｖであるが、それらは等しい必要はない。トランジスタパック６１２は線６１０およびＤＣバス６１４に連結され得る。トランジスタパック６１２は、少なくとも部分的には図４のトランジスタパック４００を用いてインプリメントされ得る。ダイオードパック６２２は、線６１０およびＤＣバス６１４に連結され得る。ダイオードパック６２２は、少なくとも部分的には図２のダイオード整流器２００を用いてインプリメントされ得る。マイクロコントローラー６１３は、作動的にトランジスタパック６１２に接続されることにより、トランジスタパック６１２を通る電流の流れと、トランジスタパック６１２の出力電圧とを制御する。マイクロコントローラー６１３は、例えば、プログラマブルマイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）または任意の他の論理デバイスのようなトランジスタパック６１２を制御することが可能な任意の制御システムであり得る。マイクロコントローラー６１３は、トランジスタパック６１２と一体化され得るか、または別個であり得る。別の実施形態において、トランジスタパック６１２は、独立してＤＣバス６１４の電圧を監視し得、トランジスタパック６１２を流れる電流を調節し得る。さらに別の実施形態において、調節器６００に接続された負荷は、将来のパワー需要に関してマイクロコントローラー６１３へ入力を提供するように構成され得る。
図５へ移ると、作動の領域５１１において、調節器６００を通過する全エネルギーの相当な部分がトランジスタパック６１２を通過する。好ましい実施形態において、これは、トランジスタパック６１２を制御するマイクロコントローラー６１３により達成されることにより、ＤＣバス６１４上の電圧は線６２０上の電圧より低いレベルにあり、ダイオードに伝導させない。マイクロコントローラー６１３は、全電流がトランジスタパック６１２を流れるように、または単に相当な部分がトランジスタパック６１２を流れ、より小さい部分がダイオードパック６２２を流れるように、システムを制御し得る。パワー負荷が増加し、作動の領域５１２に入ると、追加のエネルギーがダイオードパック６２２を流れる。これは、好ましい実施形態において、マイクロコントローラー６１３により達成され得る。マイクロコントローラー６１３は、ダイオードパック６２２を通る伝導を可能にするために、ＤＣバス６１４上の電圧を修正するようにトランジスタパック６１２を構成している。作動が再び領域５１１に入ると、マイクロコントローラー６１３は、ダイオードパック６２２を通る伝導を使用不可または実質的に減少させるために、ＤＣバス６１４上の電圧を修正するようにトランジスタパック６１２を構成する。領域５１２で作動しているとき、トランジスタパック６１２を通るパワー伝導が、一部の実施形態において、有意に減少または終了され得る。下記で細かく論じるように、これは、トランジスタパック６１２またはそのある部分が配電ネットワークの他の作動において用いられることを可能にし得る。領域５１１および領域５１２の境界は、利用可能なトランジスタの絶対的な容量である必要はないということは注意されるべきである。むしろ、境界は、調節器６００の利用可能なリソースおよびシステムの作動特徴を考慮に入れた適切な値であり得る。
ＡＣ−ＤＣパワーを変換するシステムの別の実施形態は、トランジスタパックおよびＳＣＲパックを結合する。このデザインの利点は、トランジスタの高速反応時間およびＳＣＲの高容量、低コスト、および制御可能な電流である。ＳＣＲは、ダイオードと同一の最も単純なケースにおいて作動するが、ゲートタイミングを通る電流制御という追加特徴を有する。
図７は、本発明の１つの実施形態に従って、トランジスタパックおよびＳＣＲパックを用いた、例示的なＤＣバス調節器を描写した概略図である。例えば、調節器７００は、図５に描写されたシステムをインプリメントし得る。トランジスタパック６１２は、調節器６００と同様に、線６１０、ＤＣバス６１４へ連結される。ＳＣＲパック７２２は、線６２０へ連結され得、誘導器７２３によって調整した後、図６のダイオードパック６２２の配置と同様に、ＤＣバス６１４へ連結され得る。ＳＣＲパック７２２は、少なくとも部分的には、図３のＳＣＲパック３００を用いて、インプリメントされ得る。作動の領域５１１において、調節器７００を通過する全エネルギーの相当な部分は、トランジスタパック６１２を通過する。好ましい実施形態において、マイクロコントローラー６１３は、ＤＣバス６１４上の電圧を調節するために、トランジスタパック６１２を流れるパワーを制御し得る。１つの実施形態において、マイクロコントローラー６１３は、また、ＳＣＲパック７２２に連結する。マイクロコントローラー６１３は、ＳＣＲパック７２２を流れるパワーを使用可能にするために、ＳＣＲパック７２２におけるＳＣＲのゲートを制御し得る。代替的に、マイクロコントローラー６１３はＳＣＲを制御する第二マイクロコントローラー（描写されていない）を制御し得る。
ＡＣ−ＤＣパワーを変換するシステムの別の実施形態は、トランジスタをダイオードまたはＳＣＲおよび抵抗器に結合する。図６および図７に示されるようなダイオードおよびＳＣＲが、順方向パワーがトランジスタの容量を超えるとき、トランジスタの容量を増加させるために用いられ得る。しかし、ダイオードおよびＳＣＲは、１方向のみに伝導して、逆方向にパワーが流れることを防ぐ。作動領域５２２において、抵抗器、バッテリー、コンデンサーまたは他の格納デバイスが、ＤＣバスからパワーを取り除くために追加され得る。
図８は、本発明の１つの実施形態に従って、抵抗器を用いた例示的なＤＣバス調節器を描写した概略図である。調節器８００は、変圧器６０４によって調整した後、ＡＣソース６０２からの入力を線６１０および線６２０に受け入れる。トランジスタパック６１２は線６１０をＤＣバス６１４に連結させ、ダイオードパック８２２は線６２０をＤＣバス６１４に連結させる。ＳＣＲパックは、図７に描写されるような結果と同様の結果を達成するために、ダイオードパック８２２の代わりに用いられ得る。加えて、トランジスタパック８３２が抵抗器８３４をＤＣバス６１４に連結させる。トランジスタパック８３２は、トランジスタパック６１２で用いられるトランジスタに類似し得るトランジスタで構成され得るか、または必要な作動特徴を有する任意の他の切り替えコンポーネントであり得る。トランジスタパック８３２は、抵抗器８３４を使用可能または使用不可能にさせるために、マイクロコントローラー６１３により制御され得る。図５に描写されるような逆方向パワー作動領域５２１において、パワーはトランジスタパック６１２を通って流れて、ＡＣソース６０２に戻り得る。トランジスタパック６１２のパワー容量に到達したとき、マイクロコントローラー６１３はトランジスタパック８３２を使用可能にし得、パワーが抵抗器８３４に流れ、熱として消散することを可能にする。作動が領域５２１に戻るとき、マイクロコントローラー６１３はトランジスタパック８３２をオフにし得、パワーフローはトランジスタパック６１２を通るときのみに生じる。上記で論じたように、領域５２１および領域５２２の境界は、利用可能なトランジスタの絶対的な容量である必要はない。むしろ、境界は、調節器８００の利用可能なリソースおよびシステムの作動特徴を考慮に入れた適切な値であり得る。
パワーがＤＣバスから取られる必要があるとき、抵抗器はパワー消費を提供するが、パワーは熱消散で失われる。発生器はＤＣバスから取られたエネルギーを発生させるためにリソースを消費するので、後にＤＣバス上へエネルギーが戻され得るような方法でエネルギーを格納することが好ましい。そのような構成は、効率を上げ、パワーシステムに対する発生器を作動するコストを減らし得る。加えて、格納されたエネルギーは、よりダイナミックにパワー負荷における変化に反応し得る。パワー需要の突然の増加は、必要なパワーを発生させるために燃料消費を増やすよう要求する反応時間の長さに起因して、ＡＣ発生器で賄うことが難しい。さらに、ＡＣ発生器の突然の故障は、格納されたパワーにより補われ得るため、発生器からの自律性が維持される。
図９は、本発明の１つの実施形態に従って、逆方向パワー調節に対する抵抗器およびコンデンサーを用いた、例示的なＤＣバス調節器を描写した概略図である。調節器９００は、変圧器６０４によって調整した後、ＡＣソース６０２からの入力を線６１０および線６２０に受け入れる。トランジスタパック６１２は線６１０をＤＣバス６１４に連結させ、ダイオードパック８２２は線６２０をＤＣバス６１４に連結させる。ＳＣＲパックは、同様の結果を達成するために、ダイオードパック８２２の代わりに用いられ得る。加えて、スイッチ９４２はコンデンサー９４４および抵抗器９４６をＤＣバス６１４に連結する。スイッチ９４２は、コンデンサー９４４を使用可能または使用不可能にするためにマイクロコントローラー６１３により制御され得る。加えて、コンデンサー９４４、抵抗器９４６にそれぞれ連結されたスイッチ９５０、スイッチ９５２は、エネルギーがコンデンサー９４４に格納されるか、または抵抗器９４６を通して消散されることを可能にする。逆方向パワー作動領域５２１において、パワーはトランジスタパック６１２を通って流れて、ＡＣソース６０２に戻り得る。トランジスタパック６１２のパワー容量に到達したとき、マイクロコントローラー６１３は９４２を使用可能にし得、パワーがコンデンサー９４４に流れることを可能にする。作動が領域５２１に戻るとき、マイクロコントローラー６１３はスイッチ９４２をオフにし得、流れるパワーはトランジスタパック６１２を通るときにのみ生じる。調節器９００は、また、抵抗器およびコンデンサーの組み合わせを、コンデンサー９４４の代わりに用い得る。さらに、任意の他のエネルギー消散またはエネルギー格納技術が組み合わせで、または回転物体またはバッテリーのようなコンデンサー９４４の代用として用いられ得る。
本開示は３相ＡＣソースを用いて詳細に説明されたが、当業者は、２相または他のＡＣシステム上、またはＤＣ発生器から作動させるために、本適用における本開示を容易に修正し得る。
図１のデザインにおいて、複数のＤＣ−ＡＣ変換器およびＤＣ−ＤＣ変換器が要求されるように、複数のＡＣ−ＤＣ変換器が要求される。例えば、モーター１３４はＡＣパワーにおいて作動し得、そのためＤＣバス上のパワーを、モーター１３４により使用され得る前に、ＡＣに変換し戻すことが必要となる。当業者は、ＤＣ−ＡＣパワー変換が、ＡＣ−ＤＣパワー変換のために用いられるものと類似のコンポーネントを用いて達成され得ることを認識する。例えば、図６、図７、図８および図９に示されるようなトランジスタパック６１２は、ＤＣ−ＡＣ変換を果たすように構成され得る。また、ＤＣ−ＤＣパワー変換は、ＤＣ−ＡＣパワー変換およびＡＣ−ＤＣパワー変換と類似のコンポーネントを用いて達成され得る。
例示的に図５で示される異なる作動領域において、パワーフローはトランジスタからダイオードまたはＳＣＲへ向かうので、もはや使用されていないトランジスタパックの少なくとも一部は、ＤＣバスに対してＡＣ−ＤＣパワーを変換することから切り替わり、添加された負荷、エネルギー格納デバイスまたは抵抗器に対してＤＣ−ＡＣパワーを変換し得る。そのような構成は、図１に描写されるパワーシステムに対して要求されるトランジスタの数を減らし得、それによって、全体のパワーシステムの空間要求およびコストを減らす。
図１０は、本発明の１つの実施形態に従って、ＡＣ−ＤＣ、ＤＣ−ＡＣおよびＤＣ−ＤＣ変換に対するスイングパックを描写したブロックダイヤグラムである。パワーシステム１０００は変換器のバンク１００２を含む。変換器のバンク１００２は、任意の数または組み合わせのデバイスであり、このデバイスは、図４に描写されるトランジスタパック４００のようなＡＣ−ＤＣ、ＤＣ−ＡＣおよびＤＣ−ＤＣ変換が可能なデバイスであり得る。変換器のバンク１００２は片側にＤＣバス１０２０が連結され、もう片側に断路器１００４が連結される。断路器１００４は、閉じられているとき、バンク１００２のうちの１つの変換器を、ＡＣまたはＤＣ発生器につながる線１０１４か、またはＡＣまたはＤＣ負荷につながる線１０１２に連結させる。断路器は、例えばマイクロコントローラーによって、またはマイクロコントローラー６１３と別個かまたは同一であり得る他の制御システムにより制御され得る。誘導器１００６は、線１０１２または線１０１４に到達する前にパワーを調整する。どちらのパワー消費ユニットが、発生器において、ＤＣバスパワー送信につながるか、またはＤＣバスが負荷につながるかの選択は、直近の処理に基づき得る。例えば、ＤＣバスが超過したパワーを有し、そのためパワーパックがパワーを発生器からＤＣバスへ動かすことに従事する必要がないとき、パワーをエネルギー格納デバイスへ送るために、バンク１００２のオンであるパワーパックが用いられ得る。
本開示およびその利点は詳細に説明されたが、さまざまな変更、代用および代替が、本明細書において、添付の特許請求の範囲により定義される本開示の精神および範囲を逸脱することなしになされ得るということは理解されるべきである。さらに、本願の範囲は、本明細書で説明された処理、機械、製造、物質の構成、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定する意図ではない。当業者は、本発明、開示、機械、製造、物質の構成、手段、方法、またはステップから容易に理解するので、本明細書に説明される対応する実施形態と実質的に同じ機能を果たすか、または実質的に同じ結果を達成する既存のものまたは今後開発されるものも、本開示に従って、使用され得る。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、そのような処理、機械、製造、物質の構成、手段、方法またはステップを含むことが意図される。

Claims (22)

  1. ＡＣバスおよびＤＣバスをインターフェイスで接続する装置であって、
    該装置は、
    該ＡＣバスに連結された変圧器であって、該変圧器は、少なくとも第一の出力と第二の出力とを有する、変圧器と、
    該第一の出力に連結され、かつ該ＤＣバスに連結された１つ以上のトランジスタのセットと、
    該第二の出力に連結され、かつ該ＤＣバスに連結された、該１つ以上のトランジスタのセットとは異なる１つ以上のダイオードのセットと、
    該１つ以上のトランジスタのセットに連結されたマイクロコントローラーであって、該マイクロコントローラーは、該１つ以上のトランジスタのセットの第一の全パワー容量に対するパワー負荷に基づいて、該１つ以上のトランジスタのセットを流れる電流を調節することと、該１つ以上のダイオードのセットを流れる電流を調節することとを行うように構成されている、マイクロコントローラーと
    を含む、装置。
  2. 前記マイクロコントローラーは、前記ＤＣバス上の電圧を調節することにより、前記１つ以上のダイオードのセットを通る電流を調節するように構成されている、請求項１に記載の装置。
  3. 前記マイクロコントローラーは、前記ＤＣバスのパワー負荷が第一のパワーレンジ内であるとき、実質的に全パワーが前記１つ以上のトランジスタのセットを流れるように、該１つ以上のトランジスタのセットおよび前記１つ以上のダイオードのセットを流れる電流を調節するように構成されている、請求項１に記載の装置。
  4. 前記１つ以上のダイオードのセットは、第二の全パワー容量を有し、該第一の全パワー容量は、該第二の全パワー容量より少なく、前記第一のパワーレンジは、ゼロと、該第一の全パワー容量に部分的に基づいて選択された第一レベルとの間にある、請求項３に記載の装置。
  5. １つ以上のパワー消費またはパワー格納デバイスのセットと、
    前記ＤＣバスと、該１つ以上のパワー消費デバイスのセットとに連結されたスイッチと
    をさらに含み、
    前記マイクロコントローラーは、前記パワー負荷に基づいて、該１つ以上のパワー消費または格納デバイスのセットへのパワー送信を調節するようにさらに構成されている、請求項１に記載の装置。
  6. 前記１つ以上のパワー消費デバイスのセットは、抵抗器を含む、請求項５に記載の装置。
  7. 前記１つ以上のパワー消費デバイスのセットは、コンデンサーを含む、請求項５に記載の装置。
  8. 前記１つ以上のトランジスタのセットは、１つ以上のトランジスタパックを含み、各トランジスタパックは、別個のユニットとして作動するように構成されており、
    前記装置は、
    該１つ以上のトランジスタパックのうちの特定のトランジスタパックが前記ＡＣバスに直接的に連結されないように、該ＡＣバスと該特定のトランジスタパックとの間に配列されたスイッチであって、該スイッチは、該ＡＣバス、ＡＣ負荷デバイスおよび該特定のトランジスタパックに連結され、前記マイクロコントローラーは、該スイッチに連結され、該特定のトランジスタパックを該ＡＣバスまたは該ＡＣ負荷デバイスに交互に連結するように該スイッチを制御する、スイッチをさらに含み、
    該特定のトランジスタパックは、該ＡＣバスおよび前記ＤＣバスに連結されたとき、ＡＣ−ＤＣパワー変換を行い、該ＤＣバスおよび該ＡＣ負荷デバイスに連結されたとき、ＤＣ−ＡＣパワー変換を行うように構成されている、請求項１に記載の装置。
  9. ＡＣバスおよびＤＣバスをインターフェイスで接続する装置であって、
    該装置は、
    該ＡＣバスに連結された変圧器であって、該変圧器は、少なくとも第一の出力と第二の出力とを有する、変圧器と、
    該第一の出力に連結され、かつ該ＤＣバスに連結された１つ以上のトランジスタのセットと、
    該第二の出力に連結され、かつ該ＤＣバスに連結された、該１つ以上のトランジスタのセットとは異なる１つ以上のＳＣＲのセットと、
    該１つ以上のトランジスタのセットに連結された第一のマイクロコントローラーであって、該第一のマイクロコントローラーは、該１つ以上のトランジスタのセットの第一の全パワー容量に対するパワー負荷に基づいて、該１つ以上のトランジスタのセットを流れる電流を調節することと、該１つ以上のＳＣＲのセットを流れる電流を調節することとを行うように構成されている、第一のマイクロコントローラーと
    を含む、装置。
  10. 前記第一のマイクロコントローラーは、前記ＤＣバス上の電圧を調節することにより、前記１つ以上のＳＣＲのセットを通る電流を調節するように構成されている、請求項９に記載の装置。
  11. 前記第一のマイクロコントローラーは、前記ＳＣＲのゲートを制御することにより、前記１つ以上のＳＣＲのセットを通る電流をさらに調節する、請求項１０に記載の装置。
  12. 前記１つ以上のＳＣＲに連結された第二のマイクロコントローラーをさらに含み、
    前記第一のマイクロコントローラーは、該第二のマイクロコントローラーに信号を送ることにより、該１つ以上のＳＣＲのセットを通る電流を調節する、請求項１１に記載の装置。
  13. 前記マイクロコントローラーは、前記ＤＣバスのパワー負荷が第一のパワーレンジ内であるとき、実質的に全パワーが前記１つ以上のトランジスタのセットを流れるように、該１つ以上のトランジスタのセットおよび前記１つ以上のＳＣＲのセットを流れる電流を調節するように構成されている、請求項９に記載の装置。
  14. 前記１つ以上のＳＣＲのセットは、第二の全パワー容量を有し、該第一の全パワー容量は、該第二の全パワー容量より少なく、前記第一のパワーレンジは、ゼロと、該第一の全パワー容量に部分的に基づいて選択されたレベルとの間にある、請求項９に記載の装置。
  15. １つ以上のパワー消費デバイスのセットと、
    前記ＤＣバスに連結され、かつ該１つ以上のパワー消費デバイスのセットに連結されたスイッチと
    をさらに含み、
    前記第一のマイクロコントローラーは、前記パワー負荷に基づいて、該１つ以上のパワー消費デバイスのセットへのパワー移動を調節するようにさらに構成されている、請求項９に記載の装置。
  16. 前記１つ以上のパワー消費デバイスのセットは、抵抗器を含む、請求項１５に記載の装置。
  17. 前記１つ以上のパワー消費デバイスのセットは、コンデンサーを含む、請求項１５に記載の装置。
  18. ＤＣバスと、１つ以上の発生器のセットを有するＡＣバスに連結された変圧器とをインターフェイスで接続する方法であって、
    該方法は、
    第一の全パワー容量を有する１つ以上のトランジスタのセットを該変圧器の第一の出力および該ＤＣバスに連結することと、
    第二の全パワー容量を有する、該１つ以上のトランジスタのセットとは異なる１つ以上のＳＣＲのセットを該変圧器の第二の出力および該ＤＣバスに連結することと、
    該ＤＣバスのパワー負荷が第一のパワーレンジ内であるとき、実質的に全パワーが該１つ以上のトランジスタのセットを流れるように、該１つ以上のトランジスタのセットおよび該１つ以上のＳＣＲのセットを流れる電流を調節することと
    を含み、該第一のパワーレンジは、該第一の全パワー容量に基づく、方法。
  19. 前記電流を調節するステップは、前記ＤＣバス上の電圧を調節することを含む、請求項１８に記載の方法。
  20. スイッチを通して、前記ＤＣバスを１つ以上のパワー消費または格納デバイスのセットに連結することと、
    該ＤＣバスのパワー負荷が第二のレベルを超えているとき、該１つ以上のパワー消費または格納デバイスのセットを流れる電流を調節することと
    をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
  21. ＡＣ−ＤＣパワー変換およびＤＣ−ＡＣパワー変換のための装置であって、
    該装置は、
    １つ以上のトランジスタパックのセットであって、各トランジスタパックは、ＡＣバスおよびＤＣバスに連結された別個のユニットとして作動するように構成されている、１つ以上のトランジスタパックのセットと、
    該１つ以上のトランジスタパックのうちの第一の特定のトランジスタパックが該ＡＣバスに直接的に連結されないように、該ＡＣバスと該第一の特定のトランジスタパックとの間に配列されたスイッチであって、該スイッチは、該ＡＣバス、ＡＣ負荷デバイスおよび該第一の特定のトランジスタパックに連結され、該スイッチおよび該１つ以上のトランジスタパックに連結されたマイクロコントローラーは、該第一の特定のトランジスタパックを該ＡＣバスまたは該ＡＣ負荷デバイスに交互に連結するように該スイッチを制御する、スイッチと
    を含み、
    該第一の特定のトランジスタパックは、該ＡＣバスおよび該ＤＣバスに連結されたとき、ＡＣ−ＤＣパワー変換を行い、該ＤＣバスおよび該ＡＣ負荷デバイスに連結されたとき、ＤＣ−ＡＣパワー変換を行うように構成されており、
    該第一の特定のトランジスタパックは、該ＤＣバスのパワー負荷が第一のパワーレンジ内であるとき、ＡＣ−ＤＣパワー変換を行うように構成されており、該第一の特定のトランジスタパックは、該ＤＣバスのパワー負荷が該第一のパワーレンジを超えているとき、ＤＣ−ＡＣパワー変換を行うように構成されている、装置。
  22. 前記１つ以上のトランジスタパックのうちの第二の特定のトランジスタパックが前記ＡＣバスに直接的に連結されないように、該ＡＣバスと該第二の特定のトランジスタパックとの間に配列された第二のスイッチであって、該第二のスイッチは、該ＡＣバス、ＡＣ負荷デバイスおよび該第二の特定のトランジスタパックに連結され、前記マイクロコントローラーは、該第二のスイッチに連結され、該第二の特定のトランジスタパックを該ＡＣバスまたは該ＡＣ負荷デバイスに交互に連結するように該第二のスイッチを制御する、第二のスイッチをさらに含み、
    該第二の特定のトランジスタパックは、該ＡＣバスおよび前記ＤＣバスに連結されたとき、ＡＣ−ＤＣパワー変換を行い、該ＤＣバスおよび該ＡＣ負荷デバイスに連結されたとき、ＤＣ−ＡＣパワー変換を行うように構成されている、請求項２１に記載の装置。
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