JP5928928B2 - 5段階電力変換器ならびにその制御方法および制御装置 - Google Patents

5段階電力変換器ならびにその制御方法および制御装置 Download PDF

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Description

本発明は、電力変換技術に関し、特に、5段階電力変換器ならびにその制御方法および制御装置に関する。
無停電電源装置(Uninterruptible Power System、UPS)は、電圧と周波数が一定の電力変換器であり、エネルギ蓄電装置を備え、主要な構成要素として整流器とインバータを有する。UPSは主に無停電電源を単一のコンピュータ、コンピュータ・ネットワーク・システム、または他の電気装置および電子装置に供給するために使用される。電源入力が正常であるときには、UPSは電源を安定化させ、電力を負荷に供給する。この場合、UPSは交流電源電圧安定器として動作し、内部エネルギ蓄電装置を充電する。電源が遮断したとき、UPSは内部エネルギ蓄電装置に蓄えた電気エネルギを即座に使用して、逆変換アプローチを用いて負荷に交流電力を供給し続けて、負荷が正しく動作し続けるようにする。
電力インバータの整流器は力率改善回路(電力要素補正、PFC)機能を電源の動作モードで実現し、放電モードで電圧を直流BUS電圧に上げる。当該インバータは直流BUS電圧を交流電圧に変換して、負荷に提供する。一般に、整流器はダブル・ブースト(Boost)回路またはVienna整流器により実装され、インバータは共通の2段階のハーフ・ブリッジ/フル・ブリッジ型インバータまたは3段階の中点クランプ型インバータであってもよい。
先行技術の電力変換器は、4段階の電圧を出力するための4段階の電力変換に使用できるにすぎない。
先行技術における上述の欠点に鑑みて、本発明の諸実施形態では5段階動作モードを実現するための5段階電力変換器および制御方法を提供する。
1態様では、本発明の1実施形態では、インバータと少なくとも1つの整流器とを備える5段階電力変換器を提供する。当該整流器は、整流器制御回路、並列に接続された第1のキャパシタおよび第2のキャパシタ、ならびに並列に接続された第3のキャパシタおよび第4のキャパシタを備える。当該第1のキャパシタの第1の端点、当該第2のキャパシタの第1の端点、当該第3のキャパシタの第1の端点、および当該第4のキャパシタの第1の端点は接地されている。
当該整流器制御回路は、当該第1のキャパシタの第2の端点、当該第2のキャパシタの第2の端点、当該第3のキャパシタの第2の端点、および当該第4のキャパシタの第2の端点に電流を入力するように構成される。当該第1のキャパシタの第2の端点と当該第2のキャパシタの第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、当該第1のキャパシタの第2の端点に蓄積された電気量は当該第2のキャパシタの第2の端点に蓄積された電気量よりも大きく、当該第3のキャパシタの第2の端点と当該第4のキャパシタの第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、当該第4のキャパシタの第2の端点に蓄積された電気量は当該第3のキャパシタの第2の端点に蓄積された電気量より大きく、当該第1のキャパシタと当該第2のキャパシタの第2の端点に蓄積された電荷の極性は当該第3のキャパシタと当該第4のキャパシタの第2の端点に蓄積された電荷の極性と反対である。
当該インバータは、放電制御回路と、直列に接続された第1のインダクタ・ユニットおよび第1の負荷とを備える。当該インダクタ・ユニットの第1の端点は当該第1の負荷の第1の端点に接続され、当該第1の負荷の第2の端点は接地されている。当該放電制御回路は、当該整流器の当該第2のキャパシタの第2の端点、当該第1のキャパシタの第2の端点、当該第3のキャパシタの第2の端点、および当該第4のキャパシタの第2の端点から連続的に放電するように構成される。放電電流は直列に接続された当該第1のインダクタ・ユニットと当該第1の負荷を通って流れ、当該第1のキャパシタ、当該第2のキャパシタ、当該第3のキャパシタ、および当該第4のキャパシタのうち何れかの充電と放電が交互に行われる。
場合によっては、当該整流器制御回路は、第2のインダクタ・ユニット、第1のスイッチング回路、第1の制御回路、および第2の制御回路を備える。当該第2のインダクタ・ユニットの第1の端点は外部入力電源に接続されている。
上記第1の制御回路は、第3のダイオード、第4のダイオード、および第3のスイッチ・トランジスタを備える。当該第3のダイオードは、当該第1のキャパシタの第2の端点と当該第2のインダクタ・ユニットの第2の端点の間との回路に直列に接続され、当該第3のダイオードのアノードは当該第2のインダクタ・ユニットの第2の端点に接続され、当該第3のダイオードのカソードは当該第1のキャパシタの第2の端点に接続され、当該第4のダイオードと当該第3のスイッチ・トランジスタは当該第2のキャパシタの第2の端点と当該第2のインダクタ・ユニットの第2の端点との間の回路において直列に接続され、当該第4のダイオードのアノードは当該第2のインダクタ・ユニットの第2の端点に接続されている。
上記第2の制御回路は、第5のダイオード、第6のダイオード、および第4のスイッチ・トランジスタを備える。当該第5のダイオードは、当該第4のキャパシタの第2の端点と当該第2のインダクタ・ユニットの第2の端点との間の回路に直列に接続され、当該第5のダイオードのアノードは当該第2のインダクタ・ユニットの第2の端点に接続され、当該第5のダイオードのカソードは当該第4のキャパシタの第2の端点に接続され、当該第6のダイオードと当該第4のスイッチ・トランジスタは当該第3のキャパシタの第2の端点と当該第2のインダクタ・ユニットの第2の端点との間の回路に直列に接続され、当該第6のダイオードのアノードは当該第2のインダクタ・ユニットの第2の端点に接続されている。
上記第1のスイッチング回路は、当該外部入力電源により提供されたエネルギ蓄電電流の流れを、当該第2のインダクタ・ユニットの第1の端点から第2の端点へと、または、当該第2のインダクタ・ユニットの第2の端点から第1の端点へと切り替えるように構成される。
あるいは、上記第1のスイッチング回路は、直列に接続された第1のスイッチ・トランジスタと第2のスイッチ・トランジスタ、および、直列に接続された第1のダイオードと第2のダイオードを備える。当該第1のダイオードと当該第2のダイオードの極性は反対に設定され、第1のスイッチ・トランジスタと第2のスイッチ・トランジスタの間の点は第1のダイオードと第2のダイオードの間の点と通信する。
さらに、上記外部入力電源は、外部交流入力電源とバッテリ群を備える。当該外部交流入力電源は、交流スイッチ要素を用いることにより当該第2のインダクタ・ユニットの第1の端点に接続される。
当該整流器が整流器制御回路を備えるときは、上記バッテリ群は第1のバッテリ・ユニットと第2のバッテリ・ユニットを備える。当該第1のバッテリ・ユニットのアノードは直流スイッチ要素を用いることにより当該整流器制御回路内の当該第2のインダクタ・ユニットの第1の端点に接続され、当該第1のバッテリ・ユニットのカソードは接地され、当該第2のバッテリ・ユニットのカソードは直流スイッチ要素を用いることにより当該整流器制御回路内の当該第2のインダクタ・ユニットの第1の端点に接続され、当該第2のバッテリ・ユニットのアノードは接地されている。
あるいは、第1の整流器と第2の整流器を備えるときは、上記バッテリ群は第3のバッテリ・ユニットと第4のバッテリ・ユニットを備える。当該第3のバッテリ・ユニットのアノードは直流スイッチ要素を用いることにより当該第1の整流器の当該第2のインダクタ・ユニットの第1の端点に接続され、当該第3のバッテリ・ユニットのカソードは接地され、当該第4のバッテリ・ユニットのカソードは直流スイッチ要素を用いることにより当該第2の整流器の当該第2のインダクタ・ユニットの第1の端点に接続され、当該第4のバッテリ・ユニットのアノードは接地されている。
当該整流器制御回路は、第3のインダクタ・ユニット、第4のインダクタ・ユニット、第2のスイッチング回路、第3の制御回路、および第4の制御回路を備える。当該第3のインダクタ・ユニットの第1の端点と当該第4のインダクタ・ユニットの第1の端点とは外部入力電源に接続されている。
上記第3の制御回路は、第7のダイオード、第8のダイオード、および第5のスイッチ・トランジスタを備える。当該第7のダイオードは、当該第1のキャパシタの第2の端点と当該第3のインダクタ・ユニットの第2の端点との間の回路に直列に接続され、当該第7のダイオードのアノードは当該第3のインダクタ・ユニットの第2の端点に接続され、第7のダイオードのカソードは当該第1のキャパシタの第2の端点に接続され、当該第8のダイオードと当該第5のスイッチ・トランジスタは当該第2のキャパシタの第2の端点と当該第3のインダクタ・ユニットの第2の端点との間の回路に直列に接続され、当該第8のダイオードのアノードは当該第3のインダクタ・ユニットの第2の端点に接続されている。
上記第4の制御回路は、第9のダイオード、第10のダイオード、および第6のスイッチ・トランジスタを備える。当該第9のダイオードは、当該第4のキャパシタの第2の端点と当該第4のインダクタ・ユニットの第2の端点との間の回路に直列に接続され、当該第9のダイオードのアノードは当該第4のインダクタ・ユニットの第2の端点に接続され、当該第9のダイオードのカソードは当該第4のキャパシタの第2の端点に接続され、当該第10のダイオードと当該第6のスイッチ・トランジスタは当該第3のキャパシタの第2の端点と当該第4のインダクタ・ユニットの第2の端点との間の回路に直列に接続され、当該第10のダイオードのアノードは当該第4のインダクタ・ユニットの第2の端点に接続されている。
上記第2のスイッチング回路は、外部入力電源により提供されたエネルギ蓄電電流の流れを、当該第3のインダクタ・ユニットの第1の端点から第2の端点へと、または、当該第4のインダクタ・ユニットの第2の端点から第1の端点へと切り替えるように構成される。
あるいは、上記第2のスイッチング回路は、第7のスイッチ・トランジスタと第8のスイッチ・トランジスタを備える。当該第7のスイッチ・トランジスタの1端は当該第3のインダクタ・ユニットの第2の端点に接続され、当該第7のスイッチ・トランジスタの他端は接地され、当該第8のスイッチ・トランジスタの1端は当該第4のインダクタ・ユニットの第2の端点に接続され、当該第8のスイッチ・トランジスタの他端は接地されている。
あるいは、上記外部入力電源は、外部交流入力電源またはバッテリ群を備える。当該外部入力電源と当該第3のインダクタ・ユニットの第1の端点、および当該外部交流入力電源と当該第4のインダクタ・ユニットの第1の端点は、交流スイッチ要素を用いることにより接続される。
上記バッテリ群は、第5のバッテリ・ユニットと第6のバッテリ・ユニットを備える。当該第5のバッテリ・ユニットのアノードは直流スイッチ要素を用いることにより当該第3のインダクタ・ユニットの第1の端点に接続され、当該第5のバッテリ・ユニットのカソードは接地され、当該第6のバッテリ・ユニットのカソードは直流スイッチ要素を用いることにより当該第4のインダクタ・ユニットの第1の端点に接続され、当該第6のバッテリ・ユニットのアノードは接地される。
あるいは、上記第1のインダクタ・ユニット、第2のインダクタ・ユニット、第3のインダクタ・ユニット、または第4のインダクタ・ユニットを、単一インダクタ要素、または並列に接続された複数インダクタ要素、または直列に接続された複数インダクタ要素により形成してもよい。
上述の実施形態における放電制御回路は、第9のスイッチ・トランジスタ、第10のスイッチ・トランジスタ、第11のスイッチ・トランジスタ、第12のスイッチ・トランジスタ、第13のスイッチ・トランジスタ、第14のスイッチ・トランジスタ、および第3のスイッチング回路を備える。
当該第9のスイッチ・トランジスタの第1の端点は当該第1のキャパシタの第2の端点に接続され、当該第9のスイッチ・トランジスタの第2の端点は当該第10のスイッチ・トランジスタの第1の端点に接続され、当該第10のスイッチ・トランジスタの第2の端点は当該第1のインダクタ・ユニットの第2の端点に接続され、当該第11のスイッチ・トランジスタの第1の端点は当該第2のキャパシタの第2の端点に接続され、当該第11のスイッチ・トランジスタの第2の端点は当該第10のスイッチ・トランジスタの第1の端点に接続され、当該第14のスイッチ・トランジスタの第1の端点は当該第4のキャパシタの第2の端点に接続され、当該第14のスイッチ・トランジスタの第2の端点は第13のスイッチ・トランジスタの第1の端点に接続され、当該第13のスイッチ・トランジスタの第2の端点は当該第1のインダクタ・ユニットの第2の端点に接続され、当該第12のスイッチ・トランジスタの第1の端点は当該第3のキャパシタの第2の端点に接続され、当該第12のスイッチ・トランジスタの第2の端点は当該第14のスイッチ・トランジスタの第2の端点に接続される。
当該第3のスイッチング回路の第1の端点は当該第1のインダクタ・ユニットの第2の端点に接続され、当該第3のスイッチング回路の第2の端点は接地されて、時間により当該第3のスイッチング回路の第2の端点から第1の端点への順方向導電または当該第3のスイッチング回路の第1の端点から第2の端点への逆方向導電を実現する。
別の態様では、本発明の1実施形態は上述の5段階電力変換器の制御方法を提供する。当該5段階電力変換器の方法は、第1のキャパシタの第2の端点、第2のキャパシタの第2の端点、第3のキャパシタの第2の端点、および第4のキャパシタの第2の端点に電流を入力するように整流器制御回路を制御するステップであって、当該第1のキャパシタの第2の端点および当該第2のキャパシタの第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、当該第1のキャパシタの第2の端点に蓄積された電気量は当該第2のキャパシタの第2の端点に蓄積された電気量よりも大きく、当該第3のキャパシタの第2の端点および当該第4のキャパシタの第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、当該第4のキャパシタの第2の端点に蓄積された電気量は当該第3のキャパシタの第2の端点に蓄積された電気量より大きく、当該第1のキャパシタと当該第2のキャパシタの第2の端点に蓄積された電荷の極性は当該第3のキャパシタと当該第4のキャパシタの第2の端点に蓄積された電荷の極性と反対であるステップと、当該整流器の当該第2のキャパシタの第2の端点、当該第1のキャパシタの第2の端点、当該第3のキャパシタの第2の端点、および当該第4のキャパシタの第2の端点から連続的に放電するように当該放電制御回路を制御するステップであって、放電電流は直列に接続された当該第1のインダクタ・ユニットと当該第1の負荷を通って流れ、当該第1のキャパシタ、当該第2のキャパシタ、当該第3のキャパシタ、および当該第4のキャパシタのうち何れかの充電と放電が交互に行われるステップと、を含む。
さらに別の態様では、本発明の1実施形態は上述の5段階電力変換器の制御装置を提供する。当該制御装置は、第1のキャパシタの第2の端点、第2のキャパシタの第2の端点、第3のキャパシタの第2の端点、および第4のキャパシタの第2の端点に電流を入力するように整流器制御回路を制御するように構成された整流器制御モジュールであって、当該第1のキャパシタの第2の端点および当該第2のキャパシタの第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、当該第1のキャパシタの第2の端点に蓄積された電気量は当該第2のキャパシタの第2の端点に蓄積された電気量よりも大きく、当該第3のキャパシタの第2の端点および当該第4のキャパシタの第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、当該第4のキャパシタの第2の端点に蓄積された電気量は当該第3のキャパシタの第2の端点に蓄積された電気量より大きく、当該第1のキャパシタと当該第2のキャパシタの第2の端点に蓄積された電荷の極性は当該第3のキャパシタと当該第4のキャパシタの第2の端点に蓄積された電荷の極性と反対である整流器制御モジュールと、当該整流器の当該第2のキャパシタの第2の端点、当該第1のキャパシタの第2の端点、当該第3のキャパシタの第2の端点、および当該第4のキャパシタの第2の端点から連続的に放電するように放電制御回路を制御するように構成されたインバータ制御モジュールであって、放電電流は直列に接続された当該第1のインダクタ・ユニットと当該第1の負荷を通って流れ、当該第1のキャパシタ、当該第2のキャパシタ、当該第3のキャパシタ、および当該第4のキャパシタのうち何れかの充電と放電が交互に行われるインバータ制御モジュールと、を備える。
本発明の諸実施形態では、5段階電力変換器ならびにその制御方法および制御装置を提供する。当該5段階電力変換器は、インバータと少なくとも1つの整流器を備える。当該整流器は、整流器制御回路、並列に接続された第1のキャパシタおよび第2のキャパシタ、ならびに、並列に接続された第3のキャパシタおよび第4のキャパシタを備える。当該第1のキャパシタの第1の端点、当該第2のキャパシタの第1の端点、当該第3のキャパシタの第1の端点、および当該第4のキャパシタの第1の端点は接地され、当該整流器制御回路は、第1のキャパシタ、第2のキャパシタ、第3のキャパシタ、および第4のキャパシタを充電することができる。その結果、当該第1のキャパシタの第2の端点および当該第2のキャパシタの第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、当該第1のキャパシタの第2の端点に蓄積された電気量は当該第2のキャパシタの第2の端点に蓄積された電気量よりも大きく、当該第3のキャパシタの第2の端点および当該第4のキャパシタの第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、当該第4のキャパシタの第2の端点に蓄積された電気量は当該第3のキャパシタの第2の端点に蓄積された電気量より大きく、当該第1のキャパシタと当該第2のキャパシタの第2の端点に蓄積された電荷の極性は当該第3のキャパシタと当該第4のキャパシタの第2の端点に蓄積された電荷の極性と反対である。当該インバータの放電制御回路は、当該整流器の当該第2のキャパシタの第2の端点、当該第1のキャパシタの第2の端点、当該第3のキャパシタの第2の端点、および当該第4のキャパシタの第2の端点から連続的に放電するように構成され、それにより、5段階動作モードが実現される。
本発明の諸実施形態または先行技術における技術的解決策をより明確に説明するために、以下では当該実施形態または先行技術を説明するのに必要な添付図面を簡単に説明する。明らかに、以下の説明における添付図面は本発明の一部の諸実施形態を示すにすぎず、当業者は創造的作業なしにこれらの添付図面から他の図面を依然として導出することができる。
本発明の第1の実施形態に従う5段階電力変換器の回路アーキテクチャ図である。 本発明の第2の実施形態に従う5段階電力変換器の回路アーキテクチャ図である。 本発明の第3の実施形態に従う5段階電力変換器の回路アーキテクチャ図である。 本発明の第4の実施形態に従う5段階電力変換器の回路アーキテクチャ図である。 本発明の第1の実施形態に従う5段階電力変換器の制御方法の流れ図である。 本発明の第2の実施形態に従う5段階電力変換器の制御方法の流れ図である。 本発明の第3の実施形態に従う5段階電力変換器の制御方法の流れ図である。 本発明の第4の実施形態に従う5段階電力変換器の制御方法の流れ図である。 本発明の第4の実施形態に従う5段階電力変換器の制御方法の動作電圧波形の略図である。 本発明の第1の実施形態に従う5段階電力変換器の制御装置の構造的略図である。 本発明の第2の実施形態に従う5段階電力変換器の制御装置の構造的略図である。 本発明の第3の実施形態に従う5段階電力変換器の制御装置の構造的略図である。 本発明の第4の実施形態に従う5段階電力変換器の制御装置の構造的略図である
本発明の諸実施形態の目的、技術的解決策、および利点をより分かりやすくするために、以下では本発明の諸実施形態における添付図面を参照して本発明の諸実施形態における技術的解決策を明確かつ十分に説明する。明らかに、説明した実施形態は本発明の諸実施形態の全部ではなく一部にすぎない。当業者が創造的作業なしに本発明の諸実施形態に基づいて取得する他の全ての実施形態は本発明の保護範囲に入るものとする。
本発明の諸実施形態で提供する5段階電力変換器と制御方法は、5段階の動作を実装し、UPSシステムに適用することができる。システムが交流電源で動作するときには、5段階電力変換器の整流器が入力交流を直流に変換し、入力電力要素補正PFC機能を実現することができる。交流電源が割り込まれたときには、5段階電力変換器が即座に内部エネルギ蓄電装置に蓄えられた電気エネルギを使用して、逆変換アプローチを用いることにより交流電力を負荷に供給し続けて、負荷が正しく動作し続けるようにする。
本発明の1実施形態で提供する5段階電力変換器の電力変換トポロジは、整流器とインバータにより形成される。当該整流器は、入力交流を直流に変換し、電力要素補正PFC機能を実装するように構成される。当該インバータは、交流出力電圧への整流後に直流電圧を変換するように構成される。
図1は本発明の第1の実施形態に従う5段階電力変換器の回路アーキテクチャ図である。図2は本発明の第2の実施形態に従う5段階電力変換器の回路アーキテクチャ図である。図3は本発明の第3の実施形態に従う5段階電力変換器の回路アーキテクチャ図である。図4は本発明の第4の実施形態に従う5段階電力変換器の回路アーキテクチャ図である。図1、2、3、または4に示すように、本発明の1実施形態で提供する5段階電力変換器はインバータと少なくとも1つの整流器を備える。当該整流器は、整流器制御回路と、並列に接続された第1のキャパシタC1および第2のキャパシタC2と、並列に接続された第3のキャパシタC3および第4のキャパシタC4とを備える。第1のキャパシタC1の第1の端点、第2のキャパシタC2の第1の端点、第3のキャパシタC3の第1の端点、および第4のキャパシタC4の第1の端点は接地されている。
当該整流器制御回路は、第1のキャパシタC1の第2の端点、第2のキャパシタC2の第2の端点、第3のキャパシタC3の第2の端点、および第4のキャパシタC4の第2の端点に電流を入力するように構成され、第1のキャパシタC1の第2の端点および第2のキャパシタC2の第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、第1のキャパシタC1の第2の端点に蓄積された電気量は第2のキャパシタC2の第2の端点に蓄積された電気量より大きく、第3のキャパシタC3の第2の端点および第4のキャパシタC4の第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、第4のキャパシタC4の第2の端点に蓄積された電気量は第3のキャパシタC3の第2の端点に蓄積された電気量より大きく、第1のキャパシタC1と第2のキャパシタC2の第2の端点に蓄積された電荷の極性は第3のキャパシタC3と第4のキャパシタC4の第2の端点に蓄積された電荷の極性と反対である。
当該インバータは、放電制御回路と、直列に接続された第1のインダクタ・ユニットL1および第1の負荷R1とを備える。第1のインダクタ・ユニットL1の第1の端点は第1の負荷R1の第1の端点に接続され、第1の負荷R1の第2の端点は接地され、第5のキャパシタC5は第1の負荷に並列に接続されている。当該放電制御回路は、当該整流器の第2のキャパシタC2の第2の端点、第1のキャパシタC1の第2の端点、第3のキャパシタC3の第2の端点、および第4のキャパシタC4の第2の端点から連続的に放電するように構成され、放電電流は直列に接続された第1のインダクタ・ユニットL1と第1の負荷R1を通って流れ、第1のキャパシタC1、第2のキャパシタC2、第3のキャパシタC3、および第4のキャパシタC4の何れかの充電と放電が交互に行われる。
本発明の第1の実施形態に従う5段階電力変換器は、その整流器の整流器制御回路およびそのインバータの放電制御回路を用いることにより、5段階の出力と、入力電力要素補正PFC機能を実装する。
本発明の上記実施形態で提供した5段階電力変換器では、当該整流器の整流器制御回路が複数の構成形を有してもよい。例えば、図1に示すように、当該整流器制御回路は、第2のインダクタ・ユニットL2、第1のスイッチング回路1、第1の制御回路K1、および第2の制御回路K2を備え、第2のインダクタ・ユニットL2の第1の端点は外部入力電源に接続される。
第1の制御回路K1は、第3のダイオードD3、第4のダイオードD4、および第3のスイッチ・トランジスタQ3を備える。第3のダイオードD3は、第1のキャパシタC1の第2の端点と第2のインダクタ・ユニットL2の第2の端点の間の回路おいて直列に接続され、第3のダイオードD3のアノードは第2のインダクタ・ユニットL2の第2の端点に接続され、第3のダイオードD3のカソードは第1のキャパシタC1の第2の端点に接続され、第4のダイオードD4および第3のスイッチ・トランジスタQ3は第2のキャパシタC2の第2の端点と第2のインダクタ・ユニットL2の第2の端点の間の回路において直列に接続され、第4のダイオードD4のアノードは第2のインダクタ・ユニットL2の第2の端点に接続される。
第2の制御回路K2は、第5のダイオードD5、第6のダイオードD6、および第4のスイッチ・トランジスタQ4を備える。第5のダイオードD5は第4のキャパシタC4の第2の端点と第2のインダクタ・ユニットL2の第2の端点の間の回路に直列に接続され、第5のダイオードD5のアノードは第2のインダクタ・ユニットL2の第2の端点に接続され、第5のダイオードD5のカソードは第4のキャパシタC4の第2の端点に接続され、第6のダイオードD6と第4のスイッチ・トランジスタQ4は第2のキャパシタC3の第2の端点と第2のインダクタ・ユニットL2の第2の端点の間の回路に直列に接続され、第6のダイオードD6のアノードは第2のインダクタ・ユニットL2の第2の端点に接続される。
第1のスイッチング回路1は、外部入力電源により提供されたエネルギ蓄電電流の流れを、第2のインダクタ・ユニットL2の第1の端点から第2の端点へと、または、第2のインダクタ・ユニットL2の第2の端点か第1の端点へと切り替えるように構成される。
本発明の1実施形態で提供する5段階電力変換器では、第1のスイッチング回路1は、直列に接続された第1のスイッチ・トランジスタQ1および第2のスイッチ・トランジスタQ2と、直列に接続された第1のダイオードD1および第2のダイオードD2とを備える。第1のダイオードD1および第2のダイオードD2の極性は反対に設定され、第1のスイッチ・トランジスタQ1と第2のスイッチ・トランジスタQ2の間の点は第1のダイオードD1と第2のダイオードD2の間の点と通信する。
本発明の1実施形態に従う5段階電力変換器では、5段階整流器は、一般的なVienna整流器に基づいて、正および負のBUS電圧ごとに支流を追加する。第3のスイッチ・トランジスタQ3と第4のダイオードD4は正のBUS電圧支流を形成し、第4のスイッチ・トランジスタQ4と第6のダイオードD6は負のBUS電圧支流を形成し、5段階インバータは、一般的なI型の3段階の中点クランプ型インバータに基づいて2つの支流を追加する。第11のスイッチ・トランジスタQ11はそれに応じて正弦波の正の半周期を出力し、第12のスイッチ・トランジスタQ12はそれに応じて正弦波の負の半周期を出力する。
場合によっては、上述の実施形態の各スイッチ・トランジスタは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect トランジスタ、MOSFET)、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ(Insulated Gate Bipolar トランジスタ、IGBT)、または別のスイッチ要素であってもよい。1つのスイッチ・トランジスタ、または、直列に接続された、または、回路内で直接にもしくは交互に並列に接続された、複数のスイッチ・トランジスタであってもよい。
整流器の各ダイオードは、同期整流に対するMOSFETおよびIGBTのような一般的なダイオードまたはスイッチ要素であってもよい。1つのダイオードまたは直列もしくは並列に接続された複数のダイオードがあってもよい。
整流器の第2のインダクタ・ユニットを、1つのインダクタ・ユニット、または、並列もしくは直列に接続された複数インダクタ・ユニットにより形成してもよい。
本発明の1実施形態で提供する5段階電力変換器では、5段階整流器は一般的なVienna整流器に基づいて改善され、5段階の動作を実装しつつ、Vienna整流器の高効率を維持する。5段階の動作がサポートされるので、PFCインダクタンスをさらに減らすことができる。
図2に示すように、本発明の第2の実施形態に従う5段階電力変換器では、外部入力電源が外部交流入力電源Vおよびバッテリ群を備える。当該外部交流入力電源Vは、交流スイッチ要素TR1を用いることにより第2のインダクタ・ユニットL2の第1の端点に接続される。
本実施形態では、当該整流器は整流器制御回路を備え、当該バッテリ群は第1のバッテリ・ユニットV1と第2のバッテリ・ユニットV2を備える。当該第1のバッテリ・ユニットV1のアノードは直流スイッチ要素X1を用いることにより当該整流器制御回路内の第2のインダクタ・ユニットL2の第1の端点に接続され、第1のバッテリ・ユニットV1のカソードは接地され、第2のバッテリ・ユニットV2のカソードは直流スイッチ要素X2を用いることにより当該整流器制御回路内の第2のインダクタ・ユニットL2の第1の端点に接続され、第2のバッテリ・ユニットV2のアノードは接地される。
本実施形態は、入力交流電力またはバッテリ・スイッチング回路に対して交流スイッチ要素TR1、直流スイッチ要素X1、および直流スイッチ要素X2を追加して図2に示す第2の実施形態に従う電力変換器の略回路図を形成することによって、図1の回路を改善する。バッテリ・ユニットの2つのグループに直列に接続された第5のインダクタ・ユニットL3と第6のインダクタ・ユニットL4により、電流の変換と平滑化を実現する。
本実施形態の回路の動作原理は図1に示したものと同様である。相違点は、交流とバッテリ・スイッチング回路を追加した後に1組の5段階整流器が共有されることである。交流電源モードでは、当該5段階整流器によりPFC機能を実現し、バッテリ・モードでは、当該5段階整流器により直流増幅機能を実装する。
本発明の上記実施形態によれば、バッテリモードでは、第1のバッテリ・ユニットV1と第2のバッテリ・ユニットが1つの増幅回路を共有する。スイッチングのケースでは、回路寄生または制御信号例外が発生した場合には、バッテリの2つのグループが直接短絡されることがある。かかるリスクを回避するために、過電流フューズを各バッテリ・ユニットに追加してもよい。さらに、第5のインダクタ・ユニットL5と第6のインダクタ・ユニットL6を追加して電流の変換と平滑化を実現してもよい。
図3に示すように、本発明の第3の実施形態に従う5段階電力変換器では、外部入力電源が外部交流入力電源Vおよびバッテリ群を備える。当該外部交流入力電源Vは、交流スイッチ要素TR1を用いることにより第2のインダクタ・ユニットL2の第1の端点に接続される。
本実施形態では、2つの整流器、即ち第1の整流器と第2の整流器を備える。当該バッテリ群は、第3のバッテリ・ユニットV3と第4のバッテリ・ユニットV4を備える。当該第3のバッテリ・ユニットV3のアノードは、直流スイッチ要素X3を用いることにより第1の整流器の第2のインダクタ・ユニットL2の第1の端点に接続され、第3のバッテリ・ユニットV3のカソードは接地され、第4のバッテリ・ユニットV4のカソードは直流スイッチ要素X4を用いることにより第2の整流器の第2のインダクタ・ユニットL2の第1の端点に接続され、第4のバッテリ・ユニットV4のアノードは接地される。
本実施形態ではさらに、図2に示す回路を実装し、2組の整流器を使用して図3に示す第3の実施形態に従う5段階電力変換器の略回路図を形成する。
本実施形態に従う回路の動作原理は図2に示したものと同様である。相違点は、バッテリモードにおいて、第3のバッテリ・ユニットV3と第4のバッテリ・ユニットV4が動作するときに、これらのバッテリ・ユニットが2組の独立な5段階整流器をそれぞれ使用し、バッテリ切替においてリスクが存在しないことである。さらに、交流電源モードでは、当該2組の5段階整流器を、並列に、直接または交互に接続してもよい。その結果、電力スイッチ・トランジスタの導電損失が削減され効率が高まる。
上述の回路整流器は、ダイオードおよび電力スイッチ・トランジスタを使用して切替支流を形成する、即ち、主回路における高電圧出力と支流における低電圧出力とを形成する、単一インダクタのデュアル出力デュアル・ブーストまたはVienna整流器により形成される。
図4に示すように、本発明の第4の実施形態に従う5段階電力変換器では、当該整流器制御回路は、第3のインダクタ・ユニットL3、第4のインダクタ・ユニットL4、第2のスイッチング回路2、第3の制御回路K3、および第4の制御回路K4を備える。第3のインダクタ・ユニットL3の第1の端点と第4のインダクタ・ユニットL4の第1の端点は外部入力電源に接続される。
第3の制御回路K3は、第7のダイオードD7、第8のダイオードD8、および第5のスイッチ・トランジスタQ5を備える。第7のダイオードD7は、第1のキャパシタC1の第2の端点と第3のインダクタ・ユニットL3の第2の端点の間の回路において直列に接続され、第7のダイオードのアノードD7は第3のインダクタ・ユニットL3の第2の端点に接続され、第7のダイオードのカソードD7は第1のキャパシタC1の第2の端点に接続され、第8のダイオードD8と第5のスイッチ・トランジスタQ5は第2のキャパシタC2の第2の端点と第3のインダクタ・ユニットL3の第2の端点の間の回路において直列に接続され、第8のダイオードD8のアノードは、第3のインダクタ・ユニットL3の第2の端点に接続される。
第4の制御回路K4は、第9のダイオードD9、第10のダイオードD10、および第6のスイッチ・トランジスタQ6を備える。第9のダイオードD9は、第4のキャパシタC4の第2の端点と第4のインダクタ・ユニットL4の第2の端点の間の回路において直列に接続され、第9のダイオードのアノードD9は第4のインダクタ・ユニットL4の第2の端点に接続され、第9のダイオードD9のカソードは第4のキャパシタC4の第2の端点に接続され、第10のダイオードD10と第6のスイッチ・トランジスタQ6は第3のキャパシタC3の第2の端点と第4のインダクタ・ユニットL4の第2の端点の間のにおいて直列に接続され、第10のダイオードD10のアノードは第4のインダクタ・ユニットL4の第2の端点に接続される。
本実施形態の5段階電力変換器の第2のスイッチング回路2は、当該外部入力電源により提供されたエネルギ蓄電電流の流れを、第3のインダクタ・ユニットL3の第1の端点から第2の端点へと、または、第4のインダクタ・ユニットL4の第2の端点から第1の端点へと切り替えるように構成される。
具体的には、第2のスイッチング回路2は、第7のスイッチ・トランジスタQ7、第8のスイッチ・トランジスタQ8、第13のダイオードD13、および第14のダイオードD14を備えてもよい。第7のスイッチ・トランジスタQ7の1端は第3のインダクタ・ユニットL3の第2の端点と第13のダイオードD13のカソードに接続され、第7のスイッチ・トランジスタQ7の他端は接地され、第8のスイッチ・トランジスタQ8の1端は第4のインダクタ・ユニットL4の第2の端点と第14のダイオードD14のアノードに接続され、第8のスイッチ・トランジスタQ8の他端は接地され、第13のダイオードD13のアノードと第14のダイオードD14のカソードは接地される。
本実施形態の5段階電力変換器では、当該外部入力電源は外部交流入力電源Vまたはバッテリ群を備える。当該外部入力電源と第3のインダクタ・ユニットL3の第1の端点、ならびに、当該外部交流入力電源Vと第4のインダクタ・ユニットL4の第1の端点は、交流スイッチ要素を用いることにより接続される。
当該バッテリ群は、第5のバッテリ・ユニットV5と第6のバッテリ・ユニットV6を備える。第5のバッテリ・ユニットV5のアノードは直流スイッチ要素X5を用いることにより第3のインダクタ・ユニットL3の第1の端点に接続され、第5のバッテリ・ユニットV5のカソードは接地され、第6のバッテリ・ユニットV6のカソードは直流スイッチ要素X6を用いることにより第4のインダクタ・ユニットL4の第1の端点に接続され、第6のバッテリ・ユニットV6のアノードは接地される。
本実施形態では、第1の実施形態の電力変換器アーキテクチャにおける5段階整流器が5段階ダブル・ブースト回路で置き換えられており、交流またはバッテリ入力制御中継器またはシリコン制御サイリスタSCRが追加され、図4に示す第4の実施形態に従う5段階電力変換器の略回路図を形成している。
さらに、上述の実施形態の各々における5段階電力変換器では、第1のインダクタ・ユニットL1、第2のインダクタL2、第3のインダクタ・ユニットL3、または第4のインダクタ・ユニットL4が、単一インダクタ要素、または並列に接続された複数インダクタ要素、または直列に接続された複数インダクタ要素により形成される。
場合によっては、第2の実施形態乃至第4の実施形態に従う5段階電力変換器の回路が2つのバッテリ・グループを使用し、適切なスイッチ要素を入力端で構成して、当該5段階整流器が正のBUS出力電圧と負のBUS出力電圧および正のVinと負のVinを形成するための直流増幅機能を有するようにしてもよい。したがって、整流モードの電力要素をバッテリ・モードで再利用することができる。さらに、上述の回路が単一のバッテリ群と動作してもよい。シリコン制御サイリスタSCR、中継器、および電力スイッチ・トランジスタをバッテリ入力スイッチ要素として使用してもよく、三極管交流半導体スイッチTRIAC、中継器、および電力スイッチ・トランジスタを交流入力スイッチ要素として使用してもよい。
上述の実施形態の各々における5段階電力変換器では、放電制御回路は、第9のスイッチ・トランジスタQ9、第10のスイッチ・トランジスタQ10、第11のスイッチ・トランジスタQ11、第12のスイッチ・トランジスタQ12、第13のスイッチ・トランジスタQ13、第14のスイッチ・トランジスタQ14、および第3のスイッチング回路3を備える。
第9のスイッチ・トランジスタQ9の第1の端点は第1のキャパシタC1の第2の端点に接続され、第9のスイッチ・トランジスタQ9の第2の端点は第10のスイッチ・トランジスタQ10の第1の端点に接続され、第10のスイッチ・トランジスタQ10の第2の端点は第1のインダクタ・ユニットL1の第2の端点に接続され、第11のスイッチ・トランジスタQ11の第1の端点は第2のキャパシタC2の第2の端点と第11のダイオードD11のアノードに接続され、第11のスイッチ・トランジスタQ11の第2の端点は第10のスイッチ・トランジスタQ10の第1の端点と第11のダイオードD11のカソードに接続され、第14のスイッチ・トランジスタQ14の第1の端点は第4のキャパシタC4の第2の端点に接続され、第14のスイッチ・トランジスタQ14の第2の端点は第13のスイッチ・トランジスタQ13の第1の端点に接続され、第13のスイッチ・トランジスタQ13の第2の端点は第1のインダクタ・ユニットL1の第2の端点に接続され、第12のスイッチ・トランジスタQ12の第1の端点は第3のキャパシタC3の第2の端点と第12のダイオードD12のカソードに接続され、第12のスイッチ・トランジスタQ12の第2の端点は第14のスイッチ・トランジスタQ14の第2の端点と第12のダイオードD12のアノードに接続される。
第3のスイッチング回路3の第1の端点は第1のインダクタ・ユニットL1の第2の端点に接続され、第3のスイッチング回路3の第2の端点は接地されて、時間による第3のスイッチング回路3の第2の端点から第1の端点への順方向導電または第3のスイッチング回路3の第1の端点から第2の端点への逆方向導電を実現する。
場合によっては、上述の放電制御回路のインバータが5段階の構造を使用する。当該構造において、4つのインバータ・メイン・スイッチ・トランジスタQ9、Q10、Q13、およびQ14がI形の構造を形成するように接続され、2つのインバータ・フリーホイール・スイッチ・トランジスタQ11およびQ12がT形の構造を形成するように接続され、インバータ外部トランジスタQ9およびQ14が正のBUS電圧と負のBUS電圧に接続され、インバータ内部トランジスタQ10およびQ13が正のVin電圧と負のVin電圧に接続される。
上述の実施形態の各々に従う5段階電力変換器の整流器とインバータによって形成された整流器制御回路と放電制御回路では、整流器が入力交流を直流に変換して電力要素補正PFC機能を実現し、インバータが交流出力電圧への整流後に直流電圧を変換し、それにより、回路出力の5段階を実現する。
図5は本発明の第1の実施形態に従う5段階電力変換器の制御方法の流れ図である。図5に示すように、図1乃至4を参照すると、5段階電力変換器の制御方法の当該実施形態は、5段階電力変換器の第1の実施形態に対応し、上述の実施形態の各々で提供した5段階電力変換器の制御方法を示す。当該5段階電力変換器の制御方法は、以下を含む。
ステップ501で、第1のキャパシタC1の第2の端点、第2のキャパシタC2の第2の端点、第3のキャパシタC3の第2の端点、および第4のキャパシタC4の第2の端点に電流を入力するように整流器制御回路を制御する。第1のキャパシタC1の第2の端点および第2のキャパシタC2の第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、第1のキャパシタC1の第2の端点に蓄積された電気量は第2のキャパシタC2の第2の端点に蓄積された電気量より大きく、第3のキャパシタC3の第2の端点および第4のキャパシタC4の第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、第4のキャパシタC4の第2の端点に蓄積された電気量は第3のキャパシタC3の第2の端点に蓄積された電気量より大きく、第1のキャパシタC1と第2のキャパシタC2の第2の端点に蓄積された電荷の極性は第3のキャパシタC3と第4のキャパシタC4の第2の端点に蓄積された電荷の極性と反対である。
ステップ502で、整流器の第2のキャパシタC2の第2の端点、第1のキャパシタC1の第2の端点、第3のキャパシタC3の第2の端点、および第4のキャパシタC4の第2の端点から連続的に放電するように放電制御回路を制御する。放電電流は、直列に接続された第1のインダクタ・ユニットL1および第1の負荷R1を通って流れ、第1のキャパシタC1、第2のキャパシタC2、第3のキャパシタC3、および第4のキャパシタC4の何れかの充電と放電が交互に行われる。
本発明の1実施形態で提供した5段階電力変換器の制御方法によれば、当該整流器制御回路は、第1のキャパシタC1から第4のキャパシタC4へ電流を入力してキャパシタに電力を蓄えるように制御され、当該放電制御回路は、当該整流器の第1のキャパシタC1から第4のキャパシタC4へ連続的に放電してキャパシタに蓄えられたエネルギを解放するように制御される。それにより、UPSシステムに対する5段階の出力を実現し、入力電力要素補正PFC機能を実装する。
図6は、本発明の第2の実施形態に従う5段階電力変換器の制御方法の流れ図である。図6に示すように、図1を参照すると、場合によっては、第1の方法実施形態のステップ501で、第1のキャパシタC1の第2の端点、第2のキャパシタC2の第2の端点、第3のキャパシタC3の第2の端点、および第4のキャパシタC4の第2の端点に電流を入力するように整流器制御回路を制御するステップは以下を含む。
ステップ601で、外部入力電源により提供されたエネルギ蓄電電流の流れを第2のインダクタ・ユニットL2の第1の端点から第2の端点へと切り替えて第2のインダクタ・ユニットL2に対するエネルギを蓄えるように第1のスイッチング回路1を制御する。
ステップ602で、第1のスイッチング回路1をターンオフして、第1のキャパシタC1の第2の端点に蓄積された電気量が第2のキャパシタC2の第2の端点に蓄積された電気量より大きいように、第2のインダクタ・ユニットL2が第1のキャパシタC1および第2のキャパシタC2を充電し、第2のキャパシタC2の第2の端点と第2のインダクタ・ユニットL2の第2の端点の間の直列に接続された第3のスイッチ・トランジスタQ3のデューティ・サイクルを制御できるようにする。
ステップ603で当該外部入力電源により提供されたエネルギ蓄電電流の流れを第2のインダクタ・ユニットL2の第2の端点から第1の端点へと切り替えて第2のインダクタ・ユニットL2に対するエネルギを蓄えるように第1のスイッチング回路1を制御する。
ステップ604で、第1のスイッチング回路1をターンオフして、第4のキャパシタC4の第2の端点に蓄積された電気量が第3のキャパシタC3の第2の端点に蓄積された電気量より大きいように、第2のインダクタ・ユニットL2が第3のキャパシタC3および第4のキャパシタC4を充電して、第3のキャパシタC3の第2の端点と第2のインダクタ・ユニットL2の第2の端点の間の直列に接続された第4のスイッチ・トランジスタQ4のデューティ・サイクルを制御できるようにする。
以下で、入力電圧正弦波の正の半周期を1例として用いることにより、第1および第2の方法の実施形態における5段階整流器の動作原理を簡単に説明する。
第1のスイッチ・トランジスタQ1が導通するときには、電流は入力電圧線および第2のインダクタ・ユニットL2、第1のスイッチ・トランジスタQ1、および第2のダイオードD2を通って流れ、次いで出力線に戻り、PFCの第2のインダクタ・ユニットがエネルギを蓄える。第1のスイッチ・トランジスタQ1がターンオフされたときには、第2のインダクタ・ユニットL2は、2つのアプローチを用いることによりエネルギを解放する。当該2つのアプローチの1つは、第2のインダクタ・ユニットL2が第3のダイオードD3を用いて第1のキャパシタC1を充電して第1のキャパシタC1の両端で正のBUS電圧を生成することであり、他方は、第2のインダクタ・ユニットL2がオン/オフ状態の第3のスイッチ・トランジスタQ3に導電することにより第2のキャパシタC2を充電して第2のキャパシタC2の両端で正のVin電圧を生成することである。第3のスイッチ・トランジスタQ3のデューティ・サイクルの充電により、第2のキャパシタC2に充電される電気量を制御して、第2のキャパシタC2の両端の電圧が正のVin電圧の設定値に到達するようにしてもよい。第2のインダクタ・ユニットL2がエネルギを解放したときにのみ第3のスイッチ・トランジスタQ3を導電して、正常な動作を維持することができる。原則として、第3のダイオードD3と第1のキャパシタC1はブーストBoost変換器を構成し、正のBUS電圧出力が第1のキャパシタC1の両端で実現され、第4のダイオードD4、第3のスイッチ・トランジスタQ3、および第2のキャパシタC2はバックBuck変換器を構成し、正のVin電圧出力が第2のキャパシタC2の両端で実現される。
5段階整流器の入力電圧正弦波の負の半周期の動作原理は同様である。負の半周期では、第2のスイッチ・トランジスタQ2と第1のダイオードD1が導通するときには、入力電流は正の半周期の入力電流とは反対である。即ち、第2のインダクタ・ユニットL2を通って流れる電流は反対であり、第3のキャパシタC3および第4のキャパシタC4の充電はエネルギを蓄えた後にターンオフされる。詳細についてはここでは繰り返さない。
本実施形態では、第1のスイッチング回路1の切替えにより、エネルギを第1のキャパシタC1および第2のキャパシタC2または第3のキャパシタC3および第4のキャパシタC4に対して蓄えてもよく、零レベルがエネルギ貯蔵回路の中間点、即ち、第1のキャパシタC1と第4のキャパシタC4の間の点で形成される。したがって、5段階整流器回路は、正のBUS電圧および負のBUS電圧、正のVin電圧および負のVin電圧、ならびに零レベルを実現することができる。
図7は、本発明の第3の実施形態に従う5段階電力変換器の制御方法の流れ図である。5段階電力変換器の方法の第3の実施形態は、5段階電力変換器の第4の実施形態に対応する。図7に示すように、図4または第1の方法実施形態を参照すると、ステップ501における第1のキャパシタC1の第2の端点、第2のキャパシタC2の第2の端点、第3のキャパシタC3の第2の端点、および第4のキャパシタC4の第2の端点に電流を入力するように整流器制御回路を制御するステップは以下を含む。
ステップ701で、外部入力電源により提供されたエネルギ蓄電電流の流れを第3のインダクタ・ユニットL3の第1の端点から第2の端点へと切り替えて第3のインダクタ・ユニットL3に対するエネルギを蓄えるように第2のスイッチング回路2を制御する。
ステップ702で、第1のキャパシタC1の第2の端点に蓄積された電気量が第2のキャパシタC2の第2の端点に蓄積された電気量より大きいように、第2のスイッチング回路2をターンオフして、第2のインダクタ・ユニットL2が第1のキャパシタC1および第2のキャパシタC2を充電して、第2のキャパシタC2の第2の端点と第2のインダクタ・ユニットL3の第2の端点の間の直列に接続された第5のスイッチ・トランジスタQ5のデューティ・サイクルを制御できるようにする。
ステップ703で、当該外部入力電源により提供されたエネルギ蓄電電流の流れを第4のインダクタ・ユニットL4の第2の端点から第1の端点へと切り替えるように第2のスイッチング回路2を制御する。
ステップ704で、第4のキャパシタC4の第2の端点に蓄積された電気量が第3のキャパシタC3の第2の端点に蓄積された電気量より大きいように、第2のスイッチング回路2をターンオフして、第2のインダクタ・ユニットL2が第3のキャパシタC3および第4のキャパシタC4を充電して、第3のキャパシタC3の第2の端点と第3のインダクタ・ユニットL3の第2の端点の間の直列に接続された第6のスイッチ・トランジスタQ6のデューティ・サイクルを制御できるようにする。
5段階電力変換器の制御方法の第3の実施形態に従う回路の動作原理は、2組のデュアルBoost回路を使用してダブル・ブースト回路を形成して正のBUS電圧と負のBUS電圧を出力する点を除いては、上述の方法の実施形態と同様である。一方、2つの支流、即ち、第5のスイッチ・トランジスタQ5と第8のダイオードD8、ならびに、第6のスイッチ・トランジスタQ6と第10のダイオードD10は、支流の正のVin電圧と負のVin電圧を形成する。制御中継器またはシリコン制御サイリスタSCRの直流スイッチ要素X5と直流スイッチ要素X6はバッテリモードにおける切替スイッチを形成し、交流スイッチ要素X7と交流スイッチ要素X8は交流電源モードにおける切替スイッチを形成する。当該切替スイッチは、第1のキャパシタC1のエネルギ貯蔵または第3のキャパシタC3および第4のキャパシタC4のエネルギ貯蔵を切り替えて、UPSシステムのアプリケーションに適用するために使用される。場合によっては、当該システムは、単一のバッテリ群とも正しく動作することができる。
図8は、本発明の第4の実施形態に従う5段階電力変換器の制御方法の流れ図である。図9は、本発明の第4の実施形態に従う5段階電力変換器の制御方法の動作電圧波形の略図であり、図9においてT1乃至T6は期間を表す。5段階電力変換器の制御方法の第4の実施形態は、図1乃至4に示す5段階電力変換器の諸実施形態に対応する。図8および9に示すように、図1乃至4を参照すると、5段階電力変換器の制御方法の諸実施形態はさらに以下を含む。
ステップ801で、期間T1において、絶えず導電するように第11のスイッチ・トランジスタQ11を制御し、オン/オフ状態であるように第10のスイッチ・トランジスタQ10を制御し、ターンオフ状態であるように第9のスイッチ・トランジスタQ9を制御し、放電するように第2のキャパシタC2を制御する。放電電流は第1のインダクタ・ユニットL1と第1の負荷R1を通って連続的に流れる。
ステップ802で、期間T2において、絶えず導電するように第10のスイッチ・トランジスタQ10を制御し、オン/オフ状態であるように第9のスイッチ・トランジスタQ9を制御し、絶えず導電するように第11のスイッチ・トランジスタQ11を制御し、放電するように第1のキャパシタC1を制御する。放電電流は第1のインダクタ・ユニットL1と第1の負荷R1を通って連続的に流れる。
ステップ803で、期間T3において、絶えず導電するように第11のスイッチ・トランジスタQ11を制御し、オン/オフ状態であるように第10のスイッチ・トランジスタQ10を制御し、ターンオフ状態であるように第9のスイッチ・トランジスタQ9を制御し、放電するように第2のキャパシタC2を制御する。放電電流は第1のインダクタ・ユニットL1と第1の負荷R1を通って連続的に流れる。
ステップ804で、第3のスイッチング回路3を第3のスイッチング回路3の第2の端点から第1の端点への順方向導電に切り替えるように制御する。
ステップ805で、期間T4において、絶えず導電するように第12のスイッチ・トランジスタQ12を制御し、オン/オフ状態であるように第13のスイッチ・トランジスタQ13を制御し、ターンオフ状態であるように第14のスイッチ・トランジスタQ14を制御し、放電するように第3のキャパシタC3を制御する。放電電流は第1のインダクタ・ユニットL1と第1の負荷R1を通って連続的に流れる。
ステップ806で、期間T5において、絶えず導電するように第13のスイッチ・トランジスタQ13を制御し、オン/オフ状態であるように第14のスイッチ・トランジスタQ14を制御し、絶えず導電するように第12のスイッチ・トランジスタQ12を制御し、放電するように第4のキャパシタC4を制御する。放電電流は第1のインダクタ・ユニットL1と第1の負荷R1を通って連続的に流れる。
ステップ807で、期間T6において、絶えず導電するように第12のスイッチ・トランジスタQ12を制御し、オン/オフ状態であるように第13のスイッチ・トランジスタQ13を制御し、ターンオフ状態であるように第14のスイッチ・トランジスタQ14を制御し、放電するように第3のキャパシタC3を制御する。放電電流は第1のインダクタ・ユニットL1と第1の負荷R1を通って連続的に流れる。
ステップ808で、第3のスイッチング回路3を当該第3のスイッチング回路3の第1の端点から第2の端点への逆方向導電に切り替えるように制御する。
図9に示すように、本実施形態では、2つの異なる種類の電圧、即ち正のBUS電圧および負のBUS電圧ならびに正のVin電圧および負のVin電圧(Boost出力電圧+BUSおよび−BUSおよびBuck出力電圧+Vinおよび−Vin)、ならびに零レベルが形成される。これらがインバータ中点電圧に対して5段階を実現してもよい。図9に示すように、水平軸は時刻tを表し、上の図の垂直軸は上述の実施形態における第1の負荷R1の両端の出力電圧Voutの波形を表し、下の図の垂直軸はインバータの点AおよびBの間の出力電圧Vmidの波形を表す。出力電圧Voutの正弦波形は第5のキャパシタC5または第1の負荷R1の何れかの2つの端点の間の電圧を示し、正弦波形は以下のように形成される。即ち、点AとBの間の波形Vmidは第1のインダクタ・ユニットL1および第5のキャパシタC5によりフィルタされ、次いで高周波数の正方波形をフィルタした後に正弦波形が出力される。
図9を参照して、以下では、入力電圧の正弦波の正の半周期を1例として用いることにより、当該実施形態における5段階インバータの動作原理を説明する。
出力電圧中点の電圧には2つのケースがある。即ち、出力された正弦波電圧波形が2つのセグメントに分割される。即ち、出力電圧Voutは第2のキャパシタC2の両端の電圧より小さく、出力電圧Voutは第2のキャパシタC2の両端の電圧より大きい。したがって、2つの動作モードが存在する。動作モード1では、期間T1およびT3において、ステップ801および803に対応して、出力電圧Voutは第2のキャパシタC2の両端の電圧より小さい。この場合、第11のスイッチ・トランジスタQ11が連続的に導電し、第10のスイッチ・トランジスタQ10がオン/オフ状態で動作し、第15のスイッチ・トランジスタQ15および第15のダイオードD15がフリーホリーリング経路を形成して、インバータの中点AおよびBの間の出力電圧の+Vin電圧と零レベルを取得する。動作モード2では、期間T2において、ステップ802に対応して、出力電圧Voutは第2のキャパシタC2の両端の電圧より大きい。この場合、第10のスイッチ・トランジスタQ10が連続的に導電し、第9のスイッチ・トランジスタQ9はオン/オフ状態で動作し、第10のスイッチ・トランジスタQ10および第11のダイオードD11がフリーホリーリング経路を形成して、インバータの中点AおよびBの間の出力電圧の+Vinおよび+BUS電圧を取得する。上述のフリーホリーリング経路では、垂直ブリッジ・アームにおいて、即ち、第9のスイッチ・トランジスタQ9および第10のスイッチ・トランジスタQ10がターンオフ状態にあるときに、フリーホリーリング経路を第1のインダクタ・ユニットL11に提供して、出力インバータ中点に対する零レベルを実現してもよい。
具体的には、正の半周期において、電圧+BUSおよび+Vinを取得する手続きは以下の通りである。期間T2において、ステップ802で第9のスイッチ・トランジスタQ9および第10のスイッチ・トランジスタQ10が導電すると、エネルギが増幅回路内の第1のキャパシタC1から第1のインダクタ・ユニットL1へ伝達されて出力される。点AおよびBの間の+BUS電圧は+2レベルとも呼ばれる。期間T1およびT3において、第9のスイッチ・トランジスタQ9がステップ801および803でターンオフされると、第11のダイオードD11および第10のスイッチ・トランジスタQ10が導電し、エネルギが第2のキャパシタC2から第1のインダクタ・ユニットL1に伝達されて出力される。点AおよびBの間の+Vin電圧は+1レベルとも呼ばれる。上述のフリーホリーリング経路が動作するとき、ステップ801および803で第9のスイッチ・トランジスタQ9および第10のスイッチ・トランジスタQ10がターンオフされ、第15のスイッチ・トランジスタQ15および第15のダイオードD15が導電し、点AとBの間の零レベルが第1のインダクタ・ユニットL1で取得され出力される。
したがって、3つの段階、即ち、+Vin、+BUS、および零レベルを出力電圧中点で出力することができる。
同様に、5段階インバータの出力電圧正弦波の負の半周期において、−Vinと−BUSを取得することができる。−Vinおよび−BUSは、−1レベルと−2レベルに対応し、期間T4ならびに期間T6および期間T5に対応する。詳細についてはここでは繰り返さない。
本実施形態では、直流入力電圧が低いので、スイッチ・トランジスタの内部トランジスタのスイッチング・ロスを、正弦波の下半分のセグメントを構築する際に削減することができる。一方、増幅回路は部分的な電力のみを処理し、伝導損失は少ない。複数のレベルを実装することでスイッチング・ロスを削減することができる。インバータ中点電圧が5段階であるので、出力インバータ誘導を減らすことができ、出力電流調波を改善することができ、出力電圧調波歪みTHDvを改善することができる。さらに、共通の3段階インバータのように、高速リカバリ・ダイオードが第15のダイオードD15および第16のダイオードD16として使用される。さらに効率を改善するためには、MOSFET/IGBTを並列に接続し、並列に接続されたスイッチ・トランジスタ要素が反応補償電流経路(reactive compensation current path)を提供してもよい。一方、適切な制御論理が使用される。当該インバータが出力電流を制限するとき、第15のスイッチ・トランジスタQ15および第15のダイオードD15、または第16のスイッチ・トランジスタQ16および第16のダイオードD16を導電して出力電流フリーホリーリング経路を提供する。出力電流フリーホリーリング経路により、スイッチ・トランジスタの電圧ストレスを削減することができる。さらに、電力トランジスタおよびスイッチ・トランジスタが集中的に配置され、要素の利用率の増大が促進され、単一の電力モジュールに統合して電力消費を減らすことが促進される。
上述の実施形態の各々で提供した5段階電力変換器の制御方法により、整流器とインバータにより形成される回路を制御して5段階動作を実現することができる。当該5段階動作をUPSシステムに適用してもよい。交流電源が割り込まれたとき、逆変換アプローチを用いることによって、UPSは内部エネルギ蓄電装置に蓄えた電気エネルギを即座に使用して、交流電力を負荷に連続的に供給する。その結果、負荷が正しく動作し続ける。
上述の制御方法の実施形態に対応して、本発明はさらに、図1乃至4に示す5段階電力変換器を制御するための制御装置を提供する。図10は、本発明の第1の実施形態に従う5段階電力変換器の制御装置の構造的略図である。図10に示すように、図1乃至4を参照すると、当該装置の実施形態は5段階電力変換器を制御するための装置に固有である。当該装置は、第1のキャパシタC1の第2の端点、第2のキャパシタC2の第2の端点、第3のキャパシタC3の第2の端点、および第4のキャパシタC4の第2の端点に電流を入力するように整流器制御回路を制御するように構成された整流器制御モジュール1001であって、第1のキャパシタC1の第2の端点および第2のキャパシタC2の第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、第1のキャパシタC1の第2の端点に蓄積された電気量は第2のキャパシタC2の第2の端点に蓄積された電気量より大きく、第3のキャパシタC3の第2の端点および第4のキャパシタC4の第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、第4のキャパシタC4の第2の端点に蓄積された電気量は第3のキャパシタC3の第2の端点に蓄積された電気量より大きく、第1のキャパシタC1と第2のキャパシタC2の第2の端点に蓄積された電荷の極性は第3のキャパシタC3と第4のキャパシタC4の第2の端点に蓄積された電荷の極性と反対である整流器制御モジュール1001と、当該整流器の第2のキャパシタC2の第2の端点、第1のキャパシタC1の第2の端点、第3のキャパシタC3の第2の端点、および第4のキャパシタC4の第2の端点から連続的に放電するように放電制御回路を制御するように構成されたインバータ制御モジュール1002であって、放電電流は直列に接続された第1のインダクタ・ユニットL1と第1の負荷R1を通って流れ、第1のキャパシタC1、第2のキャパシタC2、第3のキャパシタC3、および第4のキャパシタC4の何れかの充電と放電が交互に行われるインバータ制御モジュール1002と、を備える。
本発明の第1の実施形態で提供した5段階電力変換器の制御装置は、第1のキャパシタC1および第2のキャパシタC2のエネルギ蓄電と放電または第3のキャパシタC3および第4のキャパシタC4のエネルギ蓄電と放電を、整流器制御モジュール1001およびインバータ制御モジュール1002を用いることにより実現し、それにより5段階出力と入力電力要素補正PFC機能を実現する。
本発明の当該実施形態で提供する5段階電力変換器の制御装置では、当該整流器制御モジュールが複数の構成形を有してもよい。例えば、当該モジュールが図11に示す形を使用してもよい。図11は、本発明の第2の実施形態に従う5段階電力変換器の制御装置の構造的略図である。当該第2の実施形態における整流器制御モジュールは、図1に示す整流器制御回路に対応する。図11に示すように、図1を参照すると、当該整流器制御モジュールは、外部入力電源により提供されたエネルギ蓄電電流の流れを第2のインダクタ・ユニットL2の第1の端点から第2の端点へと切り替えて第2のインダクタ・ユニットL2に対するエネルギを蓄えるように第1のスイッチング回路1を制御するように構成された第1の整流器制御ユニット1101と、第1のキャパシタC1の第2の端点に蓄積された電気量が第2のキャパシタC2の第2の端点に蓄積された電気量より大きいように、第1のスイッチング回路1をターンオフして、第2のインダクタ・ユニットL2が第1のキャパシタC1および第2のキャパシタC2を充電し、第2のキャパシタC2の第2の端点と第2のインダクタ・ユニットL2の第2の端点の間の直列に接続された第3のスイッチ・トランジスタQ3のデューティ・サイクルを制御するように構成された第2の整流器制御ユニット1102と、当該外部入力電源により提供された当該エネルギ蓄電電流の流れを第2のインダクタ・ユニットL2の第2の端点から第1の端点へと切り替えて第2のインダクタ・ユニットL2に対するエネルギを蓄えるように第1のスイッチング回路1を制御するように構成された第3の整流器制御ユニット1103と、第4のキャパシタC4の第2の端点に蓄積された電気量が第3のキャパシタC3の第2の端点に蓄積された電気量より大きいように、第1のスイッチング回路1をターンオフして、第2のインダクタ・ユニットL2が第3のキャパシタC3および第4のキャパシタC4を充電して、第3のキャパシタC3の第2の端点と第2のインダクタ・ユニットL2の第2の端点の間で直列に接続された第4のスイッチ・トランジスタQ4のデューティ・サイクルを制御できるように構成された第4の整流器制御ユニット1104と、を備える。
本実施形態では、第1のスイッチング回路1の切替えにより、外部入力電源により提供されたエネルギ蓄電電流の流れを第2のインダクタ・ユニットL2の第1の端点から第2のインダクタ・ユニットL2の第2の端点に切り替え、または、第2のインダクタ・ユニットL2の第2の端点から第1の端点に切り替えて、第2のインダクタ・ユニットL2に対するエネルギ貯蔵を実現し、次に、第1のスイッチング回路1をターンオフして第1のキャパシタC1および第2のキャパシタC2に対する充電または第3のキャパシタC3および第4のキャパシタC4に対する充電を実現する。
図12は、本発明の第3の実施形態に従う5段階電力変換器の制御装置の構造的略図である。当該第3の実施形態における整流器制御モジュールは、図4に示した整流器制御回路に対応する。図12に示すように、図4を参照すると、当該整流器制御モジュールは、外部入力電源により提供されたエネルギ蓄電電流の流れを第3のインダクタ・ユニットL3の第1の端点から第2の端点へと切り替えて第3のインダクタ・ユニットL3に対するエネルギを蓄えるように第2のスイッチング回路2を制御するように構成された第5の整流器制御ユニット1201と、第1のキャパシタC1の第2の端点に蓄積された電気量が第2のキャパシタC2の第2の端点に蓄積された電気量より大きいように、第2のスイッチング回路2をターンオフして、第2のインダクタ・ユニットL2が第1のキャパシタC1および第2のキャパシタC2を充電し、第2のキャパシタC2の第2の端点および第3のインダクタ・ユニットL3の第2の端点の間の直列に接続された第5のスイッチ・トランジスタQ5のデューティ・サイクルを制御できるように構成された第6の整流器制御ユニット1202と、当該外部入力電源により提供された当該エネルギ蓄電電流の流れを第4のインダクタ・ユニットL4の第2の端点から第1の端点へと切り替えるように第2のスイッチング回路2を制御するように構成された第7の整流器制御ユニット1203と、第4のキャパシタC4の第2の端点に蓄積された電気量が第3のキャパシタC3の第2の端点に蓄積された電気量より大きいように、第2のスイッチング回路2をターンオフして、第2のインダクタ・ユニットL2が第3のキャパシタC3および第4のキャパシタC4を充電し、第3のキャパシタC3の第2の端点と第3のインダクタ・ユニットL3の第2の端点の間の直列に接続された第6のスイッチ・トランジスタQ6のデューティ・サイクルを制御するように構成された第8の整流器制御ユニット1204と、を備える。
本実施形態では、第2のスイッチング回路2の切替えにより、当該外部入力電源により提供された当該エネルギ蓄電電流の流れを第3のインダクタ・ユニットL3の第1の端点から第2の端点へと切り替えて、第3のインダクタ・ユニットL3に対するエネルギ貯蔵を実現し、または、第4のインダクタ・ユニットL4の第2の端点から第1の端点へと切り替えて、第4のインダクタ・ユニットL4に対するエネルギ貯蔵を実現する。次に、第2のスイッチング回路2をターンオフして、第1のキャパシタC1および第2のキャパシタC2に対する充電または第3のキャパシタC3および第4のキャパシタC4に対する充電を実現する。
図13は、本発明の第4の実施形態に従う5段階電力変換器の制御装置の構造的略図である。当該第4の実施形態におけるインバータ制御モジュールは、図1乃至4に示すインバータ制御回路に対応し、以下の各ユニットは図9に示す各期間の電圧を出力する。図9および13に示すように、図1乃至4を参照すると、上述の装置の実施形態の各々におけるインバータ制御モジュールは、期間T1に対応する出力電圧で、絶えず導電するように第11のスイッチ・トランジスタQ11を制御し、オン/オフ状態であるように第10のスイッチ・トランジスタQ10を制御し、ターンオフ状態であるように第9のスイッチ・トランジスタQ9を制御し、放電するように第2のキャパシタC2を制御するように構成された第1のインバータ制御ユニット1301であって、放電電流は第1のインダクタ・ユニットL1と第1の負荷R1を通って連続的に流れる第1のインバータ制御ユニット1301と、期間T2に対応する出力電圧で、絶えず導電するように第10のスイッチ・トランジスタQ10を制御し、オン/オフ状態であるように第9のスイッチ・トランジスタQ9を制御し、絶えず導電するように第11のスイッチ・トランジスタQ11を制御し、放電するように第1のキャパシタC1を制御するように構成された第2のインバータ制御ユニット1302であって、放電電流は第1のインダクタ・ユニットL1と第1の負荷R1を通って連続的に流れる第2のインバータ制御ユニット1302と、期間T3に対応する出力電圧で、絶えず導電するように第11のスイッチ・トランジスタQ11を制御し、オン/オフ状態であるように第10のスイッチ・トランジスタQ10を制御し、ターンオフ状態であるように第9のスイッチ・トランジスタQ9を制御し、放電するように第2のキャパシタC2を制御するように構成された第3のインバータ制御ユニット1303であって、放電電流は第1のインダクタ・ユニットL1と第1の負荷R1を通って連続的に流れる第3のインバータ制御ユニット1303と、第3のスイッチング回路を第3のスイッチング回路3の第2の端点から第1の端点への順方向導電に切り替えるように制御するように構成された第4のインバータ制御ユニット1304と、期間T4に対応する出力電圧で、絶えず導電するように第12のスイッチ・トランジスタQ12を制御し、オン/オフ状態であるように第13のスイッチ・トランジスタQ13を制御し、ターンオフ状態であるように第14のスイッチ・トランジスタQ14を制御し、放電するように第3のキャパシタC3を制御するように構成された第5のインバータ制御ユニット1305であって、放電電流は第1のインダクタ・ユニットL1と第1の負荷R1を通って連続的に流れる第5のインバータ制御ユニット1305と、期間T5に対応する出力電圧で、絶えず導電するように第13のスイッチ・トランジスタQ13を制御し、オン/オフ状態であるように第14のスイッチ・トランジスタQ14を制御し、絶えず導電するように第12のスイッチ・トランジスタQ12を制御し、放電するように第4のキャパシタC4を制御するように構成された第6のインバータ制御ユニット1306であって、放電電流は第1のインダクタ・ユニットL1と第1の負荷R1を通って連続的に流れる第6のインバータ制御ユニット1306と、期間T6に対応する出力電圧で、絶えず導電するように第12のスイッチ・トランジスタQ12を制御し、オン/オフ状態であるように第13のスイッチ・トランジスタQ13を制御し、ターンオフ状態であるように第14のスイッチ・トランジスタQ14を制御し、放電するように第3のキャパシタC3を制御するように構成された第7のインバータ制御ユニット1307であって、放電電流は第1のインダクタ・ユニットL1と第1の負荷R1を通って連続的に流れる第7のインバータ制御ユニット1307と、逆方向導電を第3のスイッチング回路3の第1の端点から第2の端点に切り替えるように第3のスイッチング回路3を制御するように構成された第8のインバータ制御ユニット1308と、を備える。
上述の実施形態の各々における5段階電力変換器の制御装置では、回路は整流器制御モジュールとインバータ制御モジュールにより形成される。当該整流器制御モジュールは、入力交流を直流に変換し電力要素補正PFC機能を実装するように回路を制御し、当該インバータ制御モジュールは、交流出力電圧への整流後に直流電圧を変換するように回路を制御し、それにより回路出力の5段階を実現する。
上述の装置の実施形態で提供した回路の制御装置を、マイクロ制御ユニット(Micro Control Unit、MCU)、デジタル信号処理(Digital Signal Processing、DSP)、または複雑プログラム可能論理装置(Complex Programmable Logic Device、CPLD)のようなデジタル信号処理チップを用いて実装してもよい。
まとめると、本発明の諸実施形態で提供した技術的解決策により、電力変換器に基づいて支流を追加することにより整流器とインバータが5段階で動作することができる。具体的には、当該5段階インバータと整流器をカスケードして高性能なオンラインUPSシステムを形成する。当該UPSには、低電力トランジスタの接続損失、低スイッチング・ロス、低い逆インダクタンスまたは整流インダクタンス、良好な入出力の総調波歪みTHDのような、5段階インバータと整流器の利点がある。本発明の諸実施形態の回路トポロジは、単相UPS、3相UPS、および中立線を有するかまたは有さない3相システムを柔軟に形成することができる。入力切替を用いることにより、交流主電源モードでインタリーブ並列を実現することができ、バッテリ・モードでインタリーブ並列を容易に実現することができる。さらに、全体の回路は単純な構造であり信頼性高く実行される。
最後に、以上の実施形態は本発明の技術的解決策を説明するためのものにすぎず、本発明を限定するものではないことに留意されたい。以上の実施形態を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明の諸実施形態の技術的解決策の思想と範囲から逸脱することなく、上述の実施形態で説明した技術的解決策に修正を加えてもよく、または、上述の実施形態の技術的解決策の一部または全部に均等な置換えを加えてもよいことは当業者には理解される。
1001 整流器制御モジュール
1002 インバータ制御モジュール
1101 第1の整流器制御ユニット
1102 第2の整流器制御ユニット
1103 第3の整流器制御ユニット
1104 第4の整流器制御ユニット
1201 第5の整流器制御ユニット
1202 第6の整流器制御ユニット
1203 第7の整流器制御ユニット
1204 第8の整流器制御ユニット
1301 第1のインバータ制御ユニット
1302 第2のインバータ制御ユニット
1303 第3のインバータ制御ユニット
1304 第4のインバータ制御ユニット
1305 第5のインバータ制御ユニット
1306 第6のインバータ制御ユニット
1307 第7のインバータ制御ユニット
1308 第8のインバータ制御ユニット

Claims (16)

  1. インバータと少なくとも1つの整流器とを備えた5段階電力変換器であって、
    前記整流器は、整流器制御回路、並列に接続された第1のキャパシタおよび第2のキャパシタ、ならびに並列に接続された第3のキャパシタおよび第4のキャパシタを備え、前記第1のキャパシタの第1の端点、前記第2のキャパシタの第1の端点、前記第3のキャパシタの第1の端点、および前記第4のキャパシタの第1の端点は接地され、
    前記整流器制御回路は、前記第1のキャパシタの第2の端点、前記第2のキャパシタの第2の端点、前記第3のキャパシタの第2の端点、および前記第4のキャパシタの第2の端点に電流を入力するように構成され、前記第1のキャパシタの前記第2の端点および前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、前記第1のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量は前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量よりも大きく、前記第3のキャパシタの前記第2の端点および前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量は前記第3のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量より大きく、前記第1のキャパシタと前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は前記第3のキャパシタと前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性と反対であり、
    前記インバータは、放電制御回路、および直列に接続された第1のインダクタ・ユニットと第1の負荷を備え、前記第1のインダクタ・ユニットの第1の端点は前記第1の負荷の第1の端点に接続され、前記第1の負荷の第2の端点は接地され、
    前記放電制御回路は、前記整流器の前記第2のキャパシタの前記第2の端点、前記第1のキャパシタの前記第2の端点、前記第3のキャパシタの前記第2の端点、および前記第4のキャパシタの前記第2の端点から連続的に放電するように構成され、放電電流は直列に接続された前記第1のインダクタ・ユニットと前記第1の負荷を通って流れ、前記第1のキャパシタ、前記第2のキャパシタ、前記第3のキャパシタ、および前記第4のキャパシタの何れかの充電と放電は交互に行われ、
    前記整流器制御回路は、第2のインダクタ・ユニット、第1のスイッチング回路、第1の制御回路、および第2の制御回路を備え、前記第2のインダクタ・ユニットの第1の端点は外部入力電源に接続され
    前記第1の制御回路は、第3のダイオード、第4のダイオード、および第3のスイッチ・トランジスタを備え、前記第3のダイオードは前記第1のキャパシタの前記第2の端点と前記第2のインダクタ・ユニットの第2の端点の間との回路において直列に接続され、前記第3のダイオードのアノードは前記第2のインダクタ・ユニットの前記第2の端点に接続され、前記第3のダイオードのカソードは前記第1のキャパシタの前記第2の端点に接続され、前記第4のダイオードと前記第3のスイッチ・トランジスタは前記第2のキャパシタの前記第2の端点と前記第2のインダクタ・ユニットの前記第2の端点との間の回路において直列に接続され、前記第4のダイオードのアノードは前記第2のインダクタ・ユニットの前記第2の端点に接続され、
    前記第2の制御回路は、第5のダイオード、第6のダイオード、および第4のスイッチ・トランジスタを備え、前記第5のダイオードは、前記第4のキャパシタの前記第2の端点と前記第2のインダクタ・ユニットの前記第2の端点との間の回路において直列に接続され、前記第5のダイオードのアノードは前記第2のインダクタ・ユニットの前記第2の端点に接続され、前記第5のダイオードのカソードは前記第4のキャパシタの前記第2の端点に接続され、前記第6のダイオードと前記第4のスイッチ・トランジスタは前記第3のキャパシタの前記第2の端点と前記第2のインダクタ・ユニットの前記第2の端点との間の回路において直列に接続され、前記第6のダイオードのアノードは前記第2のインダクタ・ユニットの前記第2の端点に接続され、
    前記第1のスイッチング回路は、前記外部入力電源により提供されたエネルギ蓄電電流の流れを、前記第2のインダクタ・ユニットの前記第1の端点から前記第2の端点へと、または、前記第2のインダクタ・ユニットの前記第2の端点から前記第1の端点へと切り替えるように構成された、
    5段階電力変換器。
  2. 前記第1のスイッチング回路は直列に接続された第1のスイッチ・トランジスタと第2のスイッチ・トランジスタ、および直列に接続された第1のダイオードと第2のダイオードを備え、前記第1のダイオードと前記第2のダイオードの極性は反対に設定され、前記第1のスイッチ・トランジスタと前記第2のスイッチ・トランジスタの間の点は前記第1のダイオードと前記第2のダイオードの間の点と連通する、請求項に記載の5段階電力変換器。
  3. 前記外部入力電源は、外部交流入力電源およびバッテリ群を備え、前記外部交流入力電源は、交流スイッチ要素を用いることによって前記第2のインダクタ・ユニットの前記第1の端点に接続され、
    前記バッテリ群は第1のバッテリ・ユニットと第2のバッテリ・ユニットを備え、前記第1のバッテリ・ユニットのアノードは、直流スイッチ要素を用いることにより前記整流器制御回路内の第2のインダクタ・ユニットの第1の端点に接続され、前記第1のバッテリ・ユニットのカソードは接地され、前記第2のバッテリ・ユニットのカソードは、直流スイッチ要素を用いることにより前記整流器制御回路内の前記第2のインダクタ・ユニットの前記第1の端点に接続され、前記第2のバッテリ・ユニットのアノードは接地され、請求項に記載の5段階電力変換器。
  4. 前記5段階電力変換器は、2つの前記整流器を備え、
    前記外部入力電源は、外部交流入力電源およびバッテリ群を備え、前記外部交流入力電源は、交流スイッチ要素を用いることによって、前記2つの整流器のそれぞれの前記第2のインダクタ・ユニットの前記第1の端点に接続され、
    前記バッテリ群は第3のバッテリ・ユニットおよび第4のバッテリ・ユニットを備え、前記第3のバッテリ・ユニットのアノードは、直流スイッチ要素を用いることにより前記2つの整流器のうちの第1の整流器の前記第2のインダクタ・ユニットの前記第1の端点に接続され、前記第3のバッテリ・ユニットのカソードは接地され、前記第4のバッテリ・ユニットのカソードは、直流スイッチ要素を用いることにより前記2つの整流器のうちの第2の整流器の前記第2のインダクタ・ユニットの前記第1の端点に接続され、前記第4のバッテリ・ユニットのアノードは接地される、請求項1に記載の5段階電力変換器。
  5. 前記第1のインダクタ・ユニットまたは前記第2のインダクタ・ユニットは、単一インダクタ要素、または並列に接続された複数インダクタ要素、または直列に接続された複数インダクタ要素により形成される、請求項1から4の何れか一項に記載の5段階電力変換器。
  6. インバータと少なくとも1つの整流器とを備えた5段階電力変換器であって、
    前記整流器は、整流器制御回路、並列に接続された第1のキャパシタおよび第2のキャパシタ、ならびに並列に接続された第3のキャパシタおよび第4のキャパシタを備え、前記第1のキャパシタの第1の端点、前記第2のキャパシタの第1の端点、前記第3のキャパシタの第1の端点、および前記第4のキャパシタの第1の端点は接地され、
    前記整流器制御回路は、前記第1のキャパシタの第2の端点、前記第2のキャパシタの第2の端点、前記第3のキャパシタの第2の端点、および前記第4のキャパシタの第2の端点に電流を入力するように構成され、前記第1のキャパシタの前記第2の端点および前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、前記第1のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量は前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量よりも大きく、前記第3のキャパシタの前記第2の端点および前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量は前記第3のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量より大きく、前記第1のキャパシタと前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は前記第3のキャパシタと前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性と反対であり、
    前記インバータは、放電制御回路、および直列に接続された第1のインダクタ・ユニットと第1の負荷を備え、前記第1のインダクタ・ユニットの第1の端点は前記第1の負荷の第1の端点に接続され、前記第1の負荷の第2の端点は接地され、
    前記放電制御回路は、前記整流器の前記第2のキャパシタの前記第2の端点、前記第1のキャパシタの前記第2の端点、前記第3のキャパシタの前記第2の端点、および前記第4のキャパシタの前記第2の端点から連続的に放電するように構成され、放電電流は直列に接続された前記第1のインダクタ・ユニットと前記第1の負荷を通って流れ、前記第1のキャパシタ、前記第2のキャパシタ、前記第3のキャパシタ、および前記第4のキャパシタの何れかの充電と放電は交互に行われ、
    前記整流器制御回路は、第3のインダクタ・ユニット、第4のインダクタ・ユニット、第2のスイッチング回路、第3の制御回路、および第4の制御回路を備え、前記第3のインダクタ・ユニットの第1の端点と前記第4のインダクタ・ユニットの第1の端点とは外部入力電源に接続され、
    前記第3の制御回路は、第7のダイオード、第8のダイオード、および第5のスイッチ・トランジスタを備え、前記第7のダイオードは前記第1のキャパシタの前記第2の端点と前記第3のインダクタ・ユニットの第2の端点との間の回路において直列に接続され、前記第7のダイオードのアノードは前記第3のインダクタ・ユニットの前記第2の端点に接続され、前記第7のダイオードのカソードは前記第1のキャパシタの前記第2の端点に接続され、前記第8のダイオードと前記第5のスイッチ・トランジスタは前記第2のキャパシタの前記第2の端点と前記第3のインダクタ・ユニットの前記第2の端点との間の回路において直列に接続され、前記第8のダイオードのアノードは前記第3のインダクタ・ユニットの前記第2の端点に接続され、
    前記第4の制御回路は、第9のダイオード、第10のダイオード、および第6のスイッチ・トランジスタを備え、前記第9のダイオードは前記第4のキャパシタの前記第2の端点と前記第4のインダクタ・ユニットの第2の端点との間の回路において直列に接続され、前記第9のダイオードのアノードは前記第4のインダクタ・ユニットの前記第2の端点に接続され、前記第9のダイオードのカソードは前記第4のキャパシタの前記第2の端点に接続され、前記第10のダイオードと前記第6のスイッチ・トランジスタは前記第3のキャパシタの前記第2の端点と前記第4のインダクタ・ユニットの前記第2の端点との間の回路において直列に接続され、前記第10のダイオードのアノードは前記第4のインダクタ・ユニットの前記第2の端点に接続され、
    前記第2のスイッチング回路は、前記外部入力電源により提供されたエネルギ蓄電電流の流れを、前記第3のインダクタ・ユニットの前記第1の端点から前記第2の端点へと、または、前記第4のインダクタ・ユニットの前記第2の端点から前記第1の端点へと切り替えるように構成される、
    5段階電力変換器。
  7. 前記第2のスイッチング回路は、第7のスイッチ・トランジスタおよび第8のスイッチ・トランジスタを備え、前記第7のスイッチ・トランジスタの1端は前記第3のインダクタ・ユニットの前記第2の端点に接続され、前記第7のスイッチ・トランジスタの他端は接地され、前記第8のスイッチ・トランジスタの1端は前記第4のインダクタ・ユニットの前記第2の端点に接続され、前記第8のスイッチ・トランジスタの他端は接地される、請求項に記載の5段階電力変換器。
  8. 前記外部入力電源は外部交流入力電源またはバッテリ群を備え、前記外部入力電源および前記第3のインダクタ・ユニットの前記第1の端点、ならびに前記外部交流入力電源および前記第4のインダクタ・ユニットの前記第1の端点は交流スイッチ要素を用いることにより接続され、
    前記バッテリ群は、第5のバッテリ・ユニットと第6のバッテリ・ユニットを備え、前記第5のバッテリ・ユニットのアノードは直流スイッチ要素を用いることにより前記第3のインダクタ・ユニットの前記第1の端点に接続され、前記第5のバッテリ・ユニットのカソードは接地され、前記第6のバッテリ・ユニットのカソードは直流スイッチ要素を用いることにより前記第4のインダクタ・ユニットの前記第1の端点に接続され、前記第6のバッテリ・ユニットのアノードは接地される、請求項に記載の5段階電力変換器。
  9. 前記第3のインダクタ・ユニットまたは前記第4のインダクタ・ユニットは、単一インダクタ要素、または並列に接続された複数インダクタ要素、または直列に接続された複数インダクタ要素により形成される、請求項6から8の何れか一項に記載の5段階電力変換器。
  10. インバータと少なくとも1つの整流器とを備えた5段階電力変換器であって、
    前記整流器は、整流器制御回路、並列に接続された第1のキャパシタおよび第2のキャパシタ、ならびに並列に接続された第3のキャパシタおよび第4のキャパシタを備え、前記第1のキャパシタの第1の端点、前記第2のキャパシタの第1の端点、前記第3のキャパシタの第1の端点、および前記第4のキャパシタの第1の端点は接地され、
    前記整流器制御回路は、前記第1のキャパシタの第2の端点、前記第2のキャパシタの第2の端点、前記第3のキャパシタの第2の端点、および前記第4のキャパシタの第2の端点に電流を入力するように構成され、前記第1のキャパシタの前記第2の端点および前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、前記第1のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量は前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量よりも大きく、前記第3のキャパシタの前記第2の端点および前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量は前記第3のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量より大きく、前記第1のキャパシタと前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は前記第3のキャパシタと前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性と反対であり、
    前記インバータは、放電制御回路、および直列に接続された第1のインダクタ・ユニットと第1の負荷を備え、前記第1のインダクタ・ユニットの第1の端点は前記第1の負荷の第1の端点に接続され、前記第1の負荷の第2の端点は接地され、
    前記放電制御回路は、前記整流器の前記第2のキャパシタの前記第2の端点、前記第1のキャパシタの前記第2の端点、前記第3のキャパシタの前記第2の端点、および前記第4のキャパシタの前記第2の端点から連続的に放電するように構成され、放電電流は直列に接続された前記第1のインダクタ・ユニットと前記第1の負荷を通って流れ、前記第1のキャパシタ、前記第2のキャパシタ、前記第3のキャパシタ、および前記第4のキャパシタの何れかの充電と放電は交互に行われ、
    前記放電制御回路は、第9のスイッチ・トランジスタ、第10のスイッチ・トランジスタ、第11のスイッチ・トランジスタ、第12のスイッチ・トランジスタ、第13のスイッチ・トランジスタ、第14のスイッチ・トランジスタ、および第3のスイッチング回路を備え、
    前記第9のスイッチ・トランジスタの第1の端点は前記第1のキャパシタの前記第2の端点に接続され、前記第9のスイッチ・トランジスタの第2の端点は前記第10のスイッチ・トランジスタの第1の端点に接続され、前記第10のスイッチ・トランジスタの第2の端点は前記第1のインダクタ・ユニットの前記第2の端点に接続され、前記第11のスイッチ・トランジスタの第1の端点は前記第2のキャパシタの前記第2の端点に接続され、前記第11のスイッチ・トランジスタの第2の端点は前記第10のスイッチ・トランジスタの前記第1の端点に接続され、前記第14のスイッチ・トランジスタの第1の端点は前記第4のキャパシタの前記第2の端点に接続され、前記第14のスイッチ・トランジスタの第2の端点は前記第13のスイッチ・トランジスタの第1の端点に接続され、前記第13のスイッチ・トランジスタの第2の端点は前記第1のインダクタ・ユニットの前記第2の端点に接続され、前記第12のスイッチ・トランジスタの第1の端点は前記第3のキャパシタの前記第2の端点に接続され、前記第12のスイッチ・トランジスタの第2の端点は前記第14のスイッチ・トランジスタの前記第2の端点に接続され、
    前記第3のスイッチング回路の第1の端点は前記第1のインダクタ・ユニットの前記第2の端点に接続され、前記第3のスイッチング回路の第2の端点は接地されて、時間による前記第3のスイッチング回路の前記第2の端点から前記第1の端点への順方向導電または前記第3のスイッチング回路の前記第1の端点から前記第2の端点への逆方向導電を実装する、
    5段階電力変換器。
  11. 請求項1から5の何れか1項に記載の5段階電力変換器の制御方法であって、
    第1のキャパシタの第2の端点、第2のキャパシタの第2の端点、第3のキャパシタの第2の端点、および第4のキャパシタの第2の端点に電流を入力するように整流器制御回路を制御するステップであって、前記第1のキャパシタの前記第2の端点および前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、前記第1のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量は前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量よりも大きく、前記第3のキャパシタの前記第2の端点および前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量は前記第3のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量より大きく、前記第1のキャパシタと前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は前記第3のキャパシタと前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性と反対であるステップと、
    前記整流器の前記第2のキャパシタの前記第2の端点、前記第1のキャパシタの前記第2の端点、前記第3のキャパシタの前記第2の端点、および前記第4のキャパシタの前記第2の端点から連続的に放電するように放電制御回路を制御するステップであって、放電電流が直列に接続された第1のインダクタ・ユニットと第1の負荷を通って流れ、前記第1のキャパシタ、前記第2のキャパシタ、前記第3のキャパシタ、および前記第4のキャパシタのうち何れかの充電と放電が交互に行われるステップと、
    を備え、
    前記第1のキャパシタの第2の端点、第2のキャパシタの第2の端点、第3のキャパシタの第2の端点、および第4のキャパシタの第2の端点に電流を入力するように整流器制御回路を制御するステップは、
    外部入力電源により提供されたエネルギ蓄電電流の流れを第2のインダクタ・ユニットの第1の端点から第2の端点へと切り替えて前記第2のインダクタ・ユニットに対するエネルギを蓄えるように第1のスイッチング回路を制御するステップと、
    前記第1のスイッチング回路をターンオフして前記第2のインダクタ・ユニットが前記第1のキャパシタと前記第2のキャパシタを充電できるようにし、前記第2のキャパシタの前記第2の端点と前記第2のインダクタ・ユニットの前記第2の端点の間で直列に接続された第3のスイッチ・トランジスタのデューティ・サイクルを制御して、前記第1のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量を前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量よりも大きくするステップと、
    前記外部入力電源により提供された前記エネルギ蓄電電流の流れを前記第2のインダクタ・ユニットの前記第2の端点から前記第1の端点へ切り替えて前記第2のインダクタ・ユニットに対するエネルギを蓄えるように前記第1のスイッチング回路を制御するステップと、
    前記第1のスイッチング回路をターンオフして前記第2のインダクタ・ユニットが前記第3のキャパシタと前記第4のキャパシタを充電できるようにし、前記第3のキャパシタの前記第2の端点と前記第2のインダクタ・ユニットの前記第2の端点の間で直列に接続された第4のスイッチ・トランジスタのデューティ・サイクルを制御して、前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量を前記第3のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量より大きくするステップと、
    を含む、制御方法。
  12. 請求項6から9の何れか1項に記載の5段階電力変換器の制御方法であって、
    第1のキャパシタの第2の端点、第2のキャパシタの第2の端点、第3のキャパシタの第2の端点、および第4のキャパシタの第2の端点に電流を入力するように整流器制御回路を制御するステップであって、前記第1のキャパシタの前記第2の端点および前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、前記第1のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量は前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量よりも大きく、前記第3のキャパシタの前記第2の端点および前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量は前記第3のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量より大きく、前記第1のキャパシタと前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は前記第3のキャパシタと前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性と反対であるステップと、
    前記整流器の前記第2のキャパシタの前記第2の端点、前記第1のキャパシタの前記第2の端点、前記第3のキャパシタの前記第2の端点、および前記第4のキャパシタの前記第2の端点から連続的に放電するように放電制御回路を制御するステップであって、放電電流が直列に接続された第1のインダクタ・ユニットと第1の負荷を通って流れ、前記第1のキャパシタ、前記第2のキャパシタ、前記第3のキャパシタ、および前記第4のキャパシタのうち何れかの充電と放電が交互に行われるステップと、
    を備え、
    前記第1のキャパシタの第2の端点、第2のキャパシタの第2の端点、第3のキャパシタの第2の端点、および第4のキャパシタの第2の端点に電流を入力するように整流器制御回路を制御するステップは、
    外部入力電源により提供されたエネルギ蓄電電流の流れを第3のインダクタ・ユニットの第1の端点から第2の端点へと切り替えて前記第3のインダクタ・ユニットに対するエネルギを蓄えるように第2のスイッチング回路を制御するステップと、
    前記第2のスイッチング回路をターンオフし前記のインダクタ・ユニットが前記第1のキャパシタと前記第2のキャパシタを充電できるようにし、前記第2のキャパシタの前記第2の端点および前記第3のインダクタ・ユニットの前記第2の端点の間で直列に接続された第5のスイッチ・トランジスタのデューティ・サイクルを制御して、前記第1のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量を前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量よりも大きくするステップと、
    前記外部入力電源により提供された前記エネルギ蓄電電流の流れを第4のインダクタ・ユニットの第2の端点から第1の端点へと切り替えるように前記第2のスイッチング回路を制御するステップと、
    前記第2のスイッチング回路をターンオフして前記第のインダクタ・ユニットが前記第3のキャパシタと前記第4のキャパシタを充電できるようにし、前記第3のキャパシタの前記第2の端点および前記第のインダクタ・ユニットの前記第2の端点の間で直列に接続された第6のスイッチ・トランジスタのデューティ・サイクルを制御して、前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量を前記第3のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量より大きくするステップと、
    を含む、制御方法。
  13. 請求項10に記載の5段階電力変換器の制御方法であって、
    第1のキャパシタの第2の端点、第2のキャパシタの第2の端点、第3のキャパシタの第2の端点、および第4のキャパシタの第2の端点に電流を入力するように整流器制御回路を制御するステップであって、前記第1のキャパシタの前記第2の端点および前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、前記第1のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量は前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量よりも大きく、前記第3のキャパシタの前記第2の端点および前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量は前記第3のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量より大きく、前記第1のキャパシタと前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は前記第3のキャパシタと前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性と反対であるステップと、
    前記整流器の前記第2のキャパシタの前記第2の端点、前記第1のキャパシタの前記第2の端点、前記第3のキャパシタの前記第2の端点、および前記第4のキャパシタの前記第2の端点から連続的に放電するように放電制御回路を制御するステップであって、放電電流が直列に接続された第1のインダクタ・ユニットと第1の負荷を通って流れ、前記第1のキャパシタ、前記第2のキャパシタ、前記第3のキャパシタ、および前記第4のキャパシタのうち何れかの充電と放電が交互に行われるステップと、
    を備え
    前記制御方法は、
    絶えず導電するように第11のスイッチ・トランジスタを制御し、オン/オフ状態にあるように第10のスイッチ・トランジスタを制御し、ターンオフ状態にあるように第9のスイッチ・トランジスタを制御し、放電するように前記第2のキャパシタを制御するステップであって、放電電流は前記第1のインダクタ・ユニットと前記第1の負荷を通って連続的に流れるステップと、
    絶えず導電するように前記第10のスイッチ・トランジスタを制御し、オン/オフ状態にあるように前記第9のスイッチ・トランジスタを制御し、絶えず導電するように前記第11のスイッチ・トランジスタを制御し、放電するように前記第1のキャパシタを制御するステップであって、放電電流は前記第1のインダクタ・ユニットと前記第1の負荷を通って連続的に流れるステップと、
    絶えず導電するように前記第11のスイッチ・トランジスタを制御し、オン/オフ状態であるように前記第10のスイッチ・トランジスタを制御し、ターンオフ状態であるように前記第9のスイッチ・トランジスタを制御し、放電するように前記第2のキャパシタを制御するステップであって、放電電流は前記第1のインダクタ・ユニットと前記第1の負荷を通って連続的に流れるステップと、
    第3のスイッチング回路の第2の端点から第1の端点への順方向導電に切り換えるように前記第3のスイッチング回路を制御するステップと、
    絶えず導電するように第12のスイッチ・トランジスタを制御し、オン/オフ状態であるように第13のスイッチ・トランジスタを制御し、ターンオフ状態であるように第14のスイッチ・トランジスタを制御し、放電するように前記第3のキャパシタを制御するステップであって、放電電流は前記第1のインダクタ・ユニットと前記第1の負荷を通って連続的に流れるステップと、
    絶えず導電するように前記第13のスイッチ・トランジスタを制御し、オン/オフ状態であるように前記第14のスイッチ・トランジスタを制御し、絶えず導電するように前記第12のスイッチ・トランジスタを制御し、放電するように前記第4のキャパシタを制御するステップであって、放電電流は前記第1のインダクタ・ユニットと前記第1の負荷を通って連続的に流れるステップと、
    絶えず導電するように前記第12のスイッチ・トランジスタを制御し、オン/オフ状態であるように前記第13のスイッチ・トランジスタを制御し、ターンオフ状態であるように前記第14のスイッチ・トランジスタを制御し、放電するように前記第3のキャパシタを制御するステップであって、放電電流は前記第1のインダクタ・ユニットと前記第1の負荷を通って連続的に流れるステップと、
    前記第3のスイッチング回路の前記第1の端点から前記第2の端点への逆方向導電に切り替えるように前記第3のスイッチング回路を制御するステップと、
    さらに備える制御方法。
  14. 請求項1から5の何れか1項に記載の5段階電力変換器の制御装置であって、
    第1のキャパシタの第2の端点、第2のキャパシタの第2の端点、第3のキャパシタの第2の端点、および第4のキャパシタの第2の端点に電流を入力するように整流器制御回路を制御するように構成された整流器制御モジュールであって、前記第1のキャパシタの前記第2の端点と前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、前記第1のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量は前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量よりも大きく、前記第3のキャパシタの前記第2の端点と前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量は前記第3のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量より大きく、前記第1のキャパシタと前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は前記第3のキャパシタと前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性と反対である、整流器制御モジュールと、
    整流器の前記第2のキャパシタの前記第2の端点、前記第1のキャパシタの前記第2の端点、前記第3のキャパシタの前記第2の端点、および前記第4のキャパシタの前記第2の端点から連続的に放電するように放電制御回路を制御するように構成されたインバータ制御モジュールであって、放電電流は、直列に接続された第1のインダクタ・ユニットと第1の負荷を通って流れ、前記第1のキャパシタ、前記第2のキャパシタ、前記第3のキャパシタ、および前記第4のキャパシタのうち何れかの充電と放電が交互に行われる、インバータ制御モジュールと、
    を備え、
    前記整流器制御モジュールは、
    外部入力電源により提供されたエネルギ蓄電電流の流れを第2のインダクタ・ユニットの第1の端点から第2の端点へと切り替えて前記第2のインダクタ・ユニットに対するエネルギを蓄えるように第1のスイッチング回路を制御するように構成された第1の整流器制御ユニットと、
    前記第1のスイッチング回路をターンオフして、前記第2のインダクタ・ユニットが前記第1のキャパシタと前記第2のキャパシタを充電できるようにし、前記第2のキャパシタの前記第2の端点と前記第2のインダクタ・ユニットの前記第2の端点の間で直列に接続された第3のスイッチ・トランジスタのデューティ・サイクルを制御して、前記第1のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量が前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量よりも大きいようにするように構成された第2の整流器制御ユニットと、
    前記外部入力電源により提供された前記エネルギ蓄電電流の流れを前記第2のインダクタ・ユニットの前記第2の端点から前記第1の端点へ切り替えて前記第2のインダクタ・ユニットに対するエネルギを蓄えるように前記第1のスイッチング回路を制御するように構成された第3の整流器制御ユニットと、
    前記第1のスイッチング回路をターンオフして前記第2のインダクタ・ユニットが前記第3のキャパシタと前記第4のキャパシタを充電できるようにし、前記第3のキャパシタの前記第2の端点と前記第2のインダクタ・ユニットの前記第2の端点の間で直列に接続された第4のスイッチ・トランジスタのデューティ・サイクルを制御して、前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量が前記第3のキャパシタの前記第2の端点で蓄積した電気量より大きいようにするように構成された第4の整流器制御ユニットと、
    を備える、制御装置。
  15. 請求項6から9の何れか1項に記載の5段階電力変換器の制御装置であって、
    第1のキャパシタの第2の端点、第2のキャパシタの第2の端点、第3のキャパシタの第2の端点、および第4のキャパシタの第2の端点に電流を入力するように整流器制御回路を制御するように構成された整流器制御モジュールであって、前記第1のキャパシタの前記第2の端点と前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、前記第1のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量は前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量よりも大きく、前記第3のキャパシタの前記第2の端点と前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量は前記第3のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量より大きく、前記第1のキャパシタと前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は前記第3のキャパシタと前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性と反対である、整流器制御モジュールと、
    整流器の前記第2のキャパシタの前記第2の端点、前記第1のキャパシタの前記第2の端点、前記第3のキャパシタの前記第2の端点、および前記第4のキャパシタの前記第2の端点から連続的に放電するように放電制御回路を制御するように構成されたインバータ制御モジュールであって、放電電流は、直列に接続された第1のインダクタ・ユニットと第1の負荷を通って流れ、前記第1のキャパシタ、前記第2のキャパシタ、前記第3のキャパシタ、および前記第4のキャパシタのうち何れかの充電と放電が交互に行われる、インバータ制御モジュールと、
    を備え、
    前記整流器制御モジュールは、
    外部入力電源により提供されたエネルギ蓄電電流の流れを第3のインダクタ・ユニットの第1の端点から第2の端点へと切り替えて前記第3のインダクタ・ユニットに対するエネルギを蓄えるように第2のスイッチング回路を制御するように構成された第5の整流器制御ユニットと、
    前記第2のスイッチング回路をターンオフして前記第のインダクタ・ユニットが前記第1のキャパシタと前記第2のキャパシタを充電できるようにし、前記第2のキャパシタの前記第2の端点および前記第3のインダクタ・ユニットの前記第2の端点の間で直列に接続された第5のスイッチ・トランジスタのデューティ・サイクルを制御して、前記第1のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量は前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量よりも大きいようにするように構成された第6の整流器制御ユニットと、
    前記外部入力電源により提供された前記エネルギ蓄電電流の流れを第4のインダクタ・ユニットを第2の端点から第1の端点へと切り替えるように前記第2のスイッチング回路を制御するように構成された第7の整流器制御ユニットと、
    前記第2のスイッチング回路をターンオフして前記第のインダクタ・ユニットが前記第3のキャパシタと前記第4のキャパシタを充電できるようにし、前記第3のキャパシタの前記第2の端点および前記第のインダクタ・ユニットの前記第2の端点の間で直列に接続された第6のスイッチ・トランジスタのデューティ・サイクルを制御して、前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量を前記第3のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量より大きくするように構成された第8の整流器制御ユニットと、
    を備える、制御装置。
  16. 請求項10に記載の5段階電力変換器の制御装置であって、
    第1のキャパシタの第2の端点、第2のキャパシタの第2の端点、第3のキャパシタの第2の端点、および第4のキャパシタの第2の端点に電流を入力するように整流器制御回路を制御するように構成された整流器制御モジュールであって、前記第1のキャパシタの前記第2の端点と前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、前記第1のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量は前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量よりも大きく、前記第3のキャパシタの前記第2の端点と前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は同じであり、前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量は前記第3のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電気量より大きく、前記第1のキャパシタと前記第2のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性は前記第3のキャパシタと前記第4のキャパシタの前記第2の端点に蓄積された電荷の極性と反対である、整流器制御モジュールと、
    整流器の前記第2のキャパシタの前記第2の端点、前記第1のキャパシタの前記第2の端点、前記第3のキャパシタの前記第2の端点、および前記第4のキャパシタの前記第2の端点から連続的に放電するように放電制御回路を制御するように構成されたインバータ制御モジュールであって、放電電流は、直列に接続された第1のインダクタ・ユニットと第1の負荷を通って流れ、前記第1のキャパシタ、前記第2のキャパシタ、前記第3のキャパシタ、および前記第4のキャパシタのうち何れかの充電と放電が交互に行われる、インバータ制御モジュールと、
    を備え、
    前記インバータ制御モジュールは、
    絶えず導電するように第11のスイッチ・トランジスタを制御し、オン/オフ状態にあるように第10のスイッチ・トランジスタを制御し、ターンオフ状態にあるように第9のスイッチ・トランジスタを制御し、放電するように前記第2のキャパシタを制御するように構成された第1のインバータ制御ユニットであって、放電電流は前記第1のインダクタ・ユニットと前記第1の負荷を通って連続的に流れる第1のインバータ制御ユニットと、
    絶えず導電するように前記第10のスイッチ・トランジスタを制御し、オン/オフ状態にあるように前記第9のスイッチ・トランジスタを制御し、絶えず導電するように前記第11のスイッチ・トランジスタを制御し、放電するように前記第1のキャパシタを制御するように構成された第2のインバータ制御ユニットであって、放電電流は前記第1のインダクタ・ユニットと前記第1の負荷を通って連続的に流れる第2のインバータ制御ユニットと、
    絶えず導電するように前記第11のスイッチ・トランジスタを制御し、オン/オフ状態であるように前記第10のスイッチ・トランジスタを制御し、ターンオフ状態であるように前記第9のスイッチ・トランジスタを制御し、放電するように前記第2のキャパシタを制御するように構成された第3のインバータ制御ユニットであって、放電電流は前記第1のインダクタ・ユニットと前記第1の負荷を通って連続的に流れる第3のインバータ制御ユニットと、
    第3のスイッチング回路の第2の端点から第1の端点への順方向導電に切り替えるように前記第3のスイッチング回路を制御するように構成された第4のインバータ制御ユニットと、
    絶えず導電するように第12のスイッチ・トランジスタを制御し、オン/オフ状態であるように第13のスイッチ・トランジスタを制御し、ターンオフ状態であるように第14のスイッチ・トランジスタを制御し、放電するように前記第3のキャパシタを制御するように構成された第5のインバータ制御ユニットであって、放電電流は前記第1のインダクタ・ユニットと前記第1の負荷を通って連続的に流れる第5のインバータ制御ユニットと、
    絶えず導電するように前記第13のスイッチ・トランジスタを制御し、オン/オフ状態であるように前記第14のスイッチ・トランジスタを制御し、絶えず導電するように前記第12のスイッチ・トランジスタを制御し、放電するように前記第4のキャパシタを制御するように構成された第6のインバータ制御ユニットであって、放電電流は前記第1のインダクタ・ユニットと前記第1の負荷を通って連続的に流れる第6のインバータ制御ユニットと、
    絶えず導電するように前記第12のスイッチ・トランジスタを制御し、オン/オフ状態であるように前記第13のスイッチ・トランジスタを制御し、ターンオフ状態であるように前記第14のスイッチ・トランジスタを制御し、放電するように前記第3のキャパシタを制御するように構成された第7のインバータ制御ユニットであって、放電電流は前記第1のインダクタ・ユニットと前記第1の負荷を通って連続的に流れる第7のインバータ制御ユニットと、
    前記第3のスイッチング回路の前記第1の端点から前記第2の端点への逆方向導電に切り替えるように前記第3のスイッチング回路を制御するように構成された第8のインバータ制御ユニットと、
    を備える、制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9413268B2 (en) 2012-05-10 2016-08-09 Futurewei Technologies, Inc. Multilevel inverter device and method
CN102891611B (zh) * 2012-06-30 2014-10-08 华为技术有限公司 五电平功率变换器及其控制方法、控制装置
DE102013218207A1 (de) * 2013-09-11 2015-03-12 Siemens Aktiengesellschaft Modularer Mehrpunktstromrichter für hohe Spannungen
EP3053240B1 (en) * 2013-09-30 2020-04-29 Schneider Electric IT Corporation Four segment ac mosfet switch
CN103684019A (zh) * 2013-12-16 2014-03-26 上海交通大学无锡研究院 一种五电平逆变器及其控制方法
WO2015098146A1 (ja) * 2013-12-24 2015-07-02 三菱電機株式会社 電力変換装置
US9778289B2 (en) * 2014-10-17 2017-10-03 Microchip Technology Incorporated Measuring output current in a buck SMPS
US9843270B2 (en) * 2015-01-13 2017-12-12 Hamilton Sundstrand Corporation Phase leg arrangements for multilevel active rectifiers
CN105846532A (zh) * 2015-01-13 2016-08-10 伊顿制造(格拉斯哥)有限合伙莫尔日分支机构 不间断电源及其控制方法
WO2017089365A1 (en) 2015-11-24 2017-06-01 Abb Schweiz Ag Four-level power converter
KR20180088483A (ko) * 2015-12-22 2018-08-03 써머툴 코포레이션 워크피스 가열을 위한 엄격하게 통제된 출력을 갖는 고주파수 파워 서플라이 시스템
FR3061819B1 (fr) * 2017-01-12 2021-06-18 Renault Sas Chargeur de batterie d'accumulateurs electriques bidirectionnel.
CN107425709B (zh) * 2017-07-03 2019-04-16 南京凌鸥创芯电子有限公司 Boost功率因数校正变换器
EP3522357A1 (en) * 2018-01-31 2019-08-07 Siemens Aktiengesellschaft Modular multilevel converter
CN110971122A (zh) * 2018-09-28 2020-04-07 浦登有限公司 多模式电源转换器
EP3905506A4 (en) * 2018-12-27 2022-02-16 Toshiba Infrastructure Systems & Solutions Corporation CURRENT CONVERSION DEVICE
CN111478582A (zh) * 2019-01-23 2020-07-31 日月元科技(深圳)有限公司 双向dc-dc变换器
CN111835075B (zh) * 2019-04-15 2022-04-12 日月元科技(深圳)有限公司 可实现共电池和非共电池架构的切换电路
DE102019207537A1 (de) * 2019-05-23 2020-11-26 Siemens Aktiengesellschaft System mit zumindest zwei an eine gemeinsame Speiseleitung angeschlossenen und selektiv abschaltbaren Verbrauchern und Verwendung zumindest eines Unterbrechungsschaltglieds mit einer extern aktivierbaren Zündvorrichtung zum sicheren Trennen eines Verbrauchers von einem speisenden elektrischen Netz
CN110323955B (zh) 2019-06-14 2020-12-22 华为技术有限公司 一种离网裂相器和逆变器系统
CN110311581B (zh) * 2019-08-06 2021-01-08 阳光电源股份有限公司 逆变电路控制方法、装置及逆变器
CN110763936B (zh) * 2019-10-30 2021-12-07 上能电气股份有限公司 一种组串式光伏逆变器老化电路
CN111130364A (zh) * 2019-12-31 2020-05-08 北京交通大学 一种三相整流器
CN113271023B (zh) * 2021-04-21 2022-06-14 三峡大学 一种异构混合桥臂的背靠背式三电平整流器
CN113258797B (zh) * 2021-04-21 2022-06-14 三峡大学 一种异构开关管桥臂的背靠背式三电平整流器
CN113296275B (zh) * 2021-06-01 2022-08-16 佳木斯大学 一种用于影像科的医学影像观察灯箱
RU2769343C1 (ru) * 2021-07-07 2022-03-30 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» Регулятор переменного напряжения
CN114285301B (zh) * 2021-08-11 2023-07-28 湖南大学 五电平整流电路

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5644483A (en) * 1995-05-22 1997-07-01 Lockheed Martin Energy Systems, Inc. Voltage balanced multilevel voltage source converter system
JP2004173455A (ja) * 2002-11-22 2004-06-17 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
EP1805880A2 (en) * 2004-10-20 2007-07-11 Ballard Power Systems Corporation Power system method and apparatus
CN100386959C (zh) * 2004-12-16 2008-05-07 西安交通大学 五电平高频直流变换装置
DE102006010694B4 (de) * 2006-03-08 2010-01-07 Refu Elektronik Gmbh Wechselrichterschaltung für erweiterten Eingangsspannungsbereich
CN100499344C (zh) * 2007-04-04 2009-06-10 南京理工大学 Zeta式三电平交-交变换器
CN101188385B (zh) * 2007-11-21 2011-01-12 山东新风光电子科技发展有限公司 一种五电平高压变频器
FR2927201B1 (fr) * 2008-01-31 2010-02-12 Airbus France Circuit et systemes redresseurs de puissance, procede associe, aeronef comprenant de tels circuit ou systemes
JP5085742B2 (ja) * 2008-10-16 2012-11-28 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
JP5159888B2 (ja) * 2009-02-20 2013-03-13 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
FR2952482B1 (fr) * 2009-11-06 2011-11-18 Mge Ups Systems Dispositif convertisseur comprenant au moins cinq niveaux de tension continue et alimentation sans interruption pourvue dudit dispositif.
JP2011142783A (ja) * 2010-01-08 2011-07-21 Toshiba Corp 電力変換装置
CN102918759B (zh) * 2010-04-19 2015-12-09 宝威电源意大利股份公司 多电平dc/ac转换器和dc/ac电压转换方法
DE202010012993U1 (de) * 2010-11-25 2012-02-27 Sma Solar Technology Ag Mehrpunktwechselrichter-Schaltung
CN103493351B (zh) * 2010-12-22 2017-10-24 通用电气能源能量变换技术有限公司 多电平功率转换器电路的机械装置
CN102427304B (zh) * 2011-10-17 2014-01-29 阳光电源股份有限公司 一种单相半桥五电平逆变器及其应用电路
US9413268B2 (en) * 2012-05-10 2016-08-09 Futurewei Technologies, Inc. Multilevel inverter device and method
CN102891611B (zh) * 2012-06-30 2014-10-08 华为技术有限公司 五电平功率变换器及其控制方法、控制装置

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