JP6319824B2 - マルチレベルインバータデバイスおよび動作方法 - Google Patents
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Description
本願は、2014年3月17日に、ディアンボ フ氏により出願された、米国非仮特許出願第14/217,013号(発明の名称「マルチレベルインバータデバイスおよび動作方法」)に基づく優先権を主張し、当該出願は参照により本明細書にその全体が再現されるかのように組み込まれる。本発明は、マルチレベルインバータデバイスおよび方法、特定の実施形態において、5レベルインバータに関する。
Claims (14)
- インバータに連結された直流電源にかかる電圧を検出する段階を備え、
前記インバータは、
前記直流電源の第1の端子に連結された入力を有する第1のブースト装置と、
前記直流電源の第2の端子に連結された入力を有する第2のブースト装置と、
第1の3レベル導電パスおよび第1の5レベル導電パスを含む第1の変換ステージと、
第2の3レベル導電パスおよび第2の5レベル導電パスを含む第2の変換ステージと、
出力フィルタの入力と接地との間に連結されたフリーホイールネットワークと、を含み、
前記出力フィルタの出力における電圧の第1のハーフサイクルにおいて、前記直流電源の前記第1の端子における電圧が、前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の瞬時値より大きい場合、前記第1の3レベル導電パスを有効にする段階と、
前記第1のハーフサイクルにおいて、前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の前記瞬時値が、前記直流電源の前記第1の端子における前記電圧より大きい場合、前記第1の5レベル導電パスを有効にする段階と、
前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の第2のハーフサイクルにおいて、前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の前記瞬時値が、前記直流電源の前記第2の端子における前記電圧より大きい場合、前記第2の3レベル導電パスを有効にする段階と、
前記第2のハーフサイクルにおいて、前記直流電源の前記第2の端子における前記電圧が、前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の前記瞬時値より大きい場合、前記第2の5レベル導電パスを有効にする段階と、を備え、
前記第1の3レベル導電パスは、前記出力フィルタの前記入力と、前記直流電源の前記第1の端子との間に連結された第1のスイッチと、直列に接続され、前記出力フィルタの前記入力と前記直流電源の前記第1の端子との間に連結された第2のスイッチおよび第3のスイッチと、によって形成され、
前記第1の5レベル導電パスは、前記出力フィルタの前記入力と前記直流電源の前記第1の端子との間に連結された前記第1のスイッチと、前記第1のブースト装置の出力と前記出力フィルタの前記入力との間に連結された第4のスイッチと、直列に接続され、前記第1のブースト装置の前記出力と前記出力フィルタの前記入力との間に連結された前記第2のスイッチおよび第5のスイッチと、によって形成され、
前記第2の3レベル導電パスは、前記出力フィルタの前記入力と前記直流電源の前記第2の端子との間に連結された第6のスイッチと、直列に接続され、前記出力フィルタの前記入力と前記直流電源の前記第2の端子との間に連結された第7のスイッチおよび第8のスイッチと、によって形成され、
前記第2の5レベル導電パスは、前記出力フィルタの前記入力と前記直流電源の前記第2の端子との間に連結された前記第6のスイッチと、前記第2のブースト装置の出力と前記出力フィルタの前記入力との間に連結された第9のスイッチと、直列に接続され、前記第2のブースト装置の前記出力と前記出力フィルタの前記入力との間に連結された前記第7のスイッチおよび第10のスイッチと、によって形成される、
前記インバータを制御するための方法。 - インバータに連結された直流電源にかかる電圧を検出する段階を備え、
前記インバータは、
前記直流電源の第1の端子に連結された入力を有する第1のブースト装置と、
前記直流電源の第2の端子に連結された入力を有する第2のブースト装置と、
第1の3レベル導電パスおよび第1の5レベル導電パスを含む第1の変換ステージと、
第2の3レベル導電パスおよび第2の5レベル導電パスを含む第2の変換ステージと、
出力フィルタの入力と接地との間に連結されたフリーホイールネットワークと、を含み、
前記出力フィルタの出力における電圧の第1のハーフサイクルにおいて、前記直流電源の前記第1の端子における電圧が、前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の瞬時値より大きい場合、前記第1の3レベル導電パスを有効にする段階と、
前記第1のハーフサイクルにおいて、前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の前記瞬時値が、前記直流電源の前記第1の端子における前記電圧より大きい場合、前記第1の5レベル導電パスを有効にする段階と、
前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の第2のハーフサイクルにおいて、前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の前記瞬時値が、前記直流電源の前記第2の端子における前記電圧より大きい場合、前記第2の3レベル導電パスを有効にする段階と、
前記第2のハーフサイクルにおいて、前記直流電源の前記第2の端子における前記電圧が、前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の前記瞬時値より大きい場合、前記第2の5レベル導電パスを有効にする段階と、を備え、
前記第1の3レベル導電パスは、前記直流電源の前記第1の端子と前記出力フィルタの前記入力との間に連結された第1のスイッチと、前記フリーホイールネットワークの第2のスイッチと、によって形成され、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチは並列に接続され、
前記第1の5レベル導電パスは、前記第1のスイッチと、前記第1のブースト装置の前記出力と前記出力フィルタの前記入力との間に連結された第3のスイッチと、前記フリーホイールネットワークの前記第2のスイッチと、によって形成され、
前記第2の3レベル導電パスは、前記直流電源の前記第2の端子と前記出力フィルタの前記入力との間に連結された第4のスイッチと、前記フリーホイールネットワークの第5のスイッチと、によって形成され、前記第5のスイッチおよび前記第4のスイッチは並列に接続され、
前記第2の5レベル導電パスは、前記第4のスイッチと、前記第2のブースト装置の前記出力と前記出力フィルタの前記入力との間に連結された第6のスイッチと、前記フリーホイールネットワークの前記第5のスイッチと、によって形成される、
前記インバータを制御するための方法。 - 前記第1のスイッチをオンにする前に、前記第3のスイッチをオンにする段階と、
前記第3のスイッチをオフにする前に、前記第1のスイッチをオフにする段階と、
前記第6のスイッチをオンにする前に、前記第8のスイッチをオンにする段階と、
前記第8のスイッチをオフにする前に、前記第6のスイッチをオフにする段階と、をさらに備える、請求項1に記載の方法。 - 前記第1のスイッチをオンにする前に、前記第3のスイッチをオンにする段階と、
前記第1のスイッチがオンにされた後、前記第3のスイッチをオフにする段階と、
前記第1のスイッチをオフにする前に、前記第3のスイッチをオンにする段階と、
前記第3のスイッチがオンにされた後、前記第1のスイッチをオフにする段階と、
前記第3のスイッチをオフにする段階と、
をさらに備える、請求項1に記載の方法。 - 前記第6のスイッチをオンにする前に、前記第8のスイッチをオンにする段階と、
前記第6のスイッチがオンにされた後、前記第8のスイッチをオフにする段階と、
前記第6のスイッチをオフにする前に、前記第8のスイッチをオンにする段階と、
前記第8のスイッチがオンにされた後、前記第6のスイッチをオフにする段階と、
前記第8のスイッチをオフにする段階と、
をさらに備える、請求項1に記載の方法。 - 前記第4のスイッチをオンにする前に、前記第5のスイッチをオンにする段階と、
前記第5のスイッチをオフにする前に、前記第4のスイッチをオフにする段階と、
前記第9のスイッチをオンにする前に、前記第10のスイッチをオンにする段階と、
前記第10のスイッチをオフにする前に、前記第9のスイッチをオフにする段階と、をさらに備える、請求項1に記載の方法。 - 前記出力フィルタの前記出力における前記電圧のピークツゥピーク値を検出する段階と、
前記ピークツゥピーク値を前記直流電源にわたる電圧と比較する段階と、
前記直流電源にかかる前記電圧が、前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の前記ピークツゥピーク値より大きい場合、前記第1のブースト装置および前記第2のブースト装置をバイパスすべく、第1のリレー、第2のリレー、第3のリレー、および第4のリレーをオンにする段階と、をさらに備える、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。 - 直流電源の第1の端子に連結された入力を有する第1のブースト装置と、
前記直流電源の第2の端子に連結された入力を有する第2のブースト装置と、
出力フィルタの入力と前記第1のブースト装置とに連結された第1の変換ステージと、
前記出力フィルタの前記入力に連結された第2の変換ステージと、
前記出力フィルタの前記入力と接地との間に連結されたフリーホイール装置と、を備え、
前記第1の変換ステージは、
前記直流電源の前記第1の端子における電圧が、前記出力フィルタの出力における電圧の瞬時値より大きい場合、第1の3レベル導電パスが、前記直流電源の前記第1の端子と前記出力フィルタの前記入力との間に連結され、
前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の前記瞬時値が、前記直流電源の前記第1の端子における前記電圧より大きい場合、第1の5レベル導電パスが、前記直流電源の前記第1の端子と前記第1のブースト装置の出力とに連結されるように構成され、
前記第2の変換ステージは、
前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の前記瞬時値が、前記直流電源の前記第2の端子における電圧より大きい場合、第2の3レベル導電パスが、前記直流電源の前記第2の端子と前記出力フィルタの前記入力との間に連結され、
前記直流電源の前記第2の端子における前記電圧が、前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の前記瞬時値より大きい場合、第2の5レベル導電パスが、前記直流電源の前記第2の端子と前記第2のブースト装置の出力とに連結されるように構成され、
前記第1の3レベル導電パスは、前記出力フィルタの前記入力と、前記直流電源の前記第1の端子との間に連結された第1のスイッチと、直列に接続され、前記出力フィルタの前記入力と前記直流電源の前記第1の端子との間に連結された第2のスイッチおよび第3のスイッチと、によって形成され、
前記第1の5レベル導電パスは、前記出力フィルタの前記入力と前記直流電源の前記第1の端子との間に連結された前記第1のスイッチと、前記第1のブースト装置の出力と前記出力フィルタの前記入力との間に連結された第4のスイッチと、直列に接続され、前記第1のブースト装置の前記出力と前記出力フィルタの前記入力との間に連結された前記第2のスイッチおよび第5のスイッチと、によって形成され、
前記第2の3レベル導電パスは、前記出力フィルタの前記入力と前記直流電源の前記第2の端子との間に連結された第6のスイッチと、直列に接続され、前記出力フィルタの前記入力と前記直流電源の前記第2の端子との間に連結された第7のスイッチおよび第8のスイッチと、によって形成され、
前記第2の5レベル導電パスは、前記出力フィルタの前記入力と前記直流電源の前記第2の端子との間に連結された前記第6のスイッチと、前記第2のブースト装置の出力と前記出力フィルタの前記入力との間に連結された第9のスイッチと、直列に接続され、前記第2のブースト装置の前記出力と前記出力フィルタの前記入力との間に連結された前記第7のスイッチおよび第10のスイッチと、によって形成される、
インバータデバイス。 - 直流電源の第1の端子に連結された入力を有する第1のブースト装置と、
前記直流電源の第2の端子に連結された入力を有する第2のブースト装置と、
出力フィルタの入力と前記第1のブースト装置とに連結された第1の変換ステージと、
前記出力フィルタの前記入力に連結された第2の変換ステージと、
前記出力フィルタの前記入力と接地との間に連結されたフリーホイール装置と、を備え、
前記第1の変換ステージは、
前記直流電源の前記第1の端子における電圧が、前記出力フィルタの出力における電圧の瞬時値より大きい場合、第1の3レベル導電パスが、前記直流電源の前記第1の端子と前記出力フィルタの前記入力との間に連結され、
前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の前記瞬時値が、前記直流電源の前記第1の端子における前記電圧より大きい場合、第1の5レベル導電パスが、前記直流電源の前記第1の端子と前記第1のブースト装置の出力とに連結されるように構成され、
前記第2の変換ステージは、
前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の前記瞬時値が、前記直流電源の前記第2の端子における電圧より大きい場合、第2の3レベル導電パスが、前記直流電源の前記第2の端子と前記出力フィルタの前記入力との間に連結され、
前記直流電源の前記第2の端子における前記電圧が、前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の前記瞬時値より大きい場合、第2の5レベル導電パスが、前記直流電源の前記第2の端子と前記第2のブースト装置の出力とに連結されるように構成され、
前記第1の3レベル導電パスは、前記直流電源の前記第1の端子と前記出力フィルタの前記入力との間に連結された第1のスイッチと、前記フリーホイール装置の第2のスイッチと、によって形成され、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチは並列に接続され、
前記第1の5レベル導電パスは、前記第1のスイッチと、前記第1のブースト装置の前記出力と前記出力フィルタの前記入力との間に連結された第3のスイッチと、前記フリーホイール装置の前記第2のスイッチと、によって形成され、
前記第2の3レベル導電パスは、前記直流電源の前記第2の端子と前記出力フィルタの前記入力との間に連結された第4のスイッチと、前記フリーホイール装置の第5のスイッチと、によって形成され、前記第5のスイッチおよび前記第4のスイッチは並列に接続され、
前記第2の5レベル導電パスは、前記第4のスイッチと、前記第2のブースト装置の前記出力と前記出力フィルタの前記入力との間に連結された第6のスイッチと、前記フリーホイール装置の前記第5のスイッチと、によって形成される、
インバータデバイス。 - 前記第1の3レベル導電パスは、前記フリーホイール装置の前記第2のスイッチと直列に接続された第7のスイッチをさらに含み、前記第7のスイッチは前記第1のスイッチのオンの前に、オンにされ、
前記第1の5レベル導電パスは、前記フリーホイール装置の前記第2のスイッチと直列に接続された第8のスイッチをさらに含み、前記第8のスイッチは、前記第3のスイッチのオンの前に、オンにされ、
前記第2の3レベル導電パスは、前記フリーホイール装置の前記第5のスイッチと直列に接続された第9のスイッチをさらに含み、前記第9のスイッチは、前記第4のスイッチのオンの前に、オンにされ、
前記第2の5レベル導電パスは、前記フリーホイール装置の前記第5のスイッチと直列に接続された第10のスイッチをさらに含み、前記第10のスイッチは、前記第6のスイッチのオンの前に、オンにされる、請求項9に記載のインバータデバイス。 - 前記直流電源にかかる電圧が前記出力フィルタの前記出力における前記電圧のピークツゥピーク値より大きい場合、前記第1のブースト装置および前記第2のブースト装置がバイパスされるように、前記第1の変換ステージおよび前記第2の変換ステージが構成される、請求項8から10のいずれか一項に記載のインバータデバイス。
- 前記第1のブースト装置は、第1の入力インダクタと、第1のローサイドスイッチと、第1のブロッキングダイオードとを含み、
前記第2のブースト装置は、第2の入力インダクタと、第2のローサイドスイッチと、第2のブロッキングダイオードとを含む、請求項8から11のいずれか一項に記載のインバータデバイス。 - 前記直流電源の前記第1の端子における電圧が、前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の瞬時値より大きい場合、前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の第1のハーフサイクルにおいて、前記第1の3レベル導電パスは有効にされ、
前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の瞬時値が前記直流電源の前記第2の端子における前記電圧より大きい場合、前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の第2のハーフサイクルにおいて、前記第2の3レベル導電パスは有効にされる、請求項9に記載のインバータデバイス。 - 前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の前記瞬時値が、前記直流電源の前記第1の端子における前記電圧より大きい場合、前記第1のハーフサイクルにおいて、前記第1の5レベル導電パスは有効にされ、
前記直流電源の前記第2の端子における前記電圧が、前記出力フィルタの前記出力における前記電圧の前記瞬時値より大きい場合、前記第2のハーフサイクルにおいて、前記第2の5レベル導電パスは有効にされる、請求項13に記載のインバータデバイス。
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