JP6872928B2 - モジュラー変換装置システムにおける電流バランス制御 - Google Patents

Description

本開示は、概して、電力管理に関し、より具体的には、モジュラー変換構造に含まれる並列インバータ間の電流をバランスさせる技術に関する。

最新の輸送体には、電子部品、モータ、ヒータの他、電気で駆動される機器が多く用いられている。特に、電動モータは、航空機をはじめとする最新の輸送体において、油圧パンプから客室ファンなどのあらゆる部品の駆動に数多く利用されている。従来、電動モータは、各々が別個のモータコントローラにより駆動される。各モータコントローラは、過熱や動作不良を引き起こすことなく、対応するモータを最大出力で長時間にわたり駆動するために必要な最大電流を伝送しうる大きさに設計されている（また、一般的には、安全のための追加の機能も備えている）。

このため、各航空機に搭載されている多くのモータコントローラは、概して、大きさが過剰であり、使用期間の大半において十分には使用されないことになる。言い換えると、モータコントローラの容量は、対応するモータを最大出力で長期間にわたり駆動するのに十分なだけでなく、安全マージンがプラスされている。しかしながら、モータを最大出力で駆動する状況は、発生するとしても稀である。なぜならば、モータ自体も一定量の安全マージンを見込んだ設計になっており、使用期間の大半において、モータはより低い出力範囲で駆動されることになる（例えば、客室のファンは、常時「高」レベルで駆動されるわけではない）。また、モータの中には、使用頻度が低いものや、特定の飛行段階でのみ使用され、それ以外では使用されないものもある。このため、航空機が備えるモータコントローラの多くは、高価で重量が大きいにも関わらず、その耐用寿命の大半を、休止状態や、定格よりも大幅に低い出力を発生させる動作に費やすことになる。

モータコントローラの容量の利用効率を高めるには、モジュラー変換装置システムにより、複数のモータコントローラを、割り当て可能かつ動的な再構成が可能なようにモジュール化すればよい。これらのモータコントローラは、単独でも、他のモータコントローラと並列でも動作可能であり、これにより電力制御の要件を満たすことができる。この変換装置システムは、並列に接続された１又は複数のコントローラを、航空機において電気的にアクティブな各電気的負荷に、その電力要求を満たすように接続する。モータコントローラの使用率を高めれば、システムの重量及びコストをその分だけ削減することができる。

モジュラー変換装置システムの動作中、並列接続された複数のインバータは、並列に動作して、電動モータや、その他の電気的負荷に電力を供給する。ただし、並列接続されたインバータに生じる負荷は、インバータの製造公差や種類によって、また、配線の抵抗及びインダクタンスにより生じる寄生素子、及び／又は、接続されているその他の部材に依存して変動しうる。この結果、並列接続された複数のインバータを同じ駆動信号で駆動すると、不均衡な負荷を生じる場合がある。出力端にインダクタを設ければ、並列接続された各インバータから出力される電流をバランスさせることができるが、これらのインダクタは、高出力の用途に用いるには、サイズや損失が大きすぎて不適切な場合が多い。

一例では、複数の並列インバータ部を含むモジュラー変換装置システムの出力電力を制御する方法が提供される。前記複数の並列インバータ部は、少なくとも第１位相の出力ノードを有する第１インバータ部、及び、少なくとも第２位相の出力ノードを有する第２インバータを含む。前記方法は、前記第１及び第２インバータ部それぞれのスイッチ素子を、初期駆動信号で駆動して、同相の出力電力を生成することを含む。また、前記方法は、前記第１及び第２位相出力ノードにおける第１及び第２電圧に基づいて、ゲートドライバ・オフセット値を決定することを含む。また、前記方法は、前記決定したゲートドライバ・オフセット値に基づいて、前記第１及び第２インバータ部それぞれの前記スイッチ素子を、後続の駆動信号で駆動して、同相の出力電圧の生成時に前記第１及び第２インバータ部のそれぞれにより供給される電流量をバランスさせることを含む。

他の例では、システムコントローラと、並列に接続されていると共に、同相の出力電力を生成するよう構成されている、少なくとも第１及び第２インバータ部と、を含むモジュラー変換装置システムが提供される。前記第１及び第２インバータ部の各インバータ部は、位相出力ノードが間に接続された一対のスイッチ素子と、一対のゲートドライバと、を含む、各ゲートドライバは、前記システムコントローラからそれぞれの制御信号を受信すると共に、前記一対のスイッチ素子それぞれのスイッチングを制御する駆動信号を生成するよう構成されている。前記システムコントローラは、ゲートドライバ・オフセット値を、前記第１及び第２インバータ部それぞれにおける前記位相出力ノードの電圧に基づいて決定し、前記決定したゲートドライバ・オフセット値に基づいて、前記第１及び第２インバータ部それぞれの前記スイッチ素子を、後続の駆動信号で制御して、同相の出力電圧の生成時に前記第１及び第２インバータ部のそれぞれにより供給される電流量をバランスさせるよう構成されている。

さらに他の例では、１又は複数のコンピュータプロセッサの動作において実行されて、複数の並列インバータ部を含むモジュラー変換装置システムの出力電力を制御する処理を実行するコンピュータプログラムコードを含む非一時的なコンピュータ可読媒体が提供される。前記複数の並列インバータ部は、少なくとも第１位相の出力ノードを有する第１インバータ部、及び、少なくとも第２位相の出力ノードを有する第２インバータを含む。前記処理は、複数のゲートドライバと通信して、前記第１及び第２インバータ部それぞれのスイッチ素子を、初期駆動信号で駆動して、同相の出力電力を生成することと、前記第１及び第２位相出力ノードにおける第１及び第２電圧に基づいて、ゲートドライバ・オフセット値を決定することと、を含む。また、前記処理は、前記複数のゲートドライバと通信して、前記決定したゲートドライバ・オフセット値に基づいて、前記第１及び第２インバータ部それぞれの前記スイッチ素子を、後続の駆動信号で駆動して、同相の出力電圧の生成時に前記第１及び第２インバータ部のそれぞれにより供給される電流量をバランスさせることと、を含む。

上述の特徴、機能、及び効果は、様々な例において個別に実現可能であるが、他の実施形態において互いに組み合わせてもよく、さらなる詳細については、以下の記載及び図面を参照することによって明らかになるであろう。

上で概要のみ提示した本開示について、上記の特徴が詳細に理解されるように例を挙げてより具体的に説明する。これらの例のうちのいくつかは、添付図面に示されている。ただし、添付図面には、本開示の典型的な例を示しているに過ぎず、本開示の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。本開示については、他にも同様の効果を奏する例が可能である。

モジュラー変換装置システムの一例を示す図である。 モジュラー変換装置システムに含まれる制御切換ネットワーク及び電力切換ネットワークの一例を示す図である。 モジュラーインバータの位相レッグに含まれる制御回路の配置構成の一例を示す図である。 モジュラーインバータ用の制御回路に含まれる積分器の配置構成を示す図である。 モジュラーインバータ用の制御回路に含まれる積分器の配置構成を示す図である。 多相モジュラー変換装置システムに含まれる複数のインバータの配置構成の一例を示す図である。 複数の並列インバータ部を含むモジュラー変換装置システムの出力電力を制御する方法の一例を示す図である。 ゲートドライバ・オフセット値を決定する方法の一例を示す図である。 ゲートドライバ・オフセット値を決定する方法の一例を示す図である。

理解の一助となるように、複数の図面に共通する同一の要素については、可能な場合には同一の参照符号で示している。１つの例で開示された要素は、特に説明が無くとも他の例で有益に使用されうると考えられる。なお、これらの図面は、特に明記のない限り、正確な縮尺にしたがったものではない。また、明瞭性や説明の便宜上、図面は、簡略化されていたり、部材の詳細が省略されていたりする場合が多い。原理を示す図面や以下の説明において、同様の要素は、同様の符号で示されている。

モジュラー変換装置システムにおいて並列に接続されている第１インバータ部と第２インバータ部との電流バランス制御のため、システムコントローラは、第１インバータ部及び第２インバータ部それぞれの位相出力ノードにおける電圧に基づいてゲートドライバ・オフセット値を決定するよう構成されている。システムコントローラは、決定したゲートドライバ・オフセット値に基づいて、第１インバータ部及び第２インバータ部のゲートドライバを制御する。これに応じて、ゲートドライバは、第１インバータ部及び第２インバータ部を後続の駆動信号で駆動して、同相電力出力時に第１インバータ部及び第２インバータ部それぞれにより供給される電流量をバランスさせる。

いくつかの例では、システムコントローラは、第１インバータ部及び第２インバータ部の各々について、印加された電圧と秒単位時間の値である印加電圧-秒値（applied volt-seconds value）を算出する。ゲートドライバ・オフセット値は、算出されたそれぞれの印加電圧-秒値の差分に基づく。算出による印加電圧-秒値は、両インバータ部の特定のスイッチングサイクルにおいて取得されうる。

いくつかの例では、モジュラー変換装置システムは、第１インバータ部及び第２インバータ部の各々の位相出力ノードに結合された１又は複数の積分器をさらに含む。各積分器は、一の位相出力ノードにおける出力電圧（少なくとも１つの基準電圧に対する出力電圧）を積分する。

図１及び図２に示すように、モジュラー変換装置システム１００は、並列のモジュラーインバータ１２５（「インバータモジュール」や「インバータ部」とも記載する）のシステムを制御して、図示のモータ１４０（即ち、モータＭ１、Ｍ２、及びＭ３）などの、同一あるいは異なる種類の複数のＡＣ又はＤＣ機器を駆動する。モジュラー変換装置システム１００に含まれるこれら複数のインバータ１２５は、並列に接続されており、各インバータは、複数のモータ制御アルゴリズム１１５Ａ、１１５Ｂ、及び１１５Ｃ（「制御アルゴリズム」や「アルゴリズム」とも記載する）のいずれでも受け取れるように構成することができる。これらアルゴリズムは、再構成可能な制御切換ネットワーク（ＣＳＮ）１２０を介して、モータ制御システム１１０に組み込まれている。モータ制御システム１１０は、１又は複数のモータ制御回路を含み、各モータ制御回路は、１又は複数のモータ１４０を動作させるよう構成されている。各並列モジュラーインバータ１２５は、負荷側の複数の電気的負荷（例えば、モータ１４０のようなＡＣあるいはＤＣ機器）のうちの１又は複数を駆動するように、再構成可能な電力切換ネットワーク（ＰＳＮ）１３０を介して構成することができる。いくつかの例では、各並列モジュラーインバータ１２５は、単相の出力電力を電気的負荷に供給する。他の例では、各並列モジュラーインバータ１２５は、多相の出力電力（例えば、三相ＡＣ）を電気的負荷に共有する。図２に示すように、インバータ１２５Ａは、３つの位相レッグ（phase leg）２１０−１、２１０−２、及び２１０−３を含み、各位相レッグは、三相信号２２０における別個の位相の出力電力２１５を提供して、選択された電気的負荷を駆動するよう構成されている。

この構成により、例えば、制御切換ネットワーク１２０及び電力切換ネットワーク１３０の両方を、動的に再構成する機能が得られる。加えて、複数のインバータ１２５のうちのいずれのインバータも、負荷側の電気的負荷（例えば、モータ１４０）のうちの任意のものにアクセスして駆動することが可能である。また、モータ制御システム１１０に組み込まれた複数の制御アルゴリズム１１５Ａ、１１５Ｂ、及び１１５Ｃのうちのいずれの制御アルゴリズムも、複数のインバータ１２５のうちの任意のものにアクセスして制御することが可能である。よって、１又は複数のインバータ１２５で１つのモータ１４０を駆動して負荷要件を満たすことも可能であり、負荷側の複数のモータ１４０を同時に駆動するように、１又は複数のインバータ１２５で各モータを駆動することも可能である。加えて、負荷側の複数のモータ１４０を同時に駆動する際に、同一のモータ制御アルゴリズム（例えば、１１５Ａ）を用いて駆動することも可能であり、あるいは、異なるモータ制御アルゴリズムと用いて（例えば、いくつかのモータを制御アルゴリズム１１５Ａで、いくつかのモータを制御アルゴリズム１１５Ｂで）駆動することも可能である。

図１に示すように、システム１００はシステムコントローラ１０５を含み、これは、輸送体コントローラ１０２と通信して、輸送体コントローラ１０２から操作コマンドを取得し、また、輸送体コントローラ１０２に対して、モジュラー変換装置システム１００のステータス信号や、その他の情報を提供するよう構成されている。いくつかの例では、システムコントローラ１０５は、電力切換ネットワーク１３０をリアルタイムに再構成して、適切な数のインバータモジュール１２５が並列に動作してモータ１４０を駆動することもできる。言い換えると、モータ１４０からの負荷が増加すれば、システムコントローラ１０５は、並列接続されるインバータ１２５の数を増やすよう電力切換ネットワーク１３０に信号を送ることができる。逆に、モータ負荷が減少すれば、システムコントローラ１０５は、１又は複数のインバータ１２５を並列接続から外すよう電力切換ネットワーク１３０に信号を送ることができる。必要であれば、システムコントローラ１０５は、接続から外したインバータを、別のインバータ１２５と並列に接続させて、別の負荷を駆動させることもできる。

いくつかの例では、システムコントローラ１０５は、ＣＳＮ制御信号１２２を利用して制御切換ネットワーク１２０を再構成して、適切なモータ制御アルゴリズム１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃをモータ制御信号１１７として、１又は複数の種類のモータを駆動する１又は複数のインバータ１２５に供給することもできる。インバータ１２５は、さらに、例えば、電流値や電圧値などのフィードバック信号１２７を、モータ制御システム１１０と、選択された制御アルゴリズム１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃとに供給することができる。システムコントローラ１０５が供給するモータ制御アルゴリズム１１５Ａ、１１５Ｂ、及び１１５Ｃには、磁界方向制御（ＦＯＣ）、直接トルク制御（ＤＴＣ）、及び電圧／周波数制御（Ｖ／Ｆ）が非限定的な例として含まれる。異なる制御アルゴリズムを使用すると、関連づけられた輸送体における種々のモータ（例えば、誘導モータ、同期モータ、永久磁石（ＰＭ）同期モータ、ブラシレスＤＣモータなど）を効率よく駆動するのに有利である。例えば、航空機は、通常、メインエンジンの始動発動機（ＰＭ型のモータ）、ラムエア・ファン（誘導モータ）、環境制御システム（ＥＣＳ）のコンプレッサモータ（ＰＭ型のモータ）、１又は複数の同期モータなどを含み、ぞれぞれの電力要件がすべて異なる場合もありうる。

いくつかの例では、システムコントローラ１０５は、非限定的な例として、モータ速度、トルク、又は、基準電力値を、対応するモータ１４０に（例えば、モータ制御システム１１０を介して）送出することもできる。いくつかの例では、システムコントローラ１０５は、組み込み型のコントローラにより格納、実行することも可能である。システムコントローラ１０５は、非限定的な例として、マイクロコントローラ、プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、あるいは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）により構成することが可能である。いくつかの例では、システムコントローラ１０５は、リアルタイムのシミュレータ／エミュレータを利用可能であり、あるいはリアルタイムに実行されることも可能である。

いくつかの例では、モータ制御アルゴリズム１１５Ａ、１１５Ｂ、及び１１５Ｃの数は、モータ負荷の種類の数で決定してもよい。例えば、システム１００が駆動するモータ１４０が３種類ある場合は、３つのモータ制御アルゴリズム１１５Ａ、１１５Ｂ、及び１１５Ｃを準備する。各モータ制御アルゴリズム１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃは、対応するモータ１４０に特定のものである。他の例では、３つのモータ１４０すべてが同一の機能を実行する場合は、３つの負荷すべてに対して、モータ制御アルゴリズム１１５Ａ、１１５Ｂ、又は１１５Ｃのいずれか１つのみを用いて電力供給することも可能である。

制御切換ネットワーク１２０は、１又は複数のインバータ１２５を動的に構成することができる。各インバータは、それぞれ特定の１つの制御アルゴリズム１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃによって駆動することも可能であり、また、共通の１つの制御アルゴリズム１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃによって駆動することも可能である。各制御アルゴリズムは、システムコントローラ１０５から供給されるＣＳＮ制御信号１２２にしたがって、制御切換ネットワーク１２０を経由し伝送される。いくつかの例では、制御切換ネットワーク１２０に入力される信号と出力される信号との遅延時間を最小限にすることで、モータの駆動性能を向上させることができる。

制御切換ネットワーク１２０は、ソフトウェアで実装することも、ハードウェアで実装することも可能である。いくつかの例では、ソフトウェアのコードで制御切換ネットワーク１２０を実装し、これを、限定するものではないが、例えば、組み込み型コントローラ、リアルタイムシミュレータ、あるいはコンピュータで実行することが可能である。他の例では、制御切換ネットワーク１２０は、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ）、ＡＳＩＣ、あるいはＦＰＧＡを非限定的な例とするハードウェア機器を用いて実装することが可能である。図２に示すように、制御切換ネットワーク１２０の各制御スイッチ２０５（ソフトウェア実装であるかハードウェア実装であるかに関わらず）は、選択された制御アルゴリズム１１５を選択されたインバータ１２５に接続するように、ＣＳＮ制御信号１２２により制御される。

いくつかの例では、電力切換ネットワーク１３０を、システムコントローラ１０５からのＰＳＮ制御信号１３２を用いて動的に構成することが可能であり、これにより、１又は複数のインバータ１２５を接続して、１又は複数のモータ１４０を、モータ制御システム１１０から供給される１又は複数の特定の制御アルゴリズム１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃにしたがって駆動させることができる。いくつかの例では、電力切換ネットワーク１３０は、短絡防止デバイス、及び／又は、過電流防止デバイスとして機能しうる。この場合、短絡あるいは過電流が生じている負荷に関連づけられている電力スイッチ１３０は、異常が検知されると開放状態になる。

電力切換ネットワーク１３０は、電力スイッチ２２５を用いて実装可能であり、電力スイッチの非限定的な例には、固体リレー、機械式リレー、トランジスタ、及び、その他の制御可能な電力スイッチが含まれる。システムコントローラ１０５は、制御信号１３２を用いて各電力スイッチ２２５を制御する。インバータ１２５は、ＤＣ電力（即ち、図１に示すＶＤＣ）を、要求にあったＡＣ電力出力（例えば、電圧レベル、周波数、波形などが異なる電力）に変換し、各種のＡＣ機器（例えば、モータ１４０）を、選択されたモータアルゴリズム１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃと、システムコントローラ１０５と、にしたがって駆動する。インバータ１２５は、非限定的な例として、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）を含んで構成することが可能である。

図２に示すように、制御切換ネットワーク１２０は、各モータ制御アルゴリズム１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃを、任意の１又は複数のインバータ１２５（即ち、インバータ１２５Ａ、１２５Ｂ、１２５Ｃ、１２５Ｄ、及び／又は、１２５Ｅ）に選択的且つ動的に接続するために十分な数の制御スイッチ２０５を含む。ただし、他の例では、インバータ１２５とモータ制御アルゴリズム１１５Ａ、１１５Ｂ、及び１１５Ｃの組み合わせのうち、必要でない、あるいは、実用的でない特定の組み合わせを省くことで、制御切換ネットワーク１２０に含める制御スイッチの数を少なくしてもよい。電力切換ネットワーク１３０は、各インバータ１２５を任意の１又は複数の電気的負荷（即ち、モータ１４０）に、選択的且つ動的に接続するために十分な数の電力スイッチ２２５を含む。同様に、他の例では、インバータ１２５と電気的負荷の組み合わせのうちのいくつかを省くことで、電力切換ネットワーク１３０に含める電力スイッチ２２５の数を少なくしてもよい。図では、（３つのモータ制御アルゴリズム１１５及び５つのインバータ１２５に対応する）１５個の制御スイッチ２０５と、（５つのインバータ１２５と３つの電気的負荷に対応する）１５個の電力スイッチ２２５が示されているが、これらの個数は、実施態様に合わせて変更可能である。例えば、並列接続されるインバータ１２５の数は、５個より多いなどの任意の適当な数であるＮ個であってもよい。よって、制御切換ネットワーク１２０の規模は３×Ｎとなり、電力切換ネットワーク１３０の規模は、Ｎ×３となる。同様に、モータ（又は負荷）１４０の数は、３個より多くてもよく、例えば、Ｍ個であってもよい。したがって、電力切換ネットワークの規模は、Ｎ×Ｍとなる。

いくつかの例では、モジュラー変換装置システム１００は、複数のステージに分割される。図示の通り、モジュラー変換装置システム１００は、制御ステージ（controller stage）１４５及び電力ステージ（power stage）１５０を含む。制御ステージ１４５に含まれるコンポーネント（例えば、システムコントローラ１０５、モータ制御システム１１０）は、電力ステージ１５０に含まれるコンポーネントとは異なる範囲の供給電力で動作される場合がある。例えば、制御ステージ１４５では、制御ステージのコンポーネントの動作に適した、比較的低い電圧（例えば、約１ボルト（Ｖ）と２０ボルト（Ｖ）の間）の電力が供給され、電力ステージ１５０では、負荷（例えば、モータ１４０）の駆動に必要な出力電力を生成するのに適した比較的高い電圧（例えば、約１００Ｖと１０００Ｖの間、あるいはそれ以上）の電力が供給されてもよい。さらに、いくつかの例では、電力ステージ１５０は、多位相の出力電力（例えば、三相ＡＣ出力）を供給して、複数の負荷を駆動するよう構成されている。そのような例では、インバータ１２５、電力切換ネットワーク１３０、及びモータ１４０間の各接続は、三相電力の接続を表す場合がある。モジュラー変換装置システム１００のコンポーネントを複数のステージに分けることにより、制御ステージ１４５のコンポーネントを、電力ステージ１５０に要求される高い電圧や電流に耐えうるような大きさにする必要がなくなる。この結果、制御ステージ１４５は、概ね規模や損失がより小さいコンポーネントで構成することができるので、モジュラー変換装置システム１００を軽量化し、効率を改善することができる。

制御ステージ１４５と電力ステージ１５０との間で通信される制御信号及び／又はフィードバック信号は、絶縁バリア（isolation barrier）を超えて伝送されうる。ここで絶縁バリアは、電力ステージ１５０側の相対的に高い電圧（例えば、相対的に大きなＤＣ電圧）が、制御ステージ１４５側の相対的に低い電圧コンポーネントに及ぼす影響を防ぐよう構成されたものである。図示の通り、システムコントローラ１０５は、特定のモータ制御アルゴリズム１１５を選択する制御信号１０７を、モータ制御システム１１０に伝送する。モータ制御システム１１０は、選択されたアルゴリズムをモータ制御信号１１７として、制御切換ネットワーク１２０の経路のうちから選択された経路を介して送信して、インバータ１２５に供給する。モータ１４０は、１又は複数のモータフィードバック信号１４２をモータ制御アルゴリズム１１５に供給して、制御内容を更新する。いくつかの非限定的な例では、モータフィードバック信号１４２は、電流、電圧、速度、及び位置それぞれの値を含む。

さらに他の例では、モジュラー変換装置システム１００は、負荷優先要因（load priority factor）に基づいて負荷の割り当てを行うことができる。言い換えると、例えば、外的な航空機システム（即ち、輸送体コントローラ１０２）が要求する負荷の数が、モジュラー変換装置システム１００の供給能力を超える場合には、モジュラー変換装置システム１００は、負荷優先要因にしたがって負荷を割り当てて、優先順位の高いものに、優先順位の低いものより先に電力を供給する。航空機が（輸送体コントローラ１０２を介して）、例えば、ランディングギアを降下させるなど、比較的大きな負荷を要求した場合、システム１００は、インバータ１２５の一部又はすべての割り当てを一時的に変更して、ランディングギアに関連するモータ１４０の電力供給に用いる。ランディングギアの降下及び固定が完了すれば、モジュラー変換装置システム１００は、インバータ１２５の割り当てを再度変更して、元の負荷（あるいは、既存の別の負荷）に割り当てる。例えば、ランディングギアの降下を優先するために客室ファンを一時的に停止させ、ランディングギアの降下後、客室ファンを再度、駆動させることが可能である。

いくつかの例では、優先順位の低い負荷が過剰にあり、全体として、モジュラー変換装置システム１００の定格電力を超過するような場合、モジュラー変換装置システム１００は、負荷のいくつか、又はすべてに対して、設定を下げて電力供給を行ってもよい。このようにすると、低速あるいは低容量での動作にはなるが、全ての負荷に対して電力が供給される。例えば、航空機の客室ファン、照明、エンターテイメントシステムが同時に電力を要求すると、モジュラー変換装置システム１００の定格電力を超過してしまう可能性があるとする。この場合、モジュラー変換装置システム１００は、例えば、エンターテイメントシステムにはフルレベルの電力を供給し、客室ファンの速度及び照明の強度を若干下げることにより、全体としての電力要求を少なくすることができる。

図３Ａは、モジュラーインバータの位相レッグに含まれる変換回路の配置構成の一例を示す図である。モジュラー変換装置システム（例えば、上述のモジュラー変換装置システム１００、２００）の一実施態様では、配置構成３００は、単相電力を出力するモジュラーインバータ１２５に相当する。多相電力を出力する態様のモジュラー変換装置システムでは、配置構成３００は、モジュラーインバータ１２５の位相レッグ２１０に相当し、他のインバータ１２５の位相レッグ２１０と並列に接続されるよう構成されている。図３Ａでは、１つのインバータあるいはインバータの１つの位相レッグ２１０用の検出及び制御回路３０２の詳細を示しているが、モジュラー変換装置システムの実施態様によっては、この回路と同様の回路が複数個含まれうることは、当業者には認識されよう。図２の例を使って説明すると、５つのインバータ１２５Ａ〜１２５Ｅの各々が、３つの位相レッグ２１０−１、２１０−２、及び２１０−３を有しており、よって、図３Ａの制御回路３０２と同一のものが合計で１５個、含まれる。図示の通り、配置構成３００に含まれる複数の並列接続されたインバータ１２５Ａ及び１２５Ｂは、共通の負荷に電量を供給するよう電力切換ネットワークによって構成されている。モジュラーインバータ１２５に含まれる制御回路３０２は、システムコントローラ１０５に結合されており、インバータ３０４のスイッチ３３０−１及び３３０−２（「スイッチ素子」３３０とも記載する）を操作するよう構成されている。スイッチ３３０−１と３３０−２との間には、位相出力ノード３４０が結合されている。スイッチ３３０−１及び３３０−２は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）など、任意の適当な態様で実現可能である。位相出力ノード３４０は、出力電力２１５を送電する。電源３４２は、出力電力２１５の生成に用いられる電力を供給し、インバータ３０４は、駆動信号３２６−１、３２６−２によって規定される切換タイミングにしたがって、出力電力２１５の波形を制御する。電源３４２は、インバータ３０４に基準電圧ＶＤＣ＋及びＶＤＣ−を供給する。図示の通り、これら電圧は、接地電位を間に挟む所定の電圧Ｖｓ及び−Ｖｓに相当する。電源３４２は、これ以外の構成を有するものでもよく、例えば、接地電位をＶＤＣ−とするようなものでもよい。

スイッチ素子３３０−１及び３３０−２は、切換強度やその他の切換特性が所定の相対的な関係になるように設計されている場合でも、製造公差や近隣の部材に起因する寄生要素などにより、動作中に示す挙動が設計とは若干異なる可能性がある。言い換えると、スイッチ３３０−１及び３３０−２の動作が、互いに対して異なる場合や、ゲートドライバ３２５−１及び３２５−２から供給される駆動信号３２６−１及び３２６−２により得られると想定される所望の結果とは異なる場合がありうる。

システムコントローラ１０５は、動作中、制御信号１０７を制御回路３０２に送出して、モジュラーインバータ１２５を制御する。制御信号は、モータ制御信号１１７Ａ、１１７Ｂを供給するためのモータ制御アルゴリズム（本図には図示せず。図１、図２における１１５Ａ、１１５Ｂ、及び１１５Ｃ）を選択するのに用いられる。モジュラーインバータ１２５からシステムコントローラ１０５に高電圧のＤＣ信号が通過することを防ぐため、絶縁バリア（isolation barrier）３１５がモータ制御信号１１７Ａ及び１１７Ｂの各経路に沿って設けられている。絶縁バリア３１５は、例えば、クラスＸあるいはクラスＹのコンデンサなど、電気的な分離を実現する任意の適当な態様で実施可能である。また、制御回路３０２は、絶縁バリア３１５とゲートドライバ３２５−１及び３２５−２との間に位置する保護ロジック３２０を含み、これは、特定の動作状態において負荷を保護する任意の適当な態様で実施可能であり、例えば、短絡検出ロジック、過負荷検出ロジック、過熱検出ロジック（overtemperature detection logic）など、ハードウェア及び／又はソフトウェアにより実装されるものを含む。上述の動作状態のいずれかが検出されると、保護ロジック３２０は、特定のモータ制御信号１１７Ａ及び／又は１１７Ｂがゲートドライバ３２５−１、３２５−２に送達されないよう遮断して、接続されている負荷に過剰な摩耗や損傷が生じることを防止する。モータ制御信号１１７Ａ及び１１７Ｂは、それぞれ制御信号３４５Ａ及び３４５Ｂとしてゲートドライバ３２５−１及び３２５−２に供給される。ゲートドライバ３２５−１及び３２５−２は、制御信号３４５Ａ及び３４５Ｂに基づいて、所望の波形を有する出力電力２１５を供給するようにスイッチ３３０−１及び３３０−２を駆動する駆動信号３２６−１及び３２６−２を生成する。いくつかの例では、出力電力２１５は、負荷の駆動用にパルス幅変調した（ＰＷＭ）波形で供給される。

制御回路３０２は、位相出力ノード３４０と基準電圧とに接続された１又は複数の積分器３３５−１、３３５−２を含む。いくつかの例では、積分器３３５−１及び３３５−２は、位相出力ノード３４０での電圧を連続的にサンプリングするよう構成されたアナログ積分器（例えば、オペアンプ積分器）である。他の種類の積分器も利用可能であるが、一般的に、アナログ積分器の方がデジタル積分器よりも有利な点がいくつかある。配置構成３００における積分に利用する場合、デジタル積分器は、より複雑であったり、コストが高かったりする場合がある。異なるインバータ１２５間のデューティサイクルの差分は、スイッチのオン時間の数パーセントの単位の可能性もあり、差分の検出には多数のサンプルが必要になる。例えば、出力電力２１５には、数十あるいは数百キロヘルツ（ｋＨｚ）でのサンプリングが適切であり、これはパルス幅変調（ＰＷＭ）においては一般的であるものの、このためには、メガヘルツ（ＭＨｚ）の帯域を十分にカバーするサンプリング周波数が必要である。これに対し、アナログ積分器は、出力電力２１５を連続的に積分するので、相対的に信頼性及び分解能が高い。また、アナログ積分器では、絶縁バリア３１５を超えてシステムコントローラ１０５にアナログ値を１つ伝送すればよいので、帯域幅の要件が緩和される。

図示のように、積分器３３５−１は、位相出力ノード３４０及びＶＤＣ＋に接続されており、積分器３３５−２は、位相出力ノード３４０及びＶＤＣ−に接続されている。積分器３３５−１及び３３５−２の各々は、駆動信号３２６−１及び３２６−２のスイッチングの１又は複数のサイクルにおいて積分を行って、出力信号をシステムコントローラ１０５に絶縁バリア３１５を超えて伝送するよう構成されている。システムコントローラ１０５は、積分器３３５−１及び３３５−２からの出力信号を、対応する離散値に変換するよう構成されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）３０５を含む。

システムコントローラ１０５は、別々のスイッチ３３０に対応する値を互いに比較し、及び／又は、前記値を駆動信号３２６−１及び３２６−２の所望の結果と比較して、スイッチ３３０が想定通りに動作しているか、あるいは、何らかのエラーが発生しているかを判定する。いくつかの例では、システムコントローラ１０５は、各スイッチ３３０−１、３３０−２に対応する印加電圧-秒値３１２を算出する。例えば、特定のスイッチングサイクルにおいて、ゲートドライバ３２５−１は、１０００ボルト（Ｖ）を１ミリ秒（ｍｓ）の持続時間で、つまり所望の印加電圧-秒値１．０００Ｖ-ｓを、出力ノード３４０に印加するよう構成された駆動信号３２６−１をスイッチ３３０−１に供給する。なお、これらの値は、計算を単純にするために用いたものに過ぎず、インバータ１２５の実施態様、及び、接続された負荷の電力要求に合わせて変更可能である。スイッチ３３０−１の製造公差や寄生要素のため、例えば、算出された印加電圧-秒値３１２をスイッチ３３０−１に適用した結果、実際には１．００１Ｖ-ｓが印加されれば、その誤差は０．００１Ｖ-ｓである。

いくつかの例では、システムコントローラ１０５は、さらに、特定された誤差に基づいて１又は複数のゲートドライバ・オフセット値３１０を算出するよう構成されている。ゲートドライバ・オフセット値３１０は、駆動信号３２６−１のタイミング（又はデューティサイクル）を調整する任意の適当な形態で実現可能である。算出されたゲートドライバ・オフセット値３１０をゲートドライバ３２５−１に適用すると、関連付けられたスイッチ３３０−１のタイミングが調整され、所望の印加電圧-秒値と実際の印加電圧-秒値との誤差を解消あるいは軽減することができる。よって、この例では、システムコントローラは、ゲートドライバ・オフセット値３１０を制御信号１０７に適用することで、制御信号３４５Ａに影響を与えて、スイッチ３３０−１のデューティサイクルを短縮させ、これにより、算出された印加電圧-秒値３１２をスイッチ３３０−１に適用すると、所望の１．０００Ｖ-ｓが実際に印加されるようにできる。

図３Ｂ及び図３Ｃは、モジュラー変換装置システムに含まれる積分器の代替の配置構成を示す図である。上述したように、図３Ａに示す配置構成３００では、インバータ１２５は、位相出力ノード３４０と第１電圧レール（ＶＤＣ＋）とに接続された積分器３３５−１、及び、位相出力ノード３４０と第２電圧レール（ＶＤＣ−）とに接続された第２積分器３３５−２を含む。配置構成３５０（図３Ｂ）は、１つのインバータ１２５に対して１つの積分器３３５を含み、この積分器３３５は、接地電位を基準として位相出力ノード３４０の電圧を測定するよう構成されている。

配置構成３５５（図３Ｃ）は、接地電位を基準として位相出力ノード３４０の電圧を測定するよう構成された複数の積分器３３５Ａ、３３５Ｂを含む。積分器３３５Ａ及び３３５Ｂが測定した値は、マルチプレクサ３６０などの切換メカニズムを用いて、ＡＤＣ３０５に選択的に供給されうる。選択信号３６５は、システムコントローラ１０５（図示せず）から供給されうる。いくつかの例では、積分器３３５Ａ及び３３５Ｂは、測定値を交互に供給してもよく、これにより精度が向上する。

上述したように、積分器３３５−１及び３３５−２の各々は、駆動信号３２６−１及び３２６−２のスイッチングの１又は複数のサイクルにおいて積分を行うよう構成されている。積分器３３５−１及び３３５−２にリセット信号を供給して、積分器３３５−１及び３３５−２による測定を定期的にリセットすることもできる。いくつかの例では、ゲートドライバ３２５−１及び３２５−２に送られる制御信号３４５Ａ及び３４５Ｂによって、適当なリセット信号を供給することができる。例えば、制御信号３４５Ａ及び３４５Ｂの立ち上がりエッジによって特定のスイッチングサイクルの終了を示すようにし、これを利用して、積分器３３５−１及び３３５−２のリセット動作を発動させてもよい。他の例では、システムコントローラ１０５は、積分器３３５−１及び３３５−２に対して別途リセット信号（図示せず）を生成してもよい。

一般的に、積分器３３５−１及び３３５−２のリセットは、瞬時に完了する動作ではない。フィードバックコンデンサを備えるアナログ積分器の例では、積分器をリセットするには、スイッチを閉じ、所与の時定数にしたがって、フィードバックコンデンサを放電させる必要がある。したがって、積分器３３５−１及び３３５−２が位相出力ノード３４０の電圧値の積分を行わない期間がいくらか存在することになり、測定結果に影響が生じうる。

配置構成３５５（図３Ｃ）は、測定精度の向上を可能にする。第１リセット信号（即ち、ＲＥＳＥＴ１）の制御により第１積分器３３５Ａがリセット動作を実行している間は、ＡＤＣ３０５は、リセット動作中でない第２積分器３３５Ｂから測定結果を受け取り、これにより、位相出力ノード３４０について、より完全な電圧値を取得することができる。第２リセット信号（即ち、ＲＥＳＥＴ２）の制御により第２積分器３３５Ｂがリセット動作を実行している間は、ＡＤＣ３０５は、リセット動作中でない第１積分器３３５Ａから測定結果を受け取る。マルチプレクサ３６０を制御する選択信号３６５は、システムコントローラ１０５（図示せず）から別途供給される信号でもよく、あるいは、第１リセット信号及び／又は第２リセット信号の論理結合に基づくものであってもよい。

リセット期間の測定値を補償するような調整を行う他の技術も、利用可能である。例えば、システムコントローラ１０５（図示せず）は、リセット期間におけるＡＤＣ３０５の測定値を数学的外挿により補ってもよい。この手法は、配置構成３００、３５０、及び３５５における他のスイッチ素子により発生するノイズなどの電磁障害（ＥＭＩ）クロストークが比較的適切に制御されている場合に可能である。

各種の配置構成３００、３５０、及び３５５の具体的な説明を、単相出力電力２１５について記載したが、当業者には理解されように、これらの技術は、（例えば、多相負荷を駆動するための）多相インバータモジュールにも適用可能であり、また、２つ以上のモジュラーインバータの動作にも適用可能である。

配置構成３００、３５０、及び３５５以外の実施態様も可能である。１の代替例では、システムコントローラ１０５及びＡＤＣ３０５を、絶縁バリア３１５に対して「電力側」（即ち、ゲートドライバ３２５−１及び３２５−２、並びにスイッチ３３０−１及び３３０−２と同じ側）に配置する。そのような実施態様では、絶縁バリア３１５を超える伝送において、より大きな帯域幅が要求される。なぜならば、電力供給方式が異なる外部の輸送体コントローラやその他のコントローラとシステムコントローラ１０５が通信を行うことは、この態様でも必要であるからである。さらに他の代替例では、ゲートドライバ３２５−１及び３２５−２と、位相出力ノード３４０Ａで行われる電圧測定との間に、高速制御ループ（fast control loop）を設けることができる。場合によっては、システムコントローラ１０５の代わりに、このループを用いてゲートドライバ・オフセット値３１０を実現してもよい。他の場合には、システムコントローラ１０５でゲートドライバ・オフセット値３１０の提供を実現し、ゲートドライバ・オフセット値に比較して小幅である駆動信号３２６−１及び３２６−２の調整を高速制御ループによって実現する。

図３Ｄは、多相モジュラー変換装置システムに設けられた複数のインバータの配置構成３７５の一例を示す。より具体的には、配置構成３７５は、モジュラーインバータのゲートドライバの動作の調整について上述した技術と同様の技術を利用して、多相モジュラー変換装置システムの複数のインバータモジュール間における生成電流のバランスを制御できることを示している。

インバータ部１２５Ａ及び１２５Ｂは、同様の構成をしており、各々が３つの位相出力ノード３４０を有する３つの位相レッグを含む。明示されていないが、インバータ部１２５Ｃ〜１２５Ｅも、同様に三相駆動用に構成されている。図示のように、位相出力ノード３４０−１及び３４０−４は、互いに結合されて（加えて、インバータ部１２５Ｃ〜１２５Ｅの位相出力ノードにも結合されて）、第１位相の出力電力２１５−１を生成するよう構成されている。言い換えると、位相レッグ２１０−１と２１０−４とは、並列に接続されている。位相出力ノード３４０−２及び３４０−５は、互いに結合されて（加えて、インバータ部１２５Ｃ〜１２５Ｅの位相出力ノードにも結合されて）、第２位相の出力電力２１５−２を生成するよう構成されている。位相出力ノード３４０−３及び３４０−６は、互いに結合されて（同様に、インバータ部１２５Ｃ〜１２５Ｅの位相出力ノードにも結合されて）、第３位相の出力電力２１５−３を生成するよう構成されている。

ただし、インバータ部１２５Ａ〜１２５Ｅは同じ態様で構成されているが、インバータ部１２５Ａ〜１２５Ｅにおける各インバータ３０４は、製造公差、近隣の部材の寄生要素などにより、動作中に示す挙動が若干異なる可能性がある。インバータ３０４の動作は、互いに異なっていたり、制御回路３０２からインバータ３０４に供給される駆動信号により得られると想定される所望の結果と異なっていたりする場合がある。

このような誤差を緩和すべく、各位相レッグ２１０に含まれる制御回路３０２は、対応する位相出力ノード３４０における電圧をサンプリングし、その電圧値をシステムコントローラ１０５に伝送する。システムコントローラ１０５は、位相出力ノード３４０の各々について印加電圧-秒値を算出することができ、算出した値を比較して、インバータ１２５Ａ〜１２５Ｅの中に、負荷が不均衡になっているものがないか判定することができる。また、システムコントローラ１０５は、１又は複数のゲートドライバ・オフセット値を生成して、インバータ３０４の後続の動作を制御して、負荷の不均衡を緩和したり、所望の印加電圧-秒値と、インバータ３０４によって実際に印加された値との誤差を緩和したりすることができる。

上述の例を用いると、システムコントローラ１０５は、例えば、対応するインバータ３０４から出力ノード３４０−１及び３４０−４に、１０００Ｖを１ｍｓの持続時間（即ち、所定の値である１．０００Ｖ-ｓ）で印加させるよう構成された制御信号を並列の位相レッグ２１０−１及び２１０−４に対して送出する。システムコントローラ１０５により算出される印加電圧-秒値の印加を実行すると、インバータ３０４の公差や寄生要素により、例えば、位相レッグ２１０−１には、１．００１Ｖ-ｓが印加され、位相レッグ２１０−４へは０．９９９Ｖ-ｓが印加される。

一例では、システムコントローラ１０５は、算出したゲートドライバ・オフセットを位相レッグ２１０−１に適用する。これにより、対応するインバータのデューティサイクルを短縮させて、位相レッグ２１０−４についての値である０．９９９Ｖ-ｓと合致させる。代替的な一例では、システムコントローラ１０５は、算出したゲートドライバ・オフセット値を位相レッグ２１０−４に適用する。これにより、１０００Ｖの印加時間を長くして、位相レッグ２１０−１についての値である１．００１Ｖ-ｓと合致させる。他の代替例では、システムコントローラ１０５は、ゲートドライバ・オフセットを位相レッグ２１０−１と２１０−４との両方に適用する。これにより、インバータの出力をバランスさせ、算出された印加電圧-秒値を印加した結果（即ち、１．００１Ｖ-ｓ及び０．９９９Ｖ-ｓ）と、駆動信号により得られると想定される所望の結果（即ち、１．０００Ｖ-ｓ）との差分を修正する。

図４は、複数の並列インバータ部を含むモジュラー変換装置システムの出力電力を制御する方法の一例を示す。概して、方法４００は、上述したモジュラー変換装置システム１００、２００の例、及び、配置構成３００、３５０、３５５、３７５のうちの任意のものにしたがって実行可能である。

方法４００は、先ず、ブロック４０５で、第１インバータ部及び第２インバータ部のスイッチ素子を初期駆動信号（initial drive signal）で駆動して、同相出力電力を生成する。第１及び第２インバータ部の各々は、電力切換ネットワークと用いて並列に接続された異なる位相レッグを含む。信号の駆動は、第１インバータ部及び第２インバータ部のゲートドライバにより実行される。いくつかの例では、第１インバータ部及び第２インバータ部は、同じ初期駆動信号を用いて駆動されるが、このことは必須ではない。

ブロック４１５では、第１インバータ部の第１位相出力ノードにおける第１電圧、及び、第２インバータ部の第２位相出力ノードにおける第２電圧に基づいて、ゲートドライバ・オフセット値を決定する。ゲートドライバ・オフセット値は、第１インバータ部及び第２インバータ部に結合されたシステムコントローラにより決定してもよいし、代わりに、ゲートドライバ及び位相出力ノードに結合された１又は複数の局所的な高速制御ループにより決定してもよい。

いくつかの例では、ゲートドライバ・オフセット値を決定することは、第１位相出力ノード及び第２位相出力ノードの各々に結合された少なくとも１つの積分器により、少なくとも１つの基準電圧に対する第１電圧及び第２電圧の各々を積分することを含む。いくつかの例では、ゲートドライバ・オフセット値を決定することは、第１インバータ部及び第２インバータ部のそれぞれについて、印加電圧-秒値を算出することを含む。算出されたそれぞれの印加電圧-秒値の差分は、第１インバータ部と第２インバータ部の間の負荷の不均衡を示しており、ゲートドライバ・オフセット値は、この差分に基づいて決定される。さらに、ゲートドライバ・オフセット値は、算出された印加電圧-秒値と、駆動信号により想定されている結果との差分にも基づいて決定されてもよい。

ブロック４２５で、第１インバータ部及び第２インバータ部のスイッチ素子は、後続の駆動信号（subsequent drive signal）により駆動され、これにより、同相の出力電力を生成時に第１インバータ部及び第２インバータ部それぞれにより供給される電流量をバランスさせる。第１インバータ部及び第２インバータ部の一方あるいは両方の駆動に用いられる後続の駆動信号を、決定されたゲートドライバ・オフセット値を用いて調整してもよい。後続の駆動信号により、第１インバータ部及び第２インバータ部は、駆動信号により想定される通りの所望の結果を生成することができる。ブロック４２５の後、方法４００は終了する。

図５及び図６は、ゲートドライバ・オフセット値を決定する方法の一例を示す。方法５００及び６００は、各々、方法４００のブロック４１５を実施するのに可能な態様を示しており、両方法において、ゲートドライバ・オフセット値は、第１インバータ部の第１位相出力ノードにおける第１電圧、及び、第２インバータ部の第２位相出力ノードにおける第２電圧に基づいて決定される。

方法５００は、先ずブロック５０５で、第１位相出力ノード及び第２位相出力ノードに結合された少なくとも１つの積分器により、少なくとも１つの基準電圧に対する第１電圧及び第２電圧の各々を積分する。基準電圧は、インバータ部に電力を供給するよう構成された電圧レールであってもよい。任意のブロック５１５及び５２５で、第１インバータ部及び第２インバータ部のゲートドライバに供給された制御信号の立ち上がりエッジが検出される。積分器は、検出される立ち上がりエッジにより示されるスイッチングサイクルの完了時にリセットされる。代替の例では、制御信号の立下りエッジを利用してもよいし、積分器のリセット用に制御信号を別途生成して利用してもよい。ブロック５３５において、システムコントローラは、第１インバータ部及び第２インバータ部の各々について、それぞれの印加電圧-秒値を算出する。ゲートドライバ・オフセット値は、算出されたそれぞれの印加電圧-秒値の差分に基づく。ブロック５０５の後、方法５００は終了する。

方法６００は、概して、図３Ｃに示したような、１つの位相出力ノードに複数の積分器が結合されている実施態様に適用される。例えば、第１インバータ部の位相出力ノードは、第１の対の積分器を有し、第２インバータ部の位相出力ノードは、第２の対の積分器を有するとしてもよい。方法６００は、先ず、ブロック６０５で、第１インバータ部及び第２インバータ部の第１スイッチングサイクルにおいて、第１積分器により第１電圧及び第２電圧の各積分を行う。任意のブロック６１５で、例えば、例えば、制御信号ついて検出される立ち上がりエッジあるいは立下りエッジに基づいて、第１積分器は、第１スイッチングサイクルの完了時にリセットされる。ブロック６２５で、第１インバータ部及び第２インバータ部の第２スイッチングサイクルにおいて、第２積分器が、第１電圧及び第２電圧の各積分を行う。ブロック６１５及び６２５は、少なくとも部分的に同時に実行可能であり、これにより、第１積分器のリセット動作を適宜実行しつつも、電圧を実質的に連続して測定することができる。任意のブロック６３５において、第２スイッチングサイクルの完了時に第２積分器がリセットされる。ブロック６３５の完了後、方法６００は終了する。代替例では、方法６００は、ブロック６３５からブロック６０５に戻り、処理を繰り返してもよい。この場合、ブロック６３５とブロック６０５は、少なくとも部分的に同時に実行可能である。

本開示の様々な例を記載したが、これは説明のために提示したものであり、すべてを網羅することや、開示した例に限定することを意図するものではない。記載した例の範囲や精神を逸脱することなく種々の変更及び変形が可能であることは、当業者には理解されるであろう。本明細書に用いられる用語は、記載した例の原理、実際の用途、又は、市場で見られる技術に対する技術的改良点をもっとも適切に説明すること、あるいは、本明細書に開示の態様を他の当業者が理解できるようすることを目的に選択されたものである。

本開示の側面を、システム、方法、あるいは、コンピュータプログラム製品として具現化できることは、当業者には理解されよう。したがって、本開示の側面は、全体がハードウェアの例、全体がソフトウェアの例（例えば、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）、あるいは、ソフトウェアとハードウェアを組み合わせた例という形態を取ることができ、これらすべてを概括的に「回路」、「モジュール」、又は「システム」と呼ぶ場合がある。加えて、本開示の側面は、１又は複数のコンピュータ可読媒体に格納されたコンピュータ可読のプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。

１又は複数のコンピュータプログラムを、任意の組み合わせで利用可能である。コンピュータ可読媒体は、例えば、コンピュータ可読の信号媒体、又はコンピュータ可読の記憶媒体である。コンピュータ可読の記憶媒体は、例えば、限定するものではないが、電子的、磁気的、光学的、電磁的、赤外線、又は、半導体のシステム、装置、もしくはデバイス、又はこれらの任意の適当な組み合わせであってもよい。コンピュータ可読の記憶媒体には、より具体的な例（非排他的な列挙）として、１又は複数の電線を含む電子的接続、可搬型のコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、光ファイバ、可搬型のコンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学記憶装置、磁気記憶装置、又は、これらの任意の適当な組み合わせが含まれる。本明細書のコンテキストにおいては、コンピュータ可読の記憶媒体は、命令実行システム、装置、又はデバイスによって使用したり、これらに関連させて使用したりするためのプログラムを備えうる、あるいは、格納しうる任意の有形の媒体であってよい。

コンピュータ可読の信号媒体は、例えば、プログラムコードを、基底帯域において、又は、搬送波の一部として伝搬するデータ信号を含みうる。よって、伝搬信号は、限定するものではないが、電磁的、光学的、又は、これらの任意の適当な組み合わせを含む様々な形態のうちの任意の形態をとることができる。コンピュータ可読の信号媒体は、コンピュータ可読の記憶媒体除く媒体であって、命令実行システム、装置、又はデバイスによって使用したり、これらに関連させて使用したりするためのコンピュータ可読プログラムコードを通信、伝搬、又は転送することができる任意のコンピュータ可読媒体であってもよい。

コンピュータ可読の信号媒体に組み込まれたプログラムコードは、限定するものではないが、無線、有線、光ケーブル、ＲＦなど、あるいは、これらの任意の適当な組み合わせを含む任意の適当な媒体を用いて送信することができる。

本開示の側面の処理を実行するためのコンピュータ可読のプログラムコードは、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語、及び、「Ｃ」プログラミング言語又はこれに類するプログラミング言語などの従来の手続き型プログラミング言語、あるいはこれに類するプログラミング言語を含む、１又は複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述することができる。プログラムコードは、全体をユーザーのコンピュータで実行してもよいし、一部を、スタンドアローンソフトウェアパッケージとしてユーザーのコンピュータで実行してもよいし、一部をユーザーのコンピュータで実行し、一部をリモートコンピュータで実行してもよいし、全体をリモートコンピュータ又はサーバーで実行してもよい。後者の場合、リモートコンピュータを、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又はワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意のタイプのネットワークを介してユーザーのコンピュータに接続してもよいし、あるいは、（例えば、インターネットサービスプロバイダを用いたインターネットを介して）外部コンピュータに接続してもよい。

上述した本開示の側面の説明では、方法、装置（システム）、及びコンピュータプログラム製品の例を示すフローチャートやブロック図の例を参照している。フローチャートやブロック図に示した各ブロック、及びフローチャートやブロック図に示したブロック群は、コンピュータプログラム命令により実現可能である。これらコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又はその他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサに提供されてマシーンを構成し、コンピュータ又はその他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサで実行される命令により、概略フロー図や概略ブロック図のブロックに記載された機能／作用を実施するための手段を形成することができる。

また、コンピュータプログラムコードは、コンピュータ、その他のプログラム可能なデータ処理装置、又はその他のデバイスを特定の態様で機能するよう指示することができるコンピュータ可読媒体に格納して、コンピュータ可読媒体に格納された命令が、フローチャートやブロック図のブロック又はブロック群に記載された機能／作用を実施する命令を含む製品を作製するようにすることもできる。

また、コンピュータ、その他のプログラム可能なデータ処理装置、又はその他のデバイスにコンピュータプログラム命令をロードし、当該コンピュータ、その他のプログラム可能なデータ処理装置、又はその他のデバイス上で一連の処理ステップを実行させて、コンピュータにより実現されるプロセスを形成してもよい。これにより、コンピュータ又はその他のプログラム可能な装置で実施されるプログラムコードによって、フローチャートやブロック図に示されるブロック又はブロック群に記載の機能／作用を実施するプロセスを提供することもできる。

添付図面に含まれるフローチャート及びブロック図は、本開示の様々な例によるシステム、方法、及びコンピュータプログラム製品の可能な実施態様のアーキテクチャ、機能、及び動作を示す。これに関して、フローチャート又はブロック図における各ブロックは、モジュール、セグメント、又は、命令の一部を表すこともあり、これらは、特定の１又は複数の論理機能を実行するための１又は複数の実行可能な命令を含む。いくつかの代替の実施態様において、ブロックに記載した機能は、図に記載した順序とは異なる順序で実行されてもよい。例えば、関連する機能に応じて、連続するブロックとして示されている２つのブロックが、実際には、実質的に同時に実行されてもよいし、場合によっては、これらブロックが逆の順序で実行されてもよい。また、ブロック図やフロー図の各ブロック、また、ブロック図やフロー図のブロックの組み合わせは、特定の機能や処理を実行する特定用途向けハードウェアに基づくシステムにより実現してもよいし、特定用途向けハードウェアとコンピュータ命令との組み合わせにより実現してもよい。

加えて、本開示は、下記の付記による例も包含する。

付記１． 複数の並列インバータ部（１２５）を含むモジュラー変換装置システム（１００、２００）の出力電力を制御する方法（４００）であって、前記複数の並列インバータ部は、少なくとも第１位相の出力ノード（３４０−１）を有する第１インバータ部（１２５Ａ）、及び、少なくとも第２位相の出力ノード（３４０−４）を有する第２インバータ（１２５Ｂ）を含み、前記方法は、前記第１及び第２インバータ部それぞれのスイッチ素子（３３０−１、３３０−２）を、初期駆動信号（３２６−１、３２６−２）で駆動して（４０５）、同相の出力電力（２１５−１）を生成することと、前記第１及び第２位相出力ノードにおける第１及び第２電圧に基づいて、ゲートドライバ・オフセット値（３１０）を決定すること（４１５）と、前記決定したゲートドライバ・オフセット値に基づいて、前記第１及び第２インバータ部それぞれの前記スイッチ素子を、後続の駆動信号（３２６−１、３２６−２）で駆動して（４２５）、同相の出力電圧の生成時に前記第１及び第２インバータ部のそれぞれにより供給される電流量をバランスさせることと、を含む。

付記２． 前記ゲートドライバ・オフセット値を決定することは、前記第１及び第２インバータ部の各々について、印加電圧-秒値（３１２）を算出すること（５３５）を含み、前記ゲートドライバ・オフセット値は、前記算出したそれぞれの印加電圧-秒値の差分に基づく、付記１に記載の方法。

付記３． 前記第１及び第２位相出力ノードの各々は、前記モジュラー変換装置システムの少なくとも１つの積分器（３３５−１、３３５−２）に結合されており、前記ゲートドライバ・オフセット値を決定することは、前記少なくとも１つの積分器を用いて、少なくとも１つの基準電圧（ＶＤＣ＋、ＶＤＣ−）に対する前記第１及び第２電圧の各々を積分すること（５０５）を含む、付記１に記載の方法。

付記４． 前記少なくとも１つの基準電圧は、系統接地電圧（system ground）である、付記３に記載の方法。

付記５． 前記第１及び第２電圧の各積分は、前記第１及び第２インバータ部のスイッチングの１サイクルにおいて行われ、前記方法は、前記スイッチングサイクルの完了時に、前記積分器リセットすること（５２５）をさらに含む、付記３に記載の方法。

付記６． 前記積分器のリセットは、前記第１及び第２インバータ部のゲートドライバに供給される制御信号（３４５Ａ、３４５Ｂ）の立ち上がりエッジを検出する（５１５）と実行される、付記５に記載の方法。

付記７． 前記少なくとも１つの積分器は、第１及び第２積分器（３３５Ａ、３３５Ｂ）を含み、前記方法は、前記第１及び第２インバータ部の第１スイッチングサイクルにおいて、前記第１積分器を用いて前記第１及び第２電圧の各積分を行うこと（６０５）と、前記第１及び第２インバータ部の第２スイッチングサイクルにおいて、前記第２積分器を用いて前記第１及び第２電圧の各積分を行うこと（６２５）と、をさらに含む、付記３に記載の方法。

付記８．モジュラー変換装置システム（１００、２００）は、システムコントローラ（１０５）と、並列に接続されかつ同相の出力電力（２１５−１、２１５−２、２１５−３）を生成する少なくとも第１及び第２インバータ部（１２５Ａ，１２５Ｂ）と、を含み、前記第１及び第２インバータ部の各インバータ部は、位相出力ノード（３４０）が間に接続された一対のスイッチ素子（３３０−１、３３０−２）と、一対のゲートドライバ（３２５−１、３２５−２）と、を含み、各ゲートドライバは、前記システムコントローラからそれぞれの制御信号（３４５Ａ、３４５Ｂ）を受信すると共に、前記一対のスイッチ素子それぞれのスイッチングを制御する駆動信号（３２６−１、３２６−２）を生成するよう構成されており、前記システムコントローラは、ゲートドライバ・オフセット値（３１０）を、前記第１及び第２インバータ部それぞれにおける前記位相出力ノードの電圧に基づいて決定し、前記決定したゲートドライバ・オフセット値に基づいて、前記第１及び第２インバータ部それぞれの前記スイッチ素子を、後続の駆動信号（３２６−１、３２６−２）で制御して、同相の出力電圧の生成時に前記第１及び第２インバータ部のそれぞれにより供給される電流量をバランスさせるよう構成されている。

付記９． 前記システムコントローラは、さらに、前記第１及び第２インバータ部の各々について、印加電圧-秒値（３１２）を算出するよう構成されており、前記ゲートドライバ・オフセット値は、前記算出したそれぞれの印加電圧-秒値の差分に基づく、付記８に記載のモジュラー変換装置システム。

付記１０． 前記第１インバータ部の前記位相出力ノードに結合された１又は複数の第１積分器（３３５−１、３３５−２）と、前記第２インバータ部の前記位相出力ノードに結合された１又は複数の第２積分器（３３５−１、３３５−２）と、をさらに含み、前記ゲートドライバ・オフセット値を決定することは、前記１又は複数の第１積分器、及び、前記１又は複数の第２積分器を用いて、少なくとも１つの基準電圧（ＶＤＣ＋、ＶＤＣ−）に対する前記第１及び第２電圧の各々を積分することを含む、付記８に記載のモジュラー変換装置システム。

付記１１． 前記少なくとも１つの基準電圧は、系統接地電圧である、付記１０に記載のモジュラー変換装置システム。

付記１２． 前記第１及び第２電圧の各積分は、前記第１及び第２インバータ部のスイッチングの１サイクルにおいて行われ、前記システムコントローラは、さらに、前記スイッチングサイクルの完了時に、前記１又は複数の第１積分器、及び、前記１又は複数の第２積分器をリセットするよう構成されている、付記１０に記載のモジュラー変換装置システム。

付記１３． 前記１又は複数の第１加算器、及び、前記１又は複数の第２加算器のリセットは、前記第１及び第２インバータ部の各々に含まれる前記一対のゲートドライバに供給される制御信号（３４５Ａ、３４５Ｂ）の立ち上がりエッジを検出すると実行される、付記１２に記載のモジュラー変換装置システム。

付記１４． 前記１又は複数の第１積分器は、第１群の複数の積分器（３３５Ａ、３３５Ｂ）を含み、前記１又は複数の第２積分器は、第２群の複数の積分器（３３５Ａ、３３５Ｂ）を含み、前記第１群と前記第２群それぞれの複数の積分器のうちの少なくとも１つの積分器は、前記第１及び第２インバータ部の第１スイッチングサイクルにおいて、前記第１及び第２電圧の各積分を行うよう構成されており、前記第１群と前記第２群それぞれの複数の積分器のうちの少なくとも別の１つの積分器は、前記第１及び第２インバータ部の第２スイッチングサイクルにおいて、前記第１及び第２電圧の各積分を行うよう構成されている、付記１０に記載のモジュラー変換装置システム。

付記１５． １又は複数のコンピュータプロセッサの動作において実行されて、複数の並列インバータ部（１２５）を含むモジュラー変換装置システム（１００、２００）の出力電力を制御する処理を実行するコンピュータプログラムコードを含む非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記複数の並列インバータ部は、少なくとも第１位相の出力ノード（３４０−１）を有する第１インバータ部（１２５Ａ）、及び、少なくとも第２位相の出力ノード（３４０−４）を有する第２インバータ（１２５Ｂ）を含み、前記処理は、複数のゲートドライバ（３２５−１、３２５−２）と通信して、前記第１及び第２インバータ部それぞれのスイッチ素子（３３０−１、３３０−２）を、初期駆動信号（３２６−１、３２６−２）で駆動して（４０５）、同相の出力電力（２１５−１）を生成することと、前記第１及び第２位相出力ノードにおける第１及び第２電圧に基づいて、ゲートドライバ・オフセット値（３１０）を決定すること（４１５）と、前記複数のゲートドライバと通信して、前記決定したゲートドライバ・オフセット値に基づいて、前記第１及び第２インバータ部それぞれの前記スイッチ素子を、後続の駆動信号（３２６−１、３２６−２）で駆動して（４２５）、同相の出力電圧の生成時に前記第１及び第２インバータ部のそれぞれにより供給される電流量をバランスさせることと、を含む処理である、非一時的なコンピュータ可読媒体。

付記１６． 前記ゲートドライバ・オフセット値を決定することは、前記第１及び第２インバータ部のそれぞれについて、印加電圧-秒値（３１２）を算出すること（５３５）を含み、前記ゲートドライバ・オフセット値は、前記算出したそれぞれの印加電圧-秒値の差分に基づく、付記１５に記載のコンピュータ可読媒体。

付記１７． 前記第１及び第２位相出力ノードの各々は、前記モジュラー変換装置システムの少なくとも１つの積分器（３３５−１、３３５−２）に結合されており、前記ゲートドライバ・オフセット値を決定することは、前記少なくとも１つの積分器を用いて、少なくとも１つの基準電圧（ＶＤＣ＋、ＶＤＣ−）に対する前記第１及び第２電圧の各々を積分すること（５０５）を含む、付記１５に記載のコンピュータ可読媒体。

付記１８． 前記第１及び第２電圧の各積分は、前記第１及び第２インバータ部のスイッチングの１サイクルにおいて行われ、前記処理は、前記スイッチングサイクルの完了時に、前記積分器リセットすること（５２５）をさらに含む、付記１７に記載のコンピュータ可読媒体。

付記１９． 前記積分器のリセットは、前記第１及び第２インバータ部のゲートドライバに供給される制御信号（３４５Ａ、３４５Ｂ）の立ち上がりエッジを検出する（５１５）と実行される、付記１８に記載のコンピュータ可読媒体。

付記２０． 前記少なくとも１つの積分器は、第１及び第２積分器（３３５Ａ、３３５Ｂ）を含み、前記処理は、前記第１及び第２インバータ部の第１スイッチングサイクルにおいて、前記第１積分器を用いて前記第１及び第２電圧の各々を積分すること（６０５）と、前記第１及び第２インバータ部の第２スイッチングサイクルにおいて、前記第２積分器を用いて前記第１及び第２電圧の各々を積分すること（６２５）と、をさらに含む、付記１７に記載のコンピュータ可読媒体。

上述の記載においては、本開示の例について説明したが、その基本的な範囲を逸脱することなく、本開示の他の様々な例を想定することができ、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって規定される。

Claims (10)

1. 複数の並列インバータ部を含むモジュラー変換装置システムの出力電力を制御する方法であって、前記複数の並列インバータ部は、少なくとも第１位相の出力ノードを有する第１インバータ部、及び、少なくとも第２位相の出力ノードを有する第２インバータを含み、前記方法は、
   前記第１及び第２インバータ部それぞれのスイッチ素子を、初期駆動信号で駆動して、同相の出力電力を生成することと、
   前記第１及び第２位相出力ノードにおける第１及び第２電圧に基づいて、ゲートドライバ・オフセット値を決定することと、
   前記決定したゲートドライバ・オフセット値に基づいて、前記第１及び第２インバータ部それぞれの前記スイッチ素子を、後続の駆動信号で駆動して、同相の出力電圧の生成時に前記第１及び第２インバータ部のそれぞれにより供給される電流量をバランスさせることと、を含む方法であって、
   前記第１及び第２位相出力ノードの各々は、前記モジュラー変換装置システムの少なくとも１つの積分器に結合されており、前記ゲートドライバ・オフセット値を決定することは、
   前記少なくとも１つの積分器を用いて、少なくとも１つの基準電圧（ＶＤＣ＋、ＶＤＣ−）に対する前記第１及び第２電圧の各々を積分することを含み、
   前記少なくとも１つの基準電圧は、系統接地電圧である、方法。
2. 前記ゲートドライバ・オフセット値を決定することは、
   前記第１及び第２インバータ部の各々について、印加電圧-秒値を算出することを含み、前記ゲートドライバ・オフセット値は、前記算出したそれぞれの印加電圧-秒値の差分に基づく、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１及び第２電圧の各積分は、前記第１及び第２インバータ部のスイッチングの１サイクルにおいて行われ、前記方法は、
   前記スイッチングサイクルの完了時に、前記積分器リセットすることをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記積分器のリセットは、前記第１及び第２インバータ部のゲートドライバに供給される制御信号の立ち上がりエッジを検出すると実行される、請求項３に記載の方法。
5. 前記少なくとも１つの積分器は、第１及び第２積分器を含み、前記方法は、
   前記第１及び第２インバータ部の第１スイッチングサイクルにおいて、前記第１積分器を用いて前記第１及び第２電圧の各積分を行うことと、
   前記第１及び第２インバータ部の第２スイッチングサイクルにおいて、前記第２積分器を用いて前記第１及び第２電圧の各積分を行うことと、をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
6. システムコントローラと、
   並列に接続されていると共に、同相の出力電力を生成するよう構成されている、少なくとも第１及び第２インバータ部と、
   を含むモジュラー変換装置システムであって、前記第１及び第２インバータ部の各インバータ部は、
   位相出力ノードが間に接続された一対のスイッチ素子と、
   一対のゲートドライバと、を含み、各ゲートドライバは、前記システムコントローラからそれぞれの制御信号を受信すると共に、前記一対のスイッチ素子それぞれのスイッチングを制御する駆動信号を生成するよう構成されており、前記システムコントローラは、
   ゲートドライバ・オフセット値を、前記第１及び第２インバータ部それぞれにおける前記位相出力ノードの第１及び第２電圧に基づいて決定し、
   前記決定したゲートドライバ・オフセット値に基づいて、前記第１及び第２インバータ部それぞれの前記スイッチ素子を、後続の駆動信号で制御して、同相の出力電圧の生成時に前記第１及び第２インバータ部のそれぞれにより供給される電流量をバランスさせるよう構成されている、モジュラー変換装置システムであって、
   前記第１インバータ部の前記位相出力ノードに結合された１又は複数の第１積分器と、
   前記第２インバータ部の前記位相出力ノードに結合された１又は複数の第２積分器と、をさらに含み、
   前記ゲートドライバ・オフセット値を決定することは、
   前記１又は複数の第１積分器、及び、前記１又は複数の第２積分器を用いて、少なくとも１つの基準電圧（ＶＤＣ＋、ＶＤＣ−）に対する前記第１及び第２電圧の各々を積分することを含み、
   前記少なくとも１つの基準電圧は、系統接地電圧である、モジュラー変換装置システム。
7. 前記システムコントローラは、さらに、前記第１及び第２インバータ部の各々について、印加電圧-秒値を算出するよう構成されており、前記ゲートドライバ・オフセット値は、前記算出したそれぞれの印加電圧-秒値の差分に基づく、請求項６に記載のモジュラー変換装置システム。
8. 前記第１及び第２電圧の各積分は、前記第１及び第２インバータ部のスイッチングの１サイクルにおいて行われ、
   前記システムコントローラは、さらに、前記スイッチングサイクルの完了時に、前記１又は複数の第１積分器、及び、前記１又は複数の第２積分器をリセットするよう構成されている、請求項６または７に記載のモジュラー変換装置システム。
9. 前記１又は複数の第１加算器、及び、前記１又は複数の第２加算器のリセットは、前記第１及び第２インバータ部の各々に含まれる前記一対のゲートドライバに供給される制御信号の立ち上がりエッジを検出すると実行される、請求項８に記載のモジュラー変換装置システム。
10. 前記１又は複数の第１積分器は、第１群の複数の積分器を含み、前記１又は複数の第２積分器は、第２群の複数の積分器を含み、
    前記第１群と前記第２群それぞれの複数の積分器のうちの少なくとも１つの積分器は、前記第１及び第２インバータ部の第１スイッチングサイクルにおいて、前記第１及び第２電圧の各積分を行うよう構成されており、
    前記第１群と前記第２群それぞれの複数の積分器のうちの少なくとも別の１つの積分器は、前記第１及び第２インバータ部の第２スイッチングサイクルにおいて、前記第１及び第２電圧の各積分を行うよう構成されている、請求項６〜９のいずれか１つに記載のモジュラー変換装置システム。

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