(57)【要約】      （修正有）【課題】多相ＤＣ−ＤＣコンバータにおいてインダクタ電流をレグ間で分配する際にインダクタ電流を効率よく、信頼性を高く、経済的に分配する。【解決手段】制御システム３０のコントローラ４２は、単一の電流センサ４０からセンサ信号４４を受け取り、センサ信号４４に基づいて、第１の期間において第１レグ３４を流れる電流の量、及び第２の期間において第２レグ３６を流れる電流の量を指令値と比較する。指令値は、特定の時点における各レグ３４，３６についての電流の所望量又は目標量であり、対応する検出電流を電流の目標量に一致させる。【選択図】図３
2010119289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池と直流（ＤＣ）リンクとの間にＤＣ−ＤＣコンバータ内で並列に接続された第１レグ及び第２レグを制御する制御システムであって、
第１期間中に前記第１レグを流れる電流の量及び第２期間中に前記第２レグを流れる電流の量を含む、前記直流リンクを流れる電流の量を示すセンサ信号を生成する単一の電流センサと、
前記単一の電流センサから前記センサ信号を受け取り、第１指令信号を生成して前記第１レグに送信し、第２指令信号を生成して前記第２レグに送信するコントローラとを備え、
前記第１指令信号は前記第１レグを流れる電流を制御し、前記第２指令信号は前記第２レグを流れる電流を制御する
制御システム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記第１指令信号及び前記第２指令信号を送信して、前記第１レグを流れる電流の量及び前記第２レグを流れる電流の量を変更する
請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記第１指令信号は第１スイッチング信号及び第２スイッチング信号を含み、
前記第２指令信号は第３スイッチング信号及び第４スイッチング信号を含み、
前記第１スイッチング信号は前記第１レグの第１スイッチを制御し、
前記第２スイッチング信号は前記第１レグの第２スイッチを制御し、
前記第３スイッチング信号は前記第２レグの第３スイッチを制御し、
前記第４スイッチング信号は前記第２レグの第４スイッチを制御する
請求項１に記載の制御システム。
【請求項４】
前記第１スイッチング信号は前記第２スイッチング信号と相補であり、前記第３スイッチング信号は前記第４スイッチング信号と相補である
請求項３に記載の制御システム。
【請求項５】
前記単一の電流センサが、前記直流リンクを流れる電流の量を検出し、前記第１期間に前記第１レグを流れる電流の量を示す前記センサ信号を生成できるように、
前記第１スイッチング信号は前記第１スイッチをオフ状態に切り換え、
前記第２スイッチング信号は前記第２スイッチをオン状態に切り換え、
前記第３スイッチング信号は前記第３スイッチをオン状態に切り換え、
前記第４スイッチング信号は前記第４スイッチをオフ状態に切り換える
請求項３に記載の制御システム。
【請求項６】
前記第１レグを流れる電流の量は、前記第１レグのインダクタを流れる電流の量を示す
請求項５に記載の制御システム。
【請求項７】
前記単一の電流センサが、前記直流リンクを流れる電流の量を検出し、前記第２期間に前記第２レグを流れる電流の量を示す前記センサ信号を生成できるように、
前記第１スイッチング信号は前記第１スイッチをオン状態に切り換え、
前記第２スイッチング信号は前記第２スイッチをオフ状態に切り換え、
前記第３スイッチング信号は前記第３スイッチをオフ状態に切り換え、
前記第４スイッチング信号は前記第４スイッチをオン状態に切り換える
請求項３に記載の制御システム。
【請求項８】
前記第２レグを流れる電流の量は、前記第２レグのインダクタを流れる電流の量を示す
請求項７に記載の制御システム。
【請求項９】
前記コントローラは、前記第１レグを流れる電流の量を前記第１レグの電流の目標量と比較して、前記第１指令信号を生成し、前記第２レグを流れる電流の量を前記第２レグの電流の目標量と比較して、前記第２指令信号を生成する
請求項１に記載の制御システム。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記第１レグの電流の目標量及び前記第２レグの電流の目標量に応じて前記第１レグと前記第２レグとの間で電流を再分配するための前記第１指令信号及び前記第２指令信号を、生成する
請求項９に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多相ＤＣ−ＤＣコンバータを制御するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多相ＤＣ−ＤＣコンバータ（以下ではＭＰＣと称する）は、並列に接続された複数のレグ（phase-leg）を有するＤＣ−ＤＣコンバータを有している。レグを並列に接続することにより、ＭＰＣを流れる電流（以下では「インダクタ電流」と称する）をレグに分配することができる。インダクタ電流をレグに分配することには、特に自動車の電力システムにとって多くの利点がある。したがって、自動車の電力システムへの要求が増加するにつれて、ＭＰＣは自動車の多くの応用においてより注目されるようになってきている。
【０００３】
図１を参照する。２段多相ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、第１レグ１４と、第２レグ１６とを有している。更に、第１レグ１４及び第２レグ１６は、電池１２に並列に接続されている。第１レグ１４は、インダクタＬ１と、スイッチＳ１と、スイッチＳ２とを有している。第２レグ１６は、インダクタＬ２と、スイッチＳ３と、スイッチＳ４とを有している。更に、２段多相ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、複数の電流センサ１８を有している。複数の電流センサ１８は、インダクタＬ１及びＬ２を流れる各電流を検出する。しかし、複数の電流センサ１８を用いると、２段多相ＤＣ−ＤＣコンバータ１０のコスト、体積、及び重量が増加する。
【０００４】
図２を参照する。第１スイッチング信号２１は、第１レグ１４のスイッチＳ１（図１）を制御する。第２スイッチング信号２２は、第１レグ１４のスイッチＳ２（図１）を制御する。第２レグ１６では、第３スイッチング信号２３はスイッチＳ３（図１）を制御し、第４スイッチング信号２４はスイッチＳ４（図１）を制御する。
【０００５】
図２に示されているように、スイッチング信号２１，２２，２３，及び２４は、同一のスイッチング周波数及びＰＷＭ（pulse-width modulation）周期を有する。しかし、スイッチング信号２１及び２２は、スイッチング信号２３及び２４に対して１８０°の位相シフトを有する。ＭＰＣは２段のコンバータであるので、スイッチング信号２１及び２２と、スイッチング信号２３及び２４との間の１８０°の位相シフトは、電池１２又はキャパシタ（図示せず）のリップル電流量を低減し得る。このキャパシタは、電池１２、Ｖｄｃ、又は電池１２及びＶｄｃの両方に対して並列であってもよい。
【０００６】
自動車をよりコンパクトに、軽量に、燃費をよくするために、自動車に搭載される自動車用電力システムのサイズ及び重量を減少させることが、望ましかったり、必要であったりすることが多い。また、自動車用電力システムの電力密度及び効率を向上させることが、望ましかったり、必要であったりすることが多い。
【０００７】
ＭＰＣの導入とともに、インダクタ電流をレグ間で分配することが自動車用電力システムに多くの利点をもたらした。例えば、より経済的なコンポーネントに加えて、より小さなコンポーネントをも自動車用電力システムで使用可能となる。また、自動車用電力システムがよりコンパクトに、軽量に、廉価になる。更に、自動車用電力システムの入力及び出力のリップルが概して小さくなる。自動車用電力システムにおいてリップルが小さくなると、フィルタ損失が減少し、フィルタシステムのサイズが小さくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＭＰＣにおいてインダクタ電流をレグ間で分配する際に問題となる点の１つは、インダクタ電流を効率よく、信頼性を高く、経済的に分配することである。レグ間でインダクタ電流が適切に分配されていないと、レグ間で、放散する熱量が等しくなくなり異なる量の電力を損失するようになり得る。その結果、ＭＰＣの効率及び信頼性が低下し得る。
【０００９】
ＭＰＣにおいてインダクタ電流のレグ間での分配を改善するために、ＭＰＣ制御の改善が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ＤＣ−ＤＣコンバータの第１レグ及び第２レグを制御する制御システム。第１及び第２レグは、電池と直流（ＤＣ）リンクとの間に並列に接続されている。制御システムは、単一の電流センサとコントローラとを有する。単一の電流センサは、直流リンクを流れる電流の量を検出する。また、単一の電流センサは、直流リンクを流れる電流の量を示すセンサ信号を生成する。センサ信号は、第１期間中に第１レグを流れる電流の量を示す。更に、センサ信号は、第２期間中に第２レグを流れる電流の量を示す。コントローラは、単一の電流センサからセンサ信号を受け取る。センサ信号に応じて、コントローラは、第１指令信号を生成して第１レグに送信する。また、センサ信号に応じて、コントローラは、第２指令信号を生成して第２レグに送信する。第１指令信号は、第１レグを流れる電流を制御する。第２指令信号は、第２レグを流れる電流を制御する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】２つの電流センサを有する２段多相ＤＣ−ＤＣコンバータを示す回路図である。
【図２】図１の２段多相ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチを制御するために用いられる４つのスイッチング信号を示すグラフである。
【図３】単一の電流センサ及び多相ＤＣ−ＤＣコンバータのレグを制御するコントローラを有する制御システムを示す回路図である。
【図４】（ａ）は、スイッチＳ１及びＳ４がオフ、スイッチＳ２及びＳ３がオンであるときに、インダクタＬ１を流れ、ＤＣリンクに流入する電流を示す回路図である。（ｂ）は、スイッチＳ１及びＳ４がオン、スイッチＳ２及びＳ３がオフであるときに、インダクタＬ２を流れ、ＤＣリンクに流入する電流を示す回路図である。（ｃ）は、スイッチＳ２及びＳ４がオフ、スイッチＳ１及びＳ３がオンであるときに、インダクタＬ１を流れる電流もインダクタＬ２を流れる電流も検出しない単一の電流センサを示す回路図である。（ｄ）は、スイッチＳ１及びＳ３がオフ、スイッチＳ２及びＳ４がオンであるときに、ＤＣリンクを流れる電流がインダクタＬ１及びＬ２を流れる電流の量の合計であることを示す回路図である。
【図５】（ａ）は、センターアラインパルス幅変調（ＰＷＭ）方式の場合に、単一の電流センサがＤＣリンクを流れる電流の量をいつ検出するかを示すグラフである。（ｂ）は、１に近いデューティー比を有する、スイッチＳ１及びＳ３のスイッチング信号を示すグラフである。（ｃ）は、０に近いデューティー比を有する、スイッチＳ１及びＳ３のスイッチング信号を示すグラフである。
【図６】（ａ）は、デューティー比が高いときに、ＤＣリンクを流れる電流の量を検出する単一の電流センサを示すグラフである。（ｂ）は、デューティー比が低いときに、ＤＣリンクを流れる電流の量を検出する単一の電流センサを示すグラフである。
【図７】多相ＤＣ−ＤＣコンバータのレグの制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態は、単一の電流センサを用いて多相ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＭＰＣ）を流れる電流（以下ではインダクタ電流と称する）をＭＰＣのレグ間で分配する制御を行うＭＰＣの制御を、一般的に示す。
【００１３】
図３を参照すると、第１レグ３４と第２レグ３６とを制御する制御システム３０が示されている。制御システム３０は、自動車３２のパワートレインの一部であり得る。しかし、制御システム３０は、自動車以外のシステムの一部であってもよい。本発明の多様な局面の理解を容易にするため、制御システム３０とその動作方法とを統合して説明する。
【００１４】
第１レグ３４と第２レグ３６とは、並列に接続されて、多相ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＭＰＣ）３８を構成する。レグを並列に接続しているので、インダクタ電流をレグ３４，３６に分配することができる。ＭＰＣ３８は、２つのレグを有する２段（2-stage）ＭＰＣ、並列に接続された３つのレグを有する３段ＭＰＣ、又は並列に接続された任意の数のレグを有するＭＰＣであってもよい。
【００１５】
以下に説明され、図３〜７に図示されているように、２段ＭＰＣとしてＭＰＣ３８を説明する。しかし、制御システム３０は、並列に接続された任意の数のレグを有するＭＰＣ３８を制御することができる。例えば、制御システム３０は、３段ＭＰＣを制御してもよい。
【００１６】
図３を続けて参照する。ＭＰＣ３８の第１レグ３４は、インダクタＬ１と、スイッチＳ１と、スイッチＳ２とを有している。同様に、第２レグ３６は、インダクタＬ２と、スイッチＳ３と、スイッチＳ４とを有している。更に、ＭＰＣ３８は、第１レグ３４を第２レグ３６に電気的に接続する直流（ＤＣ）リンク５２を有している。ＤＣリンク５２は、図３において“Ｖｄｃ”で示されたＤＣ電圧源のような負荷４９に、ＭＰＣ３８を接続する。
【００１７】
図３に示されているように、ＭＰＣ３８は、電池５０と負荷４９との間に接続され得る。例えば、負荷４９は、自動車３２におけるＤＣバスであってもよい。しかし、ＭＰＣ３８及び負荷４９は、自動車用には限られない。電池５０とＤＣバスとの間に接続されているので、ＭＰＣ３８は、電池５０とＤＣバスとの間の適切な電気的インタフェースを提供することができる。例えば、ＭＰＣ３８は、自動車３２において、電池５０と交流（ＡＣ）インバータのＤＣバスとの間の電気的インタフェースを提供することができる。自動車は、内燃機関を有する自動車のように、高電圧システムを有しない自動車であってもよい。更に、自動車３２は、ハイブリッド車（ＨＥＶ：hybrid electric vehicle）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ：plug-in hybrid electric vehicle）、燃料電池車（ＦＣＥＶ：fuel cell electric vehicle）、電池を用いた電気自動車（ＢＥＶ：battery electric vehicle）、又は高電圧システムを有する他のタイプの自動車であってもよい。
【００１８】
図３を続けて参照する。制御システム３０は、単一の電流センサ４０と、コントローラ４２とを有している。制御システム３０において、（図１に示されているような）複数の電流センサの代わりに単一の電流センサ４０を用いることには、多くの利点がある。例えば、制御システム３０をより低いコストで製造することができる。また、制御システム３０のサイズ、体積、及び重量を抑え得る。
【００１９】
図３に示されているように、単一の電流センサ４０は、さまざまな期間におけるＤＣリンク５２を流れる電流の量を検出又は検知する。ＤＣリンク５２を流れる電流の量は、任意の期間において、第１レグ３４を流れる電流の量、第２レグ３６を流れる電流の量、第１レグ３４及び第２レグ３６の両方を流れる電流の量、又は第１レグ３４及び第２レグ３６のいずれをも流れない電流の量、のいずれかを示す。
ＤＣリンク５２が、第１レグ３４を流れる電流の量、第２レグ３６を流れる電流の量、両レグを流れる電流の量、又はいずれのレグも流れない電流の量を、示すか検出するかは、ＭＰＣ３８のスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，及びＳ４のスイッチング状態による。
【００２０】
図４（ａ）を参照する。ＭＰＣ３８のスイッチＳ１及びＳ４はオフ状態、スイッチＳ２及びＳ３はオン状態である。このようにスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，及びＳ４のスイッチング状態が設定されているとき（図４（ａ）に図示）、ＤＣリンク５２を流れる電流の量は、第１レグ３４のインダクタＬ１を流れる電流の量であり、第１レグ３４を流れる電流の量でもある。図４（ａ）に示されたスイッチング状態においては、単一の電流センサ４０は、インダクタＬ１を流れる電流の量を検出することができる。
【００２１】
図４（ｂ）を参照する。ＭＰＣ３８のスイッチＳ２及びＳ３はオフ状態、スイッチＳ１及びＳ４はオン状態である。このようにスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，及びＳ４のスイッチング状態が設定されているとき（図４（ｂ）に図示）、ＤＣリンク５２を流れる電流の量は、第２レグ３６のインダクタＬ２を流れる電流の量である。このようにスイッチング状態が設定されているとき、第２レグ３６のインダクタＬ２を流れる電流の量は、第２レグ３６を流れる電流の量でもある。図４（ｂ）に示されたスイッチング状態においては、単一の電流センサ４０は、インダクタＬ２を流れる電流の量を検出することができる。
【００２２】
図４（ｃ）を参照する。ＭＰＣ３８のスイッチＳ２及びＳ４はオフ状態、スイッチＳ１及びＳ３はオン状態である。このようにスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，及びＳ４のスイッチング状態が設定されているとき（図４（ｃ）に図示）、たとえインダクタＬ１及びＬ２を電流が流れているとしても、単一の電流センサ４０は、インダクタＬ１及びインダクタＬ２のいずれを流れる電流の量も検出することができない。
【００２３】
図４（ｄ）を参照する。ＭＰＣ３８のスイッチＳ１及びＳ３はオフ状態、スイッチＳ２及びＳ４はオン状態である。このようにスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，及びＳ４のスイッチング状態が設定されているとき（図４（ｄ）に図示）、ＤＣリンク５２を流れる電流の量は、インダクタＬ１及びＬ２を流れる電流の量の合計に等しい。また、このようにスイッチング状態が設定されているとき、インダクタＬ１及びＬ２を流れる電流の量の合計は、ＭＰＣ３８を流れる電流、すなわちインダクタ電流の量である。図４（ｄ）に示されたスイッチング状態においては、単一の電流センサ４０は、インダクタＬ１及びＬ２を流れる電流の量の合計を検出することができる。この結果、単一の電流センサ４０は、インダクタＬ１及びＬ２を流れる２つの電流の合計を検出する。しかし、図４（ｄ）のようにスイッチング状態が設定されているときには、単一の電流センサ４０は、インダクタＬ１及びインダクタＬ２のどちらを流れる電流の量も独立して検出することはできない。
【００２４】
図３に図示されているように、単一の電流センサ４０は、ＤＣリンク５２を流れる電流の量の検出に応じてセンサ信号４４を生成する。単一の電流センサ４０によって検出され、ＤＣリンク５２を流れる電流の量を、「検出電流」とも称する。単一の電流センサ４０は、ＤＣリンク５２を流れる電流の量を、センサ信号４４に埋め込み（embed）又はエンコードする。第１の期間において、単一の電流センサ４０は、ＤＣリンク５２で単一の電流センサ４０によって検出された第１レグ３４を流れる電流の量を、埋め込み又はエンコードする。第２の期間において、単一の電流センサ４０は、ＤＣリンク５２で単一の電流センサ４０によって検出された第２レグ３６を流れる電流の量を、埋め込み又はエンコードする。更に他の期間において、単一の電流センサ４０は、ＤＣリンク５２を流れる電流の量を、センサ信号４４に埋め込み又はエンコードしてもよい。例えば、第３の期間において、単一の電流センサ４０は、第１レグ３４及び第２レグ３６の両方を流れる電流の量を検出し、埋め込み又はエンコードしてもよい。第４の期間において、単一の電流センサ４０は、第１レグ３４及び第２レグ３６を流れるいずれの電流の量も、検出しなくてよいし、埋め込み又はエンコードしなくてもよい。第３及び第４の期間において流れる電流の量を、制御システム３０によって、診断、電流推定等のさまざまな目的に使用してもよい。
【００２５】
図３に示されているように、制御システム３０のコントローラ４２は、単一の電流センサ４０からセンサ信号４４を受け取る。センサ信号４４に基づいて、コントローラ４２は、各検出電流（例えば、第１の期間において第１レグ３４を流れる電流の量、及び第２の期間において第２レグ３６を流れる電流の量）を指令値と比較する。コントローラ４２は、指令値を生成してもよい。代わりに、自動車３２に配置された他のシステムが、指令値を生成して制御システム３０のコントローラ４２に送信してもよい。
【００２６】
指令値は、特定の時点における各レグ３４，３６についての電流の所望量又は目標量である。レグ３４，３６の電流の目標量は、等しくてもよいし、等しくなくてもよい。電流の目標量が対応する検出電流に一致しないときには、制御システム３０は、インダクタ電流をレグ３４，３６の間で再分配してもよい。制御システム３０は、対応する検出電流を電流の目標量に一致させるように、インダクタ電流をレグ３４，３６の間で再分配し続けてもよい。電流の目標量は、時間とともに変化してもよい。
【００２７】
制御システム３０は、各レグ３４，３６を流れる電流の量を最適化するように、インダクタ電流をレグ３４，３６の間で再分配してもよい。この例では、各レグ３４，３６の電流の目標量は、互いに独立していてもよい。例えば、第１レグ３４の方により多くのインダクタ電流を分配するために、第１レグ３４の電流の目標量を増加させ、第２レグ３６の電流の目標量を減少させてもよい。この例では、インダクタ電流の全てが第１レグ３４を流れるように、第２レグ３６の電流の目標量をゼロに減少させてもよい。更に、第１レグ３４の目標量は、第２レグ３６の目標量とは異なるレートで時間とともに変化してもよい。これに代えて、制御システム３０は、比率が比較的一定に保たれた電流の目標量を指令値が示すように、インダクタ電流をレグ３４，３６の間で再分配してもよい。
【００２８】
制御システム３０は、各レグ３４，３６が等しい量の熱を放散するように、インダクタ電流をレグ３４，３６の間で再分配してもよい。この例では、失われるエネルギーの量が第１レグ３４と第２レグ３６との間で釣り合うような、各レグ３４，３６の電流の目標量を、指令値が示してもよい。失われるエネルギーの量を第１レグ３４と第２レグ３６との間で釣り合わせると、ＭＰＣ３８の効率及び信頼性が向上し得る。失われるエネルギーの量が第１レグ３４及び第２レグ３６の間で釣り合うように、第１レグ３４を流れる電流の目標量は第２レグ３６を流れる電流の目標量と等しくてもよい。しかし、レグ３４，３６及び負荷４９の構成によるが、第１レグ３４を流れる電流の目標量は、第２レグ３６を流れる電流の目標量に等しくてもよいし、等しくなくてもよい。
【００２９】
他のケースでは、制御システム３０は、各レグ３４，３６が異なる量の熱を放散するように、インダクタ電流をレグ３４，３６の間で再分配してもよい。例えば、インダクタＬ１，Ｌ２のうちの１つが、オーバーヒートしており、冷やして温度を下げる必要があるときに有益かも知れない。他の例では、インダクタ電流が比較的低レベルである状態でＭＰＣ３８を動作させているときに、制御をより簡単にしたり、ＭＰＣ３８の動作をより予測可能にするために、レグ３４，３６のうちの１つの電流をゼロにすることが望ましいかも知れない。例えば、インダクタ電流の低レベルとは、１アンペアであってもよい。しかし、インダクタ電流の低レベルは、ＭＰＣ３８の設計しだいで、１アンペアより大きくてもよいし、小さくてもよい。また、インダクタ電流が低レベルであるときには、インダクタＬ１，Ｌ２の１つをリップル電流が連続して流れ得る。更に、インダクタ電流が低レベルであるときには、平均インダクタ電流と同じ向きにリップル電流が流れ得る。インダクタ電流の平均値が小さくなると、定格電流とピーク電流との間の差であるリップル電流は、インダクタ電流の平均値より大きくなるかも知れず、望ましくないことかも知れないが、ＰＷＭ周期の一部において、リップル電流が所望の平均電流の向きの反対の向きに流れたり、ゼロになり得る。リップル電流が向きを変えたりゼロになったりすることを避けようとして、制御システム３０は、レグ３４，３６のうちの１つの平均電流を増加させるために、もう一方のレグをインダクタ電流が流れないようにしてもよい。
【００３０】
検出電流を各レグ３４，３６の電流の目標量を示す指令値と比較した後、コントローラ４２は、第１レグ３４を流れる電流の目標量及び第２レグ３６を流れる電流の目標量を変更又は維持する。より具体的には、コントローラ４２は、各インダクタＬ１，Ｌ２を流れる電流の量を制御するために、第１指令信号４６を第１レグ３４に、第２指令信号４８を第２レグ３６に送信する。例えば、コントローラ４２は、インダクタＬ１，Ｌ２を流れる電流の量を変更又は維持するために、指令信号４６，４８を送信する。ＭＰＣ３８を流れる電流が第１レグ３４及び第２レグ３６において適切に制御されると、ＭＰＣ３８の効率及び信頼性が向上し得る。
【００３１】
図３〜６（ｂ）にまとめて図示したが、第１指令信号４６は、第１スイッチング信号６１及び第２スイッチング信号６２を含んでいてもよい。第１スイッチング信号６１は、第１レグ３４のスイッチＳ１を制御する。同様に、第２スイッチング信号６２は、スイッチＳ２を制御する。スイッチング信号６１，６２のうちの一方がオン状態であるときには、他方のスイッチング信号はオフ状態であるので、第１スイッチング信号６１と第２スイッチング信号６２とは相補である。言い換えると、スイッチング信号６１，６２のうちの一方がオフ状態である間は、他方のスイッチング信号はオン状態である。
【００３２】
引き続き図３〜６（ｂ）を参照する。第２指令信号４８は、第３スイッチング信号６３及び第４スイッチング信号６４を含んでいてもよい。第２レグ３６において、第３スイッチング信号６３はスイッチＳ３を制御し、第４スイッチング信号６４はスイッチＳ４を制御する。また、スイッチング信号６３，６４のうちの一方がオン状態であるときには、他方のスイッチング信号はオフ状態であるので、第３スイッチング信号６３と第４スイッチング信号６４とは相補である。
【００３３】
図５（ａ）〜６（ｂ）に示されているように、スイッチング信号６１，６２，６３，及び６４は、パルス波又は一連のパルスとして示されている。しかし、スイッチング信号６１，６２，６３，及び６４は、任意の適切な型の波形であり得る。また、単一の電流センサ４０は、ＤＣリンク５２を流れる電流の量を、センターアライン（center-aligned）パルス幅変調（ＰＷＭ）方式を用いて検出してもよい。センターアラインＰＷＭは、図５（ａ）〜６（ｂ）に垂直の破線として示されている。
【００３４】
図５（ａ）を参照する。スイッチング信号６１，６２，６３，及び６４は、同一のスイッチング周波数及び同一のパルス幅変調（ＰＷＭ）周期を有する。スイッチング周波数は、１ｋＨｚより低くてもよいし、数百ｋＨｚまでの値であってもよい。スイッチング周波数は、５〜２０ｋＨｚの間であってもよく、例えば１０ｋＨｚであってもよい。ＰＷＭ周期は、スイッチング周波数の逆数である。このため、スイッチング周波数１０ｋＨｚはＰＷＭ周期１００μ秒に対応する。
【００３５】
図５（ａ）に図示されているように、スイッチング信号６１及び６２は、スイッチング信号６３及び６４に対して１８０°の位相シフトを有している。しかし、制御システム３０は、並列に接続された任意の数のレグを制御可能である。並列に接続されたレグの数が変わると、スイッチング信号６１，６２とスイッチング信号６３，６４との間の位相シフトも変わる。例えば制御システム３０が３段のＭＰＣを制御する場合には、スイッチング信号６１及び６２は、スイッチング信号６３及び６４に対して１２０°の位相シフトを有する。同様に、制御システム３０が、並列に接続された４つのレグを有する４段のＭＰＣを制御する場合には、スイッチング信号６１及び６２は、スイッチング信号６３及び６４に対して９０°の位相シフトを有する。
【００３６】
図５（ａ）を続けて参照する。スイッチング信号６１，６２，６３，及び６４のそれぞれのデューティー比は、０と１との間であってよい。例えば、スイッチング信号６１，６２，６３，及び６４のそれぞれのデューティー比は、０．５（すなわち５０％）に近い、又はこれに等しい値であってもよい。５０％に近い、又は等しいデューティー比は、Ｔ１及びＴ２のようなそれぞれの期間において、レグ３４，３６を流れる電流の量（ＤＣリンク５２の単一の電流センサ４０によって検出される）を正確かつ確実に埋め込み又はエンコードするのに役立つ。しかし、スイッチング信号６１，６２，６３，及び６４のデューティー比は、制御システム３０の動作中に５０％より上や下に変化又は変動してもよい。
【００３７】
図５（ａ）に示されているように、スイッチング信号６１，６２，６３，及び６４のそれぞれのデューティー比は、５０％に近くてもよい。単一の電流センサ４０は、Ｔ１及びＴ２のような少なくとも２つの期間において、ＤＣリンク５２を流れる電流の量を検出する。
【００３８】
図５（ａ）を続けて参照する。第１期間（例えばＴ１）は、スイッチＳ１及びＳ４がオフ状態であるときの中央点、並びにスイッチＳ２及びＳ３がオン状態であるときの中央点に対応するが、この期間において、単一の電流センサ４０は、インダクタＬ１を流れる電流（図４（ａ）に示されている）の量を検出する。図５（ａ）に図示されているように、第１期間（例えばＴ１）は、スイッチング信号６１，６２のＰＷＭスイッチング周期の始点にも対応している。
【００３９】
図５（ａ）を続けて参照する。第２期間（例えばＴ２）は、スイッチＳ１及びＳ４がオン状態であるときの中央点、並びにスイッチＳ２及びＳ３がオフ状態であるときの中央点に対応するが、この期間において、単一の電流センサ４０は、インダクタＬ２を流れる電流（図４（ｂ）に示されている）の量を検出する。図５（ａ）に図示されているように、第２期間（例えばＴ２）は、スイッチング信号６３，６４のＰＷＭスイッチング周期の始点にも対応しており、これは、スイッチング信号６１，６２のＰＷＭスイッチング周期の始点からはオフセットされている。
【００４０】
図５（ｂ）に図示されているように、スイッチング信号６１及び６３のデューティー比は１に近いかも知れないが、これは望ましくないことであるかも知れない。スイッチング信号６１及び６３のデューティー比が１に近いと、例えばＴ１及びＴ２の各期間において、単一の電流センサ４０は、第１レグ３４を流れる電流の量も、第２レグ３６を流れる電流の量も、確実には検出できなくなり得る。したがって、スイッチング信号６１及び６３は、最大デューティー比が１よりも小さい値に制限される。例えば、最大デューティー比は０．６であってもよく、これは１よりも小さいデューティー比である。また、最大デューティー比を制限することにより、最小の測定時間を改善することができる。レグのデッドタイム及びＡ／Ｄ（analog-to-digital）コンバータのスイッチング信号６１及び６３についての取得時間（acquisition time）が、最小の時間を決定し得る。
【００４１】
図５（ｃ）を参照する。スイッチング信号６１及び６３のデューティー比は０に近いかも知れないが、これは望ましくないことであるかも知れない。スイッチング信号６１及び６３のデューティー比が０に近いと、例えばＴ１及びＴ２の各期間において、単一の電流センサ４０は、第１レグ３４を流れる電流の量も、第２レグ３６を流れる電流の量も、確実には検出できなくなり得る。スイッチング信号６１及び６３のデューティー比が０に近いと、単一の電流センサ４０は、ＭＰＣ３８のスイッチＳ１及びＳ３がオフ状態であるときにＤＣリンク５２を流れる電流（図４（ｄ）に示されている）の量を検出するかも知れない。その結果、単一の電流センサ４０は、インダクタＬ１及びＬ２を流れる２つの電流の合計を検出するかも知れず、インダクタＬ１を流れる電流の量も、インダクタＬ２を流れる電流の量も、ＤＣリンク５２において確実に検出することができないかも知れない。したがって、スイッチング信号６１及び６３は、最小デューティー比が０よりも大きい値に制限される。例えば、最小デューティー比は０．４であってもよく、これは０よりも大きいデューティー比である。
【００４２】
図６（ａ），（ｂ）を参照する。波形７０はインダクタＬ１を流れる電流の量を示している。波形７２は、単一の電流センサ４０によって検出されたＤＣリンク５２を流れる電流の量を示している。波形７４はインダクタＬ２を流れる電流の量を示している。
【００４３】
図６（ａ）を参照する。スイッチング信号６１及び６３のデューティー比は１よりも小さい値であり得る。期間８０において、ＤＣリンク５２を流れる電流の量は、インダクタＬ１を流れる電流の量を示している。期間８２において、ＤＣリンク５２を流れる電流の量は、インダクタＬ２を流れる電流の量を示している。期間８４において、ＤＣリンク５２を流れる電流の量は、インダクタＬ１を流れる電流の量を示している。期間８６において、ＤＣリンク５２を流れる電流の量は、インダクタＬ２を流れる電流の量を示している。期間８８において、ＤＣリンク５２を流れる電流の量は、インダクタＬ１を流れる電流の量を示している。
【００４４】
図６（ｂ）を参照する。スイッチング信号６１及び６３のデューティー比は０よりも大きい値であり得る。期間９０において、ＤＣリンク５２を流れる電流の量は、インダクタＬ１を流れる電流の量を示している。期間９２において、ＤＣリンク５２を流れる電流の量は、インダクタＬ２を流れる電流の量を示している。期間９４において、ＤＣリンク５２を流れる電流の量は、インダクタＬ１を流れる電流の量を示している。期間９６において、ＤＣリンク５２を流れる電流の量は、インダクタＬ２を流れる電流の量を示している。期間９８において、ＤＣリンク５２を流れる電流の量は、インダクタＬ１を流れる電流の量を示している。
【００４５】
それぞれの期間においてレグを流れる電流の量を単一の電流センサ４０が正確にかつ確実に検出できるように、ＭＰＣ３８におけるレグの数に依存して、最大及び最小デューティー比を変更してもよい。
【００４６】
図７を参照する。第１レグ３４及び第２レグ３６（図３に図示）を制御する方法９０が示されている。ブロック９２では、単一の電流センサ４０（図３に示す）は、直流リンク５２（図３に図示）を流れる電流の量を検出する。ブロック９４では、単一の電流センサ４０は、直流リンク５２を流れる電流の量の検出に応じて、第１期間に第１レグ３４を流れる電流の量を検出する。ブロック９６では、単一の電流センサ４０は、直流リンク５２を流れる電流の量の検出に応じて、第２期間に第２レグ３６を流れる電流の量を検出する。ブロック９８では、この方法は、第１レグ３４を流れる電流の量を第１レグ３４の電流の目標量と比較する。ブロック９８では、この方法は、第２レグ３６を流れる電流の量を第２レグ３６の電流の目標量と比較することも行う。コントローラ４２が、電流量をそれぞれの目標量と比較してもよい。ブロック１００では、コントローラ４２は、第１レグ３４を流れる電流の量と第１レグ３４の電流の目標量との比較に応じて、第１レグ３４を制御する。また、ブロック１００では、コントローラ４２は、第２レグ３６を流れる電流の量と第２レグ３６の電流の目標量との比較に応じて、第２レグ３６を制御する。第１レグ３４及び第２レグ３６を制御することによって、第１レグ３４及び第２レグ３６を流れる電流を制御する。更に、方法９０はブロック１０２を含んでいてもよい。ブロック１０２では、第１レグ３４及び第２レグ３６を制御することによって、第１レグ３４を流れる電流の量及び第２レグ３６を流れる電流の量を変更する。
【００４７】
本発明の実施形態を図示及び説明したが、これらの実施形態が本発明の取り得る全ての形態を図示及び説明することは意図していない。むしろ、本明細書で用いられている語は、限定よりも説明のための語であり、本発明の意図や範囲から逸脱しないでさまざまな変更がされ得ると理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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