(57)【要約】      （修正有）【課題】柔軟で信頼性が高いマルチレベル変換器を提供する。【解決手段】電力変換器１は、複数のブランチを備える。第１のステージ２は、第１の出力ノード２３と２つの第１の入力ノード２４、２５との間に接続された第１の正負のブランチ２１、２２を備える。第２のステージ３は、３つの入力ノード３７、３８、３９と、それぞれが第１の入力ノード２４、２５と２つの第２の入力ノード３７、３９との間に接続された正負のセル３１、３２とを備える。第３のステージ４は、３つの第２の入力ノード３７、３８、３９と３つの第３の入力ノード４４、４５、４６との間に接続された第３の正、中間、および負のブランチ４１、４２、４３、を備える。３つの第２の入力ノード３７、３８、３９の間および３つの第３の入力ノード４４、４５、４６の間には、コンデンサ５１、５２、５３、５４が接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のブランチを備える電力変換器（１）であって、各ブランチが１つまたは複数の直列接続スイッチユニットを備え、各スイッチユニットが制御可能スイッチおよび前記制御可能スイッチに逆並列接続されたダイオードを備え、前記電力変換器（１）が、第１のステージ（２）、第２のステージ（３）、および第３のステージ（４）を備え、前記第１、第２、および第３のステージ（２，３，４）が直列に接続された電力変換器（１）において、
前記第１のステージ（２）が、第１の出力ノード（２３）と第１の正の入力ノード（２４）との間に接続された第１の正のブランチ（２１）と、前記第１の出力ノード（２３）と第１の負の入力ノード（２５）との間に接続された第１の負のブランチ（２２）とを備え、
前記第２のステージ（３）が、
前記第１の正の入力ノード（２４）と第２の正の入力ノード（３７）との間に接続された第２の正の端部ブランチ（３３）、および前記第１の正の入力ノード（２４）と第２の中間入力ノード（３８）との間に接続された第２の正の中間ブランチ（３４）を備える、正のセル（３１）と、
前記第１の負の入力ノード（２５）と前記第２の中間入力ノード（３８）との間に接続された第２の負の中間ブランチ（３５）、および前記第１の負の入力ノード（２５）と第２の負の入力ノード（３９）との間に接続された第２の負の端部ブランチ（３６）を備える、負のセル（３２）と、
前記第２の正の入力ノード（３７）と前記第２の中間入力ノード（３８）との間に接続された第２の正のコンデンサ（５１）、および前記第２の中間入力ノード（３８）と前記第２の負の入力ノード（３９）との間に接続された第２の負のコンデンサ（５２）と
を備え、
前記第３のステージ（４）が、
前記第２の正の入力ノード（３７）と第３の正の入力ノード（４４）との間に接続された第３の正のブランチ（４１）と、
前記第２の中間入力ノード（３８）と第３の中間入力ノード（４５）との間に接続された第３の中間ブランチ（４２）と、
前記第２の負の入力ノード（３９）と第３の負の入力ノード（４６）との間に接続された第３の負のブランチ（４３）と、
前記第３の正の入力ノード（４４）と前記第３の中間入力ノード（４５）との間に接続された第３の正のコンデンサ（５３）、および前記第３の中間入力ノード（４５）と前記第３の負の入力ノード（４６）との間に接続された第３の負のコンデンサ（５４）と
を備える、
電力変換器（１）。
【請求項２】
前記第３の正のブランチ（４１）、前記第３の中間ブランチ（４２）、および前記第３の負のブランチ（４３）が、複数のスイッチング群（４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２）をそれぞれが備え、各スイッチング群（４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２）が１つまたは複数のスイッチユニットを備え、前記スイッチング群（４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２）が、各それぞれのブランチ（４１，４２，４３）内で、１つまたは複数の第３の接続ノード（４１３，４２３，４３３）で相互に直列に接続されており、
前記第３のステージ（４）が、前記第３の正のブランチ（４１）および前記第３の中間ブランチ（４２）のそれぞれの第３の接続ノード（４１３，４２３）の間に接続された、１つまたは複数の第３の正の接続コンデンサ（５８）と、前記第３の中間ブランチ（４２）および前記第３の負のブランチ（４３）のそれぞれの第３の接続ノード（４２３，４３３）の間に接続された、１つまたは複数の第３の負の接続コンデンサ（５９）とを備える、
請求項１に記載の電力変換器（１）。
【請求項３】
前記第２の正の端部ブランチ（３３）、前記第２の正の中間ブランチ（３４）、前記第２の負の中間ブランチ（３５）、および前記第２の負の端部ブランチ（３６）が、複数のスイッチング群（３３１，３３２，３４１，３４２，３５１，３５２，３６１，３６２）をそれぞれが備え、各スイッチング群（３３１，３３２，３４１，３４２，３５１，３５２，３６１，３６２）が１つまたは複数のスイッチユニットを備え、前記スイッチング群（３３１，３３２，３４１，３４２，３５１，３５２，３６１，３６２）が、各それぞれのブランチ（３３，３４，３５，３６）内で、１つまたは複数の第２の接続ノード（３３３，３４３，３５３，３６３）で相互に直列に接続されており、
前記第２のステージ（３）が、前記第２の正の端部ブランチ（３３）および前記第２の正の中間ブランチ（３４）のそれぞれの第２の接続ノード（３３３，３４３）の間に接続された、１つまたは複数の第２の正の接続コンデンサ（５６）と、前記第２の負の中間ブランチ（３５）および前記第２の負の端部ブランチ（３６）のそれぞれの第２の接続ノード（３５３，３６３）の間に接続された、１つまたは複数の第２の負の接続コンデンサ（５７）とを備える、
請求項１または２に記載の電力変換器（１）。
【請求項４】
前記第１の正のブランチ（２１）および前記第１の負のブランチ（２２）が、複数のスイッチング群（２１１，２１２，２２１，２２２）をそれぞれが備え、各スイッチング群（２１１，２１２，２２１，２２２）が１つまたは複数のスイッチユニットを備え、前記スイッチング群（２１１，２１２，２２１，２２２）が、各それぞれのブランチ（２１，２２）内で、１つまたは複数の第１の接続ノード（２１３，２２３）で相互に直列に接続されており、
前記第１のステージ（２）が、前記第１の正のブランチ（２１）および前記第１の負のブランチ（２２）のそれぞれの第１の接続ノード（２１３，２２３）の間に接続された、１つまたは複数の第１の接続コンデンサ（５５）をさらに備える、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換器（１）。
【請求項５】
前記第３の正負のコンデンサ（５３，５４）が、第１の電圧まで充電され、前記第２の正負のコンデンサ（５１，５２）が、前記第１の電圧の分数である第２の電圧まで充電される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換器（１）。
【請求項６】
前記第３の中間ブランチ（４２）が、第１の方向に流入する電流を止めるように適合された第１のスイッチユニット（４２４）、および前記第１の方向とは逆方向の第２の方向に流入する電流を止めるように適合された第２のスイッチユニット（４２５）を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換器（１）。
【請求項７】
前記第３の正負のブランチ（４１，４３）が、第１のスイッチユニット（４１４，４３４）、および第２のスイッチユニット（４１５，４３５）をそれぞれが備え、前記第３の正、中間、および負のブランチ（４１，４２，４３）の前記第１および第２のスイッチユニット（４１４，４１５，４２４，４２５，４３４，４３５）が、全く同じ阻止電圧を有する、請求項６に記載の電力変換器（１）。
【請求項８】
制御器を備え、前記電力変換器（１）が、前記第１の出力ノード（２３）で出力電圧を供給するように前記制御器によって制御可能であり、前記出力電圧が、基本周波数で交互にくる正半波および負半波を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換器（１）。
【請求項９】
前記制御器が、前記第２の正の端部ブランチ（３３）のスイッチユニット（３３４）、および前記第２の正の中間ブランチ（３４）のスイッチユニット（３４４）を、常に逆の状態に制御し、前記第２の負の中間ブランチ（３５）のスイッチユニット（３５４）、および前記第２の負の端部ブランチ（３６）のスイッチユニット（３６４）を、常に逆の状態に制御するように構成されており、
前記制御器が、前記正半波中、前記第２の負の中間ブランチ（３５）の前記スイッチユニット（３５４）をオン状態に保ち、前記第２の正の中間ブランチ（３４）の前記スイッチユニット（３４４）を前記基本周波数の倍数であるスイッチング周波数で切り替えるように構成されており、
前記制御器が、前記負半波中、前記第２の正の中間ブランチ（３４）の前記スイッチユニット（３４４）をオン状態に保ち、前記第２の負の中間ブランチ（３５）の前記スイッチユニット（３５４）を前記スイッチング周波数で切り替えるように構成されている、
請求項８に記載の電力変換器（１）。
【請求項１０】
前記制御器が、前記第３の中間ブランチ（４２）の前記第１のスイッチユニット（４２４）、および前記第３の正のブランチ（４１）の前記第１のスイッチユニット（４１４）を、常に逆の状態に制御し、前記第３の中間ブランチ（４２）の前記第２のスイッチユニット（４２５）、および前記第３の負のブランチ（４３）の前記第１のスイッチユニット（４３４）を、常に逆の状態に制御するように構成されており、
前記制御器が、前記正半波中、前記第３の中間ブランチ（４２）の前記第２のスイッチユニット（４２５）をオン状態に保ち、前記第３の中間ブランチ（４２）の前記第１のスイッチユニット（４２４）を前記基本周波数の倍数であるスイッチング周波数で切り替えるように構成されており、
前記制御器が、前記負半波中、前記第３の中間ブランチ（４２）の前記第１のスイッチユニット（４２４）をオン状態に保ち、前記第３の中間ブランチ（４２）の前記第２のスイッチユニット（４２５）を前記スイッチング周波数で切り替えるように構成されている、
請求項６および８に記載の電力変換器（１）。
【請求項１１】
前記制御器が、前記第３の正負のブランチ（４１，４３）の前記第２のスイッチユニット（４１５，４３５）を、常に逆の状態に制御するように構成されている、請求項７および８に記載の電力変換器（１）。
【請求項１２】
前記制御器が、前記第３の正のブランチ（４１）の前記第２のスイッチユニット（４１５）を前記正半波中にオン状態に保ち、前記第３の負のブランチ（４３）の前記第２のスイッチユニット（４３５）を前記負半波中にオン状態に保つように構成されている、請求項１１に記載の電力変換器（１）。
【請求項１３】
前記制御器が、前記第３の正のブランチ（４１）の前記第１および前記第２のスイッチユニット（４１４，４１５）を常に同じ状態に制御し、前記第３の負のブランチ（４３）の前記第１および前記第２のスイッチユニット（４３４，４３５）を常に同じ状態に制御するように構成されている、請求項７および８に記載の電力変換器（１）。
【請求項１４】
前記制御器が、前記第１の正のブランチ（２１）のスイッチユニット（２１４）、および前記第１の負のブランチ（２２）のスイッチユニット（２２４）を、常に逆の状態に制御するように構成されており、
前記制御器が、前記第１の正のブランチ（２１）の前記スイッチユニット（２１４）を前記正半波中にオン状態に保ち、前記第１の負のブランチ（２２）の前記スイッチユニット（２２４）を前記負半波中にオン状態に保つように構成されている、
請求項８〜１３のいずれか１項に記載の電力変換器（１）。
【請求項１５】
前記制御器が、前記正半波から前記負半波への移行中、前記第２の正の中間ブランチ（３４）および前記第２の負の中間ブランチ（３５）をオン状態に保ち、前記第１の正のブランチ（２１）をオン状態からオフ状態に切り替えるように構成されており、
前記制御器が、前記負半波から前記正半波への移行中、前記第２の正の中間ブランチ（３４）および前記第２の負の中間ブランチ（３５）をオン状態に保ち、前記第１の負のブランチ（２２）をオン状態からオフ状態に切り替えるように構成されている、
請求項８〜１４のいずれか１項に記載の電力変換器（１）。
【請求項１６】
前記第３の正の入力ノード（４４）の電圧よりも低い第１の正電圧レベルが前記第１の出力ノード（２３）で必要とされるとき、前記制御器が、コンデンサおよび前記オン状態のスイッチユニットを備える少なくとも第１および第２の電流経路を交互に繰り返すことによって、前記スイッチユニットを制御するように構成されており、
前記第３の負の入力ノード（４６）の電圧よりも高い第１の負電圧レベルが前記第１の出力ノード（２３）で必要とされるとき、前記制御器が、コンデンサおよび前記オン状態のスイッチユニットを備える少なくとも第３および第４の電流経路を交互に繰り返すことによって、前記スイッチユニットを制御するように構成されており、
前記第１の電流経路が、前記第２の正のコンデンサ（５１）に隣接する前記第３の正のブランチ（４１）のスイッチユニット、前記第２の正のコンデンサ（５１）、および前記第２の正のコンデンサ（５１）に隣接する前記第２の正の中間ブランチ（３４）のスイッチユニットを少なくとも備え、
前記第２の電流経路が、前記第２の正のコンデンサ（５１）に隣接する前記第３の中間ブランチ（４２）のスイッチユニット、前記第２の正のコンデンサ（５１）、および前記第２の正のコンデンサ（５１）に隣接する前記第２の正の端部ブランチ（３３）のスイッチユニットを少なくとも備え、
前記第３の電流経路が、前記第２の負のコンデンサ（５２）に隣接する前記第３の負のブランチ（４３）のスイッチユニット、前記第２の負のコンデンサ（５２）、および前記第２の負のコンデンサ（５２）に隣接する前記第２の負の中間ブランチ（３５）のスイッチユニットを少なくとも備え、
前記第４の電流経路が、前記第２の負のコンデンサ（５２）に隣接する前記第３の中間ブランチ（４２）のスイッチユニット、前記第２の負のコンデンサ（５２）、および前記第２の負のコンデンサ（５２）に隣接する前記第２の負の端部ブランチ（３６）のスイッチユニットを少なくとも備える、
請求項８〜１５のいずれか１項に記載の電力変換器（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧源と交流電圧源との間に接続され、交流側で複数の電圧レベルを供給するように適合された、電力変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
可逆電力変換器は通常、直流正端子と、直流負端子と、複数の交流端子、たとえば３つの交流端子との間に接続されている。各交流端子の電圧は、他の位相部分と構造的に同一であり、それらから独立した、変換器のそれぞれの位相部分によって制御される。話を簡単にするために、既知の変換器および本発明の変換器を、１つの交流端子に関して説明する。
【０００３】
変換器は、限られた数の電圧レベルに従って変化するため正弦波ではない出力電圧を、交流端子で供給する。これにより、交流電圧の品質を害する高周波高調波成分が発生し、通常は、適当な高調波フィルタが必要となる。
【０００４】
交流端子で出力される電圧レベルは一般に、直流正負端子のものであり、任意選択で、いくつかの中間電圧、たとえば直流正負端子間の平均電圧である。
【０００５】
高周波成分は、変換器によって出力される電圧レベルの数を増加させることによって低減することができる。このようにして、交流電圧の品質が向上し、フィルタのコストを削減し得る。
【０００６】
論文“Ｌｏｓｓ  ｂａｌａｎｃｉｎｇ  ｉｎ  ｔｈｒｅｅ−ｌｅｖｅｌ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｓｏｕｒｃｅ  ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ  ａｐｐｌｙｉｎｇ  ａｃｔｉｖｅ  ＮＰＣ  ｓｗｉｔｃｈｅｓ”（Ｔ．Ｂｒｕｃｋｎｅｒ，Ｓ．Ｂｅｒｎｅｔ，１７−２１  Ｊｕｎｅ  ２００１）は、アクティブ中性点クランプ変換器（ＡＮＰＣ変換器）を開示している。そのＡＮＰＣ変換器では、正負のコンデンサが直流源の端子の間に直列に接続されており、それらの間に中性点を与える。
【０００７】
正負のコンデンサには正のセルおよび負のセルが接続されており、正負のセルの下流にはセレクタが接続されている。ＡＮＰＣ変換器は、３つの電圧レベル、すなわち、直流正負端子および中性点の電圧を出力する。
【０００８】
米国特許第７２９２４６０号明細書は、正のセル、負のセル、およびセレクタが、多数のコンデンサおよび複数対のスイッチユニットを備えてもよい、ＡＮＰＣ変換器の改良を開示している。それらのスイッチユニットは、逆並列ダイオードを有する制御可能スイッチをそれぞれが備える。適切な制御で、コンデンサの電圧がＡＮＰＣ変換器の典型的な出力電圧に加算または減算されてもよい。それによって、出力電圧レベルの数が増加する。
【０００９】
米国特許第６９５８９２４号明細書は、スイッチングセルのいくつかのステージが直流源と交流源との間に接続されているスタックマルチセル変換器（ＳＭＣ変換器）を開示している。各セルには、２つのスイッチユニットが設けられており、それらは常に逆の状態に制御される。
【００１０】
それらのステージは、スイッチユニットの２つの端部群、および隣接するステージに共通のスイッチユニットの少なくとも１つの中間群を定める。それらのステージのスイッチングセルには、コンデンサが並列に接続されており、それらは交流源から直流源に増加する電圧を有する。全てのステージは交流端子で短絡される。
【００１１】
米国特許第７３１３００８号明細書は、ダイオードによって構成された２つの端部スイッチング群と、２つの制御可能スイッチを備える中間スイッチング群とを有する変換器を開示している。それらのスイッチング群をコンデンサが直流側で接続し、一方少なくとも端部スイッチング群が交流端子で短絡される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第７２９２４６０号明細書
【特許文献２】米国特許第６９５８９２４号明細書
【特許文献３】米国特許第７３１３００８号明細書
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｌｏｓｓ  ｂａｌａｎｃｉｎｇ  ｉｎ  ｔｈｒｅｅ−ｌｅｖｅｌ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｓｏｕｒｃｅ  ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ  ａｐｐｌｙｉｎｇ  ａｃｔｉｖｅ  ＮＰＣ  ｓｗｉｔｃｈｅｓ（Ｔ．Ｂｒｕｃｋｎｅｒ，Ｓ．Ｂｅｒｎｅｔ，１７−２１  Ｊｕｎｅ  ２００１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、柔軟で信頼性が高いマルチレベル変換器を提供することである。
本発明の別の目的は、電力変換に関連する電力損失を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
これらおよび他の目的は、添付の特許請求の範囲のいずれかに記載の電力変換器で達成される。
【００１６】
本発明による変換器のより多くの特徴および利点が、非限定的な例として添付図面に示す本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明からもたらされることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態による変換器の略図を示す。
【図２】本発明の第２の実施形態による変換器の略図を示す。
【図３】本発明の第３の実施形態による変換器の略図を示す。
【図４】本発明の第４のより一般的な実施形態による変換器の略図を示す。
【図５】他の詳細を強調表示した図４の変換器を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
添付図面を参照すると、電力変換器（本明細書において、変換器ともいう）が、全体的に参照番号１で示してある。変換器１は、複数のブランチ２１，２２，３３，３４，３５，３６，４１，４２，４３を備える。次に、ブランチの接続を以下で説明しながら、ブランチ４１を全てのブランチの一例として説明する。
【００１９】
ブランチ４１は、１つまたは複数の直列接続スイッチユニット４１４，４１５を備え、実施形態のいくつかでは、４１６，４１７をも備える。各スイッチユニット、たとえばスイッチユニット４１４は、制御可能スイッチ４１４ａ、および制御可能スイッチ４１４ａに逆並列接続されたダイオード４１４ｂを備える。
【００２０】
この説明では、逆並列接続は、ダイオード４１４ｂおよび制御可能スイッチ４１４ａに流入する電流の方向を指す。具体的には、スイッチユニット４１４に第１の方向に流入する電流は、制御可能スイッチ４１４ａがオン状態であることを条件として、制御可能スイッチ４１４ａを流れることになる。その代わりに、制御可能スイッチ４１４ａがオフ状態である場合、スイッチユニット４１４は、第１の方向の電流を止めるように構成されている。さらに、スイッチユニット４１４に第１の方向とは逆方向の第２の方向に流入する電流は、ダイオード４１４ｂを流れることになる。
【００２１】
任意選択で、ブランチ４１はスイッチング群４１１，４１２に細分され、すなわち、ブランチ４１は複数のスイッチング群４１１，４１２を備える。各スイッチング群４１１，４１２はさらには、スイッチング群４１１内のスイッチユニット４１４，４１５や、スイッチング群４１２内のスイッチユニット４１６，４１７などの、１つまたは複数のスイッチユニットを備える。しかし、説明全体および図から明らかになるように、ブランチはまた、１つのスイッチング群と一致する１つのスイッチユニットのみからなってもよい。
【００２２】
変換器１は、第１のステージ２、第２のステージ３、および第３のステージ４を備える。ステージ２，３，４は直列に接続されており、具体的には、第２のステージ３が第１のステージ２および第３のステージ４を接続している。各ステージ２，３，４は、いくつかのブランチ、入力ノードおよび出力ノード、ならびに任意選択でコンデンサおよび他のノードを備える。それらのブランチ、ノード、およびコンデンサは一般に、それらのステージ２，３，４の名称に応じて、第１の、第２の、または第３のと名付けられることになる。しかし、これは、特定のブランチのスイッチユニットには当てはまらないであろう。
【００２３】
変換器１の使用中、交流負荷または電源などの交流回路網の位相が、第１のステージ２の第１の出力ノード２３に接続されていてもよい。さらに、直流負荷または電源などの直流回路網が、第３のステージ４の第３の正の入力ノード４４および第３の負の入力ノード４６に接続されていてもよい。しかし、上述のノードには、他の電気部品が、変換器１と任意の外部回路網との間に接続されていてもよい。
【００２４】
ステージ２，３，４が直列に接続されているので、第１のステージ２の入力ノード２４，２５が、第２のステージ３の出力ノードに接続されるか、または言い換えればそれらと一致する（図ではそれらに同じ参照番号を用いている）。同様に、第２のステージ３の入力ノード３７，３８，３９が、第３のステージ４の出力ノードに接続されるか、またはそれらと一致する。
【００２５】
変換器１が上述の交流および直流回路網に接続され、変換器１がインバータとして制御されるとき、電力は概して、各ステージ２，３，４を関連する入力ノードから出力ノードに流れる。しかし、入力および出力という用語は、ステージ２，３，４のいくつかの特定要素を示すことを意図するにすぎず、特許請求の範囲を変換器１の特定用途に限定することを意図するものではない。実際には、変換器１は一般に可逆変換器であり、電力が概して各ステージ２，３，４の出力ノードから入力ノードに流れる整流器としても使用されてもよい。
【００２６】
第１のステージ２は、第１の正のブランチ２１および第１の負のブランチ２２を備える。第１の正のブランチ２１は、第１の出力ノード２３と第１の正の入力ノード２４との間に接続されており、一方、第１の負のブランチ２２は、第１の出力ノード２３と第１の負の入力ノード２５との間に接続されている。
【００２７】
第２のステージ３は、正のセル３１および負のセル３２を備える。正のセル３１は、第２の正の入力ノード３７、第２の中間入力ノード３８、および第２の正の出力ノードをも構成する第１の正の入力ノード２４に接続されている。さらに、負のセル３２は、第２の中間入力ノード３８、第２の負の入力ノード３９、および第２の負の出力ノードを構成する第１の負の入力ノード２５に接続されている。正のセル３１および負のセル３２の両方が第２の中間入力ノード３８で接続されていることに留意されたい。
【００２８】
より詳細には、正のセル３１は、第２の正の端部ブランチ３３および第２の正の中間ブランチ３４を備える。第２の正の端部ブランチ３３は、第１の正の入力ノード２４と第２の正の入力ノード３７との間に接続されており、第２の正の中間ブランチ３４は、第１の正の入力ノード２４と第２の中間入力ノード３８との間に接続されている。
【００２９】
同様に、負のセル３２は、第２の負の中間ブランチ３５および第２の負の端部ブランチ３６を備える。第２の負の中間ブランチ３５は、第１の負の入力ノード２５と第２の中間入力ノード３８との間に接続されており、第２の負の端部ブランチ３６は、第１の負の入力ノード２５と第２の負の入力ノード３９との間に接続されている。
【００３０】
第２のステージ３は、第２の正のコンデンサ５１および第２の負のコンデンサ５２をさらに備える。第２の正のコンデンサ５１は、第２の正の入力ノード３７と第２の中間入力ノード３８との間に接続されており、第２の負のコンデンサ５２は、第２の中間入力ノード３８と第２の負の入力ノード３９との間に接続されている。第２の正負のコンデンサ５１，５２は、話を簡単にするために第２のステージ３の一部として説明するが、無関係に第３のステージ４の一部ともみなすことができる。
【００３１】
第３のステージ４は、第３の正のブランチ４１、第３の中間ブランチ４２、および第３の負のブランチ４３を備える。第３の正のブランチ４１は、第３の正の出力ノードともみなすことができる第２の正の入力ノード３７と、第３の正の入力ノード４４との間に接続されている。第３の中間ブランチ４２は、第２の中間入力ノード３８、すなわち第３の中間出力ノードと、第３の中間入力ノード４５との間に接続されている。第３の中間入力ノード４５は、図に示すように接地することができ、または接地しないことができる。第３の負のブランチ４３は、第２の負の入力ノード３９、すなわち第３の負の出力ノードと、第３の負の入力ノード４６との間に接続されている。
【００３２】
第３のステージ４は、第３の正のコンデンサ５３および第３の負のコンデンサ５４をさらに備える。第３の正のコンデンサ５３は、第３の正の入力ノード４４と第３の中間入力ノード４５との間に接続されており、第３の負のコンデンサ５４は、第３の中間入力ノード４５と第３の負の入力ノード４６との間に接続されている。第３の正負のコンデンサ５３，５４は、話を簡単にするために第３のステージ４の一部として説明するが、直流回路網の既存のコンデンサであってもよく、変換器の異なる位相部分に共通であってもよい。
【００３３】
図１、図２、および図３の実施形態では、第１の正負のブランチ２１，２２は、１つのスイッチユニットのみからそれぞれがなる。
【００３４】
しかし、図４および図５の一般的な実施形態では、第１の正負のブランチ２１，２２は、複数のスイッチング群２１１，２１２，２２１，２２２をそれぞれが備える。これらのスイッチング群２１１，２１２，２２１，２２２は、各それぞれのブランチ２１，２２内で、１つまたは複数の第１の接続ノード２１３，２２３で相互に直列に接続されている。第１の正のブランチ２１のスイッチング群２１１，２１２の数と、第１の負のブランチ２２のスイッチング群２２１，２２２の数とは、同じである。前記スイッチング群２１１，２１２，２２１，２２２のそれぞれは、２１４，２１５，２２４，２２５の順であるそれぞれのスイッチユニットを備える。
【００３５】
この実施形態では、第１のステージ２は、１つまたは複数の第１の接続コンデンサ５５をさらに備える。第１の接続コンデンサ５５の数は、１を減じた第１の正のブランチ２１のスイッチング群２１１，２１２の数（第１の負のブランチ２２のスイッチング群２２１，２２２の数でもある）に等しい。各第１の接続コンデンサ５５は、第１の正のブランチ２１のそれぞれの第１の接続ノード２１３と、第１の負のブランチ２２のそれぞれの第１の接続ノード２２３との間に接続されている。
【００３６】
図１および図３の実施形態では、第２の正負の端部ブランチ３３，３６、および第２の正負の中間ブランチ３４，３５は、１つのスイッチユニットのみからそれぞれがなる。
【００３７】
しかし、図２の実施形態、ならびに図４および図５の一般的な実施形態では、第２の正負の端部ブランチ３３，３６、および第２の正負の中間ブランチ３４，３５は、複数のスイッチング群３３１，３３２，３４１，３４２，３５１，３５２，３６１，３６２をそれぞれが備える。前記スイッチング群３３１，３３２，３４１，３４２，３５１，３５２，３６１，３６２は、各それぞれのブランチ３３，３４，３５，３６内で、１つまたは複数の第２の接続ノード３３３，３４３，３５３，３６３で相互に直列に接続されている。前記スイッチング群３３１，３３２，３４１，３４２，３５１，３５２，３６１，３６２のそれぞれは、３３４，３３５，３４４，３４５，３５４，３５５，３６４，３６５の順であるそれぞれのスイッチユニットを備える。
【００３８】
第２の正の端部ブランチ３３のスイッチング群３３１，３３２の数、第２の正の中間ブランチ３４のスイッチング群３４１，３４２の数、第２の負の中間ブランチ３５のスイッチング群３５１，３５２の数、および第２の負の端部ブランチ３６のスイッチング群３６１，３６２の数は、同じである。
【００３９】
これらの実施形態では、第２のステージ３は、１つまたは複数の第２の正の接続コンデンサ５６、および第２の正の接続コンデンサ５６と同じ数の１つまたは複数の第２の負の接続コンデンサ５７をさらに備える。第２の正の接続コンデンサ５６の数は、１を減じた第２の正の端部ブランチ３３のスイッチング群３３１，３３２の数に等しい。図２の実施形態では、１つの第２の正の接続コンデンサ５６が設けられている。
【００４０】
各第２の正の接続コンデンサ５６は、第２の正の端部ブランチ３３のそれぞれの第２の接続ノード３３３と、第２の正の中間ブランチ３４の第２の接続ノード３４３との間に接続されている。さらに、各第２の負の接続コンデンサ５７は、第２の負の中間ブランチ３５のそれぞれの第２の接続ノード３５３と、第２の負の端部ブランチ３６の第２の接続ノード３６３との間に接続されている。
【００４１】
図１および図２の実施形態では、第３の正、中間、および負のブランチ４１，４２，４３は、２つのスイッチユニット４１４，４１５，４２４，４２５，４３４，４３５をそれぞれが備える。
【００４２】
詳細には、第３の中間ブランチ４２は、第１の方向に流入する電流を止めるように適合された第１のスイッチユニット４２４、および第１の方向とは逆方向の第２の方向に流入する電流を止めるように適合された第２のスイッチユニット４２５を備える。第３の中間ブランチ４２の第１および第２のスイッチユニット４２４，４２５は、単一のスイッチング群４２１とみなすことができる。
【００４３】
第３の中間ブランチ４２の第１および第２のスイッチユニット４２４，４２５は、たとえば逆直列に接続されていてもよい。これは、電流が、第１のスイッチユニット４２４の制御可能スイッチ４２４ａ、および第２のスイッチユニット４２５のダイオード４２５ｂを、同時に流れてもよいことを意味する。さらに、別の電流が、第１のスイッチユニット４２４のダイオード４２４ｂ、および第２のスイッチユニット４２５の制御可能スイッチ４２５ａを、同時に流れてもよい。
【００４４】
好ましくは、第３の中間ブランチ４２は、スイッチユニットが逆直列に接続されている唯一のブランチである。一般に、２つ以上のスイッチユニットを備える任意の他のブランチでは、それらのスイッチユニットの直列接続は、好ましくは、スイッチユニットが全く同じ向きを有する接続である。言い換えれば、ある方向に流れる電流は、全てのスイッチユニットのダイオードを通過してもよく、逆方向の電流は、全てのスイッチユニットの制御可能スイッチを、それらがオン状態であることを条件として、通過してもよい。
【００４５】
図１および図２の実施形態では、第３の正負のブランチ４１，４３は、２つのスイッチユニット、具体的には、第１のスイッチユニット４１４，４３４および第２のスイッチユニット４１５，４３５を、それぞれが備える。第３の正のブランチ４１の第１および第２のスイッチユニット４１４，４１５は、第３の正のブランチ４１の単一のスイッチング群４１１とみなすことができ、第３の負のブランチ４３の第１および第２のスイッチユニット４３４，４３５は、第３の負のブランチ４３の単一のスイッチング群４３１とみなすことができる。
【００４６】
有利には、第３の正負のブランチ４１，４３のスイッチング群４１１，４３１の阻止電圧は、それぞれの第１および第２のスイッチユニット４１４，４１５，４３４，４３５の阻止電圧の合計によって与えられる。さらに、第３の正、中間、および負のブランチ４１，４２，４３の第１および第２のスイッチユニット４１４，４１５，４２４，４２５，４３４，４３５は、全く同じ阻止電圧を有してもよい。この阻止電圧は、第１および／または第２のステージ２，３の全てのスイッチユニットについても同じであってもよい。
【００４７】
しかし、図示していない実施形態では、第３の正負のブランチ４１，４３は、１つのスイッチユニットのみからそれぞれがなってもよい。この構成は一般に、第３の正負のブランチ４１，４３のスイッチユニットがより高い阻止電圧を必要とすることになるので、より費用がかかることになる。
【００４８】
阻止電圧は、特定の制御状態および特定の方向の定常状態条件下でスイッチが耐えることになっている最大電圧である。
【００４９】
図３の実施形態、ならびに図４および図５の一般的な実施形態では、第３の正、中間、および負のブランチ４１，４２，４３は、複数のスイッチング群４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２をそれぞれが備える。前記スイッチング群４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２は、各それぞれのブランチ４１，４２，４３内で、１つまたは複数の第３の接続ノード４１３，４２３，４３３で相互に直列に接続されている。
【００５０】
第３の正のブランチ４１のスイッチング群４１１，４１２の数、第３の中間ブランチ４２のスイッチング群４２１，４２２の数、および第３の負のブランチ４３のスイッチング群４３１，４３２の数は、同じである。
【００５１】
これらの実施形態における第３の正、中間、および負のブランチ４１，４２，４３の各スイッチング群４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２は、対応するスイッチング群について図１および図２の実施形態に関して説明したものと同じ特徴を有してもよい。たとえば、追加の第３の正のスイッチング群４１２は、第１のスイッチユニット４１６および第２のスイッチユニット４１７を備え、追加の第３の中間スイッチング群４２２は、第１のスイッチユニット４２６および第２のスイッチユニット４２７を備え、追加の第３の負のスイッチング群４３２は、第１のスイッチユニット４３６および第２のスイッチユニット４３７を備える。
【００５２】
図３の実施形態、ならびに図４および図５の一般的な実施形態では、第３のステージ４は、１つまたは複数の第３の正の接続コンデンサ５８、および第３の正の接続コンデンサ５８と同じ数の１つまたは複数の第３の負の接続コンデンサ５９をさらに備える。第３の正の接続コンデンサ５８の数は、１を減じた第３の正のブランチ４１のスイッチング群４１１，４１２の数に等しい。図３の実施形態では、１つの第３の正の接続コンデンサ５８が設けられている。
【００５３】
各第３の正の接続コンデンサ５８は、第３の正のブランチ４１のそれぞれの第３の接続ノード４１３と、第３の中間ブランチ４２の第３の接続ノード４２３との間に接続されている。さらに、各第３の負の接続コンデンサ５９は、第３の中間ブランチ４２のそれぞれの第３の接続ノード４２３と、第３の負のブランチ４３の第３の接続ノード４３３との間に接続されている。
【００５４】
変換器１の全てのコンデンサは、好ましくは、直流側、すなわち第３の入力ノード４４，４５，４６により近いコンデンサについてはコンデンサの電圧がより高く、交流側、すなわち第１の出力ノード２３により近いコンデンサについてはコンデンサの電圧がより低いという基準に従って充電される。
【００５５】
実際には、第３の正負のコンデンサ５３，５４は、第１の電圧まで充電され、第２の正負のコンデンサ５１，５２は、第１の電圧の分数である第２の電圧まで充電される。この説明では、分数という用語は、真分数、すなわち１よりも小さい分数を示す。
【００５６】
より詳細には、第１の出力ノード２３に最も近いコンデンサは、最低電圧まで充電され、その他のコンデンサは、最低電圧の倍数である電圧まで充電される。第１の出力ノード２３に最も近いコンデンサは、第１の接続コンデンサ５５があればそのうちの１つ、またはそうでない場合は、第２の正または負の接続コンデンサ５６，５７があればそのうちの１つ、またはそうでない場合は、第２の正負のコンデンサ５１，５２のうちのいずれかであってもよい。
【００５７】
たとえば、図１の実施形態では、第３の正負の入力ノード４４，４６間の電圧差がＶＤＣと呼ばれるとき、第２の正負のコンデンサ５１，５２は約ＶＤＣ／４の電圧まで充電される。さらに、第３の正負のコンデンサ５３，５４は約ＶＤＣ／２の電圧まで充電される。この実施形態の変換器１は、第１の出力ノード２３で５つの電圧レベル、０、±ＶＤＣ／４、および±ＶＤＣ／２を出力してもよい。
【００５８】
図２の実施形態では、第２の正負の接続コンデンサ５６，５７は約ＶＤＣ／６の電圧まで充電され、第２の正負のコンデンサ５１，５２は約ＶＤＣ／３の電圧まで充電され、第３の正負のコンデンサ５３，５４は約ＶＤＣ／２の電圧まで充電される。この実施形態の変換器１は、第１の出力ノード２３で７つの電圧レベル、０、±ＶＤＣ／６、±ＶＤＣ／３、および±ＶＤＣ／２を出力してもよい。
【００５９】
図３の実施形態では、第２の正負のコンデンサ５１，５２は約ＶＤＣ／６の電圧まで充電され、第３の正負の接続コンデンサ５８，５９は約ＶＤＣ／３の電圧まで充電され、第３の正負のコンデンサ５３，５４は約ＶＤＣ／２の電圧まで充電される。この実施形態の変換器１でさえ、第１の出力ノード２３で７つの電圧レベル、０、±ＶＤＣ／６、±ＶＤＣ／３、および±ＶＤＣ／２を出力してもよい。
【００６０】
一般に、第１の接続コンデンサ５５、第２の正の接続コンデンサ５６、または第３の正の接続コンデンサ５８が変換器１に加えられたとき、出力レベルの数は少なくとも２レベル増加してもよい。
【００６１】
次に、変換器の制御を説明する。変換器１は、実際には、図示していない制御器を備える。変換器１は、第１の出力ノード２３で出力電圧を供給するように制御器によって制御可能であり、その出力電圧は、基本周波数で交互にくる正半波および負半波を有する。
【００６２】
正半波中、出力電圧は第３の中間入力ノード４５の電圧以上であり、負半波中、出力電圧は第３の中間入力ノード４５の電圧以下である。
【００６３】
制御器は、具体的には、オン状態とオフ状態とを交互に繰り返すために、変換器の制御可能スイッチに制御信号を供給するように構成されている。オン状態では、スイッチユニットは両方向に電流を伝導し、その制御可能スイッチは一方向に電流を伝導する。オフ状態では、スイッチユニットは一方向にのみ電流を伝導し、それらの制御可能スイッチはいずれの方向にも電流を伝導しない。
【００６４】
変換器１では、いくつかのスイッチユニット対が、常に逆の状態に制御される。しかし、当業者に知られているように、１対のスイッチユニットが実質的にいつも逆の状態になる場合でも、一方のスイッチユニットがオフにされると、その対のうちの他方のスイッチユニットは、短い遅延時間後にのみオンにされてもよい。これは、変換器１のいくつかの構成部品、特にコンデンサを短絡させるのを確実に避ける。
【００６５】
詳細には、制御器は、第１の正のブランチ２１のスイッチユニット２１４、および第１の負のブランチ２２のスイッチユニット２２４を、常に逆の状態に制御するように構成されている。
【００６６】
さらに、制御器は、好ましくは、第１の正のブランチ２１の前記スイッチユニット２１４を正半波中にオン状態に保ち、第１の負のブランチ２２の前記スイッチユニット２２４を負半波中にオン状態に保つように構成されている。
【００６７】
これは、第１の正のブランチ２１の少なくとも１つのスイッチユニット２１４、および第１の負のブランチ２２の少なくとも１つのスイッチユニット２２４に起こる。いくつかの実施形態では、これは第１の正負のブランチ２１，２２全体に対応する。
【００６８】
したがって、第１のステージ２のこれらのスイッチユニット２１４，２２４は、基本周波数で切り替わり、詳細には、基本周波数の逆数に等しい基本周期中に、１回だけオン状態からオフ状態に、また１回だけオフ状態からオン状態に切り替わる。
【００６９】
以下に説明するように、変換器１の多くの他のスイッチが、基本周波数の倍数であるスイッチング周波数で切り替えられる。これは、それらが、基本周期中に複数回オン状態からオフ状態に、またオフ状態からオン状態に切り替わることを意味する。
【００７０】
変換器の電力損失を低減するために、できるだけ多くのスイッチユニットを基本周波数で切り替えることが好ましい。
【００７１】
第２および第３のステージ３，４のスイッチユニットの制御を詳細に説明するために、各ブランチに１つのスイッチング群のみが設けられている図１の実施形態を、話を簡単にするために参照する。ブランチが複数のスイッチング群を備えるとき、各スイッチング群は、独立して、最終的にはスイッチング群間または同じスイッチング群のスイッチユニット間で異なる制御状態で、制御されてもよい。しかし、第２および第３のステージ３，４については、次に図１の実施形態について説明するように、ブランチの全てのスイッチング群が同じ全体論理に従って制御される。
【００７２】
制御器は、第２の正の端部ブランチ３３のスイッチユニット３３４、および第２の正の中間ブランチ３４のスイッチユニット３４４を、常に逆の状態に制御し、第２の負の中間ブランチ３５のスイッチユニット３５４、および第２の負の端部ブランチ３６のスイッチユニット３６４を、常に逆の状態に制御するように構成されている。
【００７３】
さらに、制御器は、正半波中、第２の負の中間ブランチ３５の前記スイッチユニット３５４をオン状態に保ち、第２の正の中間ブランチ３４の前記スイッチユニット３４４をスイッチング周波数で切り替えるように構成されている。対称的に、制御器は、負半波中、第２の正の中間ブランチ３４の前記スイッチユニット３４４をオン状態に保ち、第２の負の中間ブランチ３５の前記スイッチユニット３５４をスイッチング周波数で切り替えるように構成されている。
【００７４】
より詳細には、正半波中、第２の負の中間ブランチ３５全体はオン状態に保たれ、第２の負の端部ブランチ３６全体はオフ状態に保たれる。対称的に、負半波中、第２の正の中間ブランチ３４全体がオン状態に保たれ、第２の正の端部ブランチ３３全体がオフ状態に保たれる。
【００７５】
したがって、正のセル３１は負半波中により低い電力損失を有し、負のセル３２は正半波中により低い電力損失を有する。この制御はまた、第１のステージ２のスイッチユニットにそれらがオフ状態の間にかかる電圧差をも比較的小さく保つ。したがって、比較的低い阻止電圧を有するスイッチユニットが使用されてもよい。
【００７６】
好ましくは、制御器は、正半波から負半波への移行中、第２の正の中間ブランチ３４および第２の負の中間ブランチ３５をオン状態に保ち、第１の負のブランチ２２をオフ状態からオン状態に切り替え、次いで第１の正のブランチ２１をオン状態からオフ状態に切り替えるように構成されている。さらに、制御器は、負半波から正半波への移行中、第２の正の中間ブランチ３４および第２の負の中間ブランチ３５をオン状態に保ち、第１の正のブランチ２１をオフ状態からオン状態に切り替え、次いで第１の負のブランチ２２をオン状態からオフ状態に切り替えるように構成されている。
【００７７】
有利には、これらの移行中、第１の正負のブランチ２１，２２は、それらが、共にオン状態に制御された第２の正の中間ブランチ３４のスイッチユニット３４４および第２の負の中間ブランチ３５のスイッチユニット３５４によって短絡されるので、実質的にゼロ電圧下で電流を切り替えてもよい。
【００７８】
第３のステージ４に進むと、制御器は、第３の中間ブランチ４２の第１のスイッチユニット４２４、および第３の正のブランチ４１の第１のスイッチユニット４１４を、常に逆の状態に制御し、第３の中間ブランチ４２の第２のスイッチユニット４２５、および第３の負のブランチ４３の第１のスイッチユニット４３４を、常に逆の状態に制御するように構成されている。
【００７９】
より詳細には、制御器は、正半波中、第３の中間ブランチ４２の第２のスイッチユニット４２５をオン状態に保ち、第３の中間ブランチ４２の第１のスイッチユニット４２４を基本周波数の倍数であるスイッチング周波数で切り替えるように構成されている。
【００８０】
同様に、制御器は、負半波中、第３の中間ブランチ４２の第１のスイッチユニット４２４をオン状態に保ち、第３の中間ブランチ４２の第２のスイッチユニット４２５をスイッチング周波数で切り替えるように構成されている。
【００８１】
第３の正負のブランチ４１，４３の第２のスイッチユニット４１５，４３５についての第１の可能な制御論理によれば、制御器は、第３の正負のブランチ４１，４３の第２のスイッチユニット４１５，４３５を、常に逆の状態に制御するように構成されている。この場合、好ましくは、制御器は、第３の正のブランチ４１の第２のスイッチユニット４１５を正半波中にオン状態に保ち、第３の負のブランチ４３の第２のスイッチユニット４３５を負半波中にオン状態に保つように構成されている。
【００８２】
少なくとも１つの半波についてスイッチング周波数で切り替わる第３の正負のブランチ４１，４３の第１のスイッチユニット４１４，４３４とは異なって、第３の正負のブランチ４１，４３の第２のスイッチユニット４１５，４３５が、両方の半波中に基本周波数で切り替わるので、この制御論理は有利である。
【００８３】
第２の可能な制御論理によれば、制御器は、第３の正のブランチ４１の第１および第２のスイッチユニット４１４，４１５を常に同じ状態に制御し、第３の負のブランチ４３の第１および第２のスイッチユニット４３４，４３５を常に同じ状態に制御するように構成されている。
【００８４】
次に、変換器１の使用中にコンデンサの電圧を実質的に一定に保つための好ましい制御を説明する。その説明は、第２の正負のコンデンサ５１，５２に焦点を合わせることになる。その代わりに、第３の正負のコンデンサ５３，５４は、それらの電圧が、第３の正負の入力ノード４４，４６に接続された直流源のおかげで、また任意選択で第３の中間入力ノード４５を接地することによって、一定のままであってもよいので、特定の制御を必要としない。
【００８５】
変換器１が追加のコンデンサ、たとえば、第１の接続コンデンサ５５、または第２もしくは第３の正もしくは負のコンデンサ５６，５７，５８，５９を備える場合、同様の制御が実施されることになる。
【００８６】
第３の正の入力ノード４４の電圧よりも低い正電圧レベル、および第３の負の入力ノード４６の電圧よりも高い負電圧レベルが、別個の電流経路（したがって冗長電流経路と呼ばれる）で、第１の出力ノード２３で出力されてもよいことに本出願人は留意した。その電流経路は、オン状態のスイッチユニット、および任意選択でコンデンサを備える。
【００８７】
たとえば、図１の実施形態では、電圧レベルＶＤＣ／４は、第３の正のブランチ４１、第２の正のコンデンサ５１、第２の正の中間ブランチ３４、および第１の正のブランチ２１を備える、第１の電流経路で出力されてもよい。したがって、第２の正のコンデンサ５１は、電流が第３のステージ４から第１のステージ２に流れるのか、それとも第１のステージ２から第３のステージ４に流れるのかに応じて、充電または放電される。
【００８８】
電圧レベルＶＤＣ／４は、第３の中間ブランチ４２、第２の正のコンデンサ５１、第２の正の端部ブランチ３３、および第１の正のブランチ２１を備える、第２の電流経路でも出力されてもよい。第２の正のコンデンサ５１は、やはり電流の方向に応じて充電または放電されるが、第２の電流経路での充電または放電は、第１の電流経路に対して逆になる。
【００８９】
したがって、図１の実施形態についてのＶＤＣ／４などの、第３の正の入力ノード４４の電圧よりも低い第１の正電圧レベルが第１の出力ノード２３で必要とされるとき、制御器は、少なくとも第１の電流経路と第２の電流経路とを好ましくは同じ時間の間交互に繰り返すことによって、スイッチユニットを制御するように構成されている。
【００９０】
同様に、図１の実施形態についての−ＶＤＣ／４などの、第３の負の入力ノード４６の電圧よりも高い第１の負電圧レベルが第１の出力ノード２３で必要とされるとき、制御器は、少なくとも第３の電流経路と第４の電流経路とを好ましくは同じ時間の間交互に繰り返すことによって、スイッチユニットを制御するように構成されている。
【００９１】
他の実施形態では、同じ電圧を出力するように適合された３つ以上の冗長電流経路があってもよい。
【００９２】
たとえば、図２の実施形態を考え、電圧ＶＤＣ／６が必要とされるとき、３つの冗長電流経路がある。第１の電流経路は、第３の正のブランチ４１、第２の正のコンデンサ５１、第２の正の中間ブランチ３４、および第１の正のブランチ２１を備える。第２の電流経路は、第３の中間ブランチ４２、第２の正のコンデンサ５１、第２の正のコンデンサ５１に隣接する第２の正の端部ブランチ３３のスイッチング群３３１、第２の正の接続コンデンサ５６、第１の正のブランチ２１に隣接する第２の正の中間ブランチ３４のスイッチング群３４２、および正のブランチ２１を備える。第３の電流経路は、第３の中間ブランチ４２、第２の正のコンデンサ５１に隣接する第２の正の中間ブランチ３４のスイッチング群３４１、第２の正の接続コンデンサ５６、第１の正のブランチ２１に隣接する第２の正の端部ブランチ３３のスイッチング群３３２、および正のブランチ２１を備える。
【００９３】
第２の正のコンデンサ５１についての充電および放電プロセスは、第１および第２の経路間で逆になり、第２の正の接続コンデンサ５６については、第２および第３の経路間で逆になることに留意されたい。したがって、その３つの経路を、コンデンサの電圧を一定に保つために交互に繰り返すことができる。
【００９４】
一般に、第２の正のコンデンサ５１を考えるとき、第１の電流経路は、第２の正のコンデンサ５１に隣接する第３の正のブランチ４１のスイッチユニット、第２の正のコンデンサ５１、および第２の正のコンデンサ５１に隣接する第２の正の中間ブランチ３４のスイッチユニットを少なくとも備える。さらに、第２の電流経路は、第２の正のコンデンサ５１に隣接する第３の中間ブランチ４２のスイッチユニット、第２の正のコンデンサ５１、および第２の正のコンデンサ５１に隣接する第２の正の端部ブランチ３３のスイッチユニットを少なくとも備える。
【００９５】
第２の負のコンデンサ５２の電圧を一定に保つために、第３の電流経路は、第２の負のコンデンサ５２に隣接する第３の負のブランチ４３のスイッチユニット、第２の負のコンデンサ５２、および第２の負のコンデンサ５２に隣接する第２の負の中間ブランチ３５のスイッチユニットを少なくとも備える。第４の電流経路は、第２の負のコンデンサ５２に隣接する第３の中間ブランチ４２のスイッチユニット、第２の負のコンデンサ５２、および第２の負のコンデンサ５２に隣接する第２の負の端部ブランチ３６のスイッチユニットを少なくとも備える。
【００９６】
当然、第１および第２の電流経路は、いずれも第１の正電圧レベルを出力するものとし、第３および第４の電流経路は、いずれも第１の負電圧レベルを出力するものとする。
【００９７】
より一般的には、変換器１のコンデンサのいずれかを考えるとき、第１の電流経路は、コンデンサ、コンデンサの上流にあってその正端子に隣接するスイッチユニット、およびコンデンサの下流にあってその負端子に隣接するスイッチユニットを備える。第２の電流経路は、コンデンサ、コンデンサの上流にあってその負端子に隣接するスイッチユニット、およびコンデンサの下流にあってその正端子に隣接するスイッチユニットを備える。
【符号の説明】
【００９８】
１  電力変換器
２  第１のステージ
３  第２のステージ
４  第３のステージ
２１  第１の正のブランチ
２２  第１の負のブランチ
２３  第１の出力ノード
２４  第１の正の入力ノード
２５  第１の負の入力ノード
３１  正のセル
３２  負のセル
３３  第２の正の端部ブランチ
３４  第２の正の中間ブランチ
３５  第２の負の中間ブランチ
３６  第２の負の端部ブランチ
３７  第２の正の入力ノード
３８  第２の中間入力ノード
３９  第２の負の入力ノード
４１  第３の正のブランチ
４２  第３の中間ブランチ
４３  第３の負のブランチ
４４  第３の正の入力ノード
４５  第３の中間入力ノード
４６  第３の負の入力ノード
５１  第２の正のコンデンサ
５２  第２の負のコンデンサ
５３  第３の正のコンデンサ
５４  第３の負のコンデンサ
５５  第１の接続コンデンサ
５６  第２の正の接続コンデンサ
５７  第２の負の接続コンデンサ
５８  第３の正の接続コンデンサ
５９  第３の負の接続コンデンサ
２１１  スイッチング群
２１２  スイッチング群
２１３  第１の接続ノード
２１４  スイッチユニット
２２１  スイッチング群
２２２  スイッチング群
２２３  第１の接続ノード
２２４  スイッチユニット
３３１  スイッチング群
３３２  スイッチング群
３３３  第２の接続ノード
３３４  スイッチユニット
３３５  スイッチユニット
３４１  スイッチング群
３４２  スイッチング群
３４３  第２の接続ノード
３４４  スイッチユニット
３４５  スイッチユニット
３５１  スイッチング群
３５２  スイッチング群
３５３  第２の接続ノード
３５４  スイッチユニット
３５５  スイッチユニット
３６１  スイッチング群
３６２  スイッチング群
３６３  第２の接続ノード
３６４  スイッチユニット
３６５  スイッチユニット
４１１  スイッチング群
４１２  スイッチング群
４１３  第３の接続ノード
４１４  第１のスイッチユニット
４１４ａ  制御可能スイッチ
４１４ｂ  ダイオード
４１５  第２のスイッチユニット
４１６  第１のスイッチユニット
４１７  第２のスイッチユニット
４２１  スイッチング群
４２２  スイッチング群
４２３  第３の接続ノード
４２４  第１のスイッチユニット
４２４ａ  制御可能スイッチ
４２４ｂ  ダイオード
４２５  第２のスイッチユニット
４２５ａ  制御可能スイッチ
４２５ｂ  ダイオード
４２６  第１のスイッチユニット
４２７  第２のスイッチユニット
４３１  スイッチング群
４３２  スイッチング群
４３３  第３の接続ノード
４３４  第１のスイッチユニット
４３５  第２のスイッチユニット
４３６  第１のスイッチユニット
４３７  第２のスイッチユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2019205339.tif 000006
【図５】
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【外国語明細書】
2019205339000001.pdf