(57)【要約】【課題】交流電源装置および電圧コンバータを提供する。【解決手段】電圧コンバータは、電圧変換回路、および補助回路を含む。電圧変換回路は、第１の電力端部、第２の電力端部、およびインダクタを含む。電圧変換回路は、動作期間中に、第１の電力端部の第１の電圧を変換して、第２の電力端部で第２の電圧を生成する、または電圧変換回路は動作期間中に、第２の電力端部の第２の電圧を変換して、第１の電力端部で第１の電圧を生成する。補助回路は、リセット期間中に、第１の電力端部とインダクタの間に第１のループを形成する、またはリセット期間中に、第２の電力端部とインダクタの間に第２のループを形成する、あるいは補助回路内に第３のループを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電力端部、第２の電力端部、およびインダクタを含み、動作期間中に、該第１の電力端部の第１の電圧を変換して、該第２の電力端部で第２の電圧を生成する、または該第２の電力端部の該第２の電圧を変換して、該第１の電力端部で該第１の電圧を生成する電圧変換回路であり、該第１の電圧の電圧値が該第２の電圧の電圧値より大きい、電圧変換回路と、
該第１の電力端部と該第２の電力端部の間に結合された補助回路であり、リセット期間中に、該第１の電力端部と該インダクタの間に第１のループを形成する、または該第２の電力端部と該インダクタの間に第２のループを形成する、または該補助回路内に第３のループを形成し、該第１のループおよび該第２のループが、電気エネルギー回収を実行するように構成され、該第３のループが、フライホイール・エネルギー蓄積を実行するように構成された、補助回路と、を含む、電圧コンバータ。
【請求項２】
前記電圧変換回路が、
前記第１の電力端部と前記インダクタの第１の端部との間に結合された第１のスイッチであり、第１の制御信号に従ってオンまたはオフになる、第１のスイッチと、
前記インダクタの前記第１の端部と基準接地端との間に結合された第２のスイッチであり、第２の制御信号に従ってオンまたはオフになる、第２のスイッチと、をさらに含む、請求項１に記載の電圧コンバータ。
【請求項３】
前記補助回路が、
前記第１の電力端部に結合された第１の端部を有する第３のスイッチであり、第３の制御信号に従ってオンまたはオフになる、第３のスイッチと、
該第３のスイッチの第２の端部と前記基準接地端との間に結合された第４のスイッチであり、第４の制御信号に従ってオンまたはオフになる、第４のスイッチと、
該第３のスイッチの該第２の端部に結合された第１の端部を有する補助インダクタと、を含む、請求項２に記載の電圧コンバータ。
【請求項４】
前記補助回路の動作帯域幅が、前記電圧変換回路の動作帯域幅より大きい、請求項３に記載の電圧コンバータ。
【請求項５】
降圧モードの前記リセット期間中に、前記第１のスイッチおよび前記第４のスイッチがオフになり、前記第２のスイッチおよび前記第３のスイッチがオンになり、前記第１のループが、前記第１の電力端部、前記第３のスイッチ、前記補助インダクタ、前記インダクタ、前記第２のスイッチ、および前記基準接地端を通って形成される、請求項３および４のいずれか一項に記載の電圧コンバータ。
【請求項６】
昇圧モードの前記リセット期間中に、前記第１のスイッチおよび前記第３のスイッチがオンになり、前記第２のスイッチおよび前記第４のスイッチがオフになり、前記第３のループが、前記第２の電力端部、前記補助インダクタ、前記第３のスイッチ、前記第１のスイッチ、および前記インダクタを通って形成される、請求項３から５のいずれか一項に記載の電圧コンバータ。
【請求項７】
前記動作期間中に、前記補助回路が、前記第２の電力端部の前記第２の電圧を変換して、前記第１の電力端部で第１の補助電圧を生成する、または前記第１の電力端部の前記第１の電圧を変換して、前記第２の電力端部で第２の補助電圧を生成する、請求項３から６のいずれか一項に記載の電圧コンバータ。
【請求項８】
前記補助回路が、
第１の端部、第２の端部、および制御端部を有する第３のスイッチであり、該第３のスイッチの該第１の端部が、前記インダクタの第１の端部に結合され、該第３のスイッチの該制御端部が、第３の制御信号を受信する、第３のスイッチと、
第１の端部、第２の端部、および制御端部を有する第４のスイッチであり、該第４のスイッチの該第１の端部が、前記第３のスイッチの前記第２の端部に結合され、該第４のスイッチの該第２の端部が、前記第２の電力端部に結合され、該第４のスイッチの該制御端部が、第４の制御信号を受信する、第４のスイッチと、を含み、
前記リセット期間中に、該第３のスイッチおよび該第４のスイッチがオンになり、前記第３のループが形成される、請求項２に記載の電圧コンバータ。
【請求項９】
前記第３のスイッチおよび前記第４のスイッチが、それぞれ第１のトランジスタおよび第２のトランジスタであり、該第１のトランジスタの第１の端部が、前記インダクタの第１の端部に結合され、該第１のトランジスタの第２の端部が、該第１のトランジスタのバルク端部と結合され、該第２のトランジスタの第１の端部に結合され、該第２のトランジスタのバルク端部が、該第２のトランジスタの該第１の端部と結合され、該第２のトランジスタの第２の端部が、前記第２の電力端部に結合される、請求項８に記載の電圧コンバータ。
【請求項１０】
前記電圧変換回路が、
前記インダクタの第２の端部と前記第２の電力端部との間に結合され、第３の制御信号に従ってオンまたはオフされる、第３のスイッチと、
アノードおよびカソードを有する第１のダイオードであり、該第１のダイオードの該アノードが、前記基準接地端に結合され、該第１のダイオードの該カソードが、前記インダクタの前記第２の端部に結合される、第１のダイオードと、をさらに含む、請求項２に記載の電圧コンバータ。
【請求項１１】
前記補助回路が、
前記第３のスイッチと、
前記第１のダイオードと、
アノードおよびカソードを有する第２のダイオードであり、該第２のダイオードの該カソードが、前記第１の電力端部に結合され、該第２のダイオードの該アノードが、前記インダクタの前記第２の端部に結合される、第２のダイオードと、
前記インダクタの前記第１の端部に結合された第１の端部を有し、第４の制御信号に従ってオンまたはオフされる、第４のスイッチと、
アノードおよびカソードを有する第３のダイオードであり、該第３のダイオードの該アノードが、該第４のスイッチの第２の端部に結合され、該第３のダイオードの該カソードが、前記第２の電力端部に結合される、第３のダイオードと、を含む、請求項１０に記載の電圧コンバータ。
【請求項１２】
降圧モードの前記動作期間中に、前記第３のスイッチが、オンになり、前記第４のスイッチが、オフになり、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチが、交互にオンまたはオフになって、降圧の電圧変換動作を実行して、前記第１の電圧に従って前記第２の電圧を生成する、請求項１１に記載の電圧コンバータ。
【請求項１３】
前記降圧モードの前記リセット期間中に、前記第１のスイッチ、前記第３のスイッチ、および前記第４のスイッチが、オフになり、前記第２のスイッチが、オンになり、前記第１のループが、前記基準接地端、前記第２のスイッチ、前記インダクタ、前記第２のダイオード、および前記第１の電力端部を通って形成される、請求項１２に記載の電圧コンバータ。
【請求項１４】
昇圧モードの前記動作期間中に、前記第３のスイッチが、オンになり、前記第４のスイッチが、オフになり、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチが、交互にオンまたはオフになって、昇圧の電圧変換動作を実行して、前記第２の電圧に従って前記第１の電圧を生成する、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の電圧コンバータ。
【請求項１５】
前記昇圧モードの前記リセット期間中に、前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、および前記第３のスイッチが、オフになり、前記第４のスイッチが、オンになり、前記第２のループが、前記基準接地端、前記第１のダイオード、前記インダクタ、前記第４のスイッチ、前記第３のダイオード、および前記第２の電力端部を通って形成される、請求項１４に記載の電圧コンバータ。
【請求項１６】
ロータおよびステータを有する発電機であり、該ステータが出力電圧を生成する、発電機と、
請求項１に記載の電圧コンバータと、を含み、
前記発電機が、前記出力電圧を、前記電圧コンバータの前記第１の電力端部に第１の電力として伝送する、または前記電圧コンバータの前記第２の電力端部に第２の電力として伝送する、交流電源装置。
【請求項１７】
前記ロータが、前記第１の電力端部に結合されて、前記第１の電力を受け取る、請求項１６に記載の交流電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源装置および電圧コンバータに関し、特に、電気エネルギー回収およびエネルギー・フライホイールを実行することができる交流電源装置および電圧コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両機器では、車両用の発電機は、通常は、ロータ、ステータ、ブリッジ整流器、調整器、およびプーリで構成されている。発電機の作動原理によれば、ロータで励起を行って、ロータが磁場を生成し、エンジンから供給されるエネルギーに応じて回転するようにする。ロータの回転によって、ロータの磁場がステータ・コイルを横切る。さらに、磁場の横断効果により、ステータが、それに応じたＡＣ電力を生成し、生成されたＡＣ電力を、全波整流後にＤＣ電力に整流する。生成された電力は、バッテリ、および車両の電気負荷に伝達される。
【０００３】
現在の車両の電子機器に対応するために、車両機器の交流電源装置は、電圧コンバータを使用することによって複数の電力（例えばデュアル電力）を生成することがある。さらに、交流電源装置の負荷遮断が起こると、交流電源装置は、負荷状態の急速な変化により、不安定な上下振動を生じる。交流電源装置の電力使用の効率を改善すること、および負荷遮断によって生じる衝撃を低減することは、当業者にとって重要な問題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、リセット期間中に電気エネルギー回収を実行することができる交流電源装置および電圧コンバータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの例示的な実施形態の電圧コンバータは、電圧変換回路、および補助回路を含む。電圧変換回路は、第１の電力端部、第２の電力端部、およびインダクタを含む。電圧変換回路は、動作期間中に、第１の電力端部の第１の電圧を変換して、第２の電力端部で第２の電圧を生成する。あるいは、電圧変換回路は、動作期間中に、第２の電力端部の第２の電圧を変換して、第１の電力端部で第１の電圧を生成する。第１の電圧の電圧値は、第２の電圧の電圧値より大きい。補助回路は、第１の電力端部と第２の電力端部の間に結合されている。補助回路は、リセット期間中に、第１の電力端部とインダクタの間に第１のループを形成する、または第２の電力端部とインダクタの間に第２のループを形成する、または補助回路内に第３のループを形成する。第１のループおよび第２のループは、電気エネルギー回収を実行し、第３のループは、エネルギー・フライホイールを実行する。
【０００６】
本発明の１つの例示的な実施形態の交流電源装置は、発電機と、前述の電圧コンバータとを含む。発電機は、ロータおよびステータを有し、ステータは、出力電圧を生成する。発電機は、出力電圧を、電圧コンバータの第１の電力端部または第２の電力端部に、第１の電力または第２の電力として伝送する。
【発明の効果】
【０００７】
上記に鑑みると、本発明の１つの例示的な実施形態の電圧コンバータは、動作期間中に、様々なモードの電圧変換動作を提供する。さらに、リセット期間中には、基準接地端と第１の電力端部または第２の電力端部との間に回路ループを形成して、エネルギー回収またはエネルギー・フライホイールを実行する。したがって、交流電源装置の負荷遮断が起きたときに、出力電圧の値が迅速に安定し、システムが好ましくない影響を受ける可能性が低下する。
【０００８】
本開示の上記その他の特徴および利点がさらに理解されるように、参照用の図面とともに、例示的な実施形態について以下で詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態の電圧コンバータを示す概略図である。
【００１０】
【図２Ａ】本発明の実施形態の電圧コンバータを示す概略図である。
【００１１】
【図２Ｂ】本発明の実施形態の電圧コンバータの動作方法を示す概略図である。
【００１２】
【図３】本発明の別の実施形態の電圧コンバータを示す概略図である。
【００１３】
【図４】本発明のさらに別の実施形態の電圧コンバータを示す概略図である。
【００１４】
【図５Ａ−５Ｄ】電圧コンバータの複数の動作方法をそれぞれ示す等価回路図である。
【００１５】
【図６】本発明の実施形態の電圧コンバータを示す概略図である。
【００１６】
【図７Ａ−７Ｂ】本発明の実施形態の交流電源装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施形態の電圧コンバータを示す概略図である。電圧コンバータ１００は、電圧変換回路１１０、および補助回路１２０を含む。電圧変換回路１１０は、第１の電力端部Ｅ１、および第２の電力端部Ｅ２を有する。補助回路１２０は、電圧変換回路１１０に結合されている。電圧変換回路１１０は、昇圧モードおよび降圧モードの２つの動作モードを有する。電圧変換回路１１０が昇圧モードの動作期間中に動作すると、電圧変換回路１１０の第２の電力端部Ｅ２が入力端部となり、電圧変換回路１１０は、第２の電力端部Ｅ２で電圧Ｖ２を受け取る。昇圧モードの電圧変換動作が、電圧Ｖ２に従って実行されて、第１の電力端部Ｅ１で電圧Ｖ１を生成する。ここでは、電圧Ｖ１の電圧値は、電圧Ｖ２の電圧値より大きい。
【００１８】
一方、負荷遮断が起きると、電圧変換回路１１０は、昇圧モードのリセット期間中に動作する。このとき、電圧変換回路１１０は、電圧変換動作の実行を停止する。それに応じて、入力端部である第２の電力端部Ｅ２と基準接地端との間にある補助回路１２０を通るループが形成され、したがって、リセット期間中には、電圧変換回路１１０に蓄積されたエネルギーを、入力端部（すなわち第２の電力端部Ｅ２）に回収する、あるいは余分なエネルギーのフライホイール・エネルギー蓄積を実行することによって蓄積して、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２の電圧変動状況を迅速に低減することができる。本実施形態で言及するフライホイール・エネルギー蓄積は、電流ループのエネルギー流を継続することによるものである。したがって、電気エネルギーを電流ループに効果的に蓄積することができ、無駄にしないで済む可能性がある。さらに、電圧コンバータ１００が動作を再始動するときに、通常動作状態を迅速に再開することができる。
【００１９】
さらに、電圧変換回路１１０が降圧モードの動作期間中に動作すると、電圧変換回路１１０の第１の電力端部Ｅ１が、入力端部として使用される。電圧変換回路１１０は、第１の電力端部Ｅ１で電圧Ｖ１を受け取り、降圧モードの電圧変換動作が電圧Ｖ１に従って実行されて、第２の電力端部Ｅ２で電圧Ｖ２を生成する。
【００２０】
一方、例えば負荷遮断が起きると、電圧変換回路１１０は、降圧モードのリセット期間中に動作する。このとき、電圧変換回路１１０は、電圧変換動作の実行を停止する。それに応じて、（入力端部として使用されている）第１の電力端部Ｅ１と基準接地端との間に補助回路１２０を通るループが形成され、これにより、リセット期間中には、電圧変換回路１１０に蓄積されたエネルギーを、入力端部（第１の電力端部Ｅ１）に回収する、あるいは補助回路１２０においてフライホイール・エネルギー蓄積を実行して、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２の電圧変動状況を迅速に低減することができる。
【００２１】
前述の説明に基づいて、電圧（電圧Ｖ１またはＶ２）の状態に異常な変化（例えば負荷遮断など）が生じると、リセット期間中に補助回路１２０を介して形成されたループによって、電圧変換回路１１０に蓄積されたエネルギーを効果的に入力端部に回収することができる、あるいは補助回路１２０におけるフライホイール・エネルギー蓄積を実行することによって蓄積することができることが分かる。負荷遮断によって生じる電圧の不安定性は、迅速に低減させることができる。効果的に使用することを除けば、電圧変換回路１１０によって生成される電圧は、急速に安定し、システム動作の安定性を向上させることができる。
【００２２】
図２Ａは、本発明の実施形態の電圧コンバータを示す概略図である。電圧コンバータ２００は、電圧変換回路２１０、および補助回路２２０を含む。
【００２３】
電圧変換回路２１０は、第１の電力端部Ｅ１、および第２の電力端部Ｅ２を有する。電圧変換回路２１０は、スイッチＳＷ１およびＳＷ２と、インダクタＬ１とを含む。スイッチＳＷ１およびＳＷ２は、トランジスタで構成されている。電圧変換回路２１０の動作方法に関しては、昇圧モードの動作期間中には、スイッチＳＷ１およびＳＷ２を相互作用的にオンおよびオフにし、電圧Ｖ２に従って昇圧動作を実行する。スイッチＳＷ２をオンにすると（スイッチＳＷ１はオフにする）、第２の電力端部Ｅ２、インダクタＬ１、およびスイッチＳＷ２を通るループが形成され、インダクタＬ１がエネルギーを蓄積する。次いで、スイッチＳＷ１をオンにすると（スイッチＳＷ２はオフにする）、インダクタＬ１のエネルギーが、スイッチＳＷ１を介して第１の電力端部Ｅ１に供給され、電圧Ｖ１が生成される。
【００２４】
降圧モードの動作期間中には、スイッチＳＷ１およびＳＷ２を相互作用的にオンおよびオフにし、電圧Ｖ１に従って降圧動作を実行し、第２の電力端部Ｅ２で電圧Ｖ２を生成する。スイッチＳＷ１をオンにすると（スイッチＳＷ２はオフにする）、第１の電力端部Ｅ１、スイッチＳＷ１、およびインダクタＬ１を通るループが形成され、インダクタＬ１が電圧Ｖ１に従ってエネルギーを蓄積する。次いで、スイッチＳＷ２をオンにすると（スイッチＳＷ１はオフにする）、インダクタＬ１の第１の端部がスイッチＳＷ２を介して基準接地端ＧＮＤに結合され、降圧動作が実行されて、電圧Ｖ２を生成する。
【００２５】
本実施形態では、補助回路２２０は、スイッチＳＷ３およびＳＷ４と、補助インダクタＬＡ１とを含む。スイッチＳＷ３は、第１の電力端部Ｅ１と補助インダクタＬＡ１の第１の端部との間に結合され、制御信号ＣＴＡ１によって制御されて、オンまたはオフになる。スイッチＳＷ４は、補助インダクタＬＡ１の第１の端部と基準接地端ＧＮＤとの間に直列に接続され、制御信号ＣＴＡ２によって制御されて、オンまたはオフになる。補助インダクタＬＡ１の第２の端部は、第２の電力端部Ｅ２に結合されている。
【００２６】
動作期間中、補助回路２２０の動作様式と電圧変換回路２１０の動作様式は類似している。例えば、電圧変換回路２１０が降圧の電圧変換動作を実行して電圧Ｖ２を生成するときには、補助回路２２０は、過渡エネルギー流を提供して、電圧Ｖ１に従って第２の電力端部Ｅ２で補助電圧ＶＡ２を生成する。同様に、電圧変換回路２１０が昇圧の電圧変換動作を実行して電圧Ｖ１を生成するときには、補助回路２２０は、やはり過渡エネルギー流を提供して、電圧Ｖ２に従って第１の電力端部Ｅ１で補助電圧ＶＡ１を生成する。なお、補助回路２２０の動作帯域幅は、電圧変換回路２１０の動作帯域幅より大きいことに留意されたい。
【００２７】
具体的には、電圧変換回路２１０および補助回路２２０が同時に降圧の電圧変換動作を実行するときには、スイッチＳＷ３の切り替え周波数は、スイッチＳＷ１の切り替え周波数より高く、補助回路２２０の動作帯域幅は、電圧変換回路２１０の動作帯域幅より大きい。一方、電圧変換回路２１０および補助回路２２０が同時に昇圧の電圧変換動作を実行するときには、スイッチＳＷ３の切り替え周波数およびスイッチＳＷ４の切り替え周波数は、スイッチＳＷ１およびＳＷ２の切り替え周波数より高く、補助回路２２０の動作帯域幅は、電圧変換回路２１０の動作帯域幅より大きい。
【００２８】
一方、リセット期間中の本発明の実施形態の電圧コンバータの動作方法を示す概略図である図２Ｂを参照されたい。降圧モードのリセット期間中には、電圧変換回路２１０のスイッチＳＷ２および補助回路２２０のスイッチＳＷ３は、常にオン状態であるが、電圧変換回路２１０のスイッチＳＷ１および補助回路２２０のスイッチＳＷ４は、常にオフ状態である。したがって、第１の電力端部Ｅ１、スイッチＳＷ３、補助インダクタＬＡ１、インダクタＬ１、スイッチＳＷ２、および基準接地端ＧＮＤを通るループＬＰ１が形成される。このループＬＰ１を通って、降圧モードのリセット期間中には、インダクタＬ１および補助インダクタＬＡ１に蓄積されたエネルギーを、第１の電力端部Ｅ１にリサイクルすることができる。
【００２９】
一方、昇圧モードのリセット期間中には、電圧変換回路２１０のスイッチＳＷ１および補助回路２２０のスイッチＳＷ３は、常にオン状態であるが、電圧変換回路２１０のスイッチＳＷ２および補助回路２２０のスイッチＳＷ４は、常にオフ状態である。したがって、補助回路２２０内にループＬＰ３が形成される。このループＬＰ３を通って、昇圧モードのリセット期間中には、補助回路２２０においてエネルギー・フライホイール動作が実行される。
【００３０】
なお、本実施形態の電圧コンバータ２００では、動作期間中に、補助回路２１０が補助電圧ＶＡ１またはＶＡ２を供給して、効率を効果的に向上させることに留意されたい。さらに、リセット期間中には、エネルギー回収を行うことによって、またはエネルギー・フライホイールによって、生成される電圧Ｖ１またはＶ２の電圧オーバシュートまたはアンダシュートの程度を効果的に低減させて、システム安定性を維持することができる。
【００３１】
図３は、本発明の別の実施形態の電圧コンバータを示す概略図である。電圧コンバータ３００は、電圧変換回路３１０、および補助回路３２０を含む。電圧変換回路３１０の回路構造は、前述の電圧変換回路２１０と同様であるので、繰り返し述べることはしない。補助回路３２０は、スイッチＳＷ３およびＳＷ４を含み、このスイッチＳＷ３およびＳＷ４は、インダクタＬ１の第１の端部と第２の電力端部Ｅ２との間に直列に接続され、制御信号ＣＴＡ１およびＣＴＡ２によってそれぞれ制御されて、オンまたはオフになる。なお、スイッチＳＷ３およびＳＷ４を構成するためにそれぞれ使用されるトランジスタＭ１およびＭ２は、バルクが互いに結合されており、かつスイッチＳＷ１と第２の電力端部Ｅ２との間に背中合わせに結合されており、トランジスタＭ１の第１の端部は、インダクタＬ１の第１の端部に結合され、トランジスタＭ１のバルク端部は、トランジスタＭ２の第１の端部に結合されたトランジスタＭ１の第２の端部に結合されていることに留意されたい。さらに、トランジスタＭ２のバルク端部は、トランジスタＭ２の第１の端部に結合され、トランジスタＭ２の第２の端部は、第２の電力端部Ｅ２に結合されている。トランジスタＭ１およびＭ２の制御端部は、制御信号ＣＴＡ１およびＣＴＡ２をそれぞれ受信する。
【００３２】
リセット期間に入るときに、スイッチＳＷ３およびＳＷ４はオンになる。スイッチＳＷ３およびＳＷ４ならびにインダクタＬ１を通るループＬＰ３が形成されて、エネルギー・フライホイール動作を実行する。ここで、ループＬＰ３のエネルギー伝送方向は、電圧コンバータ３００が昇圧モードで動作するか降圧モードで動作するかに関係する。電圧コンバータ３００が降圧モードで動作するときには、ループＬＰ３のエネルギー伝送方向は、反時計回りの方向である。それに対して、電圧コンバータ３００が昇圧モードで動作するときには、ループＬＰ３のエネルギー伝送方向は、時計回りの方向である。
【００３３】
本実施形態では、トランジスタＭ１とＭ２は背中合わせに結合されている。トランジスタＭ１およびＭ２がオンになったときに与えられる抵抗値が低下して、エネルギー・フライホイールの性能が向上する。
【００３４】
前述のエネルギー回収またはエネルギー・フライホイール機構では、電圧コンバータ３００によって生成される電圧Ｖ１またはＶ２に、オーバシュートまたはアンダシュートなどの異常な変化が生じたときに、この電圧変動をこれにより低減させることができ、迅速に定常状態に復帰することができる。
【００３５】
なお、本実施形態の電圧コンバータ３００では、リセット期間中のエネルギー・フライホイール動作によって、生成される電圧Ｖ１またはＶ２の電圧オーバシュートの程度を効果的に低減することができることに留意されたい。さらに、電圧コンバータ３００によって生成されループＬＰ３がエネルギー回収のための補助機構としてのバッテリ要素によって動作する必要がなく、電圧Ｖ１またはＶ２の変動の程度が効果的に安定している。さらに、本実施形態の補助回路３２０は、単純な回路構造しか必要としない。したがって、設計コストの面でも有利である。
【００３６】
図４は、本発明のさらに別の実施形態の電圧コンバータを示す概略図である。電圧コンバータ４００は、電圧変換回路４１０、および補助回路４２０を含む。電圧変換回路４１０は、インダクタＬ１と、スイッチＳＷ１からＳＷ３と、ダイオードＤ１とを含む。スイッチＳＷ１は、インダクタＬ１の第１の端部と第１の電力端部Ｅ１との間に結合されている。スイッチＳＷ１は、制御信号ＣＴ１を受信し、制御信号ＣＴ１に従ってオンまたはオフになる。スイッチＳＷ２は、インダクタＬ１の第１の端部と基準接地端ＧＮＤとの間に結合されて、制御信号ＣＴ２を受信して、制御信号ＣＴ２に従ってオンまたはオフになる。ダイオードＤ１は、インダクタＬ１の第２の端部と基準接地端ＧＮＤとの間に結合されており、ダイオードＤ１のアノードは、基準接地端ＧＮＤに結合され、ダイオードＤ１のカソードは、インダクタＬ１の第２の端部に結合されている。さらに、スイッチＳＷ３は、インダクタＬ１の第２の端部と第２の電力端部Ｅ２との間に結合されている。スイッチＳＷ３も、制御信号ＣＴ３を受信して、制御信号ＣＴ３に従ってオンまたはオフになる。
【００３７】
本実施形態では、コンデンサＣ１が、第１の電力端部Ｅ１と基準接地端ＧＮＤとの間に結合され、コンデンサＣ２が、第２の電力端部Ｅ２と基準接地端ＧＮＤとの間に結合されており、コンデンサＣ１およびＣ２を、電圧調整（エネルギー蓄積）コンデンサとして使用することができる。
【００３８】
一方、補助回路４２０は、スイッチＳＷ３およびＳＷ４と、ダイオードＤ１、Ｄ２、およびＤ３とを含む。補助回路４２０および電圧変換回路４１０は、ダイオードＤ１およびスイッチＳＷ３など、いくつかの要素を共有している。ダイオードＤ１は、インダクタＬ１の第２の端部と基準接地端ＧＮＤとの間に結合されており、ダイオードＤ１のアノードは、基準接地端ＧＮＤに結合され、ダイオードＤ１のカソードは、インダクタＬ１の第２の端部に結合されている。さらに、スイッチＳＷ３は、インダクタＬ１の第２の端部と第２の電力端部Ｅ２との間に結合されている。スイッチＳＷ３は、また、制御信号ＣＴ３を受信して、制御信号ＣＴ３に従ってオンまたはオフになる。ダイオードＤ２は、第１の電力端部Ｅ１とインダクタＬ１の第２の端部との間に結合されている。ダイオードＤ３は、第２の電力端部Ｅ２とスイッチＳＷ４との間に結合されている。スイッチＳＷ４は、さらに、インダクタＬ１の第１の端部に結合されて、制御信号ＣＴ４を受信し、制御信号ＣＴ４によって制御されてオンまたはオフになる。ダイオードＤ２のアノードは、インダクタＬ１の第２の端部に結合され、ダイオードＤ２のカソードは、第１の電力端部Ｅ１に結合されている。ダイオードＤ３のアノードは、インダクタＬ１の第１の端部に結合されている。ダイオードＤ３のカソードは、第２の電力端部Ｅ２に結合されている。
【００３９】
電圧コンバータ４００の動作方法に関しては、図５Ａから図５Ｄを参照されたい。図５Ａから図５Ｄは、それぞれ、電圧コンバータの複数の動作方法を示す等価回路図である。図５Ａでは、電圧コンバータ４００は、降圧モードの動作期間中に動作する。この動作期間中には、スイッチＳＷ１およびＳＷ２は、相互作用的にオンおよびオフにされ、第１の電力端部Ｅ１の電圧Ｖ１に従った降圧の電圧変換動作によって、第２の電力端部Ｅ２で電圧Ｖ２が生成される。
【００４０】
一方、補助回路４２０では、スイッチＳＷ３は、常にオン状態であり、スイッチＳＷ４は、常にオフ状態である。
【００４１】
図５Ｂでは、電圧コンバータ４００は、昇圧モードのリセット期間中に動作する。リセット期間中には、電圧変換回路４１０において、スイッチＳＷ１は、常にオフ状態であり、スイッチＳＷ２は、常にオン状態である。電圧変換回路４１０の電圧変換動作は停止されている。さらに、補助回路４２０において、スイッチＳＷ３は、常にオフ状態であり、スイッチＳＷ４は、オフ状態である。この状態で、基準接地端ＧＮＤ、スイッチＳＷ２、インダクタＬ１、ダイオードＤ２、および第１の電力端部Ｅ１を通るループＬＰ１が形成される。したがって、インダクタＬ１の電気エネルギーを、ループＬＰ１を通して第１の電力端部Ｅ１に回収することができる。
【００４２】
図５Ｃでは、電圧コンバータ４００は、昇圧モードの動作期間中に動作する。この動作期間中には、電圧変換回路４１０において、スイッチＳＷ１およびＳＷ２は、相互作用的にオンおよびオフにされ、第２の電力端部Ｅ２の電圧Ｖ２に従った昇圧の電圧変換動作によって、第１の電力端部Ｅ１で電圧Ｖ１が生成される。ここで、スイッチＳＷ１とＳＷ２のオン状態またはオフ状態は、相補的である。
【００４３】
一方、補助回路４２０では、スイッチＳＷ３は、常にオン状態であり、スイッチＳＷ４は、常にオフ状態である。
【００４４】
図５Ｄでは、電圧コンバータ４００は、昇圧モードのリセット期間中に動作する。リセット期間中には、電圧変換回路４１０において、スイッチＳＷ１およびＳＷ２は、常にオフ状態である。このとき、電圧変換回路４１０の電圧変換動作は、停止される。さらに、補助回路４２０において、スイッチＳＷ３は、常にオフ状態であり、スイッチＳＷ４は、常にオン状態である。この状態で、基準接地端ＧＮＤ、ダイオードＤ１、インダクタＬ１、スイッチＳＷ４、ダイオードＤ３、および第２の電力端部Ｅ２を通るループＬＰ２が形成される。したがって、インダクタＬ１の電気エネルギーを、ループＬＰ２を通して第２の電力端部Ｅ２に回収することができる。
【００４５】
なお、前述の実施形態では、スイッチＳＷ１からＳＷ４は、トランジスタ、あるいはその他の任意の種類の半導体素子または構成要素で構成することができることにも留意されたい。本発明のダイオードＤ１からＤ３は、これらに限定されるわけではないが、ダイオード構成、Ｐ−Ｎ接合ダイオード、または当業者には既知のその他の任意の形態で結合されたトランジスタで構成することができる。
【００４６】
制御信号ＣＴ１からＣＴ４は、制御信号回路（図示せず）によって生成することができる。本発明の制御信号生成器は、これに限定されるわけではないが、従来の電圧コンバータ技術分野によるパルス幅変調（ＰＷＭ）信号生成器で構成することができる。
【００４７】
一方、単純な制御機構によって、本実施形態の電圧コンバータ４００は、エネルギー回収動作を効果的に実行し、電圧Ｖ１およびＶ２の安定性を効果的に向上させ、システム効率を維持することができる。
【００４８】
図６は、本発明の実施形態の電圧コンバータを示す概略図である。交流電源装置６００は、発電機６１０、および電圧コンバータ６２０を含む。電圧コンバータ６２０は、第１の電力端部Ｅ１、および第２の電力端部Ｅ２を有する。発電機６１０は、第１の電力端部Ｅ１または第２の電力端部Ｅ２に結合されている。発電機６１０は、電圧Ｖ１または電圧Ｖ２を生成し、生成した電圧Ｖ１を第１の電力端部Ｅ１に伝送する、または生成した電圧Ｖ２を第２の電力端部Ｅ２に伝送する。電圧コンバータ６２０が、第１の電力端部Ｅ１を介して比較的高い電圧値を有する電圧Ｖ１を受け取ったときには、電圧コンバータ６２０は、電圧Ｖ１に従って降圧の電圧変換動作を実行し、比較的低い電圧値を有する電圧Ｖ２を生成する。これに対して、電圧コンバータ６２０が、第２の電力端部Ｅ２を介して比較的低い電圧値を有する電圧Ｖ２を受け取ったときには、電圧コンバータ６２０は、電圧Ｖ２に従って昇圧の電圧変換動作を実行し、比較的高い電圧値を有する電圧Ｖ１を生成する。
【００４９】
交流電源装置６００は、電圧Ｖ１およびＶ２の異なる電圧値を提供して、駆動系において異なる電力消費を必要とする負荷を駆動するデュアル電力を生成して、電力効率を向上させる。さらに、電圧コンバータ６２０を、前述の電圧コンバータ１００、２００、３００、または４００に従って実装して、電圧Ｖ１およびＶ２で電圧変化が生じたときに、交流電源装置６００によって生成される出力電圧が安定するようにすることができる。さらに、リセット期間中のエネルギー回収機構またはエネルギー・フライホイールによって、電力効率が改善される。
【００５０】
図７Ａから図７Ｂは、本発明の実施形態の交流電源装置を示す概略図である。図７Ａでは、交流電源装置７１０は、発電機７１１、および電圧コンバータ７１２を含む。発電機７１１は、ロータＲＴ、およびステータＳＴを有する。電圧コンバータ７１２は、電圧変換回路７１２１、および補助回路７１２２を有する。発電機７１１は、電圧コンバータ７１２の第１の電力端部Ｅ１に結合され、電圧Ｖ１が、入力電圧として電圧コンバータ７１２に供給される。電圧コンバータ７１２は、電圧Ｖ１に従って降圧の電圧変換動作を実行し、第２の電力端部Ｅ２で電圧Ｖ２を生成する。電圧Ｖ１およびＶ２は、異なる電力効率要件を有する負荷ＬＤ１およびＬＤ２にそれぞれ供給することができる。
【００５１】
電圧コンバータ７１２は、前述の実施形態の電圧コンバータ１００、２００、３００、または４００に従って実装することができる。電圧コンバータ７１２の動作の詳細については、前述の実施形態で詳細に説明しているので、ここで繰り返すことはしない。
【００５２】
図７Ｂでは、交流電源装置７２０は、発電機７２１、および電圧コンバータ７２２を含む。発電機７２１は、ロータＲＴ、およびステータＳＴを有する。電圧コンバータ７２２は、電圧変換回路７２２１、および補助回路７２２２を有する。発電機７２１は、電圧コンバータ７２２の第２の電力端部Ｅ２に結合され、電圧Ｖ２が、入力電圧として電圧コンバータ７２２に供給される。電圧コンバータ７２２は、電圧Ｖ２に従って昇圧の電圧変換動作を実行し、第１の電力端部Ｅ１で電圧Ｖ１が生成される。電圧Ｖ１およびＶ２は、異なる効率要件を有する負荷ＬＤ１およびＬＤ２にそれぞれ供給することができる。なお、本実施形態では、発電機７２１のロータＲＴは、比較的高い電圧値を有する電圧Ｖ１を受け取って励起を行い、ロータＲＴの励起効率を改善することに留意されたい。
【００５３】
電圧コンバータ７２２は、前述の実施形態の電圧コンバータ１００、２００、３００、または４００に従って実装することができる。電圧コンバータ７２２の動作の詳細については、前述の実施形態で詳細に説明しているので、ここで繰り返すことはしない。
【００５４】
上記をまとめると、本発明の交流電源装置には、エネルギー回収機能を有する電圧コンバータが配置されている。負荷遮断が起こったときに、例えば負荷の瞬間的な変化によって生じる負荷変動（ｖｏｌｔａｇｅ  ｃｏｎｃｕｓｓｉｏｎ）を、電圧コンバータのエネルギー回収機構またはエネルギー・フライホイール機構によって効果的に制御して、交流電源装置によって生成される出力電圧の安定性が向上し、システムの効果的な動作が維持される。
【００５５】
上記の実施形態として本発明を開示したが、これらの実施形態は、本発明を限定するものではない。当業者なら、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、多少の修正および変更を加えることができる。したがって、本発明の保護範囲は、以下に添付する特許請求の範囲によって定義されるものとする。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の交流電源装置には、エネルギー回収機能を有する電圧コンバータが配置されている。すなわち、負荷が瞬間的に変化したときに、電圧コンバータのエネルギー回収機構またはエネルギー・フライホイール機構によって効果的に制御して、交流電源装置によって生成される出力電圧の安定性が向上し、システムの効果的な動作が維持される。
【符号の説明】
【００５７】
１００、２００、３００、４００  電圧コンバータ
１１０、２１０、３１０、４１０  電圧変換回路
１２０、２２０、３２０、４２０  補助回路
Ｅ１  第１の電力端部
Ｅ２  第２の電力端部
Ｖ１、Ｖ２  電圧
ＣＴ１〜ＣＴ４、ＣＴＡ１〜ＣＴＡ３  制御信号
ＳＷ１〜ＳＷ４  スイッチ
Ｍ１、Ｍ２  トランジスタ
Ｌ１  インダクタ
Ｃ１、Ｃ２  コンデンサ
ＧＮＤ  基準接地端
Ｄ１〜Ｄ３  ダイオード
ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３  ループ
ＬＡ１  補助インダクタ
ＶＡ１、ＶＡ２  補助電圧
６００、７１０、７２０  交流電源装置
６１０、７１１、７２１  発電機
６２０、７１２、７２２  電圧変換回路
ＬＤ１、ＬＤ２  負荷
ＲＴ  ロータ
ＳＴ  ステータ
【図１】
2019216577.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７Ａ】
2019216577.tif 000013
【図７Ｂ】
2019216577.tif 000014
【外国語明細書】
2019216577000001.pdf