(57)【要約】【課題】コンバータを提供する。【解決手段】出力端子に直列連結される第１のスイッチユニットと第２のスイッチユニットを含む第１のブリッジアームと、中性点端子に直列連結される２つの電圧源を含む第２のブリッジアームと、中性点端子と出力端子との間に電気的に結合されるスイッチ回路と、出力端子、中性点端子及び正入力端子又は負入力端子を電気的に結合し、またスイッチ回路における電圧をクランプするための電圧クランプ回路と、を備えるコンバータ。【選択図】図１Ａ
2015208210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力端子に電気的に直列に結合される第１のスイッチユニット及び第２のスイッチユニットを含む第１のブリッジアームと、
中性点端子に電気的に直列に結合される第１の電圧源及び第２の電圧源を含む第２のブリッジアームと、
前記中性点端子と前記出力端子との間に電気的に結合されるスイッチ回路と、
前記出力端子、前記中性点端子及び正入力端子又は負入力端子を電気的に結合し、また前記スイッチ回路における電圧をクランプするための電圧クランプ回路と、
を備えるコンバータ。
【請求項２】
前記電圧クランプ回路は、
前記スイッチ回路とが前記出力端子と前記中性点端子との間に並列に結合される充電回路と、
前記充電回路及び前記正入力端子又は負入力端子を電気的に結合する放電回路と、
を含む請求項１に記載のコンバータ。
【請求項３】
前記電圧クランプ回路は、
コンデンサー、抵抗器及び第１のダイオードを含み、
前記コンデンサーと前記第１のダイオードとがノードに電気的に直列に結合され、且つ前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、前記抵抗器が前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合される請求項１に記載のコンバータ。
【請求項４】
前記電圧クランプ回路は、前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードを更に含む請求項３に記載のコンバータ。
【請求項５】
前記第１のスイッチユニットは、逆並列に接続されたスイッチ素子と第３のダイオードを含み、
前記第２のダイオードと前記抵抗器との何れも前記ノードと前記正入力端子との間に電気的に結合される場合、前記スイッチ素子がオフになる時、前記第２のダイオード、前記コンデンサー及び前記スイッチ回路が充電回路を構成し、前記コンデンサーが前記スイッチ素子における電圧スパイクを吸収してから、前記コンデンサーが吸収された電気エネルギーを前記抵抗器によって前記第１の電圧源へ放出する請求項４に記載のコンバータ。
【請求項６】
前記第２のスイッチユニットは、逆並列に接続されたスイッチ素子と第３のダイオードを含み、
前記第２のダイオードと前記抵抗器との何れも前記ノードと前記負入力端子との間に電気的に結合される場合、前記スイッチ素子がオフになる時、前記第２のダイオード、前記コンデンサー及び前記スイッチ回路が充電回路を構成し、前記コンデンサーが前記スイッチ素子における電圧スパイクを吸収してから、前記コンデンサーが吸収された電気エネルギーを前記抵抗器によって前記第２の電圧源へ放出する請求項４に記載のコンバータ。
【請求項７】
前記電圧クランプ回路は、第１のダイオード、第２のダイオード、コンデンサー及び抵抗器を含み、
前記第１のダイオードと前記コンデンサーがノードに電気的に直列に結合され、且つ前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、前記第２のダイオードと前記抵抗器が前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列に結合される請求項１に記載のコンバータ。
【請求項８】
前記電圧クランプ回路は、コンデンサー、インダクタ及びダイオードを含み、
前記コンデンサーと前記ダイオードがノードに電気的に直列に結合され、且つ前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、前記インダクタが前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合される請求項１に記載のコンバータ。
【請求項９】
前記電圧クランプ回路は、第１のダイオード、第２のダイオード、コンデンサー及びインダクタを含み、
前記第１のダイオードと前記コンデンサーがノードに電気的に直列に結合され、且つ前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、前記第２のダイオードと前記インダクタが前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列に結合される請求項１に記載のコンバータ。
【請求項１０】
前記電圧クランプ回路は、コンデンサー及びダイオードを含み、
前記コンデンサーと前記ダイオードが前記正入力端子又は負入力端子に電気的に直列に結合され、前記コンデンサーと前記ダイオードが前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合される請求項１に記載のコンバータ。
【請求項１１】
前記電圧クランプ回路は、第１のダイオード、第２のダイオード及びコンデンサーを含み、
前記第１のダイオードと前記コンデンサーがノードに電気的に直列に結合され、前記第２のダイオードが前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合される請求項１に記載のコンバータ。
【請求項１２】
前記電圧クランプ回路は、
第１のコンデンサーと第２のコンデンサー、第１の抵抗器と第２の抵抗器及び第１のダイオードと第２のダイオードを含み、
前記第１のコンデンサーと前記第１のダイオードが第１のノードに電気的に直列に結合され、且つ前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、前記第１の抵抗器が前記第１のノードと前記正入力端子との間に電気的に結合され、
前記第２のコンデンサーと前記第２のダイオードが第２のノードに電気的に直列に結合され、且つ前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、前記第２の抵抗器が前記第２のノードと前記負入力端子との間に電気的に結合される請求項１に記載のコンバータ。
【請求項１３】
前記電圧クランプ回路は、第３のダイオード及び第４のダイオードを更に含み、
前記第３のダイオードが前記第１のノードと前記正入力端子との間に電気的に結合され、前記第４のダイオードが前記第２のノードと前記負入力端子との間に電気的に結合される請求項１２に記載のコンバータ。
【請求項１４】
前記電圧クランプ回路は、第１のコンデンサーと第２のコンデンサー、第１のインダクタと第２のインダクタ及び第１のダイオードと第２のダイオードを含み、
前記第１のコンデンサーと前記第１のダイオードが第１のノードに電気的に直列に結合され、且つ前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、前記第１のインダクタが前記第１のノードと前記正入力端子との間に電気的に結合され、
前記第２のコンデンサーと前記第２のダイオードが第２のノードに電気的に直列に結合され、且つ前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、前記第２のインダクタが前記第２のノードと前記負入力端子との間に電気的に結合される請求項１に記載のコンバータ。
【請求項１５】
前記電圧クランプ回路は、第１のコンデンサー、第２のコンデンサー、第１のダイオード及び第２のダイオードを含み、
前記第１のコンデンサーと前記第１のダイオードが前記正入力端子に電気的に直列に結合され、前記第１のコンデンサーと前記第１のダイオードが前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、
前記第２のコンデンサーと前記第２のダイオードが前記負入力端子に電気的に直列に結合され、前記第２のコンデンサーと前記第２のダイオードが前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合される請求項１に記載のコンバータ。
【請求項１６】
前記電圧クランプ回路は、第１のコンデンサーと第２のコンデンサー、第１の抵抗器と第２の抵抗器及び第１のダイオード、第２のダイオードと第３のダイオードを含み、
前記第１のコンデンサーと前記第１のダイオードが第１のノードに電気的に直列に結合され、且つ前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、前記第１の抵抗器が前記第１のノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合され、
前記第２のコンデンサーと前記第２のダイオードが第２のノードに電気的に直列に結合され、且つ前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、前記第２の抵抗器と前記第３のダイオードが前記第２のノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列に結合される請求項１に記載のコンバータ。
【請求項１７】
前記電圧クランプ回路は、第１のコンデンサーと第２のコンデンサー、第１のインダクタと第２のインダクタ及び第１のダイオード、第２のダイオードと第３のダイオードを含み、
前記第１のコンデンサーと前記第１のダイオードが第１のノードに電気的に直列に結合され、且つ前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、前記第１のインダクタが前記第１のノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合され、
前記第２のコンデンサーと前記第２のダイオードが第２のノードに電気的に直列に結合され、且つ前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、前記第２のインダクタと前記第３のダイオードが前記第２のノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列に結合される請求項１に記載のコンバータ。
【請求項１８】
前記電圧クランプ回路は、第１のコンデンサーと第２のコンデンサー、及び第１のダイオード、第２のダイオードと第３のダイオードを含み、
前記第１のコンデンサーと前記第１のダイオードが前記正入力端子又は負入力端子に電気的に直列に結合され、前記第１のコンデンサーと前記第１のダイオードが前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、
前記第２のコンデンサーと前記第２のダイオードがノードに電気的に直列に結合され、且つ前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、前記第３のダイオードが前記正入力端子又は負入力端子に電気的に結合される請求項１に記載のコンバータ。
【請求項１９】
前記電圧クランプ回路は、第１のコンデンサーと第２のコンデンサー、抵抗器及び第１のダイオード、第２のダイオードと第３のダイオードを含み、
前記第１のコンデンサーと前記第１のダイオードがノードに電気的に直列に結合され、且つ前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、前記第２のコンデンサーと前記第２のダイオードが前記ノードに電気的に直列に結合され、且つ前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、前記抵抗器と前記第３のダイオードが前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列に結合される請求項１に記載のコンバータ。
【請求項２０】
前記電圧クランプ回路は、第１のコンデンサーと第２のコンデンサー、インダクタ及び第１のダイオード、第２のダイオードと第３のダイオードを含み、
前記第１のコンデンサーと前記第１のダイオードがノードに電気的に直列に結合され、且つ前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、前記第２のコンデンサーと前記第２のダイオードが前記ノードに電気的に直列に結合され、且つ前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、前記インダクタと前記第３のダイオードが前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列に結合される請求項１に記載のコンバータ。
【請求項２１】
前記電圧クランプ回路は、第１のコンデンサーと第２のコンデンサー及び第１のダイオード、第２のダイオードと第３のダイオードを含み、
前記第１のコンデンサーと前記第１のダイオードがノードに電気的に直列に結合され、且つ前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、前記第２のコンデンサーと前記第２のダイオードが前記ノードに電気的に直列に結合され、且つ前記出力端子と前記中性点端子との間に電気的に直列に結合され、前記第３のダイオードが前記ノードと前記正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合される請求項１に記載のコンバータ。
【請求項２２】
前記スイッチ回路は、前記出力端子と前記中性点端子との間に逆直列又は逆並列に電気的に結合される２つのスイッチユニットを含む請求項１から２１のいずれか１項に記載のコンバータ。
【請求項２３】
前記２つのスイッチユニットは、逆直列に電気的に結合され、それぞれ、互いに逆並列に結合されるスイッチ素子及びダイオードを含む請求項２２に記載のコンバータ。
【請求項２４】
前記スイッチ素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ又は金属酸化物半導体電界効果トランジスタである請求項２３に記載のコンバータ。
【請求項２５】
前記２つのスイッチユニットは、逆直列に電気的に結合され、それぞれ、互いに電気的に直列又は並列にされる複数のスイッチ素子を含む請求項２２に記載のコンバータ。
【請求項２６】
前記２つのスイッチユニットは、逆並列に電気的に結合され、それぞれ、互いに電気的に直列に結合されるスイッチ素子及びダイオードを含む請求項２２に記載のコンバータ。
【請求項２７】
前記スイッチ素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ又は金属酸化物半導体電界効果トランジスタである請求項２６に記載のコンバータ。
【請求項２８】
出力端子に電気的に直列に結合される第１のスイッチユニット及び第２のスイッチユニットを含む第１のブリッジアームと、
中性点端子に電気的に直列に結合される第１の電圧源及び第２の電圧源を含む第２のブリッジアームと、
前記中性点端子と前記出力端子との間に電気的に結合されるスイッチ回路と、
前記スイッチ回路における電圧をクランプするための電圧クランプ回路と、を備え、
前記電圧クランプ回路は、前記スイッチ回路とが前記出力端子と前記中性点端子との間に並列に結合され、前記スイッチ回路における電圧によって充電操作を行うための充電回路と、前記充電回路を電気的に結合し、前記充電回路の操作によって操作電圧を正入力端子又は負入力端子、前記出力端子或いは駆動回路に出力するための能動回路と、を含み、また、前記駆動回路が前記第１のスイッチユニット、前記第２のスイッチユニット又は前記スイッチ回路を駆動することに用いられるコンバータ。
【請求項２９】
前記充電回路は、前記中性点端子と前記出力端子との間に電気的に直列に結合されるダイオード及びコンデンサーを含み、前記能動回路は、入力端子が前記コンデンサーの両端を電気的に結合し、出力端子が前記正入力端子又は負入力端子を電気的に結合するＤＣ−ＤＣコンバータを含む請求項２８に記載のコンバータ。
【請求項３０】
前記充電回路は、前記中性点端子と前記出力端子との間に電気的に直列に結合されるコンデンサー及びダイオードを含み、前記能動回路は、入力端子が前記コンデンサーの両端を電気的に結合し、出力端子が前記駆動回路を電気的に結合するＤＣ−ＤＣコンバータを含む請求項２８に記載のコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンバータに関し、特にコンバータにおける電圧クランプ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的には、マルチレベル出力を有するコンバータは、例えば、ソーラー・インバーター（ｓｏｌａｒ  ｉｎｖｅｒｔｅｒ）、無停電電源システム（ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ  ｐｏｗｅｒ  ｓｕｐｐｌｙ  ｓｙｓｔｅｍ；ＵＰＳ）、電力変換システム（ｐｏｗｅｒ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ；ＰＣＳ）等の関連分野に広く応用されている。
【０００３】
上記コンバータには、通常、スイッチなどの素子を含み、電流転流（ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ）経路に位置するスイッチが電流転流の動作を行うようにスイッチングする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電流経路には、通常、寄生インダクタンスが存在するため、前記スイッチが切り換わる瞬間に、寄生インダクタンスの存在により前記スイッチが高圧を受けることがあり、更に、前記スイッチがオフになる時、電圧スパイク（ｖｏｌｔａｇｅ  ｓｐｉｋｅ）が発生して前記スイッチに影響を与える。例として、コンバータの入力電圧が３８０Ｖである場合、前記スイッチがオフになる瞬間に、電圧スパイクは、スイッチに耐える定格電圧よりもはかるに高い６００Ｖとなる可能性がある。このように、スイッチが壊れて、更にコンバータが正常に動作できなくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、コンバータ及びその電圧クランプ回路に関し、これによって、電圧スパイクによるスイッチ損害が発生し、更にコンバータが正常に動作できない問題が解決される。
【０００６】
本発明の一態様は、第１のブリッジアームと、第２のブリッジアームと、スイッチ回路と、電圧クランプ回路と、を備えるコンバータに関する。第１のブリッジアームは、出力端子に電気的に直列に結合される第１のスイッチユニット及び第２のスイッチユニットを含む。第２のブリッジアームは、中性点端子に電気的に直列に結合される第１の電圧源及び第２の電圧源を含む。スイッチ回路は、中性点端子と出力端子との間に電気的に結合される。電圧クランプ回路は、出力端子、中性点端子及び正入力端子又は負入力端子を電気的に結合し、また、スイッチ回路における電圧をクランプすることに用いられる。
【０００７】
本発明の実施例において、電圧クランプ回路は、充電回路と、放電回路と、を含む。充電回路とスイッチ回路は、出力端子と中性点端子との間に並列に結合される。放電回路は、充電回路及び正入力端子又は負入力端子を電気的に結合する。
【０００８】
本発明の実施例において、電圧クランプ回路は、コンデンサーと、抵抗器と、ダイオードと、を含む。コンデンサーとダイオードは、ノードに電気的に直列に結合され、また出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。抵抗器は、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合される。
【０００９】
本発明の実施例において、電圧クランプ回路は、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合される第２のダイオードを更に含む。
【００１０】
本発明の実施例において、第１のスイッチユニットは、逆並列に接続されたスイッチ素子と第３のダイオードを含む。第２のダイオードと抵抗器との何れもノードと正入力端子との間に電気的に結合される場合、スイッチ素子がオフになる時、第２のダイオード、コンデンサー及びスイッチ回路が充電回路を構成し、コンデンサーは、スイッチ素子における電圧スパイクを吸収してから、吸収された電気エネルギーを抵抗器によって第１の電圧源へ放出する。
【００１１】
本発明の実施例において、第２のスイッチユニットは、逆並列に接続されたスイッチ素子と第３のダイオードを含む。第２のダイオードと抵抗器との何れもノードと負入力端子との間に電気的に結合される場合、スイッチ素子がオフになる時、第２のダイオード、コンデンサー及びスイッチ回路が充電回路を構成し、コンデンサーは、スイッチ素子における電圧スパイクを吸収してから、吸収された電気エネルギーを抵抗器によって第２の電圧源へ放出する。
【００１２】
本発明の実施例において、電圧クランプ回路は、第１のダイオード、第２のダイオード、コンデンサー及び抵抗器を含む。第１のダイオードとコンデンサーは、ノードに電気的に直列に結合され、且つ出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。第２のダイオードと抵抗器は、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列に結合される。
【００１３】
本発明の実施例において、電圧クランプ回路は、コンデンサー、インダクタ及びダイオードを含む。コンデンサーとダイオードは、ノードに電気的に直列に結合され、且つ出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。インダクタは、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合される。
【００１４】
本発明の実施例において、電圧クランプ回路は、第１のダイオード、第２のダイオード、コンデンサー及びインダクタを含む。第１のダイオードとコンデンサーは、ノードに電気的に直列に結合され、且つ出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。第２のダイオードとインダクタは、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列に結合される。
【００１５】
本発明の実施例において、電圧クランプ回路は、コンデンサー及びダイオードを含む。コンデンサーとダイオードは、正入力端子又は負入力端子に電気的に直列に結合される。コンデンサーとダイオードは、出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。
【００１６】
本発明の実施例において、電圧クランプ回路は、第１のダイオード、第２のダイオード及びコンデンサーを含む。第１のダイオードとコンデンサーは、ノードに電気的に直列に結合される。第２のダイオードは、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合される。
【００１７】
本発明の実施例において、電圧クランプ回路は、第１のコンデンサーと第２のコンデンサー、第１の抵抗器と第２の抵抗器及び第１のダイオードと第２のダイオードを含む。第１のコンデンサーと第１のダイオードは、第１のノードに電気的に直列に結合され、且つ出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。第１の抵抗器は、第１のノードと正入力端子との間に電気的に結合される。第２のコンデンサーと第２のダイオードは、第２のノードに電気的に直列に結合され、且つ出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。第２の抵抗器は、第２のノードと負入力端子との間に電気的に結合される。
【００１８】
本発明の実施例において、電圧クランプ回路は、第３のダイオード及び第４のダイオードを更に含む。第３のダイオードは、第１のノードと正入力端子との間に電気的に結合され、第４のダイオードは、第２のノードと負入力端子との間に電気的に結合される。
【００１９】
本発明の実施例において、電圧クランプ回路は、第１のコンデンサーと第２のコンデンサー、第１のインダクタと第２のインダクタ及び第１のダイオードと第２のダイオードを含む。第１のコンデンサーと前記第１のダイオードは、第１のノードに電気的に直列に結合され、且つ出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。第１のインダクタは、第１のノードと正入力端子との間に電気的に結合される。第２のコンデンサーと第２のダイオードは、第２のノードに電気的に直列に結合され、且つ出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。前記第２のインダクタは、第２のノードと負入力端子との間に電気的に結合される。
【００２０】
本発明の実施例において、電圧クランプ回路は、第１のコンデンサー、第２のコンデンサー、第１のダイオード及び第２のダイオードを含む。第１のコンデンサーと前記第１のダイオードは、正入力端子に電気的に直列に結合され、第１のコンデンサーと第１のダイオードは、出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。第２のコンデンサーと第２のダイオードは、負入力端子に電気的に直列に結合される。第２のコンデンサーと第２のダイオードは、出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。
【００２１】
本発明の実施例において、電圧クランプ回路は、第１のコンデンサーと第２のコンデンサー、第１の抵抗器と第２の抵抗器及び第１のダイオード、第２のダイオードと第３のダイオードを含む。第１のコンデンサーと第１のダイオードは、第１のノードに電気的に直列に結合され、且つ出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。第１の抵抗器は、第１のノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合される。第２のコンデンサーと第２のダイオードは、第２のノードに電気的に直列に結合され、且つ出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。第２の抵抗器と第３のダイオードは、第２のノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列に結合される。
【００２２】
本発明の実施例において、電圧クランプ回路は、第１のコンデンサーと第２のコンデンサー、第１のインダクタと第２のインダクタ及び第１のダイオード、第２のダイオードと第３のダイオードを含む。第１のコンデンサーと第１のダイオードは、第１のノードに電気的に直列に結合され、且つ出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。第１のインダクタは、第１のノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合される。第２のコンデンサーと第２のダイオードは、第２のノードに電気的に直列に結合され、且つ出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。第２のインダクタと第３のダイオードは、第２のノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列に結合される。
【００２３】
本発明の実施例において、電圧クランプ回路は、第１のコンデンサーと第２のコンデンサー、及び第１のダイオード、第２のダイオードと第３のダイオードを含む。第１のコンデンサーと前記第１のダイオードは、正入力端子又は負入力端子に電気的に直列に結合される。第１のコンデンサーと第１のダイオードは、出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。第２のコンデンサーと第２のダイオードは、ノードに電気的に直列に結合され、且つ出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。第３のダイオードは、正入力端子又は負入力端子に電気的に結合される。
【００２４】
本発明の実施例において、電圧クランプ回路は、第１のコンデンサーと第２のコンデンサー、抵抗器及び第１のダイオード、第２のダイオードと第３のダイオードを含む。第１のコンデンサーと第１のダイオードは、ノードに電気的に直列に結合され、且つ出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。第２のコンデンサーと第２のダイオードは、ノードに電気的に直列に結合され、且つ出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。抵抗器と第３のダイオードは、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列に結合される。
【００２５】
本発明の実施例において、電圧クランプ回路は、第１のコンデンサーと第２のコンデンサー、インダクタ及び第１のダイオード、第２のダイオードと第３のダイオードを含む。第１のコンデンサーと第１のダイオードは、ノードに電気的に直列に結合され、且つ出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。第２のコンデンサーと第２のダイオードは、ノードに電気的に直列に結合され、且つ出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。インダクタと第３のダイオードは、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に直列に結合される。
【００２６】
本発明の実施例において、電圧クランプ回路は、第１のコンデンサーと第２のコンデンサー及び第１のダイオード、第２のダイオードと第３のダイオードを含む。第１のコンデンサーと第１のダイオードは、ノードに電気的に直列に結合され、且つ出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。第２のコンデンサーと第２のダイオードは、ノードに電気的に直列に結合され、且つ出力端子と中性点端子との間に電気的に直列に結合される。第３のダイオードは、ノードと正入力端子又は負入力端子との間に電気的に結合される。
【００２７】
本発明の実施例において、スイッチ回路は、逆直列又は逆並列に出力端子と中性点端子との間に電気的に結合される２つのスイッチユニットを含む。
【００２８】
本発明の実施例において、２つのスイッチユニットは、逆直列に電気的に結合され、それぞれ、互いに逆並列に結合されるスイッチ素子及びダイオードを含む。
【００２９】
本発明の実施例において、スイッチ素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ又は金属酸化物半導体電界効果トランジスタである。
【００３０】
本発明の実施例において、２つのスイッチユニットは、逆直列に電気的に結合され、それぞれ、互いに電気的に直列又は並列にされる複数のスイッチ素子を含む。
【００３１】
本発明の実施例において、２つのスイッチユニットは、逆並列に電気的に結合され、それぞれ、互いに電気的に直列に結合されるスイッチ素子及びダイオードを含む。
【００３２】
本発明の実施例において、スイッチ素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ又は金属酸化物半導体電界効果トランジスタである。
【００３３】
本発明の別の態様は、第１のブリッジアーム、第２のブリッジアーム、スイッチ回路及び電圧クランプ回路を備えるコンバータに関する。第１のブリッジアームは、出力端子に電気的に直列に結合される第１のスイッチユニット及び第２のスイッチユニットを含む。第２のブリッジアームは、中性点端子に電気的に直列に結合される第１の電圧源及び第２の電圧源を含む。スイッチ回路は、中性点端子と出力端子との間に電気的に結合される。電圧クランプ回路は、スイッチ回路における電圧をクランプすることに用いられ、充電回路及び能動回路を含む。充電回路とスイッチ回路は、出力端子と中性点端子との間に並列に結合され、スイッチ回路における電圧による充電操作に用いられる。能動回路は、充電回路を電気的に結合し、充電回路の操作によって操作電圧を正入力端子又は負入力端子、出力端子或いは駆動回路に出力することに用いられ、駆動回路が第１のスイッチユニット、第２のスイッチユニット又はスイッチ回路の駆動に用いられる。
【００３４】
本発明の実施例において、充電回路は、中性点端子と出力端子との間に電気的に直列に結合されるダイオード及びコンデンサーを含み、能動回路は、入力端子がコンデンサーの両端を電気的に結合し、出力端子が正入力端子又は負入力端子を電気的に結合するＤＣ−ＤＣコンバータを含む。
【００３５】
本発明の実施例において、充電回路は、中性点端子と出力端子との間に電気的に直列に結合されるコンデンサー及びダイオードを含み、能動回路は、入力端子がコンデンサーの両端を電気的に結合し、出力端子が駆動回路を電気的に結合するＤＣ−ＤＣコンバータを含む。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の技術的内容によると、前記実施例を適用すれば、電圧スパイクが効率的に抑制され、且つ電圧スパイクからの影響を受けたいかなるのスイッチ回路構造の何れも上記電圧クランプ回路によって保護されることができ、このように、上記電圧クランプ回路が柔軟に異なるスイッチ回路構造に適用され、更に回路の信頼性を向上することができる。
【００３７】
本発明の説明は、読者に本開示内容を基本的に理解させるように、本開示内容の簡略化された概要を提供する。この発明の内容は、本開示内容の完全な記述ではなく、また本発明実施例の重要な（又は肝心な）素子を指摘し、又は本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ】本発明の第１の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図１Ｂ】本発明の第２の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図２Ａ】本発明の第３の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図２Ｂ】本発明の第４の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図３Ａ】本発明の実施例による図２Ｂに示すコンバータを示す操作模式図である。
【図３Ｂ】本発明の実施例による図２Ｂに示すコンバータを示す操作模式図である。
【図３Ｃ】従来技術に電圧クランプ操作がない場合のスイッチと相応する電圧変化模式図である。
【図３Ｄ】本発明の実施例による図２Ｂに示すコンバータにおける電圧変化模式図である。
【図４Ａ】本発明の第５の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図４Ｂ】本発明の実施例による図４Ａに示すコンバータを示す操作模式図である。
【図４Ｃ】本発明の実施例による図４Ａに示すコンバータを示す操作模式図である。
【図５Ａ】本発明の第６の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図５Ｂ】本発明の実施例による図５Ａに示すコンバータを示す操作模式図である。
【図５Ｃ】本発明の実施例による図５Ａに示すコンバータを示す操作模式図である。
【図６Ａ】本発明の第７の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図６Ｂ】本発明の実施例による図６Ａに示すコンバータを示す操作模式図である。
【図６Ｃ】本発明の実施例による図６Ａに示すコンバータを示す操作模式図である。
【図７】本発明の第８の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図８】本発明の第９の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図９Ａ】本発明の第１０の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図９Ｂ】本発明の実施例による図９Ａに示すコンバータを示す操作模式図である。
【図９Ｃ】本発明の実施例による図９Ａに示すコンバータを示す操作模式図である。
【図９Ｄ】本発明の実施例による図９Ａに示すコンバータにおける電圧変化模式図である。
【図１０Ａ】本発明の第１１の実施例によるコンバータ及びその操作を示す模式図である。
【図１０Ｂ】本発明の第１１の実施例によるコンバータ及びその操作を示す模式図である。
【図１１Ａ】本発明の第１２の実施例によるコンバータ及びその操作を示す模式図である。
【図１１Ｂ】本発明の第１２の実施例によるコンバータ及びその操作を示す模式図である。
【図１２Ａ】本発明の第１３の実施例によるコンバータ及びその操作を示す模式図である。
【図１２Ｂ】本発明の第１３の実施例によるコンバータ及びその操作を示す模式図である。
【図１３】本発明の第１４の実施例によるコンバータ及びその操作を示す模式図である。
【図１４Ａ】本発明の第１５の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図１４Ｂ】本発明の第１６の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図１４Ｃ】本発明の第１７の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図１４Ｄ】本発明の第１８の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図１５Ａ】本発明の第１９の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図１５Ｂ】本発明の第２０の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図１５Ｃ】本発明の第２１の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図１５Ｄ】本発明の第２２の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図１６Ａ】本発明の第２３の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図１６Ｂ】本発明の第２４の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図１６Ｃ】本発明の実施例による図１６Ｂに示すコンバータを示す操作模式図である。
【図１６Ｄ】本発明の第２５の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図１６Ｅ】本発明の第２６の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図１７】本発明の第２７の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図１８】本発明の第２８の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図１９】本発明の第２９の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図２０Ａ】本発明の第３０の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図２０Ｂ】本発明の第３１の実施例によるコンバータを示す模式図である。
【図２１Ａ】本発明の実施例によるコンバータを示す基本的なトポロジ図である。
【図２１Ｂ】本発明の実施例による別のコンバータを示す基本的なトポロジ図である。
【図２２Ａ】本発明の実施例によるさらに他のコンバータを示す基本的なトポロジ図である。
【図２２Ｂ】本発明の実施例によるさらに１つのコンバータを示す基本的なトポロジ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
下記は、図面を参照して実施例を挙げて詳しく説明するが、提供された実施例は、本発明に含まれる範囲を限定するものではなく、構造や動作についての記述は、その実行の手順を限定するためのものではなく、素子から新たに組み合わせられた構造、それにより生じる等価な効果を持つ装置であれば、いずれも本発明の範囲に含まれる。なお、図面は説明のみを目的とし、原寸で図面を作るものではない。理解しやすくするために、下記説明において、同一の素子に同一の符号を付けて説明する。
【００４０】
全体の明細書と特許請求範囲に用いられる用語（ｔｅｒｍｓ）は、特に明記される以外、通常、用語ごとにこの分野、この開示の内容と特殊内容に使用される一般的な意味を持つ。当業者に本開示に関する記述における規定外の案内を提供するように、本開示を記述するためのある用語について、以下又はこの明細書の別所で検討する。
【００４１】
本文に使用される「約」、「大体」又は「おおよそ」とは、一般的に、数値の誤差又は範囲が２０％以内であり、好ましくは１０％以内であり、より好ましくは５％以内である。文中、明確に説明しない限り、言及された数値を、全て、例えば「約」、「大体」又は「おおよそ」に表す誤差、範囲又は他のもののような近似値と見なす。
【００４２】
本文に使用される「第１の」、「第２の」等については、順序又は順位を特定する意味ではなく、本発明を限定するためのものでもなく、同一の技術用語で記述される素子又は操作を区別するためのものだけである。
【００４３】
次に、本文に使用される「含む」、「備える」、「有する」、「含有」等は、何れも非限定的な用語であり、つまり、含むがそれに限定されないことを指す。
【００４４】
また、本文に使用される「結合」又は「接続」とは、２つ又は複数の素子が互いに直接的に実体又は電気的に接触し、又は互いに間接的に実体又は電気的に接触してもよく、２つ又は複数の素子が互いに操作し又は動作してもよい。
【００４５】
図１Ａは、本発明の第１の実施例によるコンバータを示す模式図である。図１Ａに示すように、コンバータ１００ａは、第１のブリッジアーム１１０、第２のブリッジアーム１２０、スイッチ回路１３０及び電圧クランプ（ｃｌａｍｐ）回路１４０ａを含む。
【００４６】
第１のブリッジアーム１１０は、出力端子ＡＣに電気的に直列連結され、また正入力端子Ｐと負入力端子Ｎとの間に電気的に直列に結合されるスイッチユニット１１２、スイッチユニット１１４を含む。第２のブリッジアーム１２０は、中性点（ｎｅｕｔｒａｌ  ｐｏｉｎｔ）端子Ｏに電気的に直列連結され、正入力端子Ｐと負入力端子Ｎとの間に電気的に直列に結合される電圧源１２２、電圧源１２４を含む。次に、スイッチ回路１３０は、中性点端子Ｏと出力端子ＡＣとの間に電気的に結合される。一実施例において、中性点端子Ｏは、接地端子に電気的に結合される。
【００４７】
それ以外、電圧クランプ回路１４０ａは、出力端子ＡＣ、中性点端子Ｏ及び正入力端子Ｐを電気的に結合し、スイッチ回路１３０における電圧をクランプすることに用いられる。一実施例において、電圧クランプ回路１４０ａは、中性点端子Ｏに電気的に結合される端点Ａ、出力端子ＡＣを電気的に結合する端点Ｂ、正入力端子Ｐに電気的に結合される端点Ｃを含んでもよい。
【００４８】
説明すべきなのは、ある実施例において、本文で「電圧クランプ回路」と呼ばれたものは、単独で充放電回路としてスイッチ回路１３０における電圧をクランプしてもよい。他の実施例において、本文に言われる「電圧クランプ回路」の内部に充放電回路が配置してあり、スイッチ回路１３０がオフになる場合、充放電回路は、スイッチ回路１３０における電圧によって相応の充電と放電を行うことに用いられる。言い換えれば、下記の実施例における電圧クランプ回路に関する説明は、併せて上記に言及された充放電回路を指してもよい。
【００４９】
図１Ｂは、本発明の第２の実施例によるコンバータを示す模式図である。図１Ａに示す実施例に比べて、図１Ｂのコンバータ１００ｂにおいて、電圧クランプ回路１４０ｂは、出力端子ＡＣ、中性点端子Ｏ及び負入力端子Ｎを電気的に結合し、スイッチ回路１３０における電圧をクランプすることに用いられる。実際には、前記コンバータ１００ａ、１００ｂは、Ｔ型中性点クランプ（Ｔ−ｔｙｐｅ  ｎｅｕｔｒａｌ−ｐｏｉｎｔ−ｃｌａｍｐｅｄ、ＴＮＰＣ）コンバータであってもよい。
【００５０】
同様に、一実施例において、電圧クランプ回路１４０ｂは、中性点端子Ｏに電気的に結合される端点Ａと、出力端子ＡＣを電気的に結合する端点Ｂと、負入力端子Ｎに電気的に結合される端点Ｃとを含んでもよい。
【００５１】
実際には、前記端点Ａ、端点Ｂとスイッチ回路１３０との距離が近ければ近いほどよく、また正入力端子Ｐ又は負入力端子Ｎに結合される端点Ｃが放電端点とみなされてもよい。
【００５２】
ある実施例において、スイッチユニット１１２は、互いに逆並列に結合されるスイッチ素子Ｓ１及びダイオードＤ１を含み、スイッチユニット１１４は、互いに逆並列に結合されるスイッチ素子Ｓ２及びダイオードＤ２を含む。実際には、前記スイッチ素子Ｓ１、Ｓ２は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＩＧＢＴ）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＭＯＳＦＥＴ）、他の種類のトランジスタ又はそれらの組合せであってもよい。前記電圧源１２２、電圧源１２４は、コンデンサー、電池…などの素子によって実現してもよい。
【００５３】
操作上、スイッチ回路１３０がオンになる時、出力端子ＡＣの電圧が中性点端子Ｏの電圧（例えば：接地電圧）まで低下し、スイッチ回路１３０がオフになる時、オフになる瞬間にスイッチ回路１３０と相応する電圧スパイク（ｖｏｌｔａｇｅ  ｓｐｉｋｅ）が生じ、この時、前記電圧クランプ回路１４０ａ又は１４０ｂがスイッチ回路１３０における電圧をクランプし、電圧スパイクによるスイッチ回路１３０への影響を避ける。
【００５４】
図２Ａは、本発明の第３の実施例によるコンバータを示す模式図である。図１Ａに示す実施例に比べて、図２Ａに示す電圧クランプ回路２４０は、コンデンサーＣ１、抵抗器ｒ１及びダイオードｄ１を含む。コンデンサーＣ１とダイオードｄ１は、ノードＮＡに電気的に直列に結合され、また出力端子ＡＣと中性点端子Ｏとの間に電気的に直列に結合される。抵抗器ｒ１は、ノードＮＡと正入力端子Ｐとの間に電気的に結合される。具体的に、図２Ａに示すように、コンデンサーＣ１の両端がそれぞれ中性点端子ＯとノードＮＡを電気的に結合し、ダイオードｄ１のカソードとアノードがそれぞれノードＮＡと出力端子ＡＣを電気的に結合する。
【００５５】
説明すべきなのは、本願で「ダイオード」と呼ばれるものは、実際のダイオード素子を指してもよく、スイッチによって実現されるダイオードを指してもよく、例えば金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、バイポーラジャンクショントランジスタ（Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＢＪＴ）又は他の種類のトランジスタによって実現される。言い換えれば、本願中に言われる「ダイオード」の何れも、スイッチ（能動又は受動スイッチを含む）で交換されてもよい。このため、本願は、図式に示す実施例に限定されない。
【００５６】
回路構成について、コンデンサーＣ１とダイオードｄ１は、スイッチ回路１３０に並列に接続されまた共同で操作される充電回路とされてもよく、抵抗器ｒ１は、この充電回路と共同で操作される放電回路とされてもよい。
【００５７】
図２Ｂは、本発明の第４の実施例によるコンバータを示す模式図である。図２Ａに示す実施例に比べて、図２Ｂにおけるスイッチ回路１３０ａは、逆直列に出力端子ＡＣと中性点端子Ｏとの間に電気的に結合されるスイッチユニット２３２、スイッチユニット２３４を含む。一実施例において、スイッチユニット２３２は、互いに逆並列に結合されるスイッチ素子Ｓ３及びダイオードＤ３を含み、スイッチユニット２３４は、互いに逆並列に結合されるスイッチ素子Ｓ４及びダイオードＤ４を含み、スイッチ素子Ｓ３とスイッチ素子Ｓ４とが逆直列に中性点端子Ｏと出力端子ＡＣとの間に電気的に結合される。ここで、スイッチＳ３とスイッチＳ４とが逆直列に電気的に結合する方式は、以下のことを指してもよい。スイッチＳ３とスイッチＳ４が例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＩＧＢＴ）である場合、スイッチＳ３のコレクター電極がスイッチＳ４のコレクター電極に電気的に結合され、スイッチＳ３のエミッター電極が中性点端子Ｏに電気的に結合され、スイッチＳ４のエミッター電極が出力端子ＡＣに電気的に結合される。
【００５８】
実際には、前記スイッチ素子Ｓ３、スイッチ素子Ｓ４は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＩＧＢＴ）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＭＯＳＦＥＴ）、他の種類のトランジスタ又はそれらの組合せであってもよい。
【００５９】
一実施例において、図２Ｂに示すように、前記スイッチ素子Ｓ３、スイッチ素子Ｓ４が絶縁ゲートバイポーラトランジスタである場合、２つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタのコレクター電極は互いに電気的に結合される。別の実施例において、前記スイッチ素子Ｓ３、スイッチ素子Ｓ４が金属酸化物半導体電界効果トランジスタである場合、２つの金属酸化物半導体電界効果トランジスタのドレイン電極は互いに電気的に結合される。
【００６０】
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の実施例による図２Ｂに示すコンバータを示す操作模式図である。図３Ａに示すように、スイッチ素子Ｓ４がオンになる場合、スイッチ素子Ｓ３がオフになる時、スイッチ素子Ｓ３と相応する電圧スパイク（ｖｏｌｔａｇｅ  ｓｐｉｋｅ）が生じ、この時、コンデンサーＣ１とダイオードｄ１が充電回路を構成し、電圧スパイクが点線に示す充電回路に沿ってダイオードｄ１を介してコンデンサーＣ１に吸収され、コンデンサーＣ１が電圧スパイクと相応する電気エネルギーを備蓄する。次に、図３Ｂに示すように、コンデンサーＣ１に備蓄される電気エネルギーが点線に示す放電回路に沿って、抵抗器ｒ１と正入力端子Ｐを介して放電する。このように、スイッチ素子Ｓ３（又はダイオードＤ３）と相応する電圧クランプ操作が効果的に行われ、電圧スパイクの影響による損害を避けることができる。スイッチ素子Ｓ４（又はダイオードＤ４）と相応する電圧クランプ操作は上記と類似するため、ここに贅言しない。
【００６１】
図３Ｃは、従来技術における電圧クランプ操作がない場合のスイッチと相応する電圧変化模式図である。図３Ｃに示すように、入力電圧Ｖｉｎが３８０Ｖである場合、電圧スパイクＶＳは、６００Ｖでもあり、はるかにスイッチに耐える定格電圧よりも高く、更にスイッチの損害をもたらす。
【００６２】
図３Ｄは、本発明の実施例による図２Ｂに示すコンバータにおける電圧変化模式図である。図３Ｃに比べて、コンデンサーＣ１の備蓄電圧ＶＣ１が電圧スパイクを吸収するためわずかに向上し、電圧クランプ操作がコンデンサーＣ１を介して効果的に行われ、このため、大幅に電圧スパイクによるスイッチ素子Ｓ３における電圧ＶＳ３への影響を減少することができる。
【００６３】
図４Ａは、本発明の第５の実施例によるコンバータを示す模式図である。図２Ｂに示す実施例に比べて、図４Ａにおけるコンバータ４００のスイッチ素子Ｓ３、スイッチ素子Ｓ４は、異なる方式で互いに逆直列に結合される。具体的に、一実施例において、前記スイッチ素子Ｓ３、スイッチ素子Ｓ４が絶縁ゲートバイポーラトランジスタである場合、図４Ａに示すように、２つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタのエミッター電極は、互いに電気的に結合される。別の実施例において、前記スイッチ素子Ｓ３、スイッチ素子Ｓ４が金属酸化物半導体電界効果トランジスタである場合、２つの金属酸化物半導体電界効果トランジスタのソース電極は、互いに電気的に結合される。
【００６４】
図４Ｂ及び図４Ｃは、本発明の実施例による図４Ａに示すコンバータを示す操作模式図である。図４Ｂに示すように、スイッチ素子Ｓ３がオンになる場合、スイッチ素子Ｓ４がオフになる時、スイッチ素子Ｓ４と相応する電圧スパイクが生じ、この時に電圧スパイクが点線に示す充電回路に沿ってダイオードｄ１を介してコンデンサーＣ１に吸収され、コンデンサーＣ１が電圧スパイクと相応する電気エネルギーを備蓄する。次に、図４Ｃに示すように、コンデンサーＣ１に備蓄される電気エネルギーが点線に示す放電回路に沿って、抵抗器ｒ１と正入力端子Ｐを介して放電する。このように、スイッチ素子Ｓ４（又はダイオードＤ４）と相応する電圧クランプ操作が効果的に行われ、電圧スパイクの影響による損害を避けることができる。スイッチ素子Ｓ３（又はダイオードＤ３）と相応する電圧クランプ操作は上記と類似するため、ここに贅言しない。それ以外、図４Ａに示すコンバータ４００における電圧変化は、図３Ｄに示すようなものと類似するため、ここに贅言しない。
【００６５】
図５Ａは、本発明の第６の実施例によるコンバータを示す模式図である。図２Ｂに示す実施例に比べて、図５Ａにおけるスイッチユニット５３２、スイッチユニット５３４は、逆並列に出力端子ＡＣと中性点端子Ｏとの間に電気的に結合される。一実施例において、スイッチユニット５３２は、互いに電気的に直列に結合されるスイッチ素子Ｓ３及びダイオードＤ３を含み、スイッチユニット５３４は、互いに電気的に直列に結合されるスイッチ素子Ｓ４及びダイオードＤ４を含む。ここで、スイッチユニット５３２、スイッチユニット５３４が逆並列に電気的に結合する方式は、以下のことを指してもよい。スイッチＳ３とスイッチＳ４が例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である場合、スイッチＳ３のコレクター電極がダイオードＤ３とスイッチＳ４のエミッター電極を通して共同で出力端子ＡＣに電気的に結合され、スイッチＳ４のコレクター電極がダイオードＤ４とスイッチＳ３のエミッター電極を通して共同で中性点端子Ｏに電気的に結合される。
【００６６】
図５Ｂ及び図５Ｃは、本発明の実施例による図５Ａに示すコンバータを示す操作模式図である。図５Ｂに示すように、スイッチ素子Ｓ４がオンになる場合、スイッチ素子Ｓ３がオフになる時、スイッチ素子Ｓ３と相応する電圧スパイクが生じ、この時にダイオードＤ３がオンになる状態にあり、電圧スパイクが点線に示す充電回路に沿ってダイオードＤ３とダイオードｄ１を介してコンデンサーＣ１に吸収され、コンデンサーＣ１が電圧スパイクと相応する電気エネルギーを備蓄する。次に、図５Ｃに示すように、コンデンサーＣ１に備蓄される電気エネルギーが点線に示す放電回路に沿って、抵抗器ｒ１と正入力端子Ｐを介して放電する。このように、スイッチ素子Ｓ３（又はダイオードＤ３）と相応する電圧クランプ操作が効果的に行われ、電圧スパイクの影響による損害を避けることができる。一方、スイッチ素子Ｓ４（又はダイオードＤ４）と相応する電圧クランプ操作は上記と類似するため、ここに贅言しない。
【００６７】
図６Ａは、本発明の第７の実施例によるコンバータを示す模式図である。図２Ｂに示す実施例に比べて、図６Ａにおけるスイッチユニット６３２、スイッチユニット６３４が逆並列に出力端子ＡＣと中性点端子Ｏとの間に電気的に結合される。一実施例において、スイッチユニット６３２は、互いに電気的に直列に結合されるスイッチ素子Ｓ３及びダイオードＤ３を含み、スイッチユニット６３４は、互いに電気的に直列に結合されるスイッチ素子Ｓ４及びダイオードＤ４を含む。
【００６８】
図６Ｂ及び図６Ｃは、本発明の実施例による図６Ａに示すコンバータを示す操作模式図である。図６Ｂに示すように、スイッチ素子Ｓ３がオンになる場合、スイッチ素子Ｓ４がオフになる時、スイッチ素子Ｓ４と相応する電圧スパイクが生じ、この時にダイオードＤ４がオンになる状態にあり、電圧スパイクが点線に示す充電回路に沿ってダイオードＤ４とダイオードｄ１を介してコンデンサーＣ１に吸収され、コンデンサーＣ１が電圧スパイクと相応する電気エネルギーを備蓄する。次に、図６Ｃに示すように、コンデンサーＣ１に備蓄される電気エネルギーが点線に示す放電回路に沿って、抵抗器ｒ１と正入力端子Ｐを介して放電する。このように、スイッチ素子Ｓ４（又はダイオードＤ４）と相応する電圧クランプ操作が効果的に行われ、電圧スパイクの影響による損害を避けることができる。一方、スイッチ素子Ｓ３（又はダイオードＤ３）と相応する電圧クランプ操作は上記と類似するため、ここに贅言しない。
【００６９】
図７は、本発明の第８の実施例によるコンバータを示す模式図である。図２Ａに比べて、図７に示すコンバータ７００において、電圧クランプ回路７４０におけるコンデンサーＣ１とダイオードｄ１とがノードＮＡに電気的に直列に結合され、また出力端子ＡＣと中性点端子Ｏとの間に電気的に直列に結合され、抵抗器ｒ１がノードＮＡと負入力端子Ｎとの間に電気的に結合される。具体的に、図７に示すように、コンデンサーＣ１の両端がそれぞれ中性点端子ＯとノードＮＡを電気的に結合し、ダイオードｄ１のカソードとアノードがそれぞれ出力端子ＡＣとノードＮＡを電気的に結合する。
【００７０】
操作上、コンバータ７００の電圧クランプ操作が上記と類似し、違いは、コンデンサーＣ１の備蓄した電圧スパイクと相応する電気エネルギーが負入力端子Ｎと抵抗器ｒ１を介して放電することにある。
【００７１】
説明すべきなのは、コンバータ７００におけるスイッチ回路１３０の具体的な回路構造は前記実施例のように配置されてもよく、またスイッチ回路１３０におけるスイッチ素子とダイオードにおける電圧の何れも電圧クランプ回路７４０を介してクランプし、電圧スパイクの影響による損害を避けるため、ここに贅言しない。
【００７２】
図８は、本発明の第９の実施例によるコンバータを示す模式図である。図７に比べて、図８に示すコンバータ８００において、電圧クランプ回路８４０は、コンデンサーＣ１、抵抗器ｒ１及びダイオードｄ１、ダイオードｄ２を含む。ダイオードｄ１とコンデンサーＣ１は、ノードＮＡに電気的に直列に結合され、また出力端子ＡＣと中性点端子Ｏとの間に電気的に直列に結合される。ダイオードｄ２と抵抗器ｒ１は、ノードＮＡと負入力端子Ｎとの間に電気的に直列に結合される。具体的に、図８に示すように、コンデンサーＣ１の両端がそれぞれノードＮＡと出力端子ＡＣを電気的に結合し、ダイオードｄ１のカソードとアノードがそれぞれ中性点端子ＯとノードＮＡを電気的に結合し、ダイオードｄ２のカソードとアノードがそれぞれノードＮＡと抵抗器ｒ１を電気的に結合し、抵抗器ｒ１の両端がそれぞれダイオードｄ２と負入力端子Ｎを電気的に結合する。
【００７３】
図９Ａは、本発明の第１０の実施例によるコンバータを示す模式図である。図８に比べて、図９Ａのコンバータ９００において、スイッチ回路は、互いに逆並列に結合されるスイッチ素子Ｓ３とダイオードＤ３、及び互いに逆並列に結合されるスイッチ素子Ｓ４とダイオードＤ４を含んでもよい。次に、図９Ａに示すコンバータ９００と図２Ｂに示すコンバータ２００ｂは大体類似し、両者の区別が電圧クランプ回路の配置が異なることにある。
【００７４】
図９Ｂ及び図９Ｃは、本発明の実施例による図９Ａに示すコンバータを示す操作模式図である。図９Ｂに示すように、スイッチ素子Ｓ４がオンになる場合、スイッチ素子Ｓ３がオフになる時、スイッチ素子Ｓ３と相応する電圧スパイクが生じ、電圧スパイクが点線に示す充電回路に沿ってダイオードｄ１を介してコンデンサーＣ１に吸収され、コンデンサーＣ１が電圧スパイクと相応する電気エネルギーを備蓄する。次に、図９Ｃに示すように、コンデンサーＣ１に備蓄される電気エネルギーが点線に示す放電回路に沿って、ダイオードＤ４、オンになるスイッチ素子Ｓ３、負入力端子Ｎ、抵抗器ｒ１とダイオードｄ２を介して放電する。このように、スイッチ素子Ｓ３（又はダイオードＤ３）と相応する電圧クランプ操作が効果的に行われる。一方、スイッチ素子Ｓ４（又はダイオードＤ４）と相応する電圧クランプ操作は上記と類似するため、ここに贅言しない。
【００７５】
図９Ｄは、本発明の実施例による図９Ａに示すコンバータにおける電圧変化模式図である。図９Ｄに示すように、コンデンサーＣ１の備蓄電圧ＶＣ１が電圧スパイクを吸収するためわずかに向上し、電圧クランプ操作がコンデンサーＣ１を介して効果的に行われ、このため、大幅に電圧スパイクによるスイッチ素子Ｓ３における電圧ＶＳ３への影響を減少することができる。
【００７６】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明の第１１の実施例によるコンバータ及びその操作を示す模式図である。図９Ａに比べて、図１０Ａ又は図１０Ｂにおけるコンバータ１０００のスイッチ素子Ｓ３、スイッチ素子Ｓ４及びダイオードＤ３、ダイオードＤ４は、図４Ａと類似する方式で互いに結合される。
【００７７】
同様に、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、スイッチ素子Ｓ３がオンになる場合、スイッチ素子Ｓ４が切り換わる時、スイッチ素子Ｓ４と相応する電圧スパイクがコンデンサーＣ１に吸収され、そしてコンデンサーＣ１に備蓄される電気エネルギーが負入力端子Ｎ、抵抗器ｒ１とダイオードｄ２を介して放電する。このように、スイッチ素子Ｓ４（又はダイオードＤ４）と相応する電圧クランプ操作が効果的に行われる。一方、スイッチ素子Ｓ３（又はダイオードＤ３）と相応する電圧クランプ操作は上記と類似するため、ここに贅言しない。
【００７８】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明の第１２の実施例によるコンバータ及びその操作を示す模式図である。図９Ａに比べて、図１１Ａ又は図１１Ｂにおけるコンバータ１１００のスイッチ素子Ｓ３、スイッチ素子Ｓ４及びダイオードＤ３、ダイオードＤ４は、図５Ａと類似する方式で互いに結合される。
【００７９】
同様に、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、スイッチ素子Ｓ３が切り換わる時、スイッチ素子Ｓ３と相応する電圧スパイクがコンデンサーＣ１に吸収され、そしてコンデンサーＣ１に備蓄される電気エネルギーが負入力端子Ｎ、抵抗器ｒ１とダイオードｄ２を介して放電する。このように、スイッチ素子Ｓ３（又はダイオードＤ３）と相応する電圧クランプ操作が効果的に行われる。一方、スイッチ素子Ｓ４（又はダイオードＤ４）と相応する電圧クランプ操作は上記と類似し、ここに贅言しない。
【００８０】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、本発明の第１３の実施例によるコンバータ及びその操作を示す模式図である。図９Ａに比べて、図１２Ａ又は図１２Ｂにおけるコンバータ１２００のスイッチ素子Ｓ３、スイッチ素子Ｓ４及びダイオードＤ３、ダイオードＤ４は、図６Ａと類似する方式で互いに結合される。
【００８１】
同様に、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、スイッチ素子Ｓ４が切り換わる時、スイッチ素子Ｓ４と相応する電圧スパイクがコンデンサーＣ１に吸収され、そしてコンデンサーＣ１に備蓄される電気エネルギーが負入力端子Ｎ、抵抗器ｒ１とダイオードｄ２を介して放電する。このように、スイッチ素子Ｓ４（又はダイオードＤ４）と相応する電圧クランプ操作が効果的に行われる。一方、スイッチ素子Ｓ３（又はダイオードＤ３）と相応する電圧クランプ操作は上記と類似するため、ここに贅言しない。
【００８２】
図１３は、本発明の第１４の実施例によるコンバータ及びその操作を示す模式図である。図２Ａに比べて、図１３に示すコンバータ１３００において、電圧クランプ回路１３４０は、コンデンサーＣ１、抵抗器ｒ１及びダイオードｄ１、ダイオードｄ２を含む。ダイオードｄ１とコンデンサーＣ１は、ノードＮＡに電気的に直列に結合され、また出力端子ＡＣと中性点端子Ｏとの間に電気的に直列に結合される。ダイオードｄ２と抵抗器ｒ１は、ノードＮＡと正入力端子Ｐとの間に電気的に直列に結合される。具体的に、コンデンサーＣ１の両端がそれぞれ出力端子ＡＣとノードＮＡを電気的に結合し、ダイオードｄ１のカソードとアノードがそれぞれノードＮＡと中性点端子Ｏを電気的に結合し、ダイオードｄ２のカソードとアノードがそれぞれ抵抗器ｒ１とノードＮＡを電気的に結合し、抵抗器ｒ１の両端がそれぞれダイオードｄ２と正入力端子Ｐを電気的に結合する。
【００８３】
操作上、コンバータ１３００の電圧クランプ操作が上記と類似し、違いは、コンデンサーＣ１の備蓄した電圧スパイクと相応する電気エネルギーが抵抗器ｒ１、ダイオードｄ２と正入力端子Ｐを介して放電することにある。
【００８４】
電圧クランプ操作の放電過程における損耗を減少するために、前記抵抗器ｒ１はインダクタを代わりにしてもよい。図１４Ａ〜図１４Ｄは、それぞれ本発明の第１５の実施例〜第１８の実施例によるコンバータを示す模式図である。図２Ａ、図７、図８及び図１３の各々に比べて、図１４Ａ〜図１４Ｄにおける電圧クランプ回路は、抵抗器ｒ１ではなくインダクタＬ１を含む。インダクタＬ１は、一端が正入力端子Ｐ又は負入力端子Ｎを電気的に結合し、また放電回路の一部とされる。
【００８５】
図１４Ａ〜図１４Ｄにおける電圧クランプ回路の構造は、前記実施例と類似するため、ここに贅言しない。それ以外、図１４Ａ〜図１４Ｄにおける電圧クランプ回路の操作は、基本的に前記実施例と類似するため、ここに贅言しない。
【００８６】
一方、前記インダクタＬ１又は抵抗器ｒ１は省略してもよいため、電圧クランプ回路の回路構造をより簡単にする。図１５Ａ〜図１５Ｄは、本発明の第１９の実施例〜第２２の実施例によるコンバータを示す模式図である。図１５Ａ〜図１５Ｄに示すコンバータの各々は、図１４Ａ〜図１４Ｄに示すコンバータと類似するが、図１４Ａ〜図１４Ｄに示すコンバータに比べて、インダクタＬ１を含まず、このように、電圧クランプ回路の回路構造をより簡単にすることができる。
【００８７】
図１５Ａ〜図１５Ｄにおける電圧クランプ回路の構造は、前記実施例と類似するため、ここに贅言しない。しかしながら、説明すべきなのは、例えば図１５Ａ又は図１５Ｂにおいて、コンデンサーＣ１とダイオードｄ１が正入力端子Ｐ又は負入力端子Ｎに電気的に直列に結合されるが、図１５Ｃ又は図１５Ｄにおいて、ダイオードｄ２がノードＮＡと正入力端子Ｐ又は負入力端子Ｎとの間に電気的に結合される。それ以外、図１５Ａ〜図１５Ｄにおける電圧クランプ回路の操作は、基本的に前記実施例と類似するため、ここに贅言しない。
【００８８】
一方、前記実施例における電圧クランプ回路は、単独で配置されてもよく、組合せの方式で共同で配置されてもよい。図１６Ａは、本発明の第２３の実施例によるコンバータを示す模式図である。図２Ｂと図７に比べて、図１６Ａにおけるコンバータ１６００ａは、２つの電圧クランプ回路１６４０、電圧クランプ回路１６４５を含み、電圧クランプ回路１６４０が図２Ｂにおける電圧クランプ回路１３０ａと類似し、電圧クランプ回路１６４５が図７における電圧クランプ回路７４０と類似する。
【００８９】
それ以外、コンバータは、異なる電圧クランプ回路の組合せを含んでもよく、例えば、図８における電圧クランプ回路８４０と図１３における電圧クランプ回路１３４０との両者の組合せと類似するものを含んでもよく、その構造が図１６Ａに示すようなものと類似するため、ここに贅言しない。
【００９０】
なお、上記電圧クランプ回路の組合せにおいて、抵抗器をインダクタに置換してもよく、或いは前記インダクタと抵抗器とを省略してもよい。例として、図１６Ａにおいて、電圧クランプ回路１６４０、電圧クランプ回路１６４５の抵抗器をインダクタに置換してもよく、或いは電圧クランプ回路１６４０、電圧クランプ回路１６４５の抵抗器を省略してもよい。言い換えれば、図１４Ａ〜図１４Ｄ及び図１５Ａ〜図１５Ｄに示す電圧クランプ回路は、同様に図１６Ａの実施例と類似して自由に組合せ配置されてもよい。
【００９１】
図１６Ｂは、本発明の第２４の実施例によるコンバータを示す模式図である。図１６Ａに比べて、コンバータ１６００ｂにおいて、電圧クランプ回路１６５０は、ノードＮＡと正入力端子Ｐとの間に電気的に結合されるダイオードｄ３を更に含み、また電圧クランプ回路１６５５は、ノードＮＢと負入力端子Ｎとの間に電気的に結合されるダイオードｄ４を更に含む。具体的に、ダイオードｄ３のアノードが正入力端子Ｐに電気的に結合され、ダイオードｄ３のカソードがノードＮＡに電気的に結合され、ダイオードｄ４のアノードがノードＮＢに電気的に結合され、ダイオードｄ４のカソードが負入力端子Ｎに電気的に結合される。
【００９２】
図１６Ｃは、本発明の実施例による図１６Ｂに示すコンバータを示す操作模式図である。図１６Ｃに示すように、操作上、スイッチ素子Ｓ１がオフになる時、ダイオードｄ３、コンデンサーＣ１１、ダイオードＤ３、スイッチ素子Ｓ４が充電回路を構成し、コンデンサーＣ１１がスイッチ素子Ｓ１における電圧スパイクを吸収してから、抵抗器ｒ１１によって吸収された電気エネルギーを正入力端子Ｐを介して電圧源１２２へ放出する。
【００９３】
同様に、スイッチ素子Ｓ２がオフになる時、ダイオードｄ４、コンデンサーＣ２１、ダイオードＤ４、スイッチ素子Ｓ３が充電回路を構成し、コンデンサーＣ２１がスイッチ素子Ｓ２における電圧スパイクを吸収してから、抵抗器ｒ２１によって吸収された電気エネルギーを負入力端子Ｎを介して電圧源１２４へ放出する。
【００９４】
このように、スイッチ素子Ｓ３（又はダイオードＤ３）及びスイッチ素子Ｓ４（又はダイオードＤ４）と相応する電圧クランプ操作は効果的に行われるだけでなく、スイッチ素子Ｓ１（又はダイオードＤ１）及びスイッチ素子Ｓ２（又はダイオードＤ２）と相応する電圧クランプ操作も効果的に行われ、電圧スパイクの影響による損害を避けることができる。
【００９５】
ある実施例において、前記電圧クランプ回路１６５０及び１６５５は、それぞれ独立に配置されてもよく、具体的な説明は以下の通りである。図１６Ｄは、本発明の第２５の実施例によるコンバータを示す模式図である。図２Ａに比べて、コンバータ１６００ｃにおいて、電圧クランプ回路１６５０は、ノードＮＡと正入力端子Ｐとの間に電気的に結合されるダイオードｄ３を更に含む。具体的に、ダイオードｄ３のアノードが正入力端子Ｐに電気的に結合され、ダイオードｄ３のカソードがノードＮＡに電気的に結合される。操作上、コンバータ１６００ｃにおける各スイッチ素子に関する電圧クランプ操作は前記と類似するため、ここに贅言しない。
【００９６】
図１６Ｅは、本発明の第２６の実施例によるコンバータを示す模式図である。図７に比べて、コンバータ１６００ｄにおいて、電圧クランプ回路１６５５は、ノードＮＢと負入力端子Ｎとの間に電気的に結合されるダイオードｄ４を更に含む。具体的に、ダイオードｄ４のアノードがノードＮＢに電気的に結合され、ダイオードｄ４のカソードが負入力端子Ｎに電気的に結合される。操作上、コンバータ１６００ｄにおける各スイッチ素子に関する電圧クランプ操作は前記と類似するため、ここに贅言しない。
【００９７】
図１７は、本発明の第２７の実施例によるコンバータを示す模式図である。図１６Ａから図１６Ｅに比べて、図１７におけるコンバータ１７００は、何れも正入力端子Ｐに電気的に結合される２つの電圧クランプ回路１７４０、電圧クランプ回路１７４５を含む。次に、図２Ｂと図１３に比べて、コンバータ１７００における電圧クランプ回路１７４０が図２Ｂにおける電圧クランプ回路１３０ａと類似し、電圧クランプ回路１７４５が図１３における電圧クランプ回路１３４０と類似する。
【００９８】
それ以外、コンバータは、異なる電圧クランプ回路の組合せを含んでもよく、例えば、図７における電圧クランプ回路７４０と図８における電圧クランプ回路８４０との両者の組合せと類似するものを含んでもよく、その構造が図１７に示すようなものと類似するため、ここに贅言しない。
【００９９】
なお、上記電圧クランプ回路の組合せにおいて、抵抗器をインダクタに置換してもよく、或いは前記インダクタと抵抗器とを省略してもよい。例として、図１７において、電圧クランプ回路１７４０、電圧クランプ回路１７４５の抵抗器をインダクタに置換してもよく、或いは電圧クランプ回路１７４０、電圧クランプ回路１７４５の抵抗器を省略してもよい。言い換えれば、図１４Ａ〜図１４Ｄ及び図１５Ａ〜図１５Ｄに示す電圧クランプ回路は、同様に図１７の実施例と類似して自由に組合せ配置されてもよい。
【０１００】
図１８は、本発明の第２８の実施例によるコンバータを示す模式図である。図１７に比べて、図１８のコンバータ１８００において、電圧クランプ回路１８４０は、コンデンサーＣ１１とコンデンサーＣ２１、ダイオードｄ１１、ダイオードｄ２１とダイオードＤｃｏｍ及び抵抗器Ｒｃｏｍを含む。
【０１０１】
コンデンサーＣ１１とダイオードｄ１１とは、ノードＮＡに電気的に直列に結合され、また出力端子ＡＣと中性点端子Ｏとの間に電気的に直列に結合される。コンデンサーＣ１１の両端がそれぞれ中性点端子ＯとノードＮＡを電気的に結合し、ダイオードｄ１１のカソードとアノードがそれぞれノードＮＡと出力端子ＡＣを電気的に結合する。コンデンサーＣ２１とダイオードｄ２１とは、ノードＮＡに電気的に直列に結合され、また出力端子ＡＣと中性点端子Ｏとの間に電気的に直列に結合される。コンデンサーＣ２１の両端がそれぞれ出力端子ＡＣとノードＮＡを電気的に結合し、ダイオードｄ２１のカソードとアノードがそれぞれノードＮＡと中性点端子Ｏを電気的に結合する。ダイオードＤｃｏｍのカソードとアノードがそれぞれノードＮＡと抵抗器Ｒｃｏｍを電気的に結合し、抵抗器Ｒｃｏｍの両端がそれぞれダイオードＤｃｏｍと正入力端子Ｐを電気的に結合する。
【０１０２】
図１７に比べて、コンバータ１８００におけるスイッチ素子Ｓ３とスイッチ素子Ｓ４は、抵抗器ＲｃｏｍとダイオードＤｃｏｍを共有する。操作上、スイッチ素子Ｓ３と相応する電圧スパイクはコンデンサーＣ１１に吸収されてもよく、スイッチ素子Ｓ４と相応する電圧スパイクはコンデンサーＣ２１に吸収されてもよく、またコンデンサーＣ１１とコンデンサーＣ２１に備蓄される電気エネルギーが共同で抵抗器Ｒｃｏｍ、ダイオードＤｃｏｍと正入力端子Ｐを介して放電してもよい。
【０１０３】
図１９は、本発明の第２９の実施例によるコンバータを示す模式図である。図１８に比べて、図１９のコンバータ１９００において、電圧クランプ回路１９４０は、同様にコンデンサーＣ１１とコンデンサーＣ２１、ダイオードｄ１１、ダイオードｄ２１とダイオードＤｃｏｍ及び抵抗器Ｒｃｏｍを含むが、電圧クランプ回路１９４０が負入力端子Ｎ、中性点端子Ｏと出力端子ＡＣを電気的に結合する。
【０１０４】
更に、コンデンサーＣ１１の両端がそれぞれ中性点端子ＯとノードＮＡを電気的に結合し、ダイオードｄ１１のカソードとアノードがそれぞれ出力端子ＡＣとノードＮＡを電気的に結合する。コンデンサーＣ２１の両端がそれぞれ出力端子ＡＣとノードＮＡを電気的に結合し、ダイオードｄ２１のカソードとアノードがそれぞれ中性点端子ＯとノードＮＡを電気的に結合する。ダイオードＤｃｏｍのカソードとアノードがそれぞれノードＮＡと抵抗器Ｒｃｏｍを電気的に結合し、抵抗器Ｒｃｏｍの両端がそれぞれダイオードＤｃｏｍと負入力端子Ｎを電気的に結合する。
【０１０５】
操作上、電圧クランプ回路１９４０の操作は、図１８に示す実施例と類似するが、コンデンサーＣ１１とコンデンサーＣ２１に備蓄される電気エネルギーが共同で抵抗器Ｒｃｏｍ、ダイオードＤｃｏｍと負入力端子Ｎを介して放電する。
【０１０６】
同様に、上記電圧クランプ回路の組合せにおいて、抵抗器をインダクタに置換してもよく、或いは前記インダクタと抵抗器を省略してもよい。例として、図１８及び図１９において、電圧クランプ回路１８４０、電圧クランプ回路１９４０の抵抗器をインダクタに置換してもよく、或いは電圧クランプ回路１８４０、電圧クランプ回路１９４０の抵抗器を省略してもよい。言い換えれば、図１４Ａ〜図１４Ｄ及び図１５Ａ〜図１５Ｄに示す電圧クランプ回路は、同様に図１８及び図１９の実施例と類似して組合せ配置されてもよい。
【０１０７】
図２０Ａは、本発明の第３０の実施例によるコンバータを示す模式図である。図２０Ａに示すように、電圧クランプ回路は、充電回路２０１０ａと能動回路２０２０ａを含み、能動回路２０２０ａが充電回路２０１０ａを電気的に結合する。充電回路２０１０ａとスイッチ回路１３０は、出力端子ＡＣと中性点端子Ｏとの間に並列に結合され、スイッチ回路１３０における電圧によって充電操作を行うことに用いられる。能動回路２０２０ａは、充電回路２０１０ａの操作によって操作電圧を正入力端子Ｐに出力することに用いられる。
【０１０８】
本実施例において、充電回路２０１０ａは、出力端子ＡＣと中性点端子Ｏとの間に直列に結合されるコンデンサーＣ１とダイオードｄ１を含み、能動回路２０２０ａは、直流電圧変換（ＤＣ／ＤＣ）コンバータ２０２５ａ、例えば、バックコンバータ（ｂｕｃｋ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を含み、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０２５ａの入力端子がコンデンサーＣ１の両端を電気的に結合し、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０２５ａの出力端子が正入力端子Ｐを電気的に結合する。
【０１０９】
電圧クランプ操作において、コンデンサーＣ１が電圧スパイクと相応する電気エネルギーを備蓄してから、コンデンサーＣ１に備蓄される電気エネルギーがＤＣ−ＤＣコンバータ２０２５ａを介して変換されて正入力端子Ｐに出力される。
【０１１０】
ある実施例において、前記能動回路２０２０ａ（又はＤＣ−ＤＣコンバータ２０２５ａ）の出力端子が負入力端子Ｎ或いは出力端子ＡＣを電気的に結合してもよく、これによって、コンデンサーＣ１に備蓄される電気エネルギーがＤＣ−ＤＣコンバータ２０２５ａを介して変換されて負入力端子Ｎ或いは出力端子ＡＣに出力される。
【０１１１】
図２０Ｂは、本発明の第３１の実施例によるコンバータを示す模式図である。図２０Ｂに示すように、電圧クランプ回路は、充電回路２０１０ｂと能動回路２０２０ｂを含み、能動回路２０２０ｂが充電回路２０１０ｂを電気的に結合する。充電回路２０１０ｂとスイッチ回路１３０は、出力端子ＡＣと中性点端子Ｏとの間に並列に結合され、スイッチ回路１３０における電圧によって充電操作を行うことに用いられる。能動回路２０２０ｂは、充電回路２０１０ｂの操作によって操作電圧を駆動回路２０３０に出力し、またこの駆動回路２０３０がスイッチ素子Ｓ２を駆動することに用いられる。
【０１１２】
本実施例において、充電回路２０１０ｂは、出力端子ＡＣと中性点端子Ｏとの間に直列に結合されるコンデンサーＣ１とダイオードｄ１を含み、能動回路２０２０ｂは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０２５ｂ、例えば、バックコンバータ（ｂｕｃｋ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を含み、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０２５ｂの入力端子がコンデンサーＣ１の両端を電気的に結合し、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０２５ｂの出力端子が駆動回路２０３０を電気的に結合する。
【０１１３】
電圧クランプ操作において、コンデンサーＣ１が電圧スパイクと相応する電気エネルギーを備蓄してから、コンデンサーＣ１に備蓄される電気エネルギーがＤＣ−ＤＣコンバータ２０２５ｂを介して変換されて帰還し、更に駆動回路２０３０に電気を供給する。
【０１１４】
ある実施例において、前記能動回路２０２０ｂは、操作電圧をスイッチ素子Ｓ１或いはスイッチ回路１３０を駆動する駆動回路に出力することに用いられてもよく、ここに上記に限定されない。
【０１１５】
一方、前記スイッチ回路における逆直列に結合されるスイッチユニットは、それぞれ複数のスイッチ素子を含んでもよく、またこれらスイッチ素子が互いに電気的に直列又は並列にされる。例として、図２１Ａは、本発明の実施例によるコンバータを示す基本的なトポロジ図である。図２１Ａに示すように、スイッチ回路におけるスイッチユニット２１３０ａとスイッチユニット２１３５ａは、互いに逆直列に結合され、またスイッチユニット２１３０ａが互いに電気的に直列にされるスイッチ素子Ｓ３１、…、Ｓ３ｎを含み、スイッチユニット２１３５ａが互いに電気的に直列にされるスイッチ素子Ｓ４１、…、Ｓ４ｎを含む。それ以外、図２１Ｂは、本発明の実施例による別のコンバータを示す基本的なトポロジ図である。図２１Ｂに示すように、スイッチ回路におけるスイッチユニット２１３０ｂとスイッチユニット２１３５ｂは、互いに逆直列に結合され、またスイッチユニット２１３０ｂが互いに電気的に並列にされるスイッチ素子Ｓ３１、…、Ｓ３ｎを含み、スイッチユニット２１３５ｂが互いに電気的に並列にされるスイッチ素子Ｓ４１、…、Ｓ４ｎを含む。
【０１１６】
なお、図１Ａ又は図１Ｂに示すスイッチユニット１１２、スイッチユニット１１４は、それぞれ複数のスイッチ素子を含んでもよく、またこれらスイッチ素子が互いに電気的に直列又は並列にされる。例として、図２２Ａは、本発明の実施例によるさらに他のコンバータを示す基本的なトポロジ図である。図２２Ａに示すように、スイッチ回路におけるスイッチユニット２２１２ａは、互いに電気的に直列にされるスイッチ素子Ｓ１１、…、Ｓ１ｎを含み、スイッチユニット２２１４ａは、互いに電気的に直列にされるスイッチ素子Ｓ２１、…、Ｓ２ｎを含む。それ以外、図２２Ｂは、本発明の実施例によるさらに１つのコンバータを示す基本的なトポロジ図である。図２２Ｂに示すように、スイッチユニット２２１２ｂは、互いに電気的に並列にされるスイッチ素子Ｓ１１、…、Ｓ１ｎを含み、スイッチユニット２２１４ｂは、互いに電気的に並列にされるスイッチ素子Ｓ２１、…、Ｓ２ｎを含む。
【０１１７】
図２１Ａ、図２１Ｂ、図２２Ａと図２２Ｂに示すコンバータの基本的なトポロジに基づいて、実際の要求に満たすように、当業者であれば前記異なる実施例における電圧クランプ回路を図２１Ａ、図２１Ｂ、図２２Ａと図２２Ｂに示すコンバータに適用してもよい。
【０１１８】
実際には、上記実施例に示すダイオードの何れも、例えば、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、バイポーラジャンクショントランジスタ（ＢＪＴ）又は他の種類のトランジスタのようなスイッチによって実現されてもよい。なお、上記実施例は、単相出力に適用される例のみを説明したが、単なる例示だけであり、本発明を限定するものではなく、即ち、当業者であれば、類似する回路構造を多相（例えば：三相）の出力を有するコンバータに適用してもよい。
【０１１９】
要するに、前記実施例を適用すると、電圧スパイクが効果的に抑制され、また電圧スパイク影響を受けたいかなるスイッチ回路構造の何れも上記電圧クランプ回路によって保護され、したがって、上記電圧クランプ回路が柔軟的に異なるスイッチ回路構造に適用され、更に回路の信頼性を向上することができる。
【０１２０】
本発明を実施形態で前述の通り開示したが、これは本発明を限定するためのものではなく、当業者であれば、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とするものである。
【符号の説明】
【０１２１】
１００ａ、１００ｂ、４００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１６００ａ、１６００ｂ、１６００ｃ、１６００ｄ、１７００、１８００、１９００  コンバータ
１１０  第１のブリッジアーム
１２０  第２のブリッジアーム
１３０、１３０ａ  スイッチ回路
１４０ａ、１４０ｂ、２４０、７４０、８４０、１３４０、１６４０、１６４５、１６５０、１６５５、１７４０、１７４５、１８４０、１９４０  電圧クランプ回路
１１２、１１４、２３２、２３４、５３２、５３４、６３２、６３４、２１３０ａ、２１３５ａ、２１３０ｂ、２１３５ｂ、２２１２ａ、２２１４ａ、２２１２ｂ、２２１４ｂ  スイッチユニット
１２２、１２４  電圧源
２０１０ａ、２０１０ｂ  充電回路
２０２０ａ、２０２０ｂ  能動回路
２０２５ａ、２０２５ｂ  ＤＣ−ＤＣコンバータ
２０３０  駆動回路
【図１Ａ】
2015208210.tif 000003
【図１Ｂ】
2015208210.tif 000004
【図２Ａ】
2015208210.tif 000005
【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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