(57)【要約】【課題】ＤＣ／ＤＣ変換器の電力消費は非常に大量になる可能性があり、したがって、電力変換の性能が低下するという問題を解決する電力変換回路を提供すること【解決手段】入力電力を出力電力に変換するための電力変換器が第１の変換回路、第２の変換回路、および平衡回路を備える。当該第１の変換回路は、前記入力電力の第１の部分を受信するための第１の一次巻線および当該出力電力の第１の部分を生成するための第１の二次巻線を備える。当該第２の変換回路は、当該入力電力の第２の部分を受信するための第２の一次巻線および当該出力電力の第２の部分を生成するための第２の二次巻線を備える。当該平衡回路は当該第１の二次巻線の第１の端子と当該第２の二次巻線の第２の端子に接続され、当該第１の端子と第２の端子の間で信号を渡すことによって当該出力電力の第１の部分と第２の部分を平衡させるように動作可能である。当該第１の端子と第２の端子は同一極性を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電力を出力電力に変換するための電力変換器であって、
前記入力電力の第１の部分を受信するように動作可能である第１の一次巻線と、前記出力電力の第１の部分を生成するように動作可能である第１の二次巻線とを備えた第１の変換回路と、
前記入力電力の第２の部分を受信するように動作可能である第２の一次巻線と、前記出力電力の第２の部分を生成するように動作可能である第２の二次巻線を備えた第２の変換回路と、
前記第１の二次巻線の第１の端子および前記第２の二次巻線の第２の端子に接続され、前記第１の端子と前記第２の端子の間で信号を渡すことによって前記出力電力の前記第１の部分と前記第２の部分を互いに平衡させるように動作可能である平衡回路であって、前記第１の端子と前記第２の端子は同一極性を有する平衡回路と、
を備える、電力変換器。
【請求項２】
前記平衡回路は、前記第１の二次巻線の前記第１の端子に接続された第１の端点と前記第２の二次巻線の前記第２の端子に接続された第２の端点とを有する容量要素を備え、前記容量要素は、前記第１の端子と前記第２の端子の間で前記信号を渡すように動作可能である、請求項１に記載の電力変換器。
【請求項３】
前記信号は電圧リンギングを含み、前記容量要素は、前記第１の端子と前記第２の端子の間で前記電圧リンギングを渡して前記第１の二次巻線を流れる第１の電流と前記第２の二次巻線を流れる第２の電流を平衡させるように動作可能である、請求項２に記載の電力変換器。
【請求項４】
前記第１の二次巻線に接続された第１の整流ダイオードであって、第１の電流が前記第１の整流ダイオードと前記第１の二次巻線の少なくとも一部を通って第１のノードから第２のノードへ流れるのを可能とするように動作可能である第１の整流ダイオードと、
前記第２の二次巻線に接続された第２の整流ダイオードであって、第２の電流が前記第２の整流ダイオードと前記第２の二次巻線の少なくとも一部を前記第１のノードから前記第２のノードへ流れるのを可能とするように動作可能である第２の整流ダイオードと、
をさらに備える、請求項１に記載の電力変換器。
【請求項５】
前記平衡回路は、前記第１の二次巻線の前記第１の端子に接続された第１の端点を有し前記第２の二次巻線の前記第２の端子に接続された第２の端点を有する容量要素を備え、前記容量要素は、前記第１の端子と前記第２の端子の間で電圧リンギングを渡して前記第１の整流ダイオードおよび第２の整流ダイオードの電圧不均衡を減らすように動作可能であり、前記信号は前記電圧リンギングを含む、請求項４に記載の電力変換器。
【請求項６】
前記第１の整流ダイオードに接続され、前記第１の電流の少なくとも一部を渡して負のフィードバックを前記第１の電流に提供するように動作可能である第１の抵抗成分と、
前記第２の整流ダイオードに接続され、前記第２の電流の少なくとも一部を渡して負のフィードバックを前記第２の電流に提供するように動作可能である第２の抵抗成分と、
をさらに備える請求項４に記載の電力変換器。
【請求項７】
入力電力を出力電力に変換するための電力変換器であって、
第１の一次巻線、第１の二次巻線、および第１の補助巻線を備え、前記第１の一次巻線で受信した前記入力電力の第１の部分を前記第１の二次巻線で前記出力電力の第１の部分に変換するように動作可能である第１の変換回路であって、前記第１の変換回路は、前記入力電力の前記第１の部分を前記出力電力の第１の部分に変換するときの第１の磁化を有する、第１の変換回路と、
第２の一次巻線、第２の二次巻線、および第２の補助巻線を備え、前記第２の一次巻線で受信した前記入力電力の第２の部分を前記第２の二次巻線で前記出力電力の第２の部分に変換するように動作可能である第２の変換回路であって、前記第２の変換回路は、前記入力電力の前記第２の部分を前記出力電力の前記第２の部分に変換するときの第２の磁化を有する、第２の変換回路と、
を備え、
前記第１の補助巻線と第２の補助巻線は、共通ノードに接続され、前記共通ノードを介して信号を渡すことによって前記第１の磁化と前記第２の磁化を平衡させるように動作可能である、
電力変換器。
【請求項８】
前記共通ノードに接続された前記第１の補助巻線の第１の端点と前記共通ノードに接続された前記第２の補助巻線の第２の端点は同一極性を有する、請求項７に記載の電力変換器。
【請求項９】
前記第１の補助巻線に接続され、前記第１の補助巻線を流れる電流が或る範囲にあるように制御するように動作可能である第１の電流制御要素と、
前記第２の補助巻線に接続され、前記第２の補助巻線を流れる電流が或る範囲にあるように制御するように動作可能である第２の電流制御要素と、
をさらに備える、請求項７に記載の電力変換器。
【請求項１０】
前記第１の一次巻線と第２の一次巻線は同一の巻数を有し、前記第１の補助巻線と第２の補助巻線は同一の巻数を有し、前記第１の電流制御要素と第２の電流制御要素は実質的に同一の抵抗を有する、請求項９に記載の電力変換器。
【請求項１１】
前記入力電力の前記第１の部分を前記第１の一次巻線に伝達して第１の電流を前記第１の一次巻線に流れさせ、前記入力電力の前記第２の部分を前記第２の一次巻線に伝達して第２の電流を前記第２の一次巻線に流れさせるために、前記入力電力を前記入力電力の前記第１の部分と前記入力電力の前記第２の部分を含む複数の部分に分割するように動作可能である電力変換回路をさらに備える、請求項７に記載の電力変換器。
【請求項１２】
前記第１の電流が前記第２の電流より大きい場合には、前記第１の補助巻線が前記共通ノードを流れる平衡電流を生成し、前記平衡電流の少なくとも一部が前記第２の補助巻線を流れる、請求項１１に記載の電力変換器。
【請求項１３】
前記第１の磁化が前記第２の磁化より大きい場合には、前記第１の補助巻線が前記共通ノードを流れる平衡電流を生成し、前記平衡電流の少なくとも一部が前記第２の補助巻線を流れて前記第２の磁化を増大させる、請求項７に記載の電力変換器。
【請求項１４】
第３の一次巻線、第３の二次巻線、および第３の補助巻線を備え、前記第３の一次巻線で受信した前記入力電力の第３の部分を前記第３の二次巻線で前記出力電力の第３の部分に変換するように動作可能であ第３の変換回路であって、前記第３の変換回路は、前記入力電力の前記第３の部分を前記出力電力の前記第３の部分に変換するときの第３の磁化を有する、第３の変換回路をさらに備え、
前記第３の補助巻線の第３の端点は前記共通ノードに接続され、前記第１の補助巻線の前記第１の端点と同一極性を有する、
請求項７に記載の電力変換器。
【請求項１５】
電力変換器であって、
複数の一次巻線および二次巻線回路を備え、前記一次巻線で受信した入力電力を前記二次巻線回路での出力電力に変換するように動作可能である変換回路と、
前記電力変換器の入力電圧を複数の部分電圧に分割するように動作可能である電圧分割回路と、
前記変換回路および前記電圧分割回路に接続され、前記複数の部分電圧のうち１つの部分電圧を選択的に受信するように前記一次巻線の各一次巻線を制御するように動作可能であるスイッチング回路と、
を備える、電力変換器。
【請求項１６】
前記電圧分割回路は直列に接続された複数の容量要素を備え、前記部分電圧の各部分電圧は、前記容量要素の各容量要素にわたる電圧に対応する、請求項１５に記載の電力変換器。
【請求項１７】
前記スイッチング回路は、制御信号の制御のもとで、前記複数の一次巻線の一次巻線を前記複数の容量要素の第１の容量要素と並列に接続して、前記一次巻線が部分電圧を前記第１の容量要素から受信するように動作可能であり、前記一次巻線を前記第１の容量要素に隣接する第２の容量要素と直列に接続するように動作可能である、請求項１６に記載の電力変換器。
【請求項１８】
前記スイッチング回路は、制御信号の制御のもとで、前記スイッチング回路が前記一次巻線を第１の容量要素に隣接する第２の容量要素とと並列に接続する場合には、前記複数の一次巻線の一次巻線を前記複数の容量要素の前記第１の容量要素と直列に接続するように動作可能であり、前記スイッチング回路が前記一次巻線を前記第１の容量要素と並列に接続する場合には、前記一次巻線を前記第２の容量要素と直列に接続するように動作可能である、請求項１６に記載の電力変換器。
【請求項１９】
前記変換回路は複数の磁心を備え、前記複数の一次巻線はそれぞれ前記複数の磁心に磁気的に接続され、前記電力変換器はさらに、磁気的に前記磁心に接続され前記部分電圧を平衡させるように動作可能である平衡回路を備える、請求項１５に記載の電力変換器。
【請求項２０】
前記変換回路は磁心を備え、前記一次巻線は、前記磁心に磁気的に接続され、前記部分電圧を平衡させるように動作可能である、請求項１５に記載の電力変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の記載
本願は、２０１３年９月３０日出願の米国仮特許出願第６１／８８４、５５６号に対する優先権を主張し、その全体を引用により本明細書に組み込む。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来式のＤＣ／ＤＣ（ｄｉｒｅｃｔ−ｃｕｒｒｅｎｔ  ｔｏ  ｄｉｒｅｃｔ−ｃｕｒｒｅｎｔ）変換器１００のブロック図を示す。ＤＣ／ＤＣ変換器１００は、フルブリッジスイッチング回路１０２、変換器Ｔ１、および整流回路１０６を備える。フルブリッジスイッチング回路１０２は、スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４を備え、スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４での制御信号ＣＴＲ１、ＣＴＲ２、ＣＴＲ３およびＣＴＲ４の制御に基づいて、入力電力、例えば入力電圧ＶＩＮを変換器Ｔ１に渡す。変換器Ｔ１は、当該入力電力を受信してその一時巻線を流れる一次電流ＩＰＲＩを生成する。一次電流ＩＰＲＩは変換器Ｔ１の二次巻線を流れる対応する二次電流ＩＳＥＣを誘導する。二次電流ＩＳＥＣはさらに、整流回路１０６を流れてＤＣ／ＤＣ変換器１００の出力電圧ＶＯＵＴを制御する。このように、スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４を制御することによって、ＤＣ／ＤＣ変換器１００は入力電圧ＶＩＮを所望の出力電圧ＶＯＵＴに変換することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１に示すように、制御信号ＣＴＲ１、ＣＴＲ２、ＣＴＲ３およびＣＴＲ４はスイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４を制御して入力電力を変換器Ｔ１に提供することができる。一次電流ＩＰＲＩは変換器Ｔ１を流れ、変換器Ｔ１の磁心に磁力を誘導する。当該入力電力が比較的大きく比較的大きな一次電流ＩＰＲＩを生じさせる場合には、変換器Ｔ１の磁心に蓄えられる磁力は、短時間では消失できない大量の熱を生み出す可能性がある。結果として、変換器Ｔ１の電力変換効率は比較的低いことがある。ＤＣ／ＤＣ変換器１００の電力消費は非常に大量になる可能性があり、したがって、電力変換の性能が低下する。この問題を解決する電力変換回路が有益である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１実施形態では、入力電力を出力電力に変換するための電力変換器が第１の変換回路、第２の変換回路、および平衡回路を備える。当該第１の変換回路は、当該入力電力の第１の部分を受信するための第１の一次巻線と当該出力電力の第１の部分を生成するための第１の二次巻線を備える。当該第２の変換回路は、当該入力電力の第２の部分を受信するための第２の一次巻線および当該出力電力の第２の部分を生成するための第２の二次巻線を備える。当該平衡回路は当該第１の二次巻線の第１の端子と当該第２の二次巻線の第２の端子に接続され、当該第１の端子と第２の端子の間で信号を渡すことによって当該出力電力の第１の部分と第２の部分を平衡させるように動作可能である。当該第１の端子と第２の端子は同一極性を有する。
【０００５】
別の実施形態では、入力電力を出力電力に変換するための電力変換器が第１の変換回路と第２の変換回路を備える。当該第１の変換回路は、第１の一次巻線、第１の二次巻線、および第１の補助巻線を備え、当該第１の一次巻線で受信した入力電力の第１の部分を当該第１の二次巻線の出力電力の第１の部分に変換する。当該第１の変換回路は、当該入力電力の当該第１の部分を当該出力電力の第１の部分に変換するときの第１の磁化を有する。当該第２の変換回路は、第２の一次巻線、第２の二次巻線、および第２の補助巻線を備え、当該第２の一次巻線で受信した入力電力の第２の部分を当該第２の二次巻線の出力電力の第２の部分に変換する。当該第２の変換回路は、当該入力電力の第２の部分を当該出力電力の第２の部分に変換するときの第２の磁化を有する。当該第１の補助巻線と当該第２の補助巻線は、共通ノードに接続され、当該共通ノードを介して信号を渡すことによって当該第１の磁化と当該第２の磁化を平衡させるように動作可能である。
【０００６】
さらに別の実施形態では、電力変換器が変換回路、電圧分割回路、およびスイッチング回路を備える。当該変換回路は、１組の一次巻線と二次巻線回路を備え、当該一次巻線で受信した入力電力を当該二次巻線回路の出力電力に変換する。当該電圧分割回路は当該電力変換器の入力電圧を複数の部分電圧に分割する。当該スイッチング回路は、当該変換回路と当該電圧分割回路に接続され、当該複数の部分電圧のうち１つの部分電圧を選択的に受信するように当該一次巻線の各一次巻線を制御するように動作可能である。
【０００７】
本発明の諸実施形態の特徴と利点は、下記の詳細な説明とともに、図面を参照することで明らかになろう。図面では、同じ番号は同じ部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来式のＤＣ／ＤＣ変換器のブロック図である。
【図２】本発明に従う１実施形態における電力変換器の１例のブロック図である。
【図３】本発明に従う１実施形態における電力変換器の１例の回路図である。
【図４】本発明に従う別の実施形態における電力変換器の１例のブロック図である。
【図５Ａ】本発明に従う１実施形態における図４の電力変換器の１例の回路図である。
【図５Ｂ】本発明に従う別の実施形態における図４の電力変換器の１例の回路図である。
【図６】本発明に従う別の実施形態における電力変換器の１例の回路図である。
【図７】本発明に従う１実施形態における電力変換器が実施する動作の種々の例の流れ図である。
【図８】本発明に従う１実施形態における電力変換器が実施する動作の種々の例の流れ図である。
【図９】本発明に従う１実施形態における電力変換器が実施する動作の種々の例の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明の諸実施形態を詳細に説明する。本発明をこれらの諸実施形態と関連して説明するが、これは本発明をこれらの諸実施形態に限定しようとするものではないことは理解される。寧ろ、本発明は種々の代替、修正、および均等物を包含しようとするものであり、これらは添付の特許請求の範囲で定義される本発明の趣旨と範囲に含まれうる。
【００１０】
さらに、以下の本発明の詳細な説明では、多数の具体的な詳細を説明して本発明の徹底的な理解を与える。しかし、本発明をこれらの具体的な詳細なしに実施できることは当業者には理解される。他の事例、周知な方法、手続き、要素、および回路は本発明の諸態様を不必要に不明瞭にしないために詳細には説明していない。
【００１１】
本発明に従う諸実施形態は、フルブリッジまたはハーフブリッジのスイッチング回路のような変換回路および電力変換回路を用いることによって入力電力を出力電力に変換するための、電力変換器、例えばＤＣ／ＤＣ（ｄｉｒｅｃｔ−ｃｕｒｒｅｎｔ  ｔｏ  ｄｉｒｅｃｔ−ｃｕｒｒｅｎｔ）変換器を提供する。当該電力変換器は、当該入力電力を当該変換回路の複数の一次巻線と、当該一次巻線と結合された当該変換回路の１つまたは複数の二次巻線に配分し、当該入力電力を出力電力に変換することができる。したがって、当該入力電力が比較的大きい場合であっても、当該電力変換器は、各一次巻線に提供される電力量を減らすことができ、当該変換回路内の個々の磁心の熱消失を加速させることができる。
【００１２】
さらに、当該電力変換器は平衡回路を備える。例として、当該変換回路は複数の二次巻線を備えることができ、出力平衡回路が、当該二次巻線をそれぞれ流れる電流を平衡させるために当該二次巻線に接続される。別の例として、当該変換回路は複数の変換器を備えることができ、入力平衡回路は、当該変換器の磁心の磁化を平衡させるために当該変換器の磁心に磁気的に接続される。その結果、本発明に従う電力変換器は、従来の設計に対して電力損失が少なく、変換効率が改善されている。
【００１３】
図２は、本発明に従う１実施形態における電力変換器２００の１例のブロック図を示す。電力変換器２００は、変換器ベースのＤＣ／ＤＣ変換器（以降、ＤＣ／ＤＣ変換器２００）であってもよい。図２に示すように、ＤＣ／ＤＣ変換器２００は電力伝達回路２０２、電力変換回路２０４、および出力回路２０６を備える。
【００１４】
１実施形態では、電力伝達回路２０２は、入力電力、例えば入力電圧ＶＩＮを受信し、当該入力電力を電力変換回路２０４に選択的に伝達／送信する。電力変換回路２０４は、平衡回路２１０と複数の変換回路２０４＿１、２０４＿２、．．．、および２０４＿Ｎ（「Ｎ」は自然数）を備え、当該入力電力を出力電力に変換するように動作可能である。各変換回路２０４＿１、２０４＿２、．．．、または２０４＿Ｎは一次巻線と二次巻線（図示せず）を備える。１実施形態では、変換回路２０４＿１、２０４＿２、．．．、および２０４＿Ｎの一次巻線は直列に接続され、一次電流ＩＰが当該一次巻線を流れて当該入力電力を変換回路２０４＿１、２０４＿２、．．．、および２０４＿Ｎに送信する。有利なことに、同量の入力電力が与えられると、従来式のＤＣ／ＤＣ変換器１００と比べて、ＤＣ／ＤＣ変換器２００の各変換回路内の磁心により生成された熱を減らすことができる。したがって、図２の変換回路２０４＿１、２０４＿２、．．．、および２０４＿Ｎの熱消失効率を高めることができる。換言すれば、複数の変換回路を用いることによって、ＤＣ／ＤＣ変換器２００は、従来式のＤＣ／ＤＣ変換器１００と比べて、変換効率が良く、高い入力電力／電圧での電力損失が低い。さらに、１実施形態では、変換回路２０４＿１、２０４＿２、．．．、および２０４＿Ｎの二次巻線を並列に接続することができ、変換回路２０４＿１、２０４＿２、．．．、および２０４＿Ｎの二次巻線をそれぞれ流れる二次電流ＩＳ１、ＩＳ２、．．．、およびＩＳＮを結合して出力回路２０６で出力電流ＩＯＵＴを形成してＤＣ／ＤＣ変換器２００の出力電圧ＶＯＵＴを制御することができる。このように、ＤＣ／ＤＣ変換器２００は入力電圧ＶＩＮを出力電圧ＶＯＵＴに変換することができる。
【００１５】
１実施形態では、平衡回路２１０が変換回路２０４＿１乃至２０４＿Ｎ内の電力変換を平衡させる。例えば、平衡回路２１０を変換回路２０４＿１乃至２０４＿Ｎの磁心に磁気的に接続して変換回路２０４＿１乃至２０４＿Ｎの磁心の磁化を平衡させることができる。別の例として、平衡回路２１０を変換回路２０４＿１乃至２０４＿Ｎの二次巻線に接続して二次電流ＩＳ１、ＩＳ２、．．．、およびＩＳＮを平衡させることができる。本明細書で使用する際、第１の要素および第２の要素を「平衡させる」とは、当該第１の要素と当該第２の要素の差を減らすことを意味する。当該第１の要素と当該第２の要素は電圧、電流、入力電力、出力電力、磁化、磁気エネルギ等であってもよい。
【００１６】
図３は、本発明に従う１実施形態におけるＤＣ／ＤＣ変換器３００の１例の回路図を示す。図３を図２と組み合わせて説明する。ＤＣ／ＤＣ変換器３００は、図２のＤＣ／ＤＣ変換器２００の１実施形態であってもよい。ＤＣ／ＤＣ変換器３００は、電力変換回路３０２、電力変換回路３０４、および出力回路３０６を備える。
【００１７】
１実施形態では、電力変換回路３０２は、図３の例で開示したスイッチＱＨ１、ＱＬ１、ＱＨ２およびＱＬ２を含むフルブリッジスイッチング回路またはハーフブリッジスイッチング回路（図示せず）のようなスイッチング回路を備える。当該スイッチング回路は、入力電力、例えば入力電圧ＶＩＮを電力変換回路３０４に選択的に伝達／送信することができる。例として、スイッチＱＨ１、ＱＬ１、ＱＨ２およびＱＬ２は、制御信号ＤＲＶＨ１、ＤＲＶＬ１、ＤＲＶＨ２およびＤＲＶＬ２の制御のもとで、第１のモード、第２のモード、第３のモード、および第４のモードの間で変化することができる。当該第１のモードでは、制御信号ＤＲＶＨ１、ＤＲＶＬ１、ＤＲＶＨ２およびＤＲＶＬ２がスイッチＱＨ１およびＱＬ２をターンオンし、スイッチＱＬ１およびＱＨ２をターンオフすることができる。したがって、電力変換回路３０４は、入力電力、例えば入力電圧ＶＩＮを、スイッチＱＨ１およびＱＬ２を介して受信する。当該第２のモードでは、制御信号ＤＲＶＨ１、ＤＲＶＬ１、ＤＲＶＨ２およびＤＲＶＬ２がスイッチＱＨ１とＱＨ２をターンオンし、スイッチＱＬ１とＱＬ２をターンオフすることができる。したがって、電力変換回路３０４は入力電力を受信しない。当該第３のモードでは、制御信号ＤＲＶＨ１、ＤＲＶＬ１、ＤＲＶＨ２およびＤＲＶＬ２がスイッチＱＬ１およびＱＨ２をターンオンし、スイッチＱＨ１およびＱＬ２をターンオフすることができる。したがって、電力変換回路３０４は入力電力、例えば入力電圧ＶＩＮを、スイッチＱＬ１およびＱＨ２を介して受信する。当該第４のモードでは、制御信号ＤＲＶＨ１、ＤＲＶＬ１、ＤＲＶＨ２およびＤＲＶＬ２がスイッチＱＬ１とＱＬ２をターンオンし、スイッチＱＨ１とＱＨ２をターンオフすることができる。したがって、電力変換回路３０４は入力電力を受信しない。しかし、本発明ははそのようには限定されない。別の実施形態では、当該第２のモードと当該第４のモードの間に、制御信号ＤＲＶＨ１、ＤＲＶＨ２、ＤＲＶＬ１およびＤＲＶＬ２がスイッチＱＨ１、ＱＬ１、ＱＨ２およびＱＬ２をターンオフすることができる。
【００１８】
１実施形態では、電力変換回路３０４が第１の変換回路Ｔ３１、第２の変換回路Ｔ３２、キャパシタＣ３２、ならびに整流器回路３１４＿１および３１４＿２を備える。第１の変換回路Ｔ３１は、第１の一次巻線Ｐ１および第１の二次巻線Ｓ１、例えばセンタ・タップ二次巻線を備える。第２の変換回路Ｔ３２は、第２の一次巻線Ｐ２および第２の二次巻線Ｓ２、例えばセンタ・タップ二次巻線を備える。１実施形態では、変換回路Ｔ３１およびＴ３２は実質的に同一である。１実施形態では、整流器回路３１４＿１および３１４＿２も実質的に同一である。本明細書で使用する際、「実質的に同一」である第１の回路と第２の回路は、同一の特性を有するように製造されているが、例えば製造プロセスの非理想性のためそれらの間に差異が存在することがあり、当該差異が無視できる範囲内にある限り当該差異は許容可能である。図３の実施形態では、整流器回路３１４＿１および３１４＿２はそれぞれ二次巻線Ｓ１およびＳ２に接続され、ハーフブリッジ整流器の構造を有する。しかし、本発明はそのようには限定されない。他の実施形態では、整流器回路３１４＿１および３１４＿２は、別の種類の構造、例えば、図５Ｂのフルブリッジ整流器回路４１４Ｂの構造を使用して同様な機能を提供することができる。図３を参照すると、一次巻線Ｐ１およびＰ２は直列に接続され、二次巻線Ｓ１およびＳ２は並列に接続される。キャパシタＣ３２は、一次巻線Ｐ１およびＰ２を流れる一次電流ＩＰに起因する鉄心飽和を回避するために、一次巻線Ｐ１とＰ２の間で接続される。図３では２つの変換回路と２つの整流器回路を開示しているが、別の実施形態では、同様な構造を用いて３つ以上の変換回路と対応する整流器回路を適用することができる。
【００１９】
動作においては、１実施形態では、上述の第１のモード、第２のモード、第３のモード、および第４のモードを交換することで、電力変換回路３０２が入力電圧ＶＩＮを出力電圧ＶＯＵＴに変換するように電力変換回路３０４を制御する。例として、上述のように、当該第１のモードでは、電力変換回路３０４が入力電力、例えば入力電圧ＶＩＮを、スイッチＱＨ１およびＱＬ２を介して受信し、したがって一次電流ＩＰが一次巻線Ｐ１およびＰ２を流れるように生成される。一次電流ＩＰに応答して、二次電流ＩＳ１を二次巻線Ｓ１で生成することができ、二次電流ＩＳ２を二次巻線Ｓ２で生成することができる。電力変換回路３０４が入力電力を受信するので、二次電流ＩＳ１およびＩＳ２は当該第１のモードの間に増大しうる。当該第２のモードでは、電力変換回路３０４は入力電力を受信しない。したがって、二次電流ＩＳ１およびＩＳ２は当該第２のモードの間に減少しうる。同様に、当該第３のモードでは、電力変換回路３０４はスイッチＱＬ１およびＱＨ２を介して入力電力を受信する。したがって、二次電流ＩＳ１およびＩＳ２は第３のモードの間に増大しうる。当該第４のモードでは、電力変換回路３０４は入力電力を受信しない。したがって、二次電流ＩＳ１およびＩＳ２は当該第４のモードの間に減少しうる。二次電流ＩＳ１およびＩＳ２が整流器回路３１４＿１および３１４＿２を通過することができ、二次電流ＩＳ１およびＩＳ２を出力回路３０６で出力電流ＩＯＵＴ、例えばＩＯＵＴ＝ＩＳ１＋ＩＳ２を形成するように結合することができる。出力電流ＩＯＵＴはＤＣ／ＤＣ変換器３００の出力電圧ＶＯＵＴを制御することができる。
【００２０】
このように、１実施形態では、一次巻線Ｐ１が、例えば一次電流ＩＰに一次巻線Ｐ１にわたる電圧を乗ずることで表される、ＤＣ／ＤＣ変換器３００の入力電力の第１の部分を受信することができる。二次巻線Ｓ１が、例えば二次電流ＩＳ１にＤＣ／ＤＣ変換器３００の出力電圧ＶＯＵＴを乗ずることで表される、ＤＣ／ＤＣ変換器３００の出力電力の第１の部分を生成することができる。一次巻線Ｐ２は、例えば一次電流ＩＰに一次巻線Ｐ２にわたる電圧を乗ずることで表される、当該入力電力の第２の部分を受信することができる。二次巻線Ｓ２は、例えば二次電流ＩＳ２に出力電圧ＶＯＵＴを乗ずることで表される、当該出力電力の第２の部分を生成することができる。
【００２１】
有利なことに、ＤＣ／ＤＣ変換器３００の入力電力を、その一次巻線が直列に接続された回路Ｔ３１およびＴ３２のような複数の変換回路に分散させることができる。したがって、同量の入力電力が与えられると、当該変換回路の各一次巻線に分散された電力を従来の設計と比べて減少させることができ、当該変換回路の各磁心で生じた熱を減らして当該変換回路の熱消失効率を高めることができる。その結果、ＤＣ／ＤＣ変換器３００は、従来式のＤＣ／ＤＣ変換器１００と比べて、低い電力損失と高い変換効率で大きな入力電力／電圧に耐えることができる。
【００２２】
さらに、１実施形態では、整流器回路３１４＿１は、二次電流ＩＳ１が二次巻線Ｓ１からＤＣ／ＤＣ変換器３００の（例えば、ＶＯＵＴのラベルを付した）出力端子への方向にのみ流れるように、二次電流ＩＳ１を整流するように構成される。整流器回路３１４＿２は、二次電流ＩＳ２が二次巻線Ｓ２からＤＣ／ＤＣ変換器３００の出力端子への方向にのみ流れるように、二次電流ＩＳ２を整流するように構成される。
【００２３】
例として、図３に示すように、整流器回路３１４＿１は整流ダイオードＤ３１およびＤ３２、およびインダクタＬ３１を備え、整流器回路３１４＿２は整流ダイオードＤ３３およびＤ３４、およびインダクタＬ３２を備える。１実施形態では、上述の第１のモードでは、整流ダイオードＤ３１がターンオンされ、二次電流ＩＳ１が整流ダイオードＤ３１、（図３に示す）センタ・タップ二次巻線Ｓ１の上部（例えば、ラベル「１」の端子付近）、およびインダクタＬ３１を通って、第１のノード３１６、例えばＤＣ／ＤＣ変換器３００の接地端子から、第２のノード３１８、例えばＤＣ／ＤＣ変換器３００の出力端子に流れることを可能とし、一方で、インダクタＬ３１が磁気エネルギを蓄えることができる。同様に、整流ダイオードＤ３３がターンオンされ、二次電流ＩＳ２が整流ダイオードＤ３３、センタ・タップ二次巻線Ｓ２の上部（例えばラベル「３」の端子付近）、およびインダクタＬ３２を通って、第１のノード３１６から第２のノード３１８に流れることを可能とし、一方で、インダクタＬ３２が磁気エネルギを蓄えることができる。さらに、当該第１のモードでは、整流ダイオードＤ３２およびＤ３４がターンオフされる。上述の第２のモードでは、インダクタＬ３１が磁気エネルギを解放し、整流ダイオードＤ３１およびＤ３２がターンオンされ、電流が整流ダイオードＤ３１およびＤ３２ならびにセンタ・タップ二次巻線Ｓ１の上部および下部を通って第１のノード３１６から第２のノード３１８に流れることを可能とする。整流ダイオードＤ３１およびＤ３２を通る電流はインダクタＬ３１で結合されて変換回路Ｔ３１の二次電流ＩＳ１を形成する。同様に、インダクタＬ３２が磁気エネルギを解放し、整流ダイオードＤ３３およびＤ３４がターンオンされて、電流が整流ダイオードＤ３３およびＤ３４ならびにセンタ・タップ二次巻線Ｓ２の上部および下部を通って第１のノード３１６から第２のノード３１８に流れることを可能とする。整流ダイオードＤ３３およびＤ３４を通る電流はインダクタＬ３２で結合されて変換回路Ｔ３２の二次電流ＩＳ２を形成する。上述の第３のモードでは、整流ダイオードＤ３２がターンオンされて、二次電流ＩＳ１が整流ダイオードＤ３２、センタ・タップ二次巻線Ｓ１の下部（例えばラベル「２」の端子付近）、およびインダクタＬ３１を通って第１のノード３１６から第２のノード３１８に流れることを可能とし、一方で、インダクタＬ３１が磁気エネルギを蓄えることができる。同様に、整流ダイオードＤ３４がターンオンされ、二次電流ＩＳ２が整流ダイオードＤ３４、センタ・タップ二次巻線Ｓ２の下部（例えばラベル「４」の端子付近）、およびインダクタＬ３２を通って、第１のノード３１６から第２のノード３１８に流れることを可能とし、一方で、インダクタＬ３２が磁気エネルギを蓄えることができる。さらに、第３のモードでは、整流ダイオードＤ３１およびＤ３３がターンオフされる。上述の第４のモードでは、インダクタＬ３１が磁気エネルギを解放し、整流ダイオードＤ３１およびＤ３２がターンオンされて、電流が整流ダイオードＤ３１およびＤ３２ならびにセンタ・タップ二次巻線Ｓ１の上部および下部を通って第１のノード３１６から第２のノード３１８に流れることを可能とする。整流ダイオードＤ３１およびＤ３２を通る電流がインダクタＬ３１で結合されて変換回路Ｔ３１の二次電流ＩＳ１を形成する。同様に、インダクタＬ３２が磁気エネルギを解放し、整流ダイオードＤ３３およびＤ３４がターンオンされて、電流が整流ダイオードＤ３３およびＤ３４ならびにセンタ・タップ二次巻線Ｓ２の上部および下部を通って第１のノード３１６から第２のノード３１８に流れることを可能とする。整流ダイオードＤ３３およびＤ３４を通る電流はインダクタＬ３２で結合されて変換回路Ｔ３２の二次電流ＩＳ２を形成する。
【００２４】
上述のように、整流ダイオードＤ３１、Ｄ３２、Ｄ３３およびＤ３４はそれぞれ電流を同一の第１のノード３１６から同一の第２のノード３１８に渡すことができる。したがって、１実施形態では、整流ダイオードＤ３１、Ｄ３２、Ｄ３３およびＤ３４は並列に接続される。しかし、２つのダイオードが並列に接続されると、ダイオードに跨る電圧降下の間の不均衡により、１つのダイオードが前方バイアスされ、例えばターンオンされる可能性がある。その結果、当該不均衡により、全ての電流が導通し他のダイオードがカットオフされたままとなる。したがって、整流ダイオードＤ３１、Ｄ３２、Ｄ３３およびＤ３４の間に電圧不均衡が存在する場合には、二次電流ＩＳ１およびＩＳ２が不均衡になる可能性がある。これは、二次巻線Ｓ１により生成された（例えば、ＶＯＵＴ＊ＩＳ１で表した）出力電力の上述の第１の部分と二次巻線Ｓ２により生成された（例えば、ＶＯＵＴ＊ＩＳ１で表した）出力電力の上述の第２の部分の間の不均衡をもたらす。当該設計で解決されない場合には、当該出力電力の第１の部分と第２の部分の間の不均衡がＤＣ／ＤＣ変換器３００の出力電力に不安定性をもたらし、ＤＣ／ＤＣ変換器３００の変換効率を低下させるおそれがある。有利なことに、１実施形態では、電力変換回路３０４は、当該出力電力の第１の部分と第２の部分を平衡させるための容量要素Ｃ３５およびＣ３６、例えばキャパシタを有する平衡回路を備える。
【００２５】
より具体的には、１実施形態では、各変換回路Ｔ３１またはＴ３２の二次巻線が、（例えば、リーク・キャパシタンスと称する）寄生インダクタンスと寄生キャパシタンスを備えてもよく、これらが共鳴回路を構成する。当該共鳴回路により、二次巻線Ｓ１およびＳ２での電圧リンギングが生ずるおそれがあり、一次巻線Ｐ１およびＰ２での電力が突発的に変化する場合、例えば、電力変換回路３０２が例えば上述の第１のモード、第２のモード、第３のモードおよび第４のモードの間で或るモードから別のモードに切り替わるときに、当該電圧リンギングの振幅と周波数は相対的に高くなりうる。１実施形態では、二次巻線Ｓ１およびＳ２の寄生要素の間に差異が存在することがあり、これが二次巻線Ｓ１およびＳ２での電圧リンギングの間の差異を生み出しうる。その結果、当該設計で解決されない限り、端子「１」および「３」での過渡電圧と端子「２」および「４」での過渡電圧の間に不均衡が存在しうる。これが、整流ダイオードＤ３１、Ｄ３２、Ｄ３３およびＤ３４の電圧不均衡を生じさせる可能性があり、さらに、オーバロード、例えば整流ダイオードＤ３１、Ｄ３２、Ｄ３３およびＤ３４のうち１つまたは２つのダイオードでの高エネルギのパルスをもたらす。結果として、電圧リンギングの差異が二次巻線の間で存在する場合には二次電流ＩＳ１およびＩＳ２はが不均衡になりうる。
【００２６】
図３に示すように、容量要素Ｃ３５は、二次巻線Ｓ１の「１」とラベルを付した端子に接続された第１の端点を有し、二次巻線Ｓ２の「３」とラベルを付した端子に接続された第２の端点を有する。端子「１」と端子「３」は同一極性を有する。したがって、容量要素Ｃ３５は、端子「１」および「３」の間で信号、例えば電圧リンギングを渡して整流ダイオードＤ３１およびＤ３３の電圧不均衡を減らし、二次電流ＩＳ１およびＩＳ２を平衡させる信号フィルタとして機能することができる。換言すれば、容量要素Ｃ３５は、信号、例えば電圧リンギングを端子「１」および端子「３」の間で渡すことによって、（例えばＶＯＵＴ＊ＩＳ１で表される）当該出力電力の第１の部分と（例えばＶＯＵＴ＊ＩＳ２で表される）当該出力電力の第２の部分を平衡させるように動作可能である。同様に、容量要素Ｃ３６は、二次巻線Ｓ１の「２」とラベルを付した端子に接続された第１の端点を有し、二次巻線Ｓ２の「４」とラベルを付した端子に接続された第２の端点を有する。端子「２」と端子「４」は同一極性を有する。したがって、容量要素Ｃ３６は、端子「２」および「４」の間で信号、例えば電圧リンギングを渡して整流ダイオードＤ３２およびＤ３４の電圧不均衡を軽減し二次電流ＩＳ１およびＩＳ２を平衡させる信号フィルタとして機能することができる。換言すれば、容量要素Ｃ３６は、端子「２」および端子「４」の間で信号、例えば電圧リンギングを渡すことによって（例えばＶＯＵＴ＊ＩＳ１で表される）当該出力電力の第１の部分と（例えばＶＯＵＴ＊ＩＳ２で表される）当該出力電力の第２の部分を平衡させるように動作可能である。その結果、二次電流ＩＳ１およびＩＳ２を平衡させることができ、例えば均一な波形を有するように同期させることができ、当該出力電力の第１の部分と第２の部分を平衡させることができる。ＤＣ／ＤＣ変換器３００の出力電力を安定させ、ＤＣ／ＤＣ変換器３００の変換効率を高めることができる。
【００２７】
本明細書で使用する際、「同一極性」とは、一次巻線Ｐ１およびＰ２を流れる一次電流ＩＰが二次巻線Ｓ１の第１の端子に流れる電流と二次巻線Ｓ２の第２の端子に流れる電流を誘導する場合に、当該第１の端子と第２の端子が「同一の極性」を有することを意味する。同様に、一次巻線Ｐ１およびＰ２を流れる一次電流ＩＰが二次巻線Ｓ１の第３の端子から流出する電流と二次巻線Ｓ２の第４の端子から流出する電流を誘導する場合には、当該第３の端子と第４の端子は「同一極性」を有する。図３を例にとると、端子「１」および「３」は二次巻線Ｓ１およびＳ２の点のない端子であり同一極性を有する。端子「２」および「４は」は二次巻線Ｓ１およびＳ２の点のある端子であり同一極性を有する。本明細書で使用する際、「点のある端子」とは、本発明に従う１実施形態の図面で示したドット「・」を付した変換器の巻線の端子、例えば、一次巻線または二次巻線を意味し、「点のない端子」とは、点のある端子と異なる極性を有する当該巻線の別の端子を意味する。
【００２８】
１実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換器３００の出力電力を提供するための出力回路３０６は、出力フィルタとして機能するキャパシタＣ３３およびＣ３４を備え、二次電流ＩＳ１およびＩＳ２の平衡をさらに改善させるために負のフィードバックを提供する抵抗成分Ｒ３１およびＲ３２、例えば抵抗器を備える。より具体的には、１実施形態では、整流ダイオードＤ３１、Ｄ３２、Ｄ３３およびＤ３４は負の熱係数を有する。例えば、ダイオード（例えばＤ３１、Ｄ３２、Ｄ３３またはＤ３４）を流れる電流が大きくなると、ダイオードの温度が高くなり当該ダイオードにわたる電圧降下が低下する。これは、時間とともに、解決されない場合には、整流ダイオードＤ３１、Ｄ３２、Ｄ３３およびＤ３４にわたる電圧降下の間の既存の不均衡と二次電流ＩＳ１およびＩＳ２の間の不均衡を増大させうる。１実施形態では、抵抗成分Ｒ３１およびＲ３２がこれらの不均衡を抑制するために導入される。
【００２９】
より具体的には、１実施形態では、抵抗成分Ｒ３１は整流ダイオードＤ３１およびＤ３２に接続され、二次電流ＩＳ１の少なくとも一部を渡して負のフィードバックをに二次電流ＩＳ１提供するように動作可能である。例えば、二次電流ＩＳ１の主要でない部分がキャパシタＣ３３を流れる可能性があり、二次電流ＩＳ１の主要な部分が抵抗成分Ｒ３１を流れる可能性がある。１実施形態では、抵抗成分Ｒ３１およびＲ３２は実質的に同一の抵抗を有する。本明細書で使用する際、「実質的に同一の抵抗」とは、抵抗成分Ｒ３１およびＲ３２が同一の抵抗を有するように製造され、製造プロセスが非理想的であるためにそれらの抵抗の間に無視できる差異が存在しうることを意味する。したがって、二次電流ＩＳ１が二次電流ＩＳ２より大きい場合には、抵抗成分Ｒ３１にわたる電圧は抵抗成分Ｒ３２にわたる電圧より大きくなりうる。したがって、インダクタＬ３１および二次巻線Ｓ１にわたる電圧はインダクタＬ３２および変換回路Ｔ３２の二次巻線にわたる電圧より小さくなる可能性があり、これが二次電流ＩＳ１を二次電流ＩＳ２に対して減少させうる。二次電流ＩＳ１が二次電流ＩＳ２より小さい場合には、抵抗成分Ｒ３１にわたる電圧は抵抗成分Ｒ３２にわたる電圧より小さくなりうる。したがって、インダクタＬ３１および二次巻線Ｓ１にわたる電圧はインダクタＬ３２および変換回路Ｔ３２の二次巻線にわたる電圧より大きくなる可能性があり、これが二次電流ＩＳ１を増大させうる。同様に、抵抗成分Ｒ３２は、整流ダイオードＤ３３およびＤ３４に接続され、二次電流ＩＳ２の少なくとも一部を渡して負のフィードバックを二次電流ＩＳ２に提供するように動作可能である。したがって、抵抗成分Ｒ３１およびＲ３２は二次電流ＩＳ１およびＩＳ２の間の差異ならびに整流ダイオードＤ３１、Ｄ３２、Ｄ３３およびＤ３４にわたる電圧降下の間の差異をを減少させることができる。
【００３０】
図４は、本発明に従う１実施形態における電力変換器４００の１例のブロック図を示す。ＤＣ／ＤＣ変換器４００は、図２のＤＣ／ＤＣ変換器２００の１実施形態であってもよい。ＤＣ／ＤＣ変換器４００は、電力変換回路４０２、電力変換回路４０４、および出力回路４０６を備え、端子ＶＩＮ＋およびＶＩＮ−から受信した入力電力を端子ＶＯＵＴでの出力電力に変換するように動作可能である。
【００３１】
図４に示すように、直列に接続された電力変換回路４０２は、複数の伝達回路４０２＿１、４０２＿２および４０２＿３を備える。電力変換回路４０４は、第１の変換回路Ｔ４１、第２の変換回路Ｔ４２、第３の変換回路Ｔ４３、および整流器回路４１４を備える。各変換回路Ｔ４１、Ｔ４２またはＴ４３は、対応する伝達回路４０２＿１、４０２＿２、または４０２＿３に接続された一次巻線ＰＷ１、ＰＷ２、またはＰＷ３と、整流器回路４１４に接続された二次巻線ＳＷ１、ＳＷ２またはＳＷ３を備える。各変換回路Ｔ４１、Ｔ４２またはＴ４３はまた、補助巻線（または追加の巻線）ＡＷ１、ＡＷ２またはＡＷ３、および補助巻線に直列に接続された電流制限要素Ｒ４１、Ｒ４２またはＲ４３、例えば抵抗器を備える。１実施形態では、補助巻線ＡＷ１、ＡＷ２およびＡＷ３は、それぞれ電流制限要素Ｒ４１、Ｒ４２およびＲ４３を介して共通ノード４２０とアースの間で接続される。電流制限要素Ｒ４１、Ｒ４２およびＲ４３はそれぞれ、補助巻線ＡＷ１、ＡＷ２およびＡＷ３を流れる電流が或る範囲にあるように制御することができる。
【００３２】
１実施形態では、電力変換回路４０２は入力電力を端子ＶＩＮ＋およびＶＩＮ−から受信し、伝達回路４０２＿１、４０２＿２および４０２＿３が当該入力電力を複数の部分／断片に分割する。伝達回路４０２＿１は、当該入力電力の第１の部分を一次巻線ＰＷ１に伝達して一次電流ＩＰＷ１を一次巻線ＰＷ１に流れさせ、伝達回路４０２＿２は、当該入力電力の第２の部分を一次巻線ＰＷ２に伝達して一次電流ＩＰＷ２を一次巻線ＰＷ２に流れさせ、伝達回路４０２＿３は当該入力電力の第３の部分を一次巻線ＰＷ３に伝達して一次電流ＩＰＷ３を一次巻線ＰＷ３に流れさせる。一次電流ＩＰＷ１は二次巻線ＳＷ１を流れる二次電流ＩＳＷ１を誘導し、一次電流ＩＰＷ２は二次巻線ＳＷ２を流れる二次電流ＩＳＷ２を誘導し、一次電流ＩＰＷ３は二次巻線ＳＷ３を流れる二次電流ＩＳＷ３を誘導する。このように、変換回路Ｔ４１は、例えば一次電流ＩＰＷ１で表される一次巻線ＰＷ１で受信された当該入力電力の当該第１の部分を、例えば二次電流ＩＳＷ１で表される二次巻線ＳＷ１の当該出力電力の第１の部分に変換し、変換回路Ｔ４２は、例えば一次電流ＩＰＷ２で表される一次巻線ＰＷ２で受信された当該入力電力の第２の部分を、例えば二次電流ＩＳＷ２で表される二次巻線ＳＷ２の当該出力電力の第２の部分に変換し、変換回路Ｔ４３は、例えば一次電流ＩＰＷ３で表される一次巻線ＰＷ３で受信された当該入力電力の第３の部分を、例えば二次電流ＩＳＷ３で表される二次巻線ＳＷ３の出力電力の第３の部分に変換する。二次電流ＩＳＷ１、ＩＳＷ２、およびＩＳＷ３はさらに、整流器回路４１４および出力回路４０６を通って流れ、出力端子ＶＯＵＴで結合されてＤＣ／ＤＣ変換器４００の出力電力を形成する。したがって、ＤＣ／ＤＣ変換器４００の入力電力を伝達回路４０２＿１、４０２＿２および４０２＿３によって分散することができ、各変換回路Ｔ４１、Ｔ４２またはＴ４３が当該入力電力の一部を当該出力電力の一部に変換することができる。有利なことに、電力変換で生じた熱を変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３で分散することができ、したがって、当該変換回路からの熱消失の割合を増大させることができる。
【００３３】
１実施形態では、変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３は実質的に同一である。本明細書で使用する際、「実質的に同一である」とは、変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３（例えば、一次巻線、補助巻線、当該補助巻線と直列に接続された電流制御要素、および二次巻線を含む）が同一の特性を有するように製造されているが、例えば製造プロセスの非理想性に起因してそれらの特性の間に差異が存在しうることを意味する。当該差異が無視できる範囲にある限り、当該差異は許容可能である。したがって、一次巻線ＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３は同一の巻数を有し、補助巻線ＡＷ１、ＡＷ２およびＡＷ３は同一の巻数を有し、電流制限要素Ｒ４１、Ｒ４２およびＲ４３は実質的に同一の抵抗を有し、二次巻線ＳＷ１、ＳＷ２およびＳＷ３は同一の巻数を有する。理想的な状況では、変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３が電力変換を行うとき、一次巻線ＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３が同量の入力電力を受信することができ、変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３の磁心が同一の磁化を有することができ、二次巻線ＳＷ１、ＳＷ２およびＳＷ３が同量の出力電力を生成することができる。しかし、実際の状況では、例えば回路要素の非理想性および／または伝達回路４０２＿１、４０２＿２および４０２＿３の非理想的な制御のため、一次巻線ＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３に提供される電力量は厳密には同一ではないことがある。当該設計で解決されない場合には、これは変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３の磁心における磁化の不均衡を生じさせうる。有利なことに、１実施形態では、補助巻線ＡＷ１、ＡＷ２およびＡＷ３は負のフィードバックを提供して、変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３の磁心における磁化を平衡させる。
【００３４】
より具体的には、１実施形態では、変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３が電力変換を同時に行う。即ち、同一期間内に、変換回路Ｔ４１がＤＣ／ＤＣ変換器４００の入力電力の第１の部分をＤＣ／ＤＣ変換器４００の出力電力の第１の部分に変換し、変換回路Ｔ４２が当該入力電力の第２の部分を当該出力電力の第２の部分に変換し、変換回路Ｔ４３が当該入力電力の第３の部分を当該出力電力の第３の部分に変換する。変換回路Ｔ４１は当該入力電力の当該第１の部分を当該出力電力の第１の部分に変換するときの第１の磁化Ｍ１を有することができ、変換回路Ｔ４２は当該入力電力の第２の部分を当該出力電力の第２の部分に変換するときの第２の磁化Ｍ２を有することができ、変換回路Ｔ４３は当該入力電力の第３の部分を当該出力電力の第３の部分に変換するときの第３の磁化Ｍ３を有することができる。１実施形態では、磁化ＭをＭ＝χ＊Ｈで与えることができる。ここで、χは、当該変換回路を生成した材料で決まる磁化率を表し、Ｈは当該変換回路の磁界強度を表す。１実施形態では、変換回路Ｔ４１の磁化は、磁界強度と同様に、主に一次巻線ＰＷ１を流れる一次電流ＩＰＷ１によって決まり、二次巻線ＳＷ１を流れる二次電流ＩＳＷ１と補助巻線ＡＷ１を流れる平衡電流との影響を受ける。変換回路Ｔ４２およびＴ４３の磁化は類似の特徴を有する。１実施形態では、補助巻線ＡＷ１、ＡＷ２およびＡＷ３は共通ノード４２０に接続され、信号、例えば電流を、共通ノード４２０を介して補助巻線ＡＷ１、ＡＷ２およびＡＷ３の間で渡すことによって磁化Ｍ１、Ｍ２およびＭ３を平衡させるように動作可能である。
【００３５】
１実施形態では、補助巻線ＡＷ１、ＡＷ２およびＡＷ３の端点は共通ノード４２０に接続され、同一極性を有する。例えば、補助巻線ＡＷ１および電流制限要素Ｒ４１が電流ループを構成し、補助巻線ＡＷ２および電流制限要素Ｒ４２が電流ループを構成し、補助巻線ＡＷ３および電流制限要素Ｒ４３が電流ループを構成するように共通ノード４２０が例えばアースを介して電流制限要素Ｒ４１、Ｒ４２およびＲ４３に接続される場合には、一次巻線ＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３が電力を電力変換回路４０２から受信するときに、補助巻線ＡＷ１、ＡＷ２およびＡＷ３の各第１の端点から補助巻線ＡＷ１、ＡＷ２およびＡＷ３の各第２の端点へそれぞれ補助巻線ＡＷ１、ＡＷ２およびＡＷ３を通って流れる誘導電流が生成されうる。補助巻線ＡＷ１、ＡＷ２およびＡＷ３の当該第１の端点は上述のように「同一極性」を有し、補助巻線ＡＷ１、ＡＷ２およびＡＷ３の当該第２の端点も「同一極性」を有する。図４を例にとると、共通ノード４２０に接続された補助巻線ＡＷ１、ＡＷ２およびＡＷ３のこれらの端点は点のない端子であり、同一極性を有する。
【００３６】
１実施形態では、共通ノード４２０はアースを介して電流制限要素Ｒ４１、Ｒ４２およびＲ４３に接続されない。変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３内の磁化Ｍ１、Ｍ２およびＭ３が同一である場合、例えば一次巻線ＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３を流れる一次電流ＩＰＷ１、ＩＰＷ２およびＩＰＷ３が同一である場合には、共通ノード４２０を流れる電流は生成されないことがある。これは、補助巻線ＡＷ１、ＡＷ２およびＡＷ３が共通ノード４２０を流れる誘導電流を生成しようと試みるが、これらの電流は同一の電流レベルを有し共通ノード４２０で互いに相殺しうるからである。磁化Ｍ１が磁化Ｍ２とＭ３より大きい場合、例えば一次電流ＩＰＷ１が一次電流ＩＰＷ２およびＩＰＷ３より大きい場合には、補助巻線ＡＷ１は、共通ノード４２０を流れる平衡電流ＩＡＷ１を生成することができ、平衡電流ＩＡＷ１の一部が補助巻線ＡＷ２を流れることができ、平衡電流ＩＡＷ１の他の部分が補助巻線ＡＷ３を流れることができる。１実施形態では、補助巻線ＡＷ１を流れる平衡電流ＩＡＷ１が変換回路Ｔ４１の磁化Ｍ１を軽減することができ、補助巻線ＡＷ２を流れる平衡電流ＩＡＷ１の部分が変換回路Ｔ４２の磁化Ｍ２を増大させることができ、補助巻線ＡＷ３を流れる平衡電流ＩＡＷ１の部分が変換回路Ｔ４３の磁化Ｍ３を増大させることができる。したがって、補助巻線ＡＷ１、ＡＷ２およびＡＷ３は、大きな磁化を有する変換回路Ｔ４１、Ｔ４２またはＴ４３の磁心の磁気エネルギを、小さな磁化を有する別の変換回路Ｔ４１、Ｔ４２またはＴ４３の磁心に伝達することができる。補助巻線ＡＷ１、ＡＷ２およびＡＷ３は変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３の磁化Ｍ１、Ｍ２およびＭ３の間の差異を減らして磁化Ｍ１、Ｍ２およびＭ３を平衡させることができる。
【００３７】
図４の実施形態では、３つの伝達回路（４０２＿１、４０２＿２および４０２＿３）と３つの変換回路（Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３）を開示した。しかし、本発明はそのようには限定されず、他の実施形態では、同様な構造を用いて２つの変換回路または４つ以上の変換回路と対応する伝達回路を適用することができる。
【００３８】
有利なことに、複数の変換回路を用いることによって、従来式のＤＣ／ＤＣ変換器１００と比べて、電力変換回路４０４の熱消失を改善することができ、ＤＣ／ＤＣ変換器４００は、低い電力損失と高い交換効率で大きな入力電力／電圧に耐えることができる。または、変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３の磁心に蓄えられた磁気エネルギを平衡させることができ、これによりさらにＤＣ／ＤＣ変換器４００の電力変換効率が高まる。
【００３９】
図５Ａは、本発明に従う１実施形態におけるＤＣ／ＤＣ変換器５００Ａの１例の回路図を示す。図５Ａはまた、図４の電力変換回路４０２および電力変換回路４０４の例を示す。図５Ａを図２、図３および図４と組み合わせて説明する。ＤＣ／ＤＣ変換器５００Ａは、図４のＤＣ／ＤＣ変換器４００の１実施形態であってもよい。
【００４０】
図５Ａの例では、電力変換回路４０２は、静電電圧分割器回路を形成するために直列に接続された容量要素Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ４３、Ｃ４４、Ｃ４５およびＣ４６、例えばキャパシタを備える。当該電圧分割器回路は、ＤＣ／ＤＣ変換器５００Ａの入力電圧ＶＩＮを１組の部分電圧ＶＣ４１、ＶＣ４２、ＶＣ４３、ＶＣ４４、ＶＣ４５およびＶＣ４６に分割することができる。部分電圧ＶＣ４１、ＶＣ４２、ＶＣ４３、ＶＣ４４、ＶＣ４５およびＶＣ４６の各部分電圧はそれぞれ容量要素Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ４３、Ｃ４４、Ｃ４５およびＣ４６にわたる電圧に対応する。例えば、容量要素Ｃ４１にわたる電圧は部分電圧ＶＣ４１であり、容量要素Ｃ４４にわたる電圧は部分電圧ＶＣ４４である。容量要素Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ４３、Ｃ４４、Ｃ４５およびＣ４６は十分に同一のキャパシタンスを有することができる。これは、容量要素Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ４３、Ｃ４４、Ｃ４５およびＣ４６を同一のキャパシタンスを有するように製造できるが、製造プロセスが非理想的であるためにそれらのキャパシタンスの間に無視できる差異が存在しうることを意味する。したがって、１実施形態では、部分電圧ＶＣ４１、ＶＣ４２、ＶＣ４３、ＶＣ４４、ＶＣ４５およびＶＣ４６は十分に同一の値、例えば、ＤＣ／ＤＣ変換器５００Ａの総入力電圧ＶＩＮの６分の１を有する。電力変換回路４０２はまた、複数のハーフブリッジ・スイッチング回路を形成するスイッチング回路、例えばスイッチＱ４１、Ｑ４２、Ｑ４３、Ｑ４４、Ｑ４５およびＱ４６を備える。当該スイッチング回路、例えばＱ４１乃至Ｑ４６は、当該部分電圧ＶＣ４１、ＶＣ４２、ＶＣ４３、ＶＣ４４、ＶＣ４５およびＶＣ４６のうち１つの部分電圧を選択的に受信するように当該一次巻線の各一次巻線ＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３を制御することができる。
【００４１】
より具体的には、１実施形態では、容量要素Ｃ４１およびＣ４２の電圧分割器とスイッチＱ４１およびＱ４２のハーフブリッジ・スイッチング回路が、図４の伝達回路４０２＿１を構成し、ＤＣ／ＤＣ変換器５００Ａの総入力電力の一部を一次巻線ＰＷ１に伝達することができる。例として、スイッチＱ４１がオンでスイッチＱ４２がオフである場合には、一次巻線ＰＷ１は部分電圧ＶＣ４１を受信するために容量要素Ｃ４１と並列に接続され、一次電流ＩＰＷ１はスイッチＱ４１を通って一次巻線ＰＷ１に流れる。スイッチＱ４１がオフでありスイッチＱ４２がオンである場合には、一次巻線ＰＷ１は部分電圧ＶＣ４２を受信するために容量要素Ｃ４２と並列に接続され、一次電流ＩＰＷ１がスイッチＱ４２を通って一次巻線ＰＷ１に流れる。さらに、制御信号ＤＲＶＨ１およびＤＲＶＬ１が（例えば、Ｑ４１がオンでありＱ４２がオフであるときに）スイッチＱ４１およびＱ４２を交互にターンオンしターンオフして、総入力電力の一部を一次巻線ＰＷ１に伝達することができる。同様に、容量要素Ｃ４３およびＣ４４の電圧分割器とスイッチＱ４３およびＱ４４のハーフブリッジ・スイッチング回路が図４の伝達回路４０２＿２を構成し、ＤＣ／ＤＣ変換器５００Ａの総入力電力の一部を一次巻線ＰＷ２に伝達することができる。容量要素Ｃ４５およびＣ４６の電圧分割器とスイッチＱ４５およびＱ４６のハーフブリッジ・スイッチング回路が図４の伝達回路４０２＿３を構成し、ＤＣ／ＤＣ変換器５００Ａの総入力電力の一部を一次巻線ＰＷ３に伝達することができる。
【００４２】
１実施形態では、スイッチング回路Ｑ４１乃至Ｑ４６が一次巻線ＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３の一次巻線を当該第１の容量要素に隣接する第２の容量要素と並列に接続する場合には、スイッチング回路Ｑ４１乃至Ｑ４６が、制御信号ＤＲＶＨ１、ＤＲＶＬ１、ＤＲＶＨ２、ＤＲＶＬ２、ＤＲＶＨ３およびＤＲＶＬ３の制御のもとで、一次巻線ＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３の一次巻線を容量要素Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ４３、Ｃ４４、Ｃ４５およびＣ４６の第１の容量要素と直列に接続し、スイッチング回路Ｑ４１乃至Ｑ４６が当該一次巻線を当該第１の容量要素と並列に接続する場合には、スイッチング回路Ｑ４１乃至Ｑ４６が当該一次巻線を当該第２の容量要素と直列に接続する。例として、例えばスイッチＱ４１をターンオンすることによって、スイッチング回路Ｑ４１乃至Ｑ４６が一次巻線ＰＷ１を容量要素Ｃ４１と並列に接続する場合には、スイッチング回路Ｑ４１乃至Ｑ４６は、例えばスイッチＱ４２をターンオフすることによって、一次巻線ＰＷ１を容量要素Ｃ４２と直列に接続する。スイッチング回路Ｑ４１乃至Ｑ４６が例えばスイッチＱ４２をターンオフすることによって一次巻線ＰＷ１を容量要素Ｃ４２と並列に接続する場合には、スイッチング回路Ｑ４１乃至Ｑ４６は、例えばスイッチＱ４１をターンオンすることによって一次巻線ＰＷ１を容量要素Ｃ４１と直列に接続する。１実施形態では、制御信号ＤＲＶＨ１、ＤＲＶＬ１、ＤＲＶＨ２、ＤＲＶＬ２、ＤＲＶＨ３、およびＤＲＶＬ３は１組のスイッチＱ４１、Ｑ４３およびＱ４５と１組のスイッチＱ４２、Ｑ４４およびＱ４６を交互にターンオンする。スイッチＱ４１、Ｑ４３およびＱ４５がオンであり、スイッチＱ４２、Ｑ４４およびＱ４６がオフであるときには、一次巻線ＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３は、一次巻線ＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３が部分電圧ＶＣ４１、ＶＣ４３を容量要素Ｃ４１、Ｃ４３およびＣ４５から受信するようにそれぞれ容量要素Ｃ４１、Ｃ４３およびＣ４５と並列に接続される。さらに、スイッチＱ４１、Ｑ４３およびＱ４５がオンでありスイッチＱ４２、Ｑ４４およびＱ４６がオフであるときには、容量要素Ｃ４２、Ｃ４４およびＣ４６が一次巻線ＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３と直列に接続される。したがって、有利なことに、図３で開示した容量要素Ｃ３２と同様に、容量要素Ｃ４２、Ｃ４４およびＣ４６は変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３の鉄心飽和を回避することができる。また、スイッチＱ４１、Ｑ４３およびＱ４５がオフでありスイッチＱ４２、Ｑ４４およびＱ４６がオンであるときには、一次巻線ＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３は部分電圧ＶＣ４２、ＶＣ４４およびＶＣ４６を受信するために容量要素Ｃ４２、Ｃ４４およびＣ４６と並列に接続され、容量要素Ｃ４１、Ｃ４３およびＣ４５は変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３の一次巻線と直列に接続され、変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３の鉄心飽和を回避することができる。
【００４３】
図５Ａの電力変換回路４０４Ａでは、変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３は、変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３が上述の平衡のために補助巻線ＡＷ１、ＡＷ２およびＡＷ３も含むということを除いて、図３の変換回路Ｔ３１およびＴ３２と同様な構造と機能を有することができる。即ち、１実施形態では、変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３は、複数の磁心、それぞれ当該磁心に磁気的に接続された複数の一次巻線ＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３と、それぞれ当該磁心に磁気的に接続された複数の二次巻線、例えば図３に示すセンタ・タップ二次巻線を備える。変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３は、磁心における磁化を平衡させるために磁心に磁気的に接続された平衡回路、例えば補助巻線ＡＷ１、ＡＷ２およびＡＷ３も備えることができる。当該平衡回路、例えば補助巻線ＡＷ１、ＡＷ２およびＡＷ３は部分電圧ＶＣ４１、ＶＣ４２、ＶＣ４３、ＶＣ４４、ＶＣ４５およびＶＣ４６を平衡させることもできる。例として、スイッチＱ４１、Ｑ４３およびＱ４５がオンでありスイッチＱ４２、Ｑ４４およびＱ４６がオフであるときには、一次巻線ＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３は部分電圧ＶＣ４１、ＶＣ４３およびＶＣ４５を容量要素Ｃ４１、Ｃ４３およびＣ４５から受信する。部分電圧ＶＣ４１が部分電圧ＶＣ４３およびＶＣ４５より大きい場合には、一次巻線ＰＷ１は一次巻線ＰＷ２およびＰＷ３よりも多くの電力を受信することができる。したがって、容量要素Ｃ４１は容量要素Ｃ４３およびＣ４５より多くの電力を放電することができ、部分電圧ＶＣ４１は部分電圧ＶＣ４３およびＶＣ４５よりも早く減少することができる。補助巻線ＡＷ１は、磁気エネルギを変換回路Ｔ４１から変換回路Ｔ４２およびＴ４３に伝達することができる。結果として、変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３の磁化を平衡させることができ、部分電圧ＶＣ４１、ＶＣ４３およびＶＣ４５を平衡させることができる。同様に、部分電圧ＶＣ４２、ＶＣ４４およびＶＣ４６を平衡させることができる。
【００４４】
動作においては、１実施形態では、制御信号ＤＲＶＨ１、ＤＲＶＬ１、ＤＲＶＨ２、ＤＲＶＬ２、ＤＲＶＨ３、およびＤＲＶＬ３は、電力変換回路４０４Ａが第１の状態、第２の状態、第３の状態、および第４の状態の間で変化するように、スイッチング回路、例えばＱ４１乃至Ｑ４６を制御する。当該第１の状態では、電力変換回路４０４Ａが電力を容量要素Ｃ４１、Ｃ４３およびＣ４５から受信し、当該電力を変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３の磁心の磁気エネルギに変換し、さらに、当該磁気エネルギの一部を出力回路４０６Ａで出力電力に変換する。さらに、容量要素Ｃ４２、Ｃ４４およびＣ４６を使用して変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３の鉄心飽和を回避することができる。例えば図５Ａを例にとると、当該第１の状態では、制御信号ＤＲＶＨ１、ＤＲＶＬ１、ＤＲＶＨ２、ＤＲＶＬ２、ＤＲＶＨ３、およびＤＲＶＬ３がスイッチＱ４１、Ｑ４３およびＱ４５をターンオンし、スイッチＱ４２、Ｑ４４およびＱ４６をターンオフする。当該第２の状態では、電力変換回路４０４Ａは電力を容量要素Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ４３、Ｃ４４、Ｃ４５およびＣ４６から受信せず、当該磁気エネルギの残りの部分、例えば、当該第１の状態で蓄えられた部分を出力回路４０６Ａで出力電力に変換する。例えば図５Ａを例にとると、当該第２の状態では、制御信号ＤＲＶＨ１、ＤＲＶＬ１、ＤＲＶＨ２、ＤＲＶＬ２、ＤＲＶＨ３、およびＤＲＶＬ３がスイッチＱ４１、Ｑ４２、Ｑ４３、Ｑ４４、Ｑ４５およびＱ４６をターンオフする。当該第３の状態では、電力変換回路４０４Ａが容量要素Ｃ４２、Ｃ４４およびＣ４６から電力を受信し、当該電力を変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３の磁心の磁気エネルギに変換し、さらに、当該磁気エネルギの一部を出力回路４０６Ａでの出力電力に変換する。さらに、容量要素Ｃ４１、Ｃ４３およびＣ４５を使用して変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３の鉄心飽和を回避することができる。例えば図５Ａを例にとると、当該第３の状態では、制御信号ＤＲＶＨ１、ＤＲＶＬ１、ＤＲＶＨ２、ＤＲＶＬ２、ＤＲＶＨ３、およびＤＲＶＬ３がスイッチＱ４２、Ｑ４４およびＱ４６をターンオンし、スイッチＱ４１、Ｑ４３およびＱ４５をターンオフする。当該第４の状態では、電力変換回路４０４Ａは、容量要素Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ４３、Ｃ４４、Ｃ４５およびＣ４６から電力を受信せず、当該磁気エネルギの残りの部分、例えば当該第３の状態で蓄えられた部分を出力回路４０６Ａで出力電力に変換する。結果として、電力変換回路４０４Ａは当該入力電力を１組の容量要素Ｃ４１、Ｃ４３およびＣ４５および１組の容量要素Ｃ４２、Ｃ４４およびＣ４６から交互に受信し、入力電力を出力回路４０６Ａで出力電力に変換することができる。
【００４５】
１実施形態では、制御信号ＤＲＶＨ１、ＤＲＶＬ１、ＤＲＶＨ２、ＤＲＶＬ２、ＤＲＶＨ３、およびＤＲＶＬ３が、第１の状態の時間間隔長、例えばスイッチＱ４１、Ｑ４３およびＱ４５がオンである時間と、第３の状態の時間間隔長、例えばスイッチＱ４２、Ｑ４４およびＱ４６がオンである時間とをほぼ同一であるように制御することができる。したがって、部分電圧ＶＣ４１、ＶＣ４２、ＶＣ４３、ＶＣ４４、ＶＣ４５およびＶＣ４６を互いに平衡させることができる。本明細書で使用する際、「ほぼ同一」とは、制御信号ＤＲＶＨ１、ＤＲＶＬ１、ＤＲＶＨ２、ＤＲＶＬ２、ＤＲＶＨ３、およびＤＲＶＬ３が２つの時間間隔の長さが同一であるように制御するようにプログラムまたは調節されており、例えば回路要素の非理想性に起因する当該２つの時間間隔の間の差異が、当該差異が比較的小さく無視できる限り許容可能であることを意味する。
【００４６】
さらに、整流器回路４１４Ａ、例えば図４の整流器回路４１４の１実施形態は整流器回路４１４＿１、４１４＿２および４１４＿３を備えることができる。整流器回路４１４＿１、４１４＿２および４１４＿３は、図３の整流器回路３１４＿１および３１４＿２と同様な構造と機能を有することができる。１実施形態では、電力変換回路４０４Ａはさらに、同様に図３に示した、変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３の二次巻線の間で接続された１つまたは複数の容量要素を有する平衡回路を備えてもよい。さらに、ＤＣ／ＤＣ変換器５００Ａの出力回路４０６Ａが、図３の出力回路３０６と同様な構造と機能を有することができる。
【００４７】
このように、上述のように、電力変換で生じた熱を変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３で分散させることができ、電力変換回路４０４Ａの熱消失を改善することができる。変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３の磁心に蓄えられた磁気エネルギを平衡させることができ、容量要素Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ４３、Ｃ４４、Ｃ４５およびＣ４６の部分電圧ＶＣ４１、ＶＣ４２、ＶＣ４３、ＶＣ４４、ＶＣ４５およびＶＣ４６を平衡させることができる。これにより、ＤＣ／ＤＣ変換器５００Ａの電力変換効率がさらに高まる。さらに、１実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換器５００Ａの入力電圧ＶＩＮが電力変換回路４０２のスイッチ（例えばＱ４１、Ｑ４２、Ｑ４３、Ｑ４４、Ｑ４５およびＱ４６）に適用される複数の小さな電圧（例えば部分電圧ＶＣ４１、ＶＣ４２、ＶＣ４３、ＶＣ４４、ＶＣ４５およびＶＣ４６）に分割され、これらのスイッチが低い動作電圧と低いオン抵抗ＲＤＳＯＮを有することができる。これらのスイッチは、高い動作電圧と高いオン抵抗ＲＤＳＯＮを有するものと比較して良好なスイッチ性能を有することができる。また、（例えば、上述の第１の状態、第２の状態、第３の状態および第４の状態のうち）或る状態から別の状態にスイッチすることで生ずる電力変換回路４０２のスイッチング・ノード（例えばＬＸ４１、ＬＸ４２およびＬＸ４３）での電圧変化の振幅を、比較的高い電圧を維持するためにスイッチを使用する電力変換回路におけるものと比較して減らすことができる。したがって、ＤＣ／ＤＣ変換器５００Ａの入力電圧ＶＩＮが比較的高い場合であっても、様々な状態（例えば、第１の状態、第２の状態、第３の状態および第４の状態）の間でのスイッチＱ４１、Ｑ４２、Ｑ４３、Ｑ４４、Ｑ４５およびＱ４６の切替えにより生ずる放射を比較的小さくすることができる。
【００４８】
図５Ａの電力変換回路４０２で開示したハーフブリッジ・スイッチング回路は例示のための例であり、他の実施形態ではフルブリッジ・スイッチング回路のような別のタイプのスイッチング回路を電力変換回路４０２において適用することができる。例えば、電力変換回路４０２が、電圧分割器回路を形成するように直列に接続された複数の容量要素を備えてもよく、各容量要素は、同様に図３の電力変換回路３０２で開示したフルブリッジ回路に接続される。
【００４９】
さらに、図５Ａの電力変換回路４０４Ａで開示した整流器回路４１４Ａは例示のための１例であり、他のタイプの回路を電力変換回路４０４Ａにおいて適用することができる。
【００５０】
図５Ｂは、本発明に従う別の実施形態におけるＤＣ／ＤＣ変換器５００Ｂの１例の回路図を示す。図５Ｂを、図２、図３、図４および図５Ａと組み合わせて説明する。ＤＣ／ＤＣ変換器５００Ｂは図４のＤＣ／ＤＣ変換器４００の１実施形態であってもよい。
【００５１】
１実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換器５００Ｂは、図５Ｂの変換回路Ｔ４１’、Ｔ４２’およびＴ４３’の二次巻線Ｓが直列に接続され、電力変換回路４０４Ｂがフルブリッジ整流器回路４１４Ｂを備えることを除いて、ＤＣ／ＤＣ変換器５００Ａと同様な構造を有する。フルブリッジ整流器回路４１４Ｂは、ダイオードＤ５１、Ｄ５２、Ｄ５３、Ｄ５４、およびインダクタＬ５１を備えることができ、直列に接続された二次巻線を流れる二次電流を受信することができ、整流された出力電流ＩＯＵＴを出力端子ＶＯＵＴで生成することができる。
【００５２】
図６は、本発明に従う別の実施形態におけるＤＣ／ＤＣ変換器６００の１例の回路図を示す。図６を図２、図３、図４および図５Ａと組み合わせて説明する。ＤＣ／ＤＣ変換器６００は電力変換回路４０２および電力変換回路６０４を備える。
【００５３】
図６の電力変換回路４０２は図５Ａの電力変換回路４０２と同様な構造を有することができる。図６の電力変換回路４０２の制御は、図５Ａと同様であってもよい。電力変換回路６０４は、変換回路Ｔ６１および（例えばダイオードＤ６１およびＤ６２、およびインダクタＬ６１を有する）整流器回路を備える。変換回路Ｔ６１は、磁心、当該磁心に磁気的に接続された一次巻線ＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３、および当該磁心に磁気的に接続された二次巻線を備える。当該整流器回路は、図３で開示した整流器回路３１４＿１と同様な構造を有する。
【００５４】
１実施形態では、変換回路Ｔ６１の磁心は負のフィードバックを提供して、一次巻線ＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３を介して容量要素Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ４３、Ｃ４４、Ｃ４５およびＣ４６の部分電圧ＶＣ４１、ＶＣ４２、ＶＣ４３、ＶＣ４４、ＶＣ４５およびＶＣ４６を平衡させることができる。例えば、スイッチＱ４１、Ｑ４３およびＱ４５がオンであり、スイッチＱ４２、Ｑ４４およびＱ４６がオフであるときには、一次巻線ＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３は部分電圧ＶＣ４１、ＶＣ４３およびＶＣ４５を容量要素Ｃ４１、Ｃ４３およびＣ４５から受信する。部分電圧ＶＣ４１が部分電圧ＶＣ４３およびＶＣ４５より大きい場合には、変換回路Ｔ６１の磁心は一次巻線ＰＷ１を介して多くの電力を容量要素Ｃ４１から引き出すことができ、一次巻線ＰＷ２およびＰＷ３を介して少ない電力を容量要素Ｃ４３およびＣ４５から引き出すことができる。これにより、部分電圧ＶＣ４１が部分電圧ＶＣ４３およびＶＣ４５より速く減少することとなる。したがって、有利なことに、一次巻線ＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３は部分電圧ＶＣ４１、ＶＣ４３およびＶＣ４５の間の差異を減らすことができ、したがって、部分電圧ＶＣ４１、ＶＣ４３およびＶＣ４５を平衡させることができる。同様に、一次巻線ＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３も部分電圧ＶＣ４２、ＶＣ４４およびＶＣ４６の間の差異を減らすことができ、したがって部分電圧ＶＣ４２、ＶＣ４４およびＶＣ４６を平衡させることができる。さらに、制御信号ＤＲＶＨ１、ＤＲＶＬ１、ＤＲＶＨ２、ＤＲＶＬ２、ＤＲＶＨ３、およびＤＲＶＬ３は、スイッチＱ４１、Ｑ４３およびＱ４５がオンである第１の時間間隔長とスイッチＱ４２、Ｑ４４およびＱ４６がオンである第２の時間間隔長をほぼ同一に制御することができる。結果として、部分電圧ＶＣ４１、ＶＣ４２、ＶＣ４３、ＶＣ４４、ＶＣ４５およびＶＣ４６を互いに平衡させることができる。さらに、１実施形態では、単一の磁心が電力変換回路６０４で使用されるので、ＤＣ／ＤＣ変換器６００のコストを軽減することができる。
【００５５】
図７は、本発明に従う１実施形態における電力変換器が実施する動作の種々の例の流れ図７００を示す。具体的なステップが図７で開示されているが、かかるステップは例示のための例である。即ち、本発明に従う諸実施形態は、他の様々なステップまたは図７に示したステップの変形を実施するのに良く適している。図７を図２および図３と組み合わせて説明する。
【００５６】
ブロック７０２では、第１の変換回路の第１の一次巻線、例えば図３の変換回路Ｔ３１の一次巻線Ｐ１が、電力変換器、例えばＤＣ／ＤＣ変換器３００の入力電力の第１の部分を受信する。
【００５７】
ブロック７０４では、第２の変換回路の第２の一次巻線、例えば図３の変換回路Ｔ３２の一次巻線Ｐ２が、電力変換器、例えばＤＣ／ＤＣ変換器３００の入力電力の第２の部分を受信する。
【００５８】
ブロック７０６では、当該第１の変換回路の第１の二次巻線、例えば変換回路Ｔ３１の二次巻線Ｓ１が、電力変換器、例えばＤＣ／ＤＣ変換器３００の出力電力の第１の部分を生成する。
【００５９】
ブロック７０８では、当該第２の変換回路の第２の二次巻線、例えば変換回路Ｔ３２の二次巻線Ｓ２が、電力変換器、例えばＤＣ／ＤＣ変換器３００の出力電力の第２の部分を生成する。
【００６０】
ブロック７１０では、例えば容量要素Ｃ３５およびＣ３６を含む平衡回路が、当該第１の二次巻線の第１の端子と当該第２の二次巻線の第２の端子の間で信号を渡すことによって、ＤＣ／ＤＣ変換器３００の出力電力の第１の部分と第２の部分を平衡させる。当該第１の端子と第２の端子は同一極性を有する。例えば、容量要素Ｃ３５およびＣ３６は、端子「１」および「３」の間の電圧リンギングと端子「２」および「４」の間の電圧リンギングを渡すことによって二次電流ＩＳ１およびＩＳ２を平衡させる。端子「１」および「３」、例えば点のない端子、は同一極性を有する。また、端子「２」および「４」、例えば点のある端子、は同一極性を有する。
【００６１】
図８は、本発明に従う１実施形態における電力変換器が実施する動作の種々の例の流れ図８００を示す。具体的なステップが図８で開示されているが、かかるステップは例示のための例である。即ち、本発明に従う諸実施形態は、他の様々なステップまたは図８に示したステップの変形を実施するのに良く適している。図８を図４、図５Ａおよび図５Ｂと組み合わせて説明する。
【００６２】
ブロック８０２では、第１の変換回路、例えばＴ４１の一次巻線、例えば、ＰＷ１で受信した、例えば一次電流ＩＰＷ１で表された電力変換器の入力電力の第１の部分を、第１の変換回路、例えばＴ４１の第１の二次巻線、例えば、ＳＷ１で、例えば二次電流ＩＳＷ１で表された電力変換器の出力電力の第１の部分に変換する。当該第１の変換回路、例えばＴ４１は、当該第１の一次巻線、例えばＰＷ１と、当該第１の二次巻線、例えばＳＷ１とを備え、第１の補助巻線、例えばＡＷ１も備える。当該第１の変換回路、例えばＴ４１は、例えば一次電流ＩＰＷ１で表された、当該入力電力の当該第１の部分を、例えば二次電流ＩＳＷ１で表された当該出力電力の第１の部分に変換するときの第１の磁化Ｍ１を有することができる。
【００６３】
ブロック８０４では、第２の変換回路、例えばＴ４２が、第２の変換回路、例えばＴ４２の第２の一次巻線、例えばＰＷ２で受信された、例えば一次電流ＩＰＷ２で表された、入力電力の第２の部分を、第２の変換回路、例えばＴ４２の第２の二次巻線、例えばＳＷ２で、例えば第２の電流ＩＳＷ２で表された、出力電力の第２の部分に変換する。当該第２の変換回路、例えばＴ４２は、当該第２の一次巻線、例えばＰＷ２、当該第２の二次巻線、例えばＳＷ２を備え、第２の補助巻線、例えばＡＷ２を備える。当該第２の変換回路、例えばＴ４２は、例えば一次電流ＩＰＷ２で表された当該入力電力の第２の部分を例えば二次電流ＩＳＷ２で表された当該出力電力の第２の部分に変換するときの第２の磁化Ｍ２を有することができる。
【００６４】
ブロック８０６では、当該第１の補助巻線と当該第２の補助巻線、例えばＡＷ１およびＡＷ２が、当該第１の補助巻線と当該第２の補助巻線、例えばＡＷ１およびＡＷ２の間で接続された共通ノード例えば４２０を介して信号、例えば平衡電流を渡すことによって、当該第１の磁化Ｍ１と当該第２の磁化Ｍ２を平衡させる。
【００６５】
図９は、本発明に従う１実施形態における電力変換器が実施する動作の種々の例の流れ図９００を示す。具体的なステップが図９で開示されているが、かかるステップは例示のための例である。即ち、本発明に従う諸実施形態は、他の様々なステップまたは図９に示したステップの変形を実施するのに良く適している。図９を図５Ａ、図５Ｂ、および図６と組み合わせて説明する。
【００６６】
ブロック９０２では、変換回路、例えば図５Ａの変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３、図５Ｂの変換回路Ｔ４１’、Ｔ４２’およびＴ４３’、または図６の変換回路Ｔ６１の１組の一次巻線、例えばＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３が、電力変換器、例えば５００Ａ、５００Ｂ、または６００の入力電力を受信する。
【００６７】
ブロック９０４では、当該変換回路が、受信した入力電力を、変換回路、例えば図５Ａの変換回路Ｔ４１、Ｔ４２およびＴ４３、図５Ｂの変換回路Ｔ４１’、Ｔ４２’およびＴ４３’、または変換回路Ｔ６１の二次巻線回路で出力電力に変換する。
【００６８】
１実施形態では、ブロック９０２で述べた入力電力の受信ステップが、ブロック９０６および９０８で開示したステップを含む。ブロック９０６では、例えば図５Ａ、図５Ｂまたは図６の容量要素Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ４３、Ｃ４４、Ｃ４５およびＣ４６を含む電圧分割器回路が電力変換器、例えば５００Ａ、５００Ｂ、または６００の入力電圧ＶＩＮを１組の部分電圧、例えばＶＣ４１、ＶＣ４２、ＶＣ４３、ＶＣ４４、ＶＣ４５およびＶＣ４６に分割する。
【００６９】
ブロック９０８では、例えば図５Ａ、図５Ｂまたは図６のスイッチＱ４１、Ｑ４２、Ｑ４３、Ｑ４４、Ｑ４５およびＱ４６を含むスイッチング回路が、部分電圧、例えばＶＣ４１、ＶＣ４２、ＶＣ４３、ＶＣ４４、ＶＣ４５およびＶＣ４６のうち１つの部分電圧を選択的に受信するように一次巻線、例えばＰＷ１、ＰＷ２およびＰＷ３の各一次巻線を制御する。
【００７０】
以上の説明と図面では本発明の諸実施形態を説明したが、添付の特許請求の範囲で定義した本発明の原理の趣旨と範囲から逸脱せずに、様々な追加、修正、および置換を当該諸実施形態で実施してもよいことは理解される。本発明を、本発明の原理から逸脱せずに具体的な環境および動作要件に特に適合された、形態、構造、配置、比率、材料、要素、および構成要素または本発明の実施で使用される多数の修正とともに使用してもよいことは当業者には理解される。本明細書で開示した諸実施形態はしたがってあらゆる点で例示的であって限定的ではないと考えるべきであり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲とその法的均等物で示され、以上の説明には限定されない。
【符号の説明】
【００７１】
２０２  電力伝達回路
２０４  電力変換回路
２０４＿１  変換回路
２０４＿２  変換回路
２０４＿Ｎ  変換回路
２０６  出力回路
２１０  平衡回路
４０２＿１  変換回路
４０２＿２  変換回路
４０２＿３  変換回路
４０６  出力回路
４１４  整流回路
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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