(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターのスイッチを制御する方法であって、各ブリッジ装置はコンデンサー及び複数のスイッチからなる、方法において、
第１の期間の間に、所与の周期的パターンに従って前記複数のブリッジ装置の少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチを制御するステップと、
前記第１の期間に続く第２の期間の間に、前記第１の期間の間に前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の別のブリッジ装置の前記スイッチを制御するために前に用いられた周期的パターンに従って、前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチを制御するステップと、
各期間において、かつ前記複数のブリッジ装置の少なくとも一部の各ブリッジ装置に対して、該ブリッジ装置が前記第２の期間に制御される際に用いられる前記周期的パターンによって制御される前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の別のブリッジ装置を選択するステップと
を含み、
前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の別のブリッジ装置の各々は、
各周期的パターンに対し、前記複数のブリッジ装置の少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチが該周期的パターンによって制御されるときに該ブリッジ装置を流れる電流を推定し、
前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の各ブリッジ装置に対し、該ブリッジ装置を流れた、経時的に累積された電流を推定する、
ことによって選択され、
前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の別のブリッジ装置は、経時的に累積された推定電流が前記複数のブリッジ装置の少なくとも一部の各ブリッジ装置の経時的に累積された前記推定電流より高く、かつ、推定電流が、前記第１の期間において前記複数のブリッジ装置の少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチを制御する前記周期的パターンの前記推定電流より高い周期的パターンによって、前記第１の期間に制御されるブリッジ装置であるか、又は
前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の別のブリッジ装置は、経時的に累積された推定電流が、前記複数のブリッジ装置の少なくとも一部の各ブリッジ装置の経時的に累積された前記推定電流より低く、かつ、推定電流が、前記第１の期間において前記複数のブリッジ装置の少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチを制御する前記周期的パターンの前記推定電流より低い周期的パターンで、前記第１の期間に制御されるブリッジ装置である
ことを特徴とする、方法。
【請求項２】
第１の所与の連続する期間群において、前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチは、前記第１の連続する期間群の間に前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチを制御するために用いられた各周期的パターンに従って、連続的に制御されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スイッチが１つの周期的パターンによって制御されるブリッジ装置を流れる前記推定電流は、前記周期的パターンの時間間隔の数から前記ブリッジ装置の入力と出力との間の電圧がゼロ値である時間間隔の数を引いた値を前記周期的パターンの時間間隔の数によって割った値の平方根に、直流電気提供手段から前記昇圧コンバーターに入力された電流を掛けた値に等しいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
各ブリッジ装置の経時的に累積された前記推定電流は、前記スイッチが前記周期的パターンによって制御されるブリッジ装置を流れる前記推定電流に、前記期間の持続時間を掛けた値だけ増分することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記昇圧コンバーターは、４つのブリッジ装置からなり、
前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部は、第１のブリッジ装置、第２のブリッジ装置及び第３のブリッジ装置を含み、
各周期的パターンは時間間隔に分解されることを特徴とし、
前記第１のブリッジ装置、前記第２のブリッジ装置及び前記第３のブリッジ装置の前記スイッチを制御するために用いられる周期的パターンの各時間間隔において、前記第１のブリッジ装置、前記第２のブリッジ装置及び前記第３のブリッジ装置の入力と出力との間の電圧は、正の値又は前記正の値のマイナスの値か又はゼロ値に等しく、
第４のブリッジ装置の入力と出力との間の電圧は、前記正の値の４倍の値又は前記正の値の４倍のマイナスの値か又はゼロ値に等しく、
前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部は、第１のブリッジ装置、第２のブリッジ装置及び第３のブリッジ装置からなる
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記正の値は、前記出力電圧の予測値を前記周期的パターンの時間間隔の数によって割った結果であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
１つの周期的パターンの複数の時間間隔にわたるブリッジ装置の前記入力と前記出力との間の電圧の合計はゼロ値に等しいことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
１つのブリッジ装置は、複数のブリッジ装置からなる前記昇圧コンバーターによって昇圧される電源の端子のうちの１つに接続され、複数のブリッジ装置からなる前記昇圧コンバーターは、複数のブリッジ装置からなる前記昇圧コンバーターによって昇圧される前記電源の別の端子に接続される少なくとも別のスイッチをさらに備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
Ｎ個の時間間隔を含む前記周期的パターンの最初のＰ個の時間間隔の任意の時間間隔について、複数のブリッジ装置からなる前記昇圧コンバーターによって昇圧される前記電源の前記別の端子に接続される前記スイッチは、前記最初のＰ個の時間間隔中、導通しており、
前記最初のＰ個の時間間隔中の前記ブリッジ装置の前記入力と前記出力との間の前記電圧の合計は、整数Ｎ−Ｐに前記正の値を掛けた値に等しいことを特徴とする、請求項５又は請求項６を引用する請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
Ｎ個の時間間隔を含む周期的パターンの最後のＮ−Ｐ個の時間間隔の任意の時間間隔について、複数のブリッジ装置からなる前記昇圧コンバーターによって昇圧される前記電源の前記別の端子に接続される前記スイッチは、前記最後のＮ−Ｐ個の時間間隔中、導通しておらず、
前記最後のＮ−Ｐ個の時間間隔中の前記ブリッジ装置の前記入力と前記出力との間の前記電圧の合計は、非ゼロの整数Ｐに前記正の値を掛けた値のマイナス値に等しいことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
直列に接続された複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターのスイッチを制御する装置であって、各ブリッジ装置はコンデンサー及び複数のスイッチからなる、装置において、
第１の期間の間に、所与の周期的パターンに従って前記複数のブリッジ装置の少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチを制御する手段と、
前記第１の期間に続く第２の期間の間に、前記第１の期間の間に前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の別のブリッジ装置の前記スイッチを制御するために前に用いられた周期的パターンに従って、前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチを制御する手段と、
各期間において、かつ前記複数のブリッジ装置の少なくとも一部の各ブリッジ装置に対して、該ブリッジ装置が前記第２の期間に制御される際に用いられる前記周期的パターンによって制御される前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の別のブリッジ装置を選択する手段と
を具備し、
前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の別のブリッジ装置の各々は、
各周期的パターンに対し、前記複数のブリッジ装置の少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチが該周期的パターンによって制御されるときに該ブリッジ装置を流れる電流を推定し、
前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の各ブリッジ装置に対し、該ブリッジ装置を流れた、経時的に累積された電流を推定する、
ことによって選択され、
前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の別のブリッジ装置は、経時的に累積された推定電流が、前記複数のブリッジ装置の少なくとも一部の各ブリッジ装置の経時的に累積された前記推定電流より高く、かつ、推定電流が、前記第１の期間において前記複数のブリッジ装置の少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチを制御する前記周期的パターンの前記推定電流より高い周期的パターンによって、前記第１の期間に制御されるブリッジ装置であるか、又は
前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の別のブリッジ装置は、経時的に累積された推定電流が、前記複数のブリッジ装置の少なくとも一部の各ブリッジ装置の経時的に累積された前記推定電流より低く、かつ、推定電流が、前記第１の期間において前記複数のブリッジ装置の少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチを制御する前記周期的パターンの前記推定電流より低い周期的パターンで、前記第１の期間に制御されるブリッジ装置である
ことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーター（boost converter：ブーストコンバーター）のスイッチを制御する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＤＣ／ＤＣコンバーターは、直流を第１の電圧から第１の電圧より大きいか又は小さい第２の電圧に変換するために、インダクターを使用する。
【０００３】
インダクターは、磁界（電流）の形態でエネルギーを蓄積するために用いられ、それには多くの欠点がある。インダクターは重量があり、主に銅材料からなるためコストが比較的重要である。
【０００４】
インダクターに取って換わるためのスイッチ及びコンデンサーの組合せはすでに提案されている。
【０００５】
たとえば、インダクターレス昇圧コンバーター又は昇圧コンバーターとしても知られる、複数のブリッジ装置からなるチャージポンプは、エネルギー蓄積素子としてコンデンサーを用いる。エネルギー蓄積素子としてインダクターも用いる誘導性スイッチングＤＣ／ＤＣコンバーターと比較した場合、チャージポンプは、いくつかのエンドユーザー応用に対してそれを魅力的なものとする独自の特徴を提供する。
【０００６】
連続電流モード（ＣＣＭ）で動作しているときの昇圧コンバーターは、比ｒ＝Ｖout／Ｖin＝１／（１−Ｄ）だけ入力の電圧を上昇させる。Ｄは、昇圧コンバーターの主スイッチのデューティサイクル（０〜１）である。
【０００７】
電界コンデンサーは一般に、寿命が限られている構成要素である。
【０００８】
複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターで用いられるコンデンサーは、典型的には電界コンデンサーである。コンバーターの故障に関して、その原因の５０％超がコンデンサーである可能性がある。
【０００９】
通常、コンデンサーの寿命は、コンデンサーを流れるＲＭＳ（root mean square）（二乗平均平方根）電流に関連する。
【００１０】
さらに、周期的なスイッチングパターンを有するスイッチドキャパシタを用いるＤＣ／ＤＣコンバータートポロジーは、スイッチングパターンのタイミングの時間不確定性の影響を受けやすい。その結果、コンデンサーに印加される電圧は、電圧ドリフトを受ける可能性があり、このドリフトによってもまた、特にその定格電圧を超える場合に、コンデンサーが経年劣化する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、コンデンサーの寿命を延長すると共に、複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターの信頼性を向上させるために、コンデンサーがその動作中に受ける応力を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
その目的のために、本発明は、直列に接続された複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターのスイッチを制御する方法であって、各ブリッジ装置はコンデンサー及び複数のスイッチからなる、方法において、
第１の期間の間に、所与の周期的パターンに従って前記複数のブリッジ装置の少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチを制御するステップと、
前記第１の期間に続く第２の期間の間に、前記第１の期間の間に前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の別のブリッジ装置の前記スイッチを制御するために前に用いられた周期的パターンに従って、前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチを制御するステップと、
を含むことを特徴とする、方法に関する。
【００１３】
本発明はまた、直列に接続された複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターのスイッチを制御する装置であって、各ブリッジ装置はコンデンサー及び複数のスイッチからなる、装置において、
第１の期間の間に、所与の周期的パターンに従って前記複数のブリッジ装置の少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチを制御する手段と、
前記第１の期間に続く第２の期間の間に、前記第１の期間の間に前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の別のブリッジ装置の前記スイッチを制御するために前に用いられた周期的パターンに従って、前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチを制御する手段と、
を具備することを特徴とする装置にも関する。
【００１４】
したがって、第１の周期的パターンがブリッジ装置を制御しているときにブリッジ装置のコンデンサーが受ける応力を、第１の期間に他のブリッジ装置のスイッチを制御する周期的パターンが第２の期間にそのブリッジ装置のスイッチを制御しているときにそのブリッジ装置のコンデンサーが受ける応力に置き換えることができる。
【００１５】
さらに、コンデンサーがその動作中に受ける応力は適合され、それを、コンデンサー間で著しく平均に平準化することができる。コンデンサーの寿命は平均的に延長され、複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターの信頼性が向上する。
【００１６】
複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部のブリッジ装置にわたる周期的パターンの順列を、同じ特性のブリッジ装置のサブセットで実現することができる。前記部分のブリッジ装置のブリッジ装置のコンデンサーはこうした高電圧定格をサポートしない可能性があるため、ブリッジコンデンサーの高電圧値をもたらすブリッジ装置の他の周期的パターンは、前記部分のブリッジ装置のブリッジ装置によって使用されない。
【００１７】
さらに、ブリッジ装置に用いられる周期的パターンが時間的に厳密に制御されない場合であっても、複数のブリッジ装置の少なくとも一部が同じコンデンサー電圧レベルのブリッジ装置を含むとすれば、同じ電圧レベルの各ブリッジ装置のコンデンサー電圧の安定性を実現することができる。複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部のブリッジ装置にわたり電荷不均衡を平滑に分散させることができるため、電圧ドリフトは発生しない。
【００１８】
特定の特徴によれば、第１の所与の連続する期間群において、前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチは、前記第１の連続する期間群の間に前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチを制御するために用いられた各周期的パターンに従って、連続的に制御される。
【００１９】
したがって、連続した期間各々において複数のブリッジ装置各々によって実現される機能は、ただ１つのブリッジ装置によって、各期間において実現される。その結果、複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターの基本的な挙動は、ブリッジ装置にわたるパターンの順列によって影響を受けない。
【００２０】
特定の特徴によれば、前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の各ブリッジ装置に対し、該ブリッジ装置が前記第２の期間に制御される際に用いられる前記周期的パターンで前記第１の期間に制御される別の前記ブリッジ装置は、いずれの連続した期間にわたっても同じである。
【００２１】
したがって、ブリッジ装置にわたるスイッチングパターンの順列規則は単純であり、事前に定義することが可能である。各持続時間において、第１の期間において別のブリッジを制御するいずれの周期的パターンが第２の期間の間にそのブリッジ装置を制御するべきであるかを確定する計算は不要である。複数のブリッジ装置の少なくとも一部内のコンデンサーの経年劣化を、一定の入力電流レベルを仮定して平準化することができる。
【００２２】
特定の特徴によれば、本方法は、
前記第１の所与の連続した期間群に続く第２の連続した期間群に対して、該第２の連続した期間群の期間において前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチを制御する他の周期的パターンを選択するステップと、
前記第１の連続した期間群に続く前記第２の連続した期間群の間に、前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチを制御するために用いられる各周期的パターンに従って、前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の各ブリッジ装置の前記スイッチを連続的に制御するステップと、
をさらに含む。
【００２３】
したがって、順列手続きは、複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターにいずれの周期的パターンが適用されたかとは無関係である。さまざまな周期的パターンで達成することができるさまざまな昇圧変換比に対して、同じ順列規則を適用することができる。ブリッジ装置の第１のサブセット内のコンデンサーの経年劣化を、一定の入力電流レベルを仮定して平準化することができる。
【００２４】
特定の特徴によれば、本方法は、各期間において、かつ各ブリッジ装置に対して、該ブリッジ装置が前記第２の期間に制御される際に用いられる前記周期的パターンによって制御される別の前記ブリッジ装置を選択するステップをさらに含む。
【００２５】
したがって、入力電流のレベルが連続した期間にわたって変化している場合にコンデンサーの経年劣化をより良好に平準化することができる。
【００２６】
特定の特徴によれば、別の前記ブリッジ装置は、
各周期的パターンに対し、１つのブリッジ装置の前記スイッチが該周期的パターンによって制御されるときに該ブリッジ装置を流れる電流を推定し、
前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部の各ブリッジ装置に対し、該ブリッジ装置を流れた、経時的に累積された電流を推定する、
ことによって選択され、
前記別のブリッジ装置は、経時的に累積された推定電流が前記ブリッジ装置の経時的に累積された前記推定電流より高いブリッジ装置であり、前記別のブリッジ装置は、推定電流が、前記第１の期間において前記ブリッジ装置の前記スイッチを制御する前記周期的パターンの前記推定電流より高い周期的パターンによって、前記第１の期間に制御されるブリッジ装置であるか、又は
前記別のブリッジ装置は、経時的に累積された推定電流が、前記ブリッジ装置の経時的に累積された前記推定電流より低いブリッジ装置であり、前記別のブリッジ装置は、推定電流が、前記第１の期間において前記ブリッジ装置の前記スイッチを制御する前記周期的パターンの前記推定電流より低い周期的パターンで、前記第１の期間に制御されるブリッジ装置であるか、又は、
前記別のブリッジ装置は前記ブリッジ装置である。
【００２７】
したがって、ブリッジのコンデンサーの経年劣化を、別のブリッジのコンデンサーの経年劣化に従うように制御することができる。コンデンサーの経年劣化の有効かつ正確な平準化を実現することができる。
【００２８】
特定の特徴によれば、前記スイッチが１つの周期的パターンによって制御されるブリッジ装置を流れる前記推定電流は、持続時間にわたって平均された、複数のブリッジ装置からなる前記昇圧コンバーターの入力電流に、１から前記ブリッジ装置の入力と出力との間の電圧がゼロ値である時間間隔の数を引いた値を掛け、前記周期的パターンの時間間隔の数によって割った値に等しい。
【００２９】
したがって、ブリッジ装置の入力と出力との間の電圧がゼロ値である時間間隔の数を、周期的パターンの時間間隔の数で割った値が、各周期的パターンに対して事前計算することができる値であるため、コンデンサーブリッジ装置に対する各周期的パターンの適用によってもたらされる各コンデンサーの余分の経年劣化の評価を容易に実現することができる。
【００３０】
特定の特徴によれば、各ブリッジ装置を流れた前記推定累積電流は、前記スイッチが前記周期的パターンによって制御されるブリッジ装置を流れる前記推定電流に、前記期間の持続時間を掛けた値だけ増分する。
【００３１】
したがって、各ブリッジ装置のコンデンサーの経年劣化の推定を、複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターの寿命に沿って正確に実現することができる。
【００３２】
特定の特徴によれば、
前記昇圧コンバーターは、４つのブリッジ装置からなり、
前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部は、第１のブリッジ装置、第２のブリッジ装置及び第３のブリッジ装置を含み、
各周期的パターンは時間間隔に分解されることを特徴とし、
前記第１のブリッジ装置、前記第２のブリッジ装置及び前記第３のブリッジ装置の前記スイッチを制御するために用いられる周期的パターンの各時間間隔において、前記第１のブリッジ装置、前記第２のブリッジ装置及び前記第３のブリッジ装置の入力と出力との間の電圧は、正の値又は前記第１の正の値のマイナスの値か又はゼロ値に等しく、
第４のブリッジ装置の入力と出力との間の電圧は、前記正の値の４倍の値又は前記正の値の４倍のマイナスの値か又はゼロ値に等しく、
前記複数のブリッジ装置の前記少なくとも一部は、第１のブリッジ装置、第２のブリッジ装置及び第３のブリッジ装置からなる。
【００３３】
したがって、第１のブリッジ装置、第２のブリッジ装置及び第３のブリッジ装置の電圧が第４のブリッジ装置の電圧に達することを回避しながら、第１のブリッジ装置、第２のブリッジ装置及び第３のブリッジにわたって効率的な経年劣化の平準化を実現することができる。
【００３４】
また、周期的パターンが最大階数（full rank）でない場合であっても、第１のブリッジ装置、第２のブリッジ装置及び第３のブリッジ装置にわたるコンデンサー電圧の均衡化を実現することができる。第１のブリッジ装置、第２のブリッジ装置及び第３のブリッジ装置のコンデンサー電圧を、第１のブリッジ装置、第２のブリッジ装置及び第３のブリッジ装置のコンデンサーの電圧定格内に維持することができる。
【００３５】
特定の特徴によれば、前記正の値は、前記出力電圧の予測値を前記周期的パターンの時間間隔の数によって割った結果である。
【００３６】
したがって、第１の正の値を、予測される出力電圧レベルから容易に確定することができる。そして、第１の正の値から適切な入力電圧レベルを容易に選択し、周期的パターンの選択肢とすることができる。
【００３７】
特定の特徴によれば、１つの周期的パターンの複数の時間間隔にわたってブリッジ装置の前記入力と前記出力との間の電圧の合計はゼロ値に等しい。
【００３８】
したがって、１つの周期的パターンにわたり、太陽電池モジュール等の定電流源によって供給される電流は、前記ブリッジ装置の前記コンデンサーを等しく充電及び放電し、前記コンデンサーの電圧は安定し、定電流源を想定して放電しない。
【００３９】
特定の特徴によれば、１つのブリッジ装置は、複数のブリッジ装置からなる前記昇圧コンバーターによって昇圧される電源の端子のうちの１つに接続され、複数のブリッジ装置からなる前記昇圧コンバーターは、複数のブリッジ装置からなる前記昇圧コンバーターによって昇圧される前記電源の別の端子に接続される別のスイッチを少なくともさらに備える。
【００４０】
したがって、入力電源によって提供される電流は、複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターの各ブリッジ装置のコンデンサーを交互に充電及び放電することができる。
【００４１】
特定の特徴によれば、前記周期的パターンの時間間隔の第１のサブセットにおける任意の時間間隔について、複数のブリッジ装置からなる前記昇圧コンバーターによって昇圧される前記電源の前記別の端子に接続される前記スイッチは、前記第１のサブセットの前記時間間隔中、導通しており、
前記第１のサブセットの前記時間間隔中の前記ブリッジ装置の前記入力と前記出力との間の前記電圧の合計は、整数Ｋｐに前記第１の正の値を掛けた値に等しい。
【００４２】
したがって、入力電圧Ｖｉｎは、主スイッチが導通しているとき、ＶｏｕｔにＫｐを掛けてＮで割った値をとることができる。
【００４３】
特定の特徴によれば、１つの周期的パターンの時間間隔の第２のサブセットにおける任意の時間間隔について、複数のブリッジ装置からなる前記昇圧コンバーターによって昇圧される前記電源の前記別の端子に接続される前記スイッチは、前記第２のサブセットの前記時間間隔中、導通しておらず、
前記第２のサブセットの前記時間間隔中の前記ブリッジ装置の前記入力と前記出力との間の前記電圧の合計は、非ゼロの整数Ｐに前記第１の正の値を掛けた値のマイナス値に等しい。
【００４４】
したがって、入力電圧Ｖｉｎは、主スイッチが導通していないとき、Ｖｏｕｔに（Ｎ−Ｐ）を掛けてＮで割った値をとることができる。
【００４５】
特定の特徴によれば、時間間隔の前記第１のサブセットはＫｐ個の時間間隔を含み、前記第２のサブセットはＰ個の時間間隔を含み、前記数Ｋｐは前記周期的パターンの時間間隔の数から数Ｐを引いた値に等しい。
【００４６】
したがって、入力電圧Ｖｉｎは、前記パターンのすべての時間間隔においてＶｏｕｔにＮ−Ｐを掛けてＮで割った値をとることができ、複数のブリッジ装置からなる前記昇圧コンバーターは、ＮをＮ−Ｐで割った値に等しい昇圧比を実行することができ、ここでＮ及びＰを、所望の昇圧比を実現するように柔軟に選択することができる。その結果、複数のブリッジ装置からなる前記昇圧コンバーターで達成することができる昇圧比の数が大きく増大する。そして、昇圧比の数が増大すると出力電圧の調節を達成することがより容易になる。
【００４７】
本発明の特徴は、実施形態例の以下の説明を読むことによってより明確になるであろう。上記説明は、以下のうちからの添付図面を参照して行う。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターの一例の図である。
【図２】複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターを備える装置の一例を表す図である。
【図３】複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターのブリッジにおいて種々の電圧を得るための、複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターのスイッチのスイッチング状態を表す表である。
【図４】１つの周期的パターンの種々の順列に対して種々の昇圧比を得るための、周期的パターンを表す表である。
【図５ａ】本発明による、第１の昇圧比を得るための、複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターのブリッジにおける電圧値の例の図である。
【図５ｂ】本発明による、第１の昇圧比を得るための、複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターのブリッジにおける電圧値の例の図である。
【図５ｃ】本発明による、第１の昇圧比を得るための、複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターのブリッジにおける電圧値の例の図である。
【図６ａ】本発明による、第２の昇圧比を得るための、複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターのブリッジにおける電圧値の例の図である。
【図６ｂ】本発明による、第２の昇圧比を得るための、複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターのブリッジにおける電圧値の例の図である。
【図６ｃ】本発明による、第２の昇圧比を得るための、複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターのブリッジにおける電圧値の例の図である。
【図７】複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターのスイッチを制御するアルゴリズムの一例の図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１は、複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターの例である。
【００５０】
複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターは、リアクトルレス昇圧コンバーター（Reactor Less Boost Converter）とも呼ばれ、本明細書ではＲＬＢＣコンバーターと呼ぶ。
【００５１】
基本的に、従来のＤＣ／ＤＣ昇圧コンバーターのインダクターは、直列に接続される「ｎ」のブリッジ装置に置き換えられる。各ブリッジ装置は、図１に示すように４つのスイッチ及びコンデンサーからなる。ここでは、２つのスイッチはスイッチとして作用するダイオードの形態とすることができることが留意されなければならない。この個々のブリッジ構造は「ビット」とも呼ばれる。複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターは、ダイオードＤ４及びスイッチＳ４を備える出力段も有する。
【００５２】
図１では、４つのビットすなわちブリッジ装置Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３及びＢ４が示され、それらは直列に接続されている。第４のビットＢ４は出力段に接続されている。
【００５３】
ビットＢ１は、２つのダイオードＤ１１及びＤ１２、２つのスイッチＳ１１及びＳ１２並びに１つのコンデンサーＣ１からなる。
【００５４】
ビットＢ２は、２つのダイオードＤ２１及びＤ２２、２つのスイッチＳ２１及びＳ２２並びに１つのコンデンサーＣ２からなる。
【００５５】
ビットＢ３は、２つのダイオードＤ３１及びＤ３２、２つのスイッチＳ３１及びＳ３２並びに１つのコンデンサーＣ３からなる。
【００５６】
ビットＢ４は、２つのダイオードＤ４１及びＤ４２、２つのスイッチＳ４１及びＳ４２並びに１つのコンデンサーＣ４からなる。
【００５７】
出力段はコンデンサーＣＬにも接続されている。
【００５８】
各ビットＢｉ（ｉ＝１、２、３又は４）に対して、ダイオードＤｉ１のアノードは、スイッチＳｉ１の第１の端子に連結されている。Ｄｉ１のカソードは、スイッチＳｉ２の第１の端子及びコンデンサーＣｉの正の端子に連結されている。スイッチＳｉ１の第２の端子は、コンデンサーＣｉの負の端子及びダイオードＤｉ２のアノードに連結されている。ダイオードＤｉ２のカソードは、スイッチＳｉ２の第２の端子に連結されている。
【００５９】
光起電素子ＰＶのような直流電気提供手段が、入力電圧Ｖｉｎを提供する。直流電気提供手段の正の端子は、ダイオードＤ１１のアノードに接続されている。
【００６０】
ダイオードＤ１２のカソードはダイオードＤ２１のアノードに接続されている。
【００６１】
ダイオードＤ２２のカソードはダイオードＤ３１のアノードに接続されている。
【００６２】
ダイオードＤ３２のカソードはダイオードＤ４１のアノードに接続されている。
【００６３】
ダイオードＤ４２のカソードは、スイッチＳ４の第１の端子及びダイオードＤ４のアノードに連結されている。Ｄ４のカソードはコンデンサーＣＬの正の端子に連結されている。スイッチＳ４の第２の端子はコンデンサーＣＬの負の端子及び直流電気提供手段ＰＶの負の端子に連結されている。
【００６４】
コンデンサーＣＬにおける電圧はＶｏｕｔに等しい。
【００６５】
Ｂ１の入力と出力との間の電圧の差をＶｂ１と呼び、Ｂ２の入力と出力との電圧の差をＶｂ２と呼び、Ｂ３の入力と出力との電圧の差をＶｂ３と呼び、Ｂ４の入力と出力との電圧の差をＶｂ４と呼ぶ。
【００６６】
Ｃ１における電圧の差をＶｃ１と呼び、Ｃ２における電圧の差をＶｃ２と呼び、Ｃ３における電圧の差をＶｃ３と呼び、Ｃ４における電圧の差をＶｃ４と呼ぶ。
【００６７】
従来の昇圧コンバーターとＲＬＢＣとの主な相違は、後者が、利用可能な「ビット」の数に依存する電圧昇圧比（したがって比＝１／（１−Ｄ）である場合のデューティサイクルＤの値）のいくつかの離散的な値にしか達することができないという事実による。
【００６８】
整数のベクトルＫ＝［ｋ1：ｋ2：ｋ3：ｋ4］が与えられると、スイッチは、少なくとも４つのビットＢ１、Ｂ２、Ｂ３及びＢ４からなるＲＬＢＣに対するパターンを制御し、そこでは、さまざまなデューティサイクルＤ＝Ｐ／Ｎを実現するように［Ｖｃ１：Ｖｃ２：Ｖｃ３：Ｖｃ４］＝Ｖｏｕｔ／Ｎを見つけることができる。
【００６９】
ここで、ＲＬＢＣ回路のスイッチングコマンド法則を定義する。基本的に、各ビット電圧Ｖｂｉ...Ｖｂ４は以下の式によって時間の関数として表わされる。
【数１】
0005805074.tif 000002
ここで、ｉ＝１〜４である。
【００７０】
ここで、Λ（ｔ）は、時間間隔幅ΔＴのステップ関数を表し、ＮΔＴは、スイッチＳ４のスイッチングサイクルの持続時間を表す。スイッチの制御コマンド法則に関して、Ｓｉ１、Ｓｉ２はそれらの値を｛０；１｝にとることができ、電圧Ｖｂｉｊは、以下の法則に従って、ｊ番目の時間間隔Ｔｊにおいて｛−Ｖｃi，０；Ｖｃi｝の値をとる。
εi,j＝１−Ｓｉ１j−Ｓｉ２j
【００７１】
Ｓｉ１j及びＳｉ２jは、スイッチＳｉ１ｊ及びＳｉ２がｊ番目の時間間隔ＴjにおいてＯＮ状態すなわち導通状態であるときは１に等しく、スイッチＳｉ１ｊ及びＳｉ２がｊ番目の時間間隔ＴjにおいてＯＦＦ状態すなわち非導通状態であるときはゼロ値に等しい。
【００７２】
さらにＶｂｉが基準電圧数値Ｖrefの整数倍として定義されるとすると、以下の式が得られる。
Ｖｂｉｊ＝εij２i-1Ｖref
【００７３】
ここで、導通モード（Ｓ４＝１）においてＲＬＢＣ回路の電圧平衡条件を適用した場合、スイッチＳ４のスイッチングサイクルのＰ個の最初の時間間隔の間、以下の式が得られる。
【数２】
0005805074.tif 000003
【００７４】
ここで、不連続モード（Ｓ４＝０）においてＲＬＢＣ回路の電圧平衡条件を適用した場合、スイッチＳ４のスイッチングサイクルのＮ−Ｐ個の最後の時間間隔の間、以下の式が得られる。
【数３】
0005805074.tif 000004
【００７５】
定常状態分析において、各コンデンサー充電の平衡を検証すべきであり、これを以下の式によって表すことができる。
【数４】
0005805074.tif 000005
【００７６】
上記条件が満たされると、以下の項を計算する場合に昇圧挙動を検証することができる。
【数５】
0005805074.tif 000006
【００７７】
ここでｎはビットの数に等しい。
【００７８】
これにより、条件
【数６】
0005805074.tif 000007
【数７】
0005805074.tif 000008
及び
【数８】
0005805074.tif 000009
が満たされると、比Ｄ＝Ｎ／Ｎ−Ｐの昇圧変換を実現することができることが分かる。
【数９】
0005805074.tif 000010
ここで、ｋｉ＝１、１、１又は４である。
【００７９】
ここで、以下の項Ωjを導入する。
【数１０】
0005805074.tif 000011
【００８０】
（ａ）及び（ｂ）から、以下の式を得ることができる。
【数１１】
0005805074.tif 000012
0005805074.tif 000013
【００８１】
Ｖrefを任意に設定することができるため、αが１に等しくなるように決めることができることが留意されるべきであり、スイッチング規則｛εij｝の組を見つけることで十分である。
【数１２】
0005805074.tif 000014
【００８２】
Ｖrefをさらに以下のように表わすことができることが留意されるべきである。
【数１３】
0005805074.tif 000015
【００８３】
ｎ個のビットを有するＲＬＢＣのスイッチングパターンに対する解を見つけることは、所与の整数対｛Ｎ，Ｐ｝及び所与の整数ベクトルＫに対して、
（ｉ）行列（ε）が
【数１４】
0005805074.tif 000016
を検証し、
（ｉｉ）
【数１５】
0005805074.tif 000017
が、Ｎ−Ｐの値のＰ個の要素及び値−ＰのＮ−Ｐ個の要素を有する、ような、サイズ（Ｎ×ｎ）であり要素が｛−１；０；１｝にある行列（ε）を見つけることにある。
【００８４】
本発明では、図４に開示した各行列は、例としてのベクトルＫ［１  １  １  ４］に対して条件（ｉ）及び（ｉｉ）を検証する。上記原理に従って、他のＰ／Ｎ比及び他のベクトルＫに対して他の行列を見つけることができる。
【００８５】
各ＲＬＢＣスイッチングパターンが条件（ｉ）及び（ｉｉ）を厳密に検証しなければならないため、各コンデンサーの充放電パターンは、所与のデューティサイクルに対して一定であり、かつコンデンサーによって異なる場合もあり、それにより、各ビットを流れるＲＭＳ電流レベルが不均衡になる。電流のＲＭＳレベルが高いことにより、通常、コンデンサーの寿命が劣化する。
【００８６】
さらに、実際には、スイッチに適用されるスイッチングパターンのＮ個の時間間隔の持続時間が厳密に等しいことを厳密に保証することは不可能である。持続時間がわずかに相違することにより、ビット電圧が不安定になる可能性があり、それは、１つのスイッチングパターンの適用により、対応するコンデンサーが非常に低速に充電又は放電する可能性があるためである。
【００８７】
その結果、所与の行列ｅｉｊで実現することができるベクトルＫは、行列がスイッチングパターンで起動されている使用されたビットに対して最大階数でない場合に、滑らかにドリフトする可能性があり、それは、後者の場合に多くのベクトルＫが条件（ｉｉ）を検証する可能性があるためである。それにより、コンデンサーのビット電圧が、対応するビットブリッジ装置の定格電圧を超過する可能性がある或るレベルまでドリフトする結果となる可能性があり、コンデンサー及びスイッチの寿命が劣化する。
【００８８】
図２は、複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターを備えた装置の一例を表す。
【００８９】
装置２０は、たとえば、バス２０１によって互いに接続された構成要素と、図７に開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムによって制御されるプロセッサー２００とに基づくアーキテクチャを有している。
【００９０】
ここで、装置２０は、変形形態では、以下に開示するようにプロセッサー２００によって実行されるものと同じ動作を実行する１つ又はいくつかの専用集積回路の形態で実装されることが留意されなければならない。
【００９１】
バス２０１は、プロセッサー２００を、リードオンリーメモリＲＯＭ２０２、ランダムアクセスメモリＲＡＭ２０３、アナログ／デジタル変換器ＡＤＣ２０６及び図１に開示するもののようなＲＬＢＣモジュールに連結する。
【００９２】
リードオンリーメモリＲＯＭ２０２は、図７に開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムの命令を含み、それらは、装置２０に電源が投入された際に、ランダムアクセスメモリＲＡＭ２０３に転送される。
【００９３】
リードオンリーメモリＲＯＭ２０２は、本発明の図３、４、５、及び６に示す表を記憶する。
【００９４】
ＲＡＭメモリ２０３は、変数を受け取るように意図されたレジスターと、図７に開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムの命令とを含む。
【００９５】
アナログ／デジタル変換器２０６は、ＲＬＢＣに接続され、入力電圧Ｖｉｎ及び／又は出力電圧Ｖｏｕｔを表す電圧を２値情報に変換する。
【００９６】
図３は、複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターのブリッジで種々の電圧を得るために、図１に示す昇圧コンバーターのスイッチのスイッチング状態を表す表である。
【００９７】
列３００〜３０２はビットＢ１に関連し、列３０３〜３０５はビットＢ２に関連し、列３０６〜３０８はビットＢ３に関連し、列３０９〜３１１はビットＢ４に関連する。
【００９８】
行３２１は、
Ｖｃ１に等しい電圧Ｖｂ１の場合、スイッチＳ１１は非導通状態にあり、スイッチＳ１２は非導通状態にあり、
Ｖｃ２に等しい電圧Ｖｂ２の場合、スイッチＳ２１は非導通状態にあり、スイッチＳ２２は非導通状態にあり、
Ｖｃ３に等しい電圧Ｖｂ３の場合、スイッチＳ３１は非導通状態にあり、スイッチＳ３２は非導通状態にあり、
Ｖｃ４に等しい電圧Ｖｂ４の場合、スイッチＳ４１は非導通状態にあり、スイッチＳ４２は非導通状態にあることを示す。
【００９９】
行３２２は、
ゼロ値に等しい電圧Ｖｂ１の場合、スイッチＳ１１は非導通状態にあり、スイッチＳ１２は導通状態にあり、
ゼロ値に等しい電圧Ｖｂ２の場合、スイッチＳ２１は非導通状態にあり、スイッチＳ２２は導通状態にあり、
ゼロ値に等しい電圧Ｖｂ３の場合、スイッチＳ３１は非導通状態にあり、スイッチＳ３２は導通状態にあり、
ゼロ値に等しい電圧Ｖｂ４の場合、スイッチＳ４２が導通状態にあるときはスイッチＳ４１が非導通状態にあり、又はスイッチＳ４２が導通状態にあるときはスイッチＳ４１が導通状態にあることを示す。
【０１００】
行３２３は、
−Ｖｃ１に等しい電圧Ｖｂ１の場合、スイッチＳ１１は導通状態にあり、スイッチＳ１２は導通状態にあり、
−Ｖｃ２に等しい電圧Ｖｂ２の場合、スイッチＳ２１は導通状態にあり、スイッチＳ２２は導通状態にあり、
−Ｖｃ３に等しい電圧Ｖｂ３の場合、スイッチＳ３１は導通状態にあり、スイッチＳ３２は導通状態にあり、
−Ｖｃ４に等しい電圧Ｖｂ４の場合、スイッチＳ４１は導通状態にあり、スイッチＳ４２は導通状態にあることを示す。
【０１０１】
図４は、１つの周期的パターンの種々の順列に対して種々の昇圧比を得るための周期的パターンを表す表を表す。
【０１０２】
図４の表は、４００〜４０２で示す３つの列を含む。
列４００は、ビットの第１の順列Ｐ１が使用される場合に、選択されたデューティサイクルＤに従って選択されるべき図を示す。
列４０１は、ビットの第２の順列Ｐ２が使用される場合に、選択されたデューティサイクルＤに従って選択されるべき図を示す。
列４０２は、第３の順列Ｐ３が使用される場合に、選択されたデューティサイクルＤに従って選択されるべき図を示す。
【０１０３】
行４１１において、列４００のベクトル［Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４］は、順列Ｐ１がいかなるビットの順序も変えていないことを示す。
列４０１のベクトル［Ｂ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ４］は、順列Ｐ１のビットＢ３、Ｂ１、Ｂ２及びＢ４のスイッチングパターンが、順列Ｐ２のそれぞれビットＢ１、Ｂ２、Ｂ３及びＢ４に対して適用されることを示す。
列４０２のベクトル［Ｂ２，Ｂ３，Ｂ１，Ｂ４］は、順列Ｐ１のビットＢ２、Ｂ３、Ｂ１、Ｂ４のスイッチングパターンが、順列Ｐ３のそれぞれビットＢ１、Ｂ２、Ｂ３及びＢ４に適用されることを示す。
【０１０４】
行４１２は、デューティサイクルが５／７に等しいときに選択されるべき図を示す。
図５ａは順列がＰ１である場合に選択され、図５ｂは順列がＰ２である場合に選択され、図５ｃは順列がＰ３である場合に選択される。
【０１０５】
行４１３は、デューティサイクルが６／７に等しいときに選択されるべき図を示す。
図６ａは順列がＰ１である場合に選択され、図６ｂは順列がＰ２である場合に選択され、図６ｃは順列がＰ３である場合に選択される。
【０１０６】
図５ａ〜５ｃは、本発明による、第１の昇圧比を得るための、複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターのブリッジにおける電圧値の例である。
【０１０７】
行５０１、５１１及び５２１において、１に等しい値はＶｂ１＝Ｖrefを意味し、−１に等しい値はＶｂ１＝−Ｖrefを意味し、０に等しい値はＶｂ１＝０を意味する。
【０１０８】
行５０２、５１２及び５２２において、１に等しい値はＶｂ２＝Ｖrefを意味し、−１に等しい値はＶｂ２＝−Ｖrefを意味し、０に等しい値はＶｂ２＝０を意味する。
【０１０９】
行５０３、５１３及び５２３において、１に等しい値はＶｂ３＝Ｖrefを意味し、−１に等しい値はＶｂ３＝−Ｖrefを意味し、０に等しい値はＶｂ３＝０を意味する。
【０１１０】
行５０４、５１４及び５２４において、１に等しい値はＶｂ４＝４Ｖrefを意味し、−１に等しい値はＶｂ４＝−４Ｖrefを意味し、０に等しい値はＶｂ３＝０を意味する。
【０１１１】
各時間間隔Ｔ１〜Ｔ７の持続時間はΔＴ＝Ｔ／Ｎ（Ｎ＝７）であり、ここで、Ｔは、図１のスイッチＳ４によって作動するサイクルの持続時間である。
【０１１２】
スイッチＳ４は、時間間隔Ｔ１〜Ｔ５（Ｐ＝５）の間は導通状態であり、時間間隔Ｔ６及びＴ７（Ｎ＝７）では非導通状態である。
【０１１３】
図５ａは、比Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝Ｎ／（Ｎ−Ｐ）＝３．５（Ｄ＝０．７１４）を有するためのＲＬＢＣのブリッジにおける電圧値を含む。
【０１１４】
比Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝３．５を得るために、７つの時間間隔が必要である。
【０１１５】
時間間隔Ｔ１では、Ｖｂ１＝−Ｖref、Ｖｂ２＝−Ｖref、Ｖｂ３＝０及びＶｂ４＝４Ｖrefである。
時間間隔Ｔ２では、Ｖｂ１＝−Ｖref、Ｖｂ２＝０、Ｖｂ３＝−Ｖref及びＶｂ４＝４Ｖrefである。
時間間隔Ｔ３及びＴ４では、Ｖｂ１＝Ｖref、Ｖｂ２＝Ｖref、Ｖｂ３＝０、及びＶｂ４＝０である。
時間間隔Ｔ５では、Ｖｂ１＝Ｖref、Ｖｂ２＝０、Ｖｂ３＝Ｖref、及びＶｂ４＝０である。
時間間隔Ｔ６では、Ｖｂ１＝０、Ｖｂ２＝−Ｖref、Ｖｂ３＝０、及びＶｂ４＝−４Ｖrefである。
時間間隔Ｔ７では、Ｖｂ１＝−Ｖref、Ｖｂ２＝０、Ｖｂ３＝０、及びＶｂ４＝−４Ｖrefである。
【０１１６】
図５ａの表を考慮すると、ビットＢ１、Ｂ２及びＢ３のコンデンサーＣ１、Ｃ２及びＣ３のＲＭＳ電流は以下のようになると結論づけることができる。
【数１６】
0005805074.tif 000018
式中、
Ｉｐｖは、直流電気提供手段によって生成される電流であり、
７は、図５ａに示す周期的パターンの時間間隔の数を示し、
６は、Ｖｂ１＝Ｖref又は−Ｖrefの時間間隔の数であり、
４は、Ｖｂ２＝Ｖref又は−Ｖrefの時間間隔の数であり、
２は、Ｖｂ３＝Ｖref又は−Ｖrefの時間間隔の数である。
【０１１７】
ＩC1＞ＩC2＞ＩC3であることを明確に理解することができ、したがって、スイッチングパターン毎にコンデンサーＣ１コンデンサーにおいてより多くのエネルギーが充放電されるため、コンデンサーＣ２及びＣ３に比較してコンデンサーＣ１の寿命がより低減する。
【０１１８】
ビットＢ１のコンデンサーは、異常に経年劣化し、コンデンサーＣ２及びＣ３より前に故障する可能性が高く、それにより、ＲＬＢＣの寿命がコンデンサーＣ１の寿命に関連する。
【０１１９】
本発明によれば、すべてのコンデンサーの経年劣化を平準化するために、本発明は、３つのビットＢ１、Ｂ２及びＢ３の各々のスイッチングパターンの順序を変える。
【０１２０】
そうすることにより、コンデンサーＣ１、Ｃ２及びＣ３を充電する電流は同じ平均値を有することになる。
【０１２１】
本発明の第１の実現形態では、ビットのスイッチングパターンの順列は、サイズが７つの時間間隔である各周期的パターンにおいて実行され、持続時間が７つの時間間隔である各周期的パターンは、３つの連続的なパターン毎に周期的に繰り返される。
【０１２２】
結果としての等価な周期的スイッチングパターンは、この場合サイズが２１の時間間隔となっている。周期的パターンを７つの時間間隔に分割する代りに、ここでは周期的パターンは２１の時間間隔に分割される。各コンデンサーＣ１、Ｃ２及びＣ３は、以下のようにＲＭＳ電流Ｉｃに耐える。
【数１７】
0005805074.tif 000019
【０１２３】
本発明の第２の実現形態では、スイッチングパターンの順列は、より長い期間、通常は１日又は１週間単位で実現される。好ましい実施形態では、この場合、最も経年劣化するパターンがそれほど経年劣化していないコンデンサービットに割り当てられる。別の実施形態では、この場合、それほど経年劣化しないパターンが最も経年劣化しているコンデンサービットに割り当てられる。
【０１２４】
図５ｂは、Ｂ１、Ｂ２及びＢ３のスイッチのスイッチングパターンが、図５ａのスイッチＢ３、Ｂ１及びＢ２のスイッチングパターンにそれぞれ設定される、ＲＬＢＣのブリッジにおける電圧値を含む。図５ｂに記載されているスイッチングパターンは、図５ａのスイッチングパターンの順列Ｐ２の結果である。
【０１２５】
時間間隔Ｔ１では、Ｖｂ１＝０、Ｖｂ２＝−Ｖref、Ｖｂ３＝−Ｖref及びＶｂ４＝４Ｖrefである。
時間間隔Ｔ２では、Ｖｂ１＝−Ｖref、Ｖｂ２＝−Ｖref、Ｖｂ３＝０及びＶｂ４＝４Ｖrefである。
時間間隔Ｔ３及びＴ４では、Ｖｂ１＝０、Ｖｂ２＝Ｖref、Ｖｂ３＝Ｖref、及びＶｂ４＝０である。
時間間隔Ｔ５では、Ｖｂ１＝Ｖref、Ｖｂ２＝Ｖref、Ｖｂ３＝０、及びＶｂ４＝０である。
時間間隔Ｔ６では、Ｖｂ１＝０、Ｖｂ２＝０、Ｖｂ３＝−Ｖref、及びＶｂ４＝−４Ｖrefである。
時間間隔Ｔ７では、Ｖｂ１＝０、Ｖｂ２＝−Ｖref、Ｖｂ３＝０、及びＶｂ４＝−４Ｖrefである。
【０１２６】
図５ｃは、Ｂ１、Ｂ２及びＢ３のスイッチのスイッチングパターンが、図５ａのスイッチＢ２、Ｂ３及びＢ１のスイッチングパターンにそれぞれ設定される、ＲＬＢＣのブリッジにおける電圧値を含む。図５ｃに記載されているスイッチングパターンは、図５ａのスイッチングパターンの順列Ｐ３の結果である。
【０１２７】
時間間隔Ｔ１では、Ｖｂ１＝−Ｖref、Ｖｂ２＝０、Ｖｂ３＝−Ｖref及びＶｂ４＝４Ｖrefである。
時間間隔Ｔ２では、Ｖｂ１＝０、Ｖｂ２＝−Ｖref、Ｖｂ３＝−Ｖref及びＶｂ４＝４Ｖrefである。
時間間隔Ｔ３及びＴ４では、Ｖｂ１＝Ｖref、Ｖｂ２＝０、Ｖｂ３＝Ｖref、及びＶｂ４＝０である。
時間間隔Ｔ５では、Ｖｂ１＝０、Ｖｂ２＝Ｖref、Ｖｂ３＝Ｖref、及びＶｂ４＝０である。
時間間隔Ｔ６では、Ｖｂ１＝−Ｖref、Ｖｂ２＝０、Ｖｂ３＝０、及びＶｂ４＝−４Ｖrefである。
時間間隔Ｔ７では、Ｖｂ１＝０、Ｖｂ２＝０、Ｖｂ３＝−Ｖref、及びＶｂ４＝−４Ｖrefである。
【０１２８】
図６ａ〜６ｃは、本発明による、第２の昇圧比を得るための、複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターのブリッジにおける電圧値の例の図である。
【０１２９】
行６０１、６１１及び６２１において、１に等しい値はＶｂ１＝Ｖrefを意味し、−１に等しい値はＶｂ１＝−Ｖrefを意味し、０に等しい値はＶｂ１＝０を意味する。
【０１３０】
行６０２、６１２及び６２２において、１に等しい値はＶｂ２＝Ｖrefを意味し、−１に等しい値はＶｂ２＝−Ｖrefを意味し、０に等しい値はＶｂ２＝０を意味する。
【０１３１】
行６０３、６１３及び６２３において、１に等しい値はＶｂ３＝Ｖrefを意味し、−１に等しい値はＶｂ３＝−Ｖrefを意味し、０に等しい値はＶｂ３＝０を意味する。
【０１３２】
行６０４、６１４及び６２４において、１に等しい値はＶｂ４＝４Ｖrefを意味し、−１に等しい値はＶｂ４＝−４Ｖrefを意味し、０に等しい値はＶｂ３＝０を意味する。
【０１３３】
各時間間隔Ｔ１〜Ｔ７の持続時間はΔＴ＝Ｔ／Ｎ（Ｎ＝７）であり、ここで、Ｔは、図１のスイッチＳ４によって作動するサイクルの持続時間である。
【０１３４】
スイッチＳ４は、時間間隔Ｔ１〜Ｔ６（Ｐ＝６）の間は導通状態であり、時間間隔Ｔ７（Ｎ＝７）では非導通状態である。
【０１３５】
図６ａは、比Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝Ｎ／（Ｎ−Ｐ）＝７（Ｄ＝０．８５７）を有するためのＲＬＢＣのブリッジにおける電圧値を含む。
【０１３６】
比Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝７を得るために、７つの時間間隔が必要である。
【０１３７】
時間間隔Ｔ１及びＴ２では、Ｖｂ１＝Ｖref、Ｖｂ２＝Ｖｂ３＝Ｖｂ４＝０である。
時間間隔Ｔ３では、Ｖｂ１＝Ｖｂ２＝Ｖref、Ｖｂ３＝−Ｖref、及びＶｂ４＝０である。
時間間隔Ｔ４では、Ｖｂ１＝−Ｖref、Ｖｂ２＝Ｖｂ３＝Ｖref、及びＶｂ４＝０である。
時間間隔Ｔ５では、Ｖｂ１＝Ｖｂ２＝Ｖｂ３＝−Ｖref、及びＶｂ４＝４Ｖrefである。
時間間隔Ｔ６では、Ｖｂ１＝Ｖｂ２＝−Ｖref、Ｖｂ３＝０及びＶｂ４＝−４Ｖrefである。
時間間隔Ｔ７では、Ｖｂ３＝Ｖref及びＶｂ１＝Ｖｂ２＝Ｖｂ４＝０である。
【０１３８】
図６ｂは、Ｂ１、Ｂ２及びＢ３のスイッチのスイッチングパターンが、図６ａのスイッチＢ３、Ｂ１及びＢ２のスイッチングパターンにそれぞれ設定される、ＲＬＢＣのブリッジにおける電圧値を含む。図６ｂに記載されているスイッチングパターンは、図６ａのスイッチングパターンの順列Ｐ２の結果である。
【０１３９】
時間間隔Ｔ１及びＴ２では、Ｖｂ２＝Ｖref、Ｖｂ１＝Ｖｂ３＝Ｖｂ４＝０である。
時間間隔Ｔ３では、Ｖｂ３＝Ｖｂ２＝Ｖref、Ｖｂ１＝−Ｖref、及びＶｂ４＝０である。
時間間隔Ｔ４では、Ｖｂ２＝−Ｖref、Ｖｂ１＝Ｖｂ３＝Ｖref、及びＶｂ４＝０である。
時間間隔Ｔ５では、Ｖｂ１＝Ｖｂ２＝Ｖｂ３＝−Ｖref、Ｖｂ４＝４Ｖrefである。
時間間隔Ｔ６では、Ｖｂ３＝Ｖｂ２＝−Ｖref、Ｖｂ１＝０及びＶｂ４＝−４Ｖrefである。
時間間隔Ｔ７では、Ｖｂ１＝Ｖref及びＶｂ３＝Ｖｂ２＝Ｖｂ４＝０である。
【０１４０】
図６ｃは、Ｂ１、Ｂ２及びＢ３のスイッチのスイッチングパターンが、図６ａのスイッチＢ２、Ｂ３及びＢ１のスイッチングパターンにそれぞれ設定される、ＲＬＢＣのブリッジにおける電圧値を含む。図６ｃに記載されているスイッチングパターンは、図６ａのスイッチングパターンの順列Ｐ３の結果である。
【０１４１】
時間間隔Ｔ１及びＴ２では、Ｖｂ３＝Ｖref、Ｖｂ１＝Ｖｂ２＝Ｖｂ４＝０である。
時間間隔Ｔ３では、Ｖｂ３＝Ｖｂ１＝Ｖref、Ｖｂ２＝−Ｖref、及びＶｂ４＝０である。
時間間隔Ｔ４では、Ｖｂ３＝−Ｖref、Ｖｂ２＝Ｖｂ３＝Ｖref、及びＶｂ４＝０である。
時間間隔Ｔ５では、Ｖｂ１＝Ｖｂ２＝Ｖｂ３＝−Ｖref、Ｖｂ４＝４Ｖrefである。
時間間隔Ｔ６では、Ｖｂ３＝Ｖｂ１＝−Ｖref、Ｖｂ２＝０及びＶｂ４＝−４Ｖrefである。
時間間隔Ｔ７では、Ｖｂ２＝Ｖref及びＶｂ３＝Ｖｂ１＝Ｖｂ４＝０である。
【０１４２】
図７は、複数のブリッジ装置からなる昇圧コンバーターのスイッチを制御するアルゴリズムの一例である。
【０１４３】
より正確には、本アルゴリズムは、装置２０のプロセッサー２００によって実行される。
【０１４４】
ステップＳ７００において、プロセッサー２００はタイマーを起動する。タイマーの持続時間は、周期的パターンの整数の数に等しい。
【０１４５】
タイマーの持続時間は、１つの周期的パターンに等しくすることもできるし、分又は時間又は日又は週のサイズの桁とすることもできる。
【０１４６】
次のステップＳ７０１において、プロセッサー２００は、順列Ｐ１、Ｐ２及びＰ３から１つの順列を選択する。たとえば、プロセッサー２００は、順列Ｐ２を選択する。
【０１４７】
次のステップＳ７０２において、プロセッサー２００は、ＲＯＭメモリー２０２において、出力電圧が出力電圧の所与の範囲に達するのを可能にする第１の周期的スイッチングパターンを選択する。
たとえば、プロセッサー２００は、図５ａ又は図６ａに記載されているいずれかのスイッチングパターンを選択し、その選択されたスイッチングパターンに対して、ステップＳ７０１又はＳ７０６において選択された順列を適用する。
たとえば、プロセッサー２００は、たとえば後に開示するステップＳ７０５において確定されるデューティサイクルに従って、出力電圧の所与の範囲内の出力電圧を提供するスイッチングパターンを選択する。
【０１４８】
同じステップにおいて、プロセッサー２００は、順番が変えられたスイッチングパターンに動作スイッチングパターンを設定する。たとえば、プロセッサー２００が図５ａに記載されているスイッチングパターンを選択していた場合、かつステップＳ７０１において順列Ｐ２が選択された場合、プロセッサー２００は、図４に記載されている表に従って、図５ｂに記載されている順番が変えられたスイッチングパターンとして動作スイッチングパターンを設定する。
【０１４９】
次のステップＳ７０３において、プロセッサー２００は、ステップＳ７０２において設定されたスイッチングパターンに従ってＲＬＢＣのスイッチにコマンドを発行する。
【０１５０】
次のステップＳ７０４において、プロセッサー２００は、ステップＳ７００又はＳ７０７において起動されたタイマーの時間が経過したか否かを検査する。
【０１５１】
ステップＳ７０４において起動されたタイマーの時間が経過した場合、プロセッサー２００はステップＳ７０６に移る。経過していない場合、プロセッサー２００はステップＳ７０５に移る。
【０１５２】
ステップＳ７０５において、プロセッサー２００は、別のデューティサイクルＤが適用されなければならないか否かを検査する。たとえば、設定されたスイッチングパターンによって提供される出力電圧が出力電圧の所与の範囲外になっている場合、別のデューティサイクルが適用されなければならない。
【０１５３】
別のデューティサイクルが適用されなければならない場合、プロセッサー２００は、出力電圧の所与の範囲内の出力電圧を提供する新たなデューティサイクルとして、図４に列挙したデューティサイクルのセット内の新たなデューティサイクルを確定する。
【０１５４】
別のデューティサイクルが適用されなければならない場合、プロセッサー２００はステップＳ７０２に戻る。そうでない場合、プロセッサー２００はステップＳ７０４に戻る。
【０１５５】
ステップＳ７０６において、プロセッサー２００は、ステップＳ７０２において設定されたスイッチングパターンに適用されるべき順列を選択する。たとえば、プロセッサー２００は、前のステップＳ７０２において、順列Ｐｉ（ｉ＝１〜３）を前に適用していた場合、Ｐ（ｉ＋１）ｍｏｄｕｌｏ  ３（３を法とする）に順列を設定する。
【０１５６】
他の例として、プロセッサー２００は、最後の順列決定以来平均された電流計から各ビットコンデンサーの余分の経年劣化を確定し、最も経年劣化したコンデンサーをそれほど経年劣化させない順列を選択する。
【０１５７】
さらに他の例として、プロセッサー２００は、最後の順列決定から平均された電流計から各ビットコンデンサーの余分の経年劣化を確定し、最も経年劣化していないコンデンサーを最も経年劣化させる順列を選択する。
【０１５８】
さらに他の例として、プロセッサー２００は、最後の順列決定から平均された電流計から各ビットコンデンサーの余分の経年劣化を確定し、コンデンサー間の経年劣化の差を最小にする順列を選択する。
【０１５９】
さらに他の例として、プロセッサー２００は、
−各周期的パターンに対し、１つのブリッジ装置のスイッチがその周期的パターンによって制御されるときにそのブリッジ装置を流れる電流を推定し、
−複数のブリッジ装置の上記少なくとも一部の各ブリッジ装置に対し、そのブリッジ装置を流れた、経時的に累積された電流を推定する。
【０１６０】
プロセッサーは、各ブリッジ装置Ｂｉに対し、経時的に累積された推定電流が、ブリッジ装置Ｂｉの経時的に累積された推定電流より高く、かつ、推定電流が、ブリッジ装置Ｂｉのスイッチを制御する周期的パターンの推定電流より高い、ブリッジ装置Ｂ（ｉ＋１）又はＢ（ｉ＋２）ｍｏｄｕｌｏ  ３に適用される周期的パターンを選択する。
【０１６１】
プロセッサーは、各ブリッジ装置Ｂｉに対し、経時的に累積された推定電流が、ブリッジ装置Ｂｉの経時的に累積された推定電流より低く、かつ、推定電流が、ブリッジ装置Ｂｉのスイッチを制御する周期的パターンの推定電流より低い、ブリッジ装置Ｂ（ｉ＋１）又はＢ（ｉ＋２）ｍｏｄｕｌｏ  ３に適用される周期的パターンを選択する。
【０１６２】
次のステップＳ７０７において、プロセッサー２００は、ステップＳ７００で開示したようにタイマーを起動し、ステップＳ７０２に移る。
【０１６３】
当然のことながら、本発明の範囲から逸脱することなく、上述した本発明の実施形態に対して多くの変更を行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図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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