(57)【要約】  ＡＣ電力を供給する方法及び装置。１つの実施形態において、装置は、基準波形に基づいてＤＣ値を決定するためのサイクロコンバータコントローラと、該サイクロコンバータコントローラに結合されて、ＤＣ値に基づき交流をＡＣラインに選択的に結合して単相ＡＣ出力を発生するための三相サイクロコンバータとを備えている。【選択図】  図１
2014518060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準波形に基づいてＤＣ値を決定するためのサイクロコンバータコントローラと、
前記サイクロコンバータコントローラに結合されて、前記ＤＣ値に基づき交流をＡＣラインに選択的に結合して単相ＡＣ出力を発生するための三相サイクロコンバータと、
を備えたＡＣ電力を供給する装置。
【請求項２】
前記ＤＣ値は、タイムウインドウ中の前記基準波形の値を示す、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記サイクロコンバータコントローラは、複数の連続するタイムウインドウの各タイムウインドウに対する前記ＤＣ値を動的に決定する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ＤＣ値の極性に基づいて前記ＡＣラインに前記交流が選択的に結合される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ＡＣラインに前記交流を選択的に結合することは、前記ＤＣ値が正であるときに、前記交流の正の部分を前記ＡＣラインの活線導体に、及び前記交流の負の部分を前記ＡＣラインの中性ラインに結合することを含む、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ＡＣラインに前記交流を選択的に結合することは、前記ＤＣ値が負であるときに、前記交流の負の部分を前記ＡＣラインの活線導体に、及び前記交流の正の部分をＡＣラインの中性ラインに結合することを含む、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記基準波形は、前記ＡＣラインのＡＣ電圧と同期される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
光起電力（ＰＶ）モジュールを更に備え、前記三相サイクロコンバータは、共振コンバータの一部分であり、前記ＰＶモジュールは、前記共振コンバータにＤＣ入力を与える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
基準波形に基づいてＤＣ値を決定するステップと、
三相サイクロコンバータにより、前記ＤＣ値に基づいて、ＡＣラインに交流を選択的に結合して、単相ＡＣ出力を発生するステップと、
を含むＡＣ電力を供給する方法。
【請求項１０】
前記ＤＣ値は、タイムウインドウ中の基準波形の値を示す、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
複数の連続するタイムウインドウの各タイムウインドウに対する前記ＤＣ値を動的に決定するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記交流は、前記ＤＣ値の極性に基づいて前記ＡＣラインに選択的に結合される、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＤＣ値が正であるときに、前記交流の正の部分を前記ＡＣラインの活線導体に結合し、また、前記交流の負の部分を前記ＡＣラインの中性ラインに結合するステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＤＣ値が負であるときに、前記交流の負の部分を前記ＡＣラインの活線導体に結合し、また、前記交流の正の部分を前記ＡＣラインの中性ラインに結合する段階を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＡＣラインのＡＣ電圧と同期して前記基準波形を発生するステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本開示の実施形態は、一般的に、電力変換に関するもので、より詳細には、共振コンバータにおいて電力変換を制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]共振コンバータは、他のタイプの電力コンバータに勝る多数の効果を発揮する。そのような効果は、ノイズが低く、部品へストレスが小さく、部品点数が少なく且つ予測し得る程度の伝導支配ロス(conduction-dominated losses)であることを含む。それ故、共振コンバータは、他のタイプのコンバータより小型で、コストが低く、且つ効率の良い装置である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
[0003]それ故、共振コンバータを使用してＤＣ電圧をＡＣ電圧に効率的に変換するための方法及び装置が要望される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0004]本発明の実施形態は、一般的に、ＡＣ電力を供給するための方法及び装置に関する。１つの実施形態において、装置は、基準波形に基づいてＤＣ値を決定するためのサイクロコンバータコントローラと、該サイクロコンバータコントローラに結合されて、ＤＣ値に基づき交流をＡＣラインに選択的に結合して単相ＡＣ出力を発生するための三相サイクロコンバータとを備えている。
【０００５】
[0005]本発明の上述した特徴を詳細に理解できるように、前記で簡単に概要を述べた本発明を、添付図面に幾つか示した実施形態を参照して、より詳細に説明する。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態を示すに過ぎず、本発明は、他の等しく有効な実施形態も認められるので、本発明の範囲をそれに限定すると考えるべきでないことに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の１つ以上の実施形態による共振電力コンバータのブロック図である。
【図２】本発明の１つ以上の実施形態によるブリッジコントローラのブロック図である。
【図３】本発明の１つ以上の実施形態によるサイクロコンバータコントローラのブロック図である。
【図４】本発明の１つ以上の実施形態による三相基準電流波形のスライスを示すグラフである。
【図５】本発明の１つ以上の実施形態によるスライスの間に三相ＡＣラインの各ラインに発生される電流を描く１組のグラフである。
【図６】本発明の１つ以上の実施形態による共振電力コンバータからの出力電力を変調する方法のフローチャートである。
【図７】本発明の１つ以上の実施形態による共振コンバータにおけるＡＣ電流スイッチング段の動作方法のフローチャートである。
【図８】本発明の１つ以上の実施形態による送電網インターフェイスコントローラのブロック図である。
【図９】本発明の１つ以上の実施形態を使用する電力変換システムのブロック図である。
【図１０】本発明の１つ以上の実施形態による電力コントローラのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[0016]図１は、本発明の１つ以上の実施形態による共振電力コンバータ１００のブロック図である。この図は、多数の考えられるシステム構成のうちの１つの変形例を示すに過ぎない。本発明は、種々の発電環境及びシステムにおいて機能することができる。
【０００８】
[0017]共振コンバータ１００は、並列入力キャパシタ１３０にまたがって結合されたブリッジ１０２と、キャパシタ１１６、インダクタ１１８、変圧器１０６の一次巻線１０６Ｐ、及び電流サンプラー１１２の直列組み合わせとを備えている。それらの部品は、共振コンバータ１００のＤＣ電圧スイッチング段１６０を形成する。ある実施形態では、並列入力キャパシタ１３０のキャパシタンスの少なくとも一部分は、共振コンバータ１００内のスイッチング装置からの寄生キャパシタンスによるものである。
【０００９】
[0018]ブリッジ１０２は、スイッチ１２０−１、１２０−２、１２２−１及び１２２−２（例えば、ｎ型金属・酸化物・半導体電界効果トランジスタ又はＭＯＳＦＥＴ）より成る全Ｈブリッジであり、それらスイッチは、スイッチ１２０−１／１２０−２及び１２２−１／１２２−２がＨブリッジの各々第１及び第２の対角線を形成するように配列されている。スイッチ１２０−１、１２０−２、１２２−１及び１２２−２の各々のゲート端子及びソース端子は、それらスイッチを作動的に制御するブリッジコントローラ１１４に結合される。他の実施形態では、スイッチ１２０−１、１２０−２、１２２−１及び１２２−２は、他の形式の適当な電子スイッチ、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、ｐ型ＭＯＳＦＥＴ、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）、等である。
【００１０】
[0019]ブリッジ１０２は、ほぼ１００キロヘルツ（ｋＨｚ）のスイッチング速度で動作し、そして例えば、ブリッジ１０２へのＤＣ電圧源に基づいて６０〜６００ボルトをスイッチすることができ、他の実施形態では、ブリッジ１０２は、異なるスイッチング周波数で動作する。更に別の実施形態では、ブリッジ１０２は、全Ｈブリッジではなく半Ｈブリッジである。
【００１１】
[0020]ブリッジ１０２の第１の出力端子は、スイッチ１２０−１と１２２−２との間に結合されると共に、並列入力キャパシタ１３０の第１端子及びキャパシタ１１６の第１端子にも結合される。キャパシタ１１６の第２端子は、インダクタ１１８の第１端子に結合され、そしてインダクタ１１８の第２端子は、一次巻線１０６Ｐの第１端子に結合される。キャパシタ１１６及びインダクタ１１８は、１００ｋＨｚの周波数で動作する直列共振回路１０４を形成し、或いは、共振回路１０４は、異なる共振周波数で動作してもよい。幾つかの別の実施形態では、インダクタ１１８は、別の個別のインダクタではなく変圧器１０６の漏れインダクタンスを表わし、そしてコンバータ１００の共振回路は、変圧器１０６とキャパシタ１１６との間に形成されて、共振コンバータ１００の全体的な部品点数を減少させる。他の実施形態では、他のタイプの共振回路（例えば、直列ＬＣ、並列ＬＣ、直列／並列ＬＬＣ、直列／並列ＬＣＣ、直列／並列ＬＬＣＣ、等）が、共振回路１０４に加えて又はそれに代わって、共振コンバータ１００内に使用されてもよい。
【００１２】
[0021]電流サンプラー１１２は、一次巻線１０６Ｐの第２端子と、スイッチ１２２−１及び１２０−２間に結合されたブリッジ１０２の第２の出力端子との間に結合される。更に、電圧サンプラー１３８は、並列入力キャパシタ１３０にまたがって結合され、電圧サンプラー１３８及び電流サンプラー１１２は、どちらも、電力計算器１４０に結合され、そして電力計算器１４０は、ブリッジコントローラ１１４に結合される。
【００１３】
[0022]変圧器１０６の二次側では、二次巻線１０６Ｓの第１端子がキャパシタ１０８の第１端子に結合される。キャパシタ１０８の第２端子は、並列出力キャパシタ１３２の第１端子、及びスイッチ１６４、１５０−１、１５２−１及び１５４−１のドレイン端子に結合される。スイッチ１６４のソース端子は、スイッチ１６５のソース端子に結合される。並列出力キャパシタ１３２の第２端子及びスイッチ１６５のドレイン端子は、二次巻線１０６Ｓの第２端子に結合される。スイッチ対１６４／１６５は、四象限スイッチ（即ち、全両方向スイッチ）を形成する。ある実施形態では、スイッチ１６４及び１６５は、ｎ型ＭＯＳＦＥＴスイッチであり、或いは又、スイッチ１６４及び１６５は、他のタイプの適当な電子スイッチ、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、ｐ型ＭＯＳＦＥＴ、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）、等でもよい。三相サイクロコンバータ１１０は、スイッチ対１６４／１６５にまたがって結合されて共振コンバータ１００のＡＣ電流スイッチ段１６２を形成する。並列入力キャパシタ１３０及び並列出力キャパシタ１３２の両方の設計上の選択により、共振コンバータ１００は、ブリッジ１０２のスイッチング周波数の比較的小さな変化で、広い電力範囲にわたって変調するように設計することができる。
【００１４】
[0023]ある実施形態では、キャパシタ１１６は、２５ナノファラッド（ｎＦ）程度であり、インダクタ１１８は、１００マイクロヘンリー（μＨ）程度であり、並列入力キャパシタ１３０は、１ｎＦ程度であり、並列出力キャパシタ１３２は、５ｎＦ程度であり、そして変圧器１０６は、巻回比が１：１.５であり、このような実施形態は、周波数範囲が１５０キロヘルツ（ｋＨｚ）−３００ｋＨｚである。一般的に、共振回路１０４の直列キャパシタンスは、２５ｎＦ程度である。例えば、キャパシタ１１６は、２５ｎＦ程度であり、そしてキャパシタ１０８は、それがＤＣブロッキングキャパシタとして働き且つ回路の共振に影響しないように非常に大きくされる。或いは又、変圧器の巻回比が１：１.５の場合には、キャパシタ１１６は、５０ｎＦ程度であり、そしてキャパシタ１０８は、２２．２ｎＦ程度である（即ち、キャパシタ１０８は、変圧器巻線比の結果としてキャパシタ１１６と直列の５０ｎＦキャパシタのように見える）。
【００１５】
[0024]サイクロコンバータ１１０は、スイッチ１５０−１、１５０−２、１５２−１、１５２−２、１５４−１及び１５４−２を備えている。ある実施形態では、スイッチ１５０−１、１５０−２、１５２−１、１５２−２、１５４−１及び１５４−２は、ｎ型ＭＯＳＦＥＴスイッチであり、他の実施形態では、他の適当なスイッチ及び／又はスイッチの配列が使用されてもよい。スイッチ１５０−１、１５２−１、及び１５４−１のドレイン端子は、並列出力キャパシタ１３２の第１端子及びスイッチ１６４のドレイン端子に結合される。各スイッチ対１５０−１／１５０−２、１５２−１／１５２−２及び１５４−１／１５４−２のソース端子は、一緒に結合される（即ち、スイッチ１５０−１／１５０−２のソース端子は、互いに結合され、スイッチ１５２−１／１５２−２のソース端子は、互いに結合され、そしてスイッチ１５４−１／１５４−２のソース端子は、互いに結合される）。各スイッチ対１５０−１／１５０−２、１５２−１／１５２−２、及び１５４−１／１５４−２は、四象限スイッチを形成する。スイッチ１５４−２、１５２−２及び１５０−２のドレイン端子は、各々、共振コンバータ１００の第１、第２及び第３の出力端子に結合される。第１、第２又は第３の出力端子の少なくとも１つは、ＡＣラインに結合される。例えば、第１、第２又は第３の出力端子は、図１に示されたように、三相ＡＣラインの活線導体ラインＬ１、Ｌ２及びＬ３に結合され、或いは又、第１の出力端子が単相ＡＣラインのラインＬ１に結合されるが、第２及び第３の出力端子はいずれのＡＣラインにも接続されなくてもよい。
【００１６】
[0025]並列出力キャパシタ１３２の第２端子、及びスイッチ１６５のドレイン端子は、各々、ＡＣラインの中性ラインＮに結合される。ある実施形態では、ＡＣラインは、商用送電網システムである。スイッチ１５０−１、１５０−２、１５２−１、１５２−２、１５４−１、１５４−２、１６４及び１６５のゲート及びソース端子は、サイクロコンバータコントローラ１４２に結合され、これは、更に、電流サンプラー１１２、ライン電圧サンプラー１４４、及び送電網インターフェイスコントローラ１５６に結合される。
【００１７】
[0026]ライン電圧サンプラー１４４は、スイッチ１５０−２、１５２−２及び１５４−２のドレイン端子に接続され（これらは、ＡＣラインのラインＬ３、Ｌ２及びＬ１に各々結合され）、且つ並列出力キャパシタ１３２の第２端子及びスイッチ１６５のドレイン端子に結合され（これは、ＡＣラインのラインＮに結合され）、ＡＣライン上の電圧をサンプリングする。ライン電圧サンプラー１４４は、サイクロコンバータコントローラ１４２及び送電網インターフェイスコントローラ１５６にも結合される。送電網インターフェイスコントローラ１５６は、更に、サイクロコンバータコントローラ１４２、ブリッジコントローラ１１４、及び電源コントローラ１５８に結合される。
【００１８】
[0027]動作中に、ブリッジ１０２は、１つ以上の再生可能エネルギー源（例えば、光起電力（ＰＶ）モジュール、風車群、水力発電システム、等）、バッテリ、又は適当なＤＣ電源のようなＤＣ電圧源から入力電圧Ｖinを受け取る。ブリッジコントローラ１１４は、Ｈブリッジ対角線部を交互に（即ち１８０°の位相ずれして）アクチベート／デアクチベートして、双極方形波であるブリッジ出力電圧Ｖbrを発生する。Ｈブリッジ対角線部がスイッチされる頻度（即ち、スイッチング周波数）は、１００ｋＨｚ程度であり、即ちほぼ共振回路１０４の共振周波数であるが、他の実施形態では、他のスイッチング周波数が使用されてもよい。ブリッジ出力電圧Ｖbrは、共振回路１０４（１００ｋＨｚの共振周波数で動作する）及び一次巻線１０６Ｐを通して実質的な正弦波電流Ｉrを生じさせ、これにより、変圧器１０６の二次巻線１０６Ｓに交流を誘起する。変圧器１０６は、一次から二次へ電圧を昇圧するステップアップ変圧器であるか（例えば、ＰＶモジュールにより発生されるＤＣ入力の場合に、変圧器１０６は、一般的に、ステップアップ変圧器である）、或いは又、電圧を降圧するためのステップダウン変圧器である。
【００１９】
[0028]二次巻線１０６Ｓに電流が誘起される結果として、１００ｋＨｚの周波数の実質的に正弦波の電流波形Ｉcがスイッチ対１６４／１６５及びサイクロコンバータ１１０に流れ込む。この電流波形Ｉcの振幅は、ブリッジ１０２のスイッチング周波数により制御され、そしてＨブリッジのスイッチング周波数を適当に調整することにより増加又は減少され、即ち転送される電流（及び電力）は、信号周波数が共振回路１０４の共振周波数から離れるにつれて変化する。
【００２０】
[0029]電力コントローラ１５８は、共振コンバータ１００から要求される出力電力を決定し、そして送電網インターフェイスコントローラ１５６により発生される単相基準電流波形を経て、ブリッジコントローラ１１４を駆動して、所要の出力電力を得るようにＨブリッジスイッチング周波数を調整する。共振コンバータ１００がＰＶモジュールから入力電力を受け取る幾つかの実施形態では、電力コントローラ１５８は、ＰＶモジュールが最大電力点（ＭＰＰ）にバイアスされるように必要な共振コンバータ出力電力を決定する。そのような実施形態では、電力コントローラ１５８は、ＰＶモジュールにより与えられる電圧及び電流を決定するためにブリッジ１０２の入力に結合される。他の実施形態では、電力コントローラ１５８は、所与の電力及び力率で動作するために外部ソースからコマンドを受け取る。例えば、共振コンバータ１００は、ＰＶモジュールから電力を受け取り、そして電力コントローラ１５８は、送電網を安定化する上で助けとなるようにＭＰＰより低い電力で動作するために電力会社からのコマンドを受け取る（例えば、送電網インターフェイスコントローラ１５６又は別の手段を経て）。
【００２１】
[0030]電流サンプラー１１２は、電流Ｉrをサンプリングしそしてそのサンプリングした電流（電流サンプル）を表わす値を発生する一方、電圧サンプラー１３８は、電圧Ｖbrをサンプリングしそしてそのサンプリングした一次側電圧（一次電圧サンプル）を表わす値を発生する。電流サンプラー１１２及び電圧サンプラー１３８は、５０ＭＨｚのレートでそのようなサンプリングを各々遂行するが、他のサンプリングレートが使用されてもよい。ある実施形態では、電流サンプラー１１２及び電圧サンプラー１３８は、各々、サンプルをデジタルフォーマットで発生するためのアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を備えている。
【００２２】
[0031]電流サンプラー１１２及び電圧サンプラー１３８は、各々、電流サンプル及び一次電圧サンプルを電力計算器１４０へ結合する。これらの電流及び電圧サンプルに基づいて、電力計算器１４０は、発生された電力レベルを計算し、そしてそのような計算された電力レベルをブリッジコントローラ１１４へ結合する。次いで、ブリッジコントローラ１１４は、計算された電力レベルを、要求された出力電圧レベルと比較し、そして発生される電力を必要に応じて増加又は減少するようにスイッチング周波数を調整する。
【００２３】
[0032]サイクロコンバータ１１０は、受け取った電流波形Ｉcを単一ＡＣ活線導体ライン及び中性ラインに選択的に結合して、共振コンバータ１００から単相ＡＣ出力を発生する。以下に述べる実施形態のようなある実施形態では、単相ＡＣ出力は、ラインＬ１／Ｎに発生され、他の実施形態では、単相ＡＣ出力は、ラインＬ２／Ｎ又はＬ３／Ｎに発生される。
【００２４】
[0033]コンバータ出力におけるＡＣラインは、共振コンバータ１００の動作周波数より周波数が低く、例えば、共振コンバータ１００は、６０Ｈｚで動作する商用送電網に結合される。比較的周波数の高い電流Ｉcを、周波数の低いＡＣラインへ選択的に結合するために、基準電流波形が発生され、これを使用して、送電網電圧、及び共振コンバータからの出力電力の所要レベルを表現する。送電網インターフェイスコントローラ１５６は、それが電力コントローラ１５８から受け取る共振コンバータ出力電力要件と、それが電圧サンプラー１４４から受け取るライン電圧サンプルから決定されるラインＬ１上の単相ＡＣライン電圧とに基づいて、単相基準電流波形を発生する。ライン電圧サンプラー１４４は、ＡＣライン電圧を、例えば、３０キロサンプル／秒（ｋＳＰＳ）のレートでサンプリングし、そしてサンプリングされたライン電圧（ライン電圧サンプル）を表わす１つ以上の値を送電網インターフェイスコントローラ１５６へ結合する。ある実施形態では、ライン電圧サンプラー１４４は、サンプルをデジタルフォーマットで発生するためのＡＤＣを含む。受け取った電力要件及びライン電圧サンプルに基づいて、送電網インターフェイスコントローラ１５６は、送電網電圧波形と同期して基準電流波形を発生し、そしてその基準電流波形をサイクロコンバータコントローラ１４２に結合する。基準電流波形は、ライン電圧が指定の範囲内で正弦波から外れても、発生される出力電流を送電網周波数の望ましい正弦波出力に一致させるよう制御できることを保証する。送電網電圧及び周波数が要求された動作仕様から外れる場合には、監視システム（図示せず）が共振コンバータ１００をデアクチベートする。
【００２５】
[0034]ある実施形態、即ち望ましい力率１の場合には、基準電流波形がライン電圧と同相で発生される。共振コンバータ１００により無効電力が発生される他の実施形態では、例えば、電圧・電流・無効（ＶＡＲ）補償を与えるために、基準電流波形は、ライン電圧と位相ずれして発生される。
【００２６】
[0035]電流ＩcをラインＬ１に選択的に結合するために、サイクロコンバータコントローラ１４２は、スイッチ１５０−１、１５０−２、１５２−１、及び１５２−２の各々を開位置に維持し、そしてスイッチ１５４−１、１５４−２及びスイッチ対１６４／１６５を基準電流波形に基づいてアクチベート／デアクチベートする。基準電流波形の連続タイムウインドウ又は「スライス」がサイクロコンバータコントローラ１４２により個々に分析され、各スライスの巾は、電流Ｉcの周期又はその倍数に等しい。電流Ｉcに対して基準電流波形のライン周波数が比較的低いために、基準電流波形値は、充分に小さいスライス中に比較的一定のままである。従って、サイクロコンバータコントローラ１４２は、スライスごとに、そのスライス中の基準電流波形値を表わす単一の“ＤＣ”値を決定する。その決定されたＤＣ値が特定のスライスに対して正であるか負であるかに基づいて（即ち、ＤＣ値で表される基準電流波形の極性がスライス中に正であるか負であるかに基づいて）、サイクロコンバータコントローラ１４２は、スライス中にスイッチ１５４−１、１５４−２及び１６４／１６５を動作して、ラインＬ１への電流Ｉcを半波整流し、そして残りの半周期をラインＮへ向ける。ＤＣ値がスライスに対して正であるときには、サイクロコンバータコントローラ１４２は、電流Ｉcの各正の半サイクル中には、スイッチ１５４−１／１５４−２をアクチベートすると共に、スイッチ１６４／１６５の少なくとも１つをデアクチベートし、電流Ｉcの各負の半サイクル中には、サイクロコンバータコントローラ１４２は、スイッチ１５４−１／１５４−２の少なくとも一方をデアクチベートする（例えば、電圧をブロックするのに必要なスイッチのみをデアクチベートする）と共に、スイッチ１６４／１６５をアクチベートする。スイッチ１５４−１、１５４−２及び１６４／１６５のそのような動作を通じて、電荷の正の部分全体がラインＬ１へ注入され、そして電荷の負の部分全体がスライス中に中性ラインに注入される。
【００２７】
[0036]ＤＣ値がスライスに対して負であるときには、サイクロコンバータコントローラ１４２は、電流Ｉcの各負の半サイクル中には、スイッチ１５４−１／１５４−２をアクチベートすると共に、スイッチ１６４／１６５の少なくとも１つをデアクチベートし、電流Ｉcの各正の半サイクル中には、サイクロコンバータコントローラ１４２は、スイッチ１５４−１／１５４−２の少なくとも一方をデアクチベートすると共に、電流Ｉcの各正の半サイクル中にスイッチ１６４／１６５をアクチベートする。スイッチ１５４−１、１５４−２及び１６４／１６５のそのような動作を通じて、電荷の負の部分全体がラインＬ１へ注入され、そして電荷の正の部分全体がスライス中に中性ラインに注入される。サイクロコンバータ１１０は、ブリッジ１０２とは独立して動作し、即ちブリッジ１０２は、発生される出力電流の振幅を制御し、そしてサイクロコンバータ１１０は、ラインＬ１及びＮへ向けられる出力電流を制御する。ある実施形態では、ブリッジ１０２内のスイッチ、スイッチ１６４／１６５、及び／又はサイクロコンバータスイッチは、更に改善された効率のためにゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）モードで動作される。ある実施形態では、共振コンバータ１００は、全動作範囲にわたり全ての共振コンバータスイッチング装置に対してＺＶＳモードで動作される。
【００２８】
[0037]ある実施形態では、電流ＩcをラインＬ１に選択的に結合するためにスイッチ１５４−１、１５４−２及びスイッチ対１６４／１６５をアクチベートし／デアクチベートする間に、スイッチ１５０−１、１５０−２、１５２−１及び１５２−２の全部をオフに保つ必要はない。Ｌ１の振幅が、その関連スイッチング対に結合されたライン電圧の振幅より低い場合には、スイッチ１５０−１、１５０−２、１５２−１及び１５２−２の１つが動作中にオンのままで、依然、電圧をブロックすることができる。というのは、四象限スイッチ対にまたがる電圧の極性が動作中変化しないからである。例えば、Ｌ１＝１００Ｖ、Ｌ２＝５０Ｖ、及びＬ３＝−１５０Ｖの場合には、スイッチ１５０−１が動作電圧をブロックできるので、スイッチ１５０−２がオンのままとなる。スイッチ１５２−１及び１５２−２は、両方ともオフに保つ必要がある。というのは、スイッチ対にまたがる電圧の極性が動作中に振動するからである。
【００２９】
[0038]１つ以上の他の実施形態において、共振コンバータ１００は、２つ以上の電力段階をインターリーブし及び／又は複数の動作モード間を切り換える。別の実施形態では、共振コンバータ１００は、ＤＣ入力からのエネルギーが１つ以上のライン電圧サイクルの蓄積周期中に蓄積され、その後、１つ以上のライン電圧サイクルのバースト周期中に１つ以上のＡＣライン（即ち、Ｌ１、Ｌ２及び／又はＬ３）へ結合される（即ち、バーストされる）バースト技術を使用する。そのような「バーストモード」を使用する実施形態では、サイクロコンバータコントローラ１４２は、蓄積周期中に出力ラインの全てのスイッチをデアクチベートすると共に、スイッチ１６４／１６５をアクチベートして、残りの共振タンク電流を流す場所を許す。スイッチ１６４／１６５は、この全時間中にアクチベートされたままとなり、この時間は、ある実施形態では、バーストデューティサイクルに基づいて１６−１６０ｍｓ程度である。この周期中に、タンクのエネルギーが減衰し、そしてコンバータ１００は、それが「バースト」するまで、例えば、１つの６０Ｈｚ周期（１６．７ｍｓ）中休止状態に留まる。バースト周期中には、サイクロコンバータコントローラ１４２は、電力をバーストすべき出力ライン（１つ又は複数）上のスイッチをアクチベートし、そしてスイッチ１６４／１６５の少なくとも１つをデアクチベートする。例えば、ラインＬ１へ電力をバーストするときに、サイクロコンバータコントローラ１４２は、バースト周期中にスイッチ１５４−１及び１５４−２をアクチベートし、そしてスイッチ１６４／１６５の少なくとも１つをデアクチベートする。バーストモード動作の一例が、参考としてここにそのまま援用される２０１０年８月３日に発行された“Method and Apparatus for Improved Burst during Power Conversion”と題する共通に譲渡された米国特許第７，７６８，１５５号に見られる。
【００３０】
[0039]ある別の実施形態では、スイッチ１６４／１６５の少なくとも１つがインアクティブ（即ち、開状態）に留まるように駆動され、サイクロコンバータコントローラ１４２は、サイクロコンバータスイッチの各々を動作（即ち、アクチベート／デアクチベート）して三相ＡＣ電力をＡＣラインに結合する（即ち、第１相がラインＬ１に結合され、第２相がラインＬ２に結合され、そして第３相がラインＬ３に結合される）。そのような実施形態では、スイッチ対１５０−１／１５０−２が第１の四象限スイッチ（即ち、全両方向スイッチ）を形成し、スイッチ対１５２−１／１５２−２が第２の四象限スイッチを形成し、そしてスイッチ対１５４−１／１５４−２が第３の四象限スイッチを形成する。そのような実施形態の一例が、参考としてここに援用される２０１２年１月３日に出願された“Method and Apparatus for Resonant Power Conversion”と題する共通に譲渡された同時係争中の米国特許出願第１３／３４２，３６８号に見られる。
【００３１】
[0040]ある他の実施形態では、スイッチ１６４／１６５の少なくとも１つ、並びに特定の出力ライン上の１つ又は両方のサイクロコンバータスイッチが、インアクティブのままとなるように駆動される一方、残りのサイクロコンバータスイッチは、発生された電流を分相ＡＣラインへ結合するように動作される。コンバータ１００は、出力電力の１つの相の発生、２つの相の発生又は３つの相の発生の間を切り換えるように動作される。更に、コンバータ１００は、出力電力の１つの相又は２つの相が発生されるのはどちらの出力ラインかを切り換えるように動作される。三相又は分相出力電流が発生されるある実施形態では、基準電流波形が、各々、三相又は分相ＡＣ波形である。
【００３２】
[0041]図２は、本発明の１つ以上の実施形態によるブリッジコントローラ１１４のブロック図である。このブリッジコントローラ１１４は、サポート回路２０４及びメモリ２０６を備え、それらは、各々、中央処理ユニット（ＣＰＵ）２０２に結合される。ＣＰＵ２０２は、１つ以上の従来入手できるマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラより成り、或いは又、ＣＰＵ２０２は、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含む。サポート回路２０４は、ＣＰＵ２０２の機能を促進するのに使用される良く知られた回路である。そのような回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、バス、入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路、等を含むが、それに限定されない。ブリッジコントローラ１１４は、特定のソフトウェアを実行するときに本発明の種々の実施形態を遂行するための特殊目的コンピュータとなる汎用コンピュータを使用して具現化される。
【００３３】
[0042]メモリ２０６は、ランダムアクセスメモリ、リードオンリメモリ、取り外し可能なディスクメモリ、フラッシュメモリ、及びこれらのタイプのメモリの種々の組み合わせを含む。メモリ２０６は、ときには、メインメモリとも称され、そしてキャッシュメモリ又はバッファメモリとして一部分使用される。メモリ２０６は、一般的に、ＣＰＵの能力によりサポートできるブリッジコントローラ１１４のオペレーティングシステム（ＯＳ）２０８を必要に応じて記憶する。ある実施形態では、ＯＳ２０８は、商業的に入手できる多数のオペレーティングシステムの１つであり、例えば、ＬＩＮＵＸ、リアルタイムオペレーティングシステム（ＲＴＯＳ）、等であるが、これに限定されない。
【００３４】
[0043]メモリ２０６は、ブリッジ１０２の動作を制御しそして本発明に関連した機能を遂行するためにブリッジコントロールモジュール２１０のような種々の形態のアプリケーションソフトウェアを記憶する。例えば、ブリッジコントローラ１１４は、ブリッジコントロールモジュール２１０を実行し、要求されたコンバータ出力電力（例えば、基準電流波形から決定される）及び電力計算器１４０からの計算されたブリッジ出力電力を使用して、ブリッジスイッチング周波数を公称１００ｋＨｚ周波数の上又は下に調整する。ＰＶモジュールが共振コンバータ１００の入力に結合される実施形態では、ブリッジ１０２のスイッチング周波数を変化させることで、ＰＶモジュールから見た負荷インピーダンスを変更して、ＭＰＰを得るようにする。ブリッジコントローラ１１４により与えられる機能についての更なる詳細を、図６を参照して以下に述べる。
【００３５】
[0044]メモリ２０６は、更に、共振コンバータ１００の動作及び／又は本発明に関連したデータを記憶するためにデータベース２１２を記憶する。
【００３６】
[0045]他の実施形態では、ＣＰＵ２０２は、実行時に、図６を参照して以下に述べるコントローラ機能を与えるコントローラファームウェアを記憶するための内部メモリを含むマイクロコントローラである。
【００３７】
[0046]図３は、本発明の１つ以上の実施形態によるサイクロコンバータコントローラ１４２のブロック図である。サイクロコンバータコントローラ１４２は、サポート回路３０４及びメモリ３０６を備え、その各々は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）３０２に結合される。ＣＰＵ３０２は、１つ以上の従来入手できるマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを含んでもよいし、或いは又、ＣＰＵ３０２は、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含んでもよい。サポート回路３０４は、ＣＰＵ３０２の機能を促進するのに使用される良く知られた回路である。そのような回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、バス、入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路、等を含むが、それに限定されない。サイクロコンバータコントローラ１４２は、特定のソフトウェアを実行するときに本発明の種々の実施形態を遂行するための特殊目的コンピュータとなる汎用コンピュータを使用して具現化される。
【００３８】
[0047]メモリ３０６は、ランダムアクセスメモリ、リードオンリメモリ、取り外し可能なディスクメモリ、フラッシュメモリ、及びこれらのタイプのメモリの種々の組み合わせを含む。メモリ３０６は、ときには、メインメモリとも称され、そしてキャッシュメモリ又はバッファメモリとして一部分使用される。メモリ３０６は、一般的に、ＣＰＵの能力によりサポートできるサイクロコンバータコントローラ１４２のオペレーティングシステム（ＯＳ）３０８を必要に応じて記憶する。ある実施形態では、ＯＳ３０８は、商業的に入手できる多数のオペレーティングシステムの１つであり、例えば、ＬＩＮＵＸ、リアルタイムオペレーティングシステム（ＲＴＯＳ）、等であるが、これに限定されない。
【００３９】
[0048]メモリ３０６は、サイクロコンバータ１１０の動作を制御しそして本発明に関連した機能を遂行するためサイクロコンバータコントロールモジュール３１０のような種々の形態のアプリケーションソフトウェアを記憶する。例えば、サイクロコンバータコントロールモジュール３１０は、高周波電流Ｉcを監視し、基準電流波形のスライス、及び各スライス中に基準電流波形を表わすＤＣ値を決定し、各スライス中に基準電流波形の極性を決定し、サイクロコンバータスイッチ及びスイッチ１６４／１６５を駆動するためのコントロール信号を発生し、そして本発明に関連した同様の機能を遂行する。ある実施形態では、サイクロコンバータコントロールモジュール３１０は、１つ以上の記憶されたアルゴリズムに基づいて１つ以上のスライス巾を計算する。サイクロコンバータコントロールモジュール３１０により与えられる機能に関する更なる詳細は、図７を参照して以下に述べる。
【００４０】
[0049]メモリ３０６は、更に、サイクロコンバータ１１０の動作及び／又は本発明に関連したデータ、例えば、１つ以上の所定のスライス巾、そのスライス巾を決定する１つ以上のアルゴリズム、等を記憶するためのデータベース３１２も記憶する。
【００４１】
[0050]他の実施形態では、ＣＰＵ３０２は、実行時に、図７を参照して以下に述べるコントローラ機能を与えるコントローラファームウェアを記憶するための内部メモリを含むマイクロコントローラである。
【００４２】
[0051]ある実施形態では、ブリッジコントローラ１１４及びサイクロコンバータコントローラ１４２は、同じＣＰＵにより制御される単一のコントローラであり、即ち単一のコントローラがブリッジコントロールモジュール２１０及びサイクロコンバータコントロールモジュール３１０の両方を実行する。
【００４３】
[0052]図４は、本発明の１つ以上の実施形態による単相基準電流波形４０２のスライス４１０を示すグラフ４００である。基準電流波形４０２は、共振コンバータの出力（例えば、ＡＣラインＬ１）においてＡＣラインに注入されるべき望ましい電流を示し、そしてそのＡＣライン上のライン電圧と同じ周波数（例えば、６０Ｈｚ）を有する。基準電流波形４０２は、望ましい力率に基づいてＡＣライン電圧と同相でもよいし位相ずれしていてもよい。ある実施形態では、基準電流波形４０２は、商用送電網に結合される望ましい電流の基準である。
【００４４】
[0053]基準電流波形４０２を横切るタイムウインドウがスライス４１０として示されている。スライス４１０は、開始時間ＴＳで開始し、そして終了時間ＴＥで終了する。ある実施形態では、スライス４１０の巾（ＴＳからＴＥへの時間）は、基準電流波形４０２の周期より大きさがほぼ３桁小さい。例えば、共振コンバータ１００に結合されて６０Ｈｚの周波数で動作する商用送電網の場合、スライス４１０は、巾（即ち、期間）が１０マイクロ秒程度である。他の実施形態では、スライス４１０の巾は、１０マイクロ秒より大きくても小さくてもよい。一般的に、各スライスの巾は、Ｉc電流波形の周期又はその倍数に等しい。
【００４５】
[0054]時間ＴＳにおいて、基準電流波形４０２は、ＤＣ１の値を有する。値ＤＣ１は、全スライス４１０（即ち、時間ＴＳから時間ＴＥ）の間に基準電流波形４０２の値を表わすためのＤＣ電流値として使用される。ＤＣ１が正であるか負であるかに基づき、サイクロコンバータコントローラ１４２は、図５を参照して以下に詳細に述べるように、スライス４１０（即ち、時間ＴＳから時間ＴＥ）の間にサイクロコンバータスイッチを動作して電流波形ＩをラインＬ１及びＮへ選択的に結合する。
【００４６】
[0055]図５は、本発明の１つ以上の実施形態によるスライス４１０の間にＡＣラインＬ１及びＮに選択的に結合される電流を描く１組のグラフ５００である。上述したように、サイクロコンバータコントローラ１４２は、基準電流波形の各スライス中にサイクロコンバータ１１０を動作して、スライスに対するＤＣ値の極性（即ち、対応するＤＣ値により表されるスライス中の基準電流波形の極性）に基づいて電流ＩcをＡＣラインＬ１及びＮへ選択的に結合し又は向ける。従って、サイクロコンバータコントローラ１４２は、各ラインへ向けられる電流の実際の値に関する情報を要求しない。
【００４７】
[0056]グラフ５００は、スライス４１０中にＩcからラインＬ１へ向けられる電流を描く第１グラフ５０２と、スライス４１０中にＩcからラインＮへ向けられる電流を描く第２グラフ５０２とを含む。スライス４１０に対するＤＣ電流値ＤＣ１の正の極性に基づいて、サイクロコンバータ１１０は、スライス４１０中の電荷の正の部分全体をラインＬ１に及びスライス４１０中の電荷の負の部分全体をラインＮに選択的に結合する。
【００４８】
[0057]電流波形Ｉcの正の半サイクル、例えば、図５に示す時間ＴＳ−Ｔ１、Ｔ２−Ｔ３及びＴ４−Ｔ５に対応するスライス４１０内の時間周期中に、サイクロコンバータコントローラ１４２は、スイッチ対１５４−１／１５４−２をアクチベートしそしてスイッチ１６４／１６５の少なくとも１つをデアクチベートして、電流Ｉcの正の半サイクルをラインＬ１に結合する。従って、時間ＴＳから時間Ｔ７までの電流Ｉcの正の部分の１００％が、スライス４１０に対するＤＣ電流値ＤＣ１の正の極性により指令されてラインＬ１へ向けられる。
【００４９】
[0058]電流波形Ｉcの負の半サイクル、例えば、図５に示す時間Ｔ１−Ｔ２、Ｔ３−Ｔ４及びＴ５−Ｔ６に対応するスライス４１０内の時間周期中に、サイクロコンバータコントローラ１４２は、スイッチ対１５４−１／１５４−２におけるスイッチの少なくとも１つをデアクチベートしそしてスイッチ１６４／１６５をアクチベートして、電流Ｉcの負の半サイクルをラインＮに結合する。従って、時間ＴＳから時間Ｔ６までの電流Ｉcの負の部分の１００％が、スライス４１０に対するＤＣ電流値ＤＣ１の正の極性により指令されてラインＬ１へ向けられる。
【００５０】
[0059]時間Ｔ６から時間ＴＥにおけるスライスの終了まで、電流波形Ｉcの１つ以上の付加的なサイクルが、時間周期ＴＳ−Ｔ６の間に生じるのと同様に、ラインＬ１及びＮに選択的に結合される。従って、スライス４１０中のＩcの各サイクルに対して、電流Ｉcの正の部分がラインＬ１に向けられ、そして電流Ｉcの負の部分がラインＮに向けられる。ある別の実施形態では、スライス４１０の巾は、電流波形Ｉcの周期、例えば、１０マイクロ秒に等しく、そして電流波形Ｉcの単一サイクルがスライス４１０の間にラインＬ１及びＮへ転送される。
【００５１】
[0060]上述したように、電流ＩcをラインＬ１及びＮに選択的に結合することにより、スイッチ対１５４−１／１５４−２及びスイッチ対１６４／１６５は、ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）及びゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）遷移をもつ。そのような遷移スイッチングは、ＤＣ／ＡＣ電力変換中のサイクロコンバータスイッチングロスを最小にする。
【００５２】
[0061]図６は、本発明の１つ以上の実施形態による共振電力コンバータからの出力電力を変調する方法６００のフローチャートである。この方法６００は、ブリッジコントローラ１１４を具現化する。
【００５３】
[0062]以下に述べる実施形態のようなある実施形態では、共振コンバータ（例えば、共振コンバータ１００）が、ＤＣ入力電圧を受け取るための光起電力（ＰＶ）モジュールに結合される。他の実施形態では、共振コンバータは、それに加えて、又はそれとは別に、１つ以上の他のソースからＤＣ入力電圧を受け取る。
【００５４】
[0063]共振コンバータは、コンバータの入力にＤＣ−ＤＣ電圧スイッチング段内の全ブリッジ（例えば、ブリッジ１０２）を使用して、ＤＣ入力電圧から方形波を発生する。次いで、共振コンバータは、方形波をＡＣ出力電圧に変換する。１つ以上の別の実施形態では、共振コンバータは、コンバータの入力に全ブリッジではなく半ブリッジを使用して、方形波を発生する。
【００５５】
[0064]方法６００は、ステップ６０２で開始して、ステップ６０４へ進む。ステップ６０４において、共振コンバータからの要求される出力電力が決定される。要求される出力電力は、ＰＶモジュールが最大電力点（ＭＰＰ）にバイアスされるように決定される。或いは又、要求される出力電力は、ＰＶモジュールがＭＰＰで動作しないように決定されてもよく、例えば、コンバータに結合された商用送電網を安定化する上で助けとなるようにＭＰＰより低い電力で共振コンバータが動作されてもよい。ある実施形態では、電力コントローラ１５８のような電力コントローラは、適当な共振コンバータ出力電力を決定する。他の実施形態では、電力コントローラは、所与の電力及び力率で動作するためのコマンドを外部ソースから（例えば、コンバータに結合された送電網又は別の手段を経て）受け取る。
【００５６】
[0065]ステップ６０６において、要求される出力電力を生じるブリッジのスイッチング周波数が決定され、即ち現在動作条件でＰＶモジュールから最大電力を得るための適切な負荷インピーダンスを発生するように周波数が決定される。ブリッジコントローラ（ブリッジコントローラ１１４のような）は、コンバータ出力電力要件に基づいてスイッチング周波数を決定し、そしてその決定されたスイッチング周波数に基づいてブリッジを動作する。そのような実施形態では、コンバータ出力電力要件が、共振コンバータにより発生される望ましい電流を指示する基準電流波形（例えば、基準電流波形４０２）を経てブリッジコントローラに与えられる。ある実施形態では、コンバータの共振周波数は、１００キロヘルツ（ｋＨｚ）であり、そして決定されたスイッチング周波数は、１００キロヘルツ（ｋＨｚ）程度である。
【００５７】
[0066]方法６００は、ステップ６０８へ進み、その決定されたスイッチング周波数でブリッジが動作される。ステップ６１０において、ブリッジからの出力電力が監視される。例えば、電流サンプラー（例えば、電流サンプラー１１２）及び電圧サンプラー（例えば、電圧サンプラー１３８）は、ブリッジにより発生される電流及び電圧レベルの電流及び電圧サンプルを各々取得する。次いで、そのような電流及び電圧サンプルを使用して、ブリッジからの電力を計算する。
【００５８】
[0067]ステップ６１２において、ＭＰＰ動作に対するコンバータ出力電力要件を満足させるためにブリッジからの電力を変更（増加又は減少）すべきかどうかの判断がなされる。ある実施形態では、ブリッジコントローラは、計算されたブリッジ電力を受け取り、そしてそのような判断を行う。ステップ６１２において、ブリッジからの電力を調整すべきであると判断された場合には、方法６００は、ステップ６０６に戻り、ブリッジの電力を増加すべきか減少すべきかに基づき新たなスイッチング周波数が決定される。そのようなフィードバックループは、共振コンバータのＤＣ−ＤＣスイッチング段の出力電力を常時最適化するために行われる。ステップ６１２において、ブリッジ電力の変更が要求されないと判断された場合には、方法６００は、ステップ６１４進む。
【００５９】
[0068]ステップ６１４において、共振コンバータの動作を続行すべきかどうかの判断がなされる。ステップ６１４において、動作を続行することが判断されると、方法６００は、ステップ６０８へ戻る。ステップ６１４において、動作を継続しないと判断されると、方法６００は、ステップ６１６へ進み、終了となる。
【００６０】
[0069]図７は、本発明の１つ以上の実施形態による共振コンバータにおけるＡＣ電流スイッチング段の動作方法７００のフローチャートである。ある実施形態では、方法７００は、サイクロコンバータコントローラ１４２の具現化である。ＡＣ電流スイッチング段は、３つの四象限スイッチを有する三相サイクロコンバータを備え、そしてＤＣ入力を三相ＡＣ出力へ変換できる共振コンバータの一部分である（例えば、図１に示すＡＣ電流スイッチング段１６２及びサイクロコンバータ１１０）。以下に述べる実施形態のようなある実施形態では、２つのＡＣ出力ラインの各々にあるサイクロコンバータスイッチの少なくとも１つは、共振コンバータの動作中にインアクティブ（即ち、開状態）のままであり、ＤＣ入力を第３のＡＣ出力ライン上の単相ＡＣ出力へ変換する。例えば、ＡＣラインＬ２及びＬ３各々にあるサイクロコンバータスイッチは、単相ＡＣ電流がＡＣラインＬ１及びＮに結合される間にインアクティブのままとなるように動作される。他の実施形態では、ＡＣ電流スイッチング段は、上述したように、出力電力の２つ又は３つの相を発生し及び／又は１つ、２つ又は３つのＡＣ相へ電力をバーストするように動作する。
【００６１】
[0070]方法７００は、ステップ７０２において開始して、ステップ７０４へ進む。ステップ７０４において、単相基準電流波形のスライス、即ち特定のタイムウインドウが決定される。基準電流波形は、６０Ｈｚで動作する商用ＡＣ送電網のような共振コンバータの出力においてＡＣラインに結合される望ましい電流を示す単相ＡＣ波形である。基準電流波形は、コンバータ出力電力要件に基づいて発生され、ＡＣラインのライン電圧波形と同期される。１の力率が望まれる実施形態では、基準電流波形がライン電圧波形と同相で発生される。例えば、ＶＡＲ補償を与えるために共振コンバータによって無効電力が発生される他の実施形態では、基準電流波形は、望ましい力率に基づきライン電圧波形とは位相ずれして発生される。ある実施形態では、基準電流波形は、上述した送電網インターフェイスコントローラ１５６のような送電網インターフェイスコントローラによって発生される。
【００６２】
[0071]上述したように、基準電流波形のスライスは、基準電流波形を横切るタイムウインドウであり、スライスの巾は、サイクロコンバータへの入力に発生される実質的な正弦波電流Ｉcの周期又はその倍数に等しい。基準電流波形の各スライスは、ＡＣライン（ひいては、基準電流波形）が６０Ｈｚであるときには、例えば、１０マイクロ秒程度の固定の巾を有するが、その巾は、スライスごとに変化してもよい（例えば、その変化は、相における位置により決定される）。ステップ７０６において、スライス内の基準電流波形の電流レベルを表わすＤＣ電流値が決定される。ＡＣライン周波数、ひいては、基準電流波形は、サイクロコンバータ入力電流Ｉcに比して比較的周波数が低く、例えば、サイクロコンバータは、６０Ｈｚで動作するＡＣ送電網に結合され、そして電流Ｉcは、１００ｋＨｚ程度である。その結果、基準電流波形値は、充分に小さなスライス中は比較的一定のままである。従って、特定のスライス中に基準電流波形の値を表わすのに単一のＤＣ値が使用される。ある実施形態では、スライスの始めにおける基準電流波形の値が決定され、そしてスライスに対するＤＣ電流値として使用される。
【００６３】
[0072]方法７００は、ステップ７０８へ進み、ＤＣ電流値の極性が決定される。ステップ７１０において、サイクロコンバータは、ＤＣ電流値の極性（即ち、ＤＣ電流値により表されるスライス中の基準電流波形の極性）に基づいて電流ＩcをＡＣ導体ライン、例えば、Ｌ１及び中性ラインＮへ選択的に結合するように動作する。ＤＣ電流値が正であるときには、サイクロコンバータは、高周波入力電流Ｉcの正の半サイクルをラインＬ１へそして高周波入力電流Ｉcの負の半サイクルをラインＮへ結合する。ＤＣ電流値が負であるときには、サイクロコンバータは、高周波入力電流Ｉcの負の半サイクルをラインＬ１へそして高周波入力電流Ｉcの正の半サイクルをラインＮへ結合する。
【００６４】
[0073]方法７００は、ステップ７１０からステップ７１２へ進む。ステップ７１２において、共振コンバータの動作を続行すべきかどうかの判断がなされる。続行すると判断された場合には、方法７００は、ステップ７０４へ戻り、次のスライスを決定するが、続行しないと判断された場合には、方法７００は、ステップ７１４へ進んで、終了となる。
【００６５】
[0074]図８は、本発明の１つ以上の実施形態による送電網インターフェイスコントローラ１５６のブロック図である。送電網インターフェイスコントローラ１５６は、サポート回路８０４及びメモリ８０６を備え、それらは、各々、中央処理ユニット（ＣＰＵ）８０２に結合される。ＣＰＵ８０２は、１つ以上の従来入手できるマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラより成り、或いは又、ＣＰＵ８０２は、１つ以上の特定用途向き集積回路（ＡＳＩＣ）を含む。サポート回路８０４は、ＣＰＵ８０２の機能を促進するのに使用される良く知られた回路である。そのような回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、バス、入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路、等を含むが、それに限定されない。送電網インターフェイスコントローラ１５６は、特定のソフトウェアを実行するときに本発明の種々の実施形態を遂行するための特殊目的コンピュータとなる汎用コンピュータを使用して具現化される。
【００６６】
[0075]メモリ８０６は、ランダムアクセスメモリ、リードオンリメモリ、取り外し可能なディスクメモリ、フラッシュメモリ、及びこれらのタイプのメモリの種々の組み合わせを含む。メモリ８０６は、ときには、メインメモリとも称され、そしてキャッシュメモリ又はバッファメモリとして一部分使用される。メモリ８０６は、一般的に、ＣＰＵの能力によりサポートできる送電網インターフェイスコントローラ１５６のオペレーティングシステム（ＯＳ）８０８を必要に応じて記憶する。ある実施形態では、ＯＳ８０８は、商業的に入手できる多数のオペレーティングシステムの１つであり、例えば、ＬＩＮＵＸ、リアルタイムオペレーティングシステム（ＲＴＯＳ）、等であるが、これに限定されない。
【００６７】
[0076]メモリ８０６は、本発明に関連した機能を遂行するために送電網インターフェイスコントロールモジュール８１０のような種々の形態のアプリケーションソフトウェアを記憶する。例えば、送電網インターフェイスコントロールモジュール８１０は、基準電流波形を発生し、基準電流波形をＡＣライン電圧と同期させ（例えば、位相固定ループを経て）、等々を行う。
【００６８】
[0077]メモリ８０６は、更に、共振コンバータ１００の動作及び／又は本発明に関連したデータ、例えば、要求された出力電力レベル、等を記憶するためのデータベース８１２を記憶する。
【００６９】
[0078]他の実施形態では、ＣＰＵ８０２は、実行時に送電網インターフェイスコントローラ機能を与えるコントローラファームウェアを記憶するための内部メモリを含むマイクロコントローラである。
【００７０】
[0079]ある実施形態では、ブリッジコントローラ１１４、サイクロコンバータコントローラ１４２、及び送電網インターフェイスコントローラ１５６の２つ以上は、同じＣＰＵにより制御される単一のコントローラであり、即ち単一のコントローラが、ブリッジコントロールモジュール２１０、サイクロコンバータコントロールモジュール３１０、又は送電網インターフェイスコントロールモジュール８１０の２つ以上を実行する。
【００７１】
[0080]図９は、本発明の１つ以上の実施形態を使用する電力変換システム９００のブロック図である。この図は、本発明を利用する多数のあり得るシステム構成及び装置の１つの変形例を示すに過ぎない。本発明は、ＤＣ／ＡＣコンバータを必要とするシステム又は装置に利用することができる。
【００７２】
[0081]システム９００は、総体的に電力コンバータ１００と称される複数の電力コンバータ１００−１、１００−２、１００−３、・・・１００−Ｎと、総体的にＤＣ電源９０４と称される複数のＤＣ電源９０４−１、９０４−２、９０４−３、・・・９０４−Ｎと、コントローラ９０６と、バス９０８と、負荷センター９１０とを備えている。ＤＣ電源９０４は、ＤＣ電力を供給するための適当なＤＣ電源、例えば、従来の電力変換段からの出力、バッテリ、再生可能なエネルギー源（例えば、ソーラパネル又は光起電力（ＰＶ）モジュール、風車群、水力発電システム、又は同様に再生可能なエネルギー源）、等である。
【００７３】
[0082]各電力コンバータ１００−１、１００−２、１００−３、・・・１００−Ｎは、各々、単一のＤＣ電源９０４−１、９０４−２、９０４−３、・・・９０４−Ｎに結合され、ある別の実施形態では、複数のＤＣ電源９０４が、単一の電力コンバータ１００、例えば、単一の集中電力コンバータ１００に結合される。電力コンバータ１００は、バス９０８を経てコントローラ９０６に結合される。コントローラ９０６は、電力コンバータ１００の動作制御を果たすためワイヤレス及び／又はワイヤード通信により電力コンバータ１００と通信することができる。電力コンバータ１００は、更に、バス９０８を経て負荷センター９１０に結合される。
【００７４】
[0083]電力コンバータ１００は、三相サイクロコンバータを各々備えそしてＤＣ電力を三相ＡＣ電力へ各々変換することのできる共振電力コンバータである。ある実施形態では、電力コンバータ１００は、上述したように、単相ＡＣ電力を発生するのに使用される。電力コンバータ１００は、発生された出力電力を、バス９０８を経て、負荷センター９１０に結合する。発生された電力は、例えば、１つ以上の機器に使用するように配電されてもよいし、及び／又は発生されたエネルギーは、例えば、バッテリ、加熱水、ハイドロポンプ、Ｈ２Ｏ対水素変換、等を使用して、後で使用するように蓄積されてもよい。ある実施形態では、電力コンバータ１００は、ＤＣ入力電力を、商用送電網に適合するＡＣ電力へ変換し、そしてそのＡＣ電力を、負荷センター９１０を経て商用送電網へ結合する。他の実施形態では、電力コンバータ１００は、電流を発生して分相ＡＣライン又は三相ＡＣラインへ結合するように動作される。更に、コンバータ１００は、単相、二相又は三相の出力電力の発生を切り換えるように動作され、更に、どの出力ライン間に単相又は二相の電力を発生するか切り換えるように動作される。それに加えて又はそれとは別に、コンバータ１００は、上述したバースト動作モードを使用することができる。
【００７５】
[0084]図１０は、本発明の１つ以上の実施形態による電力コントローラ１５８のブロック図である。電力コントローラ１５８は、サポート回路１００４及びメモリ１００６を備え、それらは、各々、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１００２に結合される。ＣＰＵ１００２は、１つ以上の従来入手できるマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラより成り、或いは又、ＣＰＵ１００２は、１つ以上の特定用途向き集積回路（ＡＳＩＣ）を含む。サポート回路１００４は、ＣＰＵ１００２の機能を促進するのに使用される良く知られた回路である。そのような回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、バス、入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路、等を含むが、それに限定されない。電力コントローラ１５８は、特定のソフトウェアを実行するときに本発明の種々の実施形態を遂行するための特殊目的コンピュータとなる汎用コンピュータを使用して具現化される。
【００７６】
[0085]メモリ１００６は、ランダムアクセスメモリ、リードオンリメモリ、取り外し可能なディスクメモリ、フラッシュメモリ、及びこれらのタイプのメモリの種々の組み合わせを含む。メモリ１００６は、ときには、メインメモリとも称され、そしてキャッシュメモリ又はバッファメモリとして一部分使用される。メモリ１００６は、一般的に、ＣＰＵの能力によりサポートできる電力コントローラ１５８のオペレーティングシステム（ＯＳ）１００８を必要に応じて記憶する。ある実施形態では、ＯＳ１００８は、商業的に入手できる多数のオペレーティングシステムの１つであり、例えば、ＬＩＮＵＸ、リアルタイムオペレーティングシステム（ＲＴＯＳ）、等であるが、これに限定されない。
【００７７】
[0086]メモリ１００６は、本発明に関連した機能を遂行するために電力コントロールモジュール１０１０のような種々の形式のアプリケーションソフトウェアを記憶する。例えば、電力コントロールモジュール１０１０は、共振コンバータ１００から要求される出力電力を決定し（例えば、要求される出力電力は、結合されるＰＶモジュールを最大電力点（ＭＰＰ）にバイアスするように決定され）、所与の電力及び力率で動作するためのコマンドを外部ソースから受け取り、等々を行う。
【００７８】
[0087]メモリ１００６は、更に、共振コンバータ１００の動作及び／又は本発明に関連したデータ、例えば、要求された出力電力レベル、要求された力率、等を記憶するためのデータベース１０１２を記憶する。
【００７９】
[0088]他の実施形態では、ＣＰＵ１００２は、実行時に電力コントローラの機能を与えるコントローラファームウェアを記憶するための内部メモリを含むマイクロコントローラである。
【００８０】
[0089]ある実施形態では、ブリッジコントローラ１１４、サイクロコンバータコントローラ１４２、送電網インターフェイスコントローラ１５６、又は電力コントローラ１５８の２つ以上は、同じＣＰＵにより制御される単一のコントローラであり、即ち単一のコントローラが、ブリッジコントロールモジュール２１０、サイクロコンバータコントロールモジュール３１０、送電網インターフェイスコントロールモジュール８１０、又は電力コントロールモジュール１０１０の２つ以上を実行する。
【００８１】
[0090]本発明の実施形態の以上の説明には、ここに述べる種々の機能を遂行する多数の要素、装置、回路及び／又はアッセンブリが含まれる。例えば、三相サイクロコンバータは、ＤＣ値に基づいて交流をＡＣラインに選択的に結合して単相ＡＣ出力を発生するための手段の一例であり、そしてサイクロコンバータコントローラは、基準波形に基づいてＤＣ値を決定し、三相サイクロコンバータを駆動して、ＤＣ値に基づいて交流をＡＣラインに選択的に結合して単相ＡＣ出力を発生するための手段の一例である。これら要素、装置、回路及び／又はアッセンブリは、ここに述べた各機能を遂行するための手段の規範的具現化である。
【００８２】
[0091]前記説明は、本発明の実施形態に向けられたが、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに本発明の他の実施形態及び更に別の実施形態が案出されるであろうから、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定されるものとする。
【符号の説明】
【００８３】
１００・・・共振電力コンバータ、１０２・・・ブリッジ、１０４・・・直列共振回路、１０６・・・変圧器、１０６Ｐ・・・一次巻線、１０６Ｓ・・・二次巻線、１１０・・・サイクロコンバータ、１１２・・・電流サンプラー、１１４・・・ブリッジコントローラ、１１６・・・キャパシタ、１１８・・・インダクタ、１２０、１２２、１５０、１５２、１５４、１６４、１６５・・・スイッチ、１３０・・・並列入力キャパシタ、１３２・・・並列出力キャパシタ、１３８・・・電圧サンプラー、１４０・・・電力計算器、１４２・・・サイクロコンバータコントローラ、１４４・・・ライン電圧サンプラー、１５６・・・送電網インターフェイスコントローラ、１５８・・・電力コントローラ、１６０・・・ＤＣ電圧スイッチング段、１６２・・・ＡＣ電流スイッチング段、２０２・・・ＣＰＵ、２０４・・・サポート回路、２０６・・・メモリ、２０８・・・オペレーティングシステム（ＯＳ）、２１０・・・ブリッジコントロールモジュール、２１２・・・データベース、３０２・・・ＣＰＵ、３０４・・・サポート回路、３０６・・・メモリ、３０８・・・オペレーティングシステム（ＯＳ）、３１０・・・サイクロコンバータコントロールモジュール、３１２・・・データベース。
【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５】
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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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【図１０】
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【国際調査報告】
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