(57)【要約】【解決手段】電力変換を制御するための方法及び装置。一実施形態では、方法は、共振変換器における電圧変換に基づいて電圧比を計算するステップと、電圧比を閾値と比較するステップと、共振変換器のスイッチング周波数とは無関係に、電圧比が閾値を満たすか否かに基づいて共振変換器からの電力出力を制御するステップとを含む。【選択図】図１
2014513915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換を制御するための方法であって、
共振変換器における電圧変換に基づいて電圧比を計算するステップと、
前記電圧比を閾値と比較するステップと、
前記共振変換器のスイッチング周波数とは無関係に、前記電圧比が前記閾値を満たすか否かに基づいて前記共振変換器からの電力出力を制御するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記電圧比が前記共振変換器の入力電圧と前記共振変換器の出力電圧との比である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電力出力を制御するステップが、前記共振変換器のブリッジを全Ｈ−ブリッジ又は半Ｈ−ブリッジとして動作させるサブステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記電圧比が前記閾値より大きい場合、前記ブリッジが前記半Ｈ−ブリッジとして動作される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ブリッジを前記全Ｈ−ブリッジと前記半Ｈ−ブリッジの間で切り換える際に、前記共振変換器の共振回路の部品の充電を制御するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記充電が、前記ブリッジのデューティサイクルを変調することによって制御される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記閾値が（５／３）×（Ｎ１／Ｎ２）であり、Ｎ１が前記共振変換器の変圧器の一次巻線の巻数であり、Ｎ２が前記変圧器の二次巻線の巻数である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
電力変換を制御するための装置であって、
（ｉ）共振変換器における電圧変換に基づいて電圧比を計算し、（ｉｉ）前記電圧比を閾値と比較し、（ｉｉｉ）前記共振変換器のスイッチング周波数とは無関係に、前記電圧比が前記閾値を満たすか否かに基づいて前記共振変換器からの電力出力を制御するためのブリッジコントローラ
を備える、装置。
【請求項９】
前記電圧比が前記共振変換器の入力電圧と前記共振変換器の出力電圧との比である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記電力出力の制御が、前記共振変換器のブリッジを全Ｈ−ブリッジ又は半Ｈ−ブリッジとして動作させることを含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記電圧比が前記閾値より大きい場合、前記ブリッジが前記半Ｈ−ブリッジとして動作される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ブリッジを前記全Ｈ−ブリッジと前記半Ｈ−ブリッジの間で切り換える際に、前記ブリッジコントローラが、前記共振変換器の共振回路の部品の充電を制御する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記充電が、前記ブリッジのデューティサイクルを変調することによって制御される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記閾値が（５／３）×（Ｎ１／Ｎ２）であり、Ｎ１が前記共振変換器の変圧器の一次巻線の巻数であり、Ｎ２が前記変圧器の二次巻線の巻数である、請求項８に記載の装置。
【請求項１５】
前記共振変換器に接続された、該共振変換器にＤＣ入力を提供するための光起電力（ＰＶ）モジュールをさらに備える、請求項８〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【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に電力変換に関し、特に共振変換器における電力変換の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]共振変換器は、他のタイプの電力変換器に優る多くの利点を提供している。このような利点には、ノイズが小さいこと、部品ストレスが小さいこと、部品数が少ないこと、及び伝導支配損失（conduction-dominated  losses）を予測可能であることを含むことができる。したがって共振変換器は、他のタイプの変換器よりもより小さく、より安価で、また、より有効なデバイスとなり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
[0003]いくつかの共振変換器では、全Ｈ−ブリッジが共振タンクへの入力としてＤＣ入力電圧を方形波電圧に変換している。通常、Ｈ−ブリッジは、タンクの共振周波数又はその近辺で動作される。しかしながら、変換器のための利用可能な入力電圧要求及び／又は出力電圧要求の変化は、場合によっては、変換器の出力電力流を制御するために、共振周波数から離れる方向へのＨ−ブリッジ動作周波数のシフトを要求することがある。動作周波数が高くなると、Ｈ−ブリッジスイッチのスイッチング損失が増加し、また、変換器の効率が低下する。
【０００４】
[0004]したがって当分野には、共振変換器の出力電力を効果的に制御するための方法及び装置が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[0005]本発明の実施形態は、一般に、電力変換を制御するための方法及び装置に関している。一実施形態では、方法は、共振変換器における電圧変換に基づいて電圧比を計算するステップと、電圧比を閾値と比較するステップと、共振変換器のスイッチング周波数とは無関係に、電圧比が閾値を満たすか否かに基づいて共振変換器からの電力出力を制御するステップとを含む。
【０００６】
[0006]上で説明した本発明の特徴を詳細に理解することができるよう、上で簡単に要約した本発明について、いくつかの実施形態（これらの実施形態のうちのいくつかは添付の図面に示されている）を参照してより具体的に説明する。しかしながら、添付の図面は、本発明の単なる典型的な実施形態を示したものにすぎず、本発明は他の同様に有効な実施形態が可能であり、したがってこれらの実施形態を本発明の範囲を制限するものと見なしてはならないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の１つ又は複数の実施形態による共振変換器のブロック図である。
【図２】本発明の１つ又は複数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つ又は複数の実施形態による、共振電力変換器からの出力電力を変調するための方法のフローチャートである。
【図４】本発明の１つ又は複数の実施形態を使用して電力を変換するためのシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[0011]図１は、本発明の１つ又は複数の実施形態による共振変換器１００のブロック図である。この線図は、無数の想定可能なシステム構成のうちの一変形形態を示したものにすぎない。本発明は、様々な発電環境及びシステムで機能することができる。
【０００９】
[0012]共振変換器１００は、インダクタ１１６とコンデンサ１１８と変圧器１０６の一次巻線１０６ｐとの直列接続の両端間に接続されたブリッジ１０２を備えたＤＣ−ＤＣ変換器である。ブリッジ１０２は、スイッチ１２０−１／１２０−２及び１２２−１／１２２−２がＨ−ブリッジのそれぞれ第１の対角線及び第２の対角線を形成するように配置されたスイッチ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即ちＭＯＳＦＥＴ）を備えた全Ｈ−ブリッジである。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、これらのスイッチを動作可能に制御するためにブリッジコントローラ１１４に接続されている。他の実施形態では、スイッチ１２０−１、１２０−２、１２２−１及び１２２−２は、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）、等々などの任意の他の適切な電子スイッチであってもよい。
【００１０】
[0013]ブリッジ１０２の第１の出力端子は、スイッチ１２０−１と１２２−２の間に接続されており、また、インダクタ１１６の第１の端子に同じく接続されている。インダクタ１１６の第２の端子は、コンデンサ１１８の第１の端子に接続されており、また、コンデンサ１１８の第２の端子は、一次巻線１０６Ｐの第１の端子に接続されている。インダクタ１１６及びコンデンサ１１８は、１００キロヘルツ（ｋＨｚ）又はその近辺の共振周波数を有する直列共振回路１０４を形成しており、例えばインダクタ１１６は５マイクロヘンリ（ｕＨ）のインダクタであってもよく、また、コンデンサ１１８は５００ナノファラド（ｎＦ）のコンデンサであってもよい。他の実施形態では、共振回路１０４は異なる共振周波数を有することができる。いくつかの代替実施形態では、インダクタ１１６は、個別のインダクタであるよりもむしろ変圧器１０６の漏れインダクタンスを表すことができ、それにより共振変換器１００の部品の総数を少なくすることができる。他の代替実施形態では、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、等々）を共振変換器１００において利用することができる。
【００１１】
[0014]一次巻線１０６ｐの第２の端子は、ブリッジ１０２の第２の出力端子に接続されており、この第２の出力端子は、スイッチ１２２−１と１２０−２の間に接続されている。さらに、入力電圧サンプラ１２４は、ブリッジ１０２への入力及びブリッジコントローラ１１４への入力の両端間に接続されている。
【００１２】
[0015]ブリッジ１０２は、通常、１００キロヘルツ（ｋＨｚ）即ち共振回路１０４の共振周波数のスイッチング周波数で動作し、例えばブリッジへのＤＣ電圧源に応じて６０ボルト〜６００ボルトまで切り換えることができる。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ことができる。
【００１３】
[0016]変圧器１０６の二次側では、二次巻線１０６ｓの第１の端子は、ダイオード１０８の陽極端子に接続されている。ダイオード１０８の陰極端子は、共振変換器１００の第１の出力端子に接続されている。中央タップは二次巻線１０６ｓに接続されており、共振変換器１００の第２の出力端子として機能する。二次巻線１０６ｓの第２の端子は、ダイオード１１０の陽極端子に接続されている。ダイオード１１０の陰極端子は、共振変換器１００の第３の出力端子に接続されている。出力電圧サンプラ１２６は、ダイオード１０８の陰極端子、中央タップ及びブリッジコントローラ１１４に接続されている。いくつかの実施形態では、生成されたＤＣ電流をＡＣ出力に変換するためのＡＣスイッチング段（図示せず）を共振変換器１００の出力端子に接続することができる。
【００１４】
[0017]動作中、ブリッジ１０２は、１つ又は複数の再生可能エネルギー源（例えば光起電力（ＰＶ）モジュール、ウィンドファーム、水力発電システム、等々）、電池又は任意の適切なＤＣ電源などの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、バイポーラ方形波であるブリッジ出力電圧Ｖｂｒを生成するために、Ｈ−ブリッジ対角線（即ち１８０°位相外れ）を１００ｋＨｚの周波数で交互に起動状態／非起動状態にする。ブリッジ出力電圧Ｖｂｒによって電流Ｉｒが共振回路１０４及び一次巻線１０６ｐを通って流れ、それにより二次巻線１０６ｓに交流が誘導される。変圧器１０６は、一次から二次へ電圧を高くするための逓昇変圧器であっても（例えばＰＶモジュールによって生成されるＤＣ入力の場合、変圧器１０６は、通常、逓昇変圧器である）、或いは代替的には電圧を低くするための逓降変圧器であってもよい。変圧器のタイプは電力変換器の用途で決まり、例えばＤＣ入力が１つの光起電力（ＰＶ）モジュールによって生成され、また、出力がＡＣ主幹（格子）型電圧である再生可能用途の場合、典型的な巻数比は１：６である。
【００１５】
[0018]二次巻線１０６ｓは、周波数が１００ｋＨｚの概ね正弦波の電流波形Ｉｏを生成し、次にこの電流波形Ｉｏがダイオード１０８及び１１０によって整流され、それによりそれぞれ共振変換器１００の第１の出力端子と第２の出力端子の間に出力電圧＋Ｖｏｕｔが生成され、また、それぞれ共振変換器１００の第２の出力端子と第３の出力端子の間に出力電圧−Ｖｏｕｔが生成される。電流波形Ｉｏの振幅、延いては共振変換器１００によって生成される出力電力は、ブリッジ１０２のスイッチング周波数で決まり、したがってＨ−ブリッジのスイッチング周波数を適切に調整することによって大きくし、或いは小さくすることができ、つまり出力端子に伝達される電流（及び電力）（Ｖｏｕｔ）は、共振回路１０４の共振周波数から離れる方向への信号周波数の移動に応じて変化する。
【００１６】
[0019]ブリッジコントローラ１１４は、共振変換器１００によって所望の出力電力が生成されるよう、スイッチ１２０−１、１２０−２、１２２−１及び１２２−２を動作させる。共振変換器１００がＰＶモジュールから入力電力を受け取るいくつかの実施形態では、ブリッジコントローラ１１４は、ＰＶモジュールが最大電力点（ＭＰＰ）でバイアスされるようにＨ−ブリッジスイッチを動作させることができる。
【００１７】
[0020]入力電圧サンプラ１２４は、入力電圧Ｖｉｎをサンプリングし、且つ、サンプリングした入力電圧（「入力電圧サンプル」）を表す値を生成し、一方、出力電圧サンプラ１２６は、出力電圧Ｖｏｕｔをサンプリングし、且つ、サンプリングした出力電圧（「出力電圧サンプル」）を表す値を生成する。いくつかの実施形態では、入力電圧サンプラ１２４及び出力電圧サンプラ１２６は、このようなサンプリングをそれぞれ１ｋＨｚ及び５０ｋＨｚの速度で実施することができる。いくつかの実施形態では、入力電圧サンプラ１２４及び出力電圧サンプラ１２６は、それぞれ、デジタル形式でサンプルを生成するためのアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を備えている。
【００１８】
[0021]入力電圧サンプラ１２４及び出力電圧サンプラ１２６は、それぞれ入力電圧サンプル及び出力電圧サンプルをブリッジコントローラ１１４に結合している。本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、ブリッジコントローラ１１４は、入力電圧と出力電圧の比（即ちＶｉｎ／Ｖｏｕｔ）を計算し、且つ、計算した電圧比を閾値と比較する。いくつかの実施形態では、この計算及び比較は、出力電圧サンプラ１２６のサンプリング速度と同じサンプリング速度（例えば５０ｋＨｚ）で実施することができる。電圧比が閾値より大きい場合、ブリッジコントローラ１１４は、例えばスイッチ１２２−１を非起動状態にし、スイッチ１２０−２を起動状態にし、且つ、現在のスイッチング周波数に基づいてスイッチ１２０−１及び１２２−２を交互に動作させることにより、事実上、ブリッジ１０２を半Ｈ−ブリッジとして動作させる。代替的には、半Ｈ−ブリッジ動作を達成するために、ブリッジコントローラ１１４は、ブリッジ１０２内の他の組合せのスイッチを適切に起動状態／非起動状態にすることも可能である。ブリッジ１０２を半Ｈ−ブリッジとして動作させることにより、ブリッジ１０２の動作周波数を変化させる必要なしに、ブリッジ１０２からのピーク−ピーク出力電圧が２ＶｉｎからＶｉｎまで低くなる。計算した電圧比が閾値より小さい場合、ブリッジコントローラ１１４は、既に説明したようにブリッジ１０２を全Ｈ−ブリッジとして動作させる。ブリッジ１０２の動作を半Ｈ−ブリッジと全Ｈ−ブリッジの間で切り換えることにより、共振変換器１００の出力電力を効果的に制御することができ、その一方でブリッジ１０２内のスイッチ損失を最小化することができる。特定の実施形態では、閾値は、Ｖｏｕｔ＝０．６×Ｖｉｎ×（Ｎ２／Ｎ１）になるようにすることができ、Ｎ１及びＮ２は、それぞれ１０６ｐ及び１０６ｓの巻数である。
【００１９】
[0022]いくつかの実施形態では、全Ｈ−ブリッジ動作と半Ｈ−ブリッジ動作の間でＨ−ブリッジ１０２を切り換える際の過渡的な効果を小さくするために、制御された方法でコンデンサ１１８を充電し、或いは放電させることができる。コンデンサ１１８のこの制御された充放電は、バイアス電圧の過渡的な発振を減衰させるために、ブリッジのデューティサイクルを変調することによって実施することができる（ＤＣバイアス電圧を効果的に変調する）。例えば全Ｈ−ブリッジで動作している間、コンデンサ１１８は平均準ゼロ値を有することができ、ブリッジの動作が半Ｈ−ブリッジ動作に切り換えられると、制御された方法でコンデンサ１１８をＶｉｎの値まで充電することができる。このような制御は、全Ｈ−ブリッジ動作と半Ｈ−ブリッジ動作の間の移行中に実施することができ、追加的に及び／又は代替的に、実際のモード変化の前及び／又は後にパルス幅を変調することも可能である。
【００２０】
[0023]１つ又は複数の代替実施形態では、共振変換器１００は、複数の動作モードの間に複数の電力段及び／又はスイッチを交互配置することができる。共振変換器１００によって生成されるエネルギーは、１つ又は複数の用途での使用及び／又は例えば電池、加熱水、水力ポンプ供給、Ｈ２Ｏ−水素変換、等々を利用した後々の使用のための蓄積が可能である。
【００２１】
[0024]図２は、本発明の１つ又は複数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。ブリッジコントローラ１１４は、それぞれ中央処理装置（ＣＰＵ）２０２に接続されたサポート回路２０４及び記憶装置２０６を備えている。ＣＰＵ２０２は、従来から利用可能な１つ又は複数のマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを備えることができ、代替的にＣＰＵ２０２は、１つ又は複数の専用集積回路（ＡＳＩＣ）を含むことも可能である。サポート回路２０４は、ＣＰＵ２０２の機能を促進するために使用されるよく知られている回路である。このような回路は、それらに限定されないが、キャッシュ、電源、クロック回路、バス、入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路、等々を含む。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ことにより本発明の様々な実施形態を実施するための専用コンピュータになる汎用コンピュータを使用して実施することができる。
【００２２】
[0025]記憶装置２０６は、ランダムアクセス記憶装置、読取り専用記憶装置、取外し可能ディスク記憶装置、フラッシュメモリ及びこれらのタイプの記憶装置の様々な組合せを備えることができる。記憶装置２０６は、場合によっては主記憶装置と呼ばれ、部分的にキャッシュメモリ又はバッファメモリとして使用することができる。記憶装置２０６は、通常、必要に応じて、ＣＰＵ能力によってサポートすることが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を記憶する。いくつかの実施形態では、ＯＳ２０８は、それらに限定されないが、ＬＩＮＵＸ（登録商標）、実時間オペレーティングシステム（ＲＴＯＳ）、等々などの商用的に入手可能な多くのオペレーティングシステムのうちの１つであってもよい。
【００２３】
[0026]記憶装置２０６は、ブリッジ１０２の動作を制御し、且つ、本発明に関連する機能を実施するためのブリッジ制御モジュール２１０などの様々な形態の応用ソフトウェアを記憶することができる。例えばブリッジコントローラ１１４は、Ｖｉｎ／Ｖｏｕｔの電圧比を計算し、電圧比を閾値と比較し、且つ、電圧比が閾値を満足しているかどうかに基づいてブリッジ１０２を半Ｈ−ブリッジ又は全Ｈ−ブリッジとして動作させるために、ブリッジ制御モジュール２１０を実行し、出力電力要求に基づいてブリッジスイッチング周波数を公称１００ｋＨｚの周波数の上側又は下側に調整する。ＰＶモジュールが共振変換器１００の入力に接続される実施形態の場合、ブリッジ制御モジュール２１０は、ＰＶモジュールをそのＭＰＰでバイアスし、且つ、ブリッジ１０２のスイッチング周波数を同調し、それによりＭＰＰ動作を達成する動作点を決定することができる。ブリッジコントローラ１１４によって提供される機能に関するさらなる詳細については、図３に関連して以下で説明する。
【００２４】
[0027]記憶装置２０６は、共振変換器１００及び／又は本発明の動作に関連する、例えば電圧比Ｖｉｎ／Ｖｏｕｔと比較するための１つ又は複数の閾値などのデータを記憶するためのデータベース２１２をさらに記憶することができる。
【００２５】
[0028]他の実施形態では、ＣＰＵ２０２は、実行されると、図３に関連して以下で説明するコントローラ機能を提供するコントローラファームウェアを記憶するための内部記憶装置を備えたマイクロコントローラであってもよい。
【００２６】
[0029]図３は、本発明の１つ又は複数の実施形態による、共振電力変換器からの出力電力を変調するための方法３００のフローチャートである。方法３００はブリッジコントローラ１１４の一実施態様である。
【００２７】
[0030]共振変換器は、その入力に全Ｈ−ブリッジを備えたＤＣ−ＤＣ変換器である（例えば共振変換器１００はブリッジ１０２を備えている）。共振変換器は、任意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、等々を備えることができる。いくつかの実施形態では、共振変換器は、ＤＣ入力電圧を受け取るために、光起電力モジュール、ウィンドファーム、水力発電システム、等々などの１つ又は複数の再生可能エネルギー源に接続される。追加的に又は代替的に、共振変換器は、電池などの１つ又は複数の他のＤＣ電源に接続することも可能である。
【００２８】
[0031]１つ又は複数の代替実施形態では、共振変換器は、ＤＣ出力端子に接続された、生成されたＤＣ出力をＡＣ出力に変換するためのＡＣスイッチング段を備えることができる。共振変換器によって生成されるエネルギーは、１つ又は複数の用途での使用及び／又は例えば電池、加熱水、水力ポンプ供給、Ｈ２Ｏ−水素変換、等々を利用した後々の使用のための蓄積が可能である。
【００２９】
[0032]方法３００はステップ３０２で始まり、ステップ３０４へ進行する。ステップ３０４で、ＤＣ入力電圧Ｖｉｎを出力電力要求に基づいてＤＣ出力電圧Ｖｏｕｔに変換するために、共振変換器ブリッジを共振回路の共振周波数（例えば１００ＫＨｚ）に近い周波数で全Ｈ−ブリッジとして動作させる（例えばブリッジコントローラ１１４などのブリッジコントローラによって駆動される）。いくつかの実施形態では、共振変換器は、入力電圧Ｖｉｎを受け取るためにＰＶモジュールに接続することができ、また、共振変換器ブリッジは、ＰＶモジュールがＭＰＰでバイアスされる周波数で動作させることができる。例えばブリッジコントローラ１１４などのブリッジコントローラは、ＭＰＰを達成するための適切な動作周波数を決定し、その周波数でブリッジを動作させることができる。
【００３０】
[0033]方法３００はステップ３０６へ進行し、Ｖｉｎ／Ｖｏｕｔの電圧比が決定される。共振変換器は、入力電圧及び出力電圧をサンプリングし、且つ、サンプリングした電圧（「電圧サンプル」）を表す値を生成するための電圧サンプラ（例えば入力電圧サンプラ１２４、出力電圧サンプラ１２６）を備えることができる。いくつかの実施形態では、入力電圧サンプラ及び出力電圧サンプラは、このようなサンプリングをそれぞれ１ｋＨｚ及び５０ｋＨｚの速度で実施することができる。次に電圧サンプルを使用して、例えばブリッジコントローラで電圧比Ｖｉｎ／Ｖｏｕｔを計算することができる。
【００３１】
[0034]方法３００はステップ３０８へ進行し、計算された電圧比Ｖｉｎ／Ｖｏｕｔが例えばブリッジコントローラによって閾値と比較される。いくつかの実施形態では、電圧比は、出力電圧サンプラが出力電圧をサンプリングするサンプリング速度（例えば５０ｋＨｚ）と同じサンプリング速度で決定し、且つ、閾値と比較することができる。ステップ３１０で、電圧比Ｖｉｎ／Ｖｏｕｔが閾値より大きいかどうか決定される。電圧比Ｖｉｎ／Ｖｏｕｔが閾値以下である場合、方法３００はステップ３０４へ戻る。電圧比Ｖｉｎ／Ｖｏｕｔが閾値より大きい場合、方法３００はステップ３１２へ進行する。
【００３２】
[0035]ステップ３１２で、ブリッジが全Ｈ−ブリッジではなく半Ｈ−ブリッジとして動作される。例えば、Ｈ−ブリッジの１つのスイッチ（例えばスイッチ１２２−１）が連続的に非起動状態にされ、Ｈ−ブリッジのもう１つのスイッチ（例えばスイッチ１２０−２）が連続的に起動状態にされ、そして、残りのスイッチ（例えばスイッチ１２０−１及び１２２−２）は１８０°位相がずれて同期して動作される。このような動作により、ブリッジの動作周波数を変更する必要なしにブリッジの出力電圧が半分になる。
【００３３】
[0036]いくつかの実施形態では、過渡的な効果を小さくするために、全Ｈ−ブリッジ動作と半Ｈ−ブリッジ動作の間で切り換える際に、変換器の共振回路内の１つ又は複数のコンデンサを制御された方法で充電することができる。例えば全Ｈ−ブリッジモードでの動作中、共振回路１０４内のコンデンサ１１８は平均準ゼロ値を有することができる。全Ｈ−ブリッジ動作から半Ｈ−ブリッジ動作に切り換えられると、半Ｈ−ブリッジ動作への切換えによるあらゆる過渡的な影響を小さくするために、制御された方法でコンデンサ１１８をＶｉｎの値まで充電することができる。コンデンサ１１８のこの制御された充電は、バイアス電圧の過渡的な発振を減衰させるために、ブリッジのデューティサイクルを変調することによって実施することができる（それによりＤＣバイアス電圧が効果的に変調される）。例えば全Ｈ−ブリッジで動作している間、コンデンサ１１８は平均準ゼロ値を有することができ、ブリッジの動作が半Ｈ−ブリッジ動作に切り換えられると、制御された方法でコンデンサ１１８をＶｉｎの値まで充電することができる。このような制御は、全Ｈ−ブリッジ動作と半Ｈ−ブリッジ動作の間の移行中に実施することができ、追加的に及び／又は代替的に、実際のモード変化の前及び／又は後にパルス幅を変調することも可能である。
【００３４】
[0037]方法３００はステップ３１４へ進行し、共振変換器の動作を継続するかどうか決定される。ステップ３１４で動作の継続が決定されると、方法３００はステップ３０６へ戻る。ステップ３１４で動作を継続しないことが決定されると、方法３００はステップ３１６へ進行し、方法３００が終了する。
【００３５】
[0038]図４は、本発明の１つ又は複数の実施形態を使用して電力を変換するためのシステム４００のブロック図である。この線図は、本発明を利用することができる無数の想定可能なシステム構成及びデバイスのうちの一変形形態を示したものにすぎない。本発明は、第１のＤＣ電力を第２のＤＣ電力に変換するための、ＤＣ−ＤＣ変換器、ＤＣ−ＡＣ変換器、等々などの共振変換器を必要とする任意のシステム又はデバイスに利用することができる。
【００３６】
[0039]システム３００は、集合的に電力変換器２０２として参照されている複数の電力変換器４０２−１、４０２−２、４０２−３．．．．４０２−Ｎ、集合的にＤＣ電源４０４として参照されている複数のＤＣ電源４０４−１、４０４−２、４０４−３．．．．４０４−Ｎ、コントローラ４０６、バス４０８及び負荷センタ４１０を備えている。ＤＣ電源４０４は、ＤＣ電力を提供するための、先行する電力変換段からの出力、電池、再生可能エネルギー源（例えばソーラパネル又は光起電力（ＰＶ）モジュール、風力タービン、水力発電システム又は同様の再生可能エネルギー源）、等々などの任意の適切なＤＣ源であってもよい。
【００３７】
[0040]個々の電力変換器４０２−１、４０２−２、４０２−３．．．．４０２−Ｎは、それぞれＤＣ電源４０４−１、４０４−２、４０４−３．．．．４０４−Ｎに接続されており、いくつかの代替実施形態では、複数のＤＣ電源４０４は、単一の電力変換器４０２に接続することができる。電力変換器４０２は、バス４０８を介してコントローラ４０６に接続されている。コントローラ４０６は、電力変換器４０２の動作可能な制御を提供するために、無線及び／又は有線通信によって電力変換器４０２と通信することができる。電力変換器４０２は、バス４０８を介して負荷センタ４１０にさらに接続されている。
【００３８】
[0041]電力変換器４０２は、ＤＣ電源４０４からのＤＣ電力を出力電力に変換し、いくつかの実施形態では、出力電力はＤＣ出力電力であってもよく（つまり電力変換器４０２はＤＣ−ＤＣ変換器である）、一方、他の実施形態では、出力電力はＡＣ出力電力であってもよい（つまり電力変換器４０２はＤＣ−ＡＣ変換器である）。電力変換器４０２は、生成された出力電力をバス４０８を介して負荷センタ４１０に接続する。生成された電力は、次に、使用のために例えば１つ又は複数の機器に配電することができ、及び／又は生成されたエネルギーは、例えば電池、加熱水、水力ポンプ供給、Ｈ２Ｏ−水素変換、等々を使用した後々の使用のために蓄積することができる。いくつかの実施形態では、電力変換器４０２は、ＤＣ入力電力を商用電力グリッドに従うＡＣ電力に変換し、且つ、ＡＣ電力を負荷センタ４１０を介して商用電力グリッドに接続する。
【００３９】
[0042]電力変換器４０２の各々は、ＤＣ入力電力を出力電力に変換するために利用される共振変換器１００を備えている（つまり電力変換器４０２−１、４０２−２、４０２−３．．．４０２−Ｎは、それぞれ共振変換器１００−１、１００−２、１００−３．．．１００−Ｎを備えている）。共振変換器１００は、第１のＤＣ電力（即ちＤＣ入力電力）を第２のＤＣ電力に変換するために、既に説明したように動作し、共振変換器のＨ−ブリッジは、共振変換器の入力電圧と出力電圧の比（即ちＶｉｎ／Ｖｏｕｔ）が閾値を満たすか否かに基づいて全Ｈ−ブリッジ又は半Ｈ−ブリッジのいずれかとして動作される。
【００４０】
[0043]本発明の実施形態についての以上の説明は、説明されている様々な機能を実施する多くの要素、デバイス、回路及び／又はアセンブリからなっている。例えばブリッジ１０２は、ＤＣ入力電圧からバイポーラ方形波電圧を生成するための手段の一例であり、また、ブリッジコントローラ１１４は、共振変換器における電圧変換に関係する電圧比を計算し、電圧比を閾値と比較し、且つ、共振変換器のスイッチング周波数とは無関係に、電圧比が閾値を満たすか否かに基づいて共振変換器からの電力出力を制御するための手段の一例である。これらの要素、デバイス、回路及び／又はアセンブリは、個々に説明されているそれらの機能を実施するための手段の例示的実施態様である。
【００４１】
[0044]以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の基本範囲を逸脱することなく本発明のさらに他の実施形態を工夫することができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2014513915.tif 000007