(57)【要約】      （修正有）【課題】出力インダクタＬを通る電流の極性に応じて電流転流を行う自励式サイクロコンバータで、出力電流のゼロクロス点付近での電流転流の方法を改良する。【解決手段】サイクロコンバータは、第１のポートのノードＡ、Ｂと、第２のポートのノードＵ、Ｖとの間に、スイッチ対ＡＵ、ＡＶ、ＢＵ、ＢＶを備える。各スイッチ対ＡＵ、ＡＶ、ＢＵ、ＢＶは、ＰトポロジースイッチＡＵＰ、ＡＶＰ、ＢＵＰ、ＢＶＰとＮトポロジースイッチＡＵＮ、ＡＶＮ、ＢＵＮ、ＢＶＮとが各々直列接続されている。スイッチＡＵ、ＢＵを例にとると、出力インダクタＬを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、ＰトポロジースイッチＡＵＰをオン状態に切り替えて、所定時間後に、ＰトポロジースイッチＢＵＰをオフ状態に切り替える。【選択図】図３
2008061496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２のノードを有する第１のポートと、第１及び第２のノードを有する第２のポートと、前記第１のポートの前記第１のノードと前記第２のポートの前記第１のノードとの間に結合された第１のスイッチ対と、前記第１のポートの前記第２のノードと前記第２のポートの前記第１のノードとの間に結合された第２のスイッチ対と、前記第１のポートの前記第１のノードと前記第２のポートの前記第２のノードとの間に結合された第３のスイッチ対と、前記第１のポートの前記第２のノードと前記第２のポートの前記第２のノードとの間に結合された第４のスイッチ対とを含み、それぞれの前記スイッチ対が、第１のトポロジー型式のスイッチと第２のトポロジー型式のスイッチとを直列接続で含むサイクロコンバータにおける方法であって、
出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、前記第１のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えるステップと、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチを前記オン状態に切り替えてから第１の所定の時間後に、前記第１のトポロジー型式の第２のスイッチをオフ状態に切り替えるステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して正であり、
前記第１のトポロジー型式がＰトポロジーであり、前記第２のトポロジー型式がＮトポロジーであり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第３のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第４のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して正であり、
前記第１のトポロジー型式がＰトポロジーであり、前記第２のトポロジー型式がＮトポロジーであり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第２のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第１のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して負であり、
前記第１のトポロジー型式がＰトポロジーであり、前記第２のトポロジー型式がＮトポロジーであり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第１のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第２のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して負であり、
前記第１のトポロジー型式がＰトポロジーであり、前記第２のトポロジー型式がＮトポロジーであり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第４のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第３のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
更に、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチを前記オフ状態に切り替えてから第２の所定の時間後に、前記第２のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えるステップと、
前記第２のトポロジー型式の前記第１のスイッチを前記オン状態に切り替えてから第３の所定の時間後に、前記第２のトポロジー型式の第２のスイッチをオフ状態に切り替えるステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して正であり、
前記第１のトポロジー型式がＰトポロジーであり、前記第２のトポロジー型式がＮトポロジーであり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第３のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第４のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第３のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第４のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して正であり、
前記第１のトポロジー型式がＰトポロジーであり、前記第２のトポロジー型式がＮトポロジーであり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第２のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第１のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第２のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第１のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して負であり、
前記第１のトポロジー型式がＰトポロジーであり、前記第２のトポロジー型式がＮトポロジーであり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第１のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第２のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第１のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第２のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して負であり、
前記第１のトポロジー型式がＰトポロジーであり、前記第２のトポロジー型式がＮトポロジーであり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第４のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第３のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第４のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第３のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のトポロジー型式がＮトポロジーであり、前記第２のトポロジー型式がＰトポロジーである、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して正であり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第４のスイッチ対の前記Ｎトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第３のスイッチ対の前記Ｎトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して正であり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第１のスイッチ対の前記Ｎトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第２のスイッチ対の前記Ｎトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して負であり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第２のスイッチ対の前記Ｎトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第１のスイッチ対の前記Ｎトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して負であり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第３のスイッチ対の前記Ｎトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第４のスイッチ対の前記Ｎトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のトポロジー型式がＮトポロジーであり、前記第２のトポロジー型式がＰトポロジーである、請求項６に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して正であり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第４のスイッチ対の前記Ｎトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第３のスイッチ対の前記Ｎトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第４のスイッチ対の前記Ｐトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第３のスイッチ対の前記Ｐトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して正であり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第１のスイッチ対の前記Ｎトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第２のスイッチ対の前記Ｎトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第１のスイッチ対の前記Ｐトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第２のスイッチ対の前記Ｐトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して負であり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第２のスイッチ対の前記Ｎトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第１のスイッチ対の前記Ｎトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第２のスイッチ対の前記Ｐトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第１のスイッチ対の前記Ｐトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して負であり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第３のスイッチ対の前記Ｎトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第４のスイッチ対の前記Ｎトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第３のスイッチ対の前記Ｐトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第４のスイッチ対の前記Ｐトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して正であり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第１のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第２のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項１１に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して正であり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第４のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第３のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項１１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して負であり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第３のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第４のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項１１に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して負であり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第２のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第１のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項１１に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して正であり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第１のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第２のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第１のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第２のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項１６に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して正であり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第４のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第３のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第４のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第３のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項１６に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して負であり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第３のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第４のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第３のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第４のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項１６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１のポートの前記第１のノードでの電圧が、前記第１のポートの前記第２のノードでの電圧に関して負であり、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第２のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第１のスイッチ対のＮトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第１のスイッチの切替えが、前記第２のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替え、
前記第２のトポロジー型式の前記第２のスイッチの切替えが、前記第１のスイッチ対のＰトポロジー・スイッチを切り替える、
請求項１６に記載の方法。
【請求項２９】
サイクロコンバータを制御するようプロセッサを制御することが可能なモジュールを含むコンピュータ読取り可能媒体であって、
出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第１のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えるように前記プロセッサを制御するための第１のモジュールと、
前記第１のトポロジー型式の前記第１のスイッチを前記オン状態に切り替えてから第１の所定の時間後に、前記第１のトポロジー型式の第２のスイッチをオフ状態に切り替えるように前記プロセッサを制御するための第２のモジュールと、
を備えるコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項３０】
前記第１のトポロジー型式がＰトポロジーであり、前記第２のトポロジー型式がＮトポロジーである、請求項２９に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項３１】
前記第１のトポロジー型式がＮトポロジーであり、前記第２のトポロジー型式がＰトポロジーである、請求項２９に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項３２】
更に、
前記第１のトポロジー型式の前記第２のスイッチを前記オフ状態に切り替えてから第２の所定の時間後に、第２のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えるように前記プロセッサを制御するための第３のモジュールと、
前記第２のトポロジー型式の前記第１のスイッチを前記オン状態に切り替えてから第３の所定の時間後に、前記第２のトポロジー型式の第２のスイッチをオフ状態に切り替えるように前記プロセッサを制御するための第４のモジュールと、
を備える、請求項２９に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項３３】
前記第１のトポロジー型式がＰトポロジーであり、前記第２のトポロジー型式がＮトポロジーである、請求項３２に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項３４】
前記第１のトポロジー型式がＮトポロジーであり、前記第２のトポロジー型式がＰトポロジーである、請求項３２に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気車両及びハイブリッド電気車両に関する。特に、本発明は、補助電力を供給するためにそのような車両によって使用される補助電力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の譲受人は電気及びハイブリッド電気車両並びにそれらの車両で使用するための電力システムを設計して開発している。電力システムに関する従来技術は、トラクション駆動用の主要電力システムにタップが設けられて他の目的のための補助電力を提供する、補助電力システムの記述を含む。補助電力システムを使用して、ラジオ、ヘッドライト、空調送風機などの車両に通常組み込まれる又は装備される他の電気器具のための電力を提供することができる。他の時には、補助電力システムは、シガレットライターや、典型的にはシガレットライター・ソケットにプラグ接続する携帯電話、ラップトップ・コンピュータ及び他のデバイスを充電するためのパワーパックなど、車両に「プラグ接続」されることがある電気機器のための電力を供給するために必要とされる。更に他の時には、補助電力システムは、通常は車両と関連のない電気機器、例えば電気かみそり、電動のこぎり、電動ドリル、電動グラインダなどの電気ツール、又はキャンプや魚釣りに車両が使用されるときに用いられる様々な電気機器のための１１０Ｖ交流又は直流電力を提供するために必要とされる。
【０００３】
図１は、ＤＣ電源、高周波インバータ３、高周波変圧器５及び負荷に接続されたサイクロコンバータとを含む補助電力システムを示す。高周波インバータ３及びサイクロコンバータ７内のスイッチは制御装置１によって制御される。これらのスイッチが制御される様式の相違によって、本発明の実施の形態と既知のシステムとの区別がなされる。
【０００４】
図２は、ＤＣ電源からのＤＣ電圧（Ｖ＿ＤＣ）と高周波変圧器５（ＨＦ変圧器５）との間に結合された高周波インバータ３（ＨＦインバータ３）を示す。ＨＦインバータは、４つのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を含む。スイッチＳ１は、バイパスダイオード３０と、それに対応する能動スイッチ要素２０とを含む。同様に、スイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ４は、バイパスダイオード３２、３４、３６と、それらに対応する能動スイッチ要素２２、２４、２６とを含む。
【０００５】
スイッチＳ１の能動スイッチ要素２０は、能動スイッチ要素２０に印加される制御信号に応じて、Ｖ＿ＤＣ（＋）からＨＦ変圧器に電流を流す又は電流導通を阻止することができる。バイパスダイオード３０は、ＨＦ変圧器からＶ＿ＤＣ（＋）に向けて電流を流すことができるが、逆方向には流せない。同様に、スイッチＳ３の能動スイッチ要素２４は、選択的に、Ｖ＿ＤＣ（＋）からＨＦ変圧器に電流を流す又は電流導通を阻止することができる。バイパスダイオード３４は、ＨＦ変圧器からＶ＿ＤＣ（＋）に向けて電流を流すことができるが、逆方向には流せない。
【０００６】
スイッチＳ２の能動スイッチ要素２２は、能動スイッチ要素２２に印加される制御信号に応じて、ＨＦ変圧器からＶ＿ＤＣ（−）に電流を流す又は電流導通を阻止することができる。バイパスダイオード３２は、Ｖ＿ＤＣ（−）からＨＦ変圧器に向けて電流を流すことができるが、逆方向には流せない。同様に、スイッチＳ４の能動スイッチ要素２６は、選択的に、ＨＦ変圧器からＶ＿ＤＣ（−）に電流を流す又は電流導通を阻止することができる。バイパスダイオード３６は、Ｖ＿ＤＣ（−）からＨＦ変圧器に向けて電流を流すことができるが、逆方向には流せない。能動スイッチ要素２０、２２、２４、２６は、典型的には、絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を含む。しかし、他のスイッチ技術が使用されてもよい。
【０００７】
動作において、ＨＦインバータのスイッチング周波数は３０００〜３００００Ｈｚの間で選択される。ＨＦインバータはＤＣ供給電圧Ｖ＿ＤＣを方形波電圧パルスに変換するが、このパルスはＨＦ変圧器５を通過して、サイクロコンバータ７のＡ＿ＢＵＳ（すなわち、端子Ａに接続される）とＢ＿ＢＵＳ（すなわち、端子Ｂに接続される）との間に印加される。
【０００８】
図３は、ＨＦ変圧器５及びサイクロコンバータ７を示す。サイクロコンバータ７はブリッジ構成で配置された４つのスイッチ対ＡＵ、ＢＵ、ＡＶ、ＢＶを含む。変圧器５はＡ＿ＢＵＳ及びＢ＿ＢＵＳ（ブリッジのＡ及びＢ端子）によってブリッジに結合される。負荷側フィルタは、インダクタＬ、ホール効果センサＨ及びコンデンサＣを含む。負荷側フィルタはノードＵとノードＶとの間でブリッジに結合される。
【０００９】
各スイッチ対は、Ｐトポロジー・スイッチとＮトポロジー・スイッチという２つのスイッチを含む。スイッチの３文字表記のうちの最後の文字が、スイッチがＰトポロジー・スイッチであるかＮトポロジー・スイッチであるかを示す。Ｐトポロジー・スイッチは、インダクタＬを通る電流がノードＵからノードＶに流れることができるようにするためにオン状態になるスイッチである。ノードＵからノードＶへの電流方向は正とみなされる（したがって「Ｐトポロジー」という）。
【００１０】
Ｎトポロジー・スイッチは、インダクタＬを通る電流がノードＶからノードＵに流れることができるようにするためにオン状態になるスイッチである。採用されている慣例にしたがって、ＶからＵへの電流方向は負とみなされる（したがって「Ｎトポロジー」という）。
【００１１】
スイッチ対ＡＵは、Ａ＿ＢＵＳに接続され、スイッチＡＵＰ及びＡＵＮを含む。スイッチ対ＡＶもＡ＿ＢＵＳに接続され、スイッチＡＶＰ及びＡＶＮを含む。スイッチ対ＢＵはＢ＿ＢＵＳに接続され、スイッチＢＵＰ及びＢＵＮを含む。スイッチ対ＢＶもＢ＿ＢＵＳに接続され、スイッチＢＶＰ及びＢＶＮを含む。
【００１２】
制御装置１は、取り得る４つの動作状態を生成するために、各スイッチ対の２つのスイッチ要素を制御する。例としてスイッチ対ＡＵを用いる。電流が、いずれの方向でもＡ＿ＢＵＳからスイッチ対ＡＵを通ってインダクタＬに流れることができないとき、ＡＵはオフである。オフ状態では、両方のスイッチ要素が電流の流れを阻止し、２つのダイオードはバックツーバック構成で接続されて、いずれの方向でも電流の流れを阻止する。オン状態では両方のスイッチ要素が導通するので、電流はスイッチ対ＡＵを通って両方向に流れることができる。
【００１３】
第３の状態では、スイッチＡＵＰのスイッチ要素がオンであり、Ａ＿ＢＵＳからスイッチＡＵＰのダイオードを迂回してスイッチＡＵＮのダイオードを通ってノードＵへ至る導通を可能にする。スイッチＡＵＮのスイッチ要素はオフであり、ノードＵからスイッチＡＵＰへの電流の流れを阻止し、したがってスイッチＡＵＮのダイオードは迂回され得ない。電流の流れは、スイッチＡＵＮのダイオードとスイッチ要素とによって阻止され、したがって、ノードＵからの電流は、スイッチＡＵＮを通りスイッチＡＵＰを通ってＡ＿ＢＵＳに流れるのを阻止される。
【００１４】
第４の状態では、スイッチＡＵＮのスイッチ要素がオンであり、ノードＵからスイッチＡＵＮのダイオードを迂回してスイッチＡＵＰのダイオードを通ってＡ＿ＢＵＳへ至る導電を可能にする。スイッチＡＵＰのスイッチ要素はオフであり、Ａ＿ＢＵＳからスイッチＡＵＮへの電流の流れを阻止するので、スイッチＡＵＰのダイオードを迂回することはできない。電流の流れは、スイッチＡＵＰのダイオードとスイッチ要素とによって阻止され、したがって、Ａ＿ＢＵＳからの電流は、スイッチＡＵＰを通りスイッチＡＵＮを通ってノードＵに流れるのを阻止される。
【００１５】
他のスイッチ対ＡＶ、ＢＵ、ＢＶもそれぞれ同様に動作し、それぞれは制御装置１（図１）によって制御される４つの動作状態を生成する。サイクロコンバータ７は２５６個の異なる導通状態の任意の１つとなるように制御され得る。
【００１６】
ＨＦ変圧器を通って伝搬する電圧パルスはサイクロコンバータ７（図３）に印加され、ＨＦサイクルの一方の半サイクルの期間にはＡ＿ＢＵＳをＢ＿ＢＵＳに関して正にし、ＨＦサイクルの他方の半サイクルの期間にはＢ＿ＢＵＳをＡ＿ＢＵＳに関して正にする。
【００１７】
直接モードは、Ａ＿ＢＵＳでの電圧がＢ＿ＢＵＳでの電圧よりも大きいときにサイクロコンバータ７のスイッチがＵノードでの電圧がＶノードでの電圧よりも大きくなることを保証するように、且つ、Ａ＿ＢＵＳでの電圧がＢ＿ＢＵＳでの電圧よりも小さいときにサイクロコンバータ７のスイッチがＵノードでの電圧がＶノードでの電圧よりも小さくなることを保証するように定義される。反転モードは、Ａ＿ＢＵＳでの電圧がＢ＿ＢＵＳでの電圧よりも大きいときにサイクロコンバータ７のスイッチがＵノードでの電圧がＶノードでの電圧よりも小さくなることを保証するように、且つ、Ａ＿ＢＵＳでの電圧がＢ＿ＢＵＳでの電圧よりも小さいときにサイクロコンバータ７のスイッチがＵノードでの電圧がＶノードでの電圧よりも大きくなることを保証するように定義される。
【００１８】
スイッチＡＵＰ、ＡＶＮ、ＢＵＮ、ＢＶＰ、ＡＵＮ、ＡＶＰ、ＢＵＰ、ＢＶＮの適正な循環を使用することによって、直接モードと反転モードとで切り替わるようにサイクロコンバータ７を動作させることができ、（１）Ｕノードでの電圧がＶノードでの電圧よりも常に大きいこと、（２）Ｕノードでの電圧がＶノードでの電圧よりも常に小さいこと、又は（３）Ｖノードでの電圧に関するＵノードでの電圧の極性が、スイッチＡＵＰ、ＡＶＮ、ＢＵＮ、ＢＶＰ、ＡＵＮ、ＡＶＰ、ＢＵＰ、ＢＶＮの循環には依存するが周波数ＨＦには依存しない周波数で交番することを保証する。
【００１９】
例えば、ＨＦサイクルの位相に関係なくＵノードでの電圧がＶノードでの電圧よりも常に大きいことを保証することが望ましいとき、制御装置１（図１）はサイクロコンバータ７の全てのスイッチ要素を制御してノードＵでの電圧がノードＶでの電圧よりも常に正となるようにする。
【００２０】
Ａ＿ＢＵＳでの電圧がＢ＿ＢＵＳでの電圧に関して正であり、インダクタ電流が正であるＨＦサイクルの半サイクルの期間（図４参照）には、Ａ＿ＢＵＳでの電圧は、Ａ＿ＢＵＳからスイッチＡＵＰのスイッチ要素を通りスイッチＡＵＮのダイオードを通ってノードＵに送られる。同時に、ノードＶでの電圧が（スイッチ対ＢＶのスイッチ間での電圧降下は小さいので）Ｂ＿ＢＵＳでの電圧と実質的に同じになるまで、電流はノードＶからスイッチＢＶＰのスイッチ要素を通りスイッチＢＶＮのダイオードを通ってＢ＿ＢＵＳに導かれる。
【００２１】
同様に、Ｂ＿ＢＵＳでの電圧がＡ＿ＢＵＳでの電圧に関して正であり、インダクタ電流が正であるＨＦサイクルの他方の半サイクルの期間（図５参照）には、Ｂ＿ＢＵＳでの電圧は、Ｂ＿ＢＵＳからスイッチＢＵＰのスイッチ要素を通りスイッチＢＵＮのダイオードを通ってノードＵに送られる。同時に、ノードＶでの電圧が（スイッチ対ＡＶのスイッチ間での電圧降下は小さいので）Ａ＿ＢＵＳでの電圧と実質的に同じになるまで、電流はノードＶからスイッチＡＶＰのスイッチ要素を通りスイッチＡＶＮのダイオードを通ってＡ＿ＢＵＳに導かれる。
【００２２】
このように、図４及び５に示される様式で、Ａ＿ＢＵＳがＢ＿ＢＵＳよりも正であるか、その逆であるかに拘わらず、サイクロコンバータのスイッチは、ノードＶに印加される電圧よりも常に正である電圧をノードＵに印加するように制御装置１によって操作される。同様に、Ｎトポロジーにおいては、サイクロコンバータのスイッチが図６及び図７に示される様式で操作されるとき、Ａ＿ＢＵＳがＢ＿ＢＵＳよりも正であるか、その逆であるかに拘わらず、ノードＶに印加される電圧よりも常に負（したがって「Ｎトポロジー」である）である電圧をノードＵに印加することができる。例えば、ＨＦサイクルの位相に拘わらずＶノードでの電圧がＵノードでの電圧よりも常に大きいことを保証することが望ましいとき、制御装置１（図１）はサイクロコンバータ７の全てのスイッチ要素を制御して、ノードＶでの電圧がノードＵでの電圧よりも常に正となるようにする。
【００２３】
例えば６０Ｈｚで交番する交流波形の例では、サイクロコンバータ７は、上の第１の例（図４及び図５）と上の第２の例（図６及び図７）との間で切り替わるように操作される。上述したトポロジー間で交番することによって、ノードＵとノードＶとの間で交流電圧波形を提供することができ、トポロジー間の切替え速度は、ＤＣ（すなわち、第１のトポロジーのみ又は第２のトポロジーのみであり、交番しない）と、ＨＦインバータのスイッチング周波数の直下の周波数（ここではエイリアジングが問題となり得る）との間の範囲内で任意に選択することができる。
【００２４】
第１のトポロジーと第２のトポロジーとの間の特定の切り替え周波数は、サイクロコンバータ７のスイッチを操作する制御信号を発生する制御装置１での論理によって定義される。ほとんどのシステムでは、第１のモードと第２のモードとの間の切り替え周波数は６０Ｈｚであり、６０Ｈｚで動作する地上ＡＣ電源システムで動作するように設計された負荷に適合する。しかし、４００Ｈｚ、９００Ｈｚ、更には１６００Ｈｚなどの他の周波数も望ましい。これらの周波数も標準のＡＣ電源システムで使用されることがあるからである。
【００２５】
ホール効果センサＨ、コンデンサＣ及びインダクタＬがノードＵとノードＶとの間のフィルタを形成する。このフィルタのフィルタ定数ＬＣは低域フィルタとして設計され、ＰトポロジーとＮトポロジーとの間の切り替え周波数よりも高い周波数、主にインバータＨＦ周波数を除去する。ホール効果センサＨは制御装置１にフィードバックを提供し、インダクタＬを通過する電流方向を制御装置に知らせる。ＬＣフィルタはエネルギーを蓄積し、負荷はリアクタンスによる進み又は遅れ力率を有するので、センサＨを通る電流は、ＬＣフィルタを通る電流の履歴とＬＣフィルタのリアクタンスと任意の外部負荷との関数である。
【００２６】
典型的な動作において、ＨＦインバータ３は、２０００Ｈｚ〜４００００Ｈｚの間、又はより典型的には３０００Ｈｚ〜３００００Ｈｚの間で選択され得る所定の速さで全サイクルが反復するのに十分な速さで切り替わる。第１の半サイクル期間において、スイッチＳ１及びＳ４がオンに切り替えられ、スイッチＳ２及びＳ３がオフに切り替えられて、電流は変圧器５の付点された側に流れ、ＤＣ電源からの電圧Ｖ＿ＤＣは、変圧器５の一次巻線の付点された側に印加される電圧が一次巻線の他方の側に印加される電圧よりも正になるように変圧器５に印加される。他方の半サイクル期間には、スイッチＳ２及びＳ３がオンに切り替えられ、スイッチＳ１及びＳ４がオフに切り替えられて、電流は変圧器５の付点されていない側に流れ、ＤＣ電源からの電圧Ｖ＿ＤＣは、変圧器５の一次巻線の付点された側に印加される電圧が一次巻線の他方の側に印加される電圧よりも負になるように変圧器５に印加される。これらの半サイクルを交番させることによって、変圧器５の一次巻線に方形波電圧が印加される。第１の半サイクルでは、スイッチＳ１及びＳ４が閉じられ、スイッチＳ２及びＳ３が開かれて、電流は一方向に変圧器５の一次側を通って流れる。次いで、他方の半サイクルでは、スイッチＳ２及びＳ３が閉じられ、スイッチＳ１及びＳ４が開かれて、電流は反対方向に変圧器５の一次側を通って流れる。一般に、変圧器の大きさと、特に変圧器のコア材料、変圧器の巻線などは、コア材料が半サイクル期間に磁気的に飽和状態にならないように選択される。
【００２７】
制御装置１が図４〜図７に関して上述した第１のトポロジー又は第２のトポロジーでサイクロコンバータ７を動作させるとき、サイクロコンバータ出力ＯＵＴＰＵＴ（図４〜図７）に転送される電力は、電力転送期間（ＰＴ期間）と呼ばれる期間に最大となる。しかし、多くの場合には、全電力よりも少ない電力の転送が望ましい。これを実現するために、サイクロコンバータ７のスイッチのパルス幅変調（ＰＭＷ）が採用されて、以下に説明するフリーホイール期間（ＦＷ期間）と呼ばれる期間には電力転送を行わず、しかも重要なことに電力損失を生じないようにする。
【００２８】
ＰＷＭがどのようにＦＷ期間を生成するかを理解するために、図４及び図５に関して上述した第１のトポロジーのみを考察する。このとき、Ａ＿ＢＵＳがＢ＿ＢＵＳよりも正であるか否かに拘わらず、サイクロコンバータ７のスイッチは、ノードＶに印加される電圧よりも常に正である電圧をノードＵに印加するように制御装置１によって操作される。上述したように、ＨＦサイクルの第１の半サイクル（全ＨＦサイクルの５０％デューティサイクル）期間に、スイッチ対ＡＵのスイッチがＡ＿ＢＵＳからノードＵに正の電圧を印加するように操作され、ＨＦサイクルの他方の半サイクル（全ＨＦサイクルの５０％デューティサイクル）期間には、スイッチ対ＢＵのスイッチがＢ＿ＢＵＳからノードＵに正の電圧を印加するように操作される。
【００２９】
全電力よりも少ない電力を転送するために、各半サイクル（全ＨＦサイクルの５０％デューティサイクル）が、電力転送ＰＴ期間（上述したＰ又はＮトポロジーを使用する）とフリーホイールＦＷ期間とに分割される。例えば、ＨＦサイクルの第１の半サイクルにおいて、電力転送ＰＴ期間は全ＨＦサイクルの２５％であり、フリーホイールＦＷ期間は全ＨＦサイクルの残りの２５％であり得る。次いで、ＨＦサイクルの他方の半サイクルにおいても、電力転送ＰＴ期間は全ＨＦサイクルの２５％であり、フリーホイールＦＷ期間は全ＨＦサイクルの残りの２５％である。
【００３０】
フリーホイール期間に、制御装置１は、ノードＵとノードＶとが短絡されるようにサイクロコンバータ７のスイッチを制御する。これを行うための１つの方法は、図８（ノードＵからインダクタＬ及びセンサＨを通ってノードＶへ流れる電流）及び図９（ノードＶからインダクタＬ及びセンサＨを通ってノードＵへ流れる電流）に示されるように、ＵノードとＶノードとに対してＡ＿ＢＵＳを短絡させることである。これを行うための別の方法は、ＵノードとＶノードとに対してＢ＿ＢＵＳを短絡させることである。いずれの場合にも、電流を突然変えることは望ましくない。この突然の電流変化は、幾つかの回路構成要素を損傷する可能性がある大きな電圧スパイクをもたらすからである。
【００３１】
電流がインダクタＬからホール効果センサＨを通ってコンデンサＣに流れている場合、図８に示されるように、スイッチＡＵＰ及びＡＶＰのスイッチ要素がオンになり、それによって、電流はコンデンサＣからスイッチＡＶＰのスイッチ要素を通りスイッチＡＶＮのダイオードを通ってＡ＿ＢＵＳに至る回路を流れ、次いでスイッチＡＵＰのスイッチ要素を通りスイッチＡＵＮのダイオードを通ってインダクタＬに戻るように流れ続ける。ノードＵとノードＶとの間の電圧は短絡され、スイッチ間の小さな電圧降下を除いてはＡ＿ＢＵＳの電圧にクランプされるが、インダクタＬを通る電流は遮断されることなく流れ続ける。ホール効果センサＨは電流方向を感知して、その方向を制御装置に報告するので、制御装置１は電流の方向を知っている。
【００３２】
同様に、電流がコンデンサＣからホール効果センサＨを通ってインダクタＬに流れている場合、図９に示されるように、スイッチＡＵＮ及びＡＶＮのスイッチ要素がオンになる。電流は、インダクタＬからスイッチＡＵＮのスイッチ要素を通りスイッチＡＵＰのダイオードを通ってＡ＿ＢＵＳに至り、次いでスイッチＡＶＮのスイッチ要素を通りスイッチＡＶＰのダイオードを通ってコンデンサＣに戻る回路において流れ続ける。ノードＵとノードＶとの間の電圧は短絡され、スイッチ間の小さな電圧降下を除いてはＡ＿ＢＵＳの電圧にクランプされるが、インダクタＬを通る電流は遮断されることなく流れ続ける。ホール効果センサＨは電流方向を感知して、その方向を制御装置に報告するので、制御装置１は、電流の方向を知っている。
【００３３】
代わりに、制御装置１は、スイッチＡＵＰ、ＡＶＰ、ＡＵＮ、ＡＶＮのスイッチ要素をＦＷ期間にそれら全てがオンになるように制御することができ、ホール効果センサＨから電流方向を感知する必要はない。この構成はノードＵ及びＶでの電圧をＡ＿ＢＵＳにクランプする。
【００３４】
別法として、制御装置１は、ノードＵ及びＶでの電圧をＢ＿ＢＵＳにクランプするように、フリーホイール期間にサイクロコンバータ７のスイッチを制御することができる。これは、同様に、電流がインダクタＬからホール効果センサＨを通ってコンデンサＣに流れていることをホール効果センサＨが感知したときに、スイッチＢＵＰ及びＢＶＰのスイッチ要素がオンになるように制御し、電流がコンデンサＣからホール効果センサＨを通ってインダクタＬに流れていることをホール効果センサＨが感知したときに、スイッチＢＵＮ及びＢＶＮのスイッチ要素がオンになるように制御することによって行われる。また、代替の変形形態では、制御装置１は、電流の方向に関わらずスイッチＢＵＰ、ＢＵＮ、ＢＶＮ、及びＢＶＰのスイッチ要素が全てオンになるように、フリーホイール期間にサイクロコンバータ７のスイッチを制御することができる。
【００３５】
上述したフリーホイールのいずれの場合にも、ノードＵとノードＶとの間の電圧が短絡されるので、電力はフリーホイール期間にはサイクロコンバータ７を通して転送されない。これにより、インダクタＬ及びコンデンサＣに転送される電力の量が低減され、その結果、負荷に転送される電力の量が低減する。特定の例示的なケースでは、ＨＦサイクルの第１の半サイクル期間に電力転送ＰＴ期間は全ＨＦサイクルの２５％であり、フリーホイールＦＷ期間は全ＨＦサイクルの２５％である。ＨＦサイクルの他方の半サイクルにおいては、電力転送ＰＴ期間が全ＨＦサイクルの２５％であり、フリーホイールＦＷ期間は全ＨＦサイクルの２５％である。したがって、最大転送可能電力の５０％（例えば、各半サイクルの２５％）のみが実際にはサイクロコンバータ７を通して転送される。ノードＵとノードＶとの間のフィルタのフィルタ定数ＬＣは、ＨＦ電力パルスを平滑化する時定数ＬＣを有するように選択される。これは、出力端（すなわち、コンデンサＣとホール効果センサＨとの間のノード）とノードＶでの変動を平均化する。この文脈において、コンデンサＣは、出力端ＯＵＴＰＵＴ（すなわち、コンデンサＣとホール効果センサＨとの間のノード）とノードＶとの間の分路コンデンサとして働き、インダクタＬは入力チョーク、いわゆるスインギング・チョークとして働き、出力端ＯＵＴＰＵＴに達する前に電圧スパイクを低減する。
【００３６】
正弦波形の電圧出力波形を実現するために、制御装置１は、フリーホイールＦＷ期間に使用される半サイクルのパーセンテージと、電力転送ＰＴ期間に使用される半サイクルの対応するパーセンテージとを調整するように、サイクロコンバータ７のスイッチを制御する。位相角ゼロで始まる正弦波に対しては、半サイクルの全て（すなわち、全サイクルの５０％）が最初にフリーホイールＦＷ期間に使用されるが、この半サイクルは電力転送ＰＴ期間には全く使用されない。したがって、最初は、サイクロコンバータの電圧出力はゼロである。電力転送ＰＴ期間に使用される半サイクルのパーセンテージは、位相角９０°（正弦波のピーク）でピークに達するまで徐々に増加され、その後、パーセンテージは位相角１８０°で再びゼロになるまで徐々に低減される。フリーホイールＦＷ期間に使用される半サイクルの対応するパーセンテージは、それに対応して最小値まで徐々に低減され、その後は徐々に増加される。これらのパーセンテージの増減の正確な割合は、所望の出力周波数（例えば６０Ｈｚ）におけるノードＶを基準とした出力端ＯＵＴＰＵＴでの正弦波出力電圧の半周期を提供するように選択される。例えば、所望の出力周波数が６０Ｈｚである場合、半周期は１秒の１／１２０、すなわち８と１／３ミリ秒となる。サイクロコンバータのスイッチをこのように制御することによって、三角波又は方形波の波形を生成することもできる。
【００３７】
基本波形を形成することに加えて、制御装置１は、出力電圧波形のスケール、すなわち供給される電圧のＲＭＳを制御するようにサイクロコンバータ７に命令する。制御装置１は、所望のピーク正弦波振幅に従って出力電圧波形が拡大縮小されるよう、フリーホイールＦＷ期間に使用される半サイクルのパーセンテージを調整するようにサイクロコンバータ７に命令する。
【００３８】
８と１／３ミリ秒の半波形サイクル期間の終了時にゼロ電圧交差が生じ、ノードＵ及びＶでの電圧を反転させて８と１／３ミリ秒の半波形サイクル期間が繰り返される。
このサイクロコンバータ動作により、制御装置によって定義される任意の、しかし所定の周波数において任意の出力波形を提供することができる。所定の周波数は、直流からＨＦインバータサイクル周波数（例えば３０００Ｈｚ〜３００００Ｈｚ）のすぐ下までの任意の周波数にすることができる。
【００３９】
Ｍ．マツイ、Ｍ．ナガイ、Ｍ．モチズキ及びナバエは、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉオンｓ  Ｏｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、  Ｖｏｌ．３３、  Ｎｏ．２、  Ｍａｒｃｈ／Ａｐｒｉｌ  １９９６、  ｐｐ２９３〜３００に掲載された「Ｈｉｇｈ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｌｉｎｋ  ＡＣ／ＤＣ  Ｃオンｖｅｒｔｅｒ  Ｗｉｔｈ  Ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｌａｉｍ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ−Ｎａｔｕｒａｌｌｙ  Ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ  Ｐｈａｓｅ  Ａｎｇｌｅ  Ｃオンｔｒｏｌ  Ｗｉｔｈ  Ｓｅｌｆ  Ｔｕｒｎ−オフ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」という名称の論文において、ＰＷＭモードでのサイクロコンバータの動作を説明している。この論文において、マツイ等はサイクロコンバータの３つの異なる状態、すなわち、ノードＵとノードＶとの間の電圧がＡ＿ＢＵＳとＢ＿ＢＵＳとの間の電圧に等しくなるように制御される直接状態、ノードＵとノードＶとの間の電圧がＡ＿ＢＵＳとＢ＿ＢＵＳとの間の電圧の負数に等しくなるように制御される反転状態、及び、Ａ側スイッチをＡ＿ＢＵＳに接続する、又はＢ側スイッチをＢ＿ＢＵＳに接続することによってノードＵとノードＶとの間の電圧が短絡されるゼロ状態の間での遷移を説明している。出力電圧制御を保証するために、制御装置１によって、サイクロコンバータは高周波数（ＨＦ）で直接状態、反転状態及びゼロ状態の間で切り替えられる。Ａ＿ＢＵＳとＢ＿ＢＵＳとの間の電圧の極性に応じて、また、ホール効果デバイスＨによって感知されるインダクタＬを通る電流の方向に応じて、制御装置１は直接状態、反転状態及びゼロ状態の間での特定の遷移を引き起こす。
【００４０】
Ａ＿ＢＵＳとＢ＿ＢＵＳとの間の電圧がゼロよりも大きいときであって、ノードＵからノードＶに向かう方向にインダクタＬを通る電流もゼロよりも大きいとき、マツイ等はＰトポロジーを使用して４つの特定の遷移を可能にする。制御装置１は、以下の４つの遷移、すなわち、ゼロ状態（Ａ側）から直接状態への遷移、ゼロ状態（Ｂ側）から直接状態への遷移、反転状態からゼロ状態（Ａ側）への遷移及び反転状態からゼロ状態（Ｂ側）への遷移から選択されるいずれかの遷移を引き起こすことができる。
【００４１】
Ｂ＿ＢＵＳとＡ＿ＢＵＳとの間の電圧がゼロよりも大きいときであって、ノードＶからノードＵに向かう方向にインダクタＬを通る電流もゼロよりも大きいとき、マツイ等はＮトポロジーを使用して４つの特定の遷移を可能にする。制御装置１は、以下の４つの遷移、すなわち、ゼロ状態（Ａ側）から直接状態への遷移、ゼロ状態（Ｂ側）から直接状態への遷移、反転状態からゼロ状態（Ａ側）への遷移及び反転状態からゼロ状態（Ｂ側）への遷移から選択されるいずれかの遷移を引き起こすことができる。
【００４２】
Ａ＿ＢＵＳとＢ＿ＢＵＳとの間の電圧がゼロよりも大きいときであって、ノードＶからノードＵに向かう方向にインダクタＬを通る電流もゼロよりも大きいとき、マツイ等はＮトポロジーを使用して４つの特定の遷移を可能にする。制御装置１は、以下の４つの遷移、すなわち、直接状態からゼロ状態（Ａ側）への遷移、直接状態からゼロ側（Ｂ側）への遷移、直接状態から反転状態への遷移及び反転状態から直接状態への遷移から選択されるいずれかの遷移を引き起こすことができる。
【００４３】
Ｂ＿ＢＵＳとＡ＿ＢＵＳとの間の電圧がゼロよりも大きいときであって、ノードＵからノードＶに向かう方向にインダクタＬを通る電流もゼロよりも大きいとき、マツイ等はＰトポロジーを使用して４つの特定の遷移を可能にする。制御装置１は、以下の４つの遷移、すなわち、直接状態からゼロ状態（Ａ側）への遷移、直接状態からゼロ状態（Ｂ側）への遷移、直接状態から反転状態への遷移及び反転状態から直接状態への遷移から選択されるいずれかの遷移を引き起こすことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４４】
マツイ等による電流転流は、ホール効果センサＨによって感知することができるインダクタＬを通る電流の方向の知識に依拠する。しかし、インダクタＬを通る電流がゼロ交差付近にあるとき、高性能のセンサでさえ、電流の方向を確実には検出できない。センサＨを通る電流に比例するセンサの真の信号出力は雑音によって打ち負かされてしまう。インダクタＬを通る電流のゼロ電流交差の決定は極めて難しくなり得る。インダクタ電流の方向が誤って決定された場合、マツイの手法は、ＰトポロジーとＮトポロジーとの間を誤って切り替えてしまうので、インダクタ電流を遮断し、ノードＵとノードＶとの間に電圧スパイクを生じさせ、回路構成要素を損傷することになる。一般に、制御装置１は、出力フィルタＬＣに（すなわち、ノードＵとノードＶとの間に）印加される電圧についての先験的な知識を有しているけれども、また、制御装置はインダクタＬ及びコンデンサＣの値の先験的な知識を有するように設計することができるけれども、一般に、制御装置は、容量性であれ誘導性であれ、システムの負荷のリアクタンスの先験的な知識を有していない。インダクタＬを通る電流は、ノードＵとノードＶとの間に印加される電圧から未知の量だけ位相を変える。したがって、インダクタＬを通る電流の方向の知識を必要としないゼロ電流交差点付近での電流転流の改良された方法を持つ必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００４５】
サイクロコンバータは、第１及び第２のノード［Ａ、Ｂ］を有する第１のポートと、第１及び第２のノード［Ｕ、Ｖ］を有する第２のポートとを含む。更に、サイクロコンバータは第１、第２、第３及び第４のスイッチ対を含む。第１のスイッチ対［ＡＵ］は第１のポートの第１のノード［Ａ］と第２のポートの第１のノード［Ｕ］との間に結合される。第２のスイッチ対［ＢＵ］は第１のポートの第２のノード［Ｂ］と第２のポートの第１のノード［Ｕ］との間に結合される。第３のスイッチ対［ＡＶ］は第１のポートの第１のノード［Ａ］と第２のポートの第２のノード［Ｖ］との間に結合される。第４のスイッチ対［ＢＶ］は第１のポートの第２のノード［Ｂ］と第２のポートの第２のノード［Ｖ］との間に結合される。各スイッチ対は、第１のトポロジー型式のスイッチと第２のトポロジー型式のスイッチとを直列接続で含む。
【００４６】
本発明に係る方法の実施の形態は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第１のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えるステップを含む。更に、この方法の実施の形態は、第１のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えてから第１の所定の時間後に、第１のトポロジー型式の第２のスイッチをオフ状態に切り替えるステップを含む。
【００４７】
本発明に係る別の方法の実施の形態は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第１のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えるステップと、第１のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えてから第１の所定の時間後に、第１のトポロジー型式の第２のスイッチをオフ状態に切り替えるステップとを含む。更に、この方法の実施の形態は、第１のトポロジー型式の第２のスイッチをオフ状態に切り替えてから第２の所定の時間後に、第２のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えるステップと、第２のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えてから第３の所定の時間後に、第２のトポロジー型式の第２のスイッチをオフ状態に切り替えるステップとを含む。
【００４８】
コンピュータ読取り可能媒体は、サイクロコンバータを制御するようプロセッサを制御することが可能なモジュールを含む。本発明に係るコンピュータ読取り可能媒体の実施の形態は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第１のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替える（図１１のＳ１又は図１２のＳ５）ようにプロセッサを制御するための第１のモジュールと、第１のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えてから第１の所定の時間後に、第１のトポロジー型式の第２のスイッチをオフ状態に切り替える（図１１のＳ２、又は図１２のＳ６）ようにプロセッサを制御するための第２のモジュールとを含む。
【００４９】
本発明に係る別のコンピュータ読取り可能媒体の実施の形態は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第１のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替える（図１１のＳ１又は図１２のＳ５）ようにプロセッサを制御するための第１のモジュールと、第１のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えてから第１の所定の時間後に、第１のトポロジー型式の第２のスイッチをオフ状態に切り替える（図１１のＳ２又は図１２のＳ６）ようにプロセッサを制御するための第２のモジュールとを含む。更に、コンピュータ読取り可能媒体は、第１のトポロジー型式の第２のスイッチをオフ状態に切り替えてから第２の所定の時間後に、第２のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替える（図１１のＳ３又は図１２のＳ７）ようにプロセッサを制御するための第３のモジュールと、第２のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えてから第３の所定の時間後に、第２のトポロジー型式の第２のスイッチをオフ状態に切り替えるようにプロセッサを制御する（図１１のＳ４又は図１２のＳ８）ための第４のモジュールとを含む。
【００５０】
以下の図面を参照しながら、本発明を、以下の好ましい実施の形態の説明において詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
はじめに留意すべきであるが、少なくとも２つの理由から、Ｂ＿ＢＵＳに対するＡ＿ＢＵＳでの電圧の極性を決定することは容易である。第一に、ＨＦインバータ３は方形波に近い、切り取られた波形を提供する。Ａ＿ＢＵＳでの電圧とＢ＿ＢＵＳでの電圧は、任意の実質的な期間にわたって決して等しくない。したがって、最低限でも、電圧差センサは電圧差を容易に検出することができる。第二に、ほぼ全ての好ましい実施の形態において、制御装置１はＨＦインバータ３とサイクロコンバータ７とに制御信号を提供する。したがって、制御装置１はＢ＿ＢＵＳに対するＡ＿ＢＵＳでの電圧の先験的な知識を有することになる。これは、制御装置１がＨＦインバータ３を制御することによって、この電圧差を引き起こすからである。Ｂ＿ＢＵＳに対するＡ＿ＢＵＳでの電圧を決定するための別個のセンサは必要ない。
【００５２】
本発明の一つの実施の形態においては、ホール効果センサＨの出力が制御装置によって読まれる。電流波形のピークツーピーク振幅が決定され、その振幅の所定のパーセンテージとして閾値が決定される。ホール効果センサによって示される電流の大きさが決定されて閾値と比較される。電流の大きさが閾値よりも小さいとき、安全転流モードが開始される。安全転流モードは電流の大きさが再び閾値よりも大きくなるまで終了されない。閾値は、システムの雑音環境を前提にして、ホール効果センサＨからの指示電流がゼロ電流から十分に離れていて確実に検出されるように選択される。
【００５３】
安全転流モードで動作する間には、特別な転流シーケンスが使用される。この転流シーケンスは、上で引用したマツイ等のシーケンスとは異なり、ＨＦ変圧器の二次側の一端からインダクタＬを通ってＨＦ変圧器の二次側の他端への少なくとも１つの電流経路を提供する。変圧器の二次側での漏れインダクタンスは、電流経路が遮断された場合、それが瞬時であったとしても、大きな電圧スパイクを引き起こす可能性がある。
【００５４】
したがって、安全転流モードでは、漏れインダクタンスの磁場に蓄積されたエネルギーを通過させることができる電流経路が常に存在する。更に、インダクタＬを通る電流の方向は、ゼロ交差付近の点ではいずれの方向にもなり得るので、この電流経路は、インダクタＬをいずれの方向にも通る電流に対処しなければならない。
【００５５】
安全転流モードでは、電流はインダクタＬをいずれの方向にも通ることができるので、電圧シュートスルーを防止する必要がある。電圧シュートスルーは、電流がインダクタＬを通過することなくＡ＿ＢＵＳからＢ＿ＢＵＳに又はその逆に直接流れることができるようにスイッチがオンになった状態である。例示の実施の形態では、これは４ステップのシーケンスで実現される。
【００５６】
上述したサイクロコンバータを使用する本発明の一般的な実施の形態においては、方法は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第１のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えるステップ（図１１のＳ１又は図１２のＳ５）を含む。更に、この方法は、第１のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えてから第１の所定の時間後に、第１のトポロジー型式の第２のスイッチをオフ状態に切り替えるステップ（図１１のＳ２又は図１２のＳ６）を含む。この実施の形態では、図１１に示されるように、第１のトポロジー型式はＰトポロジーであり、第２のトポロジー型式はＮトポロジーであり、又は、図１２に示されるように、第１のトポロジー型式はＮトポロジーであり、第２のトポロジー型式はＰトポロジーである。
【００５７】
本発明の別の一般的な実施の形態では、方法は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第１のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えるステップ（図１１のＳ１又は図１２のＳ５）を含み、更に、第１のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えてから第１の所定の時間後に、第１のトポロジー型式の第２のスイッチをオフ状態に切り替えるステップ（図１１のＳ２又は図１２のＳ６）を含む。この方法は、更に、第１のトポロジー型式の第２のスイッチをオフ状態に切り替えてから第２の所定の時間後に、第２のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えるステップ（図１１のＳ３又は図１２のＳ７）を含み、この方法は、更に、第２のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えてから第３の所定の時間後に、第２のトポロジー型式の第２のスイッチをオフ状態に切り替えるステップ（図１１のＳ４又は図１２のＳ８）を含む。この実施の形態では、図１１に示されるように、第１のトポロジー型式はＰトポロジーであり、第２のトポロジー型式はＮトポロジーであり、又は、図１２に示されるように、第１のトポロジー型式はＮトポロジーであり、第２のトポロジー型式はＰトポロジーである。
【００５８】
制御方法の第１の例示の実施の形態は、第１のノードＡ及び第２のノードＢを有する第１のポートを含むサイクロコンバータ７で実施される。サイクロコンバータ７は、更に、第１のノードＵ及び第２のノードＶを有する第２のポートを含む。サイクロコンバータ７は、更に、第１のポートの第１のノードＡと第２のポートの第１のノードＵとの間に結合された第１のスイッチ対ＡＵを含む。サイクロコンバータ７は、更に、第１のポートの第２のノードＢと第２のポートの第１のノードＵとの間に結合された第２のスイッチ対ＢＵを含む。サイクロコンバータ７は、更に、第１のポートの第１のノードＡと第２のポートの第２のノードＶとの間に結合された第３のスイッチ対ＡＶを含む。サイクロコンバータ７は、更に、第１のポートの第２のノードＢと第２のポートの第２のノードＶとの間に結合された第４のスイッチ対ＢＶを含む。各スイッチ対は、Ｐトポロジー・スイッチとＮトポロジー・スイッチとを直列接続の形で含む。
【００５９】
第１の例示の実施の形態では、方法は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第１のＰトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えるステップ（図１１のＳ１）を含む。したがって、安全転流モードの開始時に、第１のＰトポロジー・スイッチはオン状態に切り替えられる。この方法は、更に、第１のＰトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えてから第１の所定の時間後に、第２のＰトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えるステップ（図１１のＳ２）を含む。
【００６０】
第１の実施の形態の第１の変形形態では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して正であり、制御装置は、直接状態から、ノードＵ及びＶがＡ＿ＢＵＳに接続されるゼロ状態に遷移する。第１の実施の形態のこの第１の変形形態では、第１のＰトポロジー・スイッチの切替えが第３のスイッチ対ＡＶのＰトポロジー・スイッチＡＶＰを切り替え、第２のＰトポロジー・スイッチの切替えが第４のスイッチ対ＢＶのＰトポロジー・スイッチＢＶＰを切り替える。
【００６１】
第１の実施の形態の第２の変形形態では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して正であり、制御装置は、直接状態から、ノードＵ及びＶがＢ＿ＢＵＳに接続されるゼロ状態に遷移する。第１の実施の形態のこの第２の変形形態では、第１のＰトポロジー・スイッチの切替えが第２のスイッチ対ＢＵのＰトポロジー・スイッチＢＵＰを切り替え、第２のＰトポロジー・スイッチの切替えが第１のスイッチ対ＡＵのＰトポロジー・スイッチＡＵＰを切り替える。
【００６２】
第１の実施の形態の第３の変形形態では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して負であり、制御装置は、直接状態から、ノードＵ及びＶがＡ＿ＢＵＳに接続されるゼロ状態に遷移する。第１の実施の形態のこの第３の変形形態では、第１のＰトポロジー・スイッチの切替えが第１のスイッチ対ＡＵのＰトポロジー・スイッチＡＵＰを切り替え、第２のＰトポロジー・スイッチの切替えが第２のスイッチ対ＢＵのＰトポロジー・スイッチＢＵＰを切り替える。
【００６３】
第１の実施の形態の第４の変形形態では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して負であり、制御装置は、直接状態から、ノードＵ及びＶがＡ＿ＢＵＳに接続されるゼロ状態に遷移する。第１の実施の形態のこの第４の変形形態では、第１のＰトポロジー・スイッチの切替えが第４のスイッチ対ＢＶのＰトポロジー・スイッチＢＶＰを切り替え、第２のＰトポロジー・スイッチの切替えが第３のスイッチ対ＡＶのＰトポロジー・スイッチＡＶＰを切り替える。
【００６４】
第１の実施の形態の第５の変形形態では、方法は、更に、第２のＰトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えてから第２の所定の時間後に、第１のＮトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えるステップ（図１１のＳ３）、及び、第１のＮトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えてから第３の所定の時間後に、第２のＮトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えるステップ（図１１のＳ４）を含む。第１、第２及び第３の所定の時間は等しい必要はない。しかし、最も一般的には、それらの時間は、制御装置１から発する制御信号によって規定されるので等しい。
【００６５】
第１の実施の形態の第５の変形形態の第１の実施例では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して正であり、制御装置は、直接状態から、ノードＵ及びＶがＡ＿ＢＵＳに接続されるゼロ状態に遷移する。第１の実施の形態の第５の変形形態のこの第１の実施例では、第１のＰトポロジー・スイッチの切替えが第３のスイッチ対ＡＶのＰトポロジー・スイッチＡＶＰを切り替える。第２のＰトポロジー・スイッチの切替えが第４のスイッチ対ＢＶのＰトポロジー・スイッチＢＶＰを切り替える。第１のＮトポロジー・スイッチの切替えが第３のスイッチ対ＡＶのＮトポロジー・スイッチＡＶＮを切り替える。第２のＮトポロジー・スイッチの切替えが第４のスイッチ対ＢＶのＮトポロジー・スイッチＢＶＮを切り替える。
【００６６】
第１の実施の形態の第５の変形形態の第２の実施例では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して正であり、制御装置は、直接状態から、ノードＵ及びＶがＢ＿ＢＵＳに接続されるゼロ状態に遷移する。第１の実施の形態の第５の変形形態のこの第２の実施例では、第１のＰトポロジー・スイッチの切替えが第２のスイッチ対ＢＵのＰトポロジー・スイッチＢＵＰを切り替える。第２のＰトポロジー・スイッチの切替えが第１のスイッチ対ＡＵのＰトポロジー・スイッチＡＵＰを切り替える。第１のＮトポロジー・スイッチの切替えが第２のスイッチ対ＢＵのＮトポロジー・スイッチＢＵＮを切り替える。第２のＮトポロジー・スイッチの切替えが第１のスイッチ対ＡＵのＮトポロジー・スイッチＡＵＮを切り替える。
【００６７】
第１の実施の形態の第５の変形形態の第３の実施例では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して負であり、制御装置は、直接状態から、ノードＵ及びＶがＡ＿ＢＵＳに接続されるゼロ状態に遷移する。第１の実施の形態の第５の変形形態のこの第３の実施例では、第１のＰトポロジー・スイッチの切替えが第１のスイッチ対ＡＵのＰトポロジー・スイッチＡＵＰを切り替える。第２のＰトポロジー・スイッチの切替えが第２のスイッチ対ＢＵのＰトポロジー・スイッチＢＵＰを切り替える。第１のＮトポロジー・スイッチの切替えが第１のスイッチ対ＡＵのＮトポロジー・スイッチＡＵＮを切り替える。第２のＮトポロジー・スイッチの切替えが第２のスイッチ対ＢＵのＮトポロジー・スイッチＢＵＮを切り替える。
【００６８】
第１の実施の形態の第５の変形形態の第４の実施例では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して負であり、制御装置は、直接状態から、ノードＵ及びＶがＢ＿ＢＵＳに接続されるゼロ状態に遷移する。第１の実施の形態の第５の変形形態のこの第４の実施例では、第１のＰトポロジー・スイッチの切替えが第４のスイッチ対ＢＶのＰトポロジー・スイッチＢＶＰを切り替える。第２のＰトポロジー・スイッチの切替えが第３のスイッチ対ＡＶのＰトポロジー・スイッチＡＶＰを切り替える。第１のＮトポロジー・スイッチの切替えが第４のスイッチ対ＢＶのＮトポロジー・スイッチＢＶＮを切り替える。第２のＮトポロジー・スイッチの切替えが第３のスイッチ対ＡＶのＮトポロジー・スイッチＡＶＮを切り替える。
【００６９】
制御の方法の第２の例示の実施の形態は、第１の例示の実施の形態に関して上述したサイクロコンバータ７と本質的に同じサイクロコンバータ７で実施される。
第２の例示の実施の形態では、方法は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第１のＮトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えるステップ（図１２のＳ５）を含む。したがって、安全転流モードの開始時に、第１のＮトポロジー・スイッチがオン状態に切り替えられる。方法は、更に、第１のＮトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えてから第１の所定の時間後に、第２のＮトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えるステップ（図１２のＳ６）を含む。これらの動作は、Ａ＿ＢＵＳ又はＢ＿ＢＵＳにクランプすることによってフリーホイール状態から直接モードへの任意の遷移に必要とされる。
【００７０】
第２の実施の形態の第１の変形形態では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して正であり、制御装置は、ノードＵ及びＶがＡ＿ＢＵＳにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第２の実施の形態のこの第１の変形形態では、第１のＮトポロジー・スイッチの切替えが第４のスイッチ対ＢＶのＮトポロジー・スイッチＢＶＮを切り替え、第２のＮトポロジー・スイッチの切替えが第３のスイッチ対ＡＶのＮトポロジー・スイッチＡＶＮを切り替える。
【００７１】
第２の実施の形態の第２の変形形態では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して正であり、制御装置は、ノードＵ及びＶがＢ＿ＢＵＳにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第２の実施の形態のこの第２の変形形態では、第１のＮトポロジー・スイッチの切替えが第１のスイッチ対ＡＵのＮトポロジー・スイッチＡＵＮを切り替え、第２のＮトポロジー・スイッチの切替えが第２のスイッチ対ＢＵのＮトポロジー・スイッチＢＵＮを切り替える。
【００７２】
第２の実施の形態の第３の変形形態では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して負であり、制御装置は、ノードＵ及びＶがＡ＿ＢＵＳにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第２の実施の形態のこの第３の変形形態では、第１のＮトポロジー・スイッチの切替えが第２のスイッチ対ＢＵのＮトポロジー・スイッチＢＵＮを切り替え、第２のＮトポロジー・スイッチの切替えが第１のスイッチ対ＡＵのＮトポロジー・スイッチＡＵＮを切り替える。
【００７３】
第２の実施の形態の第４の変形形態では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して負であり、制御装置は、ノードＵ及びＶがＢ＿ＢＵＳにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第２の実施の形態のこの第４の変形形態では、第１のＮトポロジー・スイッチの切替えが第３のスイッチ対ＡＶのＮトポロジー・スイッチＡＶＮを切り替え、第２のＮトポロジー・スイッチの切替えが第４のスイッチ対ＢＶのＮトポロジー・スイッチＢＶＮを切り替える。
【００７４】
第２の実施の形態の第５の変形形態では、更に、方法は、第２のＮトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えてから第２の所定の時間後に、第１のＰトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えるステップ（図１２のＳ７）と、第１のＰトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えてから第３の所定の時間後に、第２のＰトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えるステップ（図１２のＳ８）とを含む。第１、第２及び第３の所定の時間は等しい必要はない。しかし、最も一般的には、それらの時間は、制御装置１から発する制御信号によって規定されるので等しい。
【００７５】
第２の実施の形態の第５の変形形態の第１の実施例では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して正であり、制御装置は、ノードＵ及びＶがＡ＿ＢＵＳにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第２の実施の形態の第５の変形形態のこの第１の実施例では、第１のＮトポロジー・スイッチの切替えが第４のスイッチ対ＢＶのＮトポロジー・スイッチＢＶＮを切り替える。第２のＮトポロジー・スイッチの切替えが第３のスイッチ対ＡＶのＮトポロジー・スイッチＡＶＮを切り替える。第１のＰトポロジー・スイッチの切替えが第４のスイッチ対ＢＶのＰトポロジー・スイッチＢＶＰを切り替える。第２のＰトポロジー・スイッチの切替えが第３のスイッチ対ＡＶのＰトポロジー・スイッチＡＶＰを切り替える。
【００７６】
第２の実施の形態の第５の変形形態の第２の実施例では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して正であり、制御装置は、ノードＵ及びＶがＢ＿ＢＵＳにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第２の実施の形態の第５の変形形態のこの第２の実施例では、第１のＮトポロジー・スイッチの切替えが第１のスイッチ対ＡＵのＮトポロジー・スイッチＡＵＮを切り替える。第２のＮトポロジー・スイッチの切替えが第２のスイッチ対ＢＵのＮトポロジー・スイッチＢＵＮを切り替える。第１のＰトポロジー・スイッチの切替えが第１のスイッチ対ＡＵのＰトポロジー・スイッチＡＵＰを切り替える。第２のＰトポロジー・スイッチの切替えが第２のスイッチ対ＢＵのＰトポロジー・スイッチＢＵＰを切り替える。
【００７７】
第２の実施の形態の第５の変形形態の第３の実施例では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して負であり、制御装置は、ノードＵ及びＶがＡ＿ＢＵＳにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第２の実施の形態の第５の変形形態のこの第３の実施例では、第１のＮトポロジー・スイッチの切替えが第２のスイッチ対ＢＵのＮトポロジー・スイッチＢＵＮを切り替える。第２のＮトポロジー・スイッチの切替えが第１のスイッチ対ＡＵのＮトポロジー・スイッチＡＵＮを切り替える。第１のＰトポロジー・スイッチの切替えが第２のスイッチ対ＢＵのＰトポロジー・スイッチＢＵＰを切り替える。第２のＰトポロジー・スイッチの切替えが第１のスイッチ対ＡＵのＰトポロジー・スイッチＡＵＰを切り替える。
【００７８】
第２の実施の形態の第５の変形形態の第４の実施例では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して負であり、制御装置は、ノードＵ及びＶがＢ＿ＢＵＳにクランプされるゼロ状態から直接状態に遷移する。第２の実施の形態の第５の変形形態のこの第４の実施例では、第１のＮトポロジー・スイッチの切替えが第３のスイッチ対ＡＶのＮトポロジー・スイッチＡＶＮを切り替える。第２のＮトポロジー・スイッチの切替えが第４のスイッチ対ＢＶのＮトポロジー・スイッチＢＶＮを切り替える。第１のＰトポロジー・スイッチの切替えが、３のスイッチ対ＡＶのＰトポロジー・スイッチＡＶＰを切り替える。第２のＰトポロジー・スイッチの切替えが第４のスイッチ対ＢＶのＰトポロジー・スイッチＢＶＰを切り替える。
【００７９】
制御の方法の第３の例示の実施の形態は、第１の例示の実施の形態に関して上述したサイクロコンバータ７と本質的に同じサイクロコンバータ７で実施される。
第３の例示の実施の形態では、方法は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第１のＮトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えるステップ（図１２のＳ５）を含む。したがって、安全転流モードの開始時に、第１のＮトポロジー・スイッチがオン状態に切り替えられる。更に、方法は、第１のＮトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えてから第１の所定の時間後に、第２のＮトポロジー・スイッチをオフ状態を切り替えるステップ（図１２のＳ６）を含む。これらの動作は、Ａ＿ＢＵＳ又はＢ＿ＢＵＳにクランプすることによる、反転モードからフリーホイール状態への任意の遷移に必要とされる。
【００８０】
第３の実施の形態の第１の変形形態では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して正であり、制御装置は、反転状態から、ノードＵ及びＶがＡ＿ＢＵＳにクランプされるゼロ状態に遷移する。第３の実施の形態のこの第１の変形形態では、第１のＮトポロジー・スイッチの切替えが第１のスイッチ対ＡＵのＮトポロジー・スイッチＡＵＮを切り替え、第２のＮトポロジー・スイッチの切替えが第２のスイッチ対ＢＵのＮトポロジー・スイッチＢＵＮを切り替える。
【００８１】
第３の実施の形態の第２の変形形態では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して正であり、制御装置は、反転状態から、ノードＵ及びＶがＢ＿ＢＵＳにクランプされるゼロ状態に遷移する。第３の実施の形態のこの第２の変形形態では、第１のＮトポロジー・スイッチの切替えが第４のスイッチ対ＢＶのＮトポロジー・スイッチＢＶＮを切り替え、第２のＮトポロジー・スイッチの切替えが第３のスイッチ対ＡＶのＮトポロジー・スイッチＡＶＮを切り替える。
【００８２】
第３の実施の形態の第３の変形形態では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して負であり、制御装置は、反転状態から、ノードＵ及びＶがＡ＿ＢＵＳにクランプされるゼロ状態に遷移する。第３の実施の形態のこの第３の変形形態では、第１のＮトポロジー・スイッチの切替えが第３のスイッチ対ＡＶのＮトポロジー・スイッチＡＶＮを切り替え、第２のＮトポロジー・スイッチの切替えが第４のスイッチ対ＢＶのＮトポロジー・スイッチＢＶＮを切り替える。
【００８３】
第３の実施の形態の第４の変形形態では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して負であり、制御装置は、反転状態から、ノードＵ及びＶがＢ＿ＢＵＳにクランプされるゼロ状態に遷移する。第３の実施の形態のこの第４の変形形態では、第１のＮトポロジー・スイッチの切替えが第２のスイッチ対ＢＵのＮトポロジー・スイッチＢＵＮを切り替え、第２のＮトポロジー・スイッチの切替えが第１のスイッチ対ＡＵのＮトポロジー・スイッチＡＵＮを切り替える。
【００８４】
第３の実施の形態の第５の変形形態では、更に、方法は、第２のＮトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えてから第２の所定の時間後に、第１のＰトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えるステップ（図１２のＳ７）と、第１のＰトポロジー・スイッチをオン状態に切り替えてから第３の所定の時間後に、第２のＰトポロジー・スイッチをオフ状態に切り替えるステップ（図１２のＳ８）とを含む。第１、第２及び第３の所定の時間は等しい必要はない。しかし、最も一般的には、それらの時間は、制御装置１から発する制御信号によって規定されるので等しい。
【００８５】
第３の実施の形態の第５の変形形態の第１の実施例では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して正であり、制御装置は、反転状態から、ノードＵ及びＶがＡ＿ＢＵＳにクランプされるゼロ状態に遷移する。第３の実施の形態の第５の変形形態のこの第１の実施例では、第１のＮトポロジー・スイッチの切替えが第１のスイッチ対ＡＵのＮトポロジー・スイッチＡＵＮを切り替える。第２のＮトポロジー・スイッチの切替えが第２のスイッチ対ＢＵのＮトポロジー・スイッチＢＵＮを切り替える。第１のＰトポロジー・スイッチの切替えが第１のスイッチ対ＡＵのＰトポロジー・スイッチＡＵＰを切り替える。第２のＰトポロジー・スイッチの切替えが第２のスイッチ対ＢＵのＰトポロジー・スイッチＢＵＰを切り替える。
【００８６】
第３の実施の形態の第５の変形形態の第２の実施例では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して正であり、制御装置は、反転状態から、ノードＵ及びＶがＢ＿ＢＵＳにクランプされるゼロ状態に遷移する。第３の実施の形態の第５の変形形態のこの第２の実施例では、第１のＮトポロジー・スイッチの切替えが第４のスイッチ対ＢＶのＮトポロジー・スイッチＢＶＮを切り替える。第２のＮトポロジー・スイッチの切替えが第３のスイッチ対ＡＶのＮトポロジー・スイッチＡＶＮを切り替える。第１のＰトポロジー・スイッチの切替えが第４のスイッチ対ＢＶのＰトポロジー・スイッチＢＶＰを切り替える。第２のＰトポロジー・スイッチの切替えが第３のスイッチ対ＡＶのＰトポロジー・スイッチＡＶＰを切り替える。
【００８７】
第３の実施の形態の第５の変形形態の第３の実施例では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して負であり、制御装置は、反転状態から、ノードＵ及びＶがＡ＿ＢＵＳにクランプされるゼロ状態に遷移する。第３の実施の形態の第５の変形形態のこの第３の実施例では、第１のＮトポロジー・スイッチの切替えが第３のスイッチ対ＡＶのＮトポロジー・スイッチＡＶＮを切り替える。第２のＮトポロジー・スイッチの切替えが第４のスイッチ対ＢＶのＮトポロジー・スイッチＢＶＮを切り替える。第１のＰトポロジー・スイッチの切替えが第３のスイッチ対ＡＶのＰトポロジー・スイッチＡＶＰを切り替える。第２のＰトポロジー・スイッチの切替えが第４のスイッチ対ＢＶのＰトポロジー・スイッチＢＶＰを切り替える。
【００８８】
第３の実施の形態の第５の変形形態の第４の実施例では、第１のポートの第１のノードＡでの電圧が第１のポートの第２のノードＢでの電圧に関して負であり、制御装置は、反転状態から、ノードＵ及びＶがＢ＿ＢＵＳにクランプされるゼロ状態に遷移する。第３の実施の形態の第５の変形形態のこの第４の実施例では、第１のＮトポロジー・スイッチの切替えが第２のスイッチ対ＢＵのＮトポロジー・スイッチＢＵＮを切り替える。第２のＮトポロジー・スイッチの切替えが第１のスイッチ対ＡＵのＮトポロジー・スイッチＡＵＮを切り替える。第１のＰトポロジー・スイッチの切替えが第２のスイッチ対ＢＵのＰトポロジー・スイッチＢＵＰを切り替える。第２のＰトポロジー・スイッチの切替えが第１のスイッチ対ＡＵのＰトポロジー・スイッチＡＵＰを切り替える。
【００８９】
本発明に係る制御装置の実施の形態においては、制御装置は、サイクロコンバータの各スイッチの各スイッチ要素（８個全て）に個別の制御信号を提供し、また、ＨＦインバータの各スイッチの各スイッチ要素（４個全て）に個別の制御信号を提供するプロセッサである。また、プロセッサは電流センサＨからの入力を含む。プロセッサはアナログ・プロセッサであってもよいが、典型的にはデジタル・プロセッサであり、プロセッサ・ユニットと、プログラム及びデータを格納するためのメモリと、入出力構造とを備える。メモリは２つのメモリ、すなわち、プログラムを格納するための読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）又はフラッシュ・メモリと、データを格納するためのスタティック又はダイナミック・ランダムアクセス（データ揮発性又はフラッシュ）・メモリとに分類される。入力構造は、センサＨからのアナログ信号をプロセッサによって読み取られるデジタル・ワードに変換するためのアナログ／デジタル変換器（例えば、チップ上の単純で簡素なデュアルランプ又は任意の変換器）を備え得る。出力構造は、ＨＦインバータ及びサイクロコンバータの状態を定義する１２ビットを保持するために１２ビット・レジスタを備えることができ、更に、ＨＦインバータ及びサイクロコンバータに制御信号を送出するための適切な１２個のドライバを備え得る。代わりに、制御装置１を構成する回路は、１組のドライバと、マイクロコンピュータ、通常のプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又はディスクリート部品から形成される等価な回路とから構成され得る。制御装置は、単に、サイクロコンバータ７の８個の能動スイッチ要素及びＨＦインバータの４個の能動スイッチ要素をオン及びオフに切り替えるために制御信号を提供する逐次的な機械である。上述した第１、第２及び第３の所定の時間は、単に、マイクロプロセッサを駆動するクロックパルス間の期間であってよい。本発明に係る方法の例示の実施の形態は、制御装置で実行されるコンピュータ・プログラムに符号化される。
【００９０】
本発明のコンピュータ読取り可能媒体の実施の形態においては、媒体は、制御装置のプロセッサを制御することが可能な論理モジュールを含む。上述したサイクロコンバータを使用する本発明に係る媒体の一般的な実施の形態では、媒体は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第１のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替える（図１１のＳ１又は図１２のＳ５）ようにプロセッサを制御するためのモジュールを含む。更に、媒体は、第１のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えてから第１の所定の時間後に、第１のトポロジー型式の第２のスイッチをオフ状態に切り替える（図１１のＳ２又は図１２のＳ６）ようにプロセッサを制御するためのモジュールを含む。この実施の形態では、図１１に示されるように、第１のトポロジー型式はＰトポロジーであり、第２のトポロジー型式はＮトポロジーであり、又は、図１２に示されるように、第１のトポロジー型式はＮトポロジーであり、第２のトポロジー型式はＰトポロジーである。
【００９１】
上述したサイクロコンバータを使用する本発明に係る媒体の別の一般的な実施の形態では、媒体は、出力インダクタを通る電流の大きさが所定の電流閾値よりも小さくなった後、第１のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替える（図１１のＳ１又は図１２のＳ５）ようにプロセッサを制御するためのモジュールを含み、更に、第１のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えてから第１の所定の時間後に、第１のトポロジー型式の第２のスイッチをオフ状態に切り替える（図１１のＳ２又は図１２のＳ６）ようにプロセッサを制御するためのモジュールを含む。更に、媒体は、第１のトポロジー型式の第２のスイッチをオフ状態に切り替えてから第２の所定の時間後に、第２のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替える（図１１のＳ３又は図１２のＳ７）ようにプロセッサを制御するためのモジュールを含み、更に、媒体は、第２のトポロジー型式の第１のスイッチをオン状態に切り替えてから第３の所定の時間後に、第２のトポロジー型式の第２のスイッチをオフ状態に切り替える（図１１のＳ４又は図１２のＳ８）ようにプロセッサを制御するためのモジュールを含む。この実施の形態では、図１１に示されるように、第１のトポロジー型式はＰトポロジーであり、第２のトポロジー型式はＮトポロジーであり、又は、図１２に示されるように、第１のトポロジー型式はＮトポロジーであり、第２のトポロジー型式はＰトポロジーである。
【００９２】
ＤＣ／ＡＣサイクロコンバータに関する新規の制御方式の好ましい実施の形態（例示であって、限定を意図したものではない）を説明してきたが、留意されるように、上の教示に鑑みて当業者は修正及び変形を施すことができる。したがって、理解されるとおり、開示された本発明の特定の実施の形態において、特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内で変更を施すことができる。
【００９３】
以上、特許法によって必要とされる細目及び詳細を伴って本発明を説明してきたが、特許請求され、特許証による保護を望まれる内容は、添付の特許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明に従って制御される型式のＤＣ／ＡＣシステムを示す機能ブロック図である。
【図２】図１のＨＦインバータの概略図である。
【図３】図１のサイクロコンバータの概略図である。
【図４】Ａ＿ＢＵＳでの電圧がＢ＿ＢＵＳでの電圧よりも大きいときの電力転送状態に関するスイッチのＰトポロジー動作設定を示す、図３のサイクロコンバータの回路概略図である。
【図５】Ａ＿ＢＵＳでの電圧がＢ＿ＢＵＳでの電圧よりも小さいときの電力転送状態に関するスイッチのＰトポロジー動作設定を示す、図３のサイクロコンバータの回路概略図である。
【図６】Ａ＿ＢＵＳでの電圧がＢ＿ＢＵＳでの電圧よりも大きいときの電力転送状態に関するスイッチのＮトポロジー動作設定を示す、図３のサイクロコンバータの回路概略図である。
【図７】Ａ＿ＢＵＳでの電圧がＢ＿ＢＵＳでの電圧よりも小さいときの電力転送状態に関するスイッチのＮトポロジー動作設定を示す、図３のサイクロコンバータの回路概略図である。
【図８】フリーホイール状態に関するスイッチの１つの動作設定を示す、図３のサイクロコンバータの回路概略図である。
【図９】フリーホイール状態に関するスイッチの別の動作設定を示す、図３のサイクロコンバータの回路概略図である。
【図１０】本発明に係る制御装置の実施の形態を示す流れ図である。
【図１１】本発明に係る制御方式の方法の実施の形態を示す流れ図である。
【図１２】本発明に係る制御方式の方法の別の実施の形態を示す流れ図である。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
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