(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇圧コントローラ（１）を持ち、出力側で前記昇圧コントローラ（１）の下流に接続された共振コンバータ（２）を持ち、変圧器（３）を持ち、入力側で前記変圧器（３）の２次巻線（Ｎ２）に接続されている整流器（４）を持ち、前記共振コンバータ（２）と、前記変圧器（３）の１次巻線（Ｎ１）とに接続されており、共振キャパシタンス（Ｃ）と第１及び第２の共振インダクタンス（Ｌ１、Ｌ２）とを持つＣＬＬ共振回路（５）を持つ、コントローラ回路において、
前記共振キャパシタンス（Ｃ）は、前記第１の共振インダクタンス（Ｌ１）に直列に接続され、前記第１の共振インダクタンス（Ｌ１）は、前記変圧器（３）の１次巻線（Ｎ１）の第１の接続点（Ａ）に接続され、前記共振キャパシタンス（Ｃ）は、前記共振コンバータ（２）に接続されており、
前記第２の共振インダクタンス（Ｌ２）は、前記共振キャパシタンス（Ｃ）と前記第１の共振インダクタンス（Ｌ１）の間の接合点に接続されており、前記第２の共振インダクタンス（Ｌ２）は、前記変圧器（３）の１次巻線（Ｎ１）の第２の接続点（Ｂ）に接続されており、前記変圧器（３）の１次巻線（Ｎ１）の第２の接続点（Ｂ）は、前記共振コンバータ（２）に接続されており、
前記共振コンバータ（２）は、第１の容量エネルギ蓄積部（Ｃ１）と、前記第１の容量エネルギ蓄積部（Ｃ１）に直列に接続されている第２の容量エネルギ蓄積部（Ｃ２）と、第３の容量エネルギ蓄積部（Ｃ３）と、直列に接続されている第１、第２、第３及び第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）とを持ち、
前記第１の容量エネルギ蓄積部（Ｃ１）は、前記第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ１）に接続されており、前記第２の容量エネルギ蓄積部（Ｃ２）は、前記第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ４）に接続されており、
前記第３の容量エネルギ蓄積部（Ｃ３）は、前記第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ１）と前記第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ２）の間の接合点、および前記第３の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ３）と前記第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ４）の間の接合点に接続されており、
前記共振キャパシタンス（Ｃ）は、前記第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ２）と前記第３の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ３）の間の接合点に接続されており、前記変圧器（３）の１次巻線（Ｎ１）の第２の接続点（Ｂ）は、前記第２の容量エネルギ蓄積部（Ｃ２）と、前記第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ４）の間の接合点に接続されている、ことを特徴とするコントローラ回路。
【請求項２】
昇圧コントローラ（１）を持ち、出力側で前記昇圧コントローラ（１）の下流に接続された共振コンバータ（２）を持ち、変圧器（３）を持ち、入力側で前記変圧器（３）の２次巻線（Ｎ２）に接続されている整流器（４）を持ち、前記共振コンバータ（２）と、前記変圧器（３）の１次巻線（Ｎ１）とに接続されており、共振キャパシタンス（Ｃ）と第１及び第２の共振インダクタンス（Ｌ１、Ｌ２）とを持つＣＬＬ共振回路（５）を持つ、コントローラ回路において、
前記共振キャパシタンス（Ｃ）は、前記第１の共振インダクタンス（Ｌ１）に直列に接続され、前記第１の共振インダクタンス（Ｌ１）は、前記変圧器（３）の１次巻線（Ｎ１）の第１の接続点（Ａ）に接続され、前記共振キャパシタンス（Ｃ）は、前記共振コンバータ（２）に接続されており、
前記第２の共振インダクタンス（Ｌ２）は、前記共振キャパシタンス（Ｃ）と前記第１の共振インダクタンス（Ｌ１）の間の接合点に接続されており、前記第２の共振インダクタンス（Ｌ２）は、前記変圧器（３）の１次巻線（Ｎ１）の第２の接続点（Ｂ）に接続されており、前記変圧器（３）の１次巻線（Ｎ１）の第２の接続点（Ｂ）は、前記共振コンバータ（２）に接続されており、
前記共振コンバータ（２）は、第１の容量エネルギ蓄積部（Ｃ１）と、前記第１の容量エネルギ蓄積部（Ｃ１）に直列に接続された第２の容量エネルギ蓄積部（Ｃ２）と、直列に接続されている第１、第２、第３及び第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）とを持ち、
前記第１の容量エネルギ蓄積部（Ｃ１）は、前記第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ１）に接続されており、前記第１の容量エネルギ蓄積部（Ｃ１）と前記第２の容量エネルギ蓄積部（Ｃ２）の間の接合点は、前記第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ２）と前記第３の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ３）の間の接合点に接続されており、前記第２の容量エネルギ蓄積部（Ｃ２）は、前記第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ４）に接続されており、
前記共振キャパシタンス（Ｃ）は、前記第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ１）と前記第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ２）の間の接合点に接続されており、前記変圧器（３）の１次巻線（Ｎ１）の第２の接続点（Ｂ）は、前記第３の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ３）と、前記第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ４）の間の接合点に接続されている、ことを特徴とするコントローラ回路。
【請求項３】
前記第２の共振インダクタンス（Ｌ２）が前記変圧器（３）と一体化されていることを特徴とする請求項１または請求項２のコントローラ回路。
【請求項４】
前記第１の共振インダクタンス（Ｌ１）が前記変圧器（３）と一体化されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のコントローラ回路。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の少なくとも２つのコントローラ回路が備えられており、
前記複数のコントローラ回路の昇圧コントローラ（１）が、入力側で互いに並列または直列に接続されていることを特徴とするシステム。
【請求項６】
前記複数のコントローラ回路の整流器（４）が、出力側で互いに並列または直列に接続されていることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のコントローラ回路を作動させる方法であって、前記第１、第２、第３及び第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）が、それぞれの場合において、パルス幅変調で生成される駆動信号によって駆動される方法において、
前記第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ１）のための駆動信号は、前記パルス幅変調の搬送信号に対して同位相であり、
前記第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ２）のための駆動信号は、前記パルス幅変調の搬送信号とは逆位相であり、
前記第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ１）の駆動信号の変調の度合い、および前記第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ２）の駆動信号の変調の度合いは、それぞれの場合において、およそ２５％または７５％の大きさになるように選定され、
前記第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ２）のための相補的駆動信号は、前記第３の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ３）のための駆動信号として選定され、および
前記第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ２）のための相補的駆動信号は、前記第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ４）のための駆動信号として選定される、ことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項２に記載のコントローラ回路を作動させる方法であって、前記第１、第２、第３及び第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）が、それぞれの場合において、パルス幅変調で生成される駆動信号によって駆動される方法において、
前記第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ１）のための駆動信号は、前記パルス幅変調の搬送信号に対して同位相であり、
前記第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ４）のための駆動信号は、前記パルス幅変調の搬送信号とは逆位相であり、
前記第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ１）の駆動信号の変調の度合い、および前記第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ４）の駆動信号の変調の度合いは、それぞれの場合において、およそ２５％または７５％の大きさになるように選定され、
前記第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ１）のための相補的駆動信号は、前記第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ２）のための駆動信号として選定され、および
前記第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ４）のための相補的駆動信号は、前記第３の駆動可能な双方向電力半導体スイッチ（Ｓ３）のための駆動信号として選定される、ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーエレクトロニクスの分野に関する。本発明は、独立請求項のプリアンブルにしたがってコントローラ回路及びそのようなコントローラ回路を有するシステムに基づいている。
【背景技術】
【０００２】
コントローラ回路は、現在、主に産業及びけん引（traction）用途、例えば、鉄道セクターにおける多くの用途で用いられている。第１のＤＣ電圧を第２のＤＣ電圧に変換するコントローラ回路は、例えば、独国特許第１９７５００４１（Ｃ１）号に記載されており、コントローラ回路は、昇圧（step-up）コントローラと、特にハーフブリッジ回路における出力側で昇圧コントローラの下流に接続されたコンバータとを備え、コンバータは、容量エネルギ蓄積部によって形成されたＤＣ電圧回路を有し、出力側でインダクタを介して変圧器の２次側に接続されている。さらに、コントローラ回路は、入力側で、変圧器の２次巻線に接続されている整流器を備える。独国特許第１９７５００４１（Ｃ１）号における昇圧コントローラ及びコンバータは、容量エネルギ蓄積部、インダクタ及び変圧器の漏れインダクタンスが共振同調回路（resonant tuned circuit）を形成するように、すなわち、出力側で、昇圧コントローラが、その入力においてＤＣ電圧をクロッキングすることにより、対応するＡＣ電圧を容量エネルギ蓄積部に印加するように駆動され、その結果、共振同調回路は、共振を実現する。
【０００３】
上述したコントローラ回路に関する問題は、上述した共振同調回路があるにもかかわらず、スイッチング損失が、コンバータの電力半導体スイッチで生じる可能性があり、また、前記スイッチを、特に熱負荷において、高度の負荷にさらす可能性がある。その結果として、電力半導体スイッチは、それに応じて急速に劣化し、電力半導体スイッチの故障率は、コントローラ回路の作動期間に伴って上昇する。その結果、例えば、けん引用途などにおいて本質的である、コントローラ回路の高い可用性は、もはや与えることができない。
【０００４】
米国特許第６，３４４，９７９（Ｂ１）号は、同様に、共振コンバータ、変圧器、入力側で、変圧器の２次巻線に接続されている整流器、および共振コンバータ及び変圧器の１次巻線に接続されているＣＬＬ共振回路であって、共振キャパシタンスと、第１及び第２の共振インダクタンスとを持つＣＬＬ共振回路、を備える、例えば、図４におけるコントローラ回路について記載されている。
【特許文献１】独国特許第１９７５００４１（Ｃ１）号
【特許文献２】米国特許第６，３４４，９７９（Ｂ１）号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の目的は、低スイッチング損失を有し、また、従来技術、特に、独国特許第１９７５００４１（Ｃ１）号及び米国特許第６，３４４，９７９（Ｂ１）号に対して代替的な解決策を提示する、改良されたコントローラ回路について詳細に述べることである。さらに、本発明の目的は、特にシンプルな方法で実現することのできるコントローラ回路を備えるシステムについて詳細に述べることである。これらの目的は、それぞれ、請求項１及び請求項６の特徴の手段によって達成される。本発明の有利な発展は、従属請求項に記載されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によるコントローラ回路は、昇圧コントローラと、共振コンバータと、変圧器と、入力側で、該変圧器の２次巻線に接続されている整流器と、該共振コンバータ及び該変圧器の１次巻線に接続されているＣＬＬ共振回路であって共振キャパシタンスと第１及び第２の共振インダクタンスとを持つＣＬＬ共振回路と、を備える。本発明によれば、該共振キャパシタンスは、該第１の共振インダクタンスと直列に接続され、該第１の共振インダクタンスは、該変圧器の１次巻線の第１の接続点に接続される。さらに、該共振キャパシタンスは、該共振コンバータに接続され、該第２の共振インダクタンスは、該共振キャパシタンスと該第１の共振インダクタンスの間の接合点に接続され、該第２の共振インダクタンスは、該変圧器の１次巻線の第２の接続点に接続され、該変圧器の１次巻線の第２の接続点は、該共振コンバータに接続される。それに応じて、該ＣＬＬ共振回路は、“Ｔ”回路として具体化される。
【０００７】
その共振周波数において発振するように、該共振コンバータによって駆動される該ＣＬＬ共振回路により、好ましくは、該共振コンバータの駆動可能な双方向電力半導体スイッチに用いられる該共振コンバータの駆動可能な双方向電力半導体スイッチの無電流スイッチングオン及びスイッチングオフと共に、無電圧（voltageless fashion）でのスイッチオン及びスイッチオフも可能になる。その結果として、該共振コンバータの駆動可能な双方向電力半導体スイッチのスイッチング損失をさらに低減することができ、および該昇圧コントローラの入力に存在する第１のＤＣ電圧から、該整流器の出力に存在する第２のＤＣ電圧への低損失変換が、有利に可能となる。スイッチング損失の低減の結果として、該駆動可能な双方向電力半導体スイッチの寿命は、それに応じて長くなり、また、該コントローラ回路の故障率は、低く保つことができ、このことは、該コントローラ回路の高い可用性において有利な結果をもたらす。したがって、該コントローラ回路は、従来技術に対して代替的な解決策も追加的に提示する。
【０００８】
本発明による上記システムは、少なくとも２つの上述した本発明によるコントローラ回路を持ち、これらのコントローラ回路の昇圧コントローラは、入力側で互いに並列または直列に接続されている。したがって、該システムは、極めてシンプルに構成されており、該入力側での、該昇圧コントローラの並列接続により、高入力ＤＣ電流が有利に可能となり、それに伴って、増加される電気エネルギを伝達することができる。該入力側での、該昇圧コントローラの直列接続は、高入力ＤＣ電圧を可能にし、それに伴って、大量の電気エネルギの伝達を同様に可能にする。
【０００９】
本発明のこれら及び追加的な目的、効果及び特徴は、図面とともに本発明の好適な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明によるコントローラ回路の第１の実施形態を示す。
【図２】図２は、本発明によるコントローラ回路の第２の実施形態を示す。
【図３】図３は、図１によるコントローラ回路を備える本発明によるシステムの第１の実施形態を示す。
【図４】図４は、図１によるコントローラ回路を備える本発明によるシステムの第２の実施形態を示す。
【図５】図５は、図２によるコントローラ回路を備える本発明によるシステムの第３の実施形態を示す。
【図６】図６は、図２によるコントローラ回路を備える本発明によるシステムの第４の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面で用いられている参照符号及びそれらの意味は、参照符号の一覧にまとめてある。原則として、図面において、同一の部材は、同一の参照符号を備えている。記載されている実施形態は、本発明の内容を例証として表しており、本発明を限定するものではない。
【００１２】
図１及び図２は、それぞれ、本発明によるコントローラ回路の第１及び第２の実施形態を示し、該コントローラ回路は、昇圧コントローラ１と、出力側で昇圧コントローラ１の下流に接続された共振コンバータ２と、変圧器３と、入力側で変圧器３の２次巻線Ｎ２に接続されている整流器４とを備える。昇圧コントローラ１は、図１による実施形態と同様に具体化することができるが、当業者に知られているいずれかの考えられる実施形態においても具体化することができる。整流器４は、図１による実施形態と同様に具体化することができるが、当業者に知られているいずれかの考えられる実施形態においても具体化することができる。さらに、該コントローラ回路は、共振コンバータ２に接続されかつ変圧器３の１次巻線Ｎ１に接続されているＣＬＬ共振回路５を備え、ＣＬＬ共振回路５は、共振キャパシタンスＣと、第１及び第２の共振インダクタンスＬ１、Ｌ２とを持つ。
【００１３】
本発明によれば、共振キャパシタンスＣは、第１の共振インダクタンスＬ１に直列に接続されており、第１の共振インダクタンスＬ１は、変圧器３の１次巻線Ｎ１の第１の接続点Ａに接続され、共振キャパシタンスＣは、共振コンバータ２に接続されている。第２の共振インダクタンスＬ２は、共振キャパシタンスＣと第１の共振インダクタンスＬ１の間の接合点に接続されており、第２の共振インダクタンスＬ２は、変圧器３の１次巻線Ｎ１の第２の接続点Ｂに接続され、変圧器３の１次巻線Ｎ１の第２の接続点Ｂは、共振コンバータ２に接続されている。ＣＬＬ共振回路５は、好ましくは、ＣＬＬ共振回路５が、この共振周波数で発振するように、共振コンバータ２によって駆動される。その結果として、共振コンバータ２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチに好ましく用いられる共振コンバータ２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチの無電流スイッチングオン及びスイッチングオフと共に、無電圧でのスイッチオン及びスイッチオフも可能である。その結果として、共振コンバータ２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチのスイッチング損失をさらに低減することができ、昇圧コントローラ１の入力に存在する第１のＤＣ電圧から、整流器４の出力に存在する第２のＤＣ電圧への低損失変換が、有利に可能となる。スイッチング損失の低減の結果として、該駆動可能な双方向電力半導体スイッチの寿命は、それに応じて長くなり、また、該コントローラ回路の故障率は、低く保つことができ、このことが、該コントローラ回路の高い可用性において有利な結果をもたらす。特に低いスイッチング損失は、該駆動可能な双方向電力半導体スイッチの無電流スイッチングオン及びオフの間に、および該駆動可能な双方向電力半導体スイッチの無電圧スイッチングオン及びオフの間に生じるため、共振コンバータ２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチが、ＣＬＬ共振回路５の共振周波数に対応するスイッチング周波数で動作中に切り替わる場合には特に有利であることが分かっている。該駆動可能な双方向電力半導体スイッチのスイッチング周波数が該共振周波数よりも高い場合には、該コントローラ回路の入力側、すなわち、昇圧コントローラ１の入力側、および該コントローラ回路の出力側、すなわち、整流器４の出力側の両方における、該駆動可能な双方向電力半導体スイッチのスイッチング動作によって生じる発振は、所望の程度まで低く保つことができ、該駆動可能な双方向電力半導体スイッチのスイッチング損失は、この場合、低いままである。
【００１４】
図１によれば、共振コンバータ２は、第１の容量エネルギ蓄積部Ｃ１と、第１の容量エネルギ蓄積部Ｃ１と直列に接続されている第２の容量エネルギ蓄積部Ｃ２と、第３の容量エネルギ蓄積部Ｃ３と、第１、第２、第３及び第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とを持ち、駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、直列に接続されている。第１の容量エネルギ蓄積部Ｃ１は、第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１に接続されており、第２の容量エネルギ蓄積部Ｃ２は、第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ４に接続されている。
【００１５】
また、第３の容量エネルギ蓄積部Ｃ３は、第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１と第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ２の間の接合点と、第３の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ３と第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ４の間の接合点とに接続されている。さらに、共振キャパシタンスＣは、第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ２と第３の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ３の間の接合点に接続されており、変圧器３の１次巻線Ｎ１の第２の接続点Ｂは、第２の容量エネルギ蓄積部Ｃ２と第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ４の間の接合点に接続されている。第３の容量エネルギ蓄積部Ｃ３は、有利には、特に、第１及び第２の容量エネルギ蓄積部Ｃ１、Ｃ２に渡って（across）存在する電圧の半分に相当する、駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４における電圧の安定化をもたらす。
【００１６】
該方法において、図１によるコントローラ回路の場合、第１、第２、第３及び第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、それぞれ駆動信号によって駆動され、該駆動信号は、パルス幅変調で生成される。駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のスイッチング周波数は、該駆動信号によって決まる。前述した効果を達成するために、第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１のための駆動信号は、パルス幅変調の搬送信号と同位相（in phase with）である。これとは対照的に、第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ２のための駆動信号は、パルス幅変調の搬送信号とは逆位相（in antiphase with）である。特に有利には、第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１の駆動信号の変調の度合い及び第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ２の変調の度合いは、それぞれの場合において、およそ２５％または７５％の大きさになるように選定される。これにより、第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ２のための相補的駆動信号は、第３の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ３のための駆動信号として選定され、第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ２のための相補的駆動信号は、第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ４のための駆動信号として選定される。
【００１７】
図２によれば、共振コンバータ２は、第１の容量エネルギ蓄積部Ｃ１と、第１の容量エネルギ蓄積部Ｃ１と直列に接続されている第２の容量エネルギ蓄積部Ｃ２と、第１、第２、第３及び第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とを持ち、駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、直列に接続されている。第１の容量エネルギ蓄積部Ｃ１は、第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１に接続されており、第１の容量エネルギ蓄積部Ｃ１と第２の容量エネルギ蓄積部Ｃ２の間の接合点は、第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ２と、第３の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ３の間の接合点に接続され、第２の容量エネルギ蓄積部Ｃ２は、第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ４に接続されている。さらに、共振キャパシタンスＣは、第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１と、第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ２の間の接合点に接続されており、変圧器３の１次巻線Ｎ１の第２の接続点Ｂは、第３の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ３と、第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ４の間の接合点に接続されている。
【００１８】
該方法において、図２によるコントローラ回路の場合、第１、第２、第３及び第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、それぞれ駆動信号によって駆動され、該駆動信号は、パルス幅変調で生成される。前述した効果を達成するために、第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１のための駆動信号は、パルス幅変調の搬送信号と同位相である。これとは対照的に、第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ４のための駆動信号は、パルス幅変調の搬送信号とは逆位相である。特に有利には、第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１の駆動信号の変調の度合い及び第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ４の駆動信号の変調の度合いは、それぞれの場合においておよそ２５％または７５％の大きさになるように選定される。第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１のための相補的駆動信号は、第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ２のための駆動信号として選定され、第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ４のための相補的駆動信号は、第３の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ３のための駆動信号として選定される。
【００１９】
第２の共振インダクタンスＬ２は、一般に、変圧器３に一体化されることが考えられる。しかし、第１の共振インダクタンスＬ１は、一般に、変圧器３に追加的にまたは単独で一体化されることも考えられる。これらの方策の結果として、スペースを省くことができ、また、該コントローラ回路の製造、特に実装が単純化される。
【００２０】
好ましくは、第１、第２、第３及び第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、それぞれ、並列に接続された関連付けられたダイオードを持つ、駆動電極を介して整流される一体化サイリスタ（IGCT−Integrated Gate-Commutated Thyristor）として具体化される。このようなサイリスタは、主に高電圧における、特に過電圧における、高ローバスト性と共に、特に低いアクティブ電力損失を持つ。しかし、図１〜図６による実施形態に示すように、第１、第２、第３及び第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が、それぞれ、並列に接続された関連付けられたダイオードを持つ、絶縁されて配置された駆動電極を持つバイポーラトランジスタ（IGBT−Insulated Gate Bipolar Transistor）として具体化されることも考えられる。このようなトランジスタは、高スイッチング周波数により、およびそれに伴って電流及び電圧の小さな発振により区別される。
【００２１】
本発明によるシステムは、一般に、本発明による上述したコントローラ回路のうちの少なくとも２つを持ち、該コントローラ回路の昇圧コントローラ１は、入力側で互いに並列または直列に接続されている。したがって、該システムは、極めてシンプルに構成されており、入力側での昇圧コントローラ１の並列接続により、高インプットＤＣ電流が有利にすることが可能であり、それに伴って、増加された電気エネルギを伝達することができる。入力側での昇圧コントローラ１の直列接続は、高インプットＤＣ電圧を可能にし、それに伴って、大量の電気エネルギの伝達も可能にする。さらに、本発明による該システムにおいては、一般に、該コントローラ回路の整流器４を、出力側で互いに並列または直列に接続することが可能である。該出力側での整流器４の並列接続により、高アウトプットＤＣ電流が有利に可能となる。また、出力側での整流器４の直列接続は、高アウトプットＤＣ電圧を可能にする。図３は、２つの図１によるコントローラ回路を備え、昇圧コントローラ１が入力側で直列に接続され、整流器４が出力側で並列に接続されている、本発明によるシステムの第１の実施形態を一例として示す。図４は、２つの図１によるコントローラ回路を備え、昇圧コントローラ１が、入力側で並列に接続され、整流器４が、出力側で並列に接続されている、本発明による該システムの第２の実施形態を一例として示す。図５は、２つの図２によるコントローラ回路を備え、昇圧コントローラ１が入力側で直列に接続され、整流器４が出力側で並列に接続されている、本発明による該システムの第３の実施形態を示す。図６は、２つの図２によるコントローラ回路を備え、昇圧コントローラ１が、入力側で並列に接続され、整流器４が、出力側で並列に接続されている、本発明による該システムの第４の実施形態を示す。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
昇圧コントローラ１を持ち、出力側で前記昇圧コントローラ１の下流に接続された共振コンバータ２を持ち、変圧器３を持ち、入力側で前記変圧器３の２次巻線Ｎ２に接続されている整流器４を持ち、前記共振コンバータ２と、前記変圧器３の１次巻線Ｎ１とに接続されており、共振キャパシタンスＣと第１及び第２の共振インダクタンスＬ１、Ｌ２とを持つＣＬＬ共振回路５を持つ、コントローラ回路において、
前記共振キャパシタンスＣは、前記第１の共振インダクタンスＬ１に直列に接続され、前記第１の共振インダクタンスＬ１は、前記変圧器３の１次巻線Ｎ１の第１の接続点Ａに接続され、前記共振キャパシタンスＣは、前記共振コンバータ２に接続されており、および
前記第２の共振インダクタンスＬ２は、前記共振キャパシタンスＣと前記第１の共振インダクタンスＬ１の間の接合点に接続されており、前記第２の共振インダクタンスＬ２は、前記変圧器３の１次巻線Ｎ１の第２の接続点Ｂに接続されており、前記変圧器３の１次巻線Ｎ１の第２の接続点Ｂは、前記共振コンバータ２に接続されている、ことを特徴とするコントローラ回路。
［２］
前記共振コンバータ２は、第１の容量エネルギ蓄積部Ｃ１と、前記第１の容量エネルギ蓄積部Ｃ１に直列に接続されている第２の容量エネルギ蓄積部Ｃ２と、第３の容量エネルギ蓄積部Ｃ３と、直列に接続されている第１、第２、第３及び第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とを持ち、
前記第１の容量エネルギ蓄積部Ｃ１は、前記第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１に接続されており、前記第２の容量エネルギ蓄積部Ｃ２は、前記第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ４に接続されており、
前記第３の容量エネルギ蓄積部Ｃ３は、前記第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１と前記第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ２の間の接合点、および前記第３の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ３と前記第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ４の間の接合点に接続されており、
前記共振キャパシタンスＣは、前記第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ２と前記第３の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ３の間の接合点に接続されており、前記変圧器３の１次巻線Ｎ１の第２の接続点Ｂは、前記第２の容量エネルギ蓄積部Ｃ２と、前記第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ４の間の接合点に接続されている、ことを特徴とする［１］のコントローラ回路。
［３］
前記共振コンバータ２は、第１の容量エネルギ蓄積部Ｃ１と、前記第１の容量エネルギ蓄積部Ｃ１に直列に接続された第２の容量エネルギ蓄積部Ｃ２と、直列に接続されている第１、第２、第３及び第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とを持ち、
前記第１の容量エネルギ蓄積部Ｃ１は、前記第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１に接続されており、前記第１の容量エネルギ蓄積部Ｃ１と前記第２の容量エネルギ蓄積部Ｃ２の間の接合点は、前記第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ２と前記第３の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ３の間の接合点に接続されており、前記第２の容量エネルギ蓄積部Ｃ２は、前記第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ４に接続されており、
前記共振キャパシタンスＣは、前記第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１と前記第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ２の間の接合点に接続されており、前記変圧器３の１次巻線Ｎ１の第２の接続点Ｂは、前記第３の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ３と、前記第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ４の間の接合点に接続されている、ことを特徴とする［１］のコントローラ回路。
［４］
前記第２の共振インダクタンスＬ２が前記変圧器３と一体化されていることを特徴とする［１］〜［３］のいずれかのコントローラ回路。
［５］
前記第１の共振インダクタンスＬ１が前記変圧器３と一体化されていることを特徴とする［１］〜［４］のいずれかのコントローラ回路。
［６］
［１］〜［５］のいずれかの少なくとも２つのコントローラ回路が備えられており、
前記複数のコントローラ回路の昇圧コントローラ１が、入力側で互いに並列または直列に接続されていることを特徴とするシステム。
［７］
前記複数のコントローラ回路の整流器４が、出力側で互いに並列または直列に接続されている［６］のシステム。
［８］
［２］のコントローラ回路を作動させる方法であって、前記第１、第２、第３及び第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が、それぞれの場合において、パルス幅変調で生成される駆動信号によって駆動される方法において、
前記第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１のための駆動信号は、前記パルス幅変調の搬送信号に対して同位相であり、
前記第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ２のための駆動信号は、前記パルス幅変調の搬送信号とは逆位相であり、
前記第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１の駆動信号の変調の度合い、および前記第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ２の駆動信号の変調の度合いは、それぞれの場合において、およそ２５％または７５％の大きさになるように選定され、
前記第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ２のための相補的駆動信号は、前記第３の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ３のための駆動信号として選定され、および
前記第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ２のための相補的駆動信号は、前記第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ４のための駆動信号として選定される、ことを特徴とする方法。
［９］
［３］のコントローラ回路を作動させる方法であって、前記第１、第２、第３及び第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が、それぞれの場合において、パルス幅変調で生成される駆動信号によって駆動される方法において、
前記第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１のための駆動信号は、前記パルス幅変調の搬送信号に対して同位相であり、
前記第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ４のための駆動信号は、前記パルス幅変調の搬送信号とは逆位相であり、
前記第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１の駆動信号の変調の度合い、および前記第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ４の駆動信号の変調の度合いは、それぞれの場合において、およそ２５％または７５％の大きさになるように選定され、
前記第１の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ１のための相補的駆動信号は、前記第２の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ２のための駆動信号として選定され、および
前記第４の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ４のための相補的駆動信号は、前記第３の駆動可能な双方向電力半導体スイッチＳ３のための駆動信号として選定される、ことを特徴とする方法。
【符号の説明】
【００２２】
１…昇圧コントローラ、２…共振コンバータ、３…変圧器、４…整流器、５…ＣＬＬ共振回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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