(57)【要約】【課題】コンバータ回路の出力電圧が許容可能な動作範囲内になく、かつ、動作周波数が最大所定周波数を超えている時でも、出力電圧を許容可能な動作範囲内の値に調整する。【解決手段】第１の波形と、第１の波形に対し位相シフトした第２の波形とを形成する共振フィルタと、当該共振フィルタに連結されたインバータとを備えたコンバータ回路において、出力電圧を調整する必要があり、かつ、動作周波数が最大周波数よりも高い時、第１の波形と第２の波形との位相シフトを調整して出力電圧を所望の値に調整する。【選択図】図２Ｂ
2016063745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振フィルタを備えたＬＬＣ共振コンバータ回路の動作方法であって、
前記ＬＬＣ共振コンバータ回路は、動作周波数で動作し、かつ、インバータを備え、
前記インバータは前記共振フィルタに連結され、第１の波形と、第１の波形に対し位相シフトした第２の波形とを形成し、
前記方法は、
前記ＬＬＣ共振コンバータ回路の出力電圧を受信し、
受信した前記出力電圧を分析して、前記受信した出力電圧が許容可能な動作範囲内にあるかどうかを判定し、
前記出力電圧が前記許容可能な動作範囲内になく、かつ、前記動作周波数が最大所定周波数よりも低い時、前記ＬＬＣ共振コンバータ回路の前記動作周波数を調整し、前記調整は、前記出力電圧を前記許容可能な動作範囲内にある値に変更するのに効果的であり、
前記出力電圧が前記許容可能な動作範囲内になく、かつ、前記動作周波数が前記最大所定周波数よりも高い時、前記ＬＬＣ共振コンバータ回路における位相シフトを調整して、前記出力電圧を前記許容可能な動作範囲内に在る値に調整する、
ことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記第１の波形および前記第２の波形は、複数のペアのトランジスタの作動によって生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記２つの波形の前記重なりは、約１８０度である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記２つの波形の前記重なりは、約１８０度から１８０度よりも実質的に小さい値にシフトされる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記出力電圧は、約１２ボルトであることが望まれる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記出力電圧は、車両の付属品に電力を供給するために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記電圧は、約１２ボルトに降圧変換される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
共振フィルタを備えたＬＬＣ共振コンバータ回路を制御する装置であって、
前記ＬＬＣ共振コンバータ回路は、動作周波数で動作し、かつ、インバータを備え、
前記インバータは前記共振フィルタに連結され、第１の波形と、第１の波形に対し位相シフトした第２の波形とを形成する、ＬＬＣ共振コンバータ回路を制御する装置において、
インターフェースおよびプロセッサデバイスを備え、
前記インターフェースは入力と出力とを有し、前記入力は、前記ＬＬＣ共振コンバータ回路への入力電圧と、前記ＬＬＣ共振コンバータ回路の出力電圧と、負荷範囲とを受信するように構成されており、
前記プロセッサデバイスは、前記インターフェースに連結され、
前記制御部は、動作の最大周波数に基づき動作するように構成され、
前記出力電圧を調整する必要があり、かつ、前記動作周波数が前記最大周波数よりも低い時、前記インターフェースの前記出力を介して前記動作周波数を調整して前記出力電圧を所望の値に調整し、
前記出力電圧を調整する必要があり、かつ、前記動作周波数が前記最大周波数よりも高い時、前記インターフェースの前記出力を介して、前記ＬＬＣ共振コンバータ回路における前記位相シフトを調整して前記出力電圧を所望の値に調整する
ことを特徴とする、ＬＬＣ共振コンバータ回路を制御する装置。
【請求項９】
前記第１の波形および前記第２の波形は、複数のペアのトランジスタの作動によって生成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記２つの波形の前記重なりは、約１８０度である、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記２つの波形の前記重なりは、約１８０度から１８０度よりも実質的に小さい値にシフトされる、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記出力電圧は、約１２ボルトであることが望まれる、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記出力電圧は、車両の付属品に電力を供給するために使用される、請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
前記電圧は、約１２ボルトに降圧変換される、請求項８に記載の装置。
【請求項１５】
合計されて第３の波形になる、第１の波形と第２の波形とを生成するインバータ回路と、
前記インバータ回路に連結され、前記第３の波形を受け入れて、前記第３の波形を正弦波形に変換する共振フィルタと、
前記正弦波形を第１の電圧から第２の電圧に変換する絶縁変圧器と、
前記インバータ回路に連結された制御部と、
前記絶縁変圧器に連結された整流器および出力回路と、
を備えた、ＬＬＣ共振コンバータ回路であって、
前記インバータは、前記制御部によって動作周波数で動かされ、かつ、前記制御部は、前記第１の波形が前記第２の波形に対して位相シフトを有するように動作させ、
前記制御部は、前記出力回路に連結されており、かつ、前記制御部は、動作の最大周波数に基づき動作するように構成され、
前記出力電圧を調整する必要があり、かつ、前記動作周波数が前記最大周波数よりも低い時、前記インバータ回路の動作の前記動作周波数を調整して前記出力電圧を所望の値に調整し、
前記出力電圧を調整する必要があり、かつ、前記動作周波数が前記最大周波数よりも高い時、前記第１の波形と前記第２の波形との前記位相シフトを調整して前記出力電圧を所望の値に調整する、
ことを特徴とする、ＬＬＣ共振コンバータ回路。
【請求項１６】
前記第１の波形および前記第２の波形は、複数のペアのトランジスタの作動によって生成される、請求項１５に記載の回路。
【請求項１７】
前記２つの波形の前記重なりは、約１８０度である、請求項１５に記載の回路。
【請求項１８】
前記２つの波形の前記重なりは、約１８０度から１８０度よりも実質的に小さい値にシフトされる、請求項１５に記載の回路。
【請求項１９】
前記出力電圧は、約１２ボルトであることが望まれる、請求項１５に記載の回路。
【請求項２０】
前記出力電圧は、車両の付属品に電力を供給するために使用される、請求項１５に記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、電気変換システムに関し、より具体的には、ＬＣコンバータとＬＣＣコンバータとの他の形態を含む、ＬＬＣ共振変換システムとアプローチとに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池は、様々な種類のシステムに電力を供給するために使用される。たとえば、１つまたは複数の電池が、電気自動車（ＥＶ）またはハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）において使用され、またはそれらに関連する電気システムなどの電気システムに電力を供給するために使用することができる。これらのシステムで使用される電池を、１５０〜４００ボルトの範囲の電圧を有する、電池のパックとして構成することができる。
【０００３】
しかしながら、車両で使用される付属品は、通常、１５０〜４００ボルトよりも大幅に低い電圧を必要とする。したがって、車両は、電池の電圧を１５０〜４００ボルトからより低い値に下げる変換装置を有さなければならない。そのような変換デバイスの一例はＤＣ−ＤＣコンバータである。いくつかの実施例では、ＤＣ−ＤＣコンバータは、電圧を１５０〜４００ボルトの範囲から１２ボルトの値の範囲（１０〜１６Ｖ）に下げる。
【０００４】
ＤＣ−ＤＣコンバータの一例はＬＬＣ共振コンバータである。通常、ＬＬＣ共振コンバータは、変圧器に連結する、２つの誘導子と１つのコンデンサとを活用する。誘導子のうちの１つ（Ｌｍ）を、磁化インダクタンスとして変圧器に一体化することができる。ＬＬＣ共振コンバータは、入力電圧（たとえば、２００ボルト）を、車両の付属品によって使用され得る電圧値（たとえば、１２ボルト）に変換する。
【０００５】
ＤＣ−ＤＣコンバータは電圧を変換するために使用されるが、それらにはいくつかの動作的な限界と課題とがある。たとえば、電池の電圧は時間と共に変化するが、付属品が機能することができるように、同じ出力電圧を維持することが望まれている。出力電圧を温度と付属品の動作とにより制御する必要がある。デバイスは、また、低コストで効率的である必要があり、そうでなければ、車両を購入することおよび／または動作させることが非常に高コストになる。
【０００６】
これらの制約を克服する以前のアプローチには、一般に様々な欠点があった。ＬＬＣコンバータの典型的な動作は、負荷および／または入力電圧の変化に応じて、スイッチング周波数を変化させることである。周波数だけで、入力電圧の範囲を最小値から最大値までに制限する。１２Ｖで負荷電流が少なくなるにつれて、出力電圧は上昇する傾向にある。これを補うために、周波数を増加させて電圧を修正しなければならない。この種のコンバータでは、周波数は、通常のスイッチング周波数の何倍にも増加しなければならない。この増加させた周波数は、スイッチングＦＥＴと出力ダイオードとのスイッチング損失と、効率損失とを増加させる。
【０００７】
低負荷状態に対する別の以前のアプローチは、サイクルをスキップすることである。つまり、最小スイッチング損失を有する最大周波数を適用し、その周波数をスイッチング周波数よりも遅い速度でオンオフして出力電圧を調整することである。負荷が減るにつれて、スキップサイクルにより、出力電圧にリップルが生じ、コンバータからの可聴ノイズの可能性も生じる。スキップサイクル方法でも入力電圧範囲に制限がある。
【０００８】
別の以前のアプローチは、最低限の抵抗負荷をコンバータに加えることにより、望ましくない状態を作り出さない。この追加の負荷抵抗は、コンバータの効率を下げ、望ましくない。これらの設計されたＬＬＣコンバータのほとんどは、入力電圧範囲と負荷範囲とにおいて制限されている。
【発明の概要】
【０００９】
本開示のより完全な理解のために、以下の詳細な説明と添付図面とを参照すべきである。
【００１０】
当業者は、図中の要素が単純さと明確さとのために描かれていることを理解する。特定の動作および／またはステップを、特定の発生順序で説明し、または描いているが、当業者が、順序に関するそのような特定性を実際には必要としないということを理解する、ということがさらに理解される。本明細書で使用する用語および表現が、特定の意味を本明細書で別に明記しない限り、それらの対応する探求と研究との各エリアに関する用語と表現とに一致する通常の意味を有するということも理解される。
【００１１】
本明細書で説明するアプローチでは、ＬＬＣ共振コンバータ回路は、広範囲の電圧と負荷とにおいて動作し、また広範囲の周波数においても動作する。提供するアプローチでは、ＬＬＣ共振コンバータ回路への入力電圧および／または負荷は変化することがあるが、出力電圧は、およそ一定の値（たとえば、１２ボルト）に維持される。結果として、ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力において提供される電圧値を活用する車両部品には、常に、動作するのに十分な高さの電圧が供給される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一態様では、ＬＬＣ共振コンバータ回路は２つの動作モードで動作する。可変周波数制御モード（第１の動作モード）では、制御部は出力電圧（と潜在的に入力電圧や負荷電流などの他のパラメータとを）を受信する。回路は、特定のＱ値において動作し、Ｑ値は、所与の負荷に対する回路の共振最大ゲインを示している。ＬＬＣ共振コンバータ変換回路の動作の周波数の変化は、ＬＬＣ共振コンバータ回路のゲインを変化させ、この変化が、今度は、ＬＬＣ共振コンバータ回路の出力電圧を変化させる。言い換えれば、ＬＬＣ共振コンバータ回路の動作の周波数を調整することによって、ＬＬＣ共振コンバータ回路の入力電圧が変化した時、ＬＬＣ共振コンバータ回路の出力電圧を変えるまたは修正することができる。
【００１３】
第２の動作モードでは、ＬＬＣ共振コンバータ回路において、固定周波数位相シフトパルス幅変調を実行する。動作期間において、システムは、所定の最大周波数値を超え、かつ所定の最小ゲイン値を超えて動作する。この最大周波数動作点で得ることができる電圧よりも低い出力電圧を得ることが望まれる。これを達成するために、本明細書で提供する回路は、トランジスタのペアを有するトランジスタブリッジを活用する。制御部は、入力ブリッジトランジスタの作動を調整して、合計されてブリッジ出力信号となる、ブリッジによって生成される２つの個別の信号の重なりを変更する。２つの個別の信号の重なりの量は、２つの個別の信号の間の位相差の大きさである。本アプローチは、入力電圧が変化した時でさえ、信号間の重なりの量に基づいて、出力電圧を高くまたは低くのいずれかに調整することを可能にする。この第２の動作モードでは、ＬＬＣ共振コンバータ回路の動作の周波数が変化していないことが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の様々な実施形態による、出力電圧を維持するシステムのブロック図である。
【図２Ａ】本発明の様々な実施形態による、出力電圧を維持するように動作する回路の回路図である。
【図２Ｂ】図２Ａの回路の動作の態様を示す波形図の一例である。
【図３】本発明の様々な実施形態による、出力電圧を維持するためのアプローチのフローチャートである。
【図４】本発明の様々な実施形態による、出力電圧を維持する装置のブロック図である。
【図５】本発明の様々な実施形態による、本アプローチの動作の様々な態様を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
ここで図１を参照して、全体的なシステム１００の一例を説明する。システム１００は、モータ／高電圧電池ブロック１０２と、（以下で説明する）コンバータブロック１０４と、低電圧電池１０６と、負荷１０８とを含む。
【００１６】
モータ／高電圧電池ブロック１０２は、特定の直流電圧を出力する電池を含む。一例では、電池ブロックは、１５０〜４００Ｖの範囲の直流電圧を出力する電池のパックである。他の例の電圧も使用することができる。本明細書では本アプローチを車両内で使用されるものとして説明しているが、これらのアプローチを、他の環境で、または他の種類のアプリケーションに関して展開することができる、ということもまた理解される。
【００１７】
（以下に説明する）コンバータブロック１０４は、電圧をある直流値から別の値に変換するＬＬＣコンバータ回路である。一例では、コンバータブロック１０４は、電圧を、約２００ボルトから約１２ボルトに下げる。他の値も可能である。
【００１８】
図１の例示システムでは、電池１０６は低電圧電池であり、一例では、１２ボルトの電圧を負荷１０８に提供することができる。他の電圧も可能である。コンバータブロック１０４は、電池１０６を充電する。
【００１９】
負荷１０８は、電源に電池１０６を使用する部品であることができる。一例では、負荷は、少し例を挙げるだけでも、ワイパー、車載ラジオ、車両のライト、または車両の音響システムなどの、１つまたは複数の車両用部品であることができる。他の例も可能である。
【００２０】
図１のシステムの動作の別の例では、ＬＬＣ共振コンバータ回路の出力電圧は受信される。受信された出力電圧を分析して、受信された出力電圧が許容可能な動作範囲内にあるかどうかを判断する。出力電圧が許容可能な動作範囲内になく、動作周波数が最大所定周波数より低い時、コンバータブロック１０４のＬＬＣ共振コンバータ回路の動作周波数を調整する。動作周波数の調整は、出力電圧を許容可能な動作範囲内にある値に変更するのに効果的である。
【００２１】
出力電圧が許容可能な動作範囲内になく、動作周波数が最大所定周波数を超えている時、コンバータブロックのＬＬＣ共振コンバータ回路における位相シフトを調整する。この調整は、出力電圧を許容可能な動作範囲内の値に変更するのに効果的である。
【００２２】
ここで図２Ａを参照すると、システム２００は、高電圧電池２０２と、インバータ２０３と、ＬＣ共振フィルタ２０６と、絶縁変圧器２０８と、整流器２１０と、出力コンデンサ２１２と、低電圧電池２１４と、制御部２１６とを含む。低電圧電池２１４は、回路の出力において付属品に連結する。
【００２３】
高電圧電池２０２は、特定の電圧を出力する電池を含む。インバータ２０２は、第１のトランジスタ２２０と、第２のトランジスタ２２２と、第３のトランジスタ２２４と、第４のトランジスタ２２６とを含む。一例では、トランジスタ２２０、トランジスタ２２２、トランジスタ２２４、およびトランジスタ２２６は、ＭＯＳＦＥＴである。制御部２１６は、トランジスタ２２０とトランジスタ２２２とトランジスタ２２４とトランジスタ２２６の動作（オンおよびオフ）を制御する。
【００２４】
ＬＣ共振フィルタ２０６は、第１の誘導子２３０と、第２の誘導子２３２と、コンデンサ２３４とを含む。誘導子２３２を除去し、変圧器２０８のコイル２４０の磁化インダクタンスで置き換えることもできる。絶縁変圧器２０８は、第１の巻き線２４０と第２の巻き線２４２とを含む。電圧は、第１の値から第２の値に、巻き線２４０から巻き線２４２の間で変換される。
【００２５】
整流器２１０は、第１のダイオード２５０と第２のダイオード２５２とを含む。整流器は、変圧器２０８から受信した電圧と電流波形とに対して整流機能を実行する。出力コンデンサ２１２は、低電圧電池２１４によって使用されるエネルギーを貯蔵する。
【００２６】
制御部２１６は、トランジスタ２２０とトランジスタ２２２とトランジスタ２２４とトランジスタ２２６との停止を制御する。高電圧直流信号２８０が電池によって供給される。第１の信号２８１および第２の信号２８２が、インバータによって、制御部２１６の制御の下でトランジスタ２２０とトランジスタ２２２とトランジスタ２２４とトランジスタ２２６との選択的な作動によって生成される。信号２８１および信号２８２は信号２８３に合計され、信号２８３は、パルス幅変調（ＰＷＭ）交流（ＡＣ）である。重なりの度合い（位相差）は、信号を互いに調整することによって調整される。ＬＣ共振フィルタ２０６は、信号２８１を正弦波電流２８４に変換し、正弦波電流２８４は、絶縁変圧器２０８と整流器２１０とによって変換され、電流波形２８６に整流される。
【００２７】
図２Ａの回路の動作の一例では、回路を２つのモードで動作させる。第１のモードは可変周波数制御モードである。このモードでは、制御部２１６が出力電圧２８５を受信する。制御部は、入力電圧２８０や負荷電流などの他の入力を受信することができる。回路は、特定のＱ値曲線に従って動作している。制御部２１６は、動作の周波数（つまり、どのくらいの周波数で、またはどのくらいの早さで、トランジスタ２２０とトランジスタ２２２とトランジスタ２２４とトランジスタ２２６とを作動し、停止するか）を変更することができ、これがＤＣ−ＤＣ回路のゲインを変化させ、これが回路の出力電圧を変化させる。言い換えれば、制御部は、トランジスタ２２０とトランジスタ２２２とトランジスタ２２４とトランジスタ２２６との活動を調整することによって、周波数を調整することによって回路の動作をＱ線に沿って移動させ、これが出力電圧を調整する。結果として、この動作では、入力電圧が低下したとしても出力電圧は維持される。
【００２８】
第２のモードでは、固定周波数位相シフトパルス幅変調が実行される。動作は、所定の最大周波数値を超え、かつ所定の最小ゲイン値より下である。出力電力を、入力電圧が変化した時でもおよそ同じレベルに維持することが望まれる。この場合、制御部２１６は、入力ブリッジトランジスタ２２０と入力ブリッジトランジスタ２２２と入力ブリッジトランジスタ２２４と入力ブリッジトランジスタ２２６との作動を調整して、信号２８１と信号２８２との間の重なりを調整する。
【００２９】
ここで図２Ａと図２Ｂの両方を参照すると、信号２８１は、図２Ｂにおいて点Ａで示される、トランジスタ２２０とトランジスタ２２２との接続点の出力である。信号２８２は、図２Ｂにおいて点Ｂで示される、トランジスタ２２４とトランジスタ２２６との接続点の出力である。点Ａおよび点Ｂは、特定の周波数の方形波である。第１のモードでは、これらの方形波の周波数を調整して電圧を制御する。点Ａおよび点Ｂの方形波は、重なっておらず、互いに１８０度位相がずれている。入力電圧が上昇するにつれて、および／または負荷電流が減少するにつれてのいずれかで、ＬＬＣゲインを減少させて、出力電圧を要求レベルに制限する必要がある。周波数の増加はゲインを減少させるが、周波数が実質的な最大限度に達した時、動作モードは位相をシフトさせた第２のモードに切り替わる。点Ａと点Ｂとの間の位相関係は、２１６によって重なるように変更され、位相の不一致の関係を１８０度よりも小さく減少させる。重なりが増加すると、コンバータのゲインが減少する。信号のこの調整は、出力電圧を調整して高くするまたは低くするかのいずれかを可能にする。図２Ｂに示す通り、（図２Ｂの左側に示す）１００％の重なりは、０ボルトの出力電圧をＬＬＣ共振フィルタに生成し、一方、５０％の重なりは、図２Ｂの右側に示す波形を生成する。
【００３０】
第１の実施例では、トランジスタ２２０とトランジスタ２２２とトランジスタ２２４とトランジスタ２２６とを、信号２８１と信号２８２とが１８０度位相がずれるように動作させる。言い換えると、信号２１８と信号２８２との間には重なりがない。信号２８１および信号２８２は合計されて、波形２８３を作り出す。その後、制御部２１６が、トランジスタ２２０とトランジスタ２２２とトランジスタ２２４とトランジスタ２２６との作動を調整する。これは、信号２８１と信号２８２とを重ならせる。信号２８０および信号２８１は再び合計されて、波形２８３の修正版を生成する。信号２８１と信号２８２との重なりの量が増加するにつれて、出力電圧が低下する。信号２８１と信号２８２との間の重なりの量が減少するにつれて、図２Ａの回路の出力電圧が上昇する。このようにして、図２Ａの回路の出力における電圧を、回路の動作の周波数（たとえば、どれくらいの周波数で、またはどれだけ早く、トランジスタ２２０とトランジスタ２２２とトランジスタ２２４とトランジスタ２２６とを作動させるか）を調整することなしに制御することができる。
【００３１】
様々な重なりの割合が可能である。（上記と本明細書の他の箇所で説明する）可変周波数制御モードでは、信号の重なりは０％である。
【００３２】
ここで図３を参照して、ＬＬＣ共振コンバータ回路を動作させるアプローチを説明し、一例では、図２に示した回路を使用する。ＬＬＣ共振コンバータ回路は共振フィルタを含む。ＬＬＣ共振コンバータ回路は、動作周波数で動作させられ、第１の波形と第２の波形とを生成する、共振フィルタに連結されたインバータを有する。第１の波形は、第２の波形に対して位相シフトしている。
【００３３】
ステップ３０２では、ＬＬＣ共振コンバータ回路の出力電圧が受信される。ステップ３０４では、受信された出力電圧を分析して、受信された出力電圧が許容可能な動作範囲内にあるかどうかを判断する。
【００３４】
ステップ３０６では、出力電圧が許容可能な動作範囲内になく、動作周波数が最大所定周波数より低い時、ＬＬＣ共振コンバータ回路の動作周波数を調整する。動作周波数の調整は、出力電圧を許容可能な動作範囲内の値に変更するのに効果的である。
【００３５】
ステップ３０８では、出力電圧が許容可能な動作範囲内になく、動作周波数が最大所定周波数よりも高い時、ＬＬＣ共振コンバータ回路における位相シフトを変化させて、出力電圧を許容可能な動作範囲内の値に調整する。結果として、出力電圧が、これらの後の条件を用いて動作の周波数を調整することなしに変更される。このプロセスの最後で、ループは再び開始して３０２に移る。出力電流および入力電圧も監視される。入力電圧が低すぎる場合、コンバータは、動作を停止するか、所望の出力電圧を維持するのに十分なゲインを供給しない最小動作周波数で動作するかのいずれかを行うことができる。出力電流が所定のレベルを超えた場合、第２のモードの位相シフトまたはモードの周波数を調整して、電圧の代わりに一定の電流を維持する。説明した電流故障状態は、出力の過負荷、または短絡によって引き起こされ得る。電流故障状態が所定の期間よりも長く存在する場合、制御部（たとえば、図２Ａの制御部２１６）は、予めプログラムされたアルゴリズムに応じて、コンバータを停止させ、または故障電流を小さくすることができる。
【００３６】
ここで図４を参照すると、本アプローチを実装する装置４００は、インターフェース４０２とプロセッサドライブ４０４とを含む。装置４００は、ＬＬＣ共振コンバータ回路を制御する。コンバータ回路４００は共振フィルタを含み、ＬＬＣ共振コンバータ回路は、動作周波数において動かされ、第１の波形と第２の波形とを生成する、共振フィルタに連結されたインバータを含んでおり、第１の波形は、第２の波形に対して位相シフトしている。
【００３７】
インターフェース４０２は、入力４０６と出力４０８とを有する。入力４０６は、ＬＬＣ共振コンバータ回路の入力電圧を受信するように構成されている。回路の出力電圧や負荷印加中の電流などの他の入力を受信することができる。
【００３８】
プロセッサデバイス４０４は、インターフェース４０２に連結されている。制御部４０２は、ＬＬＣ共振コンバータ回路を動作させる動作の最大周波数を用いて構成されている。出力電圧を調整する必要があり、動作周波数が最大周波数よりも低い時、動作周波数をインターフェース４０２の出力４０８を介して調整して、出力電圧を所望の値に調整する。出力電圧を調整する必要があり、動作周波数が最大周波数よりも高い時、ＬＬＣ共振コンバータ回路における位相シフトをインターフェース４０２の出力４０８を介して調整して、出力電圧を所望の値に調整する。
【００３９】
ここで図５を参照して、本アプローチの動作の一例を説明する。図５に示す通り、ｘ軸はゲインである。ｙ軸は正規化周波数である。最大ゲイン５０２を、ｎ＊Ｖｏ＿ｍａｘ／（Ｖｉｎ＿ｍｉｎ／２）に設定することができ、式中、ｎは整数、Ｖｏ＿ｍａｘは最大出力電圧、Ｖｉｎ＿ｍｉｎは最小入力電圧である。
【００４０】
最小ゲイン５０４をｎ＊Ｖｏ＿ｍｉｎ／（Ｖｉｎ＿ｍａｘ／２）に設定することができ、式中、ｎは整数、Ｖｏ＿ｍｉｎは最小出力電圧、Ｖｉｎ＿ｍａｘは最大入力電圧である。動作曲線５０６、動作曲線５０８、および動作曲線５１０は、異なるｑ値を表している。曲線上の異なる点、ａ０、ａ１、ａ２、ａ３、およびａ４は、変更する必要があるかもしれない、或いは、変更する必要がないかもしれない動作点を表している。当該システムを最大周波数５１２（ｆｎ＿ｍａｘ）と最小周波数５１４（ｆｎ＿ｍｉｎ）との間で動作させることが望ましい。第１の動作モードにおける動作は、ａ０とａ１とａ２とａ３とａ４とによって囲まれたエリアに制限される。これは、ＬＬＣ値と入力電圧範囲と負荷範囲との選択によって達成される。Ｑ範囲５１０の場合、最小周波数はｆｎ＿ｍｉｎよりも高い。効率的な動作を維持するために、動作範囲は、境界条件５１３の右側でなくてはならない。５１３の左側での動作は、インバータトランジスタ（たとえば、インバータトランジスタ２２０、インバータトランジスタ２２２、インバータトランジスタ２２４、およびインバータトランジスタ２２６）における過度の電力損失の原因となる。１より大きいゲインでは、システムはブースト（昇圧）モードで動作し、そこでは、出力電圧は入力電圧より大きい。１より小さいゲインでは、システムは降圧（buck）モードで動作し、そこでは、出力電圧は入力電圧よりも低い。
【００４１】
可変周波数制御がｆｎ＿ｍｉｎとｆｎ＿ｍａｘとの間で使用される。説明した通り、これは、動作点を曲線５０６、曲線５０８、または曲線５１０に沿って移動させる。しかしながら、正規化周波数がｆｎ＿ｍａｘよりも高い場合、固定周波数位相シフトＰＷＭアプローチが使用される。一つの特定の周波数においてはゲインが固定されるので、制御部は、位相シフトを変更してゲインを変更することができる。結果として、電圧の大きさが変化する。
【００４２】
入力電圧が変化することがあるが、それでも、およそ同じで比較的一定の出力電圧（たとえば、１２ボルト）を維持しなければならないことが理解される。理解される通り、これらの結果を達成し、効率的なシステム動作を維持するただ１つの方法はなく、２つの方法が活用される。結果として、かつ広範囲な入力電圧に対して、本アプローチは、所望の出力電圧（たとえば、１２ボルト）を提供し維持する。
【００４３】
一例を挙げると、入力電圧が２００ボルトから１００ボルトに低下した時、これは、出力電圧を１２ボルトから６ボルトに低下させる。この電圧の低下は、デバイス（たとえば、車両の付属品）がこの電圧レベルでは動作することができないため許容可能でない。有利に、本明細書で説明したアプローチは、どの周波数範囲でシステムが動作していようと、出力電圧を約１２ボルトで保ち、維持する。
【００４４】
本明細書で説明した制御部のいずれも、１つまたは複数のコンピューティングデバイスを活用して、その様々な機能を実装することができるということを理解すべきである。ハードウェアアーキテクチャに関して、そのようなコンピューティングデバイスは、プロセッサと、メモリと、ローカルインターフェースを介して通信的に連結された、１つまたは複数の入力および／または出力（Ｉ／Ｏ）デバイスインターフェースとを含むことができるが、これらに限定されない。ローカルインターフェースは、たとえば、１つまたは複数のバスおよび／または他の有線接続あるいは無線接続を含むことができるが、これらに限定されない。プロセッサは、ソフトウェア、特にメモリ内に記憶されたソフトウェアを実行するためのハードウェアデバイスであることができる。プロセッサは、特注または市販のプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、コンピューティングデバイスに関連するいくつかのプロセッサのうちの補助プロセッサ、（マイクロチップまたはチップセットの形態の）半導体ベースのマイクロプロセッサ、または一般にソフトウェア命令を実行するためのデバイスであることができる。
【００４５】
上記で説明したメモリデバイスは、揮発性メモリ要素（たとえば、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）、シンクロナスダイナミックＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、ビデオＲＡＭ（ＶＲＡＭ）、などのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、および／または非揮発性メモリ要素（たとえば、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ハードドライブ、テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、など）のうちの１つまたは組み合わせを含むことができる。さらに、メモリは、電子、磁気、光、および／または他の種類の記憶媒体を包含することができる。メモリは、また、分散アーキテクチャを有することができ、そこでは、様々な構成要素を互いに離して配置するが、プロセッサによってアクセスすることができる。
【００４６】
メモリデバイスのいずれかの中にあり（制御部によって活用され）、本明細書で説明したソフトウェアは、１つまたは複数の個別のプログラムを含むことができ、それらの各々は、本明細書で説明した機能を実装するための実行可能な命令の、順番になった一覧を含む。ソースプログラムとして構築された時、プログラムは、メモリ内に含まれることも、含まれないこともあるコンパイラ、アセンブラなどを介して変換される。
【００４７】
本明細書で説明したアプローチのいずれも、コンピュータ媒体（たとえば、上記で説明したコンピュータメモリ）上に記憶されたコンピュータ命令として、少なくとも部分的に実装することができ、これらの命令をマイクロプロセッサなどの処理デバイス上で実行することができる。しかしながら、これらのアプローチを、電子ハードウェアおよび／またはソフトウェアの組み合わせとして実装することができる。
【００４８】
発明者が知っている本発明を実行するための最良のモードを含んで、本発明の好適な実施形態を本明細書で説明した。示した実施形態は単に例示であり、本発明の範囲を限定するものとして見なされるべきでないことを理解すべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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