(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧発生源（ＳＥ）と電流発生源（Ｃ）との間に、一連の制御可能な切り換えセル（ＣＬ１、ＣＬ２、．．．、ＣＬｎ＋１）を含み、各セルが二つのスイッチ（Ｔ１、Ｔ’１；Ｔ２、Ｔ’２；．．．、Ｔｎ＋１、Ｔ’ｎ＋１）を有し、二つのスイッチそれぞれの一方の極が上流側極の対を構成し、他方の極が下流側極の対を構成し、上流側セルの下流側極の対が下流側セルの上流側極の対に接続され、第一セル（ＣＬ１）の上流側極の対が前記電流発生源（Ｃ）に接続され、最終セル（ＣＬｎ＋１）の下流側極の対が前記電圧発生源（ＳＥ）に接続される多重レベル変換装置であって、さらに、前記電圧発生源（ＳＥ）がコンデンサの役割を果たすことができる場合には、最終セルについてはコンデンサを省略できる、セルの下流側極の対の二つの極間に接続される各セル用のコンデンサ（Ｃ１、Ｃ２．．．、Ｃｎ＋１）を有し、さらに、該変換装置の公称動作を支配する共通制御手段（ＧＲＣ１、ＧＲＣ２、．．．、ＧＲＣｎ＋１）を有し、前記共通制御手段が連続するセルのスイッチに作用することにより、一つのセルの二つのスイッチが常にそれぞれ反対の導通状態になり、前記共通制御手段によって供給されるセル制御信号（ＣＴ１、ＣＴ２．．．、ＣＴｎ＋１）に応答して、所定のセルの二つのスイッチのうちの一方が、周期的に反復する変換装置の周期の間に連続して第一導通状態、次に第二導通状態になり、前記周期の一部だけ時間的に変位している同じ前記セル制御信号に応答して、連続するセルのスイッチは前記周期の一部だけ時間的に変位しながらそれぞれ動作し、連続するコンデンサ（Ｃ１、Ｃ２．．．、Ｃｎ＋１）が、それぞれ増加する公称平均充電電圧を有し、前記各セルのコンデンサの公称平均充電電圧は、前記電圧発生源（ＳＥ）からの電圧（ＶＥ）に、セル数の逆数及びセルの順位を乗じた積に等しく、
該変換装置は、各コンデンサについて、評価平均充電電圧（Ｖｃ１、Ｖｃ２、．．．Ｖｃｎ）と公称平均充電電圧（ＶＲ１、ＶＲ２、．．．ＶＲｎ）の間の電圧差（ＶＥＣ１、ＶＥＣ２、．．．ＶＥＣｎ）を決定する手段（ＶＥ１、ＶＥ２、．．．ＶＥ３）と、前記電流発生源内で測定された電流（Ｉｓｃ）と、前記電流発生源に割り当てられた電流（Ｉｒｅｆ）との間の電流差（ＶＥｉ）を決定する手段（ＶＩ）を有し、該共通制御手段は、前記電圧差（ＶＥＣ１、ＶＥＣ２、．．．ＶＥＣｎ）と前記電流差（ＶＥｉ）の重み付けされた値の和を決定する手段（ＳＶｎ＋１）を含み、前記和は変換器のすべてのセルのオン時間を共通に制御することを特徴とする多重レベル変換装置。
【請求項２】
前記和が、変換装置の最終セル（ＣＬｎ＋１）の第一導通状態の前記継続時間を調整するのに使用されるセル制御信号（ＣＴｎ＋１）を供給するセル制御モジュール（ＧＳｎ＋１）に供給される制御信号（ＲＣｎ＋１）を発生するものであることを特徴とする請求項１に記載の多重レベル変換装置。
【請求項３】
前記最終セルが電圧発生源（ＳＥ）に接続されたセルであることを特徴とする請求項２に記載の多重レベル変換装置。
【請求項４】
前記共通制御手段が、前記最終セルの前の各セル用のオン時間制御回路（ＧＲＣ１、．．．、ＧＲＣｎ）を含み、オン時間制御回路の各々がセル制御モジュール（ＧＳ１、．．．、ＧＳｎ）に接続され、且つ所与のセルのオン時間制御回路が、該所与のセルに続くセルから制御信号（ＲＣ１、．．．ＲＣｎ）を受け取るように、オン時間制御回路同士が接続され、該セル制御モジュール（ＧＳ１、．．．、ＧＳｎ）により該所与のセルを制御するセル制御信号（ＣＴ１、．．．ＣＴｎ）を発生するために、該所与のセルの前記電圧差と共に、該制御信号（ＲＣ１、．．．ＲＣｎ）を利用することを特徴とする請求項２に記載の多重レベル変換装置。
【請求項５】
前記電流差（ＶＥｉ）及び／又は前記電圧差（ＶＥＣ１、ＶＥＣ２、．．．ＶＥＣｎ）が、調整可能な利得により重み付け可能であることを特徴とする請求項１から４に記載の多重レベル変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フランス特許出願ＦＲ−２６７９７１５Ａ１に記載の種類の電気エネルギーを変換する電子装置及びこれを利用する電源設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この特許出願に記述されている変換装置の例を添付の図１に示す。変換装置は主に、電圧発生源ＳＥと電流発生源Ｃとの間に、複数の制御可能な切り換えセルＣＬ１、ＣＬ２、．．．、ＣＬｎ＋１を含み、各セルが二つのスイッチＴ１、Ｔ’１；Ｔ２、Ｔ’２；．．．、Ｔｎ＋１、Ｔ’ｎ＋１を有し、二つのスイッチのうちのそれぞれの一方の極が上流側極の対を構成し、他方の極が下流側極の対を構成し、上流側セルの下流側極の対が下流側セルの上流側極の対に接続され、第一セルＣＬ１の上流側極の対が前記電流発生源Ｃに接続され、最終セルＣＬｎ＋１の下流側極の対が前記電圧発生源ＳＥに接続される多重レベル変換装置である。さらに、前記電圧発生源ＳＥが同様の機能を果たすことができる時に最後のセルのコンデンサを省略できることを除き、セルの下流側極の対の二つの極間に接続される、各セル用のコンデンサＣ１、Ｃ２．．．、Ｃｎ＋１を含む。連続するセルのスイッチに作用することにより、同一セルの二つのスイッチが常にそれぞれ反対の導通状態（これはｌｃ１などの制御リンクによって示されている）になり、前記制御手段によって供給されるセル制御信号に応答して、同一セルの二つのスイッチのうちの一方が、周期的に反復する変換装置の周期の間に連続して第一導通状態、次に第二導通状態になり、前記周期の一部だけ時間的に変位している同じセル制御信号に応答して、連続するセルのスイッチが前記周期の一部だけ時間的に変位しながら同じように動作する変換装置の動作を制御する制御手段（図示せず）とを含む。
【０００３】
好ましくは、前記周期の一部はセル数ｎ＋１の逆数すなわち２π／ｎ＋１に等しい。これは出力に発生する高調波に関して最適なものであり、これにより変換装置のコンデンサの充電電圧の自然な均衡を可能にする。ただし他のオフセットも想定することができ、同様に種々の段の間でオフセットを変えることもできる。
【０００４】
このような変換装置では、連続するコンデンサＣ１、Ｃ２．．．、Ｃｎ＋１は、それぞれ増加する平均充電電圧を有し、各セルのコンデンサの平均充電電圧は、電圧発生源ＳＥからの電圧ＶＥに、変換装置のセル数及びセルの順位を乗じた積に等しく、ｎ＋１＝３、すなわち変換装置が三つのセルを有する時にはＶＥ／３、２ＶＥ／３、ＶＥとなる。
【０００５】
もちろん、上記は、２より小さくないｎ、特にｎが３より大きければ他の値のｎにも当てはまる。
【０００６】
以下の説明では、上記の変換装置を多重変換装置と呼ぶことにする。
【０００７】
前述の多重レベル変換装置の一つのコンデンサの電荷がどのように変化するかをより簡単に説明するために、スイッチＴｋ、Ｔ’ｋを有するセルＣＬｋ、及び該セルに接続されたコンデンサＣｋ、スイッチＴｋ＋１、Ｔ’ｋ＋１を有する隣接の切り換えセルＣＬｋ＋１を示す図２を参照する。
【０００８】
各セルで、スイッチＴｋ、Ｔ’ｋ又はＴｋ＋１、Ｔ’ｋ＋１間が結合されているので、図２に示すセルＣＬｋ及びＣＬｋ＋１は、
ａ）  Ｔｋ及びＴｋ＋１が非導通であり、Ｃｋの充電電圧が変化しない第一状態と、
ｂ）  Ｔｋ及びＴｋ＋１が導通しており、従ってＴ’ｋ及びＴ’ｋ＋１が非導通であるため、Ｃｋの充電電圧が変化しない第二状態と、
ｃ）  Ｔｋが導通しＴｋ＋１が非導通であり、電流発生源ＣによりＩに等しい電流ＩｋがＴｋを流れ、Ｔ’ｋを流れる電流Ｉ’ｋは０である第三状態。この状態では、Ｔｋ＋１により電流Ｉｋ＋１が０となり、電流Ｉ’ｋ＋１はＩに等しく、コンデンサＣｋを流れる電流Ｉ’ｃｋがＩに等しい。
【０００９】
ｄ）  Ｔｋが非導通であってＴｋ＋１が導通しており、電流発生源ＣによりＩに等しい電流Ｉ’ｋがＴ’ｋを流れ、Ｔｋを通る電流Ｉｋは０である第四状態、この状態では、Ｔｋ＋１により電流Ｉｋ＋１がＩとなり、電流Ｉｋ＋１は０であり、コンデンサＣｋを流れる電流ＩｃｋがＩに等しい。
【００１０】
電流Ｉ’ｃｋ＝Ｉ’ｋ＋１及びＩｃｋ＝Ｉｋ＋１は、上記の第三及び第四状態において、反対の極性の追加の電荷をコンデンサＣｋに与える。前者の場合、電荷は負であり、後者の場合電荷は正である。これら二つの状態に対応する電流は電流発生源によってもたらされる。電流発生源が極めて正確な直流を供給すれば、段階ｃ）及びｄ）で電流発生源によって供給される電流は、Ｔｋ及びＴｋ＋１の導通周期にわたって常に同じであって反対方向である（上述の如く、同じであるが時間的にオフセット、即ち、ずれている）。したがってｃｋの電荷は同じ量だけマイナス側に変化し、次にプラス側に変化し、変換装置の周期中変化しない。
【００１１】
理想的なシステム（高精度の電流発生源及び無限大のインピーダンス）では、電流Ｉｃｋ及びＩ’ｃｋは電流発生源によって定まる。実際には、電流発生源のインピーダンスが無限大でない時には、電流発生源の電流は、その端子における電圧、すなわちコンデンサの電圧Ｖｃｋに依存する。何らかの理由により充電電圧Ｖｃｋがその公称値Ｖｅ．ｋ／ｎと比較して高すぎる状態が発生すると、公称値よりも高くなろうとする放電電流Ｉ’ｃｋと、公称値よりも低くなろうとする充電電流Ｉｃｋが結果として生じ、コンデンサＣｋの電荷はなるべき値に落ち着くようになる。多重レベル変換装置の動作が安定しており、電圧発生源側及び電流発生源側における振幅の変化を許容できるのはこのためである。しかしながら、動的な観点からの問題が発生することを以下に説明する。
【００１２】
図３は、多重レベル変換装置が三つの段を含む場合の図１及び図２の多重レベル変換装置の動作例を示す図である。装置にパルス幅変調ＰＷＭタイプの制御を加え、正弦波変調された交流電圧を電流発生源Ｃに供給する。すなわち、変換装置の連続する動作周期ｐ１、ｐ２、Ｐ３．．．の間、（ラインｔ）、以後変調波と呼ぶ出力電圧変調波に応じて長さが変化する期間だけ、スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３は順次導通する。対応するスイッチＴ’１、Ｔ’２、Ｔ’３は各時点において反対側の位置にある。
【００１３】
当然のことながら、周知のように、スイッチの動作の他の方法で変調しても同じ結果が得られる。同じく当然のことながら変換装置は、別の形状の波又は制御された直流電圧を電流発生源Ｃに供給することもできる。
【００１４】
最初に、変換装置の動作周期ｐ１を説明する。この周期中にスイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３のうちの一つが導通し、他の二つは非導通となる。二つのセル及びこれらのセルの間に含まれるコンデンサからなる各アセンブリ毎に、コンデンサは追加の負の充電及び正の充電を連続して受け、その合計値は実質的に０である。これは上述の状態ｃ）及びｄ）に相当する。また、隣接のセルＣＬ１−ＣＬ２が状態ｄ）にある時には、隣接のセルＣＬ２−ＣＬ３は状態ｃ）にあり、コンデンサＣ１は、負の追加充電をコンデンサＣ２に与える電流により正の追加充電を受けることに留意されたい。
【００１５】
図３は、周期ｐ２、ｐ３など．．．における多重レベル変換装置の動作を追加的に例として示したものであり、これらの周期中、スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３の導通時間は短くなり、次に周期の１／３を超えるまで長くなり、次に元に戻る。ラインＶＩは、コンデンサ容量が、追加充電によるコンデンサの端子間電圧の変化が小さくなるようなものである場合に電流発生源に送られる電圧の理想値を示す。電圧ＶＩは、電圧発生源ＳＥの負極を電圧の基準とし、電圧発生源ＳＥの電圧ＶＥに対する比で表わす。この電圧ＶＩは、変調波の周波数の大きな基本成分と、チョッパ周波数より高い周波数を有しており、振幅が小さく低域フィルタにより簡単に除去することができる高調波成分とを含むことがわかる。この電流は可変であるので、電流発生源に含まれる任意の誘導性素子によりこの電流を積分することにより、変換装置は、周期が出力電圧の基本波の周期に等しい正弦曲線の交流電流を電流発生源に供給する。
【００１６】
電流は正弦曲線状に変化するので、上述の状態ｃ）及びｄ）では変換装置のコンデンサに、等しい量の追加充電をもたらさない。なぜなら、これら二つの状態の間に、電流が変化するからである。この変化は、スイッチの動作周期が変調波の周波数よりもはるかに高い場合を除いては、無視することができない。
【００１７】
さらに、電流発生源に供給される交流電流は厳密には正弦形ではなく対称的に歪んでいることを考慮しなければならない。同様に、制御信号又は制御信号を発生する信号のレベルの差、あるいは信号が通過する種々のスイッチの切り換え時間の差により、変換装置の動作周期におけるスイッチの導通時間が不可避的に不揃いになるか、時間軸におけるスイッチの導通段階がずれるか、さらにはコンデンサの充電及び放電電流のバランスがくずれる。したがって一般的には、最初に述べたように、上記のタイプの多重レベル変換装置では、実際には公称動作条件を保証することができない。追加充電に残る誤差により、一つの方向又は反対方向へのコンデンサの充電、したがって平均充電電圧に誤差が生じ、電流発生源に供給される変換装置の動作周波数の電圧に歪みが生じる。
【００１８】
この影響を図３のラインＶＩ’で示している。このラインはＶＩに類似している。但し、公称充電電圧よりも低い電圧で充電されるコンデンサＣ１（図１）は、変換装置が一定の振幅のパルスｖｉ１、ｖｉ２、ｖｉ３を供給することを妨げ、その代わりに変換装置は、コンデンサＣ１が電流発生源Ｃにその充電電圧を供給する際には、小さな振幅（読みやすくするために縮尺は強調してある）のｖｉ１’などのパルスを供給し、コンデンサＣ１が、電流発生源Ｃに供給される電圧からその電圧を減じる際には、より大きい振幅のｖｉ２’などのパルスを供給し、コンデンサＣ１が回路外にある時にはそのままの振幅のｖｉ３’などのパルスを供給する点において異なる。これによって信号ＶＩ’に、変換装置のチョッパ周波数の妨害成分が加えられる。
【００１９】
コンデンサがそれぞれその公称電圧で充電される時にはこのような妨害成分は存在しない。妨害成分が出現する時は、妨害成分は一般的に有害である。
【００２０】
特に、スイッチが受ける電圧は、隣接する二つのコンデンサの公称充電電圧の差、すなわち電圧発生源の電圧値を変換装置の段数で割った値に等しくなくなる。そのためにスイッチが危険な状態にさらされることがある。
【００２１】
もちろん、上述した通り、コンデンサの充電差は自然に吸収されるが、この過程は時間を要する。
【００２２】
また、この自然過程は電流発生源を介して行われる。したがって電流発生源が電流を流さない場合にはこの過程が行われることがなく、いずれにせよ、電流発生源の電流が少ない時にはこの過程は減速する。
【００２３】
したがって、１９９５年３月１０日付フランス特許出願９５０２８１８号では、多重レベル反転装置の上述の変調スイッチに、各コンデンサの評価平均充電電圧と公称平均充電電圧との間に電圧差があった場合それを測定する手段、ならびに、コンデンサに接続されたセルの第一導通状態の時間を、測定された電圧差が少なくなるような方向に修正する追加の制御手段とを設けることが提案された。
【００２４】
この改良多重レベル変換装置の一実施形態によれば、電圧差測定手段はそれぞれ、電圧発生源の電圧値と、段の順位及び段数とを受け取り、これにより、変換装置の動作周期中、各コンデンサの公称充電電圧がどのような値であるべきかを決定する手段を含む。コンデンサの公称充電電圧から各コンデンサの端子で評価した平均電圧を減じる比較手段により、変換装置の各コンデンサ毎に電圧が測定される。
【００２５】
多重レベル変換装置の動作の詳細は、本明細書では記載しない。必要であれば上記特許文献を参照されたい。
【００２６】
しかしながら、上記の測定は、変換装置のコンデンサの充電差を各コンデンサ毎に修正することを意図するものである。しかし、上述したように、考慮される値の一つを対象とする修正操作は、他の値（他のコンデンサの電荷、変換装置の出力側での電圧又は電流）にも影響するので望ましくなく、更なる修正が必要となる。これによって生じる問題は、対応の応答時間が異なり制御不可能であるのでさらに複雑である。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明は、この問題に対処すべく、変換装置の動作の種々の特性値の変化の修正に適し、且つ短い時定数で応答することを可能にする解決手段を提供することを目的とする。本発明は種々の実施態様も提供する。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、多重レベル変換装置は変換装置の動作の特性値に関する重み付けされた値の組み合せのセットを考慮する共通制御手段を含み、この組み合せのセットは、変換装置の全てのセルの第一導通状態の時間を動的にバランスした状態に到達するのに適した方向に修正するためにオン時間制御手段を全体的に制御する。
【００２９】
変換装置の全てのセルの周期的動作を変換装置の動作の特性値の各状態に適合させる制御ループが構成される。このループの応答時間は、変換装置のいくつかのチョッパ周期程度とすることができる。
【００３０】
一実施形態では、共通制御手段は、電流発生源内で測定された電流と、電流発生源に割り当てられた電流との間に電流差があった場合これを評価する手段を含む。前記差は前記組み合せのセットに含まれる。
【００３１】
前記組み合せのセットは、好ましくは、電圧差があった場合それらの合計も含む。
【００３２】
電圧差は電圧発生源から供給される電圧に基づいて評価されるので、第一制御ループに結合された第二制御ループが構成される。この第二ループは、変換装置の全てのセルの周期的動作を電圧発生源の電圧に適合させる。このループの応答時間も変換装置のいくつかのチョッパ周期程度とすることができる。
【００３３】
また、好ましくはオン時間制御手段は、セル制御モジュールに制御信号を供給するオン時間制御回路を含む。該モジュールは、変換装置の第一セルの第一導通時間の継続時間を変調するのに使用するセル制御信号を供給する。一実施形態では、上記セルが電圧発生源に隣接するセルである。
【００３４】
好ましくは、オン時間制御手段は、第一セルに続く各セル毎にオン時間制御回路を含む。所与のセルのオン時間制御回路が、該セルに先行するセルからセル制御信号を受け取るように、これらのオン時間制御回路は、それぞれセル制御モジュールに接続され、またオン時間制御回路同士が接続される。該所与のセルの制御信号を発生するために該所与のセルの電圧差と共に、該信号を利用することが好ましい。
【００３５】
最後に、好ましくは、前記組み合せのセットを構成する前記特性値間の分離を行うために前記電流差及び／又は前記電圧差は調整可能な利得パラメータにより重み付け可能である。
【００３６】
本発明の種々の目的及び特徴は、添付の図面を参照して行う本発明についての実施形態についての以下の説明においてより明らかになろう。
【００３７】
【発明の実施の形態】
多重レベル変換装置については再度説明しない。図１、図２、及び図３は特許出願ＦＲ−２６９７７１５Ａ１号に記載のタイプの変換装置に相当する。詳細については同出願を参照されたい。
【００３８】
図４は、図１の変換装置に類似の変換装置を制御する手段を示しているが、ｎ＋１個の切り換えセルを有し、うちｎ個のみがコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃｎを有し、順位ｎ＋１のセルのコンデンサが電流発生源となっている。したがって図４にはコンデンサＣ１、Ｃ２．．．、Ｃｎ、ならびに電流Ｉが流れる電流発生源ＳＣのみが示してある。
【００３９】
各コンデンサにはその充電電圧を評価し得る評価回路ＶＭＯ１、ＶＭＯ２．．．、ＶＭＯｎが結合される。この回路はコンデンサの二つの端子に接続される。この回路はコンデンサの端子に存在する充電電圧を示す評価信号Ｖｃ１、Ｖｃ２．．．、Ｖｃｎを供給する。
【００４０】
各コンデンサには、対応する評価回路から受けとる測定充電電圧とコンデンサの公称充電電圧との間に差があった場合これを測定する差測定回路ＶＥ１、ＶＥ２．．．、ＶＥｎも結合される。図５に差測定回路ＶＥｎを示す。差測定回路は、変換装置の電圧発生源から供給される電圧の値である大きさＶＥ（図１を参照のこと）と、各コンデンサに固有のＲｋ＝ｋ／ｎ＋１、ここではｎ／ｎ＋１で表される定数Ｒｎとを受け取る。乗算器ＭＵｎはこれら二つの値の積ＶＲｎを供給する。これはコンデンサＣｎの公称充電電圧である。減算器ＳＴｎは公称充電電圧ＶＲｎから測定充電電圧ＶＣｎを減算し、差電圧があった場合それを差信号ＶＥＣｎとして表す。他の差測定装置も同様であり、ｋはそれぞれｎ−１から１までの整数の値をとる。
【００４１】
このようにして発生する差信号は、変換装置の動作の特性値に関する重み付けされた値の組み合せのセットを考慮するように構成された共通制御手段にまとめて供給される。これらの共通制御手段は、変換装置の全てのセルの第一導通状態の時間を、動的にバランスする状態に到達するのに適した方向に修正するオン時間制御手段を含む。
【００４２】
具体的には、差信号はオン時間制御回路ＧＲＣｎ＋１に供給される。この回路は、変換装置のセルの動作、ここではいずれのコンデンサにも結合されていない順位ｎ＋１の切り換えセルの動作を制御し、更にこのセルを介して変換装置の全てのセルのオン時間を制御する。図６に、より詳細にオン時間制御回路を示す。
【００４３】
オン時間制御回路について説明する前に、図７に詳細を示す電流発生源の電流差の測定装置ＶＩをまず説明する。この回路は、電流発生源ＳＣを流れる電流Ｉを示す値ＶＩｓｃを受け取ることができるように電流発生源ＳＣの回路に接続される。またこの回路は、電流発生源ＳＣの電流をどのような値にすべきかを規定する制御値Ｉｒｅｆを受け取る。これら二つの値は減算器ＳＴｉで比較され、充電電流の測定値と該制御値との差を表す信号たとえば電圧信号ＶＥｉを発生する。この信号はオン時間制御回路ＧＲＣｎ＋１にも供給される。
【００４４】
オン時間制御回路ＧＲＣｎ＋１はさらに、電流発生源の電流を示す値ＶＩｓｃを直接受け取る。
【００４５】
図６及び図４を参照すると、オン時間制御回路ＧＲＣｎ＋１は、乗算器ＭＶｎ、ＭＶ２、ＭＶ１、ＭＶｉ、ＭＶＩ、により信号ＶＥＣｎ．．．、ＶＥＣ２、ＶＥＣ１、ＶＥｉ、ＶＩｓｃがそれぞれ乗算される値Ｇ’ｎ．．．、Ｇ’２、Ｇ’１、ＧＥＩ及びＧＩも受け取り、重み付けされた信号ＶＥＣｎ’．．．、ＶＥＣ２’、ＶＥＣ１’、ＶＥｉ’、ＶＩｓｃ’を、順位ｎ＋１の切り換えセルを制御するための制御信号ＲＣｎ＋１を供給する加算器ＳＶｎ＋１に供給する。具体的には、この制御信号ＲＣｎ＋１の値は、制御信号の値の関数である継続時間を有しており、制御モジュールＧＳｎ＋１内で順位ｎ＋１の切り換えセルを第一導通状態に置くセル制御信号ＣＴｎ＋１に変換される。
【００４６】
前に既に述べ、後に詳述するように、この信号は、コンデンサＣｎ．．．、Ｃ２、Ｃ１にそれぞれ結合される制御回路ＧＲＣｎ．．．、ＧＲＣ２、ＧＲＣ１間のカスケード作用により、変換装置の他の切り換えセルの第一導通状態の継続時間を決定する。
【００４７】
また、差信号ＶＥＣｎ．．．、ＶＥＣ２、ＶＥＣ１は重み付けモジュールＧＥＣｎ．．．、ＧＥＣ２、ＧＥＣ１に個別に供給され、重み付けモジュールはさらに重み付けパラメータＧｎ．．．、Ｇ２、Ｇ１を受け取り、重み付けされた信号ＡＬｎ．．．、ＡＬ２、ＡＬ１を供給する。図８は、差信号ＶＥＣｎを対応する重み付けパラメータＧｎで乗算するための乗算器ＭＣｎを含むモジュールＧＥＣｎを示す図である。他の重み付けモジュールも同様である。
【００４８】
重み付けされた信号ＡＬｎ．．．、ＡＬ２、ＡＬ１はそれぞれオン時間制御回路ＧＲＣｎ．．．、ＧＲＣ２、ＧＲＣ１に供給され、該回路はさらに転送信号ＲＣｎ＋１．．．、ＲＣ３、ＲＣ２を受け取り、それぞれ、変換装置の連続する切り換えセルの制御信号ＲＣｎ、ＲＣ２、ＲＣ１を生成する。具体的には、これらの制御信号は、順位ｎ．．．、２、１の切り換えセルの第一導通状態の継続期間を制御する制御モジュールＧＳｎ、ＧＳ２、ＧＳ１に供給される。図９はオン時間制御回路ＧＲＣｎを示す図である。オン時間制御回路は、重み付けした信号ＡＬｎと、転送信号としての先行の変換装置セルの制御信号ＲＣｎ＋１とを受け取る。オン時間制御回路は、転送信号ＲＣｎ＋１から重み付けされた信号ＡＬｎを減算し、制御信号ＲＣｎを供給する加算回路ＳＴＴｎを含む。オン時間制御回路ＧＲＣｎ−１（図示せず）．．．、ＧＲＣ２、ＧＲＣ１も同様であり、回路ＧＲＣｎ−１は転送信号として制御信号ＲＣｎを受け取り、回路ＧＲＣ２も同様に制御信号ＲＣ３を受け取り、回路ＧＲＣ１も同様に制御信号ＲＣ２を受け取る。
【００４９】
次に、図４の制御手段の動作について説明する。
【００５０】
制御モジュールＧＳｎ＋１、ＧＳｎ、ＧＳ２、ＧＳ１は、ｎ＋１個の部分に等分された多重レベル変換装置の反復動作サイクル中に、変換装置の切り換えセルをオフセットさせながら制御するために、単位遅延モジュールＴが接続される時間ベースＢＴによってｐ１（図３）などの各周期に供給されるトリガ信号Ｓｄ１、Ｓｄ２．．．、Ｓｄｎ、Ｓｄｎ＋１に応答して動作する。
【００５１】
制御モジュールは、時間ベースの各パルス毎に、セルのスイッチを第一導通状態に置くセル制御信号を供給する。変換装置の動作サイクル中、この信号は制御モジュールＧＳ１、ＧＳ２．．．、ＧＳｎ、ＧＳｎ＋１内で連続して発生する。各セルについて、第一導通状態の継続時間、即ち、これを発生するセル制御信号は、セルに結合された制御モジュールが受け取る制御信号の値の関数である。
【００５２】
制御信号ＲＣｎ＋１の値は、電流発生源ＳＣの電流Ｉ、電流Ｉの値と制御値Ｉｒｅｆとの差ＶＥｉ、及び変換装置内のコンデンサの充電電圧の差ＶＥＣ１、ＶＥＣ２．．．、ＶＥＣｎに依存し（図６を参照のこと）する。これらの値のそれぞれは、利得の形を有し、且つ制御信号ＲＣｎ＋１を生成する和への寄与分を決定する調整パラメータに割り当てられる。これらのパラメータを用いることにより、変換装置の動作を調節することが可能であり、とくに、このようにして考慮される変化及び差に対する応答時間が決定される。
【００５３】
最初に上記の差が一切なく、電流発生源ＳＣにより電流が確立されているものと仮定する。したがって制御信号ＲＣｎ＋１は、この電流の振幅を表す信号ＶＩｓｃ’として形成される。この信号はこの信号制御モジュールＧＳｎ＋１に直接供給されるとともに、転送信号としてオン時間制御回路ＧＲＣｎに供給される。オン時間制御回路ＧＲＣｎ（図９を参照のこと）は、コンデンサＣｎの充電電圧の差から発生する重み付けされた信号ＡＬｎをこの信号ＲＣｎ＋１から減算する。ここでは、このような差は存在しないと仮定している。したがって制御信号ＲＣｎは制御信号ＲＣｎ＋１に等しい。この制御信号ＲＣｎは順位ｎのセルのスイッチの制御用として使用され、また、上述の装置ＧＲＣｎと同様の図示しないオン時間制御回路ＧＲＣｎ−１によって転送信号として使用される。また、コンデンサＣｎ−１（図示せず）は電圧差を有さないと仮定しているので、オン時間制御回路ＧＲＣｎ−１の動作は上述のものと同様である。特に、オン時間制御回路ＧＲＣ２も、同じく信号ＲＣｎ＋１に等しい転送信号ＲＣ３を受け取り、制御信号ＲＣ１を供給するオン時間制御回路ＧＲＣ１用の転送信号として機能する同じ値の制御信号ＲＣ２を供給する。
【００５４】
このように、変換装置の全てのコンデンサがその公称充電電圧にあり、電流発生源の電流が基準信号Ｉｒｅｆで示される電流であると仮定すると、第一導通状態の継続時間は全てのセルにおいて同一であり一定であるので変換装置は安定して動作することがわかる。
【００５５】
次に、変換装置が、図３に示すような正弦曲線の電圧を供給しなければならないと仮定する。この場合、制御値Ｉｒｅｆは、図示しない制御手段により変換装置の周期毎に修正される。その振幅は、図３のラインＴ１のパルスの継続時間のように減少し、次に増加する。これにより、制御信号ＲＣｎ＋１の振幅が変化する。
【００５６】
上述したように、制御信号ＲＣｎ＋１は転送信号として、オン時間制御回路ＧＲＣｎ（図示せず）に供給され、制御信号ＲＣｎ．．．に含められ、これは最後のオン時間制御回路ＧＲＣ１まで続く。したがって、制御値Ｉｒｅｆによって変化するのは、変換装置の動作速度であり、図３に示すような動作モードが得られる。
【００５７】
当然ながら、値Ｉｒｅｆを調整することにより、変換装置の出力電流として所望の波形が得られる。
【００５８】
また、制御値Ｉｒｅｆを一定とすると、電流発生源ＳＣの電流の自然的な変化は、該変化を打ち消そうとする変化を変換装置のセルの制御信号に生じさせる。
【００５９】
変換装置のセルの第一導通状態の継続時間の修正に係わるこのような調整は、変換装置の一周期程度、すなわちきわめて短い調整時間しか必要としないことに留意されたい。
【００６０】
また、制御によりあるいは自然に電流発生源ＳＣの電流が変化し、変換装置のコンデンサの電荷量が全体的に修正されると、信号ＶＥＣｎ．．．ＶＥＣ１で表される電圧差の和が、重み付けパラメータＧ’ｎ．．．Ｇ’１で処理された後に制御信号ＲＣｎ＋１の値に現われる。上述したように、この変化により、変換装置の全てのセルに作用が及ぶ。これにより変換装置のオン時間の調整及び制御の動的特性が改善される。
【００６１】
次に、変換装置のコンデンサのうちの一つたとえばＣ２が公称充電電圧から逸脱したと仮定する。すると差信号ＶＥＣ２は０ではなくなる。その結果、パラメータＧ’２による重み付け後の対応する量が制御信号ＲＣｎ＋１を変化させる。上述したように、変換装置の全てのセルの制御信号がそれに応じて変化する。
【００６２】
また、差信号ＶＥＣ２が重み付けモジュールＧＥＣ２に供給され、そこで重み付けパラメータＧ２により乗算され、重み付けされた信号ＡＬ２を形成する。オン時間制御回路ＧＲＣ２において、転送信号ＲＣ３から、この重み付けされた信号ＡＬ２が減算される。パラメータＧ’２及びＧ２は、得られる制御信号ＲＣ２が、コンデンサＣ２の電荷をその公称値に戻そうとする本明細書の最初に説明した、補正動作となるようなものである。さらに、変換装置のセルを全体的に制御することにより、公称値への変換装置の復帰の動的特性を向上することができる。
【００６３】
また、制御信号ＲＣ２は転送信号としてオン時間制御回路ＧＲＣ１に送信され、図２を参照しながら説明したように、コンデンサＣ１を反対方向に調節することにより、コンデンサＣ２への作用を伴うコンデンサＣ１への作用を補償することができる。
【００６４】
最後に、既に説明したように、変換装置の動作の特性値の重み付けに使用する種々の利得は、動的特性、すなわちこれらの特性値の自然の変化に対する変換装置の応答時間を決定する。
【００６５】
当然のことながらこれらの利得は変換装置の寸法も考慮したものでなければならない。
【００６６】
好ましい実施形態では、これら種々の利得の式は、以下で表される。
【００６７】
【数１】
0004159642.tif 000002
【００６８】
式中、Ｃ１、Ｃ２、Ｃｎはコンデンサの容量であり、Ｖｃ１0、Ｖｃ２0．．．、Ｖｃｎ0は、これらのコンデンサの端子間の公称電圧であり、Ｉｓｃ0は電流発生源ＳＣの公称電流であり、Ｌｓｃはそのインダクタンスであり、Ｒｓｃはその抵抗であり、ＶＥは電圧発生源の電圧であり、ρ１、ρ２．．．、ρｎ、ρｎ＋１は、順位１、２．．．、ｎ、ｎ＋１のセルの利得である。これらの利得は、前記組み合せのセットを構成する前記特性値間の分離を行うように計算される。
【図面の簡単な説明】
【図１】公知の多重レベル変換装置の回路図である。
【図２】図１の多重レベル変換装置の二つの隣接のアセンブリの回路図である。
【図３】多重レベル変換装置が三つの段を含む場合の図１及び図２の多重レベル変換装置の動作を説明する波形図である。
【図４】本発明を実施するための、図１、図２、及び図３のタイプの多重レベル変換装置の制御手段の回路図である。
【図５】図４の差測定回路ＶＥｎの実施形態を示す図である。
【図６】図４のオン時間制御回路ＧＲＣｎ＋１の実施形態を示す図である。
【図７】図４の電流源の電流差を測定する回路ＶＩの実施形態を示す図である。
【図８】図４の重み付けモジュールＧＥＣｎの実施形態を示す図である。
【図９】図４のオン時間制御回路ＧＲＣｎの実施形態を示す図である。
【符号の説明】
Ｃ１、Ｃ２．．．、Ｃｎ  コンデンサ
ＧＲＣｎ＋１  オン時間制御回路
Ｉｒｅｆ  電流
ＳＣ  電流発生源
ＶＥ  電圧発生源
【図１】
0004159642.tif 000003
【図２】
0004159642.tif 000004
【図３】
0004159642.tif 000005
【図４】
0004159642.tif 000006
【図５】
0004159642.tif 000007
【図６】
0004159642.tif 000008
【図７】
0004159642.tif 000009
【図８】
0004159642.tif 000010
【図９】
0004159642.tif 000011