(57)【要約】  モータ駆動電気回路に電源を供給するための双方向低電圧電源（ＬＶＰＳ）。双方向ＬＶＰＳは、２つの簡易で個別のコンバータを含む。第１のコンバータは電力を出力に与えるために用いられ、第２のコンバータは出力から電力供給源に電力をリサイクルする。第１のコンバータは、モータを駆動する駆動電気回路に電力を供給する。差動プロセスの間、第１のコンバータはシャットオフし、第２のコンバータは、モータから電力供給源に電力をリサイクルするためにオンに切り替わる。
2016515795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
双方向低電圧電源（ＬＶＰＳ）であって、
電力供給源から負荷に電力を与えるための第１の個別のコンバータと、前記第１の個別のコンバータは、出力電力フォームを伝達するために電力変換を与える第１の電力段と、第１の誤差増幅器を含み、前記第１の個別のコンバータの出力における電圧を第１の予め定められた出力電圧に調整するために前記第１の個別のコンバータの前記第１の電力段を制御するための第１の制御電気回路とを有する、
電力を、前記第１の個別のコンバータの前記出力から前記電力供給源に戻して選択的にリサイクルするための第２の個別のコンバータと、前記第２の個別のコンバータは、出力電力をリサイクルするために電力変換を与える第２の電力段と、第２の誤差増幅器を含み、前記第２の個別のコンバータの入力における入力電圧を第２の予め定められた出力電圧に調整するために前記第２の個別のコンバータの前記第２の電力段を制御するための第２の制御電気回路とを有する、
を備え、
前記第１の制御電気回路の前記第１の誤差増幅器が、前記第１の個別のコンバータの前記出力における前記電圧が前記第１の予め定められた出力電圧を超すことを検出するとき、前記第１の誤差増幅器は第１の出力電圧を落とし、前記出力電圧が前記第１の予め定められた出力電圧よりも高いままであるとき、前記第１の誤差増幅器は、前記出力電圧を更に落とし、前記第１のコンバータを動作不可にするために前記第１の個別のコンバータのデューティサイクルをゼロに設定し、
前記第２の制御電気回路の前記第２の誤差増幅器が、前記第２の個別のコンバータの前記入力における前記電圧が前記第２の予め定められた出力電圧を超すことを検出するとき、前記第２の誤差増幅器は、第２の出力電圧を増加して、電力を前記電力供給源に戻してリサイクルするために前記第２の個別のコンバータを可動にする、
ＬＶＰＳ。
【請求項２】
前記第１の制御電気回路の前記第１の誤差増幅器は、前記第１の個別のコンバータの前記第１の出力電圧が前記予め定められた出力電圧を超えることに応答して、前記第１のコンバータの前記デューティサイクルを減らして、前記第１の出力電圧を落とし、
前記第１の出力電圧が前記予め定められた出力電圧よりも大きいままであるとき、前記第１の誤差増幅器は、前記第１の出力電圧を更に落とし、前記第１の個別のコンバータの前記デューティサイクルをゼロに設定し、前記第１のコンバータを動作不可にする、
請求項１に記載のＬＶＰＳ。
【請求項３】
前記第２の制御電気回路の前記第２の誤差増幅器は、前記第２の個別のコンバータの入力における電圧が前記第２の予め定められた出力電圧を超えることを検出することに応答して、前記第２の出力電圧を増加して、前記第２の個別のコンバータのデューティサイクルをゼロから増加し、
前記入力電圧が、前記第２の予め定められた出力電圧よりも高いままであるとき、前記第２の誤差増幅器は、前記第２の個別のコンバータ電力をリサイクルすることを可能にするために、前記第２の出力電圧を更に増加する、
請求項２に記載のＬＶＰＳ。
【請求項４】
前記第２の個別のコンバータにおける入力電圧は前記第２の予め定められた出力電圧よりも大きいことを、前記第２の制御電気回路の前記第２の誤差増幅器が検出することに応答して、前記第２の個別のコンバータが電力をリサイクルすることを可能にするために、前記第２の制御電気回路の前記第２の誤差増幅器の前記第２の出力電圧が高く上がると、前記第２の個別のコンバータのデューティサイクルはゼロから増加する、
請求項１に記載のＬＶＰＳ。
【請求項５】
前記第１の個別のコンバータは、入力電力供給源に入力において接続され、電力供給負荷に出力において接続される、請求項１に記載のＬＶＰＳ。
【請求項６】
前記第２の個別のコンバータは、逆の配置で、前記第１の個別のコンバータに並列に接続され、
前記第２の個別のコンバータの前記入力は、前記第１の個別のコンバータの前記出力に接続され、前記第２の個別のコンバータの前記出力は、前記第１の個別のコンバータの前記入力に接続される、
請求項５に記載のＬＶＰＳ。
【請求項７】
前記第２の個別のコンバータは、前記第１の個別のコンバータの前記出力における前記電圧が前記第２の予め定められた出力電圧の下に落ちるまで、前記第１の個別のコンバータの前記出力から前記第１の個別のコンバータの前記入力に電力をリサイクルし、
前記第２の制御電気回路の前記第２の誤差増幅器は、前記第１の個別のコンバータの前記出力における電圧が、いつ、前記第２の予め定められた出力電圧の下に落ちるかを検出し、
前記第２の制御電気回路の前記第２の誤差増幅器の前記第２の出力電圧は、それに応答して、低く落ち、前記第２の出力電圧が前記第２の予め定められた出力電圧よりも低いままである場合、前記第２の個別のコンバータのデューティサイクルをゼロの設定するために十分低く落ち、前記第２のコンバータを動作不可にする、
請求項６に記載のＬＶＰＳ。
【請求項８】
前記第１の個別のコンバータは、前記第１の個別のコンバータの前記出力における前記電圧が、前記第１の予め定められた出力電圧の下に落ちるまで、ゼロデューティでもって動作不可のままにされ、
前記第１の制御電気回路の前記第１の誤差増幅器は、前記第１の個別のコンバータの前記出力における前記電圧が、いつ、前記第１の予め定められた出力電圧の下に落ちるかを検出し、
前記第１の個別のコンバータの前記第１の制御電気回路の前記第１の誤差増幅器の前記第１の出力電圧が、それに応じて、高く上がり、前記第１の個別のコンバータの前記出力における前記電圧が再び前記第１の予め定められた出力電圧を超えるまで、前記第１の個別のコンバータの前記デューティサイクルをゼロから増加し、前記第１の個別のコンバータが出力電力を与えることを可能にし、前記第１の個別のコンバータの前記出力における前記電圧を前記第１の予め定められた出力電圧に調整する、
請求項７に記載のＬＶＰＳ。
【請求項９】
前記第１と第２の電力コンバータは、入力電力から絶縁された出力電力を与える、または、入力電力から絶縁されていない出力電力を与える、請求項８に記載のＬＶＰＳ。
【請求項１０】
前記第１の誤差増幅器の前記出力が、前記第１の電力コンバータが前記負荷に電力を届けるために予め定められたデューティサイクルで動作するために十分に高いときに、前記第２のコンバータの前記第２の制御電気回路を動作不可にするために、および、前記第１の誤差増幅器の前記出力が、前記第１の電力コンバータがゼロデューティサイクルでもって動作不可にされ、電力を前記負荷に届けることをやめるために十分に低いときに、前記第２のコンバータの前記第２の制御電気回路を動作可能にするために、前記第１のコンバータの前記第１の制御電気回路の前記第１の誤差増幅器の前記出力における前記電圧が、信号として用いられ、
前記第１の誤差増幅器の前記出力が、前記第１の電力コンバータが第１の前記負荷に電力を届けるために予め定められたデューティサイクルで動作するために十分に高いときに、前記第２のコンバータの前記第２の制御電気回路を動作不可にするために、および、前記第１の誤差増幅器の前記出力が、前記第１の電力コンバータがゼロデューティサイクルでもって動作不可にされ、電力を前記負荷に届けることをやめるために十分に低いときに、前記第２のコンバータの前記第２の制御電気回路を動作可能にするために、信号として用いられるために、前記第１のコンバータの前記第１の制御電気回路は、前記第１の誤差増幅器の前記出力から信号を生成するための回路を備える、
請求項９に記載のＬＶＰＳ。
【請求項１１】
前記第２の個別のコンバータは、さらに、
第２の電力段と、
第２の誤差増幅器と、前記第１のコンバータの前記第１の制御電気回路の前記第１の誤差増幅器の前記出力に接続された回路とを含む第２の制御電気回路と、
を備え、
前記第１の誤差増幅器の前記出力は、前記第２の個別のコンバータの第２の動作状態を制御するために、前記第２の誤差増幅器と回路とを含む前記第２のコンバータの前記第２の制御電気回路に信号を送り、
電気第２の個別のコンバータは、
第２の電力段と、
第２の誤差増幅器と、前記第１のコンバータの前記第１の制御電気回路の前記第１の誤差増幅器の前記出力から生成された前記信号に接続された回路とを含む第２の制御電気回路と、
を備え、
前記信号は、前記第２の個別のコンバータの前記第２の動作状態を制御するために、前記第２の誤差増幅器と回路を含む前記第２のコンバータの前記第２の制御電気回路に信号を送る前記第１の誤差増幅器の前記出力から生成される、
請求項１０に記載のＬＶＰＳ。
【請求項１２】
前記第２のコンバータの前記第２の制御電気回路は、前記第１のコンバータの前記第１の誤差増幅器からの前記信号に応答して、前記第２の個別のコンバータの前記第２の動作状態を制御するための制御されるスイッチデバイスを含み、
前記制御されるスイッチデバイスは、バイポーラトランジスタ、ＦＥＴ、コンパレータ、光カップラ、オペアンプ、その他制御可能な電気的スイッチおよび増幅器から成るグループから選択される、請求項１１に記載のＬＶＰＳ。
【請求項１３】
前記第１の個別のコンバータの前記第１の出力電圧が上昇する場合、前記第１の個別のコンバータの前記出力から追加の電力を受けるため、および、前記電力供給源に戻してリサイクルされる前記電力を増加するため、前記第２の個別のコンバータのデューティサイクルを増加するために、前記第２のコンバータの前記第２の制御電気回路は、前記第２の誤差増幅器の前、または、後のいずれかで、前記第１の個別のコンバータの前記出力と前記第２の電力段との間に配置された反転増幅器または反転増幅機能を備える、請求項１２に記載のＬＶＰＳ。
【請求項１４】
双方向低電圧電源（ＬＶＰＳ）を提供する方法であって、
電力供給源に接続された第１の個別のコンバータの第１の誤差増幅器を用いて、モータ駆動電気回路を駆動するための出力において、第１の予め定められた電圧を生成し、調整することと、
第２の個別のコンバータの第２の誤差増幅器を用いて、前記第１の個別のコンバータの前記出力から電力を選択的にリサイクルすることと、
前記第１の個別のコンバータの前記出力における前記電圧が、いつ、前記第１の予め定められた電圧を超えるかを検出することと、
前記第１の個別のコンバータの前記出力における前記電圧が前記第１の予め定められた電圧を超すことを検出することに応答して、前記第１の制御電気回路の前記第１の誤差増幅器の前記出力が低く落ち、前記第１のコンバータのデューティサイクルをゼロに設定し、前記第１の個別のコンバータを動作不可の状態に設定し、前記第１の制御電気回路の前記第１の誤差増幅器の前記出力から生成された信号を介して、前記第２の個別のコンバータの前記第２の制御電気回路を、前記第１の個別のコンバータの前記出力において供給される電力を前記電力供給源に戻してリサイクルするために可動状態に設定することと、
を備える方法。
【請求項１５】
前記第１の個別のコンバータの前記出力における前記電圧が前記第１の予め定められた電圧を超えないと検出することに応答して、前記第１の個別のコンバータを可動状態に、電力を入力電力供給源にリサイクルするための前記第２の個別のコンバータを動作不可の状態に設定することをさらに備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
入力電力供給源から前記第１の個別のコンバータの入力に電力を与えることをさらに備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の個別のコンバータの前記出力における前記電圧が、いつ、第１の予め定められた出力電圧を超えるかを検出することは、
前記モータが電力の供給源になる理由から、前記第１の個別のコンバータの前記出力上の電圧がいつ増加するかを検出すること、
を備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の個別のコンバータを動作不可の状態に設定することと、前記第２の個別のコンバータを、前記第１の個別のコンバータの前記出力において供給される電力をリサイクルするために可動状態に設定することは、
入力電力供給源に電力を戻すこと、
を備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の個別のコンバータの前記出力における前記電圧は、前記第１の予め定められた電圧を超え、
前記第１の個別のコンバータの前記出力における前記電圧が前記第１の予め定められた電圧を超えることの検出に応答して、前記第１の制御電気回路の前記第１の誤差増幅器の前記出力は低く落ち、第１のコンバータのデューティサイクルをゼロに設定し、前記第１の個別のコンバータを動作不可状態に設定し、
前記第１の制御電気回路の第１の誤差増幅器の出力から生成される信号によって、前記第２のコンバータの前記第２の制御電気回路における追加の回路を用いて、前記第１の個別のコンバータの前記出力において供給される電力を、前記第２の個別のコンバータの第２の出力段を介して前記電力供給源に戻してリサイクルするために、前記第２の個別のコンバータを可動状態に設定する、
請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
より多くの電力を前記電力供給源に戻してリサイクルするために前記第１の個別のコンバータの前記出力から追加の電力を受けるため、前記第２の個別のコンバータのデューティサイクルを増加するために、前記第１の個別のコンバータの前記出力と前記第２の電力段との間の、前記第２の誤差増幅器の前、または、後のいずれかで、前記第２の制御電気回路において、反転増幅器または反転増幅機能を与えること、
をさらに備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のコンバータの前記第１の誤差増幅器からの前記信号に応答して、前記第２の個別のコンバータの第２の動作状態を制御するための制御されるスイッチデバイスを更に備え、
前記制御されるスイッチデバイスは、バイポーラトランジスタ、ＦＥＴ、コンパレータ、光カップラ、オペアンプ、その他制御可能な電気的スイッチおよび増幅器から成るグループから選択される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
モータ駆動電力を与えるシステムであって、
前記システムは、
入力電力を与えるための入力電力供給源と、
前記入力電力供給源に接続され、前記入力電力供給源に戻って反射されるリップル電流を低減し、一方向の電力フローを与えるアクティブラインフィルタと、
前記アクティブラインフィルタの出力に配置され、エネルギーを蓄積するためのエネルギー蓄積デバイスと、
前記アクティブラインフィルタの出力とエネルギー蓄積デバイスに接続された低電圧電源（ＬＶＰＳ）と、前記ＬＶＰＳは、前記ＬＶＰＳの出力において、予め定められた電圧を与え、調整する、
前記ＬＶＰＳの前記出力に接続されたモータ駆動電気回路と、前記モータ駆動電気回路は、モータを駆動するために、前記ＬＶＰＳの前記出力からの電力を与え、前記モータ駆動電気回路は、コンプレッサモータと前記ＬＶＰＳとの間から双方向電力を与える、
を備え、
前記ＬＶＰＳは、さらに、
モータ駆動電気回路を駆動するための第１の個別のコンバータと、第１の個別のコンバータは、前記第１の個別のコンバータの出力において第１の予め定められた電圧を与え、調整するために前記第１のコンバータを制御するための第１の制御電気回路を有する、
前記第１の個別のコンバータの前記出力から電力を選択的にリサイクルするための第２の個別のコンバータと、
を備え、
前記第１の制御電気回路は、前記第１の個別のコンバータの前記出力における前記電圧が、いつ、前記第１の予め定められた電圧を超えるかを検出し、
前記第１の個別のコンバータの前記出力における前記電圧が前記第１の予め定められた電圧を超すことを検出することに応答して、前記第１の制御電気回路の第１の誤差増幅器の前記出力は低く落ち、前記第１の個別のコンバータのデューティサイクルをゼロに設定し、前記第１の個別のコンバータを動作不可の状態に設定し、前記第１の制御電気回路の前記第１の誤差増幅器の前記出力から生成された信号により、前記第２のコンバータの第２の制御電気回路における追加の回路を用いて、前記第２の個別のコンバータを、前記第１の個別のコンバータの前記出力において供給される電力を第２の個別のコンバータの第２の電力段を介して前記電力供給源に戻してリサイクルするために可動状態に設定する、
システム。
【請求項２３】
双方向低電圧電源（ＬＶＰＳ）であって、
前記ＬＶＰＳは、
負荷に電力を与えるモータ駆動電気回路を駆動するための第１の個別のコンバータと、前記第１の個別のコンバータは、予め定められた電力フォームを届けるために電力変換を与える第１の電力段と、第１の個別のコンバータの出力における電圧を第１の予め定められた出力電圧に調整するために前記第１の個別のコンバータの前記第１の電力段を制御するための第１の制御電気回路とを有する、
前記第１の個別のコンバータの前記出力から電力供給源に電力を戻して選択的にリサイクルするための第２の個別のコンバータ、前記第２の個別のコンバータは、出力電力をリサイクルするための電力変換を与える第２の電力段と、前記第２の個別のコンバータの入力における電圧を第２の予め定められた電圧に調整するために前記第２の個別のコンバータの前記第２の電力段を制御するための第２の制御電気回路とを有する、
を備え、
第１の制御電気回路は、前記第１の個別のコンバータの前記出力における電圧が、いつ、前記第１の予め定められた出力電圧である閾値を超えるかを検出するために第１の誤差増幅器を含み、前記第１の個別のコンバータの前記出力における前記電圧が前記閾値を超えることを検出することに応答して、前記第１の制御電気回路の前記第１の誤差増幅器の第１の出力電圧は低く落ち、前記第１の出力電圧が前記第１の予め定められた出力電圧より高いままであった場合、前記第１の個別のコンバータのデューティサイクルをゼロに設定するために十分に低く落ち、前記第１のコンバータを動作不可にし、
第２の制御電気回路は、前記第２の個別のコンバータの入力における電圧が、いつ、前記第２の予め定められた出力電圧を超えるかを検出するために第２の誤差増幅器を含み、これに応答して、前記第２の制御電気回路の前記第２の誤差増幅器の第２の出力電圧は高く上がり、前記第２の個別のコンバータのデューティサイクルをゼロから増加し、前記第２の個別のコンバータの入力において供給される電力を前記電力供給源に戻してリサイクルするために前記第２の個別のコンバータを動作可にする、
ＬＶＰＳ。
【発明の詳細な説明】
【優先権主張】
【０００１】
本願は、参照によりその全体がこの中に組み込まれる、２０１３年４月２日付で出願された米国出願第１３／８５５，２９８に優先権の利益を主張する。
【政府の権利】
【０００２】
本発明は、米国防省によって与えられた契約番号［ＴＢＤ］に基づく政府の支援をもってなされたものである。米政府は、本発明において何らかの権利を有する。
【背景】
【０００３】
モータは、それらの動作サイクルのある部分の間、ある動作状態において、電力の供給源として働くことができる。したがって、モータ駆動電気回路は、モータからの電力を受ける（シンク）とともに、モータへの電力の供給源となる。例えば、いくつかの電気車両において用いられるような回生ブレーキは、回生ブレーキを与えるために、駆動モータを発電機として用いる。ブレーキの量は、モータから引き出される電力に比例する。最大の効率性のために、ブレーキを与えるためにモータから引き出される電力は、車両の電池に戻してリサイクルされる。
【０００４】
他の例は、低温冷却器を含む。いくつかの低温冷却器について、モータは、動作サイクルのある部分の間に、電力供給源として動作し、流体からエネルギーを吸収し、電力を渡すことによって、位置制御ブレーキ、または、温度制御を与える。したがって、低温冷却器システムのモータ駆動電気回路は、モータへの電力供給源となるだけでなく、モータからの電力を受ける。
【０００５】
したがって、低温冷却器システムにおいて、モータへ、および、モータからという双方向電力フローが存在し、モータ駆動電気回路は、動作サイクルのある部分の間、モータにエネルギーを与え、モータからエネルギーを受ける。電力の供給源であるモータのため、モータから電力を受け、電力を供給源に戻すために、低温冷却器の駆動電気回路において、小さなコンバータが用いられている。しかし、モータからの電力を受けるための小さなコンバータの使用は、モータがこの例にあったように、モータが電力の供給源になるような低温冷却器システムにおいてのみ有用である。いくつかの低温冷却器システムでは、エネルギーは、単に、抵抗または他の負荷において消費され、熱に変換される。したがって、モータからのエネルギーフローは、有効には利用されない。結果として、電気的エネルギーは蓄積されず、または、任意の他の形式の仕事に変換されず、したがって、浪費される。モータにより供給されるこの電力を浪費しないために、モータ駆動電気回路に電力を与えるとともに、モータ駆動電気回路からの電力を受けて、電力供給源に電力を戻すことができる双方向ＬＶＰＳ（low voltage power supply）を用いることが有利である。
【０００６】
必ずしもスケールダウンされているのではない図面において、同様の番号が、異なるビューにおける類似のコンポーネントを記述し得る。異なるサフィックス文字をもった同様の番号は、類似のコンポーネントの異なる例を表す。図は、一般的に、例としてではあるが、限定としてではなく、本書面にて検討される様々な実施形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、単方向ＬＶＰＳが電力をモータドライバに送るが、モータから供給される電力は抵抗性の負荷において消費されるモータ駆動システムを示す。
【図２】図２は、ＬＶＰＳがモータ駆動電気回路に電力を送り、または、モータ駆動電気回路からの電力を受け、電力を供給源に戻すことができる、双方向ＬＶＰＳのブロック図である。
【図３】図３は、低電圧電力をモータ駆動電気回路に与え、または、モータ駆動電気回路からの電力を受け、供給源に電力を戻すために、同期整流を用いる、絶縁型マルチスイッチ双方向電力コンバータを示す。
【図４】図４は、一実施形態にしたがった、双方向ＬＶＰＳモータ駆動システムのブロック図である。
【図５】図５は、一実施形態にしたがった、双方向低電圧電源（ＬＶＰＳ）のブロック図である。
【図６】図６は、一実施形態にしたがった、２つのコンバータを用いる、双方向低電圧電源（ＬＶＰＳ）のブロック図である。
【図７】図７は、一実施形態にしたがった、２つのコンバータを用いる双方向低電圧電源（ＬＶＰＳ）のブロック図であり、そこにおいて、第２のコンバータの動作が、第１のコンバータの誤差増幅器によって制御される。
【図８】図８は、一実施形態にしたがった、２つのコンバータを用いる、双方向低電圧電源（ＬＶＰＳ）の詳細なブロック図である。
【図９】図９は、一実施形態にしたがった、２つのコンバータを用いる双方向低電圧電源（ＬＶＰＳ）の他の実装例（インバータが誤差増幅器の前にある）の詳細なブロック図である。
【図１０】図１０は、一実施形態にしたがった、２つのコンバータを用いる双方向低電圧電源（ＬＶＰＳ）の一実装例の詳細なブロック図であり、そこにおいて、第２のコンバータの動作が第１のコンバータの誤差増幅器によって制御される。
【図１１】図１１は、一実施形態にしたがった、２つのコンバータを用いる双方向低電圧電源（ＬＶＰＳ）の他の実装例の詳細なブロック図であり、そこにおいて、第２のコンバータの動作が第１のコンバータの誤差増幅器によって制御される。
【図１２】図１２は、一実施形態にしたがった、２つのコンバータを用いる双方向低電圧電源（ＬＶＰＳ）の他の実装例の詳細なブロック図であり、そこにおいて、第２のコンバータの動作が第１のコンバータの誤差増幅器によって制御される。
【図１３】図１３は、一実施形態にしたがった、２つのコンバータを用いる双方向低電圧電源（ＬＶＰＳ）の実装例の簡略化された概略図であり、そこにおいて、第２のコンバータの動作が第１のコンバータの誤差増幅器によって制御される。
【図１４】図１４は、一実施形態にしたがった、双方向ＬＶＰＳの簡略化された概略図である。
【詳細な説明】
【０００８】
モータ駆動電気回路に電力を与える双方向低電圧電源（low voltage power supply：ＬＶＰＳ）は、熱力学プロセスの膨張サイクルの間など、電力の供給源となっているモータの動作状態の間、電力を、入力電力バスに戻してリサイクルする。ほとんどの電源は双方向でなく、電力を、電源の入力から電源の出力に運ぶことができるのみである。双方向電源は、電源の入力から電源の出力、および、電源の出力から電源の入力に戻して、電力を運ぶことができる。しかし、そのような双方向電源は効率的であり得るが、それらは、歴史的に、簡易または小さくなく、したがって、低温冷却器等の低電力用途において電力をリサイクルさせるためには用いられてこなかった。一般的に、モータによって戻される電力はリサイクルされず、抵抗や他の負荷を介して消費される。簡易で小さい双方向ＬＶＰＳを提供するために、２つの個別の電力コンバータが用いられ、そこにおいて、その２つのコンバータは交互に働く。
【０００９】
双方向ＬＶＰＳは、２つの簡易なコンバータを含む。第１のコンバータは、モータ駆動電気回路に電力を与えるために用いられ、第２のコンバータは、モータ駆動電気回路から電源に電力をリサイクルする。モータが電力の供給源となるとき、例えば、膨張サイクルの間、モータ駆動電気回路から電力供給源に電力をリサイクルするために、第１のコンバータは遮断し、第２のコンバータはオンとなる。第１のコンバータからの誤差増幅器が、第２のコンバータを可動にするために用いられる。
【００１０】
出力電圧または出力電流が調整されるかどうかにかかわらず、電圧モード制御または電流モード制御が用いられるかどうかにかかわらず、電力コンバータの誤差増幅器は、
出力電力フォームを調整するために、電力コンバータの電力段を制御する。例えば、誤差増幅器は、調整されたコンバータ出力電圧を与えるために、電力コンバータの電力段を制御し得る。出力電圧が予め定められた設定点より低いところに落ちる場合、誤差増幅器の出力は、出力電圧を増加するために高く（ｈｉｇｈ）なる。出力電圧が予め定められた設定点より高くに増加した場合、誤差増幅器は、出力電圧を減らすために低く（ｌｏｗ）なる。誤差増幅器出力電圧が十分に低いところに落ちた場合、コンバータは遮断する。したがって、第１のコンバータからの誤差増幅器出力電圧は、第２のコンバータを可動とするために用いられ得る。
【００１１】
双方向ＬＶＰＳにおいて、冷媒が膨張している場合のように、低温冷却器のモータが電力供給源に向かって電力を戻している場合には、ＬＶＰＳの出力における電圧は、第１のコンバータにおける誤差増幅器が調整するように設定された電圧よりも大きい電圧に増加し始める。第１のコンバータの誤差増幅器は、出力電圧が高すぎることを決定し、その出力において低電圧を駆動する。誤差増幅器の出力は、最小、典型的には０Ｖ（ボルト）に落ちて、それによって、出力に電流または電圧を与えることを停止するために、第１のコンバータの電力段をオフにする。誤差増幅器の出力が、ゼロ電流またはゼロボルトを駆動するレベル（典型的に、１Ｖ）の下に落ちる場合、第２のコンバータは、第２のコンバータが電力供給源に電力をリサイクルすることを可能にするために可動にされる。これは、第１のコンバータと第２のコンバータの間のループにおける電力の循環を避けるために、第１と第２の電力コンバータが同時にオンにならないことを保証する。第２のコンバータが第１のコンバータと同時に可動にされた場合、第１のコンバータは電力供給源からモータ駆動電気回路への電力供給源となる間に、第２のコンバータが、電力を、第１のコンバータの出力から電力供給源に戻して、リサイクルし得る。２つの個別の簡易な電力コンバータを使用することによって、単一のより複雑な双方向コンバータよりも、少ない部品が用いられ、より小さい容積が用いられる。また、２つの個別で、簡易な電力コンバータは、単一のより複雑な双方向電力コンバータより少ないスペース占め得る。
【００１２】
この中で、実施形態は、例えば、低温冷却器モータといったモータのための電力を与えることとリサイクルすることの文脈の中で説明され得る。しかし、当技術に技量を有した者は、この中に記載された実施形態が他の実装例に適用可能であり得、従って、そのような例は限定することを意味されないことを理解する。したがって、他の形式および／または表現が、この中に記載された実施形態の範囲から逸脱することなく実施され得る。
【００１３】
図１は、単方向ＬＶＰＳ １１４がモータ駆動電気回路１１６に電力を与え、モータから供給された電力が抵抗性の負荷１１５において消費される、モータ駆動システム１００を示す。図１において、モータ駆動電気回路１１６は、低電圧電源（low voltage power supply：ＬＶＰＳ）１１４を介して電力を供給される。モータ駆動電気回路１１６が、モータを直接駆動するために、遅れなしで入力バス電力を操作するならば、ＬＶＰＳ １１４は、省略され得る。図１において、単方向入力電力フロー１１０が、入力電力バス１１２によって与えられる。低電圧電源（ＬＶＰＳ）１１４は、モータ駆動電気回路１１６に電力を与えるために、入力電力バス１１２を用いる。ＬＶＰＳ１１４は、入力電力バス１１２から絶縁されたモータ駆動電気回路に電力を与える。代替として、ＬＶＰＳ１１４は、非絶縁の電力を与え得る。モータ駆動電気回路１１６は、モータ１１９のための双方向電力フロー１１８を与える。例えば、低温冷却器モータは、例えば、冷媒が膨張しているときの膨張サイクルの間といったある動作状態において、電力供給源として働き得る。モータ駆動電気回路１１６は、モータ１１９から電力を受けるとともに、モータ１１９に電力を供給することによって、モータ１１９のための双方向電力フロー１１８を与える。調整を維持するために、モータ１１９から供給される電力は、負荷抵抗１１５において消費される。負荷抵抗１１５の抵抗値は、ＬＶＰＳ１１４が電力供給源となることに対して、十分に小さい。
【００１４】
モータ駆動電気回路１１６がＬＶＰＳ １１４によって与えられる２次電力をオフする動作をするこれらの応用例において、双方向ＬＶＰＳ（図示されず）は、電力供給源となり、電力の受け手となり、受けた電力を入力電力供給源に戻してリサイクルする。電力を、入力電力供給源に戻してリサイクルすることによって、システム電力消費は低減され、システム全体の効率性は改善され得る。加えて、電力を入力電力に戻してリサイクルするためのＬＶＰＳ双方向電力コンバータは、熱負荷を低減し得る。
【００１５】
図２は、双方向電力システム２００のブロック図を示し、ここにおいて、電力システムは、モータ駆動電気回路２１６に電力を与え、または、モータ駆動電気回路から電力を受けて、電力を供給源に戻してリサイクルする。双方向電力コンバータ２１４は、入力電力２１０を双方向ＬＶＰＳ ２１４に与えるために、入力電力バス２１２に接続され、ここで、双方向ＬＶＰＳ２１４は、モータ駆動電気回路２１６に、双方向入力電力フロー２１８を与える。ＬＶＰＳ２１４は、入力電力バスから絶縁されたモータ駆動電気回路２１６に、電力を与え得る。代替的に、ＬＶＰＳ２１４は、非絶縁の電力を与えてもよい。モータ駆動電気回路２１６は、モータから電力を受けるとともに、モータへの電力の供給源となることによって、双方向電力フローを与える。システム電力消費を低減するため、および、システム全体の効率性を改善するために、モータ駆動電気回路２１６からの電力が、入力電力バス２１２に戻してリサイクルするための双方向ＬＶＰＳ ２１４に与えられる。
【００１６】
図３は、モータ駆動電気回路３１６に絶縁された低電圧電力を与えるため、または、モータ駆動電気回路３１６からの電力を受けて、電力を電力供給源３１２に戻すために、同期整流を用いる、絶縁型マルチスイッチ双方向電力コンバータ３００を示す。図３において、入力電力バスが電力供給源であるが、電力コンバータ３００は、電力をモータ駆動電気回路３１６に与えるフルブリッジコンバータとして動作する。モータ３１９が電力の供給源となるとき、電力コンバータ３００の出力電流の向きは逆になり、電力コンバータ３００は、電力を入力電力バス３１２に送るカレントフェッドコンバータとして動作し始める。ＬＶＰＳ制御電気回路３２０は、マルチスイッチ双方向電力コンバータ３００の動作を制御する。例えば、トランジスタＱ１ ３４０、Ｑ２ ３４１、Ｑ３ ３４２、Ｑ４ ３４３、Ｑ５ ３６０、Ｑ６ ３６１は、電力の供給源となること、および、受け手となることを制御するために用いられる。
【００１７】
したがって、マルチスイッチ双方向電力コンバータ３００は、同期整流器を用いた倍電圧出力整流を使用するフルブリッジコンバータを与える。しかし、図３に示されたマルチスイッチ双方向電力コンバータ３００は、例えば、２つの簡易なコンバータ（例えば、図９参照）のための２つのトランジスタに対して６つのトランジスタというように、２つの簡易なコンバータのためよりも多くの部品を含み、それに対応して、より大きな基板エリアと容量を含む。双方向電力フローのために用いられ得る、多くの他の代替のタイプの電力コンバータトポロジがある。代替の１つの例において、双方向フライバックコンバータは、３つのパワーＭＯＳＦＥＴ、３つのパワー整流器、４巻線変圧器、パルス幅変調（pulse width modulation：ＰＷＭ）制御器を用いる。
【００１８】
高電力システムのために、同期整流を用いるマルチスイッチ双方向電力コンバータ３００は、システム電力消費を低減するために、および、システム全体の効率性を改善するために、電力の供給源と受け手になり、受けた電力を入力バス３１２に戻してリサイクルするために用いられ得る。しかし、低電力システムのためには、マルチスイッチ双方向電力コンバータの容量、コスト、および、複雑性が許され得ない。
【００１９】
図４は、実施形態にしたがった双方向モータ駆動システム４００のブロック図である。図４において、双方向低電圧電源（ＬＶＰＳ）４１４が、モータ駆動電気回路４１６に電力を与え、モータ４１９から入力バス４１２に電力を戻してリサイクルする。ＬＶＰＳ４１４は、入力電力バス４１２から絶縁されたモータ駆動電気回路４１６に電力を与え得る。代替として、ＬＶＰＳ４１４は非絶縁の電力を与えてもよい。双方向モータ駆動システム４００において、負荷抵抗は、調整を維持するためにモータ４１９から供給される電力を消費するために用いられない。ＬＶＰＳ４１４を介する電流フローは、双方向電流フロー４１０である。同様に、モータ駆動電気回路４１６を介する電流フローは、双方向電流フロー４１８である。
【００２０】
図５は、実施形態にしたがった双方向低電圧を与えるためのシステム５００のブロック図である。図５において、ＬＶＰＳ電力コンバータ５１４は、モータ駆動電気回路５１６への出力電圧を調整するためにセットアップされた、２つの簡易で、個別で、安価なコンバータ５２２、５２４を含む。ＬＶＰＳ５００は、入力電力バス５１２から絶縁されたモータ駆動電気回路５１６に電力を与え得る。代替として、ＬＶＰＳ５００は、非絶縁の電力を与えてもよい。第２の個別のコンバータ５２４は、逆の配置で、第１の個別のコンバータと並列に接続される。第１のコンバータ５２２は、電力を、入力電力バス５１２からモータ駆動電気回路５１６に届け、モータが負荷として駆動されるときに、モータ駆動電気回路５１６への電圧を調整する。したがって、第１の電力コンバータ５２２は、第２の電力コンバータ５２４がオフの間、モータ駆動電気回路５１６に電力を与える。続いて、モータが電力供給源として機能しているとき、第１のコンバータの出力電圧は上昇し、第１のコンバータは遮断し、第２のコンバータ５２４は、モータ駆動電気回路５１６から電力を受け、モータ駆動電気回路５１６への電圧を調整して、入力電力バス５１２に電力を届ける。したがって、例えば、冷媒膨張フェーズの間のように、電力がモータによって供給されているとき、第１の電力コンバータはオフに切り替わり、第２の電力コンバータは、電力を、モータ駆動電気回路から入力電力バス５１２に戻してリサイクルするために、オンに切り替わる。
【００２１】
図６は、実施形態にしたがった、２つのコンバータを用いる双方向モータ駆動システム６００のブロック図である。ＬＶＰＳ６１４は、入力電力バス６１２から絶縁されているモータ駆動電気回路６１６に電力を与え得る。代替として、ＬＶＰＳ６１４は、非絶縁の電力を与えてもよい。図６において、双方向低電圧電源（ＬＶＰＳ）６１４は、第１の個別の電力コンバータ６２２と第２の個別の電力コンバータ６２４を含む。第１の個別の電力コンバータ６２２は、第１の電力段６４０と第１の制御電気回路６２０とを含む。第１の制御電気回路６２０は、第１の誤差増幅器６３０を含む。第２の電力コンバータ６２４は、第２の電力段６７０と第２の制御電気回路６５０を含む。第２の制御電気回路６５０は、第２の誤差増幅器６６０を含む。誤差増幅器６６０は、誤差増幅器６３０が調整のためにバイアスされている電圧よりもわずかに高い電圧にモータ駆動電気回路への電圧を調整するためにバイアスされる。
【００２２】
双方向ＬＶＰＳコンバータ６１４は、モータ駆動電気回路６１６に電力を与えるために、入力電力バス６１２に接続される。モータが負荷として働いているとき、第１の個別のコンバータ６２２は、電力を与え、モータ駆動電気回路６１６への電圧を、予め定められた電圧に調整する。モータが電力供給源として機能するとき、モータ駆動電気回路６１６は、電力を、第１のコンバータ６２２の出力に電力を戻し、第１のコンバータ６２２の出力における電圧は増加し、誤差増幅器は電力段６２０を遮断し、第１の個別のコンバータ６２２の出力電力は、出力電圧が落ちるまで、ゼロに減少する。第１のコンバータ６２２の出力における電圧が十分に増加すると、誤差増幅器６６０はモータ駆動電気回路６１６から電力を受け、入力電力バス６１２に電力を渡すために、電力段６７０をオンに切り替える。これは、モータ駆動電気回路６１６への電圧を減らす。
【００２３】
反対に、モータ駆動電気回路への電圧が非常に減少する場合、第２の個別のコンバータのデューティサイクルと出力電力は、モータ駆動電気回路６１６からより少ない電力を受け、入力電力バスにより少ない電力を届けるために、減らされる。これは、モータ駆動電気回路６１６への電圧が増加することを可能にする。モータ駆動電気回路６１６への電圧が十分に減少する場合、第２の個別のコンバータ６２４のデューティサイクルと出力電力は、出力電圧が増加するときまで、ゼロに減らされる。
【００２４】
当技術分野に技量を有する者は、２つの個別のコンバータ６２２、６２４が絶縁型フライバックコンバータ、絶縁型フォワードコンバータ、それぞれの１つ、または、任意の他の形態であってよく、実施形態は、その点において限定されるとは意味されないことを認識する。入力電力バス６１２は、一次電力から既に絶縁されていてもよく、その場合には、２つの個別のコンバータ６２２、６２４は、非絶縁型コンバータであってもよい。しかし、実施形態は、この点において限定されない。
【００２５】
部品数値の初期許容量、ドリフト、または、温度係数によって、第２の個別のコンバータ６２４の電圧設定値は、第１の個別のコンバータ６２２の電圧設定値よりも小さくなり得、この場合には、２つの簡易のコンバータは同時にオンになり、それによって、ループのなかで電力が循環する。そのような電力の循環は、電力を消費し、効率性を減少させる。個別のコンバータ６２２、６２４が同時にオンとなることを避けるための１つの方法は、第２の個別のコンバータ６２４のために、非常により高い電圧調整設定値を用いることである。他の方法は、第１の個別のコンバータ６２２が動作している間、第２の個別のコンバータ６２４をオフにホールドすることである。
【００２６】
第１の個別のコンバータ６２２が電圧モード制御か電流モード制御のいずれを用いるかにかかわらず、第１の個別のコンバータ６２２の第１の誤差増幅器６３０の出力電圧は、モータが電力供給源としての働きをしているときの時間の間、より低い出力電圧を指示するために、低く（ｌｏｗ）落ちる。したがって、第１の個別のコンバータ６２２の第１の誤差増幅器６３０の出力電圧は、第２の個別のコンバータ６２４がオンに切り替わることをトリガするために用いられ得る。
【００２７】
第２の個別のコンバータ６２４を可動にするために、第１の個別のコンバータ６２２の第１の誤差増幅器６３０の出力電圧を用いること、または、反対に、第１の個別のコンバータ６２２の第１の誤差増幅器の出力電圧が低く落ちるまで、第２の個別のコンバータ６２４を動作不可にしたままにするために、第１の個別のコンバータの第１の誤差増幅器の出力電圧を用いること、のための方法はいくつかある。
【００２８】
また、ブロック図に示された双方向ＬＶＰＳを実装する方法もいくつかある。双方向ＬＶＰＳの実施形態のいくつかの例が、ここに与えられる。しかし、これらいくつかの例は例示として与えられるもので、限定するものではないことが注記される。
【００２９】
図７は、他の実施形態にしたがった、２つのコンバータを用いる双方向低電圧電源（ＬＶＰＳ）７１４を使用した双方向モータ駆動システム７００のブロック図である。ＬＶＰＳ７１４は、電力を、入力バス７１２から絶縁されたモータ駆動電気回路７１６に与え得る。代替として、ＬＶＰＳ７１４は、非絶縁の電力を与えてもよい。図７において、双方向低電圧電源（ＬＶＰＳ）７１４は、第１の個別の電力コンバータ７２２と第２の個別の電力コンバータ７２４を含む。第１の個別の電力コンバータ７２２は、第１の電力段７４０と第１の制御電気回路７２０を含む。第１の制御電気回路７２０は、第１の誤差増幅器を含む。第２の電力コンバータ７２４は、第２の電力段７７０と第２の制御電気回路７５０を含む。第２の制御電気回路７５０は、第２の誤差増幅器７６０を含む。図７において、第２のコンバータ７２４は、第１のコンバータ７２２の誤差増幅器７３０によって、信号７３６を用いて制御される。信号７３６は、誤差増幅器７３０の直接の出力であってもよく、または、誤差増幅器７３０の出力から生成される信号であってもよい。
【００３０】
双方向ＬＶＰＳコンバータ７１４は、モータ駆動電気回路７１６に電力を与えるために、入力電力バス７１２に接続される。モータが負荷としての働きをするとき、第１の個別のコンバータ７２２は、電力を与え、第１の個別のコンバータ７２２の出力において、モータ駆動電気回路７１６への電圧を予め定められた電圧に調整する。誤差増幅器７３０は、信号７３６を用いて、第２の個別のコンバータ７２４をオフにホールドする。モータが電力供給源として機能し、モータ駆動電気回路が第１のコンバータ７２２の出力に電力を戻すとき、第１のコンバータ７２２の出力における電圧は増加し、誤差増幅器７３０は電力段７２０を遮断し、出力電圧が落ちるときの時間まで、第１の個別のコンバータ７２２の出力電力がゼロに下げられる。低く（ｌｏｗ）落ちている誤差増幅器７３０は、信号７３６を用いて、第２のコンバータを可動にする。第１のコンバータ７２２の出力における電圧が十分に増加するとき、モータ駆動電気回路７１６からの電力を受け、電力を入力電力バス７１２に届けるために、誤差増幅器７６０が、第１の個別のコンバータの電力段７７０をオンに切り替える。これは、モータ駆動電気回路７１６への電圧を減少する。
【００３１】
モータ駆動電気回路７１６への電圧が増加する場合、第２の個別のコンバータ７２４のデューティサイクル（および、出力電力）は、モータ駆動電気回路７１６から追加の電力を受けるために増加され、入力電力バス７１２に追加の電力を届ける。これは、モータ駆動電気回路７１６への電圧を減少する。
【００３２】
反対に、モータ駆動電気回路７１６への電圧が減少する場合、モータ駆動電気回路７１６からより少ない電力を受け、より少ない電力を入力電力バス７１２に届け、したがって、モータ駆動電気回路７１６への電圧を調整するために、第２の個別のコンバータ７２４のデューティサイクルと出力電力は、減少される。
【００３３】
モータが、再度、負荷として働き、モータ駆動電気回路が第１のコンバータ７２２の出力から電力を引くとき、第１のコンバータ７２２の出力における電圧は減少する。誤差増幅器７３０は、より低い電圧を感知し、その出力電圧を増加させて、電力段７２０を可動にし、第１の個別のコンバータ７２２は、電力を与え、モータ駆動電気回路７１６への電圧を予め定められた電圧に調整する。誤差増幅器７３０は、また、信号７３６を用いて、第２の個別のコンバータ７２４をオフにホールドする。したがって、図７の双方向ＬＶＰＳ７１４において、第１の個別の電力コンバータ７２２の誤差増幅器７３０は、第２の個別の電力コンバータ７２４を制御するために用いられる。
【００３４】
図８は、一実施形態にしたがった、２つのコンバータを用いる双方向低電圧電源（ＬＶＰＳ）の簡略化された概略図である。ＬＶＰＳ８１４は、入力電力バス８１２から絶縁されたモータ駆動電気回路に、電力を供給する。代替として、ＬＶＰＳ８００は、非絶縁の電力を与えてもよい。双方向ＬＶＰＳ８００は、第１の個別の電力コンバータ８２２と第２の個別の電力コンバータ８２４とを含む。第１の個別の電力コンバータ８２２は、第１の電力段８４０と第１の制御電気回路８２０とを含む。第１の制御電気回路８２０は、第１の誤差増幅器８３０と第１のパルス幅変調デバイス（pulse width modulation：ＰＷＭ）とを含む。誤差増幅器８３０の出力電圧を、電力段８４０におけるスイッチトランジスタのデューティサイクルに変換し、そうすることによって、誤差増幅器８３０がコンバータ電力段８４０の出力電力を制御することを可能にするために、第１のＰＷＭデバイス８３２が用いられる。第２の電力コンバータ８２４は、第２の電力段８７０と第２の制御電気回路８５０とを含む。第２の制御電気回路８５０は、第２の誤差増幅器８６０、第２のパルス幅変調デバイス８７２、および、反転増幅器８８０を含む。反転増幅器８６０の出力電圧を、電力段８７０におけるスイッチトランジスタのデューティサイクルに変換し、そうすることによって、誤差増幅器８６０がコンバータ電力段８７０の出力電力を制御することを可能にするために、ＰＷＭデバイス８７２が用いられる。双方向ＬＶＰＳ８００は、モータ駆動電気回路８１６に電力を与えるために、入力電力バス８１２に接続される。
【００３５】
図８において、第２の個別のコンバータ８２４は、誤差増幅器８６０の後に置かれる、追加の反転増幅器を用いて調整をする。第２の個別のコンバータ８２４は、モータ駆動電気回路８１６への電圧を、第１の個別のコンバータ８２２の指定された出力電圧よりわずかに大きい電圧に調整する。
【００３６】
誤差増幅器８６０の後の反転増幅器８８０は、追加の電力をモータ駆動電気回路８１６から受け、入力電力バス８１２に電力を届けるために、第２の個別のコンバータ８２４のデューティサイクルと出力電力とを増加し、それはモータ駆動電気回路８１６への電圧を減少する。反対に、モータ駆動電気回路８１６への電圧が減少する場合、モータ駆動電気回路８１６からより少ない電力を受け、より少ない電力を入力電力バス８１２に届けるために、第２の個別のコンバータ８２４のデューティサイクルと出力電力は減少され、それは、モータ駆動電気回路８１６への電圧が増加することを可能にする。
【００３７】
図９は、他の実施形態にしたがった、２つのコンバータを用いて双方向低電圧電源を与えるためのシステム９００の簡略化された概略図である。双方向ＬＶＰＳ９１４は、入力電力バス９１２から絶縁されたモータ駆動電気回路９１６に電力を与え得る。代替として、ＬＶＰＳ９００は、非絶縁の電力を与えてもよい。双方向ＬＶＰＳ９００は、第１の個別の電力コンバータ９２２と第２の個別の電力コンバータ９２４を含む。第１の個別の電力コンバータ９２２は、入力電力バス９１２に接続され、第１の電力段９４０と第１の制御電気回路９２０を含む。第１の制御電気回路９２０は、第１の誤差増幅器９３０と第２のパルス幅変調（ＰＷＭ）デバイス９３２を含む。誤差増幅器９３０の出力電圧を電力段９４０におけるスイッチトランジスタのデューティサイクルに変換し、そうすることによって、誤差増幅器９３０がコンバータ電力段９４０の出力電力を制御することを可能にするために、ＰＷＭデバイス９３２が用いられる。第２の電力コンバータ９２４は、第２の電力段８７０と第２の制御電気回路９５０とを含む。第２の制御電気回路９５０は、第２の誤差増幅器９６０、パルス幅変調（ＰＷＭ）デバイス９７２、および、反転増幅器９８０を含む。誤差増幅器９６０の出力電圧を、電力段９７０におけるスイッチトランジスタのデューティサイクルに変換し、そうすることによって、誤差増幅器９６０がコンバータ電力段９７０の出力電力を制御することを可能にするために、ＰＷＭデバイス９７２が用いられる。モータ駆動電気回路９１６から追加の電力を受け、入力電力バス９１２に追加の電力を届けるために、誤差増幅器９６０の前の反転増幅器９８０は、モータ駆動電気回路９１６への電圧が増加するとき、第２の個別のコンバータ９２４のデューティサイクルと出力電力を増加し、それは、モータ駆動電気回路９１６への電圧を減少する。反対に、モータ駆動電気回路９１６への電圧が減少する場合、モータ駆動電気回路９１６からより少ない電力を受け、より少ない電力を入力電力バス９１２に届けるために、第２の個別のコンバータ９２４のデューティサイクルと出力電力は減少され、それは、モータ駆動電気回路９１６への電圧が増加することを可能にする。双方向ＬＶＰＳ９００は、モータ駆動電気回路９１６に電力を与えるために、入力電力バス９１２に接続される。
【００３８】
図１０は、他の実施形態にしたがった、２つのコンバータを用いて双方向低電圧を与えるためのシステム１０００の簡略化された概略図である。双方向ＬＶＰＳコンバータ１０１４は、モータ駆動電気回路に電力を与えるために、入力電力バス１０１２に接続される。ＬＶＰＳ １０００は、入力電力バス１０１２から絶縁されるモータ駆動電気回路１０１６に電力を与え得る。代替として、ＬＶＰＳ １０００は、非絶縁の電力を与えてもよい。双方向ＬＶＰＳ １０００は、第１の個別の電力コンバータ１０２２と第２の個別の電力コンバータ１０２４を含む。第１の個別の電力コンバータ１０２２は、第１の電力段１０４０と第１の制御電気回路１０２０を含む。第１の制御電気回路１０２０は、第１の誤差増幅器とパルス幅変調（ＰＷＭ）デバイス１０３２を含む。反転増幅器１０８０の出力電圧を、電力段１０４０におけるスイッチトランジスタのデューティサイクルに変換し、そうすることによって、誤差増幅器１０３０がコンバータ出力段１０４０の出力電力を制御することを可能にするために、ＰＷＭデバイス１０３２が用いられる。第２の電力コンバータ１０２４は、第２の電力段１０７０と第２の制御電気回路１０５０を含む。第２の制御電気回路１０５０は、第２の誤差増幅器１０６０、パルス幅変調（ＰＷＭ）デバイス１０７２、反転増幅器１０８０、制御されるスイッチデバイス１０３４を含む。反転増幅器１０６０の出力電圧を、電力段１０７０におけるスイッチトランジスタのデューティサイクルに変換し、そうすることによって、誤差増幅器１０６０がコンバータ出力段１０７０の出力電力を制御することを可能にするために、ＰＷＭデバイス１０７２が用いられる。誤差増幅器１０６０の後の反転増幅器は、追加の電力をモータ駆動電気回路から受け、追加の電力を入力電力バス１０１２に届けるために、モータ駆動電気回路１０１６への電圧が増加するとき、第２の個別のコンバータのデューティサイクルと出力電力を増加し、それは、モータ駆動電気回路１０１６への電圧を減少する。図１０に示された双方向ＬＶＰＳ１０００は、第１のコンバータ１０２２の誤差増幅器１０３０の出力からの信号１０３６を用いて、第２のコンバータ１０２４の動作を制御する。信号１０３６は、誤差増幅器１０３０の直接の出力であってもよく、誤差増幅器１０３０の出力から生成される信号であってもよい。制御されたスイッチデバイス１０３４は、バイポーラトランジスタＱ１として示されるが、多くの制御されるスイッチデバイス（ＭＯＳＦＥＴ、コンパレータ、光カップラ、オペアンプ、等）の任意のであってよい。
【００３９】
図１０において、トランジスタＱ１ １０３４は、第１の誤差増幅器１０３０からの信号を用いて第２の個別のコンバータ１０２４のオン／オフ状態を制御するために、第２の制御電気回路１０５０に加えられ、第１の個別のコンバータ１０２２の第１の誤差増幅器１０３０の出力電圧が低く（ｌｏｗ）なるまで、第２の個別のコンバータ１０２４は、オフ状態に維持される。モータが負荷として働いているとき、モータ駆動電気回路１０１６から電力を引いて、第１の個別のコンバータ１０２２は、モータ駆動電気回路１０１６に電力を与え、モータ駆動電気回路１０１６は、モータを駆動する。第１の個別のコンバータ１０２２の第１の誤差増幅器１０３０は、高い（ｈｉｇｈ）電圧レベルにあるが、実際の電圧レベルは、用いられるＰＷＭ、コンバータデザイン、入力バス電圧、モータ駆動電気回路によって引かれる電力に依存する。トランジスタＱ１ １０３４は、オンに切り替えられ、第２の誤差増幅器１０６０の入力を低く（ｌｏｗ）ホールドし、それは第２の個別のコンバータ１０２４をオフに保つ。
【００４０】
モータが電力供給源として働いて、モータ駆動電気回路１０１６に電力を供給しているとき、第１の個別のコンバータ１０２２の出力電圧は上がり、第１の誤差増幅器１０３０の出力電圧は低く（ｌｏｗ）なり、第１の個別のコンバータ１０２２からモータ駆動電気回路１０１６への電力の移動を遮断し、トランジスタＱ１ １０３４を遮断する。トランジスタＱ１ １０３４がオフであると、第２の誤差増幅器１０６０へのフィードバック電圧が高く（ｈｉｇｈ）なり、第２の誤差増幅器１０６０は高い（ｈｉｇｈ）電圧を感知して、第２の誤差増幅器１０６０の出力電圧を低く（ｌｏｗ）落とす。反転増幅器１０８０の出力は高く（ｈｉｇｈ）なり、電力が入力電力バス１０１２に戻してリサイクルされるように指示する。第２の個別のコンバータ１０２４は、電力を入力電力バス１０１２に戻すことによって、モータ駆動電力回路１０１６への電圧を調整する。第２の個別のコンバータ１０２４は、モータ駆動電気回路１０１６への電圧の調整を維持するために、モータが供給することができるよりも多くの電力を転送することができる。
【００４１】
例えば、第１の個別のコンバータ１０２２は、＋１５．０Ｖ（ボルト）の出力電圧を調整するように設定され得、第２の個別のコンバータ１０２４は、＋１５．５Ｖの出力電圧を調整するように設定され得る。モータが負荷として働くとき、第１の個別のコンバータ１０２２は、モータ駆動電気回路１０１６に電力を与え、出力電圧を＋１５．０Ｖに調整する。第１の誤差増幅器１０３０の出力電圧が高く（ｈｉｇｈ）あるので、トランジスタＱ１ １０３４はオンとなり、第２の誤差増幅器１０６０への出力電圧フィードバックは低く（ｌｏｗ）あり、第２の誤差増幅器１０６０の出力は高く（ｈｉｇｈ）あり、反転増幅器１０８０の出力は低く（ｌｏｗ）なり、第２の個別の電力段１０７０は遮断される。モータが電力の供給源となる場合、第１の個別のコンバータ１０２２の出力電圧は１５．０Ｖより大きく上昇し、第１の誤差増幅器１３０の出力は低く（ｌｏｗ）落ち、第１の個別のコンバータ１０２２を介して出力に電力を転送することを遮断し、トランジスタＱ１ １０３４を遮断する。第２の誤差増幅器１０６０のフィードバック信号は高く（ｈｉｇｈ）なる。モータ駆動電気回路への電圧が１５．５Ｖに達すると、第２の誤差増幅器１０６０が低く（ｌｏｗ）なり、第２の個別の電力段１０７０をオンに切り替えるために、反転増幅器の１０８０の出力は高く（ｈｉｇｈ）なり、それは、電力を、入力電力バス１０１２にもとでぃてリサイクルする。第２の個別のコンバータ１０２４は、電力を入力電力バス１０１２に転送することによって、モータ駆動電気回路１０１６への電圧を、＋１５．５Ｖに調整する。
【００４２】
トランジスタＱ１ １０３４の追加は、第１の誤差増幅器１０３０の出力電圧によって、どのように第２の個別のコンバータ１０２４の動作を制御するかという１つの例である。代替として、第１の個別のコンバータ１０２２の第１の誤差増幅器の出力から生成される信号を用いて、第２の個別のコンバータ１０２４の動作を制御するために、コンパレータまたは他の回路が用いられ得る。加えて、第１の個別のコンバータ１０２２の第１の誤差増幅器１０３０の出力電圧から生成される信号１０３６を用いて、第２の個別のコンバータ１０２４の動作を制御するために、他の手段が用いられる。例えば、いくつかのＰＷＭは、ＰＷＭを動作不可にして、コンバータを遮断するために、遮断ピンを与える。他のＰＷＭでは、ＰＷＭを動作不可にするために、増幅器出力が「接地（グラウンド）」に引かれる。しかし、当技術において技量を有する者は、実施形態がこの点で限定されることを意味されないことを理解する。コンバータは、ファストリカバリダイオード、ウルトラファストリカバリダイオード、ショットキーダイオード、高電圧ショットキーダイオード、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）整流器、または、同期整流器を用い得る。さらに、コンバータは、ハードスイッチされるコンバータ、ソフトスイッチされるコンバータ、または、共振コンバータであってよい。コンバータは、リップルレギュレータであるか、または、それを用いてもよい。再度、当技術において技量を有する者は、実施形態がこの点で限定されることを意味されないことを理解する。
【００４３】
図１１は、他の実施形態にしたがった、２つのコンバータを用いて双方向低電圧を与えるためのシステム１１００の簡略化された概略図である。双方向ＬＶＰＳコンバータ１１１４は、モータ駆動電気回路１１１６に電力を与えるために、入力電力バス１１１２に接続される。ＬＶＰＳ１１００は、電力バス１１１２から絶縁されるモータ駆動電気回路１１１６に電力を与える。代替として、ＬＶＰＳ１１００は、非絶縁の電力を与えてもよい。双方向ＬＶＰＳ１１００は、第１の個別の電力コンバータ１１２２と第２の個別の電力コンバータ１１２４とを含む。第１の個別の電力コンバータ１１２２は、第１の出力段１１４０と第１の制御電気回路１１２０を含む。第１の制御電気回路１１２０は、第１の誤差増幅器１１３０とパルス幅変調（ＰＷＭ）デバイス１１３２を含む。誤差増幅器１１３０の出力電圧を、電力段１１４０におけるスイッチトランジスタのデューティサイクルに変換し、そうすることによって、誤差増幅器１１３０がコンバータ電力段１１４０の出力電力を制御することを可能にするために、ＰＷＭデバイス１１３２が用いられる。第２の電力コンバータ１１２４は、第２の電力段１１７０と第２の制御電気回路１１５０とを含む。第２の制御電気回路１１５０は、第２の誤差増幅器１１６０、パルス幅変調（ＰＷＭ）デバイス１１７２、反転増幅器１１８０、および、制御されるスイッチデバイスＱ１ １１３４を含む。誤差増幅器１１６０の出力電圧を、電力段１１７０におけるスイッチトランジスタのデューティサイクル変換し、そうすることによって、誤差増幅器１１６０がコンバータ出力段１１７０の出力電力を制御することを可能にするために、ＰＷＭデバイス１１７２が用いられる。モータ駆動電気回路１１１６から追加の電力を受け、入力電力バス１１１２に追加の電力を届けるために、誤差増幅器１１６０の前の反転増幅器１１８０は、モータ駆動電気回路１１１６への電圧が増加するとき、第２の個別のコンバータ１１２４のデューティサイクルと出力電力を増加し、それはモータ駆動電気回路１１１６への電圧を減少する。図１１における双方向ＬＶＰＳ１１００は、第１のコンバータ１１２２の誤差増幅器１１３０の出力からの信号１１３６を用いて、第２のコンバータ１１２４の動作を制御する。信号１１３６は、誤差増幅器１１３０の直接の出力であってもよく、誤差増幅器１１３０の出力から生成される信号であってもよい。制御されるスイッチデバイス１１３４は、ＮＰＮバイポーラトランジスタＱ１として示されるが、多くの制御されるスイッチデバイス（ＭＯＳＦＥＴ、コンパレータ、光カップラ、オペアンプ、等）の任意のものが用いられ得る。加えて、第１の個別のコンバータ１１２２の第１の誤差増幅器１１３０の出力電圧から生成された信号１１３６を用いて、第２の個別のコンバータ１１２４の動作を制御するために、他の手段が用いられ得る。
【００４４】
図１１において、第２の制御電気回路１１５０は、第１の誤差増幅器１１３０からの信号１１３６を用いて、第２の個別のコンバータ１１２４のオン／オフ状態を制御するために、トランジスタＱ１ １１３４を含み、第１の個別のコンバータ１１２２の第１の誤差増幅器１１３０の出力電圧が低く（ｌｏｗ）なるまで、第２の個別のコンバータ１１２４がオフ状態に維持される。モータ駆動電気回路１１１６から電力を引いて、モータが負荷として動作しているとき、第１の個別のコンバータ１１２２は、モータ駆動電気回路１１１６に電力を与え、モータ駆動電気回路１１１６はモータを駆動する。第１の個別のコンバータ１１２２の第１の誤差増幅器１１３０は、高い（ｈｉｇｈ）電圧レベルにあり、実際の電圧レベルは、用いられるＰＷＭとコンバータのデザインに依存する。トランジスタＱ１ １１３４は、オンに切り替えられ、反転増幅器１１６０の入力を低く（ｌｏｗ）にホールドし、それは、第２の個別のコンバータ１１２４をオフに保つ。
【００４５】
図１２は、他の実施形態にしたがった、２つのコンバータを用いて双方向低電圧を与えるためのシステム１２００の簡略化された概略図であり、第２のコンバータを遮断するための他の手段を示す。双方向ＬＶＰＳコンバータ１２１４は、モータ駆動電気回路１２１６に電力を与えるために、入力電力バス１２１２に接続される。ＬＶＰＳ１２００は、入力電力バスから絶縁されたモータ駆動電気回路に電力を与え得る。代替として、ＬＶＰＳ１２００は、非絶縁電力を与えてもよい。双方向ＬＶＰＳ１２００は、第１の個別の電力コンバータ１２２２および第２の個別の電力コンバータ１２２４を含む。第１の個別の電力コンバータ１２２２は、第１の電力段１２４０と第１の制御電気回路１２２０とを含む。第１の制御電気回路１２２０は、第１の誤差増幅器１２３０とパルス幅変調（ＰＷＭ）デバイス１２３２とを含む。誤差増幅器１２３０の出力電圧を、電力段１２４０におけるスイッチトランジスタのデューティサイクルに変換し、そうすることによって、誤差増幅器１２３０がコンバータ電力段１２４０の出力電力を制御することを可能にするために、ＰＷＭデバイス１２３２が用いられる。第２の電力コンバータ１２２４は、第２の電力段１２７０と第２の制御電気回路１２５０とを含む。第２の制御電気回路１２５０は、第２の誤差増幅器１２６０、反転増幅器１２８０、パルス幅変調（ＰＷＭ）デバイス、および、制御されるスイッチデバイスＱ１ １２３４を含む。誤差増幅器１２６０の出力電圧を、電力段１２７０におけるスイッチトランジスタのデューティサイクルに変換し、そうすることによって、誤差増幅器１２６０がコンバータ出力段１２７０の出力電圧を制御することを可能にするために、ＰＷＭデバイス１２７２が用いられる。モータ駆動電気回路から追加の電力を受け、入力電力バス１２１２に追加の電力を届けるために、誤差増幅器１２６０の前の反転増幅器１２８０は、モータ駆動電気回路１２１６への電圧が増加するとき、第２の個別のコンバータ１２２４のデューティサイクルと出力電力を増加しゅ、それは、モータ駆動電気回路１２１６への電圧を減少する。しかし、図１２において、第１の誤差増幅器１２３０からの信号１２３６、または、誤差増幅器１２３０の出力から生成された信号を用いて、第２の個別のコンバータ１２２４のオン／オフ状態を制御するために用いられるトランジスタＱ１ １２３４は、第２のコンバータ１２２４を動作不可にするために、ＰＷＭ１２７２を通り、信号１２３７を介して誤差増幅器１２６０の出力に接続される。
【００４６】
図１３は、他の実施形態にしたがった、２つのコンバータを用いる、双方向低電圧を与えるためのシステム１３００の簡略化された概略図である。双方向ＬＶＰＳコンバータ１３１４は、モータ駆動電気回路１３１６に電力を与えるために、入力電力バス１３１２に接続される。第２の電力コンバータ１３２４は、第２の電力段１３７０と第２の制御電気回路１３５０とを含む。したがって、双方向ＬＶＰＳ１３１４の制御されるスイッチデバイス１３３４が、第２のコンバータ１３２４を動作不可にするために、ＰＷＭ１３７２への入力においてプルダウン１３３７を与えることを除き、双方向ＬＶＰＳ１３１４は、図１２に示された双方向ＬＶＰＳ１２００と同様である。誤差増幅器１３６０の前の反転増幅器１３８０は、第２の個別のコンバータ１３２４のデューティサイクルと出力電力を制御する。
【００４７】
図１４は、他の実施例にしたがった、双方向低電圧を与えるためのシステム１４００の簡略化された概略図である。双方向ＬＶＰＳコンバータ１４１４は、モータ駆動電気回路１４１６に電力を与えるために、Ｖｉｎ１４１１とＶｉｎＲＴＮ（ｒｅｔｕｒｎ）とにおいて、入力電力バス１４１２に接続される。ＬＶＰＳ１４００は、入力電力バスから絶縁されたモータ駆動電気回路に電力を与える。代替として、ＬＶＰＳ１４００は、非絶縁の電力を与えるように構成されてもよい。双方向ＬＶＰＳ１４００は、第１の個別の電力コンバータ１４２２と第２の個別の電力コンバータ１４２４とを含む。第１の個別の電力コンバータ１４２２は、第１の電力段１４４０と第１の制御電気回路１４２０とを含む。第１の制御電気回路１４２０は、第１の誤差増幅器１４３０とパルス幅変調（ＰＷＭ）デバイス１４３２とを含む。反転増幅器１４３０の出力電圧を、電力段１４４０におけるスイッチトランジスタのデューティサイクルに変換し、そうすることによって、誤差増幅器１４３０が電力段１４４０の出力電力を制御することを可能にするために、ＰＷＭデバイス１４３２が用いられる。出力段１４４０は、フォワードコンバータとして構成される。第２の電力コンバータは、第２の電力段１４７０と第２の制御電気回路１４５０とを含む。第２の制御電気回路１４５０は、第２の誤差増幅器、パルス幅変調（ＰＷＭ）デバイス、および、反転増幅器１４８０を含む。反転増幅器１４６０の出力電圧を、電力段１４７０におけるスイッチトランジスタのデューティサイクルに変換し、そうすることによって、誤差増幅器１４６０が電力段１４７０の出力電圧を制御することを可能にするために、ＰＷＭデバイス１４７２が用いられる。モータ駆動電気回路１４１６から追加の電力を受け、入力電力バスに追加の電力を届けるために、誤差増幅器１４６０の前の反転増幅器１４８０は、モータ駆動電気回路１４１６への電圧が増加するとき、第２の個別のコンバータ１４２４のデューティサイクルと出力電力を増加し、それは、モータ駆動電気回路１４１６への電圧を減少する。電力段１４７０は、フライバックコンバータとして構成される。第１の誤差増幅器１４３０からの信号１４３６は、コンバータ１４２４がいつ可動にされるかを制御するために、制御されるスイッチデバイス１４３４を通して誤差増幅器１４６０の出力に接続される。しかし、これらのコンバータは、フォワードコンバータやフライバックコンバータに限定されず、これらの例は例示のために与えられるもので、限定ではないことが注記される。
【００４８】
上記の詳細な記載は、詳細な記載の一部をなす、添付図面への参照を含む。図面は、例示として、特定の実施形態が実施可能であることを示す。これらの実施形態は、また、この中で、例として参照される。そのような例は、示された、または、記載された要素に加えて、要素を含み得る。しかし、示された、または、記載された要素が提供されるものとして、例が熟慮される。さらに、本発明は、また、特定の例（または、その１またはそれより多くの態様）について、または、この中に示された、または、記載された他の例（または、その１またはそれより多くの態様）について、のいずれかで、示された、または記載されたそれらの要素（または、その１またはそれより多くの態様）の任意の組み合わせ、または、入れ替えを用いる例を意図している。
【００４９】
このドキュメントの中で参照された公開文献、特許、特許文献は、個別に引用によって組み込まれたかのように、それらの全体がこの中に参照によって組み込まれる。このドキュメントとそのように参照によって組み込まれたそれらのドキュメントとの間に語法の不一致がある場合には、組み込まれた文献における語法が、このドキュメントの語法への補足として考慮され、相いれない不一致の場合は、このドキュメントにおける用法が優先する。
【００５０】
このドキュメントにおいて、「ａ」または「ａｎ」の用語は、特許ドキュメントに共通であることとして、「少なくとも１つ（at least one）」または「１またはそれより多く（one or more）」の任意の他の用例または語法とは独立に、「１」または「１より大きい」を含むように用いられる。このドキュメントにおいて、「または（or）」の用語は、他に示されていない限り、「ＡまたはＢ（A or B）」が、「Ａだが、Ｂではない」、「Ｂだが、Ａではない」、「ＡおよびＢ」を含むように、非排他的ＯＲを指すように用いられる。添付の特許請求の範囲において、「含む（including）」や「そこにおいて（in which）」は、それぞれ「備える（comprising）」および「ここにおいて（wherein）」の用語の「プレイン・イングリッシュ」の等価なものとして用いられる。また、以下の特許請求の範囲において、「含む（including）」と「備える（comprising）」はオープンエンドであり、即ち、請求項におけるそのような用語の後にリストされる要素に追加して要素を含むシステム、デバイス、製品、または、プロセスは、依然として、該請求項の範囲の中にはいる。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１の（first）」、「第２の（second）」、「第３の（third）」等は、単にラベルとして用いられ、それらの対象上に、数字上の制限を課すことは意図されない。
【００５１】
上記記載は例示であることを意図するものであり、限定ではない。例えば、上述の例（または、それの１またはそれより多くの例）は、お互いに組み合わせて用いられ得る。上記記載をレビューすることに応じて、当技術分野における通常の技量の者によって、他の実施形態が用いられ得る。「要約（Abstract）」は、例えば、米国における３７ＣＦＲ§１．７２（ｂ）に従い、読み手が、技術開示の本質を素早く確かめることを可能にするためにある。それが特許請求の範囲の範囲や意味を解釈する、または、限定するために用いられないとの理解でもって、それが提出される。また、上記「詳細な説明」において、様々な特徴は、開示を簡易にするために、一緒にグループ化され得る。これは、請求項に開示のない特徴が任意の請求項に対して必要であると意味することとは意味されない。むしろ、発明の主題は、特定の開示された実施形態の特徴よりも少ないところに見出され得る。したがって、以下の特許請求の範囲は、「詳細な説明」の中に組み込まれ、各請求項が個々の実施形態としてそれ自身の上に地位を占める。実施形態の範囲は、特許請求の範囲が与えられているいっぱいの均等の範囲とともに、添付の特許請求の範囲に関連して決定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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