JPH1075566A - 電力コンバータアレイの同期 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 電力を負荷に配布する電力変換アレイを提供
する。 【解決手段】 アレイは、少なくとも４つの電力コンバ
ータを含む。電力コンバータの各々は、負荷への接続用
の出力電力ポートと、同期情報を通過せしめる同期ポー
トとからなる。コンバータの同期ポートに接続された同
期媒体は、コンバータ間に同期情報を運ぶ。同期媒体
は、同期ポート間にパスを画定し、故に、各同期ポート
は、他のコンバータの同期ポートへの接続を含まない少
なくとも１つのパスによって他の全ての同期ポートに接
続されている。他の概念では、少なくとも３つの電力コ
ンバータを含むアレイにおいて、同期媒体は、結合導体
によって同期ポートに接続されているインピーダンス素
子を介して同期情報を運び、結合導体の対の間のパス
は、正確に２つのインピーダンス素子を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力コンバータア
レイの同期に関する。

【０００２】

【背景技術】周知のＤＣ−ＤＣゼロ電流スイッチングコ
ンバータのアレイ（ヴィンチアレッリ（Vinciarelli）
のアメリカ合衆国特許第 4,648,020号に記載）は、アレ
イのコンバータによる電力分配機構として、ゼロ電流ス
イッチングコンバータに固有のパルスエネルギ量子化に
よってパルスを利用する。かかるアレイにおいて、各々
がゼロ電流スイッチングコンバータを含む１つ以上のゼ
ロ電流スイッチングブースタモジュールにおけるエネル
ギ輸送周期は、マスタコントローラによって制御される
周波数で同期的にトリガされる。

【０００３】１の機構において、マスタコントローラ
は、ゼロ電流スイッチングドライバモジュールの一部で
あり、これは、ゼロ電流スイッチングコンバータとマス
タコントローラとの両方を含む。ドライバモジュールの
出力は、アレイの動作周波数を調整して負荷電圧を所望
の（セットポイント）値に維持する。ドライバモジュー
ル及びブースタモジュール内のゼロ電流スイッチングコ
ンバータは、エネルギ輸送周期に対して特性時間目盛り
（ｐｉ＊ｓｑｒｔ（Ｌ＊Ｃ））を定義する有効インダク
タンス（Ｌ）及び容量（Ｃ）によって特徴付けられる。
アレイの全コンバータの特性時間目盛りが等しければ、
アレイのコンバータモジュールの各々は、供給された全
電力の実質的に一定量を負荷に与える。この種のアレイ
によって、別の方法と関連した多数の欠点（例えば、非
同期コンバータのアレイと関連した拍周波数、本来電力
を分配しないアレイのコンバータの飽和動作）を除去し
ながらも、モジューラ電力拡大が許容される。

【０００４】記載したアレイにおいて、ドライバは、負
荷電圧調整を行うとともに同期情報を一方向にブースタ
と通信するのに必要な「知能」を組み込んでいる。ブー
スタは、ドライバから同期情報を受け取り、ドライバの
電力操作能力を増やすが、それ自身だけでは負荷電圧調
整を行うことができない。構造及び動作におけるこの非
対称性は、故障した状態の上記アレイの振る舞いで明ら
かである。これらの条件の下で、ブースタモジュール
は、アレイの動作を遮断せずに、電力の分配を止めるこ
とができる（負荷によって引き出された電力が、アレイ
からなる残りのモジュールの電力定格の和を越えない場
合）。しかし、ドライバモジュールの故障は、アレイ全
体の動作を危険に曝すことになる。

【０００５】アメリカ合衆国特許第 4,648,020号に記載
の別の機構において、アレイは、単一移相コントローラ
によって全てが制御される理想のブースタモジュールに
て形成される。アメリカ合衆国特許第 5,079,686号の
「エンハンスメントモードゼロ電流スイッチングコンバ
ータ」は、エンハンスメントモードコンバータモジュー
ルと、かかるモジュールからなる電力分配アレイとを記
載する。エンハンスメントモードコンバータモジュール
は、ゼロ電流スイッチングコンバータと、エンハンスメ
ントモードコントローラと、外部同期バスに対して同期
情報を搬送する入出力ポートとを含む。エンハンスメン
トモードコントローラは、周波数を調整し、かかる周波
数にて、エネルギ輸送サイクルはゼロ電流スイッチング
コンバータにおいてトリガされて第１周波数のより大な
るものになる。これによって、負荷電圧は、セットポイ
ント電圧Ｖsp、すなわちエンハンスメントモードコント
ローラの特性に調整され、または、第２周波数、これは
入出力ポートに与えられる入力によって示される。

【０００６】かかるエンハンスメントモードコンバータ
モジュール１０のアレイを図１に示す。全エンハンスメ
ントモードコンバータモジュール１００ａ，１００
ｂ，．．．，１００ｎの出力は、１つに接続されて電力
を負荷に供給する。同期情報は、任意のコンバータモジ
ュールの入出力ポート３６ａ，３６ｂ，．．．，３６ｎ
によって同期バス１５０に搬送され、同期バスに沿った
伝搬によって他のコンバータモジュールの入出力ポート
に入力として供給される。全てのコンバータモジュール
は、最高セットポイント電圧Ｖspa ，Ｖspb ，．．．，
Ｖspn を有するエンハンスメントモードコントローラに
よって決められた動作周波数に同期する。コンバータモ
ジュールの各々は、供給された全電力の実質的に一定量
をアレイによって負荷２００に与える。

【０００７】アレイ内のエンハンスメントモードコンバ
ータモジュールの各々に含まれるエンハンスメントコン
トローラが、公称セットポイント電圧値Ｖspx に対して
画定された許容帯域内にあるセットポイント電圧によっ
て特徴付けられる場合、アレイの出力電圧も、公称セッ
トポイント電圧値Ｖspx に対して画定された許容帯域内
に落ちる。アレイは、アレイからなるエンハンスメント
モードコンバータモジュールの故障や同期バスからなる
素子の故障が、負荷への給電や負荷での電圧調節を中断
しないことに、故障許容性を呈する。

【０００８】コンデンサ回路網を製造する会社がある。
例えばＡＶＸコーポレーション（マイトルビーチ（Myrt
le Beach）、ＣＡ、ＵＳＡ）は、ＳＩＰパッケージにコ
ンデンサ回路網を製造する。かかるコンデンサ回路網
は、回路網のコンデンサの間の共通の接続点を含む、コ
ンデンサの両端部に外部アクセス自在な接続点（ピン）
を備えていることに特徴がある。

【０００９】

【発明の概要】１の概念において、本発明は、電力を負
荷に配布する電力変換アレイを特徴とする。アレイは、
少なくとも４つの電力コンバータを含み、電力コンバー
タの各々は、負荷との接続用の出力電力ポートと、同期
情報を通過せしめる同期ポートとからなる。コンバータ
の同期ポートに接続された同期媒体は、コンバータ間に
同期情報を運ぶ。同期媒体は、同期ポート間にパスを画
定し、故に、各同期ポートは、他のコンバータの同期ポ
ートへの接続を含まない少なくとも１つのパスによって
他の全ての同期ポートに接続されている。

【００１０】本発明の実施は、次の特徴を含む。１のパ
スは、電磁場によって結合された直流電気絶縁領域であ
り、容量性すなわち誘導インピーダンス結合を含む。１
のパスにおける容量性結合はコンデンサである。コンデ
ンサは、同期ポートの各々を他の全ての同期ポートに接
続する。同期媒体は、巻回部からなる導体を使用してポ
ートの各々に接続され、パスは磁気結合を含む。導体
は、磁気的透磁性媒体、例えばコアを包囲する。導体及
び透磁性媒体は、漏れインダクタンス変圧器からなる。
透磁性媒体は、２つの積層コアピースを含む。同期媒体
は、電力コンバータの同期ポートにそれぞれ接続される
とともに互いに容量性結合されている絶縁導体（例え
ば、一緒に撚られたワイヤ）を含む。インピーダンス結
合は、集積装置として形成されたインピーダンスを含
む。インピーダンス結合は、抵抗器、能動素子、または
ＪＦＥＴを含む。

【００１１】他の概念において、本発明は、少なくとも
３つの電力コンバータを含む電力変換アレイを特徴とす
る。この電力コンバータにおいて、同期媒体は、結合導
体によって同期ポートに接続されたインピーダンス素子
を介して同期情報を運び、結合導体の対の間のパスは、
正確に２つのインピーダンス素子を含む。本発明の実施
は、以下の特徴を含む。２つのインピーダンス素子は、
ポートの対に間に直列に接続された容量性素子を含む。
同期媒体は、アレイの各コンバータ毎に１つのコンデン
サを含み、各コンデンサの１の端子はアレイの別の同期
ポートに接続された結合導体であり、全てのコンデンサ
の他の端子は一緒に接続されている。容量性素子は、単
一の導電素子に容量性結合された金属タブを含む。単一
の導電素子は、環境から隔離された導電プレートであ
り、プレートは折曲されている。

【００１２】コンバータは、ｚｃｓコンバータやエンハ
ンスメントモードコンバータであり、ブースタコンバー
タの場合もある。コンバータは、再生同期回路や、聞き
手・話者同期回路を含む。別の概念において、本発明
は、インピーダンス装置を含む集積アセンブリを特徴と
する。インピーダンス装置の各々は、その装置に特定の
素子と装置によって共有される共通素子とによって形成
され、さらに、共通素子の環境への露出を防止する機構
（例えば、隔離体）を含む。

【００１３】

【好ましい実施例の記載】図２に、アメリカ合衆国特許
第 5,079,686号に記載されるようなエンハンスメントモ
ード電力コンバータ（コンバータ）１００ａ，１００
ｂ，．．．，１００ｎのアレイ２０の実施例を示す。同
期バス１５０において、各モジュールの入出力ポート３
６ａ，３６ｂ，．．．，３６ｎは、他の２つのモジュー
ルの入出力ポートにコンデンサ５００によって接続され
ている。アメリカ合衆国特許第 5,079,686号で説明する
ように、一般に、全てのコンバータは、同一であり、全
てアレイマスタ（すなわち、アレイの動作周波数を設定
するコンバータ）として動作することができる。定常状
態動作条件下では、アレイの１のコンバータはマスタと
して動作し、残りのコンバータはブースタ（例えば、ア
レイマスタによって設定された動作周波数に同期するモ
ジュール）として動作する。図２に示す種類のアレイ
は、シングルポイントバス障害によって、（負荷によっ
て引き出された電力をサポートするアレイに残る操作モ
ジュールが十分に存在するならば）アレイの同期した電
力配布属性が危険に曝されることが無いという点で故障
許容性を呈する。

【００１４】図２のコンバータ１００ａ，．．．，１０
０ｎにて使用される入出力回路は、「再生」タイプとし
てアメリカ合衆国特許第 5,079,686号に記載されている
（すなわち、コンバータがマスタまたはブースタのいず
れとして動作するかに拘らず、動作サイクルがコンバー
タ内でトリガされる度に、入出力回路は、コンバータの
入出力ポートを介して同期バスを能動的に駆動する）。

【００１５】入出力回路の他の形態は、「話者・聞き
手」回路である。「話者・聞き手」回路を取り入れたコ
ンバータのアレイにおいて、マスタコンバータのみが、
同期情報をバスに供給することによって話すことができ
る。残りのコンバータは、マスタによって生成された同
期情報を受け取る「聞き手」モードにある。実際の問題
として、図２に示す種類のアレイのコンバータが「再
生」入出力回路を含まなければ、故障許容性アレイを形
成するために組み合わせることができるコンバータの数
が制限される。これを、図３を参照しながら説明する。
図３において、コンバータ１００ａの入出力ポート３６
ａに亘る短絡回路１５によって、コンデンサ５００ａ
は、コンバータ１００ｂの入出力ポート３６ｂをグラン
ドにバイパスする。この環境下では、コンバータモジュ
ール１００ａ，１００ｂ，．．．，１００ｅが話者・聞
き手回路１９９ａ，．．．，１９９ｅを内蔵し且つコン
バータ１００ｃがアレイマスタであれば、ポート３６ｂ
での信号レベルは、コンデンサ５００ａ，５００ｂによ
って形成された容量性分配器のため、コンバータ１００
ｃによって生成された信号レベルの２分の１に低減され
る（簡略化のために、本実施例及びこの種の実施例にお
いて、入出力ポートのインピーダンスは無視できるほど
に十分高いものとする）。同様に、コンバータ１００ｄ
がマスタであれば、ポート３６ｂでの信号レベルは、３
分の１に減る。コンバータ１００ｅがマスタであれば、
ポート３６ｂでの信号レベルは、４分の１に減る。故障
許容性を呈するＮ個のコンバータのアレイに対して、マ
スタによって生成された信号レベルは、話者・聞き手回
路の受信しきい値の少なくともＮ倍でなければならな
い。非常に小なる全てのアレイに対して、これは、比較
的高信号レベルがマスタによって生成されるか、または
入出力回路の受信しきい値が比較的低レベルに設定され
るかの一方を必要とし、どちらも、回路の複雑さやノイ
ズ感度の観点から必要ではない。一方、再生回路を内蔵
したコンバータをアレイで使用する場合、信号は各入出
力ポートで再生され、受信信号レベルは、２分の１以下
には決して減衰されない。

【００１６】図４に、再生入出力ポート回路を有するコ
ンバータとの使用に限定されない同期バスを示す。同期
バス２５０は、接続されたコンデンサ５１０
ａ，．．．，５１０ｆを含み、コンデンサは、アレイに
おいて、各コンバータ１００ａ，．．．，１００ｄの入
出力ポート３６ａ，．．．，３６ｄと他のコンバータの
各々の入出力ポートとの間に接続されている。これは、
各コンバータの入出力ポートと他のわずか２つのコンバ
ータの入出力ポートとの間にコンデンサが接続されてい
る図２のバス１５０の構成とは対照的である。

【００１７】図５に示すように、図４の同期バス構造２
５０は、任意のサイズのアレイに拡張される。Ｎ個のコ
ンバータ４０のアレイを示す図面において、同期バス２
７０において使用される全てのコンデンサは、「Ｃｂ」
の符号が付されている。アレイにおいてコンバータ１０
０ａの入出力ポート３６ａを残りの（Ｎ−１）個のコン
バータの入出力ポートに接続することは、（Ｎ−１）個
のコンデンサからなる第１グループを必要とする。アレ
イにおいてコンバータ１００ｂの入出力ポート３６ｂを
残りの（Ｎ−１）個のコンバータの入出力ポートに接続
することは、（Ｎ−２）個のみのさらなるコンデンサか
らなる第２グループを必要とする。何となれば、第１グ
ループのコンデンサに含まれるコンデンサ５１１は、既
にポート３６ａをポート３６ｂに接続しているからであ
る。同様に、ポート３６ｃを他の全てのコンバータポー
トに接続するために必要なさらなるコンデンサの個数
は、（Ｎ−３）に等しい。一般に、図面に示すように、
全体で少なくとも（Ｎ＊（Ｎ−１）／２）個のコンデン
サが、アレイ４０において、Ｎ個のコンバータのアレイ
の各コンバータの入出力ポートを残りのコンバータの各
々の各入出力ポートに接続するために必要とされる。

【００１８】図５のアレイにおいて、短絡回路が、任意
のコンバータの入出力ポートとポートに共通のグランド
基準点との間に現れる場合、マスタコンバータの入出力
ポートに亘って反射される等価インピーダンスは、図６
に示すようになる。グランド記号は、短絡されたコンバ
ータの接地された入出力ポートを表す。マスタコンバー
タの入出力ポートには、符号ＩＯＭが付され、残りの
（ブースタ）コンバータのポートには、符号ＩＯ１，Ｉ
Ｏ２，．．．，ＩＯn-2 が付されている。ポートＩＯ１
−ＩＯn-2 の各々に現れる信号は、マスタコンバータに
よってポートＩＯＭに対して提供される信号の２分の１
に等しく、マスタポートでの容量性負荷は（Ｎ＊Ｃｂ／
２）ファラッドに等しい。図７に、同様な原理を使用す
る別の同期バス２８０を示す。バス２８０は、透磁性磁
気コア９４によってリンクされたＮ個の巻回部９０ａ，
９０ｂ，．．．，９０ｎからなる漏れインダクタンス変
圧器２８２（すなわち、巻回部間の結合が制御されて各
巻回部での所定量の漏れインピーダンスを提供する変圧
器）を含む。巻回部９０ａ，９０ｂ，．．．，９０ｎ
は、Ｎ個のコンバータ１００ａ，１００ｂ，．．．，１
００ｎの入出力ポート３６ａ，３６ｂ，．．．，３６ｎ
と接続して、アレイ５０を形成する。図８に、変圧器の
模式的表現を示す。各巻回部９０ａ，９０ｂ，．．．，
９０ｎは、値Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，．．．，Ｌ１ｎの各々の
対応する漏れインダクタンス２９０ａ，２９０
ｂ，．．．，２９０ｎを有するように示されている。動
作時において、透磁性磁気媒体９４は、各巻回部を他の
全ての巻回部とリンクせしめて、１つの巻回部に差しこ
んだ信号（例えば、パルス）が全ての巻回部に配布され
る。入出力ポートが短絡されると、ポートに接続された
漏れインダクタンスは、巻回部の誘導インピーダンスと
して反射され、故に、短絡回路が他の巻回部へと反射さ
れることを防止している。

【００１９】図７の同期バス２８０の漏れインダクタン
ス変圧器２８２における磁気結合によって各入出力ポー
ト３６ａ，３６ｂ，．．．，３６ｎへの同期情報の配布
は、コンデンサＣｂによって提供される容量性結合によ
る図５の同期バス２７０の全入出力ポート３６ａ，３６
ｂ，．．．，３６ｎへの同期情報の配布に類似してい
る。両バスは、入出力ポート間の直流電気絶縁（galvan
ic isolation）をも備え、故に、ＤＣ電圧（例えば、入
出力ポートから、入力電圧源ＶinなどのＤＣ電圧源また
はグランドまでの短絡回路による）がバスに沿って故障
として伝搬することを防止している。

【００２０】図７のバスの効果の１つは、全てのコンバ
ータ入出力ポートの間で実質的に完全な絶縁をなすこと
（すなわち、ポート信号入力と信号リターンとの両方が
絶縁される）によって、「グランドループ」の形成に関
連した問題を排除することである。入出力ポート間の完
全絶縁の効果の１つは、アレイを構成するときに許容さ
れる柔軟性の度合いである。

【００２１】例えば、図９に、図７に示すタイプの同期
バス２８０によってリンクされる４つのコンバータ１０
０ａ，．．．，１００ｄからなるアレイを示す。図９に
おいて、コンバータは、値Ｖin1 ３２０，Ｖin2 ３２
２，Ｖin3 ３２４の完全に独立した３つの入力源から動
作し、独立した３つの絶縁グランドリターン３２５，３
２７，３２９を有する。コンバータ１０１ｃ，１０１ｄ
は、独立したソース３２２，３２４からそれぞれ入力電
力を引き出し、一方、コンバータ１００ａ，１００ｂの
電圧入力は、入力源３２０と直列に接続される。故に、
各コンバータは、（Ｖin／２）に等しい公称入力電圧を
有する。磁気的結合同期バス２８０によって提供される
コンバータ入出力ポート３６ａ，．．．，３６ｄの間の
完全な絶縁により、直列に接続されたモジュール１０１
ｃ，１０１ｄと複数の互いに独立した入力源とからなる
アレイは、困難の無い状態で構成することができる。

【００２２】図５に示す種類の容量性結合同期バス（ca
pacitively coupled synchronizingbus）を構成する１
つの方法は、適切な個数のディスクリート２端子コンデ
ンサを使用することである。ゼロ電流スイッチングコン
バータの典型的なアレイにおいて、同期信号は、持続時
間はオーダが１００ナノ秒であるとともに大きさはオー
ダが１０Ｖとなるパルスである。同期バスコンデンサＣ
ｂの値は、オーダが１００ピコファラッドである。４０
０ＶオーダのＤＣ電圧を処理する、整流ＡＣユーティリ
ティラインによって給電される用途に対して、（入力源
に対するバス故障に対抗するためには）少なくとも５０
０ＶＤＣのコンデンサ電圧定格が適切である。これらの
規格を備えた様々な誘電タイプの小コンデンサ（例え
ば、セラミックやフィルムコンデンサ）は、多くの製造
者から確実に利用されている。ディスクリートコンデン
サの効果の１つは、かかるコンデンサを使用して任意の
サイズの同期バス２７０を構成できることである。ディ
スクリートコンデンサの使用に関連した欠点の間で、多
数の部品を扱ってインストールする必要性が存在する。

【００２３】図１０に、ディスクリートコンデンサを使
用する他の例を示す。図１０において、容量性結合構造
体８５は、絶縁ワイヤ４０１ａ，．．．，４０１ｍをラ
ンダムに撚って束にすることによって形成される。束に
おいて、各ワイヤは、物理的な近接配置故に、他の全て
のワイヤと容量性結合されている。図５のアレイでの使
用において、ワイヤ４０１ａ，．．．，４０１ｍの１つ
は、アレイ２７０の各コンバータの各入出力ポートに接
続されている。かかる容量性結合器８５は安価である
が、通常の絶縁ワイヤにて構成すると、若干大きくなる
（通常の絶縁体の誘電率が比較的低いため）。例えば、
複数の＃３０ＡＷＧワイヤの束は、導体の直径が０．２
５４ｍｍ（０．０１０インチ）であり且つプラスチック
絶縁体の厚みは０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）で
あり、導体間で２．５４ｃｍ（１インチ）あたり３．３
ピコファラッドの容量を備える。故に、ポート間で１０
０ピコファラッドを得るために、長さがおよそ７６．２
ｃｍ（３０インチ）の束が必要となる。一方、束を折曲
して容積を比較的小さくしたり、または比較的高誘電率
の絶縁性を有するワイヤを使用することもできる。

【００２４】図１１に、別の容量性結合構造４１０の概
念を示す。図１１において、導電性プレート４００
ａ，．．．，４００ｎは、単一の導電性素子４０２の媒
体を介して互いに容量性結合されている。例えば、１つ
のかかる構造４２５において、その内部構造を図１３及
び図１４に示す。複数の導電性タブ４００が、絶縁シー
ト４０５によって導電性プレート４０２の両面から分離
されている。延長脚部４０３は、タブ４００の一部を形
成し、構造体４２５とコンバータの入出力ポートとの間
を電気的に接続するために使用される（例えば、プリン
ト回路基板の孔への脚部の挿入によって）。アセンブリ
４２５は、ケースやオーバモールディング混合物などの
絶縁媒体５０１を外面の周囲に供給することによって完
成するが、接続のためにアクセス可能なタブは残される
（図１５）。ポート対ポート容量Ｃｂは、絶縁シート４
０５の誘電率と、タブ４００とプレート４０２との間の
重複面積とによって決められる。

【００２５】図１６に、図１１の構造の他の実施例４３
０の内部構成を示す。図１６において、第１導電タブ４
００ａは、絶縁シート４０７の中に差し込まれる。次
に、導電性プレート４０２は折曲されて、プレートの表
面は絶縁シート４０７ａの外面と対向する。この処理
は、さらなるタブ４００ｂ，．．．，４００ｄ及び絶縁
体４０７ａ，．．．，４０７ｄとともに繰り返されて、
図１７に示すような完全なアセンブリ４３０を形成す
る。図１１の構造４２５において、延長脚部４０３は、
タブ４００の一部を形成し、構造体４３０とコンバータ
の入出力ポートとの間を電気的に接続するために使用さ
れる。構造体は、絶縁媒体５０１を外面の周囲に供給す
ることによって完成する（図１８）。ポート対ポート容
量Ｃｂは、絶縁シートの誘電率と、タブ４００とプレー
ト４０２との間の重複面積とによって決められる。

【００２６】図１１、図１２、図１４に示すタイプの容
量性結合構造体の効果は、アレイの１の入出力ポートが
短絡したときに同期バス４５０によってマスタコンバー
タに与えられた負荷が、アレイのサイズと無関係なこと
である。これを図１９に示す。図１９において、Ｎ個の
コンバータのアレイにおけるコンバータ１００ｃの入出
力ポートは、入出力ポートリターンに短絡されている。
どのコンバータがマスタであるかに拘らず、残りのコン
バータに与えられた同期信号は、マスタによって生成さ
れた信号レベルの２分の１に等しく、マスタの負荷は
（Ｃｂ／２）に等しい。但し、Ｃｂは、同期バス内の容
量の値である。

【００２７】図１１、図１２及び図１６の構造は、全て
図１２の等価回路を共有する。図１２において、プレー
ト４０２は、等価コンデンサ４００ａ，．．．，４００
ｎの各々の一方の端子を形成する。この共通接続点４０
２が外部にアクセス可能であれば（例えば、図１２に示
す種類のバス構造がプリント回路基板に差込まれたディ
スクリートコンデンサを使用して構成された場合、また
は、図１２ないし図１６の構造のプレート４０２に取付
けられた接続タブが外部で利用できる場合）、単一点故
障（例えば、入出力ポートリターンに戻って参照される
点へのプレート４０２の短絡回路）によってアレイ動作
が遮断される可能性が存在する。図１２及び図１６の事
前構成同期バス構造の顕著な特徴は、バス構造の各々の
共通導電素子４０２は、構造内に封入されて、外部にア
クセス可能に作られず、故に、アレイの故障に対して単
一点になり得ないことである。

【００２８】Ｎ個のコンバータのアレイに対して、図
２、図５及び図１１の同期バスを構成するのに必要なデ
ィスクリートコンデンサの数は、それぞれ、Ｎ個，（Ｎ
＊（Ｎ−１）／２）個，Ｎ個のコンデンサである。図７
に示す種類の磁気結合同期バス構造の一例を図２０に示
す。巻回部９０ａ，．．．，９０ｄは、２つの積層磁気
コア９４ａ，９４ｂによってリンクされて、漏れインダ
クタンス変圧器を形成する。矢印で示すように、巻回部
は、コンバータの入出力ポート３６ａ，．．．，３６ｄ
に接続される。２つのコア９４ａ，９４ｂは、故障許容
性のために使用される（例えば、単一のコアは、サービ
スにおいてクラックされる）。トロイダルコアを図示し
たが、他の種類のコア構造を使用することもできる。例
えば、コアを１対のＵコアとしたり、巻回部をボビンに
巻回しても良い。コアの一部を導電性材料にて被覆し
て、漏れインダクタンスの量を制御することもできる
（例えば、アメリカ合衆国特許願第08/524,885号「制御
された内部巻回結合及び制御された漏れインダクタンス
を備えた変圧器を有する高周波数回路」参照）。

【００２９】図１６、図１４及び図２０に示す種類の事
前構成同期バスアセンブリによって、あるサイズまでア
レイの構成が許容される。これらのモノリシック構成
は、操作及びインストールに１の部品だけが存在すると
いう点でユーザに便宜を提供し（例えば多数のディスク
リートコンデンサと対照するものとして）、同期バスに
よって必要な空間（例えば、プリント回路基板面積）が
低減される。

【００３０】他の実施例も、本発明の請求の範囲内にあ
る。アレイにて使用されるコンバータは、エンハンスメ
ントモードコンバータやゼロ電流スイッチングコンバー
タを必要としないが、例えば、コンバータの動作周波数
の変化によって電力出力が変化するコンバータである。
コンデンサ以外の能動及び受動回路素子を使用して同期
バスを構成することができる。例えば、抵抗器（図２
３）を、図４、図５、図１１、図１９のバスに示すコン
デンサの代わりに使用することができ、例えば、ＪＦＥ
Ｔを、図２２に示すバイポーラ「定電流」源として接続
できる。簡単なユニポーラＪＦＥＴ電流源（図２１）を
図１１及び図１９のバス内でコンデンサの代わりに使用
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】エンハンスメントモードコンバータのアレイの
構成図である。

【図２】同期バスの実施例を示すエンハンスメントモー
ドコンバータのアレイの構成図である。

【図３】バスが故障した図２のアレイを示す。

【図４】同期バスを備えた４つのエンハンスメントモー
ドコンバータからなるアレイの構成図である。

【図５】Ｎ個のエンハンスメントモードコンバータのア
レイに対する図４の同期バス実施例の適用を示す構成図
である。

【図６】故障した状態での図５のバスの回路モデルであ
る。

【図７】交流同期バスを備えたエンハンスメントモード
コンバータのアレイの構成図である。

【図８】図７の同期バス及びアレイの概念的構成図であ
る。

【図９】図７に示す種類の同期バスを使用するアレイで
ある。

【図１０】図５に示す種類の同期バスの実施例である。

【図１１】図５に示す種類の容量性結合同期バスを構成
する際に使用される構造を示す構成図である。

【図１２】等価回路図である。

【図１３】図１１の構造の内部構成の側面図である。

【図１４】図１１の構造の内部構成の端面図である。

【図１５】図１３及び図１４に示す構造の完成バージョ
ンの斜視図を示す。

【図１６】図１１の構造の別のバージョンの組立シーケ
ンスの平面図を示す。

【図１７】図１６の構造のバージョンの内部構成の斜視
図を示す。

【図１８】図１７に示す構造の完成バージョンの斜視図
を示す。

【図１９】エンハンスメントモードアレイを示す。

【図２０】図７に示す種類の同期バスを示す。

【図２１】ユニポーラ定電流源として接続されるＪＦＥ
Ｔを示す。

【図２２】バイポーラ定電流源として接続されるＪＦＥ
Ｔを示す。

【図２３】抵抗器を示す。

【符号の説明】

３６ａ−３６ｄ 入出力ポート １００ａ−１００ｄ コンバータ ２５０ 同期バス ５１０ａ−５１０ｆ コンデンサ

Claims (44)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力を負荷に配布する電力変換アレイで
   あって、 負荷との接続用の出力電力ポートと同期情報を通過せし
   める同期ポートとを各々が有する電力コンバータの少な
   くとも４つと、 コンバータの同期ポートに接続されてコンバータ間に同
   期情報を運ぶとともに同期ポート間にパスを画定する同
   期媒体とを有し、同期ポートの各々は、他のコンバータ
   の同期ポートへの接続を含まない少なくとも１つのパス
   によってその他全ての同期ポートに接続されていること
   を特徴とする電力変換アレイ。
2. 【請求項２】 １つのパスは、電磁場によって結合され
   た直流電気絶縁領域からなることを特徴とする請求項１
   記載の電力変換アレイ。
3. 【請求項３】 １つのパスは、インピーダンス結合を含
   むことを特徴とする請求項１記載の電力変換アレイ。
4. 【請求項４】 インピーダンス結合は、容量性結合を含
   むことを特徴とする請求項３記載の電力変換アレイ。
5. 【請求項５】 インピーダンス結合は、電磁結合を含む
   ことを特徴とする請求項３記載の電力変換アレイ。
6. 【請求項６】 １のパスにおける容量性結合は、コンデ
   ンサからなることを特徴とする請求項４記載の電力変換
   アレイ。
7. 【請求項７】 容量性結合は、同期ポートの各々を他の
   全ての同期ポートに接続するコンデンサからなることを
   特徴とする請求項４記載の電力変換アレイ。
8. 【請求項８】 同期媒体は、巻回部からなる導体を使用
   してポートの各々に接続され、パスは磁気結合を含むこ
   とを特徴とする請求項１記載の電力変換アレイ。
9. 【請求項９】 導体は、磁気的透磁性媒体を包囲するこ
   とを特徴とする請求項８記載の電力変換アレイ。
10. 【請求項１０】 媒体は透磁性コアからなることを特徴
    とする請求項９記載の電力変換アレイ。
11. 【請求項１１】 導体及び透磁性コアは、漏れインダク
    タンス変圧器からなることを特徴とする請求項９記載の
    電力変換アレイ。
12. 【請求項１２】 透磁性媒体は、２つの積層コアピース
    からなることを特徴とする請求項９記載の電力変換アレ
    イ。
13. 【請求項１３】 同期媒体は、電力コンバータの同期ポ
    ートにそれぞれ接続されるとともに互いに容量性結合さ
    れている絶縁導体からなることを特徴とする請求項１記
    載の電力変換アレイ。
14. 【請求項１４】 導体は、一緒に撚られたワイヤである
    ことを特徴とする請求項１３記載の電力変換アレイ。
15. 【請求項１５】 インピーダンス結合は、集積装置とし
    て形成されたインピーダンスを含むことを特徴とする請
    求項３記載の電力変換アレイ。
16. 【請求項１６】 インピーダンス結合は抵抗器からなる
    ことを特徴とする請求項３記載の電力変換アレイ。
17. 【請求項１７】 インピーダンス結合は能動素子からな
    ることを特徴とする請求項３記載の電力変換アレイ。
18. 【請求項１８】 インピーダンス結合はＪＦＥＴからな
    ることを特徴とする請求項３記載の電力変換アレイ。
19. 【請求項１９】 電力を負荷に配布する電力変換アレイ
    であって、 負荷との接続用の出力ポートと同期情報を通過せしめる
    同期ポートとを各々が有する電力コンバータの少なくと
    も３つと、 結合導体によって同期ポートに接続されたインピーダン
    ス素子を介して同期情報を運ぶ同期媒体と、 正確に２つのインピーダンス素子を含む結合導体の対の
    間のパスとを有することを特徴とする電力変換アレイ。
20. 【請求項２０】 インピーダンス素子は、容量性素子か
    らなることを特徴とする請求項１９記載の電力変換アレ
    イ。
21. 【請求項２１】 ２つのインピーダンス素子は、ポート
    の対の間に直列に接続された容量性素子からなることを
    特徴とする請求項１９記載の電力変換アレイ。
22. 【請求項２２】 同期媒体は、アレイの各コンバータ毎
    に１のコンデンサからなり、各コンデンサの１の端子は
    アレイの別の同期ポートに接続された結合導体であり、
    全てのコンデンサの他の端子は一緒に接続されているこ
    とを特徴とする請求項１または請求項１９記載の電力変
    換アレイ。
23. 【請求項２３】 容量性素子は、単一の導電素子に容量
    性結合されている金属タブからなることを特徴とする請
    求項２０記載の電力変換アレイ。
24. 【請求項２４】 単一の導電素子は導電プレートからな
    ることを特徴とする請求項２３記載の電力変換アレイ。
25. 【請求項２５】 単一の導電素子は環境から隔離されて
    いることを特徴とする請求項２３記載の電力変換アレ
    イ。
26. 【請求項２６】 結合導体は、絶縁導体の撚られた束か
    らなることを特徴とする請求項１９記載の電力変換アレ
    イ。
27. 【請求項２７】 コンバータは、ゼロ電流スイッチング
    （ｚｃｓ）コンバータからなることを特徴とする請求項
    １または請求項１９記載の電力変換アレイ。
28. 【請求項２８】 コンバータは、エンハンスメントモー
    ドコンバータからなることを特徴とする請求項１または
    請求項１９記載の電力変換アレイ。
29. 【請求項２９】 コンバータは、再生同期回路を含むこ
    とを特徴とする請求項１または請求項１９記載の電力変
    換アレイ。
30. 【請求項３０】 コンバータは、話者・聞き手同期回路
    を含むことを特徴とする請求項１または請求項１９記載
    の電力変換アレイ。
31. 【請求項３１】 同期媒体は、受動素子からなることを
    特徴とする請求項１または請求項１９記載の電力変換ア
    レイ。
32. 【請求項３２】 同期媒体は、抵抗器からなることを特
    徴とする請求項１または請求項１９記載の電力変換アレ
    イ。
33. 【請求項３３】 インピーダンス素子は、能動素子から
    なることを特徴とする請求項１９記載の電力変換アレ
    イ。
34. 【請求項３４】 同期媒体はＪＦＥＴからなることを特
    徴とする請求項１または請求項１９記載の電力変換アレ
    イ。
35. 【請求項３５】 コンバータの少なくとも１つは、ブー
    スタコンバータであることを特徴とする請求項１または
    請求項１９記載の電力変換アレイ。
36. 【請求項３６】 容量性素子は、ポートと関連する導電
    性プレートに容量性結合されるとともに共有される単一
    の共通導電性素子とポートとにそれぞれ関連する導電性
    プレートによって形成されていることを特徴とする請求
    項２０記載の電力変換アレイ。
37. 【請求項３７】 共通導電性素子は環境から隔離されて
    いることを特徴とする請求項３６記載の電力変換アレ
    イ。
38. 【請求項３８】 共通導電性素子は折曲されていること
    を特徴とする請求項３６記載の電力変換アレイ。
39. 【請求項３９】 コンバータの同期ポートは、互いに直
    流電気絶縁されていることを特徴とする請求項１記載の
    電力変換アレイ。
40. 【請求項４０】 装置に特定の素子と装置によって共有
    される共通素子とによって各々が形成されるインピーダ
    ンス装置と、 共通素子の環境への露出を防止する機構とを有すること
    を特徴とする集積アセンブリ。
41. 【請求項４１】 装置はコンデンサからなり、共通素子
    は導電プレートからなることを特徴とする請求項４０記
    載の集積アセンブリ。
42. 【請求項４２】 機構は絶縁体であることを特徴とする
    請求項４０記載の集積アセンブリ。
43. 【請求項４３】 導電プレートは折曲されていることを
    特徴とする請求項４１記載の集積アセンブリ。
44. 【請求項４４】 パスは能動素子からなることを特徴と
    する請求項１記載の集積アセンブリ。