JP2022051706A - 相互接続された巻線を有する非絶縁パルス幅変調（ｐｗｍ）フルブリッジ電力コンバータ - Google Patents

相互接続された巻線を有する非絶縁パルス幅変調（ｐｗｍ）フルブリッジ電力コンバータ Download PDF

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Abstract

Figure 2022051706000001
【課題】非絶縁環境でのトランスおよび整流素子の損失を低減するシステムおよび方法を提供すること。
【解決手段】装置は、トランスの一次巻線とトランスの第１の二次巻線の直列組合せを含む第１の回路経路と、トランスの第２の二次巻線を含む第２の回路経路と、を含む。トランスの一次巻線は、トランスの第１の二次巻線および第２の二次巻線に磁気的に結合されており、トランスの一次巻線は、トランスの第１の二次巻線および第２の二次巻線の各々に取り外し可能に結合されている。トランスの一次巻線は、出力電流のうちのトランスの一次巻線から受けるエネルギーに基づく部分を生成するように動作し、トランスの第２の二次巻線は、トランスの第２の二次巻線から受けるエネルギーに基づく出力電流の残りの部分を生成するように動作する。
【選択図】図２Ａ

Description

本開示は、一般に、電力コンバータに向けられており、より詳細には、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁パルス幅変調（ＰＷＭ）フルブリッジ直流（ＤＣ）－ＤＣ電力コンバータに向けられている。
関連出願の相互参照
本願は、２０２０年９月２１日に出願され、「ＮＯＮ－ＩＳＯＬＡＴＥＤ ＰＷＭ ＦＵＬＬ ＢＲＩＤＧＥ ＣＯＮＶＥＲＴＥＲ」と題された米国仮出願第６３／０８１，２０７号の米国特許法第１１９条ｅ項の下での利益および優先権を主張し、同仮出願は、その全ての教示のためにおよびあらゆる目的のために、その全体を本願に引用して援用する。
あるレベルのＤＣ電圧を別のレベルのＤＣ電圧に変換し、負荷に電力を送達するために、ＤＣ－ＤＣ電力コンバータが使用される。そのようなコンバータは通常、電圧コンバータとして一次入力部から二次出力部への電力伝送を実現するトランスを含む。トランスはまた、ほとんどの用途において、一次入力部と二次出力部との間の物理的および電気的分離である、一次入力部と二次出力部との間のガルバニック絶縁を実現する。この絶縁の結果、絶縁回路の各々（例えば、一次入力部および二次出力部）は、それ自体の戻り基準またはグランド基準を有する。従来のトポロジでは、トランスは通常、良好な効率が得られるように一次入力部から二次出力部への高圧変換範囲にとって必要となる。しかしながら、トランスの使用は、多数の一次巻き数および二次巻線における高い交流（ＡＣ）成分に起因して、大きな巻線損失をもたらす可能性があり、このことが巻線コストおよびトランスを収容するプリント回路基板のコストを押し上げる。
大規模なデータセンタは何十列ものサーバラックを擁し、それらはかなりの量の電力を高いコストで消費する。データセンタでの電力消費の増大は、サーバボードに１２ボルトの範囲内の電源電圧を提供する調整型の電力インフラストラクチャから、サーバボードが４０～６０ボルトの範囲内の電圧によって電力供給される電力インフラストラクチャへの移行を促している。４０～６０ボルトから１２ボルトへの変換はサーバボード上で行われる。この電圧範囲は従来、高品質サーバに割り当てられてきた。
低／中品質サーバの市場の大部分において、入ってくる４０～６０ボルトを調整して１２ボルトに変換するサーバボード電力ソリューションの、低コストおよび高効率の要求が高まっている。この目標を達成するために、いくつかの妥協策が行われている。妥協策の１つは、ＤＣ－ＤＣ電力コンバータの一次入力電圧と二次出力電圧の間の絶縁の除去である。
したがって、必要とされているものは、非絶縁環境でのトランスおよび整流素子の損失を低減するシステムおよび方法である。
添付した図において、類似の構成要素および／または特徴は、同じ参照ラベルを有し得る。更に、参照ラベルに類似の構成要素同士を区別する文字を続けることによって、同じタイプの様々な構成要素を区別することができる。明細書において第１の参照ラベルだけが使用されていれば、その記載は、第２の参照ラベルに関係なく、同じ第１の参照ラベルを有する類似の構成要素のうちのどの１つにも適用可能である。
少なくとも１つの例示の実施形態は、装置に向けられている。装置は、トランスの一次巻線とトランスの第１の二次巻線の直列組合せを含む第１の回路経路と、トランスの第２の二次巻線を含む第２の回路経路と、を含む。トランスの一次巻線は、トランスの第１の二次巻線および第２の二次巻線に磁気的に結合されており、またトランスの一次巻線は、トランスの第１の二次巻線および第２の二次巻線の各々に取り外し可能に結合されている。トランスの一次巻線は、出力電流のうちのトランスの一次巻線から受けるエネルギーに基づく部分を生成するように動作し、トランスの第２の二次巻線は、トランスの第２の二次巻線から受けるエネルギーに基づく出力電流の残りの部分を生成するように動作する。
少なくとも１つの例示の実施形態は、システムに向けられている。システムは、トランスの一次巻線とトランスの第１の二次巻線の直列組合せを含む第１の回路経路と、トランスの第２の二次巻線を含む第２の回路経路と、トランスの両側に接続されておりかつ共通のグランドを介して接続されている第１のスイッチング素子および第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、を含む、電力コンバータを含む。トランスの一次巻線は、トランスの第１の二次巻線および第２の二次巻線に磁気的に結合されており、またトランスの一次巻線は、トランスの第１の二次巻線および第２の二次巻線の各々に取り外し可能に結合されている。
トランスの一次巻線は、出力電流のうちのトランスの一次巻線から受けるエネルギーに基づく部分を生成するように動作し、トランスの第２の二次巻線は、トランスの第２の二次巻線から受けるエネルギーに基づく出力電流の残りの部分を生成するように動作する。システムは、電力コンバータの出力電圧を調整するべく第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子のスイッチングを制御するように構成されている制御回路機構（ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）を更に含む。
少なくとも１つの例示の実施形態は、方法に向けられている。方法は、トランスの一次巻線とトランスの第１の二次巻線の直列組合せを含む第１の回路経路を提供することと、トランスの第２の二次巻線を含む第２の回路経路を提供することと、を含む。トランスの一次巻線は、トランスの第１の二次巻線および第２の二次巻線に磁気的に結合されており、またトランスの一次巻線は、トランスの第１の二次巻線および第２の二次巻線の各々に取り外し可能に結合されている。トランスの一次巻線は、出力電流のうちのトランスの一次巻線から受けるエネルギーに基づく部分を生成するように動作し、トランスの第２の二次巻線は、トランスの第２の二次巻線から受けるエネルギーに基づく出力電流の残りの部分を生成するように動作する。
主題について、全体を通して同様の参照符号が同様の要素を指す図面を参照して記載する。以下の説明では、主題の発明の完全な理解を提供するために、説明の目的で、多数の具体的な詳細が記載されている。しかしながら、これらの具体的な詳細がなくても主題を実施し得ることが明らかな場合がある。他の場合には、主題の発明の説明が容易になるように、よく知られている構造およびデバイスがブロック図の形態で示される。
また更に、「例示的な」という単語は本明細書では、例、実例、または例示として機能するという意味で使用される。本明細書で「例示的」であるとして記載されるいかなる態様または設計も、必ずしも他の態様または設計に比べて好ましいかまたは有利であると解釈されるべきではない。むしろ、単語「例示的な」の使用は、概念を具体的な様式で提示することを意図している。本願で使用される場合、用語「または」は、排他的な「または」ではなく、包括的な「または」を意味することが意図されている。すなわち、別に規定されていないかまたは文脈から明らかでない限り、「ＸはＡまたはＢを利用する」は、無理のない包括的な順列の全てを意味することが意図されている。すなわち、ＸがＡを利用する、ＸがＢを利用する、またはＸがＡおよびＢの両方を利用する場合には、上記の場合のいずれにおいても「ＸはＡまたはＢを利用する」が満たされる。更に、本明細書および付属の特許請求の範囲で使用される冠詞「１つの（ａ）」および「１つの（ａｎ）」は一般に、別に規定されていないかまたは文脈から単数形を指すものであると明らかでない限りは、「１つ以上の」を意味するものと解釈されるべきである。更に、単語「結合された」は本明細書では、直接的または間接的な電気的または機械的結合を意味するように使用される。
用語「コンバータ」は本明細書で使用される場合、「レギュレータ」、「ＤＣレギュレータ」、「電圧レギュレータ」、「ＤＣ電圧レギュレータ」、「ＤＣ－ＤＣコンバータ」、「ＤＣコンバータ」および「コンバータ」のうちのいずれか１つまたはこれらの任意の組合せを包含するがそれらに限定されず、またこれらの用語のいずれかの明白な意味を含むがそれらに限定されない。
本明細書に記載する本開示の一実施形態は、高いＤＣ電圧を有するソースから低いＤＣ電圧で電力を送達するために使用され得る、電気的に非絶縁の直流（ＤＣ）－ＤＣ電力コンバータに関連している。そのような電力コンバータではトランスが使用され、その巻き数比に応じて電圧レベルの降下（または上昇）が行われる。言い換えれば、一次側におけるトランス電流の全量は、二次側におけるトランス電流と等しい。システムがパルス幅変調式である場合、一次側および二次側で変圧された電圧が平均される。本質的に、入力電力は出力電力（から変換損失を減算したもの）と等しい。例えば、入力電圧が２倍になれば入力電流は半分に減少するが、出力電圧および出力電流は一定のままである。電力回路スイッチング素子は、変換を生じさせるためにコンデンサおよびインダクタと連携して使用される。本開示の代替の実施形態では、電力回路スイッチング素子は、パルス幅変調電圧を平均化するためにコンデンサおよびインダクタと連携して使用される。信号を電力回路スイッチング素子へと駆動するために、通常は制御回路機構が設けられる。
ほとんどのＤＣ－ＤＣ電力コンバータは、入力電圧および出力電流の変動に際してその出力電圧の調整を行うように設計されている。例えば、その入力が３６から７５ボルトの範囲にわたって変化し、その出力電流が１から２５アンペアまでの範囲にわたる間、１２ボルト（プラスまたはマイナス数パーセント）の出力を維持するために、電力コンバータが必要となる場合がある。調整を実現するこの能力は通常、電力回路のトポロジおよびその電力回路スイッチング素子の制御の様式から生じるものである。場合によっては、調整機能はリニアレギュレータによって供給（または補強）される。
従来の絶縁直流（ＤＣ）－ＤＣ電力コンバータの概略的構成を表すブロック図である。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータの概略的構成を表す回路図である。 本開示の一実施形態に係る、代替の回路設計で示された、図２Ａの相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータの概略的構成を表す回路図である。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータの概略的構成を表す代替の回路図である。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ中の電力回路スイッチング素子の制御の第１のモードを示す、例示の図である。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ中の電力回路スイッチング素子の制御の放電モードを示す、例示の図である。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ中の電力回路スイッチング素子の制御の第２のモードを示す、例示の図である。 従来の絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータと、本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータとの間の、総抵抗損失の比較を示すグラフである。 従来の絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータと、本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータとの間の、構成要素あたりの損失の比較を示すグラフである。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータの性能を示すグラフである。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ用の電力回路スイッチング素子に関する制御信号を示すグラフである。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ用の電力回路スイッチング素子に関する制御信号を示すグラフである。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ用の電力回路スイッチング素子に関する制御信号を示すグラフである。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ用の電力回路スイッチング素子に関する制御信号を示すグラフである。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ用の電力回路スイッチング素子に関するスイッチノード電圧を示すグラフである。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ用の電力回路スイッチング素子電圧を示すグラフである。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータに関するトランス巻線電流および出力電流を示すグラフである。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータに関するトランス巻線電流および出力電流を示すグラフである。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータに関するトランス巻線電流および出力電流を示すグラフである。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータに関するトランス巻線電流および出力電流を示すグラフである。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータに関する電力回路スイッチング素子電流および出力電流を示すグラフである。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータに関する電力回路スイッチング素子電流および出力電流を示すグラフである。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータに関する電力回路スイッチング素子電流および出力電流を示すグラフである。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータに関する電力回路スイッチング素子電流および出力電流を示すグラフである。 本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータを使用して電圧を変換する方法のフローチャートである。
図１は、従来の絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ１００の概略的構成を表すブロック図である。絶縁電力コンバータは、電力コンバータ用の回路を入力部と出力部の間の直流の流れを防止する２つのセクションへと電気的および物理的に分けることによって入力部を出力部から隔離するが、これは通常、トランスを使用することによって達成される。電力コンバータ１００は一般に、１つ以上の電力回路スイッチング素子（図示せず）を含む一次側１０４を含む。一次側１０４は電圧源Ｖｉｎから入力電圧を受けることができる。電力コンバータ１００はまた、例えば整流回路とフィルタ回路と負荷（図示せず）とを含み得る、二次側１０８も含む。二次側１０８は出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。二次側１０８は、例えば１つ以上の一次巻線および１つ以上の二次巻線を有するトランス１１２によって、一次側から絶縁される。電力コンバータ１００はまた、１つ以上の電力回路スイッチング素子がいつＯＮおよびＯＦＦになるかを決定することによって電力コンバータ１００を制御するための、制御回路機構１１６も含む。制御回路機構１１６は通常、入力部における、出力部における、および／または電力コンバータ１００内の、電圧および電流を感知する。従来の絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ１００のこのトポロジの場合、一次側１０４および二次側１０８の各々がそれ自体の戻りまたはグランド基準を有するということに起因して、一次側１０４内を流れる電流は一次側１０４内を循環するだけであり、二次側１０８内を流れる電流は二次側１０８内を循環するだけである。
従来のトポロジでは、トランスは通常、良好な効率が得られるように入力部から出力部への高圧変換範囲にとって必要となる。しかしながらトランスの使用は、多数の一次巻き数および二次巻線における高いＡＣ成分に起因して、大きな巻線損失をもたらす可能性があり、このことが巻線コストおよびプリント回路基板のコストを押し上げる。
図２Ａは、本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ２００の概略的構成を表す回路図である。電力コンバータ２００は、電力回路スイッチング素子を含む電力回路２０４を含む。電力回路スイッチング素子は、２つの直列接続された電力回路スイッチング素子と並列の２つの直列接続された電力回路スイッチング素子、すなわちフルブリッジ構成で配置されたＸ１，Ｘ２，Ｘ４，Ｘ５を含む。電力回路スイッチング素子Ｘ１，Ｘ２，Ｘ４，Ｘ５は例えば、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）または窒化ガリウム（ＧａＮ）ＦＥＴを含み得る。電力回路２０４はまた、電力回路スイッチング素子Ｘ１，Ｘ２，Ｘ４，Ｘ５にＤＣ入力電圧Ｖｉｎを提供する入力電圧源２０８も含む。電力回路２０４は単極矩形波電圧を生むように構成されている。
電力コンバータ２００はまた、変換されたＤＣ電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして提供するための出力電圧２１２、トランスＴＸ、整流回路２２０、フィルタ回路２２４、および負荷２２８も含む。
入力コンデンサＣｉｎは、入力電圧源２０８と電力回路スイッチング素子Ｘ１，Ｘ２，Ｘ４，Ｘ５の間に並列に結合されている。入力コンデンサＣｉｎは入力電圧Ｖｉｎ用のフィルタとして振る舞い、エネルギーをバッファする。トランスＴＸは、電力回路スイッチング素子Ｘ１，Ｘ２，Ｘ４，Ｘ５に結合された一次巻線Ｎｐと、整流回路２２０に結合された二次巻線Ｎｓ１およびＮｓ２と、出力インダクタ２３６Ｌｏｕｔと、を含む。一次巻線Ｎｐならびに二次巻線Ｎｓ１およびＮｓ２の各々と関連付けられる巻線の数は任意の好適な値とすることができ、実施形態に応じて変化し得る。フィルタ回路２２４はコンデンサＣｏｕｔを含み、負荷２２８はフィルタ回路２２４と並列に取り付けられる抵抗器Ｒで記号化されている。コンデンサＣｏｕｔは、負荷２２８への整流された電圧を平滑化するために設けられる。フィルタ回路２２４は整流回路２２０と並列に取り付けられる。
図２Ａに示すように、整流回路２２０は、同期整流を提供するように配置された並列のダイオードを含む、２つの電力回路スイッチング素子Ｘ３、Ｘ６を含む。別法として、整流回路２２０は、所望であればより多いかもしくはより少ないスイッチングデバイスを含んでもよく、かつ／または、同期整流なしで構成されてもよい。
更にこの例示の実施形態では、電力回路スイッチング素子Ｘ１のドレインノード（Ｄ）および電力回路スイッチング素子Ｘ４のドレインノード（Ｄ）は、入力電圧源Ｖｉｎに接続されている。更に、電力回路スイッチング素子Ｘ１のソースノード（Ｓ）は、電力回路スイッチング素子Ｘ２のドレインノード（Ｄ）（スイッチノードＳＷ１）に結合される。電力回路スイッチング素子Ｘ４のソースノード（Ｓ）は、電力回路スイッチング素子Ｘ５のドレインノード（Ｄ）（スイッチノードＳＷ２）に結合される。電力回路スイッチング素子Ｘ２のソースノード（Ｓ）は、スイッチノードＳＷ２に結合される。電力回路スイッチング素子Ｘ５のソースノード（Ｓ）は、スイッチノードＳＷ４に結合される。電力回路スイッチング素子Ｘ３のドレイン（Ｄ）はスイッチノードＳＷ２に接続されており、電力回路スイッチング素子Ｘ３のソース（Ｓ）はグランドに接続されている。電力回路スイッチング素子Ｘ６のドレイン（Ｄ）はノードＳＷ４に接続されており、電力回路スイッチング素子Ｘ６のソース（Ｓ）はグランドに接続されている。
図２Ａの電力コンバータ２００は、電力回路スイッチング素子Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６のための制御信号（例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号）を生成するための、１つ以上の制御装置２５０を含む。図２Ａに示すように、制御信号Ａは電力回路スイッチング素子Ｘ１およびＸ５を制御し、制御信号Ｂは電力回路スイッチング素子Ｘ２およびＸ４を制御し、制御信号Ａ＿Ｉｎｖｅｒｓｅは電力回路スイッチング素子Ｘ６を制御し、制御信号Ｂ＿Ｉｎｖｅｒｓｅは電力回路スイッチング素子Ｘ３を制御する。本開示の代替の実施形態によれば、制御上の理由（例えば、駆動回路機構における遅延、起動中の異なる変調、等の補償）で、制御信号Ａを２つの制御信号（Ａ＿Ｘ１およびＡ＿Ｘ５）へと分割することができ、制御信号Ｂを２つの制御信号（Ｂ＿Ｘ２およびＢ＿Ｘ４）へと分割することができる。図２Ａの制御装置２５０は、制御信号を生成するための１つ以上のゲート駆動回路および／または他の好適な駆動回路を含み得る。
制御装置２５０は、出力電圧Ｖｏｕｔを調整するべく制御信号（例えば、Ａ、Ｂ、Ａ＿Ｉｎｖｅｒｓｅ、Ｂ＿Ｉｎｖｅｒｓｅ）のデューティサイクルを変更するように適合されている。一般に、周波数は通常は一定に保たれるが、電流リプルを低減するために周波数を変調することができる。図２Ａに示すように、電力回路スイッチング素子Ｘ１，Ｘ２，Ｘ４，Ｘ５は分流されるか、またはそれらの固有のキャパシタンスによっておよびそれらの固有のボディダイオードによってクランプされる。同じく図２Ａに示すように、電力回路スイッチング素子Ｘ３、Ｘ６は分流されるか、またはそれらの固有の出力キャパシタンスによっておよびそれらの固有のボディダイオードによってクランプされる。
非絶縁の実施形態では、電力コンバータ２００の回路全体用の共通のグランド（例えば、ＧＮＤ）が設けられる。これにより、二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２は一次巻線Ｎｐの一部になっている（例えば、これと相互接続されている）。この配置を用いるといくつかの利益を達成できる。本開示の複数の実施形態によれば、電圧の調整および容量分圧器セクションの排除が達成される。本開示の複数の実施形態によれば、充電相において、一次巻線Ｎｐは、電力コンバータ２００のどの相が導通するかに応じて二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２の両方の端部と直列に接続される。
本開示の電力コンバータ２００の動作によれば、放電相と呼ばれる、入力部Ｖｉｎから出力部Ｖｏｕｔへと移送されるエネルギーがない場合では、出力部に送達される全エネルギーが出力インダクタＬｏｕｔから取られることが示唆されており、電力回路スイッチング素子Ｘ３，Ｘ６の両方が導通し（例えば、これらの電力回路スイッチング素子が閉じている）、その他の電力回路スイッチング素子Ｘ１，Ｘ２，Ｘ４，Ｘ５は導通しない（例えば、これらの電力回路スイッチング素子が開いている）。この結果、トランスＴＸにかかる電圧がクランプされ、出力電流の半分が二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２の各々に流れ込むことになる。充電および放電によって、二次巻線Ｎｓ１とＮｓ２の間に設けられるスイッチノードＳＷ５において、Ｖｉｎ＊Ｎｓ／（Ｎｐ＋２＊Ｎｓ）の振幅を有するＰＷＭパルストレインが作り出されることになり、上式でＮｓ＝Ｎｓ１＝Ｎｓ２である。次いでこのパルストレインは、出力インダクタ２３６Ｌｏｕｔおよび出力コンデンサ２２４Ｃｏｕｔによって平均化される。出力はＶｏｕｔ＝Ｖｉｎ＊Ｄ＊Ｎｓ／（Ｎｐ＋２＊Ｎｓ）に従って変調され、上式でＤは、制御信号ＡおよびＢのＯＮ時間の合計Ｔｏｎを周期で除算したものとして定義される、ＰＷＭによって達成される制御信号のデューティサイクルである。
本開示の一実施形態によれば、入力部Ｖｉｎから出力部Ｖｏｕｔおよび出力インダクタＬｏｕｔへとエネルギーが伝送される充電相では、一次電流Ｉｐは、従来の絶縁電力コンバータの場合のように、電力コンバータの一次側内を単に循環する代わりに、出力部へと伝送される。Ｉｓ＝Ｉｏｕｔ＊（１－Ｎｓ／（Ｎｐ＋２＊Ｎｓ））およびＩｐ＝Ｉｏｕｔ＊Ｎｓ／（Ｎｐ＋２＊Ｎｓ）である。
ＡおよびＢの分枝の間の電圧／時間の不整合について懸念のある場合は、一次巻線Ｎｐと直列にＤＣブロックコンデンサを追加することができる。図２Ｃは、本開示の一実施形態に係る相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ２１０の概略的構成を表す代替の回路図である。本開示の一実施形態によれば、Ａ制御信号およびＢ制御信号が等しく整合していない場合に生じ得るＤＣ電流をブロックすることになる、コンデンサＣｂｌｏｃｋ１，Ｃｂｌｏｃｋ２が設けられている。これに応じて、コンデンサＣｂｌｏｃｋ１が位置Ａに設けられるか、またはコンデンサＣｂｌｏｃｋ２が位置Ｂに設けられるかのいずれかとなり、これにより、制御信号Ａが制御信号Ｂと等しく整合していない場合にＤＣ電流がブロックされることになる。
図２Ｂは、本開示の一実施形態に係る、代替の回路設計で示された図２Ａの相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータの概略的構成を表す回路図である。図２Ｂに示すように、このトポロジは１：１＋１トランスを使用するが、これは４０～６０ボルトＶｉｎ、１２ボルトＶｏｕｔの電力コンバータに好適である。電力回路スイッチング素子Ｘ１，Ｘ２，Ｘ４，Ｘ５は電力回路スイッチング素子として振る舞い、電力回路スイッチング素子Ｘ３およびＸ６は同期整流スイッチである。電力回路スイッチング素子Ｘ１，Ｘ５，Ｘ３が導通するとき、一次巻線Ｎｐおよび二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２の各々にわたって、出力電圧Ｖｏｕｔの３分の１が見られることになる。同様に、電力回路スイッチング素子Ｘ４，Ｘ２，Ｘ６が導通するとき、一次巻線Ｎｐおよび二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２の各々にわたって、出力電圧Ｖｏｕｔの３分の１が見られることになる。理解されるように、（制御信号Ａによって制御される）電力回路スイッチ素子Ｘ１、Ｘ５、または（制御信号Ｂによって制御される）電力回路スイッチング素子Ｘ４、Ｘ２は、周期Ｔの持続時間Ｔｏｎの間に１８０度位相シフトを行い、このときＴｏｎは周期Ｔの５０％に限定されている。電力回路スイッチング素子Ｘ３、Ｘ６は持続時間Ｔｓｙｎｃｈの間導通するが、この持続時間は、周期ＴからＴｏｎを減算し、更に、Ｘ２のＯＮとＯＦＦの、およびＸ３のＯＮとＯＦＦの、およびＸ５の対応するＯＮとＯＦＦの、およびＸ６のＯＮとＯＦＦの間の、相互導通を回避するのに必要なデッドタイムを減算したものに相当する。
電力回路スイッチング素子Ｘ１，Ｘ５，Ｘ３の導通に関して、一次巻線Ｎｐおよび二次巻線Ｎｓ２を流れる電流は、電力回路スイッチング素子Ｘ１およびＸ５が導通すると出力部Ｖｏｕｔへと直接進むことになるので、二次巻線Ｎｓ１を通して２倍の振幅を有する電流が生成されることになり、この結果トランスＴＸにおいて電流平衡が生み出される。このことは、二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２を流れる電流の非常に大きな部分がＤＣとなることを示唆している。最大でＩｏｕｔの２／３、最小でＩｏｕｔの１／３、放電相中はＩｏｕｔの１／２である。もう１つの利益は、電力回路スイッチング素子Ｘ１，Ｘ５，Ｘ３またはＸ４，Ｘ２，Ｘ６の全てが、電力回路スイッチング素子Ｘ１，Ｘ５，Ｘ３またはＸ４，Ｘ２，Ｘ６の各々の固有のダイオードを介して、入力電圧Ｖｉｎにクランプされることである。必要に応じてノイズを低減するためでなければ、同期整流電力回路スイッチング素子を介した電圧のスナバリングまたはクランピングは必要ない。
図２Ｄは、本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ中の電力回路スイッチング素子の制御の第１のモードを示す、例示の図である。第１のモードでは、電力回路スイッチング素子Ｘ４，Ｘ２，Ｘ６がＯＦＦになり、電力回路スイッチング素子Ｘ１，Ｘ５，Ｘ３がＯＮになる。回路経路Ａ１は一次巻線Ｎｐからの電流Ｉｐを含み、回路経路Ａ２は第１の二次巻線Ｎｓ１からの電流Ｉｓ１を含む。図２Ｂに示すように、Ｉｐは出力電流の３分の１（１／３）に等しく、Ｉｓ１は出力電流の３分の２（２／３）に等しい。
図２Ｅは、本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ中の電力回路スイッチング素子の制御の放電モードを示す、例示の図である。放電モードでは、電力回路スイッチング素子Ｘ１，Ｘ２，Ｘ４，Ｘ５はＯＦＦになり、電力回路スイッチング素子Ｘ３およびＸ６はやはりＯＮになる。回路経路Ｃ１は第１の二次巻線Ｎｓ１からの電流Ｉｓ１を含み、回路経路Ｃ２は第２の二次巻線Ｎｓ２からの電流Ｉｓ２を含む。Ｉｓ１およびＩｓ２はいずれも出力電流の２分の１（１／２）に等しい。
図２Ｆは、本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ中の電力回路スイッチング素子の制御の第２のモードを示す、例示の図である。第２のモードでは、電力回路スイッチング素子Ｘ４，Ｘ２，Ｘ６がＯＮになり、電力回路スイッチング素子Ｘ１，Ｘ５，Ｘ３がＯＦＦになる。回路経路Ｂ１は一次巻線Ｎｐからの電流Ｉｐを含み、回路経路Ｂ２は第２の二次巻線Ｎｓ２からの電流Ｉｓ２を含む。Ｉｐは出力電流の３分の１（１／３）に等しく、Ｉｓ２は出力電流の３分の２（２／３）に等しい。
図３は、従来の絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータと、本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータとの間の、総抵抗損失の比較を示すグラフ３００である。グラフ３００の横軸は入力電圧をボルト（Ｖ）で表し、グラフ３００の縦軸は電力放散をワット（Ｗ）で表す。波形３０４は、従来の絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータの電力放散を表し、波形３０８は、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータの電力放散を表す。
波形３０４は比較的小さい入力電圧に対して波形３０８よりも大きい傾きを有するが、このことは、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータと比較した場合の、従来の絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータのより大きい電力放散に相当する。波形３０４および３０８は、比較的大きい入力電圧では実質的に同じ傾きを有する。グラフ３００によれば、従来の絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータは、４０ボルトの入力電圧において約２１ワットの電力を放散し、４２ボルトの入力電圧において２０ワットの電力を放散する。これらの値は、４０ボルトから４２ボルトの間で、波形３０４について約２分の１（１／２）の傾きを生む。対照的に、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータは、４０ボルトの入力電圧において約１６．５ワットの電力を放散し、４２ボルトの入力電圧において１６ワットの電力を放散する。これらの値は、４０ボルトから４２ボルトの間で、波形３０８について約４分の１（１／４）の傾きを生む。
更にグラフ３００によれば、従来の絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータは、５８ボルトの入力電圧において約１６ワットの電力を放散し、６０ボルトの入力電圧において１５ワットの電力を放散する。これらの値は、５８ボルトから５０ボルトの間で、波形３０４について約８分の３（３／８）の傾きを生む。対照的に、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータは、５８ボルトの入力電圧において約１４．５ワットの電力を放散し、６０ボルトの入力電圧において１４．２５ワットの電力を放散する。これらの値は、５８ボルトから６０ボルトの間で、波形３０８について約８分の１（１／８）の傾きを生む。
図４は、本開示の一実施形態に係る、従来の絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータと非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータとの間の、構成要素あたりの損失の比較を示すグラフ４００である。グラフ４００の横軸は入力電圧をボルト（Ｖ）で表し、グラフ４００の縦軸は電力放散をワット（Ｗ）で表す。波形４０４は、従来の絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータの二次電力回路スイッチング素子の電力放散を表し、波形４０８は、本開示の一実施形態係る相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータの二次電力スイッチング素子の電力放散を表す。波形４１２は、従来の絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータのトランスの電力放散を表す。波形４１６は、従来の絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ、および本開示の一実施形態に係る相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータの両方の、一次電力スイッチング素子の電力放散を表す。
波形４２０は、本開示の一実施形態に係る相互接続された巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータのトランスの電力放散を表し、波形４２４は、従来の絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータの二次巻線の電力放散を表す。波形４２８は、従来の絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータの一次巻線の電力放散を表し、波形４３２は、本開示の一実施形態に係る相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータの二次巻線の電力放散を表す。波形４３６は、本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータの一次巻線の電力放散を表す。一般に、波形の傾きは入力電圧が小さくなるほど大きくなるが、このことは、より小さい入力電圧におけるより大きい電力放散、およびより大きい入力電圧におけるより小さい電力放散に相当する。
図５は、本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータの性能を示すグラフ５００である。グラフ５００の横軸は出力電力をワット（Ｗ）で表し、グラフ５００の左側の縦軸は効率をパーセンテージ（％）で表し、グラフ５００の右側の縦軸は電力放散をワット（Ｗ）で表す。波形５０４は、入力電力から出力電力をマイナスしたものである、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータの電力放散を表し、波形５０８は、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータの入力電力に対する出力電力の比を、パーセンテージで表す。
グラフ５００に示されているが、波形５０４が示すように、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータは、０ワット（Ｗ）の出力電力において約２．５ワット（Ｗ）の電力を放散し、８４０ワット（Ｗ）の出力電力において約２０ワット（Ｗ）の電力を放散する。相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータは、波形５０８が示すように、１２０ワット（Ｗ）の出力電力において９６％の効率を有し、８４０ワット（Ｗ）の出力電力において約９７．７％の効率を有する。
図６Ａ～図６Ｄは、本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ用の電力回路スイッチング素子に関する制御信号を示す、グラフ６００～６３０である。グラフ６００～６３０の各々に関して、グラフ６００～６３０の横軸は時間をマイクロ秒（μｓ）で表し、グラフ６００～６３０の縦軸は電圧をボルト（Ｖ）で表す。グラフ６００に示されている波形６０４は、一次電力回路スイッチング素子Ｘ１、Ｘ５に関する制御信号Ａを表し、グラフ６１０に示されている波形６１４は、一次電力回路スイッチング素子Ｘ２、Ｘ４に関する制御信号Ｂを表す。グラフ６２０に示されている波形６２４は、二次電力回路スイッチング素子Ｘ３に関する制御信号Ａ＿Ｉｎｖｅｒｓｅを表し、グラフ６３０に示されている波形６３４は、二次電力回路スイッチング素子Ｘ６に関する制御信号Ｂ＿Ｉｎｖｅｒｓｅを表す。示されているように、周期がＴであり、Ｔｏｎが持続時間である。電力回路スイッチング素子Ｘ３、Ｘ６は、周期ＴからＴｏｎを減算し、更に、Ｘ２のＯＮとＯＦＦの、およびＸ３のＯＮとＯＦＦの、およびＸ５の対応するＯＮとＯＦＦの、およびＸ６のＯＮとＯＦＦの間の相互導通を回避するのに必要なデッドタイムを減算したものに対応する、持続時間Ｔｓｙｎｃｈの間導通する。
図７（Ａ）～図７（Ｃ）は、本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ用の電力回路スイッチング素子に関するスイッチノード電圧を示す、グラフ７００～７２０である。グラフ７００～７２０の各々に関して、グラフ７００～７２０の横軸は時間をマイクロ秒（μｓ）で表し、グラフ７００～７２０の縦軸は電圧をボルト（Ｖ）で表す。グラフ７００に示されている波形７０４は、スイッチノードＳＷ１がグランドには進まないことからそれがフローティングノードであることを表し、グラフ７１０に示されている波形７１４はスイッチノードＳＷ２を表す。グラフ７２０に示されている波形７２４は、スイッチノードＳＷ２とスイッチノードＳＷ４の間に設けられたスイッチノードＳＷ５を表す。時間ｔ１において、ＳＷ５における電圧はＳＷ１の電圧の半分未満である。
図８（Ａ）～図８（Ｃ）は、本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ用の電力回路スイッチング素子電圧を示す、グラフ８００～８２０である。グラフ８００～８２０の各々に関して、グラフ８００～８２０の横軸は時間をマイクロ秒（μｓ）で表し、グラフ８００～８２０の縦軸は電圧をボルト（Ｖ）で表す。グラフ８００に示されている波形８０４は、一次電力回路スイッチング素子Ｘ１に関する電圧を表し、グラフ８１０に示されている波形８１４は、一次電力回路スイッチング素子Ｘ２に関する電圧を表す。グラフ８２０に示されている波形８２４は、二次電力回路スイッチング素子Ｘ３に関する電圧を表す。
図９Ａ～図９Ｄは、本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータに関するトランス巻線電流および出力電流を示すグラフ９００～９３０である。グラフ９００～９３０の各々に関して、グラフ９００～９３０の横軸は時間をマイクロ秒（μｓ）で表し、グラフ９００～９３０の縦軸は電流をアンペア（Ａ）で表す。グラフ９００に示されている波形９０４は、一次巻線Ｎｐに関する電流を表し、グラフ９１０に示されている波形９１４は、二次巻線Ｎｓ１に関する電流を表す。グラフ９２０に示されている波形９２４は、二次巻線Ｎｓ２に関する電流を表す。グラフ９３０に示されている波形９３４は、負荷から見た出力電流を表す。
図１０Ａ～図１０Ｄは、本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータに関する電力回路スイッチング素子電流および出力電流を示すグラフである。グラフ１０００～１０３０の各々に関して、グラフ１０００～１０３０の横軸は時間をマイクロ秒（μｓ）で表し、グラフ１０００～１０３０の縦軸は電流をアンペア（Ａ）で表す。グラフ１０００に示されている波形１００４は、一次電力回路スイッチング素子Ｘ１に関する電流を表し、グラフ１０１０に示されている波形１０１４は、一次電力回路スイッチング素子Ｘ２に関する電流を表す。グラフ１０２０に示されている波形１０２４は、二次電力回路スイッチング素子Ｘ３に関する電流を表す。グラフ１０３０に示されている波形１０３４は、負荷から見た出力電流を表す。
図１１は、本開示の一実施形態に係る、相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータを使用して電圧を変換する方法のフローチャートを示す。
相互接続されたトランス巻線を有する非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータを使用して電圧を変換するための方法１１００のステップの全体的な順序が図１１に示されているが、方法１１００は、より多くのもしくはより少ないステップを含み得るか、または、ステップの順序を図１１に示すものとは別様に調整することができる。更に、２つ以上のステップを組み合わせて１つのステップにしてもよい。一般に、方法１１００はＳＴＡＲＴ動作１１０４で開始し、ＥＮＤ動作１１２０で終了する。方法は、データ処理システムによって実行されコンピュータ可読媒体上で符号化または記憶される、コンピュータ実行可能命令のセット上で実行され得る。本明細書では、方法１１００を、上記したシステムおよび構成要素、モジュール、ソフトウェア、データ構造、ユーザインターフェース、等を参照して説明することとする。
方法１１００は、ＳＴＡＲＴ動作１１０４から開始し、入力電圧源からエネルギーを受けるステップ１１０８に進み得る。ステップ１１０８で入力電圧源からエネルギーを受けた後で、方法１１００は、トランスの一次巻線が、出力電流のうちのトランスの一次巻線から受けるエネルギーおよびトランスの第１の二次巻線から受けるエネルギーに基づく、部分を生成するように動作する、ステップ１１１２に進む。ステップ１１１２で、トランスの一次巻線が出力電流のうちの部分を生成するように動作した後で、方法１１００は、トランスの第２の二次巻線が、トランスの第２の二次巻線から受けるエネルギーに基づく出力電流の残りの部分を生成するように動作する、ステップ１１１６に進む。トランスの第２の巻線が出力電流の残りの部分を生成するように動作した後で、方法１１００はＥＮＤ動作１１２０に進み、ここで方法１１００は終了し得る。
本明細書で検討するステップ、機能、および動作のいずれも、連続的かつ自動的に実行され得る。
本開示の例示的なデバイス、システム、および方法が、電力コンバータに関連して記載されている。ただし本開示を不必要に曖昧にするのを避けるために、上記の説明ではいくつかの知られている構造およびデバイスを省略している。この省略は特許請求される開示の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。本開示が理解されるように具体的な詳細が記載されている。しかしながら、本開示が本明細書に記載する具体的な詳細に留まらない様々な様式で実施され得ることが諒解されるべきである。
更に、本明細書に示す例示的な実施形態はシステムの並置された様々な構成要素が示されているが、システムの特定の構成要素を、遠隔に、ＬＡＮおよび／もしくはインターネットなどの分散型ネットワークの離れた部分に、または専用のシステム内に、位置付けることができる。したがって、システムの構成要素を、組み合わせてサーバ、通信デバイスなどの１つ以上のデバイスにすること、あるいは、アナログおよび／もしくはデジタル電気通信ネットワーク、パケット交換ネットワーク、または回路交換ネットワークなどの、分散型ネットワークの特定のノード上に並置することが可能であることが、諒解されるべきである。上記の説明から、演算効率上の理由により、システムの構成要素を、システムの動作に影響を及ぼすことなく構成要素の分散型ネットワーク内の任意の位置に配置できることが、諒解されるであろう。
更に、素子同士を接続する様々なリンクは、有線もしくはワイヤレスのリンクまたはこれらの任意の組合せ、あるいは、接続された素子との間でデータの供給および／または通信が可能な任意の他の知られているまたは今後開発される要素であり得ることが、諒解されるべきである。これらの有線またはワイヤレスのリンクはセキュアなリンクとすることもでき、暗号化された情報を通信可能であり得る。リンクとして使用される伝送媒体は例えば、同軸ケーブル、銅製ワイヤ、および光ファイバを含む電気信号用の任意の好適なキャリアとすることができ、また、電波および赤外線データ通信中に生成されるものなどの、音波または光波の形態をとってもよい。
フローチャートをイベントの特定のシークエンスとの関連で検討および説明してきたが、開示される実施形態、構成、および態様の動作に重要な影響を及ぼすことなく、このシークエンスに対する変更、追加、および省略を行うことのできることが、諒解されるべきである。
本開示のいくつかの変更および変形が使用できる。本開示のいくつかの特徴を他の特徴を提供せずに提供することが可能であろう。
更に別の実施形態では、本開示のシステムおよび方法は、専用コンピュータ、プログラムされたマイクロプロセッサもしくはマイクロコントローラおよび周辺集積回路素子、ＡＳＩＣもしくは他の集積回路、デジタル信号プロセッサ、個別の素子回路などのハードワイヤードの電子または論理回路、ＰＬＤ、ＰＬＡ、ＦＰＧＡ、ＰＡＬなどのプログラム可能論理デバイスもしくはゲートアレイ、専用コンピュータ、何らかの同等の手段、または類似のものと連携させて実装され得る。一般に、本開示の様々な態様を実施するために、本明細書に示す方法論を実施できる任意のデバイスまたは手段を使用できる。本開示に使用できる例示的なハードウェアとしては、コンピュータ、ハンドヘルドデバイス、電話機（例えば、セルラー、インターネット方式、デジタル、アナログ、ハイブリッド、その他）、および当技術分野で知られている他のハードウェアが挙げられる。これらのデバイスのうちのいくつかは、プロセッサ（例えば、単一のまたは複数のマイクロプロセッサ）、メモリ、不揮発性ストレージ、入力デバイス、および出力デバイスを含む。更に、分散型処理もしくはコンポーネント／オブジェクト分散型処理、並列処理、または仮想マシン処理を含むがこれらに限定されない、代替のソフトウェア実装形態もまた、本明細書に記載する方法を実施するように構築され得る。
更に別の実施形態では、開示される方法は、オブジェクトを使用するソフトウェアと、または、様々なコンピュータもしくはワークステーションのプラットフォーム上で使用できる移植可能なソースコードを提供するオブジェクト指向のソフトウェア開発環境と連携されて、容易に実施され得る。別法として、開示されるシステムは、標準的な論理回路またはＶＬＳＩの設計を使用して、部分的にまたは完全にハードウェアにおいて実装され得る。本開示に係るシステムを実装するためにソフトウェアまたはハードウェアのどちらが使用されるかは、システムの速さおよび／または効率要件、その特定の機能、ならびに利用されているその特定のソフトウェアもしくはハードウェアのシステムまたはマイクロプロセッサもしくはマイクロコンピュータのシステムによって決まる。
更に別の実施形態では、開示される方法は、記憶媒体上に記憶され、制御装置およびメモリと協働してプログラムされた汎用コンピュータ、専用コンピュータ、マイクロプロセッサなどで実行され得るソフトウェアにおいて、部分的に実施され得る。これらの場合には、本開示のシステムおよび方法は、パーソナルコンピュータ上に埋め込まれた、アプレット、ＪＡＶＡ（登録商標）またはＣＧＩスクリプトなどのプログラムとして、サーバまたはコンピュータワークステーション上に常駐するリソースとして、専用の測定システム、システム構成要素に埋め込まれたルーチンとして、などで実施され得る。システムはまた、システムおよび／または方法を、ソフトウェアおよび／またはハードウェアシステムに物理的に組み込むことによっても実装され得る。
本開示は実施形態において実装される構成要素および機能について特定の規格およびプロトコルを参照して記載しているが、本開示はそのような規格およびプロトコル限定されない。本明細書で言及していない他の類似の規格およびプロトコルが存在しており、それらは本開示に含まれているものと見なされる。また更に、本明細書で言及する規格およびプロトコルならびに本明細書で言及していない他の類似の規格およびプロトコルは、本質的に同じ機能を有するより高速または効果的な均等物と随時入れ替えられる。同じ機能を有するそのような入れ替えの規格およびプロトコルは、本開示に含まれる均等物と見なされる。
本開示は、様々な実施形態、構成、および態様において、実質的には本明細書に描写および記載されているような、構成要素、方法、プロセス、システム、および／または装置を含み、そこにはそれらの様々な実施形態、下位組合せ、およびサブセットが含まれる。本開示を理解すれば、当業者は、本明細書で開示するシステムおよび方法をいかに製作および使用すべきかを理解するであろう。様々な実施形態、構成、および態様において、本開示は、本明細書においてまたはその様々な実施形態、構成、または態様において描写および／または記載されていない事物のない場合に、デバイスおよびプロセスを提供することを含み、そこには、例えば性能の改善、実施の容易さの達成および／またはコストの低減のために、従前のデバイスまたはプロセスにおいて使用されている場合のあるような事物のない場合が含まれる。
本開示の上記の考察は例示および説明の目的で提示されている。上記の内容は、本開示を本明細書に開示する１つまたは複数の形態に限定することを意図していない。例えば上記の「発明を実施するための形態」では、本開示を簡潔にする目的で、本開示の様々な特徴が、１つ以上の実施形態、構成、または態様において１つにまとめられている。本開示の実施形態、構成、または態様の特徴を、上で検討したもの以外の代替の実施形態、構成、または態様において組み合わせてもよい。この開示の方法は、特許請求される開示が各請求項に明示的に記載されているよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映しているものとして解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲に反映されているように、進歩性を備えた態様は、開示された上記の単一の実施形態、構成、または態様の全てに満たない特徴で成り立つ。したがって、以下の特許請求の範囲は、本明細書においてこの「発明を実施するための形態」に組み込まれており、各請求項は本開示の個別の好ましい実施形態としてそれ自体で成立している。
また更に、本開示の説明は、１つ以上の実施形態、構成、または態様ならびに特定の変更および変形の説明を含んでいるが、他の変更、組合せ、および変形が本開示の範囲内にあり、例えばそれらは、本開示を理解した後で当業者の技術および知識の範囲内にあり得る。特許請求される構造、機能、範囲、またはステップにとって代替的な、相互交換可能な、および／または均等な構造、機能、範囲、またはステップが本明細書で開示されているかいないかに関わらず、そのような代替的な、相互交換可能な、および／または均等な構造、機能、範囲、またはステップを含む代替の実施形態、構成、または態様を、許される範囲まで含む権利を取得することが意図されており、どのような特許可能な主題を公に供することも意図されていない。
実施形態は装置を含む。装置は、トランスの一次巻線とトランスの第１の二次巻線の直列組合せを含む第１の回路経路と、トランスの第２の二次巻線を含む第２の回路経路と、を含む。トランスの一次巻線は、トランスの第１の二次巻線および第２の二次巻線に磁気的に結合されており、またトランスの一次巻線は、トランスの第１の二次巻線および第２の二次巻線の各々に取り外し可能に結合されている。トランスの一次巻線は、出力電流のうちのトランスの一次巻線から受けるエネルギーに基づく部分を生成するように動作し、トランスの第２の二次巻線は、トランスの第２の二次巻線から受けるエネルギーに基づく出力電流の残りの部分を生成するように動作する。
上記の装置の態様は、電圧源からのエネルギーをトランスの一次巻線へと伝搬するように動作可能な、複数のスイッチング素子を含む。
上記の装置の態様は、トランスの第１の二次巻線とトランスの第２の二次巻線の直列接続状態（ｓｅｒｉａｌ ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ）を提供するトランスを含む。
上記の装置の態様は、トランスの第１の二次巻線および第２の二次巻線が、トランスの一次巻線に伝搬されるエネルギーに基づく出力電圧を生成するように動作すること、を含む。
上記の装置の態様は、出力電圧が直流（ＤＣ）電圧であること、を含む。
上記の装置の態様は、一次巻線がフライング式の一次巻線（ｆｌｙｉｎｇ ｐｒｉｍａｒｙ ｗｉｎｄｉｎｇ）であることを含む。
上記の装置の態様は、トランスの第１の二次巻線と第２の二次巻線の間に接続されたインダクタを含む。
上記の装置の態様は、出力電流Ｉｏｕｔが、Ｉｓ＝Ｉｏｕｔ＊（１－Ｎｓ／（Ｎｐ＋２＊Ｎｓ））およびＩｐ＝Ｉｏｕｔ＊Ｎｓ／（Ｎｐ＋２＊Ｎｓ）として定義される、トランスの第１の二次巻線または第２の二次巻線のいずれかの電流、およびトランスの一次巻線の電流に基づいており、上式で、Ｎｓはトランスの第１の二次巻線またはトランスの第２の二次巻線であり、Ｎｐはトランスの一次巻線であり、ＩｓはＮｓの電流であり、ＩｐはＮｐの電流であること、を含む。
上記の装置の態様は、出力電圧ＶｏｕｔがＶｏｕｔ＝Ｖｉｎ＊Ｄ＊Ｎｓ／（Ｎｐ＋２＊Ｎｓ）として定義され、上式で、Ｖｉｎは入力電圧であり、Ｄはデューティサイクルであり、Ｎｓはトランスの第１の二次巻線またはトランスの第２の二次巻線であり、Ｎｐはトランスの一次巻線であること、を含む。
上記の装置の態様は、トランスの第１の二次巻線および第２の二次巻線に接続された複数のスイッチを含む。
上記の装置の態様は、一次巻線、第１の二次巻線、および第２の二次巻線の各々が同じ巻き数を有すること、を含む。
実施形態はシステムを含む。システムは、トランスの一次巻線とトランスの第１の二次巻線の直列組合せを含む第１の回路経路と、トランスの第２の二次巻線を含む第２の回路経路と、トランスの両側に接続されておりかつ共通のグランドを介して接続されている第１のスイッチング素子および第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、を含む、電力コンバータを含む。トランスの一次巻線は、トランスの第１の二次巻線および第２の二次巻線に磁気的に結合されており、またトランスの一次巻線は、トランスの第１の二次巻線および第２の二次巻線の各々に取り外し可能に結合されている。
トランスの一次巻線は、出力電流のうちのトランスの一次巻線から受けるエネルギーに基づく部分を生成するように動作し、トランスの第２の二次巻線は、トランスの第２の二次巻線から受けるエネルギーに基づく出力電流の残りの部分を生成するように動作する。システムは、電力コンバータの出力電圧を調整するべく第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子のスイッチングを制御するように構成されている制御回路機構を更に含む。
上記のシステムの態様は、トランスの第１の二次巻線とトランスの第２の二次巻線の直列接続状態を提供するトランスを含む。
上記のシステムの態様は、トランスの第１の二次巻線および第２の二次巻線が、トランスの一次巻線に伝搬されるエネルギーに基づく出力電圧を生成するように動作すること、を含む。
上記のシステムの態様は、出力電圧が直流（ＤＣ）電圧であること、を含む。
上記のシステム装置の態様は、一次巻線がフライング式の一次巻線であること、を含む。
上記のシステムの態様は、トランスの第１の二次巻線と第２の二次巻線の間に接続されたインダクタを含む。
上記のシステムの態様は、出力電流Ｉｏｕｔが、Ｉｓ＝Ｉｏｕｔ＊（１－Ｎｓ／（Ｎｐ＋２＊Ｎｓ））およびＩｐ＝Ｉｏｕｔ＊Ｎｓ／（Ｎｐ＋２＊Ｎｓ）として定義される、トランスの第１の二次巻線または第２の二次巻線のいずれかの電流、およびトランスの前記一次巻線の電流に基づいており、上式で、Ｎｓはトランスの第１の二次巻線またはトランスの第２の二次巻線であり、Ｎｐはトランスの一次巻線であり、ＩｓはＮｓの電流であり、ＩｐはＮｐの電流であること、を含む。
上記のシステムの態様は、出力電圧ＶｏｕｔがＶｏｕｔ＝Ｖｉｎ＊Ｄ＊Ｎｓ／（Ｎｐ＋２＊Ｎｓ）として定義され、上式で、Ｖｉｎは入力電圧であり、Ｄはデューティサイクルであり、Ｎｓはトランスの第１の二次巻線またはトランスの第２の二次巻線であり、Ｎｐはトランスの一次巻線であること、を含む。
実施形態は方法を含む。方法は、トランスの一次巻線とトランスの第１の二次巻線の直列組合せを含む第１の回路経路を提供することと、トランスの第２の二次巻線を含む第２の回路経路を提供することと、を含む。トランスの一次巻線は、トランスの第１の二次巻線および第２の二次巻線に磁気的に結合されており、またトランスの一次巻線は、トランスの第１の二次巻線および第２の二次巻線の各々に取り外し可能に結合されている。トランスの一次巻線は、出力電流のうちのトランスの一次巻線から受けるエネルギーに基づく部分を生成するように動作し、トランスの第２の二次巻線は、トランスの第２の二次巻線から受けるエネルギーに基づく出力電流の残りの部分を生成するように動作する。
「少なくとも１つの」、「１つ以上の」、「または」、および「および／または」という句は、連言的および選言的の両方であるオープンエンドの表現である。例えば、表現「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの１つ以上」、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの１つ以上」、「Ａ、Ｂ、および／またはＣ」、ならびに「Ａ、Ｂ、またはＣ」の各々は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、を意味する。
用語「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」エンティティは、１つ以上のそのエンティティを指す。したがって、用語「１つの（ａ）」（または「１つの（ａｎ）」）、「１つ以上の」、および「少なくとも１つの」は、本明細書では入れ替え可能に使用され得る。用語「を備える」、「を含む」、および「を有する」は入れ替え可能に使用され得ることにも留意されたい。
用語「自動的な」およびその変形は、本明細書で使用される場合、通常は連続的または半連続的な、プロセスまたは動作の実行時に人間による重要な入力を伴わずに行われる、任意のプロセスまたは動作を指す。しかしながら、プロセスまたは動作は、プロセスまたは動作の実行が人間による重要なまたは重要ではない入力を使用する場合であっても、その入力がプロセスまたは動作の実行前に受けられるならば、自動的となり得る。人間による入力は、プロセスまたは動作がどのように実行されるかにそのような入力が影響する場合に、重要であると見なされる。人間による入力は、プロセスまたは動作の実行を承諾する場合、「重要」であるとは見なされない。
本開示の態様は、完全にハードウェアである実施形態、完全にソフトウェアである実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード、等を含む）、またはソフトウェアおよびハードウェアの態様を組み合わせた実施形態の形態をとることができ、これらは本明細書では一般に全て「回路」、「モジュール」、または「システム」と呼ばれ得る。１つ以上のコンピュータ可読媒体の任意の組合せを利用することができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体またはコンピュータ可読記憶媒体であり得る。
コンピュータ可読記憶媒体は例えば、限定するものではないが、電子的な、磁気的な、光学的な、電磁的な、赤外線の、または半導体の、システム、装置、またはデバイス、あるいは上記したものの任意の好適な組合せであり得る。コンピュータ可読記憶媒体のより詳細な例（非網羅的なリスト）には、以下、すなわち、１つもしくは複数のワイヤを有する電気接続部、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭもしくはフラッシュメモリ）、光ファイバ、ポータブルコンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、光学記憶デバイス、磁気記憶デバイス、または上記のものの任意の好適な組合せが含まれるであろう。本文書の文脈では、コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによって使用されるかまたはこれと接続されているプログラムを含むかまたは記憶することのできる、任意の有形媒体であってもよい。
コンピュータ可読信号媒体は、例えばベースバンド中にまたは搬送波の一部として、コンピュータ－可読プログラムコードが具現化された伝播データ信号を含んでもよい。かかる伝播信号は、限定するものではないが、電磁的な、光学的な、またはこれらの任意の好適な組合せを含む、様々な形態のうちのいずれをとることもできる。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読記憶媒体ではなく、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによって使用されるかまたはこれと接続されたプログラムを通信、伝播、または移送できる、任意のコンピュータ可読媒体であってもよい。コンピュータ可読媒体上で具現化されるプログラムコードは、限定するものではないが、ワイヤレス、有線、光ファイバケーブル、ＲＦ、等、または上記のものの任意の好適な組合せを含む、任意の適切な媒体を使用して伝送することができる。
「決定する」、「計算する」、「演算する」、およびこれらの変形は、本明細書で使用される場合、入れ替え可能に使用され、任意のタイプの方法論、プロセス、数学的操作、または技術を含む。
様々な態様、実施形態、および／または構成において、本開示は、実質的には本明細書に描写および記載されているような、構成要素、方法、プロセス、システム、および／または装置を含み、そこにはそれらの様々な態様、実施形態、構成の実施形態、下位組合せ、および／またはサブセットが含まれる。本開示を理解すれば、当業者は、開示される態様、実施形態、および／または構成を、いかに製作および使用すべきかを理解するであろう。様々な態様、実施形態、および／または構成において、本開示は、本明細書においてまたはその様々な態様、実施形態、および／もしくは構成において描写および／または記載されていない事物のない場合に、デバイスおよびプロセスを提供することを含み、そこには、例えば性能の改善、実施の容易さの達成および／またはコストの低減のために、従前のデバイスまたはプロセスにおいて使用されている場合のあるような事物のない場合が含まれる。
上記の考察は例示および説明の目的で提示されている。上記の内容は、本開示を本明細書に開示する１つまたは複数の形態に限定することを意図していない。例えば上記の「発明を実施するための形態」では、本開示を簡潔にする目的で、本開示の様々な特徴が、１つ以上の態様、実施形態、および／または構成において１つにまとめられている。本開示の態様、実施形態、および／または構成の特徴を、上で検討したもの以外の代替の態様、実施形態、および／または構成において組み合わせてもよい。この開示の方法は、特許請求の範囲が各請求項に明示的に記載されているよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映しているものとして解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲に反映されているように、進歩性を備えた態様は、開示された上記の単一の態様、実施形態、および／または構成の全てに満たない特徴で成り立つ。したがって、以下の特許請求の範囲は、本明細書においてこの「発明を実施するための形態」に組み込まれており、各請求項は本開示の個別の好ましい実施形態としてそれ自体で成立している。
また更に、この説明は、１つ以上の態様、実施形態、および／または構成ならびに特定の変更および変形の説明を含んでいるが、他の変更、組合せ、および変形が本開示の範囲内にあり、例えばそれらは、本開示を理解した後で当業者の技術および知識の範囲内にあり得る。特許請求される構造、機能、範囲、またはステップにとって代替的な、相互交換可能な、および／または均等な構造、機能、範囲、またはステップが本明細書で開示されているかいないかに関わらず、そのような代替的な、相互交換可能な、および／または均等な構造、機能、範囲、またはステップを含む代替の態様、実施形態、および／または構成を、許される範囲まで含む権利を取得することが意図されており、どのような特許可能な主題を公に供することも意図されていない。
１００ 絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ、 １０４ 一次側、 １０８ 二次側、 １１２ トランス、 １１６ 制御回路機構、 ２００ 非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ、 ２０４ 電力回路、 ２０８ 入力電圧源、 ２１０ 非絶縁ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ、 ２１２ 出力電圧、 ２２０ 整流回路、 ２２４ フィルタ回路、出力コンデンサ、 ２２８ 負荷、 ２３６ 出力インダクタ、 ２５０ 制御装置、 ３００ グラフ、 ３０４ 波形、 ３０８ 波形、 ４００ グラフ、 ４０４ 波形、 ４０８ 波形、 ４１２ 波形、 ４１６ 波形、 ４２０ 波形、 ４２４ 波形、 ４２８ 波形、 ４３２ 波形、 ４３６ 波形、 ５００ グラフ、 ５０４ 波形、 ５０８ 波形、 ６００ グラフ、 ６０４ 波形、 ６１０ グラフ、 ６１４ 波形、 ６２０ グラフ、 ６２４ 波形、 ６３０ グラフ、 ６３４ 波形、 ７００ グラフ、 ７０４ 波形、 ７１０ グラフ、 ７１４ 波形、 ７２０ グラフ、 ７２４ 波形、 ８００ グラフ、 ８０４ 波形、 ８１０ グラフ、 ８１４ 波形、 ８２０ グラフ、 ８２４ 波形、 ９００ グラフ、 ９０４ 波形、 ９１０ グラフ、 ９１４ 波形、 ９２０ グラフ、 ９２４ 波形、 ９３０ グラフ、 ９３４ 波形、 １０００ グラフ、 １００４ 波形、 １０１０ グラフ、 １０１４ 波形、 １０２０ グラフ、 １０２４ 波形、 １０３０ グラフ、 １０３４ 波形、 １１００ 方法、 １１０４ ＳＴＡＲＴ動作、 １１２０ ＥＮＤ動作、 ＳＷ１ スイッチノード、 ＳＷ２ スイッチノード、 ＳＷ４ スイッチノード、 ＳＷ５ スイッチノード、 Ｘ１ 電力回路スイッチング素子、 Ｘ２ 電力回路スイッチング素子、 Ｘ３ 電力回路スイッチング素子、 Ｘ４ 電力回路スイッチング素子、 Ｘ５ 電力回路スイッチング素子、 Ｘ６ 電力回路スイッチング素子。

Claims (20)

  1. トランスの一次巻線と前記トランスの第１の二次巻線の直列組合せを含む第１の回路経路と、
    前記トランスの第２の二次巻線を含む第２の回路経路と
    を備え、
    前記トランスの前記一次巻線は、前記トランスの前記第１の二次巻線および前記第２の二次巻線に磁気的に結合されており、
    前記トランスの前記一次巻線は、前記トランスの前記第１の二次巻線および前記第２の二次巻線の各々に取り外し可能に結合されており、
    前記トランスの前記一次巻線は、出力電流のうちの前記トランスの前記一次巻線から受けるエネルギーに基づく部分を生成するように動作し、
    前記トランスの前記第２の二次巻線は、前記トランスの前記第２の二次巻線から受けるエネルギーに基づく前記出力電流の残りの部分を生成するように動作することを特徴とする、
    装置。
  2. 請求項１に記載の装置であって、電圧源からのエネルギーを前記トランスの前記一次巻線へと伝搬するように動作可能な複数のスイッチング素子を更に備えることを特徴とする装置。
  3. 請求項１に記載の装置であって、前記トランスは、前記トランスの前記第１の二次巻線と前記トランスの前記第２の二次巻線の直列接続状態を提供することを特徴とする装置。
  4. 請求項２に記載の装置であって、前記トランスの前記第１の二次巻線および前記第２の二次巻線は、前記トランスの前記一次巻線に伝搬される前記エネルギーに基づく出力電圧を生成するように動作することを特徴とする装置。
  5. 請求項４に記載の装置であって、前記出力電圧が、直流（ＤＣ）電圧であることを特徴とする装置。
  6. 請求項１に記載の装置であって、前記一次巻線が、フライング式の一次巻線であることを特徴とする装置。
  7. 請求項１に記載の装置であって、前記トランスの前記第１の二次巻線と前記第２の二次巻線との間に接続されたインダクタを更に備えることを特徴とする装置。
  8. 請求項１に記載の装置であって、前記出力電流Ｉｏｕｔが、Ｉｓ＝Ｉｏｕｔ＊（１－Ｎｓ／（Ｎｐ＋２＊Ｎｓ））およびＩｐ＝Ｉｏｕｔ＊Ｎｓ／（Ｎｐ＋２＊Ｎｓ）として定義される、前記トランスの前記第１の二次巻線または前記第２の二次巻線のいずれかの電流、および前記トランスの前記一次巻線の電流に基づいており、上式で、Ｎｓは、前記トランスの前記第１の二次巻線または前記トランスの前記第２の二次巻線であり、Ｎｐは、前記トランスの前記一次巻線であり、Ｉｓは、Ｎｓの電流であり、Ｉｐは、Ｎｐの電流であることを特徴とする装置。
  9. 請求項４に記載の装置であって、前記出力電圧Ｖｏｕｔが、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ＊Ｄ＊Ｎｓ／（Ｎｐ＋２＊Ｎｓ）として定義され、上式で、Ｖｉｎは、入力電圧であり、Ｄは、デューティサイクルであり、Ｎｓは、前記トランスの前記第１の二次巻線または前記トランスの前記第２の二次巻線であり、Ｎｐは、前記トランスの前記一次巻線であることを特徴とする装置。
  10. 請求項１に記載の装置であって、前記トランスの前記第１の二次巻線および前記第２の二次巻線に接続された複数のスイッチを更に備えることを特徴とする装置。
  11. 請求項１に記載の装置であって、前記一次巻線、前記第１の二次巻線、および前記第２の二次巻線の各々が、同じ巻き数を有することを特徴とする装置。
  12. システムであって、
    電力コンバータであって、
    トランスの一次巻線と前記トランスの第１の二次巻線の直列組合せを含む第１の回路経路と、
    前記トランスの第２の二次巻線を含む第２の回路経路と、
    前記トランスの両側に接続されており、かつ、共通のグランドを介して接続されている第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と
    を含み、
    前記トランスの前記一次巻線は、前記トランスの前記第１の二次巻線および前記第２の二次巻線に磁気的に結合されており、
    前記トランスの前記一次巻線は、前記トランスの前記第１の二次巻線および前記第２の二次巻線の各々に取り外し可能に結合されており、
    前記トランスの前記一次巻線は、出力電流のうちの前記トランスの前記一次巻線から受けるエネルギーに基づく部分を生成するように動作し、
    前記トランスの前記第２の二次巻線は、前記トランスの前記第２の二次巻線から受けるエネルギーに基づく前記出力電流の残りの部分を生成するように動作する、
    電力コンバータと、
    前記電力コンバータの出力電圧を調整するべく前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子のスイッチングを制御するように構成されている制御回路機構と
    を備えることを特徴とする、システム。
  13. 請求項１２に記載のシステムであって、前記トランスは、前記トランスの前記第１の二次巻線と前記トランスの前記第２の二次巻線の直列接続状態を提供することを特徴とするシステム。
  14. 請求項１２に記載のシステムであって、前記トランスの前記第１の二次巻線および前記第２の二次巻線は、前記トランスの前記一次巻線に伝搬される前記エネルギーに基づく前記出力電圧を生成するように動作することを特徴とするシステム。
  15. 請求項１２に記載のシステムであって、前記出力電圧が、直流（ＤＣ）電圧であることを特徴とするシステム。
  16. 請求項１２に記載のシステムであって、前記一次巻線が、フライング式の一次巻線であることを特徴とするシステム。
  17. 請求項１２に記載のシステムであって、前記トランスの前記第１の二次巻線と前記第２の二次巻線との間に接続されたインダクタを更に備えることを特徴とするシステム。
  18. 請求項１２に記載のシステムであって、前記出力電流Ｉｏｕｔが、Ｉｓ＝Ｉｏｕｔ＊（１－Ｎｓ／（Ｎｐ＋２＊Ｎｓ））およびＩｐ＝Ｉｏｕｔ＊Ｎｓ／（Ｎｐ＋２＊Ｎｓ）として定義される、前記トランスの前記第１の二次巻線または前記第２の二次巻線のいずれかの電流、および前記トランスの前記一次巻線の電流に基づいており、上式で、Ｎｓは、前記トランスの前記第１の二次巻線または前記トランスの前記第２の二次巻線であり、Ｎｐは、前記トランスの前記一次巻線であり、Ｉｓは、Ｎｓの電流であり、Ｉｐは、Ｎｐの電流であることを特徴とするシステム。
  19. 請求項１２に記載のシステムであって、前記出力電圧Ｖｏｕｔが、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ＊Ｄ＊Ｎｓ／（Ｎｐ＋２＊Ｎｓ）として定義され、上式で、Ｖｉｎは、入力電圧であり、Ｄは、デューティサイクルであり、Ｎｓは、前記トランスの前記第１の二次巻線または前記トランスの前記第２の二次巻線であり、Ｎｐは、前記トランスの前記一次巻線であることを特徴とするシステム。
  20. トランスの一次巻線と前記トランスの第１の二次巻線の直列組合せを含む第１の回路経路を提供することと、
    前記トランスの第２の二次巻線を含む第２の回路経路を提供することと
    を含み、
    前記トランスの前記一次巻線は、前記トランスの前記第１の二次巻線および前記第２の二次巻線に磁気的に結合されており、
    前記トランスの前記一次巻線は、前記トランスの前記第１の二次巻線および前記第２の二次巻線の各々に取り外し可能に結合されており、
    前記トランスの前記一次巻線は、出力電流のうちの前記トランスの前記一次巻線から受けるエネルギーに基づく部分を生成するように動作し、
    前記トランスの前記第２の二次巻線は、前記トランスの前記第２の二次巻線から受けるエネルギーに基づく前記出力電流の残りの部分を生成するように動作することを特徴とする、
    方法。
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