DE102015219683B4

DE102015219683B4 - Entladungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102015219683B4
Application number: DE102015219683.6A
Authority: DE
Inventors: Toru DAIGO; Taisuke IWAKIRI; Takuya MIYANAGA
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-05-19
Filing date: 2015-10-12
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2035-10-13
Also published as: US9812944B2; JP2016220367A; DE102015219683A1; JP6061983B2; US20160344217A1

Abstract

Entladungsvorrichtung mit:
einem Schalterelement (3), das parallel zu einem Elektrospeicherelement (4) geschaltet ist;
einer Konstantstrom-Ausgabeeinheit (2), die einen Konstantstrom an das Schalterelement (3) liefert; und
einer Steuereinheit (1), die eine An- oder Aus-Anweisung an die Konstantstrom-Ausgabeeinheit (2) gibt, wobei
die Steuereinheit (1) die Konstantstrom-Ausgabeeinheit (2) derart steuert, dass das Schalterelement (3) für eine An-Zeit tr eingeschaltet wird,
wobei die An-Zeit des Schalterelements (3) die folgende Gleichung erfüllt:

t_{r} = \frac{C_{i s s}}{I_{g}} * \sqrt{\frac{I_{c}}{g_{m}}}

wobei C_iss die Eingangskapazität des Schalterelements (3) ist, I_g der konstante Treiberstrom des Schalterelements (3) ist, I_c der Strom des Schalterelements (3) ist, und g_m der Übertragungskoeffizient des Schalterelements (3) ist,
um zu veranlassen, dass eine Energie, mit der das Elektrospeicherelement (4) geladen ist, entladen wird, während sie durch das Schalterelement (3) verbraucht wird, und innerhalb einer Zeit, für die ein Strom Ic des Schalterelements (3) einen Grenzstrom des Schalterelements (3) erreichen würde, das Schalterelement (3) in einer Region, in der der Strom Ic niedriger als der Grenzstrom ist, ausgeschaltet wird,
wobei das Schalterelement (3) wiederholt angesteuert wird. ist, und gm der Übertragungskoeffizient des Schalterelements (3) ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entladungsvorrichtung, die eine in einem Elektrospeicherelement gespeicherte Entladungsenergie entlädt, und betrifft im Besonderen eine Entladungsvorrichtung, die mit Verwendung eines Steuersignals ein parallel zu dem Elektrospeicherelement geschaltetes Schalterelement treibt.
Beschreibung der verwandten Technik
Ein Umrichter oder dergleichen, der einen Motor steuert, schaltet mittels Steuern einer Schaltvorrichtung einen Stromversorgungspfad, durch den veranlasst wird, dass ein Strom zu jeder Spule des Motors von einer Energieversorgung fließt, wodurch eine Antriebsregelung des Motors ausgeführt wird. Außerdem justiert ein Transformator oder dergleichen mittels Steuern der Schaltvorrichtung das von einer Drossel (eine Spule) von der Energieversorgung zu liefernde Stromausmaß und wandelt eine in der Energieversorgung erzeugte Spannung in eine optionale Spannung um, wodurch eine Ausgabe der Spannung ausgeführt wird.
Als eine spezifische Ausgestaltung der Schaltvorrichtung gibt es eine, in der ein erstes Schalterelement und ein zweites Schalterelement in Reihe geschaltet sind, und der Verbindungspunkt des ersten Schalterelements und des zweiten Schalterelements mit dem Motor oder der Drosselspule als ein Ausgabeteilstück verbunden ist. Ferner ist ein Elektrospeicherelement (im Allgemeinen ein Kondensator), das eine Leistungsschwankung glättet, in Verbindung mit dem ersten Schalterelement und dem zweiten Schalterelement, in Reihe geschaltet, bereitgestellt. Beim Trennen von Drähten von dem Motor und Umrichter, um den Umrichter und Motor zu warten, zu überholen und zu reparieren, nachdem der Betrieb des Umrichters oder dergleichen vorbei ist, ist ferner eine Arbeitseffizienz niedrig, wenn eine elektrische Ladung in dem Elektrospeicherelement einer Umrichtereingangsstufe gespeichert wird, was bedeutet, dass es erforderlich ist, Energie (elektrische Ladung) zu entladen, mit der das Elektrospeicherelement geladen ist.
Um die elektrische Ladung des Elektrospeicherelements zu entladen, wird die Aufmerksamkeit auf einen durch den Innenwiderstand eines Schalterelements verursachten Erregungsverlust gerichtet, und es wird in Patentdokument 1 vorgeschlagen, dass ein erstes Schalterelement und ein zweites Schalterelement in Reihe geschaltet sind, und dass das erste Schalterelement mit der positiven Anschlussseite des Elektrospeicherelements verbunden ist, während das zweite Schalterelement mit der negativen Anschlussseite des Elektrospeicherelements verbunden ist, so dass das erste Schalterelement und das zweite Schalterelement, die in Reihe geschaltet sind, parallel zu dem Elektrospeicherelement geschaltet sind, und die zwei Elektroden des Elektrospeicherelements kurzgeschlossen werden mittels Wiederholen eines An-Zustands der Schalterelemente zu derselben Zeit für eine sehr kurze Zeit, wodurch die elektrische Ladung des Elektrospeicherelements entladen wird, indem nur der Betrieb der im Voraus enthaltenen Schalterelemente umgeschaltet wird.
Wenn ein Strom durch ein Schalterelement fließt, tritt jedoch ein Verlust auf, der durch die Integration einer an das Schalterelement angelegten Spannung und eines durch das Schalterelement fließenden Stroms verursacht ist, und eine in dem Elektrospeicherelement gespeicherte elektrische Ladung kann entladen werden, aber wenn ein Erregungsstrom des Schalterelements zunimmt, nimmt der Verlust des Schalterelements zu, und das Ausmaß einer Wärmeerzeugung nimmt auch zu. Wenn der Erregungsstrom des Schalterelements übermäßig zunimmt beim Entladen, nehmen deshalb der Verlust und die Wärmeerzeugung des Schalterelementes zu, was zu einer thermischen Zerstörung des Schalterelements im schlimmsten Fall führt.
Beim Entladen der elektrischen Ladung des Elektrospeicherelements muss folglich die Entladungsvorrichtung den Erregungsstrom des Schalterelements unterdrücken und muss verhindern, dass das Schalterelement in einer thermischen Zerstörung resultiert.
Beispielsweise wird in der in Patentdokument 1 beschriebenen Entladungsvorrichtung beim Ausführen einer Entladung verhindert, dass der Erregungsstrom des Schalterelements ein Überstrom wird, indem eine An-Zeit (eine Stromanstiegszeit) eines Treibersignals des Schalterelements definiert wird und das Schalterelement in einer Region ausgeschaltet wird, in der der Erregungsstrom des Schalterelements niedriger als ein Grenzstrom bzw. Begrenzungsstrom Icmax ist. Ferner wird ein An- und Ausschalten des Schalterelements mehrfach ausgeführt, bis das Elektrospeicherelement entladen ist, und der Erregungsstrom des Schalterelements wird unterdrückt, wodurch verhindert wird, dass das Schalterelement in einer thermischen Zerstörung resultiert.
Außerdem ist es in einer Ausführungsform der in Patentdokument 1 beschriebenen Entladungsvorrichtung möglich, den Erregungsstrom des Schalterelements zu unterdrücken, indem eine Schalterelement-Treiberspannung in einer Region (eine Stromsättigungsregion) geliefert wird, in der der Erregungsstrom des Schalterelements niedriger ist als der Grenzstrom Icmax (d.h. mittels Ausführen einer Reduzierung der Schalterelement-Treiberspannung und Liefern der reduzierten Treiberspannung), während einer Entladungssteuerzeit, im Vergleich mit während einer Normalzeit. Beim Entladen des Elektrospeicherelements wird folglich der Erregungsstrom des Schalterelements unterdrückt, wodurch verhindert wird, dass das Schalterelement in einer thermischen Zerstörung resultiert.
Patentdokument 1: JP 2009- 232 620 A
In der in Patentdokument 1 vorgeschlagenen Entladungsvorrichtung ist jedoch die An-Zeit (Stromanstiegszeit) des Treibersignals des Schalterelements während der Entladungssteuerzeit definiert, aber ein Stromanstieg tritt für die An-Zeit des Treibersignals des Schalterelements auf. Wenn der An-Spannung-Schwellenwert des Schalterelements oder mehr auf ein Empfangen einer An-Anweisung durch das Treibersignal hin erreicht wird, startet nämlich ein Strom, durch das Schalterelement zu fließen, und der Strom nimmt über die An-Zeit hinweg zu. Ferner wird das Schalterelement durch das Treibersignal in einer Region ausgeschaltet, in der der Erregungsstrom des Schalterelements niedriger als der Grenzstrom Icmax ist.
In Patentdokument 1 ist ein Spannungstreibertyp-Schalterelement (beispielsweise ein MOSFET oder ein IGBT) gezeigt, und in diesem Fall kann eine An-Zeit (eine Stromanstiegszeit) tr durch Gleichung 1 ausgedrückt werden, wobei Rg ein Schalterelement-Eingangswiderstand ist, Ciss eine Schalterelement-Eingangskapazität ist, Vg eine Schalterelement-Treiberspannung ist, Vth ein Schalterelement-An-Spannung-Schwellenwert ist, Ic ein Schalterelement-Erregungsstrom ist, und gm ein Schalterelement-Übertragungskoeffizient ist, und mittels Eingeben eines optionalen Stromwertes in Ic ist es möglich, die Stromanstiegszeit tr zu erhalten. $t_{r} = - R_{g x} \times C_{i s s} \times ln (1 - \frac{1}{V_{g} - V_{t h}} \sqrt{\frac{I_{c}}{g_{m}}})$
Die Eigenschaft des Spannungstreibertyp-Schalterelements ist, dass der Erregungsstrom des Schalterelements bei einem gewissen Stromwert in einer Region gesättigt ist, in der die Schalterelement-Treiberspannung niedrig ist. Das heißt, dass in der Region, in der die Schalterelement-Treiberspannung niedrig ist, eine optionale Schalterelement-Treiberspannung auf einen optionalen Erregungsstrom des Schalterelements unterdrückt werden kann. Deshalb wird in der Entladungsvorrichtung von Patentdokument 1 die Schalterelement-Treiberspannung auf die optionale Schalterelement-Treiberspannung gesteuert, um niedriger zu sein als der Wert einer in einem Normalbetrieb angelegten Schalterelement-Treiberspannung, um den optionalen Erregungsstrom des Schalterelements zu erhalten.
Unterdessen variieren im Allgemeinen der An-Spannung-Schwellenwert und die Schalterelement-Treiberspannung aufgrund einer Differenz unter individuellen Schalterelementen und einer Variabilität unter Teilen eines Schalterelement-Treiberspannung-Versorgungsschaltkreises.
In der Entladungsvorrichtung von Patentdokument 1 nimmt deshalb, wenn der voreingestellte Schalterelement-An-Spannung-Schwellenwert Vth groß ist, oder wenn die Schalterelement-Treiberspannung Vg klein ist, die definierte An-Zeit tr zu, und der Erregungsstrom des Schalterelements wird größer als ein angenommener Schalterelement-Erregungsstrom. Wenn der An-Spannung-Schwellenwert Vth und die Schalterelement-Treiberspannung Vg variieren, kann als ein Ergebnis der Schalterelement-Erregungsstrom nicht unterdrückt werden beim Entladen des Elektrospeicherelements, was das Problem verursacht, dass das Schalterelement auf eine Temperatur höher als erwartet erwärmt wird.
Auch in dem Fall eines Setzens der Schalterelement-Treiberspannung Vg, niedrig zu sein, aufgrund der zuvor beschriebenen Variation, wenn der An-Spannung-Schwellenwert Vth hoch ist, und die Schalterelement-Treiberspannung Vg viel niedriger als die optional gesetzte Schalterelement-Treiberspannung Vg ist, der An-Spannung-Schwellenwert Vth > die Schalterelement-Treiberspannung Vg, und es gibt auch eine Möglichkeit, dass das Schalterelement nicht angesteuert bzw. angetrieben wird, wodurch eine Entladung blockiert wird.
Dokument JP 2011 - 182 578 A beschreibt einen Temperatursensor, welcher die Temperatur eines Transistors für einen unteren Arm erfasst. Eine Steuerschaltung schaltet gleichzeitig den Transistor für einen oberen Arm und den Transistor für den unteren Arm, während ein Strom in dem Transistor für den unteren Arm begrenzt wird. Die Steuerschaltung entlädt die Ladungen eines Hochspannungs-Kondensator durch den Transistor für den oberen Arm und den Transistor für den unteren Arm und schaltet den Transistor für den unteren Arm, wenn die Temperatur des Transistors für den unteren Arm, welche durch den Temperatursensor detektiert wird, einen bestimmten Wert erreicht.
Dokument WO 2013/ 138 219 A1 beschreibt eine Gate-Treiberschaltung für eine Leistungsvorrichtung, wie etwa ein Transistor. Die Gate-Treiber Schaltung kann umfassen: eines Stromsteuerschaltkreis; eine erste sekundäre Stromquelle, welche zum Steuern des Schaltens transient während eines Ausschalten des Leistungstransistors verwendet wird, und eine zweite sekundäre Stromquelle, welche zum Steuern des schalten transient während eines Einschaltens des Leistungstransistors verwendet wird. Dokumente DE 10 2007 002 544 A1 beschreibt eine Leistungshalbleiter-Schaltelement-Gate-Treiberschaltung, angeordnet, um eine Treiberschaltung zum Zuführen eines Treibersignals zur Gate-Elektrode eines spannungsgesteuerten Leistungshalbleiter-Schaltelements und eine Messeinheit zu beinhalten, die dahingehend funktioniert, dass sie einen in dem Leistungshalbleiter-Schaltelement fließenden elektrischen Strom misst. Auf der Grundlage eines erfassten Werts des Flussstroms des Leistungshalbleiter-Schaltelements wird das Gate in seiner Spiegelspannung variabel gemacht. Weiterhin ermöglicht es die gleichzeitige Durchführung der Erfassung einer Gate-Spannung, eine Steuerung mit höherer Genauigkeit zu erzielen.
Dokument „Real-Time Adjustable Gate Current Control IC Solves dv/dt Problems In Electric Drives“ Wolfgang Frank et al. beschreibt einen in Echtzeit einstellbaren Gate-Stromsteuerung-IC, welcher dv/dt-Probleme in elektrischen Antrieben löst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung, die zum Lösen der zuvor beschriebenen Probleme erdacht worden ist, hat eine Aufgabe, eine Entladungsvorrichtung bereitzustellen, wobei die zwei Elektroden eines Elektrospeicherelements durch ein Schalterelement kurzgeschlossen werden, das zwischen den zwei Elektroden des Elektrospeicherelements angeschlossen ist, und beim Entladen des Elektrospeicherelements wird ein Temperaturanstieg, der durch einen Verlust des Schalterelements verursacht ist, der aus einer Variation eines An-Spannung-Schwellenwertes des Schalterelements und einer Schalterelement-Treiberspannung resultiert, unterdrückt, wodurch die Entladung zuverlässig ausgeführt wird.
Die Entladungsvorrichtung gemäß der Erfindung enthält ein parallel zu einem Elektrospeicherelement geschaltetes Schalterelement; eine Konstantstrom-Ausgabeeinheit, die einen Konstantstrom an das Schalterelement liefert; und eine Steuereinheit, die eine An- oder Aus-Anweisung an die Konstantstrom-Ausgabeeinheit gibt. Die Steuereinheit steuert die Konstantstrom-Ausgabeeinheit zum Veranlassen, dass eine Energie, mit der das Elektrospeicherelement geladen ist, entladen wird, während sie durch das Schalterelement verbraucht wird, und innerhalb einer optionalen Zeit, für die ein Erregungsstrom des Schalterelements einen Grenzstrom bzw. Begrenzungsstrom des Schalterelements erreicht, zum Ausschalten des Schalterelements in einer Region, in der der Erregungsstrom niedriger als der Grenzstrom ist.
Durch Übernehmen eines Verfahrens, wodurch eine An-Zeit eines Steuersignals des Schalterelements definiert wird zum Veranlassen, dass die Energie, mit der das Elektrospeicherelement geladen ist, entladen wird, während sie durch das Schalterelement verbraucht wird, und zum Ausschalten des Schalterelements in einer Region, in der der Strom des Schalterelements niedriger als ein Grenzstrom Icmax des Schalterelement-Erregungsstroms ist, und die Konstantstrom-Ausgabeeinheit das Schalterelement anschaltet mittels Ausgeben eines Konstantstroms an den Treiberanschluss des Schalterelements, bis eine Schalterelement-Maximaltreiberspannung erreicht wird, während das Schalterelement getrieben wird, während der Schalterelement-Erregungsstrom erhöht wird um ein zu der definierten An-Zeit äquivalentes Ausmaß, wodurch eine An- und Aus-Steuerung beim Entladen des Elektrospeicherelements ausgeführt wird, ist es gemäß der Entladungsvorrichtung der Erfindung möglich, selbst wenn ein An-Spannung-Schwellenwert des Schalterelements und eine Schalterelement-Treiberspannung variieren, das Schalterelement nur für die definierte An-Zeit zu erregen und die in dem Elektrospeicherelement gespeicherte Energie zuverlässig zu entladen, während ein Temperaturanstieg, der durch einen Verlust des Schalterelements verursacht ist, der aus einer Variation des An-Spannung-Schwellenwertes des Schalterelements und der Schalterelement-Treiberspannung resultiert, unterdrückt wird.
Die vorhergehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen besser ersichtlich werden.
Figurenliste

1 ist ein Schaltkreisdiagramm, das ein Beispiel einer Entladungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
2 ist ein Diagramm, das eine Beziehung einer Schalterelement-Treiberspannung Vg mit einer Gate-Ladungsmenge Qg eines Schalterelements zeigt.
3 ist ein Schaltkreisdiagramm, das ein anderes Beispiel der Entladungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
4 ist ein Schaltkreisdiagramm, das ein anderes Beispiel der Entladungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
5 ist ein Schaltkreisdiagramm, das ein Beispiel einer Entladungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
6 ist ein Schaltkreisdiagramm, das ein Beispiel einer Entladungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
7 ist ein Schaltkreisdiagramm, das ein anderes Beispiel der Entladungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Hier wird im Nachfolgenden mit Verweis auf die Zeichnungen eine Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen einer Entladungsvorrichtung gemäß der Erfindung gegeben werden. In den Zeichnungen sind identische Bezugszeichen an identische oder äquivalente Teilstücke vergeben.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Schaltkreisdiagramm, das ein Beispiel einer Entladungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die Entladungsvorrichtung in der ersten Ausführungsform ist durch eine Steuereinheit 1, eine Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 und ein Schalterelement 3 in Verbindung mit einem Elektrospeicherelement 4 ausgestaltet.
Wie in 1 gezeigt, sind das Elektrospeicherelement 4 und das Schalterelement 3 parallelgeschaltet. Die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 gibt einen Konstantstrom an das Schalterelement 3 aus, und die Steuereinheit 1 gibt ein Steuersignal für eine An- oder Aus-Steuerung an die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 aus.
Diese Art der Schaltkreisausgestaltung basiert auf den folgenden Bedingungen.

1. Das Elektrospeicherelement 4 ist in einer Bedingung, in der es mit Energie geladen ist.
2. Die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 hat das Steuersignal von der Steuereinheit 1 empfangen und hat den Strom nicht ausgegeben.
3. Das Schalterelement 3 ist im Aus-Zustand, weil es keinen von der Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 ausgegebenen Strom gibt.

Die Entladungsvorrichtung in der ersten Ausführungsform führt einen Entladungsprozess durch Schritt 1 bis Schritt 3 aus, die unten gezeigt werden sollen.
Schritt 1
Zuerst gibt die Steuereinheit 1 das An-Steuerung-Signal an die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 aus.
Die An-Zeit des Steuersignals zu dieser Zeit wird so gesetzt, dass ein durch das Schalterelement 3 fließender Strom gleich oder kleiner als ein Grenzstrom Icmax des Schalterelements 3 ist.
Beispielsweise kann eine An-Zeit (eine Stromanstiegszeit) tr des Schalterelements 3 durch Gleichung 2 ausgedrückt werden, wobei Ciss die Eingangskapazität des Schalterelements 3 ist, Ig der Treiberstrom des Schalterelements 3 ist, Ic der Erregungsstrom des Schalterelements 3 ist, und gm der Übertragungskoeffizient des Schalterelements 3 ist, und tr kann erhalten werden mittels Eingeben des Wertes des Erregungsstroms Ic. Außerdem ist der Treiberstrom Ig auch die Ausgabe der Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2. Folglich wird der Ausgabestrom-Setzwert der Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 so gesetzt, dass die An-Zeit tr eine Zeit ist, für die die Steuereinheit 1 steuerbar ist, aufgrund einer Beschränkung für die Steuereinheit 1, und dass der Erregungsstrom Ic gleich oder kleiner als der Grenzstrom Icmax des Schalterelementes 3 ist, aufgrund einer Beschränkung für das Schalterelement 3. Und zwar wird der Treiberstrom Ig des Schalterelements 3 durch die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 gesteuert, wodurch die Erregungsstrom-Anstieggeschwindigkeit (das Stromausmaß pro Stunde) des Schalterelements 3 gesteuert wird, wodurch schließlich die Steuerung innerhalb einer optionalen Zeit ermöglicht wird, die benötigt wird, bis der durch das Schalterelement 3 fließende Erregungsstrom Ic den Grenzstrom Icmax erreicht. $t_{r} = \frac{C_{i s s}}{I_{g}} \sqrt{\frac{I_{c}}{g_{m}}}$
Der Grenzstrom Icmax ist ein Strom, bei dem beispielsweise eine Grenztemperatur Tjmax (beispielsweise die Grenztemperatur einer Sperrschichttemperatur) des Schalterelements 3 erreicht wird. Eine Sperrschichttemperatur Tj des Schalterelements 3 kann durch Gleichung 3 erhalten werden mittels Verwendung eines Kühlmittel-Sperrschicht-Wärmewiderstands Rth des Schalterelements 3, einer Spannung Vce über dem Schalterelement 3, des durch das Schalterelement 3 fließenden Stroms Ic und einer Kühlmitteltemperatur To zum Kühlen des Schalterelements 3. $T_{j} = R_{t h} \times V_{c e} \cdot I_{c} - T_{0}$
Der Grenzstrom Icmax des Schalterelements 3 wird erhalten, wenn eine maximale Sperrschichttemperatur Tjmax des Schalterelements 3 aus Gleichung 3 bestimmt wird. Außerdem wird die Spannung Vce über dem Schalterelement 3 durch die Spannung über dem Elektrospeicherelement 4 bestimmt, wenn das Schalterelement 3 nicht erregt wird, während die Spannung Vce durch die Elementeigenschaften des Schalterelements 3 in Ansprechen auf den Erregungsstrom des Schalterelements 3 bestimmt wird, wenn das Schalterelement 3 erregt wird.
Folglich gibt die Steuereinheit 1 das An-Steuerung-Signal an die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 nur für die Stromanstiegszeit tr aus. Ferner gibt die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 den Treiberstrom des Schalterelements 3 aus, bis die maximale Treiberspannung des Schalterelements 3 erreicht wird, und wenn die Treiberspannung des Schalterelements 3 höher als ein An-Spannung-Schwellenwert ist, wird mittels Anschalten des Schalterelements 3 das Elektrospeicherelement 4 in eine Kurzschlussbedingung gebracht und entladen. Zu dieser Zeit nimmt der durch das Schalterelement 3 fließende Strom für die Zeit tr oder weniger zu, für die das An-Steuerung-Signal von der Steuereinheit 1 ausgegeben wird. Außerdem wird der durch das Schalterelement 3 fließende Strom Ic, da er gesetzt ist, gleich oder kleiner als der Grenzstrom Icmax des Schalterelements 3 zu sein, niemals den Grenzstrom Icmax des Schalterelements 3 überschreiten.
Schritt 2
Als Nächstes gibt die Steuereinheit 1 das Aus-Signal an die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 aus, wenn die Stromanstiegszeit tr erreicht wird. Die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 empfängt das Steuersignal von der Steuereinheit 1 und stoppt die Stromausgabe an das Schalterelement 3. Da es keine Stromausgabe von der Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 mehr gibt, wird die Treiberspannung des Schalterelements 3 niedriger als der An-Spannung-Schwellenwert, und das Schalterelement 3 wird ausgeschaltet, wodurch die Entladung des Elektrospeicherelements 4 gestoppt wird.
Obwohl das Schalterelement 3 für die nächste Stromanstiegszeit tr erregt wird, setzt die Steuereinheit 1 zu dieser Zeit das Ausschalten des Schalterelements 3 für die Zeit fort, für die der durch das Schalterelement 3 fließende Strom niedriger als der Grenzstrom Icmax des Schalterelements 3 ist.
Schritt 3
Durch Wiederholen von Schritt 1 und Schritt 2 ist es möglich, die Energie, mit der das Elektrospeicherelement 4 geladen ist, zu entladen.
Wenn es angenommen wird, dass das Schalterelement 3 durch die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 getrieben wird, ist im Schritt 1 kein An-Spannung-Schwellenwert Vth oder keine Schalterelement-Treiberspannung Vg in der Formel zur Berechnung der Stromanstiegszeit tr enthalten, was bedeutet, dass es möglich ist, eine stabile Stromanstiegszeit tr ungeachtet des An-Spannung-Schwellenwertes Vth und der Schalterelement-Treiberspannung Vg bereitzustellen.
Auf diese Weise ist es möglich, eine Entladungsvorrichtung zu erhalten, die, obwohl der An-Spannung-Schwellenwert und die Schalterelement-Treiberspannung des Schalterelements 3 variieren, das Schalterelement 3 nur für die definierte An-Zeit erregen und zuverlässig die in dem Elektrospeicherelement 4 gespeicherte Energie entladen kann, während ein Temperaturanstieg unterdrückt wird, der durch einen Verlust des Schalterelements 3 verursacht ist, der aus einer Variation des An-Spannung-Schwellenwertes des Schalterelements und der Schalterelement-Treiberspannung resultiert.
Außerdem wird in der vorherigen Beschreibung die in Gleichung 2 gezeigte Stromanstiegszeit tr als die An-Zeit des Schalterelements 3 verwendet, aber eine Gate-Ladungszeit t kann verwendet werden. Die Details werden hier im Nachfolgenden beschrieben werden.
Die Gate-Ladungszeit t kann gezeigt werden, wie in Gleichung 4, mit Verwendung der Beziehung zwischen einem Eingangsstrom Ig (= der Ausgangsstrom der Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2) und Gate-Ladungsmenge Qg des Schalterelements 3. $Q_{g} = I_{g} \cdot t$
Als Nächstes wird eine Beschreibung der Spannungstyp-Schalterelement-Treiberspannung Vg, des An-Spannung-Schwellenwertes Vth des Schalterelements, der Gate-Ladungsmenge Qg des Schalterelements und eines Gate-Ladungsmenge-Schwellenwertes Qgth des Schalterelements gegeben werden.
2 ist ein Diagramm, das eine Beziehung der Schalterelement-Treiberspannung Vg mit der Gate-Ladungsmenge Qg des Schalterelements gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. In 2 zeigt die horizontale Achse die Gate-Ladungsmenge Qg des Schalterelements, und die vertikale Achse zeigt die Schalterelement-Treiberspannung Vg.
Wenn die Schalterelement-Treiberspannung Vg zunimmt, nimmt, wie in 2 gezeigt, auch demgemäß die Gate-Ladungsmenge Qg zu, und wenn die Schalterelement-Treiberspannung Vg abnimmt, nimmt auch die Gate-Ladungsmenge Qg demgemäß ab. Außerdem ist der Gate-Ladungsmenge-Schwellenwert Qgth oder mehr, äquivalent zu dem An-Spannung-Schwellenwert Vth, erforderlich, damit das Schalterelement 3 arbeitet.
Da der Gate-Ladungsmenge-Schwellenwert Qgth erreicht wird, wenn die Gate-Ladungszeit t verstreicht, und der An-Spannung-Schwellenwert Vth definitiv erreicht wird, ungeachtet des Eingangsstroms Ig (außer Ig = 0A) des Schalterelements 3, ist es ferner gemäß Gleichung 4 möglich, das Schalterelement 3 zu treiben bzw. anzutreiben.
Dies bedeutet, dass es möglich ist, das Schalterelement 3 zuverlässig zu treiben, solange wie die Gate-Ladungszeit t verstreicht, ungeachtet selbst davon, wenn der An-Spannung-Schwellenwert Vth variiert (der Gate-Ladung-Schwellenwert Qgth variiert) aufgrund einer Variabilität unter den Schalterelementen 3.
Die Steuereinheit 1, während sie das An-Steuerung-Signal an die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 ausgibt, veranlasst die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2, das Schalterelement 3 anzuschalten, bis die maximale Treiberspannung des Schalterelements 3 erreicht wird, und veranlasst, dass das Elektrospeicherelement 4 in eine Kurzschlussbedingung gebracht und entladen wird, wodurch sie ermöglicht, dass die Energie, mit der das Elektrospeicherelement 4 geladen ist, entladen wird.
Außerdem ist der Eingangsstrom Ig des Schalterelements 3 (= der Ausgangsstrom der Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2) gesetzt, um den Grenzstrom Icmax des Schalterelements 3 für die Gate-Ladungszeit t zu erreichen.
Da der An-Spannung-Schwellenwert Vth oder mehr erforderlich ist, damit das Schalterelement 3 angeschaltet (erregt) wird, wird eine Zeit benötigt, die definitiv länger als die durch den Gate-Ladungsmenge-Schwellenwert Qgth definierte Gate-Ladungszeit t ist, damit der Strom des Schalterelements 3 den Grenzstrom Icmax des Schalterelements 3 erreicht, der der Erregungsstrom des Schalterelements 3, was bedeutet, dass es möglich ist, das Schalterelement 3 für eine Zeit zuverlässig zu treiben bzw. anzutreiben, die benötigt wird, bis der Strom des Schalterelements 3 den Grenzstrom Icmax des Schalterelements 3 erreicht.
Auf diese Weise ist es möglich, eine Entladungsvorrichtung zu erhalten, die, obwohl der An-Spannung-Schwellenwert Vth des Schalterelements 3 und die Schalterelement-Treiberspannung Vg variieren, zuverlässig die Energie entladen kann, die in dem Elektrospeicherelement gespeichert ist, während eines Steuerns des Ausgangsstroms Ig von der Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2, so dass der Ausgangsstrom Ig den Grenzstrom Icmax des Schalterelements 3 für die Gate-Ladungszeit t erreicht, und, wenn die Gate-Ladungszeit t verstreicht, eines Unterdrückens eines Temperaturanstiegs, der durch einen Verlust des Schalterelements 3 verursacht ist, der aus einer Variation des An-Spannung-Schwellenwertes des Schalterelements 3 und der Schalterelement-Treiberspannung resultiert.
Abgesehen von den zuvor beschriebenen vorteilhaften Wirkungen ist es auch möglich, die vorteilhafte Wirkung zu erhalten, dass, da die Zeit, die erforderlich ist, bis der Strom des Schalterelements 3 den Grenzstrom Icmax des Schalterelements 3 erreicht, als eine optionale Zeit gesteuert werden kann, es möglich ist, die Energie von dem Elektrospeicherelement 4 zu entladen, selbst wenn die Steuereinheit eine geringe Rechenleistung hat.
Die Details werden hier im Nachfolgenden beschrieben werden.
Zuerst wird eine Beschreibung einer Beziehung zwischen der Schalterelement-Treiberspannung Vg und dem Eingangsstrom Ig des Schalterelements 3 gegeben werden. Der Eingangsstrom Ig kann durch Gleichung 5 mittels Verwendung des An-Spannung-Schwellenwertes Vth des Schalterelements 3 und des Schalterelement-Eingangswiderstands Rg ausgedrückt werden.
$I_{g} = \frac{V_{g} - V_{t h}}{R_{g}}$
Damit das Schalterelement 3 getrieben werden kann, ist es erforderlich, die Schalterelement-Treiberspannung Vg gleich oder mehr als den An-Spannung-Schwellenwert Vth des Schalterelements 3 zu setzen, aber schließlich wird der Eingangsstrom Ig des Schalterelements 3 erzeugt, wie in Gleichung 5 gezeigt, um eine in Gleichung 4 gezeigte An-Gate-Ladungsmenge Qg zu erhalten, und die Beziehung zwischen der Schalterelement-Treiberspannung Vg und der Gate-Ladungsmenge Qg ist wie in 2 gezeigt, was bedeutet, dass der An-Gate-Ladungsmenge-Schwellenwert Qgth oder mehr erhalten wird.
Und zwar wird das Schalterelement 3 an- und ausgesteuert durch die Gate-Ladungsmenge Qg. Wenn der Eingangsstrom Ig des Schalterelements 3 niedrig ist, wie zuvor beschrieben, ist es außerdem möglich, einen steilen Anstieg des Stroms zu unterdrücken.
Da es mit einer in Patentdokument 1 beschriebenen Entladungsvorrichtung nicht möglich ist, das Schalterelement 3 zu treiben, außer wenn die Beziehung zwischen der Schalterelement-Treiberspannung Vg und dem An-Spannung-Schwellenwert Vth des Schalterelements die Schalterelement-Treiberspannung Vg > der An-Spannung-Schwellenwert Vth ist, ist es erforderlich, die Schalterelement-Treiberspannung Vg größer als den An-Spannung-Schwellenwert Vth des Schalterelements 3 zu machen. Dies bedeutet, dass, wenn der An-Spannung-Schwellenwert Vth des Schalterelements aufgrund einer Variabilität unter den Schalterelementen groß ist, es unausweichlich ist, die Schalterelement-Treiberspannung Vg zu erhöhen. Das heißt, dass es erforderlich ist, den Eingangsstrom Ig des Schalterelements 3 zu erhöhen. Wenn der Eingangsstrom Ig des Schalterelements 3 groß ist, ist es erforderlich, die Gate-Ladungszeit t zu verkürzen, und folglich gibt es aufgrund der Begrenzung für die Schalterelement-Treiberspannung Vg eine Begrenzung für den Maximalwert einer Zeit (= die Gate-Ladungszeit t), die benötigt wird, bis der Grenzstromwert des Schalterelements 3 erreicht wird.
Da in der Erfindung der Eingangsstrom Ig des Schalterelements 3 direkt durch die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 gesteuert wird, ist es unterdessen möglich, eine Zeit (= die Gate-Ladungszeit t) optional zu steuern, die benötigt wird, bis der Eingangsstrom Ig den Grenzstrom Icmax des Schalterelements 3 erreicht.
Wenn das Schalterelement 3 kurzgeschlossen ist, wird außerdem der Erregungsstromwert des Schalterelements 3 sehr groß für eine kurze Zeit. Somit wird es erhofft, die Zeit (= die Gate-Ladungszeit t) zu verkürzen, für die das Schalterelement 3 erregt wird, aber wenn die Steuereinheit 1 eine niedrige Rechenleistung hat, wird das Schalterelement 3 nicht zeitgerecht ausgeschaltet, was auch zu der Möglichkeit führt, dass der Grenzstrom Icmax des Schalterelements 3 überschritten wird.
Da es in der ersten Ausführungsform der Erfindung jedoch möglich ist, optional die Zeit zu bestimmen, für die der durch das Schalterelement 3 fließende Strom ansteigt (= die Gate-Ladungszeit t), ist es möglich, das Elektrospeicherelement 4 zu entladen, selbst wenn die Steuereinheit 1 eine niedrige Rechenleistung hat.
In der vorherigen Beschreibung wird die Gate-Ladungszeit t als die Zeit gesetzt, für die der Ausgangsstrom Ig von der Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 justiert wird zum Erreichen des Grenzstroms Icmax des Schalterelements 3, aber da der Erregungsstrom des Schalterelements 3 nur gleich oder kleiner als der Grenzstrom Icmax sein muss, kann der Ausgangsstrom Ig von der Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 begrenzt werden, so dass der Erregungsstrom Ic des Schalterelements 3 optional für die Gate-Ladungszeit t ist.
In diesem Fall ist es möglich, eine Entladungsvorrichtung zu erhalten, die zuverlässig die Energie entladen kann, die in dem Elektrospeicherelement 4 gespeichert ist, während eines Unterdrückens eines Temperaturanstiegs, ohne einen Verlust des Schalterelements 3 übermäßig größer als in der zuvor beschriebenen Ausführungsform zu machen.
Außerdem zeigt die zuvor beschriebene erste Ausführungsform ein Beispiel einer Verwendung keines Entladungswiderstands, sondern mittels Anschließen eines Entladungswiderstands (nicht gezeigt) parallel zu dem Elektrospeicherelement 4 kann das Elektrospeicherelement 4 effizient in Kombination mit dem Entladungswiderstand entladen werden.
Die Temperaturinformation des Schalterelements 3 kann für die An-Zeit des Steuersignals der Steuereinheit 1 der ersten Ausführungsform verwendet werden.
3 ist ein Schaltkreisdiagramm, das ein anderes Beispiel der Entladungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Die in 3 gezeigte Ausgestaltung unterscheidet sich im Vergleich mit der in 1 gezeigten vorherigen Ausgestaltung darin, dass sie eine Schalterelementtemperatur-Erfassungseinheit 5 enthält, die die Temperatur des Schalterelements 3 erfasst und die erfasste Temperatur des Schalterelements 3 an die Steuereinheit 1 ausgibt. Daher wird hier im Nachfolgenden eine Beschreibung gegeben werden, die auf eine Operation der Schalterelementtemperatur-Erfassungseinheit 5, die der Unterschied ist, zentriert ist.
Schritt 1
Die Schalterelementtemperatur des Schalterelements 3 wird durch die Schalterelementtemperatur-Erfassungseinheit 5 erfasst.
Schritt 2
Die Steuereinheit 1 bestimmt, ob oder ob nicht die durch die Schalterelementtemperatur-Erfassungseinheit 5 erfasste Schalterelementtemperatur die Grenztemperatur des Schalterelements 3 ist (beispielsweise die Sperrschichtgrenztemperatur Tjmax des Schalterelements 3).
Zu dieser Zeit wird, wenn die Schalterelementtemperatur nicht die Grenztemperatur des Schalterelements 3 ist, das Steuersignal auf an geschaltet und an die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 ausgegeben.
Wenn die Schalterelementtemperatur die Grenztemperatur des Schalterelements 3 ist, wird das Steuersignal ausgeschaltet und an die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 ausgegeben. Wenn/wie die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2, die das Aus-Steuerung-Signal empfangen hat, ihre Ausgabe ausschaltet, wird das Schalterelement 3 ausgeschaltet.
Schritt 3
Durch Wiederholen von Schritt 1 und Schritt 2 ist es möglich, die Energie zu entladen, mit der das Elektrospeicherelement 4 geladen ist.
Durch Verwendung der Schalterelementtemperatur-Erfassungseinheit 5, die die Temperatur des Schalterelements 3 erfasst und die erfasste Temperatur des Schalterelements 3 an die Steuereinheit 1 ausgibt, kann auf diese Weise die Steuereinheit 1 zuverlässig die in dem Elektrospeicherelement 4 gespeicherte Energie entladen während eines Unterdrückens eines durch einen Verlust des Schalterelements 3 verursachten Temperaturanstiegs auf die Grenztemperatur des Schalterelements 3, ungeachtet einer Variation des An-Spannung-Schwellenwertes des Schalterelements 3 und der Schalterelement-Treiberspannung.
Außerdem wird der Eingangsstrom Ig des Schalterelements 3 begrenzt, wird die An-Zeit des Steuersignals erweitert, und die Zeit, für die der durch das Schalterelement 3 fließende Strom ansteigt (= die Gate-Ladungszeit t) wird optional bestimmt, wodurch eine Entladung des Elektrospeicherelements 4 mit Verwendung der Steuereinheit 1 mit einer niedrigen Rechenleistung ermöglicht wird.
Darüber hinaus kann die Strominformation des Schalterelements 3 für die An-Zeit des Steuersignals der Steuereinheit 1 der ersten Ausführungsform verwendet werden. Die Ausgestaltung in diesem Fall ist die in 4 gezeigte Ausgestaltung.
4 ist ein Schaltkreisdiagramm, das ein anderes Beispiel der Entladungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Die in 4 gezeigte Ausgestaltung unterscheidet sich im Vergleich mit der in 1 gezeigten vorherigen Ausgestaltung darin, dass sie ferner eine Schalterelementstrom-Erfassungseinheit 6 enthält, die den Strom des Schalterelements 3 erfasst und den erfassten Strom des Schalterelements 3 an die Steuereinheit 1 ausgibt. Somit wird hier im Nachfolgenden eine Beschreibung gegeben werden, die auf eine Operation der Schalterelementstrom-Erfassungseinheit 6, die der Unterschied ist, zentriert ist.
Schritt 1
Der Schalterelementstrom des Schalterelements 3 wird durch die Schalterelementstrom-Erfassungseinheit 6 erfasst.
Schritt 2
Die Steuereinheit 1 bestimmt, ob oder ob nicht der durch die Schalterelementstrom-Erfassungseinheit 6 erfasste Schalterelementstrom der Grenzstrom Icmax des Schalterelements 3 ist.
Zu dieser Zeit, wenn der Schalterelementstrom nicht der Grenzstrom des Schalterelements 3 ist, schaltet die Steuereinheit 1 das Steuersignal auf an und gibt das An-Steuerung-Signal an die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2. Wenn der Schalterelementstrom der Grenzstrom des Schalterelements 3 ist, schaltet die Steuereinheit 1 das Steuersignal auf aus und gibt das Aus-Steuerung-Signal an die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 aus. Wenn/wie die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2, die das Aus-Steuerung-Signal empfangen hat, ihre Ausgabe ausschaltet, wird das Schalterelement 3 ausgeschaltet.
Schritt 3
Durch Wiederholen von Schritt 1 und Schritt 2 ist es möglich, die Energie zu entladen, mit der das Elektrospeicherelement 4 geladen ist.
Durch Verwendung der Schalterelementtemperatur-Erfassungseinheit 6, die den Strom des Schalterelements 3 erfasst und den erfassten Strom des Schalterelements 3 an die Steuereinheit 1 ausgibt, kann auf diese Weise die Steuereinheit 1 zuverlässig die in dem Elektrospeicherelement 4 gespeicherte Energie entladen während eines Unterdrückens eines durch einen Verlust des Schalterelements verursachten Temperaturanstieges auf den Schalterelementgrenzstrom, bei dem die Grenztemperatur des Schalterelements 3 erreicht wird, ungeachtet einer Variation des An-Spannung-Schwellenwertes des Schalterelements 3 und der Schalterelement-Treiberspannung.
Zweite Ausführungsform
Als Nächstes wird eine Beschreibung einer zweiten Ausführungsform gegeben werden. 5 ist ein Schaltkreisdiagramm, das ein Beispiel einer Entladungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Die in 5 gezeigte Ausgestaltung unterscheidet sich im Vergleich mit der in 1 in der ersten Ausführungsform gezeigten vorherigen Ausgestaltung darin, dass ein Schaltabschnitt 7 mit dem Schalterelement 3 hinzugefügt ist.
Der Schaltabschnitt 7 in der zweiten Ausführungsform ist ausgestaltet, dass er ferner zusätzlich zu dem ersten Schalterelement 3 einen Reihenkörper, wobei ein zweites Schalterelement 31 in Reihe zu dem ersten Schalterelement 3 geschaltet ist, einen Reihenkörper, der aus einem dritten Schalterelement 32 und einem vierten Schalterelement 33 gebildet ist, der parallel zu dem Reihenkörper des ersten Schalterelements 3 und des zweiten Schalterelements 31 geschaltet ist, und darüber hinaus einen Reihenkörper enthält, der aus einem fünften Schalterelement 34 und einem sechsten Schalterelement 35 gebildet ist, der parallel zu dem Reihenkörper des dritten Schalterelements 32 und des vierten Schalterelements 33 geschaltet ist.
Durch Implementieren desselben Schritt 1 bis Schritt 3 wie in der vorherigen ersten Ausführungsform auf den ersten bis sechsten Schalterelementen 3 und 31 bis 35 ist es möglich, die Energie, mit der das Elektrospeicherelement 4 geladen ist, zu entladen.
Außerdem gibt es die vorteilhafte Wirkung, dass durch Verwendung einer Vielzahl von Schalterelementen, so wie die ersten bis sechsten Schalterelemente 3 und 31 bis 35, der Verlust gestreut wird, was die Wärmeerzeugung pro Schalterelement reduziert.
Die hier gezeigte zweite Ausführungsform ist die Ausgestaltung eines Umrichterschaltkreises. Folglich repräsentiert die in 5 gezeigte Schaltkreisausgestaltung in der zweiten Ausführungsform, dass es möglich ist, eine Entladung ohne Hinzufügen eines anderen Schaltkreises zu dem Umrichterschaltkreis auszuführen.
Außerdem werden in der zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsform all die Schalterelemente 3 und 31 bis 35 an- und aus-gesteuert, aber wenigstens ein Schalterelement von wenigstens einem Reihenkörper in dem Schaltabschnitt 7 wird an- und aus-geschaltet, während die übrigen Schalterelemente der Reihenkörper immer an-geschaltet sind, und derselbe Schritt 1 bis Schritt 3 wie in der ersten Ausführungsform wird auf den Schalterelementen implementiert, die an- und aus-geschaltet werden, wodurch es ermöglicht wird, dass die Energie, mit der das Elektrospeicherelement 4 geladen ist, entladen wird.
Da es nicht erforderlich ist, die Mehrzahl von Reihenkörpern zu derselben Zeit zu betreiben, ist es folglich außerdem möglich, so zu steuern, dass Zeiten, für die die individuellen Reihenkörper kurzgeschlossen sind, nicht miteinander überlappen, und somit die wärmeerzeugenden Orte und die Zeiten zu streuen.
Dritte Ausführungsform
Als Nächstes wird eine Beschreibung einer dritten Ausführungsform gegeben werden. 6 ist ein Schaltkreisdiagramm, das ein Beispiel einer Entladungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Die in 6 gezeigte Ausgestaltung unterscheidet sich im Vergleich mit der in 5 gezeigten Ausgestaltung in der vorherigen zweiten Ausführungsform darin, dass ein zu entladendes zweites Elektrospeicherelement 8 zu der Ausgestaltung des Schaltabschnitts 7 hinzugefügt ist. Somit wird hier im Nachfolgenden eine Beschreibung gegeben werden, die auf eine Ausgestaltung und Operation des Schaltabschnitts 7 und des zweiten Elektrospeicherelements 8, die die Unterschiede sind, zentriert ist.
Der Schaltabschnitt 7 in der dritten Ausführungsform ist ausgestaltet, dass er ferner zusätzlich zu dem ersten Schalterelement 3 und dem zweiten Schalterelement 31 ein siebtes Schalterelement 36 und ein achtes Schalterelement 37 enthält, wobei die vier Schalterelemente in Reihe in der benannten Reihenfolge geschaltet sind. Darüber hinaus ist das zweite Elektrospeicherelement 8 parallel zu der Reihenschaltung des zweiten Schalterelementes 31 und des siebten Schalterelements 36 geschaltet.
Durch Implementieren desselben Schritt 1 bis Schritt 3 wie in der vorherigen ersten Ausführungsform auf dem Schalterelement 3, zweiten Schalterelement 31, siebten Schalterelement 36 und achten Schalterelement 37 ist es in der dritten Ausführungsform möglich, die Energie, mit der das Elektrospeicherelement 4 geladen ist, und die Energie, mit der das zweite Elektrospeicherelement 8 geladen ist, zu entladen.
Das Elektrospeicherelement 4 und das in 6 gezeigte zweite Elektrospeicherelement 8 konfigurieren einen Mehrpegel-Zerhackerschaltkreis durch Kombinieren der ersten und zweiten Schalterelemente 3 und 31 und der siebten und achten Schalterelemente 36 und 37.
Folglich ist es gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung durch Verwendung der in 6 gezeigten Schaltkreisausgestaltung gemäß der Erfindung möglich, die Entladungsfunktion der Erfindung ohne Hinzufügung eines Schaltkreises zu dem Mehrpegel-Zerhackerschaltkreis bereitzustellen.
Auch in der zuvor beschriebenen dritten Ausführungsform werden all die Schalterelemente an- und ausgesteuert, aber wenigstens ein Schalterelement der Schalterelemente des Schaltabschnitts 7 wird an- und ausgeschaltet, während die übrigen Schalterelemente des Schaltabschnitts 7 immer angeschaltet sind, und derselbe Schritt 1 bis Schritt 3 wie in der ersten Ausführungsform wird auf den Schalterelementen realisiert, die an- und ausgeschaltet werden, wodurch es ermöglicht wird, dass die Energie, mit der das Elektrospeicherelement 4 und das zweite Elektrospeicherelement 8 geladen sind, entladen wird.
Wie zuvor beschrieben, gibt es in der ersten Ausführungsform bis zu der dritten Ausführungsform außerdem einen Fall, in dem der in das Schalterelement 3 eingegebene Stromwert sich zwischen während einer Normalsteuerzeit und während einer Entladungssteuerzeit unterscheidet. Die Steuereinheit 1 kann auf diesen Fall mittels Umschalten des Steuersignals von einem Normalsteuersignal zu einem Entladungssteuersignal und Ändern des von der Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 ausgegebenen Stromwertes reagieren. Die Details werden hier im Nachfolgenden mit der ersten Ausführungsform als ein Beispiel beschrieben werden.
7 ist ein Schaltkreisdiagramm, das ein anderes Beispiel der Entladungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Die in 7 gezeigte Ausgestaltung unterscheidet sich im Vergleich mit der in 1 gezeigten vorherigen Ausgestaltung darin, dass die Konstantstrom-Ausgabeeinheit 2 aus einer Normalsteuerzeit-Konstantstrom-Ausgabeeinheit 21 und einer Entladungssteuerzeit-Konstantstrom-Ausgabeeinheit 22 ausgestaltet ist. Somit wird hier im Nachfolgenden eine Beschreibung gegeben werden, die auf einen Betrieb der Konstant-Stromausgabeeinheit 2, die der Unterschied ist, zentriert ist.
Die Normalsteuerzeit-Konstantstrom-Ausgabeeinheit 21 ist ein Schaltkreis, der in einer Normalsteuerung bzw. normalen Steuerung einen voreingestellten Stromwert an den Treiberanschluss des Schalterelements 3 ausgibt, und die Entladungssteuerzeit-Konstantstrom-Ausgabeeinheit 22 ist derart ausgestaltet, einen Stromwert auszugeben, so dass eine voreingestellte Stromanstiegszeit während der Entladungssteuerzeit erreicht wird, und das Schalterelement 3 zu treiben.
Hierbei gibt die Normalsteuerzeit eine Bedingung an, in der der Umrichterschaltkreis, der Mehrpegel-Zerhackerschaltkreis oder dergleichen eine Steuerung zum Ausführen einer von einer Entladung unterschiedlichen Steuerung realisiert, und die Entladungssteuerzeit gibt eine Bedingung an, in der der Umrichterschaltkreis, der Mehrpegel-Zerhackerschaltkreis oder dergleichen die erste Ausführungsform realisiert.
Durch Realisieren einer optionalen Steuerung während der Normalsteuerzeit und Implementieren derselben Schritte wie in der vorherigen ersten Ausführungsform während der Entladungssteuerzeit ist es möglich, die Energie, mit der das Elektrospeicherelement 4 geladen ist, zu entladen.
Schlussendlich ist es in der Erfindung möglich, die in der ersten Ausführungsform bis zu der dritten Ausführungsform beschriebenen Inhalte frei zu kombinieren oder irgendeine der Ausführungsformen zweckgemäß zu modifizieren oder wegzulassen, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Vielfältige Modifizierungen und Abänderungen dieser Erfindung werden dem Fachmann ersichtlich sein, ohne von dem Schutzbereich dieser Erfindung abzuweichen, und es sollte verstanden werden, dass diese nicht auf die hierin bekanntgemachten veranschaulichenden Ausführungsformen beschränkt ist.

Claims

Entladungsvorrichtung mit: einem Schalterelement (3), das parallel zu einem Elektrospeicherelement (4) geschaltet ist; einer Konstantstrom-Ausgabeeinheit (2), die einen Konstantstrom an das Schalterelement (3) liefert; und einer Steuereinheit (1), die eine An- oder Aus-Anweisung an die Konstantstrom-Ausgabeeinheit (2) gibt, wobei die Steuereinheit (1) die Konstantstrom-Ausgabeeinheit (2) derart steuert, dass das Schalterelement (3) für eine An-Zeit tr eingeschaltet wird, wobei die An-Zeit des Schalterelements (3) die folgende Gleichung erfüllt: $t_{r} = \frac{C_{i s s}}{I_{g}} * \sqrt{\frac{I_{c}}{g_{m}}}$
wobei C_iss die Eingangskapazität des Schalterelements (3) ist, I_g der konstante Treiberstrom des Schalterelements (3) ist, I_c der Strom des Schalterelements (3) ist, und g_m der Übertragungskoeffizient des Schalterelements (3) ist, um zu veranlassen, dass eine Energie, mit der das Elektrospeicherelement (4) geladen ist, entladen wird, während sie durch das Schalterelement (3) verbraucht wird, und innerhalb einer Zeit, für die ein Strom Ic des Schalterelements (3) einen Grenzstrom des Schalterelements (3) erreichen würde, das Schalterelement (3) in einer Region, in der der Strom Ic niedriger als der Grenzstrom ist, ausgeschaltet wird, wobei das Schalterelement (3) wiederholt angesteuert wird. ist, und gm der Übertragungskoeffizient des Schalterelements (3) ist.
Entladungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 mit: einer Schalterelementtemperatur-Erfassungseinheit (5), die die Temperatur des Schalterelements (3) erfasst und die erfasste Temperaturinformation des Schalterelements (3) an die Steuereinheit (1) ausgibt, wobei die Steuereinheit (1) auf Grundlage der Temperaturbedingung des Schalterelements (3) die An-Zeit des Schalterelements (3) steuert.
Entladungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 mit: einer Schalterelementstrom-Erfassungseinheit (6), die den Strom des Schalterelements (3) erfasst und die erfasste Strominformation des Schalterelements (3) an die Steuereinheit (1) ausgibt, wobei die Steuereinheit (1) auf Grundlage der Strombedingung des Schalterelements (3) die An-Zeit des Schalterelements (3) steuert.
Entladungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei es eine Vielzahl der Schalterelemente (3) gibt, und die Vielzahl von Schalterelementen (3, 31, 32, 33, 34, 35) einen Schaltabschnitt (7) ausgestalten, und wobei das Elektrospeicherelement (4) und der Schaltabschnitt (7) parallelgeschaltet sind.
Entladungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Steuereinheit (1) ein An und Aus von wenigstens einem der Vielzahl von Schalterelementen (3, 31, 32, 33, 34, 35) steuert und ein An eines anderen Schalterelementes steuert.
Entladungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Steuereinheit (1) ein An und Aus von allen der Vielzahl von Schalterelementen (3, 31, 32, 33, 34, 35) steuert.
Entladungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Steuereinheit (1) so steuert, dass eine Zeit, für die das Schalterelement (3, 31, 32, 33, 34, 35) ausschaltet, nicht eine Zeit überlappt, für die ein anderes Schalterelement ausschaltet.
Entladungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der Schaltabschnitt (7) als ein Reihenkörper ausgestaltet ist, wobei andere Schalterelemente in Reihe mit dem Schalterelement geschaltet sind.
Entladungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei der Schaltabschnitt (7) ausgestaltet ist mittels Parallelschalten einer Vielzahl der Reihenkörper.
Entladungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der Schaltabschnitt (7) als ein Parallelkörper ausgestaltet ist, wobei andere Schalterelemente parallel zu dem Schalterelement geschaltet sind.
Entladungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der Schaltabschnitt (7) eine Ausgestaltung hat, wobei ein erstes Schalterelement (3), ein zweites Schalterelement (31), ein drittes Schalterelement (36) und ein viertes Schalterelement (37) in Reihe geschaltet sind, das Elektrospeicherelement (4) über den Schaltabschnitt (7) angeschlossen ist, um parallel zu dem Schaltabschnitt (7) zu sein, und ein zweites Elektrospeicherelement (8) über einen Reihenkörper des zweiten Schalterelements (31) und dritten Schalterelements (36) angeschlossen ist, um parallel zu dem Reihenkörper des zweiten Schalterelements (31) und dritten Schalterelements (36) zu sein.
Entladungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Konstantstrom-Ausgabeeinheit (2) durch eine Normalsteuerzeit-Konstantstrom-Ausgabeeinheit (21) und eine Entladungssteuerzeit-Konstantstrom-Ausgabeeinheit (22) ausgestaltet ist, wobei die Normalsteuerzeit-Konstantstrom-Ausgabeeinheit (21) an das Schalterelement (3) einen Stromwert ausgibt, wenn die Steuereinheit (1) nicht eine Entladungssteuerung des Elektrospeicherelements (4) ausführt, und die Entladungssteuerzeit-Konstantstrom-Ausgabeeinheit (22) einen Stromwert während einer Entladungssteuerzeit an das Schalterelement (3) ausgibt.
Entladungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein Entladungswiderstand parallel zu dem Elektrospeicherelement (4) geschaltet ist, und eine Entladung in Kombination mit dem Entladungswiderstand beim Entladen des Elektrospeicherelements ausgeführt wird.