JP2012147655A - Switching circuit and testing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング回路およびその試験方法に関する。 The present invention relates to a switching circuit and a test method thereof.
スイッチング回路には、互いに並列に接続されたいくつかのスイッチングデバイスが含まれており、したがってそのスイッチング回路の電流容量が個々のスイッチングデバイスの容量の和であることがしばしばである。これは、負荷によって要求される電力が単一のスイッチングデバイスの容量を超えるアプリケーションの場合にとりわけ有用である。航空機配電システムにこのようなスイッチング回路の一例が見出され、例えば8個の半導体スイッチングデバイスを並列に提供することができる。一般に、スイッチングデバイスは、故障時開または故障時閉になることができる。個々のスイッチングデバイスは、故障の原因になり得るドライバを有している。複数のスイッチングデバイスのうちの1つまたは複数が開になり損ねた場合、他のスイッチングデバイスがバックアップスイッチとして作用することができるが、場合によっては電流過負荷に遭遇する可能性がある。複数のスイッチングデバイスのうちの1つまたは複数が閉になり損ねた場合は、スイッチング回路をスイッチオフすることが不可能になり、このような故障が発生したことが容易に明らかになる。開になり損ねた場合、その故障は、場合によっては検出することができないことがある。半導体スイッチングデバイスは製造段階で完全に試験されるが、それらが完全な機能を維持していることを保証するためには、サービス中にそれらを試験することができることが望ましい。これは、組込み試験(BIT)としても知られている。 A switching circuit includes several switching devices connected in parallel to each other, and therefore the current capacity of the switching circuit is often the sum of the capacities of the individual switching devices. This is particularly useful for applications where the power required by the load exceeds the capacity of a single switching device. An example of such a switching circuit is found in aircraft power distribution systems, for example, eight semiconductor switching devices can be provided in parallel. In general, a switching device can be open on failure or closed on failure. Each switching device has a driver that can cause a failure. If one or more of the switching devices fail to open, other switching devices can act as backup switches, but in some cases, current overloads can be encountered. If one or more of the switching devices fail to close, it becomes impossible to switch off the switching circuit and it is readily apparent that such a failure has occurred. If it fails to open, the failure may not be detected in some cases. Although semiconductor switching devices are fully tested at the manufacturing stage, it is desirable to be able to test them during service to ensure that they maintain full functionality. This is also known as built-in testing (BIT).
本発明によれば、負荷および電圧源に接続するためのスイッチング回路であって、負荷への電力をスイッチオンおよびスイッチオフするための1つまたは複数のスイッチングデバイスと、負荷を短絡し、それにより負荷を電圧源から隔離するためのプルダウンデバイスと、一度に複数のスイッチングデバイスのうちの少なくとも1つを起動するために、負荷が短絡されている間に動作させることができるコントローラとを備え、起動された前記スイッチングデバイスまたは個々のスイッチングデバイスを通って電流が流れ、この電流を測定して、起動された前記スイッチングデバイスまたは個々のスイッチングデバイスが適切に動作しているかどうかを試験することができるスイッチング回路が提供される。 According to the present invention, a switching circuit for connecting to a load and a voltage source, one or more switching devices for switching on and off the power to the load, and short-circuiting the load, thereby Start-up comprising a pull-down device for isolating the load from the voltage source and a controller that can be operated while the load is short-circuited to start at least one of the plurality of switching devices at a time A current can flow through the switched switching device or individual switching device and this current can be measured to test whether the activated switching device or individual switching device is operating properly A circuit is provided.
有利には、プルダウンデバイスによって負荷なしでスイッチングデバイスを試験することができるため、スイッチング回路を設置する前、または設置した後に試験を実施することができる。 Advantageously, the switching device can be tested without load by means of a pull-down device, so that the test can be carried out before or after the switching circuit is installed.
さらに、本発明によれば、1つまたは複数のスイッチングデバイスを含む、負荷を電圧源に接続するスイッチング回路の試験方法であって、プルダウンデバイスを起動することによって負荷を短絡するステップと、複数のスイッチングデバイスのうちの1つまたは複数を起動するステップと、起動された前記スイッチングデバイスまたは個々のスイッチングデバイスを通って流れる電流を測定するステップと、測定された電流信号から、起動された1つまたは複数のスイッチングデバイスが適切に動作しているかどうかを決定するステップとを含む方法が提供される。 Furthermore, according to the present invention, there is provided a method for testing a switching circuit that connects a load to a voltage source, including one or more switching devices, the step of shorting the load by activating a pull-down device; Activating one or more of the switching devices, measuring the current flowing through the activated switching device or individual switching devices, and from the measured current signal, Determining whether a plurality of switching devices are operating properly.
以下、本発明の実施形態について、単なる一例にすぎないが、添付の図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings, which are merely examples.
図1は、電圧源2に接続されたスイッチング回路1を備えた回路の一例を示したものである。この回路は、負荷15に接続されている出力5を有している。この回路は、エンジン発電機によって電圧源2を提供することができるよう、例えば航空機上に提供することができ、また、負荷15は、着陸ギヤフラップすなわち着陸装置を駆動するためなどの航空機上のコンポーネントであっても、あるいは計装またはフライト中の娯楽などの航空機内のコンポーネントであってもよい。スイッチング回路1は、個別のスイッチングデバイス6または複数のスイッチングデバイス6、7、...、nを備えることができる。スイッチングデバイスは並列に接続されている。スイッチングデバイスは、それぞれ、電界効果トランジスタなどの任意の適切な半導体スイッチングデバイスを備えることができる。スイッチング回路1を使用して電力源2が負荷15に接続される。電圧源2およびその関連するケーブル布線または配線は、固有のインダクタンス11を有することになる。同様に、負荷およびその関連するケーブル布線および配線も、固有のインダクタンス14を有することになる。
FIG. 1 shows an example of a circuit including a switching circuit 1 connected to a
スイッチング回路には、さらに、対応する個々の制御線8、9、10を介してスイッチングデバイス6、7、...、nの各々に接続されているコントローラ3が含まれている。また、コントローラ3は、プルダウン制御線12を介してプルダウンデバイス4に接続されている。プルダウンデバイス4は、さらに、負荷出力5および電力戻り線13に接続されている。プルダウン4が閉じると、それにより負荷がスイッチング回路から遮断され、したがって電流は迂回してプルダウン4を通って流れる。プルダウン回路または単純にプルダウンとも呼ばれているプルダウンデバイスは、電子スイッチ、電気機械式スイッチおよび機械式スイッチを始めとする任意の適切なスイッチを含むことができる。
The switching circuit further includes switching
スイッチング回路1は、接続された1つまたは複数の半導体デバイスを備えることができる半導体電力コントローラ(SSPC)を備えることができる。スイッチング回路1が並列に接続された複数の半導体デバイスを備えている場合、個々のデバイスを逐次スイッチオンおよびスイッチオフすることができるため、これらの複数のデバイスの各々を個別に試験することができる。一度に複数のスイッチングデバイスを起動するシーケンスなどの他の試験シーケンスを想定することも可能である。複数のスイッチングデバイスを個々に起動することにより、個々のスイッチ毎に故障を分離することができる。試験シーケンスは、フライトとフライトの間などの都合のいい任意の時間に実施することができる。また、試験シーケンスは、フライト中に、負荷15を必要としない時間の間に実施することも可能である。
The switching circuit 1 can comprise a semiconductor power controller (SSPC) that can comprise one or more connected semiconductor devices. If the switching circuit 1 comprises a plurality of semiconductor devices connected in parallel, the individual devices can be switched on and off sequentially so that each of these devices can be tested individually. . It is also possible to envisage other test sequences, such as a sequence for starting several switching devices at once. By activating multiple switching devices individually, faults can be isolated for each individual switch. The test sequence can be performed at any convenient time, such as between flights. The test sequence can also be performed during the time during which the
複数のスイッチングデバイス6、7、...、nの各々には、対応する個々の電流制限器61、71、...、n1が含まれている。電流制限器は、スイッチングデバイスの損傷を回避するために、スイッチングデバイスを通って流れる電流を通常の最大動作電流の5倍ないし10倍程度に制限する。別法としては、すべてのスイッチングデバイスに対して単一の電流制限器を提供することも可能である。他の代替では、ハード電流トリップを提供して、トリップ限界を超えるとスイッチングデバイスをターンオフすることも可能である。
A plurality of switching
プルダウン回路は、BIT試験ルーチンのために複数のスイッチングデバイスのうちのいずれかが起動されると、いつでも起動される。個々のスイッチングデバイスおよびその駆動回路は、一度に1つのデバイスを起動するため、コントローラ3を使用することによって完全に試験することができ、それと同時に、起動されたデバイスを通って流れ、かつ、プルダウンデバイスを通って流れる電流が適切な限界内であることをチェックする。図1には電流測定回路は示されていない。特定の一実施形態では、個々のスイッチングデバイスが起動される最短時間は、電流がほぼ一定になり、BITシステムによって要求される精度に対するこの電流の無矛盾測定を可能にするために必要な時間の長さに少なくともなるように選択される。個々のスイッチングデバイスが起動される時間の長さは、通常、入力電力源ケーブルの最大総インダクタンス11で決まる。しかしながら、必要に応じてもっと短い時間スケールでシステムを動作させることも可能である。
The pull-down circuit is activated whenever any of the plurality of switching devices is activated for the BIT test routine. The individual switching devices and their drive circuits can be fully tested by using the controller 3 to activate one device at a time, and at the same time flow through the activated device and pull down Check that the current flowing through the device is within appropriate limits. The current measurement circuit is not shown in FIG. In one particular embodiment, the shortest time that an individual switching device is activated is the length of time required to make the current nearly constant and to allow consistent measurement of this current for the accuracy required by the BIT system. It is chosen to be at least. The length of time that each switching device is activated is typically determined by the maximum
プルダウンデバイスは、BIT試験の間、プルダウンデバイスが単一の主スイッチングデバイスから電流を吸い込む際に、負荷に対する出力5に展開する電圧が、システムがオンの場合の通常の出力電圧と比較して無視することができるように設計される。このように設計することにより、システムがオフになった場合に負荷が重大な電圧に遭遇しないことが保証される。これは、個々のスイッチングデバイスより小さいインピーダンス、好ましくははるかに小さいインピーダンスを有するプルダウンデバイス4を使用することによって達成される。実際には、電流制限器61、71、...、n1が動作している間は、スイッチングデバイス6、7、...、nは、プルダウンデバイス4より大きい実効インピーダンスを有している。通常のシステム動作の間、スイッチングデバイス6、7、...、nを起動するコントローラ3には、通常、すべてのスイッチングデバイスを同時にターンオンおよびターンオフすることが期待される。
The pull-down device ignores the voltage developed at
本発明の実施形態は、直流システムだけでなく、交流システムにも適用される。交流システムに適用される場合、電圧源2は交流電圧である。スイッチングデバイスは交流スイッチであり(適宜交流電流制限器を備えている)、また、プルダウン回路は交流電流を吸い込むことができる。直流実施形態の場合、プルダウンデバイスは、例えば電界効果トランジスタ(FET)またはバイポーラトランジスタあるいは絶縁ゲートバイポーラトランジスタを備えている。他のタイプのスイッチングデバイスを使用することができる。交流実施形態の場合、プルダウンデバイスは、例えばトライアックまたは半導体リレーを備えることができる。
The embodiment of the present invention is applied not only to a DC system but also to an AC system. When applied to an AC system, the
図2は、試験手順が実施される際にスイッチングデバイスを通って流れる出力電流を示したものである。1つのピークしか示されていないが、一例示的実施形態では8個のスイッチングデバイスが提供されており、したがって試験の結果は、電圧源2からの総入力電流になり、図2に示されているような単一のパルスが8個連続して示されることになる。個々のスイッチングデバイス6、7、...、nの適切な動作は、個々の個別電流パルスの振幅が適切な限界内であることをチェックすることによって決定することができる。
FIG. 2 shows the output current flowing through the switching device when the test procedure is performed. Although only one peak is shown, in one exemplary embodiment eight switching devices are provided, so the result of the test is the total input current from
試験手順は、プルダウンデバイス4を起動することによって負荷を短絡することによって開始される。プルダウンデバイスは、通常、BIT試験が継続している間、オンを維持する。図に示されている例では約250μsで第1のスイッチングデバイス6が閉になり、このスイッチングデバイス6を通って流れる電流が、電圧源2によって提供される電流、例えばこの例では約100アンペアまで速やかに上昇する。次に、第1のスイッチングデバイス6が開き、短い時間の後に第2のスイッチングデバイス7が閉になり、この第2のスイッチングデバイス7を通って流れる電流が測定される。すべてのスイッチングデバイスが試験されるまでこの手順が連続的に繰り返される。図2に示されている電流プロファイルとは異なる電流プロファイルは、対応するスイッチングデバイスの故障を示すことができる。
The test procedure is started by shorting the load by activating the pull-down device 4. The pull-down device typically remains on for the duration of the BIT test. In the example shown in the figure, the
有利には、本発明の実施形態によれば、スイッチングデバイスの動作を個々に評価することができる。半導体電力コントローラの総合的な動作をチェックするだけの単純なBIT試験では、通常、開路状態のまま動けなくなった故障したデバイスを検出することはできない。本発明の技術的な利点は、単一のデバイス故障を検出するだけでなく、個々のデバイスの電流制限性能を個別にチェックすることができることである。したがって本発明は、インサービス動作中に完全なBIT適用範囲を提供することができる。 Advantageously, according to an embodiment of the invention, the operation of the switching device can be evaluated individually. A simple BIT test that only checks the overall operation of the semiconductor power controller typically cannot detect a failed device that has remained stuck. The technical advantage of the present invention is that not only a single device failure can be detected, but the current limiting performance of each individual device can be individually checked. Thus, the present invention can provide full BIT coverage during in-service operation.
一代替実施形態では、スイッチングデバイスは電流制限制御を有していない。この場合、電力源2のインダクタンスおよびケーブルインダクタンス11を高速電流トリップ回路と組み合わせて利用し、それにより試験パルス中に電流が危険なレベルまで上昇するのを防止することができる。言い換えると、この実施形態のコントローラ3は、電流過負荷を回避するだけの十分な速さでスイッチングデバイスを開閉するシーケンスを起動するように動作する。
In an alternative embodiment, the switching device does not have current limit control. In this case, the inductance of the
1 スイッチング回路
2 電圧源(電力源)
3 コントローラ
4 プルダウンデバイス(プルダウン)
5 出力(負荷出力)
6、7、...、n スイッチングデバイス
8、9、10 制御線
11、14 インダクタンス
12 プルダウン制御線
13 電力戻り線
15 負荷
61、71、...、n1 電流制限器
1
3 Controller 4 Pull-down device (pull-down)
5 outputs (load output)
6, 7,. . . ,
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