JP2013534803A - 静的コンバータ回路のための新規な冗長構造 - Google Patents

Abstract

本発明は、電圧源と電気的負荷との間に接続された静的コンバータ回路と関係し、主たる静的変換アームを含んでおり、当該主たる静的変換アームは、同一構造を有する非常用バックアップ・アームおよび出力電気切換セルを備え、当該静的コンバータ回路は、主たるアームのいずれか一方の側に接続されたヒューズのペア、および、バックアップ・アームを当該ヒューズと主たるアームの入力端子との間の接続点に接続する接続要素を備えるスイッチング回路を含み、主たるアームを形成する切換セルの一つの上で回路障害が発生した際、当該２つのヒューズの間で安定した導電リンクが確立され、当該２つのヒューズによって当該主たるアームが分離され、当該バックアップ・アームは当該導電リンクを介して当該主たるアームの出力に自発的に接続され、当該主たるアームと置き換わる。

Description

本発明は静的電圧コンバータ（ＤＣ／ＡＣ、ＤＣ／ＤＣおよびＡＣ／ＡＣ）、に関し、当該コンバータは、直流電流電圧源（ＤＣ）からの電気エネルギーの変換のため、交流電流（ＡＣ）の直流電流（ＤＣ）によって供給される負荷への変換のため、または交流（ＡＣ）の交流（ＡＣ）への変換のために設計され、そして、冗長構造は、その電力素子の中の１つにおける回路障害発生の際の、コンバータの動作メンテナンスまたはサービスの継続性を保証する。本発明は、この種の冗長構造を備えている静的コンバータ回路の動作を維持する対応する方法にも関係する。

本発明の基礎をなしている切換セルのための冗長概念は、電圧整流器の構造まで拡張されることも可能であり、当該電圧整流器は、交流電気エネルギーを直流の電気エネルギー（ＡＣ／ＤＣ）へと変換する。

静的コンバータ回路の安全性の技術分野において、コンバータの動作に関する安全概念が存在し、それはすなわち、技術的意味において、コンバータの物理的な正常動作を尊重すること、およびアプリケーション可用性（すなわち、サービスの継続性）に関する安全性である。サービスの継続性を確実にすることを目的とするソリューションの中で、システム冗長性を用いたソリューション、内蔵型の能動的な冗長性を用いたソリューション、非内蔵型の能動的な冗長性を用いたソリューション、そして最後に、受動的な冗長性を用いたソリューションがある。

システム冗長性は、（並列に接続されるコンバータまたはセルの数Ｎｐによって）電流の分割手段によって電力の流れをセグメント化すること、および／または、（直列またはカスケード状に接続されるコンバータまたはセルの数Ｎｐによる）電圧を分割すること、そして、並列接続構成のための開回路において、および直列接続構成のための閉路において、素子が動作不良状態になったときに当該素子を分離することにある。この方法が、主にロードが自然に分割されるかまたは分配される高出力アプリケーションおよびコンバータが多数の独立モジュールの形で設計される時のために用いられる。にもかかわらず、それには、必要とされる電動半導体素子および補助回路の数に関して、コンバータの複雑さおよびコストを上昇させる欠点がある。

内蔵型の能動的な冗長性は、パワー半導体素子の比較的大きな数Ｎの直列回路を使用すること、半導体素子が動作不良状態になるときに当該半導体素子の安定した低インピーダンス状態への自発的な移行の特性を使用すること、そして、電流および電力の流れの低下を犠牲にして機能のメンテナンスを確実にするために、他のＮ―１個の半導体素子への低電圧転送の利点を活かすことから成る。このように、静的コンバータ回路の使用条件の劣化が、この場合においてあり、そして、サービスの連続性が確実にされたとしても、それにもかかわらず、サービスは劣化する。

非内蔵型の能動的な冗長性は、電力が流れる線の上へのパワー半導体の接続を可能にする補助アクティブ制御手段の使用を必要とする。例えば、強い電流をサポートしているリレー、サイリスタまたはトランジスタ等がある。この種の冗長性の不利な点は、主として制御回路の使用を考慮した際の非常事態の場合に、冗長性の実装機構の信頼性が低下することである。

受動的な冗長性は、一般には、セルまたはコンバータを、並列接続した構成で複製すること、および（冗長性がオフにされることを意味しない）制御に関して非アクティブ状態のセルまたはコンバータを配置することにある。構成が単純であればあるほど、特に補助コンポーネントの追加コストおよび複雑さが抑制的になる多段構成なしの場合において、冗長性に関するこの形態は動作不良しているセルへの負荷の断線、さらには、待機状態のセルへの接続が起きるという課題を提示する。

2006年７月９〜１２日においてカナダ、ケベック州で開催されたIEEE ISIEにおいて公表した、S. Ceballos他著「Fault-tolerant Multilevel Converter Topology"と題された文書は、接続のための制御されたアクティブ手段の代わりに接続のための制御されない受動的手段としてのダイオードを用いた非内蔵型の能動的な冗長性によって、多平面インバータの信頼性の改良を提供する。当該文書は、回路障害耐性型の多段インバータの変形例を有するアーキテクチャを記載する。

当該文書は、特に、回路段の各々のために主たる切替アームを含んでいる多段構成の３段構成の出力インバータを記載する。主たる切替アームの各々は、同じ方向に、４つのトランジスタを直列接続状に含む。この組合せの中央タップは電気負荷の１つの回路段への電流の供給のための放出口を形成する、そして、各電子スイッチは以下を含む：互いに逆並列に接続されたパワー・トランジスタおよびダイオードの組合せ。主たる切替アームの切換セルのスイッチは、各回路段において正常動作中のインバータが、同一周波数で、かつ３つの電圧レベルで電流の向きを交替させるように構成された制御手段を備えている。主たる切替アームの各々は、第１のヒューズおよび第２の関連するヒューズによって、正の極性を有する同じ第１の端子および直流電圧源の負の極性を有する第２の端子に接続されている。インバータはさらに、以下をも含む：異なる構造を有し、浮遊静電容量手段を有する補助切換アームであって、当該浮遊静電容量手段は、従来から周知の方法により、３本の主たる切替アームのための全電圧の半分に対応する安定な電圧の中立点を供給するための手段である。補助切換アームには、以下が具備されている：非常に異なるトランジスタによって形成されるスイッチの構造であって、これは、アームに対して一方は外部にあり、他方は内臓型である２つの入れ子にされたセルの形をとる。補助アームの内部の入れ子にされた切換セルの中央タップ（中点値）は、内蔵の対称型の端子に対して接続され、この端子はさらに、別の関連するスイッチング電流のスイッチング回路を介して別の主たる切替アームに連結される。各スイッチング回路には、以下が具備されている：補助アームの内部切換セルの中央点出力から第１の端子、すなわち、主たる切替アームの２つの第１のトランジスタの共通のポイントに対して直接に接続される第１のダイオード。この第１のダイオードは、第１のスイッチおよびヒューズによって間接的に正の極性を有する電源の第１の端子に接続している。各スイッチング回路には、以下が具備されている：補助アームの内部切換セルの出力中央タップから第２の端子すなわち、主たる切替アームにおいて直列接続されている他の複数のトランジスタの共通のポイントに対して直接に接続される第２のダイオード。この第２のダイオードは、アームの第４のスイッチおよび他のヒューズによって、電源の負の極性を有する第２の端子に間接的に接続している。正常な動作状態において、補助アームの切換セルのスイッチに関連した制御手段は、主たる切替アームに分配される電流の供給によって、電圧の中立点を調整するような方法で設定される。このように、正常な動作状態の間、補助切換アームのスイッチが作動し、電流はアームの中を流れる。このように、補助アームは、熱い受動的な冗長性に従って動作するが、非内蔵型の能動的な冗長性に従っては動作しない。

非常用バックアップ・モードにおいて、通常のアクティブ・モードにある主たる切替アームにおいて、スイッチが動作不良状態になるときに、主たる切替アームの第１および第２のヒューズは電源からアームを分離する。これは、パワー・トランジスタの相互接続をパックする際に、それらのI2t特性がチップのそれより低いという事実に起因する。続いて、補助アームおよび動作不良状態にある主たる切替アームのスイッチを制御する手段は、補助アームが動作不良状態にある主たる切替アームと置換されるような方法で再構成される。この場合、最初の回路障害に対応する回路段は、３レベル変調のまま維持されるが、その他の２本の主たる切替アームに対する中立点の供給は、もはや保証されない。後者は、それから、３レベル変調から２レベル変調に移行する低下モードに従って動作しなければならない。加えて、劣化した動作態様において、２レベル変調への移行は、実行するには複雑である補助アームへの断線操作、または、ヒューズに繋がっているトランジスタの永続的な導通によるダイオードの永久ブロッキングのいずれかを実行することが必要となる。ダイオードの永久ブロッキングの場合、内部トランジスタだけが切り替わり、そして、このように１００％の電圧によって過度に必要な大きさにされる電圧を維持し、そして、電流の降下は、非常用バックアップ・モードにおいては予測されたものになっている。
本発明の目的は、単純な方法によって、静的コンバータ回路の信頼性およびサービスの連続性を改善することであり、当該コンバータ回路は、正常な動作状態にある時に突然ブレークダウンする可能性のある能動素子である。これは、自動の非常用バックアップ・モードによって、静的コンバータ回路の動作上の安全性を実現する手段の信頼性を改良することによって達成されることができる。

本発明は、低下モードまたはデコミッショニングなしで、かつ、他の動作不良中ではないアームそれ自身が再構成されることを必要とせずに、妥協させられることなく、すなわち低下モードに従って動作せずに、非常用のバックアップ・アームが、非常に簡単に、かつ無差別的に、並列接続された動作不良中の任意のアームに接続されることが可能な受動的な冗長方式であるソリューションを提供する。

この目的で、本発明の目的は、直流電流または交流電源と電気的負荷との間での電気エネルギーの変換のために設計される静的コンバータ回路に関する。コンバータは、以下から成る：
関連する制御手段を備えている半導体素子を有する少なくとも一つの電子スイッチング・セル、それぞれ電源の第１の極性および第２の極性に接続することが可能な第１の入力端子および第２の電源入力端子、出力切替セルに接続され、電気的負荷に接続するのに適している出力端子およびコンバータの予め定められた公称モードにおいて作動中のその関連する制御手段によって構成されている各切換セル、を備える主たる静的変換アーム；および、
各々がダイポールを形成している第１の分離コンポーネントおよび第２の分離コンポーネントから形成され、主たる切替アームと関連する一対の分離コンポーネントであって、第１の分離コンポーネントおよび第２の分離コンポーネントは、主たる切替アームの第１の端子および第２の電力供給入力端子にそれぞれ直接に接続されている、一対の分離コンポーネント。

静的コンバータ回路は、それが以下から成るという点を特徴とする：
関連する制御手段を備えている半導体素子を有する少なくとも一つの電子スイッチング・セル、それぞれ電源の第１の極性および第２の極性に接続していることに適している第１の入力端子および第２の電源入力端子および出力切替セルに接続している出力端子からなる非常用のバックアップ変換アーム；
そして、第１の入力端子および主たる切替アームの第２の入力端子の間から、非常用のバックアップ・アームの出力端子と主たる切替アームの入力端子の間に接続される接続素子を有する電子半導体スイッチング回路。

当該コンバータは、更に以下を特徴とする：
主たる切替アームが熱暴走またはその半導体コンポーネントのうちの１つの短絡から生じる回路障害を経験した際に、第１の入力端子と第２の入力端子の間に直列に接続される主たる切替アームの切換セルは、各々が数十ミリオーム以下である安定した永続的なインピーダンスを提供することができる。

そして、直列に接続された主たる変換アームの切換セルの上で安定した低インピーダンス回路障害モードが確立されるのための第１の時間期間ｔ１の経過の後であって、そして、主たる変換アーム上の回路開放状態の生成を回避するための第２の時間期間ｔ２の経過の前に、主たる切替アームの分離コンポーネントは、主たる切替アームを分離するような方法でディメンジョンされ、そして、非常用のバックアップ・アームを形成している非常用のバックアップ・セルの制御手段は、部分的に、又は全体的に主たるアームを置き換えるような態様で、動作不良状態になった主たる変換アームの分離の後に配備されることができ、主アームが公称モードで作動中のときにロックされた（オフ状態）状態となり、かつ、主たるアームが動作不良状態になり、非常用バックアップ・アームがアクティブ状態になったときに導通状態（オン状態）となるように、接続素子は構成される。
本発明の特定の実施形態に従うならば、静的コンバータ回路は、以下の特徴の一つ以上を備える：

-接続素子は、ダイオード、サイリスタ、逆並列に接続される２つのサイリスタの組合せ（head to toe）およびトランジスタから成るアセンブリに含まれる素子であり、-非常用のバックアップ変換アームの切換セルの半導体素子は、主アームが公称モードで作動中のときにロックされた状態となるように、かつ、動作不良状態になったアームを分離した後に、部分的に、又は全体的に主たるアームを置き換えるように構成され、

-コンバータには、主たるアームの分離を支援するための手段が具備され、前記分離を支援する手段は、以下を備える：

補助サイリスタまたは逆並列接続となるように（head to tail）組み合わされる２つの補助サイリスタの組合せであって、主たるアームの第１の入力端子と第２の入力端子に並列に接続され、前記補助サイリスタは、電圧源が直流電源であるときに接続されており、そして、前記逆並列に接続される２つの補助サイリスタの組合せは、電圧源が交流電源であるときに使われ、および、補助サイリスタまたは２つの補助サイリスタの制御手段であって、動作不良状態にある主たる変換アームがそれと関係している分離コンポーネントの一対によって対称的に分離されないような方法で構成され、一対の分離コンポーネントの各々によって対称形の分離を誘導するために、電気的負荷の端子部分で短絡を引き起こす、制御手段；

-コンバータは、主たる変換アームの切換セル毎に、電流の予め定められた閾値と比較して、セルによる耐えられない短絡電流の流れを検出することができる関連する急速保護手段を備え、それは、閾値電流を超過している旨を検出した後に、切換セルの開放動作をトリガーことができ、

-コンバータには更に、動作不良状態にある主たるアームを検出するための手段が具備され、これは、非常用のバックアップ・アームの切換セルの制御手段に対して、動作不良状態にあると検知された前記アームと同じ制御動作設定を採用するように命令することができ、

-静的コンバータ回路には、少なくとも２本の主たるアームが具備され、主たるアームの各々は、構造で同一で、関連する制御手段を備えている少なくとも一つの電子スイッチング・セル、電源の第１の極性および第２の極性にそれぞれ接続することができる第１の入力端子および第２の電源入力端子を含んでおり、電気的負荷の別々のおよび異なった回路段に接続することができる出力切替セルに接続している回路段出力端子であって、各切換セルは、コンバータの予め定められた公称モードにおいてアクティブ状態となるようにその制御手段を介して構成されている、回路段出力端子；

そして、コンバータは、主たる変換アーム毎に、各々がダイポールを形成する第１の分離コンポーネントおよび第２の分離コンポーネントから形成される一対の関連する分離コンポーネントを備え、第１の分離コンポーネントおよび第２の分離コンポーネントは、関連する主アームの第１の入力端子および第２の電源入力端子にそれぞれ直接に接続しており、

そして、コンバータは、以下を含む：

少なくとも一つの出力切替セルを備えている単一の非常用のバックアップ変換アームおよび前記出力切替セルに接続している出力端子、

そして、コンバータは、主たる変換アーム毎に、非常用のバックアップ・アームの出力端子と関連する主たる変換アームの第１の入力端子の間に接続された接続素子を有する関連するスイッチング回路を備え、

そして、コンバータは、主たる変換アーム毎に、動作不良の主たるアームの検出および位置決めのための手段を備え、非常用のバックアップ・アームの切換セルの制御手段に対して前記検出され、位置決めされた動作不良のアームと同じ制御動作設定を採用すべき旨を命令することができ、

そして、主たるアームが熱暴走またはその半導体コンポーネントのうちの１つの短絡から生じている回路障害状態を経験する際に、第１の入力端子と２本目の入力端子の間に直列に接続される任意の主たるアームの切換セルは、各々が数十ミリオーム以下である安定した永続的なインピーダンスを提供することができ、

そして、直列に接続される主たる変換アームの切換セル上の安定した低インピーダンス回路障害モードの確立のための第１の時間期間ｔ１の経過の後であって、主たる変換アーム上の回路開放の生成を回避するための第２の時間期間ｔ２の経過の前に、主たるアームの各々の分離コンポーネントは、主たるアームを分離するような方法でディメンジョンされ、

動作不良状態になった主たるアームを部分的に、または全体的に置き換えるような態様で、動作不良状態になった主たるアームのいずれかを分離した後に、非常用のバックアップ・セルの制御手段または非常用のバックアップ・アームを形成しているセルは、配備されることができ、

主たるアームに関連した各スイッチング回路の当該１つの接続素子または当該２つの接続素子は、主たるアームが公称モードで作動中である時にはロックされた状態（オフの）となり、主たるアームが動作不良状態であり、かつ非常用バックアップ・アームがアクティブ状態になった時に、導通状態（オン状態）となるように構成され、

-静的コンバータ回路は、以下を備える：

２以上の第１の数であるＮ個の主たる切替アーム；２以上の第２の数であるＫ個の非常用のバックアップ切替アーム；同じ第２の数であるＫ個のスイッチング回路であって、各スイッチング回路は、異なる別々の主たる切替アームと関係している、スイッチング回路；ここで、第１の数Ｎは、第１の数Ｋ以上であり、

そして、主たるアームの各々は、構造で同一で、関連する制御手段を備えている少なくとも一つの電子スイッチング・セル、電源の第１の極性および第２の極性にそれぞれ接続することができる第１の入力端子および第２の電源入力端子、および電気的負荷の別々の異なった回路段に接続することができる出力切替セルに接続している回路段出力端子、およびコンバータの予め定められた公称モードにおいて作動中であるようにその制御手段を介して構成されている各切換セルから成り、

そして、コンバータは、主たる変換アームごとに、各々がダイポールを形成する第１の分離コンポーネントおよび第２の分離コンポーネントから形成される一対の関連する分離コンポーネントを含み、第１の分離コンポーネントおよび第２の分離コンポーネントは、関連する主たるアームの第１の入力端子および第２の電源入力端子にそれぞれ直接に接続しており、

非常用のバックアップ・アームの各々は、関連する制御手段を備えている半導体素子を有する少なくとも一つの電子スイッチング・セル、それぞれ電源の第１の極性および第２の極性に接続するのに適している第１の入力端子および第２の電源入力端子、および出力切替セルに繋がった出力端子から成り、

そして、主たるアームに関連した各スイッチング回路は、Ｋ個の接続素子を備えた電子半導体多重ポールであり、電源が直流の電源である場合、各接続素子はサイリスタであり、電源が交流電源である場合、２つの補助サイリスタの組合せは逆並列に接続されており、

各スイッチング回路は、サイリスタと関連した制御手段から成り、同じスイッチング回路の各接続素子は、以下を含む：別の非常用のバックアップ・アームの出力に接続された入力および前記スイッチング回路が関連する主たる切替アームの第一入力に繋がった出力。ここで、スイッチング回路のサイリスタの制御手段は、それらが関連する主たるアームが作動中のときにロックされた状態となるように設定され；スイッチング回路のサイリスタの制御手段は、切替器に接続されたいずれか任意の主たる切替アームが動作不良である場合に、まだアクティブ状態となっていない非常用のバックアップ・アームのいずれか一つによってそれがバックアップされることが可能となるような方法で設定され、

-コンバータは、直流電圧源に接続されることができ、そして、少なくとも一つの回路段の上で、電気的負荷に対して交流電流を出力することができるインバータであり、主たるアームの第１の入力端子および第２の電源入力端子は、電源の第１の正の極性および第２の負の極性にそれぞれ接続されることができ；

主たるアーム、又は非常用のバックアップ・アームの各切換セルは、以下を含む：

直列に接続される一対の双方向電力切換器であって、その各々が、逆並列に接続される制御スイッチおよび関連するダイオードによって形成され、各制御スイッチは、サイリスタ、ＩＧＢＴトランジスタおよびＭＯＳトランジスタによって形成されるアセンブリに含まれる素子である、双方向電力切換器；ここで、主たるアームの切換セルの制御手段は、変換器が一つ以上の回路段の上でインバータとして作動するような方法で構成され；そして、前記スイッチング回路は、第１の制御されない一方向性の電力半導体接続素子および第２の制御されない一方向性電力半導体接続素子から成り、前記第１の接続素子は、非常用のバックアップ・アームの出力から主たるアームの第１の入力端子に対して直接的に接続され、第２の接続素子は、非常用のバックアップ・アームの出力から主たるアームの第２の負極性の入力端子に対して逆方向に接続される；

-コンバータは、直流電圧源に接続されることができ、かつ、少なくとも一つの出力回路段の上で、電気的負荷に対して直流電流を出力することができるチョッパーであり、第１の入力端子および主たるアームの第２の電源入力端子は、電源の第１の正の極性および第２の負の極性にそれぞれ接続されることが可能であり、

主たるアーム、又は非常用のバックアップ・アームの各切換セルは、以下を含む：

ダイオードまたは第２のスイッチと直列に接続される一対の双方向電力切換器であって、その各々が逆並列に接続される制御スイッチおよび関連するダイオードによって形成され、各制御スイッチは、サイリスタ、ＩＧＢＴトランジスタおよびＭＯＳトランジスタによって形成されるアセンブリに含まれる素子である、双方向電力切換器；

ここで、主たるアームの切換セルの制御手段は、コンバータがチョッパーとして作動するような方法で設定され、主たるアームと関連したスイッチング回路は、一方向性の電力の流れがあるように構成される単一の半導体接続素子から成り、前記一方向性の接続素子は、非常用のバックアップ・アームの出力から関連する主たる変換アームの第１の入力端子に対して直接的に接続されている；

-コンバータは、交流電源同士の間で電気エネルギーを変換することができ、少なくとも一つの出力回路段の上で、電気的負荷に対して、交流電流を出力することができるＡＣ／ＡＣ変換型のコンバータ回路であり、任意の主たるアームの第１の入力端子および第２の電源入力端子は、電源の第１の正の極性および第２の負の極性にそれぞれ接続されることが可能であり；

主たるアーム、又は非常用のバックアップ・アームの各切換セルは、以下を含む：

直列に接続される一対の双方向電力切換器であって、その各々が、逆並列に接続される制御スイッチおよび関連するダイオードによって形成され、各制御スイッチは、サイリスタ、ＩＧＢＴトランジスタおよびＭＯＳトランジスタによって形成されるアセンブリに含まれる素子である、双方向電力切換器；

ここで、主たるアームの切換セルの制御手段は、コンバータが一つ以上の出力回路段の上でＡＣ／ＡＣ変換型の電圧コンバータとして作動するような方法で設定され、スイッチング回路は、第１の双方向電力半導体接続素子および第２の双方向の電力および電圧の半導体接続素子から成り、前記第１の接続素子は、非常用のバックアップ・アームの出力から主たるアームの第１の入力端子に対して接続され、前記第２の接続素子は、非常用のバックアップ・アームの出力から主アームの第２の負極性の入力端子に対して逆方向に接続されている。

本発明は上記記載の通り静的コンバータ回路の継続的な動作を確実にする実現方法にも関し、それが以下の複数の動作ステップから成るという点を特徴とする：

-主たるアームを形成している電力素子のいずれもが動作不良状態ではないとき、静的コンバータ回路が主たるアーム上で公称の動作方法で作動するような方法で、主たるアームの切換セルの制御されるスイッチの制御手段は設定され、

-回路障害が主たるセルのスイッチの上で起こるときに、動作不良状態のスイッチが所属し、かつ、直列に接続されている主たるアーム中にある全てのスイッチは、動作不良状態になった主たるアームの分離を実現するために、時間期間ｔに渡って短絡されており、ここで、時間期間ｔは、数十ミリオーム以下の非常に低いインピーダンスで安定した永続的な導電状態に到達するために、主たるアームのための第１の時間期間ｔ１よりも大きく、動作不良状態となった主たるアームの素子の正常動作が、動作不良状態となった主たるアームによって達成される導電状態と同様に保存される第２の時間期間ｔ２よりも短い。

-動作不良の主たるアームのスイッチと同じ構成となるように構成される非常用バックアップ切換器は、安定した導電体となった動作不良の主たるアーム内のスイッチング回路によって、自動的に接続される。

本発明の概念の独創性は、受動モードにおける単一の冗長な回路構成（休眠状態にある回路の受動的な冗長性）に基づき、その接続は、単独の冗長回路に接続している任意の数の作動中の切替セルの回路障害を補償するために、自発的に、かつ、非単純な方法で生起する。この非常用バックアップ接続は、電力チップの第１の短絡による回路障害の性質を使用し、当該電力チップは、正常状態から緊急待機モードへと自発的に切り替えることを可能にするダイオードまたは切替サイリスタと関係付けられている。この技術革新は、減少した複雑さおよび低い追加費用によって通常の冗長ソリューションを単純化することを意図する。本発明の概念は、「脆弱である」として知られているアプリケーションのための広範囲にわたる用途を見出せる可能性が高く、当該用途においては、過剰な追加費用なしで、そして、制御された全体の信頼性によって、動作上の安全性とサービスの連続性とが調和される。

本発明は、単に例証として与えられる以下の説明を読み、以下の図面を参照することによって、より良く理解される。

-図１は、本発明に従う、交流対交流変換型（ＡＣ／ＡＣ）の電圧コンバータ、インバータ（ＤＣ／ＡＣ／）およびチョッパー（ＤＣ／ＤＣ／）を含む静的コンバータ回路の部分的な回路図である。

-図２は、図１に示したコンバータ回路の第１の実施例の回路図であり、非常用のバックアップ・アームにより提供される冗長性を有する３段構成の出力インバータの実施例である。

-図３は、図２に示したインバータの変形例の回路図である。

-図４は、図３に示したインバータの変形例の部分的な回路図である。

-図５は、図４に示したインバータの変形例の回路図である。

-図６は、図２に示したコンバータ回路の第２の実施例の回路図であり、複数レベルの回路段を有するインバータの実施例である。

-図７は、図１に示したコンバータ回路の第２の実施例の回路図であり、非常用のバックアップ・アームによって提供される冗長性を有する単一セル構造のチョッパーの実施例である。

-図８は、図１に示したコンバータ回路の第３の実施例の回路図であり、共有された非常用のバックアップ・アームを有する図７に記載されているタイプの３台のモノラル回路段の並列チョッパーを有する静的コンバータ回路の実施例である。

-図９は、図８に示したコンバータ回路の変形例の回路図である。

-図１０は、図１に示したコンバータ回路の第４の実施例の回路図であり、３段構成で２重回路障害耐性型のインバータの実施例である。

-図１１は、図１０に示したインバータ回路の変形例の回路図である。

-図１２は、図１に示したコンバータ回路の第５の実施例の回路図であり、ＡＣ／ＡＣ変換型の電圧コンバータの実施例である。

-図１３は、３段構成の電源によって供給される本発明の概念を使用している多重セル型の整流器の回路図である。

-図１４は単段構成の電源によって電力供給され、本発明の概念を使用している単一ステージ整流器の回路図である。

-図１５は、図１に示したコンバータ回路の動作を維持する方法のフローチャートである。

-図１６は、ANPC(Active Neutral Point Clamped)タイプの ３段構成のインバータの回路図である。

図１によれば、静的コンバータ回路２は、電圧源４と電気的負荷６の間に接続される。電圧源４は、直流ＤＣ電圧源または交流ＡＣ電圧源のいずれかである。電圧源４が直流ＤＣ電圧源である場合、電気的負荷６は交流電圧によってここで電力供給され、そして、この場合、ＤＣ／ＡＣ変換型の静的コンバータ回路は、インバータと呼ばれている。電圧源４が交流ＡＣ電圧源である場合、電気的負荷６は交流電圧によって電力供給され、そして、この場合、静的コンバータ回路は、ＡＣ／ＡＣタイプである。変形例として、電圧源４が直流であり、そして、電気的負荷６は、レベルを調節可能である直流電圧によって電力供給される場合、静的コンバータ回路はＤＣ／ＤＣタイプであり、チョッパーと呼ばれる。

静的コンバータ回路２は、電源４の第１の極性８に対する入力および第２の極性１０に対する入力に接続され、出力においては、それは、電気的負荷６の少なくとも一つの入力電気端子１２に接続されている。静的コンバータ回路２は、主たる静的な変換アーム１６、非常用のバックアップ静的変換アーム１８、主たるアーム１６に連結される一対の分離コンポーネント２０、非常用のバックアップ・アーム１８に連結される一対の分離コンポーネント２２、動作不良状態にある主たるアーム１６の検出および位置決めのための手段２４、半導体素子を使用したスイッチング回路２６および主たるアーム１６の分離をサポートするための手段２８から構成される。

主たる静的変換アーム１６は、以下を含む：電源４の第１の極性８および第２の極性１０にそれぞれ間接的に接続している第１の電源入力端子３０および第２の電源入力端子３２、そして、電気的負荷６の入力端子１２に接続していて、出力電流を供給することができる出力端子３４。主たるアーム１６は、以下を含む：連携可能な制御手段３８を備えていて、主たるアームの出力端子３４に接続している出力電子半導体切替セル３６、そして、適当であるならば、図１の破線によって示され、連携可能な制御手段を備えている他の切換セル（図示なし）。出力切替セル３６を含む各切換セルは、静的コンバータ回路２の予め定められた公称モードにおいてアクティブ状態となるように、自身の連携可能な制御手段を介して設定される。

従来の方法において、電子スイッチング・セルは、電圧源（この場合は、電圧源４）の間に接続される２つの電子スイッチ、電源（この場合は、電気的負荷６）から成り、この電気的負荷６は、一つだけが制御対象となる。これらのスイッチは先験的に任意であり、そして、制御に関して、同じ切換セルの複数のスイッチは同時に開閉されることができない。ここで、出力切替セル３６は、以下を含む：出力端子３４に接続している中央タップ（中間点）４３によって、直列に接続される第１の電子スイッチ４０および第２の電子スイッチ４２。

第１のスイッチ４０は、中央タップ４３および放出口端子３４の反対側において、直接的または間接的に第１の入力電力供給端子３０に接続している。第２のスイッチ４２は、中央タップ４３および出力端子３４の反対側において直接的または間接的に第２の入力電力供給端子３２に接続している。第２のスイッチが制御されるスイッチまたは制御されないスイッチのいずれかであるのに対して、第１の電子スイッチ４０は制御スイッチである。

制御スイッチは、サイリスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）型のトランジスタ、ＭＯＳ（Metal Oxide Silicon Transistor）型のトランジスタおよびＧＴＯ（Gate Turn Off transistor）によって形成されるアセンブリに含まれる半導体素子を有する電子的素子である。第２のスイッチ４２が制御されるタイプである場合、当該コンバータ回路はインバータである。第２のスイッチ４２が制御されないタイプである場合、それはダイオードであり、そして、コンバータ回路はチョッパーである。

主たるアームの出力切替セル３６の制御手段３８は、第１のスイッチ４０と連携する第１の制御手段４４および適当であるならば、第２のスイッチ４２と連携する第２の制御手段４６に分割される。当該変換アームが、熱暴走またはその半導体素子の中の１つの短絡から生じている回路障害を経験し、それが、電圧源の端子間における暫定的な短絡である場合、主たるアーム１６の各切換セルは、数十ミリオーム以下の安定した永続的なインピーダンスを有する安定した永久的な状態を提供することができる。このように、主たるアームの第１のパワー素子の第１の望ましくない動作不良および第１の入力端子と第２の入力端子との間に直列に接続されるアームのパワー素子の後続する所望の故障のカスケードの後、動作不良を起こした主たるアームは、導電性の電力線と成ることが可能である。

信頼性を低下させずに、かつ追加のコストを生じないように、非常用のバックアップ静的変換アーム１８は、主たるアーム１６の構造または必要とされる変換を確実にするのに必要最小限の回路素子を有する最小化された構成の場合の構造と同一の構造を備えることが可能である。実際、冗長性は受動的であり、それがコンバータ回路の正常動作の間、非アクティブ状態であるので、それはその構造を最大限に単純化するのに必要である。

非常用のバックアップ静的変換アーム１８は、以下を含む：第１の電源入力端子５０、第２の電源入力端子５２、出力端子５４、連携可能な制御手段５８を備えている出力電子半導体切替セル５６、そして、適当であるならば、図１において破線によって表され、連携可能な制御手段を備えた他の切換セル（図示なし）。

非常用のバックアップ・アーム１８の出力切替セル５６は、中央タップ６３によって直列に接続される第１の電子スイッチ６０および第２の電子スイッチ６２から成る。第１のスイッチ６０は、中央タップ６３および出力端子５４の反対側において第１の入力電力供給端子５０に対して、直接的または間接的に接続している。第２のスイッチ６２は、中央タップ６３および出力端子５４の反対側において第２の入力電力供給端子５２に対して直接的または間接的に接続している。

出力切替セル５６の制御手段５８は、第１のスイッチ６０と連携する第１の制御手段６４および第２のスイッチ６２と連携する第２の制御手段６６に分割される。

非常用のバックアップ・アーム１８を形成している非常用のバックアップ・セルの制御手段は、動作不良を起こした主たる変換アーム１６を分離した後に、部分的に、又は全体的に主たるアーム１６を置き換えるような態様で配備されることができる。

上記のとおり説明されている非常用のバックアップ・アーム１８の構成素子は、相互に接続された上で、電源４に接続され、そして、主たる変換アーム１６を構成する構成素子と類似した態様で電気的負荷６に接続されている。

主たる変換アーム１６と連携する一対の分離コンポーネント２０は、各々が受動的なダイポールを形成している第１の分離コンポーネント７０および第２の分離コンポーネント７２から形成されている。第１の分離コンポーネント７０および第２の分離コンポーネント７２は、電源４の第１の極性８と主たるアーム１６の第１の入力端子３０との間に、および電源４の第２の極性１０と主たるアーム１６の第２の入力端子３２との間に、それぞれ直接に接続されている。

主たる切換アーム１６を形成している切換セルの上で安定した低インピーダンス回路障害モードの確立のための第１の時間期間ｔ１が経過した後であって、主たる切替アーム１６上の回路開放状態の生成を防止するための時間期間ｔ２の経過の前に、主たるアームの分離コンポーネント７０、７２は、主たるアームを分離するような方法でディメンジョンされる。

非常用のバックアップ・アーム１８と連携する一対の分離コンポーネント２２は、各々が受動的なダイポールを形成している第１の分離コンポーネント７４および第２の分離コンポーネント７６から形成される。第１の分離コンポーネント７４および第２の分離コンポーネント７６は、電源４の第１の極性８と非常用のバックアップ・アーム１８の第１の入力端子５０との間に、および電源４の第２の極性１０と非常用のバックアップ・アーム１８の第２の入力端子５２との間に、それぞれ直接に接続されている。

分離コンポーネントは、ヒューズ、電子回路遮断器、切断器-スイッチおよび後者の任意の組合せから成る回路素子のファミリ内に含まれるコンポーネントである。

動作不良を起こした主たるアーム１６の検出および位置決めのための手段２４は、動作不良を起こしたアームの検出および動作不良を起こしたアームの位置決めを確実にすることが可能である。当該検出および位置決めのための手段２４の多種多様な実施形態が存在する。

例えば、動作不良を起こした主たるアームの検出および位置決めのための手段２４は、ヒューズ・ストライカ７０、７２および非常用のバックアップ・アーム１８の制御手段５８に対する電子的インタフェースを含む。ストライカは、機械的に単純および経済的な方法で補助電気的接触を駆動することを可能にする。

検出のための手段を開発する他の方法は、市場で入手可能なスイッチ・カード・ドライバにインストールされる短絡保護メカニズムにより提供される信号「デフォルト・フラグ」の使用である。制御装置（「ドライバ」と呼ばれる）からの電流の変動特性を介して、誤動作が検出されるときに、電気的に絶縁される低レベル「フラグ」タイプの信号は永続的な態様でレベルが変化し、そして、非常用のバックアップ・アームのスイッチ用の制御手段を有する単純で経済的なインタフェースを可能にする。現在の技術動向が、時間閾値処理に関するテンプレートによる完全にプログラム可能な保護メカニズムに向けられる点に留意する必要がある。これらの時間閾値には、切替の回路段のより大きなノイズ余裕度を有するＶＣＥｓａｔ振幅、飽和状態において、制御装置のコレクタ−エミッタ間電圧を示すＶＣＥｓａｔ（Collector Emitter Saturation Voltage）等がある。

他の実施形態では、動作不良を起こした主たるアームの検出および位置決めのための手段２４は、分圧器、ダイオード検波器、トランジスタまたは比較器、および非常用のバックアップ・アームのスイッチの制御手段を有する入力インタフェースとして動作している光学カップラを備える回路から成る。この種の回路は、比較結果および振幅（主たるアームの中でモニタリングされる切換セルの制御信号と切換セルの瞬間的な出力電圧との間の時間閾値）を介して、切換セルのレベルにおいてちょうど１つの異常な波形を検出することが可能である。

変形例として、バックアップされる主たるアームが固定的である静的コンバータ回路の場合、例えば、コンバータが、単一の主たる変換アームから成る場合には、動作不良を起こしたアームの検出および位置決めの手段２４は省略され、非常用のバックアップ・アーム１８のスイッチの制御手段は、同一の方法で構成されると共に、主たるアームの正常でアクティブな動作の間、アクティブ状態である。

スイッチング回路２６は、第１の入力端子３０および主たるアーム１６の第２の入力端子３２の間から、非常用のバックアップ・アームの出力５４と主たるアーム１６の入力端子との間に接続される少なくとも一つの接続素子から成る。接続素子は、半導体を有する素子のアセンブリ内に含まれ、それは、ダイオード、サイリスタ、逆並列（head to tail）に接続された２つのサイリスタの組み合わせから構成される。

主たるアームが正常な動作モードで、すなわち、主たるアーム上でのいかなる動作不良も無しに作動中のときに、各接続素子はロックされた状態（オフ状態）となるように構成される。主たるアームが動作不良状態であり、非常用のバックアップ・アームがアクティブ状態となったときに、各接続素子は導電状態（オン状態）となるように構成される。

図１において、スイッチング回路２６は、以下を含む：第１の接続素子８０および第２の接続素子８２。第１の接続素子８０は、非常用のバックアップ・アーム１８の出力端子５４と主たるアーム１６の第１の入力端子３０との間に直接に接続される。第２の接続素子８２は、非常用のバックアップ・アーム１８の出力端子５４と主たるアーム１６の第２の入力端子３２との間に直接に接続される。

２つの接続素子を有する図１に示される構成は、ＤＣ／ＡＣインバータまたはＡＣ／ＡＣタイプのコンバータに適しているスイッチング回路の構成である。インバータの場合には、スイッチング回路２６は、例えば、２つのダイオードから形成される。ＡＣ／ＡＣタイプのコンバータ回路の場合、スイッチング回路２６は、例えば、逆並列に接続されるサイリスタの２つの組合せから成るペアである。

変形例として、主たるアームおよび非常用のバックアップ・アームの第２のスイッチはダイオードであり、第２の一方向性素子は省略される。この構成は、並列接続される一つ以上のチョッパーの構成に対応する。変形例として、非常用のバックアップ・アームと連携する分離コンポーネントの一対は省略される。

主たるアーム１６の分離をサポートする手段２８は、以下を含む：主たるアーム１６の第１の入力端子３０および第２の入力端子３２に対して並列に接続され、主たる変換アーム１６の分離を支援する補助サイリスタ９０、そして、分離を支援するための補助サイリスタ９０の制御手段９２。

主たる切換アーム１６が動作不良を起こした際、それと連携する分離コンポーネントの一対によって、主たる切換アーム１６が対称的に分離されない場合、それは、電気的負荷８の端子間にわたって短絡を引き起こし、それは、特に、分離コンポーネントがヒューズである場合に、当該２つの分離コンポーネントによって、対称形の分離を誘導するためである。

静的コンバータ回路の動作の安全性に関し、致命的な状況または致命的な故障は、直流電圧源４（ＤＣＶ）の短絡に対応する。この状況は、２つの方法で起こることがありえる：第１のものは、外部的な態様で、主たるアーム１６の制御手段の一つ以上からの誤ったコマンドによって、チップの形でカスケード接続された２つの電子スイッチの熱暴走および動作不良を引き起こすのに十分な長さの時間期間に渡って、所与の切換セル内の２つのスイッチ（例えば、セル３６の２つのスイッチ４０および４２）の導通状態を引き起こすという結果に繋がるものである。第２にものは、内部的な態様で、電力スイッチの中の１つの初期不良（トランジスタまたはダイオードが雪崩モードまたは熱暴走状態になった電気的負荷６の短絡、または「完全短絡（アース端子との間の絶縁不良）」）を介して、続いて、同類のスイッチの短絡とその動作不良を引き起こし、その後、直流電圧源４（ＤＣＶ）を短絡する。

図１において、第２のスイッチ４２は、出力セル３６の第１のスイッチ４０と同類である。

本発明に従い、動作不良のセルを安全なモードに移行させることは、電源４（ＤＣＶ）の「永続的な」短絡を回避すると共に、動作不良の主たるアーム１６によって電源４（ＤＣＶ）に接続している電気的負荷６に移行の仕組みを適用することによって成し遂げられる。

上記安全なモードに移行させることは、以下を含む：短絡電流を制限して、電圧源の２つの極性に繋ながった２つの分離コンポーネントを介して、主たるアーム１６を自発的に分離することからなる動作ステップ。一般的な方法において、分離機能は、主たるアームを対称的に分離するために、ヒューズ、又は接触ブレーカ・モードにおけるコマンドによって、同時かつ自発的に、２本のトラックの上で実行される。

ヒューズ・モードにおいて、実際に以下の話しの流れが留意されるべきである。元々の原因は何であれ、回路障害事象は、カスケード接続された電力チップにおいて起こり、そして、（「crow-bar」として知られる）カットオフ事象によって補助される「レバー」効果を引き起こし、この効果は、すなわち、セルにおける完全でかつ対称的な回路障害事象であって、この場合、２つのヒューズを両方のポール上で自発的にトリガーするために使用される効果である。これらのヒューズの技術は、ここでは詳述されない。これらのヒューズはスイッチを形成している素子の外部に設けられたヒューズ（Protistor（登録商標）型、バス・バー型であって、主たるアーム１６におけるヒューズ（任意かつ非侵襲性のソリューション）または内蔵型および素子内に一体化されたヒューズ（それ自身がヒューズである接続素子）、小型チップ・ヒューズ、ＤＢＣ（Direct Bonding Copper）上に載置するヒューズおよび他の基板）とすることができ、または、レーザ・アブレーションによって、または、フォトリトグラフィによって、機械加工によるＤＢＣ上に直接成形されることが可能である。

その役割を成し遂げるために、この分離ステップは、十分に急速でなければならない、すなわち、それには、第２の時間期間ｔ２未満であり、主たるアームの有効な分離動作を配備するための時間がなければならず、これは、素子内部の接続線の断線および望ましくない回路開放状態が引き起こす爆発の危険性（過剰な過電圧による、そして、金属部分の放出による危険性、樹脂部分が高温となる等）を回避するためである。にもかかわらず、主たるアーム１６の分離をサポートするための手段２８（例えば、図１に示されない主たるアーム１６の補助サイリスタ９０およびダイオードの形で設けられている）の存在は、この場合、主たるアームのスイッチが「開放回路」のタイプの回路障害事象の結果として生じた回路開放状態となったとしても、または、ヒューズが不適当にサイズ設定をされていたとしても、非常用のバックアップ・モードにおける導電経路を与えることを可能にする。

他の分離モードが、時間ｔ１とｔ２の間において分離の失敗の危険性を回避するために存在する。それは、回路障害事象に相応する対応するスイッチによって、およびその駆動機構（『ドライバ』として知られる）上のその短絡回路保護によって、ｔ１の直後にアームを開放状態にすることから成る。このように、主たるアーム１６は、非対称性の回路障害状態にあると発見され、そして、対称性の分離状態を達成するために、従ってそれは、それ自体によるバックアップ導電を可能にするサイリスタ９０および主たるアーム１６のダイオードをオン状態にするのに必要である。

ヒューズのI2T特性および破断容量は、アームの分離を確立するための時間期間ｔが第２の時間期間より短いことを確実にするような態様で決定される。

分離のための時間期間が第２の時間期間ｔ２未満でなくてはならない旨の制約によって定義されるこの選択条件が満たされる場合、主たるアームの動作不良のチップは非常に低い値の抵抗状態（２〜３ミリΩから数十ミリΩまでを経験することによって）と成ることが可能であり、これは、チップの動作不良区域において消されるエネルギーの密度、チップを取り巻く技術的特性、および主たるアームの分離のための時間期間ｔに依存する。

金属化のタイプ（例えばアルミニウムの層または「厚い平面銅層」接続における合金（例えば、アルミニウム-シリコン合金、アルミニウム銅、アルミニウム-チタン-銅））、金属化の厚さ、相互接続のタイプ（例えば、溶接したワイヤ（「ワイヤーボンディング」として知られる）、テープ接続、バッファリングによる接続（「バンプ」として知られる）、マイクロカラムによる接続、フレームによる接続（「リードフレーム」として知られる）、ボール・ネットワークのボールによる接続（Flip Chip Ball Grid Array 「flip-chip BGA」として知られる）、真鍮製層による接続（電気鍍金による接触）またはＧＥ−オーバーレイ技法（頭字語ＧＥの意味を与える）、相互接続のディメンジョン、フリップチップ・エンベッディングのタイプ（押圧された又はハンダ付けされたチップ）およびカプセル化（樹脂の塊またはシリコン・ゲルにおける）のタイプは、主たるアーム１６の導電線がバックアップ導電の機能を提供することを必要とする場合、このように形成される主たる導電性アームの電力線の回路障害抵抗時間の安定性にも影響する。

主たるアームのための最小限の短絡時間（すなわち、第１の時間区間ｔ１）は、動作不良を起こしたチップの安定した永続的な低インピーダンス回路障害モードの生成が行われるために十分な時間となるような態様でも保証されなければならない。換言すれば、特にヒューズ・モードにおいて、ヒューズ７０、７２による分離を確立するための時間期間は、第１の時間期間ｔ１より大きくなければならなず、第１の時間期間ｔ１は、主たるアームの直列接続された全てのチップに関する低インピーダンス状態の達成のために必要とされる最小限の時間に対応し、そして、第２の時間期間ｔ２より少ない。

このように、主たるアーム１６の動作不良状態のチップにおけるこの「非常に低いインピーダンスの」回路障害モードの使用は、受動的な冗長性における非常用のバックアップ・アーム１８の「直列接続による」当初の接続によって（すなわち、主たるアームの正常で能動的な動作の間は起動されず、ロックされた状態の電圧に耐えていなければならない）、コンバータ回路の動作継続性の保証およびコンバータ回路の目的の達成を可能にする。

電源４の２つの極性上において主たるアームに接続した２つの分離コンポーネントの配置、および電源とは逆向きの極性のヒューズの端子と直接に接続されたスイッチング回路の接続素子の配置は、単に構造が単純な２つの接続素子、それらの補助制御手段、およびそれ自身がバックアップされる主たるアームの動作不良状態のチップによって、自発的に非常用のバックアップ・アームを主たるアームの出力端子に接続することが可能であることの技術的優位性を提供する。

好ましくは、コンバータの正常な動作状態において、すなわち、回路障害発生が無いときに、電力素子への最小のストレスと制約によって、非常用のバックアップ・アームが待機状態となるような方法で、非常用のバックアップ・アーム１８のスイッチの制御手段５８は設定される。例えば、そのトランジスタおよびそのダイオードがロックされた静的な状態に保たれるような方法で、非常用のバックアップ・アーム１８のスイッチの制御手段５８は設定される。

このように、受動モードにおいて、非常用のバックアップ・アームの全ての休眠状態にある素子（その中にはスイッチング回路も含まれる）は、電源４の共通の電位を共有し、供給バスによってフィルタリングされ、半分に減らされた電圧であるＤＣＶ／２にのみ耐え、したがって電圧に関する時間変化（ｄｖ／ｄｔと表記される）には制約されない。筐体の温度が上がりそうである場合、成分が台座となるリーク電流は、このように、静的な熱暴走の危険性を回避することによって減らされる。そのうえ、待機モードにおいては、複数の接続素子は、各々の順番に従い、一切の切替ストレス無しに、負荷電流も導通する。インバータ・モードまたはチョッパー・モードのコンバータ回路の動作の場合、従来の整流ダイオードは、このように、スイッチング回路の接続素子の機能を満足のゆく形で実行することに極めて適切であり、これらの接続ダイオードは、ボーナス・リーク電流および同じ直径のスイッチング・ダイオードより好ましい熱暴走のレベルを備えている。

実現可能であるために、この種の動作は、顕著な電力で、そして、顕著な時間期間にわたる永続的な方法で低い回路障害抵抗を保証することを可能にする技術選択に基づかなければならない。

内蔵型の冗長性のモード、および一体化された能動的な冗長性のモードに基づくアプリケーションの文脈において、厚い金属化、バッファリング（「バンプ」として知られる）または押圧されたチップに基づく技術が開発された。それらは、非常に好ましく、更に動作不良のチップの低インピーダンス特性を使用する。これらの技術は、本発明に適用できる。

樹脂の塊およびシリコン・ゲルである封入材の２つのタイプに関して評価される過程における溶接した電線接続技術（ワイヤーボンディングとして知られる）は有望な結果をすでに出している点に留意する必要がある。

動作不良のチップの実現性ある導通を保証するための技術的特徴が達成されていない場合には、補助サイリスタ９０の追加は、一方では、電源４の極性端子の分離を部分的に又は全面的に補助することを可能にし、他方では、冗長モードにある動作不良の主たるアームのダイオードによる直列接続、および動作不良のトランジスタとの並列接続を可能にする。この戦略は、ダイオードが動作不良ではないと仮定する、または、より具体的には、想定される動作の持続期間にわたって、それらの故障率が全体的にトランジスタの故障率より非常に低いためことを仮定する。この補助サイリスタの追加はさらに、着目する電界を拡大する結果となるトランジスタ制御の密接な連鎖の動作誤り（制御の欠如、制御の劣化、制御の誤り）を補償することを可能にする。

図２によれば、静的コンバータ回路は、直流電圧の電源１０４と図示されない３段構成の入力負荷との間に接続される３段構成のインバータ１０２である。インバータ１０２は、３つの主たる静的な変換アーム１０６、１０８、１１０および同一構造の非常用のバックアップ・アーム１１２を含む。インバータもまた、この場合ヒューズである分離コンポーネント１１４、１１６、１１８、１２０、１２２、１２４、１２６、１２８を含み、これらは、４つの別個のペアにおける２対２接続構成および３つのスイッチング回路１３０、１３２、１３３と関連する。

主たるアーム１０６、１０８、１１０の各々は、それぞれ異なる一対のヒューズ（アーム１０６のためにヒューズ１１４、１１６、アーム１０８のためにヒューズ１１８、１２０および主たるアーム１１０のためにヒューズ１２２、１２４）を介して電源１０４の単一の正極性端子１３４と単一の負極性端子１３５との間に接続される。

非常用のバックアップ・アーム１１２は、ヒューズ１２６、１２８の一対によって正極性端子１３４と電源１０４の負極性端子１３５の間に接続され、出力端子１３６を含む。

主たるアーム１０６、１０８、１１０の各々および非常用のバックアップ・アーム１１２は、それぞれ同一の構造で２つの電圧レベルを有する単一の切換セル１３７、１３８、１４０、１４２から構成される。

切換セル１３７、１３８、１４０、１４２の各々は、第１のスイッチ１４４、１４６、１４８、１５０の直列結合および第２のスイッチ１５２、１５４、１５６、１５８の直列結合から成る。スイッチ１４４、１４６、１４８、１５０、１５２、１５４、１５６、１５８の各々はトランジスタとこれに逆並列に接続された冗長ダイオードとの組み合わせから形成される。トランジスタの制御手段は、図２に示されない。

各スイッチング回路１３０、１３２、１３３は、互いに異なる一つの主たるアーム１０６、１０８、１１０にそれぞれ取り付けられて、以下を備える：非常用のバックアップ・アーム１１２の切換セル１４２の出力端子１３６から接続ポイント１７０、１７２、１７４に対して直接的にそれぞれ接続された第１のダイオード１６０、１６２、１６４。各接続ポイント１７０、１７２、１７４は、それぞれの関連する切換セル１３７、１３８、１４０を、正極性端子１３４に接続しているそれぞれの関連するヒューズ１１４、１１８、１２２に接続する。

各スイッチング回路１３０、１３２、１３３には、以下が具備されている：非常用のバックアップ・アーム１１２の切換セル１４２の出力端子１３６に取り付けられる接続ポイント１８２、１８４、１８６から直接的に接続された第２のダイオード１７６、１７８、１８０。各接続ポイント１８２、１８４、１８６はそれぞれの関連する切換セル１３７、１３８、１４０を負極性端子１３５に接続しているそれぞれの関連するヒューズ１１６、１２０、１２４に接続する。

スイッチの回路障害モードとそれらの関連する電気的応答特性がヒューズの性能と結合された結果として、任意の主たるアームの対称性の分離を可能にする場合に、この構成は理想的である。

図３によれば、インバータ１０２の変形例は同様の素子から構成されているインバータ２０２であり、これらの素子の同一の参照符号および同じ配置によって示される。当該インバータはさらに、図示されない関連する制御手段を有する主たるアームの分離を支援するための３つの補助サイリスタ２０４、２０６、２０８を含み、各補助サイリスタ２０４、２０６、２０８は、互いに異なる一つの主たる変換アーム１０６、１０８、１１０に取り付けられている。各補助サイリスタ２０４、２０６、２０８は、接続ポイント１７０と１８２との間、１７２と１８４との間、１７４と１８６の間にそれぞれ接続される。

例えば、一例として、融合によるヒューズ１２２だけが正極性端子１３４側の主たるアームの回路を開放し、および主たるアームがとばなかったヒューズ１２４を介して負極性端子１３５に接続したままである場合に、主たる変換アーム１３３の非対称形の分離が起こる。回路障害は、第１のアーム１３３の上で事前に検出され、位置決めされ、続いて、直列接続された補助サイリスタ２０８のダイオード１８０、又は補助サイリスタ２０８のダイオード１６４のいずれか一方によって、ヒューズ１２４が永続的に短絡されるような態様で、サイリスタ２０８は導電状態に移行するように命令され、その結果、ヒューズを飛ばし、そして最終的に、主たるアーム１３３の対称性の分離を得る。

さらに、アーム１３３は完全に分離され、関連するトランジスタ１４８、１５６に各々取り付けられている２つのダイオードおよびサイリスタは、非常用のバックアップを切換えているセル１４２に対応するＳによって示される出力と電気的負荷のＡによって示される回路段端子との間に導電経路を提供する。

図４によれば、インバータ２０２の変形例は、主たるアームの各々が以下を含むインバータ３０２である：すなわち、２つの駆動ユニット３０６、３０８に統合された「ドライバ」と呼ばれる高速カットオフ保護デバイス３０４はる。そして、主たるアームに連結された切換セルの制御されたトランジスタ・チップを含む。

従って、この場合、制御するのが困難な動作不良のトランジスタの低すぎる又は、実際に誤っている抵抗I2tにより、レバー・モード（「crowbar」として知られる）にあるチップの接合ビームとヒューズとの間の選択的でない保護の幾つかの問題点または危険性が存在するように見えるので、２段階の分離動作を操作することは、望ましいだろう。

切換セル（例えば、１４０として図示されるセル）の第１の非対称な分離段階の期間中において、動作不良の切換セル１４０は、トランジスタチップの２つのドライバ・ユニット３０６、３０８に内蔵された高速回路ブレーカ３０４の保護による支援のもとに分離される。

第１の段階に後続する第２の分離段階（この場合、対称形であり、異なるメッシュを介している）の期間中に、切換セルは、補助サイリスタを使用して分離される。

好ましくは、非常用のバックアップ接続は、トランジスタを、回路ブレーカ・モードと互換性を有するＯＦＦ状態に保つために、冗長ダイオードによって実装される。

図５によれば、図４に記載されているインバータ３０２の変形例３３２が記載され、ここで、主たるアーム毎に、２つの接続ダイオードは各々サイリスタと置き換えられ、そして、アームの分離を支援するためのサイリスタは取り除かれる。例えば、図５に示される唯一の主たるアームであり、かつ図４の主たるアーム１３３を置き換えるアームである新たな主たるアーム３２３において、ダイオード１６４、１８０は、図４のサイリスタ２０８と同じアセンブリの方向に、直列に接続される２つのサイリスタ３３０、３３３と置き換えられ、当該直列のアセンブリは、このように２つのヒューズ１２２と１２４の間に並列接続されるように形成される。分離を支援するためのサイリスタ２０８は、取り除かれる。

このような回路構成とした結果、２つのサイリスタ３３０および３３２は、接続を切り換えて、主たるアーム３２３の隔分を支援する機能を実行する、電力素子を１個分だけ節約することを可能にする。

図６によれば、図２、３、４および５のインバータに関する変形例として、インバータ４０２は、ネスト構造化にされた切換セルを有する多段インバータであり、少なくとも一つの主たるアーム４０４および同一の構造を有する非常用のバックアップ・アーム４０６を備えている。

主たる静的な変換アームの各々は、その内部構造がどのようなものであれ、それが直流電流側において２本の接続ポールだけを有する限り、２つ以上の電圧レベルを有するマクロセルである。ここで図５において、主たるアーム４０４は、ネスト構造化された２個の切換セルを含み、それらは、図３において表されるインバータ２０２の切換セルと同一の構造を有する第１の内部セル４０８、そして、内部セル４０８に繋がっていると同時に内部セル４０８を枠囲いしている、２つのスイッチ４１２、４１４から成る第２の外部セル４１０である。

２つの切換セル４１２、４１４のスイッチは、直列に接続され、そして、主たるアーム４０４の一部を形成しているコンデンサ４１６は内部切換セル４０８と並列接続され、後者もまた主たるアーム４０４の出力切替セルを形成する。ここで、非常用のバックアップ・アーム４０６は、主たるアームと同様にネスト構造化された２個の切換セルを含み、これらは、内部セル４２０および外部セル４２２および内部切換セル４２０の端末に繋がったコンデンサ４２４である。

変形例の一つの例示として、非常用のバックアップ・アーム４０６は、単一の切換セルから成る。

図７によれば、静的コンバータ回路は、例えば、直列に接続されるインダクタンス素子５０８および抵抗器５１０によってモデル化されるモーターのコイル巻線のようなタイプの入力側である電気的負荷５０６と直流ＤＣ電圧源５０４との間に接続されるステップダウン型（バルク型）のチョッパー５０２である。チョッパー５０２は、少なくとも一つの主たる静的な変換アーム５１２、および主たるアーム５１２と同一の構造を有する非常用のバックアップ・アーム５１４であって、図６に示されている単一の主たるアームを含む。

当該インバータはさらに、２つの別々の対を形成するような２対２の接続で関係付けられたヒューズ５１５、５１６、５１８、５２０およびスイッチング回路５２２を含む。

主たるアーム５１２は、ヒューズ５１５および５１６のペアを介して、電源５０４の単一の正極性端子５２４と単一の負極性端子５２６との間に接続される。

非常用のバックアップ・アーム５１４は、ヒューズ５１８、５２０のペアを介して、電源５０４の正極性端子５２４と負極性端子５２６との間に接続され、そして、出力端子５３０を含む。

主たるアーム５１２および非常用のバックアップ・アーム５１４は、それぞれ以下を具備する：電力フローにおいて一方向性であり、同一の構造を有する単一の切換セル５３６、５３８。切換セル５３６、５３８の各々は、第１のスイッチ５４４、５４６および第２のスイッチ５５２、５５４の直列結合から成り、第１のスイッチ５４４、５４６の各々は、互いに異なる単一のトランジスタによって形成され、第２のスイッチ５５２、５５４の各々は、単一のダイオードによって形成されている。２つのトランジスタ５４４、５４６の制御手段は、図６に示されない。

主たるアーム５１２と関連したスイッチング回路５２２は、以下を含む：非常用のバックアップ・アーム５１４の切換セル５３８の出力端子５３０から当該正極性端子に繋がったヒューズ５１５に対する切換セルの接続ポイント５６２までの間を直接的に接続するダイオード５６０。

従って、図２〜図５において表されるインバータの場合とは異なり、切換セル５３６は、電力フローが一方向性であり、単一のトランジスタ５４４および単一のダイオード５５２によって構成され、その結果、この場合において、回路障害耐性機構の非対称な動作を引き起こす。

その効果として、ダイオードの最初の動作不良が、望まれるとおりに、「crow-bar」効果（レバー効果）を実際に引き起こして、インバータと同様に２つのポール上の２つのヒューズ５１５、５１６をトリガーしても、最初に動作不良となったのがトランジスタ５４４であった場合には、同じことはあてはまらないだろう。反対側のダイオード５５２は、ブロックされ、その結果、セル内において回路障害を分離する一方で、電気的負荷５０６を直流電圧源５０４に永続的に接続されたままにする。電気的負荷における最初の短絡による動作不良の場合、ヒューズ５１５は、問題なく主たるアーム５１２を分離するのに対して、トランジスタ５４４自体が関係している最初の動作不良の場合には、電気的負荷内における電流の過負荷に関する保護を確実にするように、ヒューズが適切にディメンジョンされ、設計されることを必要とする（この課題は、Protistor（登録商標）型のヒューズの幾つかのタイプにおいてより顕著に存在する）。

この条件が満たされる場合、インバータ回路のために提示される冗長性の原理は、チョッパー回路の場合に直接当てはめることができる。

逆のケースにおいて、分離を支援するためのサイリスタ５６４は、２つのヒューズ５１５、５１６によって対称性の分離動作を引き起こすことを必要とする。

図３に記載されているインバータと同様に、補助サイリスタ５６４もまた、切換セル５３６のダイオード５５２の導電性だけを機能させる第２の導電経路による有利な効果を実現し、この事は、トランジスタの回路障害モードがあまりに高抵抗である場合、または回路障害の結果として、トランジスタ５４４が制御不能となった場合に有益である。

図８によれば、並列のチョッパーを有する静的コンバータ回路６０２は、直流電圧源６０４に並列に接続される少なくとも２本の主たる変換アームから成り、この場合、３本の主たるチョッパー６０６、６０８、６１０の各々は、図６に記載されているチョッパーの主たるアームと同一である。

コンバータ６０２は、以下を含む：図６に示したものと同一の非常用のバックアップ・アーム６１２およびヒューズの４組のペア６１２、６１４、６１６、６１８、ここで、主たるアーム６０６、６０８、６１０の各々および非常用のバックアップ・アーム６１２は、ヒューズのそれぞれ異なる一つのペア内でネストされている。

同様に、コンバータ６０２は、分離を支援するための３つの補助サイリスタ６２２、６２４、６２６を含み、各々は異なる一つのアームに接続され、そして、３つのスイッチング回路６２８、６３０、６３２は別々の主たるアームに一対一に関係付けられている。

図３に記載されている多段インバータと同様に、非常用のバックアップ・アーム６１２は、主たるアーム６０６、６０８、６１０を形成している作動中の切換セルの全てによって共有され、そして、動作不良になった切換セルと自発的に直列接続されるようになり、これは、動作不良になった切換セルにおいて動作不良状態とになった回路素子に応じて、スイッチング回路のダイオードを介して、そして場合によっては、補助サイリスタを介して、影響を受けた回路段に対して非常用バックアップを提供するためであり、その結果、これらの素子はスイッチング素子として機能する。例えば、主たるアーム６０６の切換セルが動作不良になった場合、直列に自発的に主たるアーム６０６の動作不良となったセルに自発的に直列接続するために、スイッチング回路６２８、および場合によっては、補助サイリスタ６２２は、非常用のバックアップ・アームを有効にする。

冗長アーキテクチャは、単一の主たるアームの回路障害の場合には、電気的性能が悪化することのないサービスの継続性を保証する。

結合されていないインダクタンス素子による接続方法の場合、第２の回路障害がいずれかのセルにおいて起こる場合、非常用バックアップは動作中のままである点に留意する必要がある。続いて、２つの動作不良のセルは、それらの補助ダイオードおよび、場合によっては、それらの補助サイリスタを介して並列に接続される、つまり、同じことは、インダクタンス素子の接続に関しても適用できる。電力の負荷軽減は、このように、非常用のバックアップ・セルに過負荷をかけることを回避して、コンバータ回路全体を危険にさらさないように適用されなければならない。

結合されたインダクタンス素子の場合、非常用のバックアップ・セルは、付加的な予防措置無しに先験的に、第１の回路障害に際して、動作の維持を保証することができる。第２の回路障害に際して、２つのインダクタンス素子のクリーンな電流のバランスされた連続成分の維持は、バランスされた連続アンペア変化を維持することを必要とし、その結果、非常用のバックアップ・セルの電流を、そのセルの１００％の過負荷によって２倍にする。バランスされた連続磁束を結合されたインダクタンス素子の全てに渡って維持するために、アクティブ状態にある他の回路段において、電流の連続成分を半分に減少させる、すなわち、電力の負荷軽減をすることは、より適切である可能性があり、この場合、非常用のバックアップ・セルは、その定格（公称）電流で用いられている。

図９によれば、図７の静的コンバータ回路と同様のアーキテクチャを有する静的コンバータ回路７０２は、低電圧アプリケーションの特定の場合において提唱される。当該コンバータは３つの主たる変換アーム７０６、７０８、７１０と、非常用のバックアップ変換アーム７１２とを含む。

図８に示した全てのアーム６０６、６０８、６１０、６１２の切換セルのスイッチは、ＭＯＳトランジスタおよびこれと逆並列に接続されるダイオードの組合せによって各々形成されるＭＯＳスイッチと置き換えられる。補助サイリスタは、取り除かれる。

これらのスイッチは、自由ホイール型結合（ボディ・ダイオードおよび逆方向チャネル導電の組合せ）における逆方向の導通において、好適に用いられることが可能である。続いて、図２に記載されているインバータの場合と同様に、切換セルは、crow-bar効果を有する２つの関連するヒューズをトリガーすることができる直列接続された２つのトランジスタを備えている。補助サイリスタは、従って、この特定のケースにおいてもはや必要ではない。

図１０によれば、二重の回路障害、すなわち、２つの回路障害が２本以上の別々の主たるアームに分散して起こる場合において、サービスの継続性を保証することが可能な、３段構成インバータのアーキテクチャ８０２が提案される。

実際、以下のコンバータ回路のタイプ、すなわち、インバータまたはチョッパーに関連する以前の図面において：作動中の主たる変換アーム内で作動中である出力セルの各々は、共有される非常用のバックアップ・アームの単一出力セルに対して共通の端点が接続されているダイオード切換器を有する。追加の素子の個数が効果的に最小化される限りにおいて、これは「ミニマリスト」方法と捉えられることが可能であり、そして、これらの回路素子上における制御電極の欠如は、追加された素子が、受動的な冗長モードにおいては休眠中であるとしても、信頼性および低い追加コストを理由として好まれる。

にもかかわらず、第２の回路障害に対する耐久性の欠如の観点から、この相対的な単純性に対しては、支払われなくてはならないコストがある。実際、最初の回路障害に際して、一つの回路段に対応する動作不良の主たるアームの出力端子は、それ自体が、その切換器を介して非常用バックアップ出力セルによって電力を供給されていることを発見し、非常用のバックアップ出力セルの電圧の時間変動すなわちｄｖ／ｄｔを当該ダイオードが受ける場合であっても、並列接続された他の切換器は、ブロックされたままの状態を継続し、最初の回路障害と同時並行して、他のセルを適切に分離している。第２の回路障害に際して、他のいずれかの回路段に対応するその他の主たるアームのその他の出力の上において、関係するスイッチング回路は、自発的に他の出力を同じ非常用のバックアップ出力セルに接続するようになる。その理由は、後者が異なる回路段に対応する出力の全てに共通であり、その結果、それらの切換器およびそれぞれの動作不良の回路素子を介した動作不良の２つの回路段に対して並列な接続を実現するからである。これらの条件の下で、実現性がある３段構成の動作を想起することは困難である。

しかしながら、具体的なケース毎に、特に実験的な方法により、電流のバランス制御が研究されるべきであったとしても、並列の電気的負荷を有する動作が図７において提案されるアーキテクチャによって可能であるということが理解される。すなわち、IGBT（Inverse Gate Bipolar Transistor）タイプの動作不良のチップの上で測定される回路障害時抵抗が、直列のスイッチング・ダイオードの抵抗と比較して小さいゆえに、電流のバランス制御が発生していることが非常に期待される。

図１０に従って提案されるアーキテクチャは、図２に示したものの変形例であり、アプリケーションのあらゆるケースにおいて、第２の回路障害耐性を可能とする。当該提案されたソリューションは、この場合、単一の非常用バックアップ・セルによって形成された第２の非常用のバックアップ・アーム８１４を挿入することから成る。２本のアーム１１２、８１４の中のいずれかの非常用バックアップ・アームを、完全に独立した態様で主たるアーム１０６、１０８、１１０を形成している作動中のセル１３７、１３８、１４０の中の任意のいずれにも切り換えることを可能とするために、作動中の主たるセル１３７、１３８、１４０の各々には、２個ずつの対応するスイッチング回路８２０と８２２；８２４と８２６；８２８と８３０が提供されると捉えることができ、これらは、非常用のバックアップ・セル１４２、８１６のどちらか一方に動作不良となった回路段の切替を可能にするために並列に制御される。

この原理は、非常用バックアップ・モードにあるＫ個のセルに接続しているＫ個の切換器を備えた作動中のＮ個の切換セルを具備する静的コンバータ回路として一般化されることが可能であり、ここで、ＮおよびＫは、２以上の値をとる２個の整数であり、ＫはＮ以下の値をとる。

この原理は、図１に記載されたいずれのコンバータ回路としても一般化されることが可能であり、２以上の値をとる第１の数Ｎに等しい個数の主たる切替アーム、第２の数Ｋに等しい個数の（すなわち、２以上の個数の）（非常用のバックアップ切替アーム、および、同じ第２の数Ｋに等しい個数の切換器であって、各切換器は別々の主たる切替アームに取り付けられる、Ｋ個の切換器、を具備し、第１の数Ｎは、第２の数Ｋ以上の値をとる。

各切換器は、第２の数Ｋに等しい個数の接続素子および関連するサイリスタの制御手段から構成される電気多重極であり、同一の切換器の各接続素子はサイリスタであり、各サイリスタは、単一かつ別々の非常用バックアップ・アームの出力に接続されている入力、および切換器が関係付けられている主たる切替アームの第一の入力に接続されている出力を有する。

切換器のサイリスタの制御手段は、切替器に接続した主たる切替アームがいずれかが動作不良を起こした場合に、それがまだアクティブ状態になっていない非常用のバックアップ・アームのいずれか一つによってバックアップされることが可能となるような態様で構成される。

図１１によれば、図１０に示したコンバータの変形例であって、スイッチング回路の接続素子を構成している全てのサイリスタに関して、アセンブリの方向が逆になっている回路構成が提案される。主たるアームの分離を支援するためのサイリスタは、取り除かれる。

このように、接続素子は、図１０に記載したものと同じスイッチング機能に加えて、主たるアームの分離機能を提供する。このように、分離を支援ためのサイリスタの必要な個数に関して節約効果が得られ、その個数は、この場合３個である。

図１２によれば、AC/AC変換タイプの静的コンバータ回路９０２は、文字Ａ、Ｂ、Ｃによって示される３位相入力を有する電気的負荷と交流ＡＣ電圧源９０４との間に接続される。コンバータ９０２は、３つの主たる静的な変換アーム９０６、９０８、９１０および同一の構造を有する非常用のバックアップ・アーム９１２を含む。コンバータ９０２はさらに、この場合はヒューズであり、４つの別々のペアにおける２対２結合により相互に関係付けられる分離コンポーネント９１４、９１６、９１８、９２０、９２２、９２４、９２６、９２８、および３つのスイッチング回路９３０、９３２、９３４を含む。

主たるアーム９０６、９０８、９１０の各々は、それぞれ異なるヒューズのペアを介して、交流電圧源９０４の第１の極性端子９３６と第２の極性端子９３８との間に接続され、アーム９０６のためにヒューズ９１４と９１６、アーム９０８のためにヒューズ９１８と９２０、および主たるアーム９１０のためにヒューズ９２２と９２４が提供される。

非常用のバックアップ・アーム９１２は、ヒューズ９２６、９２８の一対を介して電源９０４の第１の極性端子９３６と第２の極性端子９３８との間に接続され、出力端子９４０を含む。

主たるアーム９０６、９０８、９１０の各々および非常用のバックアップ・アーム９１２は、それぞれ以下を具備する：ネスト構造化され逆向きにバイアス印加された切換セルのペア９４２、９４４、９４６。切換セルのペア９４２、９４４、９９６の各々は、以下を具備する：交替分極に従ってアセンブルされる４個のスイッチ９５０、９５２、９５４、９５６の直列結合。スイッチ９５０、９５２、９５４、９５６の各々は、トランジスタおよび当該トランジスタの分極の方向に関してこれと逆向きに並列接続された冗長ダイオードの組合せによって形成される。トランジスタの制御手段は、図１２に示されない。

スイッチング回路９３０、９３２、９３４の各々は、互いに異なる一つの主たるアーム１０６、１０８、１１０とそれぞれ関係していて、逆並列にアセンブルされるサイリスタの第１のペア９６０、９６２、９６４から成り、これらのペアは、接続ポイント９６６、９６８、９７０に対する非常用バックアップ・アーム９１２の中央タップをそれぞれ形成している出力端子９４０から接続される。接続ポイント９６６、９６８、９７０の各々は、関連する主たるアーム９０６、９０８、９１０を、第１の極性端子９３６に繋がったそれぞれの関連するヒューズ９１４、９１８、９２２にそれぞれ接続する。

スイッチング回路９３０、９３２、９３４の各々は、逆並列にアセンブルされるサイリスタの第２のペア９７４、９７６、９７８から成り、それらは、非常用のバックアップ・アーム９１２の中央タップを形成している出力端子９４０から接続ポイント９８０、９８２、９８４に対してそれぞれ接続される。接続ポイント９８０、９８２、９８４の各々は、それぞれ関連する主たるアーム９０６、９０８、９１０を第２の極性端子９３８に接続しているそれぞれの関連するヒューズ９１６、９２０、９２４に接続する。

各スイッチング回路は、必要とされるならば、ＡＣ／ＡＣ変換タイプ・コンバータに特有であるそのスイッチング機能に加えて、それが関連する主たるアームの分離を支援する機能を提供する。

図１３によれば、一般のケースにおける３段構成のブリッジ整流器１００２は、交流電源１００８の３つの出力段Ａ、Ｂ、Ｃに接続し、かつ、直流電流ＤＣを受信するために設けられている電気的負荷１０１３の２本のポール１０１０、１０１２の中の１本に接続している２つの主たる切換セル１００４、１００６、およびそれぞれＴＳＡ、ＴＳＢ、ＴＳＣにより示される３つの緊急バックアップ・スイッチ１０１４、１０１５、１０１６から成る。

この場合、主たる切換セル１００４、１００６の各々は、主たるスイッチ１０２２、１０２４、１０２６、１０２８、１０３０、１０３２の第１のトリプレットおよび第２のトリプレット１０１８と１０２０とを具備する。

ＴＡ＋、ＴＢ＋およびＴＣ＋としても示される第１のトリプレット１０１８の主たるスイッチ１０２２、１０２４、１０２６は、これもまたＦＡ＋、ＦＢ＋、ＦＣ＋によって示される別々の関連するヒューズ１０３４、１０３６、１０３８を介して、それと関係しているそれぞれの回路段Ａ、ＢおよびＣに各々接続している。

さらに、ＴＡ−、ＴＢ−およびＴＣ−によって示される第２のトリプレット１０２０の主たるスイッチ１０２８、１０３０、１０３２は、これもまたＴＡ−、ＴＢ−およびＴＣ−によって示される別々の関連するヒューズ１０４０、１０４２、１０４４を介して、それと関係しているそれぞれの回路段Ａ、ＢおよびＣに各々接続している。

非常用のバックアップ・サイリスタ１０１４、１０１６、１０１８の各々は、非常用のバックアップ・サイリスタ１０１４のための２つのヒューズ（ヒューズ１０３４とヒューズ１０４０）から成る別々の直列回路に対して、並列に接続され、ヒューズ１０３６と１０４２は、非常用のバックアップ・サイリスタ１０１６のためのものであり、ヒューズ１０３８と１０４４は、非常用のバックアップ・サイリスタ１０１８のためのものである。

いずれかの主たるスイッチの動作不良、すなわち、逆方向電圧に対する耐久性の喪失が起きた際には、交流電圧源１００８は、３つの回路段のうちの２つの間において短絡する。動作不良を起こした切換メッシュの完全な分離は、各スイッチに対して直列に挿入されるヒューズのために成し遂げられる。電源側のヒューズの位置決めのため、非常用バックアップ・スイッチは、２つの主たる切替セルによって共有される。

第１の回路障害の期間中、例えば、スイッチＴＡ＋またはＴＢ＋の一方においては、ヒューズＦＡ＋およびＦＢ＋による分離の結果、スイッチＴＡ＋およびＴＢ＋の代わりに、スイッチＴＳＡおよびＴＳＢが自発的に代替素子となる。スイッチＴＳＡ、ＴＳＢ、ＴＡ−又はＴＢ−の第２の回路障害の際には、ヒューズＦＡおよびＦＢは、最後の非常用バックアップ保護を保証している。第２の回路障害が異なる回路段において（この場合は、Ｃにおいて）起こる場合、継続的な動作が可能であり、ＴＳＣの接続によって得られる。

インバータおよびチョッパーの場合と同様に、非常用バックアップ・スイッチは正常な動作状態において、ｄｖ／ｄｔに関していかなる制約も受けないが、さらに重要なこととして、この変換モードにおいては、３個の非常用バックアップ・スイッチの端子に対する印加電圧はゼロであり、従って、非常に興味深いコールドな受動的冗長性を伴う。正常な動作状態において、いかなるリーク電流も損失も存在しない。

一般的に、複数位相の交流電源からの電気エネルギーを変換するために設けられ、２以上の数ｎに等しい個数の回路段および出力電流のレベルが制御可能な直流の電気的負荷を有する静的コンバータ回路であって、当該コンバータ回路は：
第１の主たる切換ユニットおよび第２の主たる切換ユニットから形成される一対の切換セルおよびヒューズ、を備え、第１の切換セルは、同じ第１の出力端子への電流の流れと同一の方向に従って接続される数ｎに等しい個数の第１の一方向性スイッチ、第１の関連する制御手段、および電気的負荷の第１の入力端子に接続されることが可能な第１の出力端子から成り、第２の切換セルは、第２の出力端子への電流の流れと同一の方向に従って接続される数ｎに等しい個数の第２の一方向性スイッチ、第２の関連する制御手段、および電気的負荷の第２の入力端子に接続されることが可能な第２の出力端子から成り、別々の対に従って、第１の一方向性スイッチは、第２の一方向性スイッチと整合がとられており、切換セルは、コンバータの予め定められた公称モードにおいてアクティブ状態となるように、それらの付随する制御手段を介して設定されている。

当該コンバータは、複数のヒューズがヒューズのペアに分割されるという点を特徴とし、ヒューズの各ペアは、それぞれ１対の異なるスイッチと関係付けられ、直列接続された以下のものを備える：各々が電気的なダイポールを形成している第１のヒューズおよび第２のヒューズであって、それら自身の間において、当該２つのヒューズの接続の中央タップを有し、それは、電源の異なる出力位相端子に接続されることが可能であり、そして、ヒューズの各ペアは、それが関連する一対のスイッチの第１および第２の一方向性電流スイッチの間に、直列に接続され第１と第２のヒューズ；および、ヒューズの一対によって直列に同じ方向に接続されている２つの一方向性電流スイッチ。

当該コンバータは、単一の一方向性の非常用バックアップ・スイッチから成り、非常用バックアップ・スイッチの各々は、ヒューズの互いに異なるペアの端子と並列に接続されており、切換セルの各スイッチは、熱暴走または短絡から生じている回路障害を被った後に約１０ミリオーム未満の安定した永続的なインピーダンスを示すことができ、動作不良の一方向性スイッチ上での安定した低インピーダンス障害モードの確立のための第１の時間期間の経過の後であって、動作不良のスイッチによって回路開放状態の生成を回避するための第２の時間期間の経過の前に、主たるスイッチに接続しているヒューズ要素の各々は、それが関連する主たるスイッチを分離するような態様でディメンジョンされ、動作不良になったスイッチが属するペアと関連した非常用バックアップ・スイッチの制御手段、および直接的に連続した回路段に対応するスイッチの一対と関連した非常用バックアップ・スイッチの制御手段は、整流の性能を低下させることのない即時の非常用バックアップ回復を提供するような態様で構成される。

図１４によれば、単一セル構成の整流器１０５２は、接続の原則および非常用バックアップ・スイッチ上での特性に関して、図１３において図示した２つのセル整流器と、同一の原則及び特性に基づく。ここで、原則として、ヒューズは、主たるスイッチの陽極側または陰極側に交換可能に挿入されることが可能である。

図１５によれば、図１〜１２に記載されているコンバータ回路のサービス１１００の連続性を維持する方法は、次の工程から成る。

最初のステップ１１１０において、主たるアームの切換セルの制御スイッチの制御手段は、主たるアームを形成している電力素子のいずれも動作不良状態ではない時に、静的コンバータ回路が主たるアーム上の公称の動作態様で作動するような方法で構成される。

次のステップ１１２０において、回路障害が主たるセルのスイッチにおいて起きた際に、動作不良のスイッチが属しており、直列に接続された主たるアームの全てのスイッチは、動作不良になった主たるアームの分離を得るための時間期間ｔにわたって短絡される。この時間期間ｔは、主アームが非常に低いインピーダンス（数十ミリオームよりも少ない）で安定した永続的な導電状態に到達するために、第１の時間期間ｔ１より大きく、そして、動作不良の主たるアームの素子の完全性が動作不良の主たるアームによって到達される導電状態と共に保存されるのに必要な時間期間ｔ２よりも小さい。

次のステップ１１３０において、動作不良の主たるアームのスイッチと同じ構成に従って構成される非常用バックアップ・スイッチは、安定した導体になった動作不良の主たるアームのスイッチング回路によって、自動的に接続される。
変形例として、ステップ１１１０に先立って、以下の予備ステップを実行しても良い。当該予備ステップでは、変換器が正常に作動するときに、すなわち、回路障害が無いときに、非常用のバックアップ・アームが、電力素子に対する最小のストレスおよび最小の制約を伴う待機状態に置かれるような態様で、非常用のバックアップ・アーム１８のスイッチの制御手段５８は構成される。

例えば、この予備ステップにおいて、非常用のバックアップ・アーム１８のスイッチの制御手段５８は、そのトランジスタ素子およびそのダイオード素子がロックされた静的な状態に保たれるような態様で構成される。

この同じ変形例において、以下のステップは、ステップ１１２０と同時に実行される。検出および位置決めのための手段２４は、動作不良になった主たる変換アームを検出し、位置決めし、そして、非常用のバックアップ・アームの非常用バックアップ・スイッチに関する制御手段に対して、正常な動作状態において動作不良を起こした主たるアームのスイッチと同じ制御設定内容を採用するよう命令する。

図１６によれば、図１の静的コンバータ回路は、中立の入力点に基づく規制動作を課される３段構成で３レベルのＡＮＰＣインバータ２１０２である（ANPCは、Active Neutral Point Clampedの頭文字である）。T. BrucknerとS. Bernetにより著され、「Loss balancing in three-level voltage source inverters applying Active NPC switches」と題され、IEEE 2001により発行された公知技術文献の第1135ページ〜第1140ページは、非常用のバックアップ・アーム無しに中立の入力点に基づく規制動作を課される３段構成で３レベルのＡＮＰＣインバータを記載する。３つ出力回路段が文字Ａ、Ｂ、Ｃによってそれぞれ示されるインバータ２１０２は、図示されない直流電圧源２１０４と３位相の入力電気的負荷との間に接続される。

インバータ２１０２は、３つの主たる静的変換アーム２１０６、２１０８、２１１０および同一の構造を有する非常用のバックアップ・アーム２１１２を含む。

インバータ２１０２はさらに、以下を含む：中立点を生成するための中央タップ（中央点）を有する容量分割器ブリッジ２１１３、そして、この場合、各素子がヒューズであり、互いに異なる３つの別々のトリプレット(2214, 2115, 2116), (2118, 2119, 2120), (2122, 2123, 2124)において３対３結合形態により互いに関係付けられた分離コンポーネント2114, 2115, 2116, 2118, 2119, 2120, 2122, 2123, 2124、３つのスイッチング回路2125, 2126, 2127、電源から主たるアームを分離するのを支援するための３つの回路2128, 2129, 2130、および、中立点から主たるアームを分離するのを支援するための３つの回路2131, 2132, 2133。

インバータ2102はさらに、図１６には示されないが動作不良を起こした主たるアームの検出と位置決めのための手段を含む。

容量分割器ブリッジ回路2113は、同じ値を有する２つのコンデンサ2134と2135とを備え、これらのコンデンサ2134と2135は、それぞれの端子の一つが中央タップ2137に繋がるように直列に接続されていることにより、当該インバータの中立接続点を形成している。

当該２つのコンデンサ2134と2135によって形成される直列接続回路は、電源2104の一つの正極性端子2139と一つの負極性端子2140との間に、当該２つのコンデンサ2134と2135の残っている方の端子を介して接続される。

主たるアーム2106、2108および2110の各々は、電源2104の一つの正極性端子2139と一つの負極性端子2140との間に、ヒューズの互いに異なるそれぞれのペアを介して接続され、ヒューズの各ペアは、別々のトリプレットに属し、アーム2106にはヒューズ2114と2116のペアが属し、アーム2108にはヒューズ2118と2120のペアが属し、アーム2110にはヒューズ2122と2124のペアが属する。

主たるアーム2106、2108および2110の各々は、関連するトリプレット(2214、2115、2116)、(2118、2119、2120)および(2122、2123、2124)の中の残りのヒューズ2115、2219および2123のそれぞれを介して、主たるアームの中立接続点のそれぞれの入力ポイント2142、2144および2146において、容量分割器ブリッジ回路の中央タップに接続されている。

非常用バックアップ・アーム2112は、電源2104の一つの正極性端子2139と一つの負極性端子2140との間に接続されている。それは、出力端子2148と当該非常用バックアップ・アームの中立接続の入力ポイント2150を備えている。

主たるアーム2106、2108、2110の各々および非常用バックアップ・アーム2112は、２個の内部切換セルが互いに並列に接続され、残りの切換セルの中にネスト構造化されている３個の異なる切換セルを含んでいる。

今、図１６において、非常用バックアップ・アーム2112および主たるアーム2106の切換セルだけが図示されているが、切換セルに関しては、他の２つの主たるアーム2108と2110のアーキテクチャは同一である。

切換セルの各々は、対応する中央タップと共に、第１のスイッチと第２のスイッチから成る直列結合を備える。

非常用バックアップ・アーム2112は、関連する中央タップが中立接続の入力ポイント2150である第１の内部切換セル2152、および関連する中央タップが非常用バックアップ・アーム2112の出力ポイント2148である第２の内部切換セル2154を備えている。互いに並列に接続された第１と第２の内部切換セル2152と2154とは、第１と第２の極性端子2139と2140とに別々のスイッチが接続される第３の切換セル2156の中にネスト構造化されている。

主たるアーム2106は、関連する中央タップが中立接続の入力ポイント2142である第１の内部切換セル2162、および関連する中央タップが主たるアーム2106の出力ポイントAである第２の内部切換セル2164を備えている。互いに並列に接続された第１と第２の内部切換セル2162と2164とは、ヒューズ2114と2116をそれぞれ介して、第１と第２の極性端子2139と2140とに別々のスイッチが接続される第３の切換セル2166の中にネスト構造化されている。

切換セルのスイッチは、その各々が、互いに逆並列に接続されたトランジスタ素子と冗長ダイオード素子との組み合わせにより形成される。

図面の読みやすさを担保するための観点から、図１６には、非常用バックアップ・アーム2112および主たるアーム2106のトランジスタ素子の制御手段のみが図示され、それぞれが、参照符号2170および2172によって示されている。

スイッチング回路2125、2126および2127の各々は、互いに異なる単一の主たるアーム2106、2108および2110とそれぞれ関係付けられ、非常用バックアップ・アーム2112の第２の内部切換セル2154の出力端子2148から接続ポイント2190、2192および2194に対してそれぞれ直接的に接続されている第１のダイオード素子2180、2182および2184を含んでいる。接続ポイント2190、2192および2194の各々は、主たるアーム2106、2108、2110と関係付けられた第３の外部切換セルを、正極性端子2139と繋がったそれぞれの関連するヒューズ2114、2118および2122に対して接続する。

スイッチング回路2125、2126および2127の各々は、接続ポイント2202、2204および2206から、非常用バックアップ・アーム2112の内部切換セル2154の出力端子2148に対してそれぞれ直接的に接続されている第２のダイオード素子2196、2198および2200を備えている。接続ポイント2202、2204および2206の各々は、主たるアーム2106、2108、2110と関係付けられた第３の外部切換セルを、負極性端子2140と繋がったそれぞれの関連するヒューズ2116、2120および2124に対して接続する。

主たるアーム2106、2108、2110を補助電源2104から分離するのを支援するための回路2128、2129および2130は、接続ポイント2190、2192および2194のそれぞれと接続ポイント2202、2204および2206のそれぞれとの間に接続される。主たるアーム2106、2108、2110を補助電源2104から分離するのを支援するための回路2128、2129および2130は、３個の補助サイリスタを使用して作成され、図１６においては、これらの３つの回路の中で、主たるアーム2106に関連した回路2128だけに関して、サイリスタが図示され、図中では、参照符号2210によって示されている。

主たる変換アーム2106、2108、2110の互いに異なる各々に接続され、主たるアームを電源2104から分離するのを支援するための各サイリスタは、関連する主たるアームが動作不良を起こした際に、関連する制御手段を使用して、当該関連する主たるアームを分離するような態様で構成され、図１６においては、主たるアーム2106に関連したサイリスタのみが図示され、図中では、参照符号2212によって示されている。

主たるアームを中立接続点から分離するのを支援するための３つの回路2131、2132および2133は、この場合、主たるアームと関係付けられた中立入力ポイントと負極性端子2140との間にそれぞれ直接的に接続される。

変形例として、主たるアームを中立接続点から分離するのを支援するための３つの回路2131、2132および2133は、主たるアームと関係付けられた中立入力ポイントと正極性端子2139との間にそれぞれ直接的に接続される。

主たるアームを中立接続点から分離するのを支援するための３つの回路2131、2132および2133は、３個の補助サイリスタを使用して作成され、図１６においては、主たるアーム2106と関連した回路2131のみに関するサイリスタが、参照符号2220によって示されている。

主たるアーム2106、2108および2110の異なる一つとそれぞれ結合され、主たるアームを中立接続点から分離するのを支援するために使用されるサイリスタの各々は、関連する主たるアームが動作不良を起こした際に、（図１６には図示されない）関連する制御手段を使用して、当該関連する主たるアームを分離するような態様で構成される。

図３〜図５に記載された分離コンポーネント、スイッチング回路および分離を支援するための回路の変形実施例もまた使用され得ることに留意されたい。

正常な動作状態の期間中、すなわち、主たるアームの各々において動作不良が起きていない時、当該主たるアームの切換セルのスイッチを制御する制御手段は、当該インバータ回路が従来技術におけるANPCモードに従って動作するような態様で構成される。

いずれかの主たるアームの上で、すなわち、任意のいずれかの回路段の上で回路障害が発生した際、動作不良を起こした主たるANPCアームの完全な分離動作と、２つのダイオード素子による構成に限定されも良いスイッチング回路を使用することによる共有の非常用バックアップ・アームへの接続動作とに関してここで提案した回路図面は、当該インバータ回路上でのあらゆる内部的回路障害を補償しつつ、同時に、主たるアームと非常用バックアップ・アームの回路素子の電圧に関して過剰なディメンジョンをする必要無しに、非常時モードでの回路動作において必要な動作電圧及び動作電力を100%のまま維持することを可能にする。

変形例として、図１６に示すANPC型の静的コンバータ回路は、NPC型の３段構成のインバータ回路に置き換えられることが可能であり、ここで、NPCはNeutral Point Clampedの頭文字をとった略語である。NPC型の３段構成のインバータ回路において、図１６に示すANPC型の静的コンバータ回路内のいずれかのアームの第１の内部切換セルは、極性が同一方向とされた２個のダイオード素子から成る互いに異なる直列接続回路によって各々が置き換えられ、当該２個のダイオード素子から成る直列接続の共通接点は、当該主たるアームと関係付けられた中立点分離回路に接続される。

変形例として、ANPC型またはNPC型のインバータ回路の回路段の数は任意の段数とすることが可能である。

変形例として、さらには、ANPC型またはNPC型のインバータ回路の一般化形態として、静的コンバータ回路は、中央タップへの電源の印加を伴うインバータであり、直流電源に接続されるように構成され、電気的負荷に対して、少なくとも一つの回路段の上において交流電流を供給するためのインバータである。

当該インバータ回路は、中央タップに対して入力電源電圧を供給するように構成された容量分割器ブリッジ回路を含む。一の回路段と関係付けられた主たるアームの各々および非常用バックアップ・アームは、中央タップへの電圧印加のための別々の入力端子を備える。

各回路段および各回路段と関係付けられた主たるアームの各々毎に、当該インバータ回路は、容量分割器ブリッジ回路の中央タップから主たるアームを分離するための素子を備えており、当該素子は、当該主たるアーム上の中央タップに対する電圧印加のための入力端子に接続されている。

いずれかの主たるアームの第１の入力端子と第２の入力電源端子とは、電源からの分離を実行するための素子から成る互いに異なるペアを介して、当該電源の第１の正極性と第２の負極性にそれぞれ接続されている。

主たるアームまたは非常用バックアップ・アームの切換セルの各々は、直列接続された双方向の電力スイッチから成るペアを含み、双方向の電力スイッチの各々は、互いに逆並列に接続された制御されたスイッチとそれに関連するダイオード素子によって形成され、当該制御されたスイッチの各々は、サイリスタ、IGBT、トランジスタおよびMOSトランジスタから成るアセンブリの中に含まれる回路要素である。

主たるアームの各々および非常用バックアップ・アームは、その２つのスイッチにおいて、一の回路段（A）の出力端子を形成する接続端子を有し、中央タップへの電圧印加のための互いに異なる入力端子を含む。

当該スイッチング回路は、第１の非制御型の一方向導電性の半導体接続要素および第２の非制御型の一方向導電性の半導体接続要素を備え、当該第１の接続要素は、非常用バックアップ・アームの出力から主たるアームの第１の入力端子までを直接に接続し、第２の接続要素は、非常用バックアップ・アームの出力から当該主たるアームの第２の負極性入力端子までを逆方向に接続する。

主たるアームの切換セルの制御手段は、全ての主たるアームが回路障害無しに機能している際に、一つ以上の回路段の上でコンバータ回路がインバータ回路として動作するような態様で、構成される。

Claims (15)

1. 直流電流または交流電源と電気的負荷との間での電気エネルギーの変換のために設計される静的コンバータ回路であって、当該静的コンバータ回路：
   関連する制御手段を備えている半導体素子を有する少なくとも一つの電子スイッチング・セル、それぞれ電源の第１の極性および第２の極性に接続することが可能な第１の入力端子および第２の電源入力端子、出力切替セルに接続され、電気的負荷に接続するのに適している出力端子およびコンバータの予め定められた公称モードにおいて作動中のその関連する制御手段によって構成されている各切換セル、を備える主たる静的変換アーム；および、
   各々がダイポールを形成している第１の分離コンポーネントおよび第２の分離コンポーネントから形成され、主たる切替アームと関連する一対の分離コンポーネントであって、第１の分離コンポーネントおよび第２の分離コンポーネントは、主たる切替アームの第１の端子および第２の電力供給入力端子にそれぞれ直接に接続されている、一対の分離コンポーネント、
   静的コンバータ回路は、それが以下から成るという点を特徴とする：
   関連する制御手段を備えている半導体素子を有する少なくとも一つの電子スイッチング・セル、それぞれ電源の第１の極性および第２の極性に接続していることに適している第１の入力端子および第２の電源入力端子および出力切替セルに接続している出力端子からなる非常用のバックアップ変換アーム；および
   そして、第１の入力端子および主たる切替アームの第２の入力端子の間から、非常用のバックアップ・アームの出力端子と主たる切替アームの入力端子の間に接続される接続素子を有する電子半導体スイッチング回路、を備え、
   さらに当該静的コンバータ回路は：
   主たる切替アームが熱暴走またはその半導体コンポーネントのうちの１つの短絡から生じる回路障害を経験した際に、第１の入力端子と第２の入力端子の間に直列に接続される主たる切替アームの切換セルは、各々が数十ミリオーム以下である安定した永続的なインピーダンスを提供することができ、
   そして、直列に接続された主たる変換アームの切換セルの上で安定した低インピーダンス回路障害モードが確立されるための第１の時間期間ｔ１の経過の後であって、そして、主たる変換アーム上の回路開放状態の生成を回避するための第２の時間期間ｔ２の経過の前に、主たる切替アームの分離コンポーネントは、主たる切替アームを分離するような方法でディメンジョンされ、
   そして、非常用のバックアップ・アームを形成している非常用のバックアップ・セルの制御手段は、部分的に、又は全体的に主たるアームを置き換えるような態様で、動作不良状態になった主たる変換アームの分離の後に配備されることができ、
   主アームが公称モードで作動中のときにロックされた（オフ状態）状態となり、かつ、主たるアームが動作不良状態になり、非常用バックアップ・アームがアクティブ状態になったときに導通状態（オン状態）となるように、接続素子は構成される。
2. 請求項１記載の静的コンバータ回路であって：
   接続素子は、ダイオード、サイリスタ、逆並列に接続される２つのサイリスタの組合せ（head to toe）およびトランジスタから成るアセンブリに含まれる素子である、静的コンバータ回路。
3. 請求項１または請求項２記載の静的コンバータ回路であって：
   非常用のバックアップ変換アームの切換セルの半導体素子は、主アームが公称モードで作動中のときにロックされた状態となるように、かつ、動作不良状態になったアームを分離した後に、部分的に、又は全体的に主たるアームを置き換えるように構成される、静的コンバータ回路。
4. 請求項１乃至請求項３記載の静的コンバータ回路であって：
   当該静的コンバータ回路には、主たるアームの分離を支援するための手段が具備され、前記分離を支援する手段は：
   補助サイリスタまたは逆並列接続となるように（head to tail）組み合わされる２つの補助サイリスタの組合せであって、主たるアームの第１の入力端子と第２の入力端子に並列に接続され、前記補助サイリスタは、電圧源が直流電源であるときに接続されており、そして、前記逆並列に接続される２つの補助サイリスタの組合せは、電圧源が交流電源であるときに使われる、補助サイリスタの組み合わせ；および、
   補助サイリスタまたは２つの補助サイリスタの制御手段であって、動作不良状態にある主たる変換アームがそれと関係している分離コンポーネントの一対によって対称的に分離されないような方法で構成され、一対の分離コンポーネントの各々によって対称形の分離を誘導するために、電気的負荷の端子部分で短絡を引き起こす、制御手段；
   を備える、静的コンバータ回路。
5. 請求項１記載の静的コンバータ回路であって：
   当該静的コンバータ回路は、主たる変換アームの切換セル毎に、電流の予め定められた閾値と比較して、セルによる耐えられない短絡電流の流れを検出することができる関連する高速保護手段を備え、前記高速保護手段は、閾値電流を超過している旨を検出した後に、切換セルの開放動作をトリガーことができることを特徴とする、静的コンバータ回路。
6. 請求項１乃至５記載の静的コンバータ回路であって：
   動作不良を起こした主たるアームを検出するための手段をさらに具備し、前記検出するための手段は、非常用のバックアップ・アームの切換セルの制御手段に対して、動作不良状態にあると検知された前記アームと同じ制御動作設定を採用するように命令することができる、静的コンバータ回路。
7. 請求項１乃至５記載の静的コンバータ回路であって：
   少なくとも２本の主たるアームを具備し、前記主たるアームの各々は、構造で同一で、関連する制御手段を備えている少なくとも一つの電子スイッチング・セル、電源の第１の極性および第２の極性にそれぞれ接続することができる第１の入力端子および第２の電源入力端子を含んでおり、電気的負荷の別々のおよび異なった回路段に接続することができる出力切替セルに接続している回路段出力端子であって、各切換セルは、コンバータの予め定められた公称モードにおいてアクティブ状態となるようにその制御手段を介して構成されている、回路段出力端子；
   そして、コンバータは、主たる変換アーム毎に、各々がダイポールを形成する第１の分離コンポーネントおよび第２の分離コンポーネントから形成される一対の関連する分離コンポーネントを備え、第１の分離コンポーネントおよび第２の分離コンポーネントは、関連する主アームの第１の入力端子および第２の電源入力端子にそれぞれ直接に接続しており、
   そして、当該静的コンバータ回路は：
   少なくとも一つの出力切替セルを備えている単一の非常用のバックアップ変換アームおよび前記出力切替セルに接続している出力端子；
   主たる変換アーム毎に、非常用のバックアップ・アームの出力端子と関連する主たる変換アームの第１の入力端子の間に接続された接続素子を有する関連するスイッチング回路；
   主たる変換アーム毎に、動作不良の主たるアームの検出および位置決めのための手段；を備え、非常用のバックアップ・アームの切換セルの制御手段に対して前記検出され、位置決めされた動作不良のアームと同じ制御動作設定を採用すべき旨を命令することができ、
   そして、主たるアームが熱暴走またはその半導体コンポーネントのうちの１つの短絡から生じている回路障害状態を経験する際に、第１の入力端子と２本目の入力端子の間に直列に接続される任意の主たるアームの切換セルは、各々が数十ミリオーム以下である安定した永続的なインピーダンスを提供することができ、
   そして、直列に接続される主たる変換アームの切換セル上の安定した低インピーダンス回路障害モードの確立のための第１の時間期間ｔ１の経過の後であって、主たる変換アーム上の回路開放の生成を回避するための第２の時間期間ｔ２の経過の前に、主たるアームの各々の分離コンポーネントは、主たるアームを分離するような方法でディメンジョンされ、
   動作不良状態になった主たるアームを部分的に、または全体的に置き換えるような態様で、動作不良状態になった主たるアームのいずれかを分離した後に、非常用のバックアップ・セルの制御手段または非常用のバックアップ・アームを形成しているセルは、配備されることができ、
   主たるアームに関連した各スイッチング回路の当該１つの接続素子または当該２つの接続素子は、主たるアームが公称モードで作動中である時にはロックされた状態（オフ状態）となり、主たるアームが動作不良状態であり、かつ非常用バックアップ・アームがアクティブ状態になった時に、導通状態（オン状態）となるように構成される、静的コンバータ回路。
8. 請求項１乃至６記載の静的コンバータ回路であって：
   ２以上の第１の数であるＮ個の主たる切替アーム；
   ２以上の第２の数であるＫ個の非常用のバックアップ切替アーム；
   同じ第２の数であるＫ個のスイッチング回路であって、各スイッチング回路は、異なる別々の主たる切替アームと関係している、スイッチング回路；を備え、
   第１の数Ｎは、第１の数Ｋ以上であり、そして、主たるアームの各々は、構造で同一で、関連する制御手段を備えている少なくとも一つの電子スイッチング・セル、電源の第１の極性および第２の極性にそれぞれ接続することができる第１の入力端子および第２の電源入力端子、および電気的負荷の別々の異なった回路段に接続することができる出力切替セルに接続している回路段出力端子、およびコンバータの予め定められた公称モードにおいて作動中であるようにその制御手段を介して構成されている各切換セルから成り、
   そして、当該静的コンバータ回路は、主たる変換アームごとに、各々がダイポールを形成する第１の分離コンポーネントおよび第２の分離コンポーネントから形成される一対の関連する分離コンポーネントを含み、第１の分離コンポーネントおよび第２の分離コンポーネントは、関連する主たるアームの第１の入力端子および第２の電源入力端子にそれぞれ直接に接続しており、
   非常用のバックアップ・アームの各々は、関連する制御手段を備えている半導体素子を有する少なくとも一つの電子スイッチング・セル、それぞれ電源の第１の極性および第２の極性に接続するのに適している第１の入力端子および第２の電源入力端子、および出力切替セルに繋がった出力端子から成り、
   そして、主たるアームに関連した各スイッチング回路は、Ｋ個の接続素子を備えた電子半導体多重ポールであり、電源が直流の電源である場合、各接続素子はサイリスタであり、電源が交流電源である場合、２つの補助サイリスタの組合せは逆並列に接続されており、
   各スイッチング回路は、サイリスタと関連した制御手段から成り、
   同じスイッチング回路の各接続素子は、以下を含む：別の非常用のバックアップ・アームの出力に接続された入力および前記スイッチング回路が関連する主たる切替アームの第一入力に繋がった出力。ここで、スイッチング回路のサイリスタの制御手段は、それらが関連する主たるアームが作動中のときにロックされた状態となるように設定され、
   スイッチング回路のサイリスタの制御手段は、切替器に接続されたいずれか任意の主たる切替アームが動作不良である場合に、まだアクティブ状態となっていない非常用のバックアップ・アームのいずれか一つによってそれがバックアップされることが可能となるような方法で設定される、静的コンバータ回路。
9. 請求項１乃至８記載の静的コンバータ回路であって：
   当該静的コンバータ回路は、直流電圧源に接続されることができ、そして、少なくとも一つの回路段の上で、電気的負荷に対して交流電流を出力することができるインバータであり、主たるアームの第１の入力端子および第２の電源入力端子は、電源の第１の正の極性および第２の負の極性にそれぞれ接続されることができ；
   主たるアーム、又は非常用のバックアップ・アームの各切換セルは、以下を含む：
   直列に接続される一対の双方向電力切換器であって、その各々が、逆並列に接続される制御スイッチおよび関連するダイオードによって形成され、各制御スイッチは、サイリスタ、ＩＧＢＴトランジスタおよびＭＯＳトランジスタによって形成されるアセンブリに含まれる素子である、双方向電力切換器；
   ここで、主たるアームの切換セルの制御手段は、変換器が一つ以上の回路段の上でインバータとして作動するような方法で構成され；そして、前記スイッチング回路は、第１の制御されない一方向性の電力半導体接続素子および第２の制御されない一方向性電力半導体接続素子から成り、前記第１の接続素子は、非常用のバックアップ・アームの出力から主たるアームの第１の入力端子に対して直接的に接続され、第２の接続素子は、非常用のバックアップ・アームの出力から主たるアームの第２の負極性の入力端子に対して逆方向に接続される、静的コンバータ回路。
10. 請求項１乃至８記載の静的コンバータ回路であって：
    当該静的コンバータ回路は、直流電圧源に接続されることができ、かつ、少なくとも一つの出力回路段の上で、電気的負荷に対して直流電流を出力することができるチョッパーであり、第１の入力端子および主たるアームの第２の電源入力端子は、電源の第１の正の極性および第２の負の極性にそれぞれ接続されることが可能であり、
    主たるアーム、又は非常用のバックアップ・アームの各切換セルは、以下を含む：
    ダイオードまたは第２のスイッチと直列に接続される一対の双方向電力切換器であって、その各々が逆並列に接続される制御スイッチおよび関連するダイオードによって形成され、各制御スイッチは、サイリスタ、ＩＧＢＴトランジスタおよびＭＯＳトランジスタによって形成されるアセンブリに含まれる素子である、双方向電力切換器；
    ここで、主たるアームの切換セルの制御手段は、コンバータがチョッパーとして作動するような方法で設定され、主たるアームと関連したスイッチング回路は、一方向性の電力の流れがあるように構成される単一の半導体接続素子から成り、前記一方向性の接続素子は、非常用のバックアップ・アームの出力から関連する主たる変換アームの第１の入力端子に対して直接的に接続されている、静的コンバータ回路。
11. 請求項１乃至８記載の静的コンバータ回路であって：
    当該静的コンバータ回路は、交流電源同士の間で電気エネルギーを変換することができ、少なくとも一つの出力回路段の上で、電気的負荷に対して、交流電流を出力することができるＡＣ／ＡＣ変換型のコンバータ回路であり、任意の主たるアームの第１の入力端子および第２の電源入力端子は、電源の第１の正の極性および第２の負の極性にそれぞれ接続されることが可能であり；
    主たるアーム、又は非常用のバックアップ・アームの各切換セルは、以下を含む：
    直列に接続される一対の双方向電力切換器であって、その各々が、逆並列に接続される制御スイッチおよび関連するダイオードによって形成され、各制御スイッチは、サイリスタ、ＩＧＢＴトランジスタおよびＭＯＳトランジスタによって形成されるアセンブリに含まれる素子である、双方向電力切換器；
    ここで、主たるアームの切換セルの制御手段は、コンバータが一つ以上の出力回路段の上でＡＣ／ＡＣ変換型の電圧コンバータとして作動するような方法で設定され、スイッチング回路は、第１の双方向電力半導体接続素子および第２の双方向の電力および電圧の半導体接続素子から成り、前記第１の接続素子は、非常用のバックアップ・アームの出力から主たるアームの第１の入力端子に対して接続され、前記第２の接続素子は、非常用のバックアップ・アームの出力から主アームの第２の負極性の入力端子に対して逆方向に接続されている。
12. 請求項１乃至８記載の静的コンバータ回路であって：
    当該静的コンバータ回路は、直流電圧原に接続されるように構成され、電気的負荷に対して少なくとも一つの回路段の上で交流電流を出力するためのインバータ回路であり、
    中央タップに対して安定した入力電力供給電圧を供給するように構成された容量分割器ブリッジ回路を備え、
    各回路段毎に、かつ各回路段と関係付けられた主たるアームの各々毎に前記主たるアームを前記容量分割器ブリッジ回路の前記中央タップから分離するための分離コンポーネントを備え、
    一の回路段と関係付けられた主たるアームの各々および非常用バックアップ・アームは、中央タップに対する電圧印加のための別々の入力端子を備え、
    いずれかの主たるアームの前記第１の入力端子と前記第２の入力電力供給端子とは、分離コンポーネントの互いに異なるペアを介して、電源の第１の正極性と第２の負極性とに接続され、
    中央タップに対する電圧印加のための入力端子の各々は、前記容量分割器ブリッジ回路の前記中央タップと関係付けられた主たるアームの分離コンポーネントを介して、入力供給電圧の中立点に接続され、
    主たるアームまたは非常用バックアップ・アームの切換セルの各々は、直列接続された双方向の電力スイッチから成るペアを含み、双方向の電力スイッチの各々は、互いに逆並列に接続された制御されたスイッチとそれに関連するダイオード素子によって形成され、当該制御されたスイッチの各々は、サイリスタ、IGBT、トランジスタおよびMOSトランジスタから成るアセンブリの中に含まれる回路要素であり、
    主たるアームの各々は、その２つのスイッチにおいて、一の回路段の出力端子を形成する接続端子を有する出力切換セルを備え、
    当該スイッチング回路は、第１の非制御型の一方向導電性の半導体接続要素および第２の非制御型の一方向導電性の半導体接続要素を備え、当該第１の接続要素は、非常用バックアップ・アームの出力から主たるアームの第１の入力端子までを直接に接続し、第２の接続要素は、非常用バックアップ・アームの出力から当該主たるアームの第２の負極性入力端子までを逆方向に接続し、
    主たるアームの切換セルの制御手段は、全ての主たるアームが回路障害無しに機能している際に、一つ以上の回路段の上で当該静的コンバータ回路がインバータ回路として動作するような態様で、構成される、静的コンバータ回路。
13. 請求項１２記載の静的コンバータ回路であって、
    前記静的コンバータ回路は、複数レベル電圧のANPC型またはNPC型のインバータ回路であり、
    主たるアームまたは非常用バックアップ・アームの切換セルの各々は、直列接続された双方向の電力スイッチから成るペアを含み、前記双方向の電力スイッチの各々は、互いに逆並列に接続された制御されたスイッチとそれに関連するダイオード素子によって形成され、当該制御されたスイッチの各々は、サイリスタ、IGBT、トランジスタおよびMOSトランジスタから成るアセンブリの中に含まれる回路要素であり、
    主たるアームの各々は、並列にグループ化され、または複数スイッチの直列接続が２個のダイオード素子の直列接続と並列に接続されて成る単一の内部セルの中にグループ化された第１の内部切換セルと第２の内部切換セル、および、前記第１と第２の内部切換セルまたは前記単一の内部セルと前記２個のダイオード素子の直列接続を内部にネスト構造化している外部切換セルを備え、前記第１の内部切換セルと前記２個のダイオード素子の直列接続とは共通の接点を有し、前記第２の内部切換セルまたは前記単一の内部セルは出力セルを形成し、一の回路段の出力端子を形成するその２つのスイッチに対する接続端子を有し、
    主たるアームの切換セルの制御手段は、全ての主たるアームが回路障害無しに機能している際に、一つ以上の回路段の上で当該静的コンバータ回路が複数電圧レベルのANPC型またはNPC型のインバータ回路として動作するような態様で、構成される、静的コンバータ回路。
14. 請求項１２記載の静的コンバータ回路であって、
    主たるアームの各々毎に前記主たるアームの入力中央タップを前記容量分割器ブリッジ回路の前記中央タップから分離するための互いに異なる関連する手段を備える、
    静的コンバータ回路。
15. 請求項１乃至請求項１４のいずれか一項において規定された態様に従い、静的コンバータ回路の動作状態を維持する方法であって：
    主たるアームの切換セルの制御されたスイッチを制御する手段は、前記主たるアームを形成している電力素子のいずれもが動作不良を起こしていない場合に、当該静的コンバータ回路が前記主たるアームの上において公称の動作方法で動作するような態様で構成され、
    主たるセルの一のスイッチの上で回路障害が発生した際、動作不良を起こしたスイッチが属している主たるアームの全てのスイッチであって、互いに直列に接続されている全てのスイッチは、動作不良を起こした主たるアームの分離状態を取得するための時間期間ｔに渡って短絡され、前記時間期間ｔは、前記主たるアームが数十ミリオームより低い非常に低いインピーダンスにおいて安定した永続的な導電状態に到達するための第１の時間期間ｔ１よりも大きく、動作不良を起こした主たるアームの電力素子の完全性が前記動作不良を起こした主たるアームによって達成される導電状態と共に保存されるのに必要な第２の時間期間ｔ２よりも小さく、
    動作不良を起こした主たるアームのスイッチと同一構成となるように構成された非常用バックアップ・スイッチは、安定した導電体となった動作不良の主たるアームのスイッチング回路によって自動的に接続される。

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