JP2015159712A - トランジスタの熱的にバランスした並列動作 - Google Patents

Abstract

【課題】並列に動作する複数のトランジスタの有効寿命を延長及び均一化すること【解決手段】並列に動作する複数のトランジスタの有効寿命の延長及び均一化のためのシステム及び方法。各々のトランジスタの温度が測定され、トランジスタシステムの平均温度と比較される。トランジスタの平均温度と各々のトランジスタの測定温度との間の温度差が割り出される。各々のトランジスタのゲート抵抗及びゲート−エミッタ抵抗が、各々のトランジスタを通過する電流を制御することによって各々のトランジスタの測定温度を制御することでトランジスタを熱的にバランスさせるために、前記温度差に基づいて変更される。【選択図】図1

Description

本明細書に提示される実施形態の分野は、並列トランジスタの熱的なバランスであり、より詳しくは、並列トランジスタの各々への電流を調節することによって動作温度を等しくすることで、並列トランジスタの等しい熱劣化を実現することである。

トランジスタのオン抵抗及びゲート容量などのパラメータは、温度、経年劣化、及び欠陥の影響を免れない。しかしながら、製造時のばらつきゆえに、トランジスタの性能が互いにばらつく結果となる。各々のトランジスタの性能のばらつきゆえに、トランジスタの並列動作が、同一の条件にならない可能性がある。すなわち、製造時のばらつきが、並列システムの各々のトランジスタの性能を互いに対して制御することを困難にする。

典型的な並列動作は、各々のトランジスタに同じ量の電流を流すことを必要とし、すなわち換言すると、各々のトランジスタの負荷が同じになる。これは、従来、並列トランジスタからなるシステムにおいて、システム内の各トランジスタの消耗の速度を同じにする努力において、システムの全体にわたって温度をバランスさせる最良の手段と考えられている。しかしながら、電流をバランスさせると、製造時のばらつきの結果としてより高いオン抵抗を有している一部のトランジスタが、相対的に過負荷となり、したがってより低いオン抵抗を有する他のトランジスタと比べて高い温度になる可能性がある。より高い温度のトランジスタは、より短時間で消耗及び経年劣化する。

航空機などの輸送手段は、1つ以上のエンジンを有する可能性があり、そのようなエンジンが、各エンジンの始動のためにモーターコントローラを備えるモーターの使用を必要とする可能性がある。モーターコントローラは、複数の並列トランジスタを備える。従来、航空機用のモーターコントローラは、その最終的な使用にかかわらず、最大の要件に対応するように設計及び製作される。例えば、類似の設計のモーターコントローラが、100キロワット（kW）のモーター又は50kWのモーターを駆動することができる。したがって、大部分のモーターコントローラは、贅沢に作られており、充分に利用されていない。種々のモーターを駆動することができる並列な出力を有するより軽量かつより柔軟なモーターコントローラを有することが望ましい。例えば、複数のコントローラを並列に組み合わせ、種々のコントローラに輸送手段の必要に応じて仕事を課すことができる専用かつ正しいサイズの制御システムをもたらすことができる。

本明細書における開示は、これらの考慮事項及び他の考慮事項に対して提示される。

この概要が、詳細な説明においてさらに後述される考え方の選択を簡略化した形態で紹介するために提示されることを、理解すべきである。この概要は、請求項に記載される主題の技術的範囲を限定するために使用されるものではない。

本明細書に開示される一実施形態によれば、温度制御を備える電子回路が提供される。電子回路は、並列に動作するように構成されたトランジスタを備える。温度センサーが、各々のトランジスタに熱的に接続され、各々のトランジスタの測定温度を表す温度出力信号を生成する。さらに電子回路は、各々の温度センサーの各々の温度出力信号を監視し、温度出力に応答して各々のトランジスタに関するゲート抵抗R_G及びゲート−エミッタ抵抗R_GEを変化させるコントローラ出力をもたらすコントローラを備える。ゲート抵抗R_G及びゲート−エミッタ抵抗R_GEが、各々のトランジスタへの電流を変化させ、トランジスタを熱的にバランスさせる。1つ以上の構成においては、コントローラが、前記トランジスタのうちの1つ以上のトランジスタへのゲート抵抗R_Gを、温度差がゼロよりも大きい場合に、前記1つ以上のトランジスタの測定温度を下げるべく増加させ、前記1つ以上のトランジスタへのゲート−エミッタ抵抗R_GEを、温度差がゼロよりも大きい場合に、前記1つ以上のトランジスタの測定温度を下げるべく減少させるように構成される。さらにコントローラを、前記トランジスタのうちの1つ以上のトランジスタへのゲート抵抗R_Gを、温度差がゼロよりも小さい場合に、前記1つ以上のトランジスタの測定温度を高めるべく減少させ、前記1つ以上のトランジスタへのゲート−エミッタ抵抗R_GEを、温度差がゼロよりも小さい場合に、前記1つ以上のトランジスタの測定温度を高めるべく増加させるように構成することができる。

本明細書に開示される別の態様によれば、温度制御システムを有する2トランジスタシステムが提供される。2トランジスタシステムは、並列に動作するように構成された第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを備える。2トランジスタシステムは、第1の温度センサー及び第2の温度センサーをさらに備える。第1の温度センサーは、第1のトランジスタに熱的に接続され、第1のトランジスタの第1の測定温度を表す第1の温度出力信号を生成する。第2の温度センサーは、第2のトランジスタに熱的に接続され、第2のトランジスタの第2の測定温度を表す第2の温度出力信号を生成する。さらに2トランジスタシステムは、第1及び第2の温度出力を監視し、第1及び第2の温度出力に応答して第1のトランジスタに関する第1のゲート抵抗R_G1及び第1のゲート−エミッタ抵抗R_GE1並びに第2のトランジスタに関する第2のゲート抵抗R_G2及び第2のゲート−エミッタ抵抗R_GE2を変化させるコントローラ出力をもたらすコントローラを備える。R_G1及びR_GE1が第1のトランジスタへの電流を変化させ、R_G2及びR_GE2が第2のトランジスタへの電流を変化させ、第1及び第2のトランジスタを熱的にバランスさせる。

本明細書に開示されるさらに別の実施形態によれば、複数のトランジスタの有効寿命の延長及び均一化のための方法が提供される。本方法は、トランジスタを並列に動作させるステップと、温度センサーによって各々のトランジスタの温度を測定するステップとを含む。さらに本方法は、トランジスタの平均温度を割り出すステップと、トランジスタの平均温度と各々のトランジスタの測定温度との間の温度差を割り出すステップとを含む。次いで、本方法は、各々のトランジスタを通過する電流を制御することによってトランジスタの測定温度を制御することでトランジスタを熱的にバランスさせるために、温度差に基づいて抵抗を変化させるステップを含む。1つ以上の構成において、本方法は、トランジスタのうちの1つ以上へのゲート抵抗を、温度差がゼロよりも大きい場合に、この1つ以上のトランジスタの測定温度を下げるべく増加させるステップと、トランジスタのうちの1つ以上へのゲート−エミッタ抵抗を、温度差がゼロよりも大きい場合に、この1つ以上のトランジスタの測定温度を下げるべく減少させるステップとをさらに含む。さらに本方法は、トランジスタのうちの1つ以上へのゲート抵抗を、温度差がゼロよりも小さい場合に、この1つ以上のトランジスタの測定温度を高めるべく減少させるステップと、1つ以上のトランジスタへのゲート−エミッタ抵抗を、温度差がゼロよりも小さい場合に、この1つ以上のトランジスタの測定温度を高めるべく増加させるステップとをさらに含むことができる。

上述した特徴、機能、及び利点は、本発明の種々の実施形態において別個独立に実現可能であり、或いは以下の説明及び図面に関連して詳細を見て取ることができるさらに別の実施形態に組み合わせることが可能である。

本明細書に提示される実施形態が、詳細な説明及び添付の図面から、より充分に理解されるであろう。

2つのトランジスタの電流を強制的に等しくすることで熱劣化の程度が相違する、並列に動作する2つのトランジスタを示す図である。 電流がバランスされていない図1の2つのトランジスタのスイッチング波形の一部を示す図である。 本明細書に開示の少なくとも1つの実施形態に従って等しい熱劣化を実現するために共通のゲートドライバ及びコントローラを利用する2つの並列トランジスタを備える電子回路の一構成を示す図である。 本明細書に開示の少なくとも1つの実施形態に従って等しい熱劣化を実現するために別々のゲートドライバ及びコントローラを利用する2つの並列トランジスタを備える電子回路の一構成を示す図である。 本明細書に開示の少なくとも1つの実施形態に従って等しい熱劣化を実現するために別々のゲートドライバ及びコントローラを利用する3つ以上の並列トランジスタを備える電子回路の一構成を示す図である。 本明細書に開示の少なくとも1つの実施形態による並列トランジスタシステムにおいて使用されるコントローラの一構成を示す図である。 本明細書に開示の少なくとも1つの実施形態に従ってコントローラによって並列トランジスタシステムを制御するためのフロー図の一構成を示す図である。 本明細書に開示の少なくとも1つの実施形態に従って等しい熱劣化を実現するために別々のゲートドライバ及びコントローラを利用するDC入力及び3相AC出力を備えかつ2つの並列インバータを有する電子回路の一構成を示す図である。 本明細書に開示の少なくとも1つの実施形態に従って等しい熱劣化を実現するために別々のゲートドライバ及びコントローラを利用する並列DC-DCコンバータを有する電子回路の一構成を示す図である。 本明細書に開示の少なくとも1つの実施形態に従って並列動作のトランジスタの有効寿命を延長及び均一化するための方法の一構成を示す図である。

本出願において提示される複数の図は、本発明の実施形態の変種及び種々の態様を示している。したがって、各々の図についての詳細な説明は、該当の図において認められる相違点を説明する。

以下の詳細な説明は、並列トランジスタの熱的なバランスに関し、より詳しくは、並列トランジスタの各々への電流を調節することによって各々のトランジスタの動作温度を等しくすることで、並列トランジスタの熱劣化を等しくすることに関する。本発明は、多数の異なる形式の実施形態を受け入れる余地を有する。具体的には、電気回路の1つ以上の構成が、並列なトランジスタの動作を、各々のトランジスタの温度が他のトランジスタの温度に等しくなり、或いは実質的に近付くように制御する。トランジスタの温度制御は、そのトランジスタが導く電流を、並列トランジスタが常に同じ熱的条件となり、したがって消耗及び経年劣化の速度が同じになり、したがってトランジスタシステムについてより良好な熱及び状態の管理が実現されるように、制御することによって達成される。

本発明の原理を、開示される特定の実施形態に限定しようとする意図は存在しない。トランジスタシステムは、任意の数のトランジスタを並列に有することができる。例えば、電子回路が、2つのトランジスタからなるシステム、3つのトランジスタからなるシステム、などを含むことができ、トランジスタは、任意の種類のトランジスタであってよい。トランジスタは、例えば、接合型電界効果トランジスタ（JFET）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）、又は絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（IGFET）などの電界効果トランジスタ（FET）であってよく、或いは絶縁ゲート型バイポーラートランジスタ（IGBT）などのバイポーラートランジスタであってよい。トランジスタのためのスイッチング制御信号を、論理回路又はコントローラによって生成することができる。1つ以上の確認においては、並列トランジスタが、ゲート駆動回路の実施例である。

以下の詳細な説明においては、以下の詳細な説明の一部を形成し、具体的な実施形態又は実施例をあくまでも例として示している添付の図面が参照される。ここで図面を参照し、本発明のいくつかの態様を提示する。図面において、類似の番号は、いくつかの図にまたがって類似の要素を表している。

図1が、DC入力電圧V_DCと、ゲートドライバ12及びゲートドライバ14のそれぞれによって並列に動作する第1のトランジスタT₁及び第2のトランジスタT₂とを有する電子回路10を示している。トランジスタT₁及びトランジスタT₂のそれぞれのゲートへの電流i_G1及びi_G2の導入は、外部的にトランジスタT₁及びT₂のドレイン−ソースのインピーダンスZ_G1（R_G1及びL_G1）及びZ_G2（R_G2及びL_G2）が異なる可能性があるため、異なってよい。また、トランジスタT₁及びトランジスタT₂のゲート信号も、異なってよい。内部的に、トランジスタT₁及びトランジスタT₂のオン抵抗及びゲート容量も、異なる可能性がある。トランジスタT₁及びトランジスタT₂は、インピーダンスZ_E1（R_E1及びL_E1）及びZ_E2（R_E2及びL_E2）によってゲート−エミッタ電圧V_GE1及びV_GE2をもたらし、トランジスタT₁及びT₂のトランジスタ電流i₁及びi₂が強制的に等しくされる場合、トランジスタT₁及びトランジスタT₂の温度は異なる。したがって、トランジスタT₁及びトランジスタT₂が被る熱劣化及び経年劣化の程度が異なる。

図2が、電子回路10のトランジスタT₁及びT₂について、トランジスタ電流i₁及びi₂がバランスされない場合のスイッチング波形の一部を示している。動的領域及び定常状態領域におけるトランジスタ電流i₁及びi₂の挙動は、電子回路10のトランジスタT₁及びT₂の製造の結果としての種々のパラメータに関係している。図2の非類似の波形に基づき、トランジスタT₁及びT₂の間で熱的条件をより良好にバランスさせるには、トランジスタT₁及びT₂の並列動作のより良好な制御が必要である。

図3が、トランジスタT₁及びT₂に駆動信号を供給するための1つの共通のゲートドライバ22と、トランジスタT₁及びT₂の等しい熱劣化を実現するためのコントローラ24とを利用する電子回路30を示している。1つ以上の他の構成は、トランジスタに駆動信号を供給するための別々であるが同期されたゲートドライバを備えることができる。電子回路30は、温度センサーT_pS₁及びT_pS₂をさらに備えている。温度センサーT_pS₁及びT_pS₂の各々は、トランジスタT₁及びT₂のどちらかに熱的に接続され、トランジスタT₁の測定温度T_pm1及びトランジスタT₂の測定温度T_pm2を表す第1及び第2の温度出力信号を生成する。コントローラ24が、各々の温度センサーT_pS₁、T_pS₂の各々の温度出力を監視する。温度出力に応答して、コントローラ24は、可変抵抗器の値を変化させるためのコントローラ出力をもたらす。例えば、トランジスタT₁に関して、コントローラ24は、ゲート抵抗R_G1を変化させるためにコントローラ出力C_G1をもたらし、ゲート−エミッタ抵抗R_GE1を変化させるためにコントローラ出力C_GE1をもたらす。トランジスタT₂に関して、コントローラ24は、ゲート抵抗R_G2を変化させるためにコントローラ出力C_G2をもたらし、ゲート−エミッタ抵抗R_GE2を変化させるためにコントローラ出力C_GE2をもたらす。コントローラ出力C_G1、C_G2、C_GE1、及びC_GE2が、R_G1をまたぐ電圧、R_GE1をまたぐ電圧、R_G2をまたぐ電圧、及びR_GE2をまたぐ電圧を調節し、したがってコントローラ出力C_G1、C_G2、C_GE1、及びC_GE2が、R_G1を横切る電流、R_GE1を横切る電流、R_G2を横切る電流、及びR_GE2を横切る電流を調節する。R_G1、R_G2、R_GE1、及びR_GE2の値を変更することによって、V_GE1、V_GE2、i_G1、及びi_G2の値が変化し、これがトランジスタT₁、T₂を熱的にバランスさせるような動的領域及び定常状態領域の両方におけるトランジスタ電流i₁及びi₂の変化をもたらす。熱的にバランスさせられたとき、各々のトランジスタT₁、T₂の温度が、トランジスタT₁、T₂が導くトランジスタ電流i₁、i₂が異なるときに実質的に同じになる。換言すると、トランジスタT₁、T₂が、トランジスタ電流i₁、i₂がバランスさせられていないときに熱的にバランスさせられる。

コントローラ24は、温度センサーT_pS₁、T_pS₂によってもたらされる温度出力に基づいてトランジスタT₁、T₂の測定温度T_pm1、T_pm2を割り出し、そこからトランジスタT₁、T₂の平均温度Tp_aveを割り出すように構成される。温度差ΔTpが、トランジスタT₁、T₂の平均温度Tp_aveと各々のトランジスタT₁、T₂の測定温度T_pm1、T_pm2との間の差に基づいて算出される。コントローラ出力C_G1、C_G2、C_GE1、及びC_GE2が、各々のトランジスタT₁、T₂の温度差ΔTpに基づいてもたらされる。コントローラ24は、トランジスタT₁、T₂などのトランジスタシステムのトランジスタのうちの1つ以上へのゲート抵抗R_G1、R_G2を、温度差ΔTpがゼロよりも大きい場合に、トランジスタT₁、T₂の測定温度T_pm1、T_pm2を下げるべく増加させる。また、コントローラ24は、トランジスタT₁、T₂などのトランジスタシステムの複数のトランジスタのうちの1つ以上へのゲート−エミッタ抵抗R_GE1、R_GE2を、温度差ΔTpがゼロよりも大きい場合に、トランジスタT₁、T₂の測定温度T_pm1、T_pm2を下げるべく減少させる。コントローラ24は、トランジスタT₁、T₂へのゲート抵抗R_G1、R_G2を、温度差ΔTpがゼロよりも小さい場合に、トランジスタT₁、T₂の測定温度T_pm1、T_pm2を高めるべく減少させる。コントローラ24は、トランジスタT₁、T₂へのゲート−エミッタ抵抗を、温度差ΔTpがゼロよりも小さい場合に、トランジスタT₁、T₂の測定温度T_pm1、T_pm2を高めるべく増加させる。

図4が、トランジスタT₁、T₂に駆動信号を供給するために別々であるが同期したゲートドライバ22、26を利用して、トランジスタT₁、T₂の等しい熱劣化を実現する電子回路40を示している。電子回路40は、2つのゲートドライバ22、26が用いられている点を除き、電子回路30と同様である。図5が、図4の電子回路40の拡張となる構成の電子回路50を示している。電子回路50は、3つ以上の並列トランジスタを備え、ここでNが、並列トランジスタの数を表している。電子回路50のすべてのゲートドライバが、同期されている。コントローラ24のコントローラ出力C_G1、C_G2、・・・、C_GN、C_GE1、C_GE2、・・・、C_GENが、各々のトランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nの温度差ΔTpに基づいてもたらされる。R_G1、R_G2、・・・、R_GN、R_GE1、R_GE2、・・・、R_GENの値を変更することによって、V_GE1、V_GE2、・・・、V_GEN、i_G1、i_G2、・・・、i_GNの値が変化し、これがトランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nを熱的にバランスさせるような動的領域及び定常状態領域の両方におけるトランジスタ電流i₁、i₂、・・・、i_Nの変化をもたらす。

図6が、コントローラ24の一構成を示している。測定温度Tp_m1、Tp_m2、・・・、Tp_mNが、温度センサーTpS₁、TpS₂、・・・、TpS_Nによって検出される。トランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nの平均温度Tp_avgが、測定温度Tp_m1、Tp_m2、・・・、Tp_mNを平均することによって算出される。各々のトランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nの温度差ΔTpが、平均温度Tp_avgから各々のトランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nの測定温度Tp_m1、Tp_m2、・・・、Tp_mNを引き算することによって算出される。次いで、温度差ΔTp_m1、ΔTp_m2、・・・、ΔTp_mNが、比例積分微分（PID）コントローラPID-1a、PID-1b、PID-2a、PID-2b、・・・、PID-Na、PID-Nbにもたらされ、コントローラ出力C_G1、C_GE1、C_G2、C_GE2、・・・、C_GN、C_GENがそれぞれ生成される。コントローラ出力C_G1、C_GE1、C_G2、C_GE2、・・・、C_GN、C_GENが、各々のトランジスタT₁、T₂、・・・、T_NのR_G1、R_GE1、R_G2、R_GE2、・・・、R_GN、R_GENの値を制御する。ここで、既存の一般的なPIDコントローラの技術を適用することができる。これらのPIDコントローラ機能は、出力変数の調節を通じて温度差ΔTp_m1、ΔTp_m2、・・・、ΔTp_mNを最小化してゼロに近付けることにあり、したがって測定温度Tp_m1、Tp_m2、・・・、Tp_mNが監視され、それらの平均温度に等しくされ、すなわちトランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nの温度が互いに等しくなるように制御される。飽和ブロックS_1a、S_1b、・・・、S_Na、S_Nbが、PIDの出力をあらかじめ指定される範囲に抑えるために使用される。

図7が、図6のコントローラ24に対応する制御フロー図100の一構成を示している。制御フロー図100は、ブロック102において、コントローラ出力C_GK、C_GEKの上限及び下限を取得することによって始まり、ここでk＝1、2、・・・、Nであり、Nはトランジスタシステムにおける並列トランジスタの総数に等しい。ブロック104において、各々のトランジスタについて測定温度Tp_mkが割り出され、ブロック106において、トランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nのグループの平均温度Tp_ave及び各々のトランジスタの温度差ΔTp_mkが算出される。ブロック108が、最初にk＝1を割り当て、判定ブロック110においてΔTp_mkがゼロよりも大きい場合、制御フロー図は「はい（YES）」の分岐に沿ってブロック112に進み、ブロック112においてコントローラ出力C_Gkが増やされ、したがってこの特定のトランジスタの温度が上昇する。判定ブロック110においてΔTp_mkがゼロ以下である場合、制御フロー図は、「いいえ（NO）」の分岐に沿って判定ブロック114に進む。判定ブロック114においてΔTp_mkがゼロ未満である場合、制御フロー図100は「はい」の分岐に沿ってブロック116に進み、ブロック116においてコントローラ出力C_Gkが減らされ、したがってこの特定のトランジスタの温度が低下する。しかしながら、ΔTp_mkがゼロよりも大きくなく、小さくもない場合、ΔTp_mkはほぼゼロに等しいに相違なく、すなわち特定のトランジスタの測定温度Tp_mが、トランジスタのシステムの平均温度Tp_aveとほぼ同じであることを示している。そのような場合、制御フロー図100はブロック118に進み、次のトランジスタに段階が進められる。ブロック118から、制御フロー図100は、k≦Nであるか否かを判断する判定ブロック120に進む。否である場合、処理は「いいえ」の分岐を辿ってブロック104に戻り、トランジスタシステムを継続的に熱的にバランスさせるために、トランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nの測定温度Tp_mkが再び割り出される。判定ブロック120においてkがN以下である場合、処理は上述の判定ブロック110の直前に戻る。

ブロック112に示されるように、トランジスタの温度を高めるために、コントローラ出力C_Gkが増やされる。次いで、判定ブロック122において、コントローラ出力C_Gkがコントローラ出力C_Gkの最大値よりも大きい場合、「はい」の分岐を辿ってブロック124に進み、コントローラ出力C_Gkがコントローラ出力C_Gkの最大値に等しく設定される。コントローラ出力C_Gkがコントローラ出力C_Gkの最大値以下である場合、「いいえ」の分岐を辿ってブロック126に進み、コントローラ出力C_GEkが減らされる。判定ブロック128においてコントローラ出力C_GEkがコントローラ出力C_GEkの最小値よりも小さい場合、「はい」の分岐を辿ってブロック130に進み、コントローラ出力C_GEkがR_GEkの最小値に等しく設定される。ブロック130から、処理は上述のブロック118に続く。コントローラ出力C_GEkがコントローラ出力C_GEkの最小値以上である場合、「いいえ」の分岐を辿ってブロック118に直接進む。

ブロック116に示されるように、トランジスタの温度を下げるために、コントローラ出力C_Gkが減らされる。次に、判定ブロック132において、コントローラ出力C_Gkがコントローラ出力C_Gkの最小値よりも小さい場合、「はい」の分岐を辿ってブロック134に進み、コントローラ出力C_Gkがコントローラ出力C_Gkの最小値に等しく設定される。コントローラ出力C_Gkがコントローラ出力C_Gkの最小値以上である場合、「いいえ」の分岐を辿ってブロック136に進み、コントローラ出力C_GEkが増やされる。判定ブロック138においてコントローラ出力C_GEkがC_GEkの最大値よりも大きい場合、「はい」の分岐を辿ってブロック140に進み、コントローラ出力C_GEkがR_GEkの最小値に等しく設定される。ブロック140から、処理は上述のブロック118に続く。コントローラ出力C_GEkがコントローラ出力C_GEkの最大値以下である場合、「いいえ」の分岐を辿ってブロック118に直接進む。

図8が、2つの並列インバータ82、84を有しており、別々のゲートドライバ22、26と、コントローラ24とを利用して、並列インバータ82、84の等しい熱劣化を実現する電子回路80の一構成を示している。各々のインバータ82、84は、特定の構成にて接続されたいくつかのトランジスタを備え、昇圧又は降圧コンバータのいずれかであってよい。インバータ82、84を備える電子回路80が、並列に動作するトランジスタT₁、T₂だけを描いているが、インバータ82、84の他のトランジスタT₃、T₄、T₅、T₆、T₇、T₈、T₉、T₁₀、T₁₁、及びT₁₂の組も、並列に動作させることができ、トランジスタシステムの熱的なバランスのためにコントローラ24からのコントローラ出力によって制御されてよい。また、3つ以上のインバータを並列に動作させることも可能である。

図9が、コンデンサーC₁、C₂、コイルL₁、L₂、及びダイオードD₁、D₂を有する並列なDC-DCコンバータを備える電子図90の一構成を示している。並列なDC-DCコンバータは、並列なDC-DCコンバータの等しい熱劣化を実現するために、別々のゲートドライバ22、26と、コントローラ24とを利用する。3つ以上のDC-DCコンバータを、同様に並列に動作させることができ、DC-DCコンバータを熱的にバランスさせるようにコントローラ24からのコントローラ出力によって制御することができる。

図10が、複数のトランジスタの有効寿命の延長及び均一化のための方法200を示している。特に示されない限り、図面に示され本明細書において説明される工程よりも多数又は少数の工程を実行することができる。さらに、特に示されない限り、これらの工程は、本明細書において説明される順序とは異なる順序で実行されてもよい。

方法200は、複数のトランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nを並列に動作させる工程210において始まる。次に、ブロック220において、各々のトランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nの温度が、温度センサーTpS₁、TpS₂、・・・、TpS_Nによって測定される。ブロック230において、本方法は、トランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nの平均温度Tp_aveを割り出す。ブロック240において、本方法は、トランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nのシステムの平均温度Tp_aveと各々のトランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nの測定温度Tpとの間の温度差ΔTpを割り出す。本方法のブロック250において、各々のトランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nを通過する電流i₁、i₂、・・・、i_Nを制御することによって各々のトランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nの測定温度Tpを制御することでトランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nを熱的にバランスさせるために、抵抗R_G1、R_G2、・・・、R_GN、R_GE1、R_GE2、・・・、R_GENの値が、温度差ΔTpに基づいて変更される。

方法200は、各々のトランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nの温度差に基づいてコントローラ出力C_G1、C_GE1、C_G2、C_GE2、・・・、C_GN、C_GENをもたらす工程と、トランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nのうちの1つ以上へのゲート抵抗R_G1、R_G2、・・・、R_GNを、温度差ΔTpがゼロよりも大きい場合に、各トランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nの測定温度Tpを下げるべく増加させる工程と、トランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nへのゲート−エミッタ抵抗R_GE1、R_GE2、・・・、R_GENを、温度差ΔTpがゼロよりも大きい場合に、各トランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nの測定温度Tpを下げるべく減少させる工程とをさらに含むことができる。

方法200は、トランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nのうちの1つ以上へのゲート抵抗R_G1、R_G2、・・・、R_GNを、温度差ΔTpがゼロよりも小さい場合に、1つ以上のトランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nの各々の測定温度Tpを高めるべく減少させる工程と、トランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nのうちの1つ以上へのゲート−エミッタ抵抗R_GE1、R_GE2、・・・、R_GENを、温度差ΔTpがゼロよりも小さい場合に、1つ以上のトランジスタT₁、T₂、・・・、T_Nの各々の測定温度Tpを高めるべく増加させる工程とをさらに含むことができる。

さらに、本発明は、以下の条項による実施形態を含む。

条項1：温度制御を備える電子回路であって、並列に動作するように構成された複数のトランジスタと、各々が前記複数のトランジスタの各々に熱的に接続され、前記複数のトランジスタの各々の温度を表す温度出力信号を生成する複数の温度センサーと、前記複数の温度センサーの各々のそれぞれの温度出力信号を監視し、該温度出力に応答して前記複数のトランジスタの各々に関するゲート抵抗R_G及びゲート−エミッタ抵抗R_GEを変化させるコントローラ出力をもたらすコントローラと、を備え、各々のゲート抵抗R_G及び各々のゲート−エミッタ抵抗R_GEがそれぞれ前記複数のトランジスタの各々への電流を変化させ、前記複数のトランジスタを熱的にバランスさせる電子回路。

条項2：前記複数のトランジスタのうちの1つ以上に駆動信号を供給するように構成された少なくとも1つのゲートドライバをさらに備える条項1に記載の電子回路。

条項3：前記少なくとも1つのゲートドライバが、前記複数のトランジスタの各々に駆動信号を供給するように構成された共通のゲートドライバである条項1に記載の電子回路。

条項4：前記少なくとも1つのゲートドライバが、前記複数のトランジスタの各々に駆動信号を供給する別々であるが同期されたゲートドライバを含む条項1に記載の電子回路。

条項5：前記複数のトランジスタが、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを備える2トランジスタシステムであり、前記温度センサーが、前記第1及び第2のトランジスタにそれぞれ熱的に接続された第1及び第2の温度センサーを含み、前記コントローラが、前記第1のトランジスタの温度を表す第1の温度出力信号及び前記第2のトランジスタの温度を表す第2の温度出力信号に応答してコントローラ出力をもたらし、該コントローラ出力は、前記第1のトランジスタに関するゲート抵抗R_G1及びゲート−エミッタ抵抗R_GE1をそれぞれ変化させるコントローラ出力C_G1及びC_G2を含み、前記第2のトランジスタに関するゲート抵抗R_G2及びゲート−エミッタ抵抗R_GE2をそれぞれ変化させるコントローラ出力C_GE1及びC_GE2をさらに含む条項1に記載の電子回路。

条項6：前記コントローラ出力が、R_G1をまたぐ電圧、R_GE1をまたぐ電圧、R_G2をまたぐ電圧、及びR_GE2をまたぐ電圧を調節する条項1に記載の電子回路。

条項7：前記コントローラ出力が、抵抗器R_G1を横切る電流、抵抗器R_GE1を横切る電流、抵抗器R_G2を横切る電流、及び抵抗器R_GE2を横切る電流を調節する条項1に記載の電子回路。

条項8：前記コントローラが、前記温度センサーによってもたらされる前記温度出力に基づいて前記複数のトランジスタの各々の温度を割り出し、前記複数のトランジスタの各々の温度に基づいて前記複数のトランジスタの平均温度を割り出し、前記複数のトランジスタの各々の平均温度と前記複数のトランジスタの各々の温度との間の温度差を割り出すように構成されており、前記コントローラ出力が、前記複数のトランジスタの各々の温度差に基づいてもたらされる条項1に記載の電子回路。

条項9：前記複数のトランジスタの各々の温度が実質的に同じであり、前記複数のトランジスタの各々が導く電流が、前記複数のトランジスタを熱的にバランスさせるために異なっている条項1に記載の電子回路。

条項10：前記コントローラが、前記複数のトランジスタのうちの1つ以上のトランジスタへのゲート抵抗を、温度差がゼロよりも大きい場合に、前記複数のトランジスタのうちの該1つ以上のトランジスタの温度を下げるために、増加させるように構成されている条項1に記載の電子回路。

条項11：前記コントローラが、前記複数のトランジスタのうちの1つ以上のトランジスタへのゲート−エミッタ抵抗を、前記温度差がゼロよりも大きい場合に、前記複数のトランジスタのうちの該1つ以上のトランジスタの温度を下げるために、減少させるように構成されている条項10に記載の電子回路。

条項12：前記コントローラが、前記複数のトランジスタのうちの1つ以上のトランジスタへのゲート抵抗を、温度差がゼロよりも小さい場合に、前記複数のトランジスタのうちの該1つ以上のトランジスタの温度を高めるために、減らすように構成されている条項1に記載の電子回路。

条項13：前記コントローラが、前記複数のトランジスタのうちの1つ以上のトランジスタへのゲート−エミッタ抵抗を、前記温度差がゼロよりも小さい場合に、前記複数のトランジスタのうちの該1つ以上のトランジスタの温度を高めるために、増加させるように構成されている条項12に記載の電子回路。

条項14：前記複数のトランジスタが、熱的にバランスさせられ、電流に関してはバランスさせられていない条項1に記載の電子回路。

条項15：前記複数のトランジスタのうちの一部分が、第1のインバータに対応し、前記複数のトランジスタのうちの別の一部分が、第2のインバータに対応し、前記第1のインバータ及び前記第2のインバータが、並列に動作するように構成され、前記第1のインバータの少なくとも1つのトランジスタが、前記第2のインバータの少なくとも1つのトランジスタと並列に動作するように構成されている条項1に記載の電子回路。

条項16：前記複数のトランジスタのうちの一部分が、第1のDC-DCコンバータに対応し、前記複数のトランジスタのうちの別の一部分が、第2のDC-DCコンバータに対応し、前記第1及び第2のDC-DCコンバータが、並列に動作するように構成され、前記第1のDC-DCコンバータの少なくとも1つのトランジスタが、前記第2のDC-DCコンバータの少なくとも1つのトランジスタと並列に動作するように構成されている条項1に記載の電子回路。

条項17：温度制御を有する2トランジスタシステムであって、
並列に動作するように構成された第1のトランジスタ及び第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタに熱的に接続され、前記第1のトランジスタの第1の測定温度を表す第1の温度出力信号を生成する第1の温度センサー、及び前記第2のトランジスタに熱的に接続され、前記第2のトランジスタの第2の測定温度を表す第2の温度出力信号を生成する第2の温度センサーと、
前記第1及び第2の温度出力を監視し、該第1及び第2の温度出力に応答して前記第1のトランジスタに関する第1のゲート抵抗R_G1及び第1のゲート−エミッタ抵抗R_GE1並びに前記第2のトランジスタに関する第2のゲート抵抗R_G2及び第2のゲート−エミッタ抵抗R_GE2を変化させるコントローラ出力をもたらすコントローラと
を備え、
前記第1のゲート抵抗R_G1及び前記第1のゲート−エミッタ抵抗R_GE1が前記第1のトランジスタへの電流を変化させ、前記第2のゲート抵抗R_G2及び前記第2のゲート−エミッタ抵抗R_GE2が前記第2のトランジスタへの電流を変化させ、前記第1及び第2のトランジスタを熱的にバランスさせる2トランジスタシステム。

条項18：前記コントローラが、前記第1及び第2のトランジスタの前記第1及び第2の測定温度に基づいて前記第1及び第2のトランジスタの各々の平均温度を割り出し、前記第1及び第2のトランジスタの平均温度と前記第1及び第2のトランジスタの前記第1及び第2の測定温度との間の温度差を割り出すように構成されており、前記コントローラ出力が、前記第1及び第2のトランジスタの各々の前記温度差に基づいてもたらされる条項17に記載の2トランジスタシステム。

条項19：前記第1及び第2のトランジスタに駆動信号を供給するための別々であるが同期されたゲートドライバをさらに備えている条項17に記載の2トランジスタシステム。

条項20：前記コントローラが、前記第1及び第2のトランジスタへの第1及び第2のゲート抵抗R_G1、R_G2を、温度差がゼロよりも大きい場合に、前記第1及び第2のトランジスタの前記第1及び第2の測定温度を下げるために、増加させるように構成され、さらに前記コントローラが、前記第1及び第2のトランジスタへの第1及び第2のゲート−エミッタ抵抗R_GE1、R_GE2を、前記温度差がゼロよりも大きい場合に、前記第1及び第2のトランジスタの前記第1及び第2の測定温度を下げるために、減少させるように構成されている条項17に記載の2トランジスタシステム。

条項21：前記コントローラが、前記第1及び第2のトランジスタへの第1及び第2のゲート抵抗R_G1、R_G2を、温度差がゼロよりも小さい場合に、前記第1及び第2のトランジスタの前記第1及び第2の測定温度を高めるために、減少させるように構成され、さらに前記コントローラが、前記第1及び第2のトランジスタへの第1及び第2のゲート−エミッタ抵抗R_GE1、R_GE2を、前記温度差がゼロよりも小さい場合に、前記第1及び第2のトランジスタの前記第1及び第2の測定温度を高めるために、増加させるように構成されている条項17に記載の2トランジスタシステム。

条項22：複数のトランジスタの有効寿命の延長及び均一化のための方法であって、
複数のトランジスタを並列に動作させるステップと、
温度センサーによって前記複数のトランジスタの各々の測定温度を測定するステップと、
前記複数のトランジスタの平均温度を割り出すステップと、
前記複数のトランジスタの前記平均温度と前記複数のトランジスタの各々の前記測定温度との間の温度差を割り出すステップと、
前記複数のトランジスタの各々を通過する電流を制御することによって前記複数のトランジスタの各々の前記測定温度を制御することで前記複数のトランジスタを熱的にバランスさせるために、前記温度差に基づいて抵抗を変化させるステップと
を含む方法。

条項23：前記複数のトランジスタの各々の前記温度差に基づいてコントローラ出力をもたらすステップをさらに含む条項22に記載の方法。

条項24：前記複数のトランジスタのうちの1つ以上のトランジスタへのゲート抵抗を、前記温度差がゼロよりも大きい場合に、前記複数のトランジスタのうちの該1つ以上のトランジスタの前記測定温度を下げるべく、増加させるステップ
をさらに含む条項22に記載の方法。

条項25：前記複数のトランジスタのうちの1つ以上のトランジスタへのゲート−エミッタ抵抗を、前記温度差がゼロよりも大きい場合に、前記複数のトランジスタのうちの該1つ以上のトランジスタの前記測定温度を下げるべく、減少させるステップ
をさらに含む条項22に記載の方法。

条項26：前記複数のトランジスタのうちの1つ以上のトランジスタへのゲート抵抗を、前記温度差がゼロよりも小さい場合に、前記複数のトランジスタのうちの該1つ以上のトランジスタの前記測定温度を高めるべく、減少させるステップ
をさらに含む条項22に記載の方法。

条項27：前記複数のトランジスタのうちの1つ以上のトランジスタへのゲート−エミッタ抵抗を、前記温度差がゼロよりも小さい場合に、前記複数のトランジスタのうちの該1つ以上のトランジスタの前記測定温度を高めるべく、増加させるステップ
をさらに含む条項22に記載の方法。

上述した主題は、あくまでも例示として提示されており、本発明を限定するものとして解釈されてはならない。本明細書において述べた主題について、図示及び説明した典型的な実施形態及び用途に従うことなく、かつ以下の特許請求の範囲に記載される本発明の真の技術的思想及び技術的範囲から離れることなく、種々の改良及び変更が可能である。

10 電子回路
12 ゲートドライバ
14 ゲートドライバ
22 ゲートドライバ
24 コントローラ
26 ゲートドライバ
30 電子回路
40 電子回路
50 電子回路
80 電子回路
82 並列インバータ
84 並列インバータ
90 電子回路

Claims (10)

1. 温度制御を備える電子回路であって、
   並列に動作するように構成された複数のトランジスタと、
   各々が前記複数のトランジスタの各々に熱的に接続され、前記複数のトランジスタの各々の温度を表す温度出力信号を生成する複数の温度センサーと、
   前記複数の温度センサーの各々のそれぞれの温度出力信号を監視し、該温度出力に応答して前記複数のトランジスタの各々に関するゲート抵抗R_G及びゲート−エミッタ抵抗R_GEを変化させるコントローラ出力をもたらすコントローラと
   を備え、
   各々のゲート抵抗R_G及び各々のゲート−エミッタ抵抗R_GEがそれぞれ前記複数のトランジスタの各々への電流を変化させ、前記複数のトランジスタを熱的にバランスさせる電子回路。
2. 前記複数のトランジスタのうちの1つ以上に駆動信号を供給するように構成された少なくとも1つのゲートドライバ
   をさらに備える請求項1に記載の電子回路。
3. 前記コントローラ出力が、抵抗器R_G1をまたぐ電圧、抵抗器R_GE1をまたぐ電圧、抵抗器R_G2をまたぐ電圧、及び抵抗器R_GE2をまたぐ電圧を調節する請求項1又は2に記載の電子回路。
4. 前記コントローラが、前記複数のトランジスタのうちの1つ以上のトランジスタへのゲート抵抗を、温度差がゼロよりも大きい場合に、前記複数のトランジスタのうちの該1つ以上のトランジスタの温度を下げるために、増加させるように構成されている請求項1から3のいずれか一項に記載の電子回路。
5. 前記コントローラが、前記複数のトランジスタのうちの1つ以上のトランジスタへのゲート−エミッタ抵抗を、前記温度差がゼロよりも大きい場合に、前記複数のトランジスタのうちの該1つ以上のトランジスタの温度を下げるために、減少させるように構成されている請求項4に記載の電子回路。
6. 前記複数のトランジスタが、熱的にバランスさせられ、電流に関してはバランスさせられていない請求項1から4のいずれか一項に記載の電子回路。
7. 2つのトランジスタを有する温度制御付きのシステムであって、
   並列に動作するように構成された第1のトランジスタ及び第2のトランジスタと、
   前記第1のトランジスタに熱的に接続され、前記第1のトランジスタの第1の測定温度を表す第1の温度出力信号を生成する第1の温度センサー、及び前記第2のトランジスタに熱的に接続され、前記第2のトランジスタの第2の測定温度を表す第2の温度出力信号を生成する第2の温度センサーと、
   前記第1及び第2の温度出力を監視し、該第1及び第2の温度出力に応答して前記第1のトランジスタに関する第1のゲート抵抗R_G1及び第1のゲート−エミッタ抵抗R_GE1並びに前記第2のトランジスタに関する第2のゲート抵抗R_G2及び第2のゲート−エミッタ抵抗R_GE2を変化させるコントローラ出力をもたらすコントローラと
   を備え、
   前記第1のゲート抵抗R_G1及び前記第1のゲート−エミッタ抵抗R_GE1が前記第1のトランジスタへの電流を変化させ、前記第2のゲート抵抗R_G2及び前記第2のゲート−エミッタ抵抗R_GE2が前記第2のトランジスタへの電流を変化させ、前記第1及び第2のトランジスタを熱的にバランスさせるシステム。
8. 複数のトランジスタの有効寿命の延長及び均一化のための方法であって、
   複数のトランジスタを並列に動作させるステップと、
   温度センサーによって前記複数のトランジスタの各々の測定温度を測定するステップと、
   前記複数のトランジスタの平均温度を割り出すステップと、
   前記複数のトランジスタの前記平均温度と前記複数のトランジスタの各々の前記測定温度との間の温度差を割り出すステップと、
   前記複数のトランジスタの各々を通過する電流を制御することによって前記複数のトランジスタの各々の前記測定温度を制御することで前記複数のトランジスタを熱的にバランスさせるために、前記温度差に基づいて抵抗を変化させるステップと
   を含む方法。
9. 前記複数のトランジスタのうちの1つ以上のトランジスタへのゲート抵抗を、前記温度差がゼロよりも大きい場合に、前記複数のトランジスタのうちの該1つ以上のトランジスタの前記測定温度を下げるべく増加させるステップ
   をさらに含む請求項8に記載の方法。
10. 前記複数のトランジスタのうちの1つ以上のトランジスタへのゲート抵抗を、前記温度差がゼロよりも小さい場合に、前記複数のトランジスタのうちの該1つ以上のトランジスタの前記測定温度を高めるべく減少させるステップ
    をさらに含む請求項8又は9に記載の方法。

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