JP2017534237A - 抵抗器エミュレーション及びゲートブースト - Google Patents
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Abstract
Description
−電流源が、有効抵抗を制御するために、どのようにしてフィードバックで使用され得るかを示す、エミュレートされる抵抗器のための回路、
−異常な条件下で保護するために高いdi/dtを検出することを包含する、導電損失を減少させるためのゲートブースト、
−特定の状態で時間を測定することによってdv/dtを制御し、抵抗を一定に保持するために変更するための方法及び装置、
−高いDCリンク電圧、クランプレベル及びアルゴリズムを可能にするための適応手順、
−(ゲート電圧フィードバックモードにあるときに無効にされ得る)抵抗器のように挙動する電流源、
−短絡化でデバイスを保護するゲート電圧フィードバックループ、
−負荷電流を測定し、ドライブ特性を適合させることによってdv/dtを制御するための方法、
−DCリンク電圧、電圧測定からのフィードバック、dv/dt測定及び/又はdi/dt測定に応じて制御ループ内で適切な抵抗器を選択することによって過電圧を阻止するための方法のような、概念及び関連する実施例を記載している。
エミュレーション
典型的な実装では、Ron及びRoffが、物理的な抵抗器である。場合によっては、はんだ付けなしに抵抗器を変更し得ることが望ましい。したがって、当該抵抗器が、ソフトウェア制御下で動作中に静的に又は動的に変更され得るように、当該抵抗器をプログラマブルにすることが有益であり得る。
この手法は、状況によっては望ましいかもしれない。しかしながら、幾つかの欠点が存在する。第一に、抵抗器の値の(10通りよりも多い)妥当な組み合わせを提供するためには、非常に多くの部品が必要とされ得る。このことは、基板の面積を非常に大きくし得る。また、幾つかの部品が、特定の実装内で永久にオフにされ得るので、出力段内のトランジスタ及び抵抗器の電力損失が、全ての部品にわたって均等に分散され得ない。このことは、部品を過大に仕様決定する結果につながる。すると、当該部品の過大な仕様決定は、基板の面積及び/又はコストを増大させる。
dv/dtに関する制御
図11に例示されている典型的な電力変換装置が、複数のパワースイッチ、例えばIGBT(U1〜U4)と、1つの負荷(L1)と、当該電力変換装置で発生する電圧を保持する1つのコンデンサバンク(C1)(DCリンク)とを有し得る。図11は、負荷L1をドライブするための1つのフルブリッジ回路を提供する2つのハーフブリッジ回路(U1/D1+U2/D2及びU3/D3+U4/D4)を示すとみなされ得る。したがって、U1及びU2(同様にU3,U4)が、1つのハーフブリッジ回路の第1パワースイッチと第2パワースイッチとの直列接続を提供する。図11では、それぞれのパワースイッチが、オプションのフリーホイーリングダイオード(D1〜D4)に逆並列に結合されている。
−フェーズ2の開始が、di/dtセンサでdi/dt(電流iは、例えばコレクタ電流である)の(一般に小さい)正の測定値を検出することによって表示され得る。一実施例では、このような測定は、エミッタの漂遊インダクタンスにわたって降下する電圧を表示し得る、
−フェーズ3の開始が、電流、例えばコレクタ電流の変化率の方向の反転を検出することによって表示され得る。このような反転は、当該di/dtが負になるときに発生する、
−パワースイッチに印加する電圧(例えば、IGBTのVce)が、閾値、例えば10Vを下回るときに、フェーズ4の開始が検出され得る、及び/又は、
−di/dtが負になるときに、フェーズ8の開始が検出され得る。di/dtが負の閾値を下回るときを検出することによって、フェーズ8の終了が表示され得る。一実施例では、このことは、電流が変化していないことを示している。
クランピング
電力変換装置では、一般に、DCバス電圧(Vdc)と電流の変化率(di/dt)と転流ループインダクタンス(L)とパワー半導体によって体現されるピーク電圧(Vpeak)とが、ターンオフ時に或る関係にある。当該関係は、方程式Vpeak=Vdc+Ldi/dtで表現される。好ましくは、当該ピーク電圧が、IGBT最大定格未満に保持される。当該インダクタンスが、所定のレイアウトトポロジーに対して固定される。最大許容DCバス電圧と最大スイッチング速度(di/dt)とは、トレードオフの関係にある。
−TVSチェーンの電力損失が制限される。このことは、当該クランプ回路が専ら定期的に使用され得るにすぎず、連続動作に対しては一般に適しないことを意味する。
−電流と降伏電圧との間の関係(TVSが導通を開始する地点)が、広い公差を有する。また、当該降伏電圧は、温度と共に変化する。このことは、クランプ電圧を正確に確保することが困難であり、ディレーティングが必要とされる結果、他の場合で要求されるよりも低い最大DCバス電圧になることを意味する。
−互いに対向している2つの回路が、過度の電力損失を引き起こすことを阻止するため、TVSチェーンに通電する電流を検出し、ドライブ回路を遮断することが必要である(これは、アドバンストアクティブクランピングとして知られている)。
−ターンオフ中にIGBTを保護するために要求されるクランプ電圧が、低すぎて電力変換装置の正常な動作を不可能にする。TVSチェーンを遮断することは可能でない。それ故に、回避策は、IGBTがオフであるときに、クランプ電圧が上昇され得るように、2レベルクランプ(2−level clamp)を使用することである。
−高圧TVSチェーンの沿面(creepage)及び間隙(複数の部品間の間隔)は、必要とされる基板面積が重要であることを意味する。アドバンストアクティブクランピングと2レベルターンオンとの複雑さが増すにつれて、当該面積は一層大きくなる。
ゲートブースト
導電損失を減少させるためには、デバイスが導通状態にあるときに、パワースイッチの制御端子、例えばIGBTゲートを、最高許容電圧に保持することが望ましい。その際、ゲートドライブが、高い電流を検出し、IGBTを短絡耐量時間内に安全にターンオフすることが望ましい。
さらなるコメント
特に、ここでは、ただ1つの実施例が、表題の「エミュレーション」、「dV/dtに関する制御」、「クランピング」及び「ゲートブースト」の下で、上記のような技術又は回路のうちのいずれか1つ又は複数の技術又は回路を実行し得る。
−ソフトウェアによって制御され得る1つの回路内の様々な抵抗器をエミュレートするための機能。したがって、複数の段が必要とされない。
−好ましくは、短絡下にあるデバイスを依然として保護しつつ、導電損失を減少させる。
−例えば、所定のdv/dtに対する損失の改良されたトレードオフによって、導電損失を減少させる。
−電動機巻線を、絶縁劣化を引き起こす高いdv/dtから保護する。
−例えば、電力変換装置をより高いDCリンク電圧で動作させることによる、電力変換装置におけるより大きい電力スループット。
−ドライブ電流の特定の推移にわたるスイッチング損失の減少した又はより良好な妥協。
−例えば、ゲート電圧をブーストすることによる、減少した導電損失。
−トランゾーブを不要とする改良された過電圧クランプ。
−ターンオン抵抗器及び/又はターンオフ抵抗器のエミュレーション。
−工場又は現場で設定され得る構成要素の使用による、商品バリエーションの削減。
−例えば、複数の機能を組み込む設計による、削減されたコスト及び/又は減少した基板面積。
−例えば、サイクルごとに基づいて適合し得ることによる、一定の立ち上がり/立ち下がり時間(dv/dt)。
−例えば、サイクルごとに基づいて適合し得ることによる、過電圧クランピングの制限。
−制御端子基準電圧を供給するための制御可能な1つの電圧源と、
−前記制御端子基準電圧にしたがって前記パワースイッチの前記制御端子の電圧を制御するために、前記制御端子の電圧を変更する出力信号を供給するように構成された1つの電圧制御回路と、
−前記パワースイッチの電流又は電圧のうちの少なくとも1つの電流又は電圧の変化率を示す信号を生成し、このパワースイッチドライバの出力回路のインピーダンスの減少を示す前記信号に応じて、前記制御端子基準電圧を減少させて、制御される電圧を減少させるために前記制御可能な電圧源を制御する1つのフィードバック回路とを有する。
−前記パワースイッチのターンオンを指示するためにターンオン信号を受信するための1つの入力ラインを有する。この場合、
−前記電圧制御回路が、前記ターンオン信号に応じて、前記制御端子の電圧をブースト電圧に上昇させるように構成されている。
−前記制御される電圧の減少は、前記ブースト電圧からの減少である。
−前記電圧制御回路が、前記ターンオン信号に応じて、前記パワースイッチの前記制御端子に第1電圧を生成するために、前記出力信号を制御するように構成されている。
−前記電圧制御回路が、前記ターンオン信号に対する応答後の時間遅延時点で前記パワースイッチの制御端子に第2ブースト電圧を生成するために、前記出力信号をさらに制御するように構成されている。
−1つの電流出力回路によって供給される電流の大きさを制御するために、前記制御端子の電流を供給し、出力電流制御信号を受信するように構成された、1つの電流源及び1つの電流シンクのうちの少なくとも1つから成る前記電流出力回路と、
−前記制御端子から電圧を受信し、前記電圧の兆候を出力するための1つの端子電圧入力回路と、
−当該端子電圧の兆候を増幅し、増幅器の出力を生成するために結合された1つの増幅器と、
−少なくとも1つの抵抗器から成り、前記増幅器の電荷供給入力部に結合され、1つの基準電圧を受信するための1つの基準電圧入力回路とを有する。この場合、
−前記パワースイッチドライバが、前記増幅器の出力に応じて前記出力電流制御信号を生成するように構成されていて、
−前記パワースイッチドライバが、前記端子電圧入力回路によって受信された電圧の増大の直後に応答して、前記電流出力回路によって供給された電流を減少させるように構成されている。
−前記端子電圧入力回路に対する前記増幅器の制御に応じて無効にするための1つのカップリングスイッチを有する。
−前記制御端子基準電圧に対する前記増幅器の制御に依存して有効にするための1つのカップリングスイッチを有する。
−1つのターンオン信号に応じて、1つのブースト電圧を前記制御端子に生成するために前記ドライブ信号を制御し、このブースト電圧が、前記パワースイッチをターンオンすることと、
−前記制御端子の電圧が、前記ブースト電圧であるときに、前記パワースイッチを有する出力回路のインピーダンスの減少を検出するために、前記パワースイッチの電流及び電圧のうちの少なくとも1つを監視することと、
−当該監視される電流又は電圧が、前記インピーダンスの減少を示すときに、前記制御端子の電圧を前記ブースト電圧未満に減少させることとを有する。
−前記ターンオン信号に応じて、第1電圧を前記制御端子に生成するために前記ドライブ信号を制御し、この第1電圧が、前記パワースイッチをターンオンすることと、
−前記ターンオン信号後の時間遅延時点で、第2電圧を前記制御端子に生成するために前記ドライブ信号をさらに制御することとを有する。この場合、この第2電圧は、前記ブースト電圧であり、前記デバイスを低い損失状態にターンオンするためにさらに制御する。
−前記制御端子の電流を供給し、1つの電流出力回路によって供給された電流の大きさを制御するために、出力電流制御信号を受信するように構成されているこの電流出力回路であって、1つの電流源及び1つの電流シンクのうちの少なくとも1つを有するこの電流出力回路と、
−前記制御端子から電圧を受信し、この電圧の兆候を出力するための1つの端子電圧入力回路と、
−1つの増幅器の出力を生成するために当該端子電圧の兆候を増幅するために結合された1つの増幅器と、
−前記増幅器の電荷供給入力部に結合された1つの基準電圧入力回路であって、少なくとも1つの抵抗器を有し、1つの基準電圧を受信するためのこの基準電圧入力回路とから構成されている。
−前記パワースイッチドライバが、前記増幅器の出力に応じて前記出力電流制御信号を生成するように構成されていて、
−前記パワースイッチドライバが、前記端子電圧入力回路によって受信された電圧の増大の直後に応答して、前記電流出力回路によって供給された電流を減少させるように構成されている。
−複数の前記パワースイッチのうちの少なくとも1つのパワースイッチに通電する増大している電流のターンオン期間の少なくとも1つの開始を示すための1つのターンオン検出器を有する。
−前記電力変換装置は、前記ターンオン期間中に前記ドライバの前記端子電圧入力回路の電圧に対するこのドライバの前記増幅器の制御の前記依存を有効にするために、前記ターンオン検出器の兆候に基づいて、少なくとも1つの前記パワースイッチドライバの前記カップリングスイッチを制御するように構成されている。
−前記引き続く期間の開始時に少なくとも1つのパワースイッチに通電する電流の変化率の方向の反転と、
−前記引き続く期間の終了時に前記少なくとも1つのパワースイッチに通電する電流の変化率の減少と、
−前記引き続く期間の終了時の1つの閾値未満の前記パワースイッチに印加する電圧とのうちの少なくとも1つを示すために、1つのタイミング検出器を有する。
−前記電力変換装置は、少なくとも1つの当該兆候の直後に応答して、前記依存の1つの期間を制御するために、前記カップリングスイッチの制御を実行するように構成されている。
−1つの前記パワースイッチのスイッチングサイクルの少なくとも1つのフェーズの期間を測定するために1つのタイマー回路を有する。
−前記電力変換装置は、少なくとも1つの前記測定期間に応じて前記制御可能な抵抗器の抵抗を調整するように構成されている。
F13.巻線を有する誘導性負荷をドライブするための電力変換装置。前記電力変換装置は、第1パワースイッチと第2パワースイッチとの直列接続から成る少なくとも1つのハーフブリッジ回路を有する。この第1パワースイッチ及びこの第2パワースイッチは、前記ハーフブリッジ回路の1つの出力ラインに結合された前記負荷をドライブするための電流を交互に通電するように構成されている。この場合、この電力変換装置は、それぞれの前記パワースイッチをドライブするために、F1〜F6のうちのいずれか1つに記載の少なくとも1つのパワースイッチドライバを有する。この場合、当該パワースイッチドライバの少なくとも1つの抵抗器が、制御可能な抵抗器から成る。この電力変換装置は、
−前記負荷に通電する電流を監視するための1つの電流検出器を有する。
−前記電力変換装置は、前記電流検出器が1つの閾値電流未満の当該監視される電流を示すときに、少なくとも1つの前記ドライバの前記制御可能な抵抗器の抵抗を増大させるように構成されている。
−前記パワースイッチの変数の兆候を1つのクランプ値と比較するために、少なくとも1つのクランプ比較器を有する。
−前記パワースイッチドライバは、前記パワースイッチの変数の兆候が前記クランプ値を超えることを、前記クランプ比較器が示すときに、前記パワースイッチドライバとそのパワースイッチの前記制御端子との間の電流の流れの方向を反転させるように構成されている。
−前記パワースイッチの変数が、
・前記パワースイッチに印加する電圧と、
・前記パワースイッチに通電する電流の変化率と、
・前記パワースイッチに印加する電圧の変化率とのうちの少なくとも1つの変数から成る。
−前記パワースイッチの変数の兆候を1つのリミット値と比較するために、少なくとも1つのリミット比較器を有する。
−前記パワースイッチドライバは、前記パワースイッチの連続するそれぞれのオン・オフスイッチング中に、
・前記パワースイッチの変数の兆候が、このパワースイッチのオフ期間中に前記リミット値未満を保持することを、前記リミット比較器が示すならば、回路変数を減少させ、
・前記パワースイッチの変数の兆候が、このパワースイッチのオフ期間中に前記リミット値を超えることを、前記リミット比較器が示すならば、前記回路変数を増大させるように構成されている。
−前記回路変数は、
・前記パワースイッチドライバの制御可能な出力抵抗と、
・前記パワースイッチの制御端子に対する電流とのうちの少なくとも1つの回路変数から成る。
−前記パワースイッチの変数は、
・前記パワースイッチに印加する電圧と、
・前記パワースイッチに通電する電流の変化率と、
・前記パワースイッチに印加する電圧の変化率とのうちの少なくとも1つの変数から成る。
−制御可能な1つの出力抵抗を提供し、前記パワースイッチをオフするための前記制御端子の電流を通電するための1つの出力段と、
−前記共通の電圧の兆候を受信するための1つのフィードバック線路と、
−前記フィードバック線路に結合され、且つこのフィードバック線路上で受信された当該電圧の兆候に基づいて前記制御可能な出力抵抗を制御するように構成されている1つのドライブ段制御装置とを有する。
M2 駆動トランジスタ
M4 トランジスタ
M5 トランジスタ
U2 パワースイッチ
R2 固定抵抗器
R5 抵抗器
R6 カップリング抵抗
R8 抵抗器
C1 コンデンサ
C2 コンデンサ
Q1 トランジスタ
Isource 電流源
Vref 基準電圧
Vref1 制御端子基準電圧
Iref 基準電流
Vdc_offset オフセット電圧
SW1、SW2 カップリングスイッチ
U1〜U4 IGBT
C1 コンデンサバンク
D1 整流ダイオード
D1〜D4 フリーホイーリングダイオード、転流ダイオード
Le 漂遊インダクタンス
Vdc DCバス電圧
di/dt 電流の変化率
L 転流ループインダクタンス
Vpeak ピーク電圧
T1 過渡電圧サプレッサ(TVS)
Lstray 漂遊インダクタンス
L1 誘導性負荷
L2 インダクタンス
Vclamp 基準電圧、クランプ値
Roff 抵抗器
Vce コレクタ・エミッタ電圧
Vge 制御端子電圧
Ig 制御端子電流、ゲート電流
Ic コレクタ電流
c IGBT制御端子
ke 補助エミッタ、ケルビンエミッタ
e パワーエミッタ
Claims (60)
- 負荷をドライブするためのパワースイッチの制御端子をドライブするためのパワースイッチドライバにおいて、
このパワースイッチドライバは、この制御端子に供給された電流を制御するために負帰還回路を有し、この負帰還回路は、
−前記制御端子の電流を供給し、1つの電流出力回路によって供給された電流の大きさを制御するために、出力電流制御信号を受信するように構成されているこの電流出力回路であって、1つの電流源及び1つの電流シンクのうちの少なくとも1つを有するこの電流出力回路と、
−前記制御端子から電圧を受信し、この電圧の兆候を出力するための1つの端子電圧入力回路と、
−1つの増幅器の出力を生成するために当該端子電圧の兆候を増幅するために結合された1つの増幅器と、
−前記増幅器の電荷供給入力部に結合された1つの基準電圧入力回路であって、少なくとも1つの抵抗器を有し、1つの基準電圧を受信するためのこの基準電圧入力回路とから構成されていて、
−前記パワースイッチドライバが、前記増幅器の出力に応じて前記出力電流制御信号を生成するように構成されていて、
−前記パワースイッチドライバが、前記端子電圧入力回路によって受信された電圧の増大の直後に応答して、前記電流出力回路によって供給された電流を減少させるように構成されている当該パワースイッチドライバ。 - 前記電流出力回路は、前記基準電圧入力回路をエミュレートするように構成されている請求項1に記載のパワースイッチドライバ。
- 前記少なくとも1つの抵抗器は、制御可能な1つの抵抗器を有する請求項1又は2に記載のパワースイッチドライバ。
- 前記端子電圧入力回路は、前記制御端子に提供される前記インピーダンスを効果的に増大させるために前記基準電圧入力回路に結合している請求項1〜3のいずれか1項に記載のパワースイッチドライバ。
- 前記パワースイッチドライバは、オフセット電圧を受信するための1つの入力ラインと、前記端子電圧入力回路の電圧の兆候を前記オフセット電圧と比較するための1つの比較器とから構成されている1つのオフセット電圧入力回路を有し、このオフセット電圧入力回路は、前記パワースイッチドライバが前記パワースイッチをドライブするために動作されるときに、前記パワースイッチの制御端子からの電圧の変化範囲が前記オフセット電圧によって設定されることを可能にする請求項1〜4のいずれか1項に記載のパワースイッチドライバ。
- 前記パワースイッチドライバは、前記端子電圧入力回路の電圧に対する前記増幅器の制御に依存して無効にするための1つのカップリングスイッチを有し、好ましくは、前記ドライバは、前記負荷に通電する電流を監視するための1つの電流検出器を有し、この電流検出器が、1つの閾値電流未満の当該監視される電流を示すときに、当該依存を無効にし、当該依存が無効であるときに、前記パワースイッチドライバが、前記電流出力回路のほぼ一定の電流を供給するように構成されている請求項1〜5のいずれか1項に記載のパワースイッチドライバ。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載のパワースイッチドライバを有する電力変換装置において、
当該電力変換装置は、第1パワースイッチと第2パワースイッチとの直列接続から成る少なくとも1つのハーフブリッジ回路を有し、この第1パワースイッチ及びこの第2パワースイッチは、ハーフブリッジ回路の1つの出力ラインに結合された負荷をドライブするための電流を交互に通電するように構成されていて、それぞれの前記パワースイッチが、1つのダイオードに並列に結合されていて、前記電力変換装置が、それぞれの前記パワースイッチをドライブするために少なくとも1つの前記パワースイッチドライバを有し、前記パワースイッチドライバの少なくとも1つの抵抗器が、制御可能な抵抗器から成り、前記電力変換装置が、
−複数の前記パワースイッチのうちの少なくとも1つのパワースイッチに通電する増大している電流のターンオン期間の少なくとも1つの開始を示すための1つのターンオン検出器を有し、
−前記電力変換装置は、前記ターンオン期間中に前記ドライバの前記端子電圧入力回路の電圧に対するこのドライバの前記増幅器の制御の前記依存を有効にするために、前記ターンオン検出器の兆候に基づいて、少なくとも1つの前記パワースイッチドライバの前記カップリングスイッチを制御するように構成されている当該電力変換装置。 - 前記ターンオン検出器は、前記ターンオン期間の継続を示すために、少なくとも1つの前記パワースイッチに通電する電流の増大する変化率と、引き続く減少する変化率とを検出するように構成されている請求項7に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換装置は、前記ターンオン期間に引き続く1つの期間中に前記ドライバの前記端子電圧入力回路の電圧に対するこのドライバの前記増幅器の制御の前記依存を有効にするために、少なくとも1つの前記パワースイッチドライバの前記カップリングスイッチを制御するように構成されていて、この電力変換装置は、当該引き続く期間の開始時に前記ドライバの前記制御可能な抵抗器の抵抗を増大させるように構成されている請求項7又は8に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換装置は、前記ターンオン期間に引き続く1つの期間中に前記ドライバの前記端子電圧入力回路の電圧に対するこのドライバの前記増幅器の制御の前記依存を無効にするために、少なくとも1つの前記パワースイッチドライバの前記カップリングスイッチを制御し、この電力変換装置が、当該引き続く期間中に前記ドライバの電流出力回路のほぼ一定の電流を供給するように構成されている請求項7又は8に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換装置は、
−前記引き続く期間の開始時に少なくとも1つのパワースイッチに通電する電流の変化率の方向の反転と、
−前記引き続く期間の終了時に前記少なくとも1つのパワースイッチに通電する電流の変化率の減少と、
−前記引き続く期間の終了時の1つの閾値未満の前記パワースイッチに印加する電圧とのうちの少なくとも1つを示すために、1つのタイミング検出器を有し、
−前記電力変換装置は、少なくとも1つの当該兆候の直後に応答して、前記依存の1つの期間を制御するために、前記カップリングスイッチの制御を実行するように構成されている請求項7〜10のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載のパワースイッチドライバを有する電力変換装置において、
当該電力変換装置は、第1パワースイッチと第2パワースイッチとの直列接続から成る少なくとも1つのハーフブリッジ回路を有し、この第1パワースイッチ及びこの第2パワースイッチは、前記ハーフブリッジ回路の1つの出力ラインに結合された前記負荷をドライブするための電流を交互に通電するように構成されていて、それぞれの前記パワースイッチが、1つの転流ダイオードに並列に結合されていて、前記電力変換装置が、それぞれの前記パワースイッチをドライブするために少なくとも1つの前記パワースイッチドライバを有し、前記パワースイッチドライバの少なくとも1つの抵抗器が、制御可能な抵抗器から成り、前記電力変換装置が、
−1つの前記パワースイッチのスイッチングサイクルの少なくとも1つのフェーズの期間を測定するために1つのタイマー回路を有し、
−前記電力変換装置は、少なくとも1つの前記測定期間に応じて前記制御可能な抵抗器の抵抗を調整するように構成されている当該電力変換装置。 - 巻線を有する誘導性負荷をドライブするための電力変換装置おいて、
当該電力変換装置は、第1パワースイッチと第2パワースイッチとの直列接続から成る少なくとも1つのハーフブリッジ回路を有し、この第1パワースイッチ及びこの第2パワースイッチは、前記ハーフブリッジ回路の1つの出力ラインに結合された負荷をドライブするための電流を交互に通電するように構成されていて、この電力変換装置は、それぞれの前記パワースイッチをドライブするために、請求項1〜6のうちのいずれか1項に記載の少なくとも1つのパワースイッチドライバを有し、当該パワースイッチドライバの少なくとも1つの抵抗器が、制御可能な抵抗器から成り、この電力変換装置は、
−前記負荷に通電する電流を監視するための1つの電流検出器を有し、
−前記電力変換装置は、前記電流検出器が1つの閾値電流未満の当該監視される電流を示すときに、少なくとも1つの前記ドライバの前記制御可能な抵抗器の抵抗を増大させるように構成されている当該電力変換装置。 - それぞれの前記パワースイッチをドライブするために結合された前記パワースイッチドライバは、それぞれの前記パワースイッチに通電する電流を監視するために構成された前記電流検出器を有し、当該パワースイッチドライバは、この電流検出器が前記閾値電流未満の当該監視される電流を検出するときに、当該パワースイッチドライバの前記制御可能な抵抗器の抵抗を増大させるように構成されている請求項13に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換装置は、前記監視される電流にほぼ反比例して、前記制御可能な抵抗器の抵抗を増大させるように構成されている請求項13又は14に記載の電力変換装置。
- 前記抵抗は、前記ハーフブリッジ回路の前記第1パワースイッチ及び第2パワースイッチの少なくとも1つのパワースイッチからの電流の通電中に、前記出力ライン上の電圧の変化率を減少させるために増大される請求項13〜15のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換装置は、少なくとも2つの前記ハーフブリッジ回路を有し、前記電力変換装置は、当該第1ハーフブリッジ回路の第1パワースイッチと当該第2ハーフブリッジ回路の第2パワースイッチとに電流を通電することによって前記負荷をドライブするように構成されていて、前記電力変換装置は、前記負荷の巻線に印加する電圧の変化率を減衰させるために、前記第1ハーフブリッジ回路の第1パワースイッチ及び前記第2ハーフブリッジ回路の第2パワースイッチのうちの少なくとも1つのパワースイッチの前記制御可能な抵抗器の抵抗を増大させるように構成されている請求項13〜16のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 負荷をドライブするための1つのパワースイッチの1つの制御端子をドライブするための少なくとも1つのパワースイッチドライバを有する電力変換装置において、
当該電力変換装置は、第1パワースイッチと第2パワースイッチの直列接続とから成る少なくとも1つのハーフブリッジ回路を有し、この第1パワースイッチ及びこの第2パワースイッチは、前記ハーフブリッジ回路の1つの出力ラインに結合された負荷をドライブするための電流を交互に通電するように構成されていて、それぞれの前記パワースイッチが、1つのダイオードに並列に結合されていて、前記少なくとも1つのパワースイッチドライバは、それぞれの前記パワースイッチをドライブするように構成されていて、前記電力変換装置は、
−前記パワースイッチの変数の兆候を1つのクランプ値と比較するために、少なくとも1つのクランプ比較器を有し、
−前記パワースイッチドライバは、前記パワースイッチの変数の兆候が前記クランプ値を超えることを、前記クランプ比較器が示すときに、前記パワースイッチドライバとそのパワースイッチの前記制御端子との間の電流の流れの方向を反転させるように構成されていて、
−前記パワースイッチの変数が、
・前記パワースイッチに印加する電圧と、
・前記パワースイッチに通電する電流の変化率と、
・前記パワースイッチに印加する電圧の変化率とのうちの少なくとも1つの変数から成る当該電力変換装置。 - 前記電力変換装置は、前記パワースイッチの変数の兆候が前記パワースイッチのオフ期間中に前記クランプ値を超えることを、前記クランプ比較器が示すときに、前記反転を実行するように構成されている請求項18に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換装置は、前記パワースイッチにわたって結合された容量性インピーダンスを有し、好ましくは、この容量性インピーダンスは、前記パワースイッチにわたって直列のインピーダンスを有する1つの分圧器から成り、当該直列インピーダンスの結合が、前記パワースイッチに印加する電圧の兆候を提供するように構成されていて、それぞれの前記直列インピーダンスは、1つのコンデンサを有する請求項18又は19に記載の電力変換装置。
- 請求項18〜20のうちのいずれか1項に記載の電力変換装置において、
パワースイッチドライバが、請求項1〜6のうちのいずれか1項に記載のパワースイッチドライバとして定義される当該電力変換装置。 - 前記電力変換装置は、
−パワースイッチの変数の兆候を1つのリミット値と比較するために、少なくとも1つのリミット比較器を有し、
−前記パワースイッチドライバは、前記パワースイッチの連続するそれぞれのオン・オフスイッチング中に、
・前記パワースイッチの変数の兆候が、このパワースイッチのオフ期間中に前記リミット値未満を保持することを、前記リミット比較器が示すならば、回路変数を減少させ、
・前記パワースイッチの変数の兆候が、このパワースイッチのオフ期間中に前記リミット値を超えることを、前記リミット比較器が示すならば、前記回路変数を増大させるように構成されていて、
−前記回路変数は、
・前記パワースイッチドライバの制御可能な出力抵抗と、
・前記パワースイッチの制御端子に対する電流とのうちの少なくとも1つの回路変数から成り、
−前記パワースイッチの変数は、
・前記パワースイッチに印加する電圧と、
・前記パワースイッチに通電する電流の変化率と、
・前記パワースイッチに印加する電圧の変化率とのうちの少なくとも1つの変数から成る請求項18〜21のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記回路変数は、前記制御可能な出力抵抗から成り、前記パワースイッチドライバは、1つの制御スイッチと前記制御可能な出力抵抗を有する制御可能な1つの抵抗器との直列接続から成る1つの出力段を有し、前記直列接続は、前記パワースイッチをターンオフするために前記制御端子の電流を供給する請求項22に記載の電力変換装置。
- 前記パワースイッチドライバは、請求項1〜6のうちのいずれか1項に記載のパワースイッチドライバであり、前記回路変数は、前記制御可能な出力抵抗から成り、前記パワースイッチドライバは、前記回路変数の前記増大及び減少のうちの少なくとも1つを実行するために、前記少なくとも1つの抵抗器の抵抗を調整するように構成されている請求項22に記載の電力変換装置。
- 前記パワースイッチドライバは、請求項1〜6のうちのいずれか1項に記載のパワースイッチドライバであり、前記制御端子に向かう電流が、前記出力回路によって供給される電流である請求項22に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換装置は、少なくとも2つの相脚部に共通の電圧を印加するために、これらの相脚部と当該それぞれの相脚部にわたって結合された1つのDCリンクとを有し、前記パワースイッチドライバは、
−制御可能な1つの出力抵抗を提供し、前記パワースイッチをオフするための前記制御端子の電流を通電するための1つの出力段と、
−前記共通の電圧の兆候を受信するための1つのフィードバック線路と、
−前記フィードバック線路に結合され、且つこのフィードバック線路上で受信された当該電圧の兆候に基づいて前記制御可能な出力抵抗を制御するように構成されている1つのドライブ段制御装置とを有する請求項18〜25のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記ドライブ段制御装置は、前記電圧の兆候が前記共通の電圧の増大を示すときに、前記制御可能な出力抵抗を増大させるように構成されている請求項26に記載の電力変換装置。
- 前記ドライブ段制御装置は、前記共通の電圧が1つの閾値リンク電圧値よりも上にあることを、前記電圧の兆候が示すときに、前記制御可能な出力抵抗を増大させるように構成されている請求項26又は27に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換装置は、複数のパワースイッチドライバを制御するための、前記ドライブ段制御装置から成る1つの中央制御装置を有する請求項26〜28のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記出力段は、1つの制御スイッチと前記制御可能な出力抵抗を有する制御可能な1つの抵抗器との直列接続から成る請求項26〜29のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記パワースイッチドライバは、請求項1〜6のうちのいずれか1項に記載のパワースイッチドライバであり、前記出力段は、前記電流出力回路を有し、前記パワースイッチドライバは、前記制御可能な出力抵抗の制御を実行するために、前記少なくとも1つの抵抗器の抵抗を調整するように構成されている請求項26〜29のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換装置は、前記DCリンクを有する請求項26〜31のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 請求項1〜6のうちのいずれか1項に記載のパワースイッチドライバを有する電力変換装置において、
前記電力変換装置は、請求項7〜32のうちのいずれか1項に記載の電力変換装置である当該電力変換装置。 - 請求項1〜6のうちのいずれか1項に記載のパワースイッチドライバ又は請求項7〜33のうちのいずれか1項に記載の電力変換装置において、
前記パワースイッチは、IGBT、MOSFET、HEMT又はJFETのうちの1つから成り、前記パワースイッチは、好ましくはシリコンカーバイド、窒化ガリウム及び/又はシリコンから成る当該パワースイッチ又は当該電力変換装置。 - ここに記載されている、好ましくはここに記載され、図示されている電力変換装置又はパワースイッチドライバ。
- 負荷をドライブするための1つのパワースイッチの1つの制御端子をドライブするためのパワースイッチドライバにおいて、
当該パワースイッチドライバは、
−制御端子基準電圧を供給するための制御可能な1つの電圧源と、
−前記制御端子基準電圧にしたがって前記パワースイッチの前記制御端子の電圧を制御するために、前記制御端子の電圧を変更する出力信号を供給するように構成された1つの電圧制御回路と、
−前記パワースイッチの電流又は電圧のうちの少なくとも1つの電流又は電圧の変化率を示す信号を生成し、このパワースイッチドライバの出力回路のインピーダンスの減少を示す前記信号に応じて、前記制御端子基準電圧を減少させて、制御される電圧を減少させるために前記制御可能な電圧源を制御する1つのフィードバック回路とを有する当該パワースイッチドライバ。 - 前記電圧制御回路は、前記制御端子基準電圧と前記制御端子の電圧の兆候とに応じて、前記パワースイッチドライバの1つの出力段を制御するように構成された1つのゲート電圧フィードバック回路を有し、前記出力段が、このゲート電圧フィードバック回路の出力に応じて、制御される電圧の減少を制御するように構成されている請求項36に記載のパワースイッチドライバ。
- 前記パワースイッチドライバは、
−前記パワースイッチのターンオンを指示するためにターンオン信号を受信するための1つの入力ラインを有し、
−前記電圧制御回路が、前記ターンオン信号に応じて、前記制御端子の電圧をブースト電圧に上昇させるように構成されていて、
−前記制御される電圧の減少は、前記ブースト電圧からの減少である請求項36又は37に記載のパワースイッチドライバ。 - 前記フィードバック回路は、前記変化率を示す信号を受信し、当該受信された信号を1つの閾値と比較するために1つの比較器を有し、この比較器は、インピーダンスの減少の兆候を提供するためにこの比較器の結果を出力するように構成されている請求項36〜38のいずれか1項に記載のパワースイッチドライバ。
- −前記電圧制御回路が、前記ターンオン信号に応じて、前記パワースイッチの前記制御端子に第1電圧を生成するために、前記出力信号を制御するように構成されていて、
−前記電圧制御回路が、前記ターンオン信号に対する応答後の時間遅延時点で前記パワースイッチの制御端子に第2ブースト電圧を生成するために、前記出力信号をさらに制御するように構成されている請求項36〜39のいずれか1項に記載のパワースイッチドライバ。 - 前記第1電圧は、前記パワースイッチをターンオンするための電圧である請求項36〜40のいずれか1項に記載のパワースイッチドライバ。
- 前記ブースト電圧よりも下に減少した前記制御端子基準電圧は、前記第1電圧であり、さらに好ましくは前記第1電圧未満である請求項41に記載のパワースイッチドライバ。
- 前記減少した制御端子基準電圧は、前記パワースイッチをオンに保持することである請求項36〜42のいずれか1項に記載のパワースイッチドライバ。
- 前記フィードバック回路は、前記制御端子基準電圧を減少させるために制御した後の時間遅延時点で、前記パワースイッチをターンオフするために、この制御端子基準電圧を減少させて前記制御可能な電圧源を制御するように構成されている請求項36〜43のいずれか1項に記載のパワースイッチドライバ。
- 請求項36〜44のうちのいずれか1項に記載のパワースイッチドライバにおいて、
当該パワースイッチドライバは、前記制御端子に供給される電流を制御するために負帰還回路を有し、当該負帰還回路は、
−1つの電流出力回路によって供給される電流の大きさを制御するために、前記制御端子の電流を供給し、出力電流制御信号を受信するように構成された、1つの電流源及び1つの電流シンクのうちの少なくとも1つから成る前記電流出力回路と、
−前記制御端子から電圧を受信し、前記電圧の兆候を出力するための1つの端子電圧入力回路と、
−当該端子電圧の兆候を増幅し、増幅器の出力を生成するために結合された1つの増幅器と、
−少なくとも1つの抵抗器から成り、前記増幅器の電荷供給入力部に結合され、1つの基準電圧を受信するための1つの基準電圧入力回路とを有し、
−前記パワースイッチドライバが、前記増幅器の出力に応じて前記出力電流制御信号を生成するように構成されていて、
−前記パワースイッチドライバが、前記端子電圧入力回路によって受信された電圧の増大の直後に応答して、前記電流出力回路によって供給された電流を減少させるように構成されている請求項36〜44のいずれか1項に記載のパワースイッチドライバ。 - 前記電流出力回路は、前記基準電圧入力回路をエミュレートするように構成されている請求項45に記載のパワースイッチドライバ。
- 前記パワースイッチドライバは、
−前記端子電圧入力回路に対する前記増幅器の制御に応じて無効にするための1つのカップリングスイッチを有する請求項45又は46に記載のパワースイッチドライバ。 - 前記パワースイッチドライバは、
−前記制御端子基準電圧に対する前記増幅器の制御に依存して有効にするための1つのカップリングスイッチを有する請求項45〜47のいずれか1項に記載のパワースイッチドライバ。 - 前記パワースイッチドライバは、前記パワースイッチの電流の前記変化率を示す信号を提供するために、インダクタンスに印加する電圧を監視するように構成されている請求項36〜48のいずれか1項に記載のパワースイッチドライバ。
- 前記パワースイッチは、IGBT、MOSFET、HEMT又はJFETのうちの1つから構成されていて、当該パワースイッチは、好ましくはシリコンカーバイド、窒化ガリウム及び/又はシリコンから成る請求項36〜49のいずれか1項に記載のパワースイッチドライバ。
- 前記パワースイッチドライバは、前記パワースイッチを有する請求項36〜50のいずれか1項に記載のパワースイッチドライバ。
- 請求項51に記載のパワースイッチドライバを有する電力変換装置。
- 負荷をドライブするパワースイッチの制御端子に対してドライブ信号を制御するための方法において、
当該方法は、
−1つのターンオン信号に応じて、1つのブースト電圧を前記制御端子に生成するために前記ドライブ信号を制御し、このブースト電圧が、前記パワースイッチをターンオンすることと、
−前記制御端子の電圧が、前記ブースト電圧であるときに、前記パワースイッチを有する出力回路のインピーダンスの減少を検出するために、前記パワースイッチの電流及び電圧のうちの少なくとも1つを監視することと、
−当該監視される電流又は電圧が、前記インピーダンスの減少を示すときに、前記制御端子の電圧を前記ブースト電圧未満に減少させることとを有する当該方法。 - 前記ブースト電圧を生成するために前記ドライブ信号を制御する請求項53に記載の方法において、
当該方法は、
−前記ターンオン信号に応じて、第1電圧を前記制御端子に生成するために前記ドライブ信号を制御し、この第1電圧が、前記パワースイッチをターンオンすることと、
−前記ターンオン信号後の時間遅延時点で、第2電圧を前記制御端子に生成するために前記ドライブ信号をさらに制御することとを有し、この第2電圧は、前記ブースト電圧であり、前記デバイスを低い損失状態にターンオンするためにさらに制御する当該方法。 - 前記時間遅延は、前記パワースイッチに印加する電圧が1つの閾値未満に低下するときに終了する請求項53又は54に記載の方法。
- 電圧を前記ブースト電圧未満に減少させることは、電圧を前記第1電圧に減少させることから成る請求項53〜55のいずれか1項に記載の方法。
- 前記制御端子の電圧を前記ブースト電圧未満に減少させた後の時間遅延時点で、前記パワースイッチをターンオフすることから成り、好ましくは、前記時間遅延は、プリセットされた時間遅延であり、あるいは、好ましくは、前記時間遅延の終了は、1つの閾値を前記パワースイッチの電圧信号及び電流信号のうちの少なくとも1つと比較することによって決定される請求項53〜56のいずれか1項に記載の方法。
- 前記監視は、前記パワースイッチに通電する電流の変化率を監視することから成る請求項53〜57のいずれか1項に記載の方法。
- 前記方法は、インピーダンスの減少の兆候を提供するために、当該監視される電流の変化率を1つの閾値と比較することから成る請求項53〜58のいずれか1項に記載の方法。
- 前記監視は、前記パワースイッチとこのパワースイッチの出力に結合された負荷とから成る前記出力回路の短絡条件を検出することである請求項53〜59のいずれか1項に記載の方法。
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