JP2019103136A - 誘導結合を利用した通信 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導結合を利用してガルバニック絶縁をまたいで通信する送信器および受信器を含む半導体スイッチのための制御装置を提供する。【解決手段】制御装置２００は、第１の基準電位２０６を基準とする第１の回路２１８と、第２の基準電位２７５を基準とし、第１の回路からガルバニック絶縁された第２の回路２１０と、第１の回路と第２の回路とをガルバニック絶縁する誘導結合とを含む。誘導結合が、第１の基準電位を基準とする第１の巻線と第２の基準電位を基準とする第２の巻線とを含む。第１の回路が、誘導結合に結合された信号受信回路を含む。信号受信回路が、誘導結合を通して送信された信号を受信する第１の巻線に結合された１つまたは複数の信号受信器を含む。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、概して、誘導結合を利用した通信に関する。例えば、半導体スイッチのための制御装置は、誘導結合を利用してガルバニック絶縁をまたいで通信する送信器と受信器とを含み得る。

電気デバイスは、多くの場合、ガルバニック絶縁された、および、従って異なるグランド電位を基準とする送信器と受信器との間で情報を送信する通信システムを含む。例として、電力コンバーター、医療機器、海事関連機器などが挙げられる。このような通信システムにおける通信チャンネルは、信号変圧器に類似した誘導結合を利用して実装され得る。他の変圧器と同様に、信号変圧器は、ガルバニック絶縁をまたいで電気エネルギーを伝達し得る。概して、信号変圧器は、漏れインダクタンスおよび漂遊キャパシタンスを最小化することにより、高周波応答を改善するように設計される。例えば、信号変圧器の巻線は、セクションに分割されて、交互配置され得る。

スイッチング電力コンバーターは、概して、入力を、エネルギー伝達要素をまたいだ電力の伝達を制御することにより、負荷のための調節された出力に変換する。動作時、１つまたは複数のスイッチが制御されて、所望の電力伝達を提供する。デューティサイクル（すなわち、総スイッチング周期に対するスイッチのオン期間の比）を変化させること、スイッチング周波数を変化させること、および／または、単位時間当たりの電流伝導パルスの数を変化させることを含む、幅広い様々なアプローチが説明されている。

電力コンバーターは、互いにガルバニック絶縁された一次側と二次側とを含み得る。電力コンバーターは、１つまたは複数のスイッチを制御する１つまたは複数の制御装置をさらに含み得る。１つまたは複数の制御装置は、ガルバニック絶縁をまたいで通信し得る。１つのこのような通信システムは、誘導結合の巻線を使用して、送信器から受信器に情報を送信する。

以下の図を参照しながら、本発明の非限定的かつ非網羅的な実施形態が説明され、異なる図の中の同様の参照符号は、別段の指定がない限り、同様の部分を示す。

本開示の一実施形態による、ドライバインターフェースと駆動回路との間の双方向通信を使用した、制御装置を使用した例示的な電力変換システムを示す。 本開示の一実施形態による、図１に示すドライバインターフェースと駆動回路との間の双方向通信を使用した、例示的な制御装置を示す。 本開示の一実施形態による、図２Ａに示される制御装置の様々な信号に対する例示的な電流値を示す表である。 本開示の一実施形態による、図２Ａの例示的なデータ送信器を示す。 本開示の一実施形態による、図１、図２Ａ、および図３Ａの例示的な検出信号を示す。 本開示の一実施形態による、図２Ａの例示的な異常送信器を示す。 本開示の一実施形態による、図２Ａに示す例示的な異常受信器およびデータ受信器を示す。 本開示の一実施形態による、図２Ａに示すドライバインターフェースと駆動回路との間の様々な送信間における優先度を示す表である。 本開示の一実施形態による、データ送信、コマンド送信、および異常送信の間に衝突が存在するときの、一次巻線電流を示すタイミング図である。 本開示の一実施形態による、データ送信、コマンド送信、および異常送信の間に衝突が存在するときの、一次巻線電流の別の例を示すタイミング図である。

図面中の複数の図にわたり、対応する参照符号が、対応する構成要素を示す。当業者は、図中の要素が簡潔かつ明確であるように描かれることと、一定の縮尺で描かれるとは限らないこととを理解する。例えば、図中のいくつかの要素の寸法は、本発明の様々な実施形態をより理解しやすくするために、他の要素より誇張される場合があり得る。さらに、市販に適した実施形態において有用または必要な、一般的だがよく理解される要素は、多くの場合、本発明に係るこれらの様々な実施形態の図が見づらくなるのを防ぐために、描かれない。

以下の説明では、本発明を十分に理解できるように、多くの特定の詳細事項が記載される。しかし、本発明を実施する際に特定の詳細事項が使用されるとは限らないことが、当業者に明らかとなる。他の例では、よく知られた材料または方法については、本発明が理解しにくくなるのを防ぐために、詳細には説明されない。

本明細書中での、「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一例（ｏｎｅ ｅｘａｍｐｌｅ）」、または「一例（ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ）」についての言及は、実施形態または例との関連で説明される特定の特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書中の様々な場所で使用する「一実施形態において（ｉｎ ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施形態において（ｉｎ ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一例（ｏｎｅ ｅｘａｍｐｌｅ）」または「例（ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ）」という語句は、すべてが同じ実施形態または例に関係するとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態または例において、任意の適切な組み合わせ、および／または部分的組み合わせで組み合わされ得る。特定の特徴、構造、または特性は、説明される機能を提供する集積回路、電子回路、結合論理回路、または他の適切な構成要素に含まれ得る。加えて、本明細書とともに提供される図が当業者への説明を目的としていることと、図面が一定の縮尺で描かれるとは限らないこととが理解される。

上述のように、電気デバイスは、互いにガルバニック絶縁された送信器と受信器との間に通信チャンネルを提供する誘導結合を含み得る。しかし、誘導結合通信チャンネルは、特定の制限をもち得る。例えば、送信器と受信器とがガルバニック絶縁されるので、送信器と受信器との両方にクロック信号を提供することが高価であり得る。従って、誘導結合通信チャンネルをまたいだ通信は、概して非同期であり、異なる送信器が、同時に信号を送信することを試み得る。

本明細書は、これらの制限のうちのいくつかを解決し得る誘導結合通信チャンネルを説明する。例えば、複数の送信器および受信器が、誘導結合に結合されて、誘導結合が提供する通信チャンネルにアクセスし得る。実際には、誘導結合は、複数のチャンネルアクセスを提供し得る。いくつかの場合において、送信器は、非同期で、すなわち、クロック信号、または、送信器のそれぞれの送信が衝突しないことを確実にする他のタイミング機構なしで、送信し得る。いくつかの場合において、デバイスの動作に対してより重要な信号がより低い重要性の信号より信頼性高く搬送されるように、送信された信号は異なる優先度をもち得る。

誘導結合通信チャンネルは、スイッチ制御装置が電力スイッチのスイッチングを制御する電力変換システムを含む、様々な異なるデバイスに実装され得る。いくつかのこのような電力変換システムにおいて、電力スイッチは、ＩＧＢＴドライバにより制御される絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：ｉｎｓｕｌａｔｅｄ−ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり得る。いくつかの場合において、スイッチ制御装置は、誘導結合通信チャンネルを使用してガルバニック絶縁をまたいで通信するように結合されたドライバインターフェースと駆動回路とを含み得る。誘導結合は、信号変圧器または他の結合インダクタとして実装され得る。ドライバインターフェースは、変圧器の一次側にあり得るのに対して、駆動回路は、二次側にあり得る。電力変換システムは、１つまたは複数のスイッチ制御装置を制御するシステム制御装置をさらに含み得る。

ドライバインターフェースは、システム制御装置から１つまたは複数の入力信号を受信するように、および、システム制御装置に１つまたは複数の出力信号を提供するように結合され得る。一例において、ドライバインターフェースは、オン状態とオフ状態との間において電力スイッチをスイッチングすることに関係した、システム制御装置からのコマンド信号を受信する。次に、コマンド信号が、誘導結合通信チャンネルを介してガルバニック絶縁をまたいで駆動回路に通信されて、電力スイッチのスイッチングを駆動する。言い換えると、コマンド信号は、電力コンバーターの一次から二次に通信される。

駆動回路は、電力スイッチの過電流または過電圧状態などの、電力コンバーターの異常状態を表す異常信号を受信するように結合され得る。異常信号は、駆動回路からドライバインターフェースまで誘導結合通信チャンネルを介してガルバニック絶縁をまたいで通信される。次に、ドライバインターフェースは、システム制御装置に異常信号を出力する。言い換えると、異常信号は、電力コンバーターの二次から一次に通信される。異常信号による異常の指標が、システム制御装置が電力スイッチをすぐにオフに切り替えることを誘発し得るか、または、ドライバは、異常信号送信とは無関係に電力スイッチをオフに切り替え得る。

電力スイッチの温度または電圧、コンバーターの入力電圧、または電力スイッチの負荷電流などの、電力スイッチまたは電力コンバーターの動作状態もまた、電力コンバーターの二次から一次に通信され得る。これは、データと呼ばれ得、対応する通信は、データ信号と呼ばれ得る。本開示の実施形態において、電力スイッチ／コンバーターの動作状態に関係したデータ信号は、ドライバ回路により、異常信号およびコマンド信号を通信する同じ誘導結合通信チャンネルを介してガルバニック絶縁をまたいでドライバインターフェースに通信され得る。従って、ドライバインターフェースおよび駆動回路は、双方向通信が可能であり、追加的なハードウェアを不要とし得る。従って、ドライバ回路は、単一の誘導結合通信チャンネルを介してガルバニック絶縁をまたいで異常信号とデータ信号との両方を通信し得る。

いくつかの実施態様において、ドライバインターフェースは、誘導結合の一次巻線に結合されるのに対し、駆動回路は、誘導結合の二次巻線に結合される。一実施形態において、ドライバインターフェースは、一次巻線に電圧を印加して、二次巻線における電圧および電流を誘導することにより駆動回路にコマンド信号を送信する。さらに、駆動回路は、誘導結合を介してドライバインターフェースに、異常信号とデータ信号との両方を送信する。一例において、駆動回路は、誘導結合の二次巻線を通して第１の方向に流れるように電流を提供することにより、異常信号を送信し、誘導結合の二次巻線を通して第２の方向に流れるように電流を提供することにより、データ信号を送信し、第１の方向と第２の方向とは互いに逆である。ドライバインターフェースは、異常信号とデータ信号とを受信し、誘導結合の一次巻線における受信された誘導電流の方向により異常信号とデータ信号とを区別する。

一実施形態において、コマンド信号、異常信号、およびデータ信号の送信は同期されない。従って、持続期間および／または大きさは、信号が同時に送信された場合に衝突を管理するように選択され得る。持続期間および／または大きさは、電力コンバーターなどのような高パワー／高ノイズ環境において動作するように選択され得る。一例において、異常信号が支配的となるように、異常信号の持続期間および／または大きさは、コマンド信号またはデータ信号に比べて比較的長い／大きい。コマンド信号の大きさは、データ信号に比べて比較的大きなものであり得るが、持続期間は、異常信号またはデータ信号に比べて比較的小さなものであり得る。さらに、データ信号は、比較的小さな大きさをもち得るが、異常信号またはコマンド信号に比べて長い持続期間をもち得る。

図１は、双方向通信器を含むドライバインターフェース１１８と、双方向通信器を含む駆動回路１１０、１１１とを含む例示的な電力変換１００を示す。電力コンバーター１００は、入力電圧１０２（Ｖ_ＩＮ）を受信し、電力スイッチ１０４、１０５のスイッチングを制御することにより、エネルギー伝達要素Ｌ１ １０７を通して、入力から負荷１０８に電気エネルギーを伝達するように設計される。様々な実施態様において、電力コンバーター１００は、負荷１０８に出力されるエネルギーの電圧、電流、または電力レベルを制御し得る。図１に示される例において、エネルギー伝達要素Ｌ１ １０６および２つの電力スイッチ１０４、１０５は、ハーフブリッジ構成をとって一緒に結合される。しかし、他のトポロジーも使用され得る。

図１に示される例において、電力スイッチ１０４、１０５は、ＩＧＢＴである。しかし、本発明の例は、他の電力スイッチと組み合わせても使用され得る。例えば、金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、バイポーラトランジスタ、注入促進ゲートトランジスタ（ＩＥＧＴ：ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｇａｔｅ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、およびゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ：ｇａｔｅ ｔｕｒｎ−ｏｆｆ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）が使用され得る。加えて、電力コンバーター１００は、窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体または炭化ケイ素（ＳｉＣ）半導体をベースとした電力スイッチとともに使用され得る。

システム制御装置１１２は、システム入力１１３を受信し、システム出力１８３を提供するように結合される。システム制御装置１１２は、システム入力１１３に基づいて、スイッチ制御装置（ドライバインターフェース１１８および駆動回路１１０、１１１として示される）が、電力スイッチ１０４、１０５をオンに切り替えなければならないか、オフに切り替えなければならないかを判定する。例示的なシステム入力１１３は、汎用モータードライブのためのパルス幅変調（ＰＷＭ：ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ）信号、マルチレベル電力コンバーターのオン切り替えおよびオフ切り替えのシーケンス、またはシステム異常オフ切り替え要求を含む。

示される電力コンバーター１００において、システム制御装置は、スイッチ制御装置の駆動インターフェース１１８に、１つまたは複数のコマンドＣＭＤ１３０を出力する。コマンドＣＭＤ１３０は、非一定の持続期間の論理ハイセクションと論理ローセクションとを含む方形パルス波形であり得る。例えば、論理ハイ値は、電力スイッチ１０４がオン状態になければならないことを示し得るのに対し、論理ロー値は、電力スイッチ１０４がオフ状態になければならないことを示し得る。両方が同時にオン状態にならないように、電力スイッチ１０５は、電力スイッチ１０４と交互にスイッチングされる。実際、電力スイッチ１０４、１０５は、概してスイッチング遷移間において両方がオフ状態となる不感時間をもつように制御される。任意の事例において、論理ハイ／論理ロー値の持続期間は、電力スイッチ１０４、１０５の所望の駆動に対応し得る。

電力スイッチ１０４、１０５の各々が、双方向通信器を含むドライバインターフェース１１８と、双方向通信器を含む駆動回路（それぞれ１１０、１１１）とにより制御される。図１は、単一のドライバインターフェース１１８を示すが、駆動回路１１０、１１１の各々が、それ自体のドライバインターフェースを含み得ることが理解されなければならない。ドライバインターフェース１１８およびシステム制御装置１１２の両方が、一次基準電位１０６を基準とするのに対して、駆動回路１１０は、二次基準電位１７５を基準とし、駆動回路１１１は、二次基準電位１７６を基準とする。二次基準電位１７５、１７６は、異なる電位である。駆動回路１１０、１１１は、ドライバインターフェース１１８と双方向に通信し、さらに、絶縁された通信リンク１１９によりドライバインターフェース１１８からガルバニック絶縁される。絶縁された通信リンクは、信号変圧器、結合インダクタ、または他の誘導結合として実装され得る。

ドライバインターフェース１１８は、システム制御装置１１２により送信されたコマンドＣＭＤ１３０を解釈し、コマンド信号を送信して駆動回路１１０、１１１に命令し、絶縁された通信リンク１１９を介して、電力スイッチ１０４、１０５をそれぞれ、オン状態およびオフ状態に駆動する。駆動回路１１０、１１１は、それらのそれぞれのコマンド信号を受信し、第１の駆動信号Ｕ_ＤＲ１ １１６および第２の駆動信号Ｕ_ＤＲ２ １１７を生成して、電力スイッチ１０４、１０５を駆動する。

概して、駆動回路１１０、１１１は、対応する構造物を含み、対応する動作を実施し得る。しかし、簡潔であるように、駆動回路１１１の詳細な説明は、以下の説明から省略され、駆動回路１１０のみに言及する。

駆動回路１１０は、第１の検出信号Ｕ_{ＳＥＮＳＥ１} １１４と第２の検出信号Ｕ_{ＳＥＮＳＥ２} １１５とを受信する。第１の検出信号Ｕ_{ＳＥＮＳＥ１} １１４および第２の検出信号Ｕ_{ＳＥＮＳＥ２} １１５は、電力スイッチ１０４の動作状態を表し、データと呼ばれ得る。示される例において、第１の検出信号Ｕ_{ＳＥＮＳＥ１} １１４が、電力スイッチ１０４のコレクタ・エミッタ電圧を表すのに対し、第２の検出信号Ｕ_{ＳＥＮＳＥ２} １１５は、温度センサーＮＴＣ１５５により測定された電力コンバーターの温度を表す。他の例示的な動作状態は、電力スイッチのゲート・エミッタ電圧、電力スイッチを通って流れる電流、またはＬ１ １０７の負荷電流を含む。駆動回路１１０は、異常状態を検出するか、または、それぞれの電力スイッチ１０４、１０５における過電圧または過電流異常を表す異常信号（図示されない）を受信し得る。第１の検出信号Ｕ_{ＳＥＮＳＥ１} １１４および第２の検出信号Ｕ_{ＳＥＮＳＥ２} １１５により提供される異常信号およびデータは、通信リンク１１９を介して、駆動回路１１０からドライバインターフェースに通信される。コマンド信号が電力コンバーター１００の一次側から電力コンバーター１００の二次側に送信されるのに対し、異常およびデータは、電力コンバーター１００の二次側から電力コンバーター１００の一次側に送信される。従って、絶縁通信リンク１１９をまたいだ通信は双方向である。

ドライバインターフェース１１８は、駆動回路１１０から異常信号およびデータ信号を受信し、変換し、データ信号Ｄ１３２および（適切な場合には）異常信号Ｆ１３１をシステム制御装置１１２に出力する。システム制御装置１１２は、受信された信号を使用して、電力スイッチ１０４、１０５をオンに切り替えるか、オフに切り替えるかを判定し得る。電力スイッチ１０４、１０５をオンに切り替えるか、オフに切り替えるかの判定は、また、例えば駆動回路１１０によりなされ得る。

図２Ａは、ドライバインターフェース２１８と駆動回路２１０との間における双方向通信器を含む例示的なスイッチ制御装置２００を示す。通信リンク２１９の誘導結合は、一次巻線と二次巻線とを含む信号変圧器として実装される。一次巻線にかかる電圧が一次電圧Ｖ_Ｐ２２１と表記されるのに対し、二次巻線にかかる電圧は二次電圧Ｖ_Ｓ２２２と表記される。通信リンク２１９を形成する誘導結合におけるドット（黒丸）は、信号変圧器の一方の巻線が他方に誘導する電流の方向と電圧の極性とを表す。同様に命名および番号付けされた要素は、上述のように結合され、機能を果たすことが理解されなければならない。さらに、システム制御装置２１２および電力スイッチ２０４は、ドライバインターフェース２１８および駆動回路２１０のためのコンテキスト（使用例）を提供するために図２Ａに示される。

システム制御装置２１２は、システム入力２１３を受信し、システム出力２８３を提供するように結合される。さらに、システム制御装置２１２は、ドライバインターフェース２１８にコマンド信号ＣＭＤ２３０を出力するように、および、ドライバインターフェースから異常信号ＦＬＴ２３１およびデータ信号ＤＡＴＡ２３２を受信するように結合される。システム制御装置２１２は、システム入力２１３、異常信号ＦＬＴ２３１、およびデータ信号ＤＡＴＡ２３２に応答して、コマンドＣＭＤ２３０を生成し得る。

示されるドライバインターフェース２１８は、コマンド送信器２２３、異常受信器２２４、およびデータ受信器２２５を含む。スイッチＧ１ ２２６、Ｇ２ ２２７、Ｇ３ ２２８、およびＧ４ ２２９がさらに示される。示されるスイッチはｎ型金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であるが、他のスイッチが使用され得ることが理解される。スイッチＧ１ ２２６は、電源電圧Ｖ_ＤＤと、変圧器２１９の一次巻線のドット付き端部とに結合される。スイッチＧ２ ２２７は、一次基準２０６、一次巻線のドット無し端部に結合される。スイッチＧ３ ２２８は、電源電圧Ｖ_ＤＤと一次巻線のドット無し端部とに結合される。スイッチＧ４ ２２９は、一次基準２０６と変圧器２１９の一次巻線のドット付き端部とに結合される。示されるように、トランジスタＧ１ ２２６、Ｇ４ ２２９に結合されたドライバインターフェース２１８の入力／出力端子は、ＴＲＰを付して表記されるのに対し、トランジスタＧ２ ２２７、Ｇ３ ２２８に結合されたドライバインターフェース２１８の入力／出力端子は、ＴＲＮを付して表記される。

コマンド送信器２２３は、システム制御装置２１２からコマンドＣＭＤ２３０を受信するように結合され、スイッチＧ１ ２２６、Ｇ２ ２２７、Ｇ３ ２２８、およびＧ４ ２２９の各々に対する制御信号を生成する。スイッチＧ１ ２２６、Ｇ２ ２２７、Ｇ３ ２２８、およびＧ４ ２２９の制御によりトランジスタの一次巻線２１９にかかる生成された電圧は、電力スイッチ２０４を駆動するように駆動回路２１０に命令し得る。一例において、コマンド送信器２２３は、電力スイッチ２０４をオン状態に駆動するように駆動回路２１０に命令するオンコマンドを送信することにより、論理ハイのコマンド信号ＣＭＤ２３０に応答することに加え、電力スイッチ２０４をオフ状態に駆動するように駆動回路２１０に命令するオフコマンドを送信することにより、論理ローのコマンド信号ＣＭＤ２３０に応答する。例えば、コマンドＣＭＤ２３０における立ち上がりエッジを受信したことに応答して、コマンド送信器２２３は、固定時間長にわたって、スイッチＧ１ ２２６、Ｇ２ ２２７を伝導性のオン状態に制御し、スイッチＧ３ ２２８、Ｇ４ ２２９を非伝導性のオフ状態に制御し得る。その結果、一次巻線のドット付き端部が電源電圧Ｖ_ＤＤに結合され、他端部が、一次基準２０６に結合される。従って、電圧Ｖ_ＤＤが、固定時間長にわたって一次巻線に印加される。言い換えると、電圧Ｖ_ＤＤに実質的に等しい大きさの、一次電圧Ｖ_Ｐ２２１における正のパルスが存在する。コマンドＣＭＤ２３０における立ち下がりエッジを受信したことに応答して、コマンド送信器２２３は、固定時間長にわたって、スイッチＧ３ ２２８、Ｇ４ ２２９を伝導性のオン状態に制御し、スイッチＧ１ ２２６、Ｇ２ ２２７を非伝導性のオフ状態に制御し得る。その結果、一次巻線のドット付き端部が一次基準２０６に結合され、他端部が電源電圧Ｖ_ＤＤに結合される。従って、負の基準電圧−Ｖ_ＤＤが、固定時間長にわたって一次巻線に印加される。言い換えると、電圧Ｖ_ＤＤに実質的に等しい大きさの、一次電圧Ｖ_Ｐ２２１における負のパルスが存在する。

コマンド送信器２２３がオンコマンドもオフコマンドも送信していない（すなわち、待機状態である）とき、コマンド送信器２２３は、ａ）スイッチＧ２ ２２７、Ｇ４ ２２９をオンに切り替えるとともに、スイッチＧ１ ２２６、Ｇ３ ２２８をオフに切り替えるか、または、ｂ）スイッチＧ２ ２２７、Ｇ４ ２２９をオフに切り替えるとともに、スイッチＧ１ ２２６、Ｇ３ ２２８をオンに切り替える。これは、変圧器２１９にわたる通信のノイズ耐性を改善するために実行され得る。

さらに説明されるように、異常受信器２２４は、変圧器２１６の一次巻線のドット付き端部に結合されて誘導電流を検出し、データ受信器２２５は、一次巻線のドット無し端部に結合されて誘導電流を検出する。これらの誘導電流は、それぞれ、異常およびデータ信号を表す。

駆動回路２１０は、駆動信号生成器２３３、異常送信器２３４、およびデータ送信器２３５を含む。駆動信号生成器２３３は、二次巻線に結合されて、変圧器２１９の二次巻線にかかる二次電圧Ｖ_Ｓ２２２を検出する。一次巻線にかかる電圧を変化させることが、二次巻線にかかる電圧を誘導する。駆動信号生成器２３３が、誘導二次電圧Ｖ_Ｓ２２２を検出して、コマンド送信器２２３がオンコマンドを送信したか、オフコマンドを送信したかを判定する。駆動信号生成器２３３は、さらに、応答駆動信号Ｕ_ＤＲ２１６を生成して、結果的に電力スイッチ２０４を駆動する。

異常送信器２３４は、異常制御信号Ｕ_{ＦＡＵＬＴ}２５６を受信するように結合される。異常制御信号Ｕ_{ＦＡＵＬＴ}２５６は、電力スイッチ２０４における過電流（例えば過負荷または短絡）または過電圧異常を示し得る。一例において、異常制御信号Ｕ_{ＦＡＵＬＴ}２５６は、非一定の長さの論理ハイセクションと論理ローセクションとを含む方形パルス波形である。異常に応答して、異常制御信号Ｕ_{ＦＡＵＬＴ}２５６は、論理ハイ値に遷移し得る。異常制御信号Ｕ_{ＦＡＵＬＴ}２５６に応答して、異常送信器２３４は、異常信号２３６を生成して、ドライバインターフェース２１８に異常の存在を通信する。異常送信器２３４は、二次基準２７５を基準とする。異常送信器２３４は、異常制御信号Ｕ_{ＦＡＵＬＴ}２５６に応答して、異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ}２３６を提供するスイッチング可能な電流源として実装され得る。示される実施態様において、異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ}２３６は、二次巻線のドット付き端部に流れ込み、一次巻線のドット付き端部から流れ出る一次側異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ＿Ｐ}２３８を誘導する。一次側異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ＿Ｐ}２３８の大きさは、信号変圧器２１９の巻数比により、二次側異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ}２３６に関係する。異常受信器２２４は、一次側異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ＿Ｐ}２３８を検出し、一次側異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ＿Ｐ}２３８が二次側における異常を表すことを識別し、システム制御装置２１２に信号ＦＬＴ２３１を出力する。

示される実施態様において、データ送信器２３５は、第１の検出信号Ｕ_{ＳＥＮＳＥ１} ２１４と第２の検出信号Ｕ_{ＳＥＮＳＥ２} ２１５とを受信するように結合される。両方の検出信号が、電力スイッチ２０４の動作状態を表す。データ送信器２３５は、第１の検出信号Ｕ_{ＳＥＮＳＥ１} ２１４および第２の検出信号Ｕ_{ＳＥＮＳＥ２} ２１５により提供されるデータを符号化して、そのデータを具現化したデータ信号Ｉ_ＤＡＴＡ２３７を生成する。データ信号Ｉ_ＤＡＴＡ２３７は、対応する一次側データ電流Ｉ_{ＤＡＴＡ＿Ｐ}２３９を誘導することにより、誘導結合２１９を介してドライバインターフェース２１８に情報を搬送する。いくつかの実施態様において、情報は、二進（二値）ワードに符号化される。例えば、データ信号Ｉ_ＤＡＴＡ２３７における論理ハイパルスは、二進数の「１」を示し得、論理ローパルスまたは無パルスは、二進数の「０」を示し得る。いくつかの実施態様において、データ信号Ｉ_ＤＡＴＡ２３７は、汎用非同期送受信器（ＵＡＲＴ：ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）プロトコルに適合する。いくつかの実施態様において、ハミング符号または巡回冗長検査（ＣＲＣ：ｃｙｃｌｉｃ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ ｃｈｅｃｋ）符号などの誤り訂正符号が使用され得る。

データ送信器２３５は、二次基準電位２７５を基準とし、データ電流信号Ｉ_ＤＡＴＡ２３７を提供する電流源として実装され得る。データ電流信号Ｉ_ＤＡＴＡ２３７は、異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ}２３６とは異なる二次巻線の端部、すなわち、示される実施態様における二次巻線のドット無し端部に流れ込む。二次側データ電流Ｉ_ＤＡＴＡ２３７は、一次側データ電流Ｉ_{ＤＡＴＡ＿Ｐ}２３９を誘導する。一次巻線におけるドットの反対側端部から流れる。一次側データ電流Ｉ_{ＤＡＴＡ＿Ｐ}２３９の大きさは、信号変圧器２１９の巻数比により、二次側データ電流Ｉ_ＤＡＴＡ２３７の大きさに関係する。データ受信器２２５は、一次側データ電流Ｉ_{ＤＡＴＡ＿Ｐ}２３９を検出し、受信された信号を復号する。復号された情報は、ＤＡＴＡ２３２としてシステム制御装置に搬送される。以下でさらに説明されるように、コマンド送信器２２３により送信されるコマンド信号（すなわち、一次電圧Ｖ_Ｐ２２１）、異常送信器２３４により送信される（すなわち、異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ}２３６）異常信号、および、データ送信器２３５により送信された（すなわち、データ電流Ｉ_ＤＡＴＡ２３７）データ信号の大きさおよび持続期間は、それらの間における衝突が発生した場合でも、これらの信号が区別され得るように選択され得る。従って、ドライバインターフェース２１８および駆動回路２１０は、同期される必要はなく、タイムシェアリング（時分割）スキームに従って情報を送信することに制限されることも必要とされない。むしろ、誘導結合２１９により形成された通信チャンネルは、非同期でデータを送信する複数の送信器に対する同時アクセスを提供し得る。

図２Ｂは、例示的な一実施態様の場合の、信号変圧器２１９に入力されるコマンド信号、異常信号、およびデータ信号の例示的な電流および電圧値の表２０１である。電流の極性は、図２Ａにおけるそれらの例示と一致することが理解されなければならない。一次電圧Ｖ_Ｐ２２１および二次電圧Ｖ_Ｓ２２２の極性も、図２Ａにおけるそれらの例示と一致する。

表２０１の第１の行は、例示的な実施態様における、送信されたオンコマンドおよび送信されたオフコマンドに対する一次電圧Ｖ_Ｐ２２１について記載する。オンコマンドの場合、一次電圧Ｖ_Ｐ２２１は、期間Ｔ１にわたって実質的に＋Ｖ_ＤＤである。オフコマンドの場合、一次電圧Ｖ_Ｐ２２１は、期間Ｔ１にわたって実質的に−Ｖ_ＤＤである。例示的な実施態様において、Ｖ_ＤＤは、実質的に１５ボルト（Ｖ）であり、期間Ｔ１は、実質的に２００ナノ秒（ｎｓ）である。例示的なオンコマンドとオフコマンドとは、等しい持続期間をもち、逆極性であるが、様々な異なる極性および持続期間が他の実施態様に使用され得ることが理解されなければならない。

表２０１の第２の行は、例示的な実施態様における、送信された異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ}２３６に対する二次巻線電流について記載する。異常に応答して、異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ}２３６の大きさは、期間Ｔ２にわたって−Ｉ_２に実質的に等しい。異常のない場合、異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ}２３６は、実質的にゼロに等しいものであり得る。期間Ｔ２の持続期間は、コマンド信号に対する期間Ｔ１の持続期間より大きい。例示的な実施態様において、Ｉ_２は、１７０ミリアンペア（ｍＡ）に実質的に等しく、期間Ｔ１の持続期間は、４．４マイクロ秒（ｕｓ）に実質的に等しい。しかし、他の実施態様において、異なる極性および持続期間が使用され得る。例えば、変圧器の巻線は、コアの周囲において逆方向に巻き付けられ得る。さらに、他の実施態様において、異常無し状態が別の大きさであり得、および／または、所定の持続期間をもち得る。

表２０１の第３の行は、例示的な実施態様における、送信されたデータ電流Ｉ_ＤＡＴＡ２３７に対する二次巻線電流について記載する。例示的な実施態様における、データは二進ワードに符号化される。データ電流Ｉ_ＤＡＴＡ２３７は、二進値「１」を送信するために、期間Ｔ３にわたって＋Ｉ_３に実質的に等しい。データ電流Ｉ_ＤＡＴＡ２３７は、二進値「０」を送信するために、実質的にゼロである。さらに、期間Ｔ３の持続期間は、期間Ｔ１の持続期間より大きい。例示的な実施態様において、＋Ｉ_３は実質的に３０ｍＡであり、期間Ｔ３は１４マイクロ秒の持続期間をもつ。しかし、他の実施態様において、異なる極性および持続期間が使用され得る。さらに、「０」の送信は、別の大きさであり得、および／または、所定の持続期間をもち得る。

図３Ａは、図２Ａに示されるデータ送信器２３５の一例であるデータ送信器３３５を示す。同様に命名および番号付けされた要素は、上述のように結合され、機能を果たすことが理解されなければならない。さらに、誘導結合３１９、駆動信号生成器３３３、および電力スイッチ３０４は、データ送信器３３５に対するコンテキストを提供するように示される。

データ送信器３３５は、データ制御／符号化器３４１、スイッチ３４６（ｎ型ＭＯＳＦＥＴとして示される）、抵抗３４３、３４４、およびダイオード３４５を含む。抵抗３４３は、データ制御／符号化器３４１およびスイッチ３４６の制御端子に結合される。ダイオード３４５は、抵抗３４３と二次巻線のドット無し端部とに結合される。抵抗３４４は、二次巻線のドット付き端部とスイッチ３４６とに結合される。スイッチ３４６は、抵抗器３４４と二次基準３７５との間に結合される。

データ送信器３３５は、変圧器３１９を減磁する任意選択的な減磁回路３４２をさらに含み得る。減磁は、変圧器３１９が飽和状態になることを防ぎ得る。減磁回路３４２は、スイッチ３５１（ｎ型ＭＯＳＦＥＴとして示される）、抵抗３４８、３４９、およびダイオード３５０を含む。抵抗３４８は、データ制御／符号化器３４１とスイッチ３５１の制御端子とに結合される。ダイオード３５０は、抵抗３４８と二次巻線のドット付き端部とに結合される。抵抗３４９は、二次巻線のドット無し端部とスイッチ３５１とに結合される。スイッチ３５１は、抵抗器３４９と二次基準３７５との間に結合される。

データ制御／符号化器３４１は、第１の検出信号Ｕ_{ＳＥＮＳＥ１} ３１４および第２の検出信号Ｕ_{ＳＥＮＳＥ２} ３１５を受信し、これらの信号により提供されるデータのうちの少なくともいくつかを符号化する。データ制御／符号化器３４１は、データをデジタル値に変換するアナログ・デジタルコンバーター、ＳＰＩ（Ｓｅｒｉａｌ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ、シリアルペリフェラルインターフェース）、Ｉ２Ｃインターフェース、またはデジタルセンサーからデータを受信する他のデジタルインターフェースを任意選択的に含み得る。いくつかの実施態様において、データ制御／符号化器３４１は、汎用非同期送受信器（ＵＡＲＴ：ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）プロトコルを適用し得る。いくつかの実施態様において、データ制御／符号化器３４１は、ハミング符号または巡回冗長検査（ＣＲＣ：ｃｙｃｌｉｃ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ ｃｈｅｃｋ）符号などの誤り訂正符号を使用し得る。

データ制御／符号化器３４１は、スイッチ３４６を伝導状態に、および、非伝導状態に制御して、データ電流Ｉ_ＤＡＴＡ３３７を生成する。一実施形態において、データ制御信号Ｕ_ＤＡＴＡ３４７は、二進値「１」を送信するとき、論理ハイであり、二進値「０」を送信するとき、論理ローである。または言い換えると、データ制御信号Ｕ_ＤＡＴＡ３４７は、スイッチ３４６を伝導状態にスイッチングして、二進値「１」を送信し、スイッチ３４６を非伝導状態にスイッチングして、二進値「０」を送信する。逆の極性も使用され得る。データ制御信号Ｕ_ＤＡＴＡ３４７がスイッチ３４６をオンに切り替えたとき、電流が抵抗器３４３、およびダイオード３４５を通って、二次巻線のドット無し端部に流れ込む。電流は、二次巻線のドット付き端部から流れ出て、抵抗器３４４およびスイッチ３４６を通って、二次基準３７５に流れる。一例において、データ電流Ｉ_ＤＡＴＡ３３７の大きさは、Ｉ_３に実質的に等しく、スイッチ３４６は、期間Ｔ３にわたってオンに切り替えられる。データ電流Ｉ_ＤＡＴＡ３３７は、一次巻線のドット無し端部から流れ出る一次側データ電流Ｉ_{ＤＡＴＡ＿Ｐ}３３９を誘導する。

送信されたデータ電流Ｉ_ＤＡＴＡ３３７は、変圧器３１９を励磁して、最終的に変圧器３１９を飽和させ得る。減磁回路３４２は、断続的に、または、データ送信器３５５が二進値「１」を送信するごとに、変圧器３１９を減磁し得る。減磁回路３４２は、データ電流Ｉ_ＤＡＴＡ３３７と同一値であるが二次巻線を通る逆方向の減磁電流Ｉ_{ＤＥＭＡＧ}３５３を送信することにより、変圧器３１９を減磁する。示される例において、減磁電流Ｉ_{ＤＥＭＡＧ}３５３は、二次巻線のドット付き端部に流れ込む。等しく反対向きの減磁電流Ｉ_{ＤＥＭＡＧ}３５３が、二進値「１」のデータ電流Ｉ_ＤＡＴＡ３３７の前または後に、または必要なときに送信され得る。スイッチ３５１がオンに切り替えられたとき、減磁電流Ｉ_{ＤＥＭＡＧ}３５３が抵抗器３４８、およびダイオード３５０を通って、二次巻線のドット付き端部に流れ込む。減磁電流Ｉ_{ＤＥＭＡＧ}３５３は、二次巻線から流れ出て、抵抗器３４９およびスイッチ３５１を通って、二次戻り３７５に流れる。いくつかの実施態様において、抵抗３４３および３４８の値は、実質的に等しいものであり得、抵抗３４４および３４９の値は、実質的に等しいものであり得る。他の実施態様において、それらは、異なる値をもち得る。

図３Ｂは、例示的な第１の検出信号Ｕ_{ＳＥＮＳＥ１} ３１４および第２の検出信号Ｕ_{ＳＥＮＳＥ２} ３１５を示す。一例において、第１の検出信号Ｕ_{ＳＥＮＳＥ１} ３１４は、入力電圧Ｖ_ＩＮ３０２を表し、入力電圧Ｖ_ＩＮ３０２が上昇するにつれて、上昇し得る。第２の検出信号Ｕ_{ＳＥＮＳＥ２} ３１５は、温度を表し、温度が上昇するにつれて、低下し得る。

図４は、図２Ａに示される異常送信器２３４の一例である異常送信器４３４を示す。同様に命名および番号付けされた要素は上述のように結合および機能することが理解されなければならない。さらに、誘導結合４１９、駆動信号生成器４３３、および電力スイッチ４０４は、異常送信器４３４に対するコンテキストを提供するように示される。

異常送信器４３４は、スイッチ４５７、４５８（ｎ型ＭＯＳＦＥＴとして示される）およびダイオード４５９を含む。スイッチ４５７は、電源電圧ＶＩＳＯとダイオード４５９との間に結合される。さらに、スイッチ４５７は、異常制御信号Ｕ_{ＦＡＵＬＴ}４５６により制御される。ダイオード４５９は、誘導結合４１９の二次巻線のドット付き端部に結合される。スイッチ４５８は、二次巻線の他方の（ドット無し）端部に結合され、二次基準４７５を基準とする。スイッチ４５８は、シフトされた異常制御信号Ｕ_{ＦＡＵＬＴ’}４８４により制御される。

異常制御信号Ｕ_{ＦＡＵＬＴ}４５６およびシフトされた異常制御信号Ｕ_{ＦＡＵＬＴ’}４８４は同期され、いくつかの実施態様において、単一の源から出力され得る。異常を検出したことに応答して、異常制御信号Ｕ_{ＦＡＵＬＴ}４５６とシフトされた異常制御信号Ｕ_{ＦＡＵＬＴ’}４８４の両方が、スイッチ４５７、４５８を伝導状態に制御する論理ハイ状態に遷移するようにされ得る。異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ}４３６は、スイッチ４５７、およびダイオード４５９を通って、変圧器４１９の二次巻線のドット付き端部に流れ込む。異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ}４３６は、さらに、二次巻線の反対側端部から出て、スイッチ４５８を通って二次基準４７５に流れる。異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ}４３６の大きさは、電流Ｉ_２に実質的に等しく、スイッチ４５７、４５８は、期間Ｔ２にわたってオンに切り替えられる。

図５は、図２Ａに示される異常受信器２２４およびデータ受信器２２５の例である異常受信器５２４およびデータ受信器５２５を示す。同様に命名および番号付けされた要素は、上述のように結合され、機能を果たすことが理解されなければならない。さらに、誘導結合５１９は、異常受信器５２４およびデータ受信器５２５に対するコンテキストを提供するように示される。

異常受信器５２４は、比較器５８１、積分器５６０、および比較器５６１を含むように示される。異常受信器５２４は、変圧器５１９の一次巻線のドット付き端部に結合される。上述のように、二次における送信された異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ}５３６は、一次側異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ＿Ｐ}５３８を誘導する。一次側異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ＿Ｐ}５３８は、異常受信器５２４により検出される。一例において、一次側異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ＿Ｐ}５３８は、電流検出抵抗またはＭＯＳＦＥＴにより検出され得る。例えば、異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ＿Ｐ}５３８は、図２Ａに示されるトランジスタＧ４のドレイン・ソース電圧を検出することにより検出され得る。

検出された一次側異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ＿Ｐ}５３８と第１の閾値ＴＨ１ ５６２とが、比較器５８１により受信される。示されるように、一次側異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ＿Ｐ}５３８は、非反転入力において受信されるのに対し、第１の閾値ＴＨ１ ５６２は、比較器５８１の反転入力において受信される。比較器５８１の出力は、積分器５６０により受信される。示される例において、検出された一次側異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ＿Ｐ}５３８が第１の閾値ＴＨ１ ５６２より大きいとき、積分器５６０は、最大値まで登りの傾きで積分する。検出された一次側異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ＿Ｐ}５３８が第１の閾値ＴＨ１ ５６２未満であるとき、積分器５６０は、最小値まで下りの傾きで積分する。さらに説明されるように、第１の閾値ＴＨ１ ５６２は、１００〜１４５ｍＡの範囲内であり得る。検出された一次側異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ＿Ｐ}５３８が電圧信号である一例の場合、第１の閾値ＴＨ１ ５６２は、１００〜１４５ｍＡの電流値に対応した電圧値の範囲であり得る。

動作時、検出された一次側異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ＿Ｐ}５３８が第１の閾値ＴＨ１ ５６２より大きいとき、比較器５８１は、積分器５６０により最大値まで登りの傾きで積分されるハイ信号を出力する。検出された一次側異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ＿Ｐ}５３８が第１の閾値ＴＨ１ ５６１未満であるとき、比較器５８１がロー信号を出力し、積分器５６０が、最小値まで下がるように下りの傾きで放電される。積分結果が、積分器５６０から出力される。

比較器５６１は、積分器５６０の出力と第２の閾値ＴＨ２ ５６５とを受信するように結合される。示されるように、積分器５６０の出力は、比較器５６１の反転入力において受信され、第２の閾値ＴＨ２ ５６５は、非反転入力において受信される。積分器５６０の出力が第２の閾値ＴＨ２ ５６５を上回るように上昇したことに応答して、比較器５６１は、論理ハイの異常信号ＦＬＴ５３１を出力する。積分器５６０の出力が第２の閾値ＴＨ２ ５６５未満であることに応答して、比較器５６１は、論理ローの異常信号ＦＬＴ５３１を出力する。第２の閾値ＴＨ２ ４６５は、検出された一次側異常電流Ｉ_{ＦＡＵＬＴ＿Ｐ}５３８が第１の閾値ＴＨ１ ５６２より大きい時間長に対する時間閾値を表し得る。例えば、第２の閾値ＴＨ２ ５６５は、７９０〜１６２０ｎｓの間の時間長に対応し得る。信号ＦＬＴ５３１は、システム制御装置（図示されない）に搬送される。従って、積分器５６０の出力が第２の閾値ＴＨ２ ５６５より大きいとき、異常受信器５２４は、二次におけるドライバ回路から異常が送信されたことを示す。

データ受信器５２５は、比較器５８２、積分器５６３、比較器５６４、および復号器５６６を含む。データ受信器５２５は、変圧器５１９の一次巻線のドット付き端部の反対側の端部に結合された。上述のように、ドライバ回路からの送信されたデータ電流信号Ｉ_ＤＡＴＡ５３７は、一次側データ電流Ｉ_{ＤＡＴＡ＿Ｐ}５３９を誘導する。一次側データ電流Ｉ_{ＤＡＴＡ＿Ｐ}５３９は、データ受信器５２５により検出される。例えば、一次側データ電流Ｉ_{ＤＡＴＡ＿Ｐ}５３９は、電流検出抵抗器またはＭＯＳＦＥＴにより検出され得る。

検出された一次側データ電流Ｉ_{ＤＡＴＡ＿Ｐ}５３９と第３の閾値ＴＨ３ ５７９とが、比較器５８２により受信される。示されるように、一次側データ電流Ｉ_{ＤＡＴＡ＿Ｐ}５３９が非反転入力において受信され、第３の閾値ＴＨ３ ５７９が比較器５８２の反転入力において受信される。さらに説明されるように、第３の閾値ＴＨ３ ５７９は、１０〜２０ｍＡの範囲内であり得る。検出された一次側データ電流Ｉ_{ＤＡＴＡ＿Ｐ}５３９が電圧信号であるである一例の場合、第３の閾値ＴＨ３ ５７９は、１０〜２０ｍＡの電流値に対応した電圧値の範囲であり得る。動作時、検出された一次側データ電流Ｉ_{ＤＡＴＡ＿Ｐ}５３９が第３の閾値ＴＨ３ ５７９より大きいとき、比較器５８２は、積分器５６３により最大値まで登りの傾きで積分されるハイ信号を出力する。検出された一次側データ電流Ｉ_{ＤＡＴＡ＿Ｐ}５３９が第３の閾値ＴＨ３ ５７９未満であるとき、比較器５８２はロー信号を出力し、積分器５６３は最小値まで下がるように下りの傾きで放電される。積分結果が積分器５６３から出力される。

比較器５６４は、積分器５６３の出力と第４の閾値ＴＨ４ ５８０とを受信するように結合される。示されるように、積分器５６３の出力は比較器５６４の反転入力において受信され、第４の閾値ＴＨ４ ５８０は非反転入力において受信される。積分器５６４の出力が第４の閾値ＴＨ４ ５８０を上回るように上昇したことに応答して、比較器５６４の出力は論理ハイとなる。積分器５６４の出力が第４の閾値ＴＨ４ ５８０未満であることに応答して、比較器５６４の出力が論理ローとなる。第４の閾値ＴＨ４ ５８０は、検出された一次データ電流Ｉ_{ＤＡＴＡ＿Ｐ}５３９が第３の閾値ＴＨ３ ５７９より大きい時間長に対する時間閾値を表し得る。例えば、第４の閾値ＴＨ４ ５８０は、３．３〜６．６マイクロ秒より大きな時間長に対応し得る。積分器５６４の出力における連続した論理ハイ状態と論理ロー状態とが、二次における動作状態を表す一連の二進ビットを形成し得る。

復号器５６６は、比較器５６４の出力を受信して、データ送信器５２５により送信された一連のビットを復号する。ビットに符号化された情報に基づいて、復号器５６６が、システム制御装置にデータＤＡＴＡ５３２を出力する。データＤＡＴＡ５３２を出力は、アナログ信号、ＰＷＭ信号、ビットストリームなどの形態であり得る。

図６Ａは、誘導結合において衝突が発生した場合に、コマンド信号、異常信号、およびデータ信号の、それらの相対的な優先度を具現化し得る、コマンド信号、異常信号、およびデータ信号の−−送信における−−大きさおよび持続期間の一実施態様を記載した表６００である。上述のように、ドライバインターフェースおよびドライバ回路は同期される必要がなく、信号間の衝突が発生し得る。従って、信号の性質は、衝突が発生したときにどの信号が受信されるかを決定する相対的な優先度を設定するように選択され得る。実際には、損失が多いが多重アクセスである通信チャンネルが、誘導結合において実装され得る。

図６Ａに示される例において、異常信号は、コマンドおよびデータ信号を上回るように優先順位付けされる。少なくともそれらの送信の時点において、コマンド信号は、データ信号を上回るように優先順位付けされる。しかし、概して、データ信号送信の持続期間は、はるかに長く、介入するコマンド信号を伴う場合でも、データは概して失われない。これらの優先度を実装するために、送信における異常信号は、他の信号に比べて、比較的長い持続期間にわたって、比較的大きな（電流の）大きさをもち得る。例示的な異常信号の詳細が、表６００の上部行に示される。さらに、コマンド信号は、異常およびデータ電流信号とは対照的に、電圧信号として実装され得る。送信における例示的なコマンド信号の詳細が、表６００の第２の行に示される。コマンド信号が、持続期間という点で、異常信号とデータ信号との両方より大幅に短いものであり得ることに留意されたい。データ信号（および関係する減磁電流）を構成する個々のビットは、大きさという点で小さいが、異常信号およびコマンド信号に比べて比較的長い持続期間をもつ。送信における例示的なデータビットの詳細が、表６００の第３の行に示され、例示的な減磁電流の詳細が、表６００の第４の行に示される。例示的な異常信号およびデータ信号は電流信号であるが、コマンド信号は電圧信号であることが理解されなければならない。それにもかかわらず、これらの信号はすべて、誘導結合により提供されるガルバニック絶縁の他方側に電圧または電流を誘導する。

示される例において、異常電流信号は、１７０ｍＡに実質的に等しいＩ_２の大きさをもち、期間Ｔ２は、送信において４．４マイクロ秒の持続期間をもつ。異常電流信号を検出するために使用される第１の閾値ＴＨ１は、１００〜１４５ｍＡの範囲内である。コマンド電圧信号は、持続期間という点で２００ｎｓに実質的に等しい期間Ｔ１にわたって、１５Ｖに実質的に等しい電源電圧Ｖ_ＤＤの大きさをもつ（これは、７０ｍＡに実質的に等しい大きさＩ_ＣＭＤのコマンド電流を意味する）。オンコマンド信号が正極性をもつのに対し、オフコマンド信号は等しい大きさの負極性をもつ。上述のように、オンコマンド信号およびオフコマンド信号は、持続期間において等しく、極性が逆である必要がある。データ電流ビットは、３０ｍＡに実質的に等しいＩ_３の大きさをもち、期間Ｔ３は、送信において１４マイクロ秒の持続期間をもつ。データ電流ビットを検出するために使用される第３の閾値ＴＨ３は、１０〜２０ｍＡの範囲内である。減磁電流は、３０ｍＡに実質的に等しいＩ_３の大きさをもち、期間Ｔ３は、１４ｕｓに実質的に等しい持続期間をもつ。減磁電流の極性は、データ電流ビットの極性の逆である。

図６Ｂは、誘導結合において同時に送信された信号間の例示的な衝突を概略的に示すタイミング図６０１である。上述のように、二次巻線における送信において、異常信号は、１７０ｍＡに実質的に等しいＩ_２の大きさをもち得、持続期間という点で４．４マイクロ秒に実質的に等しい期間Ｔ２をもち得る。二次巻線における送信において、データ電流ビットは、３０ｍＡに実質的に等しいＩ_３の大きさをもち得、１４マイクロ秒に実質的に等しい持続期間をもつ期間Ｔ３をもち得るが、異常信号の極性と逆の極性をもち得る。一例において、一次巻線において受信された異常電流信号の大きさは、大きさＩ_２＿Ｐと表され得る。大きさＩ_２＿Ｐの範囲は、閾値ＴＨ１（図５に示される）に関係する。例えば、一次側異常電流の大きさＩ_２＿Ｐは、第１の閾値ＴＨ１より大きくなければならない。一例において、第１の閾値ＴＨ１ ６６２は、１００〜１４５ｍＡの範囲内である。データビットの場合、一次巻線において受信された信号の大きさは、大きさＩ_３＿Ｐと呼ばれ得る。大きさＩ_３＿Ｐの範囲は、閾値ＴＨ３（図５に示される）に関係する。例えば、一次側データ電流の大きさＩ_３＿Ｐは、第３の閾値ＴＨ３ ６７９より大きくなければならない。一例において、第３の閾値ＴＨ３ ６７９は、１０〜２０ｍＡの範囲内である。異常信号およびデータビットは、二次側における送信において所定の持続期間をもち得るが、一次側において受信された持続期間は、ノイズおよび他の条件に起因して変動し得る。例えば、受信された異常電流信号の持続期間は、時間閾値ＴＨ２（図５に示される）を上回る７９０〜１６２０ｎｓより大きなものであり得、受信されたデータビットの持続期間は、時間閾値ＴＨ４（図５に示される）を上回る３．３〜６．６マイクロ秒より大きなものであり得る。

タイミング図６０１は、オンコマンド６６８と、二進値「１」のデータビット６３９と、異常信号６３８との間における３ウェイ衝突を含む一次巻線電流６２１を示す。示されるように、まずオンコマンド６６８が、二進値「１」のデータビット６３９に衝突する。続いて、異常信号６３８が、同じ二進値「１」のデータビット６３９に衝突する。端子ＴＲＮに（すなわち図２Ａに示されるトランジスタＧ２またはＧ３に）流れ込む電流に対する、図６Ｂ（および図６Ｃ）に示される一次巻線電流６２１の極性が正であるのに対し、端子ＴＲＮから（すなわち図２Ａに示されるトランジスタＧ２またはＧ３から）流れ出る電流は負である。

示される例の場合、二進値「１」のデータビット６３９の前に、一次側において減磁電流６５４が誘導される。簡潔となるように、励磁電流は、図６Ｂおよび図６Ｃに示されない。減磁電流６５４中、一次巻線電流は、期間Ｔ３ ６７４にわたって実質的に−Ｉ_３＿Ｐ ６７３である。減磁電流６５４が終了した後、二進値「１」のデータビット６３９が始まり、一次巻線電流６２１が期間Ｔ３ ６７４にわたって実質的にＩ_３＿Ｐ ６７３まで増加する。一次巻線電流は、オンコマンド６６８および異常信号６３８との衝突中を除いて、期間Ｔ３ ６７４にわたって実質的にＩ_３＿Ｐ ６７３である。示されるように、二進値「１」のデータビット６３９が受信されたとき、オンコマンド６６８が同時に送信される。一次巻線電流６２１におけるスパイクは、オンコマンド６６８に関係し、一次巻線電流６２１は、期間Ｔ１ ６７０にわたって大きさＩ_ＣＭＤ６６９まで増加する。期間Ｔ１ ６７０の後、一次巻線電流６２１が実質的にＩ_３＿Ｐ ６７３まで減少する。オンコマンド遷移６６８は電圧信号であるので、それが、二進値「１」のデータビット６３９の送信に関係した電圧を凌駕し、衝突にもかかわらず、オンコマンド６６８が二次側において受信され得る。実際には、オンコマンドの送信中、オンコマンド６６８は、受信された二進値「１」のデータビット６３９を上回るように優先順位付けされる。しかし、概して、データ信号送信の持続期間は、オンコマンドよりはるかに長く、介入するオンコマンドを伴う場合でもデータは概して失われない。

二進値「１」のデータビット６３９が受信される期間中、一次巻線において異常信号６３８が受信される。示されるように、一次巻線電流６２１は、データビット６３９の途中で、期間Ｔ２ ６７２にわたって実質的に−Ｉ_２＿Ｐ ６７１まで減少する。期間Ｔ２ ６７２の終了時に、一次巻線電流６２１が、Ｉ_３＿Ｐ ６７３に実質的に等しい大きさまで増加して、期間Ｔ３ ６７４の残部にわたって大きさＩ_３＿Ｐ ６７３に留まる。受信された異常信号６３８の極性が受信されたデータビット６３９の極性と逆であるので、衝突にもかかわらず、異常信号が認識され得る。実際には、異常信号６３８の極性は、二進値「１」のデータビット６３９を上回る異常信号６３８の優先順位付けを具現化する。

図６Ｃは、電力コンバーターの一次側におけるオンコマンド６６８と異常信号６３８と二進値「１」のデータビット６３９との間の衝突を概略的に示す別のタイミング図である。図６Ｂと同様に、二進値「１」のデータビット６３９が送信される前に、減磁電流６５４が一次側に誘導される。減磁６５４中、一次巻線電流は、期間Ｔ３ ６７４にわたって実質的に−Ｉ_３＿Ｐである。減磁６５４が終了した後、二進値「１」のデータビット６３９が始まり、一次巻線電流６２１が、期間Ｔ３ ６７４にわたって実質的にＩ_３＿Ｐまで増加する。一次巻線電流は、オンコマンド６６８および異常信号６３８との衝突中を除いて、期間Ｔ３ ６７４にわたって実質的にＩ_３＿Ｐ ６７３である。

異常信号６３８は、二進値「１」のデータビット６３９の途中で一次巻線において受信される。示されるように、一次巻線電流６２１は、期間Ｔ２ ６７２にわたって実質的に−Ｉ_２＿Ｐ ６７１まで減少する。受信された異常信号６３８の間、期間Ｔ２ ６７２中、オンコマンド６６８が送信される。一次巻線電流６２１におけるスパイクは、オンコマンド６６８に関係し、一次巻線電流６２１が、期間Ｔ１ ６７０にわたって増加する。オンコマンド６６８のピークは、実質的に−Ｉ_２＿ＰにＩ_ＣＭＤを加えたものである。期間Ｔ１ ６２１の後、一次巻線電流６２１が実質的に−Ｉ_２＿Ｐ ６７１まで減少し、異常信号６３８が再び優勢となる。期間Ｔ２ ６７２の終了時に、一次巻線電流６２１は、Ｉ_３＿Ｐ ６７３に実質的に等しい大きさまで増加し、期間Ｔ３ ６７４の残部にわたって大きさＩ_３＿Ｐ ６７３に留まる。異常信号６３８およびオンコマンド信号６６８のそれぞれの大きさおよび持続期間が、オンコマンド信号６６８を上回る異常信号６３８の優先順位付けを具現化する。特に、異常信号６３８は、上述のように積分する異常受信器により依然として認識され得る。

本発明に関して示される例についての上述の説明は、要約で説明される事項を含め、網羅的であることも、開示される形態そのものへの限定であることも意図されない。本発明の特定の実施形態および例が、本明細書において例示を目的として説明されるが、本発明のより広い趣旨および範囲から逸脱することなく様々な同等な変更が可能である。実際、具体的で例示的な電圧、電流、周波数、出力範囲値、時間などが説明のために提示されることと、本発明の教示に従った他の実施形態および例において他の値も使用し得ることとが理解される。

Claims (22)

1. 第１の基準電位を基準とする第１の回路と、
   第２の基準電位を基準とする、および、前記第１の回路からガルバニック絶縁された第２の回路と、
   前記第１の回路と前記第２の回路とをガルバニック絶縁する誘導結合であって、
   前記誘導結合が、前記第１の基準電位を基準とする第１の巻線と前記第２の基準電位を基準とする第２の巻線とを含む、
   前記誘導結合と、
   を備え、
   前記第１の回路が、前記誘導結合に結合された信号受信回路を備え、
   前記信号受信回路が、前記誘導結合を通して送信された信号を受信する前記第１の巻線に結合された１つまたは複数の信号受信器を備え、
   前記１つまたは複数の信号受信器が、
   前記誘導結合から受信された前記信号の少なくとも一部と、前記第１の基準電位に対して第１の極性をもつ第１の閾値と、を比較するように結合された第１の比較器と、
   前記誘導結合から受信された前記信号の少なくとも一部と、前記第１の基準電位に対して第２の極性をもつ第２の閾値と、を比較するように結合された第２の比較器と、
   を備え、
   前記第１の極性が、前記第２の極性の逆であり、
   前記第２の回路が、前記誘導結合に結合された信号送信回路を備え、
   前記信号送信回路が、前記第２の巻線を通して第１の方向に電流を駆動して第１の信号を送信するように、および、前記第２の巻線を通して第２の方向に電流を駆動して第２の信号を送信するように結合された１つまたは複数の信号送信器を備え、
   前記第１の方向が、前記第２の方向の逆である、
   デバイス。
2. 前記１つまたは複数の信号受信器が、
   前記第１の比較器を備える第１の信号受信器と、
   前記第２の比較器を備える第２の信号受信器と、
   を備える、
   請求項１に記載のデバイス。
3. 前記１つまたは複数の信号送信器が、
   前記第２の巻線に結合されて前記第１の方向に電流を駆動する第１の信号送信器と、
   前記第２の巻線に結合されて前記第２の方向に電流を駆動する第２の信号送信器と、
   を備える、
   請求項１または請求項２に記載のデバイス。
4. 前記第１の信号が、前記第２の信号より高い優先度をもち、前記第２の信号との衝突が発生した場合でも受信される、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のデバイス。
5. 前記１つまたは複数の信号送信器が、任意の時点で送信することができる、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のデバイス。
6. 電力スイッチを備える電力コンバーターのための制御装置であって、
   前記制御装置が、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のデバイスを備え、
   前記第１の回路が、前記制御装置の一次側であり、
   前記第２の回路が、前記制御装置の二次側である、
   制御装置。
7. 前記一次側が、前記誘導結合に結合されたドライバインターフェース回路を備え、
   前記ドライバインターフェース回路が、前記１つまたは複数の信号受信器を備える、
   請求項６に記載の制御装置。
8. 前記ドライバインターフェース回路が、前記誘導結合を通してコマンド信号を送信するように結合された第３の信号送信回路をさらに備え、
   前記コマンド信号が、オン状態とオフ状態との間における前記電力スイッチの所望の遷移を表し、
   前記二次側が、前記誘導結合を通して送信された第３の信号を受信するように、および、前記第３の信号に応答して、前記状態間で前記電力スイッチを駆動するように構成された駆動信号を生成するように結合された駆動信号生成器を備える、
   請求項７に記載の制御装置。
9. 前記１つまたは複数の信号送信器および前記第３の信号送信回路が、任意の時点で送信することができる、
   請求項８に記載の制御装置。
10. 前記第１の方向における前記電流が、前記二次側における異常検出を表す異常信号であり、
    前記第２の方向における前記電流が、前記二次側における動作パラメータを表すデータ信号であり、
    前記異常信号が、前記データ信号より高い優先度をもつ、
    請求項５または請求項９に記載の制御装置。
11. 前記動作パラメータが、コレクタ・エミッタ電圧、ドレイン・ソース電圧、システム電圧、前記電力スイッチの温度、負荷電流、コレクタ電流、またはドレイン電流のうちの１つである、
    請求項１０に記載の制御装置。
12. 前記第２の方向における前記電流が、二進の信号として構成され、
    前記信号送信回路が、
    第２の方向に前記第２の巻線を通って流れる電流を提供して、前記二進のデータ信号のビットを送信することと、
    第１の方向に前記第２の巻線を通って流れる電流を提供して、ビットが送信される前または後に前記誘導結合を減磁することと、
    を行うように構成され、
    前記第１の方向が、前記第２の方向の逆である、
    請求項６から請求項１１のいずれか一項に記載の制御装置。
13. 前記信号送信回路が、
    前記第２の巻線の第１の端部に結合された第１のスイッチと、
    前記第２の巻線の第２の端部に結合された第２のスイッチと、
    を備える、
    請求項１２に記載の制御装置。
14. 前記信号送信回路が、
    第１の電流源と、
    第２の電流源と、
    を備え、
    前記第１の電流源が、
    第１の電圧源と、
    前記第１の電圧源に直列に接続された第１の抵抗と、
    第１のダイオードまたは他の一方向伝導体と、
    を備え、
    前記第２の電流源が、
    第２の電圧源と、
    前記第２の電圧源に直列に接続された第２の抵抗と、
    第２のダイオードまたは他の一方向伝導体と、
    を備える、
    請求項１３に記載の制御装置。
15. 前記信号送信回路が、
    前記第２の巻線の前記第１の端部に結合された第１のスイッチと、
    前記第２の巻線の前記第２の端部に結合された第２のスイッチと、
    前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとの両方を伝導状態にスイッチングするように結合されたスイッチ制御回路と、
    を備える、
    請求項６から請求項１４のいずれか一項に記載の制御装置。
16. 前記第１の比較器が、前記誘導結合から受信された前記信号の少なくとも一部と前記第１の閾値との前記比較の結果を示す第１の比較結果信号を出力するように結合され、
    前記１つまたは複数の信号受信器が、
    前記第１の比較結果信号を積分して第１の積分値をもたらすように結合された積分器と、
    前記第１の積分値と第１の時間閾値とを比較するように結合された第２の比較器と、
    をさらに備える、
    請求項６から請求項１５のいずれか一項に記載の制御装置。
17. 前記第２の比較器が、前記誘導結合から受信された前記信号の少なくとも一部と第２の電圧閾値との前記比較の結果を示す第２の比較結果信号を出力するように結合され、
    前記１つまたは複数の信号受信器が、
    前記第２の比較結果信号を積分して第２の積分値をもたらすように結合された第２の積分器と、
    前記第２の積分値と第２の時間閾値とを比較するように結合された第４の比較器と、
    をさらに備える、
    請求項１６に記載の制御装置。
18. 第１の電圧閾値の大きさの絶対値が、前記第２の電圧閾値の大きさの絶対値より大きく、
    前記第１の時間閾値の持続期間が、前記第２の時間閾値の持続期間より短い、
    請求項１７に記載の制御装置。
19. 前記第１の電圧閾値の前記大きさの前記絶対値が、３倍より大きく、
    前記第２の電圧閾値の前記大きさの前記絶対値が、例えば、４倍より大きいか、または、５倍より大きい、
    請求項１８に記載の制御装置。
20. 前記第１の時間閾値の前記持続期間が、５分の１未満であり、
    前記第２の時間閾値の前記持続期間が、例えば、７分の１未満であるか、または、１０分の１未満である、
    請求項６から請求項１９のいずれか一項に記載の制御装置。
21. 前記電力スイッチのうちの少なくとも１つが、絶縁ゲートバイポーラトランジスタまたは炭化ケイ素トランジスタを含む、
    請求項６から請求項２０のいずれか一項に記載の制御装置。
22. 前記制御装置が、システム制御装置に結合するデータ入力／出力接続を含む、
    請求項６から請求項２１のいずれか一項に記載の制御装置。

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