JP2019520018A - 単一の電力ジェネレータからの複数電源トポロジ - Google Patents

Abstract

交流電流および直流電流の両方を生むための電源ユニットは、直流電源に接続されたスイッチャを含み、スイッチャは、第１の特徴を有する交流電流および第２の特徴を有する直流電流の両方を生むように構成される回路を含み、回路は、複数の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路と、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路に接続された駆動回路とを備える。スイッチャは、可変の電圧および周波数または一定の電圧および周波数を受けてもよい。いずれの場合でも、スイッチャ回路は、所望の特徴の電力を提供することができる。電源ユニットは、電源ユニットは、航空機が地上にあるときに、航空機に電力を供給するために使用されてもよい。

Description

背景
航空機において、機内に搭載されたジェネレータは、一般にエンジンが動いているときにのみ、電力を航空機の電気システムに提供する。しかし、航空機のエンジンが動いているときに、航空機の電気システムに電力を供給することができない時および場所がある。したがって、既存の電力グリッドに接続することによって、またはジェネレータを有するガソリンまたはディーゼルエンジンを利用することによって、航空機電気システムに電力を提供するためのグランド電源ユニットが開発されている。残念ながら、全ての航空機は、同じ特徴を有する電力を使用するわけではない。航空機電気システムの一般的な電力標準は、１１５Ｖ ４００Ｈｚ ３相ＡＣおよび１１５Ｖ ＡＣ電力の直接整流によって得られる２７０Ｖ ＤＣである。

しかし、１１５Ｖ ４００Ｈｚ ＡＣおよび２７０Ｖ ＤＣを供給するための２つのグランド電源ユニットのメンテナンスは、明白な欠点を有する。したがって、１１５Ｖ ４００Ｈｚ ＡＣ電力および２７０Ｖ ＤＣの両方を提供するためのグランド電源ユニットを有することが望ましい。

概略
いくつかの実施形態では、交流電流および直流電流の両方を生むための電源ユニットは、直流電源に接続されたスイッチャを備え、スイッチャは、第１の特徴を有する交流電流および第２の特徴を有する直流電流の両方を生むように構成される回路を含み、回路は、複数の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路と、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路に接続された駆動回路とを備える。

いくつかの実施形態では、第１の特徴は、３相、４００ヘルツ交流電流を含む。
いくつかの実施形態では、第２の特徴は、２７０Ｖ直流電流を含む。

いくつかの実施形態では、スイッチャは、整流器に接続され、整流器は、交流電流をスイッチャに供給される直流電流へと変換する。

いくつかの実施形態では、電源ユニットは、第１、第２、および第３の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路を備え、第１、第２、および第３の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路は、整流器のカソードおよびアノード端子に並列に接続される。

いくつかの実施形態では、電源ユニットは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路の各々に正弦波制御電圧を印加するように構成されるインタフェース回路を備え、正弦波は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路間で１２０度位相がずれる。

いくつかの実施形態では、電源ユニットは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路のうちの２つに対して互いに１８０度位相ずれして印加される、２つのパルス波変調された制御電圧出力を生成するように構成されるインタフェース回路を備える。

いくつかの実施形態では、電源ユニットは、スイッチャに接続された整流器を備え、整流器は、交流電流をスイッチャに供給される直流電流へと変換し、電源ユニットは、さらに、整流器に接続された変圧器を備える。

いくつかの実施形態では、電源ユニットは、エンジンと、変圧器に接続されたジェネレータとを備える。

いくつかの実施形態では、エンジンは、固定速エンジンである。
いくつかの実施形態では、エンジンは、可変速エンジンである。

いくつかの実施形態では、電源ユニットは、ジェネレータＲＰＭを増加させるために、ジェネレータにエンジンを接続するギアボックスを備える。

いくつかの実施形態では、回路は、パルス波変調されたインバータを備える。
いくつかの実施形態では、電源ユニットは、可変周波数発生器を備える。

いくつかの実施形態では、ジェネレータは、２００〜３００Ｖの範囲で電圧を変化させるように構成される。

いくつかの実施形態では、ジェネレータは、３８０〜６００Ｈｚの範囲で周波数を変化させるように構成される。

いくつかの実施形態では、スイッチャは、電圧または周波数、または電圧および周波数の両方において、変化する入力を受けるように構成される。

この概要は、以下の詳細な説明でさらに説明する概念の選択を簡略化した形で紹介するために提供される。この概要は、特許請求された主題の重要な特徴を特定することを意図するものでも、請求される主題の範囲を決定する際の助けとして使用されることを意図するものでもない。

図面の説明
本発明の前述の態様および付随する多くの利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することにより、より容易に理解されるであろう。

実施形態にしたがうグランド電源ユニットの概略図である。 実施形態にしたがう複数のＩＧＢＴモジュールを備えるスイッチャの概略図である。

詳細な説明
図１を参照して、少なくとも交流電流（「ＡＣ」）および直流電流（「ＤＣ」）の電力を生成することが可能なグランド電源ユニット１００（「ＧＰＵ」）の実施形態の概略が示される。いくつかの実施形態では、ＡＣ出力電力は、１１５／２００Ｖ、４００Ｈｚ、３相ＡＣであり、ＤＣ電力出力は、２７０Ｖ ＤＣである。しかし、本開示に基づき異なる特徴を有するＡＣおよびＤＣ電力を提供することが可能である。本開示にしたがって、図１は、代表的なグランド電源ユニットであるが、グランド電源ユニットは、図１に示されない追加的なコンポーネントを含むことができるということが理解される。いくつかの実施形態では、図１において示されるいくつかのコンポーネントは、少なくとも１つの交流電流および少なくとも１つの直流電流を生成する能力に影響を与えずに、省略されることができる。いくつかの実施形態では、いくつかのコンポーネントは、実質的に同じ機能を行うことができる１つまたは複数のコンポーネントと交換されることができる。さらに、本開示が、ある実施形態を説明するための代表的な電力特徴を与える一方、ＧＰＵ１００は、それによって制限されない。本開示にしたがって、ＧＰＵ１００は、北米、欧州、または任意の国での一般的な使用における任意の電力特徴を満たすように、プログラムされることができる。いくつかの実施形態では、ジェネレータによって供給される電圧および周波数が変化する場合にあっても、ＧＰＵ１００は、所望の特徴の交流電流および直流電流の両方を生むことができる。

いくつかの実施形態では、ＧＰＵ１００は、ジェネレータ１０４に結合されたガソリンまたはディーゼル電力エンジン１０２を含む。いくつかの実施形態では、エンジン１０２は、固定速エンジンであることができる。いくつかの実施形態では、エンジン１０２は、可変速エンジンであることができる。ジェネレータ１０４は、ＡＣ電力を生むためのものである。いくつかの実施形態では、エンジン１０２が単一速エンジンであるときなどに、ジェネレータ１０４は、一定の電圧および一定の周波数を生むことができる。いくつかの実施形態では、ジェネレータ１０４は、可変電圧／可変周波数発生器であることができ、変化する電圧および周波数を生むことができる。電圧および／または周波数を可変電圧／可変周波数発生器１０４を用いて変化可能であることは、さまざまな航空機の電気負荷に電力供給するために有用であることができる。ジェネレータ１０４が可変の速度で回転することを許可されるので、可変周波数発生器は、固定速エンジンの必要性を排除することができる。変換回路の使用を通して、可変周波数発生器１０４は、さまざまな航空機の電気負荷に電力供給することが可能であるだろう。ジェネレータ１０４からのＡＣ電力の特徴は、用途にしたがって広く変化されることができる。たとえば、ＡＣ電力特徴の代表は、４８０Ｖ ６０Ｈｚ ３相ＡＣ、１２０Ｖ ４００Ｈｚ ３相ＡＣを含むがこれに限定されず、またはジェネレータ１０４からのＡＣ電力は、たとえば２００〜３００Ｖの変化する電圧を有し、たとえば３８０〜６００Ｈｚの変化する周波数を有する３相電力を有することができる。ジェネレータ１０４からの電圧および周波数を変化させるために、ジェネレータ１０４は、ソリッドステート周波数コンバータを含むことができる。ソリッドステート周波数コンバータは、整流器回路およびインバータ回路を含むことができる。ソリッドステート周波数コンバータは、ＡＣ電力を所望の電圧のＤＣ電力へと変換するために、そして、ＤＣ電力を必要とされるＡＣ周波数および電圧へと変換するために使用されることができる。このため、ジェネレータ１０４に結合されたソリッドステート周波数コンバータは、負荷条件の変化中に一定の電圧および周波数出力を維持することができる。ジェネレータ１０４がソリッドステート周波数コンバータを有するときに、ユニット１０６，１０８，１１０，１１２，１１４，１１６は、ソリッドステート周波数コンバータにおいて存在する回路に応じて、任意である。

図１を参照して、ジェネレータ１０４からのＡＣ電力は、変圧器１０６内で変換される。変圧器１０６は、電圧および電流を測定するための１つまたは複数のメータを含んでもよい。電圧メータおよび電流メータは、変圧器１０６の動作をモニタし、パラメータが範囲外にある場合に警告し、または代替的に、読み取り値が破損につながる可能性がある障害を示す場合にシステムを制御またはシャットダウンするために使用されてもよい。変圧器１０６のための適切な出力電力特徴は、ジェネレータ１０４の出力と同じ周波数の２２０／３８０Ｖ〜２７７／４８０Ｖを含む。変圧器１０６の比は、電圧が２２０／３８０Ｖ〜２７７／４８０Ｖの範囲にあるようになる。変圧器１０６は、整流器１０８の出力の負の導線がグランドに接続されることができるように、絶縁を提供するために使用される。いくつかの実施形態では、変圧器は、デルタ出力およびＹ出力を有することができる。デルタ出力およびＹ出力の両方は、整流器１０８に供給されることができる。

変圧器１０６からのＡＣ電力は、そして、整流器１０８内でＤＣ電力に整流される。整流器１０８は、電圧および温度を測定するための１つまたは複数のメータを含んでもよい。電圧メータおよび温度メータは、整流器１０８の動作をモニタし、パラメータが範囲外である場合に警告し、または代替的に、読み取り値が損傷につながる可能性のある障害を示す場合にシステムを制御またはシャットダウンするために使用されてもよい。適切な整流器１０８は、５３０Ｖ〜６７０Ｖの範囲の電圧を生むことができる。しかし、正確なレベルは、整流器へと入るＡＣ電圧に依存するだろう。いくつかの実施形態では、整流器１０８から来るＤＣ電圧は、５３０Ｖ ＤＣ〜６７０Ｖ ＤＣの範囲であることができる。

いくつかの実施形態では、可変速エンジン１０２が使用されてもよい。可変速エンジンは、異なる電力要件を有する他の設備に電力を提供するためにエンジンが使用されてもよいという利点を有する。エンジン１０２のＲＰＭが変化するにつれて、ジェネレータ１０４の電圧および周波数もまた変化するだろう。いくつかの実施形態では、エンジン１０２とジェネレータ１０４との間にギアボックスがあってもよい。ギアボックスの使用は、エンジン１０２のＲＰＭおよび正しい電圧および電流を生むためのジェネレータ１０４の必要なＲＰＭに依存するだろう。ある側面では、ＧＰＵ１００は、可変周波数発生器１０４に結合された可変速エンジン１０２を有することができる。可変周波数発生器１０４は、変圧器１０６への可変のＡＣ入力を生む。いくつかの実施形態では、変圧器１０６および整流器１０８は、ジェネレータ１０４が可変周波数発生器であるときに省略されることができる。いくつかの実施形態では、ジェネレータ３０４は、２００〜３００Ｖの範囲で電圧を変化させるように構成される。いくつかの実施形態では、ジェネレータ３０４は、３８０〜６００Ｈｚの範囲で周波数を変化させるように構成される。ジェネレータ１０４の電圧または周波数がエンジン速度とともに変化するとき、スイッチャ１１０の回路への入力電圧および周波数がまた変化されることができるが、スイッチャ１１０の回路は、ここに説明されるように、電圧波形および周波数波形を所望の特徴を満たすように作成することができる。

いくつかの実施形態では、エンジン１０２／ジェネレータ１０４の組み合わせは、省略されることができる。そのような場合には、電力は、商用電力グリッドに直接接続することによってか、商用電力グリッドに接続されない電力源によって、供給されることができる。変圧器１０６は、電力源に応じて、昇圧型または降圧型の変圧器であることができる。整流器１０８から、ＤＣ電力は、スイッチャ１１０へと供給される。スイッチャ１１０は、整流されたＤＣ電力をＡＣ電力およびＤＣ電力へと交互に、特定の航空機の要件に合わせて必要に応じて変換することができる回路を含む。

航空機に対してＡＣ電力およびＤＣ電力の両方を提供することができるグランド電源ユニット１００は、２つの別個に設けられる電源ユニットよりも利点を有する。いくつかの実施形態では、スイッチャ１１０は、整流器１０８からのＤＣ電力を３相、１１５Ｖ、４００Ｈｚ ＡＣ電力へと変換する。１１５Ｖ、４００Ｈｚ ＡＣが一般的に航空機電気システムにおいて使用されるが、航空機または他の電力ユーザの電力需要に合う他の特徴を有するＡＣ電力が、生成されることができる。いくつかの実施形態では、スイッチャ１１０は、整流器１０８からのＤＣ電力を２７０Ｖ ＤＣ電力へと変換することができる。２７０Ｖ ＤＣが一般的に航空機電気システムにおいて使用されるが、航空機または他の電力ユーザの電力需要に合う他の特徴を有するＤＣ電力が生成されることができる。本開示では、４００Ｈｚ ＡＣおよび２７０Ｖ ＤＣがＡＣおよびＤＣ電力要件の代表的な例として使用されるが、本発明は、それによって限定されないことが理解される。

図１を参照して、スイッチ１１８は、スイッチャ１１０のＤＣ出力を、航空機に２７０Ｖ ＤＣ電力を提供するフィルタ１１６に接続する。スイッチ１２０は、スイッチャ１１０のＡＣ出力を変圧器１１２に接続し、そして、これは、３相ＡＣ ４００Ｈｚ電力を航空機に提供するフィルタ１１４へと供給される。いくつかの実施形態では、追加的な変圧器１２２は、整流器１２４および２８Ｖ電力源を生むためのフィルタ１２６へと続くフィルタ１１４に接続されることができる。４００Ｈｚおよび２７０Ｖ出力は、電力、電圧、周波数、電流、短絡状態に対してモニタされることができるが、これらの測定が、たとえば、適切な電圧波形および周波数波形を生成するために、スイッチャ１１０の回路の制御において使用されることができるためである。

いくつかの実施形態では、スイッチ１１８および１２０は、スイッチ１１８および１２０の状態に応じて、スイッチャ１１０から所望のＡＣまたはＤＣ電力を提供するためにソフトウェアまたはハードウェアまたは両方を介して、開閉するように動作するように構成される。

いくつかの実施形態では、スイッチ１１８を閉じることは、スイッチ１２０が開くことをもたらし、また、スイッチャ１１０が所望のＤＣ電力を生むことをもたらす制御信号の送信を指示する。いくつかの実施形態では、スイッチ１２０を閉じることは、スイッチ１１８が開くことをもたらし、また、スイッチャ１１０が所望のＡＣ電力を生むことをもたらす制御信号の送信を指示する。

スイッチャ１１０は、整流器１０８からのＤＣ電力をＤＣ電力へとＤＣ−ＤＣコンバータ回路を介して変換するか、代替的に、スイッチャ１１０は、整流器１０８からのＤＣ電力をＡＣ電力へとスイッチャ１１０内のパルス幅変調された（ＰＷＭ）インバータ回路によって反転する。本開示にしたがって、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路およびパルス幅変調されたインバータ回路の両方は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）回路を有して実装される。いくつかの実施形態では、ＩＧＢＴ回路は、モジュールへとパッケージ化され、市販される。ＩＧＢＴモジュールは、ＩＧＢＴを使用する信号生成回路を含む。いくつかの実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、ＰＷＭインバータ回路のＩＧＢＴ回路を使用する。ＰＷＭインバータ回路の同じＩＧＢＴモジュールは、整流されたＤＣ電力を適切な電圧のＤＣ電力に変換することが可能である回路内に構成される。このため、スイッチャ１１０は、ある特徴のＡＣ電力およびある特徴のＤＣ電力を生むことができる。ロジック回路をプログラミングすることは、所望の特徴の所望の電力出力を生むための、ＩＧＢＴモジュールへの所望の制御電圧を生成する。ＩＧＢＴモジュールに印加される制御電圧のパラメータに応じて、さまざまな周波数および電圧レベルは、図２の回路を使用して実現されてもよい。さらに、ジェネレータ１０４の電圧または周波数がエンジン速度とともに変化するとき、スイッチャ１１０は、依然として所望の特徴の電圧波形および周波数波形を作成することができる。

一般的に、ＩＧＢＴモジュールは、電力ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧制御を有し、またバイポーラトランジスタの高い電圧および電流キャパシティを有する高速スイッチング性能によって特徴付けられるスイッチングデバイスと考えられる。さまざまなＩＧＢＴデバイス構造が利用可能であるが、そのいずれも本開示に適用可能である。当業者は、本開示から、任意の数の適切なＩＧＢＴモジュールを認識することができるであろう。たとえば、本開示での使用に適したＩＧＢＴモジュールは、市販のＩＧＢＴモジュールである。ＩＧＢＴモジュールは、複数のＩＧＢＴデバイスを有するパッケージとされることができる。

本開示のパルス幅変調されたインバータ回路は、たとえば、３つの２イン１ＩＧＢＴモジュールを含むことができ、または代替的に、パルス幅変調されたインバータ回路は、単一の６イン１ＩＧＢＴモジュールを有して実装されることができる。追加的に、１つの実施形態では、２つ以上のＩＧＢＴモジュールは、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路において考慮される。開示は、３つの２イン１ＩＧＢＴモジュールの使用を説明するが、単一の６イン１ＩＧＢＴモジュールがまた使用されてもよいことが理解されるべきである。同じ回路コンポーネントからＡＣおよびＤＣ電力の両方を生むためにＩＧＢＴモジュールを使用する他の回路は、本開示および図に基づき、当業者にとって明らかになるだろう。

３つの２イン１ＩＧＢＴモジュールを使用するスイッチャ１１０の回路の実施形態は、図２において概略的に示される。いくつかの実施形態では、スイッチャ１１０の回路は、第１のＩＧＢＴモジュール２０４、第２のＩＧＢＴモジュール２０８、および第３のＩＧＢＴモジュール２１２を含む。整流器１０８からのカソード端子２１４は、第１のＩＧＢＴモジュール２０４、第２のＩＧＢＴモジュール２０８、および第３のＩＧＢＴモジュール２１２に並列に接続される。整流器１０８からのカソード端子２１４は、第１のＩＧＢＴドライブボード２０２、第２のＩＧＢＴドライブボード２０６、および第３のＩＧＢＴドライブボード２１０に並列に接続される。整流器１０８からのアノード端子２１６は、第１のＩＧＢＴモジュール２０４、第２のＩＧＢＴモジュール２０８、および第３のＩＧＢＴモジュール２１２に並列に接続される。

図２を参照して、スイッチャ１１０の回路は、各々ＩＧＢＴモジュールと並列に整流器１０８のカソード端子２１４およびアノード端子２１６に接続される第１のコンデンサバンク２１８および第２のコンデンサバンク２２０を含む。いくつかの実施形態では、コンデンサバンクは、ＡＣ電力供給における電力要因の遅れまたは位相ずれを補正することができる。いくつかの実施形態では、コンデンサバンクは、電力供給のリップル電流容量またはＤＣ電力供給における蓄えられたエネルギーの総量を増加させることができる。

図２を参照して、第１のＩＧＢＴモジュール２０４、第２のＩＧＢＴモジュール２０８、および第３のＩＧＢＴモジュール２１２からの出力は、第１のＩＧＢＴモジュール２０４、第２のＩＧＢＴモジュール２０８、および第３のＩＧＢＴモジュール２１２の各々のための３つの別個の接点を有するスイッチ１２０へと導かれる。スイッチ１２０から、３つの別個の出力は、変圧器１１２に供給される。変圧器１１２から、ＡＣ電力は、フィルタ１１４を通過し、そして、航空機に接続されることができる。変圧器１１２は、スイッチャ１１０から４００Ｈｚ出力への電気的絶縁を提供するために使用される。変圧器１１２は、４００Ｈｚ ３相出力電力のために必要とされるニュートラルを提供するためのＹ出力を有する。この使用において、４００Ｈｚ出力は、１１５Ｖ、４００Ｈｚ ＡＣ電力を提供することができる。

図２を参照して、第１のＩＧＢＴモジュール２０４および第３のＩＧＢＴモジュール２１２からの出力は、第１のＩＧＢＴモジュール２０４および第３のＩＧＢＴモジュール２１２のための２つの別個の接点を有するスイッチ１１８へとつながる。スイッチ１１８から、ＤＣ電力は、フィルタ１１６を通過し、そして、航空機に接続されることができる。

図２を参照して、各ＩＧＢＴモジュールは、対応するＩＧＢＴ駆動回路に接続される。いくつかの実施形態では、ＩＧＢＴ駆動回路は、市販である。当業者は、適切なＩＧＢＴ駆動回路を本開示に基づいて選択することが可能である。ＩＧＢＴ駆動回路は、モジュールまたはボードにパッケージ化される。第１のＩＧＢＴモジュール２０４は、ＩＧＢＴドライブボード２０２に接続される。第２のＩＧＢＴモジュール２０８は、ＩＧＢＴドライブボード２０６に接続される。第３のＩＧＢＴモジュール２１２は、ＩＧＢＴドライブボード２１０に接続される。ＩＧＢＴドライブボード２０２，２０６，２１０は、ＩＧＢＴモジュールのオンおよびオフ切替を制御するための低電圧制御電力を提供するための回路を有する。いくつかの実施形態では、ＩＧＢＴモジュールは、ＩＧＢＴドライブボードとともにパッケージ化される。本開示では、ＩＧＢＴモジュールとともにパッケージ化されるか、独立型コンポーネントとしてのＩＧＢＴドライブボードが、使用されてもよい。制御電圧信号に基づいて、ＩＧＢＴモジュールの電力出力は、所望の特徴を持つようにされる。ＩＧＢＴドライブボード２０２，２０６，２１０の各々はさらにインタフェース回路２２２に接続される。インタフェース回路２２２は、モジュールまたはボードとしてパッケージ化されることができる。インタフェース回路２２２は、ＩＧＢＴモジュールがＡＣおよびＤＣ電圧波形、および周波数波形を作成するように、適切なロジックレベル信号を生成することができる。

ＩＧＢＴドライブボード２０２，２０６，２１０の機能は、インタフェース回路２２２からのロジックレベル制御信号を、ＩＧＢＴモジュール２０４，２０８，２１２の適切なスイッチングのためのふさわしい電圧および電流へと変換することである。ＩＧＢＴドライブボード２０２，２０６，２１０の機能は、インタフェース回路２２２内のＰＷＭ ４００Ｈｚおよび２７０Ｖ ＤＣ信号生成回路からのロジックレベル制御信号を変換することを含む。いくつかの実施形態では、信号生成回路は、３つの別個の回路ボードの使用を含む。しかし、より多いまたは少ないコンポーネントを使用する他の回路設計が、可能である。

インタフェース回路２２２は、スイッチャ１１０の出力を制御するための信号生成回路を含む。インタフェースボード２２２の信号生成回路への入力は、４００Ｈｚおよび２７０Ｖ ＤＣ出力の出力電圧、４００Ｈｚおよび２７０Ｖ ＤＣ出力の出力電圧および電流のモニタリングから来るフィードバックモニタ信号、および信号生成回路をオンおよびオフにする信号を調整するための調整制御を含む。このようにして、ジェネレータ１０４は、電圧および周波数を変化することができ、インタフェースボード２２２は、４００Ｈｚおよび２７０Ｖ ＤＣ出力を実現するためにふさわしい信号を生むことができる。

ＩＧＢＴドライブボードの回路は、ＩＧＢＴのゲートを適切なオン（Ｖ_ＯＮ）およびオフ（Ｖ_ＯＦＦ）電圧に交互に接続することによって、変換を行うための小さな電力ＭＯＳＦＥＴまたはバイポーラトランジスタを含むことができる。ＩＧＢＴドライブボード２０２，２０６，２１０の回路は、電圧絶縁のためのオプトカプラを含むことができる。オプトカプラは、ロジックレベル信号をインタフェースボード２２２の信号生成回路から受け、信号を電気的に絶縁し、そして、それらをＩＧＢＴモジュール２０４，２０８，２１２のための＋１５Ｖおよび−１０Ｖ信号に変換する。

パルス波変調されたインバータは、４００Ｈｚの必要とされる周波数を生むために、ＩＧＢＴモジュールが状態を何度も切替えることを必要とする。パルス幅変調されたインバータ回路は、パルスの幅を電圧制御信号に正比例して変調する。ＤＣ−ＡＣインバータ回路の場合、制御電圧は、所望の周波数の正弦波である。したがって、ＤＣをＡＣに反転するために、３つのＩＧＢＴモジュールの各々は、所望の周波数の制御電圧正弦波を使用して制御されるが、正弦波制御電圧は、１２０度だけシフトされる（位相ずれする）。

スイッチャ１１０の回路がＤＣ−ＤＣコンバータとして使用されるとき、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路はまた、パルス波変調を使用することができる。この場合、第１のＩＧＢＴモジュール２０４および第３のＩＧＢＴモジュール２１２は、互いに１８０度位相ずれして駆動され、したがって、インタフェース回路２２２は、第１のＩＧＢＴモジュール２０４および第３のＩＧＢＴモジュール２１２に印加される２つのパルス波変調された出力を生成することができる。

スイッチャ１１０は、ＩＧＢＴボードの状態および温度を測定するための１つまたは複数のメータを含んでもよい。状態センサおよび温度は、スイッチャ１１１の動作をモニタし、パラメータが範囲外である場合に警告し、または代替的に、読み取り値が破損につながる可能性がある損傷を示すときにシステムを制御またはシャットダウンするために使用されてもよい。

開示および図面に基づいて、非限定的な実施形態の一覧は、以下を含むことができる。
実施形態では、交流電流および直流電流の両方を生むための電源ユニット１００は、直流電源１０８に接続されたスイッチャ１１０を備え、スイッチャ１１０は、第１の特徴を有する交流電流および第２の特徴を有する直流電流の両方を生むように構成される回路を含み、回路は、複数の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路２０４，２０８，２１２と、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路に接続された駆動回路２０２，２０６，２１０と、を備える。

電源ユニット１００の実施形態では、第１の特徴は、３相、４００ヘルツ交流電流を含む。電圧は、１１５／２００Ｖであることができる。

電源ユニット１００の実施形態では、第２の特徴は、２７０Ｖ直流電流を含む。
電源ユニット１００の実施形態では、スイッチャ１１０は、整流器１０８に接続され、整流器１０８は、交流電流をスイッチャ１１０に供給される直流電流へと変換する。

電源ユニット１００の実施形態では、スイッチャ１１０は、第１の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路２０４、第２の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路２０８、および第３の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路２１２を含み、第１、第２、および第３の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路は、整流器１０８のカソード２１４およびアノード２１６端子に並列に接続される。

電源ユニット１００の実施形態では、電源ユニット１００は、正弦波制御電圧を絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路２０４，２０８，２１２の各々に印加するように構成されるインタフェース回路２２２を備え、正弦波は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路間で１２０度位相がずれる。

電源ユニット１００の実施形態では、電源ユニットは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路２０４，２０８，２１２のうちの２つに互いに１８０度位相ずれして印加される、２つのパルス波変調された制御電圧出力を生成するように構成されるインタフェース回路２２２を備える。

電源ユニット１００の実施形態では、電源ユニット１００は、さらに、スイッチャ１１０に接続された整流器１０８を備え、整流器１０８は、交流電流をスイッチャ１１０に供給される直流電流へと変換し、電源ユニット１００は、さらに、整流器１０８に接続された変圧器１０６を備える。

電源ユニット１００の実施形態では、電源ユニット１００は、さらに、エンジン１０２と、変圧器１０６に接続されたジェネレータ１０４とを備える。

電源ユニット１００の実施形態では、スイッチャ回路１１０は、パルス波変調されたインバータを備える。

実施形態では、電源ユニット１００は、交流電流および直流電流を生むように構成されるソリッドステート可変周波数コンバータを有するジェネレータに接続されたエンジン１０２を備える。

実施形態では、電源ユニット１００は、可変周波数発生器１０４を備える。
実施形態では、ジェネレータ１０４は、２００〜３００Ｖの範囲で電圧を変化させるように構成される。

実施形態では、ジェネレータ１０４は、３８０〜６００Ｈｚの範囲で周波数を変化させるように構成される。

実施形態では、スイッチャ１１０は、電圧または周波数、または電圧および周波数の両方において変化する入力を受けるように構成される。しかし、スイッチャ１１０は、変化する電圧または周波数、または両方に関わらず、所望のＡＣまたはＤＣ電力特徴を生むことができる。

例示的な実施形態を例示し説明してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができることが理解されるだろう。

排他権または特権が請求される本発明の実施形態は、以下のように定義される。

Claims (17)

1. 交流電流および直流電流の両方を生むための電源ユニットであって、
   直流電源に接続されたスイッチャを備え、前記スイッチャは、第１の特徴を有する交流電流および第２の特徴を有する直流電流の両方を生むように構成される回路を含み、前記回路は、複数の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路と、前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路に接続された駆動回路とを備える、電源ユニット。
2. 前記第１の特徴は、３相、４００ヘルツ交流電流を含む、請求項１に記載の電源ユニット。
3. 前記第２の特徴は、２７０Ｖ直流電流を含む、請求項１に記載の電源ユニット。
4. 前記スイッチャは、整流器に接続され、前記整流器は、交流電流を前記スイッチャに供給される直流電流へと変換する、請求項１に記載の電源ユニット。
5. 第１、第２、および第３の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路を備え、前記第１、第２、および第３の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路は、前記整流器のカソードおよびアノード端子に並列に接続される、請求項４に記載の電源ユニット。
6. 前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路の各々に正弦波制御電圧を印加するように構成されるインタフェース回路を備え、前記正弦波は、前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路間で１２０度位相がずれる、請求項１に記載の電源ユニット。
7. 前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタ回路のうちの２つに対して互いに１８０度位相ずれして印加される、２つのパルス波の変調された制御電圧出力を生成するように構成されるインタフェース回路を備える、請求項１に記載の電源ユニット。
8. 前記スイッチャに接続された整流器をさらに備え、前記整流器は、交流電流を前記スイッチャに供給される直流電流へと変換し、さらに、前記電源ユニットは、前記整流器に接続された変圧器を備える、請求項１に記載の電源ユニット。
9. エンジンと、前記変圧器に接続されたジェネレータとをさらに備える、請求項８に記載の電源ユニット。
10. 前記エンジンは、固定速エンジンである、請求項９に記載の電源ユニット。
11. 前記エンジンは、可変速エンジンである、請求項９に記載の電源ユニット。
12. ジェネレータＲＰＭを増加させるために、前記エンジンを前記ジェネレータに接続するギアボックスをさらに備える、請求項９に記載の電源ユニット。
13. 前記回路は、パルス波変調されたインバータを備える、請求項１に記載の電源ユニット。
14. 可変周波数発生器を備える、請求項１に記載の電源ユニット。
15. 前記ジェネレータは、２００〜３００Ｖの範囲で電圧を変化させるように構成される、請求項１４に記載の電源ユニット。
16. 前記ジェネレータは、３８０〜６００Ｈｚの範囲で周波数を変化させるように構成される、請求項１４に記載の電源ユニット。
17. 前記スイッチャは、電圧または周波数、または電圧および周波数の両方において変化する入力を受けるように構成される、請求項１４に記載の電源ユニット。

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