JP4088626B2 - 半導体サーキットブレーカのスイッチングのための方法及び装置 - Google Patents
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Description
本発明の課題は、半導体サーキットブレーカの操作のための方法及び相応の装置において、高コストな電流センサなしでスイッチング過程とスイッチング状態が次のように制御される、すなわちスイッチにおける電圧差が大きくても半導体における電力損失が危険でない値に限られ、一定に維持され、それによって半導体の損傷が除外されるような制御が実現されるように改善を行うことである。
図1は、14V/42V自動車用搭載電源網の基本回路図を示したものであり、
図2は、トランスファゲートとして構成された半導体サーキットブレーカの基本回路図であり、
図3は、チャージポンプを用いて制御可能なトランスファゲートの回路を示した図であり、
図4は、スイッチ電圧の確定のための周波数変換器を備えた差動増幅器を示した図であり、
図5は、後置接続された二点制御器を用いてスイッチにおける電力損失確定のためのアナログ計算機を示した図であり、
図6は、スイッチ電力損失確定のためにフローチャートを示した図であり、
図7は、時系列上で可変の案内量Vsoll(t)の経過を表した図であり、
図8は、図5による電力損失計算機LRのサーキットブレーカのための代替的実施例を示した図である。
a)直接中間回路コンデンサC1と接続され、
b)複層コンデンサDLCを有するサーキットブレーカS2を介して接続され、
c)サーキットブレーカS1を介して36V蓄電池B36及び42V搭載電源網と接続され、
d)双方向のDC/DC変換器DC/DCを介して12Vの畜電池B12と14V搭載電源網N14が接続される。
Is=C1*d(Vdiffabs)/dt, C1=定数 ………(1)
スイッチにおける電力Pistは、スイッチ電圧Vsとスイッチ電流Isの積の算出を必要とする。:
Pist=Vs*Is=Vdiffabs*C1*d(Vdiffabs)/dt……(2)
図5によればスイッチ電力Pistの計算に対して電力計算機LRが用いられる。この計算機は、コンデンサC21と抵抗R21に接続されたアナログ計算機A3と乗算器Mからなる。アナログ計算機A3は、前記式(2)に従って入力量Vdiffabsから時間微分d(Vdiffabs)/dtを算出し、これは乗算器Mにおいて入力量Vdiffabsと乗算される。
Pist<Psoll:En=ハイ→ゲートオシレータは振動、チャージポンプは上昇するゲート電圧を生成、これによりトランスファゲートは大きく導通。スイッチ電圧(端子A−E間)は低下し、それに伴って即低電圧Vdiffabsも低下。その結果としてPistの値は、目標値Psollを上回る間で上昇する。
Pist>Psoll:En=ロー→ゲートオシレータは停止。チャージポンプはもはやゲート電圧を供給せず、電圧は緩慢に低下する。PistがPsollを下回ると制御器K2は再びハイに切り替わり、新たなサイクルが開始される。
Claims (10)
- 半導体サーキットブレーカ(S1,S2)のスイッチングのための方法において、
前記半導体サーキットブレーカ(S1,S2)の電力損失(Pist)が所定の目標値(Psoll)を上回らないように、半導体サーキットブレーカ(S1,S2)のブレーカギャップの抵抗を制御電圧(Vst)を用いて制御するようにしたことを特徴とする方法。 - 前記半導体サーキットブレーカ(S1,S2)の端子間に存在する差分電圧(Vdiff)から半導体サーキットブレーカ(S1,S2)の電力損失(Pist)を求めるために、当該差分電圧(Vdiff)の基準電位(GND)に関する絶対値(Vdiffabs)を形成し、
前記差分電圧(Vdiff)の時間微分d(Vdiffabs)/dtを形成し、
以下の式、
Pist=Vs*Is=Vdiffabs*d(Vdiffabs)/dt*C1
前記Vs=スイッチ電圧(Vdiffabs)
前記Is=d(Vdiffabs)/dt*C1
前記C1=定数
に従って、時間微分d(Vdiffabs)/dtと、絶対値(Vdiffabs)と、定数C1を乗算し、この積は当該半導体サーキットブレーカ(S1,S2)の電力損失(Pist)に相応し、
電力損失(Pist)を所定の目標値(Psoll)に制御し、
その場合制御量を制御電圧(Vst)生成のための制御信号(En)として用いる、請求項1記載の方法。 - 半導体サーキットブレーカ(S1,S2)の端子間に存在する差分電圧(Vdiff)から、当該差分電圧(Vdiff)の基準電位に関する絶対値(Vdiffabs)を形成し、
既知の若しくは測定可能なシステム特性量、例えばキャパシタンス(C1)、差分電圧(Vdiffas)、スイッチ電力(Psoll)から、一定のスイッチ電力(Psoll)に対応する時系列で可変の目標電圧(Vsoll(t))を求め、切替えチャージ過程のために記憶し、
この目標電圧(Vsoll(t))を、切替えチャージ過程開始時点の差分電圧(Vdiffabs)によって開始され当該切替えチャージ過程の終了する差分電圧(Vdiffabs)=0Vとなる時点t1までの、切替えチャージ過程期間中の差分電圧(Vdiffabs)制御のための案内量として利用し、制御量を制御電圧(Vst)生成のための制御信号(En)として用いる、請求項1記載の方法。 - 統合化されたスタータ/ジェネレータを具備した自動車の搭載電源網におけるエネルギ蓄積デバイス(C1,DLC,B36)の間に配置されたサーキットブレーカ(S1,S2)、特に半導体サーキットブレーカの操作のための請求項1から3いずれか1項記載の方法を実施するための装置において、
前記サーキットブレーカ(S1,S2)が2つの直列に接続された半導体(Q1,Q2)を有するトランスファーゲート(TG)として構成されており、前記半導体のうち、サーキットブレーカ(S1,S2)の遮断状態においてそれぞれ少なくとも1つが遮断され、
制御電圧(Vst)の生成のためにチャージポンプ(LP)が設けられており、該チャージポンプを用いてサーキットブレーカ(S1,S2)の半導体(Q1,Q2)が導通状態においてそれぞれのケースでサーキットブレーカ(S1,S2)の電力損失(Pist)が所定の目標値(Psoll)を上回らないように制御されるように構成されていることを特徴とする装置。 - 前記トランスファーゲート(TG)においてトランジスタ(Q3)が設けられており、該トランジスタ(Q3)のコレクタ−エミッタ区間は、前記2つの直列に接続された半導体(Q1,Q2)の相互接続されたゲート端子(g)と相互接続されたソース端子(s)の間に配設されており、前記トランジスタは、トランスファゲート(TG)を迅速に非導通状態に制御するために、外部信号(Dis)を用いて導通状態にシフト可能である、請求項4記載の装置。
- サーキットブレーカ(S1,S2)の電力損失(Pist)生成のために、
電圧センサ(GV)が設けられており、該電圧センサ(GV)は、サーキットブレーカ(S1,S2)の端子(A,E)間に存在する差分電圧(Vdiff)から、当該差分電圧(Vdiff)の基準電位GNDに関する絶対値(Vdiffabs)を形成し、
微分器(A3,d/dt)が設けられており、該微分器(A3,d/dt)では、時間微分d(Vdiffabs)/dtが形成され、
乗算器(M)が設けられており、該乗算器(M)では時間微分d(Vdiffabs)/dtと絶対値(Vdiffabs)と定数値(C1)が乗算され、その出力信号が、サーキットブレーカ(S1,S2)の損失出力(Pist)に相応する、請求項4記載の装置。 - マイクロコントローラ(μC)が設けられており、該マイクロコントローラ(μC)では、電力損失(Pist)の算出がデジタル方式で実施され、
A/D変換器(A/D)を有しており、該A/D変換器は差分増幅器(A2)の出力信号(Vdiffabs)を連続的にデジタル化し、
バッファメモリ(ZS)を有しており、該バッファメモリ(ZS)内にはデジタル化された信号(Vdiffabs)が記憶されており、
デジタル微分器(d/dt)を有しており、該デジタル微分器(d/dt)は記憶されている信号(Vdiffabs)をd(Vdiffabs)/dtに微分し、
デジタル乗算器(x)を有しており、該デジタル乗算器(x)は、サーキットブレーカ(S1,S2)の電力損失(Pist)に相応する値のためにデジタル信号(Vdiffabs)と微分値d(Vdiffabs)/dtと定数(C1)を乗算し、
デジタル/アナログ変換器(D/A)を有しており、該デジタル/アナログ変換器(D/A)は当該デジタル値をアナログ値(Pist)に変換する、請求項4記載の装置。 - 制御器(K2)が設けられており、該制御器(K2)は、電力損失(Pist)を所定の目標値(Psoll)に制御し、その出力信号、制御量は、制御電圧(Vst)生成のための制御信号(En)としてチャージポンプ(LP)に供給される、請求項4から6いずれか1項記載の装置。
- 前記制御器(K2)は、二点制御器である、請求項8記載の装置。
- 電圧センサ(GV)が設けられており、該電圧センサ(GV)は、サーキットブレーカ(S1,S2)の端子(A,E)間に存在する差分電圧(Vdiff)から、当該差分電圧(Vdiff)の基準電位GNDに関する絶対値(Vdiffabs)を形成し、
マイクロコントローラ(μC)が設けられており、該マイクロコントローラ(μC)には差分電圧(Vdiffabs)が供給され、前記マイクロコントローラ(μC)では時系列で可変の目標電圧(Vsoll(t))がテーブル(T)内に記憶されており、
制御器(K2)が設けられており、該制御器(K2)の反転入力側には、差分電圧(Vdiffabs)が供給され、前記制御器(K2)の非反転入力側には、時系列で可変の目標電圧(Vsoll(t))が供給され、前記制御器(K2)の出力信号、制御量は、制御電圧(Vst)生成のための制御信号(En)としてチャージポンプ(LP)に供給される、請求項4記載の装置。
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