JP6030224B2 - 通信プロトコル - Google Patents
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Description
パワースイッチングデバイスのゲート電圧Vg、またはゲートエミッター電圧Vge;
正の二次供給電圧V+、たとえば、通信リンクのゲートドライブ側の絶縁された電源供給元の電圧;
パワースイッチングデバイスのコレクター−エミッター間飽和電圧Vcesat;
パワースイッチングデバイスのコレクター電圧またはコレクター−エミッター電圧Vce;
パワースイッチングデバイスおよび/またはゲートドライバーの周囲温度;および/または、
パワースイッチングデバイスのスイッチング時間(コマンドオンから(たとえばゲートドライバーでのスイッチング信号の検出から)Vce飽和までの時間)。
デバイスVgeプラトー(plateau)電圧
デバイスのゲート電荷量(たとえば、所望の量だけゲートを開くために、または、フルスイッチングを達成するためにのいずれかのために、ゲートに供給されなければならない電荷量。たとえば、5%、10%または20%などのデバイスの劣化程度を示す電荷量の大きな変化を示す情報である。該変化は、あらかじめ定められた量だけゲート電圧を変化させるために、または、たとえば最終的な電流の約10%以内のフルスイッチングを達成するための、例えば(好ましくは一定)ゲート電流および/または該ゲート電流を供給する時間をモニタリングすることで検出できる。)
ドライバー供給電流(たとえば、どのくらいの電流をデバイスドライバー、たとえば、ゲートドライブが消費するかを示す。この電流の一部がデバイスをスイッチさせるために使用されるので、経時的には、この電流が該デバイスに供給される電荷量の情報を与えるものであって、好都合にもゲート電荷量と相関があるものとして使用される。したがって、実施形態の状態情報は、ゲートを駆動する制御供給電流を示し、制御側は電荷の情報をモニタできる、たとえば、5%、10%または20%の変化がデバイスの劣化を示すものと捉えることができる。)
デバイスのコレクター過電圧(該デバイス(たとえばIGBT)のターンオフで、コレクター(Vce)で測定される電圧は、回路の寄生インダクタンスによってオーバシュートし得る。このオーバシュートが特定の限界以内に維持されなければ、このオーバシュートによってデバイスが損傷する場合がある。デバイスドライバーは、好ましくはこの値を制限するための回路を備える。伝送される状態情報にVce値が符号化される実施形態では、制限回路が機能してデバイスが仕様の範囲内で駆動されいるか、該回路が適合していないかをチェックするために、この情報は制御サイドでモニタされる。)
デバイスの(たとえばIGBT)温度
デバイスのコレクター電流Ic
デバイスのdVce/dt
1.ADC(単数または複数)を使用して、電圧(単数または複数)および/または温度(単数または複数)をサンプリングする。
2.チェックサムを演算する。
3.シフトレジスターにヘッダー、値およびチェックサムを書き込む。
4.アクノリッジ信号毎に1ビットをシフトアウトする、すなわち、スイッチング信号のエッジ毎に1ビットをシフトアウトする。
5.1に戻る。
アクノリッジ信号にシフトアウトされるデータのフォーマットは、たとえば、64−ビットの1パケットであって、例えば、
[16−ビット]ヘッダー
[16−ビット]カウント
[16−ビット]温度
[16−ビット]ADC0
[16−ビット]ADC1
[16−ビット]ADC2
[16−ビット]ADC3
[16−ビット]チェックサムを含む。
ADC0:Vge ゲート電圧
ADC1:Vdd 正の供給電圧(通信リンクのゲートドライブ側の絶縁されたPSUからの二次出力)
ADC2:Vcesat 飽和電圧(Vce<50V、IGBTがONの場合のいずれかの時間で測定される)
ADC3:Vce コレクター電圧(デバイスがオフの場合に測定される)
好ましくは、ヘッダーによって受信器はデータの同期を取ることができる。カウントはパケットを特定するようにインクリメントされる。ADC0〜3は、測定されたパラメータ、たとえば、電圧等に対応するアナログからデジタルへのチャンネルである。チェックサムは、好ましくは、データ破損および/または受信器の同期はずれのイベントがあった場合に、データが有効でないデータとして決定されるようにする。
Claims (22)
- 少なくとも1つのデバイスとドライバーを含むデバイスサイド回路と、ドライバーコントローラを含むコントロールサイド回路を備える電力スイッチング装置の少なくとも1つの高電圧パワースイッチングデバイスを駆動するために、感知能力をデバイスドライバーに追加する方法であって、
前記デバイスドライバーは、通信リンクによって、前記ドライバーコントローラと結合するように配置され、
前記デバイスドライバーは、前記通信リンクで前記ドライバーコントローラから受信されるスイッチング信号に応答して、少なくとも1つの前記デバイスをオンオフドライブするように構成され、
前記デバイスドライバーは、受信される前記スイッチング信号に応答して、アクノリッジ信号を前記ドライバーコントローラに送信するようにさらに構成され、前記アクノリッジ信号は有効アクノリッジ信号として前記ドライバーコントローラに検知される前記方法において、
前記デバイスサイド回路の状態を出力するための感知回路を提供する工程と、
伝送前の状態情報に対応して、前記アクノリッジ信号を変調する変調回路を提供する工程であって、変調された前記アクノリッジ信号は、受信された前記スイッチング信号に応答して、前記デバイスドライバーから前記ドライバーコントローラに伝送されるべき前記アクノリッジ信号であって、前記ドライバーコントローラで有効な前記アクノリッジ信号として検出可能である工程とを含む方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記ドライバーコントローラ側で有効であるとして検出される前記アクノリッジ信号は、あらかじめ定められた最小値および/または最大値に準拠する継続時間を有する方法。 - 請求項1または2に記載の方法において、
前記状態情報は、前記デバイスサイド回路のステータス、または前記デバイスサイド回路のパラメータの測定値を示し、
前記変調回路を提供する工程は、一つ以上の前記アクノリッジ信号に前記ステータスまたは測定された値を符号化するように、一つ以上の前記アクノリッジ信号を変調する工程を含み、各前記スイッチング信号に応答して、前記アクノリッジ信号または各前記アクノリッジ信号が生成される方法。 - 請求項3に記載の方法において、
前記ステータスは、前記デバイスサイド回路のパラメータが閾値未満であるか否かを示し、パワースイッチングデバイスが当該デバイスの安全動作の限界値の中で動作しているか否かを示す方法。 - 請求項3または4に記載の方法において、
前記パラメータには、
前記デバイスの温度、電圧または電流;または
前記デバイスのピーク電圧またはピーク電流等のイベントのタイミングが含まれる方法。 - 請求項3から5のいずれか一項に記載の方法において、
前記パラメータは、
パワースイッチングデバイスのゲート電圧またはゲートエミッター電圧;
前記デバイスサイド回路の電源電圧;
パワースイッチングデバイスのコレクター−エミッター間飽和電圧;
パワースイッチングデバイスのコレクター電圧またはコレクター−エミッター電圧;
前記デバイスサイド回路の周囲温度;または
パワースイッチングデバイスのスイッチング時間を含む方法。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載の方法において、
前記変調回路を提供する工程は、前記状態情報を示すマルチビット値の少なくとも1つのビットを示すように、複数の前記アクノリッジ信号のそれぞれを変調し、それによって前記デバイスドライバーから前記マルチビット値を伝送する方法。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載の方法において、
前記変調回路を提供する工程は、前記状態情報を示すマルチビット値の複数のビットを示すように、前記アクノリッジ信号を変調する方法。 - 請求項1から8のいずれか一項に記載の方法において、
前記アクノリッジ信号はパルスを含み、前記変調回路を提供する工程は、前記状態情報に対応してパルス信号の継続時間を調節し、調節された前記継続時間は有効なアクノリッジパルスの最小継続時間と最大継続時間の間である方法。 - 請求項9に記載の方法において、
有効な前記アクノリッジパルスの前記最小継続時間は略0.6μsであり、有効な前記アクノリッジパルスの前記最大継続時間は略1.8μsである方法。 - 請求項9または10に記載の方法において、
前記変調回路を提供する工程において、略0.8μsである前記継続時間が、データビットを示し、略1.6μsである前記継続時間が、別のデータビットを示すように調節する方法。 - 請求項1から11のいずれか一項に記載の方法において、
前記変調回路を提供する工程は、周波数変調、振幅変調、および/またはパルス幅変調を含み、好ましくは、前記変調回路を提供する工程は、マルチレベルのデジタルデータを符号化する方法。 - 電力スイッチング装置の少なくとも1つの高電圧パワースイッチングデバイスを駆動するためのデバイスドライバーを制御するためのドライバーコントローラに、モニタリング能力を付加する方法であって、
前記電力スイッチング装置は、少なくとも1つの前記デバイスと前記ドライバーを含むデバイスサイド回路と、前記ドライバーコントローラを備えるコントロールサイド回路を含み、
前記ドライバーコントローラは通信リンクによってデバイスドライバーと結合するように配置され、
前記ドライバーコントローラは、少なくとも1つの前記デバイスをオンオフ駆動する前記デバイスドライバーを制御するために、前記通信リンクにスイッチング信号を伝送するように配置され、
前記ドライバーコントローラは、前記スイッチング信号に応答して前記通信リンクからアクノリッジ信号を受信し、受信された前記アクノリッジ信号が有効であることを検知するようにさらに配置され、
前記方法には、
前記デバイスサイド回路の状態を出力するために、検出された有効な前記アクノリッジ信号を復調する復調回路を提供する工程であって、前記状態は前記アクノリッジ信号に符号化される工程を含む方法。 - 電力スイッチング装置に感知能力とモニタリング能力を追加する方法であって前記電力スイッチング装置はドライバーコントローラとデバイスドライバーを含み、
前記デバイスコントローラは少なくとも1つの高電圧スイッチングデバイスを駆動し、
前記ドライバーコントローラは前記デバイスドライバーを制御して前記デバイスのスイッチをオンオフするように配置され、
前記方法は、前記デバイスドライバーに感知能力を追加するための請求項1の方法と前記ドライバーコントローラにモニタリング能力を追加する請求項13の方法を含む方法。 - 電力スイッチング装置の少なくとも1つの高電圧パワースイッチングデバイスを駆動するためのデバイスドライバーであって、
前記電力スイッチング装置は、少なくとも1つの前記デバイスと前記ドライバーを含むデバイスサイド回路と、ドライバーコントローラを含むコントロールサイド回路を含み、
前記デバイスドライバーは、通信リンクによって前記ドライバーコントローラと結合するように構成され、
前記デバイスドライバーは、前記通信リンクで前記ドライバーコントローラから受信されるスイッチング信号に応答して、少なくとも1つの前記デバイスをオンオフドライブするように構成され、
前記デバイスドライバーは、受信される前記スイッチング信号に応答して、アクノリッジ信号を前記ドライバーコントローラに送信するようにさらに構成され、前記アクノリッジ信号は有効アクノリッジ信号として前記ドライバーコントローラに検知される前記デバイスドライバーであって、
前記デバイスドライバーは、
前記デバイスサイド回路の状態情報を受信するように構成される入力と、
受信される前記状態情報に応じて、前記アクノリッジ信号を変調するように構成される変調器を含み、前記アクノリッジ信号が有効アクノリッジ信号として前記ドライバーコントローラに検知されるように、変調された前記アクノリッジ信号を伝送するように構成される前記デバイスドライバー。 - デバイスドライバーを制御して、電力スイッチング装置の少なくとも1つの高電圧パワースイッチングデバイスを駆動させるためのドライバーコントローラであって、
前記電力スイッチング装置は、少なくとも1つの前記デバイスと前記ドライバーを含むデバイスサイド回路と、前記ドライバーコントローラを含むコントロールサイド回路を備え、
前記ドライバーコントローラは前記デバイスドライバーと通信リンクによって結合するように構成され、
前記ドライバーコントローラは少なくとも1つの前記デバイスをオンオフ駆動する前記デバイスドライバーをコントロールするスイッチング信号を前記通信リンクで伝送するように構成され、
前記ドライバーコントローラは前記デバイスドライバーから前記通信リンクでアクノリッジ信号を受信し、および、受信された前記アクノリッジ信号が有効であることを検知するように構成される前記ドライバーコントローラであって、前記ドライバーコントローラは、
受信された前記アクノリッジ信号を復号し、前記アクノリッジ信号に符号化されたデータを決定するように構成される復号器と、
決定された前記データに基づいて、前記デバイスサイド回路の状態情報を提供するように構成される出力を備える前記ドライバーコントローラ。 - 少なくとも1つの高電圧パワースイッチングデバイスと、少なくとも1つの高電圧パワースイッチングデバイスを駆動するように構成される請求項15に記載のデバイスドライバーを含むデバイスサイド回路、および、少なくとも1つの前記高電圧パワースイッチングデバイスをオンオフスイッチさせるように、前記デバイスドライバーを制御するように構成される請求項16に記載のドライバーコントローラを含むコントロールサイド回路を含む電力スイッチング装置。
- 請求項17に記載の電力スイッチング装置において、
前記電力スイッチング装置はインバータである電力スイッチング装置。 - 請求項17または18の電力スイッチング装置において、
前記パワースイッチングデバイスは、JFETまたはMOSFETなどのIGBTまたはFETを含み、前記デバイスドライバーは前記IGBTまたは前記FETを駆動するように構成される電力スイッチング装置。 - パワー半導体スイッチングデバイスコントロールシステムの構成データ/測定データを通信する方法であって、前記パワー半導体スイッチングデバイスコントロールシステムは、調整制御システムと、それぞれが前記調整制御システムと結合し、それぞれが一つ以上の個別パワー半導体スイッチングデバイスを構成する複数のスイッチングデバイスコントローラを含み、前記方法は、
一つ以上の前記スイッチングデバイスコントローラをスイッチング制御するためのデータを含む制御データを送信する工程と、
前記調整制御システムでアクノリッジ信号を受信する工程であって、前記アクノリッジ信号は立ち上がりエッジ、および、立ち下がりエッジを持つパルスを含み、前記立ち上がりエッジ、および、前記立ち下がりエッジ間の時間間隔は、前記アクノリッジ信号が有効信号であるとして許容される範囲内の変動がある工程を含み、
前記方法は、さらに、
前記アクノリッジ信号が符号化されたアクノリッジ信号になるように、許容される前記変動の中で規定される時間ウィンドウ内で、前記アクノリッジ信号に前記構成データ/測定データを符号化する工程と、
前記スイッチングデバイスコントローラから前記調整制御システムへ符号化されたアクノリッジ信号を送信する工程と、
前記調整制御システムで、符号化された前記アクノリッジ信号から前記構成データ/測定データをデコードする工程と、を含み、
前記構成データ/測定データは、それぞれ前記スイッチングデバイスコントローラまたは前記パワー半導体スイッチングデバイスの構成または測定のデータを含む方法。 - 請求項20に記載された方法において、
前記符号化する工程は、タイミング間隔を変更し、前記アクノリッジ信号が有効となるように、前記パルスの継続時間に許容された変動範囲内で前記構成データ/測定データを符号化する工程を含む方法。 - 既存のパワー半導体スイッチングデバイスコントロールシステムに対して構成能力/測定能力を改良する方法であって、前記パワー半導体スイッチングデバイスコントロールシステムは、調整制御システム、並びに、それぞれが前記調整制御システムと結合し、および、一つ以上の各前記パワー半導体スイッチングデバイスを制御するように構成される複数のスイッチングデバイスコントローラを含み、前記方法は、
前記既存のパワー半導体スイッチングデバイスコントロールシステムで、請求項20または21に記載の方法を使用して、前記アクノリッジ信号が有効となるように、前記パルスの継続時間に許容された変動範囲内で前記構成データ/測定データを符号化する方法。
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