JP2020532261A - 高速電流感知およびトランジスタタイミング制御のためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (20)
- パワーエレクトロニクス回路であって、
第2のソリッドステートデバイスと直列に結合された第1のソリッドステートデバイスを備え、少なくとも前記第1のソリッドステートデバイスは、ゲート端子を有するソリッドステートスイッチを備える、スイッチング回路と、
前記第1および第2のソリッドステートデバイスの間に配置され、前記第1および第2のソリッドステートデバイスを接続する導電性トレースを流れる電流を感知するように構成される電流感知変圧器と、
前記スイッチング回路および前記電流感知変圧器に結合され、それと動作可能に通信するコントローラであって、
前記導電性トレースを流れる電流を示す前記電流感知変圧器からの電流感知信号を受信し、
前記受信した電流感知信号に基づいて、前記第1のソリッドステートデバイスの前記ゲート端子へのゲート電圧を変調し、このスイッチングを制御するようにプログラムされる、コントローラと
を備える、パワーエレクトロニクス回路。 - 前記スイッチング回路および前記電流感知変圧器を搭載したプリント回路基板(PCB)をさらに備え、前記電流感知変圧器は、
前記PCB内に形成された複数の平面導電性トレースと、
前記複数の平面導電性トレースへの電気接続を提供するように、前記複数の平面導電性トレースのそれぞれの対向端に対応する位置において前記PCBの表面に形成された導電性パッドと、
隣接する平面導電性トレースを電気的および機械的に一緒に結合するために、前記複数の平面導電性トレースに結合された複数の導電性コネクタと
を備える、請求項1に記載のパワーエレクトロニクス回路。 - 前記複数の導電性コネクタが、
前記隣接する平面導電性トレースを接続するために、前記PCBの前記表面の前記導電性パッドに結合される事前形成された導電性ステープル、または
前記隣接する平面導電性トレースを接続するために、前記PCBの前記表面の前記導電性パッドに結合されるリッツ線
のうちの一方を備え、
前記導電性ステープルまたはリッツ線は、前記PCBの前記表面の前記導電性パッドに貫通孔取付け、はんだ付け、または印刷される、請求項2に記載のパワーエレクトロニクス回路。 - 前記複数の平面導電性トレースおよび前記複数の導電性コネクタが、前記電流感知変圧器において変圧器二次側を集合的に形成し、前記導電性トレースは、変圧器一次側を形成する前記第1および第2のソリッドステートデバイスを接続する、請求項3に記載のパワーエレクトロニクス回路。
- 前記スイッチング回路が、第1のソリッドステートスイッチと第2のソリッドステートスイッチとを備えるハーフブリッジ回路を備える、請求項1に記載のパワーエレクトロニクス回路。
- 前記スイッチング回路が、前記第1のソリッドステートスイッチとダイオードとを備えるダイオードソリッドステートスイッチ直列接続を備える、請求項1に記載のパワーエレクトロニクス回路。
- 前記ソリッドステートスイッチが、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)、高電子移動度トランジスタ(HEMT)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)、統合ゲート転流サイリスタ(IGCT)、ゲートターンオフ(GTO)サイリスタ、またはシリコン制御整流器(SCR)のうちの1つを備える、請求項1に記載のパワーエレクトロニクス回路。
- 前記ソリッドステートスイッチが、炭化ケイ素(SiC)または窒化ガリウム(GaN)で形成される、請求項1に記載のパワーエレクトロニクス回路。
- 前記ゲート端子への前記ゲート電圧を変調する際に、前記コントローラが、
前記電流感知信号を所定の電流閾値と比較し、
前記ゲート端子への前記ゲート電圧をプルダウンおよび/または整形するように、前記電流感知信号が前記所定の電流閾値を超える場合、電圧パルス信号を生成して前記第1のソリッドステートデバイスの前記ゲート端子に印加し、
前記電流感知信号が前記所定の電流閾値を下回る場合、電圧パルス信号を生成および印加することなく、前記第1のソリッドステートデバイスの前記ゲート端子への前記ゲート電圧を変調する
ようにプログラムされる、請求項1に記載のパワーエレクトロニクス回路。 - 前記コントローラが、
生成された電圧パルス信号数を所定の閾値パルス数と比較し、
前記生成された電圧パルス信号数が前記所定の閾値パルス数を超える場合、前記パワーエレクトロニクス回路内で故障状態を宣言し、
前記パワーエレクトロニクス回路内での短絡を防ぐように、前記故障状態の宣言時に回路保護スキームを実施する
ように、さらにプログラムされる、請求項9に記載のパワーエレクトロニクス回路。 - 前記コントローラが、
生成された多数の電圧パルス信号の傾向を特定し、
健全性を判断し、および/または前記特定された傾向に基づいて、前記パワーエレクトロニクス回路内の1つ以上の部品の残存耐用年数を推定する
ように、さらにプログラムされる、請求項9に記載のパワーエレクトロニクス回路。 - 前記コントローラが、
前記生成された制御電圧パルス信号数を追跡し、
前記追跡された生成電圧パルス信号の解析分析を実行して、前記第1のソリッドステートデバイスの長期スイッチング制御戦略を決定する
ように、さらにプログラムされる、請求項9に記載のパワーエレクトロニクス回路。 - パワーエレクトロニクス回路内の電流を感知するための電流感知変圧器であって、
一次プリント回路基板(PCB)トレースは、PCBの基板上に形成され、前記PCB上に配置された一対のソリッドステートデバイスを接続し、
複数の平面導電性トレースは、前記一次PCBトレースの下方に配置されるように、前記PCBの前記基板の1つ以上の層内に形成され、
導電性パッドは、パッド付き巻線を形成するために、前記複数の平面導電性トレースのそれぞれの対向端に対応する位置において前記PCBの前記基板の表面に形成されて、前記複数の平面導電性トレースへの電気接続を提供し、
複数の導電性コネクタは、前記複数の平面導電性トレースに結合されて、隣接する平面導電性トレースを電気的および機械的に結合し、前記一次PCBトレース上に延び、
前記一次PCBトレースは、電流感知変圧器の一次側を形成し、前記複数の平面導電性トレース、導電性パッド、および複数の導電性コネクタは、前記電流感知変圧器の二次側を形成する、電流感知変圧器。 - 前記複数の導電性コネクタが、前記隣接する平面導電性トレースを接続するために、前記PCBの前記表面の前記導電性パッドに結合される予め形成された導電性ステープルまたはリッツ線を備える、請求項13に記載の電流感知変圧器。
- 前記複数の平面導電性トレースおよび複数の導電性コネクタが、前記パワーエレクトロニクス回路に最小のインダクタンスを追加する、請求項13に記載の電流感知変圧器。
- 第1のソリッドステートスイッチングデバイスと、第2のソリッドステートスイッチングデバイスおよびダイオードのうちの一方とを含むパワーコンバージョン回路において、電流感知およびトランジスタタイミング制御を実行する方法であって、
電流感知変圧器を介して、前記第1のソリッドステートスイッチングデバイスと前記第2のソリッドステートスイッチングデバイスおよび前記ダイオードのうちの一方とを接続する前記パワーコンバージョン回路の一次導電性トレースを流れる電流を測定することと、
前記一次導電性トレースの前記電流を示す電流感知信号をコントローラに提供することと、
前記コントローラを介して、受信した前記電流感知信号に基づいて、前記第1および第2のソリッドステートスイッチングデバイスの少なくとも一方のゲート端子へのゲート電圧を変調し、このスイッチングを制御することと
を含む、方法。 - 前記第1および第2のソリッドステートスイッチングデバイスの少なくとも一方の前記ゲート端子への前記ゲート電圧を変調するステップが、
前記電流感知信号を所定の電流閾値と比較するステップと、
前記電流感知信号が前記所定の電流閾値を超える場合、制御電圧パルス信号を生成し、前記第1のソリッドステートスイッチングデバイスの前記ゲート端子に印加して、前記ゲート端子への前記ゲート電圧をプルダウンおよび/または整形するステップと、
前記電流感知信号が前記所定の電流閾値を下回る場合、制御電圧パルス信号を生成および印加することなく、前記第1のソリッドステートスイッチングデバイスの前記ゲート端子への前記ゲート電圧を変調するステップと
を含む、請求項16に記載の方法。 - 生成された電圧パルス信号数を所定の閾値パルス数と比較するステップと、
前記生成された電圧パルス信号数が前記所定の閾値パルス数を超える場合、前記パワーコンバージョン回路での故障状態を宣言するステップと、
前記故障状態の宣言時に回路保護スキームを実施し、前記パワーコンバージョン回路での短絡を防ぐステップと
をさらに含む、請求項17に記載の方法。 - 生成された多数の電圧パルス信号の傾向を特定するステップと、
前記特定された傾向に基づいて、前記パワーコンバージョン回路内の1つ以上の部品の健全性を判断し、および/または残存耐用年数を推定するステップと
をさらに含む、請求項17に記載の方法。 - 前記生成された制御電圧パルス信号数を追跡するステップと、
前記追跡された生成電圧パルス信号の解析分析を実行して、前記第1のソリッドステートスイッチングデバイスの長期スイッチング制御戦略を決定するステップと
をさらに含む、請求項17に記載の方法。
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