▶ パワー・インテグレーションズ・インコーポレーテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022126599
(43)【公開日】2022-08-30
(54)【発明の名称】電気的駆動システムの能動放電
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20220823BHJP
H02M 3/28 20060101ALI20220823BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 M ZAB
H02M3/28 H ZHV
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022020883
(22)【出願日】2022-02-14
(31)【優先権主張番号】21157852
(32)【優先日】2021-02-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(31)【優先権主張番号】17/665,249
(32)【優先日】2022-02-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】501315784
【氏名又は名称】パワー・インテグレーションズ・インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100100181
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 正博
(74)【復代理人】
【識別番号】100125818
【弁理士】
【氏名又は名称】立原 聡
(72)【発明者】
【氏名】アンドレアス ヴォルケ
(72)【発明者】
【氏名】ヴィンツェンツ マウラー
(72)【発明者】
【氏名】サーレム アビッド
(72)【発明者】
【氏名】ダグラス アーノルド エリック アンダースン ヘグルンド
(72)【発明者】
【氏名】ミヒャエル ホーンカンプ
(72)【発明者】
【氏名】マティアス ペーター
【テーマコード（参考）】
5H730
5H770
【Ｆターム（参考）】
5H730BB26
5H730BB27
5H730BB61
5H730DD04
5H730EE04
5H730EE07
5H730FV02
5H770BA02
5H770DA03
5H770DA41
5H770FA13
5H770GA03
5H770GA04
5H770GA07
5H770HA09Z
5H770JA17W
5H770LB07
(57)【要約】 （修正有）
【課題】静電容量の能動放電を行う車両のための電気的駆動システムの能動放電のためのシステム、デバイス及び方法を提供する。
【解決手段】車両のための電気的駆動システム１００は、少なくとも１つの相足部を含み、相足部のうちの第１の相足部が、第１の電力スイッチを含むインバーター１２５と、レール１１０、１１５における電圧に対して調節される内部電源電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバーターと、車両の動作中に比較的高い電圧差を印加することにより第１の電力スイッチを伝導状態に駆動し、シャットダウン又は異常を示す信号の後に、比較的小さい電圧差を伴って第１の電力スイッチの駆動を続けるゲート駆動チャネル１５０と、を含む。ＤＣ／ＤＣコンバーターは、レールにおける電圧に対する比較的高い電圧差か又はレールにおける電圧に対する比較的小さい電圧差をもつ内部電源電圧を生成する。
【選択図】図１
【解決手段】車両のための電気的駆動システム１００は、少なくとも１つの相足部を含み、相足部のうちの第１の相足部が、第１の電力スイッチを含むインバーター１２５と、レール１１０、１１５における電圧に対して調節される内部電源電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバーターと、車両の動作中に比較的高い電圧差を印加することにより第１の電力スイッチを伝導状態に駆動し、シャットダウン又は異常を示す信号の後に、比較的小さい電圧差を伴って第１の電力スイッチの駆動を続けるゲート駆動チャネル１５０と、を含む。ＤＣ／ＤＣコンバーターは、レールにおける電圧に対する比較的高い電圧差か又はレールにおける電圧に対する比較的小さい電圧差をもつ内部電源電圧を生成する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両のための電気的駆動システムであって、前記電気的駆動システムが、
少なくとも１つの相足部を含むインバーターであって、前記少なくとも１つの相足部のうちの第１の相足部が、第１の電力スイッチを含む、前記インバーターと、
ＤＣ電源に結合されるように構成されたレールにおける電圧に対して調節される内部電源電圧を生成するように構成されたＤＣ／ＤＣコンバーターであって、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターが、前記レールにおける前記電圧に対する比較的高い電圧差、または、前記レールにおける前記電圧に対する比較的小さい電圧差をもつ前記内部電源電圧を生成するように構成された、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターと、
前記車両の動作中に、前記内部電源電圧に由来する比較的高い電圧差を印加することにより前記第１の電力スイッチを伝導状態に駆動するように構成されたゲート駆動チャネルであって、前記車両のシャットダウンまたは異常を示す信号の後に、前記内部電源電圧に由来する比較的小さい電圧差を使用して前記第１の電力スイッチの駆動を続ける前記ゲート駆動チャネルと、
を備える、電気的駆動システム。
少なくとも１つの相足部を含むインバーターであって、前記少なくとも１つの相足部のうちの第１の相足部が、第１の電力スイッチを含む、前記インバーターと、
ＤＣ電源に結合されるように構成されたレールにおける電圧に対して調節される内部電源電圧を生成するように構成されたＤＣ／ＤＣコンバーターであって、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターが、前記レールにおける前記電圧に対する比較的高い電圧差、または、前記レールにおける前記電圧に対する比較的小さい電圧差をもつ前記内部電源電圧を生成するように構成された、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターと、
前記車両の動作中に、前記内部電源電圧に由来する比較的高い電圧差を印加することにより前記第１の電力スイッチを伝導状態に駆動するように構成されたゲート駆動チャネルであって、前記車両のシャットダウンまたは異常を示す信号の後に、前記内部電源電圧に由来する比較的小さい電圧差を使用して前記第１の電力スイッチの駆動を続ける前記ゲート駆動チャネルと、
を備える、電気的駆動システム。
【請求項2】
前記ＤＣ／ＤＣコンバーターが、
トランジスタブリッジと、
放電コマンドを受信するように結合されたブリッジ制御装置であって、前記放電コマンドに応答して、フルブリッジとして前記トランジスタブリッジを駆動することから、ハーフブリッジとして前記トランジスタブリッジを駆動することに、切り替わるように構成された前記ブリッジ制御装置と、
を備える、
請求項１に記載の電気的駆動システム。
トランジスタブリッジと、
放電コマンドを受信するように結合されたブリッジ制御装置であって、前記放電コマンドに応答して、フルブリッジとして前記トランジスタブリッジを駆動することから、ハーフブリッジとして前記トランジスタブリッジを駆動することに、切り替わるように構成された前記ブリッジ制御装置と、
を備える、
請求項１に記載の電気的駆動システム。
【請求項3】
前記ゲート駆動チャネルが、前記車両のシャットダウンまたは異常を示す前記信号の後に、前記第１の電力スイッチをパルス駆動させるように構成された、
請求項１に記載の電気的駆動システム。
請求項１に記載の電気的駆動システム。
【請求項4】
前記ゲート駆動チャネルが、前記インバーターの前記少なくとも１つの相足部にまたがって結合された静電容量を放電するために必要な時間に関連して規定された持続期間にわたって前記第１の電力スイッチをパルス駆動させるように構成された、
請求項３に記載の電気的駆動システム。
請求項３に記載の電気的駆動システム。
【請求項5】
前記ゲート駆動チャネルが、デサチュレーション保護回路を含むゲート駆動回路を備え、前記デサチュレーション保護回路が、パルス駆動中に前記第１の電力スイッチの伝導がいつ終了するかを指定する、
請求項３に記載の電気的駆動システム。
請求項３に記載の電気的駆動システム。
【請求項6】
前記ＤＣ／ＤＣコンバーターが、
コンデンサと、
入力巻線および出力巻線を含む変圧器であって、前記コンデンサが、前記変圧器の前記入力巻線に結合された前記変圧器と、
を更に備える、
請求項１に記載の電気的駆動システム。
コンデンサと、
入力巻線および出力巻線を含む変圧器であって、前記コンデンサが、前記変圧器の前記入力巻線に結合された前記変圧器と、
を更に備える、
請求項１に記載の電気的駆動システム。
【請求項7】
前記少なくとも１つの相足部のうちの前記第１の相足部が、第２の電力スイッチを備え、
前記ゲート駆動チャネルが、持続期間にわたって前記第２の電力スイッチを駆動するように更に構成された、
請求項１に記載の電気的駆動システム。
前記ゲート駆動チャネルが、持続期間にわたって前記第２の電力スイッチを駆動するように更に構成された、
請求項１に記載の電気的駆動システム。
【請求項8】
前記ゲート駆動チャネルが、前記持続期間にわたって前記第１の電力スイッチの相互コンダクタンスより高い相互コンダクタンスを伴って前記第２の電力スイッチを駆動するように構成された、
請求項７に記載の電気的駆動システム。
請求項７に記載の電気的駆動システム。
【請求項9】
前記電気的駆動システムが、乗り物に収容された、
請求項１に記載の電気的駆動システム。
請求項１に記載の電気的駆動システム。
【請求項10】
第１の端子と第２の端子と制御端子とを備える電力スイッチを制御するように構成された制御システムであって、前記電力スイッチの前記第１の端子と前記第２の端子との間におけるコンダクタンスが、前記制御端子における電圧と前記第２の端子における電圧との間の差に応じたものであり、前記制御システムが、
前記制御システムの正レールと負レールとの間に結合された電源コンデンサと、
前記制御システムにおける放電コマンドを検出するように構成されたＤＣ／ＤＣコンバーターであって、前記放電コマンドが、前記電源コンデンサの能動放電を開始させるものであり、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターが、比較的大きい電圧差を伴う内部電源電圧を生成することから、比較的小さい電圧差を伴う電源電圧を生成することに切り替わるように構成され、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターが、前記内部電源電圧が閾値未満に低下したことを示す信号を出力するように構成された、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターと、
前記内部電源電圧が閾値未満に低下したことを示す前記信号を受信するように結合されたスイッチ制御装置であって、前記スイッチ制御装置が、前記内部電源電圧が前記閾値未満に低下したことを示す前記信号に応答して、比較的小さい電圧差を伴う前記電源電圧に基づいて、前記制御端子における前記電圧と前記第２の端子における前記電圧との間の前記差を制御するように構成された、前記スイッチ制御装置と、
を備える、
制御システム。
前記制御システムの正レールと負レールとの間に結合された電源コンデンサと、
前記制御システムにおける放電コマンドを検出するように構成されたＤＣ／ＤＣコンバーターであって、前記放電コマンドが、前記電源コンデンサの能動放電を開始させるものであり、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターが、比較的大きい電圧差を伴う内部電源電圧を生成することから、比較的小さい電圧差を伴う電源電圧を生成することに切り替わるように構成され、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターが、前記内部電源電圧が閾値未満に低下したことを示す信号を出力するように構成された、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターと、
前記内部電源電圧が閾値未満に低下したことを示す前記信号を受信するように結合されたスイッチ制御装置であって、前記スイッチ制御装置が、前記内部電源電圧が前記閾値未満に低下したことを示す前記信号に応答して、比較的小さい電圧差を伴う前記電源電圧に基づいて、前記制御端子における前記電圧と前記第２の端子における前記電圧との間の前記差を制御するように構成された、前記スイッチ制御装置と、
を備える、
制御システム。
【請求項11】
前記ＤＣ／ＤＣコンバーターが、
トランジスタブリッジと、
前記放電コマンドを受信するように結合されたブリッジ制御装置であって、前記放電コマンドに応答して、フルブリッジとして前記トランジスタブリッジを駆動することから、ハーフブリッジとして前記トランジスタブリッジを駆動することに、切り替わるように構成された前記ブリッジ制御装置と、
を備える、
請求項１０に記載の制御システム。
トランジスタブリッジと、
前記放電コマンドを受信するように結合されたブリッジ制御装置であって、前記放電コマンドに応答して、フルブリッジとして前記トランジスタブリッジを駆動することから、ハーフブリッジとして前記トランジスタブリッジを駆動することに、切り替わるように構成された前記ブリッジ制御装置と、
を備える、
請求項１０に記載の制御システム。
【請求項12】
前記放電コマンドが、シャットダウンコマンドである、
請求項１０に記載の制御システム。
請求項１０に記載の制御システム。
【請求項13】
前記スイッチ制御装置が、高レベルコマンドを受信するように構成された、および、前記高レベルコマンドを、前記制御端子における前記電圧と前記第２の端子における前記電圧との間の前記差を制御するためのスイッチングパターンに変換するように構成された、
請求項１０に記載の制御システム。
請求項１０に記載の制御システム。
【請求項14】
前記スイッチ制御装置が、デサチュレーション保護回路を含むゲート駆動回路を備え、前記デサチュレーション保護回路が、前記能動放電中に前記電力スイッチの伝導がいつ終了するかを指定する、
請求項１０に記載の制御システム。
請求項１０に記載の制御システム。
【請求項15】
前記ＤＣ／ＤＣコンバーターが、前記内部電源電圧が前記閾値未満に低下したことを示すために不足電圧信号を出力するように構成された、
請求項１０に記載の制御システム。
請求項１０に記載の制御システム。
【請求項16】
前記電力スイッチが、複数の相足部を含むインバーターの相足部の一部である、
請求項１０に記載の制御システム。
請求項１０に記載の制御システム。
【請求項17】
前記制御システムが、乗り物に収容された、
請求項１０に記載の制御システム。
請求項１０に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年２月１８日に出願された欧州特許出願第２１１５７８５２．１号の優先権を主張する。欧州特許出願第２１１５７８５２．１号は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２１年２月１８日に出願された欧州特許出願第２１１５７８５２．１号の優先権を主張する。欧州特許出願第２１１５７８５２．１号は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明は、電気的駆動システムの能動放電に関する。
【背景技術】
【0003】
電気的駆動システムは、電動の乗り物、例えば例として、電気自動車およびトラック、ハイブリッド電気自動車およびトラック、および電車およびトラムにおいて見られる。電動の乗り物は、概して、電動モーターを駆動するために電池または他のＤＣ出力をＡＣ信号に変換するインバーターを含む。これらの乗り物では、電池とインバーターとの間における中間バッファとして、比較的大きいおよび高い電流容量のエネルギー貯蔵静電容量が通常使用される。これらの静電容量は、「ＤＣリンクコンデンサ」または「平滑化コンデンサ」と呼ばれ得る。これらの静電容量は、入力電圧を平滑化し、インバーター出力段に低誘導電流路を提供し、およびエネルギーを蓄積する。
【0004】
電池駆動式の電動の乗り物における電気的駆動システムは、典型的にはその動作寿命にわたって数千回シャットダウン（停止）させられる。シャットダウン中、電池は、電気的駆動システムの残りの部分から絶縁される。しかし、更なる手段を伴わない場合、中間ＤＣリンクコンデンサは、電池から切断された後も電荷を保持する。安全上の理由から、規制機関は多くの場合、シャットダウン後に適度に素早くこの電荷が放散されることを要求している。例えば、典型的な規制上の要求は、ＤＣリンクコンデンサを６０ボルト未満の電圧まで２秒内に放電されるようにする。
【0005】
幾つかの例において、放電スイッチおよび抵抗器が、ＤＣリンクコンデンサにまたがって結合され得る。電池からの切断後に、この放電スイッチが伝導状態にスイッチングされ、ＤＣリンクコンデンサが抵抗器を通して放電させられる。
【発明の概要】
【0006】
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。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
様々な図面における類似の参照符号は類似の要素を示している。
【0009】
以下の説明では、本発明を十分に理解してもらうために、多くの特定の詳細事項が記載される。しかし、本発明を実施するため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である。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、詳細には説明されていない。
【0010】
本明細書中での、「一実施形態」、「実施形態」、「一例」、または「例」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。したがって、本明細書中の様々な場所における「一実施形態において」、「実施形態において」、「一例」、または「例」といった表現の使用は、すべてが同じ実施形態または例に関連するとは限らない。更に、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てもよい。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、または他の適切なコンポーネントに含まれてもよい。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、および図面が一定の縮尺で描かれるとは限らないことが理解される。
【0011】
上述のように、規制機関は多くの場合、切断後にＤＣリンクコンデンサに保持された電荷が、シャットダウン後に適度に素早く放散されることを要求する。
【0012】
本開示の実施形態において、電動モーターを駆動する電力スイッチのうちの１つまたは複数は、ＤＣリンクコンデンサを放電させるために使用され得る。電力スイッチにより伝導される電流の量は、電力スイッチの制御端子電圧と基準端子電圧との間の差に応じたものである。ゲート駆動ユニットは、電力スイッチをオンおよびオフに切り替えるために、およびＤＣリンクコンデンサを放電させるために、制御端子と基準端子との間の電圧差を制御する。実施形態では、制御端子電圧と基準端子電圧との間の差が、ＤＣリンクコンデンサを放電させている間に電力スイッチによる電流の伝導を制御するために変えられ得る。
【0013】
図１は、電気的駆動システム１００の概略図である。駆動システム１００は、スイッチ１２０によりハイレール１１０とローレール１１５との間に可逆的に結合された電池１０５を含む。駆動システム１００は、インバーター１２５、電動モーター１３０、およびゲート駆動チャネル１５０を更に含む。動作時に、ゲート駆動チャネル１５０の指示に基づいて、インバーター１２５は、電池１０５により供給されるＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換し、電動モーター１３０に電力を供給する。ＤＣリンクコンデンサ１３５は、レール１１０、１１５間に結合されている。電池１０５がスイッチ１２０によりレール１１０、１１５から切り離されたとき、ＤＣリンクコンデンサ１３５がインバーター１２５を通して放電される。
【0014】
より詳細には、スイッチ１２０は典型的には機械スイッチであり、電池１０５をレール１１０、１１５に接続するように、および電池１０５をレール１１０、１１５から切り離すように結合されている。通常の状態のもとでは、駆動システム１００を含む車両が動作中であるとき、例えば動いているとき、または動くための準備が整ったとき、電池１０５がレール１１０、１１５に接続される。電池１０５は、シャットオフ（停止）中に、または非常に重度の異常状態が発生した場合にレール１１０、１１５から切断される。
【0015】
レール１１０、１１５への電池１０５の接続時に、ＤＣリンクコンデンサ１３５とインバーター１２５との両方が、電池１０５によりバイアスされる。ＤＣリンクコンデンサ１３５にまたがって生成される電圧は、電池１０５により提供される電圧と同じ値になるように向かう傾向を示す。しかし、ＤＣリンクコンデンサ１３５は電池１０５より急速な充電を可能にし、および提供するので、同じ値からのずれが発生する。加えて、ＤＣリンクコンデンサ１３５は概して、インバーター１２５の電力スイッチのより近くに位置し、および電池１０５からある距離に位置する。ケーブルインダクタンスは、高い過渡電圧事象をもたらし得る。したがって、ＤＣリンクコンデンサ１３５は、インバーター１２５にかかるレール１１０、１１５間の電圧を平滑化するように機能する。
【0016】
インバーター１２５の各々が、レール１１０、１１５間に直列結合されたスイッチングデバイスのペアにより形成された相足部（ｐｈａｓｅ ｌｅｇ）の集合体を含み得る。概して、スイッチングデバイスは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：ｉｎｓｕｌａｔｅｄ－ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）または他の電力半導体デバイスである。他の電力半導体デバイスは、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）ベースのトランジスタ、シリコン（Ｓｉ）ベースのトランジスタ、または炭化ケイ素（ＳｉＣ）ベースのトランジスタといったトランジスタを含み得る。他のトランジスタ、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）、またはバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ：ｂｉｐｏｌａｒ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）も使用され得る。スイッチングデバイスのスイッチングは、制御装置１４５の制御下にあるゲートドライバ回路１４０により駆動される。ゲートドライバ回路１４０は、制御装置１４５から受信された制御信号に従ってインバーター１２５におけるスイッチングデバイスを適切にバイアスするように構成されている。制御装置１４５は、より高いレベルの制御信号に応答して制御信号を生成するように構成されている。より高いレベルの制御信号の例は、例えば車両の速度が上げられること、または下げられることの標示を含む。幾つかの実施態様において、制御装置１４５からの制御信号は、インバーター１２５におけるスイッチングデバイスをバイアスするためにゲートドライバ回路１４０により使用されるスイッチングパターンを指定し得る。例えば、制御装置１４５からの制御信号は、インバーター１２５におけるスイッチングデバイスを駆動することに適した信号にゲートドライバ回路１４０により変換されるパルス幅変調スイッチングパターンであり得る。他の実施態様において、制御装置１４５により生成される制御信号は、より高いレベルであり、スイッチングパターンを生成するためにゲートドライバ回路１４０により使用される。制御装置１４５は、例えば、ゲートドライバ回路１４０と同じプリント回路基板（ＰＣＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）に位置するマイクロ制御装置として実現され得る。他の実施形態において、制御装置１４５は、ゲートドライバ回路１４０とは別のＰＣＢ上に位置するマイクロ制御装置として実現され得る。インバーター１２５と同様に、ゲートドライバ回路１４０はレール１１５を基準とし得る。制御装置１４５もレール１１５を基準とし得、または、別の電圧を基準とし得、または、レール１１５を基準とする幾つかのコンポーネントおよび別の電圧を基準とする他のコンポーネントを含み得る。
【0017】
いずれの場合においても、ゲートドライバ回路１４０および制御装置１４５は、インバーター１２５におけるスイッチを適切に駆動することにより電動モーター１３０への電力の提供を制御するゲート駆動チャネル１５０の一部と考えられ得る。以下で詳細に説明されるように、制御装置１４５は、電池１０５がスイッチ１２０によりレール１１０、１１５から切り離されたときにＤＣリンクコンデンサ１３５を放電するために、インバーター１２５におけるスイッチングデバイスのうちの１つまたは複数のスイッチングを更に制御し得る。
【0018】
図２は、電気的駆動システム１００における回路の一部、すなわち、単相足部を介した電動モーター１３０への電力の提供を制御する責任を担う部分の概略図である。
【0019】
より詳細には、電気的駆動システム１００は電源２０５を含む。概して、電源２０５は、その出力レール２１０、２１２間に内部電源電圧（すなわち、ＶＩＳＯ－ＶＣＯＭ）を生成するように構成される。示されるように、電源２０５は入力レール３５０、３５５を受信して、出力レール２１０、２１２を生成する。幾つかの実施態様において、ハイレール１１０およびローレール１１５は、入力レール３５０、３５５として機能し得るが、しかし必ずしもこうであるとは限らない。例えば、ＤＩＮ７２５５２を参照すると、接点３０／３１が、入力レール３５０、３５５に結合され得る。
【0020】
電気的駆動システム１００の示されるロー側部では、ＶＩＳＯからＶＣＯＭの間の範囲にある電圧ＶＥＥを伴う中間出力が、電池１１５のローレール１１５に結び付けられる。なお、ＩＧＢＴ２４０のスイッチングを制御する電気的駆動システム１００の対応するハイ側部では、第２の電源レギュレータの中間出力が、インバーター１２５の相足部２６０における中間ノード、すなわち出力ノード２５０に結び付けられる。
【0021】
電気的駆動システム１００の示されるロー側部に戻ると、電源２０５の中間出力２１５がローレール１１５に結び付けられた一例では、電圧ＶＩＳＯ２１０は、電力スイッチ２４５を駆動することに適した電圧範囲にあり、レール１１５を基準とする。更に、電圧ＶＣＯＭ２１２はＩＧＢＴ２４５のオフ切り替えゲート電圧を実現するように選択される。一例において、電圧ＶＣＯＭ２１２は、レール１１５における電圧に対して低い。別の実施形態において、電圧ＶＣＯＭ２１２は、電圧ＶＥＥ２１５に実質的に等しいものであり得る。電源２０５により実施される変換結果のおかげで、ハイ電源レール２１０ＶＩＳＯ、ロー電源レール２１２ＶＣＯＭ、および中間出力２１５ＶＥＥの間の電圧差は、車両の動作中における負荷状態の変化に直面してもほぼ一定であり得る。これらの負荷状態は、乗り物の速度を包含し、電力スイッチ２４５のスイッチング周波数に反映され得る。更に、ＶＩＳＯ、ＶＥＥ、およびＶＣＯＭの間の電圧差の大きさは、ＩＧＢＴ２４５に対する有効なオン切り替え電圧およびオフ切り替え電圧を提供するように選択される。更に、ＶＩＳＯ、ＶＥＥ、およびＶＣＯＭは、ゲートドライバ１４０の内部回路に有効な電源電圧を提供するために使用され得る。例えば、ＶＩＳＯとＶＣＯＭとの間の電圧差は、１５Ｖ～３０Ｖ（例えば２０ボルト）の間であり得る。車両の走行中、ＶＥＥとＶＣＯＭとの間の電圧差は、例えば０ボルト～１０ボルト（例えば５ボルト）であり得、したがって、レール２１２における電圧ＶＣＯＭは、ローレール１１５における電圧以下である。
【0022】
以下で詳細に説明されるように、電池１０５がレール１１０、１１５から切り離されたとき、レール２１０、２１２間の電圧差はＤＣリンクコンデンサ１３５を放電するように変えられ得る。変化は、制御装置１４５の指示に基づいて電源２０５により実現され得る。この目的のために、制御装置１４５は、１つまたは複数の信号線２７０により電源２０５に結合され、これにより、例えば制御装置１４５は、能動放電モードの開始を電源２０５に通知し得、電源２０５は、レール２１０、２１２間の電圧差の変化に関連した情報を制御装置に提供し得る。
【0023】
ゲート駆動チャネル１５０の少なくとも一部は、レール２１０および２１２が給電する駆動システム１００における回路の中にある。ゲート駆動チャネル１５０の一部の示される実施態様は、ゲートドライバ１４０、プルアップトランジスタ２２５、プルダウントランジスタ２３０、および１つのゲート抵抗器２３２を含む。ゲートドライバ１４０は、制御信号を受信するように構成され、それらの制御信号に従ってトランジスタ２２５、２３０を制御する。プルアップトランジスタ２２５は、ハイ電源レール２１０とゲート駆動チャネルの出力ノード２３５との間に結合されており、プルダウントランジスタ２３０は、出力ノード２３５とローレール２１２との間に結合されている。ゲート抵抗器２３２は、出力ノード２３５からＩＧＢＴ２４５に駆動信号を伝導する。
【0024】
ゲート駆動チャネル１５０のこの部分の他の実施態様も可能である。例えば、出力ノード２３５を含むのではなく、１つのトランジスタと１つのゲート抵抗器とを各々が含んだ異なるチャネルであって、ＩＧＢＴ２４５のゲートをそれぞれのレールに交互に結合する異なるチャネルを使用して、ＩＧＢＴのゲート２４５がプルアップおよびプルダウンされてもよい。
【0025】
電気的駆動システム１００の示される部分は、インバーター１２５の１つの相足部２６０を更に含む。相足部２６０は、正レール１１０とロー電源レール１１５との間に直列結合されたＩＧＢＴ２４０、２４５のペアを含む。インバーター１２５の出力ノード２５０はＩＧＢＴ２４０、２４５の間にあり、ＩＧＢＴ２４０、２４５のそれぞれが伝導状態にスイッチングされたとき、正レール１１０またはロー電源レール１１５の１つに可逆的に結合される。
【0026】
各ＩＧＢＴ２４０、２４５の制御端子（すなわちゲート）は、ゲート駆動チャネル１５０のそれぞれの部分に結合されているが、ＩＧＢＴ２４５の結合のみが概略図に示されていることに留意されたい。更に、インバーター１２５は、更なる相足部（例えば全部で３つまたは４つの相足部）を含む。
【0027】
動作時、ゲートドライバ１４０は、－ゲート駆動チャネル１５０の他の部分と組み合わされて－モーター１３０に給電するために、ＩＧＢＴ２４０、２４５、および、インバーター１２５の他の足部における他のスイッチのスイッチングを連動させる。ＩＧＢＴ２４５が伝導状態にバイアスされるとき、プルダウントランジスタ２３０がゲートドライバ１４０により非伝導状態に駆動され、プルアップトランジスタ２２５が伝導状態に駆動される。プルアップトランジスタ２２５を通した伝導が、ロー電源レール２１５に対してＩＧＢＴ２４５を正にバイアスし、および伝導状態にする。電流は、モーター１３０およびＩＧＢＴ２４５を通ってロー電源レール１１５に流れ得る。ＩＧＢＴ２４５が非伝導状態にバイアスされるとき、ゲートドライバ１４０により、プルアップトランジスタ２２５が非伝導状態に駆動され、プルダウントランジスタ２３０が伝導状態に駆動される。プルダウントランジスタ２３０を通した伝導が、ロー電源レール１１５に対してＩＧＢＴ２４５のゲートを負にバイアスし、および非伝導状態にする。電源２０５は電圧ＶＩＳＯ、ＶＥＥ、ＶＣＯＭを供給するので、ローレール２１２はＩＧＢＴ２４５のゲートを負にバイアスし得、適切なシャットオフを確実なものとする。しかし、上述のように、代替的な実施態様では、レール２１５における電圧は、レール２１２における電圧に実質的に等しいものであり得る。
【0028】
例えば、車両の動作中に、電源２０５がレール２１０のＶＩＳＯとレール２１２のＶＣＯＭとの間に２０ボルトの電圧差を供給し、ＶＥＥはＶＣＯＭより約５ボルト高いと仮定する。したがって、ＶＩＳＯとＶＥＥとの間の電圧差は約１５ボルトである。プルダウントランジスタ２３０が伝導状態にあり、プルアップトランジスタ２２５が伝導していないとき、ＩＧＢＴ２４５のゲートはＶＥＥより５ボルト低くバイアスされ、したがってＩＧＢＴ２４５のエミッタより低くバイアスされる。ＩＧＢＴ２４５のオフ切り替えが保証される。プルアップトランジスタ２２５が伝導状態にあり、プルダウントランジスタ２３０伝導していないとき、ＩＧＢＴ２４５のゲートは、ＶＥＥに対して１５ボルト（ＩＧＢＴ２４５のエミッタより１５ボルト）ぶん正にバイアスされる。ＩＧＢＴ２４５のオン切り替えが保証され、ＩＧＢＴ２４５が所与の相互コンダクタンスを伴って伝導する。
【0029】
図３は、電源２０５の一部、および電源２０５と制御装置１４５との間の結合部の実施態様の概略図である。電源２０５の示される実施態様は、フルブリッジＤＣ／ＤＣコンバーターであり、ブリッジ制御装置３０５、トランジスタブリッジ３１０、変圧器３１５、コンデンサ３１９および整流器３２０を含む。特に、電源２０５は、フルブリッジＬＬＣコンバーターとして示される。他のＤＣ／ＤＣコンバータートポロジーも可能である。特定のＤＣ／ＤＣコンバータートポロジーにかかわらず、電源２０５は、ハイ電源レール２１０とローレール２１２との間に内部電源電圧ＶＩＳＯ－ＶＣＯＭを供給する。幾つかの実施態様において、内部電源電圧ＶＩＳＯ－ＶＣＯＭは調節され得るが、必ずしもこうであるとは限らない。なお、（図示されていない）中間出力２１５における電圧ＶＥＥは、例えば抵抗器を含む分圧器、ツェナーダイオード、および／または、レール２１０、２１２間に結合された他の要素を包含する多くの異なる手法により電圧ＶＩＳＯ、ＶＣＯＭの間に設定され得る。より詳細には、トランジスタブリッジ３１０はＤＣ電源レール３５０、３５５のペア間に結合されたトランジスタ３３０、３３５、３４０、３４５を含む。変圧器３１５の巻数比が与えられたとき、ブリッジ制御装置３０５が例えば電圧モード制御スキームによりフルブリッジとしてトランジスタブリッジ３１０を使用してハイ電源レール２１０とローレール２１２との間に内部電源電圧差ＶＩＳＯ－ＶＣＯＭを生成し得るようなレベルにおけるＤＣ電圧をＤＣ電源レール３５０、３５５が供給する。１つの実施形態において、ブリッジ制御装置３０５およびトランジスタ３３０、３３５、３４０、３４５は、ハイブリッド集積回路とモノリシック集積回路とのいずれかとして製造される集積回路の一部として形成され得る。示されるように、トランジスタ３３０、３３５、３４０、３４５はｎ型ＭＯＳＦＥＴとして示されるが、他のトランジスタが使用されてもよいことが理解されなければならない。
【0030】
フルブリッジとしてブリッジ３１０を使用する場合において、ブリッジ制御装置３０５は、トランジスタ３３０、３４５を非伝導状態に維持しながら、トランジスタ３３５、３４０を伝導状態にスイッチングし得る。この構成は、レール３５０、３５５間の電圧差からコンデンサ３１９にかかる電圧を引いたものを変圧器３１５の入力巻線に印加する。言い換えると、入力巻線にかかる電圧は、（スイッチにおける電圧降下が無視できる程度であると仮定した場合）レール３５０における電圧からレール３５５における電圧を引いたものから、コンデンサ３１９にかかる電圧を引いたものである。その後、ブリッジ制御装置３０５は、トランジスタ３３５、３４０を非伝導状態にスイッチングし、トランジスタ３３０、３４５を伝導状態にスイッチングし得る。この構成は、レール３５５、３５０間の電圧差からコンデンサ３１９にかかる電圧を引いたものを入力巻線に印加する。言い換えると、入力巻線にかかる電圧は、（同様に、スイッチにおける電圧降下が無視できる程度であると仮定した場合）レール３５５における電圧からレール３５０における電圧を引いたものから、コンデンサ３１９にかかる電圧を引いたものになる。したがって、交流電流の正および負のパルス列が、入力巻線に印加され、巻線の巻数比および極性に従って変圧器３１５の出力巻線における対応するＡＣ信号に変換される。整流器３２０は、出力巻線におけるＡＣ信号を整流して、ハイ電源レール２１０とローレール２１２との間に内部電源電圧差ＶＩＳＯ－ＶＣＯＭを生成する。
【0031】
制御装置１４５は、ＤＣリンクコンデンサ１３５が放電されることをブリッジ制御装置に通知するように更に構成される。それに応答して、ブリッジ制御装置３０５は、ハーフブリッジとしてブリッジ３１０を使用し得る。例えば、ブリッジ制御装置３０５は、トランジスタ３３０、３３５、３４０、３４５のうちのどれが変圧器３１５の入力巻線の他の端子に接続されるとしても、交代でスイッチングしながら、トランジスタ３３０、３３５、３４０、３４５のうちの１つを伝導状態に維持し、および別のものを非伝導状態に維持し得る。
【0032】
例示として、ブリッジ制御装置３０５がトランジスタ３４０を伝導状態に維持し、トランジスタ３３０を非伝導状態に維持すると仮定する。トランジスタ３４５が非伝導状態であり、トランジスタ３３５が伝導状態であるとき、レール３５０、３５５間の電圧差からコンデンサ３１９にかかる電圧を引いたものが、変圧器３１５の入力巻線に印加される。言い換えると、入力巻線にかかる電圧は、レール３５０における電圧からレール３５５における電圧を引いたものから、コンデンサにかかる電圧３１９を引いたものである。ハーフブリッジ構成では、コンデンサ３１９および変圧器３１５のインダクタにかかる電圧は、レール３５０、３５５間の電圧差の約半分に落ち着く。これは、変圧器３１５の入力巻線にかかる電圧をより低くし、ハイ電源レール２１０とローレール２１２との間に生成される差をより小さくする。対照的に、トランジスタ３３５が非伝導状態であり、トランジスタ３４５が伝導状態であるとき、静電容量および変圧器３１５の入力巻線にまたがって電圧差は印加されない。したがって、正のパルスが変圧器３１５の出力巻線における対応するＡＣ信号に変換され、整流器３２０による整流後に、より小さい差がハイ電源レール２１０とローレール２１２との間に生成される。言い換えると、変圧器３１５の入力巻線にかかる、より低い電圧が、ハイ電源レール２１０とローレール２１２との間に生成される差をより小さくする。
【0033】
上述のように、制御装置１４５は、モーター１３０に給電するためにインバーター１２５の足部におけるスイッチのスイッチングを連動させるようにゲートドライバ１４０に指示し得る。しかし、制御装置１４５は、ＤＣリンクコンデンサ１３５（図１）を能動的に放電させるために、インバーター１２５の足部におけるスイッチのスイッチングを連動させるようにゲートドライバ１４０を更に制御し得る。
【0034】
再度図２を参照すると、ＩＧＢＴ２４５が非伝導状態になるように、または非伝導状態でなくなるようにスイッチングされるとき、プルアップトランジスタ２２５およびプルダウントランジスタ２３０を通した交番する伝導が、ロー電源レール１１５に対してＩＧＢＴ２４５のゲートを正にまたは負にバイアスする。バイアスの大きさは、ＶＩＳＯとＶＥＥとの間の電圧差、またはＶＥＥとＶＣＯＭとの間の電圧差である。
【0035】
ブリッジ制御装置３０５がハーフブリッジとしてブリッジ３１０を使用するとき、ＶＩＳＯとＶＣＯＭとの間の電圧差は小さくなる。ローレール２１２における電圧ＶＣＯＭはＶＥＥ未満に留まり、ＩＧＢＴ２４５のゲートは、効果的なオフ切り替えのために依然として負にバイアスされる。しかし、ＩＧＢＴ２４５のインピーダンスが高くなるように、およびＩＧＢＴ２４５を通して流される電流が小さくなるように、ＩＧＢＴのゲート・エミッタ間の電圧（すなわちＶＧＥ）であるＶＩＳＯとＶＥＥとの間の電圧差がＩＧＢＴ２４５の出力特性を変える。
【0036】
ＩＧＢＴ２４５の出力特性のこの変化は、ＩＧＢＴ２４０、２４５に対する損傷を伴わずにＤＣリンクコンデンサ１３５を能動的に放電させるために使用され得る。特に、上述のように、ＤＣリンクコンデンサ１３５（およびレール１１０、１１５）は、電池から切断された後に高電圧を維持する。ＩＧＢＴ２４０、２４５がこの高電圧を放電するために高い相互コンダクタンスを伴って駆動された場合、これは短絡回路に近似し得る。電流は比較的大きいものであり得、ＩＧＢＴ２４０、２４５を損傷させ得る。対照的に、ＶＩＳＯとＶＥＥとの間の比較的小さい電圧差を伴って、および、より低い相互コンダクタンスを伴ってＩＧＢＴ２４０、２４５のうちの少なくとも１つを駆動させることにより、電流は、損傷を回避するほど十分に低く維持され得る。
【0037】
ＤＣリンクコンデンサ１３５を能動的に放電させるために相足部２６０にわたる正味のインピーダンスを調整するために様々な異なるアプローチが使用され得ることに留意されたい。例えば、
－ ＩＧＢＴ２４５が比較的低い相互コンダクタンスおよびより高いインピーダンスの出力特性を伴って能動的にスイッチングされている間、ＩＧＢＴ２４０は伝導状態に維持され得る。
－ ＩＧＢＴ２４０が比較的低い相互コンダクタンスを伴って能動的にスイッチングされている間、ＩＧＢＴ２４５が伝導状態に維持され得る。または、
－ 少なくとも一方が比較的低い相互コンダクタンスを伴った状態で、ＩＧＢＴ２４０、２４５の両方が能動的にスイッチングされ得る。
－ ＩＧＢＴ２４５が比較的低い相互コンダクタンスおよびより高いインピーダンスの出力特性を伴って能動的にスイッチングされている間、ＩＧＢＴ２４０は伝導状態に維持され得る。
－ ＩＧＢＴ２４０が比較的低い相互コンダクタンスを伴って能動的にスイッチングされている間、ＩＧＢＴ２４５が伝導状態に維持され得る。または、
－ 少なくとも一方が比較的低い相互コンダクタンスを伴った状態で、ＩＧＢＴ２４０、２４５の両方が能動的にスイッチングされ得る。
【0038】
ＩＧＢＴ２４０、２４５の両方が能動的にスイッチングされる場合、ＩＧＢＴ２４０、２４５が調和して開閉するように、それらのスイッチングは概して同期される。しかし、必ずしもこうであるとは限らない。例えば、ＩＧＢＴ２４０がより高い伝導性のオン状態（すなわち、比較的高いまたは低い相互コンダクタンスを伴う状態）に遷移することを始め得る間に、ＩＧＢＴ２４５は最初に非伝導状態に留まる。ＩＧＢＴ２４５は、相足部２６０にわたる次のインピーダンスを動作状態に更に調整するために、ＩＧＢＴ２４０のオン状態遷移中の、またはＩＧＢＴ２４０のオン状態遷移後のある時点において、より高い伝導状態に遷移することを始め得る。電流路が比較的低い相互コンダクタンスを伴ってレール１１０、１１５間に形成されることが必要なだけである。
【0039】
更に、疑念を一切残さないように、インバーター１２５における他の相足部は、能動放電に相応に関与し得る。いずれの場合においても、少なくとも１つのＩＧＢＴがより抵抗的な要素として機能しながら、レール１１０、１１５間の短絡回路が回避される。しかし、そのＩＧＢＴは依然としてＤＣリンクコンデンサ１３５の能動放電のための電流路を提供する。
【0040】
更に、後述のように、能動放電中におけるＩＧＢＴ２４０、２４５の一方または両方のスイッチングパターンは、制御装置１４５により、ゲート駆動部１４０により、または制御装置１４５とゲート駆動部１４０との両方により規定され得る。
【0041】
図４は、例えばＩＧＢＴ２４０、２４５といった、電動の乗り物の駆動システムにおけるインバーターにおける使用に適したＩＧＢＴの出力特性を表すグラフ４００である。グラフ４００におけるｘ軸に沿った位置は、ボルトで表されたＩＧＢＴのコレクタとエミッタとの間の電圧差（すなわちＶＣＥ）を表す。ｙ軸に沿った位置は、アンペアで表したコレクタ電流（すなわちＩＣ）を表す。異なる曲線４０５、４１０、４１５、４２０、４２５、４３０の各々が、ＩＧＢＴのゲート・エミッタ間の異なる電圧（すなわちＶＧＥ）に関連している。例えば、曲線４０５は、ＶＧＥが１９ボルトであるときのＶＣＥとＩＣとの間の関連性を示し、曲線４１０は、ＶＧＥが１７ボルトであるときのＶＣＥとＩＣとの間の関連性を示し、曲線４１５は、ＶＧＥが１５ボルトであるときのＶＣＥとＩＣとの間の関連性を示し、曲線４２０は、ＶＧＥが１３ボルトであるときのＶＣＥとＩＣとの間の関連性を示し、曲線４２５は、ＶＧＥが１１ボルトであるときのＶＣＥとＩＣとの間の関連性を示し、曲線４３０は、ＶＧＥが９ボルトであるときのＶＣＥとＩＣとの間の関連性を示す。示されるように、ＶＧＥが低下するにつれて、曲線４０５、４１０、４１５、４２０、４２５、４３０の傾きが小さくなり、ＩＧＢＴの抵抗が大きくなる。
【0042】
概して、ＩＧＢＴのサプライヤーにより提供されるグラフ４００といったグラフが、特定の設定の動作環境に対して異なるコンポーネントの電圧および値を調整するために手軽に使用され得る。
【0043】
図５は、ＤＣリンクコンデンサの能動放電に対する工程５００を概略的に表すスイムレーン図である。上述の電気的駆動システムの文脈において、制御装置レーンにおけるアクションは制御装置１４５により実施され得、ブリッジ制御装置レーンにおけるアクションはブリッジ制御装置３０５により実施され得、ゲートドライバレーンにおけるアクションはゲートドライバ１４０により実施され得る。工程５００は、これらの特定のコンポーネントの文脈において実施され得るが、工程５００は、他の電気的駆動システムに更に適応され得る。例えば、幾つかの実施態様において、１つの物理的なデバイスが、異なる制御装置に割り当てられた機能を提供し得る。例えば、ブリッジ制御装置およびゲートドライバが１つのプリント回路基板に実装され得る。それにもかかわらず、工程および／またはロジックは、別々に考えられ得る。
【0044】
工程５００において、制御装置は、５０５において能動放電モードの開始を通知し得る。制御装置は、例えばデバイスの動作が終了することを示す信号、または、非常に重度の異常状態が発生したことを示す信号といった１つまたは複数のより高いレベルの信号に応答して、能動放電モードの開始を通知し得る。能動放電モードの開始は、多くの異なる手法により通知され得る。例えば、特別な能動放電端子における信号が、開始を示し得る。
【0045】
上述のように、幾つかの実施態様において、制御装置からの制御信号は、インバーターにおけるスイッチングデバイスをバイアスするためにゲートドライバにより使用されるスイッチングパターンを指定し得る。これらの実施態様において、このような制御信号は、能動放電モードの開始前に終了させられる。幾つかの実施態様において、スイッチングパターンの終了が、能動放電モードの開始を通知し得る。
【0046】
幾つかの実施態様において、ブリッジ制御装置およびゲートドライバは、１つの物理的なデバイスにおいて実装され得、例えばそれらは、１つのゲート駆動部プリント回路基板に実装され得る。別の実施態様において、ブリッジ制御装置およびゲートドライバは、ハイブリッド集積回路とモノリシック集積回路とのいずれかとして製造される集積回路の一部として形成され得る。このような場合において、能動放電モードの開始は、インバーターにおけるスイッチングデバイスがどのようにバイアスされるかを指定する制御信号を伝達する同じ端子を使用して通知され得る。例えば、制御信号の適切な不存在の後に、特殊な能動放電モード開始信号が、組み合わせ型ブリッジ制御装置／ゲートドライバデバイスに、制御装置により送信され得る。
【0047】
能動放電モードの開始を示す信号の受信に応答して、ブリッジ制御装置は、５１０において、トランジスタブリッジのフルブリッジ駆動からハーフブリッジ駆動にスイッチングし得る。上述のように、これは、ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力電圧の低下をもたらす。ブリッジ制御装置は、５１５において、ハーフブリッジとしてトランジスタブリッジを駆動し続け得る。一例において、ブリッジ制御装置は、ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力を監視しながら、ハーフブリッジとしてトランジスタブリッジを駆動し得る。この監視は、出力調節に関与するＤＣ／ＤＣコンバーターにおけるコンポーネントに依存し得る。すなわち、更なるコンポーネントまたはＤＣ／ＤＣコンバーターの修正は必要とされない。
【0048】
更に、５２０において、ブリッジ制御装置は、ＤＣ／ＤＣコンバーター出力における不足電圧状態を識別し得る。概して、ＤＣ／ＤＣコンバーターは、ＤＣリンクコンデンサを能動的に放電することを必要とせずとも、不足電圧状態に対して監視をする。これは、電位異常状態を識別するために、および電気的駆動システムの適切な演算を確実なものとするために行われる。幾つかの実施態様において、この同じ機能は能動放電モードにおいて依存され得、および、更なるコンポーネントおよびＤＣ／ＤＣコンバーターの修正は必要とされない。しかし、ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力電圧が不足電圧閾値未満に減少するために必要な時間は、異なるＤＣ／ＤＣコンバーター間で変わり得、典型的には低下は、１ミリ秒から１０ミリ秒の間の時間を必要とする。
【0049】
５２５において、制御装置１４５は、不足電圧状態を示す信号を受信する。それに応答して、制御装置は、５３０において、ゲート駆動部に能動放電スイッチングの開始を通知する。上述のように、幾つかの実施態様において、制御装置からの制御信号は、ゲートドライバ回路により使用される特定のスイッチングパターンを指定し得る。このような実施態様において、制御装置は、能動放電スイッチングパターンを送信することにより能動放電の開始を通知し得る。例えば、能動放電スイッチングパターンは、パルス幅変調されたパルス列であり得る。能動放電のためのパルスは、車両の動作中に使用されるスイッチングパターンにおけるパルスより高い周波数／より短い持続期間のものであり得る。
【0050】
別の例として、幾つかの実施態様において、制御装置１４５により生成された制御信号は、より高いレベルであり、および、能動放電中に能動スイッチングパターンを生成するためにゲートドライバ回路１４０により使用される。
【0051】
更に異なる別の例として、幾つかの実施態様において、能動放電スイッチングパターンは制御装置１４５により部分的に特定され、およびゲートドライバ回路１４０により部分的に特定される。例えば、制御装置１４５は、ＩＧＢＴ２４０、２４５がいつ非伝導状態にスイッチングするかの関連する標示を伴わずに、ＩＧＢＴ２４０、２４５の一方または両方がいつ伝導状態にスイッチングするかの標示を送信し得る。むしろ、ＩＧＢＴ２４０、２４５がいつ非伝導状態にスイッチングするかのタイミングは、ゲートドライバ回路１４０により特定され得る。
【0052】
幾つかの実施態様において、ＩＧＢＴ２４０、２４５がいつ非伝導状態にスイッチングされるかを指定するために、ゲートドライバ回路１４０におけるデサチュレーション保護機能が使用され得る。この文脈において、デサチュレーション保護は、例えばデバイスを損傷し得る電流から、駆動されるスイッチ（例えばＩＧＢＴ２４０、２４５）を保護するためにゲートドライバ回路により実現される機能である。過電流または短絡が、保護されたデバイスにおいて検出され、それに応答して、デバイスが非伝導状態にスイッチングされる。デバイスができる限り早く非伝導状態にスイッチングされることが概して重要である。この目的のために、デサチュレーション保護が通常、デバイスに直接結合されたゲートドライバ回路により実現され、更に、遅延無く応答し得る。
【0053】
能動放電の本文脈では、ゲートドライバ回路１４０が、デサチュレーション保護を実現し、ＩＧＢＴ２４０、２４５の一方または両方にかかる電圧を監視し得る。典型的には、ドライバ回路１４０は、ＩＧＢＴ２４０、２４５の一方または両方にかかる電圧を閾値と比較して、デサチュレーションまたは短絡状態が存在するか否かを判定する。ＩＧＢＴ２４０、２４５にかかる電圧が閾値より大きい場合、ゲートドライバ回路がＩＧＢＴの保護をトリガーし、ＩＧＢＴをオフに切り替える。この工程は、ＩＧＢＴ２４０、２４５がいつ非伝導状態にスイッチングされるかを指定するために能動放電中に使用され得る。特に、ゲートドライバ回路１４０は、デサチュレーション／短絡状態の検出に応答してＩＧＢＴ２４０、２４５をオフに切り替える。
【0054】
このアプローチは、幾つかの利点を提供し得る。例えば、デサチュレーション保護機能は、概して現代のゲートドライバ回路に既に存在する。更に、デサチュレーション保護は駆動されるスイッチ内における電流または電圧を検出することに依存するので、デサチュレーション保護を使用して能動放電スイッチングパターンの一部を規定することは、駆動されるスイッチに対してだけでなく、その動作状態（例えば温度）に対しても能動放電スイッチングパターンを内在的に調整する。
【0055】
いずれの場合においても、工程はブロック５３２に更に進み、ブロック５３２では、ゲートドライバが能動放電スイッチングパターンに従ってトランジスタのオンへの切り替えおよびオフへの切り替えを駆動することにより能動放電スイッチングパターンを実現する。
【0056】
制御装置とゲートドライバとのいずれかまたは両方が、能動放電中にＤＣリンクコンデンサにかかる電圧を監視し得る。５３５において、ＤＣリンクコンデンサが十分に放電されたか否かが判定される。ＤＣリンクコンデンサが十分に放電されていない場合、制御装置１４５は、能動放電スイッチングパターンを提供し続ける。ＤＣリンクコンデンサが十分に放電された場合、５４０において、能動放電モードに対する終了が通知される。示される実施態様において、制御装置は、ＤＣリンクコンデンサが十分に放電されたと判定し、能動放電モードに対する終了を、ブリッジ制御装置とゲートドライバとの両方に通知する。ＤＣリンクコンデンサが十分に放電されたか否かをゲートドライバが判定する実施態様では、ゲートドライバがブリッジ制御装置と制御装置とに、能動放電モードに対する終了を通知する。いずれの場合も、５５０において、能動放電スイッチングスキームが終了とされる。能動放電スキームが終了とされた後、ブロック５４５において、ブリッジ制御装置は、ＤＣ／ＤＣ変換およびＶＩＳＯ－ＶＣＯＭの生成のためにハーフブリッジからフルブリッジにスイッチングし得、ゲートドライバは能動放電スイッチングスキームに従ってトランジスタをオンに切り替える制御およびオフに切り替える制御を終了する。
【0057】
図６は、電気的駆動システム１００における異なる波形の概略図である。波形は全て時間の関数として示されており、およびウィンドウにわたるものであり、このウィンドウの間に、ＤＣリンクコンデンサ１３５にかかる電圧が能動的に放電される。例えば、波形は、シャットダウンまたは非常に重度の異常状態への応答中、およびそれらの直後の短いウィンドウにわたるものであり得る。
【0058】
波形６０５は、能動放電モードを開始する、および終了する信号を表す。図２のコンテキストにおいて、能動放電制御信号は、例えば能動放電モードを開始する、および終了する信号を搬送するために割り当てられた通信線を介して制御装置１４５から電源２０５に送信され得る。波形６１０、６１５は、フルブリッジ（Ｔ２前）動作とハーフブリッジ（Ｔ２とＴ４との間）動作との両方であるトランジスタブリッジにおけるトランジスタのうちの２つの制御端子に、ブリッジ制御装置により印加される電圧を表す。波形６２０は、ハイ電源レールにおける電圧ＶＩＳＯ２１０とローレール２１２における電圧ＶＣＯＭとの間の電圧差を表す。波形６２５は、ＤＣリンクコンデンサ１３５にかかる電圧を表す。波形６３０は、ＩＧＢＴ２４５（または、ＤＣリンクコンデンサ１３５の能動放電に関与する他のＩＧＢＴ）の制御端子に印加される駆動電圧を表す。
【0059】
時点Ｔ１より前に、波形６０５はブリッジ制御装置がブリッジをフルブリッジとして、すなわち能動放電モードから外れて動作させることを示す。結果として、ブリッジ制御装置は、トランジスタブリッジにおけるトランジスタをフルブリッジとして動作させる。例えば、波形６１０は、トランジスタ３３５の制御端子に印加される駆動信号を表し得、波形６１５は、トランジスタ３４５の制御端子に印加される駆動信号を表し得る。トランジスタ３３５、３４５は、伝導状態に、および、非伝導状態に交互にスイッチングされ、トランジスタ３１５にかかるＡＣ信号を生成することに関与する。波形６２０に示されるように、ハイ電源レールにおける電圧ＶＩＳＯ２１０とローレール２１２における電圧ＶＣＯＭとの間に、調節された、および比較的高い電圧差が生成される。波形６３０に示されるように、ＩＧＢＴ２４５（または、ＤＣリンクコンデンサ１３５の能動放電に関与する他のＩＧＢＴ）のゲート対エミッタ電圧は、連続してプルアップおよびプルダウンされる、示されるように、ＩＧＢＴ２４５の駆動は連続的である必要はない。例えば、電動の乗り物が「アイドリング状態」であるとき、モーター１３０は駆動されることを必要としない。
【0060】
時点Ｔ１において、制御装置１４５は、例えば波形６０５をハイ状態に遷移させることにより、能動放電モードを開始する。示される実施態様において、制御装置１４５は、能動放電モード全体にわたって波形６０５をハイ状態に維持する。能動放電モードの開始および終了を通知するための他の規定も可能である。
【0061】
遅延後、ブリッジ制御装置は、ブリッジをハーフブリッジとして、すなわち能動放電モードにより動作させ始める。波形６１０により駆動されるブリッジにおけるトランジスタが伝導状態に維持されるのに対し、波形６１５により駆動されるトランジスタは非伝導状態に維持される。ブリッジにおける他のトランジスタは、Ｔ１前の波形６１０、６１５におけるスイッチングに類似した手法により交番してスイッチングされ得る。
【0062】
ハーフブリッジとしての動作へのスイッチングに応答して、ＤＣ／ＤＣコンバーターにより生成された電圧の大きさ（すなわち、ハイ電源レールにおける電圧ＶＩＳＯ２１０とローレール２１２における電圧ＶＣＯＭとの間における電圧差）は小さくなる。これが更にハイ電源レールにおける電圧ＶＩＳＯ２１０と中間出力２１５における電圧ＶＥＥとの間の電圧差、すなわち、ＩＧＢＴ２４５またはＤＣリンクコンデンサ１３５の能動放電に関与する他のＩＧＢＴの電圧のゲート対エミッタ電圧を小さくする。
【0063】
時点ｔ３までに、ＤＣ／ＤＣコンバーターにより生成された電圧は不足電圧レベル６４０未満に低下している。幾つかの実施態様において、不足電圧レベル６４０は、能動放電モードと他の（例えば動作）モードとの両方において同じまま留まり得る。同じ機能が依存され得、更なるコンポーネントまたはＤＣ／ＤＣコンバーターの修正は必要とされない。
【0064】
ＤＣ／ＤＣコンバーターにより生成された電圧が、Ｔ３において不足電圧レベル６４０未満に低下した後、ＩＧＢＴのゲート対エミッタ電圧、すなわち波形６３０はパルス列６３５を伴ってパルス状になり、パルス列６３５の各々は、制限された相互コンダクタンスを伴う伝導状態にＩＧＢＴ２４５をバイアスするために十分な程度に過ぎない。ＤＣリンクコンデンサ１３５にかかる電圧、すなわち波形６２５は放電する。その後、時点ｔ４において、ＤＣリンクコンデンサ１３５にかかる電圧は、パルス６３５を使用した能動放電が終了とされ得るような十分に低いレベルまで低下している。制御装置１４５は例えば波形６０５をロー状態に遷移させることにより、能動放電モードの終了を通知する。
【0065】
能動放電モードが終了した後、車両は、例えば完全にシャットダウンし、または更には動作を再開し得る。例えば、シャットダウンするために、ブリッジ制御装置は、トランジスタブリッジの動作が終了することを可能にし得る。概して、ＤＣリンクコンデンサ１３５にかかる電圧は、他のコンポーネントによる電力消費により経時的に低下し続け得る。代替的に、再開するために、ブリッジ制御装置は、ブリッジをフルブリッジとして動作させることを再開し得る。
【0066】
上述のように、波形６０５、６１０、６１５、６２０、６２５、６３０は、シャットダウン中およびその直後の、または非常に重度の異常状態への応答中およびその直後の短いウィンドウにわたるのみである。
【0067】
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、網羅的であることを意図したものではなく、開示される形態そのものへの限定であることを意図したものでもない。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および本発明の教示による他の実施形態および例において他の値が使用されてもよいことが理解される。例えば、インバーターにおける電力スイッチのインピーダンス出力特性を制御するのではなく、レール１１０、１１５に接続されたＤＣ／ＤＣコンバーターにおける電力スイッチのインピーダンス出力特性が、ＤＣリンクコンデンサ１３５を放電するために制御され、および使用され得る。このようなＤＣ／ＤＣコンバーターは、車両における他のコンポーネントに給電するために使用され得る。
【0068】
前述の詳細な説明を考慮して、本発明の例に対してこれらの変更が適用され得る。後述の請求項で使用される用語は、本発明を明細書および請求項に開示されている特定の実施形態に限定するように解釈されてはならない。むしろ、範囲は、後述の請求項によりすべて定義されなければならず、請求項は確立された請求項の解釈の原則に従って解釈されなければならない。したがって、本明細書および図は、限定するものではなく例示的なものと考えられる。
【0069】
本発明は請求項において規定されるが、本発明が代替的に以下の例により規定され得ることが理解されなければならない。
【0070】
例１．車両のための電気的駆動システムであって、電気的駆動システムが、少なくとも１つの相足部を含むインバーターであって、相足部のうちの第１の相足部が第１の電力スイッチを含む、インバーターと、ＤＣ電源に結合されるように構成されたレールにおける電圧に対して調節される内部電源電圧を生成するように構成されたＤＣ／ＤＣコンバーターであって、ＤＣ／ＤＣコンバーターが、レールにおける電圧に対する比較的高い電圧差またはレールにおける電圧に対する比較的小さい電圧差をもつ内部電源電圧を生成するように構成された、ＤＣ／ＤＣコンバーターと、車両の動作中に、内部電源電圧に由来する比較的高い電圧差を印加することにより第１の電力スイッチを伝導状態に駆動するように構成されたゲート駆動チャネルであって、車両のシャットダウンまたは異常を示す信号の後に、内部電源電圧に由来する比較的小さい電圧差を使用して第１の電力スイッチの駆動を続けるように構成されたゲート駆動チャネルとを備える、電気的駆動システム。
【0071】
例２．ＤＣ／ＤＣコンバーターが、トランジスタブリッジと、放電コマンドを受信するように、および、放電コマンドに応答して、フルブリッジとしてトランジスタブリッジを駆動することからハーフブリッジとしてトランジスタブリッジを駆動することに切り替わるように構成された結合されたブリッジ制御装置を備える、例１に記載の電気的駆動システム。
【0072】
例３．ゲート駆動チャネルが、車両のシャットダウンまたは異常を示す信号の後に、第１の電力スイッチをパルス駆動させるように構成された、例１または例２に記載の電気的駆動システム。
【0073】
例４．ゲート駆動チャネルが、インバーターの相足部にまたがって結合された静電容量を放電するために必要な時間に関連して規定された時間ウィンドウにわたって第１の電力スイッチをパルス駆動させるように構成された、例３に記載の電気的駆動システム。
【0074】
例５．ＤＣ／ＤＣコンバーターが、コンデンサと、入力巻線および出力巻線を含む変圧器とを更に備え、コンデンサが、変圧器の入力巻線に結合された、例１から例４のいずれか１つに記載の電気的駆動システム。
【0075】
例６．相足部のうちの第１の相足部が、第２の電力スイッチを備え、ゲート駆動チャネルが、時間ウィンドウにわたって第２の電力スイッチを駆動するように更に構成された、例１から例５のいずれか１つに記載の電気的駆動システム。
【0076】
例７．ゲート駆動チャネルが、時間ウィンドウにわたって第１の電力スイッチの相互コンダクタンスより高い相互コンダクタンスを伴って第２の電力スイッチを駆動するように構成された、例６に記載の電気的駆動システム。
【0077】
例８．例１から例７のいずれか１つに記載の電気的駆動システムを備える車両。
【0078】
例９．第１の端子と第２の端子と制御端子とを備える電力スイッチを制御するように構成された制御システムであって、電力スイッチの第１の端子と第２の端子との間におけるコンダクタンスが、制御端子における電圧と第２の端子における電圧との間の差に応じたものであり、制御システムが、制御システムの正レールと負レールとの間に結合された電源コンデンサと、制御システムにおける放電コマンドを検出するように構成されたＤＣ／ＤＣコンバーターであって、放電コマンドが、電源コンデンサの能動放電を開始させ、ＤＣ／ＤＣコンバーターが、比較的大きい電圧差を伴う内部電源電圧を生成することから比較的小さい電圧差を伴う電源電圧を生成することに切り替わるように構成され、ＤＣ／ＤＣコンバーターが、内部電源電圧が閾値未満に低下したことを示す信号を出力するように構成された、ＤＣ／ＤＣコンバーターと、内部電源電圧が閾値未満に低下したことを示す信号を受信するように結合されたスイッチ制御装置であって、スイッチ制御装置が、内部電源電圧が閾値未満に低下したことを示す信号に応答して、比較的小さい電圧差を伴う電源電圧に基づいて、制御端子における電圧と第２の端子における電圧との間の差を制御するように構成された、スイッチ制御装置とを備える、制御システム。
【0079】
例１０．ＤＣ／ＤＣコンバーターがトランジスタブリッジと、放電コマンドを受信するように結合されたブリッジ制御装置であって、放電コマンドに応答して、フルブリッジとしてトランジスタブリッジを駆動することからハーフブリッジとしてトランジスタブリッジを駆動することに切り替わるように構成されたブリッジ制御装置とを備える、例９に記載の制御システム。
【0080】
例１１．放電コマンドが、シャットダウンコマンドである、例９から例１０のいずれか１つに記載の制御システム。
【0081】
例１２．スイッチ制御装置が、高レベルコマンドを受信するように、高レベルコマンドを、制御端子における電圧と第２の端子における電圧との間の差を制御するためのスイッチングパターンに変換するように構成された、例９から例１１のいずれか１つに記載の制御システム。
【0082】
例１３．ＤＣ／ＤＣコンバーターが、内部電源電圧が閾値未満に低下したことを示す不足電圧信号を出力するように構成された例９から例１２のいずれか１つに記載の制御システム。
【0083】
例１４．電力スイッチが、複数の相足部を含むインバーターの相足部の一部である、例９から例１３のいずれか１つに記載の制御システム。
【0084】
例１５．例９から例１４のいずれか１つに記載の制御システムを備える車両。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【外国語明細書】