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特許7122893ＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴトランジスタ用スイッチング装置のショートに対する保護回路および関連方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-08-12
(45)【発行日】2022-08-22
(54)【発明の名称】ＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴトランジスタ用スイッチング装置のショートに対する保護回路および関連方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/822 20060101AFI20220815BHJP
H01L 27/04 20060101ALI20220815BHJP
G01R 19/165 20060101ALI20220815BHJP
【ＦＩ】
H01L27/04 H
G01R19/165 R
【請求項の数】
10
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2018128353
(22)【出願日】2018-07-05
(65)【公開番号】P2019016791
(43)【公開日】2019-01-31
【審査請求日】2021-06-04
(31)【優先権主張番号】1756382
(32)【優先日】2017-07-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(73)【特許権者】
【識別番号】313011906
【氏名又は名称】アルストム トランスポート テクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】アル カヤル、フィサル
【審査官】石塚 健太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－０１７２３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０６５４８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００９／０８１５６１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平０９－３０４４４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１８４６８８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－２１５３０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２８６３７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０５２１９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１２４００７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２７／０４
Ｈ０１Ｌ ２１／８２２
Ｇ０１Ｒ １９／１６５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
主電流（Ｉ；Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）が流れうるＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ型の少なくとも１つのトランジスタ（１２；１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を備える電力スイッチング装置（１０）であって、前記トランジスタ（１２；１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）の主電流（Ｉ）を、前記トランジスタ（１２；１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）により生成される電磁場から間接的に測定するように構成された少なくとも１つの測定モジュール（１４；１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）と、
主電流（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）の時間的なドリフトの符号に基づいてショートを検出するように構成された少なくとも１つの保護回路（１６；１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）と、
を備えることを特徴とするスイッチング装置（１０）。
【請求項2】
前記測定モジュール（１４；１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）は、前記トランジスタ（１２；１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）から直流的に絶縁されたアンテナ（１８）を備える、請求項１に記載のスイッチング装置（１０）。
【請求項3】
前記アンテナ（１８）は、前記トランジスタ（１２；１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を中心とし、半径が１ｍｍ～１０ｃｍである円のなかに配置される、請求項２に記載のスイッチング装置（１０）。
【請求項4】
複数の前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を備える、請求項１～３のいずれか１項に記載のスイッチング装置（１０）。
【請求項5】
前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）と同じ数の前記測定モジュール（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を備え、前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）のそれぞれは独立した前記測定モジュール（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）に関連付けられ、前記測定モジュール（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）のそれぞれは、これに関連付けられた前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を流れる前記主電流（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）を測定するように構成される、請求項４に記載のスイッチング装置（１０）。
【請求項6】
前記測定モジュール（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）のそれぞれは、これに関連付けられた前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）により生成された電磁場以外の少なくとも１つの電磁場から電磁的に隔離される、請求項５に記載のスイッチング装置（１０）。
【請求項7】
前記測定モジュール（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）のそれぞれ、およびこれに関連付けられた前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）は、ファラデーケージのなかに配置される、請求項６に記載のスイッチング装置（１０）。
【請求項8】
前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）のそれぞれは、これを流れる前記主電流（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）の時間的なドリフトの符号のための観測窓（Ｔｏｂｓ．ａ，Ｔｏｂｓ．ｂ，Ｔｏｂｓ．ｃ）に関連付けられ、前記観測窓（Ｔｏｂｓ．ａ，Ｔｏｂｓ．ｂ，Ｔｏｂｓ．ｃ）は、前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）のオフ状態からオン状態へのスイッチングと同時にトリガされることができ、
前記観測窓（Ｔｏｂｓ．ａ，Ｔｏｂｓ．ｂ，Ｔｏｂｓ．ｃ）は互いに独立している、
請求項４～７のいずれか１項に記載のスイッチング装置（１０）。
【請求項9】
前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）のそれぞれを流れる前記主電流（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）を測定するように構成された単一の前記測定モジュール（１４）、を備える請求項４に記載のスイッチング装置（１０）。
【請求項10】
前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）のそれぞれは、これを流れる前記主電流（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）の時間的なドリフトの符号のための観測窓（Ｔｏｂｓ．ａ，Ｔｏｂｓ．ｂ，Ｔｏｂｓ．ｃ）に関連付けられ、前記観測窓（Ｔｏｂｓ．ａ，Ｔｏｂｓ．ｂ，Ｔｏｂｓ．ｃ）は、前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）のオフ状態からオン状態へのスイッチングと同時にトリガされることができ、
前記観測窓（Ｔｏｂｓ．ａ，Ｔｏｂｓ．ｂ，Ｔｏｂｓ．ｃ）は互いに独立している、
請求項９に記載のスイッチング装置（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、主電流が流れるＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ型の少なくとも１つのトランジスタを備える電力スイッチング装置に関する。
【背景技術】
【0002】
周知のように、絶縁ゲートバイポーラトランジスタとも呼ばれるＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ（それぞれ「シリコンカーバイド(SiliconCarbide)」、「窒化ガリウム(Gallium Nitride)」および「金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)」）型のトランジスタは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(insulated gate bipolar transistor)とも呼ばれ、３つの電気端子または接点、つまり、ゲート、ドレインおよびソースを備える。
【0003】
特に、ＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ型のトランジスタは電気スイッチとして使用されることができる。実際、このようなトランジスタは、ドレインがソースに電気的に接続されたオン状態と、ドレインとソースとが互いに電気的に絶縁されたオフ状態とを規定する。
【0004】
２つの状態の間のスイッチングは、適切な制御手段によりゲートに印加される設定点電圧により制御される。
【0005】
特に、オフ状態とオン状態との間のスイッチングは、トランジスタをオフ状態からオン状態にスイッチングすることからなるファイアリング(firing)へスイッチングする段階と、トランジスタをオン状態からオフ状態にスイッチングすることからなるスイッチオフの段階とを含む。
【0006】
一般に、ＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴトランジスタの動作は、適切なスイッチング装置により制御され、特に、トランジスタが使用される電気回路網のなかのショート(short circuit)を検出することを可能にする。
【0007】
このようなショートは、例えば、ＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴトランジスタのドレインとソースとの間に現れることがある。
【0008】
ショートを検出するために、既存のスイッチング装置は、ドレインとソースとの間の電圧を直接に測定し、この測定値に基づいてショートを検出する保護回路を使用する。言い換えると、既存の装置において、保護回路は、一方ではドレインに、他方ではソースに接続され、電圧を直接に測定する。
【0009】
しかしながら、これらの装置により実現される既存のスイッチング装置およびショート検出のための方法は、充分に満足のいくものではない。
【0010】
実際、既存の装置は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor)）トランジスタから継承されている。このような装置は、ＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ型のトランジスタには適していない。
【0011】
ＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ型のトランジスタは、ＩＧＢＴ型のトランジスタよりも高いスイッチング速度に達することができ、従って、スイッチング周波数に達することができる。これは、スイッチング装置に使用される構成要素の容積、重量およびコストを低減させることを可能とする。
【0012】
しかし、ＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ型トランジスタの高周波動作の間に発生する電磁干渉は無視できない。特に、これらは、コモンモード電流を生成し、コモンモード電流は、ドレインとソースの両方に接続された保護回路を含むトランジスタの近くの電子部品を破壊する。
【0013】
高周波数でスイッチングするＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ型のトランジスタの場合、コモンモード電流は充分に大きく、スイッチング装置を停止させる原因となりうる誤ったアラームをトリガする。そして、ソースと保護電流の間に強化されたフィルタリング(filtering)を挿入し、コモンモード電流をフィルタリングする(filter)必要がある。
【0014】
さらに、ＩＧＢＴ型のトランジスタとは異なり、ＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ型のトランジスタは、ショートの際にアンロード(unload)しない。従って、ショート電流は、ＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ型トランジスタへのアンロード(unloading)により制限されないが、これはＩＧＢＴトランジスタへの場合である。
【0015】
さらに、ＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ型のトランジスタのオン抵抗値は、ＩＧＢＴ型のトランジスタよりもはるかに低く、ＩＧＢＴ型のトランジスタの場合よりもＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ型のトランジスタの場合の方がショート電流ははるかに大きい。
【0016】
従って、ＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ型のトランジスタの破壊を回避するために、保護回路の反応時間は、１～２マイクロ秒程度と非常に短くなければならない。
【0017】
この反応性の制約は、保護回路の入力におけるフィルタリングを軽減することを必要とする。同時に、前に説明されたように、保護回路の入力におけるフィルタリングは、コモンモード電流をフィルタリングするために強化されなければならない。
【0018】
既存の装置は、そして、保護回路の反応性と、保護回路のトランジスタが高い周波数で動作するときに生じる電磁干渉への耐性との間で満足な妥協を得ることを可能としない。
【0019】
この問題は、ＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ型のトランジスタが高い周波数で動作する鉄道分野に特に関係がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0020】
本発明は、良好に動作し、高いスイッチング速度に対して堅牢なＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴトランジスタスイッチング装置を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0021】
この目的のために、本発明は、主電流が流れうるＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ型の少なくとも１つのトランジスタを備える電力スイッチング装置に関し、スイッチング装置は、トランジスタの主電流を、トランジスタにより生成された電磁場から間接的に測定するように構成された少なくとも１つの測定モジュールと、主電流の時間的なドリフトの符号(sign)に基づいてショートを検出するように構成された少なくとも１つの保護回路とを備える。
【0022】
よって、既存の保護回路と比較して、本発明は、電流（および電圧でない）測定に基づいており、さらに、測定は、トランジスタにより放射される電磁場からの電流の間接的な測定であり、これは、破壊源（つまり、トランジスタ）と保護回路との間を切り離せるようにする。
【0023】
実際、本発明によれば、「間接」とは、保護回路がトランジスタのソースに接続されていないことを意味し、このことは、ショートのときにトランジスタにより生成されるコモンモード電流から保護することを可能にする。
【0024】
本発明の他の有利な態様によれば、方法は、単独で、または技術的に可能な全ての組み合わせに従って考慮される以下の特徴のうちの１つ以上を備える。
－測定モジュールは、トランジスタから直流的に絶縁されたアンテナを備え、
－アンテナは、トランジスタを中心とし、半径が１ｍｍ～１０ｃｍに含まれる円のなかに配置され、
－スイッチング装置は複数のトランジスタを備え、
－スイッチング装置は、トランジスタと同じ数の測定モジュールを備え、トランジスタそれぞれは独立した測定モジュールに関連付けられ、測定モジュールそれぞれは、関連付けられたトランジスタを流れる主電流を測定するように構成され、
－測定モジュールそれぞれは、関連付けられたトランジスタにより生成された電磁場以外の少なくとも１つの電磁場から電磁的に隔離され、
－測定モジュールそれぞれ、およびこれに関連付けられたトランジスタはファラデーケージのなかに配置され、
－トランジスタそれぞれは、このトランジスタを流れる主電流の時間的なドリフトの符号のための観測窓に関連付けられ、観測窓は、トランジスタがオフ状態からオン状態にスイッチングされると同時にトリガされることができ、観測窓は互いに独立し、
－スイッチング装置は、トランジスタそれぞれを流れる主電流を測定するように構成された単一の測定モジュールを備え、
－トランジスタそれぞれは、このトランジスタを流れる主電流の時間的なドリフトの符号のための観測窓に関連付けられ、観測窓は、トランジスタのオフ状態からオン状態へのスイッチングと同時にトリガされることができ、観測窓は互いに独立している。
－測定モジュールは、トランジスタから直流的に絶縁されたアンテナを備え、
－アンテナは、トランジスタを中心とし、半径が１ｍｍ～１０ｃｍに含まれる円のなかに配置され、
－スイッチング装置は複数のトランジスタを備え、
－スイッチング装置は、トランジスタと同じ数の測定モジュールを備え、トランジスタそれぞれは独立した測定モジュールに関連付けられ、測定モジュールそれぞれは、関連付けられたトランジスタを流れる主電流を測定するように構成され、
－測定モジュールそれぞれは、関連付けられたトランジスタにより生成された電磁場以外の少なくとも１つの電磁場から電磁的に隔離され、
－測定モジュールそれぞれ、およびこれに関連付けられたトランジスタはファラデーケージのなかに配置され、
－トランジスタそれぞれは、このトランジスタを流れる主電流の時間的なドリフトの符号のための観測窓に関連付けられ、観測窓は、トランジスタがオフ状態からオン状態にスイッチングされると同時にトリガされることができ、観測窓は互いに独立し、
－スイッチング装置は、トランジスタそれぞれを流れる主電流を測定するように構成された単一の測定モジュールを備え、
－トランジスタそれぞれは、このトランジスタを流れる主電流の時間的なドリフトの符号のための観測窓に関連付けられ、観測窓は、トランジスタのオフ状態からオン状態へのスイッチングと同時にトリガされることができ、観測窓は互いに独立している。
【0025】
本発明のこれらの特徴および利点は、非限定的な例としてのみ提供され、添付の図面を参照して行われる以下の記載を読むことにより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【発明を実施するための形態】
【0027】
図１～３は、電気エネルギーを変換することが意図された電力スイッチング装置１０を示す。
【0028】
電力スイッチング装置１０は、特に鉄道の分野で使用されることができ、例えば鉄道車両に搭載される。
【0029】
図１を参照すると、スイッチング装置１０は、少なくとも１つのトランジスタ１２と、少なくとも１つの測定モジュール１４と、少なくとも１つの保護回路１６とを備える。
【0030】
トランジスタ１２は、ＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ（それぞれ「炭化シリコン」、「窒化ガリウム」および「金属酸化物半導体電界効果トランジスタ」）型のトランジスタであり、絶縁ゲートバイポーラトランジスタとも呼ばれる。
【0031】
トランジスタ１２それ自体は公知であり、特に３つの電気端子または接点、つまりゲートＧ、ドレインＤおよびソースＳを備える。
【0032】
トランジスタ１２は、ドレインＤとソースＳとの間に電流Ｉ、以下、主電流と呼ばれる、が流れるオン状態と、ドレインＤがソースＳから電気的に絶縁されたオフ状態とを規定する。
【0033】
測定モジュール１４は、トランジスタ１２により生成される電磁場からトランジスタ１２を通過する主電流Ｉの強度を間接的に測定するように構成される。
【0034】
実際、トランジスタ１２により放射される電磁場は、本質的に、全単射的な関係に従う主電流Ｉの写像であり、トランジスタにより放射される電磁場は、本質的にコモンモード電流を誘導する。よって、トランジスタ１２のなかでショートがないときよりも、ショートがあるときの方が、測定される電磁場は強力である。
【0035】
よって、トランジスタ１２により放射される電磁場を使用することにより、測定モジュール１４は、トランジスタ１２を流れる主電流Ｉの強度のいかなる変化をも間接的に検出できる。
【0036】
言い換えると、測定モジュール１４は、時間の経過とともに主電流Ｉの強度の値の増加または減少を検出することを可能にする。
【0037】
言い換えると、測定モジュール１４は、主電流Ｉの時間的な導関数ｄＩ／ｄｔの符号を検出することを可能にする。
【0038】
好ましくは、測定モジュール１４は、トランジスタ１２から直流的に絶縁され、トランジスタ１２により放射される電磁場を測定できるアンテナ１８を備える。トランジスタ１２により生成された電磁場は、アンテナ１８を介して受信され、コモンモード電流が誘導され、その強度は、測定モジュール１４のなかで測定され、トランジスタ１２を流れる主電流Ｉの強度と相関する。
【0039】
有利には、アンテナ１８は、トランジスタ１２を中心とする円のなかに配置され、トランジスタ１２により放射される電磁場の充分に正確な測定値を得るために、円の半径は１ｍｍ～１０ｃｍとの間に含まれる。
【0040】
従来、保護回路１６は、トランジスタにより放射され、測定モジュール１４のなかで受信される電磁信号の電磁干渉（ＩＥＭ）をフィルタリングするように構成されたフィルタリング回路Ｆに、一方で接続されることができ、設定点電圧を発生するように構成されたパルス発生装置ＧＰに、他方で接続されることができる。
【0041】
言い換えると、本発明によれば、保護回路１６は、トランジスタ１２のソースＳに、直接に、またはフィルタリング回路Ｆを介して、接続されず、このことは、トランジスタ１２のショートがあるときに発生されるコモンモード電流から保護回路１６を保護することを可能とする。
【0042】
さらに、保護回路１６は、パルス発生装置ＧＰを介して、ゲートＧに設定点電圧および設定点電流を印加することにより、トランジスタ１２の動作を制御することができる。
【0043】
保護回路１６は、フィルタリング回路Ｆを介して測定モジュール１４にさらに接続され、トランジスタ１２により放射される電磁場からｄＩ／ｄｔの符号の間接的な測定値を復元する。
【0044】
保護回路１６は、より詳細に後述されるショート１００を予め決められた時間的な観測窓Ｔｏｂｓ．で検出する方法を実現することができる。
【0045】
図２および図３に示される実施形態において、装置１０は、複数のパワーアセンブリ（つまり「パック(packs)」または「スイッチ」）、例えば３つのパック２０ａ，２０ｂ，２０ｃと、パックそれぞれのトランジスタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃのスイッチングを制御するように構成された制御ユニット２２とを含む。このために、制御ユニット２２は、パルス発生装置ＧＰａ，ＧＰｂ，ＧＰｃに接続される。
【0046】
パワーパック２０ａは、保護回路１６ａ、パルス発生装置ＧＰａに関連付けられたトランジスタ１２ａを備える。トランジスタ１２ａには主電流Ｉａが流れる。
【0047】
パワーパック２０ｂは、保護回路１６ｂ、パルス発生装置ＧＰｂに関連付けられたトランジスタ１２ｂを備える。トランジスタ１２ｂには主電流Ｉｂが流れる。
【0048】
パワーパック２０ｃは、保護回路１６ｃに関連付けられたトランジスタ１２ｃ、パルス発生装置ＧＰｃを備える。トランジスタ１２ｃには主電流Ｉｃが流れる。
【0049】
パワーパック２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、同様の構成（つまり、同じスイッチング速度、同じ機器など）から利益を得る。
【0050】
あるいは、パワーパック２０ａ，２０ｂ，２０ｃの少なくとも１つは、他のパックとは異なる。
【0051】
１つのパワーパックにより生成される電磁的妨害が隣接するパワーパックに及ぶことを回避するために、本発明により、いくつかの代替実施形態が考慮され、潜在的に組み合わせられる。
【0052】
図示されない第１の代替案によれば、パック２０ａ，２０ｂ，２０ｃそれぞれは、制御ユニット２２によりそれ専用にされた観測窓Ｔｏｂｓ．ａ，Ｔｏｂｓ．ｂ，Ｔｏｂｓ．ｃに、それぞれ関連付けられる。
【0053】
好ましくは、観測窓Ｔｏｂｓ．ａ，Ｔｏｂｓ．ｂ，Ｔｏｂｓ．ｃは独立であり、つまり、好ましくは時間に対して非連続である。
【0054】
観測窓Ｔｏｂｓ．ａは、関連付けられたトランジスタ１２ａのオフ状態からオン状態へのスイッチングと同時に開始する。同様に、観測窓Ｔｏｂｓ．ｂは、関連付けられたトランジスタ１２ｂのオフ状態からオン状態へのスイッチングと同時に開始し、観測窓Ｔｏｂｓ．ｃは、関連付けられたトランジスタ１２ｃのオフ状態からオン状態へのスイッチングと同時に開始する。
【0055】
従って、観測窓Ｔｏｂｓ．ａにおいて、トランジスタ１２ｂ，１２ｃのオフ状態からオン状態へのスイッチングは、トランジスタ１２ａにより放射される電磁場の測定を妨害しない。
【0056】
制御部２２は、トランジスタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを独立してオン状態からオフ状態に、または、オフ状態からオン状態にスイッチングすることができる。
【0057】
第１の代替案と組み合わされても、組合わされなくてもよい、図２により示された第２の代替案によれば、装置１０は、パワーパック２０ａ，２０ｂ，２０にそれぞれ関連付けられた３つの測定モジュール１４ａ，１４ｂ，１４ｃを含む。
【0058】
より具体的には、測定モジュール１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、トランジスタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃによりそれぞれ放射される電磁場から間接的に主電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを測定するように構成される。
【0059】
有利には、測定モジュール１４ａは、これと関連付けられたトランジスタ１２ａ以外の少なくとも１つの電磁場から電磁的に隔離される。言い換えると、測定モジュール１４ａは、トランジスタ１２ｂ，１２ｃにより生成される電磁場から隔離される。
【0060】
このために、測定モジュール１４ａおよび関連付けられたトランジスタ１２ａは、例えば、ファラデーケージまたは電磁的に絶縁された（つまりシールドされた）図示されないハウジングのなかに配置される。
【0061】
測定モジュール１４ｂ，１４ｃおよび関連付けられたトランジスタ１２ｂ，１２ｃは、同様の構成から有利に利益を得る。
【0062】
言い換えると、この代替案によれば、パック毎に個々の保護が実現される。
【0063】
第１の代替案と組み合わされても、組合わされなくてもよい、図３により示される第３の代替案によれば、装置１０は単一の測定モジュール１４を含む。
【0064】
測定モジュール１４は、パックにより生成された電流の変化を、トランジスタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃによりそれぞれ放射される電磁場から間接的に測定するように構成される。
【0065】
有利には、測定モジュール１４は、トランジスタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃから等距離に隔離される。
【0066】
測定モジュール１４は、その測定値をパックの１つに関連付けられた保護回路、例えば保護回路１６ａに通信し、保護回路は、図３に示されるように、これらを処理し、処理結果を制御部２２に転送する。この処理結果によりショートがあることが識別されたとき、制御ユニット２２は、パワーパック（すなわち、パワースイッチ）２０ａ，２０ｂ，２０ｃの全てのための全体的な開放コマンドを生成し、検出されたショートからこれらを保護する。
【0067】
図示されない代替例では、保護回路１６ａは、他のパワーパック２０ｂ，２０ｃに関連付けられた保護回路１６ｂ，１６ｃと通信できるか、接続されることができる。
【0068】
ここで、スイッチング装置１０の動作が、図１の単一トランジスタ実施形態を参照して説明されるであろう。
【0069】
トランジスタ１２をオフ状態からオン状態にスイッチングする段階の間に、電力スイッチング装置１０は、ショートを検出する方法１００を実行する。
【0070】
特に、この方法１００はいくつかのステップを含み、そのフローチャートは図４に示されている。
【0071】
第１のステップ１１０の間に、測定モジュール１４は、トランジスタ１２により生成された電磁場を測定する。この測定から、測定モジュール１４は、主電流Ｉの時間的なドリフトｄＩ／ｄｔの符号を判定する。
【0072】
ステップ１２０において、保護回路１６は、時間的な観測窓Ｔｏｂｓ．における主電流Ｉの時間的なドリフトｄＩ／ｄｔの時間を観測する。
【0073】
予め決められた時間的な観測窓Ｔｏｂｓ．に含まれるテスト期間Ｔｔｅｓｔの間、主電流Ｉの時間的なドリフトｄＩ／ｄｔが真に正であるとき、保護回路１６は、ステップ１３０の間にショートがあることを検出する。これ以外のとき、保護回路１６は、ショートがないことを検出する。
【0074】
有利には、方法１００は、ステップ１４０をさらに含み、保護回路１６は、その間に検出されたショートがあることを確認する
【0075】
特に、このステップ１４０の間に、保護回路１６は、主電流Ｉの時間的なドリフトｄＩ／ｄｔが、テスト期間Ｔｔｅｓｔに応じた追加期間にわたってゼロ以上のままであるときショートがあることを確認する。追加期間に主電流Ｉの時間的なドリフトｄＩ／ｄｔが真に正のとき、保護回路１６はステップ１５０の間にショートがあることを検出する。これ以外のとき、保護回路１６はショートがないことを検出する。
【0076】
追加期間は、テスト期間Ｔｔｅｓｔの終わりで始まり、例えば時間的な観測窓Ｔｏｂｓ．で終了する。
【0077】
テスト期間Ｔｔｅｓｔおよび追加期間は、観測窓Ｔｏｂｓ．に含まれる。
【0078】
ショートが検出されたとき、保護回路１６は、そしてショートの信号を送り、少なくとも予め決められた遮断期間において、トランジスタ１２をオフ状態に保持する。
【0079】
テスト期間Ｔｔｅｓｔは、保護回路１６により構成され、方法１００を実行する前に、例えば１０ナノ秒～１５マイクロ秒の間に調整される。
【0080】
観測窓Ｔｏｂｓ．の長さは、保護回路１６により構成されることができ、方法１００を実施する前に、例えば１０ナノ秒～１５マイクロ秒の間に調整される。
【0081】
そして、本発明にはいくつかの利点があることが分かるであろう。
【0082】
本発明にかかる検出方法は、異なる時間間隔における主電流Ｉｃの導関数ｄＩ／ｄｔの符号の分析のみを使用して、トランジスタにおけるショートを検出することを可能にする。
【0083】
本発明にかかる装置は、電力回路を変更しない。従って、スイッチングエネルギー損失および過電圧のリスクは増やされない。
【0084】
アンロード電圧(unloading voltage)が温度に大きく依存することを考慮すると、放射電磁場からの間接的な電流測定は、ＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴトランジスタの電圧測定よりも正確であることは留意されるべきである。
【0085】
さらに、ドリフトｄＩ／ｄｔの符号のみが方法１００を実行するために重要である。主電流Ｉの値またはドリフトｄＩ／ｄｔの値の測定は必要ではなく、このことは、種々の測定手段に課される要件を単純にすることを可能にする。
【0086】
これは、特に、高電圧下で動作するトランジスタ、特に鉄道分野で使用されるトランジスタにとって有利である。
【0087】
さらに、ドリフトｄＩ／ｄｔの符号は、トランジスタ１２により放射される電磁場からの間接的な測定により測定される。
【0088】
従って、保護回路１６は、ＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴトランジスタのソースＳに直接に、またはフィルタリング回路Ｆを介して、接続されておらず、コモンモード電流に影響されない。これはまた、装置１０が、既存の装置と比較して、保護回路１６の電磁適合性ＥＭＣに、それほど敏感でないことを意味する。従って、保護回路１６の反応時間が既存の装置に比べて少なくされるように、フィルタリングＦを強化する必要はない。
【0089】
（付記）
（付記１）
主電流（Ｉ；Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）が流れうるＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ型の少なくとも１つのトランジスタ（１２；１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を備える電力スイッチング装置（１０）であって、
前記トランジスタ（１２；１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）の主電流（Ｉ）を、前記トランジスタ（１２；１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）により生成される電磁場から間接的に測定するように構成された少なくとも１つの測定モジュール（１４；１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）と、
主電流（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）の時間的なドリフトの符号に基づいてショートを検出するように構成された少なくとも１つの保護回路（１６；１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）と、
を備えることを特徴とするスイッチング装置（１０）。
（付記１）
主電流（Ｉ；Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）が流れうるＳｉＣまたはＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ型の少なくとも１つのトランジスタ（１２；１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を備える電力スイッチング装置（１０）であって、
前記トランジスタ（１２；１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）の主電流（Ｉ）を、前記トランジスタ（１２；１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）により生成される電磁場から間接的に測定するように構成された少なくとも１つの測定モジュール（１４；１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）と、
主電流（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）の時間的なドリフトの符号に基づいてショートを検出するように構成された少なくとも１つの保護回路（１６；１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）と、
を備えることを特徴とするスイッチング装置（１０）。
【0090】
（付記２）
前記測定モジュール（１４；１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）は、前記トランジスタ（１２；１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）から直流的に絶縁されたアンテナ（１８）を備える、
付記１に記載のスイッチング装置（１０）。
前記測定モジュール（１４；１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）は、前記トランジスタ（１２；１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）から直流的に絶縁されたアンテナ（１８）を備える、
付記１に記載のスイッチング装置（１０）。
【0091】
（付記３）
前記アンテナ（１８）は、前記トランジスタ（１２；１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を中心とし、半径が１ｍｍ～１０ｃｍである円のなかに配置される、
付記２に記載のスイッチング装置（１０）。
前記アンテナ（１８）は、前記トランジスタ（１２；１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を中心とし、半径が１ｍｍ～１０ｃｍである円のなかに配置される、
付記２に記載のスイッチング装置（１０）。
【0092】
（付記４）
複数の前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を備える、
付記１～３のいずれか１つに記載のスイッチング装置（１０）。
複数の前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を備える、
付記１～３のいずれか１つに記載のスイッチング装置（１０）。
【0093】
（付記５）
前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）と同じ数の前記測定モジュール（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を備え、前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）のそれぞれは独立した前記測定モジュール（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）に関連付けられ、前記測定モジュール（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）のそれぞれは、これに関連付けられた前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を流れる前記主電流（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）を測定するように構成される、
付記４に記載のスイッチング装置（１０）。
前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）と同じ数の前記測定モジュール（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を備え、前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）のそれぞれは独立した前記測定モジュール（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）に関連付けられ、前記測定モジュール（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）のそれぞれは、これに関連付けられた前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を流れる前記主電流（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）を測定するように構成される、
付記４に記載のスイッチング装置（１０）。
【0094】
（付記６）
前記測定モジュール（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）のそれぞれは、これに関連付けられた前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）により生成された電磁場以外の少なくとも１つの電磁場から電磁的に隔離される、
付記５に記載のスイッチング装置（１０）。
前記測定モジュール（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）のそれぞれは、これに関連付けられた前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）により生成された電磁場以外の少なくとも１つの電磁場から電磁的に隔離される、
付記５に記載のスイッチング装置（１０）。
【0095】
（付記７）
前記測定モジュール（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）のそれぞれ、およびこれに関連付けられた前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）は、ファラデーケージのなかに配置される、
付記６に記載のスイッチング装置（１０）。
前記測定モジュール（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）のそれぞれ、およびこれに関連付けられた前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）は、ファラデーケージのなかに配置される、
付記６に記載のスイッチング装置（１０）。
【0096】
（付記８）
前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）のそれぞれは、これを流れる前記主電流（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）の時間的なドリフトの符号のための観測窓（Ｔｏｂｓ．ａ，Ｔｏｂｓ．ｂ，Ｔｏｂｓ．ｃ）に関連付けられ、
前記観測窓（Ｔｏｂｓ．ａ，Ｔｏｂｓ．ｂ，Ｔｏｂｓ．ｃ）は、前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）のオフ状態からオン状態へのスイッチングと同時にトリガされることができ、
前記観測窓（Ｔｏｂｓ．ａ，Ｔｏｂｓ．ｂ，Ｔｏｂｓ．ｃ）は互いに独立している、
付記４～７のいずれか１つに記載のスイッチング装置（１０）。
前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）のそれぞれは、これを流れる前記主電流（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）の時間的なドリフトの符号のための観測窓（Ｔｏｂｓ．ａ，Ｔｏｂｓ．ｂ，Ｔｏｂｓ．ｃ）に関連付けられ、
前記観測窓（Ｔｏｂｓ．ａ，Ｔｏｂｓ．ｂ，Ｔｏｂｓ．ｃ）は、前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）のオフ状態からオン状態へのスイッチングと同時にトリガされることができ、
前記観測窓（Ｔｏｂｓ．ａ，Ｔｏｂｓ．ｂ，Ｔｏｂｓ．ｃ）は互いに独立している、
付記４～７のいずれか１つに記載のスイッチング装置（１０）。
【0097】
（付記９）
前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）のそれぞれを流れる前記主電流（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）を測定するように構成された単一の前記測定モジュール（１４）、
を備える付記４に記載のスイッチング装置（１０）。
前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）のそれぞれを流れる前記主電流（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）を測定するように構成された単一の前記測定モジュール（１４）、
を備える付記４に記載のスイッチング装置（１０）。
【0098】
（付記１０）
前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）のそれぞれは、これを流れる前記主電流（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）の時間的なドリフトの符号のための観測窓（Ｔｏｂｓ．ａ，Ｔｏｂｓ．ｂ，Ｔｏｂｓ．ｃ）に関連付けられ、
前記観測窓（Ｔｏｂｓ．ａ，Ｔｏｂｓ．ｂ，Ｔｏｂｓ．ｃ）は、前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）のオフ状態からオン状態へのスイッチングと同時にトリガされることができ、
前記観測窓（Ｔｏｂｓ．ａ，Ｔｏｂｓ．ｂ，Ｔｏｂｓ．ｃ）は互いに独立している、
付記９に記載のスイッチング装置（１０）。
前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）のそれぞれは、これを流れる前記主電流（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）の時間的なドリフトの符号のための観測窓（Ｔｏｂｓ．ａ，Ｔｏｂｓ．ｂ，Ｔｏｂｓ．ｃ）に関連付けられ、
前記観測窓（Ｔｏｂｓ．ａ，Ｔｏｂｓ．ｂ，Ｔｏｂｓ．ｃ）は、前記トランジスタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）のオフ状態からオン状態へのスイッチングと同時にトリガされることができ、
前記観測窓（Ｔｏｂｓ．ａ，Ｔｏｂｓ．ｂ，Ｔｏｂｓ．ｃ）は互いに独立している、
付記９に記載のスイッチング装置（１０）。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】