特許 7232333 電流制限デバイスを含むスイッチシステム

(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】2023-02-21

(45)【発行日】2023-03-02

(54)【発明の名称】電流制限デバイスを含むスイッチシステム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20230222BHJP

   H02H 7/06 20060101ALI20230222BHJP

   H02M 1/00 20070101ALI20230222BHJP

   H03K 17/082 20060101ALI20230222BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 M

H02H7/06 A

H02M1/00 H

H03K17/082

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021535646

(86)(22)【出願日】2019-12-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-09

(86)【国際出願番号】 EP2019085546

(87)【国際公開番号】W WO2020127196

(87)【国際公開日】2020-06-25

【審査請求日】2021-08-12

(31)【優先権主張番号】1873516

(32)【優先日】2018-12-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】508075579

【氏名又は名称】ヴァレオ エキプマン エレクトリク モトゥール

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100127465

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 幸裕

(74)【代理人】

【識別番号】100217940

【弁理士】

【氏名又は名称】三並 大悟

(72)【発明者】

【氏名】ローラン、ドメンガー

(72)【発明者】

【氏名】パナヒオティス、ギアンニコプロス

(72)【発明者】

【氏名】ハフィド、イハダデン

【審査官】麻生 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０６５４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００１－５１３２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５７９３２３２（ＵＳ，Ａ）

【文献】独国特許発明第０４４２９７１６（ＤＥ，Ｃ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｈ ７／０６

Ｈ０２Ｍ １／００

Ｈ０３Ｋ １７／０８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電圧源（＋Ｖｂａｔ）から負荷に給電するための電力線（２）を含むスイッチシステム（１）であって、前記電力線が主スイッチ（Ｑ１）を有し、前記主スイッチ（Ｑ１）は、第１の主端子（Ｄ）および第２の主端子（Ｓ）であって、それらの間を主電流（Ｉｐ）が通過するように意図される、第１の主端子（Ｄ）および第２の主端子（Ｓ）と、前記主スイッチ（Ｑ１）を選択的に閉状態、開状態、または半閉状態にするための制御端子（Ｇ）であって、半閉状態の前記主スイッチ（Ｑ１）が、前記制御端子によって制御され前記第１の主端子と前記第２の主端子との間に接続された可変抵抗器と等価である、制御端子（Ｇ）と、を備え、前記スイッチシステム（１）は、前記主電流（Ｉｐ）が最大電流しきい値を超えると、前記主電流を制限するために、前記主スイッチ（Ｑ１）を前記閉状態から前記半閉状態に移行させるように前記制御端子（Ｇ）に入る制御電流（Ｉｇ）を減少させるように設計された電流制限デバイス（３）をさらに含み、
前記電力線（２）が、前記主電流（Ｉｐ）が通過する測定抵抗器（Ｒｓ）をさらに含み、前記電流制限デバイス（３）が、第１の端子（Ｂ１）および第２の端子（Ｂ２）を含み、前記測定抵抗器（Ｒｓ）が、前記第１の端子（Ｂ１）と前記第２の端子（Ｂ２）との間に接続され、前記電流制限デバイス（３）は、前記抵抗電圧（Ｖｒｓ）がしきい値電圧（Ｖｍａｘ）を超えたときに前記主スイッチ（Ｑ１）を半閉位置にするために、前記第１の端子（Ｂ１）と前記第２の端子（Ｂ２）との間の抵抗電圧（Ｖｒｓ）に応じて、前記制御電流（Ｉｇ）の減少を変更するように設計され、
前記電流制限デバイス（３）が、
ａ．前記主スイッチ（Ｑ１）の前記制御端子（Ｇ）に接続された制御出力部（４Ｇ）、制御入力部（４Ｕ）、および前記制御入力部（４Ｕ）と前記制御出力部（４Ｇ）との間に電気的に接続された制御抵抗器（Ｒ４）を含む制御線（４）であって、前記制御抵抗器（Ｒ４）が、セットポイント電流（Ｉｃ）によって通過されるように構成される、制御線（４）と、
ｂ．各々が、電流入力端子（Ｃ３０、Ｃ３１）、電流出力端子（Ｅ３０、Ｅ３１）、および制御端子（Ｂ３０、Ｂ３１）を有する、第１および第２の整合トランジスタ（Ｑ３０、Ｑ３１）であって、
ｉ．前記第１および第２の整合トランジスタ（Ｑ３０、Ｑ３１）の前記制御端子（Ｂ３０、Ｂ３１）と、前記第２の整合トランジスタの前記電流入力端子（Ｃ３１）が直接一緒に接続され、
ｉｉ．前記第１の整合トランジスタ（Ｅ３０）の前記出力端子が、前記電流制限デバイス（３）の前記第２の端子（Ｂ２）に直接接続され、前記第２の整合トランジスタ（Ｑ３１）の前記出力端子（Ｅ３１）が、前記電流制限デバイスの前記第１の端子（Ｂ１）に直接接続され、その結果、前記第１の整合トランジスタ（Ｑ３０）の前記制御端子（Ｅ３０）と前記電流制限デバイス（３）の前記第２の端子（Ｂ２）との間の電圧（Ｖｂｅ３０）が、前記電力線（２）の前記測定抵抗器（Ｒｓ）の前記端子の電圧（Ｖｒｓ）と、前記第２の整合トランジスタ（Ｑ３１）の前記制御端子（Ｅ３１）と前記電流制限デバイス（３）の前記第１の端子（Ｂ１）との間の電圧（Ｖｂｅ３１）との合計に等しく、
ｉｉｉ．前記制御端子（Ｇ）に入る前記制御電流（Ｉｇ）を減少させるために、前記制御抵抗器（Ｒ４）を通過する前記セットポイント電流（Ｉｃ）から分流電流（Ｉ３０）を分流するように、前記第１の整合トランジスタ（Ｑ３０）の前記入力端子が前記制御出力部（４Ｇ）に接続され、
ｉｖ．前記第２の整合トランジスタ（Ｑ３１）の前記入力端子が、第１のバイアス抵抗器（Ｒ３１）によって、前記制御線（２）の前記入力部（４Ｕ）に接続される、第１および第２の整合トランジスタ（Ｑ３０、Ｑ３１）と、
を含み、
前記電流制限デバイス（３）が、
ａ．前記制御出力部（４Ｇ）と、前記第１の整合トランジスタ（Ｑ３０）の前記電流入力端子（Ｅ３０）との間に接続された第２のバイアス抵抗器（Ｒ３０）と、
ｂ．前記制御出力部（４Ｇ）に電気的に接続された電流入力端子（Ｅ５）、電流出力端子（Ｃ５）、および制御端子（Ｂ５）を含むバイアストランジスタ（Ｑ５）と、
ｃ．前記電流制限デバイス（３）の前記第２の端子（Ｂ２）と前記バイアストランジスタ（Ｑ５）の前記出力端子との間に装着されたコレクタ抵抗器（Ｒ５０）と、
ｄ．第１の端子によって、前記第１の整合トランジスタ（Ｑ３０）の前記電流入力端子（Ｃ３０）に接続され、第２の端子によって、前記バイアストランジスタ（Ｑ５）の前記制御端子に接続された接続抵抗器（Ｒ５）と、
ｅ．前記電流制限デバイス（３）の前記第２の端子（Ｂ２）および前記接続抵抗器（Ｒ５）の前記第２の端子に接続されたキャパシタ（５Ｃ）と、
をさらに含むことを特徴とする、スイッチシステム（１）。

【請求項2】

前記半閉状態の前記主スイッチ（Ｑ１）の可変抵抗の値が、前記主電流（Ｉ）を前記最大電流しきい値に制限するように調整される、請求項１に記載のスイッチシステム。

【請求項3】

前記主スイッチ（Ｑ１）が、電力用トランジスタである、請求項１または２に記載のスイッチシステム。

【請求項4】

ハイサイドスイッチ（Ｑ１）およびローサイドスイッチを含み、前記２つのスイッチが中央タップにおいて一緒に接続され、前記２つのスイッチの少なくとも一方が、請求項１から３の一項に記載のスイッチシステムに含まれる、スイッチングアーム。

【請求項5】

請求項４に記載の少なくとも１つのスイッチングアームを含むＨブリッジ。

【請求項6】

請求項１から３の一項に記載の少なくとも１つのスイッチシステム（１）、または請求項４に記載の少なくとも１つのスイッチングアームを含む、電圧変換器。

【請求項7】

ａ．請求項４に記載のスイッチングアームを含む電圧変換器と、
ｂ．励磁コイル（Ｌｅｘｃ）を備えるロータを有する回転電気機械であって、前記励磁コイル（Ｌｅｘｃ）が、その端子のうちの１つによって、前記少なくとも１つのスイッチングアームの前記中央タップに接続される、回転電気機械と、
を含む、電気システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、本発明に係る電流制限デバイスを含むスイッチシステム、そのようなスイッチシステムを含むスイッチングアーム、およびスイッチングアームを含むＨブリッジに関する。

【0002】

本発明は、さらに、そのようなスイッチングアームまたはそのようなスイッチシステムを含む電圧変換器に関する。

【0003】

最後に、本発明は、さらに、そのような電圧変換器によって制御されるコイル状ロータをもつ回転電気機械を含む電気システムに関する。

【背景技術】

【0004】

自動車用の回転電気機械を含む電気システムが知られており、この回転電気機械はコイル状ロータを有する。そのような回転電気機械は、１つのオルタネータモードのみを有するオルタネータ、またはモータモードとオルタネータモードとを有するスタータ／オルタネータとすることができる。

【0005】

モータモードまたはオルタネータモードにおいて、ロータの励磁コイルは、電子スイッチ、例えば、トランジスタ、特に、ＭＯＳＦＥＴトランジスタとしても知られている金属酸化物ゲート電界効果トランジスタを含むＨブリッジタイプの電圧変換器によって電流が供給される。

【0006】

ロータを制御する電圧変換器は、例えば、ロータのコイルが故障している場合、恒久的または一時的な過電流の原因になる可能性があることが知られている。したがって、一時的な過電流は、例えば、チップ、特に銅チップが、異なる電位をもつ２つの電気要素、例えば、ロータの入力部および出力部を接続するときに生じる可能性がある。自動車のバッテリも電圧変換器内部の過電流の原因になる可能性がある。

【0007】

過電流は、最大動作電流強度に係数を掛けた積として定義される安全しきい値を超える値の電流である。最大動作電流強度は、通常の動作モードにおいてロータのコイルの上流または下流にある最も脆弱な電子構成要素によってサポートされる可能性がある最大電流強度値である。それゆえに、このしきい値を超えると、車両の変換器または他の機器の電子構成要素が損傷される可能性がある。

【0008】

それゆえに、そのような過電圧は検出される必要があり、該当する場合、最も脆弱な構成要素、特に、電圧変換器の電子スイッチは保護される必要がある。

【0009】

この目的のために、電圧源からロータに給電するための電力線を含むスイッチシステムが先行技術から知られており、前記電力線は、主スイッチを有し、主スイッチは、第１の主端子および第２の主端子であり、それらの間を主電流Ｉｐが通過するように意図される、第１の主端子および第２の主端子と、制御デバイスによって制御され、主スイッチを選択的に閉状態または開状態にするための制御端子とを備え、このスイッチシステムは、主電力線を循環する電流がホール効果センサによって測定され、ホール効果センサによって測定された電流の強度が安全しきい値を超えたとき主スイッチが開になることを特徴とする。

【0010】

先行技術のこの簡単な方法は、主電力線の電流を遮断する主スイッチを開くことによって、最も脆弱な構成要素、特に、電圧変換器のスイッチを守ることを可能にする。

【0011】

しかしながら、スイッチがＭＯＳＦＥＴである場合、そのようなシステムの反応時間（特に、ホール効果センサと、スイッチを制御するためのシステムとの潜伏時間に関連する）は、一般に、約１０数μｓであるが、過電流は３μｓ未満で数百アンペアに達することがあるので、主スイッチが開く前に、過度の時間が経過することがある。３μｓ後に到達されるこれらの電流レベルは、ＭＯＳＦＥＴの「安全動作領域」（ＳＯＡ）と両立しない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明の目的は、この欠点を少なくとも部分的に克服することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

この目的のために、本発明は、第１の態様によれば、スイッチシステムに関し、スイッチシステムは、
ａ．電圧源から負荷に給電するための電力線であって、前記電力線は、
ｂ．主スイッチであって、
ｉ．第１の主端子および第２の主端子であって、それらの間を主電流が通過するように意図される、第１の主端子および第２の主端子と、
ｉｉ．主スイッチを選択的に閉状態、開状態、または半閉状態にするための制御端子であって、半閉状態の主スイッチが、制御端子によって制御され第１の主端子と第２の主端子との間に接続された可変抵抗器と等価である、制御端子と、
を備える、主スイッチ
を有する、電力線
を含み、
スイッチシステムは、主電流が最大電流しきい値を超えると、主電流を制限するために、主スイッチを閉状態から半閉状態に移行させるように、制御端子に入る制御電流を減少させるように設計された電流制限デバイスをさらに含む。

【0014】

このスイッチシステムは、先行技術の既知のスイッチシステムよりも迅速に主電流を制限することを可能にするという点で注目に値する。実際、電流制限デバイスは、スイッチの制御回路を使用することなく、スイッチを半閉状態にするために、制御端子に入る制御電流を減少させることによって迅速な反応を可能にする。

【0015】

本発明に係るスイッチシステムは、さらに、個々にまたはすべての技術的に可能な組合せで考慮されている、以下の特徴のうちの１つまたは複数を有することができる。

【0016】

本発明の特定の実施形態では、半閉状態の主スイッチの可変抵抗の値は、主電流を最大電流しきい値に制限するように調整される。

【0017】

本発明の特定の実施形態では、電力線は、主電流が通過する測定抵抗器をさらに含み、電流制限デバイスは、第１の端子および第２の端子を含み、前記測定抵抗器は、第１の端子と第２の端子との間に接続され、電流制限デバイスは、抵抗電圧がしきい値電圧を超えたときに主スイッチを半閉位置にするために、第１の端子と第２の端子との間の抵抗電圧に応じて制御電流の減少を変更するように設計される。

【0018】

本発明の特定の実施形態では、電流制限デバイスは、
ａ．主スイッチの制御端子に接続された制御出力部、制御入力部、および制御入力部と制御出力部との間に電気的に接続された制御抵抗器を有する制御線であって、制御抵抗器がセットポイント電流によって通過されるように構成される、制御線と、
ｂ．各々が、電流入力端子、電流出力端子、および制御端子を有する、第１および第２の整合トランジスタであって、
ｉ．前記第１および第２のトランジスタの制御端子と、第２のトランジスタの電流入力端子とが直接一緒に接続され、
ｉｉ．第１のトランジスタの出力端子が、電流制限デバイスの第２の端子に直接接続され、第２のトランジスタの出力端子が、電流制限デバイスの第１の端子に直接接続され、その結果、第１のトランジスタの制御端子と電流制限デバイスの第２の端子との間の電圧が、電力線の測定抵抗器の端子の電圧と、第２のトランジスタの制御端子と電流制限デバイスの第１の端子との間の電圧との合計に等しく、
ｉｉｉ．制御端子に入る制御電流を減少させるために、制御抵抗器を通過するセットポイント電流から分流電流を分流するように、第１のトランジスタの入力端子が制御出力部に接続され、
ｉｖ．第２のトランジスタの入力端子が、制御入力部と制御抵抗器との間で制御線の入力部に接続される、第１および第２の整合トランジスタと、
をさらに含む。

【0019】

整合トランジスタは、当業者に知られているように、同じ技術的特徴を有し、ほとんどの場合、同じハウジングに配置されるトランジスタである。

【0020】

本発明の特定の実施形態では、第１および第２のトランジスタは、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタである。

【0021】

本発明の特定の実施形態では、電流制限デバイスは、
ａ．制御出力部と、第１のトランジスタの電流入力端子との間に接続されたバイアス抵抗器と、
ｂ．制御出力部に電気的に接続された電流入力端子、電流出力端子、および制御端子を有するバイアストランジスタと、
ｃ．電流制限デバイスの第２の端子と第３のトランジスタの出力端子との間に装着されたコレクタ抵抗器と、
ｄ．第１の端子によって、第１のトランジスタの電流入力端子に接続され、第２の端子によって、バイアストランジスタの制御端子に接続された接続抵抗器と、
ｅ．電流制限デバイスの第２の端子および接続抵抗器の第２の端子に接続されたキャパシタと、
をさらに含む。

【0022】

本発明の特定の実施形態では、バイアストランジスタＱ５は、ＰＮＰバイポーラトランジスタである。

【0023】

本発明の特定の実施形態では、主スイッチは、電力用トランジスタ、好ましくは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタである。

【0024】

本発明のさらなる目的は、第２の態様によれば、ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを有し、これら２つのスイッチは、中央タップにおいて一緒に接続され、２つのスイッチの少なくとも一方、好ましくは、ハイサイドスイッチは、本発明に係るスイッチシステムに含まれる、スイッチングアームである。

【0025】

本発明のさらなる目的は、第３の態様によれば、本発明の第２の態様による少なくとも１つのスイッチングアームを含むＨブリッジである。

【0026】

本発明のさらなる目的は、第４の態様によれば、本発明の第１の態様によるスイッチシステムまたは本発明の第２の態様による少なくとも１つのスイッチングアームを含む電圧変換器である。

【0027】

本発明のさらなる目的は、第５の態様によれば、
ａ．本発明の第２の態様によるスイッチングアームを含む電圧変換器と、
ｂ．励磁コイルを備えるロータを有する回転電気機械であって、前記励磁コイルが、その端子のうちの１つによって、前記少なくとも１つのスイッチングアームの中央タップに接続される、回転電気機械と、
を含む電気システムである。

【0028】

本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照して非限定的な例として提供される以下の説明から明確に明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】第１の実施形態に係るスイッチシステムのブロック図である。

【図2】第１の実施形態に係るスイッチシステムの電気回路図である。

【図3】第２の実施形態に係るスイッチシステムの電気回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

より明確にするために、同一または同様の要素は、図の全体にわたって同一の符号を使用して識別される。

【0031】

図１は、負荷、この場合、ロータの励磁コイルＬｅｘｃに接続された第１の実施形態に係るスイッチシステム１の電気的ブロック図を示す。

【0032】

スイッチシステム１は、図１に破線の長方形で示された電力線２を含む。電力線２により、励磁コイルＬｅｘｃは、電圧源、この場合、直流電圧源＋Ｖｂａｔから給電されることが可能になる。

【0033】

電力線２は、第１の主端子Ｄおよび第２の主端子Ｓを有する主スイッチＱ１を含み、それらの間を主電流Ｉｐが通過するように意図される。

【0034】

主スイッチＱ１は、主スイッチＱ１を選択的に閉状態、開状態、または半閉状態にするための制御端子Ｇをさらに含む。半閉状態では、主スイッチＱ１は、第１の主端子Ｄと第２の主端子Ｓとの間に接続され制御端子Ｇによって制御される可変抵抗器と等価である。

【0035】

本明細書で説明される例では、励磁コイルＬｅｘｃは、グランドと直流電圧源＋Ｖｂａｔとの間に並列に装着された第１のスイッチングアームおよび第２のスイッチングアームを含むＨブリッジによって給電される。スイッチングアームの各々は、中央タップで一緒に接続されたハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを含み、Ｈブリッジの２つのアームの各々の中央タップは、励磁コイルＬｅｘｃの異なる端部に接続される。

【0036】

本明細書で説明される例では、主スイッチＱ１は、第１のスイッチングアームのハイサイドスイッチであり、Ｈブリッジのすべてのスイッチは、ＭＯＳＦＥＴトランジスタとしても知られている金属酸化物ゲート電界効果トランジスタである。この例は、Ｎ型エンハンスメントＭＯＳＦＥＴトランジスタをさらに含む。

【0037】

言い換えれば、第１のスイッチングアームは、ローサイドスイッチ、すなわち、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２３を含み、そのソースはグランドに接続され、そのドレインは第１のアームの中央タップ３１に接続される。ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のドレインは直流供給源＋Ｖｂａｔに接続され、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のソースは中央タップ３１に接続される。

【0038】

第２のスイッチングアームはハイサイドスイッチＱ２５およびローサイドスイッチ、すなわち、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２４を含み、ローサイドスイッチのソースはグランドに接続され、ローサイドスイッチのドレインは第２のスイッチングアームの中央タップに接続される。代替実施形態として、ハイサイドスイッチはダイオードによって置き換えられてもよく、そのカソードは直流供給源＋Ｖｂａｔに接続される。

【0039】

ローサイドスイッチＱ２３は、主スイッチＱ１が開いているとき、ローサイドスイッチＱ２４とともに、励磁コイルＬｅｘｃの制御された減磁を可能にする。

【0040】

スイッチシステム１は、図１に長方形で示されている電流制限デバイス３をさらに含む。

【0041】

電流制限デバイス３は、制御ユニットＵと、主スイッチＱ１の制御端子、すなわち、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のゲートとの間に接続された制御線４を含む。

【0042】

より具体的には、制御線４は、主スイッチＱ１の制御端子Ｇに接続された制御出力部４Ｇと、制御ユニットＵに接続された制御入力部４Ｕとを含む。

【0043】

したがって、スイッチＱ１は、端子４Ｕに制御電圧を印加する「ドライバ」としてよりよく知られている制御ユニットＵによって制御され、それにより、端子４Ｇでの結果として生じる電圧に応じて主スイッチＱ１を閉状態、開状態、または半閉状態にすることを可能にする。

【0044】

制御線４は、制御入力部４Ｕと制御出力部４Ｇとの間に接続された制御抵抗器Ｒ４をさらに含む。

【0045】

電流制限デバイス３は、さらに、主電流Ｉｐが最大電流しきい値を超えると、主電流Ｉｐを制限するために、主スイッチＱ１を閉状態から半閉状態に移行させるように主スイッチＱ１の制御端子Ｇに入る制御電流Ｉｇを減少させるように設計される。

【0046】

言い換えれば、電流制限デバイス３は、制御抵抗器Ｒ４を通過する電流から分流電流Ｉ３０を分流するように構成される。

【0047】

言い換えれば、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１は、閉状態から半閉状態に移行する、すなわち、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１は、オン状態から線形モード動作区域に移行する。

【0048】

したがって、線形モードでの主スイッチＱ１の可変抵抗の値は、制御端子Ｇに入る制御電流Ｉｇに応じて調整される。

【0049】

このようにして、電流制限デバイス３は、主電流Ｉｐを第１のしきい値に制限するように制御電流Ｉｇを調整する。

【0050】

それゆえに、そのようなスイッチシステム１は、供給線２の抵抗を調整することによって供給線２の主電流Ｉｐを制限することを可能にする。

【0051】

最大電流しきい値は、例えば、供給線２の構成要素のうちの１つによってサポートされ得る最大電流に対応するように選択される。本明細書で説明される例では、最大電流しきい値は４０Ａである。

【0052】

供給線２は、主電流Ｉｐが通過する測定抵抗器Ｒｓをさらに含む。本明細書で説明される例では、測定抵抗器Ｒｓは、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のソースと中央タップ３１との間に接続される。

【0053】

本明細書で説明される例では、測定抵抗器Ｒｓは、２ｍΩの値を有する。

【0054】

電流制限デバイス３は、第１の端子Ｂ１および第２の端子Ｂ２をさらに含む。それにより、電流制限デバイス３は、これらの２つの端子Ｂ１およびＢ２によって測定抵抗器Ｒｓと並列に接続される。

【0055】

言い換えれば、この実施形態では、電流制限デバイス３は、この測定された電圧が閾電圧値を超えると、抵抗器Ｒｓの端子で測定された電圧Ｖｒｓ、すなわち、第１のＢ１端子と第２のＢ２端子との間で測定された電圧に応じて、制御電流Ｉｇを変えるように設計される。閾電圧値は、測定抵抗Ｒｓの値に第１の最大電流しきい値を掛けた積に対応する。

【0056】

次に、図２を参照して、本発明の第１の実施形態の電流制限デバイス３が、さらに詳細に説明される。

【0057】

本発明のこの実施形態では、電流制限デバイス３は、第１のＱ３０整合トランジスタおよび第２のＱ３１整合トランジスタを含み、各々は、電流入力端子、電流出力端子、および制御端子を有する。

【0058】

本明細書で説明される例では、トランジスタＱ３０およびＱ３１は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタである。

【0059】

第１のトランジスタＱ３０は、第２のトランジスタＱ３１の制御端子Ｂ３１（この場合、ベース）に接続された制御端子Ｂ３０（この場合、そのベース）を含む。さらに、第２のトランジスタＱ３１のベースは、第２のトランジスタＱ３１の電流入力端子Ｃ３１（この場合、コレクタ）に接続される。

【0060】

それゆえに、３つの端子Ｂ３１、Ｂ３０、およびＣ３１は同じ電位を有する。

【0061】

第１のトランジスタＱ３０の出力端子Ｅ３０（この場合、エミッタ）は、電流制限デバイス３の第２の端子Ｂ２に接続される。

【0062】

第２のトランジスタＱ３１の出力端子Ｅ３１（この場合、エミッタ）は、電流制限デバイス３の第１の端子Ｂ１に接続される。

【0063】

したがって、第１のトランジスタＱ３０の制御端子Ｂ３０と端子Ｅ３０との間の電圧Ｖｂｅ３０は、電圧Ｖｒｓと、第２のトランジスタＱ３１の制御端子Ｂ３１と端子Ｅ３１との間の電圧Ｖｂｅ３１との合計に等しい。言い換えれば、電圧Ｖｂｅ３０および電圧Ｖｂｅ３１は同じ制御電位を有し、これらの２つの電圧間の差は、主電流Ｉｐに比例する電圧Ｖｒｓに対応する。したがって、抵抗電圧Ｖｒｓは、以下の式［数１］に従って、第１のトランジスタＱ３０の制御端子と出力端子との間の電圧から、第２のトランジスタの出力端子と制御端子との間の電圧を差し引いたものに等しい。

【0064】

【数1】

【0065】

第１のトランジスタＱ３０の入力端子Ｃ３０（この場合、コレクタ）は、制御線４の出力部４Ｇに接続される。この場合、この例では、入力端子Ｃ３０は、出力部４Ｇに直接接続される。言い換えれば、出力端子４Ｇ、スイッチＱ１の制御端子Ｇ、および入力部Ｃ３０は、同じ電位を有する。

【0066】

第１のトランジスタＱ３０は、制御抵抗器Ｒ４を通過する電流から分流電流Ｉ３０を分流するように構成される。

【0067】

第２のトランジスタＱ３１の入力端子Ｃ３１は、第１のバイアス抵抗器Ｒ３１によって制御線４の入力部４Ｕに接続される。言い換えれば、第１のバイアス抵抗器Ｒ３１は、その端子の一方によって制御端子４Ｕに接続され、その端子の他方によって第２のトランジスタＱ３１の入力端子Ｃ３１に接続される。

【0068】

電流制限デバイス３の設計は、主電流が式［数２］を確認していることを意味する。

【0069】

【数2】

【0070】

それゆえに、主電流の制限は、第１のＱ３０および第２のＱ３１トランジスタのバイアス点と、抵抗Ｒｓとに依存する。

【0071】

抵抗Ｒｓを選択した後、２つのトランジスタのバイアス点は、主電流が制限されることになる値を規定する。

【0072】

第１のトランジスタＱ３０は、線形モードで動作し、式［数３］に従って、制御ユニットＵによって制御入力部４Ｕに印加される電圧Ｖｕから、第１のトランジスタＱ３０のエミッタとコレクタとの間の電圧Ｖｃｅ３０を差し引いて、制御抵抗Ｒ４の値で割ったものに等しいコレクタ電流Ｉ３０でバイアスされる。第１のトランジスタＱ３０のバイアス点は、さらに、主トランジスタＱ１の相互コンダクタンス、測定抵抗Ｒｓの値、および制御抵抗Ｒ４の値に依存する。

【0073】

【数3】

【0074】

第２のトランジスタＱ３１もバイアスされ、その結果、この第２のトランジスタは、線形モードで動作する。第２のトランジスタＱ３１のコレクタとベースは一緒に接続されているので、第２のトランジスタＱ３１のエミッタとコレクタとの間の電圧ならびにベースとエミッタとの間の電圧は等しく、本明細書で説明される例では約０．６Ｖである。第２のトランジスタＱ３１は、式［数４］に従って、制御ユニットＵによって制御入力部４Ｕに印加された電圧Ｖｕを第１のバイアス抵抗Ｒ３１の値で割ったものと等しいコレクタ電流Ｉｃ３１によりバイアスされる。本明細書で説明される例では、コレクタ電流は約２５０μＡである。したがって、第１のバイアス抵抗Ｒ３１の値の選択は、第２のトランジスタＱ３１の所望のバイアス点に依存する。

【0075】

【数4】

【0076】

２つのトランジスタＱ３０およびＱ３１は整合されているので、電圧Ｖｒｓが高いほど、第１のトランジスタＱ３０のエミッタとコレクタとの間の見かけの抵抗は低くなり、それゆえに、分流電流Ｉ３０は大きくなる。

【0077】

測定抵抗Ｒｓの値の選択は、測定抵抗Ｒｓの損失と、パラメータＶｂｅに関する第１のＱ３０および第２のＱ３１整合トランジスタの感度との間の妥協の結果である。測定抵抗Ｒｓは、過剰な損失を発生しないように十分に低いこと、および、同時に、電流Ｉｐを制限するために電流Ｉ３０の分流を可能にするようにその端子間で十分に高い電圧降下を引き起こすことができるほど十分に大きいことが要求され、前記電流Ｉｐの減少は、制御抵抗器Ｒ４の端子での電圧降下によって引き起こされるトランジスタＱ１のゲートとソースとの間の電圧の低下の結果として引き起こされる。

【0078】

入力部４Ｕの電圧は、制御抵抗器Ｒ４の端子の電圧Ｖｒ４、トランジスタＱ１の制御端子Ｇと出力部Ｓとの間の電圧Ｖｇｓ、および電圧Ｖｒｓの合計に等しい。

【0079】

したがって、整合トランジスタＱ３０、Ｑ３１、測定抵抗器Ｒｓ、および第１のバイアス抵抗器Ｒ３１は、第１の所望のしきい値、制御抵抗Ｒ４、および主スイッチＱ１の機能に応じて、特に、線形モード動作機能に応じて選択される。

【0080】

それゆえに、そのようなスイッチシステム１は、制御抵抗器Ｒ４の出力部において、測定抵抗器Ｒｓの端子の電圧が高いほど大きくなる電流Ｉ３０を分流することによって、制御入力部Ｇに入る制御電流Ｉｇを減少させることが可能である。

【0081】

次に、図３を参照して、電流制限デバイス３が、バイアス回路５をさらに含むことを除いて、第１の実施形態と同一である本発明の第２の実施形態でさらに詳細に説明される。

【0082】

このバイアス回路５は、
１．第２のバイアス抵抗器Ｒ３０、
２．接続抵抗器Ｒ５、
３．電流入力端子Ｅ５、電流出力端子Ｃ５、および制御端子Ｂ５を含むバイアストランジスタＱ５（この場合、ＰＮＰバイポーラトランジスタ）、
４．コレクタ抵抗器Ｒ５０、および
５．キャパシタ５Ｃ
を含む。

【0083】

本明細書で説明される例では、電流入力端子Ｅ５はトランジスタＱ５のエミッタであり、電流出力端子Ｃ５はトランジスタＱ５のコレクタであり、制御端子Ｂ５はトランジスタＱ５のベースである。

【0084】

第２のバイアス抵抗器Ｒ３０が、制御線の出力部４Ｇと第１のトランジスタＱ３０の入力部Ｃ３０との間に接続される。言い換えれば、第２のバイアス抵抗器Ｒ３０は、入力部Ｃ３０を制御出力部４Ｇに電気的に接続する。

【0085】

バイアストランジスタＱ５のエミッタＥ５は、制御線４の制御出力部４Ｇに接続され、コレクタＣ５は、コレクタ抵抗器Ｒ５０によって、電流制限デバイス３の第２の入力端子Ｂ２に接続される。

【0086】

バイアストランジスタＱ５の制御端子はまた、キャパシタ５Ｃによって電流制限デバイス３の第２の入力端子Ｂ２に接続され、接続抵抗器Ｒ５によって第１のトランジスタＱ３０の端子Ｃ３０に接続される。

【0087】

当然、本発明は、図を参照して説明された実施形態に限定されず、代替実施形態が、本発明の範囲から逸脱することなく意図され得る。

【0088】

例えば、前に説明された実施形態では、主トランジスタＱ１はＭＯＳＦＥＴトランジスタである。代替実施形態として、このトランジスタは、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）とすることができる。

【図1】

【図2】

【図3】