特許 7487314 ダウンタイムを伴うスイッチングシステム及び方法、対応するコンピュータプログラム

(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】2024-05-10

(45)【発行日】2024-05-20

(54)【発明の名称】ダウンタイムを伴うスイッチングシステム及び方法、対応するコンピュータプログラム

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/38 20070101AFI20240513BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20240513BHJP

【ＦＩ】

H02M1/38

H02M7/48 E

H02M7/48 M

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022543413

(86)(22)【出願日】2021-01-15

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-10

(86)【国際出願番号】 EP2021050814

(87)【国際公開番号】W WO2021144425

(87)【国際公開日】2021-07-22

【審査請求日】2022-08-18

(31)【優先権主張番号】2000412

(32)【優先日】2020-01-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】521442084

【氏名又は名称】ヴァレオ、シーメンス、イーオートモーティブ、フランス

【氏名又は名称原語表記】ＶＡＬＥＯ ＳＩＥＭＥＮＳ ＥＡＵＴＯＭＯＴＩＶＥ ＦＲＡＮＣＥ

(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】100137523

【弁理士】

【氏名又は名称】出口 智也

(72)【発明者】

【氏名】ボリス、ブシェ

(72)【発明者】

【氏名】マチュー、ディアル

(72)【発明者】

【氏名】コリ、アブデルファタ

【審査官】栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３８０５３６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１４０８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２０４７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０８７３８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ １／３８

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

－ＤＣ電圧（ＶＨＴ）を供給するように設計された電圧源（１０２）に接続することを目的としたスイッチングアーム（１１０）であって、ハイサイドスイッチ（Ｑ６）及びローサイドスイッチ（Ｑ２）の２つのスイッチを備え、それぞれが電流入力ターミナル（ＨＣ、ＬＣ）及び電流出力ターミナル（ＨＥ、ＬＥ）を有し、前記ハイサイドスイッチ（Ｑ６）の前記電流出力ターミナル（ＨＣ）及び前記ローサイドスイッチ（Ｑ２）の前記電流入力ターミナル（ＬＣ）は、センタータップ（Ｍ）にて互いに接続される、スイッチングアーム（１１０）と、
－前記スイッチングアーム（１１０）を制御するコントロールシステム（１１４）であって、前記スイッチングアーム（１１０）を、前記センタータップ（Ｍ）がゼロ電圧を有するように、前記ハイサイドスイッチ（Ｑ６）が開かれ、且つ前記ローサイドスイッチ（Ｑ２）が閉じられる第１構成、及び前記センタータップ（Ｍ）が前記ＤＣ電圧（ＶＨＴ）を有するように、前記ハイサイドスイッチ（Ｑ６）が閉じられ、且つ前記ローサイドスイッチ（Ｑ２）が開かれる第２構成の間の、２つの方向で交互にスイッチするように設計されており、それぞれのスイッチング動作で、
・最初に閉じられていたスイッチを開くことを命令し、及び次に、
・デッドタイム（ＴＭ；ＴＭ１、ＴＭ２）の終了時に、前記最初に開いていたスイッチを閉じることを命令する、
ように設計されたコントロールシステム（１１４）と、
－１つの前記スイッチ（Ｑ２）の前記ターミナル（ＬＣ、ＬＥ）の間に存在するスイッチ電圧（ＬＶＣＥ）を測定する測定装置（１１６）と、を備え、
前記コントロールシステム（１１４）は、スイッチングアームが前記２つの方向のうちの第１方向にスイッチングする第１スイッチング動作で、
－前記最初に閉じられていたスイッチを開く前記命令に続いて、測定された前記スイッチ電圧（ＬＶＣＥ）を監視し、且つ、
・前記スイッチ電圧（ＬＶＣＥ）が、前記ゼロ電圧と前記ＤＣ電圧（ＶＨＴ）との間の所定の閾値（Ｓ；Ｓ１、Ｓ２）を交差するときを検出すること、及び、
・前記交差の前記検出に基づいて、現在の第１スイッチング動作のための前記デッドタイム（ＴＭ；ＴＭ１；ＴＭ２）を決定すること、によって、
－前記監視されたスイッチ電圧（ＬＶＣＥ）に基づいて、現在の第１スイッチング動作のための前記デッドタイム（ＴＭ；ＴＭ１；ＴＭ２）を決定する、
ようにさらに設計され、
前記コントロールシステム（１１４）は、前記第１スイッチング動作に続く、前記スイッチングアームが前記２つの方向のうちのもう一方の方向にスイッチングする第２スイッチング動作が、
－前記最初に閉じられていたスイッチを開くことを命令し、
－過去の前記第１スイッチング動作の前記デッドタイム（ＴＭ）に基づいて、現在の第２スイッチング動作のための前記デッドタイム（ＴＭ）を決定し、
－現在の第２スイッチング動作のために決定された前記デッドタイム（ＴＭ）の終了時に、前記最初に開いていたスイッチを閉じることを命令する、
ようにさらに設計された、
スイッチングシステム。

【請求項2】

前記決定されたデッドタイム（ＴＭ；ＴＭ１、ＴＭ２）は、前記最初に閉じられていたスイッチを開く命令から、前記交差の前記検出まで延長する、請求項１に記載のスイッチングシステム。

【請求項3】

前記コントロールシステム（１１４）は、前記最初に閉じられていたスイッチを開く前記命令と前記交差の前記検出との間の時間間隔に基づいて、現在のデッドタイムが前記交差の前記検出より後に終了するように、前記第１スイッチング動作のための前記デッドタイムを決定するように設計される、請求項１に記載のスイッチングシステム。

【請求項4】

前記スイッチ電圧（ＬＶＣＥ）は、前記ローサイドスイッチ（Ｑ２）の前記ターミナル（ＬＣ、ＬＥ）の間に存在する電圧である、請求項１～３のいずれか一項に記載のスイッチングシステム。

【請求項5】

前記第１スイッチング動作は、前記第１構成から前記第２構成へのスイッチング動作である、請求項１～４のいずれか一項に記載のスイッチングシステム。

【請求項6】

前記第２スイッチング動作のための前記デッドタイムは、前記第１スイッチング動作の前記デッドタイムと等しく取られる、請求項１～５のいずれか一項に記載のスイッチングシステム。

【請求項7】

前記第２スイッチング動作のための前記デッドタイムは、前記第１スイッチング動作の前記デッドタイムより大きく取られ、例えば、前記第１スイッチング動作の前記デッドタイムに所定の維持時間を加えたものと等しく取られる、請求項１～５のいずれか一項に記載のスイッチングシステム。

【請求項8】

前記ハイサイドスイッチ（Ｑ６）の前記ターミナル（ＨＣ、ＨＥ）の間のコンデンサ（Ｃ２）、及び前記ローサイドスイッチ（Ｑ２）の前記ターミナル（ＬＣ、ＬＥ）の間のコンデンサ（Ｃ４）をさらに備える、請求項１～７のいずれか一項に記載のスイッチングシステム。

【請求項9】

ＤＣ電圧（ＶＨＴ）を供給するように設計された電圧源（１０２）に接続することを目的としたスイッチングアーム（１１０）であって、電流入力ターミナル（ＨＣ）及び電流出力ターミナル（ＣＥ）を有するハイサイドスイッチ（Ｑ６）、並びに電流入力ターミナル（ＬＣ）及び電流出力ターミナル（ＬＥ）を備えるローサイドスイッチ（Ｑ２）を備え、前記ハイサイドスイッチ（Ｑ６）の前記電流出力ターミナル（ＬＥ）及び前記ローサイドスイッチ（Ｑ２）の前記電流入力ターミナル（ＬＣ）は、センタータップ（Ｍ）にて互いに接続される、スイッチングアーム（１１０）をスイッチする方法（２００；４００）であって、
－前記スイッチングアーム（１１０）を、前記センタータップ（Ｍ）がゼロ電圧を有するように、前記ハイサイドスイッチ（Ｑ６）が開かれ、且つ前記ローサイドスイッチ（Ｑ２）が閉じられる第１構成、及び前記センタータップ（Ｍ）が前記ＤＣ電圧（ＶＨＴ）を有するように、前記ハイサイドスイッチ（Ｑ６）が閉じられ、且つ前記ローサイドスイッチ（Ｑ２）が開かれる第２構成の間の、２つの方向で交互にスイッチすることであって、各構成のスイッチング動作が、最初に閉じられていたスイッチを開く命令、及び次に、デッドタイムの終了時に、前記最初に開いていたスイッチを閉じる命令を含む、スイッチすること、を含み、
前記スイッチングアームが前記２つの方向のうちの第１方向にスイッチングする第１スイッチング動作のために、
－前記閉じられていたスイッチ（Ｑ２）を開く（２０４）前記命令に続いて、１つの前記スイッチ（Ｑ２）の前記ターミナル（ＬＣ、ＬＥ）の間に存在するスイッチ電圧（ＬＶＣＥ）を監視すること（２０６）と、
・前記スイッチ電圧（ＬＶＣＥ）が、前記ゼロ電圧と前記ＤＣ電圧（ＶＨＴ）の間の所定の閾値（Ｓ；Ｓ１、Ｓ２）を交差するときを検出すること、及び
・前記交差の前記検出に基づいて、現在の第１スイッチング動作のための前記デッドタイム（ＴＭ；ＴＭ１；ＴＭ２）を決定すること、によって、
－前記監視されたスイッチ電圧（ＬＶＣＥ）に基づいて、現在の第１スイッチング動作のための前記デッドタイムを決定すること（２０８）と、
をさらに含み、
前記第１スイッチング動作に続く、前記スイッチングアームが前記２つの方向のうちのもう一方の方向にスイッチングする第２スイッチング動作は、
－前記最初に閉じられていたスイッチを開くことを命令することと、
－過去の前記第１スイッチング動作の前記デッドタイム（ＴＭ）に基づいて、現在の第２スイッチング動作のための前記デッドタイム（ＴＭ）を決定することと、
－現在の第２スイッチング動作のために決定された前記デッドタイム（ＴＭ）の終了時に、前記最初に開いていたスイッチを閉じることを命令することと、
をさらに含むことを特徴とする、方法（２００；４００）。

【請求項10】

通信ネットワークからダウンロード可能であり、及び／又はコンピュータ可読媒体に格納されたコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムがコンピュータで実行されるとき、前記コンピュータプログラムが請求項９で請求されたようなスイッチング方法のステップを実行するための命令を含むことを特徴とする、コンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、デッドタイムを伴うスイッチングシステム、デッドタイムを伴うスイッチング方法、及び対応するコンピュータプログラムに関する。

【0002】

従来技術は、
－ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチの２つのスイッチを備えるスイッチングアームであって、それぞれが電流入力ターミナル及び電流出力ターミナルを有し、ハイサイドスイッチの電流出力ターミナル及びローサイドスイッチの電流入力ターミナルは、互いに接続される、スイッチングアームと、
－スイッチングアームを制御するコントロールシステムであって、スイッチングアームを、ハイサイドスイッチが開かれ、且つローサイドスイッチが閉じられる第１構成、及びハイサイドスイッチが閉じられ、且つローサイドスイッチが開かれる第２構成の間で交互にスイッチするように設計されており、それぞれのスイッチング動作で、
・最初に閉じられていたスイッチを開くことを命令し、及び次に、
・デッドタイムの終了時に、最初に開いていたスイッチを閉じることを命令する、
ように設計されたコントロールシステムと、
－１つのスイッチのターミナルの間に存在するスイッチ電圧を測定する測定装置と、
を備える、種類のスイッチングシステムを開示する。

【0003】

このようなスイッチングシステムは、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ、又はオンボードチャージャ（ＯＢＣ：on-board charger）、又はモータモードと発電機モードで選択的に動作できる電気機械に接続されたインバータ／整流器にも用いられる。

【0004】

測定装置は、一般的に様々な機能を実装するため、特に測定装置が設けられたスイッチの不飽和状態を検出するために存在する。

【0005】

まず、デッドタイムは、２つのスイッチが同時にオン状態（クロスコンダクション：cross conduction）にならないことを保証するために、開くことを命令されたスイッチが、他のスイッチを閉じることを命令する前に、実際に正しく開かれたことを保証するために役立つ。

【0006】

さらに、各スイッチと並行して、ソフトスイッチング、即ち実質的に無損失のスイッチングを可能とするコンデンサを配置することが知られており、ＺＶＳ（ゼロ電圧スイッチング：zero-voltage switching）の略語で示される。これらのコンデンサの完全な充電又は完全な放電は、そのターミナルの間に、ゼロ又はほぼゼロである電圧でスイッチを閉じることを可能とするために必要である。したがって、デッドタイムは、当該コンデンサの完全な充電又は完全な放電を保証することを可能とする。

【0007】

まず、デッドタイムを、固定値に設定することが知られ、これは、例えば、インバータ／整流器／ＤＣ－ＤＣ又は電気機械の値にかかわらず、そしてスイッチング周波数にかかわらず、ソフトスイッチングの条件を必ず満たす値に対応する。結果として、このように決定されたデッドタイムは、多くの場合、過度に長い。

【0008】

また、研究所で予め決められたデッドタイム値に基づいて、デッドタイムの持続時間を変化させることが知られている。次に、コントロールシステムは、例えばフラッシュメモリに記憶された、バッテリの充電状態及び／又は電気機械の動作点及び／又はスイッチング周波数の関数としてデッドタイムの持続時間を与える所定の表を用いてもよい。表は、一般的に、ごく少数の特に重要な動作点のみの周辺のデータを包含する。この解決策は、センサ、センサからの測定値に基づいて動作点を決定する手段、所定の表を備えるメモリ、及びメモリにアクセスする手段を要求するという欠点がある。これらの要素の全ては、空間を占め、無視できないコストを有する。

【0009】

したがって、上述した問題と制約のうち少なくとも一部を克服することを可能とするスイッチングシステムを提供することが望ましい。

【0010】

したがって、提案されるのは、少なくとも１つのスイッチング動作のそれぞれについて、
－最初に閉じられていたスイッチを開く命令に続いて、測定されたスイッチ電圧を監視し、且つ、
－監視されたスイッチ電圧に基づいて、考慮中のスイッチング動作のためのデッドタイムを決定する、
ようにさらに設計された上述した種類のスイッチングシステムである。

【0011】

本発明の利点により、デッドタイムの決定には追加要素を殆ど必要としない。より詳しくは、コントロールシステムの動作のみが適応される必要がある。現在、コントロールシステムは、一般的にコンピュータプログラムを実行するマイクロコントローラによって実装され、不飽和状態の検出などの他の機能を実装するために、スイッチ電圧の測定値をすでに受領している。したがって、コントローラシステムの適応は、最も簡単な場合、単にそのコンピュータプログラムをアップデートするだけに減らすことができる。

【0012】

必要に応じて、コントロールシステムは、監視されたスイッチ電圧に基づいて考慮中のスイッチング動作のためのデッドタイムを決定するために、
－スイッチ電圧が、所定の閾値を交差するときを検出し、及び、
－交差の検出に基づいて、考慮中のスイッチング動作のためのデッドタイムを決定する、
ように設計される。

【0013】

また、必要に応じて、決定されたデッドタイムは、最初に閉じられていたスイッチを開く命令から交差の検出まで延長する。

【0014】

また、必要に応じて、コントロールシステムは、最初に閉じられていたスイッチを開く命令と交差の検出との間の時間間隔に基づいて、考慮中のスイッチング動作のためのデッドタイムが交差の検出より後に終了するよう決定するように設計される。

【0015】

また、必要に応じて、スイッチ電圧は、ローサイドスイッチのターミナルの間に存在する電圧である。

【0016】

また、必要に応じて、少なくとも１つのスイッチング動作は、第１構成から第２構成へのスイッチング動作を含む。

【0017】

また、必要に応じて、コントロールシステムは、少なくとも１つのスイッチング動作のそれぞれが、
－最初に閉じられていたスイッチを開くことを命令し、
－過去のスイッチング動作のデッドタイムに基づいて、考慮中のスイッチング動作のためのデッドタイムを決定し、
－決定されたデッドタイムの終了時に、最初に開いていたスイッチを閉じることを命令するように、
さらに設計される。

【0018】

また、必要に応じて、決定されたデッドタイムは、過去のスイッチング動作のデッドタイムと等しい。

【0019】

また、必要に応じて、決定されたデッドタイムは、過去のスイッチング動作のデッドタイムより大きく、例えば、前のスイッチング動作のデッドタイムに所定の持続時間を加えたものと等しい。

【0020】

また、必要に応じて、少なくとも１つのスイッチング動作は、少なくとも２つの連続するスイッチング動作を含む。

【0021】

また、必要に応じて、スイッチングシステムは、ハイサイドスイッチのターミナルの間のコンデンサ及びローサイドスイッチのターミナルの間のコンデンサをさらに備える。

【0022】

また、提案されるのは、電流入力ターミナル及び電流出力ターミナルを有するハイサイドスイッチ、並びに電流入力ターミナル及び電流出力ターミナルを備えるローサイドスイッチを備え、ハイサイドスイッチの電流出力ターミナル及びローサイドスイッチの電流入力ターミナルは、互いに接続される、スイッチングアームをスイッチする方法であって、
－スイッチングアームを、ハイサイドスイッチが閉じられ、且つローサイドスイッチが開かれる第１構成、及びハイサイドスイッチが開かれ、且つローサイドスイッチが閉じられる第２構成の間の、２つの方向で交互にスイッチすることであって、各構成のスイッチング動作が、最初に閉じられていたスイッチを開く命令、及び次に、デッドタイムの終了時に、最初に開いていたスイッチを閉じる命令を含む、スイッチすること、
を含み、
－閉じられていたスイッチを開く命令に続いて、１つのスイッチのターミナルの間に存在するスイッチ電圧を監視することと、
－監視されたスイッチ電圧に基づいて、現在の第１スイッチング動作のためのデッドタイムを決定することと、
をさらに含むことを特徴とする、方法である。

【0023】

本発明は、さらに、
－ＤＣ電圧を供給するように設計された電圧源に接続することを目的としたスイッチングアームであって、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチの２つのスイッチを備え、それぞれが電流入力ターミナル及び電流出力ターミナルを有し、ハイサイドスイッチの電流出力ターミナル及びローサイドスイッチの電流入力ターミナルは、センタータップにて互いに接続される、スイッチングアームと、
－スイッチングアームを制御するコントロールシステムであって、スイッチングアームを、センタータップがゼロ電圧を有するように、ハイサイドスイッチが開かれ、且つローサイドスイッチが閉じられる第１構成、及びセンタータップがＤＣ電圧を有するように、ハイサイドスイッチが閉じられ、且つローサイドスイッチが開かれる第２構成の間の、２つの方向で交互にスイッチするように設計されており、それぞれのスイッチング動作で、
・最初に閉じられていたスイッチを開くことを命令し、及び次に、
・デッドタイムの終了時に、最初に開いていたスイッチを閉じることを命令する、
ように設計されたコントロールシステムと、
－１つのスイッチのターミナルの間に存在するスイッチ電圧を測定する測定装置と、
を備え、
当該コントロールシステムは、スイッチングアームが２つの方向のうちの第１方向にスイッチングする第１スイッチング動作のために、
－最初に閉じられていたスイッチを開く命令に続いて、測定されたスイッチ電圧を監視し、且つ、
・スイッチ電圧が、ゼロ電圧とＤＣ電圧との間の所定の閾値を交差するときを検出すること、及び、
・交差の検出に基づいて、現在の第１スイッチング動作のためのデッドタイムを決定すること、によって、
－監視されたスイッチ電圧に基づいて、現在の第１スイッチング動作のためのデッドタイムを決定する、
ようにさらに設計され、
当該コントロールシステムは、第１スイッチング動作に続く、スイッチングアームが２つの方向のうちのもう一方の方向にスイッチングする第２スイッチング動作のために、
－最初に閉じられていたスイッチを開くことを命令し、
－過去の第１スイッチング動作のデッドタイムに基づいて、現在の第２スイッチング動作のためのデッドタイムを決定し、
－現在の第２スイッチング動作のために決定されたデッドタイムの終了時に、最初に開いていたスイッチを閉じることを命令するように、
さらに設計された、
スイッチングシステムに関する。

【0024】

必要に応じて、決定されたデッドタイムは、最初に閉じられていたスイッチを開く命令から、交差の検出まで延長する。

【0025】

また、必要に応じて、コントロールシステムは、最初に閉じられていたスイッチを開く命令と交差の検出との間の時間間隔に基づいて、現在のデッドタイムが交差の検出より後に終了するように、第１スイッチング動作のためのデッドタイムを決定するように設計される。

【0026】

また、必要に応じて、スイッチ電圧は、ローサイドスイッチのターミナルの間に存在する電圧である。

【0027】

また、必要に応じて、第１スイッチング動作は、第１構成から第２構成へのスイッチング動作である。

【0028】

また、必要に応じて、第２スイッチング動作のためのデッドタイムは、第１スイッチング動作のデッドタイムと等しく取られる。

【0029】

また、必要に応じて、第２スイッチング動作のためのデッドタイムは、第１スイッチング動作のデッドタイムより大きく取られ、例えば、第１スイッチング動作のデッドタイムに所定の時間を加えたものと等しい。

【0030】

また、必要に応じて、スイッチングシステムは、ハイサイドスイッチのターミナルの間のコンデンサ及びローサイドスイッチのターミナルの間のコンデンサをさらに備える。

【0031】

また、提案されるのは、
ＤＣ電圧を供給するように設計された電圧源に接続することを目的としたスイッチングアームであって、電流入力ターミナル及び電流出力ターミナルを有するハイサイドスイッチ、並びに電流入力ターミナル及び電流出力ターミナルを備えるローサイドスイッチを備え、ハイサイドスイッチの電流出力ターミナル及びローサイドスイッチの電流入力ターミナルは、センタータップにて互いに接続される、スイッチングアームをスイッチする方法であって、
－スイッチングアームを、センタータップがゼロ電圧を有するように、ハイサイドスイッチが開かれ、且つローサイドスイッチが閉じられる第１構成、及びセンタータップがＤＣ電圧を有するように、ハイサイドスイッチが閉じられ、且つローサイドスイッチが開かれる第２構成の間の、２つの方向で交互にスイッチすることであって、各構成のスイッチング動作が、最初に閉じられていたスイッチを開く命令、及び次に、デッドタイムの終了時に、最初に開いていたスイッチを閉じる命令を含む、スイッチすること、を含み、
スイッチングアームが２つの方向のうちの第１方向にスイッチングする第１スイッチング動作のために、
－閉じられていたスイッチを開く命令に続いて、１つのスイッチのターミナルの間に存在するスイッチ電圧を監視することと、
・スイッチ電圧が、ゼロ電圧とＤＣ電圧の間の所定の閾値を交差するときを検出すること、及び
・交差の検出に基づいて、現在の第１スイッチング動作のためのデッドタイムを決定すること、によって、
－監視されたスイッチ電圧に基づいて、現在の第１スイッチング動作のためのデッドタイムを決定することと、
をさらに含み、
第１スイッチング動作に続く、スイッチングアームが２つの方向のうちのもう一方の方向にスイッチングする第２スイッチング動作は、
－最初に閉じられていたスイッチを開くことを命令することと、
－過去の第１スイッチング動作のデッドタイムに基づいて、現在の第２スイッチング動作のためのデッドタイムを決定することと、
－現在の第２スイッチング動作のために決定されたデッドタイムの終了時に、最初に開いていたスイッチを閉じることを命令することと、
をさらに含むことを特徴とする、方法である。

【0032】

また、提案されるのは、通信ネットワークからダウンロード可能であり、及び／又はコンピュータ可読媒体に格納されたコンピュータプログラムであって、コンピュータプログラムがコンピュータで実行されるとき、コンピュータプログラムが本発明におけるスイッチング方法のステップを実行するための命令を含むことを特徴とする、コンピュータプログラムである。

【0033】

本発明は、添付の図面を参照して、単に例として与えられる以下の説明の補助によってよりよく理解されるだろう。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明の一実施形態に係るスイッチングシステムを示す回路図。

【図2】本発明の一実施形態に係るスイッチング方法のステップを示すブロック図。

【図3】図２の方法を実装するときの、図１のスイッチングシステムの、電気量の時間変化を示すタイミング図。

【図4】本発明の他の実施形態に係るスイッチング方法のステップを示すブロック図。

【図5】図４の方法を実装するときの、図１のスイッチングシステムの、電気量の時間変化を示すタイミング図。

【0035】

図１を参照して、本発明を実現する電気設備１００の一例が説明される。

【0036】

電気設備１００は、例えば、電気又は電気と熱のハイブリッド推進力を有する車両等の自動車の一部を形成する。

【0037】

電気設備１００は、先ず、Ｕ、Ｖ、Ｗの３つの相、例えば固定子相を有する電気機械を備える。電気機械は、例えばモータモード及び発電機モードで選択的に動作するように設計される。

【0038】

電気設備１００は、電気設備１００の電気アース１０４を基準に、ＤＣ電圧ＶＨＴを供給するように設計されたＤＣ電圧源１０２をさらに備える。電圧源１０２は、例えばバッテリを備える。電圧ＶＨＴは一般的に高く、例えば１００Ｖより大きい。

【0039】

電気機械１００は、ＤＣ電圧ＶＨＴ及び相Ｕ、Ｖ、Ｗ上にそれぞれ存在するＡＣ相電圧の間で変換を遂行するように設計された電圧変換器１０６をさらに備える。

【0040】

この目的のために、電圧変換器１０６は、電気機械の相Ｕ、Ｖ、Ｗそれぞれに専用であり、対応する相Ｕ、Ｖ、Ｗを電圧源１０２（即ち、ＤＣ電圧ＶＨＴ）及び電気アース１０４（即ち、ゼロ電圧）に交互に接続するように設計された３つのスイッチングアーム１０８、１１０、１１２を備える。電気機械がモータモードで動作するとき、電圧変換器１０６は、ＤＣ電圧ＶＨＴを相電圧に変換するようにインバータモードで動作するように設計される。電気機械が発電機モードで動作するとき、電圧変換器１０６は、例えばＤＣ電圧源１０２を再充電するために、相電圧をＤＣ電圧ＶＨＴに変換するように整流器モードで動作するように設計される。

【0041】

スイッチングアーム１０８、１１０、１１２が同一であるため、スイッチングアーム１１０のみを詳細に説明する。

【0042】

スイッチングアーム１１０は、一方では、電流入力ターミナルＨＣ及び電流出力ターミナルＨＥを有するハイサイドスイッチＱ６と、もう一方では、電流入力ターミナルＬＣ及び電流出力ターミナルＬＥを有するローサイドスイッチＱ２とを備える。ハイサイドスイッチ１０４の電流出力ターミナルＨＥとローサイドスイッチ１０６の電流入力ターミナルＬＣは、センタータップＭにて互いに接続され、センタータップＭ自体は、電気機械の各相の１つ、スイッチングアーム１１０の相Ｖに接続される。さらに、ハイサイドスイッチＱ６の電流入力ターミナルＨＣは、ＤＣ電圧源１０２に接続され、ローサイドスイッチＱ２の電流出力ターミナルＬＥは電気アース１０４に接続される。

【0043】

各スイッチＱ６、Ｑ２は、それぞれＨＧとＬＧに参照されるコントロールターミナルをさらに有する。各コントロールターミナルＨＧ、ＬＧは、対応するスイッチＱ６、Ｑ２を選択的に開閉する命令を受けることを意図されている。スイッチＱ６、Ｑ２は、それぞれ開いているとき、又は閉じられているとき、その電流入力ターミナルＨＣ、ＬＣからその電流出力ターミナルＨＥ、ＬＥへ電流が流れることをそれぞれ防止、又は可能とするように設計される。命令は、一般的にコントロールターミナルと電流出力ターミナルの間の電圧の形態であり、この電圧は、ハイサイドスイッチＱ６に関してＨＶＧＥ、ローサイドスイッチに関してＬＶＧＥとして示される。

【0044】

スイッチングアーム１１０は、ハイサイドスイッチのターミナルＨＣ、ＨＥの間のコンデンサＣ２、及びローサイドスイッチのターミナルＬＣ、ＬＥの間のコンデンサＣ４をさらに備える。コンデンサＣ２、Ｃ４はソフトスイッチングコンデンサであり、ＺＶＳ（ゼロ電圧スイッチングを意味する）の略語で示される。

【0045】

スイッチＱ６、Ｑ２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ：metal oxide semiconductor field-effect transistorの略語）又はＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：insulated-gate bipolar transistorの略語）などの半導体トランジスタである。

【0046】

電圧変換器１０６は、スイッチングアーム１０８、１１０、１１２を制御するためのコントロールシステム１１４であって、ハイサイドスイッチが開かれ、且つローサイドスイッチが閉じられる第１構成、及びハイサイドスイッチが閉じられ、且つローサイドスイッチが開かれる第２構成の間で交互にスイッチするように設計されたコントロールシステム１１４をさらに備える。したがって、第１構成では、スイッチングアーム１０８、１１０、１１２と対応された相Ｕ、Ｖ、Ｗは、そこにゼロ電圧を有するように電気アース１０４に接続され、一方、第２構成では、スイッチングアーム１０８、１１０、１１２と対応された相Ｕ、Ｖ、Ｗは、そこにＤＣ電圧ＶＨＴを有するようにＤＣ電圧源１０２に接続される。この目的のために、コントロールシステム１１４は、それぞれの構成のスイッチング動作で、最初に閉じられていたスイッチを開くことを命令し、及び次に、デッドタイムの終了時に、最初に開いていたスイッチを閉じることを命令する。最初に閉じられていた、又は開いていたスイッチとは、それぞれ、現在のスイッチング動作の開始時に、閉じられていた、又は開いていた状態のスイッチを意味すると理解される。

【0047】

コントロールシステム１１４の動作は、図２乃至５を参照して以下でより詳しく説明される。

【0048】

電圧変換器１０６は、スイッチＱ６、Ｑ２のうちの１つの電流入力ターミナルと電流出力ターミナルとの間に存在するスイッチ電圧を測定するための測定装置１１６をさらに備える。

【0049】

説明された例において、測定されたスイッチ電圧は、ローサイドスイッチＱ２の電流入力ターミナルと電流出力ターミナルＬＣ、ＬＥの間に存在する電圧ＬＶＣＥである。

【0050】

さらに説明された例において、測定装置１１６は、コントロールシステム１１４に、電圧ＬＶＣＥを示す測定された電圧ＶＭを提供するように設計される。より詳しくは、説明された例において、測定された電圧ＶＭは電圧ＬＶＣＥの波形である。この目的のために、測定装置１１６は、例えば、電圧ＬＶＣＥの波形を形成する低周波だけを保持するように、電圧ＬＶＣＥの高周波をフィルタリングする高周波フィルタリング要素を備える。

【0051】

説明された例において、測定装置１１６は、先ず、測定された電圧ＶＭを有することを意図される出力点ＰＳを有する。

【0052】

測定装置１１６は、センタータップＭの方向の伝導を可能とする、センタータップＭ及び出力点ＰＳの間に接続された入力ダイオードをさらに備える。

【0053】

測定装置１１６は、例えば１２Ｖである第１ＤＣ電圧源Ｖ４をさらに備える。

【0054】

測定装置１１６は、ＤＣ電圧源Ｖ４と出力点ＰＳの間に互いに接続される、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ６を並列に備える高周波フィルタリング回路をさらに備える。

【0055】

測定装置１１６は、例えば１２Ｖである第２ＤＣ電圧源Ｖ３、及びセンタータップにて互いに接続される抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ５を有する分圧回路をさらに備える。

【0056】

測定装置１１６は、抵抗Ｒ２、Ｒ５のセンタータップと出力ターミナルＳの間に接続されるダイオードＤ１をさらに備える。

【0057】

ここで、図２及び３を参照して、本発明の第１実施形態に係るスイッチング方法２００の一例が説明される。

【0058】

方法２００の開始時に、ステップ２０２において、スイッチングアーム１１０は、ハイサイドスイッチＱ６が開かれ、ローサイドスイッチＱ２が閉じられる第１構成にある。

【0059】

ステップ２０４において、コントロールシステム１１４は、時刻ｔ１にて、最初に閉じられていたスイッチ、即ち、この場合にはローサイドスイッチＱ２を開く命令をすることにより、第１構成から第２構成へのスイッチング動作を開始する。

【0060】

ステップ２０６において、ローサイドスイッチＱ２を開く命令に続いて、コントロールシステム１１４は、測定された電圧ＶＭを監視することにより、ローサイドスイッチＱ２のスイッチ電圧ＬＶＣＥを監視する。

【0061】

ステップ２０８において、コントロールシステム１１４は、監視されたスイッチ電圧ＬＶＣＥに基づいて、現在のスイッチング動作のためのデッドタイムＴＭを決定する。

【0062】

この目的のために、ステップ２１０において、コントロールシステム１１４は、時刻ｔ２にて、スイッチ電圧ＬＶＣＥが所定の閾値Ｓを交差することを検出する。波形を有利に用いると、閾値周辺の急速な振動、したがって望ましくない検出を制限することが可能になる。

【0063】

次に、ステップ２１２において、コントロールシステム１１４は、交差の検出に基づいてデッドタイムＴＭを決定する。説明された例において、デッドタイムＴＭは開く命令（時間ｔ１）から交差の検出（時間ｔ２）まで延長する。

【0064】

したがって、デッドタイムＴＭは次の式を用いて決定される。

【0065】

［数式１］
ＴＭ ＝ ｔ２ － ｔ１

【0066】

代替方法として、デッドタイムＴＭは、ローサイドスイッチＱ２を開く命令（時間ｔ１）と交差の検出（時間ｔ２）の間の時間間隔ｔ２－ｔ１に基づいて、現在のスイッチング動作に用いられるために、このデッドタイムＴＭが交差ｔ２の検出より後に終了するように決定され得る。

【0067】

例えば、デッドタイムＴＭは、開く命令（時間ｔ１）から交差の検出（時間ｔ２）に所定の維持時間Ｐ１を加えたときまで延長し得る。したがって、デッドタイムＴＭは次の式を用いて決定される。

【0068】

［数式２］
ＴＭ ＝ ｔ２ － ｔ１ ＋ Ｐ１

【0069】

ステップ２１６において、コントロールシステム１１４は、デッドタイムＴＭを記録する。

【0070】

ステップ２１８において、コントロールシステム１１４は、デッドタイムＴＭの終了時に、最初に開いていたスイッチ、この場合には、ハイサイドスイッチＱ６を閉じることを命令する。

【0071】

したがって、デッドタイムが開く命令（時間ｔ１）から交差の検出（時間ｔ２）まで延長すると、コントロールシステム１１４は、交差を検出するとき、最初に開いていたスイッチ、即ち、この場合には、ハイサイドスイッチＱ６を閉じることを命令する。

【0072】

ステップ２１８は、ステップ２１６の前、又は最中に遂行され得る。

【0073】

したがって、第１構成から第２構成へのスイッチング動作は終了し、スイッチングアーム１１０は、ステップ２２０において、正しくその第２構成になる、つまりハイサイドスイッチＱ６が閉じられ、ローサイドスイッチＱ２が開かれる。

【0074】

ステップ２２２において、コントロールシステム１１４は、最初に閉じられていたスイッチ、即ち、この場合には、ハイサイドスイッチＱ６を開くことを命令することにより、時間ｔ３に新たなスイッチング動作を開始する。

【0075】

ステップ２２４において、コントロールシステム１１４は、過去のスイッチング動作のデッドタイムＴＭに基づいて、現在のスイッチング動作のデッドタイムを決定する。

【0076】

説明された例において、現在のスイッチング動作のデッドタイムは、過去のスイッチング動作のデッドタイムＴＭと等しい。

【0077】

したがって、デッドタイムＴＭの終了時に、ステップ２２６において、コントロールシステム１１４は、最初に開いていたスイッチ、即ち、この場合には、ローサイドスイッチＱ２を閉じることを命令する。

【0078】

代替方法として、決定されたデッドタイムは、過去のスイッチング動作のデッドタイムより大きく取られ、例えば、過去のスイッチング動作のデッドタイムに所定の持続時間Ｐ２を加えたものと等しい。この場合には、次の式が用いられてよい。

【0079】

［数式３］
ＴＭ（次） ＝ ＴＭ（過去） ＋ Ｐ２

【0080】

したがって、第２構成から第１構成へのスイッチング動作は終了し、スイッチングアーム１１０は、ステップ２３０の終了時に、正しくその第１構成になる、つまりハイサイドスイッチＱ６が閉じられ、ローサイドスイッチＱ２が開かれる。

【0081】

方法２００は、続いてステップ２０２に戻ることで繰り返されてよい。

【0082】

ここで、図４及び５を参照して、本発明の第２実施形態におけるスイッチング方法４００の一例が説明される。

【0083】

本発明のこの第２実施形態において、連続するスイッチング動作のそれぞれのデッドタイムは、監視されたスイッチ電圧に基づいて決定される一方、本発明の第１実施形態では、第２構成から第１構成へのスイッチング動作のデッドタイムは、過去のスイッチング動作（第１構成から第２構成へのスイッチング動作）のデッドタイムに基づいてそれぞれ決定される。

【0084】

デッドタイムを決定するために閾値交差が用いられると、第２構成から第１構成へのスイッチング動作、及び第１構成から第２構成へのスイッチング動作に、好ましくは、異なる閾値が使われる。これら閾値はそれぞれＳ１とＳ２で示され、閾値Ｓ１は閾値Ｓ２より大きい。

【0085】

より詳しくは、方法４００は、第１構成から第２構成へのスイッチング動作に関して、既に説明されたステップ２０２乃至２２０を含む。

【0086】

逆のスイッチング動作（第２構成から第１構成へ）のために、方法４００は、各ステップ２０４、２０６、２０８、及び２１８とそれぞれ同一であるが、スイッチの役割が逆であり、閾値Ｓ１の代わりに閾値Ｓ２が用いられ、それにより、現在のスイッチング動作のために、過去のスイッチング動作のデッドタイムＴＭ１と異なるデッドタイムＴＭ２を与え得る、ステップ２０４’、２０６’、２０８’、及び２１８’を含む。

【0087】

上述されたように、スイッチングアーム１０８、１１０、１１２の第１構成において、センタータップＭは、ゼロ電圧を有するように電気アース１０４に接続され、したがってこのゼロ電圧を有する一方、第２構成において、センタータップは、ＤＣ電圧ＶＨＴを有するようにＤＣ電圧源１０２に接続され、したがってこのＤＣ電圧ＶＨＴを有する。

【0088】

さらに、有利には、そして図面に示されたように、所定の閾値Ｓ、Ｓ１、Ｓ２のそれぞれは、ゼロ電圧とＤＣ電圧ＶＨＴの間にある。説明された例において、ＤＣ電圧ＶＨＴが正であることから、これら閾値は正である。さらに、例えば、閾値Ｓ及び閾値Ｓ１はそれぞれＤＣ電圧ＶＨＴの８５％から９５％の間にある一方、閾値Ｓ２は、例えば、ＤＣ電圧ＶＨＴの５％から１５％の間にある。

【0089】

上述したようなスイッチングシステムが、電圧変換器及び／又は電気機械の動作状態に依存せず、スイッチ電圧と所定のデータ（記載された例におけるＰ１、Ｐ２）のみに基づいてデッドタイムを決定することを可能とすることが明らかである。さらに、デッドタイムはスイッチ電圧を測定することにより決定され、したがって、電気機械の動作点にかかわらず実質的に同様の信頼性、及び非常に単純なハードウェア手段、つまり図１に示されたような非常に単純なコントロールシステム及び測定装置の適応を有する。

【0090】

なお、本発明は上述した実施形態に限定されないことも留意されたい。実際に、当業者には、開示された教示に照らして、上述の実施形態に対して様々な変更が可能なことが明らかであろう。

【0091】

特に、現在のスイッチング動作のためのデッドタイムは、閾値交差を検出する以外の方法で、監視されたスイッチ電圧に基づいて決定されてよい。例えば、現在のスイッチング動作のデッドタイムは、監視されたスイッチ電圧の傾きに基づいて決定され得る。

【0092】

さらに、測定されたスイッチ電圧は、例えば、センタータップＭとＤＣ電圧源１０２の間のハイサイドスイッチの電圧であってよい。

【0093】

本発明はさらに、特にソフトスイッチングが望ましい場合、ＤＣ／ＤＣ電圧変換器又はオンボードチャージャなど、スイッチングアームを用いる任意の電気機械に換えてよい。

【0094】

さらに、説明されたステップは、任意の技術的に実行可能な他の順番で遂行され得る。

【0095】

上述された詳細な記載において、使用された用語は、本発明を本明細書に開示された実施形態に限定するものとして解釈されるべきではなく、当業者がその一般知識を適用して開示された教示を実施することにより、当業者の能力の範囲内にある全ての均等物を含むように解釈されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】