(57)【要約】【課題】電流スイッチング装置（８）は、集積ゲート転流サイリスタ（１０）とゲート・ユニット（１２）とを具える。【解決手段】集積ゲート転流サイリスタは、アノード（１４）、カソード（１６）およびゲート（１８）を有し、アノードとカソードとの間の電流は、スイッチオフ電圧（４０）をゲートに印加することによって中断可能であり、ゲート・ユニットは、スイッチオフ電圧を生成する。ゲート・ユニットおよびゲートに対するゲート・ユニットの接続は、浮遊インピーダンスを有するゲート回路（３８）を構成する。ゲート・ユニットは、カソードとゲートとの間の降伏電圧（ＶＧＲＭＡＸ）より高い最大値（４４）を有するスパイクのスイッチオフ電圧を生成するように構成され、ゲートにおけるスイッチオフ電圧は、ゲート回路の浮遊インピーダンスのため、降伏電圧（ＶＧＲＭＡＸ）未満にとどまる。【選択図】図１
2014212692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積ゲート転流サイリスタ（１０）とゲート・ユニット（１２）とを具える電流スイッチング装置（８、８’）であって、
前記集積ゲート転流サイリスタ（１０）は、アノード（１４）、カソード（１６）およびゲート（１８）を有し、
前記アノード（１４）と前記カソード（１６）との間の電流は、スイッチオフ電圧（４０）を前記ゲート（１８）に印加することによって中断可能であり、
前記ゲート・ユニット（１２）は、前記スイッチオフ電圧（４０）を生成し、
前記ゲート・ユニット（１２）および前記ゲート（１８）に対する前記ゲート・ユニット（１２）の接続は、浮遊インピーダンスを有するゲート回路（３８）を構成し、
前記ゲート・ユニット（１２）は、前記カソード（１６）と前記ゲート（１８）との間の降伏電圧（ＶＧＲＭＡＸ）より高い最大値（４４）を有するスパイクのスイッチオフ電圧（４０）を生成するように構成され、
前記ゲート（１８）におけるスイッチオフ電圧は、前記ゲート回路（３８）の前記浮遊インピーダンスのため、前記降伏電圧（ＶＧＲＭＡＸ）未満にとどまる、
電流スイッチング装置（８、８’）。
【請求項２】
前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）の前記最大値（４４）は、前記降伏電圧（ＶＧＲＭＡＸ）の少なくとも２倍である、
請求項１記載の電流スイッチング装置（８、８’）。
【請求項３】
前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）のスパイク幅は、数μｓ未満である、
請求項１または２記載の電流スイッチング装置（８、８’）。
【請求項４】
前記ゲート・ユニット（１２）は、一定のパターンを有する前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）を生成するための電圧源（３０）を具える、
請求項１から３のいずれかに記載の電流スイッチング装置（８）。
【請求項５】
前記サイリスタ（１０）の前記ゲート（１８）におけるゲート電流を測定するためのゲート電流センサ（３６）をさらに具え、
前記ゲート・ユニット（１２）は、前記測定されたゲート電流に基づいて、前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）を調整するための電圧調整器（３０’）を具える、
請求項１から４のいずれかに記載の電流スイッチング装置（８’）。
【請求項６】
前記電圧調整器（３０’）は、前記測定されたゲート電流の時間依存に基づいて、前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）を調整するように構成されている、
請求項５記載の電流スイッチング装置（８’）。
【請求項７】
前記ゲート・ユニット（１２）は、前記降伏電圧（ＶＧＲＭＡＸ）より高い電圧を供給するための内部電圧源（２６）を具え、
前記内部電圧源（２６）には、前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）の前記最大値（４４）より低い、前記ゲート・ユニット（１２）の入力電圧（２２）が供給されている、
請求項１から６のいずれかに記載の電流スイッチング装置（８、８’）。
【請求項８】
前記内部電圧源（２６）は、前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）の出力の間の時間に充電されるキャパシタンスを具える、
請求項７記載の電流スイッチング装置（８、８’）。
【請求項９】
前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）は、前記ゲート・ユニット（１２）の第１のチャネル（３２）において生成され、
前記ゲート・ユニット（１２）は、前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）が生成された後、一定のスイッチオフ電圧（４６）を生成するように構成された第２のチャネル（３４）を具え、
前記一定のスイッチオフ電圧（４６）は、前記カソード（１６）と前記ゲート（１８）との間の前記降伏電圧（ＶＧＲＭＡＸ）より低い、
請求項１から８のいずれかに記載の電流スイッチング装置（８、８’）。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の電流スイッチング装置（８、８’）を複数具える中電圧インバータ（５０）。
【請求項１１】
集積ゲート転流サイリスタ（１０）のスイッチング方法であって、前記方法は、
ゲート・ユニット（１２）にて前記サイリスタ（１０）のためのスイッチオフ信号（２０）を受信するステップと、
前記サイリスタ（１０）のカソード（１６）とゲート（１８）との間の降伏電圧（ＶＧＲＭＡＸ）より大きい最大値（４４）を有するスパイクのスイッチオフ電圧（４０）を生成するステップと、
前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）を、ゲート回路（３８）を介して、前記サイリスタ（１０）の前記ゲート（１８）に印加するステップと、
を含み、
前記ゲート（１８）におけるスイッチオフ電圧は、前記ゲート回路（３８）の浮遊インピーダンスのため、前記降伏電圧（ＶＧＲＭＡＸ）未満にとどまる、
方法。
【請求項１２】
一定のパターンを有する前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）を生成するステップをさらに含む、
請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記サイリスタ（１０）の前記ゲート（１８）でゲート電流を測定するステップと、
前記測定されたゲート電流に基づいて、前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）を調整するステップと、
をさらに含む、
請求項１０または１１記載の方法。
【請求項１４】
前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）を印加するステップの後に、前記カソード（１６）と前記ゲート（１８）との間の前記降伏電圧（ＶＧＲＭＡＸ）より低い一定のスイッチオフ電圧（４６）を生成するステップをさらに含む、
請求項１０から１３のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高出力の電子機器の分野に関するものである。特に、本発明は、電流スイッチング装置、インバータおよび集積ゲート転流サイリスタ（ＩＧＣＴ）のスイッチング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＧＣＴは、速いスイッチング挙動および低いスイッチング損失のため、例えば、インバータおよび他の高出力の電子機器において用いられる半導体スイッチング装置である。導通状態のＩＧＣＴは、ＩＧＣＴのゲートに電圧を印加することによってスイッチオフ可能である。その後、アノードとカソードとの間の電流はブロックされ、ＩＧＣＴは、負電圧が再びゲートに印加されるまで、ブロックされた状態を維持する。
【０００３】
通常、ゲート・ユニットを用いて、スイッチングを制御し、特にＩＧＣＴのゲート電圧を制御する。従来のゲート・ユニットでは、利用できるゲート電圧は、ＧＣＴ技術によって、特にゲートとカソードとの間のダイオードのアバランシェまたは降伏電圧によって制限される。例えば、降伏電圧は約２４Ｖであり、ゲート・ユニットはスイッチオフの間、２０Ｖの定電圧を印加することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ターンオフ・スイッチングを改良するために、静的状態の間、ゲート・ユニットによって生成される電圧およびゲートとカソードとの間の降伏電圧を増加させることができる。この場合、降伏電圧が増加しないと、ゲートは一定のアバランシェにドライブされうる。降伏電圧の増加は、通常、可能ではあるが、ＩＧＣＴ技術において非常に大きな変化である。
【０００５】
あるいは、ゲート回路のインピーダンスを低下することも可能ではあるが、シリコンウエハの横方向の拡張、絶縁条件、コストなどのような実際的制限を被りうる。
【０００６】
本発明の目的は、ＩＧＣＴ自体を修正せずに、ＩＧＣＴを確実かつ高速にスイッチングすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、独立請求項の特徴事項によって達成される。さらに例示的な実施形態は、従属請求項および以下の説明から明白である。
【０００８】
本発明の第１の態様は、電流スイッチング装置に関する。電流スイッチング装置は、ＩＧＣＴと、その制御を行うゲート・ユニットと、を具えるモジュールとみなすことができる。電流スイッチング装置および特にＩＧＣＴは、１００Ａ超または１０００Ａ超さえの高電流および／または１０００Ｖまたは５０００Ｖ超の中電圧をスイッチングするように構成可能である。
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、ＩＧＣＴとゲート・ユニットとを具える電流スイッチング装置であって、ＩＧＣＴは、アノード、カソードおよびゲートを有し、アノードとカソードとの間の電流は、スイッチオフ電圧をゲートに印加することによって中断可能であり、ゲート・ユニットは、スイッチオフ電圧を生成し、ゲート・ユニットおよびゲートに対するゲート・ユニットの接続は、浮遊インピーダンスを有するゲート回路を構成する。ゲート・ユニットは、カソードとゲートとの間の降伏電圧より高い最大値を有するスパイクのスイッチオフ電圧を生成するように構成され、ゲートにおけるスイッチオフ電圧は、ゲート回路の浮遊インピーダンスのため、降伏電圧未満にとどまる。
【００１０】
上述したように、ＩＧＣＴは、ゲートとカソードとの間のダイオードを有し、このダイオードは、信頼性が高い方法でＩＧＣＴを動作するために、越えられてはならない降伏電圧またはアバランシェ電圧を有する。しかしながら、ゲートに接続されているゲート回路（ゲート・ユニットとゲート・コンタクトの間の電気接続およびゲート・ユニットの回路の全部または一部を具えることができる）は、一定ではないスイッチオフ電圧をゲートに印加するとき、考慮されうるインピーダンスを有する。
【００１１】
ゲート・ユニットはスパイクの（すなわち一定ではないおよび／または可変の）スイッチオフ電圧を生成することができ、このスパイクのスイッチオフ電圧は、ゲート回路によって、ゲートとカソードとの間のダイオードの降伏電圧未満にとどまる、ゲートでのスイッチオフ電圧に変換される。
【００１２】
一般に、スイッチオフのＩＧＣＴの制御は、一方では利用できるゲート電圧と、他方ではゲート回路のインピーダンスと、の間の競合（トレードオフ）とみなすことができる。この競合の目的は、アノード電圧が上昇し始める前に、（カソードから）ゲートへのアノード電流の大きさの転流（すなわちスイッチング）である。この転流に利用できる時間は、１μｓのオーダーである。ゲート・ユニットによって生成されるスパイクのスイッチオフ電圧のため、できるだけ高いスイッチオフ電圧および対応するゲート電流が、ゲートに印加される。
【００１３】
以下では、ゲート・ユニットによって印加される（または生成される）電圧をＶＧＵと称し、降伏電圧をＶＧＲと称する。降伏電圧ＶＧＲの変化に関して最大許容可能な電圧は、ＶＧＲＭＡＸと称し、ＶＧＲＭＡＸは、例えば、２０．５Ｖとすることができ、０．５Ｖの調整誤差ΔＶＧＵを含むことができる。
【００１４】
以下の式によれば、ゲート・ユニット電圧源とゲート・コンタクトとの間に誘導分圧器を具えるゲート回路は、ゲート電流が変化する時間の間、はるかに高いＶＧＵの印加を容易にする。
【数１】
2014212692.tif 000003
ここで、ＬσおよびＲσは、ゲート回路の浮遊インピーダンスであり、ＶＧＵＭＡＸはゲート・ユニットによって生成される最大許容可能電圧であり、ＩＧは、ゲート電流である。これらのパラメータは公知であり、ゲート電流およびその上昇速度が分かれば、降伏電圧ＶＧＲよりはるかに高い電圧を実際に印加することができる。例えば、インピーダンスのオーム部分（ＲσＩＧ）を無視して、妥当なゲート回路インピーダンス（Ｌσ）が３ｎＨであり、ゲート電流の上昇速度が５０ｋＡ／ｕｓであると仮定すると、許容可能な過電圧は、３・１０−９Ｈ×５０・１０９＝１５０Ｖとすることができる。
【００１５】
このように、スパイクのような、すなわち、上昇および下降電圧を有する２つのスロープ間の最大値を有する、ゲート・ユニットによって生成されるスイッチオフ電圧をモデル化することができる。スイッチオフ電圧が１つのスパイクのみを有してもよいし、複数のスパイクを有してもよい。
【００１６】
本発明の一実施形態によれば、スパイクのスイッチオフ電圧の最大値は、降伏電圧の少なくとも２倍、例えば降伏電圧の少なくとも１０倍、例えば５０Ｖ超または５００Ｖ超である。最大値は、上述の式に従ってゲート電流に依存しうる。
【００１７】
上述の式から、スイッチオフ電流の変化ｄＩＧ／ｄｔが大きいほど、ゲート・ユニットによって生成されたスイッチオフ電圧が高い、ということを導くことができる。これは、スパイクのスイッチオフ電圧の幅を短くすることができる。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、スパイクのスイッチオフ電圧のスパイク幅は、３０μｓ未満であり、例えば２０μｓまたは１０μｓ未満である。模範的には、スパイク幅は、少なくとも１μｓである。
【００１９】
一般に、ゲート・ユニットが所定のスイッチオフ電圧（一定のパターンを有する）を生成する、および／または、ゲート・ユニットがゲート電流の測定値に基づいてループ制御されたスイッチオフ電圧（可変パターンを有する）を供給する、ということが可能である。
【００２０】
本発明の一実施形態によれば、ゲート・ユニットは、一定のパターンを有するスパイクのスイッチオフ電圧を生成するための電圧源を具える。例えば、ゲート回路の周知の浮遊インピーダンスおよび推定された電流の展開から、スイッチオフ電圧の一定のパターンをモデル化することができる。この一定のパターンは、ＩＧＣＴがスイッチオフされていなければならないとき常にゲート・ユニットによって供給される。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、電流スイッチング装置は、サイリスタのゲートでゲート電流（特にスイッチオフ電流）を測定するためのゲート電流センサをさらに具え、ゲート・ユニットは、測定されたゲート電流に基づいてスパイクのスイッチオフ電圧を調整するための電圧調整器を具える。例えば、電圧調整器は、ゲート回路のインピーダンスを把握しており、短時間ステップの間にスイッチオフ電流を評価することによって、上述の式に基づいてスイッチオフ電圧を決定することができる。
【００２２】
本発明の一実施形態によれば、電圧調整器は、測定されたゲート電流の時間依存に基づいてスパイクのスイッチオフ電圧を調整するように構成されている。
【００２３】
（可変パターンを生成するための）電圧調整器および（一定パターンを生成するための）電圧源は、ゲート・ユニットの回路の一部とすることができる。電圧調整器および／または電圧源は、ＤＣ出力電圧を調整するように構成可能である。
【００２４】
要約すると、ゲート・ユニットは、ゲート電流の上昇速度で電圧を供給するように構成された「インテリジェントな」電圧調整および／または生成システムを備えることができる。システムは、アバランシェにゲートをドライブせずに、おそらくスイッチング中の非常に短時間の間以外に、可能な限り最大のゲート電圧を印加することができる。
【００２５】
本発明の一実施形態によれば、ゲート・ユニットはスパイクのスイッチオフ電圧を印加するための内部電圧源を具え、この内部電圧源には、スパイクのスイッチオフ電圧の最大値より低い、ゲート・ユニットの入力電圧が供給される。このように、ゲート・ユニットの供給電圧を増加する必要はない。内部電圧源は、高いスイッチオフ電圧が必要ない時間の間に充電可能である。例えば、電圧源は、スパイクのスイッチオフ電圧の生成の間の時間に充電されるキャパシタンスを具えることができる。内部電圧源および特にキャパシタンスは１００Ｖ、２００Ｖ、５００Ｖ超の電圧を、電圧源および／または電圧調整器に印加することができ、次に、電圧源および／または電圧調整器は、印加されたスイッチオフ電圧のパターンを形成する。
【００２６】
本発明の一実施形態によれば、スパイクのスイッチオフ電圧は、ゲート・ユニットの第１のチャネルにおいて生成される。第１のチャネルは、内部電圧源（降伏電圧よりはるかに高く充電されるコンデンサまたはコンデンサバンクを有する）および／または電圧源および／または電圧調整器を具えることができる。
【００２７】
第１のチャネルは、ターンオフ・チャネルとみなすことができ、ゲート電流の急峻な変化があるとき（ｄＩＧ／ｄｔ＞＞０）、最大許容可能なスイッチオフ電圧をターンオフで印加する役割を果たすことができる。第１のチャネルの出力電圧は、一定の大きさであり（すなわち、一定のパターンを有する）、かつ、時間に制限されているものとすることもできるし、または、調整された電圧（可変パターンおよび／または上述の式に従う）とすることもできる。
【００２８】
本発明の一実施形態によれば、ゲート・ユニットは、スパイクのスイッチオフ電圧が生成された後、一定のスイッチオフ電圧を生成するための第２のチャネルを具え、一定のスイッチオフ電圧は、カソードとゲートとの間の降伏電圧より低い。ゲート・ユニットは、２つのオフ・チャネルおよびこれらの間のスイッチングのためのゲートウェイを有することができ、第１のチャネルは、静的ソースとして降伏電圧未満の電圧を有し、第２のチャネルは、動的ソースとして降伏電圧より高い最大電圧によって調整される。
【００２９】
第２のチャネルはオフ・チャネルとみなすことができ、デバイスが意図せず起動するのを防止する役割を果たすことができる（ｄＶ／ｄｔなど）。第２のチャネルは、同等に緩和されたインピーダンス要件を有するゲートに接続可能である。第２のチャネルの電圧は、必ずしも降伏電圧に関連しなくてもよく、例えば５Ｖと、かなり低くてもよい。
【００３０】
以下の構成によれば、チャネルは、時間で分離して、ゲートに適用可能である。第１のチャネルの出力電圧が第２のチャネルの出力電圧より高いときはいつでも、第１のチャネルが適用可能である。その他の場合は、第２のチャネルが適用可能である。
【００３１】
２つのチャネルを有する構成の１つの利点は、特に増加し続ける定格電流のＩＧＣＴに適用可能な高いターンオフ電流を考慮すると、ゲート回路のインピーダンスを低下させる困難性を回避できることである。さらなる利点は、内部電圧源用のキャパシタンスの必要性が低下することである。
【００３２】
本発明のさらなる態様は、上述および後述するように、複数の電流スイッチング装置を具える中電圧インバータに関する。例えば、定電圧源の間に直列に接続される２つのスイッチング装置を（適正な制御とともに）用いて、それらの相互接続で交流単相電流を生成することができる。
【００３３】
本発明のさらなる態様は、ＩＧＣＴをスイッチングする方法に関する。方法は、ＩＧＣＴ用のゲート・ユニットによって、自動的に実行可能である。上述および後述する方法の特徴が、上述および後述する電流スイッチング装置の特徴とすることができるということを理解されたい。
【００３４】
本発明の一実施形態によれば、方法は、ゲート・ユニットにてサイリスタのためのスイッチオフ信号を受信するステップと、サイリスタのカソードとゲートとの間の降伏電圧より大きい最大値を有するスパイクのスイッチオフ電圧を生成するステップと、スパイクのスイッチオフ電圧を、ゲート回路を介して、サイリスタのゲートに印加するステップと、を含み、ゲートにおけるスイッチオフ電圧は、ゲート回路の浮遊インピーダンスのため、降伏電圧未満にとどまる。
【００３５】
言い換えると、ゲート回路のインピーダンスには、ゲート・ユニットによって生成されるスイッチオフ電圧の最大値の設定が考慮されうる。ゲート電流が高速に変化する場合、生成されたスイッチオフ電圧は、ゲートとカソードとの間の降伏電圧よりはるかに高くすることができる。
【００３６】
本発明の一実施形態によれば、方法は、一定のパターンを有するスパイクのスイッチオフ電圧を生成するステップをさらに含む。上述したように、スイッチオフ信号が受信されるとき、ゲート・ユニットは同一のスパイクのスイッチオフ電圧を常に生成する電圧源を具えることができる。
【００３７】
本発明の一実施形態によれば、方法は、サイリスタのゲートでゲート電流を測定するステップと、測定されたゲート電流に基づいて、スパイクのスイッチオフ電圧を調整するステップと、をさらに含む。印加されたスイッチオフ電圧の最大値またはパターンを、測定されたゲート電流に基づいて制御することが可能である。
【００３８】
本発明の一実施形態によれば、方法は、スパイクのスイッチオフ電圧を印加するステップの後に、カソードとゲートとの間の降伏電圧より低い一定のスイッチオフ電圧を生成するステップをさらに含む。これらの２つの電圧は、上述および後述するゲート・ユニットのチャネルによって生成可能である。
【００３９】
本発明のこれらおよびその他の態様は、以下に記載されている実施形態を参照して明らか  になる。
【００４０】
本発明の特徴事項は、添付図面に示される例示的な実施形態を参照しながら、以下の文章においてさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に従う電流スイッチング装置を図式的に示す。
【図２】本発明の他の実施形態に従う電流スイッチング装置を図式的に示す。
【図３】本発明の一実施形態に従うスパイクのスイッチオフ電圧を有する図である。
【図４】本発明の一実施形態に従うインバータを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
原則として、図面において、同一の部分は、同一の参照符号が付される。
【００４３】
図１は、ＩＧＣＴ１０およびゲート・ユニット１２を有する電流スイッチング装置８を示す。ＩＧＣＴ１０はアノード１４およびカソード１６を有し、これらは電流スイッチング装置８の高出力を供給する。ＩＧＣＴ１０は、ゲート１８をさらに有し、ゲート１８は、ＩＧＣＴ１０をスイッチングするため用いられる。負のスイッチオン電圧がゲート１８に印加されると、ＩＧＣＴ１０は導通し、電流はアノード１４とカソード１６との間に流れることができる。正のスイッチオフ電圧がゲート１８に印加されると、ＩＧＣＴ１０はブロックされ、アノード１４とカソード１６間の電流は遮断される。
【００４４】
ゲート１８とカソード１６との間のダイオードのアバランシェを防止するために、スイッチオフ電圧は、ＩＧＣＴ１０の設計に依存する降伏電圧を超える必要はない。例えば、ＩＧＣＴ１０は、１０００Ａと５０００Ａの電流をスイッチングするように構成可能であり、降伏電圧は約２４Ｖとすることができる。
【００４５】
ゲート１８に印加される電圧は、電流スイッチング装置８の２つの低入力端２０、２２を提供するゲート・ユニット１２によって生成される。信号入力端２０で、ゲート・ユニット１２は、ＩＧＣＴ１０のスイッチングをトリガするスイッチオン信号およびスイッチオフ信号を受信することができる。さらにまた、ゲート・ユニット１２は、低電圧源に接続可能な電源入力端２２を有し、低電圧源は、例えば２０Ｖの降伏電圧の大きさの電圧を供給することができる。
【００４６】
ゲート・ユニット１２は、コントローラ２４と、内部電圧源２６と、定電圧源２８と、可変電圧源３０と、を具える。コントローラ２４は、スイッチオフ信号およびスイッチオン信号を受信することができ、定電圧源２８および可変電圧源３０を制御し、ゲート１８に印加される対応する電圧を生成することができる。
【００４７】
定電圧源２８は、ゲート１８とカソード１６との間の降伏電圧より低い、ゲート１８に印加される定電圧（例えば５Ｖ）を生成するように構成される。この定電圧は、入力端２２で入力電圧から直接生成されることができ、ＩＧＣＴ１０が意図せずに起動するのを防止するために用いることができる。
【００４８】
可変電圧源３０は、降伏電圧より高くすることができる、ゲート１８に印加される可変電圧を生成するように構成される。可変電圧は、入力端２２での電圧をより高いレベルに変換するように構成されている、内部電圧源２６の出力電圧から生成される。内部電圧源２６は、この電圧で充電されるコンデンサバンクを具えることができる。
【００４９】
内部電圧源２６および可変電圧源３０はゲート・ユニット１２の第１のチャネル３２とみなすことができ、定電圧源２８はゲート・ユニット１２の第２のチャネル３４とみなすことができる。
【００５０】
可変電圧源３０は、コントローラ２４によってトリガされると、スパイクのスイッチオフ電圧４０を生成するように構成され、このことは、図３を参照してさらに詳細に説明される。スパイクのスイッチオフ電圧４０は、一定の形状またはパターンを有する、すなわち、例えば、ゲート電流のような他のパラメータに依存することがない。
【００５１】
図２は、電流スイッチング装置８のさらなる実施形態を示し、図２では、可変電圧源３０の代わりに、可変電圧調整器３０’が設けられている。可変電圧調整器３０’は、ゲート１８の電流センサ３６から測定信号を受信し、測定されたゲート電流に基づくパターンを有するスパイクのスイッチオフ電圧４０を生成する。
【００５２】
図３は、スパイクのスイッチオフ電圧４０を有する図を示す。図３を参照して、ゲート・ユニット１２によって実行可能なスパイクのスイッチオフ電圧４０を生成する方法を説明する。
【００５３】
時間ｔ１の前に、ＩＧＣＴ１０は導通し、電流はアノード１４とカソード１６との間に流れている。
【００５４】
図３に示すように、時間ｔ１で、ゲート・ユニット１２のコントローラ２４は、スイッチオフ信号を受信し、可変電圧源３０または可変電圧調整器３０’をトリガし、スパイクのスイッチオフ電圧を生成する。
【００５５】
（スパイク幅に対応する）時間ｔ１とｔ２との間に、スパイクの可変電圧４０は生成され、ＩＧＣＴ１０のゲート１８に印加される。可変電圧源３０または可変電圧調整器３０’によって生成される可変電圧４０のパターンまたは形状は、ゲート回路３８、すなわちゲート・ユニット１２およびゲート１８の回路のインピーダンスのため、ゲート１８における電圧は、降伏電圧ＶＧＲＭＡＸを超えないように形成される。上述した式に従って、スイッチオフ電圧ＶＧＵのための最大許容電圧ＶＧＵＭＡＸは、ゲート回路３８の浮遊インピーダンス（ＬσおよびＲσ）、ゲート電流ＩＧおよびゲート電流ＩＧの時間導関数に依存する。このように、ゲート電流が高い、および／または、急速に変化するとき、ゲート・ユニット１２によって生成されるスイッチオフ電圧ＶＧＵは、降伏電圧ＶＧＲＭＡＸより（はるかに）高くすることができる。
【００５６】
図３において、スパイクのスイッチオフ電圧４０は、降伏電圧ＶＧＲＭＡＸより高い１つの最大値４４を有するスパイク４２を有する。スイッチオフ電圧は、そのスパイク４２を有するスパイクのスイッチオフ電圧４０、および、模範的には、一定のスイッチオフ電圧４６を具える。
【００５７】
スイッチオフ信号２０が受信されるたびに、スパイクのスイッチオフ電圧４０の最大値４４および／または形状またはパターンを固定することができる。例えば、可変電圧源３０は、一定パターンのスパイクのスイッチオフ電圧４０を生成する。
【００５８】
しかしながら、最大値および／または形状をゲート電流に適合させることも可能である。例えば、可変電圧調整器３０’は、可変パターンのスパイクのスイッチオフ電圧４０を生成する。例えば、時間ｔ１とｔ２との間では、可変電圧調整器３０’は、センサ３６から測定信号を受信し、上述の式に基づいてスパイクのスイッチオフ電圧４０を計算することができる。特に、スパイクのスイッチオフ電圧４０は、上述の式に従って計算可能である、すなわち、出力電圧４０は、上述の式の右側から計算される値に設定可能である。
【００５９】
時間ｔ２の後、第１のチャネル３２によって生成されるスパイクのスイッチオフ電圧４０が、第２のチャネル３４によって生成される電圧未満に降下すると、電圧生成は第２のチャネル３４にスイッチングされる。このように、時間ｔ２の後、ゲート１８に印加される電圧４６は、定電圧源２８によって生成される。降伏電圧ＶＧＲＭＡＸより低くすることができる電圧４６を用いて、意図的しないＩＧＣＴ１０のスイッチングが防止される。
【００６０】
図４は、６つの電流スイッチング装置８を具えるインバータ５０を示す。３対の電流スイッチング装置８は、ＤＣ中電圧源５２に並列に接続されている。スイッチング装置８のためのスイッチング信号２０を生成するコントローラ５４を制御することによって、電流スイッチング装置８の各対は、交流単相出力電流５６を生成する。このように、インバータ５０は、例えば、電気モーターに印加可能な三相出力電流を生成することができる。
【００６１】
本発明が、図面および明細書において詳細に図示および説明されているが、この種の図示および説明は、例示的であり、限定的ではなく、本発明は、記載された実施形態に限定されるものではない。記載された実施形態に対する他の変更は、当業者によって理解可能であるとともに遂行可能であり、本発明は、図面、明細書および添付の特許請求の範囲から実行可能である。特許請求の範囲において、「具える」「含む」という用語は他の要素またはステップを除外せず、単数の要素は複数の要素を除外しない。１つのプロセッサまたはコントローラまたは他のユニットは、特許請求の範囲に記載のいくつかの要素の機能を達成可能である。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという事実は、これらの手段の組合せが、有効に用いられないということを示すわけではない。特許請求の範囲の参照記号は、制限するものとして解釈されてはならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年8月6日(2014.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積ゲート転流サイリスタ（１０）とゲート・ユニット（１２）とを具える電流スイッチング装置（８、８’）であって、
前記集積ゲート転流サイリスタ（１０）は、アノード（１４）、カソード（１６）およびゲート（１８）を有し、
前記アノード（１４）と前記カソード（１６）との間の電流は、スイッチオフ電圧（４０）を前記ゲート（１８）に印加することによって中断可能であり、
前記ゲート・ユニット（１２）は、前記スイッチオフ電圧（４０）を生成し、
前記ゲート・ユニット（１２）および前記ゲート（１８）に対する前記ゲート・ユニット（１２）の接続は、浮遊インピーダンスを有するゲート回路（３８）を構成し、
前記ゲート・ユニット（１２）は、前記カソード（１６）と前記ゲート（１８）との間の降伏電圧（ＶＧＲＭＡＸ）より高い最大値（４４）を有するスパイクのスイッチオフ電圧（４０）を生成するように構成され、
前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）は、前記ゲート（１８）におけるスイッチオフ電圧に変換され、
前記ゲート（１８）における前記スイッチオフ電圧は、前記ゲート回路（３８）の前記浮遊インピーダンスのため、前記降伏電圧（ＶＧＲＭＡＸ）未満にとどまる、
電流スイッチング装置（８、８’）。
【請求項２】
前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）の前記最大値（４４）は、前記降伏電圧（ＶＧＲＭＡＸ）の少なくとも２倍である、
請求項１記載の電流スイッチング装置（８、８’）。
【請求項３】
前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）のスパイク幅は、３０μｓ未満である、
請求項１または２記載の電流スイッチング装置（８、８’）。
【請求項４】
前記ゲート・ユニット（１２）は、一定のパターンを有する前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）を生成するための電圧源（３０）を具える、
請求項１から３のいずれかに記載の電流スイッチング装置（８）。
【請求項５】
前記ゲート（１８）におけるゲート電流を測定するためのゲート電流センサ（３６）をさらに具え、
前記ゲート・ユニット（１２）は、前記測定されたゲート電流に基づいて、前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）を調整するための電圧調整器（３０’）を具える、
請求項１から４のいずれかに記載の電流スイッチング装置（８’）。
【請求項６】
前記電圧調整器（３０’）は、前記測定されたゲート電流の時間依存に基づいて、前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）を調整するように構成されている、
請求項５記載の電流スイッチング装置（８’）。
【請求項７】
前記ゲート・ユニット（１２）は、前記降伏電圧（ＶＧＲＭＡＸ）より高い電圧を供給するための内部電圧源（２６）を具え、
前記内部電圧源（２６）には、前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）の前記最大値（４４）より低い、前記ゲート・ユニット（１２）の入力電圧（２２）が供給されている、
請求項１から６のいずれかに記載の電流スイッチング装置（８、８’）。
【請求項８】
前記内部電圧源（２６）は、前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）の出力の間の時間に充電されるキャパシタンスを具える、
請求項７記載の電流スイッチング装置（８、８’）。
【請求項９】
前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）は、前記ゲート・ユニット（１２）の第１のチャネル（３２）において生成され、
前記ゲート・ユニット（１２）は、前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）が生成された後、一定のスイッチオフ電圧（４６）を生成するように構成された第２のチャネル（３４）を具え、
前記一定のスイッチオフ電圧（４６）は、前記カソード（１６）と前記ゲート（１８）との間の前記降伏電圧（ＶＧＲＭＡＸ）より低い、
請求項１から８のいずれかに記載の電流スイッチング装置（８、８’）。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の電流スイッチング装置（８、８’）を複数具える中電圧インバータ（５０）。
【請求項１１】
集積ゲート転流サイリスタ（１０）のスイッチング方法であって、前記方法は、
ゲート・ユニット（１２）にて前記集積ゲート転流サイリスタ（１０）のためのスイッチオフ信号（２０）を受信するステップと、
前記集積ゲート転流サイリスタ（１０）のカソード（１６）とゲート（１８）との間の降伏電圧（ＶＧＲＭＡＸ）より大きい最大値（４４）を有するスパイクのスイッチオフ電圧（４０）を生成するステップと、
前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）を、ゲート回路（３８）を介して、前記ゲート（１８）におけるスイッチオフ電圧に変換するステップと、
を含み、
前記ゲート（１８）における前記スイッチオフ電圧は、前記ゲート回路（３８）の浮遊インピーダンスのため、前記降伏電圧（ＶＧＲＭＡＸ）未満にとどまり、
前記ゲート・ユニット（１２）および前記ゲート（１８）に対する前記ゲート・ユニット（１２）の接続は、浮遊インピーダンスを有するゲート回路（３８）を構成する、
方法。
【請求項１２】
一定のパターンを有する前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）を生成するステップをさらに含む、
請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記ゲート（１８）でゲート電流を測定するステップと、
前記測定されたゲート電流に基づいて、前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）を調整するステップと、
をさらに含む、
請求項１０または１１記載の方法。
【請求項１４】
前記スパイクのスイッチオフ電圧（４０）を印加するステップの後に、前記カソード（１６）と前記ゲート（１８）との間の前記降伏電圧（ＶＧＲＭＡＸ）より低い一定のスイッチオフ電圧（４６）を生成するステップをさらに含む、
請求項１０から１３のいずれかに記載の方法。
【外国語明細書】
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