(57)【要約】      （修正有）【課題】電源と負荷との間に直列に接続され、種々の周辺部サイズからなる複数の固体スイッチに向けられるフェールセーフリンクを提供する。【解決手段】内蔵試験回路５０が、種々の周辺部サイズのうちの１つ又は複数の両端間の過電圧状態を検知し、複数の固体スイッチ１、２のうちの少なくとも１つの固体スイッチの両端間の測定電圧に従って、種々の周辺部サイズのうちの１つ又は複数を開閉する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源（１０）と負荷（２０）との間に直列に接続される、種々の周辺部サイズからなる複数の固体スイッチ（１、２、３、４）と、
前記種々の周辺部サイズのうちの１つ又は複数の両端間の過電圧状態を検知し、前記複数の固体スイッチ（１、２、３、４）のうちの少なくとも１つの固体スイッチ（１）の両端間の測定電圧に従って、前記種々の周辺部サイズのうちの前記１つ又は複数を開閉する内蔵試験回路（５０）と
を備える、フェールセーフリンク。
【請求項２】
前記複数の固体スイッチ（１、２、３、４）は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む、請求項１に記載のフェールセーフリンク。
【請求項３】
前記内蔵試験回路（５０）は、固体電力コントローラ（Ａ、Ｂ）に負荷を与える電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む、請求項１又は２に記載のフェールセーフリンク。
【請求項４】
前記内蔵試験回路（５０）は、負荷と少なくとも１つの固体スイッチ（１、２、３、４）との間に電圧センサ（５０）を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のフェールセーフリンク。
【請求項５】
前記複数の固体スイッチ（１、２、３、４）のうちの第１の固体スイッチは、前記複数の固体スイッチ（１、２、３、４）のうちの第２の固体スイッチ（２）が閉位置において作動しなくなるとき、開位置のままになるように構成される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のフェールセーフリンク。
【請求項６】
前記第１の固体スイッチ（１）及び前記第２の固体スイッチ（２）は、そのゲート（３０、４０、６０）において、オフ又は開いた構成になるように構成される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のフェールセーフリンク。
【請求項７】
前記内蔵試験回路（５０）は、固体電力コントローラ（Ａ、Ｂ）に負荷を与え、前記作動しなくなった第２の固体スイッチ（２）の両端間に電圧が存在するか否かを判断するように構成される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のフェールセーフリンク。
【請求項８】
前記複数の固体スイッチ（１、２、３、４）のうちの第２の固体スイッチ（２）は、前記複数の固体スイッチ（１、２、３、４）のうちの第１の固体スイッチ（１）が閉位置において作動しなくなるときに、開位置のままになるように構成される、請求項５に記載のフェールセーフリンク。
【請求項９】
前記第１の固体スイッチ（１）はそのゲート（３０）においてオン又は閉じた構成になるように構成され、前記第２の固体スイッチ（２）はそのゲート（４０）においてオフ又は開いた構成になるように構成される、請求項８に記載のフェールセーフリンク。
【請求項１０】
前記内蔵試験回路（５０）は、固体電力コントローラ（Ａ、Ｂ）に負荷（２０）を与え、前記作動しなくなった第２の固体スイッチ（２）の両端間に電圧が存在するか否かを判断するように構成される、請求項９に記載のフェールセーフリンク。
【請求項１１】
前記電源（１０）と負荷（２０）との間に並列に接続される複数の枝路を更に備え、前記複数の枝路のそれぞれは前記複数の固体スイッチ（１、２、３、４）を含む、請求項１に記載のフェールセーフリンク。
【請求項１２】
前記複数の固体スイッチ（１、２、３、４）は複数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む、請求項１１に記載のフェールセーフリンク。
【請求項１３】
前記内蔵試験回路（５０）は、
固体電力コントローラ（Ａ、Ｂ）に負荷（２０）を与える電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と、
負荷（２０）と少なくとも１つの固体スイッチ（１、２、３、４）との間にある電圧センサ（５０）と
を備える、請求項１１又は１２に記載のフェールセーフリンク。
【請求項１４】
前記複数の固体スイッチ（１、２、３、４）のうちの第１の固体スイッチ（１）は、前記複数の固体スイッチ（１、２、３、４）のうちの第２の固体スイッチ（２）が閉位置において作動しなくなるときに、開位置のままになるように構成される、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載のフェールセーフリンク。
【請求項１５】
前記第１の固体スイッチ（１）及び前記第２の固体スイッチ（２）は、そのゲート（３０、４０）において、オフ又は開いた構成になるように構成される、請求項１４に記載のフェールセーフリンク。
【請求項１６】
前記内蔵試験回路（５０）は、固体電力コントローラ（Ａ、Ｂ）に負荷（２０）を与え、前記作動しなくなった第２の固体スイッチ（２）の両端間に電圧が存在するか否かを判断するように構成される、請求項１５に記載のフェールセーフリンク。
【請求項１７】
前記複数の固体スイッチ（１、２、３、４）のうちの第２の固体スイッチ（２）は、前記複数の固体スイッチ（１、２、３、４）のうちの第１の固体スイッチ（１）が閉位置において作動しなくなるときに、開位置のままになるように構成される、請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載のフェールセーフリンク。
【請求項１８】
前記第１の固体スイッチ（１）はそのゲート（３０）においてオン又は閉じた構成になるように構成され、前記第２の固体スイッチ（２）はそのゲート（４０）においてオフ又は開いた構成になるように構成される、請求項１７に記載のフェールセーフリンク。
【請求項１９】
前記内蔵試験回路（５０）は、固体電力コントローラ（Ａ、Ｂ）に負荷（２０）を与え、前記作動しなくなった第２の固体スイッチ（２）の両端間に電圧が存在するか否かを判断するように構成される、請求項１８に記載のフェールセーフリンク。
【請求項２０】
フェールセーフリンクを動作させる方法であって、
電源（１０）と負荷（２０）との間に直列に接続される複数の固体スイッチ（１、２、３）を設けることと、
１つ又は複数の種々の周辺部サイズを有する前記複数の固体スイッチ（１、２、３）のうちの少なくとも１つの固体スイッチの両端間の電圧を検知する内蔵試験回路（５０）を設けることと、
前記複数の固体スイッチ（１、２、３）の各ゲート（３０、４０、６０）に、開状態になるようにする信号を送信することと、
内蔵試験回路（５０）によって固体電力コントローラ（Ａ、Ｂ）に負荷（２０）をかけることと、
前記種々の周辺部サイズのうちの前記１つ又は複数の両端間の過電圧状態を検知し、前記複数の固体スイッチ（１、２、３）のうちの少なくとも１つの固体スイッチの両端間の測定電圧に従って、前記種々の周辺部サイズのうちの前記１つ又は複数を開閉して、前記複数の固体スイッチ（１、２、３）のうちの少なくとも１つが閉状態において作動しなくなったことを確認することと、
前記複数の固体スイッチ（１、２、３）のうちの第２の固体スイッチが閉状態において作動しなくなるときに、前記複数の固体スイッチ（１、２、３）のうちの第１の固体スイッチを開くことと
を含む、フェールセーフリンクを動作させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書において提示される実施形態の分野は、フェールセーフ又はフォールトトレラント状態において動作するように設計される固体電力コントローラに向けられる。
【背景技術】
【０００２】
車両電子システムにおいてワイヤ分離を支援するために、８０年代初頭にヒュージブルリンク回路遮断器が開発された。当初の意図は、回路遮断器が閉位置において機能不全に陥り、障害によって開くことができなくなった場合に、ワイヤ損傷が隣接するワイヤに波及するのを防ぐことであった。銀カドミウム又は銀タングステン接点を備える旧来の回路遮断器における故障モードは、強い障害電流が流れると開かないように溶着するか、又は動かなくすることである。さらに、固体電力コントローラ（ＳＳＰＣ）において、これらのフェールセーフヒューズは１つの熱定格しか満たすことができないので、負荷ワイヤがどのコネクタ又はピンから来るかに関する選択を制限することによって、ワイヤ統合問題を引き起こす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
固体電力コントローラ（ＳＳＰＣ）技術を適用することによって最大のワイヤ軽量化を達成するために、物理的な溶断デバイスに頼らない、フェールセーフ設計に対する新たな手法が考案されなければならない。現在の解決手段は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の短絡状態に対するフェールセーフ保護としてヒューズを使用する。ＳＳＰＣの中にはバックアップ保護を有しないものもある（ＭＭＡ（マルチミッション航空機）上の二次電力分配装置（ＳＰＤＡ））。短絡したＦＥＴが存在する場合であっても、回路が機能を維持できるようにすることが必要とされており、次回の起動時に、内蔵テスタ（ＢＩＴ）が短絡ＦＥＴ故障を保守管理コンピュータに報告する。これらの、そして他の考慮すべき事柄に関して、本明細書の開示が提示される。
【０００４】
詳細な説明において後に更に記述される概念の選択を簡略化された形で導入するために、本概要が提供されることは理解されたい。本概要は、特許請求される主題の範囲を制限することは意図していない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書において開示される一実施形態では、フェールセーフリンクが、電流又は電圧処理能力に関連付けられ、電源と負荷との間に直列に接続される、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む、種々の周辺部サイズからなる複数の固体スイッチ、例えば、ゲート、ドレイン及び／又はソース周辺部寸法、例えば、５μｍゲート周辺部、１ｍｍゲート周辺部、１００ｍｍゲート周辺部、１０，０００ｍｍゲート周辺．．．からなる固体スイッチと、種々の周辺部サイズのうちの１つ又は複数の両端間の過電圧状態を検知し、複数の固体スイッチのうちの少なくとも１つの固体スイッチの両端間の測定電圧に従って、種々の周辺部サイズのうちの１つ又は複数を開閉する内蔵試験回路とを含む。
【０００６】
本明細書において開示される別の実施形態では、フェールセーフリンクは、電源と負荷との間の並列に接続される複数の枝路であって、複数の枝路はそれぞれ、電流又は電圧処理能力に関連付けられ、電源と負荷との間に直列に接続される、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む、種々の周辺部サイズからなる複数の固体スイッチ、例えば、ゲート、ドレイン及び／又はソース周辺部寸法、例えば、５μｍゲート周辺部、１ｍｍゲート周辺部、１００ｍｍゲート周辺部、１０，０００ｍｍゲート周辺部．．．からなる固体スイッチを含む、複数の枝路と、種々の周辺部サイズのうちの１つ又は複数の両端間の過電圧状態を検知し、複数の固体スイッチのうちの少なくとも１つの固体スイッチの両端間の測定電圧に従って、種々の周辺部サイズのうちの１つ又は複数を開閉する内蔵試験回路とを含む。
【０００７】
本明細書において開示される別の実施形態では、フェールセーフリンクを動作させる方法は、電流又は電圧処理能力に関連付けられ、電源と負荷との間に直列に接続される、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む、種々の周辺部サイズからなる複数の固体スイッチ、例えば、ゲート、ドレイン及び／又はソース周辺部寸法、例えば、５μｍゲート周辺部、１ｍｍゲート周辺部、１００ｍｍゲート周辺部、１０，０００ｍｍゲート周辺部．．．からなる固体スイッチを設けることと、種々の周辺部サイズのうちの１つ又は複数の両端間の過電圧状態を検知し、複数の固体スイッチのうちの少なくとも１つの固体スイッチの両端間の測定電圧に従って、種々の周辺部サイズのうちの１つ又は複数を開閉する内蔵試験回路を設けることとを含む。固体スイッチのうちの第１の固体スイッチは、複数の固体スイッチのうちの第２の固体スイッチが閉状態において作動しなくなるときに開かれる。その後、複数の固体スイッチの各ゲートに、開状態になるようにする信号が送信され、内蔵試験回路によって固体電力コントローラに負荷がかけられる。その後、その方法は、複数の固体スイッチのうちの少なくとも１つの両端間に電圧が存在するか否かを検知し、複数の固体スイッチのうちの少なくとも１つが閉状態において作動しなくなっていることを確認する。例えば、記述される１つ又は複数のフェールセーフリンクのうちの１つ又は複数を移動車両のために利用して、１つ又は複数の構成要素、例えば、低雑音増幅器、高利得増幅器、受信機、送受信機、アンテナ、電力増幅器等、並びに１つ又は複数の構成要素を含む集積電子モジュールを保護するための可変熱保護切替能力を与えることができる。
【０００８】
検討されてきた特徴、機能及び利点は、本開示の種々の実施形態において独立して達成することができるか、又は更に別の実施形態において組み合わせることができ、その更なる詳細は、以下の説明及び図面を参照しながら確認することができる。
【０００９】
本開示の一態様によれば、電源と負荷との間に直列に接続される種々の周辺部サイズからなる複数の固体スイッチと、種々の周辺部サイズのうちの１つ又は複数にかかる過電圧状態を検知し、複数の固体スイッチのうちの少なくとも１つの固体スイッチの両端間の測定電圧に従って、種々の周辺部サイズのうちの１つ又は複数を開閉する内蔵試験回路とを備えるフェールセーフリンクが提供される。
【００１０】
複数の固体スイッチは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含むことが好都合である。
【００１１】
内蔵試験回路は、固体電力コントローラに負荷を与える電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含むことが好都合である。
【００１２】
内蔵試験回路は、負荷と少なくとも１つの固体スイッチとの間に電圧センサを含むことが好都合である。
【００１３】
複数の固体スイッチのうちの第１の固体スイッチは、複数の固体スイッチのうちの第２の固体スイッチが閉位置において作動しなくなるときに、開位置のままになるように構成されることが好都合である。
【００１４】
第１の固体スイッチ及び第２の固体スイッチは、そのゲートにおいて、オフ又は開いた構成になるように構成されることが好ましい。
【００１５】
第２の固体スイッチが作動しなくなるとき、内蔵試験回路は、固体電力コントローラに負荷を与えて、作動しなくなった第２の固体スイッチの両端間に電圧が存在するか否かを判断するように構成されることが好ましい。
【００１６】
複数の固体スイッチのうちの第１の固体スイッチは、複数の固体スイッチのうちの第２の固体スイッチが閉位置において作動しなくなるときに、開位置のままになるように構成されることが好ましい。
【００１７】
第１の固体スイッチは、そのゲートにおいて、オン又は閉じた構成になるように構成され、第２の固体スイッチは、そのゲートにおいて、オフ又は開いた構成になるように構成されることが好ましい。
【００１８】
内蔵試験回路は、固体電力コントローラに負荷を与え、作動しなくなった第２の固体スイッチの両端間に電圧が存在するか否かを判断するように構成されることが好ましい。
【００１９】
本発明の更なる態様によれば、移動車両上の１つ又は複数の構成要素を保護する可変熱保護切替能力を提供する、移動車両用のフェールセーフリンクが提供され、そのフェールセーフリンクは、電源と負荷との間の並列に接続される複数の枝路であって、複数の枝路のそれぞれは、電源と負荷との間に直列に接続される、１つ又は複数の種々の周辺部サイズを有する複数の固体スイッチを含む、複数の枝路と、種々の周辺部サイズのうちの１つ又は複数の両端間の過電圧状態を検知し、複数の固体スイッチのうちの少なくとも１つの固体スイッチの両端間の測定電圧に従って、種々の周辺部サイズのうちの１つ又は複数を開閉する内蔵試験回路とを含む。
【００２０】
複数の固体スイッチは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含むことが好都合である。
【００２１】
内蔵試験回路は、固体電力コントローラに負荷を与える電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と、負荷と少なくとも１つの固体スイッチとの間にある電圧センサとを含むことが好都合である。
【００２２】
複数の固体スイッチのうちの第１の固体スイッチは、複数の固体スイッチのうちの第２の固体スイッチが閉位置において作動しなくなるときに、開位置のままになるように構成されることが好都合である。
【００２３】
第１の固体スイッチ及び第２の固体スイッチは、そのゲートにおいて、オフ又は開いた構成になるように構成されることが好ましい。
【００２４】
内蔵試験回路は、固体電力コントローラに負荷を与えて、作動しなくなった第２の固体スイッチにかかる電圧が存在するか否かを判断するように構成されることが好ましい。
【００２５】
複数の固体スイッチのうちの第２の固体スイッチは、複数の固体スイッチのうちの第１の固体スイッチが閉位置において作動しなくなるときに、開位置のままになるように構成されることが好ましい。
【００２６】
第１の固体スイッチは、そのゲートにおいて、オン又は閉じた構成になるように構成され、第２の固体スイッチは、そのゲートにおいて、オフ又は開いた構成になるように構成されることが好ましい。
【００２７】
内蔵試験回路は、固体電力コントローラに負荷を与え、作動しなくなった第２の固体スイッチにかかる電圧が存在するか否かを判断するように構成されることが好ましい。
【００２８】
本開示の更なる態様によれば、フェールセーフリンクを動作させる方法が提供され、その方法は、電源と負荷との間に直列に接続される複数の固体スイッチを設けることと、１つ又は複数の種々の周辺部サイズを有する複数の固体スイッチのうちの少なくとも１つの固体スイッチの両端間の電圧を検知する内蔵試験回路を設けることと、複数の固体スイッチの各ゲートに、開状態になるようにする信号を送信することと、内蔵試験回路によって固体電力コントローラに負荷をかけることと、種々の周辺部サイズのうちの１つ又は複数の両端間の過電圧条件を検知し、複数の固体スイッチのうちの少なくとも１つの固体スイッチの両端間の測定電圧に従って、種々の周辺部サイズのうちの１つ又は複数を開閉し、複数の固体スイッチのうちの少なくとも１つが閉状態において作動しなくなったことを確認することと、複数の固体スイッチのうちの第２の固体スイッチが閉状態において作動しなくなったときに、複数の固体スイッチのうちの第１の固体スイッチを開くこととを含む。
【００２９】
本明細書において提示される実施形態は、詳細な説明及び添付の図面から更に十分に理解されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本明細書において開示されるフェールセーフリンクの一実施形態の回路図である。
【図２】本明細書において開示されるフェールセーフリンクの別の実施形態の回路図である。
【図３Ａ】第２の固体スイッチが閉位置において作動しなくなるときに、開位置のままになるように構成される第１の固体スイッチの回路図である。
【図３Ｂ】第１の固体スイッチが閉位置において作動しなくなるときに、開位置のままになるように構成される第２の固体スイッチの回路図である。
【図４】フェールセーフリンクを動作させるための一実施形態の方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
固体電力コントローラ（ＳＳＰＣ）を含むフェールセーフリンクは、負荷に与えられる電力（電圧及び／又は電流）を制御する半導体デバイスである。フェールセーフリンクは、過負荷状態を特定し、短絡を防ぐために、監視及び診断機能を実行する。幾つかの基本的なタイプのＳＳＰＣがあり、すなわち、交流（ＡＣ）電圧を切り替えるように設計されるＡＣコントローラ；直流（ＤＣ）電圧を切り替えるように設計されるＤＣコントローラ；及びＡＣ及びＤＣ両方の電圧を切り替えるように設計されるＡＣ／ＤＣコントローラがある。アナログコントローラは、可変電圧、電流、又はアナログ制御の幾つかの他の方法を使用する。マイクロコントローラは外部デバイスからのプログラミングを必要とし、１つのチップ上に、典型的には算術論理演算ユニット（ＡＬＵ）、メモリ、タイマ／カウンタ、シリアルポート、入力／出力（Ｉ／Ｏ）ポート、及びクロック発振器を併せ持つ完全なコンピュータシステムである。ＳＳＰＣは、コンピュータによってプログラミングすることができるか、又は専用若しくは所有権のあるプログラミング方法によってプログラミングすることができる。
【００３２】
ＳＳＰＣのための仕様は、ドロップアウト電圧、入力電圧、負荷電圧及び最大負荷電流を含む。ドロップアウト電圧（復帰電圧、ターンオフ電圧）は、それ以下では出力がオフ状態に入る、入力に印加される電圧である。入力電圧（動作電圧、ピックアップ電圧、ターンオン電圧）は、入力端子間に印加されるときに、出力端子間のオン状態を維持する電圧範囲である。負荷電圧（最大切替電圧、ライン電圧）は、ＳＳＰＣが正常に動作する出力供給電圧範囲である。最大負荷電流（最大切替電圧範囲、最大切替電流）は、規定された放熱条件及び周囲温度条件下でＳＳＰＣ出力端子間に許される最大連続電流である。固体電力コントローラ（ＳＳＰＣ）のための他の仕様は、入力チャネル数及び入力電流範囲を含む。
【００３３】
新たなワイドバンドギャップ半導体の進歩とともに、現在、ＳＳＰＣのプログラム能力も可能になった。各ＳＳＰＣは、異なる熱定格の場合にプログラミングすることができる。結果として、ＳＳＰＣは、ワイヤ統合問題を克服するためにワイヤ設計者が指定するピンに負荷をかけるようにプログラミングされる。
【００３４】
ＳＳＰＣ技術におけるフェールセーフ保護設計に関して、フェールセーフ保護を必要とするＳＳＰＣの２つの故障モードは、１）ＦＥＴのゲートから電力を除去する制御回路の故障、及び２）短絡状態におけるＦＥＴ自体の故障である。
【００３５】
航空電子工学の電気システムの分野において、ＦＥＴゲート信号は、毎時５．２８×１０−１５の故障率を有し、毎時３．０８×１０−８のＦＥＴ故障率を有する。航空電子工学の電線に関するハードウェア障害の確率は毎時２．０×１０−７である。それゆえ、両方の事象が同時に発生し、障害を伴ってＦＥＴが作動しなくなる場合の確率は、毎時６．１６×１０−１５であり、障害を伴ってゲート制御信号回路が作動しなくなる場合の確率は、毎時１．０５６×１０−２１である。
【００３６】
場合によっては、短絡したＦＥＴは、ＳＳＰＣ内のボンドワイヤが溶断するまでワイヤを保護するだけの十分に高い抵抗を有する場合がある。しかしながら、この発生がいつでも起こるという保証はない。ボンドワイヤのサイズをＳＳＰＣの熱定格に合わせることは、デバイスのプログラム能力を制限し、コストを上げ、複雑にする。任意の物理的な溶断デバイスは、プログラム能力又はワイヤ減量化の利点を制限することになる。
【００３７】
負荷定格が高いほど、電流を搬送するために並列に使用されるＦＥＴが多くなる。１つのＦＥＴが短絡し、デバイスがオフ（又は開放）コマンドを受信する場合には、全ての負荷電流が、作動しなくなったＦＥＴを通して搬送されることになる。障害を伴わない場合、負荷は、或る時間にわたって、短絡したＦＥＴを通して電流を引き込むことができ、その後、ボンドワイヤが溶け落ちる。オン（又は閉鎖）コマンドを受けるとき、残りのＦＥＴはより多くの負荷を搬送することになり、回路の平均故障間隔（ＭＴＢＦ）を短縮することになる。この場合、次の機会に回路を交換することができるように、内蔵試験装置（ＢＩＴＥ）回路がＦＥＴの故障を報告する必要がある。障害が発生し、ＦＥＴが作動しなくなった場合には、溶け落ちるのが速くなるが、あまりにも信頼性がないので、フェールセーフ動作を当てにすることができない。プログラム可能ＳＳＰＣにかかる低い電流負荷は、或る時間にわたって電流を引き込むことができ、その後、場合によっては、ボンドワイヤが溶断する。ＳＳＰＣ技術で考慮しなければならない別の故障モードは、オフコマンドを受けられない（開放することができない）短絡したＦＥＴである。或る特定の負荷がオフコマンドを受けても、動作し続ける場合には、それらの負荷は安全を脅かす場合がある。本明細書において提示される実施形態によれば、短絡したＦＥＴが存在する場合であっても、回路は機能し続けることができる。ＢＩＴＥは、次の起動時に、短絡したＦＥＴを報告することになる。
【００３８】
本明細書において提示される実施形態のうちの１つは、固体スイッチを直列に配置して、電力「ＡＮＤ」ゲートを形成する。１つのＦＥＴが閉じたまま作動しなくなる場合には、第２のＦＥＴが回路を開き、障害を取り除くことができる。保守管理を実行できるように、故障が検出されなければならないので、この設計もＢＩＴＥ回路を具現する。
【００３９】
さらに、ワイドバンドギャップ半導体によれば、現在、プログラム能力が可能である。各ＳＳＰＣは、幾つかの熱定格の場合にプログラミングすることができる。フォールトトレラント設計は、１つの熱定格しか満たすことができないフェールセーフヒューズを不要にする。
【００４０】
以下に示される２つの設計は、ＥＰＣ（商標）ＧａＮ  ＭＯＳＦＥＴ（品番ＥＰＣ２０１５）に基づくが、任意の他のＭＯＳＦＥＴ又は固体スイッチを用いることもできる。例えば、各ＥＰＣ  ＦＥＴは１５０℃において３３Ａに耐えることができる。２つのＦＥＴを直列に配置することによって、その回路は２倍の電圧を取り扱うことができるが、オン抵抗も２倍になる（図１を参照）。第２の直列ＦＥＴを並列に追加することによって（図２を参照）、図１の単品と同じオン抵抗が達成されるが、この場合、２倍の負荷を搬送することができる。第２の直列のＦＥＴを５０Ａまで出力を下げて使用すると、安全マージンが与えられ、この構成は２．５アンペア〜５０アンペアまでプログラム可能にすることができる。この概念は、電流要件に応じて、又は過負荷能力に応じて必要なだけ多くの並列ＦＥＴを収容することができる。
【００４１】
このＦＥＴの場合のＲｄｓ（ドレインとソースとの間の抵抗）は約４ミリオームであるので、並列をなす２ＦＥＴ構成が可能である。直列をなす２つのＦＥＴは、２５Ａまでプログラミングすることができ、Ｒｄｓは８ミリオームである。
【００４２】
図１は、２固体スイッチ（又はＦＥＴ）設計を用いるフォールトトレラント固体電力コントローラＡを示しており、２つの固体スイッチ、固体スイッチ１及び固体スイッチ２が、ＶＤＣ電源１０とＶＤＣ負荷２０との間に直列に用いられる。固体スイッチ１が短絡して作動しなくなる、すなわち、閉じるとき、固体スイッチ２がオフ、すなわち、開いているときに、電流が流れるのを阻止することになる。固体スイッチ２が短絡して作動しなくなるとき、固体スイッチ１が依然として電流が流れるのを阻止することができる。
【００４３】
内蔵テスタ装置（ＢＩＴＥ）回路５０は、最初に小さな試験固体スイッチＴ上の試験ゲート６０（例えば、ＦＥＴ）を起動し、固体電力コントローラＡに小さな負荷をかけることによって、第１の固体スイッチが作動しなくなったか、第２の固体スイッチが作動しなくなったかを検出する。全ての他の一次状態ゲートドライブ３０及び４０をオフ状態、すなわち、開状態にして、入力１０に電圧が印加され、電圧検知ラインＶａにおいてその電圧が測定される。電圧が存在する場合には、固体スイッチ２が短絡した可能性がある。固体スイッチ１をオンに又は閉状態にし、固定スイッチ２をオフ、又は開状態にして、ラインＶｂにおいて電圧が検知される。電圧が存在する場合には、固体スイッチ１が短絡した可能性がある。
【００４４】
図２は、それぞれ直列に接続される２つの固体スイッチが並列構成において用いられることを除いて、図１のＳＳＰＣ  Ａの２固体スイッチ設計に類似の構成をなす４固体スイッチ（又はＦＥＴ）設計を有するフォールトトレラント固体電力コントローラＢを示す。固体スイッチ１又は固体スイッチ３（図１のスイッチ１と３に類似）が短絡して作動しなくなる場合には、固体スイッチ２及び固体スイッチ４がオフであるときに、電力を阻止することになる。固体スイッチ２又は固体スイッチ４が短絡して作動しなくなる場合には、固体スイッチ１又は固体スイッチ３が依然として電流が流れるのを阻止することができる。図２は、直列に接続される固体スイッチの複数の枝路、例えば、固体スイッチＮ及び固体スイッチＮ＋１を、ＶＤＣ電源１０’とＶＤＣ負荷２０’との間に並列に追加できることも示す。
【００４５】
内蔵テスタ装置（ＢＩＴＥ）回路５０’は、最初に試験固体スイッチＴ上の試験ゲート６０’を起動し、固体電力コントローラＢに小さな負荷をかけることによって、固体スイッチ１〜４のいずれが作動しなくなったかを検出する。全ての他の一次ステージゲートドライブ２０’及び３０’をオフにして、すなわち、開いて、入力に電圧を印加して、検知ラインＶａにおいて電圧が測定される。電圧が存在する場合には、固体スイッチ２、固体スイッチ４のいずれかが短絡した。固体スイッチ１及び固体スイッチ３をオンして、又は閉じて、固体スイッチ２及び固体スイッチ４をオフにして、又は開いて、検知ラインＶｂにおいて電圧が測定される。Ｖｂ上に電圧が存在する場合には、固体スイッチのうちの１つが短絡している。試験によって、ＳＳＰＣ  Ｂが作動しなくなった固体スイッチを有することが示された場合には、修理されるまで除外することができる。最低装置リスト（ＭＥＬ、商用飛行に送り出すために機能していなければならない最低限の装置）上にない場合には、本質的でない負荷によって、運航を遅らせなくてもよい。したがって、コントローラ回路は、短絡した固体スイッチが存在する場合であっても機能し続けることが許され、ＢＩＴＥは、次回の起動時に、保守管理コンピュータ又はシステム（図示せず）に短絡した固体スイッチ故障状態を報告することになる。
【００４６】
要するに、内蔵試験回路５０／５０’は、負荷と少なくとも１つの固体スイッチとの間に電圧センサを含む。図３Ａ及び図３Ｂは、一連の固体スイッチ１、２の回路図を示しており、一方のスイッチが閉位置において作動しなくなる。図３Ａは、複数の固体スイッチのうちの第２の固体スイッチ２が閉位置において作動しなくなるときに、複数の固体スイッチのうちの第１の固体スイッチ１が開位置のままになるように構成されることを示す。図３Ｂは、複数の固体スイッチのうちの第１の固体スイッチ１が閉位置において作動しなくなるときに、複数の固体スイッチのうちの第２の固体スイッチ２が開位置のままになるように構成されることを示す。第１の固体スイッチ１は、そのゲート２０／２０’において（図１及び図２を参照）においてオン又は閉じた構成になるように構成することができ、第２の固体スイッチ２は、そのゲート３０／３０’（図１及び図２を参照）において、オフ又は開いた構成になるように構成することができる。内蔵試験回路は、固体電力コントローラＡ／Ｂに負荷を与える固体スイッチＴと、負荷と少なくとも１つの固体スイッチとの間の５０／５０’にある電圧センサＶａ／Ｖｂとを更に含む。
【００４７】
図４は、固体電力コントローラを動作させる一実施形態の方法を示しており、電源と負荷との間に直列に接続される複数の固体スイッチが設けられ（１００）、１つ又は複数の種々の周辺部サイズを有する複数の固体スイッチのうちの少なくとも１つの固体スイッチの両端間の電圧を検知する内蔵試験回路が設けられる（１０２）。複数の固体スイッチの各ゲートに、開状態になるようにする信号が送信される（１０４）。その後、内蔵試験回路によって、固体電力コントローラに負荷がかけられる（１０６）。その後、その方法は、種々の周辺部サイズのうちの１つ又は複数の両端間の過電圧状態を検知し、複数の固体スイッチのうちの少なくとも１つの両端間の測定電圧に従って、種々の周辺部サイズのうちの１つ又は複数を開閉し、複数の固体スイッチのうちの少なくとも１つが閉状態において作動しなくなったことを確認する（１０８）。最後に、複数の固体スイッチのうちの第２の固体スイッチが閉状態において作動しなくなるときに、複数の固体スイッチのうちの第１の固体スイッチが開かれる（１１０）。
【００４８】
都合の良いことに、種々の周辺部サイズからなる固体スイッチ、例えば、ゲート、ドレイン及び／又はソース周辺部寸法、例えば、５μｍゲート周辺部、１ｍｍゲート周辺部、１００ｍｍゲート周辺部、１０，０００ｍｍゲート周辺部からなる固体スイッチを含むフェールセーフリンクが開示される。これらの種々の周辺部サイズのＦＥＴ、例えば、図１及び図２において開示されるＦＥＴは、電源と負荷との間に直列に接続されるとき、改善された電流又は電圧処理能力を提供する。フェールセーフリンクは内蔵試験回路を使用し、その回路は、種々の周辺部サイズのうちの１つ又は複数にかかる過電圧条件を検知し、複数の固体スイッチのうちの少なくとも１つの固体スイッチの両端間の測定電圧に従って、種々の周辺部サイズのうちの１つ又は複数を開閉する。
【００４９】
都合の良いことに、種々の周辺部のＦＥＴのうちの１つ又は複数を切り替えることによって、フェールセーフリンクは、調整可能で、可変の選択可能な熱保護回路を提供し、その回路は、単一の電流定格の熱回路遮断器等、例えば、５アンペア定格のヒューズとは異なり、構成要素の予想される使用可能寿命を短縮しないように、例えば、移動プラットフォーム又は車両、例えば、航空機において、例えば、過電圧状態及び過電流状態を検出する。
【００５０】
上記の主題は例示としてのみ与えられ、限定すると解釈されるべきではない。図示及び記述される例示的な実施形態及び応用形態に従うことなく、かつ添付の特許請求の範囲において記載される本開示の真の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書において記述される主題に対して種々の変更及び改変を加えることができる。
【符号の説明】
【００５１】
Ａ  固体電力コントローラ
Ｂ  固体電力コントローラ
Ｎ  固体スイッチ
Ｎ＋１  固体スイッチ
Ｔ  試験固体スイッチ
Ｖａ  電圧検知ライン
Ｖｂ  ライン
１  固体スイッチ
２  固体スイッチ
３  固体スイッチ
４  固体スイッチ
１０  ＶＤＣ電源
１０’  ＶＤＣ電源
２０  ＶＤＣ負荷
２０’  ＶＤＣ負荷
２０’  ゲートドライブ
３０  ゲートドライブ
３０’  ゲートドライブ
４０  ゲートドライブ
５０  内蔵試験回路
５０’  内蔵試験回路
５０’  内蔵テスタ装置（ＢＩＴＥ）回路
６０  試験ゲート
６０’  試験ゲート
１００  方法ステップ
１０２  方法ステップ
１０４  方法ステップ
１０６  方法ステップ
１０８  方法ステップ
１１０  方法ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【外国語明細書】
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