(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣバスに接続するように適応されるＤＣ端子と、負荷に接続するように適応される負荷端子と、外部接地バスに接続するように適応される接地端子とを有し、前記接地端子は周辺回路に接続するように適応される負荷制御および保護システムであって、
前記接地端子および前記ＤＣ端子に接続される接地故障検出回路と、
前記負荷端子に接続される開接地スイッチ回路と、
前記接地故障検出回路と前記開接地スイッチ回路との間に接続される内部接地バスと、
少なくとも前記接地故障検出回路と前記開接地スイッチ回路との間に接続される開接地信号リードと、
前記開接地スイッチ回路と前記接地故障検出回路との間に接続される電流制限接続と
を備え、
前記接地故障検出回路は、前記接地端子と前記外部接地バスとの間の接続が存在しない場合に前記開接地信号リードに開接地信号を与えるように適応され、
前記開接地スイッチ回路は、前記内部接地バスを前記負荷端子に接続するために前記開接地信号リードで前記開接地信号を受信する場合に、前記接地端子から前記負荷端子へ前記内部接地バスを介して流れる電流を検知し、前記接地故障検出回路と前記負荷端子との間の前記電流制限接続に電圧を加えて、前記接地端子から当該負荷制御および保護システムを通って前記負荷端子へ流れる電流を制限するように適応され、
前記接地故障検出回路は、前記接地端子に接続される第１主端子と、前記内部接地バスに接続される第２主端子と、前記電流制限接続に接続される制御端子とを有する第１トランジスタを備え、前記接地端子からの電流は、前記第１トランジスタを通って前記内部接地バスへ流れる、負荷制御および保護システム。
【請求項２】
前記開接地スイッチ回路は、前記内部接地バスに接続される第１主端子と、前記負荷端子に接続される第２主端子と、前記開接地信号リードに接続される制御端子とを有し、前記開接地信号リードで前記開接地信号を受信する場合にオンになるように適応される第２トランジスタを備える、請求項１に記載の負荷制御および保護システム。
【請求項３】
前記開接地スイッチ回路は、前記内部接地バスと前記第２トランジスタの第１主端子との間に接続される第１ダイオードをさらに備える、請求項２に記載の負荷制御および保護システム。
【請求項４】
前記接地故障検出回路は、前記ＤＣ端子と前記第１トランジスタの制御端子との間に接続される抵抗をさらに備える、請求項２に記載の負荷制御および保護システム。
【請求項５】
前記開接地スイッチ回路は、前記電流制限接続に接続される第１主端子と、前記負荷端子に接続される第２主端子と、前記第２トランジスタの第１主端子に接続される制御端子とを有する第３トランジスタを更に備え、前記接地端子からの電流が前記第２トランジスタを通って流れる場合に、それによる電圧降下は、前記第３トランジスタおよび前記電流制限接続を介して前記第１トランジスタの制御端子に伝えられて、前記接地端子から前記第１トランジスタを通って前記内部接地バスへ流れる電流を制限する、請求項４に記載の負荷制御および保護システム。
【請求項６】
前記開接地スイッチ回路は、前記電流制限接続と前記第３トランジスタの第１主端子との間に接続される第２ダイオードをさらに備える、請求項５に記載の負荷制御および保護システム。
【請求項７】
前記電流制限接続を介して前記抵抗および前記第１トランジスタの制御端子に接続される第１主端子を有する前記第３トランジスタは、アクティブにされる場合に、前記第１トランジスタをファロワとして機能させて、前記接地端子から前記内部接地バスおよび前記第２トランジスタを介して前記負荷端子へ流れる電流を制限する、請求項５に記載の負荷制御および保護システム。
【請求項８】
前記抵抗を通る電流の増加は、前記第１トランジスタの制御端子における駆動を減少して、それを通って前記接地端子から前記内部接地バスへ流れる電流を制限する、請求項６に記載の負荷制御および保護システム。
【請求項９】
入力端子を有し、前記ＤＣ端子および前記負荷端子に接続され、前記ＤＣ端子から前記負荷端子へ電力を与えるように適応される負荷制御回路をさらに備える、請求項１に記載の負荷制御および保護システム。
【請求項１０】
前記接地端子が前記外部接地バスに接続される場合に、前記接地端子に接続される周辺回路から前記接地端子に到達する電流を前記接地端子を介して前記外部接地バスへ渡すよう適応される、請求項１に記載の負荷制御および保護システム。
【請求項１１】
ＤＣバスに接続するように適応されるＤＣ端子と、負荷に接続するように適応される負荷端子と、外部接地バスおよび周辺回路に接続するように適応される接地端子と、前記負荷に悪影響を及ぼすことなく前記周辺回路から前記接地端子に到達する電流をシンクするために前記接地端子と前記負荷端子との間に接続するように適応される内部接地バスとを有する負荷制御および保護システムを動作する方法であって、
前記接地端子を前記内部接地バスに接続するために前記負荷制御および保護システム内の第１アクティブデバイスをオンにするステップと、
前記接地端子と前記外部接地バスとの間の接続が切断される時を検出するステップと、
前記内部接地バスを前記負荷端子に接続するために前記負荷制御および保護システム内の第２アクティブデバイスをオンにするステップと、
前記第１アクティブデバイスおよび前記第２アクティブデバイスを用いて前記周辺回路からの周辺電流を前記内部接地バスを亘って前記負荷端子にルーティングするステップと、
前記第２アクティブデバイスを用いて前記負荷端子を通る前記周辺電流に関するフィードバック信号を形成するステップと、
前記フィードバック信号を用いて前記第１アクティブデバイスを介して前記内部接地バスに接続される前記周辺電流を制限するステップと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記接地端子と前記外部接地バスとの間の接続が切断されない場合に、前記接地端子を介して前記周辺電流を前記外部接地バスにシンクする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記周辺電流を制限するステップにおいて、
前記負荷端子と前記第１アクティブデバイスの制御端子との間に接続される主端子を有する第３アクティブデバイスの制御端子に前記フィードバック信号を印加するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ルーティングするステップにおいて、
前記第１アクティブデバイスの制御端子における駆動電位を下げて、該第１アクティブデバイスを通る前記周辺電流に対する前記第１アクティブデバイスのインピーダンスを高めるために第３アクティブデバイスを用いるステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１アクティブデバイスの制御端子における駆動電位を下げるステップにおいて、
前記ＤＣ端子と前記第１アクティブデバイスの制御端子との間に接続される抵抗を通って流れる電流を増大させるために前記第２アクティブデバイスを用いるステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ＤＣバスへの接続のためのＤＣ端子と、外部接地バスへの接続のための接地端子と、前記外部接地バスに接続される負荷に接続するための負荷端子と、内部接地バスとを有する負荷制御および保護システムを使用する方法であって、前記負荷制御および保護システムの動作中に、
前記接地端子が前記外部接地バスに接続される場合に、前記負荷制御および保護システムに接続される周辺回路からのいかなる電流も前記接地端子を介して前記外部接地バスにシンクするステップと、
前記接地端子が前記外部接地バスに接続されない場合に、前記負荷制御および保護システムに接続される周辺回路からのいかなる電流も前記内部接地バスを介して前記負荷端子へ、および前記負荷端子を介して前記負荷を通して前記外部接地バスへシンクするステップと、
前記負荷端子を通してシンクされる電流を検出するステップと、
検出された電流からフィードバック信号を生成するステップと、
前記フィードバック信号を用いて前記周辺回路と前記内部接地バスとの間の直列インピーダンスを高めて、前記負荷を通る前記周辺回路からの電流を制限するステップと、
を含む、方法。
【請求項１７】
前記直列インピーダンスは、前記フィードバック信号から得られる電位を受ける第１制御端子を有する第１トランジスタを備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記検出するステップにおいて、第２トランジスタを通って前記周辺回路からの電流を送るステップを含み、
前記フィードバック信号は、前記第２トランジスタの出力における電位降下に比例する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記検出するステップにおいて、前記第２トランジスタの出力を第３トランジスタの入力に接続するステップを含み、
前記第３トランジスタの出力は、前記第１トランジスタの入力に接続される、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、故障または不適切な接続から直流（ＤＣ）負荷を制御および保護するシステムおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気制御システムを用いて種々のタイプの負荷に電池を接続することは、電気技術分野において一般的なことである。電気モータは、典型的な負荷の限定されない例の一つである。ＤＣ極性が誤って逆にされたり、またはモータコントローラへの接地接続が切断されたりする場合に、潜在的な危険性が存在する可能性がある。いくつかのシステムは、コントローラの一部として安全回路を含む。このような回路は一般に、負荷制御および保護システムとして知られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，１３５，０９６号明細書
【特許文献２】米国特許出願第２００７−０１０３９８８Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
然るに、本発明は、開接地故障やＤＣ電源の逆接続等による過電流から負荷を保護するための負荷制御及び保護システム、並びにその動作および使用方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態にしたがって、ＤＣバスに接続するように適応されるＤＣ端子と、負荷に接続するように適応される負荷端子と、外部接地バスに接続するように適応される接地端子とを有し、前記接地端子は周辺回路に接続するように適応される負荷制御および保護システムであって、
前記接地端子および前記ＤＣ端子に接続される接地故障検出回路と、
前記負荷端子に接続される開接地スイッチ回路と、
前記接地故障検出回路と前記開接地スイッチ回路との間に接続される内部接地バスと、
少なくとも前記接地故障検出回路と前記開接地スイッチ回路との間に接続される開接地信号リードと、
前記開接地スイッチ回路と前記接地故障検出回路との間に接続される電流制限接続と
を備え、
前記接地故障検出回路は、前記接地端子と前記ＥＧＢとの間の接続が存在しない場合に前記開接地信号リードに開接地信号を与えるように適応され、
前記開接地スイッチ回路は、前記内部接地バスを前記負荷端子に接続するために前記開接地信号リードで前記開接地信号を受信する場合に、前記接地端子から前記負荷端子へ前記内部接地バスを介して流れる電流を検知し、前記接地故障検出回路と前記負荷端子との間の前記電流制限接続に電圧を加えて、前記接地端子から当該負荷制御および保護システムを通って前記負荷端子へ流れる電流を制限するように適応される、負荷制御および保護システムが提供される。
【０００６】
本発明の他の実施形態にしたがって、ＤＣバスに接続するように適応されるＤＣ端子と、負荷に接続するように適応される負荷端子と、外部接地バスおよび周辺回路に接続するように適応される接地端子と、前記負荷に悪影響を及ぼすことなく前記周辺回路から前記接地端子に到達する電流をシンクするために前記接地端子と前記負荷端子との間に接続するように適応される内部接地バスとを有する負荷制御および保護システムを動作する方法であって、
前記接地端子を前記内部接地バスに接続するために前記負荷制御および保護システム内の第１アクティブデバイスをオンにするステップと、
前記接地端子と前記外部接地バスとの間の接続が切断される時を検出するステップと、
前記内部接地バスを前記負荷端子に接続するために前記負荷制御および保護システム内の第２アクティブデバイスをオンにするステップと、
前記第１アクティブデバイスおよび前記第２アクティブデバイスを用いて前記周辺回路からの周辺電流を前記内部接地バスを亘って前記負荷端子にルーティングするステップと、
前記第２アクティブデバイスを用いて前記負荷端子を通る前記周辺電流に関するフィードバック信号を形成するステップと、
前記フィードバック信号を用いて前記第１アクティブデバイスを介して前記内部接地バスに接続される前記周辺電流を制限するステップと
を含む、方法が提供される。
【０００７】
本発明のさらなる他の実施形態にしたがって、ＤＣバスへの接続のためのＤＣ端子と、外部接地バスへの接続のための接地端子と、前記外部バスに接続される負荷に接続するための負荷端子と、内部接地バスとを有する負荷制御および保護システムを使用する方法であって、前記負荷制御および保護システムの動作中に、
前記接地端子が前記外部接地バスに接続される場合に、前記負荷制御および保護システムに接続される周辺回路からのいかなる電流も前記接地端子を介して前記外部接地バスにシンクするステップと、
前記接地端子が前記外部接地バスに接続されない場合に、前記負荷制御および保護システムに接続される周辺回路からのいかなる電流も前記内部接地バスを介して前記負荷端子へ、および前記負荷端子を介して前記負荷を通して前記外部接地バスへシンクするステップと、
前記負荷端子を通してシンクされる電流を検出するステップと、
検出された電流からフィードバック信号を生成するステップと、
前記フィードバック信号を用いて前記周辺回路と前記内部接地バスとの間の直列インピーダンスを高めて、前記負荷を通る前記周辺電流を制限するステップと、
を含む、方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、開接地故障やＤＣ電源の逆接続等による過電流から負荷を保護することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来技術に従う、直流（ＤＣ）バスと負荷との間に接続される負荷制御および保護システムの簡略化されたシステムレベルブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に従う、ＤＣバスと負荷との間に接続される負荷制御および保護システムの簡略化されたシステムレベルブロック図である。
【図３】従来技術に従う、より詳細に示される図１の負荷制御および保護システムの簡略図である。
【図４】本発明のさらなる実施形態に従う、より詳細に示される図２の負荷制御および保護システムの簡略図である。
【図５】本発明のさらなる追加的実施形態に従う、負荷制御および保護システムに接続される１つまたは複数の周辺回路による周辺電流を制限する方法の簡略化されたブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、添付の図面に関連して考えられる以下の詳細な説明を読むことで、より良く理解されるであろう。図面において、同じ参照符号は、同じ又は対応する要素を示す。
【００１１】
説明の便宜上、以下の記載および添付の図面においては、負接地直流（ＤＣ）システムが用いられるとする。当業者には当然のことながら、これは単ある一例にすぎず、限定されるものではなく、極性およびデバイスタイプの適切な交換によって正接地ＤＣシステムが使用されてもよい。したがって、本願で記載される本発明の実施形態は、正および負療法の接地形態に適用されるものを意図する。さらに、電池はこのようなＤＣシステムの一般的な電源であるが、いかなる直流（ＤＣ）電源も使用されてよい。
【００１２】
図１は、直流バス（ＤＣＢ）２３と負荷２４との間に接続される負荷制御および保護システム２１の、従来技術に従う簡略化されたシステムレベルブロック図２０を示す。負荷２４は外部接地バス（ＥＧＢ）２５に接続される。制御および保護システム２１は、外部（例えば、オン／オフ）入力制御端子２６と、直流バス（ＤＣＢ）２３に接続するように適応される直流端子（ＤＣＴ）２７と、外部接地バス（ＥＧＢ）２５に接続するように適応される接地端子（ＧＴ）２８と、負荷２４に接続するように適応される負荷端子（ＬＴ）２９とを有する。接地端子（ＧＴ）２８は、開接地故障シミュレーションスイッチ３１を介してＥＧＢ２５に接続されるように示される。開接地故障シミュレーションスイッチ３１は、必ずしも区別可能な物理的要素ではなく、ＥＧＢ２５への接地端子（ＧＴ）２８の通常固定された接続を切断し得る意図的ではない故障の結果をシミュレートするためにブロック図２０に示される。
【００１３】
負荷制御および保護システム２１は、３つの主サブシステム、すなわち、（ｉ）例えば、オン／オフ信号を外部入力端子２６から受け取り、電力をリード３０を介して負荷端子（ＬＴ）２９に供給する負荷制御回路（ＬＣＣ）３４、（ｉｉ）接地端子（ＧＴ）２８に接続される接地故障検出回路（ＧＦＤＣ）３６、および（ｉｉｉ）負荷端子（ＬＴ）２９に接続される開接地スイッチ回路（ＯＧＳＣ）３８を備える。負荷制御回路（ＬＣＣ）３４および接地故障検出回路（ＧＦＤＣ）３６は、さらに、直流バス（ＤＣＢ）２３に接続されるように適応される直流端子（ＤＣＴ）２７に接続される。負荷制御回路（ＬＣＣ）３４、接地故障検出回路（ＧＦＤＣ）３６および開接地スイッチ回路（ＯＧＳＣ）３８は、内部接地バス（ＩＧＢ）４０を介して互いに接続される。負荷制御回路（ＬＣＣ）３４、接地故障検出回路（ＧＦＤＣ）３６および開接地スイッチ回路（ＯＨＳＣ）３８は、さらに、開接地（ＯＧ）信号リード４１によって接続される。
【００１４】
通常動作において、ＤＣＢ２３は正であり、接地故障シミュレーションスイッチ３１は閉じられる。この条件の下で、接地故障検出回路（ＧＦＤＣ）３６は、内部接地バス（ＩＧＢ）４０を接地端子（ＧＴ）２８および外部接地バス（ＥＧＢ）２５に有効に接続させ、それにより、負荷端子（ＬＴ）２９および負荷２４は、外部入力２６における信号（例えば、オン／オフ）に応答してＤＣ端子（ＤＣＴ）２７およびＤＣバス（ＤＣＢ）２３から負荷制御回路（ＬＣＣ）３４によって電圧を加えられる。ＤＣバス２３に現れる極性が逆になる反転ＤＣ接続条件の間（例えば、負ＤＣバス）、接地故障検出回路（ＧＦＤＣ）３６は、内部接地バス（ＩＧＢ）４０を外部接地バス（ＥＧＢ）２５よりむしろＤＣバス（ＤＣＢ）に追従させる。ＬＣＣ３４は、大きな反転電流が負荷２４を通って流れる場合に損傷を受けないように、オンとなる。
【００１５】
接地故障が起きた場合（接地故障シミュレーションスイッチ３１が開いていることと同等）、ＧＦＤＣ３６は、ＧＴ２８における電位（例えば、接地（ＧＮＤ）の欠如）を検出し、開接地条件が存在することを指示する信号を開接地（ＯＧ）リード４１でＯＧＳＣ３８およびＬＣＣ３４に与える。ＯＧＳＣ３８へのＯＧリード４１における信号は、ＯＧＳＣ３８に、ＩＧＢ４０をＬＴ２９に接続させる。負荷２４は通常比較的低いインピーダンス（例えば、しばしば数１０ミリオーム）であるから、ＩＧＢ４０をＬＴ２９に接続することはシステム２１に合成接地を与え、それにより、開接地条件は、負荷制御回路（ＬＣＣ）３４を故障させたり、入力２６がオフである場合に電力を負荷端子（ＬＴ）２９および負荷２４に印加したりしない。このように、反転ＤＣおよび／または開接地故障条件による潜在的危険な条件が減少または回避される。
【００１６】
図１の従来システム２１は、このように開接地故障条件および／または反転ＤＣ接続条件に対応するには有効であるが、周辺回路３９がＤＣＢ２３とＧＴ２８との間に接続される場合に潜在的危険条件が起こる可能性がある。抵抗Ｒｅｑは、ＤＣバス（ＤＣＢ）２３と接地端子（ＧＴ）２８との間の周辺回路３９の等価抵抗に相当する。周辺回路３９は、如何なるタイプであってもよい。開接地故障が存在しない（例えば接地故障シミュレーションスイッチ３１が閉じられる）通常条件の下で、周辺回路３９の抵抗Ｒｅｑによる周辺電流７７は、安全にＧＴ２８を通して外部接地バス（ＥＧＢ）２５へ導かれる。しかしながら、開接地故障条件が起こる（すなわち、接地故障シミュレーションスイッチ３１が開く）場合に抵抗Ｒｅｑによって表される周辺回路３９が存在するならば、ＧＴ２８を通るＥＧＢ２５への周辺電流７７は遮断される。負荷制御および保護システム２１がＧＴ２８およびＩＧＢ４０をＬＴ２９に接続する場合に、抵抗Ｒｅｑによる周辺電流７８は、ＧＦＤＣ３６を通ってＩＧＢ４０に流れ、そして、ＩＧＢ４０からＯＧＳＣ３８を通ってＬＴ２９へ流れ、次に、負荷２４を通ってＥＧＢ２５へ流れることができる。周辺電流７８が過剰となる場合、負荷２４の潜在的に安全でない動作が生じる可能性がある。これは望ましくない。
【００１７】
図２は、周辺回路３９の取付けから生じる過剰な負荷電流が制限される本発明の一実施形態に従う、直流バス（ＤＣＢ）２３と負荷２４との間に接続される負荷制御および保護システム５１の簡略化されたシステムレベルブロック図５０を示す。説明を簡潔にするために、共通の要素については図１と同じ参照符号が図２においても使用され、図１に関連してここで与えられた説明は参照によって援用される。負荷制御および保護システム５１は、３つの主サブシステム、すなわち、（ａ）例えばオン／オフ信号を外部入力端子２６から受け取り、それに応答してリンク３０を介して負荷端子（ＬＴ）２９に電力を供給する負荷制御回路（ＬＣＣ）５４（図１のＬＣＣ３４に相当する。）、（ｂ）接地端子（ＧＴ）２８に接続される接地故障検出回路（ＧＦＤＣ）５６（図１のＧＦＤＣ３６に相当する。）、および（ｃ）負荷端子（ＬＴ）２９に接続される開接地スイッチ回路（ＯＧＳＣ）５８（図１のＯＧＳＣ３８に相当する。）を備える。負荷制御回路（ＬＣＣ）５４および接地故障検出回路（ＧＦＤＣ）５６は、さらに、直流端子（ＤＣＴ）２７に接続される。負荷制御回路（ＬＣＣ）５４、接地故障検出回路（ＧＦＤＣ）５６および開接地スイッチ回路（ＯＧＳＣ）５８は、図１のＩＧＢ４０に相当する内部接地バス（ＩＧＢ）６０を介して互いに接続される。接地故障検出回路（ＧＦＤＣ）５６、負荷制御回路（ＬＣＣ）５４および開接地スイッチ回路（ＯＨＳＣ）５８は、さらに、図１のＯＧ信号リード４１に相当する開接地（ＯＧ）信号リード６１によって接続される。図２のシステム５１および図１のシステム２１は、反転極性および開接地故障条件に対して概して同じように動作し、図１のシステム２１に関する説明は参照によって援用される。
【００１８】
図２の制御および保護システム５１と図１のシステム２１との間の異なる点は、追加的電流制限接続（ＣＬＣ）６２がＯＧＳＣ５８とＧＦＤＣ５６との間に設けられる点である。図２において、抵抗Ｒｅｑによって表される周辺回路３９は、直流バス（ＤＣＢ）２３とＧＴ２８との間に接続されるとする。開接地故障が起こる（すなわち、接地故障シミュレーション３１は開いている）場合に、ＧＴ２８を通るＥＧＢ２５への周辺電流７７は遮断される。開接地故障に応答して負荷制御および保護システム５１がＧＴ２８およびＩＧＢ６０をＬＴ２９に接続する場合に、抵抗Ｒｅｑによる電流７９（図１の電流７８に相当する。）は、ＧＦＤＣ５６を通ってＩＧＢ６０へ、次に、ＩＧＢ６０からＯＧＳＣ５８を通ってＬＴ２９へ、次に、負荷２４を通ってＥＧＢ２５へ流れることができる。しかしながら、ＣＬＣ６２の存在が、負荷２４を通る周辺電流７９の大きさを安全なレベルに制限することを可能にする。周辺回路３９の抵抗ＲｅｑからＧＦＤＣ５６を通り、ＩＧＢ６０通り、そしてＯＧＳＣ５８を通ってＬＴ２９へ、それ故負荷２４へ流れる電流７９は、ＯＧＳＣ５８において検出される。ＧＦＤＣ５６に接続される電流制限接続（ＣＬＣ）６２は、このフィードバック信号によって電圧に加えられる。ＣＬＣ６２に電圧が加えられることに応答して、ＧＦＤＣ５６は、ＧＦＤＣ５６を通り、ＩＧＢ６０を通り、ＯＧＳＣ５８を通ってＬＴ２９へ、そして負荷２４へ流れる周辺回路３９の抵抗Ｒｅｑからの周辺電流７９を制限する。このように、図１に関連して記載された潜在的に過剰な周辺電流条件が制限され、この過剰周辺電流による負荷２４のいかなる望まない動作も回避される。これは当技術分野で有用且つ重要な進歩である。
【００１９】
図３は、従来技術に従う、より詳細な図１の負荷制御および保護システム２１の簡略図２０−１を示す。共通の要素については図１と同じ参照符号が図３においても使用され、図１に関連してここで与えられた説明は参照によって援用される。制御および保護システム２１を含むＬＣＣ３４、ＧＦＤＣ３６およびＯＧＳＣ３８の回路詳細は、以下に記載される。
【００２０】
ＬＣＣ３４は、ＡＮＤゲート７０、ゲートドライバ（ＧＤ）７１、およびハイサイドスイッチ（ＨＳＳ）トランジスタ７２を備える。便宜上、ＨＳＳトランジスタ７２は、ＨＳＳ７２と呼ばれてもよい。ＡＮＤゲート７０へのＤＣ電力は、接続部７０１によってＤＣＴ２７へ、および接続部７０２によって内部接続バス（ＩＧＢ）４０へ供給される。ＡＮＤゲート７０の入力７０３は外部制御信号入力端子２６に接続され、ここで、外部オン／オフ信号命令は、リード３０およびＬＴ２９を介して負荷２４へシステム２１によって供給される電力を制御するために提供される。ＡＮＤゲート７０の入力７０４は、ＧＦＤＣ３６の比較器７４の出力７４５に接続される。ＡＮＤゲート７０の入力７０４における小さな丸は、この入力が反転されることを示し、すなわち、比較器７４によるＬＯＷ出力がＡＮＤゲート７０へのＨＩＧＨ入力になるように内部または外部入力信号インバーターを有する。ＡＮＤゲート７０の出力７０５は、ゲートドライバ（ＧＤ）７１の信号入力７１３に接続される。ＧＤ７１へのＤＣ電力は、ＤＣＴ２７に接続されるリード７１１と、リード３０を介してＬＴ２９に接続されるＨＳＳ７２のソースに接続されるリード７１２とによって供給される。ＧＤ７１の出力７１４はＨＳＳ７２のゲートに接続される。ＧＤ７１は、ＡＮＤゲート７０への入力に依存して、オフ状態とオン状態との間でＨＳＳ７２を駆動するために必要とされるいかなる信号レベル変換も与える。種々の信号、ＤＣ、および接地条件の下でのＬＣＣ３４の動作について以下で説明する。
【００２１】
ＧＦＤＣ３６は、トランジスタＭ１およびＭ１ｓと、抵抗Ｒ２と、比較器７４と、電流源７６とを備える。ＤＣ電力は、ＤＣＴ２７に接続されるリード７４１およびＩＧＢ４０に接続されるリード７４２を介して比較器７４へ供給される。トランジスタＭ１、Ｍ１ｓのドレインはＧＴ２８に接続される。Ｍ１ｓのソースは、比較器７４の第１信号入力７４３および電流源７６の出力端子７６１に接続され、該電流源７６の入力端子７６２はＤＣＴ２７に接続される。Ｍ１のソースは、ＩＧＢ４０および比較器７４の第２信号入力７４４に接続される。上述されるように、比較器７４の出力７４５は、ＡＮＤゲート７０の反転入力７０４に接続される。トランジスタＭ１、Ｍ１ｓのゲートは抵抗Ｒ２の第１端子に接続され、該抵抗Ｒ２の第２端子はＤＣＴ２７に接続される。種々の信号、ＤＣおよび接地条件の下でのＧＦＤＣの動作は以下に説明される。
【００２２】
ＯＧＳＣ３８は、ダイオードＤ１と、トランジスタＭ２と、抵抗Ｒ４とを備える。ダイオードＤ１の第１端子はＩＧＢ４０に接続され、ダイオードＤ１の第２端子はトランジスタＭ２のドレインに接続される。トランジスタＭ２のソースはＬＴ２９に接続される。トランジスタＭ２のゲートは、ＯＧ信号リード４１を介して比較器７４の出力７４５およびＡＮＤゲート７０の反転入力７０４に接続される。抵抗Ｒ４は、トランジスタＭ２のソースとドレインとの間に接続される。種々の信号、ＤＣおよび接地条件の下でのＯＧＳＣの動作は以下に説明される。
【００２３】
通常の動作条件の下で（例えば、通常のバス極性であり、接地故障シミュレーションスイッチ３１は閉じられる。）、ＤＣＴ２７に接続される抵抗Ｒ２のために、トランジスタＭ１、Ｍ１ｓはオンである。Ｍ１がオンの状態で、ＩＧＢ４０は、外部接地バス（ＥＢＧ２５）の電位に近く、故に、比較器７４の入力７４４である。比較器７４の入力７４３の電位は、トランジスタＭ１のＲｄｓｏｎをＤＣＴ２７に接続される電流源７６によって与えられる電流に乗算することによって、決定される。この条件の下で、ＡＮＤゲート７０の入力７０４に接続される比較器７４の出力端子７４５は、ＬＯＷである。システム２１のＡＮＤゲート７０は、反転された入力７０４により正論理を有して機能する（例えば、比較器７４の出力７４５がＬＯＷである場合に、入力７０４はＨＩＧＨであり、またはその逆である）。よって、外部入力端子２６における信号もＨＩＧＨである場合には、（ＧＤ７１を通してＨＳＳ７２のゲートに接続される）ＡＮＤゲート７０の出力端子７０５もＨＩＧＨであり、ＨＳＳトランジスタ７２はオンとなり、それによって、リンク３０およびＬＴ２９を介して負荷２４に電力を供給する。一方、外部入力端子２６における信号がＬＯＷである場合には、比較器７４の出力７４５は依然としてＬＯＷであり、それにより、ＡＮＤゲート７０の入力７０４は依然としてＨＩＧＨであるが、ＡＮＤゲート７０の入力７０３はこのときＬＯＷであり、よって、ＡＮＤゲート７０の出力７０５はＬＯＷとなり、ＨＳＳトランジスタ７２はオフとなり、電力はもはやＤＣＴ２７からＨＳＳ７２、リンク３０、およびＬＴ２９を介して負荷２４へ供給されない。比較器７４の出力端子７４５は依然としてＬＯＷであるから、ＯＧＳＣ３８におけるトランジスタＭ２はオフであり、よって、ＬＣＣ３４およびＨＳＳ７２の通常動作と干渉しない。トランジスタＭ２を流れる電流７８は、この条件の下では無視できる。
【００２４】
反転ＤＣ条件が優る（例えば、ＤＣバス２３は負である）場合に、Ｍ１およびＭ１ｓはオフであり、ＯＧＳＣ３８のダイオードＤ１は逆バイアスをかけられ、ＩＧＢ４０はＤＣＢ２３における電圧を負電圧に追従する。大きな電流が負荷２４およびＨＳＳ７２を通って流れることができ、ＨＳＳ７２のボディダイオードに亘る電圧降下は高くなり過ぎることがあり、ＨＳＳ７２に過剰な電力散逸を形成し、ＨＳＳ７２を損傷させる可能性がある。この結果を回避するために、反転ＤＣ条件の間、ＨＳＳ７２はオンとなる。反転ＤＣ条件の間のＨＳＳ７２における電流は、負荷２４によって制限される。ＨＳＳ７２をオンとすることによって、ＨＳＳ７２における電力散逸が減少し、それによって、ＨＳＳ７２の損傷を回避する。反転ＤＣ条件の間の制御および保護システム２１の残りの部分を通って流れる電流は無視できる。
【００２５】
Ｍ１およびＭ１ｓがオンである状態で開接地条件が優る（例えば、故障シミュレーションスイッチ３１は開いている）場合に、ＩＧＢ４０における電圧はＤＣＴ２７および直流バス（ＤＣＢ２３）の電圧に向いて振れる。この電圧の振れは比較器７４によって検出され、ＯＧＳＣ３８のＭ２がオンとなるように比較器７４の出力はＯＧ信号リード４１を介してＯＧＳＣ３８のＭ２のゲートに接続される。これは、ＩＧＢ４０をＬＴ２９および負荷２４へ接続する効果を有し、それにより、負荷２４は、制御および保護システム２１の合成接地接続を提供し、負荷制御回路（ＬＣＣ）３４は、通常どおりに動作を続けることが可能であり、例えば、外部入力２６がＨＩＧＨである場合にはＨＳＳ７２をオンとし、外部入力２６がＬＯＷである場合にはＨＳＳ７２をオフとする。よって、図１に関して記載された潜在的な周辺電流の問題を除いて、ＤＣおよび負荷保護システム２１の目的が達成される。
【００２６】
通常の動作条件の下で（例えば、故障シミュレーションスイッチ３１は閉じられる。）、周辺回路３９の抵抗Ｒｅｑから流れる電流７７は、外部接地バス（ＥＧＢ）２５にシンクされる。トランジスタＭ１はオンであるから、ＩＧＢ４０における電流もＥＧＢ２５にシンクされ得る。開接地条件の下で（例えば、接地故障シミュレーション３１は開いている。）、周辺電流７７によって示される経路は切断され、周辺電流７８がＩＧＢ４０と、ダイオードＤ１と、抵抗Ｒ４およびトランジスタＭ２の組み合わせを通ってＬＴ２９へ、次に、負荷２４を介して外部接地バス（ＥＧＢ）２５へ流れる。周辺回路３９による電流７８が十分大きくなる場合、負荷２４は、応答が望ましくない条件の下で応答することがある。これは望ましくない。よって、保護システムの他の動作モードを乱すことなく、開接地故障条件の下で周辺電流７８を制限する方法を有することが望まれる。これは、図２および図４において示される実施形態によって達成される。
【００２７】
図４は、本発明のさらなる実施形態に従う、より詳細な図２の負荷制御および保護システム５１の簡略図５０−１を示す。共通の要素については図２と同じ参照符号が図４においても使用され、図２に関連してここで与えられた説明は参照によって援用される。同じ要素が図３において見られるように図４に含まれる場合、図３および４の両方において同じ参照符号が使用され、その共通する要素についての図３に関連する説明は参照によって援用される。制御および保護システム５１を備えるＬＣＣ５４、ＧＦＤＣ５６、およびＯＧＳＣ５８の回路詳細は以下に説明される。
【００２８】
ＬＣＣ５４は、ＡＮＤゲート７０と、ゲートドライバ（ＧＤ）７１と、ハイサイドスイッチ（ＨＳＳ）トランジスタ７２とを備える。ＡＮＤゲート７０へのＤＣ電力は、ＤＣＴ２７への接続部７０１および内部接地バス（ＩＧＢ）４０への接続部７０２によって与えられる。ＡＮＤゲート７０の入力７０３は、外部制御信号入力端子２６に接続され、入力端子２６では、外部オン／オフ信号命令は、リード３０を介して負荷２４へシステム５１によって供給される電力を制御するために与えられる。ＡＮＤゲート７０の入力７０４は、ＧＦＤＣ５６の比較器７４の出力７４５に接続される。ＡＮＤゲート７０の入力７０４の小さな円は、この入力が反転されることを示し、すなわち、内部又は外部の入力信号インバーターを有し、それにより、比較器７４からのＬＯＷ出力は、ＡＮＤゲート７０へのＨＩＧＨ入力となり、その逆も同様である。ＡＮＤゲート７０の出力７０５は、ゲートドライバ（ＧＤ）７１の信号入力７１３に接続される。ＧＤ７１へＤＣ電力は、ＤＣＴ２７に接続される端子７１１およびＨＳＳ７２のソースに接続される端子７１２によって与えられ、該端子７１２はリード３０を介してＬＴ２９へ、そして、負荷２４を介してＥＧＢ２５へ接続される。ＧＤ７１の出力７１４はＨＳＳ７２のゲートに接続される。ＧＤ７１は、ＡＮＤゲート７０への入力に依存して、オフ状態とオン状態との間でＨＳＳ７２を駆動するために必要とされるいかなる信号レベル変換も与える。例えば、限定する意図ではなく、ＨＳＳ７２がＮチャネル・パワーＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）である場合に、入力２６におけるオン信号に応答してＨＳＳ７２が完全オンであることを保障するために、ＧＤ７１は、ＤＣバス（ＤＣＢ）２３の電圧より高くＨＳＳ７２へゲート駆動を与えてよい。ＧＤ７１の内部構成は、設計者によって選択されるＨＳＳ７２に依存し、よって、ここでは図示されない。本発明は、ＧＤ７１の内部構成に依存しない。種々の信号、ＤＣ、および接地条件の下でのＬＣＣ５４の動作は、以下に説明される。
【００２９】
ＧＦＤＣ５６は、トランジスタＭ１およびＭ１ｓと、抵抗Ｒ３と、比較器７４と、電流源７６とを備える。抵抗Ｒ３は通常約１００キロオームであるが、より大きなまたは小さな抵抗が使用されてもよい。ＤＣ電力は、ＤＣＴ２７に接続されるリード７４１およびＩＧＢ４０に接続されるリード７４２を介して比較器７４へ与えられる。トランジスタＭ１、Ｍ１ｓのドレインはＧＴ２８に接続される。Ｍ１ｓのソースは、比較器７４の第１信号入力７４３および電流源７６の出力端子７６１に接続され、該電流源７６の入力端子７６２はＤＣＴ２７に接続される。Ｍ１のソースは、ＩＧＢ６０および比較器７４の第２信号入力７４４に接続される。上述されるように、比較器７４の出力７４５はＡＮＤゲート７０の反転入力７０４に接続される。トランジスタＭ１、Ｍ１ｓのゲートは抵抗Ｒ３の第１端子に接続され、該抵抗Ｒ３の第２端子はＤＣＴ２７に接続される。種々の信号、ＤＣおよび接地条件の下でのＧＦＤＣ３６の動作は以下に説明される。
【００３０】
ＯＧＳＣ５８は、ダイオードＤ１と、トランジスタＭ２と、抵抗Ｒ４と、ダイオードＲ２と、トランジスタＭ３とを備える。ダイオードＤ１の第１端子は、ＩＧＢ４０に接続され、ダイオードＤ１の第２端子は、トランジスタＭ２のドレインおよびトランジスタＭ３のゲートに接続される。トランジスタＭ２のソースは、ＬＣＣ５４のリード３０とともにＬＴ２９へ、そして、トランジスタＭ３のソースへ接続される。トランジスタＭ２のゲートは、ＯＧ信号リード４１を介して比較器７４の出力７４５およびＡＮＤゲート７０の反転入力７０４へ接続される。抵抗Ｒ４は、トランジスタＭ２のソースとドレインとの間に、したがって、トランジスタのゲートとソースとの間に接続される。トランジスタＭ３のドレインはダイオードＤ２の第１端子に接続され、該ダイオードＤ２の第２端子は、ＣＬＣ６２を介してトランジスタＭ１、Ｍ１ｓのゲートおよび抵抗Ｒ３の第１端子に接続される。図４のシステム５１および図３のシステム２１は、システム５１のＯＧＳＣ５８におけるトランジスタＭ３およびダイオードＤ２並びに上述される電流制限接続（ＣＬＣ）６２の追加によって相違する。種々の信号、ＤＣおよび接地条件の下でのＯＧＳＣ５８の動作は以下に記載される。
【００３１】
通常動作条件の下で（例えば、通常バス極性であり、接地故障シミュレーションスイッチ３１は閉じられる。）、抵抗Ｒ３がＤＣＴ２７に接続されるために、トランジスタＭ１、Ｍ１ｓはオンである。トランジスタＭ１がオンである場合、ＩＧＢ６０はＥＧＢ２５の電位に近く、故に、比較器７４の入力７４４である。比較器７４の入力７４３の電位は、トランジスタＭ１ｓのＲｄｓｏｎをＤＣＴ２７に接続される電流源７６による電流に乗算することによって、決定される。この条件の下で、ＡＮＤゲート７０の入力７０４に接続される比較器７４の出力端子７４５は、ＬＯＷである。システム２１のＡＮＤゲート７０は、反転される入力７０４により正論理を有して機能する（例えば、比較器７４のＬＯＷ出力７４５に対してＨＩＧＨ入力、およびその逆。）。例えば、外部入力端子２６における信号もＨＩＧＨ（例えば、オン入力命令を表すために使用される５若しくは２．５ボルトまたはあらゆる論理信号レベル）である場合に、（ＧＤ７１を通してＨＳＳ７２のゲートに接続される）ＡＮＤゲート７０の出力端子７０５もＨＩＧＨであり、ＨＳＳトランジスタ７２がオンとなり、それによって、リンク３０およびＬＴ２９を介して負荷２４へ電力を供給する。一方、外部入力端子２６における信号がＬＯＷ（例えば、オフ入力命令を表すために使用される０ボルト若しくはＧＮＤまたはあらゆる論理信号レベル）である場合に、比較器７４の出力７４５は依然としてＬＯＷであり、それにより、ＡＮＤゲートの入力７０４は依然としてＨＩＧＨであるが、ＡＮＤゲート７０の入力７０３はこのときＬＯＷであり、ＡＮＤゲート７０の出力７０５がＬＯＷとなり、ＨＳＳトランジスタ７２がオフとなり、ＤＣＴ２７による電力はＨＳＳトランジスタ７２、リンク３０、およびＬＴ２９を介して負荷２４へ供給される。比較器７４の出力端子７４５は依然としてＬＯＷであるから、ＯＧＳＣ５８におけるトランジスタＭ２はオフであり、よって、ＬＣＣ５４およびＨＳＳ７２の通常動作と干渉しない。トランジスタＭ２を流れる電流は、この条件の下では無視できる。
【００３２】
反転ＤＣ条件が優る（例えば、ＤＣバス２３が負である）場合、Ｍ１およびＭ１ｓはオフであり、ＯＧＳＣ３８のダイオードＤ１は逆バイアスをかけられ、ＩＧＢ６０はＤＣＢ２３における電圧を負電圧に追従する。反転ＤＣ条件の下で、ダイオードＤ２は、トランジスタＭ３を介する逆電流フローを防止する。しかしながら、大きな電流が負荷２４およびＨＳＳ７２を通って流れることができ、ＨＳＳ７２のボディダイオードに亘る電圧降下が高くなり過ぎて、ＨＳＳ７２において過剰な電力散逸を形成し、ＨＳＳ７２に損傷を与える可能性である。この結果を回避するために、反転ＤＣ条件の間、ＨＳＳ７２がオンとなる。反転ＤＣ条件の間のＨＳＳ７２における電流は、負荷２４によって制限される。ＨＳＳ７２をオンにすることによって、ＨＳＳ７２における電力散逸は低減され、それによって、ＨＳＳ７２への損傷を回避する。反転ＤＣ条件の間に保護システム２１の残りの部分を通って流れる電流は、無視できる。
【００３３】
Ｍ１およびＭ１ｓがオンである状態で開接地条件が優る（例えば、故障シミュレーションスイッチ３１は開いている）場合に、ＩＧＢ６０における電圧は、ＤＣＴ２７およびＤＣＢ２３の電圧に振れる。この電圧の振れは比較器７４によって検出され、ＯＧＳＣ５８のＭ２がオンとなるように比較器７４の出力はＯＧ信号リード６１を介してＯＧＳＣ５８のＭ２のゲートに接続される。これは、ＩＧＢ６０をＬＴ２９へ、そして負荷２４を介してＥＧＢ２５へ接続する効果を有し、それにより、負荷２４は、制御および保護システム５１に合成接地接続を提供し、負荷制御回路（ＬＣＣ）５４は、実質的に通常どおりに動作し続けることができ、例えば、外部入力２６がＨＩＧＨである場合にはＨＳＳ７２をオンとし、外部入力２６がＬＯＷである場合にＨＳＳ７２をオフとする。よって、ＤＣおよび負荷保護システム５１の目的が達成される。図４の実施形態のシステム５１が図１および３に関連して記載された過剰な周辺電流の問題を回避する態様は、以下に説明される。
【００３４】
また図４を参照して、通常動作の間（例えば、ＤＣバス２３は正であり、接地故障シミュレーションスイッチ３１が閉じられる。）、ＯＧＳＣ５８は、上述された図３のＯＧＳＣ３８と実質的に同じように同様に機能する。入力２６に存在するオン信号に応答してＨＳＳ７２がオンである場合、ＬＴ２９はＨＳＳ７２およびリード３０を介してＤＣＴ２７に接続され、電力はＬＴ２９を介して負荷２４に供給される。ダイオードＤ２およびＤ１は逆バイアスであり、トランジスタＭ１、Ｍ１ｓはオンである。スイッチ３１が閉じられると仮定されるので、周辺電流７７はＧＴ２８を介して外部接地バス（ＥＧＢ）２５へ無害にシンクされている。入力２６におけるオフ信号に応答してＨＳＳ７２がオフである場合、負荷２４の概して低いインピーダンスのおかげで、ＬＴ２９は実質的にＥＧＢ２５の電位（例えば、〜０ボルト）にある。スイッチ３１は依然として閉じられていると仮定されるので、ＧＴ２８も実質的にＥＧＢ２５の電位にある。よって、Ｍ２およびＭ３はオフであり、Ｒ３に流れる電流はない。この状況の下で、Ｒ３は電圧降下を有さず、Ｍ１を完全にオンするようＭ１のゲートをプルアップし、それにより、ＩＧＢ６０もＥＧＢ２５の電位に近い。
【００３５】
開接地条件の間（接地故障シミュレーションスイッチ３１が開いている。）、上述されるように、Ｍ２はオンであり、ＩＧＢ６０をダイオードＤ１を介してＬＴ２９へ、および負荷２４を介してＥＧＢ２５へ接続する。このように、ＧＴ２８とＥＧＢ２５との間の直接的接続が失われる（例えば、接地故障シミュレーションスイッチ３１は開いている）としても、ＩＧＢ６０は依然としてＥＧＢ２５の電位に近いままである。周辺電流７９はＧＴ２８からＩＧＢ６０およびＯＧＳＣ５８へ流され、このとき、電流は、ダイオードＤ１と、トランジスタＭ２およびＯＧＳＣ５８の抵抗Ｒ４の並列結合とを通る。トランジスタＭ２および抵抗Ｒ４の並列結合によって与えられる抵抗（ＲｄｓｏｎＭ２／Ｒ４と表される。）を通る周辺電流７９によって形成される電圧降下は、トランジスタＭ３のゲートにバイアスをかける。すなわち、ＶｇＭ３＝Ｉ７９＊（ＲｄｓｏｎＭ２／Ｒ４）。Ｍ３は導通状態となり、このとき、電流がＤＣＴ２７から抵抗Ｒ３を介してＬＴ２９へ、そして、負荷２４を介してＥＧＢ２５へ流れる。抵抗Ｒ３の両端での電圧降下は、Ｍ１をソースフォロワとして機能させ、Ｍ１におけるソース−ドレイン電圧は、ＤＣＴ２７からＲ３、ＣＬＣ６２、ダイオードＤ２、トランジスタＭ３、ＬＴ２９および負荷２４介してＥＧＢ２５に流れる電流によって決定されるゲート電圧に従う。周辺回路３９がＤＣバス（ＤＣＢ）２３とＧＴ２８との間に接続される等価抵抗Ｒｅｇを有するので、ＩＧＢ６０がＯＧＳＣ５８のトランジスタＭ２を介してＥＧＢ２５に実質的に接続されたままであるとしても、ＧＴ２８の電位は、このとき、ＤＣバス２３のより近づくことができる。ＧＴ２８の電位が上がるほど、周辺電流７９が減少し、言い換えれば、（故障シミュレーションスイッチ３１が開いている場合に）負荷２４を通ってＥＧＢ２５へ流れるようＧＴ２８、ＧＦＤＣ回路５６、ＩＧＢ６０およびＯＧＳＣ５８を介してＬＴ２９へ向けられる周辺電流７９の最大値は制限される。さらに言い換えれば、Ｍ２のドレインを（例えば、Ｍ３およびＣＬＣ６２を介して）Ｍ１のゲートとＧＦＤＣ５６のＲ３との間の接合に接続することは、Ｒ３からＥＧＢ２５への（例えば、ＣＬＣ６２、Ｄ２、Ｍ３，ＬＴ２９および負荷２４をする）新しい電流経路を確立し、Ｍ１におけるゲート駆動を低減する。Ｍ１におけるゲート駆動は、Ｒ３を介してＤＣＴ２７からＥＧＢ２５に流れるこの追加的な電流とおおよそ正比例して低減される。これは、Ｍ１をもはや完全にオンさせない。結果として、Ｍ１の抵抗は、電流制限フィードバック接続（ＣＬＣ）６２によって高められる。これは、開接地故障条件の下で抵抗ＲｅｑからＩＧＢ６０、Ｄ１、Ｍ２およびＬＴ２９を介して負荷２４を通って流れることができる周辺電流７９の大きさを制限する。Ｒ３は負荷２４のインピーダンスに対して相対的に大きいので、さらに、トランジスタＭ１によって与えられるゲインのために、Ｍ３がオンである場合にＣＬＣ６２を介してＤＣＢ２７とＥＧＢ２５との間を流れる増加的電流は、概して、周辺電流７９と比較して無視できる。よって、ＣＬＣ６２を介して提供される接続に応答して電流７９はトランジスタＭ１によって動的に制限されるので、従来の制御および保護システム２１の図１および３に関連して説明される過剰な周辺電流条件は回避される。これは、当該技術分野における重大な進歩である。
【００３６】
図５は、本発明の追加的実施形態に従う、例えば、ＧＴ２８を介して負荷制御および保護システム５１に接続される１つまたは複数の周辺回路３９による電流７９を制限する方法５００の簡略化されたブロック図を示す。方法５００は開始５０１および最初のステップ５０２から始まる。最初のステップでは、直流バス（ＤＣＢ）２３に接続するための直流端子（ＤＣＴ）２７と、外部接地バス（ＥＧＢ）２５に接続するための接地端子（ＧＴ）２８と、ＥＧＢ２５に接続する負荷２４に接続するための負荷端子（ＬＴ）２９と、オン／オフ命令を受信するための入力端子２６と、内部接地バス（ＩＧＢ）６０とを備える制御および保護システム５１が設けられる。進路５０３−１にしたがって、方法５００の１つの実施形態はステップ５０４に進み、ステップ５０４で、ＧＴ２８がＥＧＢ２５に接続される場合に、方法５００は、負荷制御および保護システム５１に接続される周辺回路３９からのいかなる電流７７もＧＴ２８を介してＥＧＢ２５へシンクするステップを含み、そして、進路５０５を介して終了５１２に進む。進路５０３−２にしたがって、ＧＴ２８がＥＧＢ２５に接続されない場合に、方法５００の別の実施形態は、ステップ５０６、５０８、５１０、および終了５１２に進む。ステップ５０６において、方法５００は、負荷制御および保護システム５１に接続される周辺回路３９からのいかなる電流７９もＩＧＢ６０を介してＬＴ２９へ、そして、ＬＴ２９を介して負荷２４を通ってＥＧＢ２５へシンクするステップを含む。ステップ５０８において、ＬＴ２９にシンクされる周辺電流７９が検出され、フィードバック信号は、それから、例えば、トランジスタＭ２にわたるソース−ドレイン間の電圧降下によって生成される。ステップ５１０において、フィードバック信号は、（例えば、トランジスタＭ３、ＣＬＣ６２、および抵抗Ｒ３を介して）用いられ、周辺回路３９とＩＧＢ６０との間の（例えば、トランジスタＭ１のソース−ドレイン間インピーダンスによって与えられる）直列インピーダンス高めて、負荷２４を通る周辺電流７９を制限する。次いで、方法５００のこの実施形態は、終了５１２に進む。言い換えれば、ＬＴ２９を通ってシンクされる周辺電流７９は（例えば、Ｍ２において）検出され、その結果は（例えば、Ｍ３において）増幅されて、（抵抗Ｒｅｑによって表される）周辺回路３９とＩＧＢ６０との間の結合を弱めるよう（例えば、ＣＬＣ６２を介して）フィードバックされ、それにより、負荷２４へ流れる周辺回路３９からの電流７９は制限される。
【００３７】
第１実施形態にしたがって、ＤＣバス（ＤＣＢ）２３に接続するように適応されるＤＣ端子（ＤＣＴ）２７と、負荷２４に接続するように適応される負荷端子（ＬＴ）２９と、外部接地バス（ＥＧＢ）２５に接続するように適応される接地端子（ＧＴ）２８とを有し、ＧＴ２８が、さらに、周辺回路３９に接続するように適応される負荷制御および保護システム５１であって、ＧＴ２８およびＤＣＴ２７に接続される接地故障検出回路（ＧＦＤＣ）５６と、ＬＴ２９に接続される開接地スイッチ回路（ＯＧＳＣ）５８と、ＧＦＤＣ５６とＯＧＳＣ５８との間に接続される内部接地バス（ＩＧＢ）６０と、少なくともＧＦＤＣ５６とＯＧＳＣ５８との間に接続される開接地（ＯＧ）信号リード６１と、ＯＧＳＣ５８とＧＦＤＣ５６との間に接続される電流制限接続（ＣＬＣ）６２とを備え、ＧＦＤＣ５６は、ＧＴ２８とＥＧＢ２５との間の接続が存在しない場合に開接地信号をＯＧ信号リード６１に与えるように適応され、ＯＧＳＣ５８は、ＩＧＢ６０をＬＴ２９に接続するために開接地信号がＯＧ信号リード６１で受信される場合に、ＧＴ２８からＩＧＢ６０を介してＬＴ２９に流れる電流７９を検出し、ＧＴ２８から当該負荷制御および保護システム５１を通ってＬＴ２９に流れる電流を制限するためにＧＦＤＣ５６とＬＴ２９との間のＣＬＣ６２に電圧を加えるように適応される、負荷制御および保護システム５１が提供される。さらなる実施形態にしたがって、ＧＦＤＣ５６は、ＧＴ２８に接続される第１主端子と、ＩＧＢ６０に接続される第２主端子と、ＣＬＣ６２に接続される制御端子とを有する第１トランジスタＭ１を備え、ＧＴ２８からの電流７９は、第１トランジスタＭ１を通ってＩＧＢ６０へ流れる。またさらなる実施形態において、ＯＧＳＣ５８は、ＩＧＢ６０に接続される第１主端子と、ＬＴ２９に接続される第２主端子と、ＯＧ信号リード６１に接続され、ＯＧ信号リード６１で開接地信号を受信する場合にオンになるように適応される制御端子とを有する第２トランジスタを備える。また別のさらなる実施形態にしたがって、ＯＧＳＣ５８は、第２トランジスタＭ２の第１主端子とＩＧＢ６０との間に接続される第１ダイオードＤ１をさらに備える。また別のさらなる実施形態において、ＧＦＤＣ５６は、ＤＣＴ２７と第１トランジスタＭ１の制御端子との間に接続される抵抗Ｒ３をさらに備える。また別のさらなる実施形態において、ＯＧＳＣ５８は、ＣＬＣ端子６２に接続される第１主端子と、ＬＴ２９に接続される第２主端子と、第２トランジスタＭ２の第１主端子に接続される制御端子とを有する第３トランジスタＭ３をさらに備え、それにより、ＧＴ２８からの電流が第２トランジスタＭ２を通って流れる場合に、それによって生成される電圧降下は、ＧＴ２８から第１トランジスタＭ１を通ってＩＧＢ６０へ流れる電流７９を制限するために第３トランジスタＭ３およびＣＬＣ６２を介して第１トランジスタＭ１の制御端子へ伝えられる。別の実施形態にしたがって、ＯＧＳＣ５８は、第３トランジスタＭ３の第１主端子とＣＬＣ６２との間に接続される第２ダイオードＤ２をさらに備える。また別の実施形態にしたがって、ＣＬＣ６２を介して第１トランジスタＭ１の制御端子および抵抗Ｒ３に接続される第１主端子を有する第３トランジスタＭ３は、アクティブにされる場合に、第１トランジスタＭ１をフォロワとして機能させて、ＧＴ２８からＩＧＢ６０および第２トランジスタＭ２を介してＬＴ２９へ流れる電流を制限する。また別の実施形態にしたがって、抵抗Ｒ３を通る電流の増加は、第１トランジスタＭ１の制御端子における駆動を低減し、それによって、第１トランジスタＭ１を通ってＧＴ２８からＩＧＢ６０へ流れる電流を制限する。また別のさらなる実施形態にしたがって、当該負荷制御および保護システムは、入力端子２６を有し、ＤＣＴ２７およびＬＴ２９に接続され、入力端子２６におけるオン信号に応答してＤＣＴ２７からＬＴ２９に電力を供給するように適応される負荷制御回路（ＬＣＣ）５４をさらに備える。また別のさらに実施形態にしたがって、当該負荷制御および保護システム５１は、ＧＴ２８がＥＧＢ２８へ接続される場合に、ＧＴ２８に接続される周辺回路３９からＧＴ２８に到達する電流をＧＴ２８を介してＥＧＢ２５へ伝えるように適応される。
【００３８】
第２実施形態にしたがって、ＤＣバス（ＤＣＢ）２３に接続するように適応される直流（ＤＣ）端子（ＤＣＴ）２７と、負荷２４に接続するように適応される負荷端子（ＬＴ）２９と、外部接地バス（ＥＧＢ）２５および周辺回路３９に接続するように適応される接地端子（ＧＴ）２８と、負荷２４に悪影響を与えることなく周辺回路３９からＧＴ２８に到達する電流７９をシンクするようＧＴ２８とＬＴ２９との間に接続されるように適応される内部接地バス６０とを有する負荷制御および保護システム５１を動作する方法であって、ＧＴ２８をＩＧＢ６０に接続するために、システム５１内の第１アクティブデバイスＭ１をオンにするステップと、ＧＴ２８とＥＧＢ２５との間の接続が切断される時を検出するステップと、ＩＧＢ６０をＬＴ２９に接続するためにシステム５１内の第２アクティブデバイスをオンにするステップと、第１アクティブデバイスＭ１および第２アクティブデバイスＭ２を使用して、周辺回路３９からＩＧＢ６０をわたってＬＴ２９に周辺電流７９をルーティングするステップと、第２アクティブデバイスＭ２を使用して、ＬＴ２９を通る周辺電流７９に関するフィードバック信号を形成するステップと、フィードバック信号を用いて、第１アクティブデバイスＭ１を介してＩＧＢ６０に接続される周辺電流７９を制限するステップとを含む方法が提供される。さらなる実施形態にしたがって、ＧＴ２８とＥＧＢ２５との間の接続が切断される場合に、ＧＴ２８を介してＥＧＢ２５へ周辺電流７７をシンクする。またさらなる実施形態にしたがって、周辺電流７９を制限するステップは、フィードバック信号を第３アクティブデバイスＭ３の制御端子に印加するステップを含み、該第３アクティブデバイスＭ３の主端子は第１アクティブデバイスＭ１の制御端子とＬＴ２９との間に接続される。またさらなる実施形態にしたがって、ルーティングするステップは、第３アクティブデバイスＭ３を用いて第１アクティブデバイスＭ１の制御端子における駆動電位を低減し、それによって、第１アクティブデバイスＭ１を通る周辺電流７９に対する第１アクティブデバイスＭ１のインピーダンスを高めるステップを含む。またさらなる実施形態にしたがって、第１アクティブデバイスの制御端子における駆動電位を低減するステップは、第１アクティブデバイスＭ１の制御端子とＤＣＴ２７との間に接続される抵抗Ｒ３を通って流れる電流を増大させるために第２アクティブデバイスを使用するステップを含む。
【００３９】
第３実施形態にしたがって、ＤＣバス（ＤＣＢ）２３に接続するためのＤＣ端子（ＤＣＴ）２７と、外部接地バス（ＥＧＢ）２５に接続するための接地端子（ＧＴ）２８と、ＥＧＢ２５に接続される負荷２４に接続するための負荷端子（ＬＴ）２９と、内部接地バス（ＩＧＢ）６０とを有する負荷制御および保護システム５１を使用する方法５００であって、負荷制御および保護システム５１の動作の間、ＧＴ２８がＥＧＢ２５に接続される場合に、制御および保護システム５１に接続される周辺回路３９からのいかなる電流７７もＧＴ２８を介してＥＧＢ２５へシンクするステップと、ＧＴ２８がＥＧＢ２５に接続されない場合に、制御および保護システム５１に接続される周辺回路３９からのいかなる電流７９もＩＧＢ６０を介してＬＴ２９へ、そして、ＬＴ２９を介して負荷２４を通りＥＧＢ２５へシンクするステップと、ＬＴ２９を通してシンクされる電流７９を検出するステップと、検出された電流７９からフィードバック信号を生成するステップと、フィードバック信号を使用して、周辺回路３９とＩＧＢ６０との間の直列インピーダンスＭ１を高め、それによって、負荷２４を通る周辺電流７９を制限するステップとを含む方法が提供される。さらなる実施形態にしたがって、直列インピーダンスは、フィードバック信号から得られる電位を受ける第１制御端子を有する第１トランジスタＭ１を備える。別のさらなる実施形態にしたがって、検出するステップは、第２トランジスタＭ２を通って周辺電流７９を送るステップを含み、フィードバック信号は、第２トランジスタＭ２の出力における電位降下に比例する。またさらなる実施形態にしたがって、検出するステップは、第２トランジスタＭ２の出力を第３トランジスタＭ３の入力に接続するステップを含み、第３トランジスタの出力は、第１トランジスタＭ１の入力に接続される。
【００４０】
少なくとも１つの代表的な実施形態が本発明の上記の詳細な説明において提示されているが、当然のことながら、多くの種々の変形例が存在する。また、１又は複数の代表的な実施形態は単なる例示であり、本発明の範囲、適用可能性、又は構成を何ら限定するものではないことは明らかである。むしろ、上記の詳細な説明は、本発明の例となる実施形態を実現するための便利なロードマップを当業者に提供するものであり、当然のことながら、添付の特許請求の範囲及びそれと同等のものである本発明の技術的範囲から逸脱することなく、代表的な実施形態において述べられた要素の機能及び構成は種々に変更し得る。
【符号の説明】
【００４１】
２３        ＤＣバス
２４        負荷
２５        外部接地バス
２６        入力端子
２７        ＤＣ端子
２８        接地端子
２９        負荷端子
３１        開接地故障シミュレーションスイッチ
３９        周辺回路
５１        負荷制御および保護システム
５４        負荷制御回路
５６        接地故障検出回路
５８        開接地スイッチ回路
６０        内部接地バス
６１        開接地信号リード
６２        電流制限接続
７７，７９  電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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