(57)【要約】【課題】遠隔電力制御装置（ＲＰＣ）を提供する。【解決手段】遠隔電力制御装置（ＲＰＣ）は、ライン接続１１２と、負荷接続と、ライン接続と負荷接続との間で並列に配設された第１および第２の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１０４，１０５と、電圧オフセットエレメント１０６と、を含み、第１および第２のＦＥＴは、安全運転エリア（ＳＯＡ）をそれぞれ有し、第１のＦＥＴの安全運転エリア（ＳＯＡ）は、第２のＦＥＴの安全運転エリア（ＳＯＡ）より低く、第１のＦＥＴは、第２のＦＥＴに比べて、飽和における抵抗（ＲＤＳ（ｏｎ））がより低く、電圧オフセットエレメントは第１および第２のＦＥＴの間に接続され、これにより、ＲＰＣにおける電流が限流設定点より高い場合に、第１のＦＥＴをオフにするように電圧オフセットエレメントが構成される。【選択図】図１
2011211893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライン接続と、
負荷接続と、
ライン接続と負荷接続との間で並列に配設された第１および第２の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と、
電圧オフセットエレメントと、
を含む遠隔電力制御装置（ＲＰＣ）であって、
第１および第２のＦＥＴは、安全運転エリア（ＳＯＡ）をそれぞれ有し、第１のＦＥＴの安全運転エリア（ＳＯＡ）は、第２のＦＥＴの安全運転エリア（ＳＯＡ）より低く、
第１のＦＥＴは、第２のＦＥＴに比べて、飽和における抵抗（ＲＤＳ（ｏｎ））がより低く、
電圧オフセットエレメントは第１および第２のＦＥＴの間に接続され、これにより、ＲＰＣにおける電流が限流設定点より高い場合に、第１のＦＥＴをオフにするように電圧オフセットエレメントが構成されることを特徴とする遠隔電力制御装置。
【請求項２】
電圧オフセットエレメントは、分圧器、バッテリーあるいはダイオードの１つからなることを特徴とする請求項１に記載の遠隔電力制御装置。
【請求項３】
電圧オフセットエレメントはツェナーダイオードからなることを特徴とする請求項１に記載の遠隔電力制御装置。
【請求項４】
出力を有する差動増幅器をさらに含み、該出力は、第１のＦＥＴのゲートおよび第２のＦＥＴのゲートに接続されることを特徴とする請求項１に記載の遠隔電力制御装置。
【請求項５】
電圧オフセットエレメントは、第１のＦＥＴと差動増幅器の出力との間に位置することを特徴とする請求項４に記載の遠隔電力制御装置。
【請求項６】
差動増幅器の第１の入力は基準電圧に接続され、差動増幅器の第２の入力は分流器に接続されることを特徴とする請求項４に記載の遠隔電力制御装置。
【請求項７】
限流時間の期間の経過後、第１のＦＥＴをオフにした後、ＲＰＣをオフにするように構成されたタイミング回路をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の遠隔電力制御装置。
【請求項８】
限流時間の期間は所定の時間期間であることを特徴とする請求項７に記載の遠隔電力制御装置。
【請求項９】
限流時間の期間はＲＰＣに亘る電圧に反比例することを特徴とする請求項７に記載の遠隔電力制御装置。
【請求項１０】
限流時間の期間は第２のＦＥＴのＳＯＡに基づくことを特徴とする請求項７に記載の遠隔電力制御装置。
【請求項１１】
ライン接続と、負荷接続と、ライン接続と負荷接続との間で並列に配設された第１および第２の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と、を含む遠隔電力制御装置（ＲＰＣ）の運転方法であって、
第１および第２のＦＥＴは、安全運転エリア（ＳＯＡ）をそれぞれ有し、第１のＦＥＴの安全運転エリア（ＳＯＡ）は、第２のＦＥＴの安全運転エリア（ＳＯＡ）より低く、
第１のＦＥＴは、第２のＦＥＴに比べて、飽和における抵抗（ＲＤＳ（ｏｎ））がより低く、
前記運転方法は、
ＲＰＣにおける電流が限流設定点以下の場合に、第１および第２のＦＥＴをオンにするステップと、
ＲＰＣにおける電流が限流設定点以上の場合に、第１のＦＥＴをオフにするステップと、
を含むことを特徴とする遠隔電力制御装置運転方法。
【請求項１２】
第１のＦＥＴをオフにするステップは、第１のＦＥＴと第２のＦＥＴとの間に電圧オフセットを付与するステップを含み、
電圧オフセットは、第１のＦＥＴをオフにするように構成されることを特徴とする請求項１１に記載の遠隔電力制御装置運転方法。
【請求項１３】
限流時間の期間の経過後、第１のＦＥＴをオフにした後、ＲＰＣをオフにするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の遠隔電力制御装置運転方法。
【請求項１４】
限流時間の期間は所定の時間期間であることを特徴とする請求項１３に記載の遠隔電力制御装置運転方法。
【請求項１５】
限流時間の期間はＲＰＣに亘る電圧に反比例することを特徴とする請求項１３に記載の遠隔電力制御装置運転方法。
【請求項１６】
限流時間の期間は第２のＦＥＴのＳＯＡに基づくことを特徴とする請求項１３に記載の遠隔電力制御装置運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠隔電力制御装置（ＲＰＣ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠隔電力制御装置（ＲＰＣ：ｒｅｍｏｔｅ  ｐｏｗｅｒ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、以下ＲＰＣという）は、電気負荷に対する電力接続を制御しかつ保護する固体装置である。ＲＰＣは、例えば、航空機や宇宙船の電気システムなど複雑な電気システムにおいて用いられている。ＲＰＣは、電源でなく負荷における切替えを可能し、これにより、電気システム全体の複雑性が減少する。ＲＰＣは、負荷への通電を制御するように機能するとともに、ヒューズや回路遮断器として機能して、障害や過負荷状態から電気部品を保護する。直流電力の用途では、ＲＰＣは、電流を所定のレベルに制限して電力分配システムを保護するように設計される。
【０００３】
ＲＰＣは、相対的に高い電力能力を有し、かつ電圧降下が低い酸化金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴまたはＦＥＴ）を含む。ＲＰＣに亘る電圧降下は、オン状態のＦＥＴの抵抗（つまりＲＤＳ（ｏｎ）と呼ぶパラメータ）に依存する。ＲＰＣに亘る低電圧降下は、ＲＰＣの効率性の損失を低下させ、効率を向上させるために重要である。電流制限する限流ＲＰＣにおけるＦＥＴは、故障や過負荷が生じたときはフルライン電圧まで耐えつつ、電流制限値（限流値）をサポートしなければならない。したがって、ＦＥＴは、故障中に大きな電力量を損失させなければならない。相対的に高い電力レベルは、ＦＥＴのエネルギー能力に応じて、制限された時間の間、ＦＥＴによって持続され得る。ＦＥＴのエネルギー能力は、所定の継続時間の間、画定されたエリアでの電圧対電流のプロットによって表される。これにより、ＦＥＴの安全運転エリア（ＳＯＡ）が特定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
あるＦＥＴ（相対的に小さい）は、用途を切り替えるように構成され、さらに低いＲＤＳ（ｏｎ）を実現することができる。しかし、小さいＦＥＴのエネルギー能力（ＳＯＡ）は著しく低い。より高いＲＤＳ（ｏｎ）を有するＦＥＴは、より大きく、小さいＦＥＴに比べてＳＯＡ能力が著しく高い。電圧および電流の双方が印加された状態での運転が好ましい、より高いＳＯＡ能力を有するタイプのＦＥＴは、リニアＦＥＴである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によると、遠隔電力制御装置（ＲＰＣ）は、ライン接続と、負荷接続と、ライン接続と負荷接続との間で並列に配設された第１および第２の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と、電圧オフセットエレメントと、を含み、第１および第２のＦＥＴは、安全運転エリア（ＳＯＡ）をそれぞれ有し、第１のＦＥＴの安全運転エリア（ＳＯＡ）は、第２のＦＥＴの安全運転エリア（ＳＯＡ）より低く、第１のＦＥＴは、第２のＦＥＴに比べて、飽和における抵抗（ＲＤＳ（ｏｎ））がより低く、電圧オフセットエレメントは第１および第２のＦＥＴの間に接続され、これにより、ＲＰＣにおける電流が限流設定点より高い場合に、第１のＦＥＴをオフにするように電圧オフセットエレメントが構成される。
【０００６】
本発明の他の態様によると、遠隔電力制御装置の運転方法は、ライン接続と、負荷接続と、ライン接続と負荷接続との間で並列に配設された第１および第２の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と、を含む遠隔電力制御装置（ＲＰＣ）の運転方法であって、第１および第２のＦＥＴは、安全運転エリア（ＳＯＡ）をそれぞれ有し、第１のＦＥＴの安全運転エリア（ＳＯＡ）は、第２のＦＥＴの安全運転エリア（ＳＯＡ）より低く、第１のＦＥＴは、第２のＦＥＴに比べて、飽和における抵抗（ＲＤＳ（ｏｎ））がより低く、前記運転方法は、ＲＰＣにおける電流が限流設定点以下の場合に、第１および第２のＦＥＴをオンにするステップと、ＲＰＣにおける電流が限流設定点以上の場合に、第１のＦＥＴをオフにするステップと、を含む。
【０００７】
本発明の他の特徴および利点は、発明を実施するための形態および添付の図面から明らかになるであろう。
【０００８】
図面において、類似の構成要素には類似の符号を付している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】並列ＦＥＴを含む遠隔電力制御装置を示す図。
【図２】並列ＦＥＴを含む遠隔電力制御装置の運転方法を示す図。
【図３Ａ】並列ＦＥＴを含む遠隔電力制御装置のタイミングチャートを示す図。
【図３Ｂ】並列ＦＥＴを含む遠隔電力制御装置のタイミングチャートを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
複数の並列ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を有するＲＰＣ（遠隔電力制御装置）のシステムおよび方法の例示的な実施例を以下に詳細に説明する。例示的なＲＰＣは、複数の並列ＦＥＴを有し、各ＦＥＴは、異なるタイプのものである。ＲＰＣにおける異なる特性を有する並列ＦＥＴを用いることにより、個々のＦＥＴに対する負荷を持続可能なレベルまで減少させることができる。１つのＦＥＴを通常の運転状態の間に用いるように選択し、残りのＦＥＴを過負荷状態の放散や限流のために選択することができる。
【００１１】
ＦＥＴの特性は、安全運転エリア（ＳＯＡ）およびＲＤＳ（ｏｎ）を含む。ＳＯＡは、ＦＥＴの電力およびエネルギー処理能力を画定する。ＳＯＡは、ＦＥＴがダメージなく所定の時間の間処理可能な、電源電圧値に対するドレインの領域（範囲）およびドレイン電流値の領域を画定する。ＦＥＴの安全な作動のため、運転中の電源電圧に対するドレインおよびドレイン電流の双方を各々の最大値以下に維持しなければならず、ドレイン電流および電圧の積は、ＦＥＴ装置のために最大電力損失（放散）以下に維持しなければならない。ＲＤＳ（ｏｎ）は、ＦＥＴが完全にオンのとき（すなわち、ＦＥＴが飽和のとき）にＦＥＴに抵抗を与える。
【００１２】
図１は、ＲＰＣ１００の実施例を示す。ＲＰＣ１００は、並列ＦＥＴ１０４，１０５を含む。ＲＰＣ１００の機能は、負荷接続１０９に接続された負荷およびワイヤを制御し保護することである。負荷接続１０９は、ライン接続１１２に接続された電源により給電される。ＦＥＴ１０５は、相対的に低いＲＤＳ（ｏｎ）および低いＳＯＡ能力を有する。ＦＥＴ１０４は、リニアＦＥＴからなり、より高いＳＯＡ能力および相対的に高いＲＤＳ（ｏｎ）を有する。電流は、ライン接続１１２から、ＦＥＴ１０４およびＦＥＴ１０５の少なくとも一方を通って負荷接続１０９へとＲＰＣ１００に亘って流れる。ＦＥＴ１０４のゲート電圧とＦＥＴ１０５のゲート電圧との間に電圧オフセットエレメント１０６が位置する。ＲＰＣ１００は、さらに電源（ＰＳ１）１０１、基準電圧（ＲＥＦ）１０２、差動増幅器１０３、抵抗器１０７，１０８、負荷接続１０９、接地接続１１０、整流ダイオード１１１およびライン接続１１２を含む。電源１０１をＦＥＴ１０４，１０５のためのゲートドライブ電源としてもよい。一実施例では、電源１０１を１０〜１５ボルトの電源としてもよい。一実施例では、基準電圧１０２はミリボルトの範囲とし得る。電圧オフセットエレメント１０６に亘る電圧は、数ボルト程度である。電圧オフセットエレメント１０６は、分圧器、バッテリーあるいは１つまたは複数のダイオード（例えば、一実施例ではツェナーダイオード）からなる。一実施例では、抵抗器１０７の値は、数千オームとしてもよく、抵抗器１０８の値は、数万オームとしてもよい。抵抗器１０８は、分流器かなり、差動増幅器１０３に対して低いミリボルトの信号を付与する。ＲＰＣ１００は、さらに、差動増幅器１０３の周囲におけるゲインおよび周波数応答整形エレメント（ｇａｉｎ  ａｎｄ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｓｈａｐｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ）、限流時間を制御するタイミング回路や増減時間制御をさらに備えていてもよい。
【００１３】
図２は、並列ＦＥＴを含むＲＰＣの運転方法２００の実施例を示す。図１を参照しつつ図２について説明する。ブロック２０１では、ＲＰＣ１００は、通常負荷で作動する。ＲＰＣ１００における電流は、通常負荷の間、限流（制限電流）設定点以下である。限流設定点は、負荷接続１０９に接続された負荷の電力能力によって決定される。差動増幅器１０３の出力は高く、十分なゲート電流がＦＥＴ１０４，１０５の双方に印加されて、ＦＥＴがオンとなる。しかし、ＦＥＴ１０５のＲＤＳ（ｏｎ）がＦＥＴ１０４のＲＤＳ（ｏｎ）より低いため、ＦＥＴ１０４よりも多くの電流がＦＥＴ１０５を通流する。ブロック２０２では、ＲＰＣ１００は、故障や過負荷状態を含む限流モードで作動する。ＲＰＣ１００における電流が限流設定点よりも高いときに、限流モードがトリガされる。差動増幅器１０３は、抵抗器１０８から基準電圧１０２への分流器電圧を含み、ＦＥＴ１０４へのゲートドライブを中間電圧に調節して、電流を所望の限流レベルに維持する。電圧オフセットエレメント１０６および抵抗器１０７に亘る減少した電圧によりＦＥＴ１０５がオフとなり、ＲＰＣ１００における電流がＦＥＴ１０４だけを通流する。ＦＥＴ１０４のより高いＳＯＡのため、ＦＥＴ１０４は、電流および電圧値の相対的に広い範囲（領域）に亘って電力を放散する。限流状態が持続する場合、ブロック２０３において、限流時間の期間が経過した後、ＲＰＣ１００はオフとなる。限流時間の期間は、ＦＥＴ１０４のＳＯＡに基づいて決めることができ、この期間を固定の時間期間としてもよく、また、ＲＰＣ１００に亘る電圧に反比例する時間の期間としてもよい。一実施例では、限流時間の期間は、タイミング回路によって実行され得る。
【００１４】
図３Ａ，３Ｂは、並列ＦＥＴを含むＲＰＣのタイミングチャートの実施例を示す。図２を参照して図３Ａ，３Ｂを説明する。図３Ａにおいて、ライン３０１ａは、ＲＰＣ１００における電流レベルを示す。通常運転中（図２のブロック２０１）、ライン３０１ａにおける電流は、ゼロ（ライン３０３ａで示す）と限流設定点（ライン３０２ａで示す）の間にある。限流運転の間（図２のブロック２０２）は、ライン３０１ａにおける電流は、ライン３０２ａで示す限流設定点に限定される。限流時間の期間の経過後（図２のブロック２０３）、ＲＰＣ１００はオフに切り替えられ、ライン３０１ａにおける電流は、ライン３０３ａで示すゼロとなる。図３Ｂにおいて、ライン３０１ｂは、ＦＥＴ１０５のゲート電圧を示し、ライン３０２ｂは、ＦＥＴ１０４のゲート電圧を示す。ライン３０３ｂは、ＦＥＴゲート閾値（すなわち、ＦＥＴをオンにするために要求される電圧量）を示し、ライン３０４ｂは、ゼロ電圧を示す。通常運転中（図２のブロック２０１）、ライン３０１ｂ，３０２ｂにおけるゲート電圧は、ＦＥＴゲート閾値３０３ｂ以上である。限流運転の間（図２のブロック２０２）は、ライン３０１ｂにおけるゲート電圧は、ＦＥＴゲート閾値３０３ｂ以上であり、ライン３０２ｂにおけるゲート電圧は、ＦＥＴゲート閾値３０３ｂ以下である。限流時間の期間の経過後（図２のブロック２０３）、ＲＰＣ１００はオフに切り替えられ、ライン３０１ｂ，３０２ｂにおけるゲート電圧は、ライン３０４ｂで示すゼロとなる。
【００１５】
本発明の例示的な実施例の効果および利点は、電気部材を故障や過負荷状態から保護することである。
【００１６】
本発明に使用している用語は、特定の実施例を説明することだけを目的とするのであって、本発明を限定するものではない。本発明を図示、説明してきたが、これは、本発明を開示の形態に限定するものではない。本発明の範囲を逸脱することなく、本明細書に記載していない種々の修正や変更等が本発明に対してなされることは当業者であれば理解されるであろう。さらに、本発明の複数の実施例について説明してきたが、本発明のいくつかの実施例について説明しているに過ぎないことを理解されたい。したがって、本発明は、上記の記載事項に限定されることなく、以下の特許請求の範囲の範囲によって限定されるものである。
【図１】
2011211893.tif 000003
【図２】
2011211893.tif 000004
【図３Ａ】
2011211893.tif 000005
【図３Ｂ】
2011211893.tif 000006