(57)【要約】【課題】電力変換器は、電力変換器の入力部と電力変換器の電力段の間に接続される過渡電圧保護回路を含む。【解決手段】過渡電圧保護回路は、入力電圧が予め決定されたしきい値未満のときは、電力変換器の入力部から電力変換器の電力段までの低抵抗接続を設けるが、入力電圧が予め決定されたしきい値電圧と等しいか又はそれを超えるときは、入力電圧を電力段から遮断する。電力変換器を、電力を車両の主電源バスからアンチロックブレーキシステムのような車両のサブシステムに供給するために車両において使用されるブースト電力変換器とすることができる。【選択図】図１
2014521299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子、出力端子及び制御端子を有する遮断スイッチと、
前記遮断スイッチの制御端子に接続された電圧リミッタと、
前記遮断スイッチの制御端子に接続された出力部を有する電流制限電圧源であって、前記電流制限電圧源の出力電圧は、前記遮断スイッチの出力端子の電圧を基準とする電流制限電圧源と、
を備える過渡電圧遮断回路。
【請求項２】
前記遮断スイッチは、低オン抵抗ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを備える請求項１に記載の過渡電圧遮断回路。
【請求項３】
前記遮断スイッチの出力端子は、ブースト電力変換器のブースト電力段に接続される請求項１に記載の過渡電圧遮断回路。
【請求項４】
前記電圧リミッタは、前記遮断スイッチの制御端子に接続される陰極及び前記過渡電圧遮断回路の接地に接続される陽極を有するチェナーダイオードを備える請求項１に記載の過渡電圧遮断回路。
【請求項５】
前記電流制限電圧源は、発振器により駆動され、前記遮断スイッチの出力端子を基準とするチャージポンプ回路を備える請求項１に記載の過渡電圧遮断回路。
【請求項６】
前記電流制限電圧源の出力電圧は、前記遮断スイッチのしきい値電圧を超える請求項１に記載の過渡電圧遮断回路。
【請求項７】
前記遮断スイッチの制御端子と前記遮断スイッチの出力端子の間に接続される静電放電保護装置を更に備え、
前記静電放電保護装置は、前記遮断スイッチの制御端子に接続される陰極及び前記遮断スイッチの出力端子に接続される陽極を有するチェナーダイオードであり、
前記静電放電保護装置は、前記遮断スイッチのしきい値電圧よりも大きいしきい値電圧を有する請求項１に記載の過渡電圧遮断回路。
【請求項８】
入力電圧を受け取るとともに出力電圧を供給する電力段と、
前記入力電圧が予め決定されたしきい値を超えるときは前記入力電圧を前記入力段から遮断する過渡電圧遮断回路と、
を備えることを特徴とする電力変換器。
【請求項９】
前記過渡電圧遮断回路は、
前記入力電圧を受け取る入力端子、制御端子及び前記制御端子における電圧に応じて前記入力電圧を前記電力段に選択的に供給する出力端子を有する遮断スイッチと、
前記遮断スイッチの前記制御端子に接続される電圧リミッタと、
前記遮断スイッチの前記制御端子に接続される出力部を有する電流制限電圧源であって、前記電流制限電圧源の出力電圧は、前記遮断スイッチの前記出力端子の電圧を基準とする電流制限電圧源と、
を備える請求項８に記載の電力変換器。
【請求項１０】
前記入力電圧が目標出力電圧未満のときは、前記電力段の出力電圧は、前記入力電圧よりも高く、前記入力電圧が前記目標出力電圧と等しいか又はそれを超え、かつ、予め決定されたしきい値電圧未満のときは、前記電力段の出力電圧は、前記入力電圧にほぼ等しい請求項８に記載の電力変換器。
【請求項１１】
前記入力電圧が前記目標出力電圧と等しいか又はそれを超え、かつ、予め決定されたしきい値電圧未満のときは、前記ブースト電力段の出力電圧は、前記入力電圧よりダイオード降下分だけ小さい請求項１０に記載の電力変換器。
【請求項１２】
前記電力段は、ブースト電力段であり、前記電力変換器は、ブースト電力変換器である請求項８に記載の電力変換器。
【請求項１３】
前記遮断スイッチは、低オン抵抗ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを備える請求項９に記載の電力変換器。
【請求項１４】
前記電圧リミッタは、前記遮断スイッチの制御端子に接続される陰極及び前記過渡電圧遮断回路の接地に接続される陽極を有するチェナーダイオードを備える請求項９に記載の電力変換器。
【請求項１５】
前記電流制限電圧源は、発振器により駆動され、前記遮断スイッチの出力端子を基準とするチャージポンプ回路を備える請求項９に記載の電力変換器。
【請求項１６】
前記電流制限電圧源の出力電圧は、前記遮断スイッチのしきい値電圧を超える請求項９に記載の電力変換器。
【請求項１７】
前記遮断スイッチの制御端子と前記遮断スイッチの前記出力端子の間に接続される静電放電保護装置を更に備え、
前記静電放電保護装置は、前記遮断スイッチの制御端子に接続される陰極及び前記遮断スイッチの出力端子に接続される陽極を有するチェナーダイオードであり、
前記静電放電保護装置は、前記遮断スイッチのしきい値電圧よりも大きいしきい値電圧を有する請求項９に記載の電力変換器。
【請求項１８】
入力電圧を電力変換器の電力段から選択的に遮断する方法であって、
前記電力変換器の入力部と前記電力変換器の電力段の間の遮断スイッチの制御端子に電圧を供給し、供給された電圧は、前記遮断スイッチの出力端子を基準とし、供給された電圧は、電流を制限することと、
前記遮断スイッチの制御端子と前記電力変換器の接地の間の電圧がしきい値に到達したときに、電流を前記遮断スイッチの制御端子から前記電力変換器の接地に伝導して、前記制御端子と前記接地の間の前記電圧を前記しきい値電圧に維持することと、
前記遮断スイッチの前記制御端子と前記出力端子の間の電圧差の減少に応答して、前記遮断スイッチの抵抗を増大することと、
を含む方法。
【請求項１９】
前記電力段は、ブースト電力段であり、
前記電力変換器は、ブースト電力変換器である請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記制御端子と前記電力変換器の接地の間の電圧が前記しきい値電圧に到達すると、チェナーダイオードは、電流を前記遮断スイッチの制御端子から前記電力変換器の接地まで伝導し、
前記遮断スイッチの抵抗を増大することによって、前記入力電圧を前記電力変換器の電力段から遮断する請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
電力を供給する電源と、
前記電源から電力を受け取るとともに装置に電力を供給する電力変換器と、
を備え、前記電力変換器は、
入力電圧を受け取るとともに出力電圧を供給する電力段と、
前記入力電圧が予め決定されたしきい値を超えると、前記入力電圧を前記電力段から遮断する過渡電圧遮断回路と、
を備える電気システム。
【請求項２２】
前記過渡電圧遮断回路は、
前記入力電圧を受け取る入力端子、制御端子及び前記制御端子における電圧に応じて前記入力電圧を前記電力段に選択的に供給する出力端子を有する遮断スイッチと、
前記遮断スイッチの前記制御端子に接続される電圧リミッタと、
前記遮断スイッチの前記制御端子に接続される出力部を有する電流制限電圧源と、
を備える請求項２１に記載の電気システム。
【請求項２３】
前記電源は、力学的エネルギーを電力に変換し、前記装置は、車両のアンチロックブレーキシステムであり、前記電力変換器は、ブースト電力変換器である請求項２１に記載の電気システム。
【請求項２４】
電力を受け取る装置と、
電力を前記装置に供給する電気システムと、
を備え、前記電気システムは、
電力を供給する電源と、
前記電源から電力を受け取るとともに装置に電力を供給する電力変換器と、
を備え、前記電力変換器は、
入力電圧を受け取るとともに出力電圧を供給する電力段と、
前記入力電圧が予め決定されたしきい値を超えると、前記入力電圧を前記電力段から遮断する過渡電圧遮断回路と、
を備える車両。
【請求項２５】
前記過渡電圧遮断回路は、
前記入力電圧を受け取る入力端子、制御端子及び前記制御端子における電圧に応じて前記入力電圧を前記電力段に選択的に供給する出力端子を有する遮断スイッチと、
前記遮断スイッチの前記制御端子に接続される電圧リミッタと、
前記遮断スイッチの前記制御端子に接続される出力部を有する電流制限電圧源と、
を備える請求項２４に記載の車両。
【請求項２６】
前記電源は、力学的エネルギーを電力に変換し、前記装置は、車両のアンチロックブレーキシステムであり、前記電力変換器は、ブースト電力変換器である請求項２４に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、一般的にはＤＣ−ＤＣ電力変換器に関し、より具体的には、例えば、車両の電力システムのような電力システムにおいて使用されるＤＣ−ＤＣ電力変換器に関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
直流−直流（ＤＣ−ＤＣ）電力変換器は、電圧を上昇及び／又は調節するために車両において使用される。例えば、ＤＣ−ＤＣ電力変換器を、車両の主電力バスからアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）に電力を供給するために使用することができる。電力バスの電圧は、エンジン始動中(during engine cranking)の約７ボルトの下限値から負荷（例えば、ヘッドライト）に電力を消費させる(drawing)システムが遮断されたときの約５０ボルトの上限値まで著しく変化することがある。主電力バスが公称１２ボルトである場合、ＤＣ−ＤＣ電力変換器を使用して電圧をＡＢＳブレーキ用に２４ボルトまで上昇できる。主電力バスが公称２４ボルトである場合、ＤＣ−ＤＣ電力変換器は、バス電圧が２４ボルトを超えているときにバス電圧をＡＢＳブレーキに通過させることができ、バス電圧が２４ボルト未満のときに電圧を高めることができる。このタイプの用途において有用なＤＣ−ＤＣ電力変換器の１つのタイプは、ブースト電力変換器である。ブースト電力変換器は、目標出力電圧未満の入力電圧を高めて、目標出力電圧を超える入力電圧を通過させる。ブースト電力変換器は、過大な入力電圧により又は目標出力電圧よりも高い入力電圧をブースト電力変換器の出力部に通過させるときに生成される熱により損傷を受けることがある。目標出力電圧を超える入力電圧を効率的に通過させて目標出力電圧を超える入力電圧から保護されるＤＣ−ＤＣブースト電力変換器を提供することは望ましいことである。
【０００３】
非制限的且つすべてを網羅しているわけではない実施の形態を、下記の図を参照して説明するが、別途指定しない限り、類似の参照番号は、種々の図を通して類似の部分を指している。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】ブースト電力変換器を含む車両電気システムのブロック図である。
【図２】過渡電圧保護回路の回路図である。
【図３】過渡電圧から電力変換器を保護する方法のフローチャートである。
【図４】過渡電圧バイパス回路の回路図である。
【図５】電力変換器の電力段を選択的にバイパスする方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
過渡電圧保護回路及びバイパス回路を含むＤＣ−ＤＣブースト電力変換器をここに開示する。一般的に、過渡電圧保護回路は、ブースト電力変換器への入力電圧が予め決定されたしきい値を超えるときには入力電圧をブースト電力変換器から遮断する。バイパス回路は、入力電圧がブースト電力変換器の目標出力電圧を超えるときにはブースト電力変換器に並列な低損失電流経路を設ける。低損失電流経路は、ブースト電力変換器の転送効率を増大して、ブースト電力変換器に過剰に熱が蓄積されないように保護する。一実施の形態において、低損失電流経路は、順方向バイアスダイオードの電圧降下より小さい電圧降下を有する。電流経路を、スイッチの入力端子と出力端子の間で電流を伝導するようにバイアスされた半導体スイッチ（例えば、バイポーラ接合トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴなど）によって設けることができる。半導体スイッチを、伝導するためにバイアスされたときに基準ドレイン・ソース間抵抗がより低くなるように特別に選択又は構成することもできる。ここにおいて、過渡電圧保護回路及びバイパス回路を、ブースト電力変換器への用途と関連して説明する。過渡電圧保護回路及びバイパス回路を他のタイプの電力変換器において使用できると考えられる。
【０００６】
図１を参照すると、電気システム１００におけるブースト電力変換器の一実施の形態は、入力電磁干渉（ＥＭＩ）フィルタ１０２と、逆電圧保護ＭＯＳＦＥＴ１０４と、過渡電圧保護回路２００と、過渡電圧バイパス回路４００と、ブースト電力段１０８と、パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラ１１０と、安定化電源１１２と、出力ＥＭＩフィルタ１１４と、を含む。電気システム１００は、電源１５０を含む車両の一部である。一実施の形態において、電源１５０は、内燃機関からの力学的エネルギーを電力に変換する発電機又は交流発電機のような機械式電源である。入力ＥＭＩフィルタ１０２は、入力電圧（例えば、約７ボルトから５０ボルトの範囲を有する公称１２ＤＣボルト）を受け取る入力端子と、ブースト電力変換器が入力電圧を目標出力電圧にアップコンバートすべきか否かを示すイグニッション信号を受信するイグニッション入力部を有している。入力ＥＭＩフィルタ１０２はまた、ブースト電力変換器の動作に関する情報を提供する診断ポートと、入力電圧の接地基準に接続するリターン端子と、システム接地（例えば、シャーシ接地）に接続するシステム接地端子１１６と、を含む。入力ＥＭＩフィルタ１０２は、ブースト電力変換器からの放出(emission)を低減し、受け取った入力電圧をブースト電力変換器の他の部分へ分配する。車両の用途においては、入力端子は、バッテリの正端子に接続され、リターン端子は、バッテリの負端子に接続される。交流発電機又は発電機をバッテリに並列に接続できる。逆電圧保護ＭＯＳＦＥＴ１０４は、回路接地１１８とシステム接地１１６の間に接続されて、設置中に入力端子とリターン端子が逆になるようにブースト電力変換器が負の電圧源に接続された場合にブースト電力変換器への損傷を防止する。
【０００７】
安定化電源１１２は、ブースト電力段１０８の出力部及び回路接地１１８に接続される。安定化電源１１２は、種々の安定化したハウスキーピング電圧を、ブースト電力変換器の各部に供給する。安定化電源１１２が入力ＥＭＩフィルタ１０２の入力端子における入力電圧からのようなブースト電力段１０８の出力部以外の電源から電力を受け取ることもできると考えられる。
【０００８】
ＰＷＭコントローラ１１０は、入力ＥＭＩフィルタ１０２からイグニッション信号を受信し、受信した信号に応じてブースト電力段１０８を作動するか否かを判定する。ＰＷＭコントローラ１１０はまた、ブースト電力段１０８の出力部及びブースト電力段１０８のスイッチングパターンの調整を決定するブースト電力段１０８の電流監視出力部に接続される。ＰＷＭコントローラ１１０は、回路接地１１８に接続され、制御出力部は、ブースト電力変換器の動作についてのデータを提供するために診断出力部がＥＭＩフィルタ１０２の診断ポートに接続されている間に、決定されたスイッチングパターンをブースト電力段１０８に送る。
【０００９】
ブースト電力段１０８は、過渡電圧保護回路２００を介して入力電圧を受け取り、スイッチングパターンをＰＷＭコントローラ１１０から受け取る。入力電圧が目標出力電圧とほぼ等しいか又はそれを超えるときは、ブースト出力段１０８は、ブースト電力段１０８の内部のダイオードを介して入力電圧をブースト電力段１０８の出力部へ通過させる。入力電圧が目標出力電圧未満のときは、ブースト電力段１０８は、入力電圧を目標出力電圧まで高める。
【００１０】
出力ＥＭＩフィルタ１１４は、ブースト電力段１０８からの出力を受け取り、無線周波数ノイズを最小にする出力をブースト電力変換器に供給する。出力ＥＭＩフィルタ１１４は、回路接地１１８とシステム接地１１６の両者に接続される。
【００１１】
図２を参照すると、過渡電圧保護回路２００の一実施の形態が示されている。過渡電圧保護回路２００は、入力ＥＭＩフィルタ１０２とブースト電力段１０８の間に接続され、入力電圧が予め決定されたしきい値を超えているときは入力電圧をブースト電力段１０８から遮断する。過渡電圧保護回路２００は、第１入力部２１２において入力電圧を受け取り、第２入力部２１０においてハウスキーピング供給電圧を受け取る。過渡電圧保護回路２００は、回路接地１１８への複数接続(multiple connection)と、ブースト電力段１０８の入力部に接続されている出力部２１４と、を含む。２つの金属酸化物バリスタ２０２，２０４は、第１入力部２１２とヒューズ２０６の第１端子の間で並列に接続される。ヒューズ２０６の第２端子は、回路接地１１８に接続される。一実施の形態において、バリスタ２０２，２０４は、８０ボルトのしきい値を有し、ヒューズ２０６は、１５アンペアの制限を有する。平滑コンデンサ２０８は、第１入力部２１２と回路接地１１８の間に接続される。
【００１２】
遮断スイッチ２１６は、入力端子、出力端子及び制御端子を含む。入力端子は、第１入力部２１２に接続され、出力端子は、出力部２１４に接続される。制御端子は、回路接地１１８に対する制御端子の電圧を制限するチェナーダイオード２１８を介して回路接地１１８に接続される。チェナーダイオード２２０は、バイパススイッチ２１６の制御端子に接続される陰極及びバイパススイッチ２１６の出力端子に接続される陽極を有する。チェナーダイオード２２０は、静電放電及びバイパススイッチ２１６の制御端子と出力端子との間に損傷電圧を引き起こす他のイベントからバイパススイッチを保護する静電放電保護装置である。チェナーダイオード２２０は、遮断スイッチ２１６のターンオンしきい値電圧よりも大きなしきい値電圧を有する。一実施の形態において、電圧リミッタ２１８は、３３ボルトのしきい値を有するチェナーダイオードであり、バイパススイッチ２１６は、低オン抵抗（すなわち、順方向バイアスダイオードよりも低い抵抗）のＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。
【００１３】
過渡電圧遮断回路の発振器２２２は、第２入力部２１０においてハウスキーピング供給電圧に接続される。例示されている発振器２２２は、単なる例であり、発振器の他のタイプ及び構成も請求の範囲内と考えられる。発振器２２２は、第１インバータ２２４と、第２インバータ２２６と、抵抗２３２と、抵抗２２８と、コンデンサ２３０と、コンデンサ２３４と、を含む。第１インバータ２２４の供給端子及び第２インバータ２２６の供給端子は、第２入力部２１０においてハウスキーピング供給電圧に接続され、第２入力部２１０は、コンデンサ２３０を介して回路接地１１８に接続される。第１インバータ２２４の出力部は、第１限流抵抗２３６を介してチャージポンプ回路２３８に接続され、第１インバータ２２４の接地端子及び第２インバータ２２６の接地端子は、回路接地１１８に接続される。第１インバータ２２４の入力部は、第２インバータ２２６の出力部に接続される。第２インバータ２２６の出力部はまた、コンデンサ２３４が回路接地１１８に接するとともに抵抗２３２が第２インバータ２２６の出力部に接するように、直列に配置された抵抗２３２及びコンデンサ２３４を介して接地される。第２インバータ２２６の入力部は、回路接地１１８に接続され、抵抗２２８は、第２インバータ２２６の入力部と抵抗２３２のコンデンサ２３４への接続部において形成されている接合部との間に接続される。発振器２２２の出力信号は、チャージポンプ回路２３８を駆動する。一実施の形態において、発振器２２２は、約１００ｋＨｚの、ピークと回路接地間で０から１０ボルトの交流電流（ＡＣ）方形波(0 to 10 volt peak to circuit ground alternating current (AC) square wave at about 100 kHz)を、チャージポンプ回路２３８に供給する。他の電圧及び周波数を請求の範囲内において使用できると考えられる。一実施の形態において、第２入力部２１０において受け取るハウスキーピング供給電圧は、約１０．５ボルトの直流である。１２ボルトの直流のような他の電圧も請求の範囲内と考えられる。
【００１４】
過渡電圧保護回路２００のチャージポンプ回路２３８は、コンデンサ２４６と、ダイオード２４２と、ダイオード２４４と、コンデンサ２４０と、を含む。コンデンサ２４６の第１端子は、第１限流抵抗２３６を介して発振器２２２の出力部（すなわち、第１インバータ２２４の出力部）に接続される。コンデンサ２４６の第２端子は、ダイオード２４２の陰極及びダイオード２４４の陽極に接続される。ダイオード２４２の陽極は、コンデンサ２４０の第１端子及び過渡電圧保護回路の出力部２１４に接続される。ダイオード２４４の陰極は、コンデンサ２４０の第２端子に接続され、遮断スイッチ２１６の制御端子に第２限流抵抗２４８を介して接続される。チャージポンプ回路２３８は、遮断スイッチ２１６の出力端子と遮断スイッチ２１６の制御端子の間に、電流制限ＤＣ電圧源（すなわち、遮断スイッチ２１６の出力端子を基準とした(referenced to)正電圧）を提供する。一実施の形態において、チャージポンプ回路２３８は、約１０ボルトの直流（例えば、ダイオード２４２とダイオード２４４の順方向バイアス電圧降下により減少された発振器２２２の出力信号である８．５から９ボルトの直流）を、遮断スイッチ２１６の出力端子と遮断スイッチ２１６の制御端子の間に供給する。
【００１５】
ブースト電力変換器への入力電圧が予め決定されたしきい値を超えていないときは、チャージポンプ回路２３８は、遮断スイッチ２１６にバイアスをかけて低抵抗状態にし、過渡電圧保護回路２００の入力端子２１２において受け取るブースト電力変換器の入力電圧を、最小損失で過渡電圧保護回路２００の出力端子２１４へ通過させる。ブースト電力変換器への入力電圧が電圧リミッタ２１８の予め決定されたしきい値を超えているときは、チャージポンプ回路２３８から電流が引き出される。チャージポンプ回路２３８は電流が制限されるので、遮断スイッチ２１６の制御端子と出力端子の間の電圧は減少する。遮断スイッチ２１６の制御端子と出力端子の間の電圧が遮断スイッチ２１６のしきい値（すなわち、ターンオン／オフ電圧）に到達すると、遮断スイッチ２１６の抵抗は増大し、過渡電圧保護回路２００の入力端子２１２を、過渡電圧保護回路２００の出力端子２１４から切り離し、電力変換器の入力電圧をブースト電力段１０８から遮断する。
【００１６】
図３を参照すると、電力変換器の電力段から入力電圧を選択的に遮断する方法３００は、出力端子を基準とした電流制限電圧を遮断スイッチの制御端子に供給することにより３０２において開始する。３０４において、入力電圧が予め決定されたしきい値を超えるときに、チェナーダイオードは、電流を遮断スイッチの制御端子から電力変換器の接地に伝導して、制御端子電圧をほぼ予め決定されたしきい値電圧に維持する。３０６において、遮断スイッチの抵抗が、遮断スイッチの制御端子と出力端子の間の減少した電圧差に応答して増大し、入力電圧を電力変換器の電力段から遮断する。
【００１７】
図４を参照すると、過渡電圧バイパス回路４００は、入力ＥＭＩフィルタ１０２からブースト電力変換器の入力電圧を受け取る入力部４０２と、安定化電源１１２からハウスキーピング供給電圧を受け取るバイアス供給端子４５０と、ＰＷＭコントローラ１１０から誤差信号を受信する誤差信号入力部４４６と、出力端子４０６と、を含む。ＰＷＭコントローラ１１０からの誤差信号は、ＰＷＭコントローラ１１０がブースト電力段１０８を作動してブースト電力変換器の入力電圧が目標出力電圧まで増大しているか否かを示している。バイパス回路４００は、ブースト電力段１０８に並列の低損失電流経路を設けるか否かを決定する誤差信号を使用する。バイパス回路４００は、ブースト電力段がブースト電力変換器の入力電圧をブースト電力変換器の目標出力電圧まで増大していないときにブースト電力段１０８に並列の低損失電流経路を設ける。
【００１８】
バイパス回路４００は、バイパススイッチ４０４と、レベル変換ゲート駆動回路４０８と、電流シンク４１８と、を含む。動作中、電流シンク４１８は、誤差信号を受信し、ブースト電力段１０８に並列の低損失電流経路を設けるときを誤差信号に応じて決定する。電流シンク４１８が低損失電流経路を設けるべきであると判断するとき、電流シンク４１８は、レベル変換ゲート駆動回路４０８から電流を引き出し、レベル変換ゲート駆動回路４０８は、バイパススイッチ４０４を伝導状態にする。電流シンク４１８が低損失電流経路を設けるべきではないと判断するとき、電流シンク４１８は、レベル変換ゲート駆動回路４０８から電流を引き出さず、レベル変換ゲート駆動回路４０８は、バイパススイッチを非伝導状態にする。
【００１９】
バイパススイッチ４０４は、入力端子、出力端子及び制御端子を有する。入力端子は、バイパス回路入力端子４０２に接続され、出力端子は、バイパス回路出力端子４０６に接続される。バイパススイッチ４０４の制御端子は、チェナーダイオード４１６を介してバイパス回路出力端子４０６に接続され、チェナーダイオード４１６の陽極は、制御端子に接続され、チェナーダイオード４１６の陰極は、バイパス回路出力端子４０６に接続される。チェナーダイオード４１６は、バイパススイッチ４０４に損傷を与える可能性のある静電放電のような悪影響のある回路状態からバイパススイッチ４０４を保護する。
【００２０】
レベル変換ゲート駆動回路４０８は、ゲート駆動スイッチ４１０と、ダイオード４１４と、抵抗４１２と、を含む。ゲート駆動スイッチ４１０の入力端子は、バイパススイッチ４０４の出力端子に接続され、ゲート駆動スイッチ４１０の出力端子は、バイパススイッチ４０４の制御端子に接続され、ゲート駆動スイッチ４１０の制御端子は、抵抗４１２を介してバイパススイッチの出力端子に接続される。ダイオード４１４の陽極は、ゲート駆動スイッチ４１０の出力端子に接続され、ダイオード４１４の陰極は、ゲート駆動スイッチ４１０の制御端子に接続される。一実施の形態において、ゲート駆動スイッチ４１０は、ＮＰＮバイポーラ接合トランジスタである。
【００２１】
電流シンク４１８は、コンパレータ４３０と、シンクスイッチ４２０と、を含む。シンクスイッチ４２０の入力端子は、第１抵抗４２４を介してゲート駆動スイッチ４１０の制御端子に接続され、シンクスイッチ４２０の出力端子は、第２抵抗４２６を介して回路接地１１８に接続される。シンクスイッチ４２０、第１抵抗４２４及び第２抵抗４２６は、電流源を形成する。シンクスイッチ４２０の制御端子は、コンパレータ４３０の出力部に接続される。一実施の形態において、シンクスイッチは、ＮＰＮバイポーラ接合トランジスタである。コンパレータ４３０は、安定化電源１１２からハウスキーピング供給電圧（例えば、５ボルト直流バイアス供給又は１０．５ボルト直流バイアス供給）を受け取るためにバイアス供給端子４５０に接続される。コンパレータ４３０の接地端子は、回路接地１１８に接続される。コンパレータ４３０の反転入力部は、抵抗４４０を介して誤差信号入力部４４６に接続され、コンデンサ４４４を介して回路接地１１８に接続される。コンパレータ４３０の非反転入力部は、抵抗４３４を介してバイアス供給端子４５０に接続され、抵抗４３８を介して回路接地１１８に接続される。抵抗４３４及び抵抗４３８は、誤差信号との比較のためにコンパレータ４３０の非反転入力部に基準電圧を供給する分圧回路網を形成する。コンデンサ４３６は、基準電圧に対するノイズを低減するためにコンパレータ４３０の非反転入力部と回路接地１１８の間に接続される。抵抗４３２とダイオード４２８は直列に接続されて、コンパレータ４３０の出力部とコンパレータ４３０の非反転入力部の間にフィードバックループを形成する。ダイオード４２８の陽極は、コンパレータ４３０の出力部に接続される。
【００２２】
一実施の形態において、コンパレータ４３０は、オペアンプであり、コンパレータ４３０の非反転入力部において確立される基準電圧は、約０．５ボルト直流であり、バイパス回路４００は、電力変換器の入力電圧が約３０ボルト又はそれを超えるときにバイパススイッチ４０４によってバイパス回路４００の入力端子から出力端子までを伝導状態にさせるように構成される。したがって、目標出力電圧が２５ボルトで入力電圧が２５ボルトと３０ボルトの間のときは、電力変換器の入力電圧は、ブースト電力段にあるダイオードを介して電力変換器の出力部に伝導される。誤差信号は、約０ボルトから５ボルトに変化し、０ボルトは、ブースト電力変換器の入力電圧を増大又は変換するためにＰＷＭコントローラ１１０がブースト電力段１０８を作動しないことを示し、５ボルトは、ブースト電力変換器の入力電圧を目標出力電圧に増大又は変換するためにＰＷＭコントローラ１１０がブースト電力段１０８を最大出力で作動することを示す。誤差信号が０．５ボルトを超えるときは、コンパレータ４３０の出力は低く、シンクスイッチ４２０は、電流をシンクスイッチ４２０の入力端子からシンクスイッチ４２０の出力端子へ伝導しない。したがって、ゲート駆動スイッチ４１０の制御端子は、抵抗４１２を通じてゲート駆動スイッチ４１０の入力端子に対してプルアップされ(pulled up)、ゲート駆動スイッチ４１０は、その入力端子から出力端子まで伝導状態となる。これにより、バイパススイッチ４０４の制御端子をバイパススイッチ４０４の出力端子に接続し、バイパススイッチによってその入力端子からその出力端子までを非伝導状態にさせる。誤差信号が０．５ボルト未満のときは、コンパレータ４３０の出力信号は、ハイであり（すなわち、この例では５ボルト）、シンクスイッチ４２０は、その入力端子からその出力端子までが伝導状態である。電流シンク４１８はこのようにして制御電流をゲート駆動スイッチ４１０の制御端子から引き出して、ゲート駆動スイッチをその入力端子からその出力端子までを非伝導状態にさせる。バイパススイッチ４０４の制御端子は、ダイオード４１４を通してプルダウンされ(pulled down)、バイパススイッチ４０４は、その入力端子からその出力端子までが伝導状態になる。
【００２３】
図５を参照すると、電力変換器の電力段と並列に低損失電流経路を選択的に設ける方法５００は５０２において開始する。５０２において、ゲート駆動スイッチは、バイパススイッチの出力端子と制御端子との間に低損失接続を設ける。５０４において、電力段が電力変換器の入力電圧を目標出力電圧まで高めているか否かを示す誤差信号を受信する。５０６において、誤差信号が電力段の入力電圧が電力段の目標出力電圧と等しいか又はそれを超えることを表すときは、電流シンクは、制御電流をゲート駆動スイッチの制御端子から引き出す。５０８において、ゲート駆動スイッチ抵抗は、ゲート駆動スイッチの制御端子から制御電流が引き出されていることに応答して増大される。バイパススイッチの制御端子と出力端子との間の電圧は、バイパススイッチのしきい値電圧を超えて増大し、バイパススイッチは、その入力端子からその出力端子まで伝導状態となる。
【００２４】
電力変換器を任意の用途において使用でき、電力変換器はブースト電力変換器以外のタイプであってもよいと考えられる。車両の用途において、電力変換器への入力電圧は、例えば、公称１２ボルト直流又は校章２４ボルト直流であってよい。車両は任意の自走車両であってよいと考えられる。例えば、車両１００は、トラック、自動車、バス、レクレーション用車両、ボート、船、飛行機、ヘリコプタ、オフロードカー、オートバイ又はゴルフカートであってよい。車両１００はまた、スキッドスティア、フォークリフト、採掘車両、オフハイウェイダンプトラック、スウィングショベルカー、ドラグライン、又は機関車のような特殊車両であってもよい。電力変換器は、ＡＢＳブレーキ、エアーコンプレッサ、又は車上の任意の他の装置に電力を供給することができる。電力変換器はまた、車両以外の用途においても使用できる。
【００２５】
図１、図２及び図４のＤＣ−ＤＣ電力変換器の種々の装置及び構成要素をさまざまな方法及びここで説明したもの以外の電力変換器の異なる構成要素の考察される部分において実現できると考えられる。例えば、バイパススイッチをＰチャネルＭＯＳＦＥＴとして示したが、バイポーラ接合トランジスタのような他の装置も代わりに使用できる。遮断スイッチをＮチャネルＭＯＳＦＥＴとして示したが、他のタイプのスイッチも使用できる。さらに、発振器２２２を任意の発振器設計によって置換することができ、バイパス回路４００の入力端子を、過渡電圧バイパス回路２００の入力部又は出力部に接続することができる。これらの置換の全ては、ここで開示された本発明の範囲内であると考えられる。
【００２６】
一実施の形態において、過渡電圧遮断回路は、入力端子、出力端子及び制御端子を有する遮断スイッチと、遮断スイッチの制御端子に接続された電圧リミッタと、遮断スイッチの制御端子に接続された出力部を有する電流制限電圧源と、を備える。電流制限電圧源の出力電圧は、遮断スイッチの出力端子の電圧を基準とする。遮断スイッチは、低オン抵抗ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを備える。遮断スイッチの出力端子は、ブースト電力変換器のブースト電力段に接続される。電圧リミッタは、遮断スイッチの制御端子に接続される陰極及び過渡電圧遮断回路の接地に接続される陽極を有するチェナーダイオードを備える。電流制限電圧源は、発振器により駆動され、遮断スイッチの出力端子を基準とするチャージポンプ回路を備える。電流制限電圧源の出力電圧は、遮断スイッチのしきい値電圧を超える。過渡電圧遮断回路は、遮断スイッチの制御端子と遮断スイッチの出力端子の間に接続される静電放電保護装置を更に備えることができる。静電放電保護装置は、遮断スイッチの制御端子に接続される陰極及び遮断スイッチの出力端子に接続される陽極を有するチェナーダイオードである。静電放電保護装置は、遮断スイッチのしきい値電圧よりも大きいしきい値電圧を有する。
【００２７】
一実施の形態において、電力変換器は、入力電圧を受け取るとともに出力電圧を供給する電力段と、入力電圧が予め決定されたしきい値を超えるときは入力電圧を入力段から遮断する過渡電圧遮断回路と、を備える。過渡電圧遮断回路は、入力電圧を受け取る入力端子、制御端子及び制御端子における電圧に応じて入力電圧を電力段に選択的に供給する出力端子を有する遮断スイッチと、遮断スイッチの制御端子に接続される電圧リミッタと、遮断スイッチの制御端子に接続される出力部を有する電流制限電圧源と、を備える。電流制限電圧源の出力電圧は、遮断スイッチの出力端子の電圧を基準とする。入力電圧が目標出力電圧未満のときは、電力段の出力電圧は、入力電圧よりも高く、入力電圧が目標出力電圧と等しいか又はそれを超え、かつ、予め決定されたしきい値電圧未満のときは、電力段の出力電圧は、入力電圧にほぼ等しい。入力電圧が目標出力電圧と等しいか又はそれを超え、かつ、予め決定されたしきい値電圧未満のときは、ブースト電力段の出力電圧は、入力電圧よりダイオード降下分だけ小さい。電力段は、ブースト電力段であり、電力変換器は、ブースト電力変換器である。遮断スイッチは、低オン抵抗ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを備える。電圧リミッタは、遮断スイッチの制御端子に接続されている陰極及び過渡電圧遮断回路の接地に接続されている陽極を有するチェナーダイオードを備える。電流制限電圧源は、発振器により駆動され、遮断スイッチの出力端子を基準とするチャージポンプ回路を備える。電流制限電圧源の出力電圧は、遮断スイッチのしきい値電圧を超える。電力変換器は、遮断スイッチの制御端子と遮断スイッチの出力端子の間に接続される静電放電保護装置を更に備えることができ、静電放電保護装置は、遮断スイッチの制御端子に接続される陰極及び遮断スイッチの出力端子に接続される陽極を有するチェナーダイオードである。静電放電保護装置は、遮断スイッチのしきい値電圧よりも大きいしきい値電圧を有する。
【００２８】
一実施の形態において、入力電圧を電力変換器の電力段から選択的に遮断する方法は、電力変換器の入力部と電力変換器の電力段の間の遮断スイッチの制御端子に電圧を供給し、供給された電圧は、遮断スイッチの出力端子を基準とし、供給された電圧は、電流を制限することと、遮断スイッチの制御端子と電力変換器の接地の間の電圧がしきい値に到達したときに、電流を遮断スイッチの制御端子から電力変換器の接地に伝導して、制御端子と接地の間の電圧をしきい値電圧に維持することと、遮断スイッチの制御端子と出力端子の間の電圧差の減少に応答して、遮断スイッチの抵抗を増大することと、を含む。電力段は、ブースト電力段であり、電力変換器は、ブースト電力変換器である。制御端子と電力変換器の接地の間の電圧がしきい値電圧に到達すると、チェナーダイオードは、電流を遮断スイッチの制御端子から電力変換器の接地まで伝導し、遮断スイッチの抵抗を増大することによって、入力電圧を電力変換器の電力段から遮断する。
【００２９】
一実施の形態において、電気システムは、電力を供給する電源と、電源から電力を受け取るとともに装置に電力を供給する電力変換器と、を備える。電力変換器は、入力電圧を受け取るとともに出力電圧を供給する電力段と、入力電圧が予め決定されたしきい値を超えると、入力電圧を電力段から遮断する過渡電圧遮断回路と、を備える。過渡電圧遮断回路は、入力電圧を受け取る入力端子、制御端子及び制御端子における電圧に応じて入力電圧を電力段に選択的に供給する出力端子を有する遮断スイッチと、遮断スイッチの制御端子に接続される電圧リミッタと、遮断スイッチの制御端子に接続される出力部を有する電流制限電圧源であって、電流制限電圧源の出力電圧は、遮断スイッチの出力端子の電圧を基準とする電流制限電圧源と、を備える。電源は、力学的エネルギーを電力に変換し、装置は、車両のアンチロックブレーキシステムであり、電力変換器は、ブースト電力変換器である。
【００３０】
一実施の形態において、車両は、電力を受け取る装置と、電力を装置に供給する電気システムと、を備える。電気システムは、電力を供給する電源と、電源から電力を受け取るとともに装置に電力を供給する電力変換器と、を備える。電力変換器は、入力電圧を受け取るとともに出力電圧を供給する電力段と、入力電圧が予め決定されたしきい値を超えると、入力電圧を電力段から遮断する過渡電圧遮断回路と、を備える。過渡電圧遮断回路は、入力電圧を受け取る入力端子、制御端子及び制御端子における電圧に応じて入力電圧を電力段に選択的に供給する出力端子を有する遮断スイッチと、遮断スイッチの制御端子に接続される電圧リミッタと、遮断スイッチの制御端子に接続される出力部を有する電流制限電圧源であって、電流制限電圧源の出力電圧は、遮断スイッチの出力端子の電圧を基準とする電流制限電圧源と、を備える。電源は、力学的エネルギーを電力に変換し、装置は、車両のアンチロックブレーキシステムであり、電力変換器は、ブースト電力変換器である。
【００３１】
この記述された説明は、最良の形態を含む本発明を開示するため並びに任意の装置又はシステムの製造及び使用及び任意の組み込まれた方法の実現を含む発明の実施を当業者によって行えるようにするために例を用いる。発明の特許可能な範囲は、請求項により定義され、当業者が考える他の例を含むことができる。そのような他の例は、他の例が請求項の文字通りの言葉と異なる構成要素を有する場合又は他の例が請求項の文字通りの言葉とごくわずかな差しかない等価な構成要素を含む場合には請求項の範囲内であると考えられる。
【図１】
2014521299.tif 000003
【図２】
2014521299.tif 000004
【図３】
2014521299.tif 000005
【図４】
2014521299.tif 000006
【図５】
2014521299.tif 000007
【国際調査報告】
2014521299.tif 000008
2014521299.tif 000009