(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのトランジスタスイッチであって、そのうちの少なくとも２つは並列に接続され、また、前記少なくとも２つのトランジスタスイッチのうちの幾つかの利用可能なトランジスタスイッチが、電流経路に依存して共振コンバータの特定の所望の電流スイッチングを行うために利用可能である、前記少なくとも２つのトランジスタスイッチと、
前記共振コンバータの出力電力が、出力電力閾値を下回るかどうかを決定する制御モジュールと、
前記共振コンバータの前記出力電力が、前記出力電力閾値を下回る場合、前記幾つかの利用可能なトランジスタスイッチのうち、減少した数のトランジスタスイッチを使用するスイッチングモジュールであって、前記減少した数は、前記幾つかの利用可能なトランジスタスイッチに比べて、少なくとも１だけ減少され、前記スイッチングモジュールは、前記利用可能なトランジスタスイッチについて、前記利用可能なトランジスタスイッチに対して平等に分配されるエンゲージメント時間が確実にされるように、使用する前記減少した数のトランジスタスイッチのスイッチングの順番を変える、前記スイッチングモジュールと、
を含む、共振コンバータであって、
前記制御モジュールは、前記共振コンバータの測定された周囲温度値に基づいて、前記出力電力閾値を適応させる、共振コンバータ。
【請求項２】
前記少なくとも２つのトランジスタスイッチは、少なくとも２つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタであり、前記スイッチングモジュールは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを、前記トランジスタスイッチとして使用する、請求項１に記載の共振コンバータ。
【請求項３】
前記スイッチングモジュールは、２つの利用可能なトランジスタスイッチのうち１つのトランジスタスイッチを使用する、請求項１に記載の共振コンバータ。
【請求項４】
前記制御モジュールは、前記出力電力閾値を、所定閾値に設定する、請求項１に記載の共振コンバータ。
【請求項５】
前記スイッチングモジュールは更に、次の電流スイッチングサイクルにおいて、どの１つの又は複数のトランジスタスイッチが使用されるのかを決定するために、前の電流スイッチングサイクルにおいて、どの１つの又は複数のトランジスタスイッチがアクティブであったかを、メモリに保存する、請求項１に記載の共振コンバータ。
【請求項６】
請求項１に記載の共振コンバータを含む、高電圧源。
【請求項７】
請求項６に記載の高電圧源を含む、Ｘ線管。
【請求項８】
共振コンバータを制御する方法であって、
前記共振コンバータの測定された周囲温度値に基づいて、出力電力閾値を適応させるステップを含む、前記出力電力閾値を、所定値に設定するステップと、
前記共振コンバータの出力電力が、前記出力電力閾値を下回るかどうかを決定するステップと、
前記共振コンバータの前記出力電力が、前記出力電力閾値を下回る場合、前記共振コンバータの電流スイッチングを行うために、幾つかの利用可能なトランジスタスイッチのうち、減少した数のトランジスタスイッチを使用するステップであって、前記減少した数は、前記幾つかの利用可能なトランジスタスイッチに比べて、少なくとも１だけ減少されているステップと、
前記利用可能なトランジスタスイッチについて、前記利用可能なトランジスタスイッチに対して平等に分配されるエンゲージメント時間が確実にされるように、使用された前記減少した数のトランジスタスイッチのスイッチングの順番を変えるステップと、
を含む、方法。
【請求項９】
絶縁ゲートバイポーラトランジスタを、前記トランジスタスイッチとして使用するステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
２つの利用可能なトランジスタスイッチのうち１つのトランジスタスイッチを使用するステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記出力電力閾値を、所定値に設定するステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振電流振動に基づく電気インバータに関する。具体的には、本発明は、共振コンバータ及び共振コンバータを制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＢＧＴ）は、主に電子スイッチとして使用される３端子パワー半導体デバイスであり、より新しいデバイスでは、高効率と高速スイッチングとを組み合わせることで知られ、高出力ＩＧＢＴインバータは、しばしば、並列化されたＩＧＢＴモジュールを使用する。これらの並列化されたＩＧＢＴモジュールは、しばしば、同期して駆動される。
【０００３】
米国特許第８，３８５，０９２号は、電流を流して、負荷に給電するために、オン及びオフとなるように動作可能である複数のスイッチを有するスイッチング回路を含む電力コンバータシステムの方法について説明している。上記特許に説明される方法は、スイッチング回路内のスイッチをオン及びオフにするための制御信号を発生させることと、電流フローの方向を検知することと、電流フローの方向を示す電流ベクトル信号を提供することと、電流ベクトル信号に応えて、スイッチング回路内のスイッチの制御信号のデッドタイムの継続時間を適応させることとを含む。電流フローの方向は、スイッチング回路内のシュートスルーの尤度に関連する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
共振コンバータを改良する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この必要は、独立請求項の主題によって満たされる。更なる例示的な実施形態は、従属請求項及び以下の説明から明らかになる。
【０００６】
本発明の一態様は、共振コンバータに関連し、当該共振コンバータは、少なくとも２つのトランジスタスイッチであって、そのうちの少なくとも２つは、並列に接続され、また、そのうちの幾つかの利用可能なトランジスタスイッチが、共振コンバータの電流スイッチングを行うために利用可能である、当該少なくとも２つのトランジスタスイッチと、共振コンバータの出力電力が、出力電力閾値を下回るかどうかを決定する制御モジュールと、共振コンバータの出力電力が、出力電力閾値を下回る場合、上記幾つかの利用可能なトランジスタスイッチのうち、減少した数のトランジスタスイッチを使用するスイッチングモジュールとを含み、減少した数とは、上記幾つかの利用可能なトランジスタスイッチに比べて、少なくとも１だけ減少され、スイッチングモジュールは、利用可能なトランジスタに対して、使用された減少した数のトランジスタスイッチの順番を変える。
【０００７】
出力電力閾値は、共振コンバータの最大出力電力の７０％、５０％若しくは２５％、又は、最大出力電力に比べて減少された出力電力値である任意の他の値（例えば共振コンバータの最大出力電力の０％と９９％との間の値）に設定されてよい。
【０００８】
制御モジュールは、共振コンバータの出力電力が、出力電力閾値を下回るかどうかを決定する。即ち、共振コンバータが現在供給している出力電力に相当する、共振コンバータの出力電力が、共振コンバータの中間出力動作を規定する値（例えば共振コンバータの最大出力電力の５０％を下回る）と比較される。更に、例えば共振コンバータの最大出力電力の２５％を下回る共振コンバータの低出力動作が規定されてもよい。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様による共振コンバータを含む高電圧源に関する。
【００１０】
本発明の第３の態様は、第２の態様による高電圧源を含むＸ線管に関する。
【００１１】
本発明の第４の態様は、共振コンバータを制御する方法に関する。当該方法は、共振コンバータの出力電力が、出力電力閾値を下回るかどうかを決定するステップと、共振コンバータの出力電力が、出力電力閾値を下回る場合、共振コンバータの電流スイッチングを行うために、幾つかの利用可能なトランジスタスイッチのうち、減少した数のトランジスタスイッチを使用するステップと、利用可能なトランジスタスイッチについて、使用された減少した数のトランジスタスイッチの順番を変えるステップとを含み、減少した数は、上記幾つかの利用可能なトランジスタスイッチに比べて、少なくとも１だけ減少されている。
【００１２】
本発明は、共振電流振動に基づいて、共振コンバータのトランジスタスイッチの並列化されたダイオードの不所望なハードコミュテーションを解決するアプローチを提供する。これは、例えばデッドタイムが増加したハードコミュテーション中に、インバータにおける高い損失、及び、トランジスタスイッチにおける電圧スパイクを引き起こすか、又は、例えば光負荷条件において５００ｎｓのデットタイムを有して、ハイサイドスイッチとローサイドスイッチとの間の短絡を阻止する。
【００１３】
本発明は、トランジスタスイッチの交互スイッチングスキームをアクティブにすることによって、インバータの中間／低出力モード中のトランジスタスイッチのスイッチオフ時間を短縮することにより、この問題を有利に解決する。これにより、インバータの動作を省くことができる。
【００１４】
つまり、本発明は、トランジスタスイッチのスイッチング時間（スイッチオフ）を有利に下げる。
【００１５】
本発明は、インバータの中間及び低出力動作中に、並列動作モードから交互動作モードにスイッチングすることを有利に提供する。本発明は、交互スイッチングスキームをアクティブにすることによって、インバータの中間／低出力動作モード中のトランジスタスイッチのスイッチオフ時間を短縮することを提案する。
【００１６】
低出力動作モードでは、通常、配置されるスイッチの半分以下が、電流スイッチングのために配置される。これにより、インバータの動作を省くことができる。交互スイッチングモードによって、１つの単一トランジスタスイッチを流れる電流がより多くなるため、トランジスタスイッチのより速いスイッチオフ時間が可能になる。以下に、このコンテキスト、つまり、ｔｄ（ｏｆｆ）が、コレクタ電流Ｉｃの増加と共に減少することについて更に説明する。
【００１７】
つまり、本発明は、トランジスタスイッチのスイッチング制御を有利に提案する。スイッチング制御は、通常、ＦＰＧＡ又はＰＬＤによって制御される。本発明は、Ｘ線システム、ＭＲＩ増幅器又は他の医療撮像システムの高出力インバータ内で使用可能である。
【００１８】
本発明の説明において使用される「ＩＧＢＴスイッチ」との用語は、単一のデバイスにおけるスイッチとしての３端子パワー半導体デバイスパワートランジスタに関する。ＩＧＢＴスイッチは、スイッチモード電源、トラクションモータ制御及び誘導加熱等のような中間乃至高出力応用に使用される。大型ＩＧＢＴモジュールは、典型的に、多くの並列デバイスからなり、数百アンペア程度の大電流を取り扱う能力を、６０００Ｖの阻止電圧と共に有し、これは数百キロワットに相当する。
【００１９】
つまり、本発明は、利用可能なトランジスタスイッチについて、使用された減少した数のトランジスタスイッチの順番を有利に変える。このコンテキストにおいて、「順番を変える」との考えは、利用可能なスイッチからなるセットのうちの使用されたスイッチを、（順番を無視した集まりである組み合わせとは異なり、）特定のシーケンス又は順番に置き換える、即ち、再配列する動作に関する。順番とは、スイッチングの順番を指す。つまり、交互スイッチングスキームがトランジスタに適用され、単一トランジスタを流れるより大きいスイッチング電流と、各トランジスタスイッチに対して平等に分配されるエンゲージメント時間とが確実にされる。
【００２０】
本発明の例示的な実施形態によれば、少なくとも２つのトランジスタスイッチは、少なくとも２つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタであり、スイッチングモジュールは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを、トランジスタスイッチとして使用する。
【００２１】
これは、高出力応用に利用可能であるＭＯＳＦＥＴに比べて、著しく大きい阻止電圧を有利に提供する。
【００２２】
本発明の例示的な実施形態によれば、スイッチングモジュールは、２つ以上の利用可能なトランジスタスイッチのうち、１つのトランジスタスイッチを使用する。
【００２３】
これは、スイッチングスキームを有利に向上させる。
【００２４】
本発明の例示的な実施形態によれば、制御モジュールは、出力電力閾値を、所定閾値に設定する。
【００２５】
これは、インバータの中間／低出力モードの設定を有利に向上させる。
【００２６】
本発明の例示的な実施形態によれば、制御モジュールは、共振コンバータの少なくとも１つの動作条件に基づいて、出力電力閾値を適応させる。
【００２７】
これは、インバータの中間／低出力モードの設定を有利に適応させる。
【００２８】
本発明の例示的な実施形態によれば、制御モジュールは、共振コンバータの上記少なくとも１つの動作条件として、測定された周囲温度又はチップ温度値に基づいて、出力電力閾値を適応させる。
【００２９】
本発明の例示的な実施形態によれば、スイッチングモジュールは更に、次のスイッチングサイクルにおいて、どの１つ又は複数のトランジスタスイッチが使用されるかを決定するために、前のスイッチングサイクルにおいて、どの１つ又は複数のトランジスタスイッチがアクティブであったのかを、半導体メモリに保存する。この保存は、半導体メモリ又は任意の他の電子データ記憶デバイスにおいて行われてよい。
【００３０】
本発明の方法を行うコンピュータプログラムが、コンピュータ可読媒体に記憶されてもよい。コンピュータ可読媒体は、パンチカード、（フロッピー（登録商標））ディスク記憶媒体、ハードディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、ＵＳＢ（汎用シリアルバス）記憶デバイス、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）及びＥＰＲＯＭ（消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ）であってよい。コンピュータ可読媒体は更に、プログラムコード又は更なるシステムのダウンロードを可能にする、例えばインターネットであるデータ通信ネットワークであってもよい。
【００３１】
本明細書において説明された方法、システム及びデバイスは、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、マイクロコントローラ、ＦＰＧＡ、ＰＬＤ若しくは任意の他のサイドプロセッサにおけるソフトウェアとして、又は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）内のハードウェア回路として実現されてもよい。
【００３２】
本発明は、例えば従来のモバイルデバイスの利用可能なハードウェア又は本明細書において説明される方法の処理専用の新規のハードウェアにおけるデジタル電子回路、又は、コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア若しくはそれらの組み合わせで、実現可能である。
【００３３】
本発明は、様々な画像処理応用における画像再構成の使用のために実現され、また、画像変更及びセグメント化タスクのためのこの変換の有用性を明示することを目的とする。
【００３４】
本発明及びその付随する利点のより完全な認識は、必ずしも縮尺通りではない以下の概略図面を参照することにより、より明確に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、本発明の例示的な実施形態による高電圧源を含むＸ線管の概略図を示す。
【図２】図２は、本発明の例示的な実施形態による共振コンバータの方法の概略フローチャート図を示す。
【図３】図３は、本発明を説明するための共振コンバータのスイッチングスキームの概略図を示す。
【図４】図４は、本発明の例示的な実施形態による共振コンバータの回路の概略図を示す。
【図５】図５は、本発明を説明するための共振コンバータの出力電流の概略図を示す。
【図６】図６は、本発明を説明するための共振コンバータの出力電流のゼロ交差の概略図を示す。
【図７】図７は、本発明を説明するためのスイッチング時間対コレクタ電流の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図面における例示は、概略に過ぎず、拡大縮小関係又はサイズの情報を提供することを意図していない。様々な図面において、同様又は同一の要素には、同じ参照符号が与えられている。一般に、同一の部分、ユニット、実体又はステップには、説明において同じ参照符号が与えられている。
【００３７】
図１は、本発明の例示的な実施形態による高電圧源を含むＸ線管の概略図を示す。Ｘ線管３００は、高電圧源２００を含み、高電圧源２００は、共振コンバータ１００を含む。
【００３８】
Ｘ線管３００は、Ｘ線コンピュータ断層撮影、即ち、スキャンされた物体の特定領域の断層画像（仮想「スライス」）を生成するために、コンピュータ処理されたＸ線を使用する技術に使用される。高電圧源２００は、Ｘ線を生成するために使用され、真空内に電子を放出するカソードと、電子を収集するアノードとがあり、これにより、ビームと知られる電流のフローがＸ線管内に確立される。例えば３０乃至１５０キロボルト（ｋＶ）の高電圧電源が、カソードとアノードとの間に接続され、電子が加速される。Ｘ線のスペクトルは、アノード材料と加速電圧とに依存する。
【００３９】
図２は、本発明の例示的な実施形態による共振コンバータの方法の概略フローチャート図を示す。
【００４０】
当該方法は、ブロック図として可視化される。当該方法は、３つのステップＳＴ１、ＳＴ２及びＳＴ３を含む。
【００４１】
上記方法の第１のステップとして、共振コンバータの出力電力が、閾値を下回るかどうかが決定される（ＳＴ１）。
【００４２】
上記方法の第２のステップとして、共振コンバータの出力電力が、出力電力閾値を下回る場合、共振コンバータの電流スイッチングを行うために、幾つかの利用可能なトランジスタスイッチから、減少した数のトランジスタスイッチを使用する（ＳＴ２）。減少した数とは、上記幾つかの利用可能なトランジスタスイッチに比べて、少なくとも１だけ減少されている。
【００４３】
上記方法の第３のステップとして、利用可能なトランジスタスイッチについて、使用した、減少した数のトランジスタスイッチの順番を変える（ＳＴ３）。
【００４４】
本発明の例示的な実施形態によれば、これらのステップは、同時に行われても、複数の動作若しくは作業に分割されても、反復して繰り返されてもよい。ステップの反復は、再帰的に行われても、カウント制御ループで行われても、条件制御ループで行われてもよい。
【００４５】
図３は、本発明を説明するための共振コンバータのスイッチングスキームの概略図を示す。
【００４６】
１つの電流スイッチングサイクルの４つの電流スイッチングイベントの並列スイッチングモードが示される。第１の電流スイッチングが、一番上に示され、上から下に順番付けられた後続の電流スイッチングが続く。各電流スイッチングについて、回路が左側に、電流対時間の関係が右側に示されている。
【００４７】
図３は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを、トランジスタスイッチＳ１〜Ｓ８として含む共振コンバータ１００を示す。
【００４８】
サイクルの第１の電流スイッチングでは、導通ＩＧＢＴは、ＩＧＢＴ又はトランジスタスイッチＳ１及びＳ２と、トランジスタスイッチＳ７及びＳ８とである。インダクタＬｒｅｓの矢印は、電流方向を示す。電流フローは、右側の正弦関数のグラフにおける４分の第１部分に示されるような関係に対応する。
【００４９】
サイクルの第２の電流スイッチングでは、導通ＩＧＢＴは、ＩＧＢＴ又はトランジスタスイッチＳ３及びＳ４と、トランジスタスイッチＳ５及びＳ６とである。インダクタＬｒｅｓの矢印は、電流方向を示す。電流フローは、右側の正弦関数のグラフにおける４分の第２部分に示されるような関係に対応する。
【００５０】
サイクルの第３の電流スイッチングでは、導通ＩＧＢＴは、ＩＧＢＴ又はトランジスタスイッチＳ１及びＳ２と、トランジスタスイッチＳ７及びＳ８とである。インダクタＬｒｅｓの矢印は、電流方向を示す。電流フローは、右側の正弦関数のグラフにおける４分の第３部分に示されるような関係に対応する。
【００５１】
サイクルの第４の電流スイッチングでは、導通ＩＧＢＴは、ＩＧＢＴ又はトランジスタスイッチＳ３及びＳ４と、トランジスタスイッチＳ５及びＳ６とである。インダクタＬｒｅｓの矢印は、電流方向を示す。電流フローは、右側の正弦関数のグラフにおける４分の第４部分に示されるような関係に対応する。
【００５２】
上記電流スイッチングサイクルの全ての電流スイッチングでは、各電流スイッチングにおいて、各トランジスタのスイッチングが生じた。各電流スイッチングにおいて使用されたトランジスタスイッチの数は、利用可能なトランジスタスイッチの数に等しかった。
【００５３】
別のスイッチングスキームでは、各電流スイッチングに、１つのトランジスタスイッチしか使用されない。
【００５４】
当該別のサイクルの第１の電流スイッチングでは、導通ＩＧＢＴは、ＩＧＢＴ又はトランジスタスイッチＳ１と、トランジスタスイッチＳ７とである。電流フローは、右側の正弦関数のグラフにおける４分の第１部分に示されるような関係に対応する。
【００５５】
当該別のサイクルの第２の電流スイッチングでは、導通ＩＧＢＴは、ＩＧＢＴ又はトランジスタスイッチＳ４と、トランジスタスイッチＳ６とである。電流フローは、右側の正弦関数のグラフにおける４分の第２部分に示されるような関係に対応する。
【００５６】
当該別のサイクルの第３の電流スイッチングでは、導通ＩＧＢＴは、ＩＧＢＴ又はトランジスタスイッチＳ２と、トランジスタスイッチＳ８とである。
【００５７】
当該別のサイクルの第４の電流スイッチングでは、導通ＩＧＢＴは、ＩＧＢＴ又はトランジスタスイッチＳ３と、トランジスタスイッチＳ５とである。
【００５８】
図４は、本発明の例示的な実施形態による共振コンバータの回路の概略図を示す。図４には、共振コンバータのダブルＩＧＢＴフルブリッジ構成が示される。
【００５９】
共振コンバータ１００は、８つのトランジスタスイッチＳ１〜Ｓ８を含み、２つのトランジスタスイッチが並列接続される。図４では、２つのトランジスタＳ１、Ｓ２が並列接続され、２つのトランジスタＳ３、Ｓ４が並列接続され、２つのトランジスタＳ５、Ｓ６が並列接続され、２つのトランジスタＳ７、Ｓ８が並列接続される。図４の共振コンバータ１００では、共振コンバータ１００の電流スイッチングを行うために、４つのトランジスタスイッチが利用可能である。
【００６０】
共振コンバータ１００は更に、共振コンバータの出力電力が、出力電力閾値を下回るかどうかを決定する制御モジュール１０１を含む。
【００６１】
共振コンバータ１００は更に、共振コンバータの現在必要な出力電力が、出力電力閾値を下回る場合、共振コンバータの電流スイッチングを行うために、幾つかの利用可能なトランジスタスイッチＳ１〜Ｓ８から、減少した数のトランジスタスイッチを使用し、利用可能なトランジスタスイッチＳ１〜Ｓ８に対して、使用された、減少した数のトランジスタスイッチの順番を変えるスイッチングモジュール１０２を含む。減少した数とは、上記幾つかの利用可能なトランジスタスイッチに比べて、少なくとも１だけ減少されている。スイッチングモジュール１０２は更に、メモリ１０２−１を含む。
【００６２】
スイッチングモジュール１０２は更に、メモリ１０２−１に、どの１つ又は複数のトランジスタスイッチＳ１〜Ｓ８が、次の電流スイッチングサイクルにおいて使用されるのかを決定するために、どの１つ又は複数のトランジスタスイッチＳ１〜Ｓ８が、前の電流スイッチングサイクルにおいてアクティブであったかを保存する。本回路では、上記減少した数は、２つのトランジスタスイッチであり、トランジスタスイッチの利用可能な数は、４である。例えば１つのサイクル中、２つのトランジスタ（例えばトランジスタスイッチＳ１及びトランジスタスイッチＳ７）だけが、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ７、Ｓ８の代わりに使用される。これらは、すべて、回路内の同じ方向の電流フローに利用可能である。別のサイクル中、２つのトランジスタ（例えばトランジスタスイッチＳ４及びトランジスタスイッチＳ５）が、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の代わりに使用され、これらは、すべて、回路内の同じもう１つの方向の電流フローに利用可能である。
【００６３】
並列接続される２つのトランジスタスイッチＳ１及びＳ２、Ｓ３及びＳ４、Ｓ５及びＳ６、並びに、Ｓ７及びＳ８は、スイッチングペア１０３を形成する。各スイッチングペア１０３は、スイッチングモジュール１０２に接続され、例えばトランジスタスイッチＳ１〜Ｓ８の１つにアドレス指定されるスイッチングコマンドである制御コマンドを受信することができる。インバータフルブリッジの代わりに、インバータハーフブリッジを使用することも、任意の他のブリッジ回路を使用することも可能である。
【００６４】
インバータは、インダクタＬｒｅｓ、コンデンサＣｒｅｓ及びトランスＸＦＭＲを含む共振回路を通る正弦電流を発生させる。
【００６５】
この共振回路は、＋ＶＣＤ〜−ＶＣＤによって表される駆動電圧を供給するスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７及びＳ８の電流スイッチングによって駆動される。これは、正電流の半波を発生させるように、スイッチＳ１及びＳ２を、スイッチＳ７及びＳ８と同時にスイッチングすることによって実現される。トランジスタスイッチＳ３及びＳ４は、スイッチＳ５及びＳ６と同時に、負電流の半波を運ぶ。１つの対角線からもう１つの対角線へのスイッチングは、完全共振モードで行われ、共振周波数は、１つの対角線からもう１つの対角線へのスイッチング周波数である。
【００６６】
したがって、利用可能なトランジスタスイッチの数は、回路内の電流経路と、回路の全てのトランジスタの数とに依存する。本説明において使用される場合に、「利用可能な」との用語は、所望の電流スイッチングに利用可能であることを意味し、上記例では、トランジスタスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ７、Ｓ８が、回路を通る同じ電流フローに利用可能である。回路内には８つのトランジスタスイッチが存在するが、電圧が、特定の方向において、負荷の両端間に印加されることを可能にする特定の電流経路については、これらの４つのトランジスタスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ７、Ｓ８のみが利用可能である。これらの４つのトランジスタスイッチのうち、２つのトランジスタスイッチのみが使用されるが、どの２つが使用されるかは、順番が変えられる。
【００６７】
ＩＧＢＴは、インバータのフル出力電力において、電流が大きいため、並列にある。
【００６８】
図５は、本発明を説明するための共振コンバータの出力電流の概略図を示す。ｙ軸は、ＩＧＢＴインバータフルブリッジの出力電流を示し、ｘ軸は、時間を示す。グラフは、１つの電流スイッチングサイクルにおける２つの正電流の半波及び２つの負電流の半波を示す。
【００６９】
図６は、本発明を説明するための共振コンバータの出力電流のゼロ交差の概略図を示す。
【００７０】
図６における左下パネルにおいて、様々な理想的なスイッチング状態の説明が提示される。ステージｔ４〜ｔ０が、理想化されて示されている。通常、様々なステージは重なり合ってもよい。スイッチングメカニズムは、共振電流のゼロ交差であるｔ０の約−８００ｎｓ前であるｔ４において開始する。ｔ４において、（依然として導通している）スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ７及びＳ８は、オフに切り替わるように命令される。ＩＧＢＴに固有のｔｄ（ＯＦＦ）及び（電流及び温度に依存する）ｔｆの後、スイッチは、ｔ３において、完全にオフに切り替わる。ｔ２において、ＩＧＢＴＳ３、Ｓ４、Ｓ５及びＳ６が、オンに切り替わるように命令される。
【００７１】
ＩＧＢＴに固有のｔｄ（ＯＮ）及び（電流及び温度に依存する）ｔｒの後、ＩＧＢＴは、共振電流のゼロ交差であるｔ０の直前に、ｔ１において、完全にオンに切り替わる。ｔｆ及びｔｒは、追加考察には無視される。これは、これらは、ｔｄ（ＯＦＦ）及びｔｄ（ＯＮ）に比べてずっと低いからである。ｔ４とｔ２との間の時間は、デッドタイムｔｄｅａｄと呼ばれ、ブリッジ短絡（ハイサイド及びローサイドが同時にオンにされる）を阻止するために、ＩＧＢＴのスイッチオフ時間よりも高いようにされる。
【００７２】
次に一例を示す。
【００７３】
４００Ａ（並列モードで動作される場合、１つのＩＧＢＴにつき２００Ａ）のスイッチオフ電流を仮定すると、高速スイッチングＩＧＢＴは、１２５℃ダイ若しくは温度又は周囲温度において次のパラメータを有する。
【００７４】
４５０ｎｓのｔｄ（ＯＦＦ）（条件：２００Ａのスイッチングオフ及び１２５℃の周囲温度）を仮定し、２５０ｎｓのｔｄ（ＯＮ）（条件：２００Ａのスイッチングオフ及び１２５℃の周囲温度）を仮定すると、例えばｔｄｅａｄは５００ｎｓ（固定値）に設定され、ｔ３は−３５０ｎｓに設定され、ｔ２は−３００ｎｓに設定され、ｔ１は−５０ｎｓに設定され、ｔ０は０ｎｓに設定される。
【００７５】
次の問題点が生じる。デットタイムは、小電流をスイッチングする際のＩＧＢＴのスイッチングオフ時間が増加するので、短過ぎる。したがって、デッドタイムを増やす必要がある。
【００７６】
ｔｄｅａｄは６００ｎｓに設定され、更に、ｔ４は−８００ｎｓに設定され、ｔ３は−２００ｎｓに設定され、ｔ２は−２００ｎｓに設定され、ｔ１は＋５０ｎｓに設定されると仮定する。これは、オンへの切替えが、ゼロ交差後であることを暗示し、フリーホイールダイオードのハードコミュテーションを引き起こす。
【００７７】
次の問題点が生じる。ＩＧＢＴは、オンに切替えが（ゼロ交差後）遅過ぎる。これらの問題点は共に、並列スイッチングアプローチの代わりに、交互スイッチングスキームを使用することによって解決可能である。
【００７８】
図７は、本発明を説明するためのスイッチング時間対コレクタ電流の概略図を示す。図７は、水平軸及び垂直軸の両方に対数尺度を使用する数値データの２次元グラフの両対数プロットである。
【００７９】
ｙ軸は、対数尺度でナノ秒を単位としたスイッチング時間を示し、ｘ軸は、対数尺度でアンペアを単位としたコレクタ電流ＩＣを示す。
【００８０】
本発明の別の例示的な実施形態では、上記実施形態の１つによる方法のステップを適切なシステム上で実行するように適応されていることを特徴とするコンピュータプログラム又はコンピュータプログラム要素が提供される。グラフには、ｔｄ（ｏｎ）、ｔｄ（ｏｆｆ）及びｔｒの特性曲線が示される。
【００８１】
本発明の更なる例示的な実施形態によれば、コンピュータプログラム要素は、したがって、コンピュータユニットに記憶されていてもよい。当該コンピュータユニットも、本発明の一実施形態の一部であってよい。当該コンピュータユニットは、上記方法のステップを行うか、ステップの実行を誘導するように適応される。
【００８２】
更に、当該コンピュータユニットは、上記装置のコンポーネントを動作させるように適応されてもよい。当該コンピュータユニットは、自動的に動作するか、及び／又は、ユーザの命令を実行するように適応されてよい。コンピュータプログラムが、データプロセッサのワーキングメモリにロードされてもよい。当該データプロセッサは、したがって、本発明の方法を実行するように装備されている。
【００８３】
本発明のこの例示的な実施形態は、本発明を初めから使用するコンピュータプログラムと、アップデートを介して既存のプログラムが、本発明を使用するプログラムに変換されるコンピュータプログラムとの両方を対象とする。
【００８４】
更に、コンピュータプログラム要素は、上記方法の例示的な実施形態の手順を満たすために必要なすべてのステップを提供することが可能である。
【００８５】
本発明の更なる例示的な実施形態によれば、ＣＤ−ＲＯＭといったコンピュータ可読媒体が提示される。当該コンピュータ可読媒体には、前段に説明されているコンピュータプログラム要素が記憶される。
【００８６】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光学記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体上に記憶される及び／又は分散配置されるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介した形態といった他の形態で分配されてもよい。
【００８７】
しかし、コンピュータプログラムは、ワールドワイドウェブといったネットワーク上に提示され、当該ネットワークから、データプロセッサのワーキングメモリにダウンロードされてもよい。
【００８８】
本発明の更なる例示的な実施形態によれば、ダウンロード用にコンピュータプログラム要素を利用可能にする媒体が提供され、当該コンピュータプログラム要素は、本発明の上記実施形態のうちの１つによる方法を行うように構成されている。
【００８９】
なお、本発明の実施形態は、様々な主題を参照して説明されている。具体的には、方法タイプの請求項を参照して説明される実施形態もあれば、装置タイプの請求項を参照して説明される実施形態もある。
【００９０】
しかし、当業者であれば、上記及び下記の説明から、特に明記されない限り、１つのタイプの主題に属する特徴の任意の組み合わせに加えて、様々な主題に関連する特徴の任意の組み合わせも、本願によって開示されていると見なされると理解できるであろう。しかし、すべての特徴は、特徴の単なる足し合わせ以上の相乗効果を提供する限り、組み合わされることが可能である。
【００９１】
本発明は、図面及び上記説明において詳細に例示され、説明されたが、当該例示及び説明は、例示的に見なされるべきであり、限定的に見なされるべきではない。本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示された実施形態の他の変形態様は、図面、開示内容及び従属請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され、実施される。
【００９２】
請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も、複数形を排除するものではない。単一のプロセッサ、コントローラ又は他のユニットが、請求項に記載される幾つかの項目の機能を果たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定すると解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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