(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷（１０２）に電力を供給するように構成されているスイッチング回路（１０６）と、前記負荷（１０２）の充電状態（ＳＯＣ）を示す信号を提供するように構成されている回路センサ（１２１〜１２６）と、処理ユニット（１２０）と、を備える電力制御装置（１００）であって、
前記スイッチング回路（１０６）は、第１のスイッチ（１１２）を有する第１の経路（１０８）と、前記第１の経路（１０８）と並列であり第２のスイッチ（１１４）を含む第２の経路（１１０）と、を前記負荷（１０２）の前に含み、
前記スイッチング回路（１０６）は、前記第２の経路（１１０）が有効になっており前記第１の経路（１０８）が無効になっているとき事前充電状態にあり、
前記スイッチング回路（１０６）は、前記第２の経路（１１０）が無効になっており前記第１の経路（１０８）が有効になっているとき動作状態にあるとともに、
前記処理ユニット（１２０）は、前記第１のスイッチ（１１２）および前記第２のスイッチ（１１４）を開閉して前記事前充電状態と前記動作状態との間で前記スイッチング回路（１０６）を切り替えるように構成されており、
前記処理ユニット（１２０）は、前記回路センサ（１２１〜１２６）からの前記信号に基づいて前記負荷（１０２）の前記ＳＯＣを決定する、および前記ＳＯＣに基づいて前記負荷（１０２）を事前充電するべきか否かを決定するように構成されており、
前記処理ユニット（１２０）は、前記負荷（１０２）を事前充電しないと前記処理ユニット（１２０）が決定するとき、前記スイッチング回路（１０６）を前記動作状態で動作させ、
前記処理ユニット（１２０）は、前記負荷（１０２）を事前充電すると前記処理ユニット（１２０）が決定するとき、前記ＳＯＣに基づく期間の間、前記スイッチング回路（１０６）を前記事前充電状態で動作させるように構成されており、
電力の供給を停止するためのコマンドを受信すると、前記処理ユニット（１２０）は、前記第１の経路（１０８）が有効になっている間、前記第２の経路（１１０）を有効にし、前記第２の経路（１１０）を有効にした後で前記第１の経路（１０８）を無効にし、前記処理ユニット（１２０）は、電圧キックバックを低減するために時間遅延後に前記第２のスイッチ（１１４）を開くように構成されている、
電力制御装置（１００）。
【請求項２】
前記回路センサ（１２１〜１２６）は、少なくとも１つのセンサを含み、
前記少なくとも１つのセンサは、
（ａ）前記第１の経路もしくは前記第２の経路（１１０）を通る電流、
（ｂ）前記第１の経路もしくは前記第２の経路（１１０）にわたる電圧、または
（ｃ）前記負荷（１０２）にわたる電圧、のうちの少なくとも１つを検出するように構成されている、
請求項１に記載の電力制御装置（１００）。
【請求項３】
前記回路センサ（１２５、１２６）は、前記第１のスイッチ（１１２）または／および前記第２のスイッチ（１１４）の温度を検出するように構成されている、
請求項１に記載の電力制御装置（１００）。
【請求項４】
前記処理ユニット（１２０）は、負荷特性が基準値よりも大きいとき、前記スイッチング回路（１０６）を前記事前充電状態で動作させ、
前記負荷特性が前記基準値未満であるとき、前記スイッチング回路（１０６）を前記動作状態で動作させ、
前記負荷特性は前記ＳＯＣまたは負荷電圧であり、かつ、前記基準値は基準充電量または基準電圧である、
請求項１に記載の電力制御装置（１００）。
【請求項５】
前記処理ユニット（１２０）は前記基準値を決定するように構成されており、前記基準値は前記第２の経路（１１０）に沿って検出された温度に基づいている、
請求項４に記載の電力制御装置（１００）。
【請求項６】
前記第２の経路（１１０）に沿った前記温度が指定された温度値を上回ったとき、または上回ると予測されるとき、前記処理ユニット（１２０）は前記第２の経路（１１０）が有効になるのを許可しない、
請求項５に記載の電力制御装置（１００）。
【請求項７】
前記第２の経路（１１０）が指定された温度値を上回ったとき、または上回ると予測されるとき、前記処理ユニット（１２０）は前記第２の経路（１１０）の代わりに前記第１の経路（１０８）を有効にする、
請求項１に記載の電力制御装置（１００）。
【請求項８】
前記処理ユニット（１２０）は、前記電力制御装置（１００）の有効化の前に前記ＳＯＣを決定するように構成されている、
請求項１に記載の電力制御装置（１００）。
【請求項９】
前記処理ユニット（１２０）は、前記負荷（１０２）の寿命の間の動作中の様々な時点でいくつかの静電容量値を受信するように構成されており、
前記処理ユニット（１２０）は、前記静電容量値を分析して前記負荷（１０２）の健全性状態を決定するように構成されている、
請求項１に記載の電力制御装置（１００）。
【請求項１０】
前記処理ユニット（１２０）は、前記負荷（１０２）の前記健全性状態を報告するように構成されている、
請求項９に記載の電力制御装置（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は一般に、突入電流制限回路および／または誘導性キックバック制限回路のうちの少なくとも一方を有する電力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
容量性負荷または誘導性負荷などの負荷に電力供給するスイッチを動作させるために、電力制御装置（例えば、ソリッドステートリレー）が必要となる場合がある。負荷は、瞬時に通電されスイッチを通って比較的大きな電流が流れるときに、このスイッチを通る短絡回路として現れる場合がある。この大量の電流（または突入電流）は潜在的に、スイッチおよび／または電力制御装置の他の回路構成を損傷する可能性がある。負荷が誘導性のものであって瞬時にオフにされるとき、大きなキックバック電圧が生じる場合があり、これはスイッチまたは場合によっては電力制御装置の他の構成要素を損傷する可能性がある。
【０００３】
突入電流の問題に対処するため、従来の電力制御装置は多くの場合、突入電流制限回路を含む。例えば、１つまたは複数の抵抗器を、負荷と直列に設置することができる。別の例として、電力制御装置は、負荷の前に、第２の経路（または分岐）と並列な第１の経路（または分岐）を有するように構成されてもよい。第１の経路および第２の経路の各々は、これらを通って電流が流れることを可能にするそれぞれのスイッチを含む。電力制御装置が有効にされる（例えば、オンにされる）とき、第１の経路のスイッチは開いており、第２の経路のスイッチは閉じており、その結果、電流は、第２の経路を通って流れる。第２の経路は負荷を事前充電（pre-charge）するように機能し、典型的には、電力制御装置の作動後所定の期間の間、有効にされる。第２の経路は、所定の期間の間、負荷を比較的遅い速度で事前充電するように構成されている。所定の期間の経過後、第２の経路は自動的に無効にされ、第１の経路は自動的に有効にされる。第１の経路は、第２の経路と比較して、より高い性能を実現するかまたはより高い電流を許容することができる。
【０００４】
負荷が事前充電される所定の期間は、電力制御装置の構成および用途などの、１つまたは複数の要因に基づいている。所定の期間は、電力制御装置が有効にされるときの負荷の充電の状態とは無関係な、固定された期間である。
【０００５】
上記の第２の経路は突入電流を効果的に制限することができるが、それらを有する電力制御装置には、いくつかの欠点がある。例えば、（例えば以前に有効化してから）負荷が既に完全に充電または幾分充電されている場合には、第２の経路を全期間の間有効にする必要はない。結果的に、第１の経路が有効にされるまでの時間は遅延する。第１の経路は第２の経路よりも効率的であるので、これは一般的には望ましいことではない。更に、第２の経路は、電流が全期間の間、第２の経路を通って流れる、有効化の反復サイクルに耐えるように構成されねばならない。したがって、第２の経路は、より使用頻度が低いかまたは有効にされる期間がより短い回路と比較して、必然的により大きくおよび／またはより高価になる。場合によっては、第２の経路は、突入電流の短時間であるが高振幅のパルス用に構成されている、パルス定格抵抗器を含む。しかしながら、この抵抗器は、他の抵抗器よりも放散速度が低い場合がある。第２の経路が頻繁に有効にされる場合、第２の経路は、電力制御装置またはスイッチング回路構成を損傷する場合のある、より高い温度を受ける可能性がある。
【０００６】
キックバック電圧の問題に対処するために、スイッチング回路は多くの場合、大きなインパルス電圧を吸収するための、過渡電圧サージ抑制器（ＴＶＳＳ）を含む。ＴＶＳＳは例えば、ツェナーダイオードまたは金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）であってもよい。しかしながら、ＴＶＳＳは、電圧キックバックの数および大きさ、ならびに場合によっては他の要因に基づいて、寿命が限られている。ＴＶＳＳによって吸収されるキックバック電圧の大きさを小さくすることが、望ましい場合がある。
【０００７】
上記の欠点に加えて、負荷の健全性を監視することが望ましい場合もある。例えば、負荷の静電容量は、その寿命の間の動作中に減少する場合がある。静電容量がベースライン値未満になる場合、負荷が正しく動作しないおよび／または所期の性能を達成しないことになる可能性がある。突入電流からの保護を提供でき更にこの負荷を監視することが可能な電力制御装置が、望ましい場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、解決されるべき課題は、改善された突入電流制限回路を有する電力制御装置の必要性である。キックバック電圧を低減する電力制御装置の必要性もある。負荷の健全性を監視することが可能な電力制御装置の必要性もある。本明細書に記載する実施形態は、これらの必要性の各々に、またはこれらの必要性のうちの１つか２つのみに、対処できる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
解決手段は、負荷に電力を供給するように構成されたスイッチング回路を含む電力制御装置によって提供される。スイッチング回路は、負荷の前に、第１のスイッチを有する第１の経路、および第１の経路と並列な第２の経路を含む。第２の経路は第２のスイッチを含む。第２の経路が有効になっており第１の経路が無効になっているとき、スイッチング回路は事前充電状態にある。第２の経路が無効になっており第１の経路が有効になっているとき、スイッチング回路は動作状態にある。電力制御装置はまた、負荷の充電状態（ＳＯＣ）を示す信号を提供するように構成されている回路センサも含む。
電力制御装置はまた、第１のスイッチおよび第２のスイッチを開閉して事前充電状態と動作状態との間でスイッチング回路を切り替えるように構成されている、処理ユニットも含む。処理ユニットは、回路センサからの信号に基づいて負荷のＳＯＣを決定する、およびＳＯＣに基づいて負荷を事前充電するべきか否かを決定するように、構成されている。処理ユニットは、負荷を事前充電しないと処理ユニットが決定するとき、スイッチング回路を動作状態で動作させる。処理ユニットは、負荷を事前充電すると処理ユニットが決定するとき、ＳＯＣに基づく期間の間、スイッチング回路を事前充電状態で動作させる。
【００１０】
ここで本発明について、以下の添付の図面を参照して、例示により記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】１つまたは複数の実施形態による電力制御装置の概略図である。
【図２】図１の電力制御装置の、負荷が充電されていないときの動作中の負荷電流、負荷電圧、および時間の関係を示すグラフである。
【図３】図１の電力制御装置の、負荷が幾分充電されているときの動作中の負荷電流、負荷電圧、および時間の関係を示すグラフである。
【図４】図１の電力制御装置の動作中の負荷電圧、電力制御装置の経路に沿った温度、および時間の関係を示すグラフである。特に図４は、第２の経路の反復的な有効化および無効化ならびに続く第１の経路の反復的な有効化および無効化の全体にわたる、第２のスイッチの負荷電圧と温度の関係を示している。
【図５】電力制御装置の第２の経路を有効にするべきか否か、およびいつ有効にするべきか、を決定するための方法またはアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図６】図１の電力制御装置の動作中の負荷電圧と時間の関係を示すグラフである。
【図７】負荷が第１の健全性の状態および第２の健全性の状態を有するときの、図１の電力制御装置の動作中の負荷電圧と時間の関係を示すグラフである。
【図８】負荷の健全性を監視するための方法またはアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図９】図１の電力制御装置を使用するソフトストッププロセスを示すグラフである。
【図１０】オフにする前にキックバック電圧を低減する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ある実施形態では、負荷に電力を供給するように構成されたスイッチング回路を含む電力制御装置が提供される。スイッチング回路は、負荷の前に、第１のスイッチを有する第１の経路、および第１の経路と並列な第２の経路を含む。第２の経路は、第２のスイッチを含む。第２の経路が有効になっており第１の経路が無効になっているとき、スイッチング回路は事前充電状態にある。第２の経路が無効になっており第１の経路が有効になっているとき、スイッチング回路は動作状態にある。電力制御装置はまた、負荷の充電状態（ＳＯＣ）を示す信号を提供するように構成されている回路センサも含む。
電力制御装置はまた、第１のスイッチおよび第２のスイッチを開閉して事前充電状態と動作状態との間でスイッチング回路を切り替えるように構成されている、処理ユニットも含む。処理ユニットは、回路センサからの信号に基づいて負荷のＳＯＣを決定する、およびＳＯＣに基づいて負荷を事前充電するべきか否かを決定するように、構成されている。処理ユニットは、負荷を事前充電しないと処理ユニットが決定するとき、スイッチング回路を動作状態で動作させる。処理ユニットは、負荷を事前充電すると処理ユニットが決定するとき、ＳＯＣに基づく期間の間、スイッチング回路を事前充電状態で動作させる。
【００１３】
ある実施形態では、負荷に電力を供給するように構成されたスイッチング回路を含む電力制御装置が提供される。スイッチング回路は、負荷の前に、第１のスイッチを有する第１の経路、および第１の経路と並列な第２の経路を含む。第２の経路は、第２のスイッチを含む。第２の経路が有効になっており第１の経路が無効になっているとき、スイッチング回路は事前充電状態にある。第２の経路が無効になっており第１の経路が有効になっているとき、スイッチング回路は動作状態にある。電力制御装置はまた、第１のスイッチおよび第２のスイッチを開閉して事前充電状態と動作状態との間でスイッチング回路を切り替えるように構成されている、処理ユニットも含む。電力の供給を停止するためのコマンドを受信すると、処理ユニットは、第１の経路が有効になっている間は第２の経路を有効にし、第２の経路を有効にした後で第１の経路を無効にする。処理ユニットは、電圧キックバックを低減するために、時間遅延後に第２の経路の第２のスイッチを開く。
【００１４】
ある実施形態では、負荷に電力を供給するように構成されたスイッチング回路を含む電力制御装置が提供される。スイッチング回路は、負荷の前に、第１のスイッチを有する第１の経路、および第１の経路と並列な第２の経路を含む。第２の経路は、第２のスイッチを含む。第２の経路が有効になっており第１の経路が無効になっているとき、スイッチング回路は事前充電状態にある。第２の経路が無効になっており第１の経路が有効になっているとき、スイッチング回路は動作状態にある。電力制御装置はまた、負荷の静電容量を示す信号を提供するように構成されている回路センサも含む。
電力制御装置はまた、負荷の静電容量値を負荷の寿命の間の様々な時点で記憶するように構成されている記憶媒体も含む。電力制御装置はまた、第１のスイッチおよび第２のスイッチを開閉して事前充電状態と動作状態との間でスイッチング回路を切り替えるように構成されている、処理ユニットも含む。処理ユニットは、回路センサからの信号に基づいて負荷の静電容量値を決定する、および記憶媒体に静電容量値を記憶するように、構成されている。処理ユニットは、静電容量値を分析して負荷の健全性状態を決定するように構成されている。
【００１５】
ある実施形態では、負荷に電力を供給するようにスイッチング回路の動作を制御するための命令を含む、非一時的コンピュータ可読媒体が提供される。命令は、スイッチング回路をソフトスイッチングの様式で動作させるための命令を含み得る。例えば、スイッチング回路は、電力制御装置または負荷をソフトストップまたはソフトスタートさせるように動作させることができる。
【００１６】
ある実施形態では、スイッチング回路中の第１のスイッチおよび第２のスイッチの動作を制御することを含む方法が提供される。方法は、第１のスイッチおよび第２のスイッチをソフトスイッチングの様式で動作させることを含み得る。例えば、スイッチング回路は、電力制御装置または負荷をソフトストップまたはソフトスタートさせるように動作させることができる。
【００１７】
本明細書に明記する実施形態は、突入電流の量の適合制御を行うこと、ソフトスイッチを提供すること、負荷の健全性を監視すること、および／または、オフにする前にキックバック電圧を調整もしくは低減することが可能であり得る電子回路を含む。突入電流制限機能は、「ソフトスタート」機能として特徴付けることができ、キックバック低減機能は「ソフトストップ」機能として特徴付けることができる。本明細書に記載するソフトスタート機能およびソフトストップ機能は相互に排他的ではないこと、ならびに、複数の実施形態ではソフトスタートおよびソフトストップの両方を行うように構成されてもよいことが、理解されるべきである。電子回路は、例えば、ソリッドステートの電力制御装置などの電力制御装置である。複数の実施形態が、負荷に電力を供給するように構成されたスイッチング回路を含む。動作中、負荷は、容量性負荷としてまたは誘導性負荷として、動作することができる。
【００１８】
スイッチング回路は、容量性負荷の前に、第１のスイッチを有する第１の経路、および第１の経路と並列な第２の経路を含む。第２の経路は、第２のスイッチを含む。第２の経路が有効になっており第１の経路が無効になっているとき、スイッチング回路は事前充電状態にある。第２の経路が無効になっており第１の経路が有効になっているとき、スイッチング回路は動作状態にある。第２の経路が有効になっており第１の経路が無効になっているとき、スイッチング回路はまた、ソフトストップ状態またはキックバック低減状態でもある。事前充電状態はスイッチング回路をオンにするためのコマンドまたはアクションの直後に生じるが、ソフトストップ状態はスイッチング回路をオフにするためのコマンドまたはアクションの直後に生じる。
【００１９】
複数の実施形態では、第２の経路を有効にするべきか否か、および、有効にするべきであればどれくらいの間であるかについて、動的な判断を行うことができる。従来の電力制御装置とは異なり、本明細書に明記する実施形態は、電力制御装置の様々なパラメータに関するデータを監視すること、そのデータを分析すること、ならびに第１の経路および／または第２の経路の有効化に関する判断を行うことができる。この目的のために、複数の実施形態では、処理ユニット、および処理ユニットと通信する１つまたは複数の回路センサを含み得る。回路センサは、例えば、電圧センサ、電流センサ、温度センサ、電界センサ、内部カウンタ、タイマー、等であってよい。回路センサはデータを処理ユニットに伝達し、次にこの処理ユニットは、データを処理して、例えば、負荷の充電状態（ＳＯＣ）または負荷の静電容量を決定する。
【００２０】
本明細書で使用される場合、「［目的の電気特性］を決定する」という句（および同様の句）は、目的の電気特性の値を決定すること、または目的の電気特性の値と高い信頼性で対応する別の特徴の値を決定することを含み得る。この別の特徴の値が目的の電気特性の値に高い信頼性で対応するとは、動作判断（例えば、第２の経路を有効にするべきか否かの判断）が、目的の電気特性の値を決定することなく、この別の特徴の値に基づき得る場合である。例えば、負荷のＳＯＣは負荷電圧に高い信頼性で対応している場合があり、その場合、第２の経路を有効にするべきか否かの判断は、ＳＯＣの値を決定することなく、負荷電圧の値に基づき得る。そのような状況では、電力制御装置の動作に関して、負荷電圧を決定することは、ＳＯＣを決定することと実質的に同じである。本明細書で使用される場合、「値」は必ずしも単一の数値または数の範囲ではない。ただし、一部の実施形態では、値という用語は、単一の数値（例えば１００ボルト）または数の範囲（例えば４００〜５００マイクロファラッド）を表し得る。
【００２１】
１つまたは複数の実施形態の動的な判断実行は、１つまたは複数の望ましい技術的効果を提供し得る。例えば、１つまたは複数の実施形態の技術的効果は、以下のうちの少なくとも１つを含み得る：
（ａ）電力制御装置の複数回の有効化のうちの少なくとも一部に関する、一次導通までの時間の低減、
（ｂ）スイッチング回路もしくは電力制御装置のサイズおよび／もしくはコストの低減、
（ｃ）スイッチング回路の突入電流制限抵抗器における放散の低減によるスイッチング効率の向上、
（ｄ）負荷が事前充電される期間の最適化、
（ｅ）またはキックバック電圧の低減。
【００２２】
図１は、１つまたは複数の実施形態による電力制御装置１００を概略的に表現したものである。特定の実施形態では、電力制御装置１００はソリッドステートデバイスである。電力制御装置１００は、負荷１０２にどのように電力が供給されるかを制御するように構成されている。負荷１０２は、容量性負荷または誘導性負荷であり得る。負荷は、その虚数部がリアクタンスＸである複素インピーダンスＺを有する。Ｘがゼロである場合、負荷は純粋に抵抗性のものである。Ｘが正である場合、合計リアクタンスは誘導性であると言われる。Ｘが負である場合、合計リアクタンスは容量性であると言われる。ただし、負荷は、リアクタンスを計算することなく「誘導性負荷」としてまたは「容量性負荷」として特定され得ることを理解されたい。
【００２３】
負荷１０２は、例えば、機械的デバイス（例えばモータ）または光学デバイス（例えば電球）であり得る。一部の実施形態では、負荷１０２は、自動車または航空機などのより大きいシステムのデバイスである。場合によっては、負荷１０２および／または電力制御装置１００は、耐衝撃および耐振動に関する確立された規格を満足するように構成されてもよい（例えば、ＭＩＬ−ＳＴＤ−１３４４、方法２００４−１および方法２００５−１、または振動耐性および衝撃耐性に関する類似の規格）。しかしながら、負荷１０２は、電力を消費する任意のデバイスまたはシステムであり得るかまたはそれを含み得ることを理解されたい。図示した実施形態では、負荷１０２は、コンデンサ１０３を有してもよく、また、抵抗器１０５によって表される抵抗を有するものとして特徴付けられ得る。
【００２４】
電力制御装置１００は、電源１０４に電気的に結合されており、スイッチング回路１０６を含む。スイッチング回路１０６は、スイッチング回路１０６がソフトスタート中またはソフトストップ中のいずれかであるソフトスイッチング状態、および動作状態で動作可能であり得る。図示した実施形態では、電力制御装置１００は直流（ＤＣ）を供給するが、代替の実施形態では、電力制御装置１００は交流（ＡＣ）を供給するように構成されてもよいことが企図される。電源１０４およびスイッチング回路１０６は、負荷１０２と電気的に連絡している。電源１０４は、例えば、バッテリまたは他の電源であり得る。スイッチング回路１０６は、負荷１０２が電源１０４によって事前充電される事前充電状態で、および負荷１０２が十分に充電されている動作状態で動作するように構成されている。
【００２５】
事前充電状態の間、ＳＯＣは１００％に近付くように増大するが、事前充電状態の間にＳＯＣが１００％を達成できない場合がある。例えば、事前充電状態の間に、ＳＯＣは最大で８５％または９０％に達し得る。同様に、負荷電圧は事前充電状態の間、負荷電圧が負荷１０２の使用（または定常）電圧に近付くように増大する。動作状態は、負荷１０２の通常動作時のスイッチング回路１０６を表し得る。本明細書で記載される場合、スイッチング回路１０６は、ＳＯＣ（または負荷電圧）が十分に増大した後で、事前充電状態から動作状態へと切り替わることができる。他の状況では、電力制御装置１００は、ＳＯＣまたは負荷電圧に基づいて、事前充電状態の実行を取り止めることができる。
【００２６】
一部の実施形態では、スイッチング回路１０６は、スイッチング回路１０６および／または負荷１０２を保護するために、突入電流を制限するように構成されている。この目的のために、スイッチング回路１０６は、互いに並列な第１の経路１０８および第２の経路１１０を含む。第１の経路１０８は第１のスイッチ１１２を含み、第２の経路１１０は第２のスイッチ１１４を含む。一部の実施形態では、第１の経路１０８は一次ドライブと呼ばれる、または一次ドライブとして特徴付けられる場合があり、第２の経路１１０は二次ドライブと呼ばれる、または二次ドライブとして特徴付けられる場合がある。かかる実施形態では、第１のスイッチ１１２は一次スイッチと呼ばれる場合があり、第２のスイッチ１１４は突入電流制限（ＩＣＬ）スイッチと呼ばれる場合がある。
第２の経路１１０は、第２のスイッチ１１４と直列の抵抗器１１６を含み得る。抵抗器１１６は、一部の実施形態では、突入電流制限抵抗器と呼ばれる場合がある。事前充電状態では、第１のスイッチ１１２は開いており、第２のスイッチ１１４は閉じており、この結果、第２の経路１１０を通って電流が流れ、負荷１０２が通電される。動作状態では、第１のスイッチ１１２は閉じており、第２のスイッチ１１４は開いており、この結果、第１の経路１０８を通って電流が流れ、負荷１０２に電力が供給される。第１の経路１０８は、第２の経路１１０と比較して、より高い性能、より高い電流、および／またはより低い放散を実現することができる。
【００２７】
他の実施形態では、電力制御装置１００は、誘導性負荷用のソフトスイッチシステムを構成し得る。かかる実施形態では、電力制御装置１００は、同様の構成を含み得る。例えば、電力制御装置１００は、ソフトスイッチシステムとして実装されるとき、図１に示すような第１の経路１０８および第２の経路１１０を含む。ソフトストップ状態またはキックバック低減状態で動作するために、第１の経路１０８および第２の経路１１０が瞬間的に有効になるような様式で、第１のスイッチ１１２が閉じられている間に第２のスイッチ１１４が閉じられる。第１のスイッチ１１２は次いで開かれて、この結果、第２の経路１１０だけが有効になる。このとき、電力制御装置１００はキックバック低減状態にある。
【００２８】
第１のスイッチ１１２および第２のスイッチ１１４は、１つまたは複数の種類のスイッチ（またはリレー）を含み得る。例えば、第１のスイッチ１１２および第２のスイッチ１１４のいずれかは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、接合ゲート電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）、またはＭＯＳ制御サイリスタ（ＭＣＴ）であり得るか、またはこれらを含み得る。図示した実施形態では、第１のスイッチ１１２はＭＯＳＦＥＴであり、第２のスイッチ１１４はＩＧＢＴである。ただし、他の実施形態では他の種類のスイッチを使用することができる。
【００２９】
電力制御装置１００はまた、処理ユニット１２０も含む。処理ユニット１２０は、本明細書に記載するように、第１のスイッチ１１２および第２のスイッチ１１４に、スイッチ１１２、１１４を開閉するように動作可能に結合されている（例えば、電気的におよび／またはワイヤレスで結合されている）。例えば、第１のスイッチ１１２および第２のスイッチ１１４の各々は、処理ユニット１２０によって制御される保護されたゲートドライバ（図示せず）を通して、処理ユニット１２０に動作可能に結合されていてよい。電力制御装置１００はまた、処理ユニット１２０と通信するように構成されている複数の回路センサ１２１〜１２６も含む。処理ユニット１２０は、回路センサ１２１〜１２６からアナログまたはデジタル信号の形態でデータを受信し、このデータ（および場合によっては他のデータ）を使用して、第１のスイッチ１１２および第２のスイッチ１１４をいつ開閉するべきかを決定する。
【００３０】
様々な実施形態では、処理ユニット１２０は、本明細書に記載するもののような１つまたは複数のタスク、機能、またはステップを実行するように構成された処理回路構成を含む。例えば、処理ユニット１２０は、メモリなどの有形の非一時的コンピュータ可読媒体に記憶された命令に基づいて動作を実行する、論理ベースのデバイスであり得る。複数の実施形態には、本明細書に記載するように、第１のスイッチおよび第２のスイッチの動作を制御するための命令を含むコンピュータ可読媒体も含まれる。複数の実施形態には、本明細書に記載するように、第１のスイッチおよび第２のスイッチの動作を制御するための方法も含まれる。
【００３１】
「処理ユニット」は本明細書で使用される場合、単一のプロセッサまたは単一の論理ベースのデバイスに限定されることを必ずしも意図していないことが留意され得る。例えば、処理ユニット１２０としては、（例えば、１つもしくは複数のコアを有する）単一のプロセッサ、複数の個別のプロセッサ、１つもしくは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、および／または１つもしくは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を挙げることができる。一部の実施形態では、処理ユニット１２０は、本明細書に記載するアルゴリズムなどの動作を実行するように適切にプログラムされているかまたは命令されている、市販のデバイスである。処理ユニット１２０を、例えば、スイッチング回路１０６と統合することができるか、または、スイッチング回路１０６から分離されているがスイッチング回路１０６を含む同じハウジング内に配置することができる。一部の実施形態では、処理ユニット１２０を、スイッチング回路１０６を含むソリッドステートデバイス（例えば半導体）に装着することができる。
【００３２】
処理ユニット１２０は、本明細書に記載するアルゴリズムを実行するように構成されているハードワイヤード論理に基づいて動作を実行する、ハードワイヤードデバイス（例えば、電子回路構成）であってもよい。したがって、処理ユニット１２０は、１つまたは複数のＡＳＩＣおよび／またはＦＰＧＡを含み得る。上記の代わりにまたは上記に加えて、処理ユニット１２０は、本明細書に記載するアルゴリズムを実行するよう処理ユニット１２０に指示するように構成された命令を記憶している有形の非一時的メモリを含み得るか、またはこれと関連付けることができる。
【００３３】
処理ユニット１２０によって実行される動作（例えば、本明細書に記載する方法／アルゴリズムに対応する動作、またはそれらの態様）は、人間が電力制御装置１００の意図する用途に基づく妥当な期間内でこれらの動作を実行することはできない程度に、十分に複雑であり得ることが留意される。例えば、人間であれば、回路センサから信号を受信すること、負荷の充電状態を決定すること、および第１の経路１０８または第２の経路１１０に通電するようにスイッチを制御するべきか否かを数ミリ秒または１秒の間に決定することはできない。
【００３４】
処理ユニット１２０は、回路センサ１２１〜１２６のうちの１つまたは複数から信号を受信するように構成されている。図示した実施形態では、回路センサ１２１〜１２６は、導電性の経路または配線を通して処理ユニット１２０に通信可能に結合されている。他の実施形態では、処理ユニット１２０は、回路センサ１２１〜１２６のうちの１つまたは複数とワイヤレスで通信することができる。電力制御装置１００はまた、メモリ１２８を含み得るかまたはこれに通信可能に結合され得る。一部の実施形態では、メモリ１２８は、揮発性または不揮発性のメモリを含み得る。例えば、メモリ１２８は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、電気的消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリなどであり得るか、またはこれらを含み得る。メモリ１２８は、電力制御装置１００または負荷１０２の動作パラメータに関するデータを記憶するように構成されてもよい。例えば、メモリ１２８は、負荷１０２の使用電圧および／または使用静電容量を記憶することができる。図１では、メモリ１２８は単一のデバイスによって表されているが、複数のデバイスを使用してもよいことを理解されたい。
【００３５】
一部の実施形態では、回路センサ１２１〜１２６のうちの１つまたは複数からの信号に少なくとも基づいて、処理ユニット１２０は、第１のスイッチ１１２および／または第２のスイッチ１１４を開くべきかまたは閉じるべきかを決定することができる。一部の実施形態では、これらの信号に少なくとも基づいて、処理ユニット１２０は、電力制御装置１００および／または負荷１０２の健全性または動作状態を決定する。上記の決定の各々を、図５および図８に示されたアルゴリズムなどの、対応する判断実行アルゴリズムに従って行うことができる。本明細書に記載する判断実行アルゴリズムは、回路センサ１２１〜１２６のうちのただ１つからの信号、または回路センサ１２１〜１２６の組み合わせからの信号を利用できることが、理解されるべきである。判断実行アルゴリズムはまた、過去の負荷電圧、温度、ＳＯＣ、静電容量、等のような、記憶された情報も使用できる。
【００３６】
図示した実施形態では、回路センサ１２１は電圧センサであり、抵抗器１１６にわたる電圧を検出するように構成されている。回路センサ１２２は電流センサであり、負荷１０２の前で電流を検出するように構成されている。回路センサ１２２は、第１の経路１０８と第２の経路１１０を接合するノード１３０の後ろで電流を検出できる。回路センサ１２３は、第１のスイッチ１１２にわたる電圧を検出するように構成されている電圧センサである。回路センサ１２４は、負荷１０２にわたる電圧を検出するように構成されている電圧センサである。回路センサ１２５は、第１のスイッチ１１２の温度を検出するように構成されている温度センサである。
回路センサ１２６は、第２のスイッチ１１４の温度を検出するように構成されている温度センサである。電流センサの非限定的な例としては、ホール効果センサ、電流分路、および電流トランスが挙げられる。回路センサ１２１は、図１に示すような微分増幅器を含み得るか、またはこれに通信可能に結合され得る。電圧センサの非限定的な例としては、演算増幅器および微分増幅器が挙げられる。温度センサの非限定的な例としては、サーミスタ（例えば、負温度係数（ＮＴＣ）サーミスタ）、熱電対、ＲＴＤセンサ、ＰＴＣサーミスタ、およびダイオードまたは他の半導体温度センサが挙げられる。
【００３７】
電源１０４、スイッチング回路１０６を通る第１の経路１０８、および負荷１０２は、図１に示す回路図の第１のループを形成する。電源１０４、スイッチング回路１０６を通る第２の経路１１０、および負荷１０２は、回路図の第２のループを形成する。動作中、電流は、スイッチング回路１０６の構成または状態に基づいて、第１のループまたは第２のループを通って流れることができる。本明細書に記載するように、電力制御装置１００が有効になっているとき、スイッチング回路１０６は、処理ユニット１２０が行った決定または判断に基づいて、事前充電状態または動作状態にあることができる。これらの決定または判断は、負荷１０２のＳＯＣに基づき得る。上記のように、実際のＳＯＣは計算で求めてもよく、または、これらの判断の代わりに負荷電圧を使用することができる。
一部の実施形態では、処理ユニット１２０はまた、負荷１０２の静電容量に一部基づき得る、負荷１０２の健全性状態も決定できる。図２〜図４は、処理ユニット１２０が受信し得るデータ、ならびに、第１のスイッチ１１２および第２のスイッチ１１４を制御する際に処理ユニット１２０がどのように動作し得るかを、より詳細に示している。
【００３８】
負荷１０２のＳＯＣおよび／または静電容量は、処理ユニット１２０によって決定できる。一部の実施形態では、ＳＯＣおよび／または静電容量は、回路センサ１２１〜１２６のうちの１つまたは複数から取得された信号に基づいて、処理ユニット１２０によって算出できる。例えば、回路センサ１２４は、負荷１０２にわたる電圧を示す信号を伝達できる。本明細書で使用される場合、信号がその電気特性「を示す」ことができるとは、その信号が電気特性の値（例えば、ボルト、アンペア、等）に直接対応している場合、または、その信号を使用して電気特性の値を算出または取得する場合である。回路センサ１２１は、第２の経路１１０を通る電流を示す信号を伝達できる。別法として、回路センサ１２１は、第２の経路１１０（または抵抗器１１６）にわたる電圧を示す信号を伝達できる。一部の実施形態では、上記のうちの２つ以上を使用して、負荷１０２のＳＯＣまたは静電容量のうちの少なくとも一方を算出および／または確定することができる。
【００３９】
一部の実施形態では、ＳＯＣまたは静電容量を算出または決定する際に、処理ユニット１２０は記憶された情報を利用することができる。記憶された情報は、メモリ１２８に記憶されていてよい。記憶された情報は、製造者によって提供される電気特性（例えば静電容量）、または電力制御装置１００もしくは負荷１０２の初期検査後に取得される電気特性を表す値を含み得る。記憶された情報はまた、負荷１０２の寿命の間の動作中に決定される電気特性を表す値も含み得る。寿命動作は、電力制御装置の有効化（例えば、電力を供給するように電力制御装置がオンである）、および無効化（例えば、電力制御装置が電力を供給しないように電力制御装置がオフであるが、検査は可能であり得る）を含む。
記憶された情報はまた、製造者によって提供されるまたは負荷１０２の寿命の間の動作中に決定される関係（例えば、変化の速度）も含み得る。処理ユニット１２０が使用できる記憶された情報の非限定的な例としては、（例えば、製造者によって提供されるかまたは検査を通して決定される）負荷１０２の開始静電容量、寿命の間の動作中に取得される静電容量の値、電源１０４の動作電圧、抵抗器１１６の抵抗、スイッチのうちの１つまたは複数の温度、静電容量の変化の速度、負荷電圧の予測充電速度、および／またはスイッチのうちの１つまたは複数の予測温度変化が挙げられる。
【００４０】
別の一部の実施形態では、ＳＯＣまたは静電容量を、ルックアップテーブル中の値と関連付けることができる。例えば、回路センサ１２４からの負荷電圧の読み取りを使用して、ルックアップテーブルからＳＯＣ値を取得できる。ルックアップテーブルは、メモリ１２８に記憶されていてよい。
【００４１】
図２は、電力制御装置１００の１回の有効化の間の、負荷電圧（線１５１で示す）と負荷電流（線１５２で示す）との間の関係を示すグラフ１５０である。Ｘ軸は時間を表し、Ｙ軸は線に応じて負荷電圧の変化または負荷電流の変化を表す。参照のため、グラフ１５０はまた、時間に関して、第１の経路１０８が有効になっているのかまたは第２の経路１１０が有効になっているのかも示している。示されているように、第２の経路１１０は期間Δｔａの間有効になっており、その後、第１の経路１０８が有効になる。
【００４２】
グラフ１５０に関して、電力制御装置１００は、ｔ０からｔ１まで無効（またはオフ）になっている。したがって、第１の経路１０８および第２の経路１１０の各々は無効になっている。ｔ０では、負荷電圧はゼロであり、負荷電流はゼロである。負荷のＳＯＣは０％である。ｔ１では、電力制御装置１００が有効になっている。例えば、使用者は、自動車または飛行機においてスイッチを入れることができ、これにより電力制御装置１００が有効になる。電力制御装置１００はまた、システムによって自動的に有効にされてもよい。電力制御装置１００の有効化の前にまたは有効化のときに、処理ユニット１２０は、第１の経路１０８または第２の経路１１０を有効にするべきか否かを決定できる。例えば、有効化の前に、処理ユニット１２０は、スイッチング回路１０６（図１）を通してパルスを送信することによって電力制御装置１００を検査でき、かつ／または、いずれも負荷特性と呼ばれるＳＯＣもしくは負荷電圧を決定するための信号を受信できる。
検査は、電力制御装置１００の無効化後に１回または複数回行うことができる。負荷特性（例えば、ＳＯＣまたは負荷電圧）が所定の条件（例えば、ＳＯＣがあるパーセンテージを、または負荷電圧が特定の値を超える）を満足しないと処理ユニット１２０が決定する場合には、処理ユニット１２０は、第２の経路１１０が通電されるような事前充電状態で動作するように、スイッチング回路１０６を制御することになる。負荷特性が所定の条件（例えば、ＳＯＣがあるパーセンテージを、または負荷電圧が特定の値を超える）を満足すると処理ユニット１２０が決定する場合には、処理ユニット１２０は、第１の経路１０８が通電されるような動作状態で動作するように、スイッチング回路１０６を制御することになる。
【００４３】
図２では、処理ユニット１２０は、負荷電圧が基準値Ｖａ未満であると決定しており、ｔ１において第２の経路１１０を有効にしている。第１の経路１０８は、ｔ１において有効になっていない。したがって、突入電流は大きな値Ｉａ（例えば、７５０Ａ）に達するが、この値は、第１の経路１０８を通して得られる可能性のある値よりも小さい。電流の流れは定常レベル１６０に戻る。
【００４４】
上記の判断実行の例は電力制御装置１００の有効化の前に行われるが、一部の実施形態では、判断実行は、有効化の瞬間（例えば、スイッチが入れられた瞬間）に、または有効化の直後の何らかの時間に開始し得ることが企図されている。例えば、電力制御装置１００は、第１の経路１０８または第２の経路１１０に電流が流れるのを可能にする前にこれらを有効にするべきか否かの決定を開始するための、指定された量の先行する時間（例えば、数マイクロ秒）を処理ユニット１２０に与える。他の実施形態では、電力制御装置１００は、第１の経路１０８または第２の経路１１０に通電するべきか否かを処理ユニット１２０が決定し終わって初めて、これらに電流が流れることを可能にする。一部の実施形態では、電力制御装置１００は、有効化後に第１の経路１０８に自動的に通電し、次いで、スイッチング回路１０６の状態を変更するべきか否かを決定する。一部の実施形態では、電力制御装置１００は、有効化後に第２の経路１１０に自動的に通電し、次いで、スイッチング回路１０６の状態を変更するべきか否かを決定する。本明細書に記載するように、上記の決定は、処理ユニット１２０によって行うことができる。
【００４５】
第２の経路１１０を有効にするように処理ユニット１２０が決定するとき、処理ユニット１２０はまた、負荷１０２が事前充電されることになる継続時間（ΔｔＡ）も決定する。例えば、処理ユニット１２０は、回路センサ１２１〜１２６のうちの１つまたは複数からの信号を監視することによって、期間Δｔａを決定することができる。より具体的には、処理ユニット１２０は、回路センサ１２１〜１２６のうちの１つまたは複数からの信号を分析して、指定された負荷特性を決定することができる。例えば、ＳＯＣまたは負荷電圧が基準値を上回るときには、処理ユニット１２０は、第２の経路１１０を無効にすることおよび第１の経路１０８を有効にすることができる。したがって、一部の実施形態では、期間Δｔａは、第２の経路１１０の有効化の前には決定されない。代わりに、第２の経路１１０を監視してある条件がいつ満足されるかを特定することによって、期間Δｔａを決定することができる。
【００４６】
他の実施形態では、処理ユニット１２０は、負荷１０２を事前充電するのにどれくらい時間がかかるかを予測することによって、期間Δｔａを決定することができる。例えば、メモリ１２８は、ＳＯＣ（または負荷電圧）が変化していく速度を表すアルゴリズムまたは等式を記憶することができる。このアルゴリズムおよび現時点のＳＯＣ（または現時点の負荷電圧）を使用して、処理ユニット１２０は、ＳＯＣ（または負荷電圧）が対応する基準値をいつ上回ることになるかを予測することができる。期間Δｔａは、この算出された期間に基づき得る。期間Δｔａの経過後、スイッチング回路１０６は状態を変更することができる。
【００４７】
他の実施形態では、処理ユニット１２０は、ルックアップテーブルなどのデータベースから値を取得することによって、期間Δｔａを決定することができる。例えば、現時点のＳＯＣまたは現時点の負荷電圧が対応する基準値未満であると処理ユニット１２０が決定する場合、処理ユニット１２０は、ルックアップテーブルと通信し、現時点のＳＯＣまたは現時点の負荷電圧と関連付けられている期間Δｔａを取得することができる。具体的な例として、現時点の負荷電圧が基準電圧の０％である場合には、ルックアップテーブルは、負荷１０２を事前充電するのに十分な期間Δｔａを提供することができ、この結果、スイッチング回路１０６が動作状態に変化するときに、負荷１０２は十分なＳＯＣまたは負荷電圧を有する。一部の実施形態では、ルックアップテーブル中の期間Δｔａは、使用者によってまたは製造者によって提供される命令に基づき得る。一部の実施形態では、ルックアップテーブル中の期間Δｔａは、負荷１０２が事前充電された先行する有効化の間のＳＯＣまたは負荷電圧の分析によって算出することができる。
【００４８】
図２に示すように、第２の経路１１０は、ｔ１において有効になっている。負荷電流１５２の突入電流は、１５６において急増する。しかしながら、このスパイク１５６は、スイッチング回路１０６および／または電力制御装置１００の動作パラメータの範囲内にあり、したがって、スイッチング回路１０６および／または電力制御装置１００が不具合を起こすことはない。期間Δｔａの間、負荷１０２は事前充電される。第２の経路１１０は、ｔ１とｔ２との間で容量性負荷を（例えば、第１の経路１０８に対して）比較的遅い速度で事前充電するように構成されている。
【００４９】
示されているように、負荷電圧１５１は動作レベル１５８に向かって増大し、負荷電流は定常電流１５９に向かって減少する。動作レベル１５８は、第２の経路１１０を使用して得ることのできる最大電圧であり得る。一部の実施形態では、現時点のＳＯＣまたは現時点の負荷電圧と比較される基準値Ｖａは、最大電圧、例えば電源１０４または負荷１０２の定格電圧に基づき得る。一部の実施形態では、基準値Ｖａは、可能な最大電圧の５０％以上であり得る。特定的な実施形態では、基準電圧Ｖａは、最大電圧の６０％以上または最大電圧の７０％以上であり得る。より特定的な実施形態では、基準値Ｖａは、最大電圧の８０％以上または最大電圧の９０％以上であり得る。基準値Ｖａは、スイッチング回路１０６の構成、スイッチング回路１０６の堅牢性、および／または、電力制御装置１００もしくは負荷１０２の用途に基づき得る。
【００５０】
ｔ２では、第２の経路１１０は無効になっており、第１の経路１０８は有効になっている。ｔ２において負荷１０２が幾分充電されているので、第１の経路１０８および／または電力制御装置１００を通る突入電流は、第２の経路１１０がない場合よりも小さくなる。
【００５１】
一部の実施形態では、時間ｔ２、および結果的に期間Δｔａは、ＳＯＣまたは負荷電圧の変化の速度に基づいている。図２に示すように、負荷電圧の変化の速度は、負荷電圧が最大電圧に近付くにつれて減少する。例えば、期間ΔｔｂおよびΔｔｃは、同じ継続時間を表す。ただし、期間Δｔｂを通した負荷電圧の変化（ΔＶｂとして参照される）は、期間Δｔｃを通した負荷電圧の変化（ΔＶｃとして参照される）よりもはるかに大きい。一部の実施形態では、負荷電圧が最大電圧に近付くよりも早く一次導通状態になることが望ましい場合がある。したがって、期間Δｔを、一次導通がより早く行われるように基準値Ｖａを小さくすることによって最適化できる。
例えば、一部の実施形態では、スイッチング回路１０６、より具体的には抵抗器１１６が受ける温度を下げるように、期間Δｔを最適化できる。加えて、（１）第２の経路が損なわれていることを示す情報、（２）負荷がより短い期間Δｔを要求しているという命令、および／または、（３）実質的な損耗もしくは損傷を伴わずに第１の経路がより短い期間Δｔに耐えることができるという情報、に基づいて、より早く一次導通状態で動作させることが望ましい場合がある。場合によっては、時間間隔Δｔは、予想される将来のサイクルに基づき得る。例えば、期間Δｔは、将来の１回または複数回のサイクルにおいて負荷が第２の経路にどの程度の負担をもたらすことになるかに基づき得る。かかる実施形態では、期間Δｔは、将来のサイクルの間に第２の経路が負担に耐えられるよう第２の経路の負担を最小化するように構成されてもよい。
【００５２】
図３は、電力制御装置１００の１回の有効化の間の、負荷電圧１５１と負荷電流１５２との間の関係を示すグラフ１６０である。図３は図２に似ているが、図２では負荷１０２は充電されていないのに対し、図３では幾分充電されている。ＳＯＣとは無関係に設定された期間の間は第２の経路を有効にできる従来の電力制御装置とは異なり、複数の実施形態では、第２の経路１１０が負荷１０２を事前充電する期間Δｔを低減できる。例えば、図３における有効化前の負荷電圧１５１（Ｖｂとして示す）は、有効化前の最大電圧Ｖｍａｘの７０％であり得る。
【００５３】
上記のように、処理ユニット１２０は、ＳＯＣまたは負荷電圧を決定することができ、この負荷特性に基づいて、第１の経路１０８または第２の経路１１０を有効にするべきか否かを決定する。これらの決定は、電力制御装置１００が有効にされる前にまたは有効にされるときに、行うことができる。負荷特性が基準値よりも小さい場合、処理ユニット１２０は第２の経路１１０を有効にするよう決定する。処理ユニット１２０はまた、負荷１０２を事前充電するのにどれくらいの時間がかかるかも決定する。より具体的には、処理ユニット１２０は、第２の経路１１０が有効にされ第１の経路１０８が無効にされることになる期間Δｔｄを決定することができる。図３では、期間Δｔｄは期間Δｔａ（図２）よりも短いが、その理由は、負荷１０２が幾分充電されているからである。
【００５４】
したがって、１つまたは複数の実施形態の動的な判断実行によって、様々な利益を得ることができる。期間Δｔは変動可能であり、負荷特性に基づいて短くなり得るので、電力制御装置１００の複数回の有効化のうちの少なくとも一部に関して、一次導通（例えば、第１の経路１０８の有効化）までの時間を短くすることができる。第２の経路１１０が使用されることになる頻度が下がり、時には継続時間もより短くなるので、スイッチング回路１０６または電力制御装置１００のサイズおよび／またはコストを低減することができる。更に、抵抗器１１６が生成する熱を低減することができ、これによりスイッチング回路１０６の効率が向上する。上記の代わりにまたは上記に加えて、電力制御装置１００のより望ましい性能を実現できるように、期間Δｔを最適化できる。
【００５５】
図４は、第１の経路１０８の有効化および無効化の前の、第２の経路１１０の一連の有効化および無効化を示している。一部の状況に関して、負荷特性に関する基準値は変動のないままであり、この場合、第１の経路１０８は、指定された条件が満足された後で初めて有効にされることになる。ただし、他の実施形態では、処理ユニット１２０によって基準値を修正して、性能を調整することができる。加えて、第１の経路１０８をいつ有効にするべきかの判断は、指定された負荷特性以外の要因によって影響され得る。例えば、一部の実施形態では、処理ユニット１２０は、第２の経路１１０および／または抵抗器１１６の温度が指定された温度を上回る場合に、第２の経路１１０を無効にし第１の経路１０８を有効にするように決定できる。
【００５６】
図４のＸ軸は時間を示しており、Ｙ軸は、関連する要素に応じて、第１のスイッチ１１２の温度（１６１で示す）、第２のスイッチ１１４の温度（１６２で示す）、または第１の経路１０８もしくは第２の経路１１０の有効化／無効化を示している。より具体的には、図４は、第２の経路１１０の反復的な有効化および無効化ならびに続く第１の経路１０８の反復的な有効化および無効化の全体にわたる、第１のスイッチ１１２の温度１６１および第２のスイッチ１１４の温度１６２を示している。示されているように、第２のスイッチ１１４（図１）は、ｔ３からｔ４まで繰り返し開閉されている。各サイクルに関して第２の経路１１０が有効になっているとき、第２の経路１１０を通って流れる電流は、温度１６２の上昇をもたらし得る。他方で、第２の経路１１０が無効になっているとき、熱が放散して、温度１６２の低下を引き起こし得る。このとき、第１の経路１０８が有効になっている場合、温度１６１は上昇することになる。したがって、第１の経路１０８を使用して、温度１６２を低下させることができる。場合によっては、第１の経路１０８は、第２の経路１１０よりも大きい温度の上昇に耐えるように構成されてもよい。
【００５７】
一部の実施形態では、処理ユニット１２０は、回路センサ１２６から第２の経路１１０に沿った動作温度１６２を示す信号を受信することができる。一部の構成では、第２の経路１１０（例えば、第２のスイッチ１１４および／または第２の経路１１０と関連付けられた別の回路要素）が、温度１６２が指定された閾値を上回る場合に、不具合を起こすかまたは損傷する可能性が高い場合があることが、既知であり得る。この指定された閾値は、図４ではＴｍａｘとして示されている。かかる実施形態では、処理ユニット１２０は、第２の経路１１０に沿った温度１６２を分析することができる。処理ユニット１２０は、温度１６２が閾値Ｔｍａｘを上回る（または上回る見込みである）場合に、電力制御装置１００の動作を調整するよう決定することができる。
例えば、図４では、処理ユニット１２０は、第２の経路１１０が無効にされた後で（または第２の経路１１０が有効になっている間に）、温度が基準値Ｔｍａｘを上回ったと決定している。かかる実施形態では、処理ユニット１２０は、第２の経路１１０の代わりに第１の経路１０８を有効にすることができる。より具体的には、使用者の入力または自動化されたプロトコルが第２の経路１１０の有効化を要求する場合があるが、処理ユニット１２０はこのコマンドを上書きし、第１の経路１０８を有効にすることができる。図４に示すように、第１の経路１０８は、繰り返し有効および無効にされている。第１の経路１０８は、第２の経路１１０の有効化／無効化と同じ目的を達成するために、有効／無効にすることができる。
【００５８】
かかる実施形態では、第１の経路１０８は、ある時間の期間の間は第２の経路１１０の機能を引き受けることができる。例えば、処理ユニット１２０は、熱の放散を可能にし、結果的に第２の経路１１０に沿った温度が低下するのを可能にするために、第１の経路１０８を繰り返し有効および無効にすることができる。図４では、処理ユニット１２０は、ｔ５において、指定されたベースライン値Ｔｂａｓｅまで温度が低下したと決定している。この値において、第１の経路１０８をそれまでのように有効にまたは無効にすることができる。したがって、一部の実施形態では、処理ユニット１２０は、スイッチング回路１０６の損傷または不具合というリスクを冒すことなく所望の性能が達成されるように、第１の経路１０８および第２の経路１１０の有効化／無効化を最適化できる。
【００５９】
図５は、１つまたは複数の実施形態において実行できる判断実行アルゴリズムまたはアルゴリズム２００のフローチャートを示している。アルゴリズム２００を使用して、例えば、電力制御装置１００中のスイッチング回路構成を一次導通状態に変更するべきか否かを、負荷１０２について得られたデータに基づいて判断することができる。アルゴリズム２００は、少なくとも部分的に、処理ユニット１２０によって実装できる。アルゴリズム２００は、使用者がスイッチを入れることなどの電力制御装置１００の有効化のときに、開始することができる。ただし、他の実施形態では、アルゴリズム２００の少なくとも一部を、電力制御装置１００の有効化の前に実行することができる。
例えば、電力制御装置１００が設置され負荷１０２に結合されるとき、電力制御装置１００が無効にされスリープまたは動作不能状態にある間に、アルゴリズム２００を実行することができる。例えば、この時間の間に、処理ユニット１２０は、負荷電圧、負荷電流、および様々な要素の温度のような、電力制御装置１００の動作パラメータ（例えば電気特性）を検査するために、周期的にパルスを実行することができる。検査は、例えば、毎秒１回、１０秒毎に１回、毎分１回、等のように行うことができる。
【００６０】
２０２において、電力制御装置１００の負荷特性を示すデータを受信できる。例えば、データは、負荷１０２のＳＯＣおよび／または負荷電圧を示す信号であり得る。データは、回路センサ１２１〜１２６のうちの１つまたは複数から受信できる。任意選択で、データはまた、記憶媒体１２８からも受信できる。２０４において、負荷特性と比較される基準値を取得する。２０４において基準値を取得することは、２０２において負荷特性のデータを受信する前に、または２０６において負荷特性を決定した後で、行われてよいことを理解されたい。一部の実施形態では、基準値はアルゴリズムの実行前に確立された固定値であってよく、この場合、２０４において基準値を取得する動作は既に実行されている。ただし、他の実施形態では、基準値を算出することまたはデータベースから基準値を取得することによってなどで、２０４において基準値を決定できる。例えば、基準値は、スイッチング回路１０６の温度など、電力制御装置の現時点の状態に基づき得る。
【００６１】
２０６において、指定された負荷特性を決定することができる。例えば、ＳＯＣまたは負荷電圧を、２０２において受信したデータに基づいて決定することができる。本明細書に記載するように、回路センサ１２１〜１２６のうちの１つもしくは複数から受信したデータを使用して負荷特性を算出することによって、または、記憶媒体１２８内のルックアップテーブルなどのデータベースから負荷特性を取得することによって、負荷特性を決定することができる。一部の実施形態では、２０６における決定は、２０２においてデータを受信したときに行われる。より具体的には、２０２において受信した信号を、それ以上修正することなく、基準値と直接比較することができる。回路センサ１２４から受信したデータは、負荷電圧を表し得る。
【００６２】
２０８において、２０４において取得された負荷特性を基準値と比較することができる。２１０において、負荷特性が所定の条件を満足するか否かのクエリ。例えば、負荷特性が基準値を上回るか否かを決定するために、負荷特性を基準値と比較することができる。負荷特性が基準値を上回らない場合には、スイッチング回路１０６は、２１２において、スイッチング回路１０６を事前充電状態に維持するか、または、第１のスイッチ１１２および第２のスイッチ１１４を、スイッチング回路１０６が事前充電状態になるように動作させる。より具体的には、スイッチング回路１０６が２１２において動作状態にある場合には、アルゴリズム２００は、第２のスイッチ１１４を閉じること、および第１のスイッチ１１２を開くことを含むことができ、これらはそれぞれ、第２の経路１１０を有効にすること、および、第１の経路１０８を無効にすること、と呼ばれる場合もある。スイッチング回路１０６が２１２において事前充電状態にある場合には、アルゴリズム２００は、スイッチング回路１０６を事前充電状態に維持することを含み得る。スイッチング回路１０６が事前充電状態にあるとき、負荷１０２は、ＳＯＣが増大するように事前充電される。
【００６３】
アルゴリズム２００は、動作２０２に戻って、動作２０２、２０４、２０６、２０８、および２１０におけるクエリを繰り返すことができる。したがって、アルゴリズム２００は、負荷特性が所定の条件を満足するまで負荷特性を監視することを含み得る。一部の実施形態では、２０６において基準値を取得した後は、この動作を繰り返さなくてもよい。例えば、負荷特性を監視しているとき、アルゴリズム２００は、動作２０２、２０６、および２０８、ならびに２１０におけるクエリを、負荷特性が所定の条件を満足するまで繰り返すことのみを含み得る。
【００６４】
負荷特性が所定の条件を満足する（例えば、基準値を上回る）場合には、アルゴリズム２００は、動作状態を維持するかまたは事前充電状態から動作状態へと切り替えるように、スイッチング回路１０６を制御する。例えば、一部の状況では、２０８において、ＳＯＣは０％または不十分な充電レベルであり得る。かかる状況では、スイッチング回路１０６は、負荷１０２が十分に充電されるまで事前充電状態にあり得る。２１０において負荷１０２が十分に充電されていると決定した後で、その場合アルゴリズム２００は、第２のスイッチ１１４を開くこと、および第１のスイッチ１１２を閉じることを含むことができ、これらは、第２の経路１１０を無効にすること、および、第１の経路１０８を有効にすること、と呼ばれる場合もある。他の実施形態では、負荷１０２は、電力制御装置１００が有効になっているとき、十分に充電され得る。かかる状況では、アルゴリズム２００は、２１４において、スイッチング回路１０６が動作状態で動作するようにコマンドを発する。
【００６５】
一部の実施形態では、アルゴリズム２００は、２１６において、負荷１０２が第２の経路を通して事前充電されることになる期間を決定することを含み得る。例えば、アルゴリズム２００は、２１６において、現時点のＳＯＣ、現時点の負荷電圧、等のような現時点の状態に基づいて、期間を算出することを含み得る。１つの具体的な例として、負荷１０２に関する負荷電圧の変化の速度が既知であり、例えば、記憶媒体１２８に記憶されている場合がある。この既知の変化の速度および現時点の負荷電圧、ならびに任意選択で他のデータを使用して、期間を算出することができる。一部の実施形態では、現時点の負荷電圧に基づいて、データベースから期間を取得することができる。かかる実施形態では、アルゴリズム２００は、動作２０２、２０４、２０６、２０８、および２１０におけるクエリを繰り返さなくてもよい。代わりに、アルゴリズム２００は、電力制御装置１００が決定された期間の間、負荷１０２を事前充電することを可能にしてもよい。期間の経過後、スイッチング回路１０６は、２１４において、事前充電状態から動作状態へと切り替わることができる。
【００６６】
一部の実施形態では、２０４における動作は、基準値を決定することを含み得る。本明細書に記載するように、電力制御装置１００の状態に基づいて、基準値を修正（例えば、大きくまたは小さく）することができる。一例として、第２のスイッチ１１４または抵抗器１１６の温度が指定された温度を上回っているかまたは上回る見込みである場合、基準値を小さくすることができる。かかる実施形態では、第２の経路１１０を通る電流の流れを止めるために、および抵抗器１１６からの熱エネルギーの放散を可能にするために、第１の経路１０８をより早く有効にすることができる。
【００６７】
したがって、基準値は、電力制御装置１００の１つまたは複数の現時点の状態に基づく、変動可能な値であり得る。例えば、基準値は、第２の経路１１０に沿った現時点の温度、指定された閾値温度、現時点の温度と閾値温度との間の差、および続く有効化による予想される温度上昇、のうちの少なくとも１つに基づき得る。指定された閾値温度は、それを上回るとスイッチング回路１０６が損傷するかまたは不具合を起こす温度を表し得る。指定された閾値温度は、例えば、製造者によって提供され得るか、電力制御装置１００の使用者によって入力され得るか、または電力制御装置１００の寿命使用（ｌｉｆｅｔｉｍｅ  ｕｓａｇｅ）中に処理ユニット１２０によって算出され得る。同様に、続く有効化による予想される温度上昇は、例えば、製造者によって提供され得るか、または、電力制御装置１００の寿命使用の間に、処理ユニット１２０によって算出され得る。
【００６８】
電力制御装置１００をオフにした後で、アルゴリズム２００を繰り返すことができる。例えば、アルゴリズム２００は、電力制御装置１００の続く有効化の前に、ＳＯＣ、負荷電圧、温度、等を決定するために、周期的な検査パルスを実行することができる。一部の実施形態では、アルゴリズム２００は、電力制御装置１００が無効になっている間にスイッチング回路１０６を動作させるための条件を確立することを含み得る。例えば、アルゴリズム２００は、電力制御装置１００が次の５００ミリ秒（または他の所定の期間）の間に有効にされる場合、スイッチング回路１０６は動作状態で動作することになるが、電力制御装置１００が次の５００ミリ秒（または他の所定の期間）の後で有効にされる場合には、スイッチング回路１０６は事前充電状態で動作することになる、と判断することができる。一部の実施形態では、アルゴリズム２００はまた、スイッチング回路１０６が事前充電状態になると見込まれる期間を決定することもできる。例えば、アルゴリズム２００は、電力制御装置１００が所定の期間の終了前に時間Ｘにおいて有効にされる場合には、事前充電状態に関する期間はＹになる、と決定することができる。
【００６９】
以下では、図１の電力制御装置１００と類似の構成を有する電力制御装置の、ある試験について記載する。これは単なる一例であること、および、本明細書において明記される主題の範囲から逸脱することなく図１の回路図を修正できることが、理解されるべきである。以下の内容は、２３０Ｖの電源電圧および１００アンペアの電流で実施された。負荷は、使用静電容量が４７０μＦ、抵抗が２．５オームであった。突入電流抵抗器は０．５オームであった。試験は電源から１０００μ秒のパルスを供給することを含んでおり、この場合、第２の経路を最初の５００μ秒間オンにし、この時点で第２の経路をオフにし、次の５００μ秒間、第１の経路をオンにした。
【００７０】
０．５オームの抵抗器が２．５オームの負荷と直列になっているので、これら２つの回路要素は、負荷のコンデンサにとって抵抗を分割するものとなる。したがって、コンデンサのＶｆｉｎａｌは、最初の５００μ秒の後でＶｓｏｕｒｃｅの約２．５／（０．５＋２．５）、すなわち約５／６に達すると予想される。これは、電源の２３０Ｖのうちの約１９０Ｖである。試験中、コンデンサのＶｆｉｎａｌが１８０Ｖであると検出した。したがって、最初の５００μ秒では、第２の経路（すなわち、事前充電経路）が供給し得る可能な充電量の、約９５％を供給可能であった。充電時間の追加が、第１の経路がオンにされるときに継起する突入電流の低減に役立つ場合があるが、時間の追加により改善が損なわれる場合がある。この例では、時間を１００μ秒追加すれば、第２の経路はコンデンサを約１９０Ｖまで充電できるようになるが、負荷静電容量（４７０ｕＦ）もまた検出された充電／放電サイクルの形状から決定され得ることに留意すべきである。
【００７１】
電力制御装置がオフになっているとき、負荷電圧は降圧（すなわち、負荷電圧の急激な低下）を受けることがある。この低下は、負荷コンデンサの等価直列抵抗（ＥＳＲ）に基づいている。この場合、負荷コンデンサは、電力制御装置がオフになっているとき、約１００Ａを得ている。負荷電圧の急激な低下は、負荷コンデンサのＥＳＲにわたる電圧降下に起因している。
【００７２】
この場合、ＥＳＲをこの瞬間のΔＶ／Ｉｌｏａｄとして算出でき、これは試験例では１５Ｖ／９０Ａ、すなわち約１７０ミリオームであった。この試験では、フックアップ線により約１００ミリオームが追加されたので、コンデンサＥＳＲの寄与は約７０ミリオームである。コンデンサのデータシートには、ＥＳＲは約４５ミリオームであると記載されている。動作前に電力制御装置および負荷が適正に較正されれば、コンデンサのＥＳＲが経時的に増大するか否かの識別が可能であり得る。
【００７３】
コンデンサのＥＳＲは、事前充電サイクルの終わりにも寄与した。この試験では、電流は５００μ秒で１２０Ａであった。負荷は９０Ａで動作するので、コンデンサを５００μ秒で３０Ａが流れると計算できる。したがって、コンデンサは１８０Ｖよりも少し少ない量を充電されると仮定でき、これはこの例では約１７５Ｖであった。この計算により、負荷特性のうちの１つまたは複数の推定を改善できる。
【００７４】
第１の経路がオンにされ第２の経路がオフにされたとき、電流の第２の突入が生じた。この余分なコンデンサパルス電流は、ΔＶＳＯＣ／（ＥＳＲｓｏｕｒｃｅ＋Ｒｆｉｒｓｔ  ｐａｔｈ＋ＥＳＲｌｏａｄ）に起因するものであり、これはこの例では約２３５Ａである。測定された実際の突入電流は約２００Ａであった。上記測定値への第１の経路の抵抗の寄与は比較的低いので、既知の条件下で初期のソース／負荷パラメータを較正すれば、システムは、認識できる程度の負荷インピーダンスの経時的なシフトを検出するのに十分な能力を有するものと考えられる。
【００７５】
図６は、電力制御装置１００の動作中の負荷電圧１５１と時間との間の関係を示すグラフ２５０である。一部の実施形態では、電力制御装置１００は、負荷１０２の健全性状態を監視することができる。例えば、電力制御装置１００は、負荷１０２が不具合を起こしているか否か、またはその性能が低下中であるか否かを決定するために、負荷１０２の静電容量を監視するように構成されてもよい。図６は負荷電圧１５１を示している。一部の実施形態では、電力制御装置１００は、所定の期間（Δｔｔｅｓｔとして示す）の間に、第２の経路１１０の検査パルスを開始してよい。事前充電の抵抗は既知であり、記憶媒体１２８内に記憶されていてよい。このようにして、所定の期間Δｔｔｅｓｔの間、負荷電圧１５１を監視することができる。負荷電圧（ΔＶｌｏａｄ）の変化の決定後、処理ユニット１２０は、所定の期間Δｔｔｅｓｔの間の負荷電圧の変化の速度を決定することができる。この情報を用いて、処理ユニット１２０は、負荷１０２の静電容量を決定することができる。負荷１０２の静電容量を次いで、記憶媒体１２８内に記憶することができる。
【００７６】
図７は、負荷電圧１５１と、負荷１０２が第１の容量性状態および第２の容量性状態を有する時間との間の関係を示すグラフである。負荷１０２および電力制御装置１００の動作の全体を通して、様々な時点における静電容量を、記憶媒体１２８内に記憶することができる。負荷１０２の使用および／または経年につれ、静電容量は減少し得る。図７に示すように、期間Δｔｔｅｓｔの間パルスが提供されるとき、負荷電圧１５１は、第１の時点（例えば、電力制御装置１００の設置の直後）において第１の変化の量（ΔＶ１）を有し得る（１５１Ａとして参照される）。期間Δｔｔｅｓｔの間パルスが提供されるとき、負荷電圧１５１は、続く第２の時点において第２の変化の量（ΔＶ２）を有し得る（１５１Ｂとして参照される）。示されているように、電圧の変化は、異なる時点の間で大きく異なる。
【００７７】
したがって、処理ユニット１２０は、負荷１０２の寿命動作にわたる静電容量の変化を分析することによって、負荷１０２の健全性を監視するように構成されてもよい。一部の実施形態では、処理ユニット１２０は、負荷１０２が不具合を起こしていることまたはその性能が低下中であることを使用者に知らせる警告を生成することができる。例えば、処理ユニット１２０は、負荷１０２の寿命動作全体を通して記憶された静電容量を分析することができ、これらのデータ点に基づいて、負荷１０２がいつ不具合を起こすか（さもなければ所定の性能まで低下するか）を予測する。この分析は、静電容量がいつ基準値を下回ることになるかを予測することを含み得る。基準値は、製造者、負荷１０２の使用者によって提供され得るか、または、負荷１０２の寿命の間の動作中に処理ユニット１２０によって算出され得る。
【００７８】
図８は、１つまたは複数の実施形態による負荷の健全性を監視するための判断実行アルゴリズム３００のフローチャートを示している。アルゴリズム３００を使用して、例えば、警告を生成すべきか否かを判断すること、および／または、電力制御装置に負荷１０２への電力の供給を停止させることができる。アルゴリズム３００は、少なくとも部分的に、処理ユニット１２０によって実装できる。一部の実施形態では、アルゴリズム３００は、アルゴリズム２００と同時に実装できる。
【００７９】
アルゴリズム３００は、使用者がスイッチを入れることなどの電力制御装置１００の有効化のときに、開始することができる。ただし、他の実施形態では、アルゴリズム３００は、電力制御装置１００の有効化の前に開始される。例えば、電力制御装置１００が無効にされスリープまたは動作不能状態にあるとき、処理ユニット１２０は、電力制御装置１００の静電容量を検査するためのパルスを周期的に実行することができる。検査は、例えば、毎秒１回、１０秒毎に１回、毎分１回、等のように行うことができる。他の実施形態では、検査は、電力制御装置１００が無効にされるたびにその後で行われる。
【００８０】
３０２において、負荷１０２の静電容量を表すデータが受信される。より具体的には、負荷１０２の静電容量を算出するために使用できるデータが受信される。例えば、データは、負荷電圧を表し得るかまたは負荷電圧を決定するために使用され得る。３０４において静電容量（または負荷電圧）を決定することができ、３０６において、静電容量（または負荷電圧）を記憶することができる。値は記憶媒体１２８に記憶することができる。３０８において、負荷１０２の静電容量に基づく健康状態を決定することができる。健全性状態は、負荷１０２の健全性または性能を示すものであり得る。決定は、３０８において、３０４において静電容量（または負荷電圧）が決定されるたびに、または３０６において静電容量（または負荷電圧）が記憶されるたびに、行うことができる。ただし、他の実施形態では、３０８における決定の頻度は低くてもよい。一部の実施形態では、健全性状態を記憶媒体１２８内に記憶することができる。
【００８１】
３０８における決定は、現在の静電容量値を負荷１０２の使用静電容量と比較することを含み得る。負荷１０２の使用静電容量は、使用前の負荷１０２の静電容量であり得る。より具体的には、使用静電容量は、負荷１０２を最初に設置したまたは動作させたときの、負荷１０２の最高静電容量を表し得る。
【００８２】
任意選択で、３１０において、アルゴリズム３００は、負荷１０２の健全性状態を報告することを含み得る。一部の実施形態では、３００において健全性状態を報告することは、報告書を生成することを含む。例えば、報告書は、システムまたは使用者が検討するのに適切にフォーマットされているデータファイルであり得る。データは、負荷１０２が現時点で使用静電容量のどれくらいの割合（またはパーセンテージ）を有するかを含み得る。別法としてまたは加えて、報告書は、負荷１０２がいつ不具合を起こすかまたは性能が低下するかについての予測を含み得る。
例えば、報告書は、以下のうちの１つまたは複数を示し得る：（ａ）負荷１０２が不具合を起こす可能性がＸ％である時間枠（例えば、今から１０日以内に不具合を起こす可能性が９０％、今から７日〜１０日の間に不具合を起こす可能性が８０％）、（ｂ）指定された回数以内の有効化でのもしくはその後での不具合発生の可能性（例えば、あと５回の有効化後に不具合を起こす可能性が７０％、次の３回以内の有効化で不具合を起こす可能性が５０％）、または、（ｃ）負荷１０２が所望の容量のＸ％の性能を示し始めることになる時間枠（例えば、負荷が１０日以内に５０％容量の性能を示し始めることになる、負荷が７日で所定の容量の性能を示さなくなる）。
【００８３】
図９は、電力制御装置１００（図１）などの電力制御装置のソフトストッププロセス中の電気特性を示すグラフ４００である。上記のように、複数の実施形態は、負荷が誘導性でありかつスイッチが開いているときに生じ得るキックバック電圧（またはインパルス電圧）を低減するように構成されていてもよい。より具体的には、スイッチング回路１０６を通って比較的大量の電流が流れ、比較的大量の誘導性エネルギーがあるときには、スイッチング回路１０６がオフにされるとき、スイッチング回路１０６を損傷し得るキックバック電圧が生じる場合がある。
【００８４】
回路における寄生要素の所定の組および電流レベルに対して、結果的に生じる誘導性キックバックを最小化するために、スイッチをオフにする（またはスイッチング回路の通電を解除する）べき最適な時間（または時間範囲）があることになる。どのようなソフトストップ機能（例えば、本明細書に記載するダイオードまたはソフトストッププロセス）も用いずにスイッチが開かれるとき、「ハードターンオフ」が生じる。ゆっくりと／穏やかにオフにすることによって、ソースインピーダンスに起因するキックバック電圧を低下させることができる。本明細書に明記する実施形態は、最後のスイッチが開かれるときのキックバック電圧が低減されるように、スイッチング回路のタイミングの動的な調整を可能にする。これにより、電力制御装置および他の要素を損傷から保護すること、ならびに、構成要素が、この機能が可能でないデバイスの構成要素よりも低い定格を有することが可能である。キックバック電圧を低減することによって、構成要素のサイズを小さくするおよび／または構成要素の堅牢性を改善することも可能であり得る。例えば、より小さくより高価でないダイオードの使用が可能であり得る。
【００８５】
実施形態は、ソースインピーダンスが大きな誘導性成分を有するときに関して、特に好適であり得る。例えば、ソースインダクタンスは、電力制御装置の公称２７０Ｖｄｃでの入力が、ハードターンオフ中に、公称１００Ａの負荷が急激に取り除かれる時間である３μ秒超の間、７００Ｖｐｋ超のクランプされていない過渡電圧を有するときに、顕著になり得る。ソースが誘導性であり配線抵抗が非常に低いとき、これは配電において典型的であるが、スイッチング挙動はアンダーダンピングまたは「リンギー（ｒｉｎｇｙ）」になり得る。スイッチにわたる瞬間的な電圧降下は、インダクタンスに瞬間的な電流の変化の速度を乗算したものに等しいので、電圧は、ソース電流が降下するにつれインダクタの場が崩壊するときに「リングアップ（ｒｉｎｇ−ｕｐ）」することになる。
【００８６】
本明細書に記載するソフトストップ機能は、電流減衰の速度を遅らせることにより、電圧のリングアップを低減する。実施形態は、ソフトストップの間、第２の経路１１０から追加された抵抗を瞬間的に挿入する。抵抗は、第２の経路１１０中の抵抗器、例えば抵抗器１１６によって追加され得る。第２の経路１１０が瞬間的に（例えば、約５〜４００マイクロ秒）有効になるのを可能にすることによって、ソースインダクタンスにおけるエネルギーが抵抗器１１６（図１）へと放散することが可能になる。これによりまた、過渡応答形状に抵抗性ダンピングが追加される。第２の経路１１０は、事前充電中に大きなパルスに対処するように構成されており、したがって、第２の経路１１０は、電力制御装置１００の寿命動作中の複数回のオフ動作に耐えるように構成することができる。他の実施形態では、抵抗は、抵抗器１１６があってもなくても、第２のスイッチ１１４によって効果的に追加される。例えば、第２のスイッチ１１４は、損失を伴う様式で動作し得る。
【００８７】
複数の実施形態では、第２のスイッチ１１４が、第１のスイッチ１１２が開かれた後で時間遅延Δｔｄｅｌａｙにおいて開かれるように構成されてもよい。例えば、時間遅延Δｔｄｅｌａｙは、ソース電流（または蓄えられた誘導性エネルギー）が極小となる時点に基づき得る。１つの具体的な例として、アンダーダンピングされたシステムにとっての最初の機会は、当初に主スイッチをオフにした後で電流アンダーシュートが最初に極小となるところであり得る。
【００８８】
第２のスイッチ１１４を開くための時間遅延Δｔｄｅｌａｙは、以下を含む１つまたは複数の要因によって制約される：（１）抵抗器１１６の実際のパルス電力およびエネルギーの限度、（２）電力制御装置に関する仕様によって決定される、許容可能な最大のオフ動作時間、（３）システムまたは負荷の仕様によって決定される、許容可能な最大のオフ動作時間、（４）電流の最後の極小。最後の極小がない（例えば、電流が減少し続ける）場合、時間遅延は、上記の（１）、（２）、および／もしくは（３）によって、または、何らかの追加の遅延により最小値を返す時点によって、決定することができる。これは、システム、電力制御装置、または使用者によって決定することができる。時間遅延に関する上限の非限定的な例は、５０マイクロ秒、７５マイクロ秒、１００マイクロ秒、１５０マイクロ秒、２００マイクロ秒、２５０マイクロ秒、３００マイクロ秒、４００マイクロ秒、または５００マイクロ秒であり得る。
【００８９】
時間遅延に加えて、電力制御装置１００（例えば、処理ユニット１２０）および／または電力制御装置１００を含むシステムは、いつ第２のスイッチ１１４を閉じ、第１のスイッチ１１２を開き、次いで第２のスイッチ１１４を開くべきか、を決定することができる。これらの決定は、電力制御装置または電力制御装置を含むより大きいシステムの製造者からの指示に基づき得るか、または、電力制御装置もしくはシステムの使用者からの指示に基づき得る。決定は、電力制御装置またはシステムの使用に関連する履歴データに基づき得る。時間遅延Δｔｄｅｌａｙは、電力制御装置１００またはシステム内に記憶された１つまたは複数の値であり得る。
【００９０】
１つまたは複数の要因に基づいて時間遅延Δｔｄｅｌａｙを決定できることを理解されたい。例えば、システム設計者または製造者は、電力制御装置の状態または特定の電気特性に基づいて時間遅延Δｔｄｅｌａｙを決定するために、シミュレーション、経験的なデータ、またはトライアルアンドエラーを介して、過渡的な負荷の挙動を特徴付けることができる。１つの時間遅延（または様々な状況に関する複数の時間遅延）を、システムのメモリ（例えば、セットアップレジスタ）、電力制御装置のメモリ内に記憶することができるか、または、電力制御装置に実線接続することができる。別の例として、電力制御装置または電力制御装置を含むシステムは、１つまたは複数の時間遅延を決定するために、関連するソース／負荷パラメータを特定するための自動調節シークエンスを実行することができる。自動調節シークエンスは、システムによってまたは電力制御装置によって、所定の時間に実行することができる。
【００９１】
上記に加えて、電力制御装置は、負荷が指定された閾値または公称のパーセント未満で動作中であるときなど、所定の基準を使用できる。電力制御装置はまた、先行するイベントから最小時間遅延を特定し、これらのイベントに基づいて時間遅延を決定することもできる。電力制御装置は、極小を特定する（例えば、いつ電流の導関数がゼロになるかを算出する）など、最小時間遅延を動的に特定することができる。電力制御装置は、システムから時間遅延または時間遅延範囲を指定する命令を受信することができる。一例として、命令は、時間遅延が５０〜１００マイクロ秒の間でなければならないことを示し得る。時間遅延はその場合、この範囲内にある極小であり得る。
【００９２】
命令は、電力制御装置の使用前に伝達することができるか、または、動作寿命全体を通して周期的に伝達することができる。この場合、システムは、電力制御装置が提供する情報および電力制御装置が利用可能でない情報に基づいて、時間遅延を適合的に演算することができる。場合によっては、ソフトオフ機能は、電力制御装置にプログラムされた基準に基づいて、使用中に電力制御装置が構築した基準に基づいて、またはシステムが伝達した基準に基づいて、無効にすることができる。
【００９３】
時間遅延は、所定の１つまたは複数の条件に基づくことができ、また、実時間で受信されるデータに基づくこともできる。例えば、電力制御装置は、電流がベースライン値未満で動作するとき第２のスイッチを開くための命令を受信することができるか、または、そのように第２のスイッチを開くようプログラムすることができる。ベースライン値は、例えば、製造者から提供される情報、履歴データ、等に相関し得る。ベースライン値は、どこで極小が生じると考えられるかに基づき得る。例えば、最初の極小が定常電流の約２５％であると考えられる場合には、ベースライン値は定常電流の３０％に設定され得る。電力制御装置は次いで、ソース電流を示す回路センサから信号を受信することができる。ソース電流がベースライン値未満に降下するとき、電力制御装置は第２のスイッチを開くことができる。複数の実施形態がソース電流を監視するものとして記載されているが、負荷電流を監視してソフトストップ動作を動的に制御するために使用することもできる。
【００９４】
上記のものなどの、追加の条件を適用することができる。例えば、電力制御装置は、指定された期間（例えば、５０マイクロ秒）の後で初めて、および、ソース電流（または負荷電流）がベースライン値未満に降下した後で初めて、第２のスイッチを開くことができる。電流がベースライン値未満に降下することがない場合、第２のスイッチを指定された期間（例えば、２００マイクロ秒）で自動的に開くことができる。
【００９５】
図９は、４０２でソース電流を、４０４で電源電圧を、４０６で負荷電流を、４０８で負荷電圧を示している。図９のｔ１からｔ２まで、電力制御装置はずっとＯＮであり、定常の電圧２７０Ｖおよび電流１００Ａで動作している。ただし、複数の実施形態は、異なる定常電圧および異なる定常電流で動作し得ることを理解されたい。ｔ２において、第１のスイッチは、電力をオフにするためのコマンドに応答して開かれる。電力を停止するためのコマンドは、手動で生成できる（例えば、個人がスイッチを動かす）か、または、システム制御装置から伝達され得る。ｔ３において、第２のスイッチが開かれる。ｔ２からｔ３までの時間遅延Δｔは、キックバック電圧を低減するように構成されている。
図９の時間遅延Δｔは３００マイクロ秒であり、電気回路の電気特性を示すために点Ｃまで延びている。一部の実施形態では、時間遅延Δｔは、ほぼ点Ａでまたはほぼ点Ｂで終わる。キックバック電圧は１／２Ｌｉ２に等しいので、図９に示す例では、キックバック電圧は、点Ａまたは点Ｂにおいて著しく低減されることになる。ただし他の実施形態では、時間遅延Δｔは追加の要因によって決定することができ、またしたがって、点Ｃよりも前の、および他のあり得る実施形態では点Ｃよりも後の、任意の時間であり得る。
【００９６】
一部の実施形態では、時間遅延は最後の極小以内である。一部の実施形態では、時間遅延は最後の極小の約２０％超以内である。一部の実施形態では、時間遅延は極小の＋／−３０％である。例えば、極小での時間遅延が３０マイクロ秒であるときには、時間遅延は２１から３９マイクロ秒の間であり得る。特定の実施形態では、時間遅延は極小の＋／−２０％以内、極小の＋／−１０％以内、または極小の＋／−５％以内である。これらの極小は、最初の極小、２番目の極小、３番目の極小、および以下のものである。一部の実施形態では、時間遅延は極小からある期間以内、例えば、極小から２０マイクロ秒または１０マイクロ秒以内である。一部の実施形態では、時間遅延は、３００マイクロ秒、２００マイクロ秒、１００マイクロ秒、またはより具体的には、５０マイクロ秒以内である。
【００９７】
図１０は、キックバック電圧を低減するためにいつ第２のスイッチを開くべきかを決定するための方法４５０を示すフローチャートである。４５２において、方法４５０は、負荷が誘導性負荷であるか否かを決定することを含む。多くの状況において、電力制御装置を通して給電される負荷が、誘導性負荷であるのか、容量性負荷であるのか、または純粋に抵抗性の負荷であるのかが、既知でない場合がある。例えば、電力制御装置は、複数の負荷を制御するサブパネルに給電する場合がある。そのような場合、電力制御装置によって制御される全体的な負荷は、負荷の各々の状態に応じて異なっている場合がある。
【００９８】
電力制御装置が電力を供給している負荷の種類を特定するために、１つまたは複数のプロセスを使用することができる。例えば、方法４５０は、起動時の負荷電圧の変化の速度または負荷電流の変化の速度を決定することを含み得る。変化の速度が遅い場合、負荷を誘導性負荷として割り当てるかまたは指定することができる。別の例として、負荷電流と負荷電圧との間の位相差を検出して、一方が他方よりも遅れているかそれとも先んじているかを決定することができ、これは、誘導性負荷または容量性負荷を示すものとなり得る。ただし、他の実施形態では、４５２における決定は、システムから負荷を誘導性負荷として指定する命令を受信することを含み得る。
【００９９】
他の実施形態では、４５２における決定は、電力制御装置が電力を供給する複数の負荷の状態に基づき得る。各負荷に関する状態は、例えば、負荷がオンであるかそれともオフであるかを示し得る。任意選択で、各負荷の状態は、オンである場合、現在の動作状態（例えば、フラップが幾分上がっている、またはフラップが完全に上がっている）も示し得る。４５２における決定は、負荷の状態の組み合わせに基づき得る。例として、４５２における決定は、状態の１つもしくは複数の所定の組み合わせがある場合、容量性負荷であり得、または、状態の１つもしくは複数の他の所定の組み合わせがある場合、誘導性負荷であり得る。一例として、回路が負荷１〜６に電力を供給すると仮定する。負荷１、負荷３、および負荷４がオンであるが、負荷２、負荷５、および負荷６がオフである場合、４５２における決定は、全体的な負荷が容量性である、というものである。負荷１、負荷２、および負荷３がオンであるが、負荷４、負荷５、および負荷６がオフである場合、４５２における決定は、全体的な負荷が誘導性である、というものである。
【０１００】
更に他の実施形態では、４５２における決定は、負荷が誘導性負荷であるか否かを決定するために、他の電気特性を監視することを含み得る。これらの電気特性（例えば、電流、電圧）を、動作中に監視することができる。４５２において負荷が誘導性か容量性のいずれであるかを決定するための、本明細書において提供する様々な例は、一緒に使用できることを理解されたい。例えば、４５２における決定は、（１）起動時の負荷電圧の変化の速度または負荷電流の変化の速度、（２）動作中の電気特性を監視すること、および（３）様々な負荷の状態、に基づき得る。
【０１０１】
負荷が誘導性負荷である場合、方法４５０は進行する。負荷が容量性負荷または純粋に抵抗性の負荷である場合、方法４５０は終了し、第１の経路を即座に開くことができる。場合によっては、負荷が容量性負荷であると決定される場合、複数の実施形態は上記のソフトスタート機能に従って動作し得る。
【０１０２】
４５４において、キックバック電圧を低減するための時間遅延を決定することができる。上記のように、時間遅延は、電力制御装置もしくはシステムによって算出されるか、または電力制御装置もしくはシステム内に記憶されている、１つまたは複数の係数に基づき得る。４５４における決定は、キックバック電圧がハードターンオフ中のキックバック電圧よりも実質的に小さくなるようキックバック電圧を低減するように構成されている。キックバック電圧が実質的により小さくなり得るのは、例えば、キックバック電圧が、ハードターンオフ中のキックバック電圧と比較して５０％以上低減される場合である。一部の実施形態では、キックバック電圧を少なくとも７５％低減することができ、またはより特定的な実施形態では、キックバック電圧を少なくとも９０％低減することができる。過渡エネルギーは、１／２Ｌｉ２に等しい。この場合、過渡エネルギーは電流が低減するにつれ大きく低減する。
【０１０３】
特定の実施形態では、時間遅延は負荷電流が極小となる時点、例えば図９の点Ａまたは点Ｂに基づいている。例えば、時間遅延は極小のところにあるか、または極小の２０％以内にある。一部の実施形態では、４５４における決定は、極小、および上記のもののような他の要因もしくは情報に基づき得る。他の実施形態では、４５４における決定は極小には基づいておらず、上記のもののような他の要因または情報のみに基づいている。４５４における決定は、電力制御装置がオンにされる（すなわち、電力を伝える）前に、オフになるためのコマンドを電力制御装置が受信する前に、または、オフにするためのコマンドを電力制御装置が受信した後で、行うことができる。４５６において、電力制御装置は、時間遅延Δｔの終わりにオフになるためのコマンドを受信し、４５８において、第２のスイッチを開く。
【０１０４】
ある実施形態では、負荷に電力を供給するように構成されたスイッチング回路を含む電力制御装置が提供される。スイッチング回路は、負荷の前に、第１のスイッチを有する第１の経路、および第１の経路と並列な第２の経路を含む。第２の経路は、第２のスイッチを含む。第２の経路が有効になっており第１の経路が無効になっているとき、スイッチング回路は事前充電状態にある。第２の経路が無効になっており第１の経路が有効になっているとき、スイッチング回路は動作状態にある。電力制御装置はまた、負荷の充電状態（ＳＯＣ）を示す信号を提供するように構成されている回路センサも含む。電力制御装置はまた、第１のスイッチおよび第２のスイッチを開閉して事前充電状態と動作状態との間でスイッチング回路を切り替えるように構成されている、処理ユニットも含む。
処理ユニットは、回路センサからの信号に基づいて負荷のＳＯＣを決定する、およびＳＯＣに基づいて負荷を事前充電するべきか否かを決定するように、構成されている。処理ユニットは、負荷を事前充電しないと処理ユニットが決定するとき、スイッチング回路を動作状態で動作させる。処理ユニットは、負荷を事前充電すると処理ユニットが決定するとき、ＳＯＣに基づく期間の間、スイッチング回路を事前充電状態で動作させる。
【０１０５】
一態様では、回路センサは、（ａ）第１の経路もしくは第２の経路を通る電流、（ｂ）第１の経路もしくは第２の経路にわたる電圧、または（ｃ）負荷にわたる電圧、のうちの少なくとも１つを検出するように構成されている、少なくとも１つのセンサを含む。
【０１０６】
別の態様では、電力の供給を停止するためのコマンドを受信すると、処理ユニットは、第１の経路が有効になっている間、第２の経路を有効にし、第２の経路を有効にした後で第１の経路を無効にする。処理ユニットは、電圧キックバックを低減するために、時間遅延後に第２のスイッチを開くことができる。
【０１０７】
別の態様では、処理ユニットは、負荷特性が基準値よりも大きいとき、スイッチング回路を事前充電状態で動作させることができ、負荷特性が基準値未満であるとき、スイッチング回路を動作状態で動作させることができる。負荷特性はＳＯＣであってよく基準値は基準充電量であってよいか、または、負荷特性は負荷電圧であってよく基準値は基準電圧であってよい。任意選択で、処理ユニットは、基準値を決定するように構成されている。基準値は、第２の経路に沿って検出された温度に基づき得る。任意選択で、第２の経路に沿った温度が指定された温度値を上回ったとき、または上回ると予測されるとき、処理ユニットは、第２の経路が有効になるのを許可しない。
【０１０８】
別の態様では、第２の経路が指定された温度値を上回ったとき、または上回ると予測されるとき、処理ユニットは、第２の経路の代わりに第１の経路を有効にすることができる。
【０１０９】
別の態様では、処理ユニットは、電力制御装置の有効化の前にＳＯＣを決定するように構成されている。
【０１１０】
別の態様では、処理ユニットは、負荷の寿命の間の動作中の様々な時点で、いくつかの静電容量値を受信するように構成されている。処理ユニットは、静電容量値を分析して負荷の健全性状態を決定するように構成され得る。任意選択で、処理ユニットは、負荷の健全性状態を報告するように構成されている。
【０１１１】
ある実施形態では、負荷に電力を供給するように構成されたスイッチング回路を含む電力制御装置が提供される。スイッチング回路は、負荷の前に、第１のスイッチを有する第１の経路、および第１の経路と並列な第２の経路を含む。第２の経路は、第２のスイッチを含む。第２の経路が有効になっており第１の経路が無効になっているとき、スイッチング回路は事前充電状態にある。第２の経路が無効になっており第１の経路が有効になっているとき、スイッチング回路は動作状態にある。電力制御装置はまた、第１のスイッチおよび第２のスイッチを開閉して事前充電状態と動作状態との間でスイッチング回路を切り替えるように構成されている、処理ユニットも含む。電力の供給を停止するためのコマンドを受信すると、処理ユニットは、第１の経路が有効になっている間、第２の経路を有効にし、第２の経路を有効にした後で第１の経路を無効にする。処理ユニットは、電圧キックバックを低減するために、時間遅延後に第２の経路の第２のスイッチを開く。
【０１１２】
一態様では、時間遅延は、第１のスイッチが開かれた後の電流の極小のところに、または極小から１０マイクロ秒以内にある。
【０１１３】
別の態様では、電力制御装置は、ソース電流または負荷電流を示す信号を提供するように構成されている回路センサを含む。時間遅延は、第１の経路が無効にされた後のソース電流または負荷電流に基づいている。
【０１１４】
別の態様では、処理ユニットは、（ａ）負荷が誘導性負荷であるか否かを決定すること、または、（ｂ）負荷が誘導性負荷であるか否かを決定する命令を受信すること、の少なくとも一方を行うように構成されている。
【０１１５】
別の態様では、電力制御装置は、負荷の充電状態（ＳＯＣ）を示す信号を提供するように構成されている回路センサを含む。処理ユニットは、回路センサからの信号に基づいて負荷のＳＯＣを決定する、およびＳＯＣに基づいて負荷を事前充電するべきか否かを決定するように、構成されている。処理ユニットは、負荷を事前充電しないと処理ユニットが決定するとき、スイッチング回路を動作状態で動作させることができる。処理ユニットは、負荷を事前充電すると処理ユニットが決定するとき、ＳＯＣに基づく期間の間、スイッチング回路を事前充電状態で動作させることができる。
【０１１６】
ある実施形態では、負荷に電力を供給するように構成されたスイッチング回路を含む電力制御装置が提供される。スイッチング回路は、負荷の前に、第１のスイッチを有する第１の経路、および第１の経路と並列な第２の経路を含む。第２の経路は、第２のスイッチを含む。第２の経路が有効になっており第１の経路が無効になっているとき、スイッチング回路は事前充電状態にある。第２の経路が無効になっており第１の経路が有効になっているとき、スイッチング回路は動作状態にある。電力制御装置はまた、負荷の静電容量を示す信号を提供するように構成されている回路センサも含む。電力制御装置はまた、負荷の静電容量値を負荷の寿命の間の様々な時点で記憶するように構成されている記憶媒体も含む。電力制御装置はまた、第１のスイッチおよび第２のスイッチを開閉して事前充電状態と動作状態との間でスイッチング回路を切り替えるように構成されている、処理ユニットも含む。処理ユニットは、回路センサからの信号に基づいて負荷の静電容量値を決定する、および記憶媒体に静電容量値を記憶するように、構成されている。処理ユニットは、静電容量値を分析して負荷の健全性状態を決定するように構成されている。
【０１１７】
一態様では、処理ユニットは、負荷の健全性状態を報告するように構成されている。
【０１１８】
別の態様では、回路センサは、負荷の充電状態（ＳＯＣ）を示す信号を提供するように構成されている。処理ユニットは、回路センサからの信号に基づいて負荷のＳＯＣを決定する、およびＳＯＣに基づいて負荷を事前充電するべきか否かを決定するように、構成されている。処理ユニットは、負荷を事前充電しないと処理ユニットが決定するとき、スイッチング回路を動作状態で動作させることができる。処理ユニットは、負荷を事前充電すると処理ユニットが決定するとき、ＳＯＣに基づく期間の間、スイッチング回路を事前充電状態で動作させることができる。
【０１１９】
一態様では、回路センサは、（ａ）第２の経路を通る電流、（ｂ）第２の経路にわたる電圧、または（ｃ）負荷にわたる電圧、のうちの少なくとも１つを検出するように構成されている、少なくとも１つのセンサを含む。
【０１２０】
別の態様では、電力の供給を停止するためのコマンドを受信すると、処理ユニットは、第１の経路が有効になっている間、第２の経路を有効にし、第２の経路を有効にした後で第１の経路を無効にする。処理ユニットは、電圧キックバックを低減するために、時間遅延後に第２のスイッチを開く。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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