(57)【要約】本発明の対象は、少なくとも１つの増幅器ドライバ回路（１０）と、少なくとも１つのフローティング接地絶縁型電源（１１）と、制御信号（１２）を生成する少なくとも１つのデジタル計算ユニット（２）とを有する、エネルギー変換のための電力システム（１）である。本発明は、より具体的には、制御信号（１２）に対するフローティング接地絶縁型電源（１１）に関する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのドライバ回路（１０）と、
少なくとも１つのフローティング接地絶縁型電源（１１）と、
制御信号（１２）を生成するための少なくとも１つのデジタル計算ユニット（２）と、を有し、前記ドライバ回路（１０）が増幅器ドライバ回路（ＤＤ）を備え、前記増幅器ドライバ回路（ＤＤ）が、前記増幅器ドライバ回路（ＤＤ）と組み合わされたパルストランス（ＴＩ）に前記制御信号（１２）を送信するのに適している、エネルギー変換のための電力システム（１）において、
電力システム（１）のフローティング接地絶縁型電源（１１）を形成して、前記増幅器ドライバ回路（ＤＤ）からの制御信号（１２）が提供されて使用されるように、フローティング接地絶縁型電源（１１）が前記増幅器ドライバ回路（ＤＤ）の出力と接続されていることを特徴とする、電力システム（１）。
【請求項２】
フローティング接地絶縁型電源（１１）が、整流器を含むトランス（ＴＡ）を有することを特徴とする、請求項１に記載の電力システム（１）。
【請求項３】
フローティング接地絶縁型電源（１１）の前記整流器が、ダイオード整流器であることを特徴とする、請求項２に記載の電力システム（１）。
【請求項４】
絶縁型の電流及び電圧測定装置をさらに有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の電力システム（１）。
【請求項５】
増幅器ドライバ回路（ＤＤ）が、低インピーダンス出力（１５）を有する非絶縁型の電圧及び電流レベル増幅器ドライバ回路であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の電力システム（１１）。
【請求項６】
増幅器ドライバ回路（ＤＤ）の低インピーダンス出力（１５）が、トランジスタの組み合わせから構成されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の電力システム。
【請求項７】
トランス（ＴＡ）と整流器とを含むフローティング接地絶縁型電源（１１）において、
請求項１から６のいずれか１項に記載の電力システム（１）の増幅器ドライバ回路（ＤＤ）の出力から電力が供給されるのに適していることを特徴とする、フローティング接地絶縁型電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力システムの分野に関し、特に交流（ＡＣ）及び／または直流（ＤＣ）間でエネルギー変換するためのシステムに関する。
【０００２】
本発明は、特にエネルギー変換システムで形成される、絶縁型電源の具体化に関する。
【背景技術】
【０００３】
電力システムは、その使用用途に応じて異なる機能を実現する。非限定的な例として、特にトルク変動に対するモータ制御、ＤＣ電気化学蓄電池とＡＣ配電網とのソース変換、２つのＤＣソース間の電圧レベルの適合、電源変動等を挙げることができる。
【０００４】
数十ワットから数百キロワットまでのこれらのシステムの大多数は、当業者にスイッチモードシステムと呼ばれている。すなわち、それらは、高周波、高電流、高電圧でスイッチングが可能な半導体スイッチで構成される。
【０００５】
これらの半導体は、電子部品またはドライバ段（以下、ドライバと呼ぶ）によって制御される。以下で詳細に説明する、現在の技術のドライバを含む電力システムの一般的なダイアグラムである図１ａで示すように、電子部品またはドライバは、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）またはマイクロコントローラタイプのデジタル計算ユニットからの制御信号を、異なるタイプのスイッチに適した低電力の制御信号に変換することを可能にする。
【０００６】
高電圧レベルのために、かつ安全規格を満たすために、これらのドライバは、ガルバニック絶縁（パルストランス）または光絶縁（光結合フォトダイオード）のどちらかによって制御回路と絶縁される。図１ｂで示す現在の技術のドライバでは、ドライバ段が、信号を絶縁するためのパルストランス（ＴＩ）と組み合わされた低インピーダンス出力（一方がブロックし、他方が飽和した、プッシュプルまたはトーテムポールと呼ばれる、高レベル半導体スイッチ及び低レベル半導体スイッチを備える）を有する、非絶縁型の電圧及び電流レベル増幅器ドライバ（ＤＤ）で構成される。
【０００７】
これらのタイプのコンバータにおいて、フローティング接地絶縁型電源は、一般に、スイッチドライバに電力を供給するために使用される。または、フローティング接地絶縁型電源は、光絶縁センサタイプであり、非限定的な例として、システムで絶縁型電源が必要な他の低電力回路の、例えば高電圧電源が必要な電圧センサに電力を供給するために使用される。
【０００８】
従来の技術において、これらのフローティング接地絶縁型電源は、回路のその他の部分のための、専用で集中型のスイッチモードレギュレータが追加された、高電圧バスまたは補助電圧源で形成される。この解決策は、多くの場合、高価であり、プリント回路基板上で広いスペースを必要とする。さらに、この集中型の電源は、システムの様々な基板に分散する必要があり、全ての下流の回路に電力を供給するためのサイズとする必要がある。
【０００９】
本発明は、エネルギー変換システムのコスト及びサイズを最小化するための絶縁型電源を提供することを目的とする。
【発明の概要】
【００１０】
少なくとも上記の目的を達成するため、特に本発明の第１の態様によれば、少なくとも１つのドライバと、少なくとも１つのフローティング接地絶縁型電源と、制御信号を生成するための少なくとも１つのデジタル計算ユニットと、を有し、前記ドライバが増幅器ドライバ回路を備え、前記増幅器ドライバ回路が、前記増幅器ドライバ回路と組み合わされたパルストランスに前記制御信号を送信するのに適している、エネルギー変換のための電力システムにおいて、前記電力システムのフローティング接地絶縁型電源を形成して、前記制御信号が提供されて使用されるように、前記フローティング接地絶縁型電源が増幅器ドライバの出力と接続されていることを特徴とする。
【００１１】
一特徴によれば、前記フローティング接地絶縁型電源が、整流器を含むトランスを有する。
【００１２】
一特徴によれば、前記フローティング接地絶縁型電源の整流器が、ダイオード整流器である。
【００１３】
一特徴によれば、前記電力システムが、絶縁型の電流及び電圧測定装置をさらに有する。
【００１４】
一特徴によれば、前記増幅器ドライバが、プッシュプル出力の非絶縁型の電圧／電流レベル増幅器ドライバである。
【００１５】
一特徴によれば、前記増幅器ドライバのプッシュプル出力が、トランジスタの組み合わせで構成される。
【００１６】
第２の態様によれば、本発明は、トランス及び整流器を備えるフローティング接地絶縁型電源において、上述した電力システムの増幅器ドライバの出力から電力が供給されるのに適していることを特徴とする、フローティング接地絶縁型電源に関する。
【００１７】
本発明は、図２で示すように、フローティング接地絶縁型電源を形成して、増幅器ドライバ（ＤＤ）の出力とパルストランス（ＴＩ）の入力との間でこれらの制御信号を使用することで構成される。
【００１８】
制御信号は、フローティング接地絶縁型電源を形成するために、例えばダイオード整流器である整流器を含む新規のトランス（ＴＡ）に有利に送信される。トランス（ＴＡ）の変圧比は、コンシューマー回路が必要とする電圧レベルに調整できるようにする。本発明の変形例において、トランス（ＴＡ）の出力電圧を安定化するために、線形レギュレータを追加できることに留意されたい。
【００１９】
本発明による方法の他の特徴並びに利点は、非限定的な例として与えられる、後述する実施形態の説明を添付の図面と併せて読むことで明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１ａ】図１ａは、一般的なダイアグラムで電力システムの現在の技術を示している。
【図１ｂ】図１ｂは、図１ａの電力システムで使用される現在の技術のドライバのダイアグラムである。
【図２】図２は、一実施形態による、ドライバ段及び絶縁型電源の構成の詳細なダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
電力システム（１）は、例えば、トルク変動に対するモータ制御、ＤＣ電気化学蓄電池とＡＣ配電網とのソース変換、２つのＤＣソース間の電圧レベルの適合、電源変動等の、その使用用途に応じたいくつかの機能を実現する。
【００２２】
上述したように、数十ワットから数百キロワットまでのこれらのシステムの大多数は、スイッチモードシステムと呼ばれる。すなわち、それらは、高周波、高電流、高電圧でスイッチングが可能な半導体スイッチ（１３）で構成される。
【００２３】
図１ａは、導入例として、現在の技術で一般的に見られる電力システム（エネルギー変換システムとも呼ばれる）の様々な機能をブロックダイアグラム形式で示している。このダイアグラムは、以下に記載される本発明のコンテキストでも見られるものである。図中の符号ＧＮＤは電気的な接地に相当する。
【００２４】
このような電力システム（１）は、コンバータの高電圧側から絶縁された、電流及び電圧測定装置で構成された測定ブロックＭＥＳを有する。この測定ブロックは、測定入力と調整済みの出力信号とが絶縁システム（４）によって絶縁されたセンサ（３）を備える。この出力測定信号は、デジタル計算ユニット（２）の通常の電圧レベルに適している。
【００２５】
また、電力システム（１）は、測定調整装置、通信ドライバ及びデジタル計算ユニット（２）を有する。この部分は、システムの動作ロジックが実行される、システムのコアを表している。
【００２６】
さらに、電力システム（１）は、パワー半導体（１３）を制御するためのデバイスを有する。高電圧変換システムの場合、これらのデバイスは絶縁ドライバ（１０）である。パワー半導体は、デジタル計算ユニット（２）からの制御信号（１２）をスイッチのタイプに適した低電力の制御信号に変換できる、ドライバ段によって駆動される。
【００２７】
電力システム（１）は、典型的にはＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）またはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）半導体を含む電力スイッチングデバイスを有する。これらのスイッチは、誘導エネルギー蓄積システム、典型的には絶縁型のコンバータ用のトランス、または非絶縁型のコンバータ用のインダクタを介してシステムの入力と出力との間に接続される。これらのスイッチ素子は、ＰＷＭ（Power Width Modulation）方式の手段によって制御できる。
【００２８】
図１ｂで示すように、ドライバ（１０）は、信号を絶縁するためのパルストランス（ＴＩ）と組み合わされたプッシュプル出力（１５）を備える、非絶縁型の電圧及び電流レベル増幅器ドライバ（ＤＤ）で構成される。また、ドライバ（１０）は、制御部（ＣＭＤ）及び電源部（ＰＵ１）を備える。制御部（ＣＭＤ）及び増幅器ドライバ（ＤＤ）は、絶縁部（１４）で絶縁されており、それはガルバニック絶縁（パルストランス）または光絶縁（光結合フォトダイオード）のどちらでもよい。
【００２９】
増幅器ドライバ（ＤＤ）のプッシュプル出力（１５）は、トランジスタの組み合わせで構成できる。出力（１５）の端子電圧は、一般に＋１５Ｖ〜−１５Ｖの範囲である。それらは、０Ｖであってもよい。
【００３０】
電源部（ＰＵ１）と増幅器ドライバ（ＤＤ）とは、絶縁部（１６）で絶縁される。
【００３１】
図２は、本発明の実施形態における電力システム（１）を示している。電力システム（１）は、ドライバ段と、フローティング接地絶縁型電源（１１）とを有する。上述したように、ドライバ段は、信号を絶縁するためのパルストランス（ＴＩ）と組み合わされた、プッシュプル出力の非絶縁型の電圧及び電流レベル増幅器ドライバ（ＤＤ）で構成される。本発明のコンテキストにおいて、フローティング接地絶縁型電源（１１）をして、増幅器ドライバの出力（ＤＤ）とパルストランスの入力（ＴＩ）との間の制御信号（１２）が提供されて使用される。そのため、増幅器ドライバ（ＤＤ）の出力をパルストランス（ＴＩ）の入力と接続する、例えば金属（特に銅）ワイヤ等のワイヤ接続が提供される。もう１つの接続ソリューションは、プリント回路基板の電気的経路を使用することで構成される。本発明は、１つまたは複数のフローティング接地絶縁型電源を備えていてもよい。
【００３２】
フローティング接地絶縁型電源（１１）は、整流器を備えたトランス（ＴＡ）と、例えば出力において調整可能な振幅を有するフローティング接地絶縁型及び整流型電源を形成するためのダイオード整流器とを有する。制御信号（１２）は、整流器を備えた、この新規のトランス（ＴＡ）に送信される。
【００３３】
トランス（ＴＡ）の変圧比は、コンシューマー回路（図示せず）が必要とする電圧レベルに調整できるようにする。本発明の変形例では、トランス（ＴＡ）の出力における電圧を安定化するために線形レギュレータを追加できる。
【００３４】
図２の実施形態は、様々な変形例を含むことができる。特に、１つの変形例は二次巻線が２つのトランスを使用することで構成される、または別の変形例は変圧比がｎ：１の二次巻線が１つのトランスを使用することで構成される、またはさらに別の変形例は平面型トランスを使用することで構成される。
【００３５】
上述した本発明は、フローティング接地絶縁型及びローカル電源を有利に構成するために、回路において既存の機能を再利用する利点をもたらす。この意味で、本発明は部品の数及びコストを低減させ、それらのサイズを低減させることができる。コネクタ及びケーブルは、様々な基板間に分散されることになる。また、本発明は、デジタル計算ユニットの選択に関して有利であり、実際に、様々なフローティング接地絶縁型電源を管理するためのＰＷＭ出力を追加することなく、より低コストの構成要素を選択できることにも留意されたい。
【００３６】
言うまでもなく、本発明は、例として上述した実施形態に限定されるものではなく、任意の様々な態様を包含する。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【国際調査報告】
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