(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換器の少なくとも一つの電力切換デバイスを制御するための通信方法であって、  データと制御又は障害信号の伝送が可能であるとともに、制御又は障害信号の送信がデータの送信よりも優先されて、制御又は障害信号の遷移が常に既知の待ち時間で伝達されるために、この方法が、
通信リンクの送信端に制御又は障害信号を入力する工程と、
この通信リンクの前記の送信端にデータを入力する工程と、
この制御又は障害信号が遷移を有するか否かを決定する工程と、
前記の決定が制御又は障害信号が遷移を有することを示す場合、この遷移を有する制御又は障害信号を通信リンクの通信チャンネル上に送信し、その際、この制御又は障害信号の前記の入力に対して相対的に所定の遅延時間だけ、この制御又は障害信号の送信を遅らせ、この所定の遅延時間が前記の決定を可能とする遅延時間である工程と、
前記のデータを前記の通信チャンネル上に送信し、その際、前記の決定が前記の制御又は障害信号が遷移を有することを示す場合、前記のデータの送信を前記の制御又は障害信号の送信後まで遅らせる工程と、
前記の制御又は障害信号が送信された場合、この送信された制御又は障害信号を前記の通信リンクの受信端で受信して、この受信した制御又は障害信号に応じて、前記の少なくとも一つの電力切換デバイスを制御する工程と、
を有し、
当該の通信リンクが第一の通信リンクであり、当該の制御又は障害信号が第一の制御又は障害信号であり、当該のデータが第一のデータであり、当該の所定の遅延時間が所定の第一の遅延時間であり、この方法が、更に、第二の通信リンクを介して第二の制御又は障害信号と第二のデータを伝送する工程を有し、この第二の通信リンクを介して伝送する工程が、
第二の通信リンクの送信端に第二の制御又は障害信号を入力する工程と、
この第二の通信リンクの送信端に第二のデータを入力する工程と、
第二の制御又は障害信号が遷移を有するか否かを決定する工程と、
前記の決定が第二の制御又は障害信号が遷移を有することを示す場合、第二の通信リンクの通信チャンネル上に第二の制御又は障害信号を送信し、その際、この第二の制御又は障害信号の前記の入力に対して相対的に所定の第二の遅延時間だけ、この第二の制御又は障害信号の送信を遅らせ、この所定の第二の遅延時間が、この第二の制御又は障害信号が遷移を有するか否かを決定することを可能とする工程と、
第二のデータを第二の通信チャンネル上に送信し、その際、前記の決定が第二の制御又は障害信号が遷移を有することを示す場合、第二のデータの送信を前記の第二の制御又は障害信号の送信後まで遅らせる工程と、
第二の制御又は障害信号が送信された場合、この送信された第二の制御又は障害信号を前記の通信チャンネルの受信端で受信して、この受信した第二の制御又は障害信号に応じて、少なくとも一つの別の電力切換デバイスを制御する工程と、
を有し、
所定の第一と第二の遅延時間がほぼ等しく、それによって、第一の通信リンクの受信端での第一の制御又は障害信号の着信と第二の通信リンクの受信端での第二の制御又は障害信号の着信の間のスキューを低減する、
通信方法。
【請求項２】
所定の第一と第二の遅延時間が、第一と第二の制御又は障害信号が同時に送信された場合に当該の受信した第一の制御又は障害信号に応じた少なくとも一つの電力切換デバイスの制御と当該の受信した第二の制御又は障害信号に応じた少なくとも一つの別の電力切換デバイスの制御とをほぼ同期させるための遅延時間であり、これらの制御の各々が当該の少なくとも一つの電力切換デバイスの切換を含む請求項１に記載の通信方法。
【請求項３】
当該のデータが変調方式を用いて通信チャンネル上に送信され、この方法が、通信リンクの受信端で受信したパルスがこのデータ変調方式の所定のパルス幅よりも大きい時間長を有する場合に、この受信したパルスを当該の制御又は障害信号のパルスとして処理する工程を有する請求項１又は２に記載の通信方法。
【請求項４】
当該の遅らせるデータが、当該の制御又は障害信号を通信チャンネル上に送信してから所定の遅延後に通信チャンネル上に送信される請求項１から３までのいずれか一つに記載の通信方法。
【請求項５】
当該の通信チャンネル上でのデータの送信の遅延を実現するために、当該のデータに空シンボルを挿入する工程を有する請求項１から４までのいずれか一つに記載の通信方法。
【請求項６】
当該のデータが、パルス位置変調（ＰＰＭ）、好ましくは、差動ＰＰＭ（ＤＰＰＭ）を用いて通信チャンネル上に送信される請求項１から５までのいずれか一つに記載の通信方法。
【請求項７】
当該の通信チャンネル上での制御又は障害信号とデータの送信が、当該の少なくとも一つの電力切換デバイスを備えたモジュールへの送信であり、当該の制御又は障害信号が制御信号であり、当該の受信信号に応じた制御が、このモジュールの当該の少なくとも一つの電力切換デバイスの切換制御である請求項１から６までのいずれか一つに記載の通信方法。
【請求項８】
当該の通信チャンネル上での制御又は障害信号とデータの送信が、当該の少なくとも一つの電力切換デバイスを備えたモジュールからの送信であり、当該の制御又は障害信号が障害信号であり、当該の受信信号に応じた制御が、この電力変換器の当該の少なくとも一つの電力切換デバイスの切換制御である請求項１から７までのいずれか一つに記載の通信方法。
【請求項９】
当該の制御又は障害信号とデータの送信が、当該の少なくとも一つの電力切換デバイスを備えたモジュールからの送信であり、当該の制御又は障害信号が、このモジュールの状態表示を含み、この方法が、当該の状態をほぼリアルタイムに監視する工程を有し、この方法が、好ましくは、この状態表示に基づくほぼリアルタイムな制御を含む請求項１から８までのいずれか一つに記載の通信方法。
【請求項１０】
当該の制御又は障害信号とデータの送信が、当該の少なくとも一つの電力切換デバイスを備えたモジュールへの送信であり、当該のデータが、このモジュールで実施すべき設定形態、このモジュールの状態表示に関する少なくとも一つの要求及びこのモジュールから受信した制御又は障害信号の少なくとも一つの受信確認の中の一つ以上を表す請求項１から９までのいずれか一つに記載の通信方法。
【請求項１１】
当該の制御又は障害信号とデータの送信が、当該の少なくとも一つの電力切換デバイスを備えたモジュールからの送信であり、当該のデータが、その時点のモジュール設定形態、このモジュールの少なくとも一つの状態表示及びこのモジュールで受信した制御又は障害信号の少なくとも一つの受信確認の中の一つ以上を表す請求項１から１０までのいずれか一つに記載の通信方法。
【請求項１２】
この方法が、
当該の通信リンクの別のチャンネル上にクロック信号を送信する工程と、
この通信リンクの送信端と受信端での論理回路動作を同期させるために、このクロック信号を使用し、この論理回路動作が当該の受信制御又は障害信号及び／又は受信データを処理する動作である工程と、
を有する請求項１から１１までのいずれか一つに記載の通信方法。
【請求項１３】
当該の受信端で受信した制御又は障害信号及び／又はデータからクロック信号を復元する工程と、
この受信したクロック信号に基づき通信チャンネルの送信端と受信端での論理回路動作を同期させ、この論理回路動作が受信した制御又は障害信号及び／又はデータを処理する動作である工程と、
を有する請求項１から１２までのいずれか一つに記載の通信方法。
【請求項１４】
少なくとも一つの電力切換デバイスを備えた少なくとも一つのモジュールを有し、更に、この少なくとも一つのモジュールを制御する少なくとも一つのコントローラを有する電力変換器用の通信システムであって、データと制御又は障害信号の伝送が可能であるとともに、制御又は障害信号の送信がデータの送信よりも優先されて、制御又は障害信号の遷移が常に既知の待ち時間で伝達されるために、このシステムが、
制御又は障害信号とデータを受け取るように構成された送信機であって、前記のコントローラを前記の少なくとも一つのモジュールに接続する通信チャンネルを介して、受け取った制御又は障害信号とデータを送信する送信機を備え、この送信機が、
受け取った制御又は障害信号を保存するように構成された信号バッファと、
受け取ったデータを保存するように構成されたデータバッファと、
この保存した制御又は障害信号が遷移を有するか否かを決定するように構成された検出器と、
を有し、
この送信機は、前記の信号バッファにより決まる所定の時間遅延だけ、通信チャンネル上での保存された制御又は障害信号の送信を遅らせるように構成され、この所定の遅延時間が、前記の決定のための遅延時間であり、
前記のデータバッファは、前記の検出器が保存された制御又は障害信号が遷移を有することを示す場合、前記の通信チャンネル上での保存された制御又は障害信号の送信後まで、前記の通信チャンネル上での保存データの送信を遅らせるように構成され、
前記の制御又は障害信号が第一の制御又は障害信号であり、前記の所定の遅延時間が所定の第一の遅延時間であり、このシステムは、第二の制御又は障害信号と第二のデータを保存して、別のモジュールと接続された別の通信チャンネル上で送信するように構成され、
このシステムは、この第二の制御又は障害信号が遷移を有するか否かを決定する検出器を有し、このシステムは、この第二の制御又は障害信号を保存するための信号バッファにより決まる所定の第二の遅延時間だけ別の通信チャンネル上での保存された第二の制御又は障害信号の送信を遅らせるように構成され、この所定の第二の遅延時間が第二の制御又は障害信号が遷移を有するか否かの前記の決定のための遅延時間であり、
これらの第一と第二の遅延時間が、それぞれ前記の通信チャンネルの受信端での第一と第二の制御又は障害信号の着信間のスキューを低減する値を有する、
通信システム。
【請求項１５】
当該の所定の第一と第二の遅延時間が、当該の受信した第一の制御又は障害信号に応じた少なくとも一つの電力切換デバイスの制御と当該の受信した第二の制御又は障害信号に応じた少なくとも一つの別の電力切換デバイスの制御とをほぼ同期させる値を有する請求項１４に記載の通信システム。
【請求項１６】
当該の通信チャンネルを介して当該の送信機から送信された制御又は障害信号とデータを受信する受信機を備え、当該の送信機が、変調方式を用いて通信チャンネル上にデータを送信するように構成され、この受信機が、
所定のパルス幅がこのデータ変調方式のパルス幅であるとして、受信したパルスがこの所定のパルス幅よりも大きい時間長を有するか否かを決定するように構成された検出器と、
この検出器の出力が受信パルスが前記の所定のパルス幅よりも大きい時間長を有することを示す場合に、通信チャンネルの受信端で受信したパルスを当該の制御又は障害信号のパルスとして復号するように構成された復号器と、
を有する請求項１４又は１５に記載の通信システム。
【請求項１７】
請求項１４から１６までのいずれか一つに記載の通信システムを備えた電力変換器であって、この変換器が、少なくとも一つの電力切換デバイスを備えた少なくとも一つのモジュールと、この少なくとも一つの電力切換デバイスの切換を制御する駆動回路とを有し、この変換器が、この少なくとも一つの電力切換デバイスを制御するための制御又は障害信号を出力する少なくとも一つのコントローラを有し、この変換器が、少なくとも一つの通信チャンネルのための少なくとも一つの通信リンクを有する、
電力変換器。
【請求項１８】
少なくとも一つの電力切換デバイスがＩＧＢＴを有する請求項１４から１６までのいずれか一つに記載の通信システム又は請求項１７に記載の電力変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として電力変換器に関し、より詳しくは、電力変換器の少なくとも一つの電力切換デバイスを制御するための通信方法、電力変換器用の通信システム及びこの通信システムを備えた電力変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信システムは、ＡＣ／ＤＣコンバータ又はＤＣ／ＡＣインバータなどの電力変換器の構成部品を互いに接続するために使用される。その変換器の用途は、低電圧チップから、コンピュータ、機関車及び高電圧伝送線までの範囲に及ぶ。より特定の用途例は、例えば、沖合の風力設備から電力を伝送する形式の高電圧直流伝送線の切換と、モータ等、例えば、機関車のモータの（例えば、１ＫＶを上回る）中電圧の切換とである。
【０００３】
その通信システムにより接続される変換器の構成部品は、一連の電力切換デバイスの所要の状態を決定するインテリジェント装置などのコントローラ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などの個々の電力切換デバイスの状態を制御するインテリジェント「ゲートドライブ」などの切換ユニット、温度センサ又は電流センサなどのセンサ、或いは冷却システム用ポンプなどのアクチュエータである。そのような電力切換デバイスの例は、上述したＩＧＢＴを含むが、それに代わって、（バーティカル又はラテラル）ＭＯＳＦＥＴ及びＪＦＥＴなどのＦＥＴ、或いは場合によっては、ＬＩＬＥＴ（横反転層エミッタトランジスタ）、ＳＣＲ等のデバイスとすることができる。しかし、ここで説明する技術は、特定の形式の一般的な変換器アーキテクチャ又は特定の形式の電力切換デバイスに限定されない。
【０００４】
特に、電力用電子機器システムの制御装置（ＣＤ）と一つ以上の電力切換ユニット（ＳＵ）の間の通信を考えると、一般的に切換情報を運ぶ制御チャンネル、コンフィギュレーション情報を運ぶデータチャンネルとが存在する。電力用電子機器では、一般的にＣＤとＳＵの間の電気絶縁が必要である。従って、物理通信リンクは、光学手段（光結合器又は光ファイバ送受信機）、電気手段（誘導又は容量結合）又はＲＦ手段によって実現されている。
【０００５】
例えば、電力用電子機器システムは、レガシー光ファイバネットワーク（ＬＦＯＮ）と呼ばれる、コントローラと切換ユニットの間のポイント・ツー・ポイント式光ファイバ対を備えている。この方式では、一方のファイバが、「点灯」が「電源オン」を意味する制御データをコントローラから切換装置まで運び、他方のファイバが、「消灯」が「障害」を意味する障害データを切換装置からコントローラに運んでいる。例えば、制御／障害ストリーム及びデータストリームを物理的に別個のチャンネル（ワイヤー）上で運ぶように、それ以外の如何なる情報も代替通信チャンネルによって伝送しなければならない。しかし、ボード面積及び部品コストの両方に関して、如何なる物理リンクの追加コストも高い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のことから、好ましくは、特に、各電力切換デバイスの信頼できる切換動作、電力切換器の高効率及び／又は低電力損失（例えば、電力切換デバイスの切換に関連する電力消費量の低減）、既知の待ち時間、低スキュー、製造コストの削減、サイズの低減、及び／又は既存のシステム構成部品（例えば、ＬＦＯＮ用に設計された構成部品）との下位互換性等の利点を有する改善された通信方法又は通信システムに関するニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の観点において、電力変換器の少なくとも一つの電力切換デバイスを制御するための通信方法であって、この方法が、通信リンクの送信端に信号を入力する工程と、この通信リンクの送信端にデータを入力する工程と、この信号が遷移を有するか否かを決定する工程と、この決定が信号が遷移を有することを示す場合、この遷移を有する信号を通信リンクの通信チャンネル上に送信し、その際、この送信信号を入力信号に対して相対的に所定の遅延時間だけ遅らせ、この所定の遅延時間が前記の決定を可能にする遅延時間である工程と、通信チャンネル上にデータを送信し、その際、前記の決定が信号が遷移を有することを示す場合、この信号の送信後までデータの送信を遅らせる工程と、この信号が送信された場合、この送信された信号を通信リンクの受信端で受信して、この受信した信号に応じて、少なくとも一つの電力切換デバイスを制御する工程とを有する方法が規定される。
【０００８】
従って、一つの実施形態では、単一の物理通信リンク（例えば、光ファイバ又は電線）を介して、有利には、単一の通信チャンネル（論理コネクション）を用いて、（例えば、コンフィギュレーション設定形態の設定又は確認のための）データと制御又は障害信号の伝送が可能である一方、信号の遷移が常に既知の待ち時間及び／又は短い待ち時間で伝達されるように、適切な場合に、信号の送信をデータよりも優先させることの保証が可能である。そのような短い待ち時間は、特に、例えば、障害通知のためのほぼリアルタイムな要件が存在する場合に有利である。この待ち時間は、好ましくは、送信前に信号を通過させるバッファ、例えば、シリアルバッファを用いて実現される所定の遅延時間によって決まる。このデータ送信の遅延は、通信チャンネル上でのデータと信号の衝突を効果的に防止し、それは、そのようなデータと信号が送信端への入力前に非同期に生成される場合に特に有利である。更に、各方向に一つの物理チャンネルを介して制御／障害及びデータストリームを伝送することが、既存の解決策との下位互換性に関して有利である。更に、このようにしてチャンネル数を低減することによって（一つのチャンネルが一つの論理コネクションとして規定される実施形態の場合）、材料の使用量及び／又はコストが、例えば、ボード面積と部品コストが一層削減される。
【０００９】
この実施形態では、時間的に急がないデータメッセージの前に通信リンク上を伝搬させるように、信号遷移、例えば、高から低又はデジタルで「１」から「０」（又はその逆）などの状態変化による通信を効果的に優先させることが可能である。そのような制御信号の一部としての遷移は、好ましくは、ＩＧＢＴモジュール用ゲートドライバなどのドライバにより、通信リンクの受信端での電力切換デバイスの切換を起動するために使用される。そのような切換が起動された場合、それに依存する制御が制御信号に直に応答するものと考えられる。それに代わって、そのような遷移が障害信号の一部である場合、それに依存する制御は、前記のリンクの受信端における電力切換デバイス及び／又は、例えば、変換器の一つ以上の位相部に直列及び／又は並列に接続されたデバイスなどの変換器内のそれ以外の電力切換デバイスの制御である（例えば、図９を参照）。従って、そのようなネットワーク内のそのようなデバイスにより案内されていた電流は、如何なる一つのデバイスでの障害事象においても、これらのデバイスの間に再分配される。
【００１０】
前に示した通り、如何なる実施形態においても、電力切換デバイスの如何なる制御も、好ましくは、駆動回路、例えば、ＩＧＢＴ用ゲートドライバを用いて実施され、そのため、如何なる実施形態の電力切換デバイスも、制御信号を受信して、それに応じてデバイスの切換を制御することと、通信リンクを介してコントローラに駆動回路及び／又は電力切換デバイスに関連する障害信号を送信することとの一つ以上を実施する駆動回路を介して通信リンクと接続される。この通信リンクの送信端及び／又は受信端は、例えば、駆動回路及び／又は電力切換デバイス、或いはコントローラとのインタフェースを備えている。
【００１１】
更に、この通信リンクが第一の通信リンクであり、この信号が第一の信号であり、このデータが第一のデータであり、この所定の遅延時間が所定の第一の遅延時間である通信方法において、この方法が、更に、第二の通信リンクを介して第二の信号と第二のデータを送信する工程を有し、この第二のリンクを介した送信工程が、第二の通信リンクの送信端に第二の信号を入力する工程と、この通信リンクの送信端に第二のデータを入力する工程と、この第二の信号が遷移を有するか否かを決定する工程と、この決定が第二の信号が遷移を有することを示す場合、第二の通信リンクの通信チャンネル上に第二の信号を送信し、その際、この送信される第二の信号が、入力された第二の信号に対して相対的に所定の第二の遅延時間だけ遅らされ、この所定の第二の遅延時間が、前記の第二の信号が遷移を有するか否かの決定を可能にする遅延時間である工程と、第二の通信チャンネルに第二のデータを送信し、その際、前記の決定が第二の信号が遷移を有することを示す場合、前記の第二の信号の送信後まで、この第二のデータの送信を遅らせる工程と、この第二の信号が送信された場合、この送信された信号を通信チャンネルの受信端で受信して、この受信した第二の信号に応じて、少なくとも一つの別の電力切換デバイスを制御する工程とを有する方法が規定される。
【００１２】
従って、一つの実施形態は、単一の物理通信リンク／チャンネルが各送信先までの信号とデータの伝送のために使用される場合でも、当該の送信先における制御又は障害信号などの信号の遷移の着信間の低いスキューを保証しながらのデータ伝送を規定する。これは、これらの信号がＩＧＢＴなどの電力切換デバイスをオン及びオフに切り換えるための制御信号である場合に、特に興味深いことである。例えば、低スキューは、電力変換器（図９を参照）における直列に接続されたＩＧＢＴの電圧平準化又は並列に接続されたＩＧＢＴでの電流共有に関して有利であり、そのような平準化は、特に、信頼性及び／又は電力消費量に影響を与える。
【００１３】
前記の複数の電力切換デバイスの切換同期に関して、一つの実施形態は、複数の切換ユニットの各々に対する制御チャンネルが既知の待ち時間を有することを可能とし、更に、そのようなユニットの間の低スキューを可能とする。同様の利点は、切換デバイス又はユニットからコントローラへの通信に関しても見い出され、そのような通信はステータス情報と監視情報の伝送に関する通信である。
【００１４】
好ましくは、第一と第二の所定の遅延時間は、第一と第二の信号が同時に送信された場合に、受信した第一の信号に応じた少なくとも一つの電力切換デバイスの制御と、受信した第二の信号に応じた少なくとも一つの別の電力切換デバイスの制御とをほぼ（例えば、正確又は大まかに）同期させる遅延時間である。従って、これらの制御がそれぞれ少なくとも一つの電力切換デバイスのオン又はオフへの切換を含む場合、これらの遅延時間が、例えば、信頼性及び／又は電力効率の改善と、切換時点での一つ以上の切換デバイスの負荷軽減との中の一つ以上を実現する。
【００１５】
チャンネルに渡って一定である既知の遅延時間を規定するために、第一と第二の所定の遅延時間がほぼ同じであり、それによって、第一の通信リンクの受信端での第一の信号の着信と第二の通信リンクの受信端での第二の信号の着信の間のスキューが低減される。
【００１６】
更に、変調方式を用いて通信チャンネル上にデータを送信する通信方法が規定され、この方法は、受信したパルスがデータ変調方式の所定のパルス幅よりも大きい時間長を有する場合に、通信リンクの受信端で受信したパルスを制御又は障害信号パルスとして処理する、例えば、復号する工程を有する。そのようなデータは、上述した第一又は第二のデータである。好ましくは、パルスは、その長さが長さ閾値よりも大きい場合、例えば、変調方式のデータパルスの期待される時間長、例えば、データパルスの時間長の二倍よりも大きい場合、制御／障害パルスとして扱われる。これにより、例えば、伝搬状況に起因する或る程度のパルス幅変動が許容される。パルス幅に基づく区別は、制御／障害信号とデータ信号の間を周波数に基づき、この場合、データ信号と比べて制御／障害信号の低いパルス周波数に基づき区別する一つの例と考えられる。
【００１７】
遅らせる第一（第二）のデータは、通信チャンネル上の前記の第一（第二）の信号の送信から所定の遅延後に通信チャンネル上に送信される。この場合、データは、制御信号が送信された後直ちには送信されない。むしろ、データ送信に関して固定された遅延が、上述した制御／障害信号の改善された待ち時間に加えて、データ送信における既知の待ち時間及び／又は短い待ち時間を可能とする。これらのデータと信号は、第一のデータと信号又は第二のデータと信号である。しかし、一つの実施形態において、例えば、所定の遅延という言うよりもむしろ際限無くデータを遅らせることができるように、信号が高い周波数を有して、優先される場合及び／又はバッファで衝突が有る場合、所定の遅延が常に起こるとは限らず、信号が第一の遷移直後に別の遷移を有する場合、データが更に遅れることに留意されたい。
【００１８】
好ましくは、障害又は制御情報を含むことが可能な如何なるデータもパルス位置変調（ＰＰＭ）、好ましくは、差動ＰＰＭ（ＤＰＰＭ）を用いて通信チャンネル上に送信される。通信チャンネル上にデータを送信する際の遅延を実現するために、空シンボルが第一及び／又は第二のデータに挿入される。
【００１９】
更に、通信チャンネル上での信号とデータの送信が前記の少なくとも一つの電力切換デバイスを備えたモジュールへの送信であり、信号が制御信号であり、受信信号に応じた制御が、このモジュールの前記の少なくとも一つの電力切換デバイスの切換制御である通信方法が規定される。
【００２０】
更に、通信チャンネル上での信号とデータの送信が前記の少なくとも一つの電力切換デバイスを備えたモジュールからの送信であり、信号が障害信号であり、受信信号に応じた制御が、電力変換器の前記の少なくとも一つの電力切換デバイスの切換制御である、例えば、リアルタイム要件を有する指示である通信方法が規定される。この場合、受信信号に応じた制御は、好ましくは、電力変換器の前記の少なくとも一つの電力切換デバイスの切換制御であり、例えば、障害指示と関連した電力切換デバイスの停止及び／又は電力変換器の全体的な稼動停止又は少なくとも障害モジュールが案内していた電流の再分配のための、場合によっては別のモジュールの別の電力切換デバイスの起動又は停止である。
【００２１】
同様に、信号とデータの送信が前記の少なくとも一つの電力切換デバイスを備えたモジュールからの送信であり、この信号がこのモジュールの状態表示を含む通信方法が規定され、この方法は、この状態をほぼリアルタイムに監視する工程を有し、この方法は、好ましくは、この状態表示に基づくほぼリアルタイムな制御を有する。そのような状態表示は、ステータス及び／又は監視情報、例えば、センサ測定値を有する。好ましくは、この状態表示は、リアルタイム監視を要求する役割を果たす。この指示された状態は、例えば、電力切換デバイスのモジュール及び／又はこのモジュールの駆動回路のパラメータと関連する。この状態は、ステータス、センサ出力及び／又は電圧、電流、温度、湿度などの測定された特性である。
【００２２】
モジュールからの信号とデータの伝送に関する上記の何れかの場合において、データは、単にコントローラから受信した信号（例えば、障害信号又は電力切換デバイスの切換を起動する制御信号、及び／又はデータの受信を確認する信号）の受信確認を有する。
【００２３】
更に、信号とデータの送信が前記の少なくとも一つの電力切換デバイスを備えたモジュールへの送信であり、このデータが、このモジュールで実現すべき設定形態及び／又はこのモジュールの状態表示のための少なくとも一つの要求及び／又はこのモジュールから受信した信号（例えば、制御又は障害信号）の少なくとも一つの受信確認を表す通信方法が規定される。
【００２４】
更に、信号とデータの送信が前記の少なくとも一つの電力切換デバイスを備えたモジュールからの送信であり、このデータが、実際のモジュール設定形態及び／又はこのモジュールの少なくとも一つの状態表示及び／又はこのモジュールで受信された信号の少なくとも一つの受信確認を表す通信方法が規定される。
【００２５】
更に、前記の通信リンクの別のチャンネル上にクロック信号を送信する工程と、このクロック信号を通信リンクの送信端と受信端での論理回路動作を同期させるために使用する工程とを有し、この論理回路動作が受信信号及び／又は受信データを処理する動作である通信方法が規定される。この利点は、タイミングの不確実性が低減されることである。一つのクロックドメインは、信号とデータを別個のクロックに再同期させる必要が無いことを意味する。唯一つのクロックドメインの場合、信号とデータは、一般的に信号のタイミングを取るにつれて不確実性（スキュー及び／又はジッター）を生じさせるタイミング境界を跨ぐ必要が無い。
【００２６】
制御信号のジッターを低減するために、本方法は、受信端で受信した信号及び／又はデータからクロック信号を復元する工程と、この復元したクロック信号に基づき通信チャンネルの送信端と受信端での論理回路動作を同期させる工程とを有し、この論理回路動作が受信した信号及び／又はデータを処理する動作である。そのような復元は、位相同期ループを用いて実現される。
【００２７】
本発明の第二の観点において、少なくとも一つの電力切換デバイスを備えた少なくとも一つのモジュールを有し、更に、この少なくとも一つのモジュールを制御する少なくとも一つのコントローラを有する電力変換器用の通信システムが規定され、このシステムは、信号とデータを受け取るように構成された送信機を有し、この送信機が、この少なくとも一つのモジュールをこのコントローラと接続する通信チャンネルを介して、この受け取った信号とデータを送信し、この送信機が、受け取った信号を保存するように構成された信号バッファと、受け取ったデータを保存するように構成されたデータバッファと、保存した信号が遷移を有するか否かを決定するように構成された検出器とを有し、この送信機が、この信号バッファにより決まる所定の遅延時間だけ、通信チャンネル上での保存信号の送信を遅らせるように構成され、この所定の遅延時間が、前記の決定のための遅延時間であり、このデータバッファは、この検出器が保存信号が遷移を有することを示す場合に、前記の通信チャンネル上での保存信号の送信後まで、通信チャンネル上での保存データの送信を遅らせるように構成されている。
【００２８】
そのような実施形態では、信号バッファは、好ましくは、送信機から受け取った制御信号の送信を遅らせ、データバッファは、同じく送信機から受け取ったデータの送信を遅らせる。この各バッファで実現される遅延時間は、通信リンクを介して送信される一時保存されたデータ／信号に関して短い待ち時間及び／又は既知の待ち時間を実現する。一方又は両方の遅延は、例えば、シリアルバッファの長さ及び／又はバッファからの出力タイミングを制御するタイマーを用いて決定される。
【００２９】
更に、信号が第一の信号であり、所定の遅延時間が所定の第一の遅延時間である通信システムが規定され、このシステムは、前記の別のモジュールと接続された前記の別の通信チャンネル上に前記の別の信号と前記の別のデータを保存して送信するように構成され、このシステムは、この別の信号が遷移を有するか否かを決定する検出器を有し、このシステムは、別の信号の前記の保存のための信号バッファにより決まる所定の第二の遅延時間だけ、別の通信チャンネル上における保存された別の信号の送信を遅らせるように構成され、この所定の第二の遅延時間は、第二の信号が遷移を有するか否かの前記の決定のための遅延時間であり、これらの第一と第二の所定の遅延時間が、当該の通信チャンネルの受信端での第一と第二の信号の着信間のスキューを低減する値を有する。
【００３０】
更に、第一と第二の所定の遅延時間が、受信した第一の信号に応じた少なくとも一つの電力切換デバイスの前記の制御と受信した別の信号に応じた少なくとも一つの別の電力切換デバイスの前記の制御とをほぼ同期させる値を有する通信システムが規定される。
【００３１】
更に、前記の通信チャンネルを介して送信機から送信された前記の信号とデータを受信する受信機を有し、この送信機が、変調方式を用いて通信チャンネル上にデータを送信するように構成され、この受信機が、所定のパルス幅がこのデータ変調方式のパルス幅であるとして、受信したパルスがこの所定のパルス幅よりも大きい時間長を有するか否かを決定するように構成された検出器と、この検出器の出力が受信したパルスがこの所定のパルス幅よりも大きい時間長を有することを示す場合に、通信チャンネルの受信端で受信したパルスを制御信号パルスとして復号するように構成された復調器とを有する通信システムが規定される。
【００３２】
更に、この通信システムを備えた電力変換器が規定され、この変換器は、前記の少なくとも一つの電力切換デバイスと、この少なくとも一つの電力切換デバイスの切換を制御する駆動回路とを備えた少なくとも一つのモジュールを有し、この変換器は、この少なくとも一つの電力切換デバイスを制御するための信号を出力する少なくとも一つのコントローラを有し、この変換器は、少なくとも一つの通信チャンネルのための少なくとも一つの通信リンクを有する。
【００３３】
更に、前記の少なくとも一つの電力切換デバイスがＩＧＢＴを有する電力変換器又は通信システムが規定される。
【００３４】
好ましい実施形態は、添付された従属請求項で定義されている。
【００３５】
上記の如何なる一つ以上の観点及び／又は好ましい実施形態の上記の如何なる一つ以上の任意選択の特徴も、如何なる順列でも組み合わせることができる。
【００３６】
ここで、本発明のより良い理解及び本発明の実現形態の提示のために、実施例に関する添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】システムの実施形態のブロック図
【図２ａ】方法の実施形態のフロー図
【図２ｂ】例えば、図２ｃのブロック図に関する方法の実施形態のフロー図
【図２ｃ】ブロック図
【図３】通信リンクにより接続された送信機と受信機の実施形態のブロック図
【図４】符号化されたデータ信号のタイミング図
【図５】データ／制御信号の衝突を示す符号化されたデータのタイミング図
【図６ａ】ｄａｔａ＿ｉｎ＝０とｃｏｎｔｒｏｌ＿ｉｎの０から１への遷移を示し、８５２ｎｓ後にｃｏｎｔｒｏｌ＿ｏｕｔが出現する、送信機から受信機に送られるデータと制御信号のタイミング図
【図６ｂ】図６ａを拡大して、パルスと送信及び受信クロック（ｃｌｋ＿ｔｘとｃｌｋ＿ｒｘ）の間の関係を示す、送信機から受信機に送られるデータと制御信号のタイミング図
【図６ｃ】ｄａｔａ＿ｉｎ＝１とｃｏｎｔｒｏｌ＿ｉｎの１から０への遷移を示し、８５０ｎｓ後にｃｏｎｔｒｏｌ＿ｏｕｔが出現する、送信機から受信機に送られるデータと制御信号のタイミング図
【図６ｄ】図６ｃを拡大した、送信機から受信機に送られるデータと制御信号のタイミング図
【図７】システムの受信機で送信クロックを復元するために位相同期ループ（ＰＬＬ）を使用したシステムブロック図
【図８】送信信号から送信クロックを復元するために位相同期ループ（ＰＬＬ）とクロック復元ブロックを使用したシステムブロック図
【図９】変換器の実施形態、例えば、複数位相部インバータで見られる（単に例としてＩＧＢＴを表示した）切換デバイスのネットワーク図
【図１０ａ】一つ以上の位相部の半分の位相部毎に一つ以上の電力切換デバイスを備え、各デバイスドライバ２が当該のドライバコントローラ１と接続された形態及び／又は複数のデバイスドライバ２が共通して一つのドライバコントローラ１と接続された形態のインバータなどの電力切換設備内の制御回路のブロック図
【図１０ｂ】図１０ａの代替構成図
【図１１】システムの実施形態のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００３８】
一つの実施形態が、ＡＣ／ＤＣコンバータ又はＤＣ／ＡＣインバータなどの電力変換器に適用可能な通信方法を提供する。単なる例として、図９は、各位相部の上側と下側の各々に二つのＩＧＢＴが積み重ねられた複数位相部インバータを図示している。単一又は複数位相部インバータは、ＩＧＢＴがゲートドライバ２により制御されるように接続された一つ以上の位相部をデバイス側に備えた図１０ａの電力切換設備４として提供されている。これらのデバイスドライバは、それぞれ制御側のゲートドライバコントローラ１により制御されるように接続されている。
【００３９】
図１０ａの電力切換デバイス５ａ，５ｂは、ＩＧＢＴとして図示されているが、それに追加して、或いはそれに代わって、一つ以上のＦＥＴ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ又はＪＦＥＴ）、ＬＩＬＥＴ、ＳＣＲなどから構成される。そのようなデバイス５ａ，５ｂが、それぞれ逆電圧及び逆電流に対して切換デバイスを保護するために、並列に接続された任意選択のフリーホイールダイオードを有するデバイスとして図示されている。
【００４０】
各デバイスドライバとそれに対応するドライバコントローラ間の接続は、好ましくは、例えば、変圧器結合又は光結合を用いた電気絶縁を提供する。従って、図１０ａの好ましくは両方向の各リンク３は、光ファイバ（例えば、両方向通信用光ファイバ又は方向毎のそのようなファイバ）又は変圧器を備えている。一つの実施形態の通信方法は、そのようなリンクを介した通信のために実現される。
【００４１】
例えば、図９に関して、当業者が認識する通り、図１０ａに図示されていない回路が存在し、特に、一つ以上の電力切換デバイスが電源供給レール（例えば、ＶＳＳ及び０Ｖ）に繋がる線の中の一方又は両方に存在し、そのことを示すために、図１０ａでは、これらの線は中断されている。
【００４２】
図１０ｂの拡大図は、単一の制御可能なスイッチ２０２が９個の半導体製電力切換デバイス２１０を備えた同様であるが縮尺を拡大したシステムを図示しており、例えば、それぞれが炭化ケイ素ダイを備え、複数のデバイスが電圧レベルを発生させるために並列に接続され、そして、複数のデバイスの組が電圧レベルを直列接続するために直列に接続されている。それ以外の構成では、単一の切換デバイスコントローラが、二つ以上のスイッチ又はデバイスダイを制御する。各スイッチ２１０は、当該の切換デバイスコントローラ１３０を有し、その切換デバイスコントローラは、次に、サブコントローラ１２０ａ，ｂの中の一つと接続される。図示されている通り、別個のバスがサブコントローラと切換デバイスコントローラの間を延びており、そのため、そのようなバスが切換デバイスコントローラ毎に一つ有るが、それは単なる例である。複数のスイッチを備えた高電圧及び／又は高電流電力用電気回路では、数百又は場合によっては、数千の半導体製切換デバイスが直列及び／又は並列に接続された形で用いられ、この切換デバイスコントローラシステムは、これらのデバイスが同期して、事実上ほぼ同時に切り換わるように、これらのデバイスの切換を制御する。この実施形態の通信方法の使用がそのような同期を改善する。
【００４３】
特に、この通信方法を考えると、好ましい実施形態は、有利には、単一の物理リンクを介して二つのデータストリームを多重化して、これらのデータストリームの中の一つを既知の待ち時間で送信先に着信させる実施形態である。二つ以上の物理リンクを使用する場合、それは、待ち時間が既知である二つのチャンネルの間のスキューが小さいことを意味する。好ましくは、非リアルタイムデータが差動パルス位置変調（ＤＰＰＭ）により伝送される。ＤＰＰＭは、光インタフェースと電気インタフェースの両方と互換性が有り、パルス歪みに強く、クロックを送信する必要が無く、産業用途で広く使用されているので有利である。本方法は、任意選択により、上述した通り、「インサイト通信プロトコル（ＩＣＰ）」を用いたネットワークにおいて実施される。
【００４４】
従って、有利には、一つの実施形態は、制御信号にタイミングの大き過ぎる不確実性を加えること無く、単一のチャンネルを介して制御情報とデータ情報を送信することを可能とする。
【００４５】
比較のために、より有利でない構成では、その時に一つのチャンネルがＰＰＭ／ＤＰＰＭ又はそれ以外のパケットベースの通信標準によりデータワードを送信している場合、制御信号の送信前に、このワードが送信されるまで待つことは、このワードの送信時間に等しいタイミングの不確実性を発生させる。それに代わって、制御信号の送信を可能とするために、その時のワードを中断できるが、それは、大きなデータパケットを無効にする可能性の有るデータワードエラーを引き起こす。これは、ワードの正当な中断とチャンネルエラーの間の区別を難しくする不効率な通信システムにする。制御とデータの送信元が同じ場合、制御信号間のアイドル時間中にデータを送信することが可能である。しかし、典型的な電力変換器では、制御信号は、データに対して非同期に発生し、異なる送信元から発生する可能性が有る。この解決策を既存の設備に後で組み込むために、一般的に元の設備がチャンネルが使用されていない時間を特定するのに適した信号を提供しないものと仮定する。
【００４６】
一つの実施形態は、好ましくは、制御信号の以下の特徴を利用する。
（ａ）制御信号のタイミングが低から高又は高から低への遷移により伝送される。及び／又は
（ｂ）チャンネル間の低スキューを実現するために、（典型的には、１μ秒以内の）追加の待ち時間を許容できる。及び／又は
（ｃ）制御信号の帯域幅がデータ信号の帯域幅よりも狭い。
【００４７】
この実施形態は、有利には、通信チャンネルの各端にバッファ（タイミングウィンド）を配備する。これらのバッファは、チャンネルに渡って一定である既知の遅延時間を導入する。
【００４８】
送信端では、制御及びデータ信号がバッファに入力される。制御信号に遷移が見い出されない場合、データが送信される。遷移が見い出された場合、データは、制御信号が送信されるまで遅らされる。この制御信号の遷移後に、データ送信の再開前に遅延が生じる。
【００４９】
受信端では、着信信号がＤＰＰＭ標準として復号される。受信したパルスが標準パルス幅の２倍よりも大きい場合、それは制御信号として復号される。このようにして、このプロトコルは、パルス幅歪みを許容する。
【００５０】
この構成の一つの拡張は、送信と受信の論理を時間同期させるために、別個のチャンネルにより送信端からクロック信号を送信することに関する。それに代わって、好適な位相同期ループ（ＰＬＬ）を配備した場合、このクロック信号を着信データから復元することができる。これは、制御信号のジッターを更に低減する。
【００５１】
そのような解決策の実施形態は、光チャンネル及び電気チャンネルに相応しい。これは、接続速度に依存せず、そのため、狭い帯域幅のプラスチック製光ファイバ用の送受信機（１Ｍｂｐｓのビット速度）から高速差動電気送受信機（１００Ｍｂｐｓ以上のビット速度）までの送受信機と共に使用することができる。好ましくは、チャンネルは、直流（ＤＣ）成分を送信することができ、そのため、直流（ＤＣ）復元を採用していない場合、交流結合だけのインタフェースは余り適していない。
【００５２】
幾つかの実施形態が、例えば、ＩＧＢＴのゲートを駆動するためのゲート駆動製品、例えば、電力変換器において実施される。しかし、この原理は、それ以外のセンサ用途にも適用可能である。例えば、電力変換器において電圧、電流、温度又は湿度を測定する如何なるセンサも、同様のシステムを使用することができる。センサデータを既知の待ち時間で配信する必要が有る場合、制御信号がセンサ測定情報となり、データがセンサに関するコンフィギュレーション及びステータス情報となる。センサデータに対するリアルタイム要件が無い場合、それは、障害を示すために使用されるデータチャンネルと制御チャンネル上で実施される。更に、コスト又はサイズの理由から物理チャンネルの数を制限しなければならない高電圧領域以外に、別の用途が有る。
【００５３】
図１は、通信リンクにより当該のモジュールと接続されたコントローラを備えた実施形態のシステムブロック図を図示している。各モジュールは、一つ以上の電力切換デバイス（Ｄ１〜Ｄ４）を備えており、これらのデバイス用のゲートドライバなどの切換ユニットが図示されていないことに留意されたい。通信リンクの送信端における、即ち、コントローラＣ０又は一つのモジュールと関連する各送信機Ｔ０，Ｔ０’は、信号及びデータバッファＴ１，Ｔ２と遷移検出器を備えている。従って、通信リンク上に出力される信号とデータの両方は、信号が制御信号であるか障害信号であるか、即ち、遷移を有するか否かを調べられている間保存される。これらの任意選択のタイミング部品ｔｓ，ｔｄは、それぞれ信号とデータの保存（遅延）時間のタイミングを取るために使用され、それに代わって、何れかの遅延が、それに対応するバッファの構造、例えば、シリアルバッファの長さによって決定される。クロック信号を通信リンク上での信号及びデータの送信内に組み込むか、或いは通信リンク上の追加チャンネルで送信することを可能にするために、コントローラ又は送信機の中又は外にクロックが配備される。従って、受信機Ｒ０，Ｒ０’は、受信した送信情報を復号するために、例えば、送信情報の信号とデータを区別するために、受信機Ｒ０，Ｒ０’内でのパルス幅又は周波数検出を可能とするクロック復元ユニットＲ１，Ｒ１’を備えている。このクロック復元は、位相同期ループ（ＰＬＬ）を用いて実現される。一つの方法のフロー図が図２ａに図示されており、同時に実施される工程Ｓ１とＳ２では、リンク上で通信すべき信号とデータを受け取る。これらの信号及び／又はデータは、異なる入力から受け取るか、（例えば、送信機を備えたコントローラ又はモジュールにおいて）送信機に対して局所的に生成されるか、或いはその両方である。これらの信号とデータは、例えば、（例えば、周波数、振幅又はパルス幅に基づく）変調方式により区別されるか、信号及び／又はデータをＬＦＯＮユニットから受け取って、ＬＦＯＮネットワークと同じ手法で区別されるか、或いはその両方である。この信号の受け取りは、（実際には、例えば、上述したシリアルバッファにより、タイミングの遅延が実施されるが、）遅延のタイミングを取るためのタイマーを始動する。遅延中の工程Ｓ３において、信号は、それが遷移を有するか否か、従って、制御信号として扱うべきか障害信号として扱うべきかを検出するために調べられる。決定工程Ｓ４により決定された通り、遅延が経過すると、信号が送信される（工程Ｓ５）。データは、信号が送信された後にのみ、好ましくは、例えば、工程Ｓ１での信号の受け取りから所定の遅延後にのみ送信される。工程Ｓ３で遷移が検出されなかった場合、データだけが送信される。
【００５４】
図１１は、通信リンクにより当該のモジュールと接続される少なくとも一つのコントローラを備えた通信システム１０１の実施形態のシステムブロック図を図示している。このシステムは、通信リンク及び／又はモジュールを備えた形又は備えない形で実現される。一つの実施形態は、（しかし、同じ又は別個のコントローラに送信機Ｔ０１とＴ０２が配備される）コントローラＣ０１と、電力切換デバイスＤ１１及び／又はＤ２１を備えたモジュールＭ１’を有する通信チャンネル受信端と、第一の（例えば、制御又は障害）信号と第一のデータを送信するための送信機Ｔ０１を有する送信端と、一つの通信チャンネルを有する第一の通信リンクと、（第一の信号の送信から所定の遅延時間Ｔｄ１後にデータを送信することを可能とするデータバッファも配備された）所定の第一の遅延時間（Ｔｓ１）を実現するための信号バッファと、検出器Ｔ３１と、別のモジュールＭ２’を有する通信チャンネル受信端と、別の電力切換デバイスＤ１２及び／又はＤ２２と、別／第二の（例えば、制御又は障害）信号と別／第二のデータを送信するための送信端と、一つの（別の）通信チャンネルを有する別／第二の通信リンクと、検出器Ｔ３２と、（別／第二の信号の送信から所定の遅延時間Ｔｄ２後にデータを送信することを可能とするデータバッファも配備された）所定の第二の遅延時間（Ｔｓ２）を実現するための信号バッファとの中の一つ以上を備えている。
【００５５】
図２ｂは、信号とデータの入力が連続した動作であることを図示し、更に、信号の遅延後とバッファに別の遷移が有る場合にデータを送信しないことを図示した、より詳細なフロー図である。
【００５６】
図３に図示されたような好ましいシステム実施形態は、一般的に個々の電力トランジスタ又は同様のデバイスのオン／オフ状態を制御する、電力用電子機器システムの部品である一つ以上の切換デバイス又はそのような少数のデバイスを有する。例えば、ＩＧＢＴ用のゲート駆動装置である。コントローラ又は制御装置（ＣＤ）は、全ての切換デバイスの所要の状態を決定して、その状態をＩＣＰを介してデバイスに伝える。そのような制御装置（ＣＤ）から切換デバイス（ＳＵ）への制御信号は、切換デバイスの所要の電力用電子機器状態（オン又はオフ）を示す。更に、障害信号は、障害が発生したことを示す、切換デバイス（ＳＵ）から制御装置（ＣＤ）への信号である。ＬＦＯＮベースの実施形態は、プラスチック製光ファイバ（ＰＯＦ）と、コントローラが切換デバイスを作動させるために「点灯」を送信し、切換デバイスを停止するために「消灯」を送信する単純なプロトコルとを用いて、一定数の切換デバイスと接続された単一のコントローラユニットを使用する。この切換デバイスは、戻りファイバ上における短い（オフ）パルスにより各遷移を確認し、長い（オフ）信号により障害を示す。
【００５７】
「インサイト通信プロトコル（ＩＣＰ）」と呼ばれる出願人のプロトコルを用いたネットワーク内において、一つの実施形態が実現される。ＩＣＰは、装置間のデータ通信を可能とする一つのデータチャンネルにより切換信号を多重化する。このＩＣＰは、インターネットプロトコルの範囲を電力切換デバイスにまで拡大して、それらのデバイスを「インターネット・オブ・シングズ」に参加可能とするために使用される。全体的に電力用電子装置（コントローラ、切換デバイス等）から構成される「アイランド・ネットワーク」の形成が期待されるが、幾つかの場合、広域ネットワークを介して情報を提供するために、それらのアイランドをプライベート及びパブリックインターネットと接続したいとの要望も期待される。
【００５８】
より詳しくは、ＩＣＰは、少なくとも物理層、データリンク層、ネットワーク層及びアプリケーション層を有する。従って、ＩＣＰの一つの実施形態は、
（ａ）異なる環境条件とシステム要件に適した一組の物理層プロトコル（これらの物理層プロトコルは、制御／障害信号に追加して、通信装置間の両方向データビットストリームを提供する）、
（ｂ）物理層から独立した一つのデータリンク層プロトコル（これは、通信装置間のデータフレームの伝送を可能とし、このデータリンク層の定義は、ハードウェアアドレス（ＭＡＣアドレス）の定義、フレームチェックサム等を含む）、
（ｃ）異なるネットワークセグメント上の装置間のパケット伝送を可能とする一つのネットワーク層プロトコル、及び
（ｄ）マシン同士の通信と人とマシン間の通信の両方を可能とする一つのアプリケーション層プロトコル、
を有する。
【００５９】
これらの物理層及びデータリンク層プロトコルは、単一の制御装置（ＣＤ）と一組の切換デバイス（ＳＵ）の間のネットワークなどのローカルエリアネットワークを形成するために使用され、それは、１メートル程度から数百メートルまでの距離に渡るネットワークである。しかし、これらのネットワーク及びアプリケーション層は、標準的なインターネットプロトコルを使用しており、そのため、ＩＣＰの低位層を「ラストリンク」のためだけに使用する広域ネットワークを介して使用される。
【００６０】
以下において、そのような通信システムの実施形態の物理層（インタフェース）を電力変換器に関して実現した形態を説明する。この物理層は、通信装置間の両方向データビットストリームを提供する責任が有る。しかし、電力切換システムの要件に応じた物理層の異なる実現形態も考えられる。例えば、妥当な地理的領域（例えば、ＨＶＤＣ局）に渡って広がる、電気絶縁要件が非常に高いシステムは、光ファイバ通信システムを必要とし、例えば、客車内のコンパクトな電力用電子機器サブシステムは、銅線上の電気プロトコルによって、より良好に動作する。異なる物理層は、（場合によっては、非対称な）様々な帯域幅利用可能性又は異なる動作モードなどの著しく異なる能力を提供する。
【００６１】
一つの実施例は、ＩＣＰ−ＰＨＹ−５Ｆ型５Ｍｂｉｔ／ｓ光ファイバを使用し、このＩＣＰ−ＰＨＹ−５Ｆの物理層は、制御／障害信号を重ね合わせたポイント・ツー・ポイントデータリンクを提供するために一対の５Ｍｂｉｔ／ｓファイバを使用する出願人のプロトコルである。それは、排他的ＯＲ演算を用いて、制御／障害信号とパルス位置変調（ＰＰＭ）データ信号の二つの信号を組み合わせることに基づく両方向信号伝送メカニズムである。
【００６２】
この受信機は、ローパスフィルタを用いて、（比較的高い周波数の）データパルスから（比較的低い周波数の）制御／障害信号を区別することができる。この送信機は、切換／障害信号上においてパルスと遷移の間の衝突が無いことを保証する責任が有る。パルス間の時間間隔は、三つのシンボル（二進の「１」、二進の「０」又は「空」）の中の一つを符号化する。この空シンボルは、「１」又は「０」よりも長い時間間隔を有し、衝突を防止するために、必要に応じて挿入される。
【００６３】
ＩＣＰ−ＰＨＹ−５Ｆは、以下の一般的な特性を有する。
（ａ）２０ｍまでの距離に関するプラスチック製光ファイバ（ＰＯＦ）対に基づくＣＤとＳＵ間のポイント・ツー・ポイント接続の提供、
（ｂ）１μｓ以内の（ＬＦＯＮと比べて）増加した待ち時間と５０ｎｓ以内のジッターを有する制御／障害信号、
（ｃ）制御／障害信号が約２００ｋＨｚに近づくにつれて、データ伝送が不可能となるまでデータ速度が低下する、典型的には、１００ｋＨｚ以内の制御／障害信号伝送周波数と独立した約５００ｋｂｉｔ／ｓの生データ速度。
【００６４】
このＩＣＰ−ＰＨＹ−５Ｆは、ＩＣＰ−ＰＨＹ−５Ｆインタフェースを備えた切換デバイスがＬＦＯＮ切換信号を正しく解釈し、制御装置により正しく解釈できる障害信号を提供する限り、ＬＦＯＮと互換性が有る。これは、ＩＣＰ−ＰＨＹ−５ＦデバイスをＬＦＯＮに挿入することを可能とする。
【００６５】
物理層の論理インタフェースに関して、ＩＣＰ−ＰＨＹ−５Ｆ物理層は、以下のインタフェースを有する。
（ａ）光ファイバ送信機への送信出力、
（ｂ）光ファイバ送信機からの受信入力、
（ｃ）データリンク層からのデータビットストリーム入力、
（ｄ）データリンク層へのデータビットストリーム出力、
（ｅ）制御入力（ＣＤ用切換信号又はＳＵ用障害信号）、
（ｆ）制御出力（ＣＤ用障害信号又はＳＵ用切換信号）。
【００６６】
図３は、そのようなインタフェースを有する送信機と受信機の接続図を図示している。
【００６７】
この物理層データ符号化方式の例は、差動パルス位置変調（ＤＰＰＭ）に基づく例である。シンボルは、隣り合うパルス間の時間間隔の変調によって符号化される。この隣り合うパルス間の時間間隔は、隣り合う立ち下りエッジ間の時間間隔によって規定される。
【００６８】
この送信機は、出力信号内の反転としてデータパルスを発生し、このデータパルスの時間長は、（ファイバ用送受信機の公称パルス幅である）パラメータｐｈｙＴｘＰｕｌｓｅＤｕｒａｔｉｏｎにより与えられる。この受信機は、タイミングがｐｈｙＲｘＰｕｌｓｅＤｕｒａｔｉｏｎにより与えられる範囲内である場合、入力データパルスを受け入れるべきである。この受信機は、ｐｈｙＴｘＰｕｌｓｅＤｕｒａｔｉｏｎの少なくとも２倍の間入力が変化しない場合にのみ、制御出力を更新すべきである（ローパスフィルタ）。
【００６９】
二進の「０」は、ｐｈｙＴｘＺｅｒｏＤｕｒａｔｉｏｎの間隔を有する隣り合うパルスを送信することによって符号化され、二進の「１」は、ｐｈｙＴｘＯｎｅＤｕｒａｔｉｏｎの間隔を有する隣り合うパルスを送信することによって符号化される。この受信機は、間隔がｐｈｙＲｘＺｅｒｏＤｕｒａｔｉｏｎにより与えられる範囲内である場合に「０」を識別し、間隔がｐｈｙＲｘＯｎｅＤｕｒａｔｉｏｎにより与えられる範囲内である場合に「１」を識別すべきである。これらの範囲外のパルス間間隔は、「空シンボル」であり、そのパルスタイミングのリスタート以外、受信機により無視される。
【００７０】
この送信機は、切換／障害信号における変化とデータパルス間の衝突を防止するために、如何なる時点でも空シンボルを挿入する。送信機が切換／障害信号のエッジの前又は後のｐｈｙＣｏｌｌｉｓｉｏｎＤｕｒａｔｉｏｎ以内のデータパルスを検出した場合、空シンボルを挿入すべきである。これらの空シンボルの利点は、
（ａ）ファイバ用送受信機の最小パルス幅よりも短いパルスをファイバ上に送信することの防止、及び／又は
（ｂ）受信機でローパスフィルタによりエッジを復元できるように、データパルスの無い、制御信号エッジの前及び後の十分な時間の許容、
である。
【００７１】
この送信機は、ｐｈｙＮｕｌｌＤｕｒａｔｉｏｎにより与えられる間隔で空シンボルを発生する。しかし、空シンボルの時間長に関する最大値は存在しないが、大き過ぎる値は、データスループットを低下させる。
【００７２】
この送信機は、切換／障害信号に追加遅延を追加して、この遅延タイムスロットの間に遷移が存在しないことを調べることによって、データパルスと切換／障害信号間の、場合によっては起こる衝突を検出する。
【００７３】
以下の表は、ＩＣＰ−ＰＨＹ−５Ｆ物理層のパラメータの数値例を与える。
【００７４】
【表１】
0006422959.tif 000002
【００７５】
図４は、「０」、「１」、「０」の二進シーケンスの符号化例を図示している。パルス間の間隔がデータ値を符号化している。
【００７６】
図５は、（ｐｈｙＴｘＯｎｅＤｕｒａｔｉｏｎの遅延後の）時点Ｂで起こるパルスが制御線上の遷移のｐｈｙＣｏｌｌｉｓｉｏｎＤｕｒａｔｉｏｎ以内であること以外は、図４と同じデータシーケンスを図示している。これらの三つの軌跡は、（上から下に）送信すべき制御信号、パルス符号化データ信号及び実際の送信信号を表す。この送信機は、空シンボルを挿入しており、パルス列全体が、衝突を防止するために、ｐｈｙＮｕｌｌＤｕｒａｔｉｏｎだけ遅らされている。
【００７７】
図６ａ〜６ｄは、送信機から受信機に送られるデータと制御信号を図示している。各データパルス幅が複数のシステムクロックサイクルから構成されるが、クロックの時間長は非常に重要なことではない。最小パルス幅は、チャンネル特性によって設定される。パルス間の間隔を変化させることができる。ここに図示された比率は、ＣＰＬＤ及びＦＰＧＡなどの標準的なプログラム可能な装置で実現するために選択されている。この例では、システムクロックは５０ＭＨｚ、即ち、２０ｎｓ周期である。しかし、このシステムは、如何なる周波数にも拡縮することができ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの特注装置に配備することができる。この波形では、送信クロックと受信クロックが時間同期しているが、それは必要なことではない。図６ａ〜６ｄのタイミングチャートでは、
（ａ）ｃｌｋ＿ｔｘが送信クロックであり、
（ｂ）ｄａｔａ＿ｉｎがリンク層から送信すべきデータであり、これらのチャートでは、常に０又は常に１であり、
（ｃ）ｃｏｎｔｒｏｌ＿ｉｎが送信すべき制御信号であり、「０」から「１」又は「１」から「０」への遷移が図示され、
（ｄ）ｐｈｙ＿ｔｘが物理インタフェースからの出力、即ち、インタフェースを通過する信号であり、
（ｅ）ｃｌｋ＿ｒｘが、ｃｌｋ＿ｔｘと同じ周波数を有する受信クロックであるが、必ずしも時間同期しておらず、
（ｆ）ｄａｔａ＿ｏｕｔが受信機により復号化されるリンク層へのデータであり、このチャートでは、常に０又は常に１であり、
（ｇ）ｃｏｎｔｒｏｌ＿ｏｕｔが受信機により復号化され、復元された制御信号である。
【００７８】
これまでに図示した波形は、如何にして既知の待ち時間で制御信号をＣＤからＳＵに送信するのかを説明する。制御入力が送信クロックと同期している場合、導入されるタイミングの不確実性は、受信クロックのクロック間隔、この場合２０ｎｓだけである。制御入力が送信クロックと同期しない場合、送信機で最大２０ｎｓが更に追加される。これらの不確実性は、制御信号が何時でも制御信号に同期しないクロックによりサンプリングされるとの事実に起因する。最悪の場合は、制御信号のエッジがサンプリング時点の直後に有る場合である。この新しい制御信号値は、一つのクロックサイクル後にサンプリングされる。そして、このタイミングの最悪の不確実性は一つのクロックサイクル間隔である。
【００７９】
この信号の伝搬遅延がＣＤと複数のＳＵの間で一致する（光ファイバ又は電線の長さが同じである）と仮定すると、制御信号は、同じ待ち時間と既知の不確実性（スキュー）で各ＳＵに着信する。
【００８０】
幾つかの用途、例えば、並列又は直列接続されたＳＵでは、同期した切換を保証するために、デバイス間のより小さいスキューが望ましい。これらの場合、送信クロックと受信クロックが同期しているか、或いは互いにロックされている場合、改善することができる。これを実現する通常の手法は、位相同期ループ（ＰＬＬ）又は遅延同期ループを用いた手法である。このＰＬＬは、典型的には、高周波数発振器（ＯＳＣ）と、フィードバック制御回路で出力クロックを基準入力と比較する位相比較器とを有する。そのような回路は、デジタル通信システムにおいて一般的である。
【００８１】
図７では、受信機が送信クロックを分割したクロックにロックされている。このクロック分割器は、システムクロックを通信チャンネル（例えば、ＬＦＯＮ）に受入可能な周波数に低減するために使用される。ＰＬＬからのクロック出力は、送信クロックと同じ周波数であり、位相が揃っている。通信チャンネルを介して低周波数クロックを送信することは、電磁干渉（ＥＭＩ）の低減に関して利点を追加する。
【００８２】
残念なことに、図７に図示されたシステムは、クロックを運ぶために（ＣＤからＳＵへの）一つの方向において追加の通信チャンネルを必要とする。一つの代替策が、送信信号からＰＬＬ用基準クロックを復元する図８に図示されている。これを成功させるために、送信機は、好ましくは、データを連続して送信する。送信すべき有効なデータが無い場合、送信機は、受信機が無視する空パケット又はフラグ文字を送信する。このフラグ文字は、たとえ制御入力が変化しない場合でも、チャンネル上に連続した遷移が見られて、基準クロックを復元するために十分な遷移が得られるようにシステムが設計されていることを保証する。
【００８３】
当業者がその他の多数の有効な代替形態を思い付くことは疑い無い。本発明がここで述べた実施形態に限定されず、これに添付した請求項の範囲内に有る当業者に明らかな変化形態を包含することを理解されたい。
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【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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