(57)【要約】二重冗長標準データバス(1)を介して輸送手段管理コンピュータ（ＶＭＣ）(50)とインタフェースするロジック(112)を備えたゲートウェイ・モジュール(100)を備えた電気配電システムを開示する。ゲートウェイ・モジュール(100)は、ＶＭＣ(50)に動作可能に接続された、複数の個別電気負荷(120)への電力の供給を選択的に制御するための複数の冗長マイクロ・コントローラ(114,116)を有している。また、電力配電センタは、種類の異なる２つの内部シリアル・データバス(2,3)を有している。複数の冗長マイクロ・コントローラ(114,116)は、それぞれ２つの内部バス(2,3)に接続されている。また、複数の負荷管理モジュール(300)が提供される。負荷管理モジュールは、それぞれ内部シリアル・データバス(2,3)に接続され、ゲートウェイ・モジュール(100)を介して制御コマンドを受け取っている。各負荷管理モジュール(300)は、局所マイクロ・コントローラ(310)と、複数の電力スイッチング・デバイス(320)と、複数の電力スイッチング・デバイス(320)に対応する複数の専用集積回路(330)であって、電力スイッチング・デバイス(320)と局所マイクロ・コントローラ(310)とをインタフェースさせるための複数の専用集積回路(330)とを備える。
2004521802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力配電センタであって、
二重冗長標準データバス（１）を介して輸送手段管理コンピュータ（５０）とインタフェースするロジック（１１２）を備えたゲートウェイ・モジュール（１００）であって、輸送手段管理コンピュータ（５０）に動作可能に接続された、複数の個別電気負荷（１２０）への電力の供給を選択的に制御するための複数の冗長マイクロ・コントローラ（１１４、１１６）を備えたゲートウェイ・モジュール（１００）と、
複数の冗長マイクロ・コントローラ（１１４、１１６）がそれぞれ動作可能に接続された、種類が異なる２つの内部シリアル・データバス（２、３）と、
それぞれ内部シリアル・データバス（２、３）に動作可能に接続された、ゲートウェイ・モジュール（１００）から制御コマンドを受け取るための複数の負荷管理モジュール（３００）であって、複数の負荷管理モジュール（３００）の各々が、
局所マイクロ・コントローラ（３１０）と
複数の電力スイッチング・デバイス（３２０）と
複数の電力スイッチング・デバイス（３２０）に対応する、電力スイッチング・デバイス（３２０）と局所マイクロ・コントローラ（３１０）とをインタフェースさせるための複数の専用集積回路（ＡＳＩＣ）（３３０）と
を備えた複数の負荷管理モジュール（３００）と、
を備えた電力配電センタ。
【請求項２】
請求項１に記載の電力配電センタであって、ＡＳＩＣ（３３０）の各々が、複数の電流定格で、ＡＣおよびＤＣの両方の負荷用に構成可能である、電力配電センタ。
【請求項３】
請求項１に記載の電力配電センタであって、ＡＳＩＣ（３３０）の各々が、真のＲＭＳ電流値を生成するべく、センス抵抗（３２２）の両端間の負荷電流センス電圧を調整するアナログ信号処理ブロック（３３８）を備え、真のＲＭＳ電流値が、Ｉ2ｔ値を計算するために使用され、ＡＳＩＣ（３３０）の各々が、Ｉ2ｔ値を使用して、異なるアプリケーション構成の下で可変トリップ回数を制御するアナログ・プロセッサ（３３４）を備える、電力配電センタ。
【請求項４】
請求項１に記載の電力配電センタであって、ＡＳＩＣ（３３０）の各々が、電力スイッチング・デバイス（３２０）の基板の温度が所定の基準温度を超えた場合に、対応する電力スイッチング・デバイス（３２０）をオープンにする熱停止回路（３３６）を備える、電力配電センタ。
【請求項５】
請求項１に記載の電力配電センタであって、ＡＳＩＣ（３３０）の各々が、ゼロ交差電流検出（３３９）およびゼロ交差電圧検出（３４１）のためのロジックを備え、ゼロ交差電流検出およびゼロ交差電圧検出（３４１）が、ＡＣモードで動作している場合、対応する電力スイッチング・デバイス（３２０）のオフ／オン起動のタイミングを制御するために使用される、電力配電センタ。
【請求項６】
請求項１に記載の電力配電センタであって、ＡＳＩＣ（３３０）の各々が、パワーアップ開始サイクル時の内部リセットおよび較正シーケンス（３３２）、電流検出および調整（３３８）、絶対電流値検出、真のＲＭＳ変換（３３７）、Ｉ2ｔ精密乗算および積分（３３４）、高速停止信号処理（３３５）、負荷ステータス表示、フェールセーフＡＣ停止熱停止信号処理（３３６）、ゼロ交差電流検出（３３９）、光絶縁入／出力信号調整（３４０）、並びにゼロ交差電圧信号調整（３４１）のうちの少なくとも１つを実行するためのロジックを有する、電力配電センタ。
【請求項７】
請求項１に記載の電力配電センタであって、連動動作を可能にするべく、複数のＡＳＩＣ（３１０）のうちの少なくとも２つが、統制的に働く、電力配電センタ。
【請求項８】
請求項１に記載の電力配電システムであって、２つのシリアル・データバス（２、３）が、それぞれ、同期シリアル周辺インタフェース（ＳＰＩ）および非同期シリアル通信インタフェース（ＳＣＩ）である、電力配電システム。
【請求項９】
請求項１に記載の電力配電システムであって、電力スイッチング・デバイス（３２０）の各々が、電力スイッチング・デバイス（３２０）に短絡故障が生じた場合に回路をオープンにする可溶性リンクを備え、可溶性リンクが、ＭＯＳＦＥＴワイヤ・ボンドである、電力配電システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の電力配電システムであって、
電力スイッチング・デバイス（３２０）の各々が、
熱センサ（３２４）と、
センス抵抗（３２２）と、
複数のＭＯＳＦＥＴであって、ＭＯＳＦＥＴの各々が、電力スイッチング・デバイス（３２０）に短絡故障が生じた場合に回路をオープンにする可溶性リンクを備え、可溶性リンクが、ＭＯＳＦＥＴワイヤ・ボンドである、複数のＭＯＳＦＥＴと、
を備える、電力配電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２００１年２月８日出願の米国仮出願第６０／２６７，５２０号の米国特許法§１１９（ｅ）下における優先権を主張したものであり、参照によってそのすべての内容が、本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、個別に制御される複数の電気負荷を有する輸送手段のための電力配電および輸送手段電力管理システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
航空機および他の輸送手段の電力配電には、電力コントローラが使用されている。また、保守と故障状態下における操作性との両方を容易にするべく、輸送手段電力を供給するためのモジュール式のアプローチが使用されている。
【０００４】
新世代の輸送手段の電力要求事項は、全く異なっており、例えば航空宇宙システムにおいて、基本的なモデルは、卓越した機械的または電気機械的制御から、バックアップの全くない、あるいはバックアップが最小限度の、卓越した電子およびコンピュータベースの制御に、移行している。このフライ・バイ・ワイヤ・システムへの移行は、ヨーロッパではＡｉｒｂｕｓが草分けであり、現在、安全限界システムが包含されている。
【０００５】
この技術移行は、電気負荷管理センタ（ＥＬＭＣ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｏａｄ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｃｅｎｔｅｒ）などの高度な配電コントローラを必要とする、基本的であって技術的かつ商用的な課題を提起している。スイッチング技術（ソリッド・ステート）およびコンピュータ制御の進歩により、現在、全自動式の電力システム（ＥＰＳ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ）の可能性が提供されている。ソリッド・ステート電力コントローラ（ＳＳＰＣ：Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ）、遠隔電力コントローラ、スマート接触器および自動システム・プロセッサの組合せが、ＥＬＭＣに展開されている。
【０００６】
コンピュータ制御システム技術の進歩により、電力制御を始めとするより多くのシステム機能が、コンピュータ制御コマンドの支配下にある。より高度な電力制御技術および保護技術は、機械式遮断器および継電器を置き換えるべく、航空宇宙電力システムへの道を歩んでいる。
【０００７】
Ｄａｒｔｙらに発行された米国特許第５，７５２，０４７号に、マイクロ・コントローラを備えたモジュール式ソリッド・ステート電力コントローラが開示されている。このモジュール式ソリッド・ステート電力コントローラには、対応する電気負荷回路と結合した多数の半導体電力スイッチを制御するための、負荷カード中に埋め込まれた複数の低コスト低速マイクロコンピュータが含まれている。コントローラ・カード上のマスタ（ｍａｓｔｅｒ）・コントローラ・マイクロコンピュータが、バックプレーン・カードに沿って延びた、コントローラ・マイクロコンピュータと負荷カードの各々とを相互接続しているシリアルデータ経路を介して、負荷カード中に埋め込まれた複数のマイクロコンピュータの各々と双方向通信している。負荷カードの各々には、それぞれのスレーブ（ｓｌａｖｅ）・カードと結合した、コントローラ・マイクロコンピュータからのコマンドによって起動される半導体電力スイッチが含まれている。
【０００８】
しかしながら、Ｄａｒｔｙらの設計には、個別の部品が利用されているため、電力スイッチの制御に、限界がある。したがって、マイクロコンピュータを備えたこのモジュール式ソリッド・ステート電力コントローラには、電力スイッチの基本的なオン／オフ制御に限界があり、局所制御機能と柔軟なＳＳＰＣの構成とが、不可能である。
【０００９】
したがって、局所マイクロ・コントローラとインタフェースし、かつ、機能の追加および個々の電力スイッチの構成を可能にする、統合された高水準の電力スイッチ・コントローラを備えたＥＬＭＣを有することが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（発明の概要）
本発明によれば、二重冗長標準データバスを介して輸送手段管理コンピュータ（ＶＭＣ：Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）とインタフェースするためにロジックを備えたゲートウェイ・モジュールを備えた電力配電センタを提供することにより、従来のシステムの欠陥が克服される。ゲートウェイ・モジュールは、複数の個別電気負荷への電力の供給を選択的に制御するために、ＶＭＣに動作可能に接続された複数の冗長マイクロ・コントローラを備えている。また、電力配電センタは、２つの内部シリアル・データバスを有している。この２つの内部シリアル・データバスは、２つの異なるタイプの内部シリアル・データバスであり、また、複数の冗長マイクロ・コントローラは、それぞれ上記２つの内部シリアル・データバスに動作可能に接続されている。また、複数の負荷管理モジュール（ＬＭＭ：Ｌｏａｄ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｍｏｄｕｌｅ）が提供される。負荷管理モジュールのそれぞれは、内部シリアル・データバスに動作可能に接続され、ゲートウェイ・モジュールから制御コマンドを受け取っている。各負荷管理モジュールは、局所マイクロ・コントローラと；複数の電力スイッチング・デバイスと；複数の電力スイッチング・デバイスに対応する複数の専用集積回路（ＡＳＩＣ）であって、電力スイッチング・デバイスと局所マイクロ・コントローラとをインタフェースさせるための複数の専用集積回路（ＡＳＩＣ）と；を備えている。
【００１１】
本発明の適用性についてのその他の範囲については、以下に示す詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、本発明の好ましい実施形態を開示したものではあるが、以下の詳細な説明および特定の実施形態が、実例として提供したものに過ぎないことを理解すべきである。様々な変更および改変が本発明の精神および範囲内であり、また、それらが以下の詳細な説明から明らかになるであろうことについては、当分野の技術者には理解されよう。
【００１２】
なお、本発明については、添付の図面に照らして行う以下の説明から、より完全に理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下の説明は、本発明の態様を開示したものである。本発明の精神または範囲を逸脱することなく、代替実施形態を考案することができることについては、当分野の技術者には理解されよう。
【００１４】
電気負荷管理センタ（ＥＬＭＣ）は、輸送手段への電力配分を担っている。また、ＥＬＭＣは、いくつかの輸送手段システムに制御ロジックを供給することができる。したがってＥＬＭＣは、従来のサブシステム制御の１部である複雑な継電器ロジックおよび回路カードを置き換えている。また、ＥＬＭＣは、電力システム構成の実時間画像を提供するべく、ステータス情報を電力システム・ディスプレイに提供することができる。
【００１５】
システムの複雑性を緩和し、かつ、システムの機能を増すことにより、ＥＬＭＣは、システムの重量を軽くし、信頼性を高め、システムの有用性を高め、保守性をより良好にし、かつ、エンドユーザの所有権コストを低くしている。
【００１６】
上で言及したように、近代の輸送手段の電力要求事項は、全く異なっている。これらの要求事項には、遠隔制御／輸送手段管理コンピュータとのインタフェース、信頼性の向上、耐故障性（例えば、パワード・バイ・ワイヤまたはフライ・バイ・ワイヤ実施態様および機能のカバー）、電力需要の増加、および直接保守費（ＤＭＣ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ  ｃｏｓｔ）の低減が含まれている。
【００１７】
ＥＬＭＣには、有用性および保守性を改善するべく、制御機能、保護機能および組込み試験（ＢＩＴ：Ｂｕｌｔ−Ｉｎ  Ｔｅｓｔ）機能が組み込まれている。ＥＬＭＣは、コマンドを制御し、かつ、ステータスを報告するための、よりレベルの高い管理コンピュータとインタフェースすることができる。電力ハードウェアおよび制御ハードウェアは、サイズ、重量および効率制約を最適化しつつ、電力フローおよびステータスデータを提供するよう、現行の輸送手段（例えば航空機）システムへの互換性が慎重に設計されている。
【００１８】
また、本発明によるＥＬＭＣは、様々な故障検出および分離機能を有している。ＥＬＭＣは、輸送手段全体の保守労力を最小化するべく、システム（例えば電力）の健康状態を試験し、モニタし、かつ、報告する能力を有し、また、特定のＬＭＭ内における故障したソリッド・ステート・スイッチング・デバイス（ＳＳＳＤ：Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ）を個別に識別する能力を有している。
【００１９】
本発明の他の態様は、航空機、船舶、陸上輸送手段または宇宙飛行体の電力配電に使用される線路置換可能ユニット（ＬＲＵ：Ｌｉｎｅ  Ｒｅｐｌａｃｅａｂｌｅ  Ｕｎｉｔ）として構成されたＥＬＭＣである。このコンテキストにおいて、配電という用語には、それには限定されないが、ＥＬＭＣ内の様々な電力バスからの電力のスイッチングと、電力スイッチング・デバイスの下流側の配線の保護と、電力スイッチング・デバイスのステータスの報告と、負荷管理機能（例えば、負荷制限、負荷スイッチングの順位付け等）の提供とが含まれている。
【００２０】
上述のＥＬＭＣは、柔軟性を考慮してモジュラー・アーキテクチャ概念で構築されている。ＥＬＭＣは、調整済み電源、アナログおよびディジタル信号調整、並びにゲートウェイ・モジュールおよび関連するコントローラを介したホスト輸送手段とのインタフェースを提供するべく、ＬＭＭおよび他の回路カードを備えている。
【００２１】
ＬＭＭは、複数のソリッド・ステート・スイッチング・デバイス／電力スイッチング・デバイスを備えた回路カード・アセンブリである。ＬＭＭは、ＡＣまたはＤＣ電力をスイッチし、過電流状態から配線を保護し、また、利用している機器に電力を配電するために、使用される。ＬＭＭは、ハイブリッド・ソリッド・ステート電力コントローラ、すなわち継電器と遮断器との組合せに、取って代わることができる。ＳＳＳＤおよびＬＭＭ自体は、モジュール方式で設計されているため、各々は、多くのアプリケーションに適用することができる。同じくＬＭＭ上に配置されているマイクロ・コントローラは、ＳＳＳＤとゲートウェイ・モジュールとをインタフェースしている。各ＳＳＳＤは、例えば、スイッチ・ドライバ、監視機能および過電流保護機能などを制御する混合技術専用集積回路（ＡＳＩＣ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）を備えている。ＬＭＭ上に設置されている各電力スイッチング・デバイス（ＰＳＤ：Ｐｏｗｅｒ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ）は、線路電力スイッチングを提供し、また、ＡＳＩＣによって制御されている。
【００２２】
図１は、本発明によるモジュラー・アーキテクチャの例示的実施形態を示したものである。ゲートウェイ・モジュール１００は、二重冗長標準データバス１を介して輸送手段管理コンピュータ（ＶＭＣ）５０にインタフェースするロジック１１２を備えている。本明細書において使用されている「ロジック」という用語は、当分野の技術者には理解されるように、関連する機能を実施するための任意のハードウェアの組合せ、任意のソフトウェアの組合せ、および／またはハードウェアとソフトウェアの組合せを意味している。ゲートウェイ・モジュール１００は、ＶＭＣ５０に動作可能に接続された、複数の個別電気負荷１２０に供給する電力を選択的に制御するための冗長マイクロ・コントローラ１１４および１１６を備えている。ＶＭＣ５０との通信は、ＡＲＩＮＣ  ４２９、ＡＲＩＮＣ  ６２９、ＭＩＬ−ＳＴＤ−１  ５５３、Ａｖｉｏｎｉｃｓ  Ｆｕｌｌ  Ｄｕｐｌｅｘ  Ｓｗｉｔｃｈ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）（ＡＦＤＳＥ）等の適切な任意のシリアル通信によって、実施されている。本発明によるモジュラー設計では、新しい通信プロトコルに適応するべく改修されるのは、ゲートウェイ・モジュール１００のみである。
【００２３】
ＥＬＭＣの内部には、ＥＬＭＣ内通信用として、２種類のシリアル・データバス２および３が使用されている。冗長マイクロ・コントローラ１１４および１１６は、２つの内部シリアル制御バス２および３に、それぞれ動作可能に接続されている。この実施例では、２つの内部シリアル・データバスは、異なる目的用に選択された同期シリアル周辺インタフェース（ＳＰＩ：Ｓｅｒｉａｌ  Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）および非同期シリアル通信インタフェース（ＳＣＩ：Ｓｅｒｉａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）である。ＳＰＩは、高速通信、全二重、３線式同期転送バスである。ＳＣＩは、シリアルＵＡＲＴ型非同期通信バス、全二重、単線式動作モードである。ＥＬＭＣのマザーボードは、ゲートウェイ・モジュールとＬＭＭとの間のクリティカル・コモン・リンクであるため、２つの通信バスは、二重冗長性を提供し、かつ、同相モード故障の発生率を小さくしている。同相モード故障を低減するために、クリティカル・システムには、異なる制御技法および通信技法が使用されている。例えば、未検出ソフトウェア誤り（例えば、ウイルス、バグ等）は、１つのシステムに影響を及ぼすことはあっても、他のシステムに複製されることはなく、あるいは他のシステムに影響を及ぼすことはない。
【００２４】
外部離散信号およびアナログ入力信号４は、サブシステムによる制御のために、ゲートウェイ・モジュール１００および複数のＬＭＭ３００に、供給される。図には、局所マイクロ・コントローラ３１０を備えた複数のＬＭＭ３００が示されている。負荷管理モジュール３００の各々は、内部シリアル・データバス２および３に動作可能に接続され、ゲートウェイ・モジュール１００を介して制御コマンドを受け取っている。
【００２５】
図２を参照すると、ゲートウェイ・モジュールのブロック図が示されている。耐故障性を達成するべく、二重冗長チャネルを有するマイクロ・コントローラなどのクリティカルコンポーネントが反復されている。ゲートウェイ・モジュール１００は、データバス・リモート・ターミナル・インタフェース２１４、２１６とインタフェースしたチャネル毎に、それぞれ１つの低コストマイクロ・コントローラ１１４、１１６を備えている。データバス・リモート・ターミナル・インタフェース２１４、２１６は、内部制御バス２３０を介して、マイクロ・コントローラ１１４、１１６と通信している。冗長制御ロジック２４０は、監視制御を提供し、かつ、任意の特定の時間において、いずれのチャネル（両方とも同時にアクティブになる）を制御するかを決定している。ゲートウェイ・モジュール１００が、マイクロ・コントローラ１１４および１１６の両方が、冗長データバス１を介してＶＭＣ５０と通信することができ、かつ、内部シリアル・データバス２および３の両方を使用してＬＭＭ３００と通信することができるよう、相互接続されていることは、当分野の技術者には理解されよう。したがって、これらのコンポーネントのいずれか１つが故障しても、ＥＬＭＣの動作が妨害されることはない。
【００２６】
図３Ａは、負荷管理モジュール３００のブロック図を示したものである。負荷管理モジュールの各々は、局所マイクロ・コントローラ３１０と、複数の電力スイッチング・デバイス３２０と、複数の電力スイッチング・デバイスに対応する、電力スイッチング・デバイス３２０と局所マイクロ・コントローラ３１０とをインタフェースさせるための複数の専用集積回路（ＡＳＩＣ）３３０と、を備えている。
【００２７】
ＬＭＭは、従来のデバイスと比較した場合、コストおよび熱損失を最小化する方法で実装されている。ＬＭＭレベルの局所監視は、チャネル追跡に基づいている。この手法の利点の１つは、システムに侵入することなく、システムの挙動を観察することができることである。この手法には、ランタイムの間、アプリケーション・タスクを観察し、また、例えばタスク・ステータス、離散値等を追跡する追加ソフトウェアが必要であることは、当分野の技術者には理解されよう。
【００２８】
より高水準の統合を達成するために、図３Ｂに示すように、混合技術専用集積回路ＡＳＩＣ３３０に、これらの機能および関連する回路が組み込まれている。ＡＳＩＣ３３０には、負荷スイッチング機能および保護機能が組み込まれ、実装されている。これらの機能は、上で言及したように、当分野の技術者には理解される、関連する機能を実施するための任意のハードウェアの組合せ、任意のソフトウェアの組合せ、および／またはハードウェアとソフトウェアの組合せを意味する、関連する「ロジック」によってイネーブルされる。「ロジック」には、ＡＣおよびＤＣの両モードおよび様々な電流定格のアプリケーションが包含されている。モード選択は、モード選択ピン３３１を対応する論理レベルに接続することによって、達成される。例えば、デフォルト・モード（未接続）は、ＡＣモードである。
【００２９】
パワー・アップ・リセット・ロジック３３２は、パワーアップ・シーケンス時に内部リセットおよび較正サイクルを実行して、温度およびエージング範囲に対する精度を高くしている。ＡＳＩＣ３３０の追加機能／回路の実施例には、コマンド信号に応答してＰＳＤをゲート・オンするゲート・ドライバ３３３と、Ｉ2ｔ特性を提供する３３４と、高速停止（すなわち、瞬時トリップ機能）３３５とが含まれており、スイッチング時における電流の変化率を制御すなわち制限するべく、電力スイッチング・デバイスの実時間ステータスを提供し、電力スイッチング機能を適合させている（例えば、ＤＣに対してはソフト・ターン・オン・オフ、ＡＣに対しては、ゼロ電圧交差ターン・オン／ゼロ交差電流ターン・オフ）。
【００３０】
また、ＡＳＩＣ３３０の各々は、ＲＭＳ値計算ロジック３３７を介して真のＲＭＳ電流値を生成するべく、分路抵抗３２２の両端間の負荷電流センス電圧を調整するアナログ信号処理ブロック３３８を備えている。とりわけＤＣ電流が純粋なＤＣ電流ではなく、また、ＡＣ電流がただ１つの周波数を含んだ純粋な正弦波ＡＣではないスイッチ電力システムにおいては、真のＲＭＳ電流が、得るべき取るに足らない値ではないことは、当分野の技術者には理解されよう。しかしながら、真のＲＭＳ電流は、被保護部品および被保護配線の熱限界に関連するＲＭＳ発熱およびＩ2ｔ値の計算にとって、重要である。例えば、ＡＳＩＣの各々は、Ｉ2ｔ値を使用して、異なるアプリケーション構成（例えば、Ｉ2ｔ公式に基づいて計算された時間周期の過電流）の下で可変トリップ回数を制御（すなわち、下流側のデバイスから電力を除去）するアナログ・プロセッサ３３４を備えている。
【００３１】
上で説明したように、ＡＳＩＣの各々は、ゼロ交差電流処理／検出３３９およびゼロ交差電圧処理／検出３４１を備えている。ゼロ交差電圧検出は、集中化した位置（例えば、電源モジュール）で実施される。ゼロ交差電圧は、ＡＣ線路電圧と同相（したがってＡＣ線路電圧の周期および位相−一定または可変周波数に従った）方形波形を表している。ＡＣモードで動作している場合、ゼロ交差電流処理／検出３３９およびゼロ交差電圧処理／検出３４１を使用して、対応する電力スイッチング・デバイスのオン／オフ起動および起動解除のタイミングが制御される。ＤＣモードで動作している場合、ソフト・スタート機能が使用されることは、当分野の技術者には理解されよう。ソフト・スタート機能には、当分野で良く知られている単純ランプ機能、ログ機能、Ｓ機能等を使用することができる。
【００３２】
また、従来の設計とは異なり、ＥＬＭＣの設計は、個々のＡＳＩＣ３３０を統制的に働かせることができるため、それにより連動動作させることができる。図３Ａに示すように、ＬＭＭ３１０は、複数（例えば、図に示すように８つ）の電力スイッチング・デバイス３２０および対応するＡＳＩＣ３３０を有している。例えば３つのＡＳＩＣ３３０をＡＣモードで連動動作させることにより、３相電源を制御することができる。上で言及した米国特許第５，７５２，０４７号などの従来のシステムには、多相負荷を連動方式で制御するための実際的な方法がない。
【００３３】
局所マイクロ・コントローラ３１０は、光結合器３４０を使用して、ＡＳＩＣ３３０の高電圧側ドライバおよび電力線路から絶縁されている。冗長電源３４２および３４４が、個々のＡＳＩＣチャネルに電力を供給し、絶縁を維持している。冗長電源３４２および３４４は、ＡＳＩＣ３３０に電力を供給している絶縁低電力ＤＣ−ＤＣ変換器である。ＤＣ−ＤＣ変換器は、当分野で良く知られており、本明細書ではその詳細については省略する。
【００３４】
ＰＳＤ３２０には、極端な環境条件を考慮して、気密部品およびパッケージが使用されているか、あるいは商用アプリケーション用プラスチック・パッケージが使用されている。ＰＳＤ３２０には、電力ＭＯＳＦＥＴ技術が使用され、それにより、電力スイッチング・デバイスの電力損失を最小化し、かつ、ＡＣおよびＤＣの両方の機能を提供している。ＰＳＤの各々は、少なくとも１つのトランジスタ／スイッチング・デバイス（図示せず）と、センス抵抗（分路）３２２と、温度センサ３２４とを備えている。ＡＳＩＣ３３０の各々は、図３Ｂに示すように、温度センサ３２４によって検出される、電力スイッチング・デバイスの基板の温度が所定の基準温度を超えた場合に、対応する電力スイッチング・デバイスをオープンにする熱停止回路３３６を備えている。所定の基準温度は、外部設定抵抗（図示せず）を使用して、調整することができる。ＥＬＭＣの動作は、ＰＳＤ３２０の完全性に大きく依存しているため、各ＰＳＤ３２０の接合温度を、その安全動作領域内に維持しなければならず、そのために、シリコンの量が慎重に選択され、かつ、電力半導体の熱経路が最適化されている。ＬＭＭ３１０の設計により、適切な冷却が提供され、また、ＬＭＭ３１０の設計には、上で説明したように、関連するＡＳＩＣ３３０を介した、ＰＳＤ３２０のための熱停止保護機能が組み込まれている。
【００３５】
他の実施形態では、個々のＭＯＳＦＥＴトランジスタ内に、可溶性リンクとして作用するワイヤ・ボンドがトランジスタに直列に設計されている。ＭＯＳＦＥＴトランジスタの固有の弱点の１つは、デバイスが故障した場合に、ドレインとソースの間に形成される短絡である。電力スイッチングおよびデバイスの保護において、この故障モードは、被保護デバイス（例えば、負荷、配線等）にとって、致命的である。したがって、可溶性リンクとして作用するワイヤ・ボンドを設計することにより、被保護デバイスの損傷を軽減することができる。ヒューズの設計に使用されている設計ルールと同様の設計ルール（例えば、被保護配線の安全動作領域の下で計算されたＩ2ｔ）を適用することにより、ＳＳＳＤの公称電流定格に遅延ヒューズを提供するＭＯＳＦＥＴワイヤ・ボンドを設計することができる（例えば、１０アンペアの公称定格デバイスの場合、１５アンペアのヒューズ）。ワイヤ・ボンド材料、期待環境、動作温度等の多数の要素によって個々の設計基準が決まることについては、当分野の技術者には理解されよう。また、ＭＯＳＦＥＴは、並列に接続した場合、良好な電流共有デバイスになるため、設計を考察する場合、可溶性リンクの並列化を適用することも可能である。
【００３６】
ＥＬＭＣは、図４に示すように実装されている。この特定のケースでは、ＥＬＭＣは、１つの継電器ＬＭＭカード４０５と、５つのＡＣ  ＳＳＳＤ  ＬＭＭ４０６〜４１０と、１つの電源カード４１１と、１つの電子負荷接触器ユニット（ＥＬＣＵ）カード４１２と、５つのＤＣ  ＳＳＳＤ  ＬＭＭ４１３〜４１７と、１つのゲートウェイ・カード４１８とを備えている。継電器カードは、ＳＳＳＤ  ＬＭＭと同様の方法で構築されている。継電器カードは、複数の単相ＡＣまたはＤＣアプリケーション用２極２投（ＰＤＴ：Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ）スイッチと、ＡＣ三相アプリケーション用４ＰＤＴスイッチと、局所マイクロ・コントローラによって制御される、関連する継電器ドライバとを備えている。必要に応じて、関連する監視回路が提供される。ＥＬＣＵカードは、ＥＬＭＣ外部の複数の電気機械接触器を制御するためのものであり、ＳＳＳＤ  ＬＭＭと同じ様に構築されている。ＳＳＳＤは、接触器コイル・ドライバとして使用されている。ＡＳＩＣは、接触器の極を通して導かれる電流を監視し、また、上で説明した方法に類似した方法で、関連する監視項目を監視している。シャーシ前面の円形コネクタ４２１は、ホスト輸送手段との電気インタフェースである。内部通信、信号調整およびＬＭＭへの内部電力供給は、シャーシの下側半分に取り付けられているマザーボード・カード４１９によって、処理されている。すべての電力線路および配電線路は、シャーシの上側半分に、バックプレーン４２０を使用して配線されている。
【００３７】
既に考察したように、ＬＭＭの各々は、多数のＳＳＳＤを制御し、かつ、監視するための埋込みマイクロ・コントローラを備えている。ＬＭＭは、シリアル・データバスを介して他のサブシステム・プロセッサと通信する独立型モジュールとして機能することができ、あるいはマザーボード４１９に沿って延びたシリアル・データバスを介して、ゲートウェイ・モジュールカードと通信することができる。個々のＬＭＭシステム・アーキテクチャが、限られた数の利用可能入力に基づく局所決定機能に適応するべく設計されていることは、当分野の技術者には理解されよう。
【００３８】
以上の説明は、本発明の原理を示したものに過ぎない。本明細書には明確に説明あるいは示されていないが、当分野の技術者には、本発明の精神および範囲を具体化した様々な構造を考案することができることを理解されたい。例えば、上で説明した各コンポーネントは、完全なユニット（例えばＬＲＵ）として、あるいはモジュール（例えば線路置換可能モジュールＬＲＭ）として使用することができる。また、ＡＳＩＣを、ＰＳＤおよび関連するエレクトロニクスと共にハイブリッドケース内に実装し、単１ソリッド・ステート電力コントローラ機能を提供することができる。したがって、本発明の範囲は、前述の説明には制限されず、偏に、特許請求の範囲の各請求項によってのみ定義されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１−ａ】本発明の１態様によるモジュラー・アーキテクチャを示す図である。
【図１−ｂ】本発明の１態様によるモジュラー・アーキテクチャを示す他の図である。
【図２】本発明の１態様による、輸送手段とのＥＬＭＣ通信を示すブロック図である。
【図３−Ａａ】本発明の１態様による負荷管理モジュールのブロック図である。
【図３−Ａｂ】本発明の１態様による負荷管理モジュールの他のブロック図である。
【図３−Ｂａ】本発明の１態様による専用集積回路内のロジックを示すブロック図である。
【図３−Ｂｂ】本発明の１態様による専用集積回路内のロジックを示す他のブロック図である。
【図３−Ｂｃ】本発明の１態様による専用集積回路内のロジックを示す他のブロック図である。
【図４】本発明の１態様によるＥＬＭＣの実装を示す図である。
【図１−ａ】
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【図１−ｂ】
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【図２】
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【図３−Ａａ】
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【図３−Ａｂ】
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【図３−Ｂａ】
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【図３−Ｂｂ】
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【図３−Ｂｃ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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