(57)【要約】      （修正有）【課題】負荷に電力を与える責任のあるスイッチング回路でのＥＭＩおよび熱散逸を最小限にする。【解決手段】三相電力源１００を三相負荷１６０に与える回路１４０は、前記三相電力源の第１、第２および第３の相を感知し、各相に対応する第１、第２および第３のセンス信号をそれぞれ生成するための感知手段１１０と、第１、第２および第３のセンス信号のゼロ交差および相互交差を検出するための検出手段１２０および１３０と、指令信号および同期信号をアクティブ化し、また非アクティブ化し、さらに指令信号および同期信号がアクティブ化されているかどうかを決定するための同期手段１４０と、同期手段の決定に依存して三相電力源１０４の第１、第２および第３の相を前記三相負荷１６０の前記第１、第２および第３の相に与えるためのスイッチ手段１５０とを備える。【選択図】図１
2012186993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相電力源（１０４）を三相負荷（１６０）に与える方法であって、
Ａ．前記電力源の第１の相に対応する第１のセンス信号、前記電力源の第２の相に対応する第２のセンス信号、および前記電力源の第３の相に対応する第３のセンス信号を受け取るステップと、
Ｂ．前記第１と第２のセンス信号の相互交差を検出し、指令信号（ＣＭＤ）がアクティブ化されているかどうかを決定し、さらに前記相互交差が検出され、かつ前記指令信号がアクティブ化されている場合には、前記電力源の前記第１の相に対応する第１の同期信号をアクティブ化し、また前記電力源の前記第２の相に対応する第２の同期信号をアクティブ化するステップと、
Ｃ．前記第１および第２の同期信号がアクティブ化されているかどうか決定し、さらに前記第１および第２の同期信号がアクティブ化されている場合には、前記電力源の前記第１および第２の相を前記負荷の前記第１および第２の相にそれぞれ与えるステップと、
Ｄ．前記第３のセンス信号のゼロ交差を検出し、さらに前記ゼロ交差が検出され、かつ前記第１および第２の同期信号がアクティブ化されている場合には、前記電力源の前記第３の相に対応する第３の同期信号をアクティブ化するステップと、
Ｅ．前記第３の同期信号がアクティブ化されているかどうかを決定し、さらに前記第３の同期信号がアクティブ化されている場合には、前記電力源の前記第３の相を前記負荷の前記第３の相に与えるステップと、
Ｆ．前記第１、第２、および第３の同期信号がアクティブ化されていない場合には、ステップＡに戻るステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記第１、第２、および第３のセンス信号が、前記三相電力源（１６０）の前記第１、第２、および第３の相の電圧にそれぞれ対応している、請求項１記載の方法。
【請求項３】
相互交差を検出する前記ステップが、前記第１および第２のセンス信号を比較回路（１２０）に与え、さらに、前記第１と第２のセンス信号が等しいとき、パルスを有する第１のパルス信号を出力に生成することを含む、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
ゼロ交差を検出する前記ステップが、前記第３のセンス信号および接地基準を比較回路（１２０）に与え、さらに、前記第３のセンス信号が前記接地基準に等しいとき、パルスを有する第２のパルス信号を出力に生成することを含む、請求項１または２記載の方法。
【請求項５】
Ｇ．前記指令信号（ＣＭＤ）がアクティブ化されているかどうか、および前記第１、第２、および第３の同期信号がアクティブ化されているかどうかを決定するステップと、
Ｈ．次に、前記第１、第２、および第３のセンス信号のうちの１つの連続するゼロ交差を検出し、さらに、前記第１、第２、および第３の同期信号がアクティブ化され、かつ前記指令信号（ＣＭＤ）が非アクティブ化され、かつ前記連続するゼロ交差が検出される場合には、前記連続するゼロ交差が検出される前記センス信号に対応する同期信号を非アクティブ化するステップと、
Ｉ．前記第１、第２、および第３の同期信号のうちの１つが非アクティブ化されているかどうかを決定し、さらに、前記同期信号の１つが非アクティブ化されている場合には、前記非アクティブ化同期信号と関連した、前記電力源の相を前記負荷から取り除くステップと、
Ｊ．依然としてアクティブ化されている前記同期信号に対応する前記センス信号の連続する相互交差を検出し、さらに、前記相互交差が検出され、かつ前記同期信号の１つが非アクティブ化されている場合には、前記アクティブ化同期信号を非アクティブ化するステップと、
Ｋ．前記対応する同期信号がアクティブ化されている、前記電力源（１０４）の相を、前記負荷（１６０）から取り除くステップと、
Ｌ．前記同期信号のどれもアクティブ化されていない場合に、ステップＧに戻るステップと
をさらに含む、請求項１または２記載の方法。
【請求項６】
前記第１、第２、および第３の相が、予め決められた順序で与えられる、請求項１または２記載の方法。
【請求項７】
三相電力源（１００）を三相負荷（１６０）に与える回路（１４０）であって、
前記三相電力源の第１、第２、および第３の相を感知し、さらに前記第１、第２、および第３の相に対応する第１、第２、および第３のセンス信号をそれぞれ生成するための感知手段（１１０）と、
前記第１、第２、および第３のセンス信号のゼロ交差および相互交差を検出するための検出手段（１２０および１３０）と、
指令信号および同期信号をアクティブ化し、また非アクティブ化し、さらに指令信号および同期信号がアクティブ化されているかどうかを決定するための同期手段（１４０）と、
前記同期手段の前記決定に依存して、前記三相電力源（１０４）の前記第１、第２、および第３の相を前記三相負荷（１６０）の前記第１、第２、および第３の相に与えるためのスイッチ手段（１５０）と
を備える回路（１４０）。
【請求項８】
前記感知手段（１１０）が、降圧変成器を備える、請求項７に記載の回路。
【請求項９】
前記検出手段が、少なくとも１つの比較器（１２０）および少なくとも１つの単安定マルチバイブレータ（１３０）を備える、請求項７または８記載の回路。
【請求項１０】
前記第１、第２、および第３の相が、予め決められた順序で与えられる、請求項７記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
【背景技術】
【０００２】
三相電力は電気エネルギー伝送の普通の方法である。一般に、電力の３つの相は、正弦的に変化し、同じ平均電圧および周波数を有し、かつ互いに固定した１２０°（２π／３ラジアン）位相関係を示す。ヒータのような実質的抵抗負荷に与えられたとき、これらの相電流は、印加電圧に対して最少の位相進みまたは遅れを示して、０．９５上の力率を実現する。したがって、各相のピーク電圧、ピーク電流、および電圧および電流のゼロ交差は、検出可能な等間隔で起こる。
【０００３】
一般に、三相電力は、スイッチング方法によって全ての相が同時に負荷に与えられるやり方で、三相負荷に与えられる。この結果として、３つの相全てが同時に負荷に与えられるスイッチング事象中に、これらの相の少なくとも１つが、負荷回路のインダクタンスだけで制限される電流の急激な増加を起こし、電磁障害（ＥＭＩ）が発生することがある。スイッチング回路の非線形のために、このＥＭＩは、広いスペクトル範囲にわたって広がることがあり、より高次の高調波に強いエネルギー成分を持っていることがある。そのようなＥＭＩは、無線通信システムなどの他の電子システムに干渉することがある。その上、特に、電力源の特定の相が大電流を駆動するまたは駆動している時点にスイッチングが起こると、スイッチング事象は、構成要素のスイッチデバイスがオフ状態とオン状態を切り換えるときにスイッチング回路に熱を発生させることがある。この損失は、高精度温度制御システムなどで電力が急激にかつ連続的に与えられ、また取り除かれるバーストモードまたは他の用途で特に大きくなることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４６８０４９０号公報
【発明の概要】
【０００５】
三相電力源を三相負荷に与える方法の一実施形態は、次のステップを含む。すなわち、電力源の第１の相に対応する第１のセンス信号、電力源の第２の相に対応する第２のセンス信号、および電力源の第３の相に対応する第３のセンス信号を受け取るステップと、第１と第２のセンス信号の相互交差を検出し、指令信号がアクティブ化されているかどうかを決定し、さらに、相互交差が検出されかつ指令信号がアクティブ化されている場合には、電力源の第１の相に対応する第１の同期信号をアクティブ化し、電力源の第２の相に対応する第２の同期信号をアクティブ化するステップと、第１および第２の同期信号がアクティブ化されているかどうか決定し、さらに、第１および第２の同期信号がアクティブ化されている場合には、電力源の第１および第２の相を負荷の第１および第２の相にそれぞれ与えるステップと、第３のセンス信号のゼロ交差を検出し、さらに、ゼロ交差が検出されかつ第１および第２の同期信号がアクティブ化されている場合には、電力源の第３の相に対応する第３の同期信号をアクティブ化するステップと、第３の同期信号がアクティブ化されているかどうかを決定し、さらに、第３の同期信号がアクティブ化されている場合には、電力源の第３の相を負荷の第３の相に与えるステップと、第１、第２、および第３の同期信号がアクティブ化されていない場合には、最初のステップに戻るステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の一実施形態に従って三相電力源を浮動抵抗負荷に与えるための回路を示すブロック図である。
【図２】三相電力源を図１の負荷に与えるための回路に組み込まれた同期論理回路を示す回路図である。
【図３】図１に示された回路を使用して三相電力源を浮動抵抗負荷に与える方法に関連した信号を示す信号図である。
【図４】本発明の他の実施形態に従って、三相電力源を図１の負荷に与える回路に組み込まれた同期論理回路を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
この開示は、負荷が与えられたときにスイッチデバイスの電磁障害（ＥＭＩ）および熱散逸を軽減するようなやり方で、言及された三相抵抗または浮動負荷に三相電力源を与えることに関する。特に、電力源の３つの相を、同時に与えるのではなく、代わりに、各相を与えたすぐ後で負荷を流れる電流の瞬時変化を最小限にすることができるような順序で与え、それによって、また、負荷に電力を与える責任のあるスイッチング回路でのＥＭＩおよび熱散逸を最小限にする。
【０００８】
ここで図１を参照すると、三相電力源１０４の第１、第２、および第３の相をそれぞれ表す３つの電力相Ａ、Ｂ、およびＣを負荷１６０に与える回路１００が開示されている。３つの相Ａ、Ｂ、およびＣは、センサ１１０に供給される。センサ１１０は、降圧変圧器を備えて３つの相Ａ、Ｂ、およびＣの電圧を下げることができる。センサ１１０は、また、３つの相Ａ、Ｂ、およびＣの各々に対応する降圧電圧をそれぞれ表すセンス信号Ａ＿ＳＥＮＳＥ、Ｂ＿ＳＥＮＳＥ、およびＣ＿ＳＥＮＳＥを生成することができる。
【０００９】
３つのセンス信号Ａ＿ＳＥＮＳＥ、Ｂ＿ＳＥＮＳＥ、およびＣ＿ＳＥＮＳＥは、次に、Ａ＿ＳＥＮＳＥ、Ｂ＿ＳＥＮＳＥ、Ｃ＿ＳＥＮＳＥ、および接地信号の各順列に対応する比較回路を備えるゼロおよび相互交差検出回路１２０に入力される。ゼロおよび相互交差検出回路１２０の出力は、ゼロおよび相互交差検出モジュールによる各順列のＡ＿ＳＥＮＳＥ、Ｂ＿ＳＥＮＳＥ、Ｃ＿ＳＥＮＳＥ、および接地信号の比較を表す６つの検出信号ＣＡ＿ＤＥＴ、ＺＣ＿ＤＥＴ、ＢＣ＿ＤＥＴ、ＺＢ＿ＤＥＴ、ＡＢ＿ＤＥＴ、ＺＡ＿ＤＥＴを含む。ＣＡ＿ＤＥＴは、Ａ＿ＳＥＮＳＥとＣ＿ＳＥＮＳＥの比較の出力に対応し、ＺＣ＿ＤＥＴは、接地とＣ＿ＳＥＮＳＥの比較の出力に対応し、ＢＣ＿ＤＥＴは、Ｂ＿ＳＥＮＳＥとＣ＿ＳＥＮＳＥの比較の出力に対応し、ＺＢ＿ＤＥＴは、接地とＢ＿ＳＥＮＳＥの比較の出力に対応し、ＡＢ＿ＤＥＴは、Ａ＿ＳＥＮＳＥとＢ＿ＳＥＮＳＥの比較の出力に対応し、さらにＺＡ＿ＤＥＴは、接地とＡ＿ＳＥＮＳＥの比較の出力に対応している。
【００１０】
検出信号ＣＡ＿ＤＥＴ、ＺＣ＿ＤＥＴ、ＢＣ＿ＤＥＴ、ＺＢ＿ＤＥＴ、ＡＢ＿ＤＥＴ、ＺＡ＿ＤＥＴは、次にワンショット回路１３０に入力され、ワンショット回路１３０は、検出信号ＣＡ＿ＤＥＴ、ＺＣ＿ＤＥＴ、ＢＣ＿ＤＥＴ、ＺＢ＿ＤＥＴ、ＡＢ＿ＤＥＴ、ＺＡ＿ＤＥＴの各々に対応するパルス信号ＣＡ、ＺＣ、ＢＣ、ＺＢ、ＡＢ、およびＺＡをそれぞれ生成する。パルス信号ＣＡ、ＺＣ、ＢＣ、ＺＢ、ＡＢ、およびＺＡは、一般にローに設定されているが、センス信号Ａ＿ＳＥＮＳＥ、Ｂ＿ＳＥＮＳＥ、およびＣ＿ＳＥＮＳＥのうちの１つの相互交差またはゼロ交差が検出される時点では異なり、この時点に、ワンショット回路１３０によってパルス信号ＣＡ、ＺＣ、ＢＣ、ＺＢ、ＡＢ、およびＺＡ上にパルスが生成される。言い換えれば、パルス信号ＣＡ、ＺＣ、ＢＣ、ＺＢ、ＡＢ、およびＺＡは、それぞれＡ＿ＳＥＮＳＥがＣ＿ＳＥＮＳＥを横切るとき、Ｃ＿ＳＥＮＳＥが接地を横切るとき、Ｂ＿ＳＥＮＳＥがＣ＿ＳＥＮＳＥを横切るとき、Ｂ＿ＳＥＮＳＥが接地を横切るとき、Ａ＿ＳＥＮＳＥがＢ＿ＳＥＮＳＥを横切るとき、およびＡ＿ＳＥＮＳＥが接地を横切るときのパルスを含むパルス列である。
【００１１】
また図３を見ると、パルス信号ＣＡ、ＺＣ、ＢＣ、ＺＢ、ＡＢ、およびＺＡは、電力相がアクティブで感知されるとき、同期論理１４０に規則正しく入力される。電力が負荷に与えられるべきとき、指令信号ＣＭＤが同期論理１４０に入力され、そのとき、同期論理１４０は、入力ＣＡ、ＺＣ、ＢＣ、ＺＢ、ＡＢ、ＺＡ、およびＣＭＤに基づいて、３つの同期信号Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣを生成する。例として、ＣＭＤ信号は、負荷デバイスをオンにしたいというユーザの要望を表すユーザ入力信号であってもよい。ＣＭＤ信号がアクティブ化され、さらにＣＭＤ信号のアクティブ化後に相互交差パルス信号ＣＡ、ＢＣ、およびＡＢのうちの１つに基づいてパルスが検出されたとき、同期論理１４０は、３つの同期信号Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣのうちの２つをアクティブ化する。ＣＭＤ信号がアクティブ化されていない場合には、同期信号Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣのうちのどれも非アクティブ化状態からアクティブ化状態に切り換えられない。しかし、ＣＭＤ信号がアクティブ化され、第１のパルスが相互相交差パルス信号ＣＡ、ＢＣ、およびＡＢのうちの１つで検出された場合には、対応する２つの同期信号（Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣのうちの２つ）がアクティブ化される。例えば、ＣＭＤ信号がアクティブ化された後で、第１のパルスがＢＣ信号上で検出された場合には、Ｂ＿ＳＹＮＣおよびＣ＿ＳＹＮＣがアクティブ化される。いったん同期信号のうちの２つ（Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣのうちの２つ）がアクティブ化されると、同期論理１４０は、非アクティブ化同期信号に対応するゼロ交差パルス信号ＺＣ、ＺＢ、およびＺＡ相を監視する。非アクティブ化同期信号に対応するゼロ交差パルス信号が検出されたとき、残りの非アクティブ化同期信号がアクティブ化される。この例を続けると、Ｂ＿ＳＹＮＣおよびＣ＿ＳＹＮＣがアクティブ化された後で、同期論理１４０は、信号ＺＡを監視し、いったんパルスが信号ＺＡ上で検出されると、Ａ＿ＳＹＮＣがアクティブ化され、それによって、全三相電力が負荷に与えられる。
【００１２】
ＣＭＤ信号がアクティブ化されたとき、同期信号Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣを非アクティブ化状態から連続してアクティブ化するほかに、同期論理１４０は、また、ＣＭＤ信号の非アクティブ化のすぐ後で同期信号Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣを連続してアクティブ化状態から非アクティブ化することができる。ＣＭＤ信号がアクティブ化状態から非アクティブ化されない場合には、同期信号Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣのどれもアクティブ化状態から非アクティブ化状態に切り換えられない。しかし、ＣＭＤ信号がアクティブ化状態から非アクティブ化されると、同期論理１４０は、次のゼロ交差信号ＺＣ、ＺＢ、およびＺＡを監視し、ゼロ交差信号ＺＣ、ＺＢ、およびＺＡの１つで第１のパルスが検出されたとき、対応する同期信号Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣが非アクティブ化される。例えば、ＣＭＤ信号が非アクティブ化された後で第１のパルスがＺＣ信号上で検出された場合には、Ｃ＿ＳＹＮＣが非アクティブ化される。いったん同期信号のうちの１つ（Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣの１つ）が非アクティブ化されると、同期論理１４０は、２つの残りのアクティブ化同期信号（Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣのうちの２つ）に対応する次の相互交差パルス信号ＣＡ、ＢＣ、およびＡＢを監視する。監視された相互パルス信号（ＣＡ、ＢＣ、およびＡＢのうちの１つ）上でパルスが検出されたとき、対応する２つの同期信号（Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣのうちの２つ）は非アクティブ化される。この例を続けると、いったんＣ＿ＳＹＮＣが非アクティブ化されると、同期論理１４０は信号ＡＢを監視し、いったんパルスが信号ＡＢ上で検出されると、Ａ＿ＳＹＮＣとＢ＿ＳＹＮＣの両方が非アクティブ化される。同期論理１４０の回路トポロジは、図２に関連してより詳細に述べられる。
【００１３】
同期信号Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣは、電力源Ａ、Ｂ、およびＣの相とともに駆動スイッチ１５０に入力される。駆動スイッチは、負荷１６０の各相に対応するゲート駆動１５２および電力スイッチ１５４を備えることができる。駆動スイッチ１５０は、Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣを監視し、対応する同期信号Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣがアクティブ化されているときにだけ相Ａ、Ｂ、およびＣの各々を負荷１６０に与える。同期信号Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣがアクティブ化されていないとき、駆動スイッチ１５０は、対応する相Ａ、Ｂ、およびＣを負荷１６０に与えない。同期信号Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣが非アクティブ化されているとき、駆動スイッチ１５０は、対応する同期信号Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣが非アクティブ化されるときに負荷１６０から相Ａ、Ｂ、およびＣを取り除く。
【００１４】
図１の構成ブロック１１０、１２０、１３０、１４０、および１５０の各々についてここで述べられる。降圧変成器および電流計を備えるほかに、センサ１１０は、例えば抵抗器、コンデンサ、インダクタ、ダイオード、およびトランジスタを含めて、任意の様々な受動または能動回路要素を備えることができる。１つの代替えとして、センサ１１０は、回路中の高周波雑音をフィルタ除去するように低域通過フィルタを備えることがある。他の代替えとして、センサ１１０は、高周波と低周波の両方の雑音をフィルタ除去する帯域通過フィルタを備えることがある。この実施形態では、センサ１１０は、降圧変成器を使用して３つの相Ａ、Ｂ、およびＣの電圧を検出するが、センサ１１０は、代わりに、３つの相の電流を検出して同じ結果を達成することができる。
【００１５】
ゼロおよび相互交差検出回路１２０は、比較器を備えて、出力検出信号ＣＡ＿ＤＥＴ、ＺＣ＿ＤＥＴ、ＢＣ＿ＤＥＴ、ＺＢ＿ＤＥＴ、ＡＢ＿ＤＥＴ、ＺＡ＿ＤＥＴの各々を生成することができる。これらの比較器は、ゼロ検出器を含むがこれに限定されない任意の知られた型の比較器であってもよい。ゼロ検出器は、それの入力に基づいて正または負の電圧を出力することができ、この場合には、その入力は、Ａ＿ＳＥＮＳＥ、Ｂ＿ＳＥＮＳＥ、Ｃ＿ＳＥＮＳＥ、および接地のうちの２つである。ゼロ検出器は、当技術分野で知られているような電圧比較器を使用して実現されることがある。ゼロ検出器の代替えとして、ゼロ交差検出器、演算増幅器などの他の型の比較器または動的ラッチ比較器が使用されることがある。
【００１６】
ワンショット回路１３０は、ゼロおよび相互交差検出回路１２０の出力、すなわち検出信号ＣＡ＿ＤＥＴ、ＺＣ＿ＤＥＴ、ＢＣ＿ＤＥＴ、ＺＢ＿ＤＥＴ、ＡＢ＿ＤＥＴ、ＺＡ＿ＤＥＴからパルス信号ＣＡ、ＺＣ、ＢＣ、ＺＢ、ＡＢ、およびＺＡの各々を生成するために、単安定マルチバイブレータ回路としても知られている２つの回路を備えることができる。許容可能なワンショット回路の動作は、当業界ではよく知られている。ゼロおよび相互交差検出回路１２０で、検出信号ＣＡ＿ＤＥＴ、ＺＣ＿ＤＥＴ、ＢＣ＿ＤＥＴ、ＺＢ＿ＤＥＴ、ＡＢ＿ＤＥＴ、ＺＡ＿ＤＥＴが、正電圧から負電圧にまたは負電圧から正電圧に遷移するとき、ワンショット回路はこの遷移を検出して、出力がイネーブルになるようにし、それによって、検出された遷移中に短いパルスを生成する。
【００１７】
駆動スイッチ１５０は、孤立ゲート駆動および電力スイッチを備えることができる。電力スイッチは、電力用金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）か絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）かのどちらかをさらに備えて、個々の相Ａ、Ｂ、およびＣを負荷に切り換えることができる。信号Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣは、電力源１０４の相Ａ、Ｂ、およびＣを切り換えるための制御信号として働く。
【００１８】
回路１００に与えられる電力源１０４は、「Ｙ」（または「星形」）構成であってもよい。電力源１０４は、電圧および電流の任意の振幅および任意の周波数を有する３つの正弦波すなわち相Ａ、Ｂ、およびＣを供給することができ、その場合これらの３つの相は、およそ１２０°（２／３ラジアン）の位相間隔を有している。電力源１０４の非限定の例は、振動周波数４００Ｈｚの三相１２０Ｖ二乗平均平方根（Ｖｒｍｓ）である。負荷１６０は、「Ｙ」（星形）構成またはデルタ構成であってもよい。
【００１９】
構成回路１１０、１２０、１３０、１４０、および１５０の各々を有する回路１００は、任意の適切な分割で実現されることがある。例えば、これらの構成回路の各々は、個別の集積回路（ＩＣ）であることがある。代わりに、回路１００は、２つのアナログと１つのディジタルの分割として実現され、第１のアナログ分割が回路１１０、１２０、および１３０を備え、第２のアナログ分割が回路１５０を備え、ディジタル分割が回路１４０を備えてもよい。追加的な代替えとして、回路１１０、１２０、１３０、１４０、および１５０の全てが、１つの混成信号ＩＣ中に実現されてもよい。さらに追加的な代替えとして、同期論理１４０は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）として実現されてもよい。相補形金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）、ＣＭＯＳ付きバイポーラ接合トランジスタと（ＢｉＣＭＯＳ）、トランジスタ・トランジスタ論理（ＴＴＬ）、ＣＭＯＳシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）、疑似格子不整合高電子移動度トランジスタ（ｐＨＥＭＴ）、およびこれらの組合せを含むこれらに限定されない任意の知られたプロセス技術を使用して、個別回路または集積回路１１０、１２０、１３０、１４０、および１５０を製作することができる。
【００２０】
ここで図２を参照すると、同期回路１４０のディジタル回路実現が開示されている。回路１４０は、２入力ＡＮＤゲートＵ２、Ｕ４、Ｕ６、Ｕ７、Ｕ８、Ｕ９、Ｕ１０、Ｕ１１、Ｕ２８、Ｕ２９、Ｕ３０、Ｕ３１、Ｕ３２、Ｕ３３、３入力ＡＮＤゲートＵ１、Ｕ３、４入力ＡＮＤゲートＵ２２、Ｕ２３、Ｕ２４、Ｕ２５、Ｕ２６、Ｕ２７、インバータＵ５、３入力ＯＲゲートＵ１２、Ｕ１３、Ｕ１４、Ｕ１５、Ｕ１６、Ｕ１７、およびＳ／ＲラッチＵ１８、Ｕ１９、Ｕ２０を備える。この回路中のゲート、ラッチ、およびバッファの各々の製作は、ＣＭＯＳを含むがこれに限定されない任意の知られたプロセス技術を使用することができる。６つのパルス信号ＡＢ、ＺＡ、ＢＣ、ＺＢ、ＣＡ、およびＺＣは、２入力ＡＮＤゲートＵ６、Ｕ７、Ｕ８、Ｕ９、Ｕ１０、およびＵ１１、並びに４入力ＡＮＤゲートＵ２２、Ｕ２３、Ｕ２４、Ｕ２５、Ｕ２６、およびＵ２７に入力される。ＣＭＤ入力は、インバータＵ５、並びに２入力ＡＮＤゲートＵ２、Ｕ２８、Ｕ２９、およびＵ３０に供給される。入力ＡＢ、ＺＡ、ＢＣ、ＺＢ、ＣＡ、ＺＣ、およびＣＭＤは、回路内で中間信号を生成し、最後にＳ／ＲラッチＵ１８、Ｕ１９、およびＵ２０の出力に同期信号Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣを生成する。同期信号Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣの変化を引き起こす入力ＡＢ、ＺＡ、ＢＣ、ＺＢ、ＣＡ、ＺＣ、およびＣＭＤに変化があるまで、同期信号Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣの各々は、Ｓ／ＲラッチＵ１８、Ｕ１９、およびＵ２０によって最後の状態にラッチされている。また、留意すべきことであるが、同期信号Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣ、または、同期信号の逆状態、すなわち
【００２１】
【数１】
2012186993.tif 000003
は、少なくとも３入力ＡＮＤゲートＵ１およびＵ３と４入力ＡＮＤゲートＵ２２、Ｕ２３、Ｕ２４、Ｕ２５、Ｕ２６、およびＵ２７の入力にフィードバックされる。図２は、同期論理１４０の１つの可能な回路実現を示しているに過ぎない。理解されることであるが、同期論理１４０は、回路１４０の全てのブール同等物を含めて本明細書に示される回路実現の変形物で、実現することができる。
【００２２】
電力源１０４の３つの相Ａ、Ｂ、およびＣを負荷１６０に与えるための回路の動作方法について、例として図３に関してより詳細に述べる。プロット２００は、相互およびゼロ交差パルス信号ＣＡ＿ＤＥＴ、ＺＣ＿ＤＥＴ、ＢＣ＿ＤＥＴ、ＺＢ＿ＤＥＴ、ＡＢ＿ＤＥＴ、およびＺＡ＿ＤＥＴ、ワンショットパルスＣＡ、ＺＣ、ＢＣ、ＺＢ、ＡＢ、およびＺＡ、指令信号ＣＭＤ、同期信号Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣ、および、負荷１６０の第１、第２、および第３の相入力に対応する負荷Ａ負荷、Ｂ負荷およびＣ負荷にそれぞれ与えられる電流およびまたは電圧とともに、３つの相Ａ、Ｂ、およびＣを示している。ゼロおよび相互交差検出回路１２０およびワンショット回路１３０の動作は、電力源の相Ａ、Ｂ、およびＣの電流および電圧が時間とともに変化するときにワンショットパルスＣＡ、ＺＣ、ＢＣ、ＺＢ、ＡＢ、およびＺＡを観察することによって、理解することができる。時間ｔ１にＣがＡを横切るとき、パルスが信号ＣＡ上に生成される。時間ｔ２に、Ｃがゼロを横切るのでパルスが信号ＺＣ上に生成される。同様に、時間ｔ４に、ＢとＣが交差し、その結果、結果としてのパルスがＢＣ上にあり、時間ｔ５にＢがゼロを横切り、その結果、結果としてのパルスがＺＢ上にある。
【００２３】
ｔ３に、指令信号ＣＭＤはアクティブ化されて、論理０レベルから論理１レベルに、言い換えるとローレベルからハイレベルに立ち上がる。この例では、アクティブ化信号は２進論理レベル１として示されるが、代わりに、アクティブ化信号は、本概念から逸脱することなしに２進論理レベル０として表すことができる。指令信号ＣＭＤが時間ｔ３にアクティブ化されるより前に、電力源の相Ａ、Ｂ、およびＣのどれも負荷１６０に与えられない。ＣＭＤが時間ｔ３にアクティブ化されたとき、同期信号論理ブロック１４０は、相互相交差パルス信号ＣＡ、ＢＣ、およびＡＢの１つで第１のパルスを探す。ＣＭＤ信号がアクティブ化された後で、ｔ４で、第１のパルスが相互相交差パルス信号ＢＣ上で検出される。この点で、ＣＭＤはアクティブ化されているので、相互相交差パルス信号ＢＣに対応する２つの同期信号Ｂ＿ＳＹＮＣおよびＣ＿ＳＹＮＣは、同期信号論理１４０によってアクティブ化される。時間ｔ４でのＢ＿ＳＹＮＣおよびＣ＿ＳＹＮＣのアクティブ化と同時に、駆動スイッチ１５０が電力源の対応する相ＢおよびＣを、Ｂ負荷およびＣ負荷としての負荷１６０に与える。さらに、Ｂ＿ＳＹＮＣおよびＣ＿ＳＹＮＣがアクティブ化されたとき、同期論理１４０は、アクティブ化同期信号Ｂ＿ＳＹＮＣおよびＣ＿ＳＹＮＣに対応しない相である相Ａの第１のゼロ交差を探す。信号ＺＡ上にない信号ＣＡ、ＢＣ、ＺＢ、ＡＢ、ＺＣ上のどんなパルスに対しても作用しない。例えば、パルスがパルス信号ＺＢおよびＡＢ上で観察される時間ｔ５およびｔ６に、同期論理１４０による、同期信号Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣへの変化はない。時間ｔ７に、パルスがパルス信号ＺＡ上で検出され、その点では、ＣＭＤは依然としてアクティブ化されているので、同期信号論理１４０は、同期信号Ａ＿ＳＹＮＣをアクティブ化する。時間ｔ７でのＡ＿ＳＹＮＣのアクティブ化と同時に、駆動スイッチ１５０は、電力源の対応する相Ａを、Ａ負荷としての負荷１６０に与える。
【００２４】
上記の議論から理解できることであるが、電力源の３つの相Ａ、Ｂ、およびＣの全てが同時に負荷１６０に与えられるのではない。上で説明されたシナリオでは、相のうちの２つ、この場合にはＢとＣが、これらの相のＬ−Ｎ電圧が等しいときに負荷に与えられ、結果として生じる瞬時電流はゼロであった。したがって、スイッチングから結果として生じるＥＭＩおよび熱出力は、無視できる程度であった。相ＢおよびＣが負荷１６０に与えられた後で、第３の相、相Ａがしばらくして負荷１６０に与えられ、そのとき、相ＢおよびＣのＬ−Ｎ電圧は等しいが反対であり、中点電圧はゼロに近かった。再び、相Ａの瞬時電流上昇は実質的にゼロであり、その結果としてスイッチング事象中のＥＭＩおよび発熱は最少となった。言い換えると、時間に対する電流の変化（ｄｉ／ｄｔ）は、選ばれたスイッチング時間ｔ４およびｔ７で小さいので、ＥＭＩおよび熱の観点から有利である。この説明の目的のために、電力源の相を負荷１６０に与える先の方法は、日和見的順序付けと呼ばれる。
【００２５】
さらに図３を参照して、電力源の３つの相Ａ、Ｂ、およびＣを負荷１６０から取り除く方法について、これから述べる。電力源の相Ａ、Ｂ、およびＣの全てがｔ７に負荷に与えられた時間から、指令信号が時間ｔ８に非アクティブ化されるまでの間、電力供給の相Ａ、Ｂ、およびＣは、負荷１６０に供給され続けている。しかし、時間ｔ８にＣＭＤが非アクティブ化されたとき、同期信号論理１４０は、ゼロ交差パルス信号ＺＡ、ＺＢ、およびＺＣの１つで第１のパルスを探す。ＣＭＤを非アクティブ化した後でゼロ交差パルス信号ＺＡ、ＺＢ、およびＺＣの１つでの第１のパルスは、時間ｔ９にＺＡで観察される。ｔ９にパルスを検出すると同時に、同期信号論理１４０は、Ａ＿ＳＹＮＣを非アクティブ化する。時間ｔ９でのＡ＿ＳＹＮＣの非アクティブ化と同時に、駆動スイッチ１５０は、電力源の対応する相Ａを負荷１６０から取り除き、Ａ負荷はゼロに減少する。その上、Ａ＿ＳＹＮＣが非アクティブ化されたとき、同期論理１４０は、非アクティブ化同期信号Ａ＿ＳＹＮＣに対応しない相である相ＢとＣの第１の相互交差を探す。パルス信号ＢＣ上にないパルス信号ＣＡ、ＺＣ、ＺＢ、ＡＢ、ＺＡ上のどんなパルスに対しても作用しない。時間ｔ１０に、パルスがパルス信号ＢＣ上で検出され、この点では、ＣＭＤは依然として非アクティブ化されているので、同期信号論理１４０は同期信号Ｂ＿ＳＹＮＣおよびＣ＿ＳＹＮＣを非アクティブ化する。時間ｔ１０でのＢ＿ＳＹＮＣおよびＣ＿ＳＹＮＣの非アクティブ化と同時に、駆動スイッチ１５０は、Ｂ負荷およびＣ負荷がゼロのレベルまで落ちるように電力源の対応する相ＢおよびＣを負荷１６０から取り除く。
【００２６】
電力源の相Ａ、Ｂ、およびＣの全てが、同時に負荷から取り除かれるわけではない。代わりに、相Ａ、Ｂ、およびＣは、日和見的に決定される順序で取り除かれて、駆動スイッチ１５０からのスイッチングＥＭＩおよび発熱を最小限にする。
【００２７】
負荷Ａ、Ｂ、およびＣにどんな順番で与えるかが重要でない場合に様々なやり方で三相供給１０４を三相負荷１６０に与える方法が、上で説明された。しかし、いくつかの用途では、電力源１０４の相を特定の固定した順序で負荷に与えることが必要である。固定相機能と呼ばれるこの動作モードについてここで説明する。ここで図４を参照すると、固定相モードの回路実現２４０は、図２に関連して説明された可変相機能に似ているが、ただ異なるのは、Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣ信号をイネーブルにすることに対応して、回路への追加の入力Ａ＿ＥＮ、Ｂ＿ＥＮ、およびＣ＿ＥＮがそれぞれあることである。特に、イネーブル信号Ａ＿ＥＮ、Ｂ＿ＥＮ、およびＣ＿ＥＮは、４入力ＡＮＤゲートＵ４６、Ｕ４７、Ｕ４８、Ｕ４９、Ｕ５０、およびＵ５１への入力として供給される。イネーブル信号Ａ＿ＥＮ、Ｂ＿ＥＮ、またはＣ＿ＥＮおよびＣＭＤのうちの１つのアクティブ化と同時に、同期論理は、Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、およびＣ＿ＳＹＮＣを予め決められた固定した順番または相回転でアクティブ化する。したがって、電力は、その予め決められた固定した順番または相回転で供給され、また取り除かれる。
【００２８】
Ａ＿ＥＮがイネーブルされ、かつＣＭＤがアクティブ化されているとき、同期論理２４０は、相ＡとＢの交差するときに最初にＡ＿ＳＹＮＣおよびＢ＿ＳＹＮＣを同時にアクティブ化し、次に、その後相Ｃのゼロ交差のときにＣ＿ＳＹＮＣをアクティブ化する。引き続きＡ＿ＥＮがイネーブルにされた状態で、ＣＭＤが非アクティブ化されたとき、相Ｃの対応するゼロ相交差のときにＣ＿ＳＹＮＣが最初に非アクティブ化され、次にその後で相ＡとＢの対応する相互相交差のときにＡ＿ＳＹＮＣおよびＢ＿ＳＹＮＣが同時に非アクティブ化される。同様に、Ｂ＿ＥＮがイネーブルにされ、かつＣＭＤがアクティブ化されたとき、同期論理２４０は、相ＢとＣの交差するときにＢ＿ＳＹＮＣおよびＣ＿ＳＹＮＣを同時にアクティブ化し、次にその後相Ａのゼロ交差のときにＡ＿ＳＹＮＣをアクティブ化する。Ｂ＿ＥＮがアクティブ化された状態で、ＣＭＤの非アクティブ化のすぐ後で、相Ａのゼロ交差のときにＡ＿ＳＹＮＣが最初に非アクティブ化され、次にその後で相ＢとＣの相互交差のときにＢ＿ＳＹＮＣとＣ＿ＳＹＮＣが同時に非アクティブ化される。Ｃ＿ＥＮとＣＭＤがアクティブ化されたとき、同期論理２４０は、最初に、相ＣとＡの相互相交差のときにＣ＿ＳＹＮＣとＡ＿ＳＹＮＣを同時にアクティブ化し、次に相Ｂのゼロ交差と同時にＢ＿ＳＹＮＣをアクティブ化する。引き続きＣ＿ＥＮがアクティブ化された状態で、ＣＭＤが非アクティブ化されたとき、相Ｂのゼロ相交差のときにＢ＿ＳＹＮＣが最初に非アクティブ化され、次に、相ＡとＣの対応する相互相交差のときにＣ＿ＳＹＮＣとＡ＿ＳＹＮＣが同時に非アクティブ化される。言い換えると、Ａ＿ＥＮがアクティブ化され、かつＢ＿ＥＮとＣ＿ＥＮが非アクティブ化されている場合、ＣＭＤが起動された後で、対応するパルスが信号ＡＢ上にある最初のＡ相とＢ相の相互交差のときに、Ａ＿ＳＹＮＣおよびＢ＿ＳＹＮＣはアクティブ化され、したがって電力は、相Ａの負荷および相Ｂの負荷に与えられる。Ａ＿ＳＹＮＣおよびＢ＿ＳＹＮＣアクティブ化に引き続いて、対応するパルスがＺＣ上にある最初のＣ相ゼロ交差が起きたとき、Ｃ＿ＳＹＮＣがアクティブ化され、したがって電力をＣ相の負荷に与える。ＣＭＤが非アクティブ化されたとき、Ｃ＿ＳＹＮＣは、次のＣ相ゼロ交差のときに非アクティブ化され、パルス信号ＺＣ上でパルスを検出することによって検出され、それによって相Ｃの負荷から電力を取り除く。次に、Ａ＿ＳＹＮＣおよびＢ＿ＳＹＮＣが、次のＡ相とＢ相の相互交差のときに非アクティブ化され、それによってＡおよびＢ相の負荷から電力を取り除く。したがって、イネーブル信号Ａ＿ＥＮ、Ｂ＿ＥＮ、およびＣ＿ＥＮの設定は、電力供給１０４の相Ａ、Ｂ、およびＣを望ましい順番で負荷１６０に与えることを可能にする。
【００２９】
本明細書で説明された実施形態に関して、用語「第１の」、「第２の」、および「第３の」相は、図３に関連して説明されたように負荷に電力が必要とされる時点に関して、または図４に関連して説明されたような相の形式的な列挙に関して、相変化事象またはピーク事象の序数に適用される。図３に関連して説明されたようにそれぞれの負荷に対して相を順序付けることは、「次の利用可能な相」の原理に従って行われることがあり、「日和見的順序付け」と呼ばれ、より即時の電力利用可能性という有利点を実現する。対照的に、相は、図４に関連して説明されたように予め決められた順番に従ってそれぞれの負荷に切り換えることができる。この方法は、「決定論的順序付け」と呼ばれ、電力が、特定の予め定められた順序で与えられなければならないとき、適用される。
【００３０】
この書面による説明は、最良の形態を含めて例を使用して、本発明を開示し、さらに任意のデバイスまたはシステムを作ることおよび使用することおよび任意の含まれた方法を行うことを含めて、当業者が本発明を実施することができるようにする。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲で定義され、当業者の心に浮かぶ他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文字通りの言語と違わない構造的要素を有する場合、または特許請求の範囲の文字通りの言語と非実質的な違いのある同等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲内にある意図である。
【符号の説明】
【００３１】
１００  三相電力源を負荷に与えるための回路ブロック図
１０４  三相電力供給
１１０  センサブロック
１２０  ゼロおよび相互交差検出ブロック
１３０  ワンショットブロック
１４０  同期信号論理ブロック
１５０  駆動スイッチブロック
１５２  ゲート駆動
１５４  電力スイッチ
１６０  負荷
Ｕ２、Ｕ４、Ｕ６、Ｕ７、Ｕ８、Ｕ９、Ｕ１０、Ｕ１１、Ｕ２８、Ｕ２９、Ｕ３０、Ｕ３１、Ｕ３２、Ｕ３３  ２入力ＡＮＤゲート
Ｕ１、Ｕ３  ３入力ＡＮＤゲート
Ｕ１２、Ｕ１３、Ｕ１４、Ｕ１５、Ｕ１６、Ｕ１７  ３入力ＯＲゲート
Ｕ２２、Ｕ２３、Ｕ２４、Ｕ２５、Ｕ２６、Ｕ２７  ４入力ＡＮＤゲート
Ｕ１８、Ｕ１９、Ｕ２０  Ｓ／Ｒラッチ
Ｕ５  インバータ
ＺＡ、ＺＢ、ＺＣ  ゼロ交差パルス信号
ＣＡ、ＢＣ、ＡＢ  相互交差パルス信号
Ａ＿ＳＹＮＣ、Ｂ＿ＳＹＮＣ、Ｃ＿ＳＹＮＣ  同期信号
ＣＡ＿ＤＥＴ、ＺＣ＿ＤＥＴ、ＢＣ＿ＤＥＴ、ＺＢ＿ＤＥＴ、ＡＢ＿ＤＥＴ、ＺＡ＿ＤＥＴ  検出信号
Ａ＿ＥＮ、Ｂ＿ＥＮ、Ｃ＿ＥＮ  イネーブル信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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