(57)【要約】  第１の導通モードおよび第２の非導通モードで動作するようにさらに構成されるスイッチと、コントローラとを含む、電源から電気負荷へ電力を制御可能に供給するための電気回路を動作させるための方法であって、該方法は、電源から電気負荷への電力の供給を停止するステップを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気回路を動作させるための方法であって、
固体電力制御装置（１４）により、コントローラ（３４）から制御信号（３８）を受信するステップと、
前記制御信号（３８）の受信に応じて、前記制御信号（３８）に少なくとも部分的に基づき、第１の導通モードと第２の非導通モードとの間で固体電力制御装置（１４）のスイッチトグルを所定のスイッチング時間内で切り換えるステップと、
を備え、
前記第１のモードと前記第２のモードとの間で切り換える前記ステップは、前記所定のスイッチング時間よりも長い期間にわたって行なわれる、方法。
【請求項２】
前記制御信号（３８）に少なくとも部分的に基づいて、電圧制御される電流源（３６）を制御するステップをさらに備える、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１のモードから前記第２のモードへの切り換えに起因する放熱を決定するステップをさらに備える、請求項１記載の方法。
【請求項４】
放熱に少なくとも部分的に基づいて、前記期間を決定するステップをさらに備える、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記制御信号（３８）を受信する前記ステップは、決定された前記期間を受信するステップを含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記固体電力制御装置（１４）または過渡抑制デバイスのうちの少なくとも一方の熱障害閾値を決定し、前記閾値に少なくとも部分的に基づいて前記期間を設定するステップをさらに備える、請求項４記載の方法。
【請求項７】
放熱を決定する前記ステップは、前記スイッチおよび過渡抑制デバイスによって放熱を決定するステップを含む、請求項３記載の方法。
【請求項８】
電気回路を動作させるための制御システムであって、
第１の導通モードおよび第２の非導通モードで動作するように構成されるスイッチを有するとともに、電源を電気負荷（１６）に結合する固体電力制御装置（１４）と、
コントローラ（３４）であって、
前記固体電力制御装置（１４）の温度を決定するように構成される温度構成要素（２７６）、
前記固体電力制御装置（１４）のための動作基準の組を決定するように構成される基準構成要素（２７８）、および
前記温度構成要素（２７６）および前記基準構成要素（２７８）に少なくとも部分的に基づいて、前記固体電力制御装置（１４）のスイッチを切り換えるためのタイミング値を決定するように構成されるタイミング構成要素（２８０）、
を備える、コントローラ（３４）と、
を備える、制御システム。
【請求項９】
前記コントローラ（３４）は、前記固体電力制御装置（１４）に対して通信可能に結合されるとともに、前記タイミング値を示す制御信号（３８）を前記固体電力制御装置（１４）に供給する、請求項８記載の制御システム。
【請求項１０】
前記固体電力制御装置（１４）は、前記制御信号（３８）に応じて、前記第１の導通モードと前記第２の非導通モードとの間で動作する、請求項９記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電気回路を動作させるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気回路は、電気負荷を有効または無効にするなど、電気的な動作を制御するためのスイッチを有して構成され得る。例えば、スイッチは、スイッチが「閉じられて」電流がスイッチ入力からスイッチ出力へ伝えられる第１の動作モードと、スイッチが「開いて」電流がスイッチ入力とスイッチ出力との間で伝わることが防止される第２の動作モードとを切り換えるように制御可能にし得る。
【０００３】
閉状態から開状態へ切り換わるなどの切り換え動作中に、電流の中断が過渡的な電気的特性（すなわち、通常の動作レベルを超える突然の高い電圧スパイクおよび高い電流スパイク）をもたらす可能性がある。一般に、過渡抑制デバイスは、過渡的な特性に起因する想定し得る損傷から電気回路を保護するために、過渡的な電気的特性を吸収するように構成され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許第１０５０９６７号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの態様において、電気回路を動作させるための方法は、固体電力制御装置により、コントローラから制御信号を受信するステップと、制御信号の受信に応じて、制御信号に少なくとも部分的に基づき、第１の導通モードと第２の非導通モードとの間で固体電力制御装置スイッチトグルを所定のスイッチング時間内で切り換えるステップとを含む。第１のモードと第２のモードとの間で切り換えるステップは、所定のスイッチング時間よりも長い期間にわたって行なわれる。
【０００６】
他の態様において、電気回路を動作させるための方法は、コントローラから、所定のスイッチング時間中に、第１の導通モードと第２の非導通モードとの間を切り換える固体電力制御装置トグルへ制御信号を供給するステップと、第１のモードと第２のモードとの間でスイッチングするために、制御信号に少なくとも部分的に基づいて、固体電力制御装置トグルを切り替えるステップとを含む。第１のモードと第２のモードとの間で切り換えるステップは、所定のスイッチング時間よりも長い期間にわたって行なわれる。
【０００７】
更なる他の態様において、電気回路を動作させるための制御システムは、第１の導通モードおよび第２の非導通モードで動作するように構成されるスイッチを有するとともに、電源を電気負荷に結合する固体電力制御装置と、コントローラとを含み、コントローラは、固体電力制御装置の温度を決定するように構成される温度構成要素と、固体電力制御装置のための動作基準の組を決定するように構成される基準構成要素と、温度構成要素および基準構成要素に少なくとも部分的に基づいて、固体電力制御装置のスイッチを切り換えるためのタイミング値を決定するように構成されるタイミング構成要素とを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】配電システムの概略回路図である。
【図２】配電システムを動作させる方法の応答を示す一連のグラフである。
【図３】配電システムを動作させる方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る配電システムのためのコントローラである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の説明される実施形態は、例えば航空機で使用され得る配電システムなどの電気回路に関する。この説明は、主に航空機用の配電システムに向けられるが、電気信号を供給源から送信先へと配信するためのスイッチング可能な伝導系を有する電気回路を使用する任意の環境にも当てはまる。
【００１０】
図１は、発電機１２として示される電源、固体スイッチまたは固体電力制御装置（ＳＳＰＣ）１４などの電気スイッチ、および、電気負荷１６を備える航空機における典型的な配電システム１０などの電気回路の典型的な概略回路図を示す。発電機１２およびＳＳＰＣ１４は、固有の電気的特性、例えば第１のインダクタンス２０および第１の抵抗２２を有する第１の送信配線１８などの上流側相互接続部によって電気的に結合される。ＳＳＰＣ１４および電気負荷１６も同様に、固有の電気的特性、例えば同様に第２のインダクタンス２６および第２の抵抗２８を有する第２の送信配線２４などの下流側相互接続部によって電気的に結合される。送信配線１８、２４が記載されるが、任意の適した導電性相互接続部を利用して、発電機１２、ＳＳＰＣ１４、および、電気負荷１６を結合できる。適した導電性相互接続部の非限定的な例としては、ケーブル、ケーブル接合部、または、バスバーを挙げることができる。
【００１１】
ＳＳＰＣ１４の１つの例は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）系または窒化ガリウム（ＧａＮ）系のワイドバンドギャップ電源スイッチを備えることができる。ＳｉＣまたはＧａＮは、それらの固体材料構成、大きな電力レベルをより小さくより軽い形状因子で扱うことができるそれらの能力、および、電気的な動作を非常に迅速に果たすことができるそれらの高速スイッチング能力に基づいて選択され得る。ＳＳＰＣ１４の他の例は、高速スイッチングも行なうことができる金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などの更なるシリコン系電源スイッチを備えることができる。
【００１２】
ＳＳＰＣ１４は、スイッチング構成要素３０、スイッチング構成要素３０を跨いで構成される過渡抑制デバイス、および、コントローラ３４を含むことができる。過渡抑制デバイスは、過渡電圧サプレッサ（ＴＶＳ）３２、トランソーブ、または、金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）デバイスを含むことができるが、これらに限定されない。スイッチング構成要素３０は、制御可能に動作できる、または、制御信号に応じて第１の導通モードと第２の非導通モードとの間で制御可能に変化できるほぼ任意の構成要素を含むことができる。図示の例において、スイッチング構成要素３０は、コントローラ３４によって発生される制御信号３８に応じて制御できる電圧制御電流源（ＶＣＣＳ）３６をさらに含む。図示の例はコントローラ３４をＳＳＰＣ１４の部分構成要素として例示するが、本発明の実施形態は、コントローラ３４がＳＳＰＣ１４の外部にある例を含むことができ、また、ＳＳＰＣ１４、スイッチング可能な構成要素３０、または、ＶＣＣＳ３６のうちの少なくとも１つに対して制御信号３８を与えることができる。
【００１３】
ＳＳＰＣ１４は、スイッチング構成要素３０またはＴＶＳ３２のうちの少なくとも一方と関連する温度値を検出、測定、あるいはさもなければ、決定する温度センサ４０を含むことができる。例えば、温度値は、スイッチング構成要素３０またはＴＶＳ３２の実際の温度を含むことができる。これに加えてまたは代えて、温度値は、ＳＳＰＣ１４またはコントローラ３４の温度を示すまたは該温度に関連する値を含むことができる。温度センサ４０をコントローラ３４と通信可能に結合させることができる。温度センサ４０は、コントローラ３４などの更なる構成要素に対して温度値を（それぞれの電流特性または電圧特性として）送信、表示、あるいはさもなければ、供給することができ、また、コントローラ３４は、特性に関して処理を行なって、例えば、温度または温度値の変化を決定する。これに加えて、またはこれに代えて、温度センサ４０をコントローラ３４と一体化することができる。本明細書中では、温度値を決定する非限定的な例が図４に関連して説明される。
【００１４】
図１は、以後の図で明らかにされる配電システム１０の幾つかの電気的特性をさらに例示する。例示される電気的特性は、ＴＶＳ４２を通る電流、ＶＣＣＳ４４を通る電流、ＴＶＳおよびＶＣＣＳ４８の全体にわたる電圧降下を含む。
【００１５】
ＶＣＣＳ３６は、例えば、ＶＣＣＳ３６が実質的にバイナリ態様で動作するように、制御信号３８に基づいてスイッチを動作させる、変化させる、あるいはさもなければ、制御することができ、この場合、第１の導通モードは、ＳＳＰＣ１４またはＶＣＣＳ３６を通じた電流の制約されない導通を可能にし、第２の非導通モードは、ＳＳＰＣ１４またはＶＣＣＳ３６を通じた電流の導通を妨げる。この場合、ＶＣＣＳ３６は、非常に短い所定のスイッチング時間にわたって第１および第２のモード間を切り換えることができる。所定のスイッチング時間は、例えば、デバイスの最小スイッチング時間に基づくことができる。例えば、最小スイッチング時間は１０ナノ秒程度となり得る。
【００１６】
更なる例として、ＶＣＣＳ３６は、ＶＣＣＳ３６が制御可能に調整される態様で動作するように、制御信号３８に基づいてスイッチをさらに動作させる、変化させる、あるいはさもなければ、制御することができる。例えば、第１の導通モードは、電流導通のレベルを所定の期間にわたって様々な導通モードで変えることを可能にし得る。様々な導通モードは、ＳＳＰＣ１４またはＶＣＣＳ３６を通じた電流導通のレベルが制御信号３８に比例し得るように線形な導通モードを含むことができる。これに加えて、またはこれに代えて、様々な導通モードは所定の導通スキーマを含む。例えば、所定の導通スキーマは、非線形導通モード、段階的導通モード、例えば逓減的導通モード、または、スキーマの任意の組み合わせを含むことができる。この例において、第１の導通モードから第２の非導通モードへの切り換えは、前述した所定のスイッチング時間（例えば、１０マイクロ秒）よりも長い期間にわたってＳＳＰＣ１４またはＶＣＣＳ３６を通じた電流導通を制御可能に下げることができる。加えて、第２のモードから第１のモードへの切り換えは、制御信号３８に基づくことができ、または、所定の導通スキーマに基づくことができる。更なる様々な導通モードは、例えば、上昇または下降する幾何学的な導通モードを含むことができる。
【００１７】
コントローラ３４の例は、汎用または専用のコンピュータまたはプロセッサを伴う他のマシンをさらに含むことができる。一般に、そのようなコンピュータプログラムは、特定のタスクを行なう技術的効果を有する、または、特定の抽象データタイプを実施するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、アルゴリズム等を含むことができる。マシン実行可能命令、関連するデータ構造、および、プログラムは、本明細書中に開示されるように情報のやりとりを実行するためのプログラムコードの例に相当する。マシン実行可能命令は、例えば、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または、専用の処理マシンに特定の機能または一群の機能を果たさせる命令およびデータを含むことができる。本発明の実施形態は、導通アルゴリズム、パターン、または、制御可能なモードをコントローラ３４のメモリまたはコントローラ３４によりアクセスできる外部メモリに記憶できる例を含むことができる。メモリの例は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、または、１つ以上の異なるタイプのポータブル電子メモリ、例えばディスク、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等、あるいは、これらのタイプのメモリの任意の適した組み合わせを含むことができる。メモリは、導通アルゴリズム、パターン、または、制御可能なモードを決定するための実行可能な命令セットを有するコンピュータプログラムの全部または一部を含むことができる。
【００１８】
例えば航空機の実施形態において、作動ガスタービンエンジンは、スプールを介して引き出され得る機械エネルギーを与えて、駆動力を発電機１２にもたらすことができる。また、発電機１２は、スイッチング構成要素３０が閉じられる（すなわち、第１の導通モードにある）ときに、発生された電力を、該電力を電気負荷１６に送出するＳＳＰＣ１４へそれぞれの送信配線１８を介して供給する。配電システム１０は、発電機１２から電気負荷１６への電力の供給の停止を示す制御信号３８をコントローラ３４からＳＳＰＣ１４、スイッチング構成要素３０、または、ＶＣＣＳ３６のうちの少なくとも１つへ与えることにより、スイッチをさらに動作させる、または、スイッチを第１の導通モードから第２の非導通モードへ変えることができる。制御信号３８に応じて、スイッチング構成要素３０は、電力の供給が止まるまで、第１の導通モードから第２の非導通モードへ制御可能に切り換わる。
【００１９】
スイッチング構成要素３０が例えば先の例の所定のスイッチング時間でほぼ瞬間的に開かれる（すなわち、第２の非導通モードに切り換えられる）と、配電システム１０における電流の中断は、それぞれの第１および第２の送信配線１８、２２の第１および第２のインダクタンス２０、２６などの固有の電気的特性に起因して、配電システム１０のＳＳＰＣ１４で過渡的な電気的特性（すなわち、通常の動作レベルを超える突然の高い電圧スパイクおよび高い電流スパイク）をもたらす。幾つかの電気システムまたは航空機配電システム１０では、送信配線１８、２２が数マイルの長さになることができ、これは、かなりのインダクタンス２０、２６をもたらし、その結果、所定のスイッチング時間などの非常に短い期間にわたるほぼ瞬間的なスイッチング中にＳＳＰＣ１４でかなりの電気的過渡現象をもたらす。さらに、幾つかの配電システム１０は、高い電圧レベル、例えば２７０ＶＤＣで、または、１００アンペアなどの高い電流レベルで動作し、それにより、高レベルの電気的過渡現象がさらにもたらされる。例えば、第１および第２の送信配線１８、２４に蓄えられるエネルギーが数十ジュール程度になることができ、それにより、本発明の実施形態において大きい過渡的な電気的特性がもたらされる。
【００２０】
ほぼ瞬間的に、例えば先の例の所定のスイッチング時間でスイッチング構成要素３０が開かれる実施形態では、ＳＳＰＣ１４またはスイッチング構成要素３０を損傷させないように過渡的な電気的特性が主にＴＶＳ３２の全体にわたって吸収されて消散される。過渡的な電気的特性は、一般に、ＴＶＳ３２の全体にわたって熱として放散され、この熱は、ＴＶＳ３２から例えばヒートシンクへ、または、対流によって外部環境へさらに放散され得る。したがって、この形態および動作は、１つの例では、６００ｋＷを上回る電力過渡現象および５００アンペアを上回る電流過渡現象を扱うように構成される、より大きい、よりロバスト性が高い、または、より有能なＴＶＳ３２を必要とする。電気的過渡現象の１つの例が記載されるが、それよりも高いおよび低い電圧過渡現象または電流過渡現象を含めることができ、そのような過渡現象は、電気回路の電気的特性に依存する。
【００２１】
あるいは、所定のスイッチング時間よりも遅い期間にわたってスイッチング構成要素３０が制御可能に開かれる（すなわち、第２の非導通モードへ切り換えられる）本発明の実施形態において、過渡的な電気的特性は、第１に、スイッチング構成要素３０の電流導通が止められる時間を長くし、したがって、任意の所定の瞬間に所定期間中にわたって受けられる瞬間的な過渡現象を減少させることに起因して、また、第２に、ＴＶＳ３２およびスイッチング構成要素３０またはＳＳＰＣ１４の両方にわたって受けられる過渡現象を吸収することによって減少される。この例において、過渡現象は、一般に、ＴＶＳ３２およびスイッチング構成要素３０またはＳＳＰＣ１４の両方の全体にわたって熱として放散され、この熱は、構成要素３２、３０、１４から例えばヒートシンクへ、または、対流によって外部環境へさらに放散され得る。ＴＶＳ３２およびスイッチング構成要素３０またはＳＳＰＣ１４の両方にわたって受けられる過渡現象を吸収することにより、ＴＶＳ３２は、先に説明されたと同様の例では、３５０ｋＷ未満のより小さい電力過渡現象および３５０アンペア未満の電流過渡現象を扱うべく、より小さくなる、よりロバスト性が低くなる、または、より能力が低くなるように構成され得る。
【００２２】
図２は、先に説明された第１および第２の例の両方の動作を示す時間が揃えられた多くの電気応答グラフを例示する。図２において、第１のグラフ５０は、ＶＣＣＳ４４を通る電流（Ｉ＿ＳＷで示されて、アンペアを単位として測定される）を示し、第２のグラフ５２は、ＴＶＳ４２を通る電流（Ｉ＿ＴＶＳで示されて、アンペアを単位として測定される）を示し、第３のグラフ５４は、ＶＣＣＳ３６で損なわれる電力（Ｐ＿ＶＣＣＳで示されて、ｋＷを単にとして測定される）を示し、第４のグラフ７０は、ＴＶＳにおけるワット損（Ｐ＿ＴＶＳで示されて、ｋＷを単にとして測定される）を示し、第５のグラフ７２は、ＳＳＰＣ１４またはスイッチング構成要素３０の対応する温度プロファイル７４（Ｔ＿ＳＳＰＣとして示されて、摂氏温度として測定される）を示し、また、第６のグラフ７６は、方法中にＴＶＳ３２に印加される電気的ストレスに起因する、スイッチング構成要素３０の両端間で測定されるクランプ電圧（Ｖ＿ＳＷで示されて、ｋＶを単にとして測定される）を示す。スイッチング構成要素３０が例えば所定のスイッチング時間でほぼ瞬間的に開かれる先の第１の例は、第１の信号５６として示されており、一方、所定のスイッチング時間よりも遅い期間にわたってスイッチング構成要素３０が制御可能に開かれる先の第２の例は、第２の信号５８として示されている。
【００２３】
図示のように、方法６０の初めに、スイッチング構成要素３０が閉じられるとともに、スイッチング構成要素３０は、６００アンペアよりも多くの電流を発電機１２から電気負荷１６へと導通している。第２の時間６２において、コントローラ３４は、発電機１２から電気負荷１６への電力供給の停止を示す制御信号３８をＳＳＰＣ１４へ供給し、また、ＶＣＣＳ３６は、第１の導通モードから第２の非導通モードへ切り換わることによって応答する。
【００２４】
第１のグラフ５０の第１の信号５６に示されるように、ＶＣＣＳ電流４４がほぼ瞬間的に停止され６４、一方、第２のグラフ５２の第１の信号５６は、経時的に消散する第２の時間６２に対応するＴＶＳ電流４２における過渡的な電気的特性またはスパイクを示す。第３のグラフ５４の第１の信号５６は、第２の時間６２に対応するＶＣＣＳ３６の電力における一時的な過渡現象が存在する一方で、ＶＣＣＳ３６が開かれ、したがって導通しなくなるにつれて、過渡現象が急速に排除されることを示す。
【００２５】
第１の信号５６の応答の例と第２の信号５８の応答の例とを比較されたい。第２の時間６２において、ＶＣＣＳ３６は、電力の供給が停止されるまで、所定のスイッチング時間よりも遅い期間６６にわたって第１の導通モードから第２の非導通モードへ切り換わるように制御可能に動作される。第１のグラフ５０の第２の信号５８に示されるように、ＶＣＣＳ電流４４は、期間６６にわたって直線的に減少される。先に説明されたように、直線的に減少する導通モードが示されるが、本発明の実施形態では、更なる様々な導通モードを含めることができる。
【００２６】
ＶＣＣＳ電流４４は所定期間にわたって減少するが、ＶＣＣＳ３６の電力は、第３のグラフ５４に示されるように、最初に、システム１０におけるより小さい電気的過渡現象に応じて上昇し、その後、スイッチング構成要素３０が非導通モードで完全に開かれるまで減少する。この同じ期間中に、ＴＶＳ電流４２は、第２のグラフ５２に示されるように、ＶＣＣＳ電流４４の量が減少されるにつれて、期間６６にわたって上昇する。この期間６６中、ＶＣＣＳ３６およびＴＶＳ３２の両方は、配電システム１０の変化する送電により引き起こされる電気的過渡現象を吸収して消散している。期間６６の終了時、過渡現象が消失してしまう時間６８まで消散するＴＶＳ電流４２を第２のグラフ５２が示すように、残存する全ての電気的過渡現象特性はＴＶＳ３２のみによって吸収されて消散されている。
【００２７】
第４のグラフ７０の第１の信号５６に示されるように、ＴＶＳワット損は、スイッチング構成要素３０が第１の導通状態から第２の非導通状態へ切り換わる第２の時間６２に対応する瞬間におけるＴＶＳ電力における過渡現象を示し、この場合、過渡的な電気的特性の殆どの部分は、ＴＶＳ３２によって吸収されて、経時的に熱として放散される。逆に、第２の信号５８に示されるように、第４のグラフ７０に示されるＴＶＳワット損は、期間６６にわたって上昇する。これは、同じ期間６６中に（対応する第３のグラフ５４に示されるように）ＶＣＣＳ３６で損なわれる電力の量が減少されるからである。期間６６の終了時、過渡現象が消失してしまう時間６８までＴＶＳワット損４２の減少を第４のグラフ７０が示すように、残存する全ての過渡的な電気的特性はＴＶＳ３２のみによって吸収されて消散されている。
【００２８】
第５のグラフ７２は、第２の動作の例中にわたるＳＳＰＣ１４の温度プロファイル７４の１つの例を示し、この場合、所定のスイッチング時間よりも遅い期間にわたってスイッチング構成要素３０が制御可能に開かれる。第２の信号５８により示されるように、ＳＳＰＣ１４における温度増大は第２の時間６２に対応する。これは、過渡的な電気的特性の一部がＳＳＰＣ１４によって吸収されて、主に熱として放散されるからである。期間６６の一部の後、過渡的な電気的特性が最小限に抑えられ、また、ＳＳＰＣ１４の温度が降下し始める。これは、例えば、ヒートシンク、外部環境への対流、または、他の放散方法によって熱がＳＳＰＣ１４からさらに放散されるからである。
【００２９】
第６のグラフ７６は、方法中にＴＶＳ３２に印加される電気的ストレスに起因するスイッチング構成要素３０の両端間で測定されるクランプ電圧の１つの例を示す。第１の信号５６に示されるように、ほぼ瞬間的なスイッチング過渡的特性に起因して高レベルの電気的ストレス（ｋＶで示される）がＴＶＳ３２の全体にわたって印加される。逆に、第２の信号５８に示されるように、本開示の実施形態にしたがって、より長い期間にわたってストレスを印加することにより、ＴＶＳ３２が減少されたストレスを受け、その結果、スイッチング動作中に、より小さいピーククランプ電圧が生じる。より小さいピーククランプ電圧は、ＴＶＳ３２の配線における任意の寄生インダクタンスの影響をさらに最小にし得る。
【００３０】
本発明の実施形態は、ＳＳＰＣ１４、ＴＶＳ３２、または、様々な導通モード、パターン、あるいは、スキーマの形態を含むことができ、この場合、その形態は、期間６６中または導通モードから非導通モードへの繰り返される切り換え中にＳＳＰＣ１４の予期される、推定される、または、実際の温度プロファイルが前述の構成要素１４、３２のうちの１つ以上における熱障害閾値を満たさないまたは超えないように選択され得る。例えば、発電機１２から電気負荷１６への電力を制御可能に供給または中断する方法は、ＳＳＰＣ１４またはＴＶＳ３２のうちの少なくとも一方における熱の放散により発生される推定熱量と、ＳＳＰＣ１４またはＴＶＳ３２のうちの少なくとも一方による放熱の推定比率または実際の比率とに少なくとも部分的に基づいて、様々な導通モード、パターン、アルゴリズム、または、期間６６を調整または計算することをさらに含むことができる。この例において、温度センサ４０は、ＳＳＰＣ１４またはＴＶＳ３２へのあるいはＳＳＰＣ１４またはＴＶＳ３２からの放熱を示す測定値、推定値、または、信号を供給できる。そのような実施形態において、コントローラ３４は、計算されたまたは推定された期間６６を示す制御信号３８をＳＳＰＣ１４またはスイッチング構成要素３０のうちの少なくとも一方に対して制御可能に与えることができる。
【００３１】
図３は、発電機１２などの電源から電気負荷１６へ電力を制御可能に供給するために電気回路を動作させるための方法１００の非限定的な例を明らかにする。方法１００は供給ステップ１１０から始まり、この供給ステップでは、コントローラ３４が制御信号３８をＳＳＰＣ１４またはスイッチング構成要素３０のうちの少なくとも一方へ供給する。次は制御ステップ１２０であり、この制御ステップでは、コントローラ３４が、少なくとも部分的に制御信号３８に基づき、ＳＳＰＣ１４またはスイッチング構成要素３０のうちの少なくとも一方を作用可能に制御して、第１の導通モードから第２の非導通モードへ切り換える。１つの非限定的な例において、コントローラ３４は、第１のモードから第２のモードへの切り換えに起因する放熱をさらに決定することに少なくとも部分的に基づくことにより、例えば、ＳＳＰＣ１４、スイッチング構成要素３０、または、ＴＶＳ３２のうちの少なくとも１つに適用される過渡的な電気的特性に起因する放熱を決定することなどに少なくとも部分的に基づくことにより、ＳＳＰＣ１４またはスイッチング構成要素３０を制御するようにさらに動作し得る。
【００３２】
本発明の実施形態の他の非限定的な例において、コントローラ３４は、放熱の決定に少なくとも部分的に基づいて、第１のモードから第２のモードへ切り換えるための期間を決定することによってＳＳＰＣ１４またはスイッチング構成要素３０を制御するようにさらに動作し得る。さらにまた、期間の決定は、前述したように、それぞれの対応する構成要素ごとにＳＳＰＣ１４、スイッチング構成要素３０、または、ＴＶＳ３２が熱障害閾値を満たすこと（すなわち、過熱）を防止することに少なくとも部分的に基づくことができる。また、期間の決定は、先にも説明されたＴＶＳ３２に印加される所望のクランプ電圧に少なくとも部分的に基づくこともできる。最後に、切り換えステップ１３０では、制御信号３８にしたがって所定期間にわたりＳＳＰＣ１４またはスイッチング構成要素３０が第１の導通モードから第２の非導通モードへ切り換わる。
【００３３】
描かれたシーケンスは、単なる例示目的にすぎず、方法の一部が異なる論理的順序で進行し得ること、付加的もしくは介在する部分を含めることができること、または、方法の記載された部分を複数の部分へ分けることができること、または、記載された方法を損なうことなく、方法の記載された部分を省くことができることが理解されるように、決して方法１００を限定しようとするものではない。
【００３４】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る別のコントローラ２３４を示す。第２の実施形態は、第１の実施形態に類似しており、したがって、同様の部分は、２００だけ増大される同様の数字を用いて特定され、この場合、別段に言及されなければ、第１の実施形態の同様の部分の説明が第２の実施形態に当てはまることが理解される。第１の実施形態と第２の実施形態との間の相違点は、コントローラ２３４が温度構成要素２７６、基準構成要素２７８、および、タイミング構成要素２８０をさらに含むことができるという点である。温度構成要素２７６は、ＳＳＰＣ１４、スイッチング構成要素３０、または、ＴＶＳ３２の温度を決定または推定するように構成され得る。本発明の１つの実施形態において、温度構成要素２７６は、温度センサ、所定の温度モデル、推定温度モデル、ＳＳＰＣ１４、スイッチング構成要素３０、または、ＴＶＳ３２の全体にわたる電流または電圧を検出または測定すること、あるいは、前述の例の任意の組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。
【００３５】
基準構成要素２７８は、ＳＳＰＣ１４、スイッチング構成要素３０、または、ＴＶＳ３２のための動作基準の組を決定または取得できる。ＳＳＰＣ１４、スイッチング構成要素３０、または、ＴＶＳ３２のための動作基準の例としては、スイッチング構成要素３０のタイプ、それぞれの構成要素１４、３０、３２の電力定格、熱障害閾値、ＴＶＳ３２の所望のクランプ電圧、それぞれの構成要素１４、３０、３２の放熱率、またはそれぞれの構成要素１４、３０、３２の発熱率を挙げることができるが、これらに限定されない。１つの例において、基準構成要素２７８は、それぞれの動作基準を値のデータベースまたはテーブルから取得できる。
【００３６】
タイミング構成要素２８０は、ＳＳＰＣ１４またはスイッチング構成要素３０を第１の導通モードから第２の非導通モードへ切り換えるための期間を決定するように構成され得るとともに、その決定を温度構成要素２７６または基準構成要素２７８のうちの少なくとも一方に少なくとも部分的に基づかせることができる。例えば、タイミング構成要素２８０は、前述したような温度または基準の組に少なくとも基づいて、期間、タイミング設定点、または、タイミング値を生成できる。ある場合には、タイミング構成要素２８０は、温度構成要素２７６により決定されるＴＶＳ３２の温度、推定される電気的な過渡的特性に晒されるときのＴＶＳ３２における予期される発熱率、および、ＴＶＳ３２がＴＶＳ３２の熱障害閾値に達することまたは熱障害閾値を超えることを防止する切り換え期間をもたらすためのＴＶＳ３２の予期される放熱率を利用できる。ＳＳＰＣ１４またはスイッチング構成要素３０を切り換えるための期間を決定するための更なる考慮が本明細書中で記載されてきた。
【００３７】
先の図に示される実施形態および形態に加えて多くの他の想定し得る実施形態および形態が本開示によって考えられる。例えば、本発明の１つの実施形態は、スイッチング構成要素３０を第１の導通状態から第２の非導通状態へ制御可能に動作させまたは切り換えてから第１の導通状態へ戻すための全期間が電気負荷１６の電力中断リセット時間よりも短くなり得るようにすることを考える。加えて、多くの異なるインライン形態を実現できるように様々な構成要素の形態および配置を再編成することができる。
【００３８】
本明細書中に開示される実施形態は、電力を電源から固体電力制御装置を介して結合される電気負荷へ制御可能に供給するための電気回路を動作させるための方法を提供する。先の実施形態で実現され得る１つの利点は、前述の実施形態がスイッチング事象中に制御できる過渡的電気的特性管理で動作し得るという点である。過渡抑制デバイスは、物理的に大きく、高価であり、信頼できないデバイスである。したがって、スイッチング中にもたらされる過渡的な電気的特性を正確に制御することにより、過渡現象の影響を過渡抑制デバイスおよびＳＳＰＣの両方の間で共有でき、したがって、必要とされる過渡抑制デバイス定格を減らすことができ、または、ある場合には、必要とされる過渡抑制デバイス定格を完全に排除できる。より低い定格の過渡抑制デバイス、あるいは代わりに、過渡抑制デバイスを排除することは、従来のタイプのＳＳＰＣ過渡的電気的特性管理システムと比べて重量要件およびサイズ要件を減らす。過渡抑制デバイスに印加されるストレスをさらに減らすこと、あるいは代わりに、過渡抑制デバイスを排除することは、電気回路の全体の信頼性をさらに高める。加えて、過渡抑制デバイスに印加されるストレスを減らすことにより、より小さいクランプ電圧がスイッチング動作中に生じ、それにより、過渡抑制デバイス配線における任意の寄生インダクタンスの影響をさらに最小限に抑えることができる。また、クランプ電圧を減らして過渡抑制デバイス配線における寄生インダクタンスの影響を最小限に抑えることにより、過渡抑制デバイスは、付加的なマイナスの誘起効果を伴うことなくＳＳＰＣの所定の形態から物理的に離れて位置付けられるべくより大きな自由度を有することができる。
【００３９】
航空機構成要素を設計する際、扱うべき重要な因子は、サイズ、重量、および、信頼性である。電気回路を動作させるための提案された方法は、より低い重量、より小さいサイズ、性能の向上、および、高いシステム信頼性をもたらす。より少ない数の部品およびメンテナンスの減少は、より低い製造コスト、および、より低い動作コストをもたらす。重量およびサイズの減少は、飛行中の競争上の優位性に関連がある。
【００４０】
未だ説明されない範囲まで、様々な実施形態の異なる特徴および構造が望み通りに互いと組み合わせて使用されてもよい。１つの特徴が実施形態の全てにおいて示されない場合があることは、その特徴が示され得ないと解釈されるように意図されておらず、説明を簡単にするために行なわれる。したがって、異なる実施形態の様々な特徴は、新たな実施形態が明示的に記載されるか否かにかかわらず、新たな実施形態を形成するべく望み通りに混ぜ合わされて適合されてもよい。本明細書中に記載される特徴の全ての組み合わせまたは置換は、この開示によって網羅される。
【００４１】
この書面による説明は、実施例を使用して、最良の態様を含む発明を開示するとともに、任意の装置またはシステムを形成して使用すること、および、任意の組み入れられた方法を実行することを含めて、任意の当業者が発明を実施できるようにする。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、また、当業者が想起する他の実施例を含んでもよい。そのような他の実施例は、それらが特許請求項の文字通りの言葉とは異ならない構造的要素を有する場合には、あるいは、それらが特許請求項の文字通りの言葉と実質的に異ならない等価な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲内に入るべく意図される。
【００４２】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
電気回路を動作させるための方法であって、
固体電力制御装置（１４）により、コントローラ（３４）から制御信号を受信するステップと、
前記制御信号（３８）の受信に応じて、前記制御信号（３８）に少なくとも部分的に基づき、第１の導通モードと第２の非導通モードとの間で固体電力制御装置（１４）スイッチトグルを所定のスイッチング時間内で切り換えるステップと、
を備え、
前記第１のモードと前記第２のモードとの間で切り換える前記ステップは、前記所定のスイッチング時間よりも長い期間にわたって行なわれる、方法。
［実施態様２］
前記制御信号（３８）に少なくとも部分的に基づいて、電圧制御される電流源を制御するステップをさらに備える、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
前記電圧制御される電流源を制御する前記ステップは、前記電圧制御される電流源を所定期間にわたって線形導通モードで制御するステップをさらに含む、実施態様２に記載の方法。
［実施態様４］
前記第１のモードから前記第２のモードへの前記切り換えに起因する放熱を決定するステップをさらに備える、実施態様１に記載の方法。
［実施態様５］
放熱に少なくとも部分的に基づいて、前記期間を決定するステップをさらに備える、実施態様４に記載の方法。
［実施態様６］
前記制御信号（３８）を受信する前記ステップは、決定された前記期間を受信するステップを含む、実施態様５に記載の方法。
［実施態様７］
前記固体電力制御装置（１４）または過渡抑制デバイスのうちの少なくとも一方の熱障害閾値を決定し、前記閾値に少なくとも部分的に基づいて前記期間を設定するステップをさらに備える、実施態様５に記載の方法。
［実施態様８］
放熱を決定する前記ステップは、前記スイッチおよび過渡抑制デバイスによって放熱を決定するステップを含む、実施態様４に記載の方法。
［実施態様９］
前記放熱を決定する前記ステップは、放散によりもたらされる熱の量を前記制御装置（１４）によって推定するとともに、前記固体電力制御装置（１４）または前記過渡抑制デバイスのうちの少なくとも一方による放熱率を前記制御装置（１４）によって推定するステップをさらに備える、実施態様８に記載の方法。
［実施態様１０］
第２の制御信号を受信するステップと、
前記第２の制御信号の受信に応じて、前記第２の制御信号に少なくとも部分的に基づき、前記第２の導通モードと前記第１の導通モードとの間で固体電力制御装置スイッチトグルを所定の第２の期間中に切り換えるステップと、
をさらに備え、
前記第１および第２の制御信号に応じて、前記固体電力制御装置（１４）スイッチを切り換えるための全サイクル時間は、電気負荷（１６）の電力中断リセット時間よりも短い、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１１］
電気回路を動作させるための方法であって、
コントローラ（３４）から、所定のスイッチング時間中に、第１の導通モードと第２の非導通モードとの間を切り換える固体電力制御装置（１４）トグルへ制御信号（３８）を供給するステップと、
前記第１のモードと前記第２のモードとの間で切り換えるために、前記制御信号（３８）に少なくとも部分的に基づいて、前記固体電力制御装置（１４）トグルを切り替えるステップと、
を備え、
前記第１のモードと前記第２のモードとの間で切り換える前記ステップは、前記所定のスイッチング時間よりも長い期間にわたって行なわれる、方法。
［実施態様１２］
前記第１のモードから前記第２のモードへの前記切り換えに起因する放熱を前記コントローラによって決定するステップをさらに備える、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１３］
切り替える前記ステップは、前記放熱の前記決定に少なくとも部分的に基づいて、前記固体電力制御装置（１４）を切り換えるステップをさらに備える、実施態様１２に記載の方法。
［実施態様１４］
決定する前記ステップは、前記固体電力制御装置（１４）または過渡抑制デバイスのうちの少なくとも一方に適用される過渡的な電気的特性に起因する放熱を決定するステップをさらに備える、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１５］
放熱に少なくとも部分的に基づいて、前記期間を前記コントローラにより決定するステップをさらに備える実施態様１４に記載の方法。
［実施態様１６］
前記期間を決定する前記ステップは、前記固体電力制御装置（１４）または前記過渡抑制デバイスのうちの少なくとも一方が熱障害閾値を満たすことを防止することに少なくとも部分的に基づいて、前記期間を決定するステップをさらに備える、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１７］
過渡抑制デバイスに印加される所望のクランプ電圧に少なくとも部分的に基づいて、期間を前記コントローラ（３４）によって決定するステップをさらに備える、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１８］
電気回路を動作させるための制御システムであって、
第１の導通モードおよび第２の非導通モードで動作するように構成されるスイッチを有するとともに、電源を電気負荷に結合する固体電力制御装置（１４）と、
コントローラ（３４）であって、
前記固体電力制御装置（１４）の温度を決定するように構成される温度構成要素（２７６）、
前記固体電力制御装置（１４）のための動作基準の組を決定するように構成される基準構成要素（２７８）、および
前記温度構成要素（２７６）および前記基準構成要素（２７８）に少なくとも部分的に基づいて、前記固体電力制御装置（１４）のスイッチを切り換えるためのタイミング値を決定するように構成されるタイミング構成要素（２８０）、
を備える、コントローラ（３４）と、
を備える、制御システム。
［実施態様１９］
前記コントローラ（３４）は、前記固体電力制御装置（１４）に対して通信可能に結合されるとともに、前記タイミング値を示す制御信号（３８）を前記固体電力制御装置（１４）に供給する、実施態様１８に記載の制御システム。
［実施態様２０］
前記固体電力制御装置（１４）は、前記制御信号（３８）に応じて、前記第１の導通モードと前記第２の非導通モードとの間で動作する、実施態様１９記載の制御システム。
【符号の説明】
【００４３】
１０  配電システム
１２  発電機
１４  固体電力変換器（ＳＳＰＣ）
１６  電気負荷
１８  第１の送信配線
２０  第１のインダクタンス
２２  第１の抵抗
２４  第２の送信配線
２６  第２のインダクタンス
２８  第２の抵抗
３０  スイッチング構成要素
３２  過渡電圧抑制器（ＴＶＳ）
３４  コントローラ
３６  電圧制御される電流スイッチ
３８  制御信号
４０  温度センサ
４２  トランソーブ電流
４４  ＶＣＣＳ電流
４８  ＶＣＣＳ電圧降下
５０  第１のグラフ
５２  第２のグラフ
５４  第３のグラフ
５６  第１の信号
５８  第２の信号
６０  方法の開始
６２  第２の時間
６４  電力供給の瞬間的な停止
６６  期間
６８  電気スパイクの停止
７０  第４のグラフ
７２  第５のグラフ
７４  スイッチング構成要素温度プロファイル
７６  第６のグラフ
２３４  コントローラ
２７６  温度構成要素
２７８  基準構成要素
２８０  タイミング構成要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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