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公開番号2025011032
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-23
出願番号2024096642
出願日2024-06-14
発明の名称電気機械デバイスを駆動するためのドライバ
出願人ルネサスエレクトロニクスアメリカインコーポレイテッド,RENESAS ELECTRONICS AMERICA INC.
代理人弁理士法人筒井国際特許事務所
主分類H01F 7/18 20060101AFI20250116BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ソレノイドと機械式スイッチとを有する電気機械デバイスを駆動するドライバを提供する。
【解決手段】電気機械システム500において、接触器などの電気機械デバイス510に結合されたドライバ520は、入力ポートVBATx、グランドポートCLx、電気機械デバイスに接続可能な第1、第2の出力ポートCHx、COx及び2つのパワースイッチHS、LSを含む。コントローラ530は、ソレノイド512を充電して機械式スイッチ514を閉じる第1のモード、その状態に維持する第2のモード及びソレノイドを放電して機械式スイッチを開く第3のモードで動作する。第1、第2のモードでは、ローサイドパワースイッチはオン状態であり、ハイサイドパワースイッチは、コントローラによってオン状態とオフ状態の間で切り替わる。オフ状態では、グランドダイオードD1、ソレノイド及びローサイドパワースイッチを介してグランド間に経路が形成される。
【選択図】図5A
特許請求の範囲【請求項１】
ソレノイドと機械式スイッチとを含む電気機械デバイスを駆動するためのドライバであって、
バッテリに接続可能な入力ポートと、
グランドに接続されたグランドポートと、
前記電気機械デバイスに接続可能な第１の出力ポートおよび第２の出力ポートであって、前記第１の出力ポートがグランドダイオードを介してグランドに接続される、第１の出力ポートおよび第２の出力ポートと、
ハイサイドパワースイッチと、
ローサイドパワースイッチと、
前記ハイサイドパワースイッチおよび前記ローサイドパワースイッチに結合されたコントローラと、
を含み、
前記コントローラは、前記ソレノイドを充電して前記機械式スイッチを閉じる第１のモード、前記機械式スイッチを閉じた状態に維持する第２のモード、および前記ソレノイドを放電して前記機械式スイッチを開く第３のモードで動作可能であり、
前記第１のモードおよび前記第２のモードでは、前記ローサイドパワースイッチはオン状態であり、前記ハイサイドパワースイッチは、前記コントローラによってオン状態とオフ状態の間で切り替わるように制御され、これにより、前記オン状態において、前記ハイサイドパワースイッチ、前記ソレノイド、および前記ローサイドパワースイッチを介して前記入力ポートとグランドとの間に経路が形成され、前記オフ状態において、前記グランドダイオード、前記ソレノイド、および前記ローサイドパワースイッチを介してグランドとグランドとの間に経路が形成される、
ドライバ。
続きを表示（約 860 文字）【請求項２】
前記第１のモードは、前記ソレノイドを通してターゲット電流に達するまで前記ローサイドパワースイッチおよび前記ハイサイドパワースイッチが共にオン状態である第１の段階と、前記ソレノイドを通して前記ターゲット電流を維持するために前記ハイサイドパワースイッチがオン状態とオフ状態の間で切り替わる第２の段階と、を含む、請求項１に記載のドライバ。
【請求項３】
前記第２のモードは、前記ソレノイドを通る電流を第２のターゲット値まで落とすために前記コントローラがオフ状態で動作する第１の段階と、前記ソレノイドを通る電流を前記第２のターゲット値に維持するために前記ハイサイドパワースイッチがオン状態とオフ状態の間で切り替わる第２の段階と、を含む、請求項１に記載のドライバ。
【請求項４】
前記第３のモードの間、前記ソレノイドは、ツェナートリガによって制御される前記ローサイドパワースイッチを介して放電される、請求項１に記載のドライバ。
【請求項５】
前記ローサイドパワースイッチと並列にクランプトリガ経路が設けられ、前記クランプトリガ経路は、ダイオードと、ツェナーダイオードと、抵抗と、を含む、請求項４に記載のドライバ。
【請求項６】
接触器を駆動するための接触器ドライバである、請求項１に記載のドライバ。
【請求項７】
マルチプレクサをさらに含む、請求項１に記載のドライバ。
【請求項８】
デジタル回路をさらに含む、請求項１に記載のドライバ。
【請求項９】
前記デジタル回路は、フィードバック電流を測定し、前記フィードバック電流の値に従って前記コントローラを更新するように適合される、請求項８に記載のドライバ。
【請求項１０】
前記ハイサイドパワースイッチおよび前記ローサイドパワースイッチは、異なる電圧定格を有する、請求項１に記載のドライバ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電気機械デバイスを駆動するためのドライバに関する。より詳細には、本開示は、高電圧接触器デバイスを駆動するためのドライバに関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
接触器デバイスは、電気回路のオン／オフを切り替えるために開閉される２つの接触面を有する。これらは、大型モータ（自動車など）の制御など、高電圧および高電流負荷の用途に使用される。典型的には、接触器は、ソレノイドのようなアクチュエータを使用して開閉される。このアクチュエータは、ばねを介して接触器の第１の表面に取り付けられたプランジャを含む。このプランジャは、導電性材料のコイル内に配置される。
【０００３】
ソレノイドは、駆動回路に結合される。これは、ソレノイドのコイルに電流を流し、電磁誘導を引き起こす。プランジャにかかる磁力により、接触面が開位置から閉位置に移動する。接触器を再び開くには、ソレノイドのコイルを非通電状態にして、プランジャにかかる磁力を弱める必要がある。この非通電プロセスは、安全性と機器保全の観点から、迅速に行う必要がある。非通電の速度が十分でないと、接触面が損傷し、溶着して高電圧を遮断できなくなり、危険な状態になる可能性がある。
【０００４】
従来、ソレノイドを使用する回路では、コイルは回路内のフリーホイール経路を介して放電される。その単純な設計のためにこの解決策が好まれているが、接触器を高電圧で使用する場合、ソレノイドのコイルを電流が流れ続け、非通電プロセスが遅くなって接触器を溶着させる可能性があるため、フリーホイール経路は好ましくない。頻繁に使用されてきた別の解決策として、フリーホイール経路を電圧クランプ回路で実装することが挙げられる。この回路は、閾値電圧に達するとコイルを放電する。このような解決策は、「Driving Contactors with external PWM（外部ＰＷＭによる接触器の駆動）」と題するGigavec Applications Note AN-016の記事（https://www.sensata.com/sites/default/files/a/Sensata-gigavac-driving-contactors-with-external-pwm-app-note.pdf）、David Dongによって発表された、Texas Instruments社の「high-voltage contactor control（高電圧接触器制御）」と題する技術資料（https://www.ti.com/lit/ml/slyp693/slyp693.pdf?ts=1678105349002&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F）、ならびにiC-Haus社のiC-JEおよびiC-GEのＰＷＭリレー／ソレノイドドライバに関するデータシート（https://www.ichaus.de/upload/pdf/JE_datasheet_G3en.pdf;https://www.ichaus.de/upload/pdf/GE_datasheet_B1en.pdf）に記載されている。
【０００５】
クランプ回路は、典型的には低いクランプ電圧で実装されるため、高電圧接触器には不向きである。さらに、クランプ回路は、複数のパワーデバイスを使用する必要がある場合が多いため、駆動回路の面積が増大し、製造コストも増加する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示の目的は、上述した欠点の１つまたは複数に対処することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の第１の態様によれば、ソレノイドと機械式スイッチとを含む電気機械デバイスを駆動するためのドライバが提供される。ドライバは、バッテリに接続可能な入力ポートと、グランドに接続されたグランドポートと、電気機械デバイスに接続可能な第１の出力ポートおよび第２の出力ポートと、を含む。ここで、第１の出力ポートがグランドダイオードを介してグランドに接続される。また、ドライバは、ハイサイドパワースイッチと、ローサイドパワースイッチと、ハイサイドパワースイッチおよびローサイドパワースイッチに結合されたコントローラと、を含む。ここで、コントローラは、ソレノイドを充電して機械式スイッチを閉じる第１のモード、機械式スイッチを閉じた状態に維持する第２のモード、およびソレノイドを放電して機械式スイッチを開く第３のモードで動作可能である。また、第１のモードおよび第２のモードでは、ローサイドパワースイッチはオン状態であり、ハイサイドパワースイッチは、コントローラによってオン状態とオフ状態の間で切り替わるように制御される。これにより、オン状態において、ハイサイドパワースイッチ、ソレノイド、およびローサイドパワースイッチを介して入力ポートとグランドとの間に経路が形成され、オフ状態において、グランドダイオード、ソレノイド、およびローサイドパワースイッチを介してグランドとグランドとの間に経路が形成される。
【０００８】
任意選択で、第１のモードは、ソレノイドを通してターゲット電流に達するまでローサイドパワースイッチおよびハイサイドパワースイッチが共にオン状態である第１の段階と、ソレノイドを通してターゲット電流を維持するためにハイサイドパワースイッチがオン状態とオフ状態の間で切り替わる第２の段階と、を含む。
【０００９】
任意選択で、第２のモードは、ソレノイドを通る電流を第２のターゲット値まで落とすためにコントローラがオフ状態で動作する第１の段階と、ソレノイドを通る電流を第２のターゲット値に維持するためにハイサイドパワースイッチがオン状態とオフ状態の間で切り替わる第２の段階と、を含む。
【００１０】
任意選択で、第３モードの間、ソレノイドは、ツェナートリガによって制御されるローサイドパワースイッチを介して放電される。
（【００１１】以降は省略されています）

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