JP2004282921A - 電源ラック及び電源 - Google Patents
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Abstract
【課題】電源ラックや電源のメインテナンス時において、作業者が感電事故を起こすのを防止するとともに、電源ラックの部品発熱及び内部損失を低減する。
【解決手段】交流電源１と整流回路２の間に設けられているノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢの補助接点と、平滑用コンデンサＣの＋側に抵抗Ｒ１，Ｒ２とＦＥＴＱ１とツェナーダイオードＺＤ１とスイッチＳＷ１から成る回路を設けて、平滑用コンデンサＣに蓄積された電荷を強制的に急速放電させる。これにより、作業者が感電事故を起こすのを防止し、部品発熱及び内部損失を低減する
【選択図】 図１
【解決手段】交流電源１と整流回路２の間に設けられているノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢの補助接点と、平滑用コンデンサＣの＋側に抵抗Ｒ１，Ｒ２とＦＥＴＱ１とツェナーダイオードＺＤ１とスイッチＳＷ１から成る回路を設けて、平滑用コンデンサＣに蓄積された電荷を強制的に急速放電させる。これにより、作業者が感電事故を起こすのを防止し、部品発熱及び内部損失を低減する
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＣ／ＤＣ変換部と複数のＤＣ／ＤＣ変換部をユニット化して構成された電源ラックにおいて、前記ＤＣ／ＤＣ変換部等のメインテナンス時に、作業者の感電事故を未然に防ぐのに好適な電源ラック、及び電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵ（ＡＣ／ＤＣ変換部）と複数のパワー・モジュールＰＭａ〜ＰＭｎ（ＤＣ／ＤＣ変換部）をユニット化して構成される従来の電源ラックの回路図である。また、図９は、図８に示す電源ラックを示す斜視図である。以下の説明では、発明の属する技術分野において述べた前記ＡＣ／ＤＣ変換部をパワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵと称し、ＤＣ／ＤＣ変換部をパワー・モジュールＰＭと称するものとする。
【０００３】
図８と図９から明らかなように、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵと複数のパワー・モジュールＰＭａ〜ＰＭｎは、パワーサプライ・バックプレインＰＷＲ ＢＰ（Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｂｕｃｋ Ｐｌａｎｅ ：電源基板）に着脱可能に構成されている。
パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵは、交流電源１から出力される交流電流を、ノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢを介して、整流回路２において整流し、平滑用コンデンサＣにより平滑して、パワーサプライ・バックプレインＰＷＲ ＢＰに電力を供給している。
【０００４】
パワーサプライ・バックプレインＰＷＲ ＢＰは、複数のパワー・モジュールＰＭａ，ＰＭｂ〜ＰＭｎを備えている。各パワーモジュールＰＭａ〜ＰＭｎは、パワーサプライ・バックプレインＰＷＲ ＢＰから受けた直流電圧を所定の電圧に変換して図示しない各々の負荷に供給している。ここで、パワー・モジュールＰＭａ〜ＰＭｎは、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵから供給される直流電圧が高い場合、通常、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータが用いられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２８３１８９号公報（第２頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示す電源ラックには、次のような問題点がある。
【０００７】
図８に示す電源ラックにおいて、作業者がそのメインテナンスを行う場合、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵ内の平滑用コンデンサＣに蓄積された電荷に起因する感電事故を未然に防ぐ必要がある。
パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵをオフにした場合、平滑用コンデンサＣに蓄積された電荷は、抵抗Ｒを通して放電され、作業者の感電事故が防止される。
【０００８】
しかし、抵抗Ｒを通しての放電は、発熱の問題、及び実装スペースの問題に起因して、短時間での放電が困難である。したがって、作業者は、放電が終了したと勘違いして、感電事故に遇う危険性がある。
また、抵抗Ｒには、電源ラックの運転時に、常に、電流が流れるため、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵの運転時における部品発熱の問題、及び内部損失の問題にも直結する。
【０００９】
また、前記部品発熱の問題、及び内部損失の問題は、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵから電力を受けて動作するパワー・モジュールにおいても問題になる。
【００１０】
本発明は、前記した従来技術の問題点に鑑み為されたもので、電源ラックのメインテナンス時等において、平滑用コンデンサの蓄積電荷を急速に放電することを可能にし、作業者が感電事故を起こすのを防止するのに適した電源ラックを提供することにある。
本発明の他の目的は、電源ラックの運転時に、パワー・ディストリビューション・ユニットやパワー・モジュールにおける部品発熱及び内部損失を低減するのに適した電源ラックを提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、電源内部の整流平滑部に設けられた平滑用コンデンサの蓄積電荷を急速に放電することを可能にし、作業者が感電事故を起こすのを防止するのに適した電源を提供することにある。
本発明の他の目的は、部品発熱及び内部損失を低減することが可能な電源を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の電源ラックは、ＡＣ／ＤＣ変換部と複数のＤＣ／ＤＣ変換部をユニット化して構成される電源ラックにおいて、前記ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられ、前記ＡＣ／ＤＣ変換部に入力されているＡＣ入力が遮断されたとき開閉動作を行う補助スイッチを有するノン・ヒューズ・ブレーカと、ノン・ヒューズ・ブレーカの補助スイッチの開閉動作に応じて、ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられた平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させる放電回路とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の電源ラックは、請求項１記載の電源ラックにおいて、前記補助スイッチの代わりに、前記ＡＣ／ＤＣ変換部が故障したとき、前記ＡＣ／ＤＣ変換部から出力される内部エラー信号によって開閉動作を行うスイッチを有することを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の電源ラックは、請求項１記載の電源ラックにおいて、前記補助スイッチの代わりに、前記ＡＣ／ＤＣ変換部に入力されているＡＣ入力が遮断されたとき、前記ＡＣ／ＤＣ変換部から出力される停電検出信号によって開閉動作をするスイッチを有することを特徴とする。
請求項４記載の電源ラックは、ＡＣ／ＤＣ変換部と複数のＤＣ／ＤＣ変換部をユニット化し構成される電源ラックにおいて、前記ＡＣ／ＤＣ変換部から通常運転状態又は運転停止状態を示すドライブ信号が出力されたとき、前記ドライブ信号が通常運転状態を示すとき第１の状態に設定され、前記ドライブ信号が運転停止状態を示すとき第２の状態に設定されるスイッチと、前記スイッチが第２の状態に設定されたとき、ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられた平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を放電させる放電回路とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の電源ラックは、ＡＣ／ＤＣ変換部と複数のＤＣ／ＤＣ変換部をユニット化して構成される電源ラックにおいて、前記ＡＣ／ＤＣ変換部と前記複数のＤＣ／ＤＣ変換部を着脱可能な基板と、前記基板から前記ＡＣ／ＤＣ変換部を引き抜くことにより、前記ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられたスイッチを開動作させるスイッチ開回路と、前記スイッチの開動作に応じて、前記ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられた平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させる放電回路とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の電源ラックは、請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の電源ラックにおいて、前記放電回路は、前記スイッチとして大電流を流すことが可能なスイッチを有することを特徴とする。
請求項７記載の電源は、ＡＣ／ＤＣ変換部を備えた電源において、ＡＣ／ＤＣ変換部内に設けられた平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電させる請求項１に記載の補助スイッチと放電回路を備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項８に記載の電源は、ＡＣ／ＤＣ変換部を備えた電源において、ＡＣ／ＤＣ変換部内に設けられた平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電させる請求項２乃至請求項３のいずれか一つに記載のスイッチと放電回路を備えたことを特徴とする。
請求項９記載の電源は、ＡＣ／ＤＣ変換部を備えた電源において、ＡＣ／ＤＣ変換部内に設けられた平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電させる請求項４に記載のスイッチとスイッチ開回路と放電回路を備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項１０に記載の電源は、ＡＣ／ＤＣ変換部を備えた電源において、ＡＣ／ＤＣ変換部内に設けられた平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電させる請求項５に記載のスイッチとスイッチ開回路と放電回路を備えたことを特徴とする。
請求項１１に記載の電源は、ＡＣ／ＤＣ変換部を備えた電源において、ＡＣ／ＤＣ変換部内に設けられた平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電させるスイッチング素子と抵抗の直列回路と、ＡＣ／ＤＣ変換部から運転停止を示す信号が出力されたとき動作し、前記抵抗と前記スイッチング素子の間の電圧を検出して、検出された電圧が所定の値になるようにスイッチング素子をオン／オフ制御する制御手段とを有していることを特徴とする。
【００１９】
請求項１から請求項３に記載の電源ラックによれば、補助スイッチと放電回路の働きにより、平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させることができる。
請求項４に記載の電源ラックによれば、スイッチと放電回路の働きにより、ＡＣ／ＤＣ変換部に存在する平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させることができる。
【００２０】
請求項５に記載の電源ラックによれば、スイッチとスイッチ開回路と放電回路の働きにより、平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させることができる。
【００２１】
請求項６に記載の電源ラックによれば、スイッチと放電回路の働きにより、平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させることができる。
請求項７に記載の電源によれば、補助スイッチと放電回路の働きにより、平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させることができる。
【００２２】
請求項８に記載の電源によれば、スイッチと放電回路の働きにより、平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させることができる。
請求項９に記載の電源によれば、スイッチとスイッチ開回路と放電回路の働きによりにより、平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させることができる。
【００２３】
請求項１０に記載の電源によれば、スイッチとスイッチ開回路とスイッチ開回路と放電回路の働きによりにより、平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させることができる。
請求項１１に記載の電源によれば、前記直列回路に流れる電流をリニアに制御することができるので、直列回路内のスイッチング素子において主に電力消費を行い、直列回路内の抵抗による電力消費を小さくすることができる。したがって、ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられている平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させることを可能にするとともに、抵抗とスイッチング素子の直列回路から構成される放電回路が溶断することを防止することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す回路図である。図１において、従来技術と同一部分には同一符号を付して、その説明を省略する。なお、第１の実施の形態は、請求項１〜３に対応している。
【００２５】
図１に示す第１の実施の形態が図８示す従来技術と相違するのは、平滑用コンデンサＣの＋側に抵抗Ｒ１，Ｒ２とＦＥＴＱ１とツェナーダイオードＺＤ１とスイッチＳＷ１から成る回路が設けられていることである。ここで、スイッチＳＷ１は、ノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢの補助スイッチであり、ノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢが遮断されるのと同期してオフされるスイッチである。また、図８に示す従来技術で設けられていた放電用の抵抗Ｒは、設けられていない。前記抵抗Ｒに相当するのは、抵抗Ｒ１である。また、抵抗Ｒ２は十分に大きな抵抗値を有している。
【００２６】
以下、図１に示す第１の実施の形態の動作を説明する。
通常動作時においては、ノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢが導通状態にあるので、スイッチＳＷ１はオンしている。したがって、ＦＥＴＱ１のゲートには、スイッチＳＷ１を通してグランド電位が印加され、ＦＥＴＱ１はオフ状態を保持する。このとき、平滑用コンデンサＣの蓄積電荷は、抵抗Ｒ２が十分大きな抵抗値を有しているので、スイッチＳＷ１を通して放電されることはない。
【００２７】
作業者がメインテナンスのために、ノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢを遮断すると、スイッチＳＷ１が連動してオフする。これによって、ＦＥＴＱ１のゲート電位はアース電位からツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧に遷移し、ＦＥＴＱ１はオンする。したがって、平滑用コンデンサＣに蓄積されていた電荷は、抵抗Ｒ１→ＦＥＴＱ１を通してグランドへ放電する。このとき、抵抗Ｒ１が放電抵抗の役割を果たす。
【００２８】
なお、抵抗Ｒ２は、スイッチＳＷ１がオンしているとき、抵抗Ｒ２とスイッチＳＷ１を介して微小電流を流すために設けられている。また、スイッチＳＷ１がオフしているとき、前記ツェナー電圧を発生させるためにも設けられている。
【００２９】
第１の実施の形態によれば、作業者がメインテナンスを行うとき、ノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢを遮断することにより、ＦＥＴＱ１がオンして、平滑用コンデンサＣの蓄積電荷を放電することができる。したがって、作業者が感電する事故を防止することが可能になる。また、パワー・ディストリビューション・ユニットやパワー・モジュールにおける部品発熱及び内部損失を低減することが可能になる。
【００３０】
なお、ＦＥＴＱ１の代わりに、リレーやトランジスタやＩＧＢＴ等を用いることも可能である。
さらに、平滑用コンデンサＣの容量が大きく、放電電荷量が多い場合には、ＦＥＴＱ１の代わりに、大電流を流すことができるパワーリレーなどの接点を用いればよい。これは、請求項６に対応する。
【００３１】
前記した第１の実施の形態においては、ノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢを遮断状態にしてＦＥＴＱ１をオンさせたが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。
例えば、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵに入力されているＡＣ入力が遮断されたとき、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵは停電検出信号を出力する。この停電検出信号を用いて、スイッチＳＷ１をオフして、ＦＥＴＱ１をオンし、平滑用コンデンサＣの蓄積電荷を放電してもよい。
【００３２】
さらに、ノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢや交流電源１等が故障したとき出力される内部エラー信号を用いて、スイッチＳＷ１をオフして、ＦＥＴＱ１をオンし、コンデンサＣの蓄積電荷を放電してもよい。
図２は、前記した内部エラー信号を用いた第１の実施の形態の変形例を示す回路図である。すなわち、エラー検出回路３がパワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵの内部エラーや交流電源等の外部エラーを検出し、エラー信号を出力する。スイッチＳＷ１は、エラー信号を受けてオンし、ＦＥＴＱ１がオンする。これにより、コンデンサＣの蓄積電荷が放電される。エラー信号としては、前記した停電検出信号も含まれる。これは、請求項２、３に対応する。
【００３３】
図３は、本発明の第２の実施の形態を示す回路図である。第２の実施の形態は、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵをＰＷＭ制御により動作させたときの実施の形態である。図３において、従来技術と同一部分には同一符号を付して、その説明を省略する。なお、この実施の形態は請求項４に対応する。
図３に示すように、整流回路２と平滑用コンデンサＣによって直流に変換し、さらにスイッチングトランジスタＴｒによってオン／オフ制御する。これにより、トランスＴの二次側に交流が発生する。発生した交流は、ダイオードＤ１と平滑用コンデンサＣによって直流に変換され、図示しないパワーモジュール（ＰＭａ等：図８参照）に出力される。
【００３４】
平滑用コンデンサＣの＋側は、図１と同様に抵抗Ｒ１，Ｒ２，ＦＥＴＱ１，ツェナーダイオードＺＤ１の構成を有している。ＦＥＴＱ１のゲートは、フォトカプラ５のフォトトランジスタのコレクタと接続され、前記フォトトランジスタのエミッタはグランドされている。また、ＦＥＴＱ１のゲートは、ツェナーダイオードＺＤ１を介してグランドされている。
【００３５】
他方において、フォトカプラ５の発光ダイオードは、抵抗Ｒ４を介して内部補助電源に接続されている。また、内部補助電源は抵抗Ｒ５を介してオペアンプＯＰの＋入力端子に接続されている。オペアンプＯＰの−入力端子は、ツェナーダイオードＺＤ２を介してグランドに接続されている。オペアンプＯＰの＋入力端子は、スイッチＳＷ２を介してグランドに接続可能に形成されている。また、フォトカプラ５のフォトダイオードの出力及びオペアンプＯＰの出力は、共にスイッチングＩＣ４に入力されている。スイッチングＩＣ４の出力は、スイッチングトランジスタＴｒのベースに接続されている。
【００３６】
ここで、図３に示すドライブ信号は、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵから出力され、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵがＰＷＭ制御により通常運転を行っているときＨとなり、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵがＰＷＭ制御により停止中であるときＬとなる信号である。スイッチＳＷ２は前記ドライブ信号を受けて、ドライブ信号がＨ（通常運転）のときオフし、ドライブ信号がＬ（運転停止）のときオンする。
【００３７】
次に、図３に示す第２の実施の形態の動作について説明する。
通常動作時においては、交流電源１から出力される交流電流は整流回路２において整流され、平滑用コンデンサＣにおいて平滑される。また、ドライブ信号はＨであるので、スイッチングトランジスタＴｒはスイッチングＩＣ４の制御により適切にオン／オフ制御される。したがって、トランスＴの一次側には交流電流が流れる。その結果、トランスＴの二次側に交流電流が発生し、発生した交流電流はダイオードＤ１と平滑用コンデンサＣにより直流に変換される。
【００３８】
前記二次側の直流出力は、一方において、パワーサプライ・バックプレインＰＷＲ ＢＰを介して、パワーモジュールＰＭに入力される（図１参照）。また、前記直流出力は、他方において、抵抗Ｒ１，Ｒ２，ＦＥＴＱ１，ツェナーダイオードＺＤ１、フォトカプラ５から成る回路に入力される。
このとき、前記スイッチＳＷ２はドライブ信号（Ｈの状態）を受けてオフになっている。したがって、内部補助電源の出力電流は、抵抗Ｒ４を介してフォトカプラ５内の発光ダイオードを流れ、発光ダイオードを光らせる。したがって、フォトカプラ５内のフォトトランジスタはオンしており、ＦＥＴＱ１のゲートはグランドされている。その結果、ＦＥＴＱ１はオフ状態を維持し、平滑用コンデンサＣが放電されることはない。
【００３９】
次に、作業者のメインテナンス時の動作、事故時の動作について説明する。
例えば、作業者が交流電源１をオフにしたり、整流回路２等に事故が起きたりしたとする。これによって、ドライブ信号がＬになる。ドライブ信号がＬになると、スイッチＳＷ２がオンする。スイッチＳＷ２がオンすると、オペアンプＯＰの＋入力端子がグランドに下がる。その結果、オペアンプの出力はほぼ０Ｖになり、スイッチングＩＣ４はスイッチングトランジスタＴｒのベースにほぼ０Ｖを出力する。その結果、スイッチングトランジスタＴｒはオフする。
【００４０】
スイッチングトランジスタＴｒがオフすると、トランスＴの一次側に電流が流れなくなるので、トランスＴの二次側にも電流が流れなくなる。したがって、平滑用コンデンサＣの充電が停止する。
同時に、内部補助電源の電圧は抵抗Ｒ５とスイッチＳＷ２を介してグランドされる。その結果、フォトカプラ５内のフォトダイオードに電流が流れなくなり、発光が停止する。したがって、フォトダイオード４内のフォトトランジスタはオフする。これによって、ツェナーダイオードＺＤ１が平滑用コンデンサＣの電圧によって定電圧を保持し、ＦＥＴＱ１がオンする。この結果、平滑用コンデンサＣに蓄積されていた電荷が、抵抗Ｒ１とＦＥＴＱ１を通して放電される。
【００４１】
第２の実施の形態によれば、作業者がメインテナンスを行うとき、及び事故が発生した場合、平滑用コンデンサＣの蓄積電荷をすみやかに放電することができる。したがって、作業者が感電する事故を防止することが可能になる。また、パワー・ディストリビューション・ユニットやパワー・モジュールにおける部品発熱及び内部損失を低減することが可能になる。
【００４２】
なお、ＦＥＴＱ１の代わりに、リレーやトランジスタやＩＧＢＴ等を用いることも可能である。
さらに、平滑用コンデンサＣの容量が大きく、放電電荷量が多い場合には、ＦＥＴＱ１の代わりに大電流を流すことができるパワーリレーなどの接点を用いればよい。これは、請求項６に対応する。
【００４３】
また、ドライブ信号としては、前記停電検出信号やエラー信号等を用いてもよい。
図４は、本発明の第３の実施の形態を示す図である。第３の実施の形態は、作業者がパワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵをパワーサプライ・バックプレインＰＷＲ ＢＰから引き抜くときに、平滑用コンデンサを急速に放電させるものである。なお、図４において、従来技術と同一部分には同一符号を付して、その説明を省略する。なお、この実施の形態は請求項５に対応する。
【００４４】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、パワーサプライ・バックプレインＰＷＲ ＢＰには、パターンＰが設けられている。パターンＰの第１の端子は、図４（ａ）に示すように、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵ内のＦＥＴＱ１のゲートに接続され、パターンＰの第２の端子はパワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵ内でグランドされている。
【００４５】
ここで、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵ内のＦＥＴＱ１は、例えば第１の実施の形態におけるＦＥＴＱ１（図１参照）に相当する。同様に、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵ内に示すグランドは、例えば第１の実施の形態におけるスイッチＳＷ１（図１参照）が接続されているグランドに相当する。そして、パワーサプライ・バックプレインＰＷＲ ＢＰに設けられたパターンＰは、例えば第１の実施の形態におけるスイッチＳＷ１（図１参照）に相当する。
【００４６】
作業者が、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵを引き抜くことにより、パターンＰによってショートされていたＦＥＴＱ１のゲートに、ツェナー電圧が印加され、ＦＥＴＱ１がオンする。これにより、平滑用コンデンサＣ（図１参照）に蓄積された電荷が放電される。
第３の実施の形態によれば、作業者がメインテナンスを行うとき、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵを引き抜くことにより、平滑用コンデンサＣの蓄積電荷を放電することができる。したがって、作業者が感電する事故を防止することが可能になる。また、パワー・ディストリビューション・ユニットやパワー・モジュールにおける部品発熱及び内部損失を低減することが可能になる。
【００４７】
なお、ＦＥＴＱ１の代わりに、リレーやトランジスタやＩＧＢＴ等を用いることも可能である。
さらに、平滑用コンデンサＣの容量が大きく、放電電荷量が多い場合には、ＦＥＴＱ１の代わりに大電流を流すことができるパワーリレーなどの接点を用いればよい。これは、請求項６に対応する。
【００４８】
以上に述べた第１〜第３の実施の形態において、パワー・ディストリビューション・ユニットの整流平滑部に用いられる整流平滑回路としては、図６（ａ）に示すピーク整流型、図６（ｂ）に示す昇圧型、図６（ｃ）（ｄ）に示す絶縁型（ＰＷＭ制御）がある。これらの回路は、公知であるので動作説明は省略する。ここで、付言すれば、請求項１〜３に記載の発明には、ピーク整流型と昇圧型と絶縁型（ＰＷＭ制御）が適している。請求項４に記載の発明には、絶縁型（ＰＷＭ制御）が適している。請求項５に記載の発明には、ピーク整流型と昇圧型と絶縁型（ＰＷＭ制御）が適している。
図５は、本発明の第４の実施の形態を説明するための回路図である。第４の実施の形態は、電源内部の整流平滑部に本発明を適用したものである。この実施の形態は、請求項７〜１０に対応する。
【００４９】
すなわち、電源ＰＷは、図５に示すように、ノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢと、整流回路２０と、平滑用コンデンサＣ２と、トランスＴ２１と、スイッチングトランジスタＴｒ２２と、ダイオードＤ２３，Ｄ２４と、コイル２５と、平滑用コンデンサＣ３と、制御回路２６とから構成されている。
交流電流は、ノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢを介して、整流回路２０と平滑用コンデンサＣ２に入力されて、直流に変換される。得られた直流はスイッチングトランジスタＴｒ２２によりオン／オフされ、トランスＴ２１の一次側に入力される。トランスＴ２２の二次側では、ダイオードＤ２３，Ｄ２４により整流され、コイル２５とコンデンサ２３により平滑され、直流として出力される。制御回路２６は電源の出力電圧を検出し、出力電圧があらかじめ定められた電圧になるように、例えばＰＷＭ制御により、スイッチングトランジスタＴｒ２２をオン／オフ制御するものである。
【００５０】
この第４の実施の形態は、図５に示す平滑用コンデンサＣ２の蓄積電荷を急速に放電させるとき、図１〜図４に示す各実施の形態で示す回路を、各実施の形態と同様の手法により、適用することができるというものである。
したがって、第４の実施の形態によれば、電源内部の整流平滑部に設けられた平滑用コンデンサの蓄積電荷を急速に放電することができる。したがって、作業者が感電する事故を防止することが可能になる。また、電源内部の部品発熱及び内部損失を低減することが可能になる。
【００５１】
図７は、本発明の第５の実施の形態を説明するための回路図である。図７（ａ）に示すように、前記第１〜第４の実施の形態においては、電力を消費するための抵抗Ｒ１とＦＥＴＱ１の直列回路を用いて、ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられた平滑用コンデンサ（例えば、図１のコンデンサＣ参照）に蓄積されている電荷を強制的に放電させた。
【００５２】
しかし、図７（ａ）に示す抵抗Ｒ１における電力消費が大きいと、抵抗Ｒ１とＦＥＴＱ１の回路から構成される放電回路が溶断する可能性が生じる。
そこで、第５の実施の形態においては、抵抗（Ｒ１）による電力消費を小さくして、主にＦＥＴＱ１において電力消費を行うように工夫している。
ここで、第５の実施の形態においては、ＦＥＴＱ１と抵抗Ｒ６の直列回路が放電回路である。また、この実施の形態は請求項１１に対応している。
【００５３】
以下、第５の実施の形態の動作を説明する。
図７（ｂ）に示すように、内部エラー検出信号又は運転停止状態を示すドライブ信号等がスイッチングＩＣ１４に入力されると、スイッチングＩＣ１４が起動して、それまでオフ状態にあったＦＥＴＱ１にオン／オフ動作を開始させる。
ここで、スイッチングＩＣ１４には、平滑用コンデンサの＋電圧が抵抗Ｒ７を介して印加され、かつ前記印加電圧はツェナーダイオードＺＤ３により一定電圧に保持されている。したがって、スイッチングＩＣ１４は、前記一定電圧により安定して動作するように構成されている。
【００５４】
スイッチングＩＣ１４は、前記内部エラー検出信号又はドライブ信号等を受けて、ＦＥＴＱ１のオン／オフ制御を次のように行う。
すなわち、ＦＥＴＱ１のゲートにプラス電圧が印加されるタイミングでは、ＦＥＴＱ１がオンして、ＦＥＴＱ１と抵抗Ｒ６を介して平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電する。逆に、ＦＥＴＱ１のゲートにグランド電位が印加されるタイミングでは、ＦＥＴＱ１がオフして、前記平滑用コンデンサに蓄積された電荷の放電を行わない。
【００５５】
ここで、オペアンプＯＰ１の＋入力端子には前記抵抗Ｒ６のＦＥＴＱ１側の電圧が印加され、かつオペアンプＯＰ１の−入力端子はツェナーダイオードＺＤ４を介してグランドに接続されている。したがって、スイッチングＩＣ４は、オペアンプＯＰ１を介して、抵抗Ｒ６のＦＥＴＱ１側の電圧が一定になるように、ＦＥＴＱ１をオン／オフ制御する。換言すれば、スイッチングＩＣ４は、ＦＥＴＱ１に流れる電流が過大にならないようにリニア制御し、オン幅を制御している。
【００５６】
請求項１１との対応関係は、次のとおりである。すなわち、スイッチング素子と抵抗の直列回路は、ＦＥＴＱ１と抵抗Ｒ６の直列回路が対応する。また、スイッチング素子をオン／オフ制御する制御手段は、スイッチングＩＣ１４とオペアンプＯＰ１とツェナーダイオードＺＤ３、ＺＤ４等が対応する。また、ＡＣ／ＤＣ変換部から運転停止を示す信号は、内部エラー信号やドライブ信号が対応する。
【００５７】
この実施の形態によれば、抵抗Ｒ６の値は小さく設定可能である。そして、電力消費は、主にＦＥＴＱ１において行われる。具体的には、抵抗Ｒ６は、大電力型の抵抗ではなく、消費電力が数ワット程度の抵抗を用いている。
したがって、第５の実施の形態によれば、ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられている平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させることを可能にするとともに、放電に起因して、前記ＦＥＴＱ１と抵抗Ｒ６とから成る放電回路が溶断する事態を防止することができる。
【００５８】
さらに、平滑用コンデンサＣの容量が大きく、放電電荷量が多い場合には、ＦＥＴＱ１の代わりに大電流を流すことができるパワーリレーやＩＧＢＴなどの接点を用いればよい。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、電源ラックのメインテナンス時等に、作業者が感電事故を起こすのを防止することが可能になる。
【００６０】
本発明によれば、電源ラックの運転時に、パワー・ディストリビューション・ユニットやパワー・モジュールにおける部品発熱及び内部損失を低減することが可能になる。
本発明によれば、電源内部の整流平滑部においても、メインテナンス時等に電源内部の整流平滑部に設けられた平滑用コンデンサの蓄積電荷を急速に放電することが可能になる。また、電源内部の整流平滑部においても、部品発熱及び内部損失を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す回路図である。
【図２】第１の実施の形態の変形例を示す回路図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す回路図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示す説明図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態を説明するための回路図である。
【図６】整流平滑回路の種類を示す回路図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態を説明するための回路図である。
【図８】従来の電源ラックの回路図である。
【図９】電源ラックを示す斜視図である。
【符号の説明】
Ｃ，Ｃ２，Ｃ３ 平滑用コンデンサ
Ｄ２３，Ｄ２４ ダイオード
ＮＦＢ ノン・ヒューズ・ブレーカ
ＯＰ，ＯＰ１ オペアンプ
ＰＤＵ パワー・ディストリビューション・ユニット
ＰＷＲ ＢＰ パワーサプライ・バックプレイン
ＰＭ，ＰＭａ〜ＰＭｎ パワー・モジュール
Ｐ パターン
ＰＷ 電源
Ｑ１ ＦＥＴ
Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７ 抵抗
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ
Ｔ，Ｔ２１ トランス
Ｔｒ，Ｔｒ２２ スイッチングトランジスタ
ＺＤ１，ＺＤ２，ＺＤ３，ＺＤ４ ツェナーダイオード
１ 交流電源
２ 整流回路
３ エラー検出回路
４ スイッチングトランジスタ
５ フォトカプラ
１４ スイッチングＩＣ
２０ 整流回路
２５ コイル
２６ 制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＣ／ＤＣ変換部と複数のＤＣ／ＤＣ変換部をユニット化して構成された電源ラックにおいて、前記ＤＣ／ＤＣ変換部等のメインテナンス時に、作業者の感電事故を未然に防ぐのに好適な電源ラック、及び電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵ（ＡＣ／ＤＣ変換部）と複数のパワー・モジュールＰＭａ〜ＰＭｎ（ＤＣ／ＤＣ変換部）をユニット化して構成される従来の電源ラックの回路図である。また、図９は、図８に示す電源ラックを示す斜視図である。以下の説明では、発明の属する技術分野において述べた前記ＡＣ／ＤＣ変換部をパワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵと称し、ＤＣ／ＤＣ変換部をパワー・モジュールＰＭと称するものとする。
【０００３】
図８と図９から明らかなように、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵと複数のパワー・モジュールＰＭａ〜ＰＭｎは、パワーサプライ・バックプレインＰＷＲ ＢＰ（Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｂｕｃｋ Ｐｌａｎｅ ：電源基板）に着脱可能に構成されている。
パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵは、交流電源１から出力される交流電流を、ノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢを介して、整流回路２において整流し、平滑用コンデンサＣにより平滑して、パワーサプライ・バックプレインＰＷＲ ＢＰに電力を供給している。
【０００４】
パワーサプライ・バックプレインＰＷＲ ＢＰは、複数のパワー・モジュールＰＭａ，ＰＭｂ〜ＰＭｎを備えている。各パワーモジュールＰＭａ〜ＰＭｎは、パワーサプライ・バックプレインＰＷＲ ＢＰから受けた直流電圧を所定の電圧に変換して図示しない各々の負荷に供給している。ここで、パワー・モジュールＰＭａ〜ＰＭｎは、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵから供給される直流電圧が高い場合、通常、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータが用いられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２８３１８９号公報（第２頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示す電源ラックには、次のような問題点がある。
【０００７】
図８に示す電源ラックにおいて、作業者がそのメインテナンスを行う場合、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵ内の平滑用コンデンサＣに蓄積された電荷に起因する感電事故を未然に防ぐ必要がある。
パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵをオフにした場合、平滑用コンデンサＣに蓄積された電荷は、抵抗Ｒを通して放電され、作業者の感電事故が防止される。
【０００８】
しかし、抵抗Ｒを通しての放電は、発熱の問題、及び実装スペースの問題に起因して、短時間での放電が困難である。したがって、作業者は、放電が終了したと勘違いして、感電事故に遇う危険性がある。
また、抵抗Ｒには、電源ラックの運転時に、常に、電流が流れるため、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵの運転時における部品発熱の問題、及び内部損失の問題にも直結する。
【０００９】
また、前記部品発熱の問題、及び内部損失の問題は、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵから電力を受けて動作するパワー・モジュールにおいても問題になる。
【００１０】
本発明は、前記した従来技術の問題点に鑑み為されたもので、電源ラックのメインテナンス時等において、平滑用コンデンサの蓄積電荷を急速に放電することを可能にし、作業者が感電事故を起こすのを防止するのに適した電源ラックを提供することにある。
本発明の他の目的は、電源ラックの運転時に、パワー・ディストリビューション・ユニットやパワー・モジュールにおける部品発熱及び内部損失を低減するのに適した電源ラックを提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、電源内部の整流平滑部に設けられた平滑用コンデンサの蓄積電荷を急速に放電することを可能にし、作業者が感電事故を起こすのを防止するのに適した電源を提供することにある。
本発明の他の目的は、部品発熱及び内部損失を低減することが可能な電源を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の電源ラックは、ＡＣ／ＤＣ変換部と複数のＤＣ／ＤＣ変換部をユニット化して構成される電源ラックにおいて、前記ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられ、前記ＡＣ／ＤＣ変換部に入力されているＡＣ入力が遮断されたとき開閉動作を行う補助スイッチを有するノン・ヒューズ・ブレーカと、ノン・ヒューズ・ブレーカの補助スイッチの開閉動作に応じて、ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられた平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させる放電回路とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の電源ラックは、請求項１記載の電源ラックにおいて、前記補助スイッチの代わりに、前記ＡＣ／ＤＣ変換部が故障したとき、前記ＡＣ／ＤＣ変換部から出力される内部エラー信号によって開閉動作を行うスイッチを有することを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の電源ラックは、請求項１記載の電源ラックにおいて、前記補助スイッチの代わりに、前記ＡＣ／ＤＣ変換部に入力されているＡＣ入力が遮断されたとき、前記ＡＣ／ＤＣ変換部から出力される停電検出信号によって開閉動作をするスイッチを有することを特徴とする。
請求項４記載の電源ラックは、ＡＣ／ＤＣ変換部と複数のＤＣ／ＤＣ変換部をユニット化し構成される電源ラックにおいて、前記ＡＣ／ＤＣ変換部から通常運転状態又は運転停止状態を示すドライブ信号が出力されたとき、前記ドライブ信号が通常運転状態を示すとき第１の状態に設定され、前記ドライブ信号が運転停止状態を示すとき第２の状態に設定されるスイッチと、前記スイッチが第２の状態に設定されたとき、ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられた平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を放電させる放電回路とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の電源ラックは、ＡＣ／ＤＣ変換部と複数のＤＣ／ＤＣ変換部をユニット化して構成される電源ラックにおいて、前記ＡＣ／ＤＣ変換部と前記複数のＤＣ／ＤＣ変換部を着脱可能な基板と、前記基板から前記ＡＣ／ＤＣ変換部を引き抜くことにより、前記ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられたスイッチを開動作させるスイッチ開回路と、前記スイッチの開動作に応じて、前記ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられた平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させる放電回路とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の電源ラックは、請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の電源ラックにおいて、前記放電回路は、前記スイッチとして大電流を流すことが可能なスイッチを有することを特徴とする。
請求項７記載の電源は、ＡＣ／ＤＣ変換部を備えた電源において、ＡＣ／ＤＣ変換部内に設けられた平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電させる請求項１に記載の補助スイッチと放電回路を備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項８に記載の電源は、ＡＣ／ＤＣ変換部を備えた電源において、ＡＣ／ＤＣ変換部内に設けられた平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電させる請求項２乃至請求項３のいずれか一つに記載のスイッチと放電回路を備えたことを特徴とする。
請求項９記載の電源は、ＡＣ／ＤＣ変換部を備えた電源において、ＡＣ／ＤＣ変換部内に設けられた平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電させる請求項４に記載のスイッチとスイッチ開回路と放電回路を備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項１０に記載の電源は、ＡＣ／ＤＣ変換部を備えた電源において、ＡＣ／ＤＣ変換部内に設けられた平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電させる請求項５に記載のスイッチとスイッチ開回路と放電回路を備えたことを特徴とする。
請求項１１に記載の電源は、ＡＣ／ＤＣ変換部を備えた電源において、ＡＣ／ＤＣ変換部内に設けられた平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電させるスイッチング素子と抵抗の直列回路と、ＡＣ／ＤＣ変換部から運転停止を示す信号が出力されたとき動作し、前記抵抗と前記スイッチング素子の間の電圧を検出して、検出された電圧が所定の値になるようにスイッチング素子をオン／オフ制御する制御手段とを有していることを特徴とする。
【００１９】
請求項１から請求項３に記載の電源ラックによれば、補助スイッチと放電回路の働きにより、平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させることができる。
請求項４に記載の電源ラックによれば、スイッチと放電回路の働きにより、ＡＣ／ＤＣ変換部に存在する平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させることができる。
【００２０】
請求項５に記載の電源ラックによれば、スイッチとスイッチ開回路と放電回路の働きにより、平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させることができる。
【００２１】
請求項６に記載の電源ラックによれば、スイッチと放電回路の働きにより、平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させることができる。
請求項７に記載の電源によれば、補助スイッチと放電回路の働きにより、平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させることができる。
【００２２】
請求項８に記載の電源によれば、スイッチと放電回路の働きにより、平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させることができる。
請求項９に記載の電源によれば、スイッチとスイッチ開回路と放電回路の働きによりにより、平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させることができる。
【００２３】
請求項１０に記載の電源によれば、スイッチとスイッチ開回路とスイッチ開回路と放電回路の働きによりにより、平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させることができる。
請求項１１に記載の電源によれば、前記直列回路に流れる電流をリニアに制御することができるので、直列回路内のスイッチング素子において主に電力消費を行い、直列回路内の抵抗による電力消費を小さくすることができる。したがって、ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられている平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させることを可能にするとともに、抵抗とスイッチング素子の直列回路から構成される放電回路が溶断することを防止することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す回路図である。図１において、従来技術と同一部分には同一符号を付して、その説明を省略する。なお、第１の実施の形態は、請求項１〜３に対応している。
【００２５】
図１に示す第１の実施の形態が図８示す従来技術と相違するのは、平滑用コンデンサＣの＋側に抵抗Ｒ１，Ｒ２とＦＥＴＱ１とツェナーダイオードＺＤ１とスイッチＳＷ１から成る回路が設けられていることである。ここで、スイッチＳＷ１は、ノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢの補助スイッチであり、ノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢが遮断されるのと同期してオフされるスイッチである。また、図８に示す従来技術で設けられていた放電用の抵抗Ｒは、設けられていない。前記抵抗Ｒに相当するのは、抵抗Ｒ１である。また、抵抗Ｒ２は十分に大きな抵抗値を有している。
【００２６】
以下、図１に示す第１の実施の形態の動作を説明する。
通常動作時においては、ノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢが導通状態にあるので、スイッチＳＷ１はオンしている。したがって、ＦＥＴＱ１のゲートには、スイッチＳＷ１を通してグランド電位が印加され、ＦＥＴＱ１はオフ状態を保持する。このとき、平滑用コンデンサＣの蓄積電荷は、抵抗Ｒ２が十分大きな抵抗値を有しているので、スイッチＳＷ１を通して放電されることはない。
【００２７】
作業者がメインテナンスのために、ノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢを遮断すると、スイッチＳＷ１が連動してオフする。これによって、ＦＥＴＱ１のゲート電位はアース電位からツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧に遷移し、ＦＥＴＱ１はオンする。したがって、平滑用コンデンサＣに蓄積されていた電荷は、抵抗Ｒ１→ＦＥＴＱ１を通してグランドへ放電する。このとき、抵抗Ｒ１が放電抵抗の役割を果たす。
【００２８】
なお、抵抗Ｒ２は、スイッチＳＷ１がオンしているとき、抵抗Ｒ２とスイッチＳＷ１を介して微小電流を流すために設けられている。また、スイッチＳＷ１がオフしているとき、前記ツェナー電圧を発生させるためにも設けられている。
【００２９】
第１の実施の形態によれば、作業者がメインテナンスを行うとき、ノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢを遮断することにより、ＦＥＴＱ１がオンして、平滑用コンデンサＣの蓄積電荷を放電することができる。したがって、作業者が感電する事故を防止することが可能になる。また、パワー・ディストリビューション・ユニットやパワー・モジュールにおける部品発熱及び内部損失を低減することが可能になる。
【００３０】
なお、ＦＥＴＱ１の代わりに、リレーやトランジスタやＩＧＢＴ等を用いることも可能である。
さらに、平滑用コンデンサＣの容量が大きく、放電電荷量が多い場合には、ＦＥＴＱ１の代わりに、大電流を流すことができるパワーリレーなどの接点を用いればよい。これは、請求項６に対応する。
【００３１】
前記した第１の実施の形態においては、ノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢを遮断状態にしてＦＥＴＱ１をオンさせたが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。
例えば、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵに入力されているＡＣ入力が遮断されたとき、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵは停電検出信号を出力する。この停電検出信号を用いて、スイッチＳＷ１をオフして、ＦＥＴＱ１をオンし、平滑用コンデンサＣの蓄積電荷を放電してもよい。
【００３２】
さらに、ノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢや交流電源１等が故障したとき出力される内部エラー信号を用いて、スイッチＳＷ１をオフして、ＦＥＴＱ１をオンし、コンデンサＣの蓄積電荷を放電してもよい。
図２は、前記した内部エラー信号を用いた第１の実施の形態の変形例を示す回路図である。すなわち、エラー検出回路３がパワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵの内部エラーや交流電源等の外部エラーを検出し、エラー信号を出力する。スイッチＳＷ１は、エラー信号を受けてオンし、ＦＥＴＱ１がオンする。これにより、コンデンサＣの蓄積電荷が放電される。エラー信号としては、前記した停電検出信号も含まれる。これは、請求項２、３に対応する。
【００３３】
図３は、本発明の第２の実施の形態を示す回路図である。第２の実施の形態は、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵをＰＷＭ制御により動作させたときの実施の形態である。図３において、従来技術と同一部分には同一符号を付して、その説明を省略する。なお、この実施の形態は請求項４に対応する。
図３に示すように、整流回路２と平滑用コンデンサＣによって直流に変換し、さらにスイッチングトランジスタＴｒによってオン／オフ制御する。これにより、トランスＴの二次側に交流が発生する。発生した交流は、ダイオードＤ１と平滑用コンデンサＣによって直流に変換され、図示しないパワーモジュール（ＰＭａ等：図８参照）に出力される。
【００３４】
平滑用コンデンサＣの＋側は、図１と同様に抵抗Ｒ１，Ｒ２，ＦＥＴＱ１，ツェナーダイオードＺＤ１の構成を有している。ＦＥＴＱ１のゲートは、フォトカプラ５のフォトトランジスタのコレクタと接続され、前記フォトトランジスタのエミッタはグランドされている。また、ＦＥＴＱ１のゲートは、ツェナーダイオードＺＤ１を介してグランドされている。
【００３５】
他方において、フォトカプラ５の発光ダイオードは、抵抗Ｒ４を介して内部補助電源に接続されている。また、内部補助電源は抵抗Ｒ５を介してオペアンプＯＰの＋入力端子に接続されている。オペアンプＯＰの−入力端子は、ツェナーダイオードＺＤ２を介してグランドに接続されている。オペアンプＯＰの＋入力端子は、スイッチＳＷ２を介してグランドに接続可能に形成されている。また、フォトカプラ５のフォトダイオードの出力及びオペアンプＯＰの出力は、共にスイッチングＩＣ４に入力されている。スイッチングＩＣ４の出力は、スイッチングトランジスタＴｒのベースに接続されている。
【００３６】
ここで、図３に示すドライブ信号は、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵから出力され、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵがＰＷＭ制御により通常運転を行っているときＨとなり、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵがＰＷＭ制御により停止中であるときＬとなる信号である。スイッチＳＷ２は前記ドライブ信号を受けて、ドライブ信号がＨ（通常運転）のときオフし、ドライブ信号がＬ（運転停止）のときオンする。
【００３７】
次に、図３に示す第２の実施の形態の動作について説明する。
通常動作時においては、交流電源１から出力される交流電流は整流回路２において整流され、平滑用コンデンサＣにおいて平滑される。また、ドライブ信号はＨであるので、スイッチングトランジスタＴｒはスイッチングＩＣ４の制御により適切にオン／オフ制御される。したがって、トランスＴの一次側には交流電流が流れる。その結果、トランスＴの二次側に交流電流が発生し、発生した交流電流はダイオードＤ１と平滑用コンデンサＣにより直流に変換される。
【００３８】
前記二次側の直流出力は、一方において、パワーサプライ・バックプレインＰＷＲ ＢＰを介して、パワーモジュールＰＭに入力される（図１参照）。また、前記直流出力は、他方において、抵抗Ｒ１，Ｒ２，ＦＥＴＱ１，ツェナーダイオードＺＤ１、フォトカプラ５から成る回路に入力される。
このとき、前記スイッチＳＷ２はドライブ信号（Ｈの状態）を受けてオフになっている。したがって、内部補助電源の出力電流は、抵抗Ｒ４を介してフォトカプラ５内の発光ダイオードを流れ、発光ダイオードを光らせる。したがって、フォトカプラ５内のフォトトランジスタはオンしており、ＦＥＴＱ１のゲートはグランドされている。その結果、ＦＥＴＱ１はオフ状態を維持し、平滑用コンデンサＣが放電されることはない。
【００３９】
次に、作業者のメインテナンス時の動作、事故時の動作について説明する。
例えば、作業者が交流電源１をオフにしたり、整流回路２等に事故が起きたりしたとする。これによって、ドライブ信号がＬになる。ドライブ信号がＬになると、スイッチＳＷ２がオンする。スイッチＳＷ２がオンすると、オペアンプＯＰの＋入力端子がグランドに下がる。その結果、オペアンプの出力はほぼ０Ｖになり、スイッチングＩＣ４はスイッチングトランジスタＴｒのベースにほぼ０Ｖを出力する。その結果、スイッチングトランジスタＴｒはオフする。
【００４０】
スイッチングトランジスタＴｒがオフすると、トランスＴの一次側に電流が流れなくなるので、トランスＴの二次側にも電流が流れなくなる。したがって、平滑用コンデンサＣの充電が停止する。
同時に、内部補助電源の電圧は抵抗Ｒ５とスイッチＳＷ２を介してグランドされる。その結果、フォトカプラ５内のフォトダイオードに電流が流れなくなり、発光が停止する。したがって、フォトダイオード４内のフォトトランジスタはオフする。これによって、ツェナーダイオードＺＤ１が平滑用コンデンサＣの電圧によって定電圧を保持し、ＦＥＴＱ１がオンする。この結果、平滑用コンデンサＣに蓄積されていた電荷が、抵抗Ｒ１とＦＥＴＱ１を通して放電される。
【００４１】
第２の実施の形態によれば、作業者がメインテナンスを行うとき、及び事故が発生した場合、平滑用コンデンサＣの蓄積電荷をすみやかに放電することができる。したがって、作業者が感電する事故を防止することが可能になる。また、パワー・ディストリビューション・ユニットやパワー・モジュールにおける部品発熱及び内部損失を低減することが可能になる。
【００４２】
なお、ＦＥＴＱ１の代わりに、リレーやトランジスタやＩＧＢＴ等を用いることも可能である。
さらに、平滑用コンデンサＣの容量が大きく、放電電荷量が多い場合には、ＦＥＴＱ１の代わりに大電流を流すことができるパワーリレーなどの接点を用いればよい。これは、請求項６に対応する。
【００４３】
また、ドライブ信号としては、前記停電検出信号やエラー信号等を用いてもよい。
図４は、本発明の第３の実施の形態を示す図である。第３の実施の形態は、作業者がパワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵをパワーサプライ・バックプレインＰＷＲ ＢＰから引き抜くときに、平滑用コンデンサを急速に放電させるものである。なお、図４において、従来技術と同一部分には同一符号を付して、その説明を省略する。なお、この実施の形態は請求項５に対応する。
【００４４】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、パワーサプライ・バックプレインＰＷＲ ＢＰには、パターンＰが設けられている。パターンＰの第１の端子は、図４（ａ）に示すように、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵ内のＦＥＴＱ１のゲートに接続され、パターンＰの第２の端子はパワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵ内でグランドされている。
【００４５】
ここで、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵ内のＦＥＴＱ１は、例えば第１の実施の形態におけるＦＥＴＱ１（図１参照）に相当する。同様に、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵ内に示すグランドは、例えば第１の実施の形態におけるスイッチＳＷ１（図１参照）が接続されているグランドに相当する。そして、パワーサプライ・バックプレインＰＷＲ ＢＰに設けられたパターンＰは、例えば第１の実施の形態におけるスイッチＳＷ１（図１参照）に相当する。
【００４６】
作業者が、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵを引き抜くことにより、パターンＰによってショートされていたＦＥＴＱ１のゲートに、ツェナー電圧が印加され、ＦＥＴＱ１がオンする。これにより、平滑用コンデンサＣ（図１参照）に蓄積された電荷が放電される。
第３の実施の形態によれば、作業者がメインテナンスを行うとき、パワー・ディストリビューション・ユニットＰＤＵを引き抜くことにより、平滑用コンデンサＣの蓄積電荷を放電することができる。したがって、作業者が感電する事故を防止することが可能になる。また、パワー・ディストリビューション・ユニットやパワー・モジュールにおける部品発熱及び内部損失を低減することが可能になる。
【００４７】
なお、ＦＥＴＱ１の代わりに、リレーやトランジスタやＩＧＢＴ等を用いることも可能である。
さらに、平滑用コンデンサＣの容量が大きく、放電電荷量が多い場合には、ＦＥＴＱ１の代わりに大電流を流すことができるパワーリレーなどの接点を用いればよい。これは、請求項６に対応する。
【００４８】
以上に述べた第１〜第３の実施の形態において、パワー・ディストリビューション・ユニットの整流平滑部に用いられる整流平滑回路としては、図６（ａ）に示すピーク整流型、図６（ｂ）に示す昇圧型、図６（ｃ）（ｄ）に示す絶縁型（ＰＷＭ制御）がある。これらの回路は、公知であるので動作説明は省略する。ここで、付言すれば、請求項１〜３に記載の発明には、ピーク整流型と昇圧型と絶縁型（ＰＷＭ制御）が適している。請求項４に記載の発明には、絶縁型（ＰＷＭ制御）が適している。請求項５に記載の発明には、ピーク整流型と昇圧型と絶縁型（ＰＷＭ制御）が適している。
図５は、本発明の第４の実施の形態を説明するための回路図である。第４の実施の形態は、電源内部の整流平滑部に本発明を適用したものである。この実施の形態は、請求項７〜１０に対応する。
【００４９】
すなわち、電源ＰＷは、図５に示すように、ノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢと、整流回路２０と、平滑用コンデンサＣ２と、トランスＴ２１と、スイッチングトランジスタＴｒ２２と、ダイオードＤ２３，Ｄ２４と、コイル２５と、平滑用コンデンサＣ３と、制御回路２６とから構成されている。
交流電流は、ノン・ヒューズ・ブレーカＮＦＢを介して、整流回路２０と平滑用コンデンサＣ２に入力されて、直流に変換される。得られた直流はスイッチングトランジスタＴｒ２２によりオン／オフされ、トランスＴ２１の一次側に入力される。トランスＴ２２の二次側では、ダイオードＤ２３，Ｄ２４により整流され、コイル２５とコンデンサ２３により平滑され、直流として出力される。制御回路２６は電源の出力電圧を検出し、出力電圧があらかじめ定められた電圧になるように、例えばＰＷＭ制御により、スイッチングトランジスタＴｒ２２をオン／オフ制御するものである。
【００５０】
この第４の実施の形態は、図５に示す平滑用コンデンサＣ２の蓄積電荷を急速に放電させるとき、図１〜図４に示す各実施の形態で示す回路を、各実施の形態と同様の手法により、適用することができるというものである。
したがって、第４の実施の形態によれば、電源内部の整流平滑部に設けられた平滑用コンデンサの蓄積電荷を急速に放電することができる。したがって、作業者が感電する事故を防止することが可能になる。また、電源内部の部品発熱及び内部損失を低減することが可能になる。
【００５１】
図７は、本発明の第５の実施の形態を説明するための回路図である。図７（ａ）に示すように、前記第１〜第４の実施の形態においては、電力を消費するための抵抗Ｒ１とＦＥＴＱ１の直列回路を用いて、ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられた平滑用コンデンサ（例えば、図１のコンデンサＣ参照）に蓄積されている電荷を強制的に放電させた。
【００５２】
しかし、図７（ａ）に示す抵抗Ｒ１における電力消費が大きいと、抵抗Ｒ１とＦＥＴＱ１の回路から構成される放電回路が溶断する可能性が生じる。
そこで、第５の実施の形態においては、抵抗（Ｒ１）による電力消費を小さくして、主にＦＥＴＱ１において電力消費を行うように工夫している。
ここで、第５の実施の形態においては、ＦＥＴＱ１と抵抗Ｒ６の直列回路が放電回路である。また、この実施の形態は請求項１１に対応している。
【００５３】
以下、第５の実施の形態の動作を説明する。
図７（ｂ）に示すように、内部エラー検出信号又は運転停止状態を示すドライブ信号等がスイッチングＩＣ１４に入力されると、スイッチングＩＣ１４が起動して、それまでオフ状態にあったＦＥＴＱ１にオン／オフ動作を開始させる。
ここで、スイッチングＩＣ１４には、平滑用コンデンサの＋電圧が抵抗Ｒ７を介して印加され、かつ前記印加電圧はツェナーダイオードＺＤ３により一定電圧に保持されている。したがって、スイッチングＩＣ１４は、前記一定電圧により安定して動作するように構成されている。
【００５４】
スイッチングＩＣ１４は、前記内部エラー検出信号又はドライブ信号等を受けて、ＦＥＴＱ１のオン／オフ制御を次のように行う。
すなわち、ＦＥＴＱ１のゲートにプラス電圧が印加されるタイミングでは、ＦＥＴＱ１がオンして、ＦＥＴＱ１と抵抗Ｒ６を介して平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電する。逆に、ＦＥＴＱ１のゲートにグランド電位が印加されるタイミングでは、ＦＥＴＱ１がオフして、前記平滑用コンデンサに蓄積された電荷の放電を行わない。
【００５５】
ここで、オペアンプＯＰ１の＋入力端子には前記抵抗Ｒ６のＦＥＴＱ１側の電圧が印加され、かつオペアンプＯＰ１の−入力端子はツェナーダイオードＺＤ４を介してグランドに接続されている。したがって、スイッチングＩＣ４は、オペアンプＯＰ１を介して、抵抗Ｒ６のＦＥＴＱ１側の電圧が一定になるように、ＦＥＴＱ１をオン／オフ制御する。換言すれば、スイッチングＩＣ４は、ＦＥＴＱ１に流れる電流が過大にならないようにリニア制御し、オン幅を制御している。
【００５６】
請求項１１との対応関係は、次のとおりである。すなわち、スイッチング素子と抵抗の直列回路は、ＦＥＴＱ１と抵抗Ｒ６の直列回路が対応する。また、スイッチング素子をオン／オフ制御する制御手段は、スイッチングＩＣ１４とオペアンプＯＰ１とツェナーダイオードＺＤ３、ＺＤ４等が対応する。また、ＡＣ／ＤＣ変換部から運転停止を示す信号は、内部エラー信号やドライブ信号が対応する。
【００５７】
この実施の形態によれば、抵抗Ｒ６の値は小さく設定可能である。そして、電力消費は、主にＦＥＴＱ１において行われる。具体的には、抵抗Ｒ６は、大電力型の抵抗ではなく、消費電力が数ワット程度の抵抗を用いている。
したがって、第５の実施の形態によれば、ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられている平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させることを可能にするとともに、放電に起因して、前記ＦＥＴＱ１と抵抗Ｒ６とから成る放電回路が溶断する事態を防止することができる。
【００５８】
さらに、平滑用コンデンサＣの容量が大きく、放電電荷量が多い場合には、ＦＥＴＱ１の代わりに大電流を流すことができるパワーリレーやＩＧＢＴなどの接点を用いればよい。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、電源ラックのメインテナンス時等に、作業者が感電事故を起こすのを防止することが可能になる。
【００６０】
本発明によれば、電源ラックの運転時に、パワー・ディストリビューション・ユニットやパワー・モジュールにおける部品発熱及び内部損失を低減することが可能になる。
本発明によれば、電源内部の整流平滑部においても、メインテナンス時等に電源内部の整流平滑部に設けられた平滑用コンデンサの蓄積電荷を急速に放電することが可能になる。また、電源内部の整流平滑部においても、部品発熱及び内部損失を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す回路図である。
【図２】第１の実施の形態の変形例を示す回路図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す回路図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示す説明図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態を説明するための回路図である。
【図６】整流平滑回路の種類を示す回路図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態を説明するための回路図である。
【図８】従来の電源ラックの回路図である。
【図９】電源ラックを示す斜視図である。
【符号の説明】
Ｃ，Ｃ２，Ｃ３ 平滑用コンデンサ
Ｄ２３，Ｄ２４ ダイオード
ＮＦＢ ノン・ヒューズ・ブレーカ
ＯＰ，ＯＰ１ オペアンプ
ＰＤＵ パワー・ディストリビューション・ユニット
ＰＷＲ ＢＰ パワーサプライ・バックプレイン
ＰＭ，ＰＭａ〜ＰＭｎ パワー・モジュール
Ｐ パターン
ＰＷ 電源
Ｑ１ ＦＥＴ
Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７ 抵抗
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ
Ｔ，Ｔ２１ トランス
Ｔｒ，Ｔｒ２２ スイッチングトランジスタ
ＺＤ１，ＺＤ２，ＺＤ３，ＺＤ４ ツェナーダイオード
１ 交流電源
２ 整流回路
３ エラー検出回路
４ スイッチングトランジスタ
５ フォトカプラ
１４ スイッチングＩＣ
２０ 整流回路
２５ コイル
２６ 制御回路
Claims (11)
- ＡＣ／ＤＣ変換部と複数のＤＣ／ＤＣ変換部をユニット化して構成される電源ラックにおいて、
前記ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられ、前記ＡＣ／ＤＣ変換部に入力されているＡＣ入力が遮断されたとき開閉動作を行う補助スイッチを有するノン・ヒューズ・ブレーカと、
ノン・ヒューズ・ブレーカの補助スイッチの開閉動作に応じて、ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられた平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させる放電回路と
を備えたことを特徴とする電源ラック。 - 請求項１記載の電源ラックにおいて、
前記補助スイッチの代わりに、前記ＡＣ／ＤＣ変換部が故障したとき、前記ＡＣ／ＤＣ変換部から出力される内部エラー信号によって開閉動作を行うスイッチを有することを特徴とする電源ラック。 - 請求項１記載の電源ラックにおいて、
前記補助スイッチの代わりに、前記ＡＣ／ＤＣ変換部に入力されているＡＣ入力が遮断されたとき、前記ＡＣ／ＤＣ変換部から出力される停電検出信号によって開閉動作をするスイッチを有することを特徴とする電源ラック。 - ＡＣ／ＤＣ変換部と複数のＤＣ／ＤＣ変換部をユニット化して構成される電源ラックにおいて、
前記ＡＣ／ＤＣ変換部から通常運転状態又は運転停止状態を示すドライブ信号が出力されたとき、前記ドライブ信号が通常運転状態を示すとき第１の状態に設定され、前記ドライブ信号が運転停止状態を示すとき第２の状態に設定されるスイッチと、
前記スイッチが第２の状態に設定されたとき、ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられた平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を放電させる放電回路と
を備えたことを特徴とする電源ラック。 - ＡＣ／ＤＣ変換部と複数のＤＣ／ＤＣ変換部をユニット化して構成される電源ラックにおいて、
前記ＡＣ／ＤＣ変換部と前記複数のＤＣ／ＤＣ変換部を着脱可能な基板と、
前記基板から前記ＡＣ／ＤＣ変換部を引き抜くことにより、前記ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられたスイッチを開動作させるスイッチ開回路と、
前記スイッチの開動作に応じて、前記ＡＣ／ＤＣ変換部に設けられた平滑用コンデンサに蓄積されている電荷を強制的に放電させる放電回路と
を備えたことを特徴とする電源ラック。 - 請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の電源ラックにおいて、
前記放電回路は、前記スイッチとして大電流を流すことが可能なスイッチを有することを特徴とする電源ラック。 - ＡＣ／ＤＣ変換部を備えた電源において、
ＡＣ／ＤＣ変換部内に設けられた平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電させる請求項１に記載の補助スイッチと放電回路を備えたことを特徴とする電源。 - ＡＣ／ＤＣ変換部を備えた電源において、
ＡＣ／ＤＣ変換部内に設けられた平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電させる請求項２乃至請求項３のいずれか一方に記載のスイッチと放電回路を備えたことを特徴とする電源。 - ＡＣ／ＤＣ変換部を備えた電源において、
ＡＣ／ＤＣ変換部内に設けられた平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電させる請求項４に記載のスイッチと放電回路を備えたことを特徴とする電源。 - ＡＣ／ＤＣ変換部を備えた電源において、
ＡＣ／ＤＣ変換部内に設けられた平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電させる請求項５に記載のスイッチとスイッチ開回路と放電回路を備えたことを特徴とする電源。 - ＡＣ／ＤＣ変換部を備えた電源において、
ＡＣ／ＤＣ変換部内に設けられた平滑整流部に存在する平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電させるスイッチング素子と抵抗の直列回路と、
ＡＣ／ＤＣ変換部から運転停止を示す信号が出力されたとき動作し、前記抵抗と前記スイッチング素子の間の電圧を検出して、検出された電圧が所定の値になるようにスイッチング素子をオン／オフ制御する制御手段と
を有していることを特徴とする電源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003071985A JP2004282921A (ja) | 2003-03-17 | 2003-03-17 | 電源ラック及び電源 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2006121849A (ja) * | 2004-10-22 | 2006-05-11 | Toyoda Mach Works Ltd | 直流安定化電源 |
| JP2008220111A (ja) * | 2007-03-07 | 2008-09-18 | Fujitsu Telecom Networks Ltd | 停電検出回路を備えた電源装置 |
| WO2011026337A1 (zh) * | 2009-09-01 | 2011-03-10 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种并联式基站电源的监控系统及其方法 |
| CN112117911A (zh) * | 2020-09-25 | 2020-12-22 | 江苏方天电力技术有限公司 | 一种直流750v转直流240v的变换器装置 |
-
2003
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