JP2007274824A

JP2007274824A - 電圧補償装置

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Publication number: JP2007274824A
Application number: JP2006098255A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Fukui; 昭圭福井; Takashi Takeda; 隆武田; Keiichi Hirose; 圭一廣瀬
Original assignee: NTT Facilities Inc
Current assignee: NTT Facilities Inc
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-18

Abstract

【課題】電力の損失を生じさせることなく、電源から負荷に供給する電圧の低下分を補償することができる電圧補償装置を提供する。
【解決手段】電源から負荷に供給する電圧を測定する電圧検出手段と、所定電圧を記憶する記憶手段と、電圧検出手段が測定した電圧が記憶手段に記憶された所定電圧よりも低いか否かについて判定する判定手段と、電源から負荷に供給する電圧に対して、電源電圧を所定電圧と測定した電圧との差分に降圧する電圧印加手段と、電源と負荷との間に設けられる第１のスイッチと、電源と電圧印加手段との間又は負荷と電圧印加手段との間に設けられる第２のスイッチと、判定手段が判定した結果に基づき、測定した電圧が所定電圧より低いと判定した場合には、第１のスイッチをオフ、第２のスイッチをオンとして測定した電圧が所定電圧以上であると判定した場合には、第２のスイッチをオフ、第１のスイッチをオンとするスイッチ制御手段を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電圧補償装置、特に、電源から負荷に供給する電圧の低下分を補償するための電圧補償装置に関する。

従来から、電源から負荷に供給する電圧が低下した場合に、その低下分の電圧を、電源から負荷に供給する電圧に加えることにより、負荷に供給する電圧を補償する電圧補償システムが知られている（特許文献１）。この技術では、ダイオードを使用して、電源から負荷に供給する電圧を補償するための回路を構成していた。
特開２００４−３４３８５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている技術では、電源から負荷に供給する電圧を補償する回路にダイオードを使用していたため、電流がダイオードを流れる際に電力の損失が生じるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力の損失を生じさせることなく、電源から負荷に供給する電圧の低下分を補償することができる電圧補償装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、電源と負荷とに接続され、記憶手段と判定手段とスイッチ制御手段を有する制御手段を備えた電圧補償装置であって、前記電源から前記負荷に供給する電圧を測定する電圧検出手段と、所定電圧を記憶する記憶手段と、前記電圧検出手段が測定した電圧が前記記憶手段に記憶された所定電圧よりも低いか否かについて判定する判定手段と、前記電源から前記負荷に供給する電圧に対して、前記電源電圧を前記所定電圧と前記測定した電圧との差分に降圧する電圧印加手段と、前記電源と前記負荷との間に設けられる第１のスイッチと、前記電源と前記電圧印加手段との間、又は、前記負荷と前記電圧印加手段との間に設けられる第２のスイッチと、前記判定手段が判定した結果に基づき、前記測定した電圧が前記所定電圧よりも低いと判定した場合には、前記第１のスイッチをオフにするとともに前記第２のスイッチをオンとして前記測定した電圧が前記所定電圧以上であると判定した場合には、前記第２のスイッチをオフにするとともに前記第１のスイッチをオンとするスイッチ制御手段とを有し、前記スイッチ制御手段により前記第１のスイッチがオフ、前記第２のスイッチがオンに制御された場合には前記電圧印加手段による降圧した電圧を前記電源電圧に加え、前記第２のスイッチがオフ、前記第１のスイッチがオンに制御された場合前記電圧印加手段の動作を停止させることを特徴とする電圧補償装置である。

また、請求項２に記載の発明は、前記記憶手段は、補償動作範囲電圧を更に記憶し、前記判定手段は、前記測定した電圧が前記補償動作範囲電圧であるか否かについて判定し、前記スイッチ制御手段は、前記判定手段の判定結果に基づき、前記測定した電圧が前記補償動作範囲電圧でないと判定した場合には、前記第１のスイッチをオフにするとともに前記第２のスイッチをオンとすることを特徴とする請求項１に記載の電圧補償装置である。

また、請求項３に記載の発明は、前記電圧検出手段が測定する電源と負荷間の電圧が、コンデンサの電圧以下となった場合に、前記負荷へ電圧を供給する補償手段を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電圧補償装置である。

また、請求項４に記載の発明は、電源と負荷とに接続される電圧補償装置であって、前記電源から供給される電圧を測定する第１の電圧検出手段と、前記前記負荷に供給する電圧を測定する第２の電圧検出手段と、所定電圧を記憶する記憶手段と、前記第１の電圧検出手段が測定した電圧が前記記憶手段に記憶された所定電圧よりも低いか否かについて判定する判定手段と、前記第１の電圧検出手段が測定した電圧に対して、前記電源電圧を前記所定電圧と前記第１の電圧検出手段が測定した電圧との差分に降圧する電圧印加手段と、前記電源と前記負荷との間に設けられる第１のスイッチと、前記電源と前記電圧印加手段との間、又は、前記負荷と前記電圧印加手段との間に設けられる第２のスイッチと、前記判定手段が判定した結果に基づき、前記第２の電圧検出手段が測定した電圧が前記所定電圧よりも低いと判定した場合には、前記第１のスイッチをオフにするとともに前記第２のスイッチをオンとし、前記第２の電圧検出手段が測定した電圧が前記所定電圧以上であると判定した場合には、前記第２のスイッチをオフにするとともに前記第１のスイッチをオンとするスイッチ制御手段とを有し、前記スイッチ制御手段により前記第１のスイッチがオフ、前記第２のスイッチがオンに制御された場合には前記電圧印加手段による降圧した電圧を前記電源電圧に加え、前記第２のスイッチがオフ、前記第１のスイッチがオンに制御された場合前記電圧印加手段の動作を停止させることを特徴とする電圧補償装置である。

本発明では、電圧検出手段により測定した電圧が所定電圧よりも低いと判定した場合には、第１のスイッチをオフにするとともに第２のスイッチをスイッチ制御手段によりオンとし、測定した電圧が所定電圧以上であると判定した場合には、第２のスイッチをスイッチ制御手段によりオフにするようにした。
これにより、電源から負荷に供給される電圧が低下した場合には、電圧印加手段によりその低下分の電圧を、電源から負荷に供給される電圧に加えることにより電圧を補償することができるとともに、電源と負荷と電圧印加手段との接続を、第１のスイッチ及び第２のスイッチにより制御するようにしたので、電力の損失が生じることなく、電源から負荷に供給する電圧の低下分を補償することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態による電圧補償装置の構成を示すブロック図である。この電圧補償装置は、直流電圧補償装置１０ａ（電圧補償装置）、直流電源２０（電源）、直流負荷３０（負荷）を備える。
直流電源２０は、直流電力を出力する電力変換器などである。また、直流電源２０は、端子２１の電圧を定格電圧Ｖ_Ｎ〔Ｖ〕とし、端子２２の電圧を０〔Ｖ〕とすることにより、電圧Ｖ_Ｎ〔Ｖ〕を供給するものである。

直流負荷３０は、電気需要家が使用する負荷であり、直流電源２０が供給する直流電圧により駆動される。直流負荷２０は、端子３１に供給される定格電圧Ｖ_Ｎ〔Ｖ〕を利用して負荷を駆動し、端子３２から０〔Ｖ〕の電圧を出力する。
直流電源２０の端子２１と端子２２とは、電圧補償装置１０ａの端子１４と端子１５とにそれぞれ接続されている。
また、直流負荷３０の端子３１と端子３２とは、電圧補償装置１０ａの端子１６と端子１７とにそれぞれ接続されている。

電圧補償装置１０ａは、電圧検出部１１（電圧検出手段）、降圧コンバータ１２（電圧印加手段）、制御部１３、スイッチＳＷ１（第１のスイッチ）、スイッチＳＷ２（第２のスイッチ）を有する。制御部１３は、例えば１チップマイコン等で構成され、内部に判定部（判定手段）１３ａ、記憶部（記憶手段）１３ｂ、スイッチ制御部（スイッチ制御手段）１３ｃを有する。
端子１４と端子１６とは、電気的に接続されている。また、端子１５と端子１７とは、スイッチＳＷ１を介して、電気的に接続されている。
電圧検出部１１は、端子１４と端子１５との間の電圧を測定し、その測定した電圧値を制御部１３に対して出力する。

降圧コンバータ１２は、端子１４と端子１５とに接続されている。また、降圧コンバータ１２は、スイッチＳＷ２を介して、端子１７に接続されている。この降圧コンバータ１２は、端子１４と端子１５に印加される入力電圧降圧するものである。
記憶部１３ｂには、負荷が必要とする所定電圧などが記憶されている。
判定部１３ａは、電圧検出部１１から出力される電圧値が、前記記憶部１３ｂに記憶されている所定の電圧よりも低いか否かについて判定を行ない、その判定結果に基づいて、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２に対して、それぞれスイッチ制御部１３ｃから制御信号を出力する。また、制御部１３は、電圧検出部１１から出力された電圧値が所定電圧よりどのくらい低下したかを求め、その低下分の電圧を、補償するように降圧コンバータ１２に対して制御信号を出力する。

図２は、本発明の第１の実施形態による制御部１３の記憶部１３ｂが記憶する情報について説明するための図である。記憶部１３ｂは、定格電圧Ｖ_Ｎ〔Ｖ〕、所定電圧Ｖ_Ｓ〔Ｖ〕、上限の補償動作停止電圧Ｖ_Ｈ〔Ｖ〕、下限の補償動作停止電圧Ｖ_Ｌ〔Ｖ〕を記憶する。
定格電圧Ｖ_Ｎ〔Ｖ〕は、直流電源２０から供給される電圧である。所定電圧Ｖ_Ｓ〔Ｖ〕は、電圧補償装置１０ａの降圧コンバータ１２による電圧低下分の補償を行なうか否かを判定するための基準となる電圧である。上限の補償動作停止電圧Ｖ_Ｈ〔Ｖ〕、下限の補償動作停止電圧Ｖ_Ｌ〔Ｖ〕は、それぞれ、電圧補償装置１０ａの降圧コンバータ１２による電圧低下分の補償を行なう範囲の上限と下限を示す電圧である。
なお、本発明の第１の実施形態では、電圧低下の復旧時の電圧補償装置１０ａの動作に、ヒステリシスを用いている。

図１に戻り、スイッチＳＷ１は、一方の端子が端子１５に接続され、他方の端子が端子１７に接続されており、制御部１３のスイッチ制御手段１３ｃが出力する制御信号に基づいて、スイッチの開閉を行なう。スイッチＳＷ２は、一方の端子が端子１７に接続され、他方の端子が降圧コンバータ１２に接続されており、制御部１３が出力する制御信号に基づいて、スイッチの開閉を行なう。なお、スイッチＳＷ２は、上述したように降圧コンバータ１２と端子１７との間の配線中に設けて説明したが、降圧コンバータ１２と端子１５との間の配線中に設けるようにしてもよい。

図３は、本発明の第１の実施形態による電圧補償装置１０ａの処理を示すフローチャートである。
始めに、電圧補償装置１０ａの端子１４と端子１５との間の電圧を電圧検出部１１により計測する（ステップＳ０１）。電圧検出部１１は、測定した電圧値を制御部１３に対して出力する。
制御部１３の判定部１３ａは、電圧検出部１１から出力された電圧値が、補償開始設定値Ｖ_Ｓ〔Ｖ〕以下であるか否かについて判定する（ステップＳ０２）。電圧値が補償開始設定値Ｖ_Ｓ〔Ｖ〕以下でない場合には、ステップＳ０２で「Ｎ」と判定し、ステップＳ０１へ進む。一方、電圧値が補償開始設定値Ｖ_Ｓ〔Ｖ〕以下である場合には、ステップＳ０２で「Ｙ」と判定し、ステップＳ０３へ進む。
制御部１３は、電圧検出部１１から出力された電圧値が、補償開始設定値Ｖ_Ｓ〔Ｖ〕から、どれだけ低下しているかを求める（ステップＳ０３）。
そして、制御部１３は、降圧コンバータ１２に対して制御信号を出力することにより、降圧コンバータ１２を始動させる（ステップＳ０４）。
また、制御部１３は、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２とに対して制御信号を出力することにより、スイッチＳＷ１をオフにさせ、スイッチＳＷ２をオンにさせる（ステップＳ０５）。

制御部１３は、電圧検出部１１から出力された電圧値Ｖ_１〔Ｖ〕と補償開始設定値Ｖ_Ｓ〔Ｖ〕との差ΔＶ（＝Ｖ_Ｓ−Ｖ_１）を補償電圧分として計算し、入力電圧をその補償電圧分に降圧するための制御信号を降圧コンバータ１２へ出力する（ステップＳ０６）。
降圧コンバータ１２は、制御部１３から制御信号を受信すると、端子１４と端子１５との間の電圧を降圧して補償量の電圧を生成し、スイッチＳＷ２の他方の端子から出力される電圧に補償分の電圧を加えて端子１５に出力することにより、負荷３０が必要とする電圧を補償する（ステップＳ０７）。

つぎに、判定部１３ａは、電圧検出部１１から出力された電圧値が、電圧補償装置１０ａにより直流電源２０の電圧低下分の補償を行なう補償動作設定値Ｖ_Ｌ〔Ｖ〕の範囲内であるか否かについて判定する（ステップＳ０８）。
電圧検出部１１から出力された電圧値が、補償動作設定値Ｖ_Ｌ〔Ｖ〕の範囲内であった場合には、ステップＳ０８で「Ｎ」と判定し、次のステップＳ０９へ進む。これにより、電圧が補償動作設定値Ｖ_Ｌ〔Ｖ〕範囲内の場合に、これ以上補償しても意味が無いものとして、待機動作へ移行することができる。
一方、電圧検出部１１から出力された電圧値が、補償動作設定値Ｖ_Ｌ〔Ｖ〕の範囲外であった場合には、ステップＳ０８で「Ｙ」と判定し、ステップＳ０６の処理へ戻る。

そして、制御部１３は、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２とに対して制御信号を出力することにより、スイッチＳＷ１をオンにし、スイッチＳＷ２をオフにする（ステップＳ０９）。そして、制御部１３は、電圧補償装置１０ａの駆動を停止して、所定時間待機した後、ステップＳ０１の処理を繰り返し行う。
上述した本発明の第１の実施形態による電圧補償装置を使用すれば、直流電源２０から直流負荷３０に供給される電圧が低下した場合には、電圧検出部１１によりその低下分の電圧を、直流電源２０から直流負荷３０に供給される電圧に加えることにより電圧を補償することができるとともに、直流電源２０と直流負荷３０と降圧コンバータ１２との接続を、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２により制御するようにしたので、ダイオードを使用して回路を構成する場合に比べて電力の損失を生じさせることなく、直流電源２０から直流負荷３０に供給する電圧の低下分を補償することができる。

図４は、本発明の第２の実施形態による電圧補償装置の構成を示すブロック図である。本実施形態による電圧補償装置（図４）が、第１の実施形態による電圧補償装置と同じ構成を採る部分については、同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。
本実施形態の電圧補償装置１０ｂは、電圧検出部１１（第１の電圧検出手段）の他に、電圧検出部１８（第２の電圧検出手段）を有する。電圧検出部１８は、端子１６と端子１７との間の電圧を測定し、その測定した電圧値を制御部１３に対して出力する。

図５は、本発明の第２の実施形態による電圧補償装置１０ｂの処理を示すフローチャートである。
電圧補償装置１０ｂは、電圧検出部１１による電圧計測を行ない（ステップＳ２１）、測定した電圧が補償開始設定値（Ｖ_Ｓ）以下であるか判定し（ステップＳ２２）、電圧降下を検出する（ステップＳ２３）。そして、降圧コンバータ１２を始動させ（ステップＳ２４）、スイッチＳＷ１をオフ、スイッチＳＷ２をオンとする（ステップＳ２５）。
次に、補償電圧を算出し、降圧コンバータ１２へ補償分の電圧を生成する制御信号を出力する（ステップＳ２６）。この制御信号を受けた降圧コンバータ１２は、入力電圧を降圧して補償分として必要な電圧を生成し、その電圧を入力電圧に加えて負荷が要する電圧を確保する（ステップＳ２７）。
ここで、一次側の電圧検出部１１により検出された電圧が補償動作設定範囲内であるか否かの判定を行う（ステップＳ２８）。つまり入力電圧が何らかの状況で負荷が必要とする電圧以下であった場合に降圧コンバータ１２で入力電圧を降圧して不足分の電圧を得るが、この電圧が負荷３０の必要とする電圧値に達したかを確認するため、もう一度一次側の電圧検出部１１で補償後の電圧を検出する。
ステップＳ２８の判定において、第１の電圧が補償動作設定値範囲内であった場合には、入力電圧に対し補償電圧が必要であるため、ステップＳ２６の処理へ戻り、負荷３０が必要とする所定の電圧まで、電圧を補償する処理を繰り返す。
一方、第１の電圧が、補償動作設定値範囲内でない場合には、言い換えれば、入力電圧が負荷３０の必要とする電圧を補償できたものとして、つぎの処理を行う。
つぎに第２の電圧検出部１８により、出力電圧を検出する（ステップＳ３０）。この出力電圧が記憶部１３ｂに記憶されている設定値Ｖ_Ｓ〔Ｖ〕であるか否かの判定を行い、記憶された設定値でない場合には、ステップＳ２１の処理へ戻り、最初の処理から行う。また、記憶された設定値Ｖ_Ｓ〔Ｖ〕である場合には、負荷３０が必要とする電圧値であるとして、スイッチＳＷ１をオン、スイッチＳＷ２をオフにし、さらに降圧コンバータ１２を停止する制御信号を降圧コンバータ１２に対して出力する（ステップＳ３１）。そして当該直流補償装置１０ｂは、所定時間（例えば数秒）待機した後、ステップＳ２１からの処理を繰り返し行う。

なお、図１又は図４に示す電圧補償装置１０ａ又は電圧補償装置１０ｂにおいて、端末１６と端子３１の間と、端子１７と端子３２の間とに、図６（ａ）や図６（ｂ）に示す補償回路（補償手段）を挿入するようにしてもよい。
図６（ａ）に示す回路は、抵抗５１、スイッチ５２、５３およびコンデンサ５４によって構成され、通常時はスイッチ５２がオンとなって抵抗５１を介してコンデンサ５４が充電され、電圧補償装置１０ａが駆動を停止した時はスイッチ５３がオンとなって端子３１へコンデンサ５４の電圧が供給される。

図６（ｂ）に示す回路は、トランジスタ５５、抵抗５６〜５８およびコンデンサ５９、６０によって構成されている。そして、コンデンサ６０の充電時は、バイパス抵抗５６を介して突入電流が防止される。また、トランジスタ５５はコンデンサ６０の電圧に応じてターンオンする。つまり、概念的には図６（ｃ）に示すように、トランジスタ５５のベースには、（（Ｒ１／Ｒ１＋Ｒ２）・Ｖｃ）ボルト〔Ｖ〕が印加され、トランジスタ５５のエミッタＥにはコンデンサ６０（図６（ｂ）参照）の充電電圧（初期値は０ボルト〔Ｖ〕）が印加される。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明の第１の実施形態による電圧補償装置の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態による制御部１３の記憶部１３ｂが記憶する情報について説明するための図である。本発明の第１の実施形態による電圧補償装置１０ａの処理を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態による電圧補償装置の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態による電圧補償装置１０ｂの処理を示すフローチャートである。本発明の第１の実施形態による補償回路について説明するための図である。

符号の説明

１０ａ、１０ｂ・・・電圧補償装置、１１・・・電圧検出部（電圧検出手段、第１の電圧検出手段）、１２・・・降圧コンバータ、１３・・・制御部（制御手段）、１３ａ・・・判定部（判定手段）、１３ｂ・・・記憶部（記憶手段）、１３ｃ・・・スイッチ制御部（スイッチ制御手段）、１８・・・電圧検出部（第２の電圧検出手段）、２０・・・直流電源、３０・・・直流負荷、５１・・・抵抗、５２、５３・・・スイッチ、５４・・・コンデンサ、５５・・・トランジスタ、５６〜５８・・・抵抗、５９・・・コンデンサ、６０・・・コンデンサ、ＳＷ１、ＳＷ２・・・スイッチ

Claims

電源と負荷とに接続され、記憶手段と判定手段とスイッチ制御手段を有する制御手段を備えた電圧補償装置であって、
前記電源から前記負荷に供給する電圧を測定する電圧検出手段と、
所定電圧を記憶する記憶手段と、
前記電圧検出手段が測定した電圧が前記記憶手段に記憶された所定電圧よりも低いか否かについて判定する判定手段と、
前記電源から前記負荷に供給する電圧に対して、前記電源電圧を前記所定電圧と前記測定した電圧との差分に降圧する電圧印加手段と、
前記電源と前記負荷との間に設けられる第１のスイッチと、
前記電源と前記電圧印加手段との間、又は、前記負荷と前記電圧印加手段との間に設けられる第２のスイッチと、
前記判定手段が判定した結果に基づき、前記測定した電圧が前記所定電圧よりも低いと判定した場合には、前記第１のスイッチをオフにするとともに前記第２のスイッチをオンとして前記測定した電圧が前記所定電圧以上であると判定した場合には、前記第２のスイッチをオフにするとともに前記第１のスイッチをオンとするスイッチ制御手段とを有し、
前記スイッチ制御手段により前記第１のスイッチがオフ、前記第２のスイッチがオンに制御された場合には前記電圧印加手段による降圧した電圧を前記電源電圧に加え、前記第２のスイッチがオフ、前記第１のスイッチがオンに制御された場合前記電圧印加手段の動作を停止させることを特徴とする電圧補償装置。
前記記憶手段は、補償動作範囲電圧を更に記憶し、
前記判定手段は、前記測定した電圧が前記補償動作範囲電圧であるか否かについて判定し、
前記スイッチ制御手段は、前記判定手段の判定結果に基づき、前記測定した電圧が前記補償動作範囲電圧でないと判定した場合には、前記第１のスイッチをオフにするとともに前記第２のスイッチをオンとすることを特徴とする請求項１に記載の電圧補償装置。
前記電圧検出手段が測定する電源と負荷間の電圧が、コンデンサの電圧以下となった場合に、前記負荷へ電圧を供給する補償手段を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電圧補償装置。
電源と負荷とに接続される電圧補償装置であって、
前記電源から供給される電圧を測定する第１の電圧検出手段と、
前記前記負荷に供給する電圧を測定する第２の電圧検出手段と、
所定電圧を記憶する記憶手段と、
前記第１の電圧検出手段が測定した電圧が前記記憶手段に記憶された所定電圧よりも低いか否かについて判定する判定手段と、
前記第１の電圧検出手段が測定した電圧に対して、前記電源電圧を前記所定電圧と前記第１の電圧検出手段が測定した電圧との差分に降圧する電圧印加手段と、
前記電源と前記負荷との間に設けられる第１のスイッチと、
前記電源と前記電圧印加手段との間、又は、前記負荷と前記電圧印加手段との間に設けられる第２のスイッチと、
前記判定手段が判定した結果に基づき、前記第２の電圧検出手段が測定した電圧が前記所定電圧よりも低いと判定した場合には、前記第１のスイッチをオフにするとともに前記第２のスイッチをオンとし、前記第２の電圧検出手段が測定した電圧が前記所定電圧以上であると判定した場合には、前記第２のスイッチをオフにするとともに前記第１のスイッチをオンとするスイッチ制御手段とを有し、
前記スイッチ制御手段により前記第１のスイッチがオフ、前記第２のスイッチがオンに制御された場合には前記電圧印加手段による降圧した電圧を前記電源電圧に加え、前記第２のスイッチがオフ、前記第１のスイッチがオンに制御された場合前記電圧印加手段の動作を停止させることを特徴とする電圧補償装置。