JP2013038871A - Switching device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力源と負荷回路との間のスイッチングに関与するスイッチング装置に関する。 The present invention relates to a switching device involved in switching between a power source and a load circuit.
電力を出力するユニットと負荷との間に、それらの間の導通/非導通を制御するスイッチング装置が設けられることが多い。例えば、図7に示す如く、電力出力ユニット901の出力電力を放電回路902を介して負荷903に供給するシステムがある。電力出力ユニット901は、例えば、蓄電池ユニットのような直流電力を出力する電力源である。負荷903は、直流電力にて駆動するDC負荷又は交流電力にて駆動するAC負荷を含む。例えば、DC/DCコンバータを用いて電力出力ユニット901(蓄電池ユニット)の出力直流電力の直流/直流変換を行い、得られた直流電力にてLED照明等のDC負荷を駆動することができる。或いは例えば、DC/ACコンバータを用いて電力出力ユニット901(蓄電池ユニット)の出力直流電力の直流/交流変換を行い、得られた交流電力にて各種のAC負荷を駆動することができる。放電回路902は、電力出力ユニット901と負荷903との接続をオン/オフする。システム内の回路部品を保護するべく、放電回路902を通過する電流を制限するリミッタが放電回路902に設けられることもある。
In many cases, a switching device that controls conduction / non-conduction between the unit that outputs power and the load is provided. For example, as shown in FIG. 7, there is a system that supplies output power of a
負荷903を形成する回路にはインダクタンスやコンデンサが含まれるため、負荷903の起動時に(電力出力ユニット901と負荷903との接続時に)、大きな突入電流が放電回路902に流れる。突入電流の通過に伴って上記リミッタが機能すると、負荷903への電流供給が制限されて負荷903内の各機器が起動できないことがある。また、リミッタを放電回路902に設けていない場合には、大きな突入電流の通過によってシステム内の回路部品が破損又は劣化するおそれがある。
Since the circuit forming the
このような突入電流の対策として、突入電流が流れる経路にサーミスタを直列に挿入するという方策がある(例えば、下記特許文献1参照)。サーミスタとして、NTC(negative temperature coefficient)サーミスタを用いることができる。
As a countermeasure against such inrush current, there is a method of inserting a thermistor in series in a path through which the inrush current flows (see, for example,
NTCサーミスタを用いれば、突入電流の通過開始からの時間が経過するにつれて、NTCサーミスタの自己発熱によりNTCサーミスタの抵抗値が低下してゆくが、NTCサーミスタは定常状態においても相応の抵抗値を持つため損失が大きい。 If an NTC thermistor is used, the resistance value of the NTC thermistor decreases due to the self-heating of the NTC thermistor as time elapses from the start of inrush current passage. Therefore, the loss is large.
他方、負荷903に、電力変換を行うDC/DCコンバータ等の一次負荷と、該電力変換にて得られた電力を消費する二次負荷が含まれる場合、それらの負荷の動作との関連において突入電流を適切に抑制する必要が生じるが、そのような必要性を満たす技術は未だ提案されていない。
On the other hand, when the
そこで本発明は、突入電流を適切に抑制しつつ負荷への電力供給を低損失で行いうるスイッチング装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a switching device that can perform power supply to a load with low loss while appropriately suppressing an inrush current.
本発明に係るスイッチング装置は、電力源側に接続された第1配線と負荷側に接続された第2配線との間に設けられた放電回路と、前記放電回路の状態を制御する制御部と、を備え、前記負荷は、前記放電回路を介して与えられる電力の電力変換を行う一次負荷を含み、前記放電回路は、前記第1配線に接続された第1スイッチ回路と、前記第1スイッチ回路と前記第2配線との間に設けられた第2スイッチ回路と、前記第2スイッチ回路に並列接続された抵抗素子と、を備え、前記制御部は、前記負荷への電力供給を行う際、前記電力変換の開始を前記一次負荷に指示するとともに前記第1スイッチ回路をオフからオンに切り替え、その後、前記第2スイッチ回路をオフからオンに切り替えることを特徴とする。 A switching device according to the present invention includes a discharge circuit provided between a first wiring connected to the power source side and a second wiring connected to the load side, and a control unit that controls the state of the discharge circuit. The load includes a primary load that performs power conversion of power supplied through the discharge circuit, and the discharge circuit includes a first switch circuit connected to the first wiring, and the first switch A second switch circuit provided between the circuit and the second wiring; and a resistance element connected in parallel to the second switch circuit, wherein the control unit performs power supply to the load. , Instructing the primary load to start the power conversion, switching the first switch circuit from OFF to ON, and then switching the second switch circuit from OFF to ON.
電力変換の開始指示と第1スイッチ回路のオンへの切り替えを行い、抵抗素子を介して一次負荷への電流供給を行うことで一次負荷の起動に伴う突入電流を低く抑えることができる。その後、例えば突入電流の流れが終了してから、第2スイッチ回路をオンに切り替えることで低損失にて負荷側に電流を供給することができる。 By instructing the start of power conversion and switching on the first switch circuit, and supplying current to the primary load via the resistance element, the inrush current associated with the startup of the primary load can be kept low. Thereafter, for example, after the flow of the inrush current is finished, the current can be supplied to the load side with low loss by switching the second switch circuit on.
また例えば、前記負荷は、前記一次負荷からの電力にて駆動する二次負荷を更に備え、前記放電回路は、前記第2スイッチ回路がオフからオンに切り替えられた後、前記第2スイッチ回路及び前記一次負荷間に流れる電流に応じて前記第2スイッチ回路を一時的にオフにする一時オフ回路を備えていても良い。 In addition, for example, the load further includes a secondary load that is driven by electric power from the primary load, and the discharge circuit includes the second switch circuit and the second switch circuit after the second switch circuit is switched from OFF to ON. A temporary OFF circuit that temporarily turns off the second switch circuit according to a current flowing between the primary loads may be provided.
一時オフ回路を設けておくことにより、二次負荷の起動時に生じうる突入電流を低く抑えることが可能となる。即ち例えば、二次負荷の起動用の突入電流が流れる際に、第2スイッチ回路を一時的にオフし、抵抗素子を介して負荷への電流供給を行うようにすれば、二次負荷の起動時に生じうる突入電流を低く抑えることが可能となる。 By providing the temporary off circuit, it is possible to keep the inrush current that can occur at the time of starting the secondary load low. That is, for example, when the inrush current for starting the secondary load flows, if the second switch circuit is temporarily turned off and current is supplied to the load through the resistance element, the secondary load is started. The inrush current that can sometimes occur can be kept low.
具体的には例えば、前記一時オフ回路は、前記第2スイッチ回路がオフからオンに切り替えられた後、前記電流の信号波形に基づき、前記第2スイッチ回路を一時的にオフするための一時オフ信号又は前記第2スイッチ回路のオンを維持させるためのオン維持信号を切り替え出力してもよい。 Specifically, for example, the temporary off circuit is configured to temporarily turn off the second switch circuit based on a signal waveform of the current after the second switch circuit is switched from off to on. A signal or an ON maintaining signal for maintaining ON of the second switch circuit may be switched and output.
また例えば、前記一時オフ回路は、前記一時オフ信号を出力する場合、前記信号波形に応じて、前記第2スイッチ回路を一時的にオフさせる時間の長さを設定してもよい。 Further, for example, when outputting the temporary OFF signal, the temporary OFF circuit may set a length of time for temporarily turning off the second switch circuit according to the signal waveform.
これにより、突入電流の規模に応じた適切な時間だけ第2スイッチ回路をオフにすることができる。 Thereby, the second switch circuit can be turned off for an appropriate time according to the magnitude of the inrush current.
また具体的には例えば、前記制御部は、前記負荷への電力供給を行う際、前記電力変換の開始を前記一次負荷に指示してから前記第1スイッチ回路をオフからオンに切り替え、その後、前記第2スイッチ回路をオフからオンに切り替えてもよい。 More specifically, for example, when supplying power to the load, the control unit instructs the primary load to start the power conversion, and then switches the first switch circuit from off to on, and then The second switch circuit may be switched from off to on.
また具体的には例えば、前記抵抗素子は、負の温度係数を有するサーミスタであってもよい。 More specifically, for example, the resistance element may be a thermistor having a negative temperature coefficient.
本発明によれば、突入電流を適切に抑制しつつ負荷への電力供給を低損失で行いうるスイッチング装置を提供することが可能である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to provide the switching apparatus which can perform the electric power supply to load with low loss, suppressing an inrush current appropriately.
以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、情報、信号、物理量、状態量又は部材等を参照する記号又は符号を記すことによって該記号又は符号に対応する情報、信号、物理量、状態量又は部材等の名称を省略又は略記することがある。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. In each of the drawings to be referred to, the same part is denoted by the same reference numeral, and redundant description regarding the same part is omitted in principle. In this specification, for simplification of description, a symbol or reference that refers to information, signal, physical quantity, state quantity, member, or the like is written to indicate information, signal, physical quantity, state quantity or Names of members and the like may be omitted or abbreviated.
図1は、本発明の実施形態に係る電力システムの全体構成図である。電力システムは、図1に示される部位の全て又は一部を含んで形成され、少なくともBMU(バッテリマネーメントユニット)1とBSU(バッテリスイッチングユニット)2を備える。 FIG. 1 is an overall configuration diagram of a power system according to an embodiment of the present invention. The power system is formed including all or a part of the parts shown in FIG. 1 and includes at least a BMU (battery management unit) 1 and a BSU (battery switching unit) 2.
BSU2には、マイクロコンピュータ(以下、マイコンと呼ぶ)20と、スイッチ回路21〜23と、放電回路24と、が備えられていると共に、スイッチ回路21〜23及び放電回路24に共通接続された電力バスライン60が備えられている。尚、用語「ライン」は用語「配線」と同義である。マイコン20は、スイッチ回路21〜23及び放電回路24に設けられたスイッチ回路の夫々に対してスイッチング信号を供給することで、各スイッチ回路のオン又はオフの切り替えを行う。放電回路24に設けられたスイッチ回路は、後述のスイッチ回路SWA及びSWBを含む(図2参照)。スイッチ回路21〜23及び放電回路24に設けられたスイッチ回路の夫々は、半導体スイッチング素子又は機械式リレー等にて形成することができ、半導体スイッチング素子は、例えば、電界効果トランジスタ(Field-Effect Transistor)又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。マイコン20とBMU1は、任意の情報及び信号の双方向通信を行う。マイコン20は、BMU1の指示に従って各スイッチ回路のオン又はオフの切り替えを行うこともできる。
The BSU 2 includes a microcomputer (hereinafter referred to as a microcomputer) 20,
スイッチ回路のオンとは、当該スイッチ回路の一端に接続された配線と、当該スイッチ回路の他端に接続された配線との間を導通させることを意味し、スイッチ回路のオフとは、当該スイッチ回路の一端に接続された配線と、当該スイッチ回路の他端に接続された配線との間を遮断させることを意味する。スイッチ回路21、22及び23の一端は、夫々、電力ライン61、62及び63に接続されており、スイッチ回路21、22及び23の他端は電力バスライン60に共通接続されている。
The on state of the switch circuit means conducting between the wiring connected to one end of the switch circuit and the wiring connected to the other end of the switch circuit. The off state of the switch circuit means that the switch circuit is off. This means that the line connected to one end of the circuit is disconnected from the line connected to the other end of the switch circuit. One ends of the
太陽電池ユニット31は、太陽電池から成り、太陽光による発電を行って発電電力に基づく直流電圧を切替器53に出力する。切替器53は、BMU1の制御の下、切替器53に供給された太陽電池ユニット31の出力直流電圧を、パワーコンディショナ52又は電力ライン61のどちらかに切り替え出力する。
The
電力系統51は、商用交流電力を生成及び出力する交流電力源を有する。太陽電池ユニット31の出力電力が切替器53を介してパワーコンディショナ52に供給された場合、パワーコンディショナ52は、太陽電池ユニット31の出力電力を交流電力に変換すると共に、所定の制約の下で、得られた交流電力を電力系統51側に出力する。AC/DCコンバータ32は、電力系統51又はパワーコンディショナ52からの交流電力を直流電力に変換する電力変換を行って、得られた直流電力を電力ライン62に出力する。
The
蓄電池ユニット33は、1以上の二次電池から成る。蓄電池ユニット33を形成する二次電池は、任意の種類の二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池である。蓄電池ユニット33が複数の二次電池から成る場合、蓄電池ユニット33に含まれる二次電池の一部又は全部は、互いに並列又は直列接続される。蓄電池ユニット33は電力ライン63に接続され、蓄電池ユニット33の二次電池の放電電流及び充電電流は、電力ライン63を介して流れる。尚、蓄電池ユニット33の状態を表す電池状態情報(例えば、蓄電池ユニット33の出力電圧、出力電流、残容量など)を、BMU1に伝達することもできる。
The
放電回路24は、電力バスライン60とDC/DCコンバータ34、及び、電力バスライン60とDC/ACコンバータ35、との間に介在する。電力ライン64は、放電回路24とDC/DCコンバータ34を接続する配線であり、電力ライン65は、放電回路24とDC/ACコンバータ35を接続する配線である。マイコン20からのスイッチング信号に従って、放電回路24は、電力バスライン60及び電力ライン64と、電力バスライン60及び電力ライン65間を接続又は遮断させる。
The
電力バスライン60及び電力ライン64間が接続されているとき、電力バスライン60における直流電圧が電力ライン64に印加され、DC/DCコンバータ34は、電力ライン64の直流電圧を他の直流電圧に変換する電力変換を行い、得られた他の直流電圧をDC負荷(直流負荷)44に出力する。電力バスライン60及び電力ライン65間が接続されているとき、直流電圧が電力ライン65に印加され、DC/ACコンバータ35は、その直流電圧を交流電圧に変換する電力変換を行い、得られた交流電圧をAC負荷45(交流負荷)に出力する。電力バスライン60における直流電圧は、スイッチ回路21を介して供給された太陽電池ユニット31の出力電圧、スイッチ回路22を介して供給されたAC/DCコンバータ32の出力電圧、又は、スイッチ回路23を介して供給された蓄電池ユニット33の出力電圧である。尚、電力システム内の回路部品を保護するべく、放電回路24を通過する電流を制限するリミッタを放電回路24に設けておいてもよい。
When the
スイッチ回路21、22又は23をオンとし、且つ、電力バスライン60及び電力ライン64間を放電回路24に接続させることにより、太陽電池ユニット31、AC/DCコンバータ32又は蓄電池ユニット33の出力電力にてDC負荷44を駆動することができる。蓄電池ユニット33の出力電力は、蓄電池ユニット33内の二次電池の放電による電力である。同様に、太陽電池ユニット31、AC/DCコンバータ32又は蓄電池ユニット33の出力電力にてAC負荷45を駆動することができる。また、スイッチ回路23をオンとしつつ、スイッチ回路21又は22をオンとすることにより、太陽電池ユニット31又はAC/DCコンバータ32の出力電力にて蓄電池ユニット33内の二次電池の充電を行うことができる。
By turning on the
また、BMU1は、DC/DCコンバータ34における電力変換及びDC/ACコンバータ35における電力変換の実行可否を、個別に制御することができる。DC/DCコンバータ34又はDC/ACコンバータ35に代表される任意のコンバータにおいて、電力変換が実行される状態をコンバータのオンと表現し、電力変換が実行さない状態をコンバータのオフと表現する。コンバータがオフのときにおけるコンバータの電力消費量は、コンバータがオンのときのそれよりも十分に小さく、ゼロとみなせる。DC/DCコンバータ34がオフのとき、当然、DC/DCコンバータ34からDC負荷44に対して直流電力は供給されず、DC/ACコンバータ35がオフのとき、当然、DC/ACコンバータ35からAC負荷45に対して交流電力は供給されない。
Further, the
DC負荷44は、1以上のDC要素負荷から成り、AC負荷45は、1以上のAC要素負荷から成る。DC要素負荷及びAC要素負荷の夫々は、独立にオン又はオフとされる任意の電気機器(照明機器、空気調和機など)である。DC要素負荷がオンのときにのみDC要素負荷は駆動し、DC要素負荷がオフのときにおけるDC要素負荷の電力消費量は、DC要素負荷がオンのときのそれよりも十分に小さく、ゼロとみなせる(AC要素負荷も同様)。
The
太陽電池ユニット31、AC/DCコンバータ32又は蓄電池ユニット33にとって、DC/DCコンバータ34及びDC/ACコンバータ35は電力を最初に消費する一次負荷(換言すれば、放電回路24を介して与えられた電力の電力変換を行う一次負荷)であるとみなすことができ、DC負荷44及びAC負荷45は電力を2番目に消費する二次負荷(換言すれば、一次負荷の電力変換によって得られた電力にて駆動する二次負荷)であるとみなすことができる。
For the
一次負荷及び二次負荷には、インダクタンスやコンデンサが含まれるため、電源起動時(即ち、一次負荷又は二次負荷のオフからオンへの切り替え時)において一時的に大きな電流が流れる。この電源起動時に流れる大きな電流は突入電流と呼ばれる。放電回路24は、突入電流に対して適切に対応しうる回路を備える。以下、放電回路24の具体的構成及び動作又はそれに関連する技術を、複数の実施例の中で説明する。
Since the primary load and the secondary load include an inductance and a capacitor, a large current temporarily flows when the power source is started (that is, when the primary load or the secondary load is switched from off to on). This large current that flows when the power supply is started is called inrush current. The
<<第1実施例>>
第1実施例を説明する。図2は、放電回路24に設けておくことのできる突入電流制御回路100の内部構成図である。突入電流制御回路100は、直列接続されたスイッチ回路SWA及びSWBと、遅延回路101と、サーミスタ102と、を有する。
<< First Example >>
A first embodiment will be described. FIG. 2 is an internal configuration diagram of the inrush
突入電流制御回路100は、図3(a)に示す如く、DC/DCコンバータ34及びDC/ACコンバータ35に対応して、放電回路24内に2つ設けられていても良い。かかる場合、一方の突入電流制御回路100を電力バスライン60及び電力ライン64間に配置すると共に、他方の突入電流制御回路100を電力バスライン60及び電力ライン65間に配置してもよい(第2実施例に係る突入電流制御回路110についても同様)。
或いは、図3(b)に示す如く、電力ライン64及び65を共通接続し、電力ライン64及び65と電力バスライン60との間に1つの突入電流制御回路100を配置するようにしてもよい(第2実施例に係る突入電流制御回路110についても同様)。
As shown in FIG. 3A, two inrush
Alternatively, as shown in FIG. 3B, the
以下では、説明の具体化のため、図3(a)の構成が採用されていることを想定し(第2実施例に係る突入電流制御回路110についても同様)、電力バスライン60及び電力ライン64間に設けられた突入電流制御回路100の構成及び動作を説明する。但し、突入電流制御回路100についての以下の構成及び動作は、図3(a)の電力バスライン60及び電力ライン65間に設けられた突入電流制御回路100においても同様であり、図3(b)の突入電流制御回路100においても同様である。
In the following, for the sake of concrete description, it is assumed that the configuration of FIG. 3A is employed (the same applies to the inrush
スイッチ回路SWA及びSWBの直列回路は、電力バスライン60及び電力ライン64間に直列に介在している。より具体的には、スイッチ回路SWA及びSWBの一端は、夫々、電力バスライン60及び電力ライン64に接続されており、スイッチ回路SWA及びSWBの他端は電力ライン103に共通接続されている。スイッチ回路SWA及びSWBの他端同士の共通接続点を含む、電力ライン103は、サーミスタ102を介して電力ライン64に接続されている。即ち、サーミスタ102はスイッチ回路SWBに対して並列接続されている。サーミスタ102は、負の温度係数を有するサーミスタ、即ちNTC(negative temperature coefficient)サーミスタである。
A series circuit of the switch circuits SW A and SW B is interposed in series between the
マイコン20からのスイッチング信号は、スイッチ回路SWAの制御端子に直接供給される。遅延回路101は、スイッチ回路SWAに対するマイコン20からのスイッチング信号に所定の遅延を与え、遅延後のスイッチング信号をスイッチ回路SWBの制御端子に供給する。スイッチング信号は、ハイレベルの電圧値を有するオン信号又はローレベルの電圧値を有するオフ信号からなる。ハイレベル及びローレベルは互いに異なるレベルである。尚、ハイレベルをオフ信号に割り当て、ローレベルをオン信号に割り当てても構わない。遅延回路101の働きにより、スイッチ回路SWAの制御端子に供給されるスイッチング信号の信号レベルが切り替わった際、一定時間が経過してから、その切り替わりがスイッチ回路SWBの制御端子に伝達される。
The switching signal from the
オン信号がスイッチ回路SWAの制御端子に供給されているとき、スイッチ回路SWAはオンとなって電力バスライン60及び電力ライン103間を導通させ、オフ信号がスイッチ回路SWAの制御端子に供給されているとき、スイッチ回路SWAはオフとなって電力バスライン60及び電力ライン103間を遮断させる。オン信号がスイッチ回路SWBの制御端子に供給されているとき、スイッチ回路SWBはオンとなって電力ライン103及び電力ライン64間を導通させ、オフ信号がスイッチ回路SWBの制御端子に供給されているとき、スイッチ回路SWBはオフとなって電力ライン103及び電力ライン64間を遮断させる。但し、スイッチ回路SWBがオフであるときも、電力ライン103及び電力ライン64は、サーミスタ102を介して接続されている。
When the ON signal is supplied to the control terminal of the switch circuit SW A, the switch circuit SW A causes the conduction between the
図4は、DC/DCコンバータ34並びにスイッチ回路SWA及びSWBの動作タイミングチャートを表している。初期状態(時間t<tA1)においては、DC/DCコンバータ34並びにスイッチ回路SWA及びSWBは全てオフとされている。
FIG. 4 shows an operation timing chart of the DC /
初期状態を起点として、DC負荷44を駆動するための電力をDC負荷44に供給しようとする際、まず、タイミングtA1において、BMU1はDC/DCコンバータ34の動作状態をオフからオンに切り替えるべくコンバータオン指令信号をDC/DCコンバータ34に出力する。コンバータオン指令信号は、DC/DCコンバータ34に電力変換の開始を指示する指令信号であり、コンバータオン指令信号を受けたDC/DCコンバータ34は、電力変換を実行開始する。但し、タイミングtA1においては、電力変換元の直流電圧が電力ライン64に加わっていないため実質的な電力変換は開始されない。
When an electric power for driving the
その後のタイミングtA2において、マイコン20は、BMU1の制御の下、オン信号をスイッチ回路SWAに出力し、これによってスイッチ回路SWAがオフからオンに切り替えられる。遅延回路101の働きにより、タイミングtA2においては未だスイッチ回路SWBはオフに維持されており、タイミングtA2から所定の遅延時間が経過したタイミングtA3においてオン信号がスイッチ回路SWBに伝達されてスイッチ回路SWBがオフからオンに切り替わる。
At the subsequent timing t A2 , the
上述の如くオン/オフのタイミング制御を行えば、電力バスライン60をDC/DCコンバータ34に接続するべくタイミングtA2においてスイッチ回路SWAをオンへ切り替えても、タイミングtA3に至るまではスイッチ回路SWBはオフである。このとき、電力バスライン60からサーミスタ102を経由してDC/DCコンバータ34に電流が流れるが、NTCサーミスタとしてのサーミスタ102の抵抗値は相応に高いため、当該電流の大きさは低く抑えられて過剰な電流は流れない。つまり、突入電流が抑制され、突入電流が通過しうる部品を破損等から保護することができる。
If the on / off timing control is performed as described above, the switch circuit SW A is switched on at the timing t A2 to connect the
タイミングtA2及びtA3間においてサーミスタ102経由で電流をDC/DCコンバータ34に供給し、DC/DCコンバータ34内のコンデンサの充電等が或る程度(又は完全に)終わった時点で、スイッチ回路SWBをオフからオンに切り替える。スイッチ回路SWBのオン抵抗値はサーミスタ102の抵抗値よりも低いため、スイッチ回路SWBがオンに切り替わった後は、スイッチ回路SWBを介して低損失で負荷側に電流を供給することができる。
When the current is supplied to the DC /
尚、サーミスタは、抵抗素子の一種である。周知の如く、一定の抵抗値を得ることを目的とした通常の抵抗素子(炭素皮膜抵抗など)と比べて、サーミスタにおける抵抗値は、温度変化に対して比較的大きく変化する。突入電流のピーク値を低く抑えつつもDC/Cコンバータ34の起動用電流を徐々に増大させるべく、サーミスタ102としてNTCサーミスタを用いることが望ましいが、サーミスタ102を、サーミスタに分類されない抵抗素子(炭素皮膜抵抗など)に置き換えることも可能である。
The thermistor is a kind of resistance element. As is well known, the resistance value in the thermistor changes relatively greatly with respect to the temperature change as compared with a normal resistance element (such as a carbon film resistance) intended to obtain a certain resistance value. It is desirable to use an NTC thermistor as the
また、上述の説明では、コンバータオン指令信号がDC/DCコンバータ34に出力されるタイミングtA1の後に、スイッチ回路SWAがオフに切り替えられるタイミングtA2が訪れているが、タイミングtA1とタイミングtA2は同一のタイミングであっても良く、タイミングtA2をタイミングtA1よりも若干先のタイミングにしてもよい。
In the above description, the converter turned on after the timing t A1 to be output to the command signal is a DC /
また、図2の構成では、スイッチ回路SWAに与えるスイッチング信号を遅延回路101経由でスイッチ回路SWBにも与えているが、マイコン20は、上述したスイッチ回路SWA及びSWBのオン又はオフの切り替えが実現されるように、スイッチ回路SWA用のスイッチング信号とスイッチ回路SWB用のスイッチング信号を別々に生成してスイッチ回路SWA及びSWBに与えるようにしてもよい。
In the configuration shown in FIG. 2, the switching signal supplied to the switch circuit SW A is also supplied to the switch circuit SW B via the
また、スイッチ回路SWAを常時オンにした場合、或いは、スイッチ回路SWAを削除して電力バスライン60とスイッチ回路SWBを直接接続した場合、スイッチ回路SWBがオフであっても電力バスライン60に印加された電圧が常にDC/DCコンバータ34に供給されて、若干なりともDC/DCコンバータ34にて損失が常時発生する。このような無駄な損失の発生は望ましくない。また、BSU2に設けられた接続ポート(不図示)を介してDC/DCコンバータ34がBSU2に対して着脱可能な場合において、スイッチ回路SWAの削除等を行えば、DC/DCコンバータ34がBSU2から外されたときに、電力バスライン60に印加された電圧が上記接続ポートに常時印加されるため、安全上、望ましくない。これらの理由から突入電流制御回路100にスイッチ回路SWAを設けている。
Further, when the switch circuit SW A is always turned on, or when the switch circuit SW A is deleted and the
<<第2実施例>>
第2実施例を説明する。第2実施例は第1実施例を基礎とする実施例であり、第2実施例において特に述べない事項に関しては、第1実施例の記載が第2実施例にも適用される。
<< Second Example >>
A second embodiment will be described. The second embodiment is an embodiment based on the first embodiment, and the description of the first embodiment is also applied to the second embodiment with respect to matters not specifically described in the second embodiment.
第1実施例で述べた構成により、DC/DCコンバータ34がオフからオンに切り替えられるときの突入電流には対応することができる。一方、DC負荷44内の各DC要素負荷は、BMU1の制御とは関係なく独立に且つランダムにオフからオンへ又はオンからオフへ切り替えられ、各DC要素負荷がオフからオンに切り替えられるときにおいても相応の突入電流が流れうる(AC要素負荷についても同様)。第2実施例では、各DC要素負荷がオフからオンに切り替えられるときの突入電流にも対応しうる回路を説明する。
The configuration described in the first embodiment can cope with the inrush current when the DC /
図5は、放電回路24に設けておくことのできる突入電流制御回路110の内部構成図である。突入電流制御回路110は、スイッチ回路SWA及びSWBと遅延回路101とサーミスタ102に加えて、符号111〜115によって参照される各部位を備える。
FIG. 5 is an internal configuration diagram of the inrush
突入電流制御回路110における電力バスライン60、スイッチ回路SWA、スイッチ回路SWB、電力ライン103、電力ライン64及びサーミスタ102の接続関係は、突入電流制御回路100におけるそれと同じである。但し、突入電流制御回路110において、遅延回路101が出力する、遅延されたスイッチング信号は合成回路115に与えられ、合成回路115の出力信号がスイッチ回路SWBの制御端子に与えられる。
The connection relationship among the
スイッチ回路SWBと一次負荷であるDC/DCコンバータ34との間に流れる電流、即ち電力ライン64に流れる電流を記号IAによって表す。電流センサ111は、電流IAの値を信号値として持つ電圧信号VAを出力する。尚、スイッチ回路SWBからDC/DCコンバータ34に向かって流れる電流の極性が正であるとする。従って、スイッチ回路SWBからDC/DCコンバータ34に電流が流れると、正の電圧信号VAが現われる。増幅器112は、電圧信号VAを増幅し、増幅された電圧信号VAを電圧信号VBとして出力する。波形成形回路113は、電圧信号VBを微分することで得た電圧信号VCを出力し、制御パルス発生回路114は、電圧信号VCに応じた電圧信号VDを生成する。詳細は後述するが、電圧信号VDは一時的にスイッチ回路SWBをオフにさせるための制御パルス信号に成りうる(図6参照)。合成回路115は、論理回路等から成り、電圧信号VDと、遅延回路101から出力される電圧信号VE(即ち、マイコン20からスイッチ回路SWAに供給されるスイッチング信号を遅延させた信号)とに応じた電圧信号VFをスイッチ回路SWBの制御端子に出力する。
Current flowing between the DC /
DC/DCコンバータ34並びにスイッチ回路SWA及びSWBが全てオフとされた初期状態から、タイミングtA1、tA2及びtA3を経てDC/DCコンバータ34、スイッチ回路SWA及びSWBが全てオンとされるまで動作は、第1実施例で述べたものと同様であり、その動作の過程においては、合成回路115の出力信号VFは遅延回路101の出力信号VEと一致する。
From the initial state in which the DC /
タイミングtA3より後のタイミングであって、DC/DCコンバータ34並びにスイッチ回路SWA及びSWBが全てオンとされているタイミングをタイミングtB0と呼び、タイミングtB0より後の電力システムの動作を、図6を参照して説明する。但し、タイミングtB0においては、DC負荷44内の全部又は一部のDC要素負荷はオフとされているとする。以下の説明は、特に記述無き限り、タイミングtB0以降における動作の説明である。
The timing after the timing t A3 and when the DC /
図6には、突入電流制御回路110内における各電圧信号の波形が示されている。波形321、322、323、324及び325は、夫々、電圧信号VB、VC、VD、VE及びVFの波形である。電流IAの信号波形及び電圧信号VBの波形は、波形321と相似の関係にある。尚、図6には、参考用の波形311が一点鎖線にて示されている。波形311は、タイミングtB0以降においてスイッチ回路SWBを常にオンに維持させたと仮定したときの電圧信号VBの波形を示している。
FIG. 6 shows the waveform of each voltage signal in the inrush
タイミングtB1に、DC負荷44内の1以上のDC要素負荷がオフからオンに切り替えられたとする。この際、オフからオンに切り替えられたDC要素負荷に対して突入電流が流れるため、電流IAの値、及び、電流IAの値に比例する電圧信号VBのレベルは、タイミングtB1直後において急激に上昇する。尚、電圧信号のレベルと電圧信号の電圧値は同義である。
Assume that one or more DC element loads in the
電圧信号VBのレベルの急減な上昇を受けて、例えば電圧信号VBの微分信号である、電圧信号VCのレベルも急激に上昇する。タイミングtB1後における電圧信号VCが所定の突入電流判定条件を満たすとき、制御パルス発生回路114は、突入電流が発生したと判定して制御パルス信号を出力する。制御パルス発生回路114は、原則として電圧信号VDのレベルをローレベルに維持しており、電圧信号VDのレベルを一時的にハイレベルに変更することが制御パルス信号を出力することに相当する。ここでは、タイミングtB2及びtB3間においてのみ制御パルス信号が出力される(即ち、タイミングtB2及びtB3間においてのみ電圧信号VDのレベルがハイレベルとされる)ものとする。
In response to rapid reduction of elevated levels of the voltage signal V B, for example, a differential signal of the voltage signal V B, also rapidly increases the level of the voltage signal V C. When the voltage signal V C after the timing t B1 predetermined inrush current determination condition is satisfied, the control
タイミングtB0以降において、電圧信号VEのレベルは常にハイレベルである。合成回路115は、電圧信号VDのレベルがローレベルであるときは電圧信号VEをそのまま電圧信号VFとして出力するが、電圧信号VDのレベルがハイレベルであるときは電圧信号VEのレベルに関係なく電圧信号VFのレベルをローレベルにする。従って、制御パルス信号が出力されるタイミングtB2及びtB3間においてスイッチ回路SWBはオフとなり、タイミングtB0及びtB2間及びタイミングtB3以降は、スイッチ回路SWBはオンとなる。
In the following timing t B0, the level of the voltage signal V E is always high level. Combining
このように、突入電流制御回路110は、タイミングtB0以降において有益に機能する一時オフ回路を備える。一時オフ回路は、スイッチ回路SWB及びDC/DCコンバータ34間の電流IAに応じて(即ち、電流IAの信号波形に応じて)、スイッチ回路SWBを一時的にオフする機能を持つ。図5の構成において、一時オフ回路は、例えば、符号111〜115によって参照される各部位にて形成される。該一時オフ回路によって、二次負荷がオンに切り替わったときに発生する突入電流を制限することができる。スイッチ回路SWBが一時的にオフとされている期間中においては、サーミスタ102(又は、サーミスタ102の代わりに設けられた、サーミスタに分類されない抵抗素子)を介して、電力バスライン60から一次負荷及び二次負荷に電流が供給される。
Thus, the inrush
電流IAがどのような状態のときに電流IAが突入電流であると判断するか、及び、電流IAが突入電流であると判断されるときに如何なるタイミングでスイッチ回路SWBをオフにするかは、制御パルス発生回路114により決定及び制御される。
Whether the current I A at any state current I A is determined to be inrush current, and turning off the switch circuit SW B at any timing when the current I A is determined to be inrush current Whether to do this is determined and controlled by the control
制御パルス発生回路114は、電圧信号VCが所定の突入電流判定条件を満たすか否かを常時監視することで、突入電流の発生有無を検出することができる。電圧信号VCが突入電流判定条件を満たし、突入電流が発生したと判断される場合には、スイッチ回路SWBを一時的にオフするための一時オフ信号が一時オフ回路から出力される(即ち、ハイレベルの電圧信号VDが制御パルス発生回路114から出力されてローレベルの電圧信号VFが合成回路115から出力される)。電圧信号VCが突入電流判定条件を満たさず、突入電流が発生したと判断されない場合には、スイッチ回路SWBをオンに維持するためのオン維持信号が一時オフ回路から出力される(即ち、ローレベルの電圧信号VDが制御パルス発生回路114から出力されてハイレベルの電圧信号VFが合成回路115から出力される)。電圧信号VCは電流IAの信号波形に基づくものであるため、一時オフ回路は、電流IAの信号波形に基づき、一時オフ信号又はオン維持信号を切り替え出力しているといえる。また、電圧信号VCのレベルは電流IAの信号波形の傾きに比例するため、一時オフ回路は、電流IAの信号波形の傾きに基づき一時オフ信号又はオン維持信号を切り替え出力しているともいえる。
Control
制御パルス発生回路114は、例えば、電圧信号VCのレベルが所定の基準レベルVTH以上になった場合、電圧信号VCが突入電流判定条件を満たすと判断し、電圧信号VCのレベルが基準レベルVTH未満に維持されている場合、電圧信号VCが突入電流判定条件を満たさないと判断することができる。或いは例えば、制御パルス発生回路114は、電圧信号VCのレベルが所定時間以上継続して基準レベルVTH以上になっている場合、電圧信号VCが突入電流判定条件を満たすと判断し、そうでない場合、電圧信号VCが突入電流判定条件を満たさないと判断しても良い。
Control
電圧信号VCが突入電流判定条件を満たすと判断すると、制御パルス発生回路114は、直ちに或いは所定時間の経過を待ってから、制御パルス信号(即ち、ハイレベルの電圧信号VD)を出力する。制御パルス発生回路114は、制御パルス信号のパルス幅(即ち、電圧信号VDをハイレベルに維持する時間の長さ)を、電流IAの信号波形の傾きに応じた信号である電圧信号VCに基づき、設定することができる。電流IAの信号波形の傾きが大きいほど突入電流の発生期間が長いと考えられるため、当該傾きが大きいほど上記パルス幅を増大させると良い。これにより、突入電流の規模に応じた適切な突入電流対策を施すことができる。例えば、制御パルス発生回路114は、タイミングtB1後における電圧信号VCのレベルの最大値に基づき、上記パルス幅を設定しても良い。或いは例えば、制御パルス発生回路114は、タイミングtB1とタイミングtB1から所定時間経過したタイミングとの間の期間中において電圧信号VCを積分し、得られた積分値に基づき上記パルス幅を設定しても良い。
When the voltage signal V C is determined that inrush current determination condition is satisfied, the control
尚、上述の各電圧信号におけるハイレベル及びローレベル間の関係を逆にすることもできる。また、波形成形回路113は、電圧信号VBの単なる微分信号ではなく、該微分信号を波形成形することで得た矩形信号を電圧信号VCとして出力するようにしてもよい。
The relationship between the high level and the low level in each voltage signal described above can be reversed. Further, the
<<変形等>>
本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本発明の実施形態の例であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。上述の実施形態に適用可能な注釈事項として、以下に、注釈1及び注釈2を記す。各注釈に記載した内容は、矛盾なき限り、任意に組み合わせることが可能である。
<< Deformation, etc. >>
The embodiment of the present invention can be appropriately modified in various ways within the scope of the technical idea shown in the claims. The above embodiment is merely an example of the embodiment of the present invention, and the meaning of the term of the present invention or each constituent element is not limited to that described in the above embodiment. The specific numerical values shown in the above description are merely examples, and as a matter of course, they can be changed to various numerical values. As annotations applicable to the above-described embodiment,
[注釈1]
図1の電力システムを、DC/DCコンバータ34又はDC/ACコンバータ35の出力電力を用いて駆動する移動体(電動車両、船、航空機、エレベータ、歩行ロボット等)又は電子機器(パーソナルコンピュータ、携帯端末等)に搭載しても良いし、家屋や工場の電力システムに組み込んでも良い。
[Note 1]
A mobile body (electric vehicle, ship, aircraft, elevator, walking robot, etc.) or electronic device (personal computer, portable) that drives the power system of FIG. 1 using the output power of the DC /
[注釈2]
例えば、以下のように考えることができる。図1の電力システムには、放電回路24内の各スイッチ回路の状態を制御する制御部が内在している。マイコン20及びBMU1によって形成される制御部は、DC/DCコンバータ34及びDC/ACコンバータ35の夫々のオン又はオフの切り替えを指示することもできる。図1の電力システムには、上記制御部と放電回路24を少なくとも含んで構成されるスイッチング装置が内在している。スイッチング装置の構成要素に、制御部と放電回路24以外の部位が更に含まれていると考えても構わない。
[Note 2]
For example, it can be considered as follows. The power system shown in FIG. 1 includes a control unit that controls the state of each switch circuit in the
24 放電回路
34 DC/DCコンバータ
35 DC/ACコンバータ
44 DC負荷
45 AC負荷
60 電力バスライン
64、65 電力ライン
100、110 突入電流制御回路
SWA、SWB スイッチ回路
101 遅延回路
102 サーミスタ
111 電流センサ
112 増幅器
113 波形成形回路
114 制御パルス発生回路
115 合成回路
24
Claims (6)
前記放電回路の状態を制御する制御部と、を備え、
前記負荷は、前記放電回路を介して与えられる電力の電力変換を行う一次負荷を含み、
前記放電回路は、前記第1配線に接続された第1スイッチ回路と、前記第1スイッチ回路と前記第2配線との間に設けられた第2スイッチ回路と、前記第2スイッチ回路に並列接続された抵抗素子と、を備え、
前記制御部は、前記負荷への電力供給を行う際、前記電力変換の開始を前記一次負荷に指示するとともに前記第1スイッチ回路をオフからオンに切り替え、その後、前記第2スイッチ回路をオフからオンに切り替える
ことを特徴とするスイッチング装置。 A discharge circuit provided between the first wiring connected to the power source side and the second wiring connected to the load side;
A control unit for controlling the state of the discharge circuit,
The load includes a primary load that performs power conversion of power supplied through the discharge circuit,
The discharge circuit is connected in parallel to the first switch circuit connected to the first wiring, the second switch circuit provided between the first switch circuit and the second wiring, and the second switch circuit. A resistive element,
The control unit, when supplying power to the load, instructs the primary load to start the power conversion and switches the first switch circuit from off to on, and then turns off the second switch circuit. A switching device characterized by being switched on.
前記放電回路は、前記第2スイッチ回路がオフからオンに切り替えられた後、前記第2スイッチ回路及び前記一次負荷間に流れる電流に応じて前記第2スイッチ回路を一時的にオフにする一時オフ回路を更に備えた
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング装置。 The load further comprises a secondary load driven by power from the primary load,
The discharge circuit temporarily turns off the second switch circuit according to a current flowing between the second switch circuit and the primary load after the second switch circuit is switched from off to on. The switching device according to claim 1, further comprising a circuit.
ことを特徴とする請求項2に記載のスイッチング装置。 The temporary off circuit is configured to temporarily turn off the second switch circuit based on a signal waveform of the current after the second switch circuit is switched from off to on. 3. The switching device according to claim 2, wherein an on-maintenance signal for maintaining the circuit on is switched and output.
ことを特徴とする請求項3に記載のスイッチング装置。 The said temporary OFF circuit sets the length of time to turn off the said 2nd switch circuit temporarily according to the said signal waveform, when outputting the said temporary OFF signal. Switching device.
ことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れかに記載のスイッチング装置。 When supplying power to the load, the control unit instructs the primary load to start the power conversion, switches the first switch circuit from off to on, and then turns off the second switch circuit. The switching device according to claim 1, wherein the switching device is switched from on to off.
ことを特徴とする請求項1〜請求項5の何れかに記載のスイッチング装置。 The switching device according to claim 1, wherein the resistance element is a thermistor having a negative temperature coefficient.
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