JP2017224478A - スイッチ装置および無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】並列接続された機械スイッチおよび半導体スイッチの両方をターンオンする際に、確実に機械スイッチを先にオンする起動処理を実現可能な構成を提供する。【解決手段】機械スイッチ１１０および半導体スイッチ１２０は、電源側の電力線７０および負荷側の電力線７５の間に電気的に並列接続される。駆動回路１３０は、電力線７０と接続された制御電源回路１６０から制御電源電圧Ｖｃｎの供給を受けて、制御回路１５０からの制御信号Ｓ１に応じて機械スイッチをオンオフする。駆動回路１４０は、電力線７５と接続された制御電源回路１７０から制御電源電圧Ｖｃｎの供給を受けて、制御回路１５０からの制御信号Ｓ２に応じて機械スイッチをオンオフする。駆動回路１４０に対して半導体スイッチ１２０をオンするための制御電源電圧Ｖｃｎが供給可能となるのは、機械スイッチ１１０がオンされて以降に制限される。【選択図】図１

Description

この発明は、スイッチ装置および無停電電源装置に関し、より特定的には、機械スイッチと半導体スイッチとが並列接続されたスイッチ装置、および、当該スイッチ装置を備える無停電電源装置に関する。

特開平４−１６５９３０号公報（特許文献１）には、機械スイッチおよび半導体スイッチが並列接続された並列回路の構成が記載され、特許第４７７０７９５号公報（特許文献２）には、当該並列回路を商用電源および負荷の間に電気的に接続した無停電電源装置の構成が記載されている。

また、特開昭６３−３１０３６８号公報（特許文献３）には、交流負荷に対して直列に接続された半導体スイッチをオンオフするための電源を、交流電源から供給する構成が記載されている。

特開平４−１６５９３０号公報 特許第４７７０７９５号公報 特開昭６３−３１０３６８号公報

電源および負荷の間に接続されたスイッチ装置によって、負荷への給電の遮断および開始を制御する構成では、給電開始時には突入電流によって、定常的な給電時よりも大きな起動電流が生じる。特に、容量性負荷への給電開始時に起動電流が大きくなる傾向にある。

したがって、並列接続された機械スイッチおよび半導体スイッチの両方をターンオンする起動処理時に、起動電流が半導体スイッチを通過すると、半導体スイッチの故障発生が懸念される。一方で、大きな起動電流の通過を許容するように半導体スイッチを設計すると、大型化や高コスト化が懸念される。したがって、起動処理時には、機械スイッチを半導体スイッチよりも先にオンすることが好ましい。たとえば、制御回路から機械スイッチおよび半導体スイッチのそれぞれへのオン指令の生成にタイムラグを設けることで、両スイッチの順番にオンする制御が可能である。

しかしながら、機械スイッチおよび半導体スイッチの間には、オン指令から実際に電流経路が形成されるまで時間遅れに差異が存在する。このため、確実に機械スイッチを先にオンするためには、機械スイッチのオンを検知する機構が必要となる等、制御が複雑化することが懸念される。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、並列接続された機械スイッチおよび半導体スイッチの両方をターンオンする起動処理時に、確実に機械スイッチを先にオンするためのスイッチ装置の構成を提供することである。

この発明のある局面では、電源および負荷の間に電気的に接続されるスイッチ装置は、第１および第２のノードと、機械スイッチと、半導体スイッチと、制御回路と、第１および第２の制御電源回路と、第１および第２の駆動回路とを備える。第１のノードは、電源側の第１の電力線と電気的に接続される。第２のノードは、負荷側の第２の電力線と電気的に接続される。機械スイッチは、第１および第２のノード間に接続される。半導体スイッチは、第１および第２のノード間に機械スイッチと並列に接続される。制御回路は、機械スイッチおよび半導体スイッチのオンオフを制御するように構成される。第１の制御電源回路は、第１の電力線上の電力をスイッチ装置の制御電源電圧に変換するように構成される。第２の制御電源回路は、第２の電力線上の電力を制御電源電圧に変換するように構成される。第１の駆動回路は、第１の制御電源回路から制御電源電圧を受けて、制御回路からの第１の制御信号に応じて機械スイッチをオンオフする。第２の駆動回路は、第２の制御電源回路から制御電源電圧を受けて、制御回路からの第２の制御信号に応じて半導体スイッチングをオンオフする。

この発明の他の局面によれば、無停電電源装置は、商用電源および負荷の間に電気的に接続されるスイッチ装置と、作動時に商用電源と同等の電力を出力するように構成された補助電源装置と、商用電源の停電を検出するための検出器とを備える。スイッチ装置は、第１および第２のノードと、機械スイッチと、半導体スイッチと、制御回路と、第１および第２の制御電源回路と、第１および第２の駆動回路とを備える。第１のノードは、電源側の第１の電力線と電気的に接続される。第２のノードは、負荷側の第２の電力線と電気的に接続される。機械スイッチは、第１および第２のノード間に接続される。半導体スイッチは、第１および第２のノード間に機械スイッチと並列に接続される。制御回路は、機械スイッチおよび半導体スイッチのオンオフならびに補助電源装置の動作を制御するように構成される。第１の制御電源回路は、第１の電力線上の電力をスイッチ装置の制御電源電圧に変換するように構成される。第２の制御電源回路は、第２の電力線上の電力を制御電源電圧に変換するように構成される。第１の駆動回路は、第１の制御電源回路から制御電源電圧を受けて、制御回路からの第１の制御信号に応じて機械スイッチをオンオフする。第２の駆動回路は、第２の制御電源回路から制御電源電圧を受けて、制御回路からの第２の制御信号に応じて半導体スイッチングをオンオフする。

本発明によれば、並列接続された機械スイッチおよび半導体スイッチの両方をターンオンする起動処理時に、確実に機械スイッチを先にオンすることが可能なスイッチ装置の構成を提供することができる。

本発明の実施の形態１に従うスイッチ装置が適用された無停電電源装置の構成を説明するブロック図である。 図１に示された無停電電源装置の動作を説明するための概略的な波形図である。 比較例として示されるスイッチ装置１００を備えた無停電電源装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に従うスイッチ装置が適用された無停電電源装置の構成を説明するブロック図である。 実施の形態２に従うスイッチ装置における半導体スイッチの駆動回路の構成を説明するブロック図である。 実施の形態２に従うスイッチ装置が適用された無停電電源装置の動作を説明するための概略的な波形図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に従うスイッチ装置が適用された無停電電源装置の構成を説明するブロック図である。

図１を参照して、実施の形態１に係るスイッチ装置１００は、無停電電源装置３０において、電源１０および負荷２０の間に接続されて、電源１０から負荷２０への電力供給経路の形成および遮断を制御する。電源１０は、代表的には、単相または三相の商用交流電源によって構成される。負荷２０は、当該交流電源からの電力供給によって動作するように構成される。

スイッチ装置１００は、ノードＮ１およびＮ２の間に並列に接続される機械スイッチ１１０および半導体スイッチ１２０と、駆動回路１３０，１４０と、制御回路１５０と、制御電源回路１６０，１７０とを備える。

ノードＮ１は、電源側（電源１０）の電力線７０と電気的に接続される。ノードＮ２は、負荷側の電力線７５と電気的に接続される。機械スイッチ１１０は、たとえば、電磁接触器によって構成されて、図示しない励磁コイルへの電流供給の有無に応じた機械的接点の開閉によってオンオフされる。半導体スイッチ１２０は、たとえば、双方向性のサイリスタスイッチによって構成されて、制御電極（ゲート）１２２の電圧に応じてオンオフされる。

制御回路１５０は、機械スイッチ１１０の制御信号Ｓ１と、半導体スイッチ１２０の制御信号Ｓ２とを生成する。たとえば、制御信号Ｓ１は、機械スイッチ１１０をオンさせる期間において生成（オン）される一方で、機械スイッチ１１０をオフさせる期間には非生成（オフ）とされるものとする。同様に、制御信号Ｓ２は、半導体スイッチ１２０をオンさせる期間において生成（オン）される一方で、半導体スイッチ１２０をオフさせる期間には非生成（オフ）とされるものとする。

制御電源回路１６０，１７０の各々は、駆動回路１３０、駆動回路１４０および、制御回路１５０の動作電源となる、制御電源電圧Ｖｃｎを生成する。なお、駆動回路１３０，１４０および制御回路１５０は動作電圧レベルが共通であるため、これらの回路の電源電圧についても共通に制御電源電圧Ｖｃｎと表記する。ただし、実際には、制御電源回路１６０，１７０の内部に設けられたトランス（図示せず）により、駆動回路１３０、駆動回路１４０および、制御回路１５０への制御電源電圧Ｖｃｎの供給経路は、互いに電気的に絶縁されている。スイッチ装置１００は、駆動回路１３０、駆動回路１４０および、制御回路１５０に対する制御電源電圧Ｖｃｎの供給構成に特徴点を有するものである。この特徴点については、後程詳細に説明する。

駆動回路１３０は、制御信号Ｓ１の生成時には、図示しない電磁コイルへ励磁電流を供給する。これに応じて、機械スイッチ１１０がオンされる。反対に、駆動回路１３０は、制御信号Ｓ１の非生成時には、励磁電流の供給を停止する。これに応じて、機械スイッチ１１０がオフされる。すなわち、駆動回路１３０は、制御電源回路１６０から制御電源電圧Ｖｃｎの供給を受けて動作して、制御信号Ｓ１に応じて機械スイッチ１１０をオンオフする。

駆動回路１４０は、制御信号Ｓ１の生成時には、制御電源電圧Ｖｃｎを用いて、半導体スイッチ１２０をオンするためのゲート信号を生成する。ゲート信号は、制御電極（ゲート）１２２へ入力される。一方で、駆動回路１４０は、制御信号Ｓ１の非生成時には、ゲート信号の生成を停止する。また、駆動回路１４０は、制御電源電圧Ｖｃｎが供給されていない場合には、ゲート信号を生成することができない。

半導体スイッチ１２０は、制御電極（ゲート）１２２に駆動回路１４０からのゲート信号が入力されている期間にはオンする一方で、ゲート信号が入力されていない期間にはオフされる。

このように、スイッチ装置１００は、制御電源電圧Ｖｃｎによって動作する駆動回路１３０，１４０を用いて、制御回路１５０により機械スイッチ１１０および半導体スイッチ１２０のオンオフを制御することができる。

無停電電源装置３０は、スイッチ装置１００と、補助電源装置５０と、停電検出回路６０とを含んで構成される。補助電源装置５０は、蓄電装置５２と、電力変換器５５とを含む。

蓄電装置５２は、たとえば、二次電池やキャパシタ等の蓄電素子の集合体として構成される。電力変換器５５は、蓄電装置５２および電力線７５の間に接続される。電力変換器５５は、双方向の電力変換を実行可能に構成される。すなわち、電力変換器５５は、蓄電装置５２の出力電力を、電源１０（商用電源）と同等の交流電力に変換する電力変換（ＤＣ／ＡＣ）と、電力線７５上の交流電力を蓄電装置５２の充電電力に変換する電力変換（ＡＣ／ＤＣ）とを選択的に実行可能である。

電力変換器５５は、制御回路１５０によって制御されて、停止または作動する。制御回路１５０は、電力変換器５５の作動時には、上述のＤＣ／ＡＣ変換およびＡＣ／ＤＣ変換の選択についても制御する。たとえば、電力変換器５５は、制御回路１５０によってオンオフが制御される電力用半導体スイッチング素子を含んで構成された公知のインバータ、あるいは、当該インバータと直流電圧変換機能を有する公知のコンバータとの組み合わせによって構成することができる。すなわち、電力変換器５５の構成は特に限定されるものではなく、公知の構成を適宜用いることができる。

停電検出回路６０は、電力線７０の電圧および／または電流に基づいて、電源１０の停電の発生を検出する。停電検出回路６０は、電源１０の停電を検出すると、制御回路１５０に対して停電検出信号Ｓ３を出力する。制御回路１５０は、停電検出信号Ｓ３に基づいて、電源１０の停電発生を検知することができる。

図２は、無停電電源装置３０の動作を説明するための概略的な波形図である。
図２を参照して、時刻ｔ０以前では、無停電電源装置３０は停止しており、機械スイッチ１１０および半導体スイッチ１２０の両方がオフされている。

時刻ｔ０において、無停電電源装置３０が起動されると、制御回路１５０によって、機械スイッチ１１０および半導体スイッチ１２０の両方がオンされる。すなわち、スイッチ装置１００の起動処理では、機械スイッチ１１０および半導体スイッチ１２０の両方がオフされた状態から、機械スイッチ１１０および半導体スイッチ１２０の両方がターンオンされる。

スイッチ装置１００の起動処理によって機械スイッチ１１０および半導体スイッチ１２０の両方がオンしてから一定時間が経過して負荷２０への電流が落ち着くと、機械スイッチ１１０はオフされて、半導体スイッチ１２０のみがオンされた状態となる（時刻ｔａ）。

無停電電源装置３０において、定常運転状態では、半導体スイッチ１２０を通じて、電源１０から電力線７５を経由して負荷２０へ電力が供給される。さらに、蓄電装置５２が充電可能である場合には、制御回路１５０は、電力変換器５５を作動させて（ＡＣ／ＤＣ変換）、電力線７５の交流電力を用いて、蓄電装置５２を充電することも可能である。この場合には、蓄電装置５２の蓄電量が制御上限値に達すると、電力変換器５５が停止されて、蓄電装置５２の充電は終了される（時刻ｔｂ）。

時刻ｔ３において、停電検出回路６０が電源１０の停電発生を検出する。制御回路１５０は、停電検出信号Ｓ３に応じて、半導体スイッチ１２０をオフするとともに、電力変換器５５を作動させる。これにより、機械スイッチ１１０および半導体スイッチ１２０の両方がオフされて、電力線７５および負荷２０は、電源１０から電気的に切り離される。そして、電力変換器５５は、蓄電装置５２に蓄積された電力をＤＣ／ＡＣ変換することにより、電源１０と同等の交流電力を電力線７５に出力する。この結果、電源１０の停電時にも、負荷２０に対する電力供給を継続することができる。このように、無停電電源装置３０は、常時商用給電方式により、負荷２０へ給電する。

実施の形態１に従うスイッチ装置１００は、起動処理時には、機械スイッチ１１０が先にオンした後、半導体スイッチ１２０がオンするように構成されている。一般に、負荷２０の起動時には突入電流が発生することが知られており、特に、負荷２０が容量性である場合には、突入電流によって負荷２０の起動電流が大きくなることが懸念される。したがって、当該起動電流が半導体スイッチ１２０を通過すると、半導体スイッチ１２０の故障発生が懸念される。一方で、大きな起動電流の通過を許容するように半導体スイッチ１２０を設計すると、大型化や高コスト化が懸念される。したがって、起動処理時には、図２に示される、機械スイッチ１１０および半導体スイッチ１２０の段階的なターンオン動作を確実に行うことが重要となる。

図３は、本実施の形態の比較例として示されるスイッチ装置１００♯を備えた無停電電源装置の構成を示すブロック図である。

図３を図１と比較して、比較例に従うスイッチ装置１００♯は、実施の形態１に従うスイッチ装置１００と比較して、駆動回路１３０，１４０および制御回路１５０に対する、制御電源電圧Ｖｃｎの供給構成が異なる。スイッチ装置１００♯においても、機械スイッチ１１０および半導体スイッチ１２０のオンオフ制御は、スイッチ装置１００と同様に行われるので詳細な説明は繰返さない。

スイッチ装置１００♯では、電力線７０に接続された制御電源回路１６０によって、駆動回路１３０、駆動回路１４０および制御回路１５０の制御電源電圧Ｖｃｎが供給される。このようにすると、電源１０からの電力を用いて、スイッチ装置１００♯の起動処理の開始時点において、駆動回路１３０、駆動回路１４０および制御回路１５０の全てに対して制御電源電圧Ｖｃｎを供給することができる。

しかしながら、スイッチ装置１００♯の構成では、起動処理時において、半導体スイッチ１２０の過電流を防止するための段階的なターンオン動作を確実化するための制御が複雑化することが懸念される。

たとえば、制御信号Ｓ１およびＳ２の生成に時間差を設けることで、機械スイッチ１１０を先にターンオンさせることが考えられる。しかしながら、制御信号を生成してからスイッチが実際にオン状態となるまでの時間遅れについては、機械スイッチ１１０の方が半導体スイッチ１２０よりも大きい。このため、確実に機械スイッチ１１０をオンさせるには、制御信号Ｓ１，Ｓ２の生成タイミングの細かな調整、あるいは、機械スイッチ１１０のオンを検出するための機構が必要となることが懸念される。

これに対して、実施の形態１に従うスイッチ装置１００の構成は、複雑な制御を伴うことなく、起動処理時における段階的なターンオン動作を確実に実現することを可能とする。

再び図１を参照して、スイッチ装置１００では、半導体スイッチ１２０の駆動回路１４０は、負荷側の電力線７５と接続された制御電源回路１７０から制御電源電圧Ｖｃｎの供給を受けるように構成されている。一方で、機械スイッチ１１０の駆動回路１３０は、図３と同様に、商用電源側の電力線７０に接続された制御電源回路１６０から制御電源電圧Ｖｃｎの供給を受けている。

したがって、図２中の時刻ｔ０以前の起動処理開始前の状態では、駆動回路１３０には制御電源電圧Ｖｃｎが供給される一方で、駆動回路１４０に対しては、制御電源電圧Ｖｃｎは供給されないことが理解される。機械スイッチ１１０および半導体スイッチ１２０の両方がオフされている状態では、電力線７５には電力が供給されていないからである。

この結果、時刻ｔ０において、制御信号Ｓ１，Ｓ２を同時に生成すると、駆動回路１３０が励磁電流の供給を開始できる一方で、駆動回路１４０は、制御電極（ゲート）１２２に対してゲート信号を出力することができない。この結果、必然的に、機械スイッチ１１０のみが先にターンされることになる（時刻ｔ１）。

時刻ｔ１以降では、機械スイッチ１１０のオンにより、電力線７５に対して電源１０からの電力が供給される。これにより、制御電源回路１７０は、制御電源電圧Ｖｃｎの供給が可能となる。この結果、駆動回路１４０が制御信号Ｓ２に応じてゲート信号を出力することによって、半導体スイッチ１２０はターンオンされる（時刻ｔ２）。

このように、起動処理時には、半導体スイッチ１２０の駆動回路１４０の電源電圧が、機械スイッチ１１０がオンするまでは供給されない構成とすることによって、半導体スイッチ１２０がターンオン可能な期間を、機械スイッチ１１０のオン後に制限することができる。

また、制御回路１５０に対しては、制御電源回路１６０および１７０の両方から、制御電源電圧Ｖｃｎが供給される。この結果、電源１０の停電発生後にも、簡易かつ確実に制御回路１５０の動作電源を確保することができる。言い換えると、制御電源回路１７０が配置されない図３の比較例の構成では、電源１０の停電時における制御回路１５０の動作電源を確保するためには、蓄電装置５２の蓄積電力を制御電源電圧Ｖｃｎに変換する構成、あるいは、制御電源電圧Ｖｃｎを発生する予備バッテリの配置が必要となるが、実施の形態１の構成によれば、予備バッテリ等の配置が不要となる。

このように、実施の形態１に従うスイッチ装置１００によれば、並列接続された機械スイッチ１１０および半導体スイッチ１２０の両方がオフされた状態から、両者をターンオンする起動処理時において、機械スイッチ１１０をオンした後に半導体スイッチ１２０をオンする段階的なターンオン動作を確実に実行することができる。これにより、電源１０から負荷２０への起動電流によって半導体スイッチ１２０が故障することを確実に回避することができる。

実施の形態１において、電力線７０は「第１の電力線」に対応し、電力線７５は「第２の電力線」に対応し、ノードＮ１およびＮ２は「第１のノード」および「第２のノード」にそれぞれ対応する。また、制御信号Ｓ１およびＳ２は、「第１の制御信号」および「第２の制御信号」にそれぞれ対応し、駆動回路１３０および１４０は、「第１の駆動回路」および「第２の駆動回路」にそれぞれ対応し、制御電源回路１６０および１７０は「第１の制御電源回路」および「第２の制御電源回路」にそれぞれ相当する。

（実施の形態２）
実施の形態２では、制御回路１５０の異常発生時にもスイッチ装置を安定的に動作させるための駆動回路１３０の好ましい構成について説明する。

図４は、実施の形態２に従うスイッチ装置１００が適用された無停電電源装置の構成を説明するブロック図である。

図４を図１と比較して、実施の形態２に従うスイッチ装置１００は、実施の形態１に従う構成（図１）と比較して、半導体スイッチ１２０のオンオフ制御について、制御回路１５０が、制御信号Ｓ２に代えて、制御信号Ｓ２♯を生成する点で異なる。制御信号Ｓ２♯は、制御信号Ｓ２とは反対に、半導体スイッチ１２０をオフさせる期間に生成（オン）される。図４のその他の部分は図１と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。実施の形態２では、制御信号Ｓ２♯が「第２の制御信号」に対応する。

図５は、実施の形態２に従うスイッチ装置における駆動回路１４０の構成を説明するブロック図である。

図５を参照して、駆動回路１４０は、抵抗素子１４２と、トランジスタ１４４と、駆動ユニット１４５とを有する。駆動回路１４０には、制御電源配線１７５によって、制御電源回路１７０からの制御電源電圧Ｖｃｎが供給される。

駆動ユニット１４５は、ノードＮｃの電圧Ｖｃに応じて、半導体スイッチ１２０の制御電極（ゲート）１２２に対してゲート信号を出力するか否かを切換える。具体的には、駆動ユニット１４５は、電圧Ｖｃが判定電圧Ｖｔｈよりも高いときには、ゲート信号を出力する一方で、電圧Ｖｃが判定電圧Ｖｔｈよりも低いときには、ゲート信号の出力を停止する。

抵抗素子１４２は、制御電源配線１７５およびノードＮｃの間に電気的に接続される。トランジスタ１４４は、ノードＮｃおよび接地配線１７７の間に電気的に接続される。トランジスタ１４４の制御電極（ゲート）には、制御回路１５０からの制御信号Ｓ２♯が入力される。トランジスタ１４４は、制御信号Ｓ２♯の生成時にオンする一方で、制御信号Ｓ２♯の非生成時にはオフされるように構成される。

したがって、制御電源配線１７５に制御電源電圧Ｖｃｎが供給されていると、制御信号Ｓ２♯の非生成時には、トランジスタ１４４がオフされて、ノードＮｃの電圧Ｖｃは、制御電源電圧Ｖｃｎとなる。これにより、Ｖｃ＞Ｖｔｈとなって、制御電極（ゲート）１２２にはゲート信号が入力されるので、半導体スイッチ１２０はオンされる。

これに対して、制御信号Ｓ２♯の生成時には、トランジスタ１４４がオンされて、ノードＮｃの電圧Ｖｃは、接地電圧ＧＮＤとなる。これにより、Ｖｃ＜Ｖｔｈとなって、制御電極（ゲート）１２２にはゲート信号が入力されないので、半導体スイッチ１２０はオフされる。

図６は、実施の形態２に従うスイッチ装置が適用された無停電電源装置の動作を説明するための概略的な波形図である。

図６を参照して、時刻ｔ０以前では、制御信号Ｓ１，Ｓ２♯は非生成とされる。したがって、機械スイッチ１１０はオフされており、制御電源回路１７０は、制御電源配線１７５に対して制御電源電圧Ｖｃｎを供給できない。

再び図５を参照して、実施の形態２に従う駆動回路１４０において、制御電源電圧Ｖｃｎが供給されない期間中には、トランジスタ１４４がオフ状態であっても、駆動ユニット１４５は、制御電極（ゲート）１２２に対してゲート信号を出力することができない。このため、時刻ｔ０以前では、機械スイッチ１１０ととともに、半導体スイッチ１２０もオフされる。

一方で、図６中の時刻ｔ０以前においても、制御回路１５０および機械スイッチ１１０の駆動回路１３０に対しては、制御電源回路１６０によって制御電源電圧Ｖｃｎが供給されている。したがって、図６の時刻ｔ０において、無停電電源装置３０が起動されると、制御回路１５０は、制御信号Ｓ１を生成するとともに、制御信号Ｓ２♯は非生成のまま維持する。

再び図５を参照して、実施の形態２に従う駆動回路１４０において、制御信号Ｓ２♯が非生成のまま、制御電源電圧Ｖｃｎが制御電源配線１７５に供給されると、トランジスタ１４４がオフ状態のため、ノードＮｃの電圧Ｖｃが制御電源電圧Ｖｃｎに上昇して、Ｖｃ＞Ｖｔｈとなる。これにより、駆動ユニット１４５が、制御電極（ゲート）１２２に対してゲート信号を出力するのに応じて、半導体スイッチ１２０はターンオンされる。

このように、実施の形態２に従う駆動回路１４０では、起動処理時において、制御信号Ｓ２♯が非生成のままとされて、制御電源電圧Ｖｃｎが供給されるまでの間は半導体スイッチ１２０がオフされる。そして、機械スイッチ１１０のオンによって制御電源電圧Ｖｃｎが供給されると、半導体スイッチ１２０がターンオンされる。この結果、実施の形態１と同様に、起動処理時に半導体スイッチ１２０がターンオン可能な期間を、機械スイッチ１１０のオン後に制限することができる。

この結果、図６に示されるように、実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、時刻ｔ０での起動指令に応じて、時刻ｔ１で駆動回路１３０によって機械スイッチ１１０がオンした後、時刻ｔ２において、半導体スイッチ１２０がオンされる。その後、機械スイッチ１１０がオフされて、半導体スイッチ１２０を通じた定常運転状態での負荷２０の給電が実行される。

実施の形態２では、時刻ｔ３において、停電検出回路６０から停電検出信号が出力されると、制御回路１５０は、制御信号Ｓ１を非生成としたままで、制御信号Ｓ２♯を生成する。このため、時刻ｔ３以降では、機械スイッチ１１０および半導体スイッチ１２０の両方がオフされる。なお、電力変換器５５の制御については、図２と同様であるので説明は繰り返さない。このように、実施の形態２の構成によっても、実施の形態１と同様に無停電電源装置３０を動作させることができる。

さらに、実施の形態２では、制御回路１５０に異常が生じても、無停電電源装置３０の動作を安定化することができる。

まず比較のために、実施の形態１に従う構成において、半導体スイッチ１２０によって負荷２０へ給電している定常運転状態において、制御回路１５０に異常が発生したケースを考える。図２に示されるように、実施の形態１では、定常運転状態において、制御信号Ｓ２が生成されることによって半導体スイッチ１２０がオンされている。このため、制御回路１５０の異常発生により制御信号Ｓ２の生成が不能になると、半導体スイッチ１２０のオンを維持することができず、負荷２０への給電が停止されてしまう。

これに対して、実施の形態２に従うスイッチ装置が適用された無停電電源装置では、図６に示されるように、定常運転状態では、制御信号Ｓ１およびＳ２♯の両方とも非生成とされる。したがって、この状態から制御回路１５０に異常が発生して制御信号の生成が不能となっても、制御電源電圧Ｖｃｎが駆動回路１４０に供給されていれば、半導体スイッチ１２０のオンを維持して、負荷２０への給電を継続することができる。

この結果、実施の形態２に従うスイッチ装置および無停電電源装置では、実施の形態１の効果に加えて、制御回路１５０の異常発生時において半導体スイッチ１２０のオンを維持できるので、回路動作、特に、負荷２０への給電を安定化することができる。

なお、実施の形態１，２では、常時給電方式の無停電電源装置に適用されるスイッチ装置を例示したが、その他の給電方式の無停電電源装置に対しても、スイッチ装置を同様に適用することが可能である。あるいは、電源および負荷の間に接続されるスイッチ装置に対して、無停電電源装置への適用を限定することなく、本発明を適用することも可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 電源、２０ 負荷、３０ 無停電電源装置、５０ 補助電源装置、５２ 蓄電装置、５５ 電力変換器、６０ 停電検出回路、７０，７５ 電力線、１００ スイッチ装置、１１０ 機械スイッチ、１２０ 半導体スイッチ、１２２ 制御電極（半導体スイッチ）、１３０ 駆動回路（機械スイッチ）、１４０ 駆動回路（半導体スイッチ）、１４２ 抵抗素子、１４４ トランジスタ、１４５ 駆動ユニット、１５０ 制御回路、１６０，１７０ 制御電源回路、１７５ 制御電源配線、１７７ 接地配線、ＧＮＤ 接地電圧、Ｎ１，Ｎ２，Ｎｃ ノード、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ２♯ 制御信号、Ｓ３ 停電検出信号、Ｖｃｎ 制御電源電圧。

Claims (5)

1. 電源および負荷の間に電気的に接続されるスイッチ装置であって、
   電源側の第１の電力線と電気的に接続される第１のノードと、
   負荷側の第２の電力線と電気的に接続される第２のノードと、
   前記第１および第２のノード間に接続される機械スイッチと、
   前記第１および第２のノード間に、前記機械スイッチと並列に接続された半導体スイッチと、
   前記機械スイッチおよび前記半導体スイッチのオンオフを制御する制御回路と、
   前記第１の電力線上の電力を前記スイッチ装置の制御電源電圧に変換するように構成された第１の制御電源回路と、
   前記第２の電力線上の電力を前記制御電源電圧に変換するように構成された第２の制御電源回路と、
   前記第１の制御電源回路から前記制御電源電圧を受けて、前記制御回路からの第１の制御信号に応じて前記機械スイッチをオンオフする第１の駆動回路と、
   前記第２の制御電源回路から前記制御電源電圧を受けて、前記制御回路からの第２の制御信号に応じて前記半導体スイッチングをオンオフする第２の駆動回路とを含む、スイッチ装置。
2. 前記制御回路は、前記半導体スイッチをオフする期間において前記第２の制御信号を生成するように構成され、
   前記第２の駆動回路は、前記制御電源電圧の非供給時には前記半導体スイッチをオフ状態に維持するとともに、前記制御電源電圧の供給時には、前記第２の制御信号の非生成時に前記半導体スイッチをオンする一方で前記第２の制御信号の生成時には前記半導体スイッチをオフするように構成される、請求項１記載のスイッチ装置。
3. 商用電源および負荷の間に電気的に接続されるスイッチ装置と、
   作動時に前記商用電源と同等の電力を出力するように構成された補助電源装置と、
   前記商用電源の停電を検出するための検出器とを備え、
   前記スイッチ装置は、
   電源側の第１の電力線と電気的に接続される第１のノードと、
   負荷側の第２の電力線と電気的に接続される第２のノードと、
   前記第１および第２のノード間に接続される機械スイッチと、
   前記第１および第２のノード間に、前記機械スイッチと並列に接続された半導体スイッチと、
   前記機械スイッチおよび前記半導体スイッチのオンオフならびに前記補助電源装置の動作を制御する制御回路と、
   前記第１の電力線上の電力を前記スイッチ装置の制御電源電圧に変換するように構成された第１の制御電源回路と、
   前記第２の電力線上の電力を前記制御電源電圧に変換するように構成された第２の制御電源回路と、
   前記第１の制御電源回路から前記制御電源電圧を受けて、前記制御回路からの第１の制御信号に応じて前記機械スイッチをオンオフする第１の駆動回路と、
   前記第２の制御電源回路から前記制御電源電圧を受けて、前記制御回路からの第２の制御信号に応じて前記半導体スイッチングをオンオフする第２の駆動回路とを含み、
   前記補助電源装置の出力ノードは、前記第２の電力線と電気的に接続され、
   前記制御回路は、前記検出器による前記停電の検出時には、前記機械スイッチおよび前記半導体スイッチをオフした状態で、前記補助電源装置を作動する、無停電電源装置。
4. 前記制御回路は、前記第１および第２の制御電源回路の両方から前記制御電源電圧を供給される、請求項３記載の無停電電源装置。
5. 前記制御回路は、前記半導体スイッチをオフする期間において前記第２の制御信号を生成するように構成され、
   前記第２の駆動回路は、前記制御電源電圧の非供給時には前記半導体スイッチをオフ状態に維持するとともに、前記制御電源電圧の供給時には、前記第２の制御信号の非生成時に前記半導体スイッチをオンする一方で前記第２の制御信号の生成時には前記半導体スイッチをオフするように構成される、請求項３または４記載の無停電電源装置。
   

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