JP3274204B2 - 直流開閉装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はテレビ基幹放送所の停電
時において自家発電装置が起動するまでの電源断を救済
する無停波電源装置などで使用される直流開閉装置に関
する。

【０００２】 ［発明の概要］本発明は直流大電流を開閉する際、１台
の制御ユニット（マスターユニット回路）の信号に基づ
いて複数台の半導体スイッチ（スレーブユニット回路）
を並列制御することにより、多種容量の負荷設備に対す
る合理的、かつ経済的な半導体スイッチを構成するよう
にしたものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、直流電源の開閉に使用するスイッ
チには、配線用遮断器（ＭＣＣＢ）や電磁接触器などの
機構系によるものが多い。

【０００４】しかし、これら配線用遮断器や電磁接触器
は、動作速度が遅いという欠点を持つ。

【０００５】また、高速に動作させるために、半導体ス
イッチにより直流開閉を行うものも知られている。

【０００６】しかし、従来の半導体スイッチは電流容量
が固定されており、大電流の開閉に使用するには、高価
な投資を必要とし実用的でない。

【０００７】一方、マスタースレーブ方式は、従来、交
流無停電電源装置や直流安定化電源装置（充電器ほか）
など、電力変換装置としての使用例はあるが、直流開閉
器としての使用例はない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の直
流開閉器として、配線用遮断器や電磁接触器は、動作速
度が遅いという欠点があるので、このような直流開閉器
を備えた放送所等の電源装置では、停電が発生し、配線
用遮断器（ＭＣＣＢ）や電磁接触器によって電源路を切
り替えるとき数十ミリ秒の動作時間がかかり、このため
停電発生から瞬時の間、放送が中断してしまうという問
題があった。

【０００９】また、半導体スイッチを備えた直流開閉器
は、電流容量が固定されているので、テレビ基幹放送所
で使用される放送機器のように、数百〜数千Ａの大容量
の直流電流を開閉することは困難であるという問題があ
った。

【００１０】本発明は上記の事情に鑑み、汎用の半導体
スイッチを使用して数百〜数千Ａの大容量の直流電流を
高速に開閉することができ、かつ負荷容量の増減に対し
て容易に対応できる直流開閉装置を安価に提供すること
を目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明に係る直流開閉装置は、直流電源に接続され
該直流電源から出力される直流を遮断／通過させる半導
体スイッチと、過電流検知信号を生成する過電流検知部
とを有する複数のスレーブユニット回路と、入力商用電
源の停電に関する情報を入力して停電検知信号を生成す
る停電検知部と、前記停電検知信号が出力され前記過電
流検知信号が出力されていないことを条件に駆動信号を
発生する制御部を有し、該駆動信号により各スレーブユ
ニット回路を構成する前記半導体スイッチをオン状態ま
たはオフ状態にして前記直流電源から出力される直流電
圧を通過または遮断させるマスターユニット回路とを備
えたことを特徴としている。

【００１２】

【作用】上記の構成において、マスターユニット回路の
停電検知部では、入力商用電源の停電に関する情報を入
力して停電検知信号を生成する。マスタースレーブ回路
の制御部では、停電検知信号が出力され、かつスレーブ
ユニット回路の過電流検知部から過電流検知信号が出力
されていないことを条件に駆動信号を発生する。そし
て、この駆動信号により各スレーブユニット回路を構成
する半導体スイッチをオン状態またはオフ状態にして直
流電源から出力される直流電圧を通過または遮断させ
る。

【００１３】

【実施例】図１は本発明に係る直流開閉装置の一実施例
の構成を示すブロック図であり、図２は本発明に係る直
流開閉装置を放送機の直流給電部に適用した一構成例を
示すブロック図である。

【００１４】初めに、図２を用いて直流給電部の構成を
説明する。この直流給電部１は、３相２００Ｖの常用電
源電圧を取り込んで直流の充電電圧を生成する充電回路
２と、この充電回路２から出力される充電電圧を開閉す
る配線用遮断器（ＭＣＣＢ）３と、この配線用遮断器３
を通過した充電電圧によってフローティング方式で充電
される蓄電池（例えば、内部抵抗による電圧降下が最も
低い陰極吸収式シール形鉛蓄電池）４と、この蓄電池４
から出力される充電電圧を開閉する配線用遮断器（ＭＣ
ＣＢ）５と、３相２００Ｖの電源電圧を開閉する配線用
遮断器（ＭＣＣＢ）６と、３相２００Ｖの常用電源電圧
が停電または欠相、逆相になった異常時において蓄電池
４に蓄積されている充電電圧を取り込んでバックアップ
用の直流電圧を生成する直流開閉装置７とを備えてい
る。なお、ここでいうバックアップとは、３相２００Ｖ
の常用電源電圧が停電または欠相、逆相になった異常時
（以下、異常時という）に自家発電装置が起動するまで
の補助動作をいう。

【００１５】そして、前記３相２００Ｖの常用電源電圧
の正常時には、放送機側に設けられている整流回路８お
よび安定化回路９によって３相２００Ｖの常用電源電圧
を取り込み、これを整流平滑して直流電圧を生成し、放
送機に供給しつつ、充電回路２によって前記３相２００
Ｖの常用電源電圧から充電電圧を生成して蓄電池４を充
電する。この後、前記３相２００Ｖの異常時には、これ
を検出するとともに、直流開閉装置７によって前記蓄電
池４に蓄えられている充電電圧から直流電圧を生成し、
安定化回路９によってこれを安定化させて前記放送機を
駆動する。そして、３相２００Ｖの自家発電装置から電
源電圧が供給されると、整流回路８および安定化回路９
によって前記３相２００Ｖの電源電圧を取り込み、これ
を整流平滑して直流電圧を生成し、前記放送機を駆動す
るとともに、直流開閉装置７の直流電圧生成動作を停止
させる。

【００１６】直流開閉装置７は、図１に示すように、１
台当り２００Ａの通電容量を有し放送機の出力（１ｋＷ
〜１０ｋＷ）に対応した複数台（本実施例では３台）の
スレーブユニット回路１０ａ〜１０ｃと、１台のマスタ
ーユニット回路１１とを備えており、配線用遮断器５を
通過した充電電圧を電源電圧としてマスターユニット回
路１１が動作し、後述する停電検出回路１７からバック
アップ指示信号が出力されたとき、このバックアップ指
示信号の出力が停止するまでの間、マスターユニット回
路１１によって各スレーブユニット回路１０ａ〜１０ｃ
を制御して前記配線用遮断器３を通過した充電電圧から
直流電圧を生成させ、これを前記安定化回路９に供給さ
せる。

【００１７】各スレーブユニット回路１０ａ〜１０ｃ
は、マスターユニット回路１１からオン信号が出力され
たとき、オン状態となって前記配線用遮断器３を通過し
た充電電圧（蓄電池４から出力される充電電圧）を通過
させる大電流特性および高ｈ_FE特性、高耐圧特性を持つ
トランジスタ（例えば、ビルディングブロックトランジ
スタ）１２と、このトランジスタ１２から出力される充
電電圧の電流値を制限する突入電流規制用のインダクタ
ンス１３と、各スレーブユニット回路１０ａ〜１０ｃの
電流バランス用抵抗１４、およびこれらインダクタンス
１３および抵抗１４を通過した直流電流の大きさに比例
した信号を出力する変流器（ＣＴ）１５とを備えてお
り、前記マスターユニット回路１１からオン信号が出力
されたとき、トランジスタ１２がオンして前記配線用遮
断器３を通過した充電電圧を通過させるとともに、イン
ダクタンス１３および抵抗１４によって電流値を制限し
た直流電圧にした後、変流器１５を通して前記安定化回
路９に供給する。

【００１８】また、マスターユニット回路１１は、前記
配線用遮断器５を通過した充電電圧を取り込んでＤＣ／
ＤＣ変換を行い予め設定されている値の電源電圧を生成
するＤＣ／ＤＣコンバータ回路１６と、前記３相２００
Ｖの常用電源電圧が停電または欠相、逆相になったと
き、これを検出してバックアップ指示信号を生成する停
電検出回路１７と、前記各スレーブユニット回路１０ａ
〜１０ｃから出力される電流の大きさに比例した信号を
取り込み、この信号の大きさが予め設定されている値よ
り大きいとき、過電流検知信号を生成する過電流保護回
路１８を備えている。

【００１９】さらに、前記マスターユニット回路１１
は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１６から出力される
電源電圧によって動作し、バックアップ指示信号が出力
されてから出力停止するまでの間、前記過電流保護回路
１８から過電流検知信号が出力されていないことを条件
にオン信号を生成するメイン制御回路１９と、このメイ
ン制御回路１９からオン信号が出力されたとき、駆動信
号を生成するオン／オフ制御回路２０と、このオン／オ
フ制御回路２０から駆動信号が出力されたとき、オン信
号を生成してこれを前記各スレーブユニット回路１０ａ
〜１０ｃに供給するドライブ回路２１とを備えている。

【００２０】そして、前記配線用遮断器５を通過した充
電電圧を取り込んでＤＣ／ＤＣ変換を行い電源電圧を生
成してメイン制御回路１９を動作させ、前記停電検出回
路１７からバックアップ指示信号が出力されたとき、こ
のバックアップ指示信号の出力が停止するまでの間、各
スレーブユニット回路１０ａ〜１０ｃから出力される直
流電流を前記安定化回路９に供給させる。

【００２１】次に、この実施例の動作を説明する。

【００２２】まず、前記３相２００Ｖの常用電源電圧の
正常時には、直流給電部１の充電回路２によって前記３
相２００Ｖの常用電源電圧から充電電圧を生成して蓄電
池４をフローティング方式で充電する。

【００２３】またこのとき、放送機側の整流回路８によ
って３相２００Ｖの常用電源電圧が整流された後、安定
化回路９によって安定化されて放送機に供給される。

【００２４】そして、前記３相２００Ｖの常用電源電圧
の異常時には、自家発電装置から３相２００Ｖが供給さ
れるまでの間、直流給電部１の停電検出回路１７によっ
て前記３相２００Ｖの常用電源電圧の異常を検出すると
ともに、直流開閉装置７によって蓄電池４に蓄積されて
いる充電電圧から直流電流を生成して放送機に供給す
る。

【００２５】この後、自家発電装置から３相２００Ｖの
電源電圧が供給されると、整流回路８および安定化回路
９により安定化された直流電流を生成して前記放送機に
供給する。

【００２６】またこのとき、前記自家発電装置から３相
２００Ｖの電源電圧供給が停電検出回路１７により検出
されて直流開閉装置７の直流電圧生成動作が停止すると
ともに、直流給電部１の充電回路２によって充電電圧を
生成して蓄電池４をフローティング方式で充電する。

【００２７】このようにこの実施例においては、直流開
閉装置７内に複数のスレーブユニット回路１０ａ〜１０
ｃを設け、マスターユニット回路１１によって前記各ス
レーブユニット回路１０ａ〜１０ｃを構成する半導体ス
イッチ（トランジスタ１２）のオン／オフを制御し、蓄
電池４から出力される充電電圧から直流電圧を生成する
ようにしているので、スレーブユニット回路の数を調整
することにより、汎用の半導体スイッチを使用して数百
〜数千Ａの大容量の直流電流を数ミリ秒のオーダーで瞬
時に開閉することができ、これによって装置の規格化を
可能にして信頼性、経済性、保守性を大幅に向上させる
ことができる。また、ＵＰＳ装置（無停電電源装置）に
よるバックアップに比べて約１／４の経費で装置を作る
ことができる。また、重要番組の放送などにおいて電源
の異常時に備えた自家発電装置の待機運転が不要となる
ので、自家発電装置の燃料費の削減を図ることができ、
また、長時間無負荷運転によるエンジン内部のカーボン
堆積障害が発生しないなど多くのメリットを得ることが
できる。

【００２８】なお、上述した実施例においては、本発明
による直流開閉装置７を放送機の直流給電部１に用いる
ようにしているが、放送設備以外の電源装置や開閉回路
などに使用するようにしても良い。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、汎
用の半導体スイッチを使用して数百〜数千Ａの大容量の
直流電流を数ミリ秒のオーダーで瞬時に開閉することが
でき、また負荷容量の変動に対してもスレーブユニット
回路の数を増減するだけで適用できるので、装置の規格
化を可能にして信頼性、経済性、保守性を大幅に向上さ
せることができる。このため、ＵＰＳ装置によるバック
アップに比べて約１／４の経費で装置を構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る直流開閉装置の一実施例の構成を
示すブロック図である。

【図２】本発明に係る直流開閉装置を放送機の直流給電
部に適用した一構成例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 直流給電部 ２ 充電回路 ４ 蓄電池（直流電源） ７ 直流開閉装置 ８ 整流回路 ９ 安定化回路 １０ａ〜１０ｃ スレーブユニット回路 １１ マスターユニット回路 １２ トランジスタ（半導体スイッチ） １７ 停電検出回路

フロントページの続き (56)参考文献 実開 平２−68637（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 1/00 H02J 9/06 H02M 7/217

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源に接続され該直流電源から出力
   される直流を遮断／通過させる半導体スイッチと、過電
   流検知信号を生成する過電流検知部とを有する複数のス
   レーブユニット回路と、 入力商用電源の停電に関する情報を入力して停電検知信
   号を生成する停電検知部と、前記停電検知信号が出力さ
   れ前記過電流検知信号が出力されていないことを条件に
   駆動信号を発生する制御部を有し、該駆動信号により各
   スレーブユニット回路を構成する前記半導体スイッチを
   オン状態またはオフ状態にして前記直流電源から出力さ
   れる直流電圧を通過または遮断させるマスターユニット
   回路と、 を備えたことを特徴とする直流開閉装置。