JP5054588B2 - 電流分配装置 - Google Patents

Description

本発明は、電流分配装置に関する。

一般的に、整流装置などの電流供給装置から出力された直流電流を複数の負荷機器へ供給するために、電流供給装置と複数の負荷機器との間に、当該直流電流を分配する電流分配装置が接続された電流分配システムが考えられている。

例えば、図３に示すような構成を有する一般的な電流分配システムが考えられている（例えば、非特許文献１参照。）。この電流分配システムでは、整流装置２００が、商用電源４００から入力された交流電流の整流により直流電流を生成し、生成した直流電流を電流分配装置１００へと出力する。電流分配装置１００は、整流装置２００から出力されてきた直流電流を２つの系統に分岐する。分岐した直流電流は、それぞれヒューズ１１０−１、１１０−２を介して、通信装置３００−１および３００−２がそれぞれ具備する通信モジュール３１０−１および３１０−２に供給される。また、分岐した直流電流は、通信装置３００−１および３００−２の入力側にそれぞれ設けられたコンデンサ３２０−１および３２０−２をそれぞれ充電する。なお、コンデンサ３２０−１および３２０−２は、通信装置３００−１および３００−２の入力側に接続されている外部のインピーダンスと、通信装置３００−１および３００−２内部の各インピーダンスとをそれぞれ整合させる役割を果たす。

また、通信モジュール３１０−１にて短絡事故が発生した場合、整流装置２００とコンデンサ３２０−１とから通信モジュール３１０−１へと過電流が流れる。この場合、ヒューズ１１０−１の溶断により、通信装置３００−１と整流装置２００との接続が切り離されて通信装置３００−１が保護される。このような保護を速やかに行うため、ヒューズ１１０−１または１１０−２は、通信装置３００−１または３００−２が有する定格電流の所定倍（例えば、４／３倍）の遮断定格電流を有している。
武田隆ほか、「給電システムおよび通信用電源の研究開発」、ＮＴＴ技術ジャーナル、２００１年１１月号、４４〜４９頁

電流分配装置１００は、通信装置３００−１と３００−２との定格電流がそれぞれ異なる場合、各通信装置３００−１、３００−２の定格電流に応じたヒューズ１１０−１、１１０−２それぞれを具備する必要がある。ヒューズ１１０−１または１１０−２にそれぞれ流れる直流電流の２乗に比例したエネルギ（例えば、ジュール熱）がヒューズ１１０−１または１１０−２がそれぞれ溶断するエネルギの容量である「遮断容量」以上となった場合、ヒューズ１１０−１または１１０−２は溶断する。

従って、図３に示した一般的な技術によれば、例えば、通信装置３００−２の定格電流が通信装置３００−１の定格電流よりも非常に小さい場合、ヒューズ１１０−２の遮断定格電流や遮断容量は、ヒューズ１１０−１の遮断定格電流や遮断容量よりも非常に小さなものとなる。また、一般的な入力側のコンデンサとしては、ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference：電磁妨害）対策や電流供給系統の安定化の観点より、大容量のコンデンサが選定される場合が多い。

このような構成のもとで、通信モジュール３１０−１にて短絡事故が発生した場合、整流装置２００と、コンデンサ３２０−１および３２０−２とから、ヒューズ１１０−１を介して通信モジュール３１０−１へと過電流が流れる。一般的に、このような過電流は、当該過電流によるエネルギがヒューズ１１０−１の遮断容量に到達するまで流れ続ける。過電流が流れ続けるに伴って、コンデンサ３２０−２から放電される放電電流も大きくなる。そのため、ヒューズ１１０−２も溶断し、その結果、正常に動作している通信装置３００−２への直流電流の供給ができなくなってしまうおそれがある。

本発明は、上述した課題を解決する電流分配装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電流分配装置は、整流装置から出力されてきた直流電流を分配し、該分配した直流電流を複数の負荷機器それぞれへと供給する電流分配装置であって、前記負荷機器それぞれと接続されており、前記分配されたそれぞれの直流電流の電流値に基づいて、前記分配された直流電流の前記複数の負荷機器への供給をそれぞれ遮断する複数の遮断部と、前記遮断部それぞれと並列に接続されており、前記整流装置から前記複数の負荷機器それぞれへ流れる直流電流の方向と逆方向にのみ直流電流を流す迂回部とを有する。

本発明によれば、整流装置から出力されてきた直流電流を分配し、分配した直流電流を複数の負荷機器それぞれへと供給する電流分配装置において、負荷機器それぞれと接続されており、分配されたそれぞれの直流電流の電流値に基づいて、分配された直流電流の複数の負荷機器への供給をそれぞれ遮断する複数の遮断部と、遮断部それぞれと並列に接続されており、整流装置から複数の負荷機器それぞれへ流れる直流電流の方向と逆方向にのみ直流電流を流す迂回部とを有する構成としたため、分配先の負荷機器のうちの短絡事故が発生した負荷機器を保護しつつ、他の正常な負荷機器への直流電流の供給を続けることができる。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１に従った電流分配システム（電流分配装置を含む）を説明する。まず、実施形態１の電流分配システムの全体構成を説明する。

図1に示すように、この電流分配システムは、電流分配装置１と、整流装置２と、複数の通信装置３−１〜３−２とから構成される。

ここでは、通信装置３−１〜３−２の台数が「２」である場合を例に挙げて説明するが、台数については「3」以上であってもよい。

電流分配装置１は、整流装置２から出力されてきた直流電流を分配して、分配した直流電流を通信装置３−１および３−２へとそれぞれ供給する。なお、電流分配装置１が、通信装置３−１と３−２とにそれぞれ供給する直流電流は、通信装置３−１と３−２とがそれぞれ動作可能な直流電流である。

整流装置２は、商用電源４から入力された交流電流の整流により直流電流を生成し、生成した直流電流を電流分配装置１へと出力する。

通信装置３−１〜３−２は、電流分配装置１から供給された直流電流を用いて、所定の通信動作を実行する「負荷機器」である。通信装置３−１〜３−２は、電流分配装置１から供給（出力）された直流電流に対する出力負荷としての役割を果たす機器であれば、任意の機器でもよい。

つぎに、実施形態１の電流分配装置１の構成について詳細に説明する。

電流分配装置１は、複数の遮断部１１−１〜１１−２と、複数の迂回部１２−１〜１２−２とを有する。ここでは、遮断部１１−１〜１１−２の数と迂回部１２−１〜１２−２の数とがそれぞれ「２」である場合を例に挙げて説明するが、これらの数については「3」以上であってもよい。なお、実施形態１においては、遮断部１１−１〜１１−２の数および迂回部１２−１〜１２−２の数は、通信装置３−１〜３−２の数とそれぞれ同一である。

遮断部１１−１または１１−２は、例えば、所定値以上の直流電流が流れた場合に溶断するヒューズで構成される。遮断部１１−１または１１−２は、溶断していない状態においては、整流装置２と通信装置３−１とを接続する役割、または、整流装置２と通信装置３−２とを接続する役割を果たす。

遮断部１１−１または１１−２は、溶断した状態においては、整流装置２と通信装置３−１との接続または整流装置２と通信装置３−２との接続を切り離すことにより、通信装置３−１または３−２へ過電流が流れてしまうことを回避する役割を果たす。

そのために、遮断部１１−１または１１−２は、通信装置３−１または３−２へと過電流が流れてしまうことを回避するための「遮断定格電流」を有している。

ここで、「遮断定格電流」とは、遮断部１１−１または１１−２に流れた場合に、遮断部１１−１または１１−２が溶断する直流電流のレベルであって、「所定値」である。

つまり、遮断部１１−１または１１−２は、自己に分配された整流装置２からの直流電流のレベル（例えば、「電流値」）に基づいて、自己に接続された通信装置３−１または３−２への直流電流の供給をそれぞれ遮断する。

より具体的には、遮断部１１−１または１１−２は、自己に流れる直流電流、つまり、自己に分配された整流装置２からの直流電流の２乗に比例したエネルギ（例えば、ジュール熱）が遮断容量以上である場合に溶断する。例えば、遮断部１１−１が溶断した場合、整流装置２と通信装置３−１との接続が切り離される。そのため、通信装置３−１への直流電流の供給が遮断されて、通信装置３−１へ過電流が流れてしまうことが回避される。なお、遮断容量とは、遮断部１１−１または１１−２が溶断するエネルギのレベルである。

迂回部１２−１または１２−２は、例えば、ダイオードのような「整流素子」で構成され、遮断部１１−１または１１−２とそれぞれ並列に接続されている。

迂回部１２−１〜１２−２は、アノード側からカソード側へと向かう順方向（「所定方向」）へのみ、入力されてきた直流電流を供給する。

この説明例では、迂回部１２−１〜１２−２は、カソードが整流装置２と接続されており、アノードが通信装置３−１〜３−２と接続されている。つまり、迂回部１２−１または１２−２は、自己に接続された通信装置３−１または３−２が具備しているコンデンサ３２−１または３２−２から、他の経路へと直流電流を流すように接続されている。

ここでいう「他の経路」とは、例えば、迂回部１２−１を基準とした場合、自己と接続されている通信装置３−１以外の通信装置３−２への直流電流の供給経路、つまり、遮断部１１−２と迂回部１２−２とが構成する通信装置３−２への直流電流の供給経路である。

そのため、例えば、迂回部１２−１であれば、整流装置２から出力されてきた直流電流が、迂回部１２−１を介して通信装置３−１へ流れることを防いでいる。

また、迂回部１２−１または１２−２は、遮断部１１−１または１１−２と協働することにより、コンデンサ３２−１または３２−２からそれぞれ放電された直流電流である放電電流を分流する。

そのため、迂回部１２−１または１２−２は、コンデンサ３２−１または３２−２からの放電電流のすべてが遮断部１１−１または１１−２を流れることを回避させる、つまり、放電電流の一部を遮断部１１−１または１１−２から迂回させる役割を果たす。

つぎに、通信装置３−１および３−２の構成について説明する。各通信装置３−１および３−２は、同一の構成を有するため、以下では、通信装置３−１を例に挙げて説明する。

通信装置３−１は、通信モジュール３１−１と、コンデンサ３２−１とを有する。

通信モジュール３１−１は、電流分配装置１から供給された直流電流を用いて所定の通信動作を実行する。また、コンデンサ３２−１は、図３に示したコンデンサ３２０−１や３２０−２と同じ役割を果たす。

つぎに、上記構成を有する実施形態１の電流分配システムが、通信装置３−１〜３−２への直流電流の分配を行う動作を説明する。

まず、すべての通信装置３−１〜３−２において短絡事故が発生していない場合の、直流電流の分配動作について説明する。

整流装置２は、商用電源４から入力された交流電流を整流することで直流電流を生成し、生成した直流電流を電流分配装置１へと出力する。

電流分配装置１は、整流装置２から出力されてきた直流電流を遮断部１１−１と１１−２とに入力することにより、整流装置２からの直流電流を分配する。

遮断部１１−１と１１−２とがともに溶断していない状態では、整流装置２と通信装置３−１とが接続されるとともに、整流装置２と通信装置３−２とが接続されている。

このため、遮断部１１−１へと分配された整流装置２からの直流電流が通信モジュール３１−１へと供給される。さらに、遮断部１１−１へと分配された直流電流により、コンデンサ３２−１が充電される。

また、遮断部１１−２へと分配された整流装置２からの直流電流が通信モジュール３１−２へと供給される。さらに、遮断部１１−２へと分配された直流電流により、コンデンサ３２−２が充電される。

つぎに、通信装置３−１〜３−２のいずれかにおいて短絡事故が発生した場合の、直流電流の分配動作を説明する。

通信装置３−１が具備する通信モジュール３１−１の短絡事故が発生した場合、整流装置２、コンデンサ３２−１および３２−２それぞれから通信モジュール３１−１へと、直流電流が流れようとする。

ここで、正常に動作中である通信装置３−２が具備するコンデンサ３２−２からの放電電流は、迂回部１２−２および遮断部１１−２を介して、通信モジュール３１−１へと供給される。つまり、コンデンサ３２−２からの放電電流は、迂回部１２−２と遮断部１１−２とによって分流されるため、遮断部１１−２に流れる直流電流のレベルが低減される。

これにより、遮断部１１−２が溶断することはなく、正常に動作中である通信装置３−２と整流装置２との接続が維持される。すなわち、通信装置３−２への直流電流の供給が維持され、正常に動作中の通信装置３−２が停止することを回避できる。

一方、整流装置２およびコンデンサ３２−２からの直流電流により、遮断部１１−１は溶断する。遮断部１１−１の溶断により、短絡事故が発生した通信モジュール３１−１と整流装置２との接続が切り離される、つまり、通信装置３−１への直流電流の供給の停止により通信装置３−１が保護される。

以上説明したように、本発明の実施形態１によれば、複数の通信装置３−１と３−２とのうちで通信装置３−１にて短絡事故が発生した場合、整流装置２とコンデンサ３２−１および３２−２とから、短絡事故が発生した通信装置３−１へと過電流が流れる。これにより、短絡事故が発生した通信装置３−１を保護するための遮断部１１−１は溶断する。

しかし、正常に動作中である他の通信装置３−２が具備するコンデンサ３２−２からの放電電流は、遮断部１１−２のみならず、遮断部１１−２と並列に接続された迂回部１２−２も経由して、短絡事故が発生した通信装置３−１へと流れる。そのため、正常に動作中の通信装置３−２と接続された遮断部１１−２が溶断することを回避できる。

これにより、短絡事故が発生した通信装置３−１を保護するとともに、短絡事故以外の正常な通信装置３−２への直流電流の供給を維持できる。

また、負荷機器である通信装置３−１および３−２の各負荷容量の大小によらず、整流装置２と、通信装置３−１または３−２との間の接続を安全に切り離し、負荷機器（通信装置３−１〜３−２）を保護することができる。

また、本発明の電流分配システムによれば、通常時は迂回部１２−１〜１２−２を経由しての通信装置３−１〜３−２への直流電流の供給を行わない。そのため、通信装置３−１〜３−２へと直流電流を供給する際の損失の増加を抑制することができ、直流電流の供給効率を向上することができる。

また、本発明の電流分配システムによれば、遮断部１１−１〜１１−２を溶断するためのエネルギは、整流装置２や他の通信装置３−１〜３−２が具備するコンデンサ３２−１〜３２−２から供給される。そのため、一般的な整流装置２の構成（例えば、整流装置２の出力側に接続されたコンデンサ（図示せず）、直流電流の出力容量など）を変更することなく、本発明の電流分配システムを構成することが可能となる。

なお、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変形が可能である。

遮断部１１−１〜１１−２は、ヒューズを用いた構成に限られない。例えば、整流装置２と各通信装置３−１〜３−２との間にそれぞれ流れる直流電流レベルを測定する測定装置と、その測定値が遮断定格電流以上となったことを検出した場合に、整流装置２と通信装置３−１〜３−２との間の接続を切り離すスイッチとから、遮断部１１−１〜１１−２を構成してもよい。

本発明の実施形態１に従った電流分配システムの構成を示す図である。 一般的な電流分配システムの構成の一例を示す図である。

符号の説明

１ 電流分配装置
２ 整流装置
３−１、３−２ 通信装置
４ 商用電源
１１−１、１１−２ 遮断部
１２−１、１２−２ 迂回部
３１−１、３１−２ 通信モジュール
３２−１、３２−２ コンデンサ
１００ 電流分配装置
１１０−１、１１０−２ ヒューズ
２００ 整流装置
３００−１、３００−２ 通信装置
３１０−１、３１０−２ 通信モジュール
３２０−１、３２０−２ コンデンサ
４００ 商用電源

Claims (1)

1. 整流装置から出力されてきた直流電流を分配し、該分配した直流電流を複数の負荷機器それぞれへと供給する電流分配装置であって、
   前記負荷機器それぞれと接続されており、前記分配されたそれぞれの直流電流の電流値に基づいて、前記分配された直流電流の前記複数の負荷機器への供給をそれぞれ遮断する複数の遮断部と、
   前記遮断部それぞれと並列に接続されており、前記整流装置から前記複数の負荷機器それぞれへ流れる直流電流の方向と逆方向にのみ直流電流を流す迂回部とを有する電流分配装置。

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