JP5233300B2 - 放電装置 - Google Patents

Description

本発明は、放電装置に関する。

従来、無停電電源等の直流部に使用されているキャパシタ等に溜まった電荷を点検時等に放電するため、直流回路のプラス側とマイナス側に放電用抵抗を接続するか、常に抵抗を接続しておく放電装置が知られている。このような従来の放電装置の一例が下記特許文献１に開示されている。

ここで、従来の放電装置について説明する。
図５は、従来の放電装置の装置構成を示した図である。
図５に示すように、従来の放電装置は、第１の半導体スイッチＳ₁をスイッチ、第２の半導体スイッチＳ₂をダイオードとして使用している。第１の半導体スイッチＳ₁をオンにすると、入力電圧Ｖ_in→第１の半導体スイッチＳ₁→コイルＬのループ（第１のループ）で電流ＩＬが流れる。

次に、第１の半導体スイッチＳ₁をオフすると、コイルＬに流れていた電流ＩＬは、コイルＬ→放電抵抗Ｒ→第２の半導体スイッチＳ₂のループ（第２のループ）で流れる。そして、第１の半導体スイッチＳ₁を電流ＩＬが設定電流となるようにパルス幅変調（以下、ＰＷＭ）することで、電池又はキャパシタ（例えば、電気二重層キャパシタ）Ｅのエネルギーが放電抵抗Ｒで消費され、これにより電池又はキャパシタＥの放電を行うことができる。

図６は、従来の放電装置の各部における電流及び電圧波形を示した図である。
図６に示すように、コイルＬの電流ＩＬ及び放電抵抗Ｒの電流Ｉｒの波形が検出されるとき、第１の半導体スイッチＳ₁の両端にかかる電圧Ｖ_S1は、第１の半導体スイッチＳ₁がオンで、第２の半導体スイッチＳ₂がオフの時にはＶ_S1＝０であり、第１の半導体スイッチＳ₁がオフで、第２の半導体スイッチＳ₂がオフの時にはＶ_S1＝Ｖ_in＋Ｉｒ×Ｒとなっている。

また、第２の半導体スイッチＳ₂の両端にかかる電圧Ｖ_S2は、第１の半導体スイッチＳ₁がオンで、第２の半導体スイッチＳ₂がオフの時にはＶ_S2＝Ｖ_inであり、第１の半導体スイッチＳ₁がオフで、第２の半導体スイッチＳ₂がオフの時にはＶ_S2＝０となっている。

そして、電圧Ｖ_SWは、第１の半導体スイッチＳ₁がオンで、第２の半導体スイッチＳ₂がオフの時にはＶ_SW＝Ｖ_inであり、第１の半導体スイッチＳ₁がオンで、第２の半導体スイッチＳ₂がオフの時にはＶ_S2＝Ｖ_inであり、第１の半導体スイッチＳ₁がオフで、第２の半導体スイッチＳ₂がオフの時にはＶ_SW＝Ｖ_in＋Ｉｒ×Ｒとなっている。

特開平６−２８４６０２号公報

上述した従来の放電装置において、第１の半導体スイッチＳ₁及び第２の半導体スイッチＳ₂の両端の電圧は、入力電圧Ｖ_inと出力電圧Ｖ_OUTとを加算した値である電圧Ｖ_SWとなる。ここで、電圧Ｖ_SWを下記式（１）に示す。

また、出力電圧Ｖ_OUTは、電流Ｉｒと放電抵抗Ｒとの積により決定される。ここで、Ｖ_OUTを下記式（２）に示す。

したがって、第１の半導体スイッチＳ₁及び第２の半導体スイッチＳ₂に耐圧が低いものを適用する場合には、出力電圧Ｖ_OUTを小さくしなければならず、出力電圧Ｖ_OUTを小さくするためには電流Ｉｒ又は放電抵抗Ｒを小さくしなければならないという問題がある。

以上のことから、本発明は、耐圧の低い半導体スイッチを用いることが可能な放電装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る放電装置は、
少なくとも第１の半導体スイッチと、コイルと、電池又はキャパシタとからなる第１のループと、少なくとも第２の半導体スイッチと、前記コイルと、放電抵抗とからなる第２のループとにより構成される放電装置において、
前記第１の半導体スイッチ及び前記第２の半導体スイッチの両端電圧（Ｖ _SW ）を検出する電圧検出器と、
前記コイルを流れる電流（ＩＬ）を検出する電流検出器と、
前記電圧検出器で検出された前記両端電圧（Ｖ _SW ）と、前記電流検出器で検出された前記電流（ＩＬ）とに基づいて、前記第１の半導体スイッチの両端電圧が所定の設定値以下になるよう制御する放電制御手段とを備える
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明に係る放電装置は、第１の発明に係る放電装置において、
前記放電制御手段は、
前記コイルに流れる電流を一定に制御する電流制御手段と、
前記両端電圧（Ｖ _SW ）が設定値（Ｖ _SET ）より小さいときは出力は０であり、前記両端電圧（Ｖ _SW ）が前記設定値（Ｖ _SET ）より大きいときは、前記両端電圧（Ｖ _SW ）の増大に比例して出力も増大する出力特性の電圧垂下手段と、
ＰＷＭ手段とを備え、
前記電圧垂下手段において検出された前記両端電圧（Ｖ_SW）が前記設定値（Ｖ _SET ）より大きいとき、前記電流（ＩＬ）を減少させて前記第１の半導体スイッチの両端電圧が設定値以下となるように前記ＰＷＭ手段によりＰＷＭを行い、前記第１の半導体スイッチのゲートへ出力して、前記第１の半導体スイッチのオン／オフ比を制御する
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第３の発明に係る放電装置は、第１の発明に係る放電装置において、
前記放電制御手段は、
前記第１の半導体スイッチの両端電圧を一定に制御する電圧制御手段と、
前記電流（ＩＬ）が設定値（Ｉ _SET ）より小さいときは出力は０であり、前記電流（ＩＬ）が設定値（Ｉ _SET ）より大きいときは、前記電流（ＩＬ）の増大に比例して出力も増大する出力特性の電流垂下手段と、
ＰＷＭ手段とを備え、
前記電流垂下手段において検出された前記電流（ＩＬ）が前記設定値（Ｉ _SET ）より大きいとき、前記両端電圧（Ｖ _SW ）を減少させて前記第１の半導体スイッチの両端電圧が設定値以下となるように前記ＰＷＭ手段によりＰＷＭを行い、第１の半導体スイッチのゲートへ出力して、第１の半導体スイッチのオン／オフ比を制御する
ことを特徴とする。

本発明によれば、耐圧の低い半導体スイッチを用いることが可能な放電装置を実現することが可能である。

上記の課題を解決するために、本発明に係る放電装置は、電流Ｉｒを制限する方法と直接電圧Ｖ_SWを制限する方法で、第１の半導体スイッチＳ₁に印加される電圧を抑制した。以下、本発明に係る放電装置の実施例について、図を用いて説明する。なお、本発明に係る放電装置の基本的な構成については、上述した図５に示す従来の放電装置と同様であるため、ここでの説明は省略する。また、実施例中の説明で用いる符号は図５で用いたものと同じ符号を用いるものとする。

本発明に係る放電装置の第１の実施例について説明する。
図１は、本実施例に係る放電装置における放電制御手段の制御ブロックを示した図である。
図１に示すように、本実施例に係る放電装置における放電制御手段は、電流ＩＬを一定に制御する電流制御ＡＭＰ（アンプ）１０（電流制御手段）と、第１の半導体スイッチＳ₁の両端電圧が設定値以上になると動作する電圧垂下ＡＭＰ１１（電圧垂下手段）とを備えている。

図２は、本実施例に係る放電装置における電圧垂下ＡＭＰ１１の出力特性を示した図である。
図２に示すように、本実施例に係る電圧垂下ＡＭＰ１１の出力特性は、電圧Ｖ_SWが設定値Ｖ_setより小さいときは出力は０であり、電圧Ｖ_SWが設定値Ｖ_setより大きいときは、電圧Ｖ_SWの増大に比例して出力も増大するようになっている。

そして、電圧垂下ＡＭＰ１１において検出された電圧Ｖ_SWが設定値Ｖ_setより大きいとき、電流ＩＬを減少させて第１の半導体スイッチＳ₁の両端電圧が設定値以下となるようにＰＷＭ手段１２によりＰＷＭを行い、第１の半導体スイッチＳ₁のゲート１３へ出力して、第１の半導体スイッチＳ₁のオン／オフ比を制御する。
これにより、放電装置に耐圧の低い第１の半導体スイッチＳ₁を用い、大きな抵抗値の放電抵抗Ｒを接続した場合であっても第１の半導体スイッチＳ₁が破損することを防ぐことができる。

本発明に係る放電装置の第２の実施例について説明する。
図３は、本実施例に係る放電装置における放電制御手段の制御ブロックを示した図である。
図３に示すように、本実施例に係る放電装置における放電制御手段は、第１の半導体スイッチＳ₁の両端電圧を一定に制御する電圧制御ＡＭＰ２０（電圧制御手段）と、電流ＩＬが設定値以上になると動作する電流垂下ＡＭＰ２１（電流垂下手段）とを備えている。

図４は、本実施例に係る放電装置における電流垂下ＡＭＰ２１の出力特性を示した図である。
図４に示すように、本実施例に係る電流垂下ＡＭＰ２１の出力特性は、電流ＩＬが設定値Ｉ_setより小さいときは出力は０であり、電流ＩＬが設定値Ｉ_setより大きいときは、電流ＩＬの増大に比例して出力も増大するようになっている。

そして、電流垂下ＡＭＰ２１において検出された電流ＩＬが設定値Ｉ_setより大きいとき、電圧Ｖ_SWを減少させて第１の半導体スイッチＳ₁の両端電圧が設定値以下となるようにＰＷＭ手段２２によりＰＷＭを行い、第１の半導体スイッチＳ₁のゲート２３へ出力して、第１の半導体スイッチＳ₁のオン／オフ比を制御する。
これにより、放電装置に耐圧の低い第１の半導体スイッチＳ₁を用い、大きな抵抗値の放電抵抗Ｒが接続されても第１の半導体スイッチＳ₁が破損することを防ぐことができる。

本発明は、例えば、電池又はキャパシタ（特に、電気二重層キャパシタ）の放電装置に適用することが可能である。

本発明の第１の実施例に係る放電装置における放電制御手段の制御ブロックを示した図である。 本発明の第１の実施例に係る放電装置における電圧垂下ＡＭＰの出力特性を示した図である。 本発明の第２の実施例に係る放電装置における放電制御手段の制御ブロックを示した図である。 本発明の第２の実施例に係る放電装置における電流垂下ＡＭＰの出力特性を示した図である。 従来の放電装置の装置構成を示した図である。 従来の放電装置の各部における電流及び電圧波形を示した図である。

符号の説明

１０ 電流制御ＡＭＰ
１１ 電圧垂下ＡＭＰ
１２ ＰＷＭ変調手段
１３ ゲート
２０ 電圧制御ＡＭＰ
２１ 電流垂下ＡＭＰ
２２ ＰＷＭ変調手段
２３ ゲート

Claims (3)

1. 少なくとも第１の半導体スイッチと、コイルと、電池又はキャパシタとからなる第１のループと、少なくとも第２の半導体スイッチと、前記コイルと、放電抵抗とからなる第２のループとにより構成される放電装置において、
   前記第１の半導体スイッチ及び前記第２の半導体スイッチの両端電圧（Ｖ _SW ）を検出する電圧検出器と、
   前記コイルを流れる電流（ＩＬ）を検出する電流検出器と、
   前記電圧検出器で検出された前記両端電圧（Ｖ _SW ）と、前記電流検出器で検出された前記電流（ＩＬ）とに基づいて、前記第１の半導体スイッチの両端電圧が所定の設定値以下になるよう制御する放電制御手段とを備える
   ことを特徴とする放電装置。
2. 前記放電制御手段は、
   前記コイルに流れる電流を一定に制御する電流制御手段と、
   前記両端電圧（Ｖ _SW ）が設定値（Ｖ _SET ）より小さいときは出力は０であり、前記両端電圧（Ｖ _SW ）が前記設定値（Ｖ _SET ）より大きいときは、前記両端電圧（Ｖ _SW ）の増大に比例して出力も増大する出力特性の電圧垂下手段と、
   ＰＷＭ手段とを備え、
   前記電圧垂下手段において検出された前記両端電圧（Ｖ_SW）が前記設定値（Ｖ _SET ）より大きいとき、前記電流（ＩＬ）を減少させて前記第１の半導体スイッチの両端電圧が設定値以下となるように前記ＰＷＭ手段によりＰＷＭを行い、前記第１の半導体スイッチのゲートへ出力して、前記第１の半導体スイッチのオン／オフ比を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の放電装置。
3. 前記放電制御手段は、
   前記第１の半導体スイッチの両端電圧を一定に制御する電圧制御手段と、
   前記電流（ＩＬ）が設定値（Ｉ _SET ）より小さいときは出力は０であり、前記電流（ＩＬ）が設定値（Ｉ _SET ）より大きいときは、前記電流（ＩＬ）の増大に比例して出力も増大する出力特性の電流垂下手段と、
   ＰＷＭ手段とを備え、
   前記電流垂下手段において検出された前記電流（ＩＬ）が前記設定値（Ｉ _SET ）より大きいとき、前記両端電圧（Ｖ _SW ）を減少させて前記第１の半導体スイッチの両端電圧が設定値以下となるように前記ＰＷＭ手段によりＰＷＭを行い、第１の半導体スイッチのゲートへ出力して、第１の半導体スイッチのオン／オフ比を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の放電装置。

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