JP5509431B2 - Semiconductor circuit breaker and DC power supply system - Google Patents

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Description

本発明は、電源装置から負荷装置へ過電流が流れた場合にこれを遮断することが可能な半導体遮断器、及びこの半導体遮断器を備えた直流給電システムに関する。   The present invention relates to a semiconductor circuit breaker capable of interrupting an overcurrent that flows from a power supply device to a load device, and a DC power supply system including the semiconductor circuit breaker.

近年、データセンタや通信局舎などにおいては、ルータやサーバ等の各種負荷装置へ直流電力を供給する直流給電システムの構築が進められている。直流給電システムは、電源装置からの直流電力(直流電流)を電力供給線を介して負荷装置へ供給するものであり、1つの電源装置から複数の負荷装置へ給電する場合には、電源装置からの直流電力を電流分配装置で分配して複数の負荷装置へ供給するように構成される。   In recent years, in data centers, communication stations, and the like, construction of a DC power supply system that supplies DC power to various load devices such as routers and servers has been promoted. The DC power supply system supplies DC power (DC current) from a power supply device to a load device via a power supply line. When supplying power from one power supply device to a plurality of load devices, the power supply device The direct current power is distributed by a current distribution device and supplied to a plurality of load devices.

このような直流給電システムでは、負荷装置への給電を高信頼・高品質で行えるようにすることが要求されている。そのため、電源装置と負荷装置の間には、負荷装置側で短絡等の事故が発生した場合に生じる過大な短絡電流からシステムを保護するために、保護装置が設けられる。上述した電流分配装置を備えたシステムにおいては、その電力分配装置内において分配先毎に保護装置が設けられるのが一般的である。   In such a DC power supply system, it is required to supply power to the load device with high reliability and high quality. For this reason, a protection device is provided between the power supply device and the load device in order to protect the system from an excessive short-circuit current that occurs when an accident such as a short circuit occurs on the load device side. In a system including the above-described current distribution device, a protection device is generally provided for each distribution destination in the power distribution device.

保護装置としては、従来よりヒューズの使用が一般的であるが、ヒューズの場合、過電流によって溶断する度に交換する必要があったり、高電圧の直流給電システムになるとそれに応じた定格のものを用いる必要があるなど、手間やコストの点で難点がある。そのため、ヒューズに代わる保護装置として、電力供給線上に半導体スイッチング素子を挿入し、この半導体スイッチング素子によって電力供給線を導通・遮断可能に構成された半導体遮断器が種々提案されている。   As a protection device, a fuse has been generally used. However, in the case of a fuse, it is necessary to replace it every time it is blown by overcurrent, or when a high-voltage DC power supply system is used, a fuse with a rating corresponding to that is required. There is a difficulty in terms of labor and cost, such as the need to use it. Therefore, various semiconductor circuit breakers have been proposed as a protection device that replaces the fuse, in which a semiconductor switching element is inserted on the power supply line, and the power supply line can be turned on and off by the semiconductor switching element.

半導体遮断器は、通常動作時は半導体スイッチング素子を常時オンして電源装置から負荷装置へ電力を供給させるが、半導体スイッチング素子を流れる電流がある閾値以上となった場合、即ち過電流状態になった場合には、これを検出して半導体スイッチング素子をオフすることで、過電流を遮断する。   The semiconductor circuit breaker always turns on the semiconductor switching element during normal operation and supplies power from the power supply device to the load device. However, when the current flowing through the semiconductor switching element exceeds a certain threshold value, that is, an overcurrent state occurs. If this occurs, this is detected and the semiconductor switching element is turned off to cut off the overcurrent.

ところで、過電流の発生は、短絡事故が生じた場合に限らず、例えば瞬間的に流れる突入電流やノイズによって発生したり、負荷装置側の容量成分(コンデンサ)が充電される際に発生するなど、システムは正常であっても発生する場合がある。なお、負荷装置側のコンデンサとは、例えば、負荷装置の入力段に設けられた入力フィルタ(LCフィルタ)を構成するコンデンサや、電源の瞬断時に負荷装置への電力供給を補償するための蓄電手段としてのコンデンサなど、半導体遮断器から負荷装置側の回路に存在しているあらゆるコンデンサ(容量成分)が含まれる。   By the way, the occurrence of an overcurrent is not limited to the case where a short circuit accident occurs, for example, it occurs due to an inrush current or noise that flows instantaneously, or occurs when a capacitance component (capacitor) on the load device side is charged. Even if the system is normal, it may occur. The capacitor on the load device side is, for example, a capacitor constituting an input filter (LC filter) provided in the input stage of the load device, or a power storage for compensating the power supply to the load device when the power supply is momentarily interrupted. Any capacitor (capacitance component) existing in the circuit on the load device side from the semiconductor circuit breaker, such as a capacitor as a means, is included.

このような、突入電流やコンデンサ充電電流などによる過電流は、短絡等による事故電流とは違って、システムの異常によって発生するものではないため、そのような過電流が検出された場合には必ずしも継続的に遮断させる必要はない。   Such an overcurrent due to an inrush current or a capacitor charging current, unlike an accident current due to a short circuit or the like, does not occur due to an abnormality in the system. Therefore, when such an overcurrent is detected, it is not always necessary. There is no need for continuous interruption.

そこで従来、過電流が発生した場合に、それが短絡等による事故電流なのかそれともコンデンサ充電電流のような一時的なものなのかを見極めて、事故電流であった場合には半導体スイッチング素子を完全にオフさせる技術が知られている(例えば、特許文献1,2参照。)。   Therefore, in the past, when an overcurrent occurred, it was determined whether it was an accident current due to a short circuit or a temporary one such as a capacitor charging current. There are known techniques for turning off the power (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特許文献1,2に記載された技術は、半導体スイッチング素子を流れる電流が閾値以上か否か判断し、閾値以上となった場合には半導体スイッチング素子のオン・オフ(以下「リトライ動作」という)を繰り返すことで、短絡電流を限流するものである。リトライ動作を行う毎、即ち、一旦オフさせて再びオンさせる毎に、そのオン時に半導体スイッチング素子を通過する電流をみて、閾値を下回っているか否か判断する。そして、閾値を下回るまでリトライ動作を繰り返し、閾値を下回ったならばリトライ動作を停止して半導体スイッチング素子を常時オン状態に復帰させる。   The techniques described in Patent Documents 1 and 2 determine whether or not the current flowing through the semiconductor switching element is equal to or greater than a threshold value. If the current exceeds the threshold value, the semiconductor switching element is turned on / off (hereinafter referred to as “retry operation”). Is used to limit the short-circuit current. Each time the retry operation is performed, that is, every time the power is turned off and then turned on again, it is determined whether or not the current is below the threshold value by looking at the current passing through the semiconductor switching element when the power is turned on. Then, the retry operation is repeated until the value falls below the threshold value, and if the value falls below the threshold value, the retry operation is stopped and the semiconductor switching element is always returned to the on state.

一方、所定時間リトライ動作を繰り返しても閾値を下回らなかった場合は、短絡等による事故電流であると判定して、半導体スイッチング素子を完全にオフする。   On the other hand, if the threshold value is not less than the threshold value after repeating the retry operation for a predetermined time, it is determined that the accident current is caused by a short circuit or the like, and the semiconductor switching element is completely turned off.

特開2007−236061号公報JP 2007-236061 A 特許第3400302号公報Japanese Patent No. 3400302

しかし、コンデンサ充電電流による過電流は、負荷側のコンデンサの容量が大きくなると充電に要する時間も長くなるため、その過電流状態が長時間継続してしまう。すると、過電流発生によりリトライ動作が開始された後、所定時間経過しても、充電が完了せずにまだ過電流状態のままとなり、これによって短絡等による事故電流と誤判定され、半導体スイッチング素子が完全にオフされて負荷装置への電力供給が停止してしまう。   However, the overcurrent caused by the capacitor charging current increases the time required for charging as the capacitance of the capacitor on the load side increases, and the overcurrent state continues for a long time. Then, after the retry operation is started due to the occurrence of an overcurrent, even if a predetermined time elapses, the charging is not completed and the overcurrent state still remains, which is erroneously determined as an accident current due to a short circuit or the like, and the semiconductor switching element Is completely turned off and the power supply to the load device is stopped.

コンデンサの容量が大きくても上記のような誤判定を防ぎつつ確実に充電させるためには、例えば、リトライ動作を許容する所定時間を長く設定するという方法が考えられる。
しかし、そのようにすると、本当に短絡事故が発生して事故電流が流れている場合にも、設定した時間が経過するまではリトライ動作が繰り返されることになり、短絡事故であるとの判定や半導体スイッチング素子を完全にオフさせるタイミングが遅れてしまう。
In order to reliably charge the battery while preventing the erroneous determination as described above even when the capacity of the capacitor is large, for example, a method of setting a long predetermined time permitting the retry operation is conceivable.
However, in such a case, even if a short circuit accident has actually occurred and the accident current is flowing, the retry operation will be repeated until the set time has elapsed, and it is determined that there is a short circuit accident or a semiconductor The timing for completely turning off the switching element is delayed.

一方、リトライ動作を許容する所定時間は変えずに、過電流かどうかを判定するための閾値を高い値に設定する方法も考えられる。しかしそのようにすると、短絡等による事故電流以外の過電流が流れているにもかかわらず、即ち短絡電流よりは小さいものの定格よりも大きい電流が流れていて半導体スイッチング素子をリトライ動作させるべき状態にある場合にもかかわらず、閾値以上ではないことによってリトライ動作がなされず常時オンされたままとなってしまう。そのため、過電流かどうかの閾値を高く設定することは、過電流の判定機能そのものが低下するため、現実的ではない。   On the other hand, a method for setting a threshold value for determining whether or not an overcurrent is set to a high value without changing the predetermined time during which the retry operation is permitted is also conceivable. However, when doing so, overcurrent other than accidental current due to a short circuit or the like flows, that is, a current that is smaller than the short circuit current but larger than the rating flows, and the semiconductor switching element should be in a retry operation. Regardless of the case, the retry operation is not performed because the threshold value is not equal to or greater than the threshold value, and the device is always turned on. For this reason, it is not realistic to set a high threshold value for determining whether or not there is an overcurrent because the overcurrent determination function itself deteriorates.

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、過電流の判定機能を十分に維持しつつ、過電流が発生した場合にそれが負荷装置側の短絡等による事故電流なのか否かを正確且つ迅速に判定して、事故電流の場合には迅速にその過電流を遮断することが可能な半導体遮断器を提供すること、及びこの半導体遮断器を備えた直流給電システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to accurately determine whether or not an overcurrent has occurred due to a short circuit or the like on the load device side when an overcurrent occurs while sufficiently maintaining the overcurrent determination function. It is an object to provide a semiconductor circuit breaker capable of quickly determining and quickly interrupting an overcurrent in the case of an accident current, and to provide a DC power supply system including the semiconductor circuit breaker. To do.

上記課題を解決するためになされた請求項1に記載の発明は、電源装置から電力供給線を介して負荷装置へ直流電力を供給する直流給電システムにおいて、電源装置と負荷装置の間を導通・遮断するために電力供給線に設けられた半導体遮断器であって、電力供給線上に挿入され、該電力供給線を導通・遮断するための、半導体スイッチング素子からなる半導体スイッチ手段と、電源装置から負荷装置へ半導体スイッチ手段を介して流れる電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段により検出された電流が予め設定された電流閾値以上である過電流であるか否か判断する過電流判断手段と、この過電流判断手段により過電流と判断された場合に、所定のタイミングで半導体スイッチ手段のオン・オフを繰り返すリトライ動作を行うリトライ制御手段と、電力供給線を介して負荷装置へ出力されている電圧を検出する電圧検出手段と、過電流判断手段により過電流と判断された場合に、該判断されてから予め設定された判定所要期間が経過するまでに電圧検出手段により検出される電圧が予め設定された継続遮断不要条件を満たすか否か判断する電圧判断手段と、この電圧判断手段により、判定所要期間が経過するまでに電圧検出手段により検出される電圧が継続遮断不要条件を満たすと判断されなかった場合に、半導体スイッチ手段を継続的にオフさせる遮断手段と、を備えたことを特徴とするものである。   The invention according to claim 1, which has been made to solve the above-described problems, is a continuity between the power supply device and the load device in a DC power supply system that supplies DC power from the power supply device to the load device via the power supply line. A semiconductor circuit breaker provided on a power supply line for cutting off, a semiconductor switch means inserted on the power supply line, and made of a semiconductor switching element for conducting / cutting off the power supply line, and a power supply device Current detection means for detecting the current flowing through the semiconductor switch means to the load device, and overcurrent determination for determining whether the current detected by the current detection means is an overcurrent that is equal to or greater than a preset current threshold And a retry operation that repeats turning on and off of the semiconductor switch means at a predetermined timing when the overcurrent is determined by the overcurrent determination means. When the overcurrent is determined by the live control means, the voltage detection means for detecting the voltage output to the load device via the power supply line, and the overcurrent determination means, a preset value is set after the determination. Voltage determination means for determining whether or not the voltage detected by the voltage detection means satisfies a preset continuous cutoff unnecessary condition until the determination required period elapses, and until the determination required period elapses by this voltage determination means And a blocking means for continuously turning off the semiconductor switch means when it is not determined that the voltage detected by the voltage detection means satisfies the continuous cutoff unnecessary condition.

このように構成された請求項1に記載の半導体遮断器では、電源装置から負荷装置への給電が行われる通常時は、半導体スイッチ手段がオンされることによりこの半導体スイッチ手段を介して電力供給線上を電流が流れる。そして、その電流が電流閾値以上(過電流)となった場合にはリトライ動作が行われる。   In the semiconductor circuit breaker according to claim 1 configured as described above, when power is supplied from the power supply device to the load device, the semiconductor switch device is turned on to supply power via the semiconductor switch device. Current flows on the wire. When the current becomes equal to or greater than the current threshold (overcurrent), a retry operation is performed.

このような動作を基本としつつ、本発明では更に、電力供給線を介して負荷装置側へ出力されている電圧を検出可能に構成されている。そして、過電流と判断された場合に、その判断がなされてから判定所要期間が経過するまでに電圧が継続遮断不要条件を満たすか否かを判断する。   While based on such an operation, the present invention is further configured to detect the voltage output to the load device via the power supply line. And when it is judged that it is an overcurrent, it is judged whether a voltage satisfy | fills the continuous interruption | blocking unnecessary condition after the judgment required period passes after the judgment is made.

過電流が発生する要因は種々考えられるが、例えば負荷装置側の短絡故障による事故電流の場合、短絡故障であるが故に、負荷装置側の電圧は大きく低下すると共にその状態が継続する。これに対し、例えば負荷装置が有するコンデンサ(容量成分)に対する充電電流によって過電流が発生した場合、その過電流は一時的なものであって、コンデンサの充電が進むに従ってその充電電流も徐々に低下していく。そのため、負荷装置側の電圧については、過電流発生直後は、コンデンサの充電量がまだ少なくて充電電流が大きいため、短絡故障発生時と同様に非常に小さい値となるものの、コンデンサの充電が進むに従って電圧は大きくなっていき、やがて電源装置から供給される直流電圧と同等の値となる。   There are various causes for the occurrence of overcurrent. For example, in the case of an accident current due to a short-circuit failure on the load device side, the voltage on the load device side greatly decreases and the state continues because of the short-circuit failure. On the other hand, for example, when an overcurrent occurs due to the charging current to the capacitor (capacitance component) of the load device, the overcurrent is temporary and the charging current gradually decreases as the capacitor is charged. I will do it. Therefore, as for the voltage on the load device side, immediately after the overcurrent occurs, the charge amount of the capacitor is still small and the charge current is large. Accordingly, the voltage increases and eventually becomes a value equivalent to the DC voltage supplied from the power supply device.

つまり、短絡事故等により生じる過電流(事故電流)と負荷装置側のコンデンサへの充電により生じる過電流(充電電流)とでは、過電流が発生した後の負荷装置側の電圧の変化に違いがある。   In other words, there is a difference in the voltage change on the load device side after the overcurrent occurs between the overcurrent (accident current) caused by a short circuit accident etc. and the overcurrent (charge current) caused by charging the capacitor on the load device side. is there.

そこで本発明では、過電流発生後の電圧に基づいて、その過電流が短絡等による事故電流なのか否かを判断する。具体的には、過電流と判断された場合に、その判断がなされてから判定所要期間が経過するまでに電圧が継続遮断不要条件を満たすか否かを判断する。そして、継続遮断不要条件を満たすと判断されなかった場合には、短絡等による事故電流が流れていることが推定されることから、半導体スイッチ手段を継続的にオフすることでその過電流を遮断する。   Therefore, in the present invention, based on the voltage after the occurrence of the overcurrent, it is determined whether or not the overcurrent is an accident current due to a short circuit or the like. Specifically, when it is determined that the current is an overcurrent, it is determined whether or not the voltage satisfies the continuous cutoff unnecessary condition until the determination required period elapses after the determination is made. If it is not determined that the continuous interruption unnecessary condition is satisfied, it is presumed that an accident current due to a short circuit or the like is flowing, so that the overcurrent is interrupted by continuously turning off the semiconductor switch means. To do.

従って、請求項1に記載の半導体遮断器によれば、リトライ動作を行うべきレベルの過電流に対する判定機能を十分に維持しつつ、過電流が発生した場合にそれが負荷装置側の短絡等による事故電流なのか否かを正確且つ迅速に判定することができる。そのため、事故電流の場合には半導体スイッチ手段をオフすることによってその事故電流を迅速に遮断することができる。また、例えば負荷装置側のコンデンサへ一時的に過大な充電電流が流れた場合には、それが事故電流と誤判定されるのを回避でき、コンデンサへの充電を確実に行うことができる。   Therefore, according to the semiconductor circuit breaker of the first aspect, when the overcurrent is generated while sufficiently maintaining the determination function for the overcurrent at the level at which the retry operation should be performed, it is caused by a short circuit on the load device side or the like. Whether or not the current is an accident current can be determined accurately and quickly. Therefore, in the case of an accident current, the accident current can be quickly interrupted by turning off the semiconductor switch means. In addition, for example, when an excessive charging current temporarily flows to the capacitor on the load device side, it can be avoided that it is erroneously determined as an accident current, and the capacitor can be reliably charged.

次に、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の半導体遮断器であって、継続遮断不要条件は、過電流判断手段により過電流と判断されてから判定所要期間が経過するまでに、電圧検出手段により検出される電圧が予め設定された電圧閾値以上となることである。   Next, the invention according to claim 2 is the semiconductor circuit breaker according to claim 1, wherein the continuous interruption unnecessary condition is determined as an overcurrent by the overcurrent determination means until a determination required period elapses. In addition, the voltage detected by the voltage detecting means is equal to or higher than a preset voltage threshold.

負荷装置側で短絡故障が発生した場合の負荷装置側の電圧(電圧検出手段により検出される電圧)は、電源装置から負荷装置に至る電力供給線のインピーダンスを無視すれば、0Vに近い値まで低下する。そして、短絡故障が継続している限りその状態(0Vに近い状態)は継続する。   When a short circuit failure occurs on the load device side, the voltage on the load device side (voltage detected by the voltage detection means) is close to 0 V if the impedance of the power supply line from the power supply device to the load device is ignored. descend. As long as the short-circuit failure continues, the state (a state close to 0 V) continues.

一方、負荷装置が有するコンデンサ(容量成分)に対する充電電流によって過電流が発生した場合、負荷装置側の電圧は、過電流発生直後は短絡故障と同様に0Vに近い値にまで低下するものの、コンデンサへの充電が進むにつれて電圧は徐々に上昇していき、やがて電圧閾値以上となる。   On the other hand, when an overcurrent occurs due to a charging current for the capacitor (capacitance component) of the load device, the voltage on the load device side decreases to a value close to 0 V just like the short-circuit failure immediately after the occurrence of the overcurrent. The voltage gradually increases as the charging of the battery proceeds, and eventually exceeds the voltage threshold.

そこで本発明(請求項2)では、過電流が発生してから判定所要期間が経過するまでに負荷装置側の電圧が電圧閾値以上とならなかった場合に、短絡等による事故電流が流れているとの推定のもと、半導体スイッチ手段を継続的にオフしてその過電流を遮断する。   Therefore, in the present invention (Claim 2), when the voltage on the load device side does not become equal to or higher than the voltage threshold before the determination required period elapses after an overcurrent occurs, an accident current due to a short circuit or the like flows. The semiconductor switch means is continuously turned off under the assumption that the overcurrent is interrupted.

従って、請求項2に記載の半導体遮断器によれば、電圧閾値以上となるか否かという簡易的な判断方法によって、過電流が短絡等の事故電流であるか否かを容易に判断することができる。   Therefore, according to the semiconductor circuit breaker according to claim 2, it is possible to easily determine whether or not the overcurrent is an accident current such as a short circuit by a simple determination method of whether or not the voltage threshold is exceeded. Can do.

次に、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の半導体遮断器であって、継続遮断不要条件は、過電流判断手段により過電流と判断されてから判定所要期間が経過するまでに、電圧検出手段により検出される電圧の変化量が予め設定された電圧変化量閾値以上となることである。   Next, the invention according to claim 3 is the semiconductor circuit breaker according to claim 1, wherein the continuous interruption unnecessary condition is determined as an overcurrent by the overcurrent determination means until the determination required period elapses. In addition, the amount of change in voltage detected by the voltage detection means is equal to or greater than a preset voltage change amount threshold.

負荷装置側で短絡故障が発生した場合に負荷装置側の電圧(電圧検出手段より検出される電圧)がどの程度低下するかは、より詳しくは、電源装置から負荷装置に至る電力供給線のインピーダンス(特にインダクタンス成分)によって異なる。即ち、短絡故障発生時の負荷装置側の電圧は、電源装置の出力電圧を、電源装置から電圧検出部位までの電流経路のインピーダンス(以下「電源側インピーダンス」という)と電圧検出部位から負荷装置までの電流経路のインピーダンス(以下「負荷側インピーダンス」という)との比によって分圧した値とほぼ同じ値となる。   More specifically, how much the voltage on the load device side (the voltage detected by the voltage detection means) decreases when a short-circuit fault occurs on the load device side, more specifically, the impedance of the power supply line from the power supply device to the load device It depends on (especially the inductance component). That is, when the short-circuit fault occurs, the voltage on the load device side is the output voltage of the power supply device, the impedance of the current path from the power supply device to the voltage detection site (hereinafter referred to as “power supply side impedance”) and the voltage detection site to the load device. This value is almost the same as the value divided by the ratio to the impedance of the current path (hereinafter referred to as “load-side impedance”).

そのため、負荷側インピーダンスが電源側インピーダンスよりも十分小さければ、短絡故障時の負荷装置側の電圧は0Vに近くなるが、負荷側インピーダンスが電源側インピーダンスに対して相対的に大きくなればなるほど、短絡故障時の負荷装置側の電圧は0Vよりも大きい値となる。   Therefore, if the load side impedance is sufficiently smaller than the power supply side impedance, the voltage on the load device side at the time of the short circuit failure will be close to 0V, but the short circuit becomes larger as the load side impedance becomes relatively larger than the power supply side impedance. The voltage on the load device side at the time of failure becomes a value larger than 0V.

そのため、請求項2に記載の発明のように電圧閾値に基づいて判断する方法は、上記のようにインピーダンス比に起因して負荷装置側の電圧が0Vよりも大きくなる場合は、インピーダンス比を考慮して(即ち短絡故障時の実際の負荷装置側の電圧値に応じて)電圧閾値を適切な値に設定する必要があり、その分、設計工数の増大を招くおそれがある。   Therefore, the method of judging based on the voltage threshold as in the invention described in claim 2 considers the impedance ratio when the voltage on the load device side becomes larger than 0 V due to the impedance ratio as described above. Therefore, it is necessary to set the voltage threshold value to an appropriate value (in accordance with the voltage value on the actual load device side at the time of a short-circuit failure), which may lead to an increase in design man-hours.

これに対し、請求項3に記載の半導体遮断器では、電圧の値そのものではなく、電圧の変化量に基づいて事故電流であるかどうかを判断する。即ち、コンデンサへの充電電流による過電流発生直後に電圧がどの程度低下するかについては上記の通りインピーダンス比によって異なるものの、過電流発生後は、過電流発生直後の電圧の大小にかかわらず、充電が進むにつれて電圧は徐々に増加していく。そのため、電圧変化量閾値を適宜設定して、電圧の変化量がその電圧変化量閾値以上となれば、コンデンサへの充電電流と判断することができる。   On the other hand, in the semiconductor circuit breaker according to the third aspect, it is determined whether the current is an accident current based on the amount of change in the voltage, not the voltage value itself. In other words, how much the voltage drops immediately after the overcurrent due to the charging current to the capacitor varies depending on the impedance ratio as described above, but after the overcurrent occurs, the charge is charged regardless of the magnitude of the voltage immediately after the overcurrent occurs. As the voltage progresses, the voltage gradually increases. Therefore, if the voltage change amount threshold value is set appropriately and the voltage change amount is equal to or greater than the voltage change amount threshold value, it can be determined as a charging current to the capacitor.

従って、請求項3に記載の半導体遮断器によれば、上記インピーダンス比にかかわらず(即ち、過電流発生時に負荷装置側の電圧がどの程度まで低下するかにかかわらず)、過電流が発生した場合にそれが短絡等による事故電流であるか否かを容易に判断することができる。   Therefore, according to the semiconductor circuit breaker according to claim 3, an overcurrent is generated regardless of the impedance ratio (that is, regardless of how much the voltage on the load device decreases when the overcurrent is generated). In this case, it can be easily determined whether or not the current is an accident current due to a short circuit or the like.

次に、請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の半導体遮断器であって、判定所要期間は、予め設定された判定時間が経過するまでの期間、又はリトライ制御手段によるリトライ動作が予め設定された判定回数行われる期間である。   Next, the invention according to claim 4 is the semiconductor circuit breaker according to any one of claims 1 to 3, wherein the determination required period is a period until a predetermined determination time elapses. This is a period in which the retry operation by the retry control means is performed a predetermined number of times.

このように構成された請求項4に記載の半導体遮断器によれば、判定所要期間の設定の自由度が広がり、汎用性の高い半導体遮断器の提供が可能となる。
次に、請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の半導体遮断器であって、リトライ制御手段は、過電流判断手段により過電流と判断されたことによってリトライ動作を開始した後、電圧判断手段によって、判定所要期間が経過するまでに電圧検出手段により検出される電圧が継続遮断不要条件を満たすと判断された場合は、予め設定されたリトライ停止条件の成立後にリトライ動作を停止する。
According to the semiconductor circuit breaker according to claim 4 configured as described above, the degree of freedom for setting the determination required period is widened, and a highly versatile semiconductor circuit breaker can be provided.
Next, the invention according to claim 5 is the semiconductor circuit breaker according to any one of claims 1 to 4, wherein the retry control means is determined to be overcurrent by the overcurrent determination means. If the voltage detection means determines that the voltage detected by the voltage detection means satisfies the continuous interruption unnecessary condition until the determination required period elapses after the retry operation is started, the preset retry stop is set. The retry operation is stopped after the condition is satisfied.

即ち、過電流と判断された場合であっても、判定所要期間が経過するまでに電圧が継続遮断不要条件を満たした場合は、短絡等の事故電流ではないことが推定されると共に、負荷装置側の状態によってはその過電流はやがて収まることも予想される。特に上述したコンデンサの充電電流の場合は、充電が進むことによって電流は元の定常状態のレベルに収まっていく。そして、過電流が収まれば、リトライ動作をさせる必要性は必ずしもなくなり、半導体スイッチ手段を継続的にオンさせるようにしてもよい。   That is, even if it is determined that the current is an overcurrent, if the voltage satisfies the continuous interruption unnecessary condition until the determination required period elapses, it is estimated that the current is not an accident current such as a short circuit, and the load device Depending on the condition of the side, it is expected that the overcurrent will eventually settle. In particular, in the case of the above-described capacitor charging current, as the charging proceeds, the current falls within the original steady state level. If the overcurrent is settled, there is no need to perform the retry operation, and the semiconductor switch means may be continuously turned on.

そこで、請求項5に記載の半導体遮断器では、判定所要期間が経過するまでに電圧が継続遮断不要条件を満たした場合は、リトライ停止条件が成立するまでは引き続きリトライ動作を続けるものの、リトライ停止条件が成立した場合にはリトライ動作を停止して、半導体スイッチ手段が継続的にオンされる定常状態に戻るようにしている。   Therefore, in the semiconductor circuit breaker according to claim 5, when the voltage satisfies the continuous interruption unnecessary condition until the determination required period elapses, the retry operation is continued until the retry stop condition is satisfied, but the retry stop is performed. When the condition is satisfied, the retry operation is stopped to return to a steady state in which the semiconductor switch means is continuously turned on.

従って、請求項5に記載の半導体遮断器によれば、過電流が短絡等による事故電流ではない場合、リトライ動作によってその過電流から当該半導体遮断器や負荷装置を保護しつつ、過度にリトライ動作を続けることなくより迅速に定常状態に戻すことが可能となる。   Therefore, according to the semiconductor circuit breaker according to claim 5, when the overcurrent is not an accident current due to a short circuit or the like, the retry operation is excessively performed while the semiconductor circuit breaker and the load device are protected from the overcurrent by the retry operation. It is possible to return to the steady state more quickly without continuing.

次に、請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の半導体遮断器であって、リトライ停止条件は、リトライ動作の開始から予め設定されたリトライ時間以上が経過すること、又はリトライ動作の開始から予め設定されたリトライ回数以上リトライ動作を行うことである。   Next, the invention according to claim 6 is the semiconductor circuit breaker according to claim 5, wherein the retry stop condition is that a predetermined retry time elapses from the start of the retry operation or the retry operation is performed. The retry operation is performed more than the preset number of retries from the start of the operation.

このように構成された請求項6に記載の半導体遮断器によれば、リトライ動作を停止させるタイミングを簡易的且つ適切に設定することができる。また、短絡等の事故電流以外の過電流については、その原因によっては、過電流が収まるまでの時間をおおよそ推測することも可能である。例えば上述したコンデンサへの充電電流の場合は、負荷装置側の容量がわかれば、充電電流が収まるのに要する時間を的確に推測できる。そのため、その推測した時間に応じてリトライ時間或いはリトライ回数を設定すれば、リトライ動作を停止させるタイミングのより適切な設定が可能となる。   According to the semiconductor circuit breaker of the sixth aspect configured as described above, the timing for stopping the retry operation can be set easily and appropriately. For overcurrent other than accidental current such as short circuit, depending on the cause, it is possible to roughly estimate the time until the overcurrent is settled. For example, in the case of the charging current to the capacitor described above, if the capacity on the load device side is known, the time required for the charging current to settle can be accurately estimated. Therefore, if the retry time or the number of retries is set according to the estimated time, it is possible to set a more appropriate timing for stopping the retry operation.

次に、請求項7に記載の発明は、請求項5に記載の半導体遮断器であって、リトライ停止条件は、電流検出手段により検出された電流が電流閾値を下回ることである。
リトライ制御手段は、そもそも、過電流と判断された場合にリトライ動作を開始するものであるから、リトライ動作を行うべきか否かは、本来、過電流状態であるか否かによって決めるのが適切であるとも言える。そのため、電流が電流閾値を下回った場合(即ち過電流状態ではなくなった場合)にリトライ動作を停止させるようにすれば、より適切なタイミングでのリトライ動作の停止が可能となる。
Next, the invention according to claim 7 is the semiconductor circuit breaker according to claim 5, wherein the retry stop condition is that the current detected by the current detecting means falls below the current threshold.
In the first place, the retry control means starts the retry operation when it is determined as an overcurrent. Therefore, it is appropriate to determine whether or not to perform the retry operation based on whether or not it is in an overcurrent state. It can be said that. Therefore, if the retry operation is stopped when the current falls below the current threshold (that is, when the overcurrent state is not reached), the retry operation can be stopped at a more appropriate timing.

次に、請求項8に記載の発明は、電源装置から複数の負荷装置へ直流電力を供給する直流給電システムであって、電源装置からの直流電力を複数の系統に分配して該系統毎にそれぞれ電流供給線を介して一又は複数の負荷装置へ直流電力を供給するよう構成されている。そして、各電流供給線の少なくとも1つに、請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の半導体遮断器が設けられている。   Next, an invention according to claim 8 is a DC power supply system that supplies DC power from a power supply device to a plurality of load devices, and distributes the DC power from the power supply device to a plurality of systems, for each system. Each is configured to supply DC power to one or a plurality of load devices via current supply lines. And the semiconductor circuit breaker of any one of Claims 1-7 is provided in at least 1 of each electric current supply line.

上記のように構成された直流給電システムにおいては、電力供給系統が複数の系統に分配されているため、例えばある1つの系統において短絡事故が発生して過大な事故電流が流れると、その影響が、当該系統はもちろん、他の正常な系統にまで及んでしまう。   In the DC power supply system configured as described above, since the power supply system is distributed to a plurality of systems, for example, if a short circuit accident occurs in one system and an excessive accident current flows, the influence is affected. Of course, this system extends to other normal systems.

そこで、このような直流給電システムに対し、本発明(請求項1〜7)の半導体遮断器を設ければ、ある系統で短絡事故が発生して過大な事故電流が流れてもそれを迅速に遮断することができ、これにより他の正常な系統への影響を大幅に抑制することができる。   Therefore, if a semiconductor circuit breaker according to the present invention (Claims 1 to 7) is provided for such a DC power supply system, even if a short circuit accident occurs and an excessive accident current flows in a certain system, it can be quickly detected. It can block | block, and it can suppress significantly the influence on another normal system | strain by this.

第1実施形態の直流給電システムの概略構成を表す構成図である。It is a lineblock diagram showing a schematic structure of a direct-current power supply system of a 1st embodiment. 第1実施形態の半導体遮断器の動作例を表す図であり、(a)は負荷装置側のコンデンサへの充電電流が流れた場合の動作例を表し、(b)は負荷装置側の短絡事故による事故電流が流れた場合の動作例を表す。It is a figure showing the operation example of the semiconductor circuit breaker of 1st Embodiment, (a) represents the operation example when the charging current to the capacitor | condenser on the load apparatus side flows, (b) represents the short circuit accident on the load apparatus side. An operation example in the case where an accident current flows due to is shown. 第1実施形態の過電流保護制御処理を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the overcurrent protection control process of 1st Embodiment. 第2実施形態の過電流保護制御処理を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the overcurrent protection control process of 2nd Embodiment. 第3実施形態の過電流保護制御処理を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the overcurrent protection control process of 3rd Embodiment.

以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
[第1実施形態]
(1)直流給電システムの構成
図1に、本発明が適用された実施形態の直流給電システムの概略構成を表す。図1に示すように、本実施形態の直流給電システム1は、電源装置3からの直流電力を電力供給線7,8を介して複数の負荷装置21,22,23・・・へ供給するよう構成されたものである。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
(1) Configuration of DC Power Supply System FIG. 1 shows a schematic configuration of a DC power supply system according to an embodiment to which the present invention is applied. As shown in FIG. 1, the DC power supply system 1 of the present embodiment supplies DC power from a power supply device 3 to a plurality of load devices 21, 22, 23... Via power supply lines 7, 8. It is configured.

電源装置3からの直流電力は、電流分配装置5によって複数の系統に分配され、系統毎にそれぞれ対応する負荷装置へ供給される。図1では、一例として、1つの系統に対して1つの負荷装置が接続された構成が示されている。   The DC power from the power supply device 3 is distributed to a plurality of systems by the current distribution device 5 and supplied to the corresponding load device for each system. FIG. 1 shows a configuration in which one load device is connected to one system as an example.

電源装置3は、各負荷装置21,22,23・・・へその動作用の直流電力を供給するものであり、本実施形態では定格出力電圧が例えば400Vである。この電源装置3の具体的構成としては、例えば、商用交流電力を直流電力に変換する整流装置を備えてなるものが考えられるが、負荷装置側へ所定電圧の直流電力を供給できるものである限り、その具体的構成は特に限定されるものではない。   The power supply device 3 supplies DC power for operation to each of the load devices 21, 22, 23..., And in this embodiment, the rated output voltage is 400V, for example. As a specific configuration of the power supply device 3, for example, a configuration including a rectifier that converts commercial AC power into DC power is conceivable. However, as long as DC power of a predetermined voltage can be supplied to the load device side. The specific configuration is not particularly limited.

各負荷装置21,22,23・・・は、いずれも電源装置3からの直流電力によって動作するものであるが、本実施形態では、各負荷装置21,22,23・・・のいずれも、その入力段に、入力電力の安定化やノイズ対策等のための、コンデンサ及びコイルからなる入力フィルタ(LCフィルタ)が設けられている。また、各負荷装置21,22,23・・・の何れか1つ又は複数には、電源装置3からの直流電力供給が瞬断した場合に動作用電圧を補償するための蓄電手段(コンデンサ)が設けられている。   Each of the load devices 21, 22, 23... Is operated by DC power from the power supply device 3, but in the present embodiment, each of the load devices 21, 22, 23. The input stage is provided with an input filter (LC filter) composed of a capacitor and a coil for stabilization of input power and countermeasures against noise. Further, any one or a plurality of load devices 21, 22, 23,... Has a power storage means (capacitor) for compensating the operating voltage when the DC power supply from the power supply device 3 is momentarily interrupted. Is provided.

つまり、各負荷装置21,22,23・・・はそれぞれ、電源装置3からみるとコンデンサ(容量成分)を有する負荷となっており、それ故に、これら各負荷装置21,22,23・・・へ給電が行われる際には、後述するようにコンデンサへの過大な充電電流が流れることがある。   That is, each load device 21, 22, 23... Is a load having a capacitor (capacitance component) when viewed from the power supply device 3, and therefore each of these load devices 21, 22, 23. When power is supplied to the capacitor, an excessive charging current to the capacitor may flow as described later.

電流分配装置5は、電源装置3からの直流電力を各負荷装置21,22,23・・・毎に分配して供給するために設けられたものである。本実施形態の直流給電システム1においては、電流分配装置5により分配された各系統それぞれにおいて、定格電流よりも大きい過電流が流れる可能性がある。具体的には、負荷装置側の短絡等の事故により継続的に発生する過電流、或いは、既述の通り、負荷装置側のコンデンサへ充電電流が流れる際に一時的に発生する過電流などが考えられる。   The current distribution device 5 is provided to distribute and supply the DC power from the power supply device 3 to each of the load devices 21, 22, 23. In the DC power supply system 1 of the present embodiment, an overcurrent larger than the rated current may flow in each system distributed by the current distribution device 5. Specifically, there is an overcurrent that continuously occurs due to an accident such as a short circuit on the load device side, or an overcurrent that temporarily occurs when a charging current flows to the capacitor on the load device side as described above. Conceivable.

そこで、電流分配装置5には、分配された各系統毎にそれぞれ、負荷装置側へ流れる過電流を検出して必要に応じてこれを遮断するための、半導体遮断器が設けられている。即ち、複数の負荷装置21,22,23・・・のうち1つの負荷装置21への系統には1つの半導体遮断器11が設けられ、別の1つの負荷装置22への系統にも1つの半導体遮断器12が設けられ、また別の1つの負荷装置23への系統にも1つの半導体遮断器13が設けられている。   Therefore, the current distribution device 5 is provided with a semiconductor circuit breaker for detecting an overcurrent flowing to the load device side for each distributed system and interrupting it as necessary. That is, one semiconductor circuit breaker 11 is provided in the system to one load device 21 among the plurality of load devices 21, 22, 23... A semiconductor circuit breaker 12 is provided, and one semiconductor circuit breaker 13 is also provided in a system to another load device 23.

本実施形態では、電流分配装置5内に設けられた複数の半導体遮断器11,12,13・・・はいずれも基本的に同じ構成であるため、代表として1つの半導体遮断器11についてその構成を説明する。   In the present embodiment, since the plurality of semiconductor circuit breakers 11, 12, 13,... Provided in the current distribution device 5 have basically the same structure, the structure of one semiconductor circuit breaker 11 is representatively shown. Will be explained.

半導体遮断器11は、2本の電力供給線7,8のうち一方の電力供給線7に設けられた半導体スイッチ部31と、この半導体スイッチ部31が設けられた電力供給線7を流れる電流を検出するための電流センサ32と、半導体スイッチ部31の下流側(負荷装置側)における各電力供給線7,8間の電圧(即ち負荷装置21への出力電圧)を検出するための電圧センサ33と、これら電流センサ32及び電圧センサ33による検出結果に基づいて半導体スイッチ部31の動作(オン・オフ)を制御する制御回路34と、を備えている。   The semiconductor circuit breaker 11 includes a semiconductor switch unit 31 provided in one of the two power supply lines 7 and 8 and a current flowing through the power supply line 7 provided with the semiconductor switch unit 31. A current sensor 32 for detection and a voltage sensor 33 for detecting a voltage between the power supply lines 7 and 8 on the downstream side (load device side) of the semiconductor switch unit 31 (that is, an output voltage to the load device 21). And a control circuit 34 that controls the operation (on / off) of the semiconductor switch unit 31 based on the detection results of the current sensor 32 and the voltage sensor 33.

なお、2本の電力供給線7,8のうち、半導体スイッチ部31が設けられた一方の電力供給線7は電源装置3内の直流電源(直流電圧)の正極側に接続され、他方の電力供給線8は電源装置3内の直流電源の負極側に接続されている。但し、各電力供給線7,8のうちどちらに半導体スイッチ部31や電流センサ32を設けるかについては特に限定されるものではなく、半導体スイッチ部31については、負荷装置21側へ直流電力を供給又は遮断できるものである限り、また電流センサ32については、負荷装置21側へ流れる電流を検出できるものである限り、具体的にどの電力供給線へどのように設けるかは適宜決めることができる。   Of the two power supply lines 7, 8, one power supply line 7 provided with the semiconductor switch unit 31 is connected to the positive side of the DC power supply (DC voltage) in the power supply device 3, and the other power The supply line 8 is connected to the negative electrode side of the DC power supply in the power supply device 3. However, there is no particular limitation as to which of the power supply lines 7 and 8 the semiconductor switch unit 31 and the current sensor 32 are provided, and the semiconductor switch unit 31 supplies DC power to the load device 21 side. As long as the current sensor 32 can be cut off, and as long as the current flowing to the load device 21 can be detected, the specific power supply line can be determined as appropriate.

半導体スイッチ部31は、電力供給線7上に挿入された半導体スイッチング素子(図示略。例えばMOSFET。)を備えてなるものであり、制御回路34からの駆動信号(詳しくは後述する駆動部45からの駆動信号)に従ってその半導体スイッチング素子がオン・オフされる。即ち、半導体スイッチング素子が例えばMOSFETの場合は、ソースが電源装置3側に接続され、ドレインが負荷装置21側に接続され、ゲートに制御回路34からの駆動信号が入力されることとなる。   The semiconductor switch unit 31 includes a semiconductor switching element (not shown; for example, MOSFET) inserted on the power supply line 7, and a drive signal from the control circuit 34 (details from a drive unit 45 described later). The semiconductor switching element is turned on / off according to the drive signal). That is, when the semiconductor switching element is, for example, a MOSFET, the source is connected to the power supply device 3 side, the drain is connected to the load device 21 side, and the drive signal from the control circuit 34 is input to the gate.

なお、以下の説明で半導体スイッチ部31について「オン」「オフ」という場合は、詳しくは半導体スイッチ部31を構成する半導体スイッチング素子の「オン(ターンオン)」「オフ(ターンオフ)」を意味しているものとする。   In the following description, the term “on” and “off” for the semiconductor switch unit 31 means “on (turn on)” and “off (turn off)” of the semiconductor switching elements constituting the semiconductor switch unit 31 in detail. It shall be.

そのため、半導体スイッチ部31がオンされている間は、この半導体スイッチ部31が設けられている電力供給線7が導通され、電源装置3から負荷装置21への電力供給が可能な状態となる。逆に、半導体スイッチ部31がオフされている間は、この半導体スイッチ部31が設けられている電力供給線7が遮断され、電源装置3から負荷装置21への電力供給が遮断される。   Therefore, while the semiconductor switch unit 31 is turned on, the power supply line 7 provided with the semiconductor switch unit 31 is turned on, and power can be supplied from the power supply device 3 to the load device 21. On the contrary, while the semiconductor switch unit 31 is turned off, the power supply line 7 provided with the semiconductor switch unit 31 is cut off, and the power supply from the power supply device 3 to the load device 21 is cut off.

制御回路34は、電流センサ32により検出された電流値を計測してその電流値を示すデータ(電流Id)を出力する電流計測部41と、電圧センサ33により検出された電圧値を計測してその電圧値を示すデータ(電圧Vd)を出力する電圧計測部42と、これら電流計測部41及び電圧計測部42から出力された各データ(電流Id、電圧Vd)が記憶される計測値記憶部43と、この計測値記憶部43に記憶された電流Id,電圧Vdに基づいて後述する各種判断を行い、その判断結果に応じて半導体スイッチ部31をオン又はオフさせるための制御信号を出力する制御部44と、この制御部44からの制御信号に従って半導体スイッチ部31へ駆動信号を出力することにより半導体スイッチ部31をオン・オフさせる駆動部45と、制御部44にて行われる各種判断に用いられる各種設定情報が記憶された設定情報記憶部46と、を備えている。   The control circuit 34 measures the current value detected by the current sensor 32 and outputs data (current Id) indicating the current value, and measures the voltage value detected by the voltage sensor 33. A voltage measurement unit 42 that outputs data (voltage Vd) indicating the voltage value, and a measurement value storage unit that stores data (current Id, voltage Vd) output from the current measurement unit 41 and the voltage measurement unit 42 43 and various determinations to be described later based on the current Id and voltage Vd stored in the measured value storage unit 43, and a control signal for turning on or off the semiconductor switch unit 31 is output according to the determination result. A control unit 44, and a drive unit 45 for turning on and off the semiconductor switch unit 31 by outputting a drive signal to the semiconductor switch unit 31 in accordance with a control signal from the control unit 44; It includes a setting information storage unit 46 in which various setting information used for various determinations are stored performed in control unit 44.

設定情報記憶部46には、設定情報として、半導体スイッチ部31を流れる電流が過電流状態になっているか否かを判断するための判断基準として用いられる「電流閾値」と、半導体スイッチ部31を流れる電流が過電流状態となった場合にその過電流が負荷装置21側の短絡等による事故電流であるか否かを判断するための判断基準として用いられる「電圧閾値」と、短絡等による事故電流であるか否かの最終判定を下すための判定基準として用いられる「判定時間T1」と、過電流状態となって半導体スイッチ部31のリトライ動作が開始された後、その過電流が短絡等の事故電流ではないと判定された場合に、リトライ動作を停止するタイミングを決める基準として用いられる「リトライ時間T2」が記憶されている。これらの設定情報は、入力インタフェース35を介して、図示しない外部の設定装置から予め入力・記憶される。   The setting information storage unit 46 includes, as setting information, a “current threshold value” used as a determination criterion for determining whether or not the current flowing through the semiconductor switch unit 31 is in an overcurrent state, and the semiconductor switch unit 31. When the flowing current becomes an overcurrent state, the “voltage threshold” used as a criterion for determining whether or not the overcurrent is an accident current due to a short circuit or the like on the load device 21 side, and an accident due to a short circuit or the like The “determination time T1” used as a determination criterion for making a final determination as to whether or not the current is current, and after the retry operation of the semiconductor switch unit 31 is started due to an overcurrent state, the overcurrent is short-circuited, etc. When it is determined that the accident current is not, the “retry time T2” used as a reference for determining the timing for stopping the retry operation is stored. The setting information is input and stored in advance from an external setting device (not shown) via the input interface 35.

本実施形態では、図2に示すように、一例として、定常状態時に各電力供給線7,8を流れる電流は約2.5[A]であり、電流閾値は4[A]に設定され、電圧閾値は1[V]に設定されている。また、判定時間T1はリトライ時間T2よりも短い時間に設定されている。この図2については後で説明する。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, as an example, the current flowing through the power supply lines 7 and 8 in a steady state is about 2.5 [A], and the current threshold is set to 4 [A]. The voltage threshold is set to 1 [V]. The determination time T1 is set to be shorter than the retry time T2. This FIG. 2 will be described later.

なお、電流計測部41による電流Idの計測と電圧計測部42による電圧Vdの計測は、いずれも制御部44からの計測指示に従って行われる。また、リトライ動作中は、半導体スイッチ部31がオンした時の電流Id,電圧Vd(ピーク値)を計測するように計測指示が行われる。そして、その計測指示に従って計測される毎に、その計測結果である電流Id,電圧Vdが計測値記憶部43へ記憶される。   Note that the measurement of the current Id by the current measurement unit 41 and the measurement of the voltage Vd by the voltage measurement unit 42 are both performed according to a measurement instruction from the control unit 44. In addition, during the retry operation, a measurement instruction is issued so as to measure the current Id and voltage Vd (peak value) when the semiconductor switch unit 31 is turned on. Each time measurement is performed in accordance with the measurement instruction, the measurement result storage unit 43 stores the current Id and the voltage Vd as the measurement results.

(2)半導体遮断器の動作説明
次に、上記のように構成された半導体遮断器11の動作について、図2を用いて説明する。図2(a)は、負荷装置21へコンデンサの充電電流が流れたことによって過電流が発生した場合の動作例を表し、図2(b)は、負荷装置21側の短絡等の事故による事故電流が流れたことによって過電流が発生した場合の動作例を表す。
(2) Description of Operation of Semiconductor Circuit Breaker Next, the operation of the semiconductor circuit breaker 11 configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows an operation example when an overcurrent occurs due to the charging current of the capacitor flowing to the load device 21, and FIG. 2B shows an accident due to an accident such as a short circuit on the load device 21 side. An operation example in the case where an overcurrent occurs due to a current flowing is shown.

図2(a)に示すように、定常状態において2.5[A]の電流が流れているときに、負荷装置21へコンデンサ充電電流が流れると、電流閾値(4[A])を超える(時刻t=0)。即ち、過電流状態となる。このように電流閾値以上となった場合は、制御部44は、半導体スイッチ部31のリトライ動作を行うための制御信号を駆動部45へ出力して、リトライ動作を行うことにより、半導体スイッチ部31を介して負荷装置21側へ流れる電流を限流する。   As shown in FIG. 2A, when a capacitor charging current flows to the load device 21 while a current of 2.5 [A] flows in a steady state, the current threshold (4 [A]) is exceeded ( Time t = 0). That is, it becomes an overcurrent state. In this way, when the current threshold value is exceeded, the control unit 44 outputs a control signal for performing the retry operation of the semiconductor switch unit 31 to the drive unit 45 to perform the retry operation, thereby performing the semiconductor switch unit 31. The current flowing to the load device 21 side is limited.

リトライ動作とは、図2(a)に示されているように、半導体スイッチ部31のオン・オフを所定タイミング毎に繰り返し行うものである。このリトライ動作を停止するタイミングは種々考えられ、本実施形態では、後述するようにリトライ動作開始からの経過時間によって定められる。また、後述する第3実施形態では、電流閾値を下回ったか否かによって定められる。   In the retry operation, as shown in FIG. 2A, the semiconductor switch unit 31 is repeatedly turned on and off at predetermined timings. Various timings for stopping the retry operation are conceivable. In the present embodiment, as will be described later, the retry operation is determined by the elapsed time from the start of the retry operation. In a third embodiment to be described later, it is determined depending on whether or not the current threshold value is below.

図2(a)の例では、発生した過電流がコンデンサ充電電流であることから、図示のように、電流閾値を超える大きな過電流が流れる。一方、負荷装置21側(以下単に「負荷側」とも言う)の電圧については、本来ならば定格の400[V]近傍であるはずが、過大な充電電流の流れ始めは0[V]に近い値であり、電圧閾値よりも低い。   In the example of FIG. 2A, since the generated overcurrent is a capacitor charging current, a large overcurrent exceeding the current threshold flows as illustrated. On the other hand, the voltage on the load device 21 side (hereinafter also simply referred to as “load side”) should be close to the rated 400 [V] originally, but the beginning of excessive charging current flow is close to 0 [V]. Value, which is lower than the voltage threshold.

このように、電流閾値以上の電流が流れる一方で負荷側の電圧については0[V]に近い値となってしまう状態は、コンデンサ充電電流の場合以外にも、図2(b)に示すように、負荷装置21側の短絡等の事故による事故電流が流れた場合にも生じる(時刻t=0)。そのため、電流閾値以上の過電流が流れ始めた時に負荷側の電圧が電圧閾値より低くなったとしても、その時点では、それがコンデンサ充電電流なのか事故電流なのかまで判定することは困難である。   As described above, the state where the current on the load side flows while the current on the load side becomes a value close to 0 [V] is shown in FIG. 2B in addition to the case of the capacitor charging current. This also occurs when an accident current due to an accident such as a short circuit on the load device 21 side flows (time t = 0). For this reason, even when the overcurrent above the current threshold begins to flow, even if the voltage on the load side becomes lower than the voltage threshold, it is difficult to determine whether it is a capacitor charging current or an accident current at that time. .

但し、事故電流の場合は、図2(b)に示すように、負荷側の電圧は0[V]近くでほとんど変化せずに推移するのに対し、コンデンサ充電電流の場合は、図2(a)に示すように、コンデンサへの充電が進むにつれて電圧は徐々に上昇していき、ある程度時間が経過した時(時刻t1)には電圧閾値以上となる。   However, in the case of an accident current, as shown in FIG. 2B, the voltage on the load side changes little near 0 [V], whereas in the case of a capacitor charging current, the voltage in FIG. As shown in a), the voltage gradually increases as the charging of the capacitor proceeds, and when a certain amount of time has passed (time t1), the voltage becomes equal to or higher than the voltage threshold value.

そこで制御部44は、上記のようにコンデンサ充電電流の場合は負荷側の電圧がやがて電圧閾値以上になるという性質を利用して、コンデンサ充電電流なのか事故電流なのかを判定するようにしている。具体的には、電流閾値以上となる過電流が発生した時(時刻t=0)から判定時間T1が経過するまで待ち、判定時間T1が経過したら(時刻t2)、その時の負荷側の電圧を計測する。そして、計測した電圧が電圧閾値以上であった場合にはコンデンサ充電電流と判定し、電圧閾値を下回っていた場合には事故電流であると判定する。   Therefore, the control unit 44 determines whether the current is a capacitor charging current or an accident current by utilizing the property that the voltage on the load side eventually becomes equal to or higher than the voltage threshold in the case of the capacitor charging current as described above. . Specifically, the process waits for the determination time T1 to elapse after the occurrence of an overcurrent exceeding the current threshold (time t = 0). When the determination time T1 elapses (time t2), the voltage on the load side at that time is set. measure. And when the measured voltage is more than a voltage threshold value, it determines with a capacitor charging current, and when it is less than a voltage threshold value, it determines with it being an accident current.

図2(a)は、コンデンサ充電電流であるため、判定時間T1が経過する前に負荷側の電圧は電圧閾値以上となっている。そのため、この場合は引き続きリトライ動作を継続しつつコンデンサへの充電を続ける。そして、リトライ動作開始時(時刻t=0)からリトライ時間T2が経過すると(時刻t3)、リトライ動作を停止して、半導体スイッチ部31を継続的にオンさせ、定常状態に戻す。   Since FIG. 2A shows the capacitor charging current, the voltage on the load side is equal to or higher than the voltage threshold before the determination time T1 elapses. Therefore, in this case, the capacitor is continuously charged while continuing the retry operation. When the retry time T2 elapses from the start of the retry operation (time t = 0) (time t3), the retry operation is stopped, the semiconductor switch unit 31 is continuously turned on, and the steady state is restored.

一方、図2(b)は、事故電流であるため、判定時間T1が経過しても負荷側の電圧は電圧閾値よりも小さい。そのため、この場合は判定時間T1の経過後にリトライ動作を停止して、半導体スイッチ部31を継続的にオフさせる。つまり、電源装置3から負荷装置21への電力供給を完全に遮断するのである。   On the other hand, since FIG. 2B shows an accident current, the load-side voltage is smaller than the voltage threshold even when the determination time T1 has elapsed. Therefore, in this case, the retry operation is stopped after the determination time T1 has elapsed, and the semiconductor switch unit 31 is continuously turned off. That is, the power supply from the power supply device 3 to the load device 21 is completely cut off.

判定時間T1は、コンデンサ充電電流によって負荷側の電圧が0[V]に近くなるほどの過電流が発生した場合に、コンデンサへの充電が進むことによって負荷側の電圧が電圧閾値以上に上昇するのに要する時間を考慮して設定される。即ち、コンデンサ充電電流ならば当該判定時間T1が経過するまでには負荷側の電圧が電圧閾値以上になるであろう時間が適宜設定される。但し、短絡等による事故電流が発生した場合にはこれを可能な限り迅速に判定して半導体スイッチ部31をオフさせる必要があり、事故電流からの迅速な保護という観点では、判定時間T1はできるだけ短い方がよい。   In the determination time T1, when an overcurrent that causes the load-side voltage to approach 0 [V] is generated by the capacitor charging current, the load-side voltage rises above the voltage threshold as the capacitor is charged. It is set in consideration of the time required for. That is, when the capacitor charging current is used, a time during which the load-side voltage is likely to be equal to or higher than the voltage threshold before the determination time T1 elapses is appropriately set. However, when an accident current due to a short circuit or the like occurs, it is necessary to determine this as quickly as possible to turn off the semiconductor switch unit 31. From the viewpoint of quick protection from an accident current, the determination time T1 is as long as possible. Shorter is better.

そのため、判定時間T1は、コンデンサ充電電流であることの正確な判定と、事故電流であることの正確且つ迅速な判定の双方が可能となるように、電圧閾値とのバランスも考慮した上で設定される。   Therefore, the determination time T1 is set in consideration of the balance with the voltage threshold so that both accurate determination of the capacitor charging current and accurate and quick determination of the accident current are possible. Is done.

(3)過電流保護制御処理の説明
次に、半導体遮断器11を上記のように動作させるために制御部44が実行する過電流保護制御処理について、図3のフローチャートを用いて説明する。図3のフローチャートは、半導体スイッチ部31がオンされることにより負荷装置21への定常的な電力供給が開始された後の処理を示すものである。
(3) Description of Overcurrent Protection Control Processing Next, the overcurrent protection control processing executed by the control unit 44 for operating the semiconductor circuit breaker 11 as described above will be described with reference to the flowchart of FIG. The flowchart of FIG. 3 shows a process after the steady power supply to the load device 21 is started when the semiconductor switch unit 31 is turned on.

制御部44は、定常的な電力供給を開始すると、まずS110にて、電流Idを計測する。具体的には、電流計測部41に計測指示を出し、その計測結果を計測値記憶部43から取得する。そして、S120にてタイマtをリセットする。   When starting the steady power supply, the controller 44 first measures the current Id in S110. Specifically, a measurement instruction is issued to the current measurement unit 41, and the measurement result is acquired from the measurement value storage unit 43. In step S120, the timer t is reset.

そして、S130にて、計測した電流Idが電流閾値以上の過電流であるか否かを判断する。このとき、電流閾値を下回っているならば、再びS110に戻るが、電流閾値以上ならば、S140にてリトライ動作を開始し、S150にてタイマtをスタートさせる。そして、続くS160にて、タイマt(詳しくはその計時時間)が判定時間T1以上であるか否かを判断し、判定時間T1以上となるまで待機する。   In S130, it is determined whether or not the measured current Id is an overcurrent equal to or greater than a current threshold. At this time, if it is below the current threshold value, the process returns to S110 again. If it is equal to or greater than the current threshold value, a retry operation is started in S140, and a timer t is started in S150. Then, in subsequent S160, it is determined whether or not the timer t (specifically, the measured time) is equal to or greater than the determination time T1, and the process waits until it reaches the determination time T1.

そして、タイマtが判定時間T1以上になると、S170にて電圧Vdを計測する。具体的には、電圧計測部42に計測指示を出し、その計測結果を計測値記憶部43から取得する。そして、S180にて、その計測した電圧Vdが電圧閾値以上であるか否かを判断する。   Then, when the timer t reaches the determination time T1 or more, the voltage Vd is measured in S170. Specifically, a measurement instruction is issued to the voltage measurement unit 42, and the measurement result is acquired from the measurement value storage unit 43. In S180, it is determined whether or not the measured voltage Vd is equal to or higher than a voltage threshold value.

ここで、電圧Vdが電圧閾値を下回っていた場合は、S230に進み、短絡等による事故電流であるとの事故判定を行う。そして、事故判定後は、S240にてリトライ動作を停止し、続くS250にて、半導体スイッチ部31を継続的にオフさせた上で、この過電流保護制御処理を終了する。   If the voltage Vd is below the voltage threshold value, the process proceeds to S230, and an accident determination is made that the accident current is due to a short circuit or the like. After the accident determination, the retry operation is stopped in S240, and the semiconductor switch unit 31 is continuously turned off in S250, and the overcurrent protection control process is terminated.

一方、S180にて電圧Vdが電圧閾値以上であった場合は、過電流の原因は短絡等による事故電流ではなく、そのままリトライ動作を継続してもよいものと判断して、S190にて、タイマtがリトライ時間T2以上になるまで待機する。つまり、リトライ時間T2以上になるまでリトライ動作を継続する。   On the other hand, if the voltage Vd is greater than or equal to the voltage threshold value in S180, it is determined that the cause of the overcurrent is not an accident current due to a short circuit or the like, and that the retry operation may be continued as it is. Wait until t reaches the retry time T2 or more. That is, the retry operation is continued until the retry time T2 is reached.

そして、タイマtがリトライ時間T2以上になったら、S200にてリトライ動作を停止し、続くS210にて、半導体スイッチ部31を継続的にオンさせて、定常状態に戻す。そして、S220にて、負荷装置21側への電力供給を含む当該過電流保護制御処理を停止すべきか否かを判断し、まだ継続すべきならばS110に戻り、停止すべきならばS250に進んで半導体スイッチ部31を継続的にオフさせる。   When the timer t reaches the retry time T2 or longer, the retry operation is stopped in S200, and in S210, the semiconductor switch unit 31 is continuously turned on to return to the steady state. In S220, it is determined whether or not the overcurrent protection control process including the power supply to the load device 21 should be stopped. If it should be continued, the process returns to S110, and if it should be stopped, the process proceeds to S250. Thus, the semiconductor switch unit 31 is continuously turned off.

(4)第1実施形態の効果等
以上説明した本実施形態の半導体遮断器11では、過電流発生時にそれが短絡等の事故電流であるか否かを判定するために、半導体スイッチ部31を流れる電流を検出する電流センサ32と負荷側の電圧を検出する電圧センサ33を設けると共に、過電流判定用の電流閾値と事故判定用の電圧閾値が設定されている。
(4) Effects of the First Embodiment In the semiconductor circuit breaker 11 of the present embodiment described above, the semiconductor switch unit 31 is used to determine whether it is an accident current such as a short circuit when an overcurrent occurs. A current sensor 32 for detecting a flowing current and a voltage sensor 33 for detecting a voltage on the load side are provided, and a current threshold for overcurrent determination and a voltage threshold for accident determination are set.

そして、検出された電流Idが電流閾値以上の過電流となった場合は、その過電流となった時から判定時間T1が経過するのを待つ。そして、判定時間T1が経過した時に、その時の負荷側の電圧をみて、電圧閾値を下回っていた場合には、短絡等による事故電流と判定する。   When the detected current Id becomes an overcurrent that is equal to or greater than the current threshold, the process waits for the determination time T1 to elapse since the overcurrent is reached. When the determination time T1 elapses, the voltage on the load side at that time is observed, and if it is below the voltage threshold, it is determined that the current is an accident due to a short circuit or the like.

そのため、リトライ動作を行うべきレベルの過電流(電流閾値以上の過電流)に対する判定機能(基本的な機能)を十分に維持しつつ、過電流が発生した場合にそれが負荷装置21側の短絡等による事故電流なのか否かを、電圧閾値との比較というごく簡易的な方法でありながら正確且つ迅速に判定することができる。そのため、事故電流の場合には半導体スイッチ部31を迅速にオフしてその事故電流を迅速に遮断することができる。   Therefore, when an overcurrent occurs while sufficiently maintaining a determination function (basic function) for an overcurrent (overcurrent greater than the current threshold) at which retry operation should be performed, this is a short circuit on the load device 21 side. Whether or not the fault current is caused by the above or the like can be accurately and quickly determined by a simple method of comparison with the voltage threshold. For this reason, in the case of an accident current, the semiconductor switch unit 31 can be quickly turned off to quickly interrupt the accident current.

また、負荷装置21側のコンデンサへ一時的に過大な充電電流が流れた場合には、電流が電流閾値以上となるものの、その後判定時間T1が経過する前に負荷側の電圧が電圧閾値以上となれば、事故電流とは判定されない。そのため、コンデンサ充電電流が事故電流と誤判定されてしまうのを回避でき、コンデンサへの充電を確実に行うことができる。   In addition, when excessive charging current temporarily flows to the capacitor on the load device 21 side, the current becomes equal to or higher than the current threshold, but the load side voltage becomes equal to or higher than the voltage threshold before the determination time T1 elapses thereafter. If it becomes, it will not be determined as an accident current. Therefore, it can be avoided that the capacitor charging current is erroneously determined as an accident current, and the capacitor can be reliably charged.

また、判定時間T1が経過するまでに負荷側の電圧が電圧閾値以上になった場合は、リトライ時間T2が経過するまではリトライ動作を継続し、その後にリトライ動作を停止して、半導体スイッチ部31を継続的にオンさせるようにしている。   If the load-side voltage becomes equal to or higher than the voltage threshold before the determination time T1 elapses, the retry operation is continued until the retry time T2 elapses, and then the retry operation is stopped, and the semiconductor switch unit 31 is continuously turned on.

そのため、過電流が短絡等による事故電流ではない場合は、リトライ動作によってその過電流からシステムを保護しつつ、過度にリトライ動作を続けることもなく、より迅速に定常状態に戻すことが可能となる。   Therefore, when the overcurrent is not an accident current due to a short circuit or the like, it is possible to return to the steady state more quickly without continuing the retry operation excessively while protecting the system from the overcurrent by the retry operation. .

そして、本実施形態の直流給電システム1は、電力供給系統が複数の系統に分配されており、各系統毎に半導体遮断器11,12,13・・・が設けられている。そのため、例えばある1つの系統において短絡等の事故が発生して過大な電流が流れても、それを迅速に遮断することができるため、事故による他の正常な系統への影響を大幅に抑制することができる。   In the DC power supply system 1 of the present embodiment, the power supply system is distributed to a plurality of systems, and semiconductor breakers 11, 12, 13... Are provided for each system. For this reason, for example, even if an accident such as a short circuit occurs in one system and an excessive current flows, it can be quickly shut off, greatly reducing the impact of the accident on other normal systems be able to.

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素の対応関係を明らかにする。本実施形態において、半導体スイッチ部31は本発明の半導体スイッチ手段に相当し、電流センサ32は本発明の電流検出手段に相当し、電圧センサ33は本発明の電圧検出手段に相当し、制御回路34は本発明の過電流判断手段、電圧判断手段、リトライ制御手段、及び遮断手段に相当する。   Here, the correspondence between the components of the present embodiment and the components of the present invention will be clarified. In the present embodiment, the semiconductor switch unit 31 corresponds to the semiconductor switch means of the present invention, the current sensor 32 corresponds to the current detection means of the present invention, the voltage sensor 33 corresponds to the voltage detection means of the present invention, and the control circuit. Reference numeral 34 corresponds to an overcurrent determination unit, a voltage determination unit, a retry control unit, and a cutoff unit of the present invention.

[第2実施形態]
上記第1実施形態では、電流Idが電流閾値以上の過電流状態となった場合に、その過電流状態となった時から判定時間T1が経過した時の電圧Vdが電圧閾値以上となっているか否かに基づいて、事故電流であるか否かの判定を行うようにした(図3のS160〜S180等参照)。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, when the current Id is in an overcurrent state that is equal to or greater than the current threshold, is the voltage Vd when the determination time T1 has elapsed from when the current Id is in the overcurrent state equal to or greater than the voltage threshold? Based on whether or not, it is determined whether or not the current is an accident current (see S160 to S180 in FIG. 3).

これに対し、本実施形態では、過電流状態となった場合に、その過電流状態となった時から判定時間T1が経過するまでの間の電圧Vdの変化量に基づいて、事故電流であるか否かの判定を行う。より具体的には、過電流状態となった時の電圧Vd(=Vd1)から判定時間T1が経過した時の電圧Vd(=Vd2)までの変化量が電圧変化量閾値以上とならなかった場合に、事故電流と判定する。   On the other hand, in the present embodiment, when an overcurrent state occurs, an accident current is generated based on the amount of change in the voltage Vd from when the overcurrent state is reached until the determination time T1 elapses. It is determined whether or not. More specifically, the amount of change from the voltage Vd (= Vd1) at the time of the overcurrent state to the voltage Vd (= Vd2) when the determination time T1 has elapsed does not exceed the voltage change amount threshold value. In addition, it is determined as an accident current.

そのため、本実施形態の半導体遮断器は、図1に示した第1実施形態の半導体遮断器11と比較して、設定情報記憶部46の設定情報が一部異なる。具体的には、第1実施形態における電圧閾値に代えて、本実施形態では電圧変化量閾値が設定される。また、これに伴って、制御部44が実行する過電流保護制御処理も一部異なる。これら以外の構成については、第1実施形態の半導体遮断器11と同じである。   Therefore, the semiconductor circuit breaker of the present embodiment is partially different from the semiconductor breaker 11 of the first embodiment shown in FIG. Specifically, instead of the voltage threshold in the first embodiment, a voltage change amount threshold is set in the present embodiment. Along with this, part of the overcurrent protection control process executed by the control unit 44 is also different. About the structure of those other than these, it is the same as the semiconductor circuit breaker 11 of 1st Embodiment.

次に、本実施形態の半導体遮断器における制御部44が実行する過電流保護制御処理について、図4を用いて説明する。なお、図4の過電流保護制御処理のうち、S310〜S330の処理、S350〜S370の処理、及びS400〜S460の処理は、それぞれ、図3に示した第1実施形態の過電流保護制御処理における、S110〜S130の処理、S140〜S160の処理、及びS190〜S250の処理と同じであるため、ここではこれら各処理については詳細説明を省略する。   Next, the overcurrent protection control process executed by the control unit 44 in the semiconductor circuit breaker of this embodiment will be described with reference to FIG. Of the overcurrent protection control processing of FIG. 4, the processing of S310 to S330, the processing of S350 to S370, and the processing of S400 to S460 are respectively the overcurrent protection control processing of the first embodiment shown in FIG. Are the same as the processing of S110 to S130, the processing of S140 to S160, and the processing of S190 to S250, and detailed description of these processes is omitted here.

図4の過電流保護制御処理の開始後、過電流状態になると(S330:YES)、S340にて、その時の電圧Vdを計測し、その計測結果を電圧Vd1として記憶する。その後、リトライ動作を開始してタイマtをスタートさせ(S350,S360)、判定時間T1が経過するまで待機する(S370)。   If the overcurrent state is entered after the start of the overcurrent protection control process of FIG. 4 (S330: YES), the voltage Vd at that time is measured in S340, and the measurement result is stored as the voltage Vd1. After that, a retry operation is started to start the timer t (S350, S360), and waits until the determination time T1 elapses (S370).

タイマtが判定時間T1以上になると、S380にて、その時の電圧Vdを計測し、その計測結果を電圧Vd2として記憶する。そして、続くS390にて、その記憶した電圧Vd2とS340で計測・記憶した電圧Vd1との差が電圧変化量閾値以上であるか否か判断する。つまり、過電流状態と判断された時から判定時間T1が経過するまでの間の電圧Vdの変化量が電圧変化量閾値以上となっているか否かを判断するのである。   When the timer t becomes equal to or longer than the determination time T1, the voltage Vd at that time is measured in S380, and the measurement result is stored as the voltage Vd2. In subsequent S390, it is determined whether or not the difference between the stored voltage Vd2 and the voltage Vd1 measured and stored in S340 is equal to or greater than a voltage change amount threshold value. That is, it is determined whether or not the change amount of the voltage Vd from the time when the overcurrent state is determined until the determination time T1 elapses is equal to or greater than the voltage change amount threshold value.

そして、電圧Vdの変化量が電圧変化量閾値以上でない場合は(S390:NO)、S440に進み、短絡等による事故電流であるとの事故判定を行い、その後、リトライ動作を停止し(S450)て、半導体スイッチ部31を継続的にオフさせる(S460)。   If the change amount of the voltage Vd is not equal to or greater than the voltage change amount threshold value (S390: NO), the process proceeds to S440, where an accident determination is made that the accident current is due to a short circuit or the like, and then the retry operation is stopped (S450). The semiconductor switch unit 31 is continuously turned off (S460).

一方、電圧Vdの変化量が電圧閾値以上であった場合は(S390:YES)、過電流の原因は短絡等による事故電流ではなく、そのままリトライ動作を継続してもよいものと判断して、S400以降の処理に進む。   On the other hand, if the change amount of the voltage Vd is equal to or greater than the voltage threshold (S390: YES), it is determined that the cause of the overcurrent is not an accident current due to a short circuit or the like, and that the retry operation may be continued as it is. It progresses to the process after S400.

以上説明したように、本実施形態の過電流保護制御処理では、第1実施形態の過電流保護制御処理(図3)のような電圧閾値に基づく事故判定、即ち判定時間T1経過時の電圧Vdの値そのものに基づく事故判定とは異なり、電圧の変化量に基づく事故判定を行う。   As described above, in the overcurrent protection control process of the present embodiment, the accident determination based on the voltage threshold as in the overcurrent protection control process (FIG. 3) of the first embodiment, that is, the voltage Vd when the determination time T1 has elapsed. Unlike the accident determination based on the value itself, the accident determination based on the voltage change amount is performed.

負荷装置21の短絡故障時の電圧Vdは、電源装置3から電圧センサ33までの電流経路のインピーダンス(電源側インピーダンス)と電圧センサ33から負荷装置21までの電流経路のインピーダンス(負荷側インピーダンス)との比によっては必ずしも0Vに近い値とはならず、負荷側インピーダンスの比率が大きくなればなるほどその短絡故障時の電圧Vdは0Vより大きい値となる。このように短絡故障時の電圧Vdが0Vより大きくなる場合、上記第1実施形態の過電流保護制御処理では、電圧閾値を適切に設定するのが困難となるおそれがある。   The voltage Vd at the time of the short-circuit failure of the load device 21 includes the impedance of the current path from the power supply device 3 to the voltage sensor 33 (power supply side impedance) and the impedance of the current path from the voltage sensor 33 to the load device 21 (load side impedance). However, the voltage Vd at the time of the short-circuit fault becomes larger than 0V as the ratio of the load side impedance increases. As described above, when the voltage Vd at the time of the short circuit failure is larger than 0 V, it is difficult to appropriately set the voltage threshold in the overcurrent protection control process of the first embodiment.

これに対し、本実施形態の過電流保護制御処理では、電圧の値そのものではなく電圧の変化量に基づいて事故電流であるか否かを判定しているため、上記インピーダンス比にかかわらず(即ち、過電流発生時に負荷装置側の電圧がどの程度まで低下するかにかかわらず)、過電流が発生した場合にそれが短絡等による事故電流であるか否かを容易に判定することができる。   On the other hand, in the overcurrent protection control process of the present embodiment, whether or not the current is an accident current is determined based on the voltage change amount, not the voltage value itself, so regardless of the impedance ratio (that is, Regardless of how much the voltage on the load device decreases when an overcurrent occurs), it is possible to easily determine whether or not an overcurrent has occurred due to a short circuit or the like.

[第3実施形態]
上記第1実施形態では、電流Idが電流閾値以上の過電流状態となった場合、判定時間T1が経過するまでは待機して、判定時間T1が経過した時に、その時の電圧Vdに基づいて事故電流であるか否かの判定が行われる構成であった(図3のS160〜S180参照)。また、過電流状態となったものの事故電流とは判定されなかった場合には、過電流状態となってからリトライ時間T2が経過するまではリトライ動作を継続し、リトライ時間T2が経過したらリトライ動作を停止して定常状態(オン継続)へ移行する構成であった(図3のS190〜S210参照)。
[Third Embodiment]
In the first embodiment, when the current Id is in an overcurrent state that is equal to or greater than the current threshold value, the system waits until the determination time T1 elapses. In this configuration, it is determined whether or not the current is current (see S160 to S180 in FIG. 3). In addition, if the accident current is not determined even though the overcurrent state has occurred, the retry operation is continued until the retry time T2 elapses after the overcurrent state is reached, and the retry operation is performed when the retry time T2 elapses. Is stopped and the system shifts to a steady state (continuation of ON) (see S190 to S210 in FIG. 3).

これに対し、本実施形態では、過電流状態となった場合に、判定時間T1が経過するまでの間、電圧Vdが電圧閾値以上であるか否かの判断を逐一行う。また、過電流状態となったものの事故電流とは判定されなかった場合には、電流Idが電流閾値を下回ったときにリトライ動作を停止する。   In contrast, in the present embodiment, when an overcurrent state occurs, whether or not the voltage Vd is equal to or higher than the voltage threshold is determined one by one until the determination time T1 elapses. In addition, if the accident current is not determined although the overcurrent state has occurred, the retry operation is stopped when the current Id falls below the current threshold.

そのため、本実施形態の半導体遮断器は、図1に示した第1実施形態の半導体遮断器11と比較して、設定情報記憶部46の設定情報が一部異なる。具体的には、第1実施形態におけるリトライ時間T2が不要となる。また、これに伴って、制御部44が実行する過電流保護制御処理も一部異なる。これら以外の構成については、第1実施形態の半導体遮断器11と同じである。   Therefore, the semiconductor circuit breaker of the present embodiment is partially different from the semiconductor breaker 11 of the first embodiment shown in FIG. Specifically, the retry time T2 in the first embodiment is not necessary. Along with this, part of the overcurrent protection control process executed by the control unit 44 is also different. About the structure of those other than these, it is the same as the semiconductor circuit breaker 11 of 1st Embodiment.

次に、本実施形態の半導体遮断器における制御部44が実行する過電流保護制御処理について、図5を用いて説明する。なお、図5の過電流保護制御処理のうち、S510〜S550の処理は、図3に示した第1実施形態の過電流保護制御処理におけるS110〜S150の処理と全く同じであるため、ここではその詳細説明を省略する。   Next, the overcurrent protection control process executed by the control unit 44 in the semiconductor circuit breaker of this embodiment will be described with reference to FIG. Of the overcurrent protection control processing of FIG. 5, the processing of S510 to S550 is exactly the same as the processing of S110 to S150 in the overcurrent protection control processing of the first embodiment shown in FIG. Detailed description thereof is omitted.

過電流状態となったことによって(S530:YES)、リトライ動作が開始されると共にタイマtをスタートさせると(S540,S550)、S560にて、電圧Vdを計測する。そして、S570にて、その計測した電圧Vdが電圧閾値以上であるか否かを判断する。   When the overcurrent state is entered (S530: YES), when the retry operation is started and the timer t is started (S540, S550), the voltage Vd is measured in S560. In S570, it is determined whether or not the measured voltage Vd is equal to or higher than a voltage threshold value.

このとき、電圧Vdが電圧閾値を下回っている場合は、S630に進み、タイマtが判定時間T1以上であるか否か判断する。そして、タイマtがまだ判定時間T1に満たない場合は、S560に戻るが、タイマtが判定時間T1以上になると、S640に進み、短絡等による事故電流であるとの事故判定を行う。そして、事故判定後は、S650にてリトライ動作を停止し、続くS660にて、半導体スイッチ部31を継続的にオフさせた上で、この過電流保護制御処理を終了する。   At this time, if the voltage Vd is below the voltage threshold value, the process proceeds to S630, where it is determined whether the timer t is equal to or greater than the determination time T1. If the timer t has not yet reached the determination time T1, the process returns to S560. However, if the timer t reaches the determination time T1 or more, the process proceeds to S640, and an accident determination is made that the accident current is due to a short circuit or the like. After the accident determination, the retry operation is stopped in S650, and in the subsequent S660, the semiconductor switch unit 31 is continuously turned off, and the overcurrent protection control process is terminated.

一方、S570にて電圧Vdが電圧閾値以上であると判断した場合は、S580にて電流Idを計測し、続くS590にてその電流Idが電流閾値以上であるか否かを判断する。そして、電流Idが電流閾値以上ならば、S580に戻る。つまり、電流Idが電流閾値を下回るまで、S580〜S590の処理が繰り返されることとなる。   On the other hand, if it is determined in S570 that the voltage Vd is greater than or equal to the voltage threshold, the current Id is measured in S580, and it is determined in subsequent S590 whether or not the current Id is greater than or equal to the current threshold. If the current Id is equal to or greater than the current threshold, the process returns to S580. That is, the processes of S580 to S590 are repeated until the current Id falls below the current threshold.

そして、電流Idが次第に低下していくことにより、電流閾値を下回った場合は、S600にてリトライ動作を停止し、続くS610にて、半導体スイッチ部31を継続的にオンさせて、定常状態に戻す。そして、S620にて、負荷装置21側への電力供給を含む当該過電流保護制御処理を停止すべきか否かを判断し、まだ継続すべきならばS510に戻り、停止すべきならばS660に進んで半導体スイッチ部31を継続的にオフさせる。   Then, when the current Id is gradually decreased to fall below the current threshold value, the retry operation is stopped in S600, and in S610, the semiconductor switch unit 31 is continuously turned on to be in a steady state. return. Then, in S620, it is determined whether or not the overcurrent protection control process including the power supply to the load device 21 should be stopped. If it should be continued, the process returns to S510, and if it should be stopped, the process proceeds to S660. Thus, the semiconductor switch unit 31 is continuously turned off.

[変形例]
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
[Modification]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can take various forms as long as they belong to the technical scope of the present invention. Needless to say.

例えば、上記第1,第3実施形態では、過電流状態となった場合にそれが短絡等による事故電流であるか否かの判定を、過電流状態となってから判定時間T1が経過するまでに電圧Vdが電圧閾値以上になるか否かによって行うようにしたが、これに代えて、過電流状態となってからリトライ動作が所定の判定回数行われるまでに電圧Vdが電圧閾値以上になるか否かによって判定するようにしてもよい。つまり、過電流状態となってからの経過時間に基づく事故判定に代えて、リトライ動作の実行回数に基づく事故判定にするのである。   For example, in the first and third embodiments, when an overcurrent state occurs, it is determined whether it is an accident current due to a short circuit or the like until the determination time T1 elapses after the overcurrent state is reached. However, instead of this, the voltage Vd becomes equal to or higher than the voltage threshold before the retry operation is performed a predetermined number of times after the overcurrent state is reached. It may be determined depending on whether or not. That is, instead of the accident determination based on the elapsed time after the overcurrent state, the accident determination is based on the number of executions of the retry operation.

第2実施形態についても同様に、過電流状態となってからリトライ動作が所定の判定回数行われるまでに電圧Vdの変化量が電圧変化量閾値以上となるか否かによって判定するようにしてもよい。   Similarly, in the second embodiment, the determination may be made based on whether or not the change amount of the voltage Vd is equal to or greater than the voltage change amount threshold after the retry operation is performed a predetermined number of times after the overcurrent state is reached. Good.

また、図3のS190に示すように、第1実施形態では、電圧Vdが電圧閾値以上となった場合にはリトライ時間T2が経過するまでリトライ動作を継続するようにしたが、これに代えて、所定のリトライ回数までリトライ動作を継続するようにしてもよい。第2実施形態のS400の処理についても同様であり、このS400の処理(リトライ時間T2が経過するまでリトライ動作を継続すること)に代えて、所定のリトライ回数までリトライ動作を継続するようにしてもよい。   Further, as shown in S190 of FIG. 3, in the first embodiment, when the voltage Vd becomes equal to or higher than the voltage threshold, the retry operation is continued until the retry time T2 elapses. The retry operation may be continued up to a predetermined number of retries. The same applies to the processing of S400 of the second embodiment, and instead of the processing of S400 (continuing the retry operation until the retry time T2 elapses), the retry operation is continued up to a predetermined number of retries. Also good.

また、図5に示した第3実施形態の過電流保護制御処理では、S570にて電圧Vdが電圧閾値以上となった場合、電流Idが電流閾値を下回ったときにリトライ動作を停止するようにしたが(S580〜S600)、負荷装置側の状況によっては、例えば過負荷状態となっていること等によって、電流閾値以上の状態が長く継続するおそれもある。そのため、例えば、電流Idが電流閾値以上の状態が所定時間継続した場合には半導体スイッチ部31を継続的にオフさせるなどの、適切な処理を行うようにしてもよい。   In the overcurrent protection control process of the third embodiment shown in FIG. 5, when the voltage Vd is equal to or higher than the voltage threshold in S570, the retry operation is stopped when the current Id falls below the current threshold. However, depending on the situation on the load device side (S580 to S600), for example, an overload state may occur, and the state above the current threshold may continue for a long time. Therefore, for example, when the state where the current Id is equal to or greater than the current threshold value continues for a predetermined time, an appropriate process such as turning off the semiconductor switch unit 31 may be performed.

また、上記実施形態では、電流分配装置5によって分配される複数の系統の全てに半導体遮断器を設けたが、これは一例であって、必ずしも全ての系統に半導体遮断器を設ける必要はない。   Moreover, in the said embodiment, although the semiconductor circuit breaker was provided in all the some systems distributed by the electric current distribution apparatus 5, this is an example, Comprising: It is not necessary to provide a semiconductor circuit breaker in all the systems.

また、上記実施形態では、電源装置3からの直流電力を電流分配装置5によって複数の系統に分配するように構成された直流給電システム1について説明したが、電流分配装置を有しない単一系統の直流給電システムに対しても本発明を適用できることはいうまでもない。   In the above embodiment, the DC power supply system 1 configured to distribute DC power from the power supply device 3 to a plurality of systems by the current distribution device 5 has been described. It goes without saying that the present invention can also be applied to a DC power supply system.

1…直流給電システム、3…電源装置、5…電流分配装置、7,8…電力供給線、11,12,13…半導体遮断器、21,22,23…負荷装置、31…半導体スイッチ部、32…電流センサ、33…電圧センサ、34…制御回路、35…入力インタフェース、41…電流計測部、42…電圧計測部、43…計測値記憶部、44…制御部、45…駆動部、46…設定情報記憶部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... DC power supply system, 3 ... Power supply device, 5 ... Current distribution device, 7, 8 ... Electric power supply line, 11, 12, 13 ... Semiconductor breaker, 21, 22, 23 ... Load device, 31 ... Semiconductor switch part, 32 ... Current sensor, 33 ... Voltage sensor, 34 ... Control circuit, 35 ... Input interface, 41 ... Current measurement unit, 42 ... Voltage measurement unit, 43 ... Measurement value storage unit, 44 ... Control unit, 45 ... Drive unit, 46 ... Setting information storage

Claims (8)

電源装置から電力供給線を介して負荷装置へ直流電力を供給する直流給電システムにおいて、前記電源装置と前記負荷装置の間を導通・遮断するために前記電力供給線に設けられた半導体遮断器であって、
前記電力供給線上に挿入され、該電力供給線を導通・遮断するための、半導体スイッチング素子からなる半導体スイッチ手段と、
前記電源装置から前記負荷装置へ前記半導体スイッチ手段を介して流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流が予め設定された電流閾値以上である過電流であるか否か判断する過電流判断手段と、
前記過電流判断手段により前記過電流と判断された場合に、所定のタイミングで前記半導体スイッチ手段のオン・オフを繰り返すリトライ動作を行うリトライ制御手段と、
前記電力供給線を介して前記負荷装置へ出力されている電圧を検出する電圧検出手段と、
前記過電流判断手段により前記過電流と判断された場合に、該判断されてから予め設定された判定所要期間が経過するまでに前記電圧検出手段により検出される電圧が予め設定された継続遮断不要条件を満たすか否か判断する電圧判断手段と、
前記電圧判断手段により、前記判定所要期間が経過するまでに前記電圧検出手段により検出される電圧が前記継続遮断不要条件を満たすと判断されなかった場合に、前記半導体スイッチ手段を継続的にオフさせる遮断手段と、
を備えたことを特徴とする半導体遮断器。
In a DC power supply system for supplying DC power from a power supply device to a load device via a power supply line, a semiconductor circuit breaker provided in the power supply line to conduct / cut off between the power supply device and the load device. There,
Semiconductor switch means comprising a semiconductor switching element, inserted on the power supply line, for conducting / interrupting the power supply line;
Current detection means for detecting a current flowing from the power supply device to the load device via the semiconductor switch means;
Overcurrent determination means for determining whether or not the current detected by the current detection means is an overcurrent that is equal to or greater than a preset current threshold;
Retry control means for performing a retry operation that repeats ON / OFF of the semiconductor switch means at a predetermined timing when the overcurrent is determined by the overcurrent determination means;
Voltage detection means for detecting a voltage output to the load device via the power supply line;
When the overcurrent determination unit determines that the overcurrent is present, the voltage detected by the voltage detection unit is not required to be continuously interrupted until a predetermined determination required period elapses after the determination. Voltage judging means for judging whether or not the condition is satisfied;
When the voltage determination means does not determine that the voltage detected by the voltage detection means satisfies the continuous cutoff unnecessary condition before the determination required period elapses, the semiconductor switch means is continuously turned off. Blocking means;
A semiconductor circuit breaker comprising:
請求項1に記載の半導体遮断器であって、
前記継続遮断不要条件は、前記過電流判断手段により前記過電流と判断されてから前記判定所要期間が経過するまでに、前記電圧検出手段により検出される電圧が予め設定された電圧閾値以上となることである
ことを特徴とする半導体遮断器。
The semiconductor circuit breaker according to claim 1,
The continuous interruption unnecessary condition is that the voltage detected by the voltage detection unit is equal to or higher than a preset voltage threshold after the determination current period elapses after the overcurrent determination unit determines the overcurrent. A semiconductor circuit breaker characterized by that.
請求項1に記載の半導体遮断器であって、
前記継続遮断不要条件は、前記過電流判断手段により前記過電流と判断されてから前記判定所要期間が経過するまでに、前記電圧検出手段により検出される電圧の変化量が予め設定された電圧変化量閾値以上となることである
ことを特徴とする半導体遮断器。
The semiconductor circuit breaker according to claim 1,
The continuous interruption unnecessary condition is a voltage change in which a change amount of the voltage detected by the voltage detection unit is determined in advance from the time when the overcurrent determination unit determines that the overcurrent has elapsed until the determination required period elapses. A semiconductor circuit breaker characterized by having a quantity threshold value or more.
請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の半導体遮断器であって、
前記判定所要期間は、予め設定された判定時間が経過するまでの期間、又は前記リトライ制御手段による前記リトライ動作が予め設定された判定回数行われる期間である
ことを特徴とする半導体遮断器。
The semiconductor circuit breaker according to any one of claims 1 to 3,
The determination required period is a period until a predetermined determination time elapses or a period in which the retry operation by the retry control unit is performed a predetermined number of determinations.
請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の半導体遮断器であって、
前記リトライ制御手段は、前記過電流判断手段により前記過電流と判断されたことによって前記リトライ動作を開始した後、前記電圧判断手段によって、前記判定所要期間が経過するまでに前記電圧検出手段により検出される電圧が前記継続遮断不要条件を満たすと判断された場合は、予め設定されたリトライ停止条件の成立後に前記リトライ動作を停止する
ことを特徴とする半導体遮断器。
The semiconductor circuit breaker according to any one of claims 1 to 4,
The retry control means is detected by the voltage detection means by the voltage determination means until the determination required period elapses after the retry operation is started when the overcurrent determination means determines the overcurrent. When it is determined that the voltage to be applied satisfies the continuous interruption unnecessary condition, the retry operation is stopped after a preset retry stop condition is satisfied.
請求項5に記載の半導体遮断器であって、
前記リトライ停止条件は、前記リトライ動作の開始から予め設定されたリトライ時間以上が経過すること、又は前記リトライ動作の開始から予め設定されたリトライ回数以上前記リトライ動作を行うことである
ことを特徴とする半導体遮断器。
The semiconductor circuit breaker according to claim 5,
The retry stop condition is that a predetermined retry time elapses from the start of the retry operation, or the retry operation is performed for a predetermined number of times from the start of the retry operation. Semiconductor breaker to do.
請求項5に記載の半導体遮断器であって、
前記リトライ停止条件は、前記電流検出手段により検出された電流が前記電流閾値を下回ることである
ことを特徴とする半導体遮断器。
The semiconductor circuit breaker according to claim 5,
The retry stop condition is that the current detected by the current detection means falls below the current threshold.
電源装置から複数の負荷装置へ直流電力を供給する直流給電システムであって、
前記電源装置からの直流電力を複数の系統に分配して該系統毎にそれぞれ電流供給線を介して一又は複数の負荷装置へ直流電力を供給するよう構成されており、
前記各電流供給線の少なくとも1つに、請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の半導体遮断器が設けられている
ことを特徴とする直流給電システム。
A DC power supply system for supplying DC power from a power supply device to a plurality of load devices,
DC power from the power supply device is distributed to a plurality of systems, and each system is configured to supply DC power to one or a plurality of load devices via current supply lines, respectively.
A DC power supply system, wherein the semiconductor circuit breaker according to any one of claims 1 to 7 is provided in at least one of the current supply lines.
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