JP6353094B2

JP6353094B2 - スイッチ装置

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Publication number: JP6353094B2
Application number: JP2017013913A
Authority: JP
Inventors: ウェンチョーツァイ; シーミンチェン; ヨンロンリー; チンユアンライ
Original assignee: 光寶電子（廣州）有限公司; 光寶科技股フン有限公司
Priority date: 2016-06-08
Filing date: 2017-01-30
Publication date: 2018-07-04
Anticipated expiration: 2037-01-30
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Description

本発明はスイッチ装置に関し、特に配電システムに用いられるスイッチ装置に関する。

配電システムに設けられるスイッチ装置は、手動或いは自動の２種類に分類され、且つ、電源を負荷に選択的に提供するように操作し、或いは負荷への供給を中断することができる。この自動スイッチ装置の切換スイッチ（transfer switch）は適当な複数の供給電源の間に設けられた自動切換制御に用いられることができる。使用においては複数の供給電源における主たる供給電源（例えば交流電源）に電圧が不安定となる又は断線等の異常が発生した場合には、切換スイッチの自動切換え操作によって、断線等の異常が生じていない供給電源に接続を切換えて、安定した電力を供給させることができる。

中国実用新案第２０１８６０１６０号明細書

しかし、切換スイッチが切換操作を行なうとき瞬間的な大電流、例えば突入電流（inrush）が生じ易い。とりわけ、リレー（relay）を切換スイッチとした場合、この瞬間的な大電流はリレーが耐え得る限度を容易に超え、加えて、リレーがオン又はオフとなったときに生成されるアーク電流が電気的な接続点を損傷させる恐れがある。このため、甚だしきに至っては複数の接続点が短絡してしまい、切換スイッチによって正常に切換ができなくなることがあるので、これらの事情から従来の切換スイッチにはまだ改良の余地があると言える。

本発明は、これらの事情に鑑みて、突入電流等の瞬間的な大電流の発生を抑制し、給電を維持し易いスイッチ装置を提供することを目的とする。

交流電圧を供給する交流電源と負荷の間を接続するのに用いられ、該交流電源はライブ出力端子及びニュートラル出力端子を備え、該負荷はライブ受信端子及びニュートラル受信端子を備えたスイッチ装置において、第１のリレー及び第１のスイッチユニットを備え、互いに該交流電源のライブ出力端子と該負荷のライブ受信端子の間に直列に接続され、該第１のリレーは交流電源のライブ出力端子に接続されると共に第１の制御信号に基づいて導通又は非導通となり、該第１のスイッチユニットは該負荷のライブ受信端子に接続され第２の制御信号に基づいて導通又は非導通となる少なくとも第１のサイリスタを備え、第２のリレー及び第２のスイッチユニットを備え、互いに該交流電源のニュートラル出力端子と該負荷のニュートラル受信端子の間に直列に接続され、該第２のリレーは交流電源のニュートラル出力端子に接続されると共に第１の制御信号に基づいて導通又は非導通となり、該第２のスイッチユニットは該負荷のニュートラル受信端子に接続され第２の制御信号に基づいて導通又は非導通となる少なくとも第２のサイリスタを備え、該交流電源が交流電圧の供給を開始し、且つ交流電圧が所定の交流電圧の時に、該第１及び該第２のリレーは、該第１の制御信号に基づいて導通し、該第１及び該第２のリレーが導通した後の第１の所定の期間に、該第１のスイッチユニットの該第１のサイリスタ及び及び該第２のスイッチの該第２のサイリスタは該第２の制御信号に基づいて導通し、該交流電源からの該交流電圧を、該第１のリレー及び該第１のサイリスタ或いは該第２のリレー及び該第２のサイリスタを介して負荷に供給する。

本発明における第１及び第２のスイッチユニットは、サイリスタを備えるので、交流電源から電流が流れる際には、サイリスタの順バイアスと内部抵抗によって突入電流を抑制できる。

本発明のスイッチ装置が配電システムに設けられることを説明するブロック図である。本発明のスイッチ装置の第１の実施例を説明する回路図である。図２に示した第１の実施例において電源が正常に動作している場合と電源が落ちた（Dropout）場合との間でスイッチの切換が行なわれるのを補助的に説明するためのタイムチャートである。図２に示した第１の実施例において電源が正常に動作している場合と電源の電圧降下が生じた（Brownout）場合との間でスイッチの切換が行なわれるのを補助的に説明するためのタイムチャートである。本発明のスイッチ装置の第２の実施例を説明するための回路図である。図５に示した第２の実施例において電源が正常に動作している場合と電源の電圧降下が生じた場合との間でスイッチの切換が行なわれるのを補助的に説明するためのタイムチャートである。第２の実施例における第１のサイリスタのシャットダウンが迅速にでき、且つ電源の切換も迅速にできることを説明するためのタイムチャートである。第２の実施例における第１のサイリスタのシャットダウンが迅速にでき、且つ電源の切換も迅速にできることを説明するためのタイムチャートである。本発明のスイッチ装置の第３の実施例を説明するための回路図である。本発明のスイッチ装置の第４の実施例を説明するための回路図である。

以下、各図面を参照しながら、本発明の各好ましい実施形態について詳しく説明する。

本発明はスイッチ装置に関し、交流電圧を供給しえる交流電源と負荷の間に電気的に接続されるように用いられ、該交流電源はライブ出力端子Ｌ１及びニュートラル出力端子Ｎ１を備え、該負荷はライブ受信端子Ｌ及びニュートラル受信端子Ｎを備え、且つスイッチ装置は第１のリレーと、第１のスイッチユニットと、第２のリレーと、第２のスイッチユニットを備える。

図１を参照して説明する。ここで、図１は、本発明のスイッチ装置が配電システムに設けられることを説明するブロック図である。本発明のスイッチ装置１０、１０’は配電システム５００に設けられる。該スイッチ装置１０は交流電圧Ｖｐを供給するための交流電源２００と負荷１００の間に電気的に接続される。なお、負荷１００は接地されており、交流電源２００は非接地である。該スイッチ装置１０’ はバックアップ電圧Ｖｓを供給するためのバックアップ電源３００と負荷１００の間に電気的に接続される。該交流電源２００と該バックアップ電源３００は各々ライブ出力端子Ｌ１とニュートラル出力端子Ｎ１を備え、該負荷１００はライブ受信端子Ｌとニュートラル受信端子Ｎを備える。

次に、図２の本発明のスイッチ装置１０の第１の実施例を説明する。本発明のスイッチ装置１０の第１の実施例は、第１のリレー１と、第１のスイッチユニット２と、第２のリレー３と、第２のスイッチユニット４とを備える。なお、スイッチ装置１０’はスイッチ装置１０の回路構造と同様なので、説明を省略する。

該第１のリレー１の第１の端子は該交流電源２００の該ライブ出力端子Ｌ１に接続され、第２の端子は、該第１のスイッチユニット２を介して、負荷１００のライブ受信端子Ｌに直列に接続される。

該第１のリレー１は、制御信号Ｓ１に基づいてオン（導通）とオフ（非導通）が切り替えられる。該第１のスイッチユニット２は負荷１００のライブ受信端子Ｌに電気的に接続され、２つの第１のダイオード２１、２２、２つの第２のダイオード２３、２４、第１のサイリスタ（ＳＣＲ）２５、及び第３のリレー２６を備える。

該第１のサイリスタ２５は制御信号Ｓ２に基づいてオンとオフが切り替えられる。該第３のリレー２６は制御信号Ｓ３に基づいてオンとオフが切り替えられる。第１のリレー１の第２の端子は、第１のダイオード２１のアノードに接続されると共に、第２のダイオード２３のカソードにも接続され、更に第３のリレー２６の第１の端子に接続される。第１のダイオード２１のカソードは第１のダイオード２２のカソードに接続されると共に、第１のサイリスタ２５のアノードに接続される。第１のサイリスタ２５のカソードは、第２のダイオード２３のアノード及び第２のダイオード２４のアノードに接続される。第３のリレー２６の第２の端子は、第２のダイオード２４のカソードと第１のダイオード２２のアノードに接続されると共に、負荷１００のライブ受信端子Ｌに接続される。

該第２のリレー３の第１の端子は、交流電源２００の該ニュートラル出力端子Ｎ１に接続され、第２の端子は、該第２のスイッチユニット４を介して、負荷１００のニュートラル受信端子Ｎに直列に接続される。

該第２のリレー３の第１の端子は、該交流電源２００のニュートラル出力端子Ｎ１に電気的に接続され、該制御信号Ｓ１に基づいてオンとオフが切り替えられる。該第２のスイッチユニット４は負荷１００の該ニュートラル受信端子Ｎに電気的に接続され、２個の第３のダイオード４１、４２、２個の第４のダイオード４３、４４、第２のサイリスタ４５、第３のリレー４６を備える。該第２のサイリスタ４５は制御信号Ｓ２に基づいてオンとオフが切り替えられる。該第３のリレー４６は制御信号Ｓ３に基づいてオンとオフが切り替えられる。

ここで、２個の第３のダイオード４１、４２はカソード同士が接続される。また、第３のダイオード４１のカソードは第２のサイリスタ４５のアノードに接続される。第２のサイリスタ４５のカソードは、２個の第４のダイオード４３、４４のアノードにそれぞれ接続される。第３のリレー４６の第１の端子は第１のダイオード４１のアノード、及び第４のダイオード４３のカソードに接続されると共に、第２のリレー３の第２の端子に接続される。第３のリレー４６の第２の端子は、第３のダイオード４２のアノード、及び第４のダイオード４４のカソードに接続されると共に、負荷１００のニュートラル受信端子Ｎに接続される。

図３は、図２に示した第１の実施例において電源が正常に動作している場合と電源が落ちた（Dropout）場合との間でスイッチの切換が行なわれるのを補助的に説明するためのタイムチャートである。

図３を参照すると、該交流電源２００が時刻ｔ０の時に該交流電圧Ｖｐを供給し始め、該交流電圧Ｖｐは所定の交流電圧であり、例えば１１０ボルトである。このとき、該交流電源２００は正常に電力を供給し、該第１のリレー１及び第２のリレー３は、図３のタイムチャートに示すように制御信号Ｓ１がハイのときにオンとなる。また、該第１のリレー１及び第２のリレー３はオンとなった後の時刻ｔ１からｔ３にかけて、該第１のスイッチユニット２の該第１のサイリスタ２５及び第２のスイッチユニット４の該第２のサイリスタ４５に入力される制御信号Ｓ２がハイとなる。交流電源２００からの交流電圧Ｖｐは該第１のリレー１と第１のサイリスタ２５、或いは該第２のリレー３と該第２のサイリスタ４５を介して負荷１００に供給される。

なお、時刻ｔ０から時刻ｔ１の期間を第１の所定の期間とも言い、時刻ｔ１から時刻ｔ３の期間を第２の所定の期間とも言い、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間を第３の所定の期間ともいう。

詳細には、交流電圧Ｖｐが正の半サイクルのとき、該交流電圧Ｖｐは該第１のリレー１と該第１のサイリスタ２５を介して負荷１００に供給される。このとき、交流電流即ち交流電源２００のライブ出力端子Ｌ１から該第１のリレー１、第１のダイオード２１、該第１のサイリスタ２５、及び該第２のダイオード２４によって形成される導電経路を経て、負荷１００のライブ受信端子Ｌに供給され、負荷１００のニュートラル受信端子Ｎから該第３のダイオード４２、該第２のサイリスタ４５、該第４のダイオード４３、及び該第２のリレー３によって形成される導電経路を経て、交流電源２００のニュートラル出力端子Ｎ１に戻される。

交流電圧Ｖｐが負の半サイクルのとき、交流電圧Ｖｐは第２のリレー３と該第２のサイリスタ４５を介して負荷１００に供給される。このとき、交流電流は、交流電源２００のニュートラル出力端子Ｎ１から該第２のリレー３、第３のダイオード４１、第２のサイリスタ４５、及び該第４のダイオード４４によって形成される導電経路を経て、負荷１００のニュートラル受信端子Ｎに供給され、負荷１００のライブ受信端子Ｌから第１のダイオード２２、該第１のサイリスタ２５、該第２のダイオード２３、及び該第１のリレー１によって形成される導電経路を経て、該交流電源２００のライブ出力端子Ｌ１に戻される。

これにより、該スイッチ装置１０がオンとなり、交流電源２００の交流電圧Ｖｐは負荷１００に供給される期間は、該第１のサイリスタ２５及び第２のサイリスタ４５の順バイアスと内部抵抗、並びに、第１、第２、第３、及び第４のダイオード２１〜４４の順バイアスと内部抵抗により、交流電圧Ｖｐの正の半サイクルと負の半サイクルの期間における過渡の状態にある切換電流が抑制される。

続いて、該第１及び第２のサイリスタ２５、４５は制御信号Ｓ２がハイ(図３におけるｔ１からｔ３)の間オンとなり、時刻ｔ３に制御信号Ｓ２がロウとなることを以ってオフとなる。第３のリレー２６、４６は時刻ｔ２のときに第３の制御信号Ｓ３に基づいてオンとなり、第１及び第２のサイリスタ２５、４５がオンの間、第１のリレー１を経た交流電圧Ｖｐは、主として第１のスイッチユニット２の第３のリレー２６を介して、負荷１００に供給される。この第３のリレー２６を介した導電経路は内部抵抗が低いからである。

一方、第２のリレー３を経た交流電圧Ｖｐは該第２のスイッチユニット４の第３のリレー４６を経て負荷に供給される。また、第１及び第２のサイリスタ２５、４５がオフの間、交流電源２００からの交流電圧Ｖｐは、第１のリレー１と第１のスイッチユニット２の第３のリレー２６を経て、或いは第２のリレー３と第２のスイッチユニット４の第３のリレー４６を経て負荷１００に供給される。

詳細には、交流電圧Ｖｐの正の半サイクルの間、交流電圧Ｖｐは第１のリレー１と第３のリレー２６を経て、負荷１００に供給され、このとき、交流電流は、交流電源２００のライブ出力端子Ｌ１から該第１のリレー１、第３のリレー２６によって形成される導電経路を経て負荷１００のライブ受信端子Ｌに供給され、該負荷１００のニュートラル受信端子Ｎから該第３のリレー４６、第２のリレー３によって形成される導電経路を経て、該交流電源２００のニュートラル出力端子Ｎ１に戻される。

交流電圧Ｖｐが負の半サイクルのとき、交流電圧Ｖｐは該第２のリレー３と第２のスイッチユニット４の第３のリレー４６を介して負荷１００に供給される。このとき、交流電流は、交流電源２００のニュートラル出力端子Ｎ１から該第３のリレー４６を経て、該負荷１００のニュートラル受信端子Ｎに供給され、該負荷１００のライブ受信端子Ｌから該第３のリレー２６、該第１のリレー１によって形成される導電経路を経て、該交流電源２００のライブ出力端子Ｌ１に戻される。

すなわち、該スイッチ装置１０は一時的に導通し、交流電圧Ｖｐが負荷１００に安定して供給されるとき、電流は第１及び第２のサイリスタ２５、４５と第１、第２、第３、第４のダイオード２１〜４４を経る必要はなく、第３のリレー４６を経て流れれば足りる。

なお、図３の時刻ｔ３から時刻ｔａの間は交流電圧Ｖｐが正の半サイクルにあり、且つサイリスタ２５、４５を制御する制御信号Ｓ２がロウなので、これらのサイリスタ２５、４５もオフとなり、交流電圧Ｖｐは、内部抵抗が低い第１のリレー１と第３のリレー２６を介して負荷１００に供給されることとなる。

このため、第３のリレー２６、４６の比較的低い内部抵抗を経た導電経路を介することにより、第２のダイオード２３、２４と第１、及び第２のサイリスタ２５、４５を経ることによる電力のロスを軽減するすることができるので、スイッチ装置１０を経た消費電力を抑制でき、発熱量も少なくできるので、特に冷却ファン等を設けなくても、スイッチ装置１０の利用価値を高めることができる。

引き続き図３を参照すると、第１のリレー１、第２のリレー３、第３のリレー２６、４６が導通している期間に、交流電源２００の交流電圧Ｖｐにドロップアウト（Ｄｒｏｐｏｕｔ）が生じて（図３における一番上の段にＤｒｏｐｏｕｔと記載されている期間）、交流電圧Ｖｐがゼロであることが検出されると、時刻ｔ４を以って制御信号Ｓ１がハイからロウに切り替えられることにより、第１、第２のリレー１、３は、オンからオフに切り替えられる。なお、第１、第２のリレー１、３がオフとなれば、交流電源２００と負荷１００との接続は断線されるが、図３のタイムチャートでは、これと時を同じくして、第３のリレー２６、４６についても制御信号Ｓ３をハイからロウとし、オンからオフに切り替えられている。

一方、図２に示したスイッチ装置１０’の第１のリレー１’は、バックアップ電源３００がバックアップ電圧Ｖｓの供給を開始すると、図３に示すように制御信号Ｓ１’が時刻ｔ０からハイとなっているので、スイッチ装置１０’とバックアップ電源３００を接続する。スイッチ装置１０は、図３に示すように、第１、第２のリレー１、３と第３のリレー２６、４６がオンとなっている期間（図３における一番上の段にＮｏｒｍａｌと記載されている期間が終了するまで）は、交流電源２００と負荷１００を接続する。交流電源２００の交流電圧Ｖｐがドロップアウトし、且つ第１、第２のリレー１、３と第３のリレー２６、４６がオフに切り替わる所定の期間（時刻ｔ４から時刻ｔ５にかけて）が経過した後、スイッチ装置１０’の第１、第２のサイリスタ２５’、４５’は時刻ｔ５を以って制御信号Ｓ２’がハイとなるので、オフからオンに切り替わり、負荷１００に対してはバックアップ電源３００から電力を供給させることとなり、また、バックアップ電源３００に切り替えられるまでの期間は、第１及び第２のサイリスタ２５’、４５’がオンとなっているのでこれらの内部抵抗により、過渡の状態にある切換電流が抑制される。

なお、第１及び第２のサイリスタ２５’、４５’を制御する制御信号Ｓ２’は、時刻ｔ５〜時刻ｔ７にかけてハイとなるが、時刻ｔ７より早い時刻である時刻ｔ６を以って第３のリレー２６’、４６’を制御する制御信号Ｓ３’がロウからハイに切り替わるので、以降は主として第１のリレー１’と第３のリレー２６’、４６’を介して電力が負荷１００に供給される。また、時刻ｔ７を以ってサイリスタ２５’、４５’を制御する制御信号Ｓ２’はロウに切り替わるが、その際には、既に第３のリレー２６’、４６’を制御する制御信号Ｓ３’がハイとなっているので、バックアップ電源３００からのバックアップ電圧Ｖｓは、時刻ｔｂに至るまで正の半サイクルであるが、内部抵抗が高いサイリスタ２５’、４５’を経て負荷１００に供給されずに、主として第３のリレー２６’、４６’を経て供給される。このように動作するので、第１及び第２のサイリスタ２５’、４５’によって過渡の状態にある切換電流が抑制されると共に、過渡の状態を過ぎると、第１のリレー１’と第３のリレー２６’、４６’を介して電力が負荷１００に供給されるので、サイリスタ２５’、４５’を介さずに負荷１００に電力を供給することができ、消費電力を抑制できる。

次に、第３のリレー２６’、４６’は、第１及び第２のサイリスタ２５’、４５’がオンの期間にオフからオンに切り替わり、第１及び第２のサイリスタ２５’、４５’がオフになった期間では、バックアップ電源３００のバックアップ電圧Ｖｓは、第１のリレー１’と第１のサブスイッチユニット２’の第３のリレー２６’、或いは第２のリレー３’と第２のサブスイッチユニット４’の第３のリレー４６’を介して負荷１００に供給される。このように、バックアップ電源３００は安定してバックアップ電圧Ｖｓを供した後に、上述したダイオードとサイリスタを介することによる電力の消耗を抑制することができる。

図４は、図２に示した第１の実施例において電源が正常に動作している場合と電源の電圧降下が生じた（Brownout）場合との間でスイッチの切換が行なわれるのを補助的に説明するためのタイムチャートである。

図４を参照すると、第１のリレー１、第２のリレー３、及び第３のリレー２６、４６がオンとなっている期間に、交流電源２００の交流電圧Ｖｐに一時的な電圧低下（Ｂｒｏｗｎｏｕｔ）が生じて、交流電圧Ｖｐの大きさが所定の交流電圧の大きさよりも小さいことが検出されると、第１及び第２のサイリスタ２５、４５は、時刻ｔ１５で制御信号Ｓ２に基づいてオフからオンに切り替わり、時刻ｔ１５から時刻ｔ１７の所定の期間（第４の所定の期間）が経過した後に制御信号Ｓ２がロウになると、オフとなる。なお、交流電圧の大きさを検出するために例えば別途電圧の監視装置を取り付けても差し支えない。

第３のリレー２６、４６は、第１及び第２のサイリスタ２５、４５がオンとなる期間（時刻ｔ１５〜時刻ｔ１７）のうちの所定の期間（時刻ｔ１５〜時刻ｔ１６、第５の所定の期間という。）に、制御信号Ｓ３に基づいてオンからオフに切り替えられる。第３のリレー２６、４６は、上述したダイオード及びサイリスタがオンの期間に、オフに切り替えられるため、第３のリレー２６、４６はアーク放電が発生しにくい。第１及び第２のサイリスタ２５、４５及び第３のリレー２６、４６がいずれもオフとなった後に、第１及び第２のリレー１、３は時刻ｔ１８に制御信号Ｓ１がロウに切り替えられるのに伴って、オンからオフに切り替えられ、電力のフィードバックに対する保護（back-feed protection）が達成される。

なお、図２に示したスイッチ装置１０’は、第１及び第２のリレー１、３が時刻ｔ１８〜時刻ｔ１９にかけてオフとなった後、第１及び第２のサイリスタ２５’、４５’は、時刻ｔ１９から時刻ｔ２１にかけてハイとなる制御信号Ｓ２’に基づいてオンとなり、バックアップ電源３００による負荷１００への電源の供給に切り替え、この電源の切換期間の際は、第１及び第２のサイリスタ２５’、４５’の順バイアスと内部抵抗により、過渡的な状態にある突入電流が抑制される。第３のリレー２６’、４６’は、第１及び第２のサイリスタ２５’、４５’がオンの期間のうちの時刻ｔ２０を以ってオフからオンに切り替えられ、上述したダイオード及びサイリスタを介して負荷１００に電力が供給されることによる電力の消費を更に抑制することができ、スイッチ装置１０’の給電効率を高め、消費電力を抑制できるので結果的に二酸化炭素の発生を削減できる効果もある。

なお、時刻ｔ３から時刻ｔａの間はバックアップ電圧Ｖｓが正の半サイクルであり、且つサイリスタ２５’、４５’を制御する制御信号Ｓ２’がロウなので、これらのサイリスタ２５’、４５’もオフとなり、バックアップ電圧Ｖｓは主として第１のリレー１’と第３のリレー２６’を介して負荷１００に供給されることとなる。

次に、図３と図４における時刻ｔ８〜時刻ｔ１４及びｔｄにおけるスイッチ装置１０、１０’の動作を説明する。時刻ｔ８を以って第１のリレー１を制御する制御信号Ｓ２がロウからハイに切り替わる。このとき、第１及び第２のサイリスタ２５、４５を制御する制御信号Ｓ２及び第３のリレー２６、４６を制御する制御信号Ｓ３のいずれもがロウなので、交流電圧Ｖｐは負荷１００に供給されない。

その後、時刻ｔ１２になると、第１及び第２のサイリスタ２５、４５を制御する制御信号Ｓ２がロウからハイに切り替わるので、交流電圧Ｖｐは第１のリレー１、第１のダイオード２１、第１のサイリスタ２５、第２のダイオード２４から構成される導電経路を経て負荷１００に供給される。

また、時刻ｔ１４を以って第１及び第２のサイリスタ２５、４５を制御する制御信号Ｓ２がハイからロウに切り替わるが、時刻ｔ１４より早い時刻である時刻ｔ１３にて第３のリレー２６、４６を制御する制御信号Ｓ３がロウからハイに切り替わることにより、交流電圧Ｖｐは主としてより抵抗が少ない第１のリレー１及び第３のリレー２６を介した導電経路を介して負荷１００に供給されることとなる。

よって、ダイオード及びサイリスタを介した導電経路を経て電力を負荷１００に供給するよりも消費電力を抑制できると共に、第３のリレー３がオフからオンに変わる前に、第１及び第２のサイリスタ２５、４５を経て電力を負荷１００に供給できるので、過渡の状態にある切換電流が抑制される。

なお、時刻ｔ１４〜時刻ｔｄは交流電源の交流電圧Ｖｐは正の半サイクルにあるが、第１のリレー１と第３のリレー２６を制御する制御信号Ｓ１とＳ３がハイなので、主として第１のリレー１と第３のリレー２６を介して交流電圧Ｖｐが負荷１００に供給されることとなる。

一方、時刻ｔ９に第１及び第２のサイリスタ２５’、４５’を制御する制御信号Ｓ２がロウからハイに切り替わるが、この際、第１のリレー１’及び第２のリレー３’を制御する制御信号Ｓ１’並びに第３のリレー２６’、４６’を制御する制御信号Ｓ３は、既にハイとなっているので、内部抵抗が高い第１及び第２のサイリスタ２５’、４５’を介して負荷１００に電力は供給されない。しかし、時刻ｔ１０にて第３のリレー２６’、４６’を制御する制御信号Ｓ３がハイからロウに切り替わるので、バックアップ電源３００のバックアップ電圧Ｖｓは、第３のリレー２６’、４６’を経て負荷１００に電力を供給することができずに、第１のリレー１’及び第２のリレー３’及び第１及び第２のサイリスタ２５’、４５’を介して負荷１００に電力が供給されることとなる。

なお、時刻ｔ１０〜時刻ｔ１１にかけても第１及び第２のサイリスタ２５’、４５’を制御する制御信号Ｓ２’はハイであり、第３のリレー２６’、４６’が時刻ｔ１０を以ってオフとなっても、バックアップ電源３００のバックアップ電圧Ｖｓは、第１のリレー１’及び第１のサイリスタ２５’を介して電力が供給される。よって、第３のリレー２６’、４６’がオフに切り替わる際には、第１及び第２のサイリスタ２５’、４５’を介してバックアップ電源３００の交流電圧Ｖｓが負荷１００に供給されるので、過渡の状態にある切換電流が抑制される。

図５は、本発明のスイッチ装置の第２の実施例を説明するための回路図であり、図６は、図５に示した第２の実施例において電源が正常に動作している場合と電源の電圧降下が生じた場合との間でスイッチの切換が行なわれるのを補助的に説明するためのタイムチャートである。

図５、図６を参照すると、第１の実施例との差異は、スイッチ装置１０における第１のスイッチユニット２は、第１のサイリスタ２５に並列に接続された第１のスイッチ２７を備え、第１のスイッチ２７は制御信号Ｓ４を受信するための制御端子を備え、制御信号Ｓ４に基づいてオンとオフが切り替えられ、第１のスイッチ２７は通常（即ち電源が正常に動作している間）はオフの状態である点が異なる。なお、スイッチ装置１０’も同様に第１のスイッチ２７’を備える。その他の回路素子及びそれらの接続関係は第１の実施例と同様なので説明を省略する。

交流電圧Ｖｐの大きさが所定の交流電圧の大きさよりも小さいと検出された後、第１及び第２のリレー１、３の導通期間で、第１及び第２のサイリスタ２５、４５がオンからオフに切り替えられたとき、第１のスイッチ２７は制御信号Ｓ４に基づいてオフからオンに切り替えられ、第１及び第２のリレー１、３がオフになる前の所定の期間、即ち時刻ｔ１７〜時刻ｔｃ（第６の所定の期間）にかけてオンとなる。また、図５の第１のスイッチ２７’は制御信号Ｓ４’に基づいて、図６の時刻ｔ１１〜時刻ｔｆにかけてオンとなる。本実施例においては、第１のスイッチ２７、２７’は電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）或いは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のいずれかであっても差し支えない。

この実施例によれば、サイリスタ２５、４５がオンからオフに切り替えられた後の所定の期間（時刻ｔ１７〜時刻ｔｃにかけて）、制御信号Ｓ４に基づいて第１のスイッチ２７がオンとなるので、第１のスイッチ２７と第１及び第２のリレー１、３を経て負荷１００に交流電圧Ｖｐが供給される期間（時刻ｔ１１〜時刻ｔｆにかけても同様の動作をする。）が存在する。図６におけるその他の動作は同一の符号を付した図４と同様なので説明を省略する。

次に、図７Ａと図７Ｂを参照して説明する。ここで、図７Ａ及び図７Ｂは、第２の実施例の第１のサイリスタ２５のシャットダウンが迅速にでき、且つ電源の切換も迅速にできることを説明するためのタイムチャートである。図７Ａは、本実施例とは異なって第１のスイッチユニット２が第１のスイッチ２７を備えない場合では、第１のサイリスタ２５が、時刻ｔ１７を以ってオンからオフに切り替えられた後でも、第１のサイリスタ２５を流れる電流Ｉｐが直ぐにはゼロにならないことを示し、即ち、電流Ｉｐの正の半サイクルが終了する時刻ｔｇまでは完全に電流が遮断された状態（オフ）には達していないことを意味する。一般には、電流Ｉｐが第１のサイリスタ２５の維持電流（０Ａに近いとき）よりも小さい時、第１のサイリスタ２５はオフとなったものと扱って差し支えない。

本実施例の場合を示す図７Ｂを併せて参照すると、制御信号Ｓ２が時刻ｔ１７を以ってロウに切り替わることに基づいて、第１及び第２のサイリスタ２５、４５がオフとなったとき、第１のスイッチ２７は制御信号Ｓ４に基づいて、時刻ｔ１７〜時刻ｔｃの期間にかけてオンの状態を維持し、第１のスイッチ２７の導通電圧が第１のサイリスタ２５の順バイアスよりも小さくなるので、電流はより内部抵抗が低い第１のスイッチ２７を介して流れるようになり、第１のサイリスタ２５に流れるはずであった電流を速やかに切り替えて第１のスイッチ２７を介して流すことができる。そのため、第１の実施例よりも消費電力をより一層抑制することができる。

続いて、第１のスイッチ２７は、時刻ｔｃに制御信号Ｓ４に基づいてオンからオフに切り替えられる。このため、負荷１００に供給される交流電流Ｉｐは、図７Ｂに示すとおり、時刻ｔｃを以ってゼロとなる。また、第１のスイッチ２７がオフとなった後、第２のサイリスタ４５を流れる電流も当然に維持電流よりも低くなるので、第２のサイリスタ４５も遮断された状態となる。このため、第１及び第２のサイリスタ２５、４５をオフとするまでの時間間隔を短くすることができ、スイッチ装置１０は電源を切り替える際に、時刻ｔｃから交流電流Ｉｐの正の半サイクルの全てが終了するまでの間の電流を流さずにすむので、消費電力をより一層抑制することができる。

図８を参照して、本発明のスイッチ装置の第３の実施例を説明する。本発明のスイッチ装置１０が、第２の実施例を示す図５と異なるところは、第２のスイッチユニット４は、更に第２のサイリスタ４５に並列に接続された第２のスイッチ４７を備え、この第２のスイッチ４７は制御信号Ｓ４を受信できる制御端子を備えていることである。また、第２のスイッチ４７は、制御信号Ｓ４に基づいてオンとオフが切り替えられると共に、通常（電源正常動作時）はオフとなるように制御されている。交流電圧Ｖｐの大きさが、所定の交流電圧の大きさよりも小さいことが検出された後、第１のリレー１及び第２のリレー３がオンとなっている期間であって、且つ第１及び第２のサイリスタ２５、４５がオンからオフに切り替わった時に、第２のスイッチ４７は制御信号Ｓ４に基づいてオフからオンに切り替わり、第１及び第２のリレー１、３がオフに切り替えられる前（図６における時刻ｔ１７〜時刻ｔｃにおける期間を参照のこと）にオンとなる。本実施例において、第２のスイッチ４７はＭＯＳＦＥＴ或いはＩＧＢＴのいずれかであっても差し支えない。第１のスイッチ２７及び第２のスイッチ４７を設けたことにより、バックアップ電源３００に切り替えた際に、第１及び第２のサイリスタ２５、４５を介して負荷１００に電流が流れる時間を一層短くできる。

図９を参照して、本発明のスイッチ装置の第４の実施例を説明する。なお、図９の動作を表すタイムチャートは図４における時刻ｔ０〜時刻ｔｅと同様なので、第４の実施例ではタイムチャートを参照した説明は行なわない。

第４の実施例が第１の実施例乃至第３の実施例と異なる点は、第１、第２のスイッチユニット２、４の回路構成である。

第１のスイッチユニット２は、他の実施例と同様に第１のダイオード２１、２２、第１のサイリスタ２５を備えるがそれらの配置が異なり、また、第３のサイリスタ２８を更に備える一方、第２のダイオード２４は備えない点が他の実施例と異なる。第１のサイリスタ２５のアノードは第１のリレー１（及び第１のダイオード２１のカソード）に接続される。第３のサイリスタ２８のアノードは負荷１００のライブ受信端子Ｌ（及び第１のダイオード２２のカソード）に接続される。第１のサイリスタ２５のカソードは第３のサイリスタ２８のカソードに接続される。また、第１のダイオード２１は第１のサイリスタ２５に並列に接続される。

また、第１及び第３のサイリスタ２５、２８は制御信号Ｓ２が入力される制御端子をそれぞれ備える。また、第１のダイオード２２は第３のサイリスタ２８に並列に接続される。また、第１のダイオード２１のアノードは第１のダイオード２２のアノードに接続される。また、第１のダイオード２１のアノードは第１のサイリスタ２５のカソードにも接続されている。

第２のスイッチユニット４は、本実施例における第１のスイッチユニット２と同様であり、他の実施例と同様に第３のダイオード４１、４２、第２のサイリスタ４５を備えるがそれらの配置が異なり、また、第４のサイリスタ４８を更に備える一方、第４のダイオード４４は備えない点が他の実施例と異なる。第２のサイリスタ４５のアノードは第２のリレー３（及び第３のダイオード４１のカソード）に接続される。

第４のサイリスタ４８のアノードは負荷１００のニュートラル受信端子Ｎ（第３のダイオード４２のカソード）に接続される。第２のサイリスタ４５のカソードは第４のサイリスタ４８のカソードに接続される。

また、第３のダイオード４１は第２のサイリスタ４５に並列に接続される。また、第２及び第４のサイリスタ４５、４８は制御信号Ｓ２が入力される制御端子をそれぞれ備える。

また、第３のダイオード４２は第４のサイリスタ４８に並列に接続される。また、第３のダイオード４１のアノードは第３のダイオード４２のアノードに接続される。また、第３のダイオード４１のアノードは第２のサイリスタ４５のカソードにも接続されている。

このため、交流電圧Ｖｐの正の半サイクルでは、交流電圧Ｖｐは第１のリレー１と第１のサイリスタ２５を介して負荷１００に供給される。このとき、交流電流は交流電源２００のライブ出力端子Ｌ１から第１のリレー１、第１のサイリスタ２５、第１のダイオード２２を経て負荷１００のライブ受信端子Ｌに供給され、負荷１００のニュートラル受信端子Ｎから第４のサイリスタ４８、第３のダイオード４１、及び第２のリレー３から構成される導電経路を介して、交流電源２００のニュートラル出力端子Ｎ１に戻される。

交流電圧Ｖｐが負の半サイクルの場合には、交流電圧Ｖｐは第２のリレー３と第２のサイリスタ４５を介して負荷１００に供給される。このとき、交流電流は、交流電源２００のニュートラル出力端子Ｎ１から第２のサイリスタ４５、第３のダイオード４２を介して負荷１００のニュートラル受信端子Ｎに供給される。そして、負荷１００のライブ受信端子Ｌから第３のサイリスタ２８、第１のダイオード２１、及び第１のリレー１で構成される導電経路を介して交流電源２００のライブ出力端子Ｌ１に戻される。

以上説明したとおり、本願のスイッチ装置は以下の優れた効果を奏する。

１．スイッチ装置１０及びスイッチ装置１０’の第１及び第２のスイッチユニット２、４は、第１乃至第４のダイオード２１〜４４と、サイリスタ２５、４５で形成されるダイオードブリッジにより実現され、且つ交流電源２００が給電を開始してから電源をバックアップ電源３００に切り替える過渡的な状態では、第１のサイリスタ２５、第２のサイリスタ４５を介した導電経路に切り替えられるので、突入電流等の瞬間的な大電流の発生が抑制され、給電を維持し易いスイッチ装置を提供することができる。

２．第１及び第２のスイッチユニット２、４の導電経路は１個又は２個のダイオードと１個のサイリスタの直列接続となるので、これらの素子を経て交流電源２００から電流が流れる際には、第１のダイオード２１等とサイリスタの順バイアスと内部抵抗によって突入電流を抑制できる。更に、第１及び第２のスイッチユニット２、４は１つのサイリスタ２５、４５を利用することができるので、サイリスタの制御端子（ゲート）を介したオンとオフの制御が簡単である。

３．電源が交流電源２００からバックアップ電源３００に切り替えられるとき、図８に示した実施例のように、第１及び第２のサイリスタ２５、４５に対して並列に第１及び第２のスイッチ２７、４７を接続し、且つ図７に示す適切なタイミングを以って第１及び第２のスイッチ２７、４７を切り替えるので、サイリスタが導通している正の半サイクルにおける電流の一部を、これらの第１及び第２のスイッチ２７、４７を介して負荷１００に供給でき、サイリスタによる電力消費をより一層短縮でき無駄がなくなる。

以上、実施例を以って説明したが、実施例は本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲はこれらに限られない。従って、この発明に簡単な改変・設計変更を加えた発明も当然に本願の特許請求の範囲に含まれるものとする。

２第１のスイッチユニット
２’ 第１のサブスイッチユニット
４第２のスイッチユニット
４’ 第２のサブスイッチユニット
１０、１０’ スイッチ装置
１００負荷
２００交流電源
３００バックアップ電圧
２１、２１’、２２、２２’ 第１のダイオード
２４、２４’ 第２のダイオード
２５、２５’ 第１のサイリスタ
２６、２６’、４６、４６’ 第３のリレー
２７、２７’ 第１のスイッチ
４５、４５’ 第２のサイリスタ
Ｌ１ライブ出力端子
Ｎ１ニュートラル出力端子
Ｌライブ受信端子
Ｎライブ受信端子

Claims

交流電圧を供給する交流電源と負荷の間を接続するのに用いられ、該交流電源はライブ出力端子及びニュートラル出力端子を備え、該負荷はライブ入力端子及びニュートラル入力端子を備えたスイッチ装置において、
互いに該交流電源の該ライブ出力端子と該負荷のライブ入力端子の間に直列に接続される第１のリレー及び第１のスイッチユニットと、
互いに該交流電源の該ニュートラル出力端子と該負荷の該ニュートラル入力端子の間に直列に接続される第２のリレー及び第２のスイッチユニットとを備え、
該第１のリレーは該交流電源のライブ出力端子に接続されると共に第１の制御信号に基づいて導通又は非導通となり、該第１のスイッチユニットは該負荷のライブ入力端子に接続され、第２の制御信号に基づいて導通又は非導通となる第１のサイリスタを少なくとも備え、
該第２のリレーは該交流電源の該ニュートラル出力端子に接続されると共に該第１の制御信号に基づいて導通又は非導通となり、該第２のスイッチユニットは該負荷の該ニュートラル入力端子に接続され該第２の制御信号に基づいて導通又は非導通となる第２のサイリスタを少なくとも備え、
該交流電源が交流電圧の供給を開始し、且つ該交流電圧が所定の交流電圧の時に、該第１及び該第２のリレーは、該第１の制御信号に基づいて導通し、該第１及び該第２のリレーが導通した後の第１の所定の期間の後、該第１のスイッチユニットの該第１のサイリスタ及び該第２のスイッチユニットの該第２のサイリスタは該第２の制御信号に基づいて導通し、該交流電源からの該交流電圧を、該第１のリレー及び該第１のサイリスタ或いは該第２のリレー及び該第２のサイリスタを介して負荷に供給する
ことを特徴とするスイッチ装置。
該第１及び該第２のサイリスタは該第２の制御信号に基づいて、第２の所定の期間継続して導通した後に非導通となり、
該第１及び該第２のスイッチユニットは、それぞれ第３の制御信号に基づいて導通或いは非導通となる第３のリレーを備え、
該第１及び該第２のサイリスタが導電した後の該第２の所定の期間より短い第３の所定の期間の後、各該第３のリレーは該第３の制御信号に基づいて導通し、該第１及び該第２のサイリスタが導通している期間に、該第１のリレーを経た該交流電圧は主として該第１のスイッチユニットの該第３のリレーを介して該負荷に供給され、且つ該第２のリレーを経た該交流電圧は主として該第２のスイッチユニットの該第３のリレーを介して該負荷に供給され、且つ該第１及び該第２のサイリスタが非導通の期間は、該交流電源からの該交流電圧を該第１のリレー及び該第１のスイッチユニットの該第３のリレー、或いは該第２のリレー及び該第２のスイッチユニットの該第３のリレー介して該負荷に供給させる
ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチ装置。
該交流電圧が該第１、該第２、及び各該第３のリレーの導通期間にゼロであることが検出された場合には、該第１及び該第２のリレーは該第１の制御信号に基づいて導通から非導通に切り換えられ、各該第３のリレーは該第３の制御信号に基づいて導通から非導通に切り換えられる
ことを特徴とする請求項２に記載のスイッチ装置。
該交流電圧の大きさが該第１、該第２、及び各該第３のリレーの導通期間に所定の交流電圧より小さいことが検出された場合には、該第１及び該第２のサイリスタは前記第２の制御信号に基づいて非導通から導通に切り換えられ、且つ第４の所定の期間の間継続して導通した後に非導通に切り換えられ、
各該第３のリレーは該第１及び該第２のサイリスタが導通した後の該第４の所定の期間より短い第５の所定の期間に、該第３の制御信号に基づいて導通から非導通に切り換えられ、
該第１及び該第２のサイリスタ及び各該第３のリレーがいずれも非導通となった後に、該第１及び該第２のリレーは該第１の制御信号に基づいて導通から非導通に切り換えられる
ことを特徴とする請求項２に記載のスイッチ装置。
該第１のリレーは、第２の端子と、該交流電源の該ライブ出力端子に接続された第１の端子と、該第１の制御信号が入力される制御端子とを備え、
該第２のリレーは、第２の端子と、該交流電源の該ニュートラル出力端子に接続された第１の端子と、該第１の制御信号が入力される制御端子とを備え、
該第１及び該第２のサイリスタは、それぞれアノードとカソードと、該第２の制御信号が入力される制御端子を備え、
該第３のリレーは、それぞれ第１の端子と、第２の端子と、該第３の制御信号が入力される制御端子を備え、
該第１のスイッチユニットの該第３のリレーの該第１及び該第２の端子は、それぞれ該第１のリレーの該第２の端子及び該負荷の該ライブ入力端子に接続され、
該第２のスイッチユニットの該第３のリレーの該第１及び該第２の端子は、それぞれ該第２のリレーの該第２の端子及び該負荷の該ニュートラル入力端子に接続され、
該第１のスイッチユニットは、
互いに該第１のリレーの該第２の端子と該負荷の該ライブ入力端子の間に接続されると共に、それぞれのカソードが該第１のサイリスタの該アノードと接続された２つの第１のダイオードと、
互いに該第１のリレーの該第２の端子と該負荷の該ライブ入力端子の間に接続されると共に、それぞれのアノードが該第１のサイリスタの該カソードと接続された２つの第２のダイオードと、を備え、
該第２のスイッチユニットは、
互いに該第２のリレーの該第２の端子と該負荷の該ニュートラル入力端子の間に接続されると共に、それぞれのカソードが該第２のサイリスタの該アノードと接続された２つの第３のダイオードと、
互いに該第２のリレーの該第２の端子と該負荷の該ニュートラル入力端子の間に接続されると共に、それぞれのアノードが該第２のサイリスタの該カソードと接続された２つの第４のダイオードと、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載のスイッチ装置。
該第１のスイッチユニットは、該第１のサイリスタと並列に接続された第１のスイッチを備え、該第１のスイッチは、第４の制御信号が入力される制御端子を備え、且つ該第４の制御信号に基づいて導通或いは非導通となり、
該第１のスイッチは通常非導通状態に操作され、
該交流電圧の大きさが、該所定の交流電圧より小さいことが検出された後、該第１及び該第２のリレーの導通期間であって、該第１及び該第２のサイリスタが導通から非導通に切り換えられた時、該第１のスイッチは該第４の制御信号に基づいて非導通から導通に切り換えられ、且つ該第１及び該第２のリレーが非導通に切り換えられる前の第６の所定の期間継続して導通する
ことを特徴とする請求項５に記載のスイッチ装置。
該第２のスイッチユニットは、該第２のサイリスタと並列に接続された第２のスイッチを備え、該第２のスイッチは、該第４の制御信号が入力される制御端子を備え、且つ該第４の制御信号に基づいて導通或いは非導通となり、
該第２のスイッチは通常非導通状態に操作され、
該交流電圧の大きさが、該所定の交流電圧より小さいことが検出された後、該第１及び該第２のリレーの導通期間であって、該第１及び該第２のサイリスタが導通から非導通に切り換えられた時、該第２のスイッチは該第４の制御信号に基づいて非導通から導通に切り換えられ、且つ該第１及び該第２のリレーが非導通に切り換えられる前の該第６の所定の期間継続して導通する
ことを特徴とする請求項６に記載のスイッチ装置。
該第１及び該第２のスイッチは、それぞれＭＯＳＦＥＴ或いはＩＧＢＴのいずれかであること
を特徴とする請求項７に記載のスイッチ装置。
該第１のリレーは、第２の端子と、該交流電源の該ライブ出力端子に接続された第１の端子と、該第１の制御信号が入力される制御端子とを備え、
該第２のリレーは、第２の端子と、該交流電源の該ニュートラル出力端子に接続された第１の端子と、該第１の制御信号が入力される制御端子とを備え、
該第３のリレーは、それぞれ第１の端子と、第２の端子と、該第３の制御信号が入力される制御端子とを備え、
該第１のスイッチユニットにおける該第３のリレーの該第１及び該第２の端子は、それぞれ該第１のリレーの該第２の端子及び該負荷の該ライブ入力端子に接続され、
該第２のスイッチユニットにおける該第３のリレーの該第１及び該第２の端子は、それぞれ該第２のリレーの該第２の端子及び該負荷の該ニュートラル入力端子に接続され、
該第１のスイッチユニットは、
該第１のリレーの該第２の端子と該負荷の該ライブ入力端子の間で、該第１のサイリスタのカソードに対してカソードが接続されると共に、該第２の制御信号が入力される制御端子を備えた第３のサイリスタを備え、
該第１のリレーの該第２の端子と該負荷の該ライブ入力端子の間で、アノード同士が互いに接続され、これらのアノードは該第１及び該第３のサイリスタのカソードにそれぞれ接続された２つの第１のダイオードと、を備え、
該第２のスイッチユニットは、
該第２のリレーの該第２の端子と該負荷の該ニュートラル入力端子の間で、該第２のサイリスタのカソードに対してカソードが接続されると共に、該第２の制御信号が入力される制御端子を備えた第４のサイリスタを備え、
該第２のリレーの該第２の端子と該負荷の該ニュートラル入力端子の間で、アノード同士が互いに接続され、これらのアノードは該第２及び該第４のサイリスタのカソードにそれぞれ接続された２つの第３のダイオードと、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載のスイッチ装置。
該第１のリレーは、第２の端子と、該交流電源の該ライブ出力端子に接続された第１の端子と、該第１の制御信号を入力するための制御端子とを備え、
該第２のリレーは、第２の端子と、該交流電源の該ニュートラル出力端子に接続された第１の端子と、該第１の制御信号を入力するための制御端子とを備え、
該第１及び該第２のサイリスタは、それぞれカソードとアノードと該第２の制御信号を入力するための制御端子とを備え、
該第３のリレーはそれぞれ第１の端子と、第２の端子と、該第３の制御信号を入力するための制御端子を備え、
該第１のスイッチユニットの該第３のリレーの該第１及び該第２の端子はそれぞれ該第１のリレーの該第２の端子及び該負荷の該ライブ入力端子に接続され、
該第２のスイッチユニットの該第３のリレーの該第１及び該第２の端子はそれぞれ該第２のリレーの該第２の端子及び該負荷の該ニュートラル入力端子に接続される
ことを特徴とする請求項２に記載のスイッチ装置。