JP7108093B2 - 自励駆動機能を備えた給電システム - Google Patents

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Description

本発明は、自励駆動機能を備えた給電システムに関し、特に、負荷状態の有無に応じて自励式昇圧動作を有効又は無効にする自励駆動機能を備えた給電システムに関する。
給電システムの電源供給装置は、負荷が必要とする電力を供給する。負荷と電源供給装置との距離が遠い場合には、通常、電源供給装置と負荷との間に遮断装置を追加して、負荷に異常が発生したり、負荷が電力を受ける準備ができていない場合に、電源供給装置が電力を出力し続け、人の安全に危害を与えたり、設備保護に損傷を与えたりすることを回避する。
しかしながら、従来の遮断装置の一般的な動作方式は次の通りである。（１）負荷と遮断装置は通信ユニットを別途含む必要があり、負荷により電源供給装置と負荷との間の接続関係をオン又はオフにするように遮断装置を制御するために、信号線で結合して通信する必要もある。（２）遮断装置は手動スイッチであるため、操作員は負荷の状態を人為的に確認して、遮断装置を手動で制御する必要がある。したがって、上記のいずれの方式を実施しても、給電システムの回路コスト、人件費を大幅に増加させる必要がある。
そこで、負荷状態の有無に応じて自励式昇圧動作を有効又は無効にする、自励駆動機能を備えた給電システムをどのように設計するかが、本願発明者によって検討された重要な課題である。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、自励駆動機能を備えた給電システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る自励駆動機能を備えた給電システムは、正の電源線及び負の電源線を介して受電装置に結合され、前記正の電源線と前記負の電源線との間に直流電源を出力する電源供給装置と、前記正の電源線と前記負の電源線との間に結合されるロジック切断回路と、前記正の電源線と前記負の電源線との間に結合され、前記正の電源線と前記負の電源線との間の電圧を補助電圧に変換し、前記ロジック切断回路の出力端子に結合される受信端子を有する自己昇圧回路と、前記正の電源線と前記負の電源線との間に結合され、前記自己昇圧回路に結合して前記補助電圧を受ける保護回路と、 前記正の電源線又は前記負の電源線に結合され、前記正の電源線又は前記負の電源線の電流に応じて電流検出信号を出力する電流検出ユニットと、を含み、前記保護回路は、前記電流検出信号に基づいて、前記正の電源線と前記負の電源線との間を短絡又は開放し、前記ロジック切断回路は、前記正の電源線と前記負の電源線との間の前記電圧に基づいて、前記自己昇圧回路を無効又は有効にする。
一実施形態において、前記保護回路は、前記電流検出信号が第１のレベルであるとき、前記正の電源線と前記負の電源線との間を短絡し、前記電流検出信号が第２のレベルであるとき、前記正の電源線と前記負の電源線との間を開放する。
一実施形態において、前記保護回路は、前記正の電源線と前記負の電源線との間に結合されるスイッチを含み、前記スイッチがオンされると、前記正の電源線と前記負の電源線との間が短絡され、前記スイッチがオフされると、前記正の電源線と前記負の電源線との間が開放される。
一実施形態において、前記保護回路は、前記正の電源線と前記負の電源線との間に結合される第１スイッチと、前記正の電源線又は前記負の電源線に結合される第２スイッチとを含み、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチは相補的に制御される。
一実施形態において、前記自己昇圧回路は、トランジスタスイッチと、一端が共通に結合され、他端がそれぞれ前記トランジスタスイッチのベースと、コレクタとに結合される２つの磁気的に結合されたコイルを備える結合コイルと、前記トランジスタスイッチの前記コレクタに結合されて補助電圧を供給するコンデンサと、を含む。
一実施形態において、前記自己昇圧回路は、制御端子が前記自己昇圧回路の前記受信端子とされるスイッチング素子をさらに含み、前記ロジック切断回路は、前記スイッチング素子をオフにして前記自己昇圧回路を無効にする。
一実施形態において、前記正の電源線と前記結合コイルとの間には前記スイッチング素子が結合される。
一実施形態において、前記負の電源線と前記結合コイルとの間には前記スイッチング素子が結合される。
一実施形態において、前記ロジック切断回路は、前記正の電源線と前記負の電源線との間の電圧が閾値より大きい場合に、前記自己昇圧回路を無効にする。
一実施形態において、前記自己昇圧回路は、前記正の電源線と前記コンデンサとの間に結合されるダイオードをさらに含む。
一実施形態において、前記保護回路は、前記スイッチに直列結合されるダイオードをさらに含む。
一実施形態において、前記電源供給装置はソーラーパネルである。
一実施形態において、電流検出ユニットは、ホールセンサであり、前記補助電圧を受ける。
本発明に係る自励駆動機能を備えた給電システムによれば、受電装置が無負荷状態である場合には、保護回路の短絡により電源供給装置の出力電圧を制限することができ、機器や作業者の安全を確保するとともに、自己昇圧回路により小電圧を昇圧して保護回路及び電流検出ユニットに供給するのに必要な電力を確保し、正常に動作させることができる。
本発明の目的を達成するためになされた本発明の技術、手段、及び効果をより良く理解するために、本発明の目的及び特徴は、本発明の詳細な説明及び添付図面を参照することによってより良く理解されると考えられるが、添付図面は、参照及び説明のみを提供するものであり、本発明を限定するものではない。
本発明に係る自励駆動機能を備えた給電システムのブロック図である。 本発明に係る自励駆動機能を備えた給電システムの第１実施形態の回路ブロック図である。 本発明に係る自励駆動機能を備えた給電システムの第２実施形態の回路ブロック図である。 本発明に係る自励駆動機能を備えた給電システムの第３実施形態の回路ブロック図である。 本発明に係る保護回路と電流検出ユニットと組み合わせて使用する実施形態の回路図である。 本発明に係る保護回路と電流検出ユニットと組み合わせて使用する他の実施形態の回路図である。 本発明に係る保護回路と電流検出ユニットと組み合わせて使用する別の実施形態の回路図である。 本発明に係る自励駆動機能を備えた給電システムの構成を示すブロック図である。 本発明に係る自励駆動機能を備えた給電システムの他の構成を示すブロック図である。 本発明に係る自励駆動機能を備えた給電システムの別の構成を示すブロック図である。
本発明の技術内容及び詳細な説明について、図面を参照しながら以下に説明する。
図１は、本発明に係る自励駆動機能を備えた給電システムのブロック図である。図１に示すように、自励駆動機能を備えた給電システム（以下、「給電システム」と略称する）は、電源供給装置１００と、ロジック切断回路１０と、自己昇圧回路２０と、保護回路３０と、電流検出ユニット４０とを含み、受電装置２００に電力を供給するために用いられる。本発明の実施形態において、電源供給装置１００は、直流電力出力を提供する装置である。
図１に示すように、受電装置２００は、正の電源線Ｌｐ＋と負の電源線Ｌｐ－とを介して電源供給装置１００に結合されている。正の電源線Ｌｐ＋と負の電源線Ｌｐ－との間にはロジック切断回路１０が結合されている。正の電源線Ｌｐ＋と負の電源線Ｌｐ－との間には自己昇圧回路２０が結合され、自己昇圧回路２０は、受信端子がロジック切断回路１０の出力端子に結合されている。正の電源線Ｌｐ＋と負の電源線Ｌｐ－との間には保護回路３０が結合され、保護回路３０は、自己昇圧回路２０の出力端子に結合されている。電流検出ユニット４０は、正の電源線Ｌｐ＋又は負の電源線Ｌｐ－に結合され、正の電源線Ｌｐ＋又は負の電源線Ｌｐ－上の電流の大きさを検出する。図１に示す実施形態では、電流検出ユニット４０が正の電源線Ｌｐ＋に結合されている。
電源供給装置１００は、直流出力の電源装置である。電源供給装置１００としてソーラーパネル、受電装置２００としてソーラーインバータを例に説明する。ソーラーパネルの構築に使用されるソーラーインバータが準備されていない状態（未準備の状態）にある場合、又は緊急の停電（メンテナンス、火災、その他の異常事態など）が必要な場合、ソーラーパネルから常時出力される直流電力による人命被害の発生を防止するため、保護回路３０により正の電源線Ｌｐ＋と負の電源線Ｌｐ－との間を短絡することにより、ソーラーインバータに供給される電圧を、例えば１ボルト程度の極めて小電圧値にまで低下させることができる。これにより、設備損失や人命被害が発生する可能性と程度を最小限に抑えることができる。電源供給装置１００は、例えば、高電圧の直流出力を有する電源供給装置（例えば、遠く離れた小規模基地局に電力を供給する）であってもよい。受電装置２００は、小規模基地局等の通信設備であってもよい。受電装置２００が完全に無負荷の場合（メンテナンスやその他の異常状態等）には、保護回路３０により受電装置２００側の電圧が安全な電圧になることを保証してもよい。
以下、本発明の給電システムの動作について説明する。図２は、本発明に係る自励駆動機能を備えた給電システムの第１実施形態の回路ブロック図である。図２に示すように、電源供給装置１００から電圧が出力されておらず、受電装置２００も未準備の状態にある場合、このとき、給電経路Ｐｓを流れる電流Ｉａはゼロであり、給電システム全体の素子に電力が供給されておらず、電流検出ユニット４０は電流を検出しない。
説明の便宜上、１０ボルトの直流電圧を例にとると、電源供給装置１００が電圧の出力を開始すると、受電装置２００が未準備の状態にある場合、受電装置２００は無負荷状態となるので、給電経路Ｐｓを流れる電流Ｉａはゼロのままとなる。このとき、電源供給装置１００の出力電圧は、給電システムの素子に必要な電力を供給する。電流検出ユニット４０は、給電経路Ｐｓ上の電流Ｉａに応じて第１のレベルの電流検出信号Ｉｓ（例えば低レベル信号）を出力し、保護回路３０のスイッチＳ１は、電流検出信号Ｉｓによってオンする。これにより、正の電源線Ｌｐ＋は負の電源線Ｌｐ－との間が短絡と同等の状態となり、ダイオードＤ１１及びスイッチＳ１によって提供される両端電圧、わずか１ボルト程度の電圧値である。ここで、電圧需要に応じて、ダイオードの数量を増加又は減少させることができる。
この１ボルトの小電圧は、保護回路３０（のオペアンプ又は他の素子）及び電流検出ユニット４０（例えば、ホールセンサ又は他の素子）に十分な電圧を供給するのに維持することができないため、これらの素子は、通常、より高い供給電圧を必要とする。この問題を解決するためには、仕様の特殊な素子を選択する必要があり、素子選択の困難さとコストの増加を招く。したがって、本発明では、自己昇圧回路２０により、この小電圧を５～１０ボルトの電圧値に昇圧する、即ち、自己昇圧回路２０のコンデンサＣ１２の補助電圧Ｖａを加えることにより、保護回路３０及び電流検出ユニット４０への高い電圧の供給を維持し、正常に動作させることができる。
本実施形態では、自己昇圧回路２０は、常閉型（ｎｏｒｍａｌｌｙ ｃｌｏｓｅｄ）のリレーＲＬＹを介して正の電源線Ｌｐ＋に接続され、自己昇圧回路２０には、１ボルトの小電圧が供給されて自励式に昇圧することができる。リレーＲＬＹの制御端子は、自己昇圧回路２０の受信端子としてロジック切断回路の出力端子に結合されている。自己昇圧回路２０は、スイッチＱ１２（トランジスタスイッチ）と結合コイルＬ１１とを含み、結合コイルＬ１１は、２つの磁気的に結合されたコイルを備える。２つの磁気的に結合されたコイルは、一端が正の電源線Ｌｐ＋に共通に結合され、他端がそれぞれスイッチＱ１２のベースと、コレクタとに結合されている。上記小電圧は、結合コイルＬ１１により、スイッチＱ１２のベースに流れる電流ＩＢとコレクタに流れる電流ＩＣを生成し、ここで、ＩＣ＝βＩＢである。ベース電流ＩＢが増加し始めると、コレクタ電流ＩＣも増加し、結合コイルＬ１１がエネルギー蓄積を開始する。コレクタ電流ＩＣが大きくなるとβ値が低下し、ＩＣ＜βＩＢとなると、スイッチＱ１２は飽和領域に入り、それに伴って遮断領域に入り、スイッチＱ１２はオフにされる。このとき、結合コイルＬ１１に蓄積されたエネルギーは、ダイオードＤ１２、コンデンサＣ１２の経路を介してコンデンサＣ１２に充電され、補助電圧Ｖａが増加し、昇圧コンバータ（ｂｏｏｓｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）のように作用する。言い換えれば、自己昇圧回路２０は、正の電源線Ｌｐ＋と負の電源線Ｌｐ－との間の電圧を補助電圧Ｖａに変換し、保護回路３０及び電流検出ユニット４０に電源を供給する。
結合コイルＬ１１へのエネルギー放出が完了すると、ベース電流ＩＢが再び流れるので、コレクタ電流ＩＣも増加する。このようにして、結合コイルＬ１１のエネルギー蓄積及び放出を繰り返すことで、自励振動のスイッチング動作により励磁電流のエネルギー蓄積及び放出を達成することができる。このように、補助電圧Ｖａを徐々に増加させることにより、１ボルトの小電圧を５～１０ボルトの電圧値に昇圧することができ、保護回路３０及び電流検出ユニット４０への給電を正常に動作させることができる。これは、受電装置２００が無負荷状態となり（有負荷状態となっていない）、正の電源線Ｌｐ＋と負の電源線Ｌｐ－との間に短絡と同等の状態となる小電圧が存在する場合である。
受電装置２００が有負荷状態になり始めるとは、受電装置２００はすでに操作を開始することを意味する。正の電源線Ｌｐ＋と負の電源線Ｌｐ－との間に小電圧が存在するので、このとき、給電経路Ｐｓを流れる電流Ｉａがゼロでなく、電流検出ユニット４０は、給電経路Ｐｓ上の電流Ｉａに応じて第２レベルの電流検出信号Ｉｓ（例えば高レベル信号）を出力し、保護回路３０のスイッチＳ１は、電流検出信号Ｉｓによってオフする。これにより、正の電源線Ｌｐ＋は負の電源線Ｌｐ－との間が開放と同等の状態となる。正の電源線Ｌｐ＋と負の電源線Ｌｐ－との間が短絡されることがなくなるため、保護回路３０及び電流検出ユニット４０に必要な電力は、自己昇圧回路２０を介して供給される必要がなくなるので、ロジック切断回路１０により自己昇圧回路２０を無効（ｄｉｓａｂｌｅ）にする。代わりに、電源供給装置１００により保護回路３０及び電流検出ユニット４０に必要な電力、例えば、このとき電源供給装置１００が出力する１０ボルトを供給する。
具体的には、電源供給装置１００が出力する１０ボルトの電圧は、抵抗Ｒ１２、抵抗Ｒ１３により分圧され、分圧された電圧によってスイッチＱ１３をオンにし、抵抗Ｒ１４、抵抗Ｒ１５により分圧され、分圧された電圧によってスイッチＱ１４をオンにする。これにより、ツェナーダイオードＤ１４には一定の電圧が供給され、この電圧によりスイッチＱ１５がオンし、コンデンサＣ１３には電圧が加えられる。このコンデンサ電圧はリレーＲＬＹのコイルに結合されており、コイルに電圧が誘起されると、リレーＲＬＹは遮断（開放）されるので、正の電源線Ｌｐ＋と自己昇圧回路２０との間の経路が遮断され、結合コイルＬ１１のエネルギー蓄積と放出の経路がなくなり、自己昇圧回路２０の昇圧動作が無効にされる（停止する）。言い換えれば、自己昇圧回路２０は、受信端子（リレーＲＬＹ）によりロジック切断回路１０の出力端子に結合され、ロジック切断回路１０は、出力端子により自己昇圧回路２０を無効にすることができる。
このとき、電源供給装置１００が出力する１０ボルトの電圧もダイオードＤ１３を介してコンデンサＣ１２に充電される。言い換えれば、ダイオードＤ１３は、自己昇圧回路２０が無効にされたときにコンデンサＣ１２を充電する経路を提供するので、コンデンサＣ１２は、自己昇圧回路２０が無効にされたときに十分な補助電圧Ｖａを供給することができ、保護回路３０及び電流検出ユニット４０に必要な電力を供給し続けることができる。
図３は、本発明に係る自励駆動機能を備えた給電システムの第２実施形態の回路ブロック図である。第２実施形態と図２に示す第１実施形態の主な違いは、ロジック切断回路１０の違いである。自己昇圧回路２０は、スイッチＱ２２により負の電源線Ｌｐ－に接続され、スイッチＱ２２の制御端子は、自己昇圧回路２０の受信端子とされ、ロジック切断回路１０に結合されている。このようにして、受電装置２００が無負荷状態である場合には、保護回路３０のスイッチＳ１がオンに制御され、正の電源線Ｌｐ＋と負の電源線Ｌｐ－との間が短絡状態となる。したがって、１ボルトの小電圧が抵抗Ｒ２３を介してスイッチＱ２２をオンに制御することにより（ただし、抵抗Ｒ２１、Ｒ２２で分圧された電圧はスイッチＱ２１をオンするのに十分ではない）、自己昇圧回路２０は、有効（ｅｎａｂｌｅ）にされて自励的に起動することになる。その昇圧動作の原理は前述したので、ここでは省略する。これにより、１ボルトの小電圧を５～１０ボルトの電圧に昇圧して、保護回路３０及び電流検出ユニット４０への給電を維持し、正常に動作させることができる。
受電装置２００が有負荷状態になり始めると、給電経路Ｐｓを流れる電流Ｉａがゼロでなくなり、保護回路３０のスイッチＳ１がオフとなるので、正の電源線Ｌｐ＋と負の電源線Ｌｐ－との間が開放と同等の状態となる。保護回路３０及び電流検出ユニット４０に必要な電力は、自己昇圧回路２０を介して供給される必要がなくなるので、ロジック切断回路１０により自己昇圧回路２０を無効にする。代わりに、電源供給装置１００により保護回路３０及び電流検出ユニット４０に必要な電力を供給する。
具体的には、電源供給装置１００が出力する１０ボルト電圧は、抵抗Ｒ２１、抵抗Ｒ２２により分圧されて、分圧された電圧によってスイッチＱ２１をオンにする。スイッチＱ２１がスイッチＱ２２（例えばＭＯＳ）のゲートとソースに接続されるため、０ボルトの電圧によりスイッチＱ２２をオフにする。このように、スイッチＱ２２がオフされることにより、自己昇圧回路２０と負の電源線Ｌｐ－との間の経路が遮断され、結合コイルＬ１１のエネルギー蓄積と放出の経路がなくなり、自己昇圧回路２０の昇圧動作が無効にされる（停止する）。
このとき、電源供給装置１００が出力する１０ボルトの電圧もダイオードＤ１３を介してコンデンサＣ１２に充電される。言い換えれば、ダイオードＤ１３は、自己昇圧回路２０が無効にされたときにコンデンサＣ１２を充電する経路を提供するので、コンデンサＣ１２は、自己昇圧回路２０が無効にされたときに十分な補助電圧Ｖａを供給することができ、保護回路３０及び電流検出ユニット４０に必要な電力を供給し続けることができる。
図４は、本発明に係る自励駆動機能を備えた給電システムの第３実施形態の回路ブロック図である。第３実施形態と図２に示す第１実施形態の主な違いは、ロジック切断回路１０の違いである。受電装置２００が無負荷状態である場合には、保護回路３０のスイッチＳ１がオンに制御され、正の電源線Ｌｐ＋と負の電源線Ｌｐ－とが短絡状態となる。したがって、１ボルトの小電圧が抵抗Ｒ３５、抵抗Ｒ３６を介して電圧Ｖｂを供給し、スイッチＱ３３がオンに制御されることにより、自己昇圧回路２０は、有効（ｅｎａｂｌｅ）にされて自励的に起動することになる。その昇圧動作の原理は前述した通りであるので、ここでは省略する。これにより、１ボルトの小電圧を５～１０ボルトの電圧に昇圧して、保護回路３０及び電流検出ユニット４０への給電を維持し、正常に動作させることができる。
受電装置２００が有負荷状態になり始めると、給電経路Ｐｓを流れる電流Ｉａがゼロでなくなり、保護回路３０のスイッチＳ１がオフとなるので、正の電源線Ｌｐ＋と負の電源線Ｌｐ－との間が開放と同等の状態となる。保護回路３０及び電流検出ユニット４０に必要な電力は、自己昇圧回路２０を介して供給される必要がなくなるので、ロジック切断回路１０により自己昇圧回路２０を無効にする。代わりに、電源供給装置１００により保護回路３０及び電流検出ユニット４０に必要な電力を供給する。
具体的には、電源供給装置１００が出力する１０ボルト電圧は、抵抗Ｒ３１、抵抗Ｒ３２により分圧されて、分圧された電圧によってスイッチＱ３１（例えばｎ－ＭＯＳ）をオンにする。同時に、１０ボルト電圧は、抵抗Ｒ３３、抵抗Ｒ３４により分圧されて、分圧された電圧によってスイッチＱ３２（例えばｐ－ＭＯＳ）をオンにする。このとき、電圧Ｖｂは、正の電源線Ｌｐ＋の１０ボルトであり、スイッチＱ３３（例えばｐ－ＭＯＳ）をオフに制御するので、自己昇圧回路２０と正の電源線Ｌｐ＋との間の経路を遮断し、結合コイルＬ１１のエネルギー蓄積と放出の経路をなくして、自己昇圧回路２０の昇圧動作を無効にする（停止させる）。
このとき、電源供給装置１００が出力する１０ボルトの電圧もダイオードＤ１３を介してコンデンサＣ１２に充電される。言い換えれば、ダイオードＤ１３は、自己昇圧回路２０が無効にされたときにコンデンサＣ１２を充電する経路を提供するので、コンデンサＣ１２は、自己昇圧回路２０が無効にされたときに十分な補助電圧Ｖａを供給することができ、保護回路３０及び電流検出ユニット４０に必要な電力を供給し続けることができる。
図２～図４の説明によれば、ロジック切断回路１０は、正の電源線Ｌｐ＋と負の電源線Ｌｐ－との間の電圧に基づいて、自己昇圧回路２０を無効又は有効にするものであるので、ロジック切断回路１０内のパラメータ（例えば抵抗値）を調整することにより、自己昇圧回路２０を無効にする条件を決定することができる。例えば、正の電源線Ｌｐ＋と負の電源線Ｌｐ－との間の電圧が閾値よりも大きい場合には、自己昇圧回路２０を無効にするように設定することにより、給電システムの各素子に十分な電圧源を確保することができる。
図５Ａ～図５Ｃは、本発明に係る保護回路と電流検出ユニットと組み合わせて使用する異なる実施形態の回路図である。図５Ａに示す実施形態は、図２～図４に示す保護回路３０（単一のスイッチＳ１の制御）を使用する実施形態とは異なり、保護回路３０として２つのスイッチＳ１、スイッチＳ２を使用し、電流検出ユニット４０は検出抵抗ＲＳを使用して差動増幅器を併用する。ここで、２つのスイッチＳ１、スイッチＳ２は相補的に制御され、即ち、一方はオンにされると、他方はオフにされる。受電装置２００が無負荷状態となるとき（電流Ｉａがゼロであるとき）、検出抵抗ＲＳの両端電圧Ｖａｂはゼロとなるので、電流検出信号Ｉｓの電圧Ｖ２は低電位となる。基準電圧Ｖｒｅｆは電圧Ｖ２よりも大きいので、電圧Ｖ３は高電位となり、スイッチＳ１はオン、スイッチＳ２はオフとなる。逆に、受電装置２００が有負荷状態になり始めると（電流Ｉａがゼロでないとき）、検出抵抗ＲＳの両端電圧Ｖａｂはゼロではないので、電流検出信号Ｉｓの電圧Ｖ２は高電位となる。基準電圧Ｖｒｅｆは電圧Ｖ２よりも小さいので、電圧Ｖ３は低電位となり、スイッチＳ１はオフ、スイッチＳ２はオンとなる。
図５Ｂは、電流Ｉａの大きさを検出するために検出抵抗ＲＳが使用された図５Ａと比較して、電流検出ユニット４０として電流変成器又はホールセンサを直接使用し、電圧差動回路の構成を省略している。電流変成器を使用する利点は、電源を必要とせずに電流が流れることを利用して電流又は電圧を誘導することで、電流検出信号Ｉｓを出力できることである。電流検出ユニット４０は、受電装置２００が無負荷状態となるとき（電流Ｉａがゼロであるとき）、低電位の電圧Ｖ２を出力する。基準電圧Ｖｒｅｆは電圧Ｖ２よりも大きいので、電圧Ｖ３は高電位となり、スイッチＳ１はオン、スイッチＳ２はオフとなる。一方、電流検出ユニット４０は、受電装置２００が有負荷状態になり始めると（電流Ｉａがゼロでないとき）、高電位の電圧Ｖ２を出力する。基準電圧Ｖｒｅｆは電圧Ｖ２よりも小さいので、電圧Ｖ３は低電位となり、スイッチＳ１はオフ、スイッチＳ２はオンとなる。
図５Ｃに示す実施形態では、保護回路３０の制御として２つのスイッチＱ１、スイッチＳ１を使用する。受電装置２００が無負荷状態となるとき（電流Ｉａがゼロであるとき）、電源供給装置１００が出力する１０ボルトの電圧がスイッチＳ１をオンにし、正の電源線Ｌｐ＋と負の電源線Ｌｐ－との間に短絡と同等の状態となる小電圧が存在する。この小電圧が電流検出ユニット４０に給電し、電流検出ユニット４０が大きな電圧を必要とする場合には、自己昇圧回路２０により給電することができる。受電装置２００が有負荷状態になり始めると、電流検出ユニット４０が出力する電流検出信号Ｉｓは、スイッチＱ１をオンに制御して、スイッチＳ１のゲートに結合される電圧Ｖｄが０ボルトとなり、スイッチＳ１がオフになるので、正の電源線Ｌｐ＋と負の電源線Ｌｐ－との間が開放と同等の状態となる。本実施形態では、抵抗Ｒ１の抵抗値が比較的に大きく設計されるため、電流Ｉａが受電装置２００に流れることになる。なお、ダイオードＤ１は、スイッチＳ１の駆動電圧を制御するために、ツェナーダイオード、過渡電圧サプレッサ（ＴＶＳ）、又はレギュレータＩＣであってもよい。
図６Ａ～図６Ｃは、本発明に係る自励駆動機能を備えた給電システムの異なる構成を示すブロック図である。図６Ａでは、複数組の電源供給装置１００がそれぞれ対応するロジック切断回路１０、自己昇圧回路２０、保護回路３０、及び電流検出ユニット４０に直列接続されて構成された単一のストリング（ｓｉｎｇｌｅ ｓｔｒｉｎｇ）を、受電装置２００に接続させる給電構成を示している。図６Ｂでは、図６Ａの複数のストリング（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｓｔｒｉｎｇ）を受電装置２００に並列接続させる給電構成を示している。図６Ｃでは、複数（図示は２つ）の電源供給装置１００が対応する１組のロジック切断回路１０、自己昇圧回路２０、保護回路３０、及び電流検出ユニット４０に直列接続されて構成された単一のストリング（ｓｉｎｇｌｅ ｓｔｒｉｎｇ）を受電装置２００に接続させる給電構成を示している。
以上をまとめると、本発明の特徴と利点は次の通りである。
（１）本発明の保護回路３０は、通信ユニット、通信線を使用する必要がなく、通信プロトコルを必要とせず、回路コストの削減及び制御回路の設計の簡略化に有効である。
（２）受電装置２００が無負荷状態である場合には、保護回路３０の短絡により電源供給装置１００の出力電圧を制限することができ、機器や作業者の安全を確保することができる。
（３）受電装置２００が無負荷状態である場合には、自己昇圧回路２０により小電圧を昇圧して保護回路３０及び電流検出ユニット４０に供給するのに必要な電力を確保し、正常に動作させることができる。
（４）受電装置２００が有負荷状態である場合には、ロジック切断回路１０により自己昇圧回路２０を無効にすることで、電源供給装置１００は、保護回路３０及び電流検出ユニット４０に必要な電力を直接供給することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもなく、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の全ての範囲は以下の特許請求の範囲に基づくものであり、本発明の特許請求の範囲に合致する精神とその類似の変形例は、本発明の範囲に含まれるべきであり、当業者であれば、本発明の技術的範囲内において、容易に思いつくことができ、また、その変形例や修正例も、以下の特許請求の範囲に含まれる。
１００ 電源供給装置
２００ 受電装置
１０ ロジック切断回路
２０ 自己昇圧回路
３０ 保護回路
４０ 電流検出ユニット
Ｌｐ＋ 正の電源線
Ｌｐ－ 負の電源線
Ｐｓ 給電経路
Ｌ１１ 結合コイル
ＲＬＹ リレー
Ｑ１、Ｑ１２、Ｑ１３、Ｑ１４、Ｑ１５ スイッチ
Ｑ２１、Ｑ２２ スイッチ
Ｑ３１、Ｑ３２、Ｑ３３ スイッチ
Ｓ１、Ｓ２ スイッチ
Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５ 抵抗
Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３ 抵抗
Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３４、Ｒ３５ 抵抗
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗
ＲＳ 検出抵抗
Ｃ１２、Ｃ１３ コンデンサ
Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３ ダイオード
Ｄ１ ダイオード
Ｄ１４ ツェナーダイオード
Ｖａ 補助電圧
Ｖｂ、Ｖｄ、Ｖ２、Ｖ３ 電圧
Ｖｒｅｆ 基準電圧
Ｉｓ 電流検出信号
Ｉａ 電流

Claims (13)

  1. 正の電源線及び負の電源線を介して受電装置に結合される自励駆動機能を備えた給電システムであって、
    前記正の電源線と前記負の電源線との間に直流電源を出力する電源供給装置と、
    前記正の電源線と前記負の電源線との間に結合されるロジック切断回路と、
    前記正の電源線と前記負の電源線との間に結合され、前記正の電源線と前記負の電源線との間の電圧を補助電圧に変換し、前記ロジック切断回路の出力端子に結合される受信端子を有する自己昇圧回路と、
    前記正の電源線と前記負の電源線との間に結合され、前記自己昇圧回路に結合して前記補助電圧を受ける保護回路と、
    前記正の電源線又は前記負の電源線に結合され、前記正の電源線又は前記負の電源線の電流に応じて電流検出信号を出力する電流検出ユニットと、を含み、
    前記保護回路は、前記電流検出信号に基づいて、前記正の電源線と前記負の電源線との間を短絡又は開放し、前記ロジック切断回路は、前記正の電源線と前記負の電源線との間の前記電圧に基づいて、前記自己昇圧回路を無効又は有効にすることを特徴とする自励駆動機能を備えた給電システム。
  2. 前記保護回路は、前記電流検出信号が第１のレベルであるとき、前記正の電源線と前記負の電源線との間を短絡し、前記電流検出信号が第２のレベルであるとき、前記正の電源線と前記負の電源線との間を開放することを特徴とする請求項１に記載の自励駆動機能を備えた給電システム。
  3. 前記保護回路は、前記正の電源線と前記負の電源線との間に結合されるスイッチを含み、前記スイッチがオンされると、前記正の電源線と前記負の電源線との間が短絡され、前記スイッチがオフされると、前記正の電源線と前記負の電源線との間が開放されることを特徴とする請求項１に記載の自励駆動機能を備えた給電システム。
  4. 前記保護回路は、前記正の電源線と前記負の電源線との間に結合される第１スイッチと、前記正の電源線又は前記負の電源線に結合される第２スイッチとを含み、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチは相補的に制御されることを特徴とする請求項１に記載の自励駆動機能を備えた給電システム。
  5. 前記自己昇圧回路は、
    トランジスタスイッチと、
    一端が共通に結合され、他端がそれぞれ前記トランジスタスイッチのベースと、コレクタとに結合される２つの磁気的に結合されたコイルを備える結合コイルと、
    前記トランジスタスイッチの前記コレクタに結合されて補助電圧を供給するコンデンサと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の自励駆動機能を備えた給電システム。
  6. 前記自己昇圧回路は、制御端子が前記自己昇圧回路の前記受信端子とされるスイッチング素子をさらに含み、前記ロジック切断回路は、前記スイッチング素子をオフにして前記自己昇圧回路を無効にすることを特徴とする請求項５に記載の自励駆動機能を備えた給電システム。
  7. 前記正の電源線と前記結合コイルとの間には前記スイッチング素子が結合されることを特徴とする請求項６に記載の自励駆動機能を備えた給電システム。
  8. 前記負の電源線と前記結合コイルとの間には前記スイッチング素子が結合されることを特徴とする請求項６に記載の自励駆動機能を備えた給電システム。
  9. 前記ロジック切断回路は、前記正の電源線と前記負の電源線との間の電圧が閾値より大きい場合に、前記自己昇圧回路を無効にすることを特徴とする請求項１に記載の自励駆動機能を備えた給電システム。
  10. 前記自己昇圧回路は、前記正の電源線と前記コンデンサとの間に結合されるダイオードをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の自励駆動機能を備えた給電システム。
  11. 前記保護回路は、前記スイッチに直列結合されるダイオードをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の自励駆動機能を備えた給電システム。
  12. 前記電源供給装置は、ソーラーパネルであることを特徴とする請求項１に記載の自励駆動機能を備えた給電システム。
  13. 電流検出ユニットは、ホールセンサであり、前記補助電圧を受けることを特徴とする請求項１に記載の自励駆動機能を備えた給電システム。
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