JP7380712B2 - スイッチングモジュールおよび電源システム - Google Patents

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Description

本発明は、スイッチングモジュールおよび電源システムに関する。
交流電圧を直流電圧に変換して負荷へ出力するコンバータ部と、コンバータ部に対して、複数の交流電源のいずれか一つを電気的に接続する切替部と、コンバータ部への入力電圧を検出する入力電圧検出部と、入力電圧検出部が検出する入力電圧に基づく交流電源の異常判定を所定時間の間繰り返し実行する異常判定部と、異常判定部が異常と判定した場合、切替部を制御してコンバータ部に接続する交流電源を切り替える切替制御部と、を備える電源システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。ここで、切替部は、２つの交流電源それぞれに接続された機械式リレーを有し、２つの機械式リレーそれぞれのオン、オフの組み合わせを変更することにより、コンバータ部に電気的に接続される交流電源を切り替える。
国際公開第２０１８／０４３３１９号
ところで、特許文献１に記載された電源システムのように、機械式リレーを用いてコンバータ部に電気的に接続する交流電源を切り替える構成では、交流電源の切替に要する切替時間が、機械式リレーの応答時間に影響される。即ち、切替時間が、機械式リレーへ制御信号を出力してから機械式リレーが実際に開状態または閉状態になるまでの応答時間に影響される。更に、交流電源から出力される交流電圧の波形異常の有無を判定するためには、突発的なノイズの影響を除去するために、ある程度の長さの判定時間の間だけ交流電圧の波形を監視し続ける必要がある。特許文献１に記載された電源システムでは、交流電圧の波形異常を予め設定された判定時間の間監視した結果、波形異常が検出された場合に機械式リレーへ制御信号を出力する。このため、コンバータ部に電気的に接続される交流電源を切り替えるには、少なくとも前述の判定時間と機械式リレーの応答時間とに相当する時間とが必要となり、交流電源の切替時間が長期化していた。
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、電力供給元となる電源の切り替えに要する時間を短縮することができるスイッチングモジュールおよび電源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、本発明に係るスイッチングモジュールは、
複数の電源のうちのいずれか１つから供給される電力を後段回路へ出力するスイッチングモジュールであって、
複数の電源それぞれと前記後段回路との間に接続された複数の機械式リレーと、
前記複数の機械式リレーそれぞれに並列に接続された複数の半導体スイッチと、
前記後段回路への入力電圧を検出する電圧検出部と、
前記複数の電源のうちのいずれか１つが前記後段回路に電気的に接続されるように、前記複数の機械式リレーそれぞれの開閉状態を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、予め設定された第１判定期間の間における前記入力電圧が異常であると判定すると、前記複数の機械式リレーのうちの閉状態にある機械式リレーを開状態にするための開指令信号を前記閉状態にある機械式リレーへ出力するとともに、前記開指令信号の出力先の機械式リレーと並列に接続された半導体スイッチがオン状態となるように制御し、
前記第１判定期間が経過した後に、予め設定された第２判定期間の間における前記入力電圧が正常であると判定すると、前記開指令信号の出力先の機械式リレーを閉状態にするための閉指令信号を前記開指令信号の出力先の機械式リレーへ出力するとともに前記開指令信号の出力先の機械式リレーと並列に接続された半導体スイッチがオン状態となるように制御し、
前記第２判定期間の間における前記入力電圧が異常であると判定すると、前記閉指令信号の出力先の機械式リレーと並列に接続された半導体スイッチがオフ状態となるように制御した後、前記閉指令信号を前記複数の機械式リレーのうちの前記開指令信号の出力先の機械式リレーとは異なる開状態にある機械式リレーへ出力する。
また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記第２判定期間が、前記第１判定期間よりも長くてもよい。
また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記制御部は、予め設定された判定時期が到来する毎に、前記第１判定期間中より短い第３判定期間の間における前記電圧検出部により検出される前記入力電圧の瞬時値に基づいて、前記入力電圧が異常であるか否かを判定し、前記第３判定期間中において前記入力電圧が異常であると判定すると、前記第１判定期間の間における前記入力電圧が異常であるか否かを判定し、前記第３判定期間中において前記入力電圧が正常であると判定すると、判定を終了する、ものであってもよい。
また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記制御部は、前記第１判定期間中において前記入力電圧の瞬時値が予め設定された基準範囲を外れた状態が予め設定された基準期間だけ継続すると、前記第１判定期間の間における前記入力電圧が異常であると判定する、ものであってもよい。
また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記制御部は、前記第１判定期間の判定結果と、前記第２判定期間の判定結果とが異なる状態が所定回数続いたとき、前記第１判定期間の長さをより長い時間に更新する、ものであってもよい。
また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記複数の半導体スイッチそれぞれの温度を検出する温度検出部を更に備え、
前記制御部は、前記温度検出部により検出される前記複数の半導体スイッチそれぞれの温度のうちの少なくとも１つが、予め設定された基準温度を超えると、前記第１判定期間を予め設定された単位期間だけ延長する、ものであってもよい。
また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記複数の電源は、それぞれ、互いにΔ結線された３つの交流電源から構成された三相交流電源であり、
前記制御部は、前記複数の電源のうちのいずれか１つが前記後段回路に３つの電力線を介して電気的に接続されている状態での前記３つの電力線から選択される２つの電力線間それぞれの線間電圧の実効値を前記瞬時値として算出する、ものであってもよい。
他の観点から見た本発明に係る電源システムは、
入力される電力を変換して負荷へ供給する電力変換ユニットと、
複数の電源のうちのいずれか１つから供給される電力を前記電力変換ユニットへ出力するスイッチングモジュールと、を備え、
前記スイッチングモジュールは、
複数の電源それぞれと前記電力変換ユニットとの間に接続された複数の機械式リレーと、
前記複数の機械式リレーそれぞれに並列に接続された複数の半導体スイッチと、
前記電力変換ユニットへの入力電圧を検出する電圧検出部と、
前記複数の電源のうちのいずれか１つが前記電力変換ユニットに電気的に接続されるように、前記複数の機械式リレーそれぞれの開閉状態を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、予め設定された第１判定期間の間における前記入力電圧が異常であると判定すると、前記複数の機械式リレーのうちの閉状態にある機械式リレーを開状態にするための開指令信号を前記閉状態にある機械式リレーへ出力するとともに、前記開指令信号の出力先の機械式リレーと並列に接続された半導体スイッチがオン状態となるように制御し、
前記第１判定期間が経過した後に、予め設定された第２判定期間の間における前記入力電圧が正常であると判定すると、前記開指令信号の出力先の機械式リレーを閉状態にするための閉指令信号を前記開指令信号の出力先の機械式リレーへ出力するとともに前記開指令信号の出力先の機械式リレーと並列に接続された半導体スイッチがオン状態となるように制御し、
前記第２判定期間の間における前記入力電圧が異常であると判定すると、前記閉指令信号の出力先の機械式リレーと並列に接続された半導体スイッチがオフ状態となるように制御した後、前記閉指令信号を前記複数の機械式リレーのうちの前記開指令信号の出力先の機械式リレーとは異なる開状態にある機械式リレーへ出力する。
本発明によれば、制御部が、予め設定された第１判定期間の間における入力電圧が異常であると判定すると、複数の機械式リレーのうちの閉状態にある機械式リレーを開状態にするための開指令信号を閉状態にある機械式リレーへ出力する。一方、制御部は、第２判定期間の間における入力電圧が異常であると判定すると、閉指令信号を複数の機械式リレーのうちの開指令信号の出力先の機械式リレーとは異なる開状態にある機械式リレーへ出力する。これにより、例えば第２判定期間を入力電圧の波形の異常有無を精度良く判定するのに十分な長さに設定することにより、スイッチングモジュールの誤動作の発生を抑制できる。また、入力電圧の波形に異常が発生している場合、第２判定期間よりも短い第１判定期間が経過した時点で開指令信号を閉状態にある機械式リレーへ出力するので、閉状態にある機械式リレーを開状態にするための動作の始動時期を早くすることができる。従って、入力電圧の波形に異常が発生した場合において、電力供給元となる電源の切り替えに要する時間を短縮することができる。
本発明の実施の形態に係る電源システムの概略構成図である。 実施の形態に係る電力変換ユニットの回路図である。 実施の形態に係る機械式リレーおよび半導体スイッチを示す回路図である。 実施の形態に係る制御部が実行するスイッチ制御処理を示すフローチャートである。 実施の形態に係る制御部が実行する異常有無判定処理を示すフローチャートである。 実施の形態に係る制御部が実行するスイッチ制御処理を示すフローチャートである。 比較例に係るスイッチングモジュールの動作を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態に係るスイッチングモジュールの動作を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態に係るスイッチングモジュールの動作を説明するためのタイムチャートである。 変形例に係る電源システムの概略構成図である。 変形例に係るスイッチングモジュールの動作説明図である。 変形例に係る電源システムの概略構成図である。 変形例に係る制御部が実行するスイッチ制御処理を示すフローチャートである。 変形例に係る電源システムの概略構成図である。 変形例に係る制御部が実行する第１判定期間設定処理を示すフローチャートである。 変形例に係る電源システムの概略構成図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態に係るスイッチングモジュールは、例えば複数の３相の交流電源のうちのいずれか１つから供給される電力を後段回路へ出力するものである。このスイッチングモジュールは、複数の交流電源それぞれと後段回路との間に接続された複数の機械式リレーと、後段回路への入力電圧を検出する電圧検出部と、複数の交流電源のうちのいずれか１つが後段回路に電気的に接続されるように、複数の機械式リレーそれぞれの開閉状態を制御する制御部と、を備える。そして、制御部は、予め設定された第１判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定すると、複数の機械式リレーのうち閉状態にある機械式リレーを開状態にするための開指令信号を閉状態にある機械式リレーへ出力する。その後、制御部は、第１判定期間よりも長い予め設定された第２判定期間の間における入力電圧の波形が正常であると判定すると、開指令信号の出力先の機械式リレーを閉状態にするための閉指令信号を開指令信号の出力先の機械式リレーへ出力する。また、制御部は、第２判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定すると、閉指令信号を、複数の機械式リレーのうちの開指令信号の出力先の機械式リレーとは異なる開状態にある機械式リレーへ出力することにより、後段回路に電気的に接続される電源を変更する。
本実施の形態に係る電源システムは、例えばデータセンタのサーバへ電力を供給するいわゆる無停電電源システムである。この電源システムは、例えば図１に示すように、三相交流電源である電源ＰＡ１または待機系の三相交流電源である電源ＰＢ１から交流電力の供給を受けてサーバ（図示せず）のような負荷ＬＺへ直流電力を供給する。電源ＰＡ１は、３つの交流電源をΔ結線したものであり、３つの電力線Ｌ１Ａ、Ｌ２Ａ、Ｌ３Ａを介して電源システムへ三相交流を供給する。また、電源ＰＢ１は、３つの交流電源をΔ結線したものであり、３つの電力線Ｌ１Ｂ、Ｌ２Ｂ、Ｌ３Ｂを介して電源システムへ三相の交流電力を供給する。
電源システムは、スイッチングモジュール１と、電力変換ユニット２と、を備える。電力変換ユニット２は、３つのＡＣ－ＤＣコンバータ２１、２２、２３を有する。ＡＣ－ＤＣコンバータ２１、２２、２３は、それぞれ、例えば図２に示すように、一対の入力端ＩＮ２１、ＩＮ２２間に接続された整流回路ＤＢと、整流回路ＤＢの出力端間に接続された平滑用のコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１の両端間に生じる直流電圧を昇圧または降圧して出力するＤＣ－ＤＣコンバータ２１０と、ＤＣ－ＤＣコンバータ２１０の出力端間に接続されたリップル電流軽減用のコンデンサＣ２と、を有する。ＤＣ－ＤＣコンバータ２１０は、例えばインダクタとスイッチング素子とスイッチング素子を駆動する駆動回路とを有する。駆動回路は、制御部１８から入力される出力電圧の指令値を示す指令値情報に基づいて、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号またはＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）信号をスイッチング素子へ出力することにより、ＤＣ－ＤＣコンバータ２１０の出力を制御する。ＤＣ－ＤＣコンバータ２１０の一対の出力端ＯＵＴ２１、ＯＵＴ２２は、負荷ＬＺに接続されている。
図１に戻って、スイッチングモジュール１は、２つの電源ＰＡ１、ＰＢ１のうちのいずれか１つから供給される交流電力を電力変換ユニット２へ出力する。スイッチングモジュール１は、２つの電源ＰＡ１、ＰＢ１それぞれと電力変換ユニット２との間に接続された６つの機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂと、６つの半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂと、３つの電圧検出部１５１、１５２、１５３と、を備える。また、スイッチングモジュール１は、６つの入力端子ｔｅ１Ａ、ｔｅ２Ａ、ｔｅ３Ａ、ｔｅ１Ｂ、ｔｅ２Ｂ、ｔｅ３Ｂと、３つの出力端子ｔｅ４、ｔｅ５、ｔｅ６と、を備える。入力端子ｔｅ１Ａ、ｔｅ２Ａ、ｔｅ３Ａには、それぞれ、三相電源ＰＡ１に接続された電力線Ｌ１Ａ、Ｌ２Ａ、Ｌ３Ａが接続され、入力端子ｔｅ１Ｂ、ｔｅ２Ｂ、ｔｅ３Ｂには、それぞれ、待機系の三相電源ＰＢ１に接続された電力線Ｌ１Ｂ、Ｌ２Ｂ、Ｌ３Ｂが接続されている。また、出力端子ｔｅ４、ｔｅ５間、出力端子ｔｅ５、ｔｅ６間および出力端子ｔｅ６、ｔｅ４間には、それぞれ、ＡＣ－ＤＣコンバータ２１、２２、２３それぞれの一対の入力端（図２の入力端ＩＮ２１、ＩＮ２２）が接続されている。
機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａは、それぞれ、入力端子ｔｅ１Ａ、ｔｅ２Ａ、ｔｅ３Ａと、出力端子ｔｅ４、ｔｅ５、ｔｅ６と、の間に接続されている。また、機械式リレー１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂは、それぞれ、入力端子ｔｅ１Ｂ、ｔｅ２Ｂ、ｔｅ３Ｂと、出力端子ｔｅ４、ｔｅ５、ｔｅ６と、の間に接続されている。機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂは、例えば図３に示すような電磁リレーであり、電磁コイルＬｄと、入力端ＩＮ１０１と出力端ＯＵＴ１０１との間に接続された接点スイッチＲｙと、を有する、接点スイッチＲｙは、例えばデフォルト時において可動接点が固定接点から離脱した状態であるノーマリオープン型の接点スイッチである。機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂは、制御部１８からそれらを閉状態にするための閉指令信号が入力されると、コイルＬｄに電流が流れ、接点スイッチＲｙの可動接点と固定接点とが接触した状態となり閉状態となる。一方、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂは、制御部１８からそれらを開状態にするための開指令信号が入力されると、コイルＬｄに流れていた電流が遮断され、接点スイッチＲｙの可動接点が固定接点から離脱した状態で維持され開状態となる。また、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂは、それぞれ、接点スイッチＲｙの可動接点が固定接点に接触している場合、その状態を通知する接点接触通知信号を制御部１８へ出力し続ける機能を有する。
図１に戻って、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａは、それぞれ、入力端子ｔｅ１Ａ、ｔｅ２Ａ、ｔｅ３Ａと、出力端子ｔｅ４、ｔｅ５、ｔｅ６と、の間において、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａと並列に接続されている。また、半導体スイッチ１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂは、それぞれ、入力端子ｔｅ１Ｂ、ｔｅ２Ｂ、ｔｅ３Ｂと、出力端子ｔｅ４、ｔｅ５、ｔｅ６と、の間において、機械式リレー１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂと並列に接続されている。半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂは、それぞれ、例えば図３に示すような、いわゆる双方向スイッチであり、２つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と２つのダイオードＤ１、Ｄ２とを有する。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。スイッチング素子Ｑ１は、一端が入力端ＩＮ１０２に接続されている。ダイオードＤ１は、カソードがスイッチング素子Ｑ１の他端に接続され、アノードが出力端ＯＵＴ１０２に接続されている。ダイオードＤ２は、アノードが入力端ＩＮ１０２に接続されている。スイッチング素子Ｑ２は、一端がダイオードＤ２のカソードに接続され、他端が出力端ＯＵＴ１０２に接続されている。半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂは、制御部１８からそれらをオン状態にするためのオン指令信号が入力されると、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が共にオン状態となる。一方、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂは、制御部１８からそれらをオフ状態にするためのオフ指令信号が入力されると、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が共にオフ状態となる。
図１に戻って、電圧検出部１５１、１５２、１５３は、それぞれ、電力変換ユニット２への入力電圧を検出する。電圧検出部１５１は、出力端子ｔｅ４、ｔｅ５の間に接続され、出力端子ｔｅ４、ｔｅ５間の電圧、即ち、ＡＣ－ＤＣコンバータ２１への入力電圧を検出する。また、電圧検出部１５２は、出力端子ｔｅ５、ｔｅ６の間に接続され、出力端子ｔｅ４、ｔｅ５間の電圧、即ち、ＡＣ－ＤＣコンバータ２２への入力電圧を検出する。更に、電圧検出部１５３は、出力端子ｔｅ６、ｔｅ４の間に接続され、出力端子ｔｅ６、ｔｅ４間の電圧、即ち、ＡＣ－ＤＣコンバータ２３への入力電圧を検出する。
制御部１８は、２つの電源ＰＡ１、ＰＢ１のうちのいずれか１つが電力変換ユニット２に電気的に接続されるように、６つの機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂそれぞれの開閉状態を制御する。また、制御部１８は、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂそれぞれのオンオフ状態も制御する。制御部１８は、例えばマイコンとメモリとを有し、マイコンが、指令部１８１と電圧取得部１８２と評価値算出部１８３と計数部１８４と判定部１８５として機能する。また、メモリには、後述する異常有無判定処理において異常有りと判定された回数に対する回数閾値、第１判定期間、第２判定期間の長さを示す情報を記憶する基準値記憶部１９１が設けられている。
指令部１８１は、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂを閉状態にするための閉指令信号を、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂへ出力してこれらを閉状態にする。また、指令部１８１は、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂを開状態にするための開指令信号を、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂへ出力してこれらを開状態にする。更に、指令部１８１は、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂをオン状態にするためのオン指令信号を、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂへ出力してこれらをオン状態にする。また、指令部１８１は、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂをオフ状態にするためのオフ指令信号を、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂへ出力してこれらをオフ状態にする。
電圧取得部１８２は、電圧検出部１５１、１５２、１５３それぞれで検出される電力変換ユニット２への入力電圧の瞬時値を示す情報を取得する。電圧取得部１８２は、予め設定された時間間隔で到来する判定時期が到来する毎に、電力変換ユニット２への入力電圧の瞬時値を示す情報を取得する。ここで、前述の時間間隔は、例えば１２５μｓｅｃに設定される。
評価値算出部１８３は、前述の電力変換ユニット２への入力電圧の瞬時値から入力電圧の波形の異常有無を判定するための評価値を算出する。ここで、評価値算出部１８３は、２つの電源ＰＡ１、ＰＢ１のうちのいずれか１つが電力変換ユニット２に３つの電力線（例えば電力線Ｌ１Ａ、Ｌ２Ａ、Ｌ３Ａ）を介して電気的に接続されている状態での３つの電力線Ｌ１Ａ、Ｌ２Ａ、Ｌ３Ａから選択される２つの電力線間それぞれの線間電圧の実効値を評価値として算出する。具体的には、評価値算出部１８３は、電圧検出部１５１、１５２、１５３で検出される電力変換ユニット２への入力電圧の瞬時値それぞれの二乗和を反映した評価値を算出する。
判定部１８５は、前述の判定時期が到来する毎に、予め設定された第３判定期間中における電圧検出部１５１、１５２、１５３により検出される電力変換ユニット２の入力電圧の瞬時値に基づいて、入力電圧の波形が異常であるか否かを判定する前置判定を実行する。第３判定期間の長さは、数μｓｅｃ程度である。なお、請求の範囲に記載の「入力電圧の瞬時値」とは、入力電圧の瞬時値そのものに限らず、入力電圧の瞬時値から算出された評価値を含むものである。ここで、判定部１８５は、評価値算出部１８３が算出した評価値が予め設定された基準範囲内であれば入力電圧の波形が正常であると判定する。一方、判定部１８５は、評価値算出部１８３が算出した評価値が前述の基準範囲外であれば入力電圧の波形が異常であると判定する。判定部１８５は、前述の前置判定において入力電圧の波形が正常であると判定する限り、前置判定を繰り返し実行する。
一方、判定部１８５は、前述の前置判定において入力電圧の波形が異常であると判定すると、予め設定された第１判定期間の間における入力電圧の波形が異常であるか否かを判定する。ここで、第１判定期間は、例えば電力変換ユニット２への入力電圧の波形に異常が発生している可能性があると判定できる長さに設定され、例えば１ｍｓｅｃに設定される。判定部１８５は、第１判定期間中において前述の評価値が予め設定された基準範囲を外れた状態で予め設定された第１基準期間だけ継続すると、第１判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定する。具体的には、判定部１８５は、第１判定期間中において、前述の判定時期が到来する毎に、評価値が基準範囲内であるか否かを判定する。そして、判定部１８５は、第１判定期間中における、前述の評価値が基準範囲外と連続して判定した回数に相当する異常有判定回数が予め設定された第１異常有判定回数閾値以上になると、入力電圧の波形が異常であると判定する。一方、判定部１８５は、第１判定期間中における、前述の異常有判定回数が前述の第１異常有判定回数閾値未満である場合、入力電圧の波形が正常であると判定する。判定部１８５は、第１判定期間の間における入力電圧の波形が正常であると判定すると、再び、前述の前置判定を実行する。
また、判定部１８５は、第１判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定すると、第１判定期間よりも長い予め設定された第２判定期間の間における入力電圧の波形が異常であるか否かを判定する。ここで、第２判定期間は、電力変換ユニット２への入力電圧の波形の異常有無を精度良く判定するのに十分な長さに設定され、例えば５ｍｓｅｃに設定される。判定部１８５は、前述の第２判定期間中において前述の評価値が前述の基準範囲を外れた状態で予め設定された第２基準期間だけ継続すると、第２判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定する。具体的には、判定部１８５は、第２判定期間中において、前述の判定時期が到来する毎に、評価値が基準範囲内であるか否かを判定する。そして、判定部１８５は、第２判定期間中における、評価値が基準範囲外と連続して判定した回数に相当する異常有判定回数が予め設定された第２異常有判定回数閾値以上になると、入力電圧の波形が異常であると判定する。一方、判定部１８５は、第２判定期間中における、前述の異常有判定回数が前述の第２異常有判定回数閾値未満である場合、入力電圧の波形が正常であると判定する。判定部１８５は、第２判定期間の間における入力電圧の波形が正常であると判定すると、再び、前述の前置判定を実行する。
計数部１８４は、例えばカウンタを有し、判定部１８５による前述の異常有判定回数を計数する。計数部１８４は、計数した異常有判定回数を示す情報を判定部１８５へ通知する。
そして、指令部１８１は、判定部１８５により第１判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定されると、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂのうちの閉状態にある機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａを開状態にするための開指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａへ出力する。また、指令部１８１は、開指令信号を出力した後、第２判定期間の間における入力電圧の波形が正常であると判定すると、開指令信号の出力先の機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａを閉状態にするための閉指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａへ出力する。このとき、指令部１８１は、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａに並列に接続された半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａへオン指令信号を出力し続けることにより、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａをオン状態で維持している。これにより、電源ＰＡ１からスイッチングモジュール１へ供給される交流電流の許容量を増大させることができる。
また、指令部１８１は、開指令信号を出力した後、判定部１８５により第２判定期間の間における入力電圧の波形が正常であると判定されると、開指令信号の出力先の機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａを閉状態にするための閉指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａへ出力する。このとき、指令部１８１は、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａに並列に接続された半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａへオン指令信号を出力し続けることにより、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａをオン状態で維持している。
一方、指令部１８１は、開指令信号を出力した後、判定部１８５により第２判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定されると、閉指令信号の、閉指令信号の出力先の機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａへの出力を回避する。その後、指令部１８１は、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａへオフ指令信号を出力することにより、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａをオフ状態にする。ここで、指令部１８１は、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａから入力される前述の接点接触通知信号を監視し、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａから接点接触通知信号が入力されなくなった状態で、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａをオフ状態にする。これにより、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａが閉状態から開状態になる際、接点スイッチＲｙの可動接点と固定接点との間でアーク放電が生じることを防止できる。
次に、指令部１８１は、閉指令信号を、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａとは異なる機械式リレー１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂへ出力する。このとき、指令部１８１は、機械式リレー１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂに並列に接続された半導体スイッチ１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂへオン指令信号を出力することにより、半導体スイッチ１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂをオン状態にする。
次に、本実施の形態に係る制御部１８が実行するスイッチ制御処理について、図４から図６を参照しながら説明する。なお、このスイッチ制御処理の開始時において、スイッチングモジュール１の機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａが全て閉状態であり、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａが全てオン状態であるとする。また、スイッチングモジュール１の機械式リレー１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂが全て開状態であり、半導体スイッチ１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂが全てオフ状態であるとする。これにより、電源ＰＡ１から電力変換ユニット２へ交流電力が供給され、電源ＰＢ１から電力変換ユニット２への交流電力の供給が遮断された状態となっている。
まず、図４に示すように、電圧取得部１８２は、予め設定された判定時期が到来したか否かを判定する（ステップＳ１０１）。電圧取得部１８２は、判定時期が到来しない限り（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、ステップＳ１０１の処理を繰り返し実行する。一方、電圧取得部１８２が、判定時期が到来したと判定すると（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、計数部１８４が、前述の異常有判定回数のカウント値「ｉ」を「０」に設定する（ステップＳ１０２）。次に、電圧取得部１８２は、電圧検出部１５１、１５２、１５３それぞれにより検出される電力変換ユニット２の入力電圧の瞬時値を示す電圧値情報を取得する（ステップＳ１０３）。続いて、評価値算出部１８３は、電圧取得部１８２が取得した電圧値情報が示す入力電圧の瞬時値から入力電圧の波形の異常有無を判定するための評価値を算出する（ステップＳ１０４）。その後、入力電圧の波形の異常有無を判定する異常有無判定処理が実行される（ステップＳ１０５）。
ここで、異常有無判定処理について図５を参照しながら詳細に説明する。まず、判定部１８５は、評価値算出部１８３が算出した評価値Ａが前述の基準範囲内、即ち、基準範囲の下限値Ａｌｔｈ以上上限値Ａｕｔｈ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。そして、判定部１８５が、評価値Ａが基準範囲外、即ち、下限値Ａｌｔｈ未満または上限値Ａｕｔｈより大きいと判定すると（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、計数部１８４は、異常有判定回数Ｍを「１」だけインクリメントする（ステップＳ２０２）。一方、判定部１８５が、評価値Ａが基準範囲内であると判定すると（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、計数部１８４は、異常有判定回数Ｍを「０」に初期化する（ステップＳ２０３）。
図４に戻って、次に、判定部１８５は、異常有判定回数Ｍが「１」以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。判定部１８５により異常有判定回数Ｍが「０」であると判定されると（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、再びステップＳ１０１の処理が実行される。一方、判定部１８５により異常有判定回数Ｍが「１」以上であると判定されると（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、電圧取得部１８２が、判定時期が到来したか否かを判定する（ステップＳ１０７）。電圧取得部１８２は、判定時期が到来しない限り（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、ステップＳ１０８の処理を繰り返し実行する。一方、電圧取得部１８２は、判定時期が到来したと判定すると（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、電圧検出部１３１、１３２、１３３それぞれにより検出される電力変換ユニット２の入力電圧の瞬時値を示す電圧値情報を取得する（ステップＳ１０８）。続いて、評価値算出部１８３は、電圧取得部１８２が取得した電圧値情報が示す入力電圧の瞬時値から入力電圧の波形の異常有無を判定するための評価値を算出する（ステップＳ１０９）。その後、入力電圧の波形の異常有無を判定する異常有無判定処理が実行される（ステップＳ１１０）。
次に、判定部１８５は、第１判定期間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１１１）。判定部１８５により第１判定期間が経過していないと判定されると（ステップＳ１１１：Ｎｏ）、再びステップＳ１０７の処理が実行される。一方、判定部１８５は、第１判定期間が経過したと判定すると（ステップＳ１１１：Ｙｅｓ）、異常有判定回数Ｍが前述の第１異常有判定回数閾値Ｍ１ｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１２）。ここで、判定部１８５が、異常有判定回数Ｍが第１異常有判定回数閾値Ｍ１ｔｈ未満であると判定すると（ステップＳ１１２：Ｎｏ）、再びステップＳ１０１の処理が実行される。一方、判定部１８５により異常有判定回数Ｍが第１異常有判定回数閾値Ｍ１ｔｈ以上であると判定されると（ステップＳ１１２：Ｙｅｓ）、指令部１８１が、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａを開状態にするための開指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａへ出力する（ステップＳ１１３）。
続いて、電圧取得部１８２が、判定時期が到来したか否かを判定する（ステップＳ１１４）。電圧取得部１８２は、判定時期が到来しない限り（ステップＳ１１４：Ｎｏ）、ステップＳ１１４の処理を繰り返し実行する。一方、電圧取得部１８２は、判定時期が到来したと判定すると（ステップＳ１１４：Ｙｅｓ）、図６に示すように、電圧検出部１３１、１３２、１３３それぞれにより検出される電力変換ユニット２の入力電圧の瞬時値を示す電圧値情報を取得する（ステップＳ１１５）。その後、評価値算出部１８３は、電圧取得部１８２が取得した電圧値情報が示す入力電圧の瞬時値から入力電圧の波形の異常有無を判定するための評価値を算出する（ステップＳ１１６）。次に、入力電圧の波形の異常有無を判定する異常有無判定処理が実行される（ステップＳ１１７）。
次に、判定部１８５は、第２判定期間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１１８）。判定部１８５により第２判定期間が経過していないと判定されると（ステップＳ１１８：Ｎｏ）、再び図４のステップＳ１１４の処理が実行される。一方、判定部１８５は、図６に示すように、第２判定期間が経過したと判定すると（ステップＳ１１８：Ｙｅｓ）、異常有判定回数Ｍが前述の第２異常有判定回数閾値Ｍ２ｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１９）。ここで、判定部１８５が、異常有判定回数Ｍが第２異常有判定回数閾値Ｍ２ｔｈ未満であると判定したとする（ステップＳ１１９：Ｎｏ）。この場合、指令部１８１は、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａを再び閉状態にするための閉指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａへ出力する（ステップＳ１２０）。続いて、再びステップＳ１０１の処理が実行される。
一方、判定部１８５が、異常有判定回数Ｍが第２異常有判定回数閾値Ｍ２ｔｈ以上であると判定したとする（ステップＳ１１９：Ｙｅｓ）。この場合、指令部１８１は、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａをオフ状態にするためのオフ指令信号を半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａへ出力する（ステップＳ１２１）。その後、指令部１８１は、半導体スイッチ１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂをオン状態にするためのオン指令信号を半導体スイッチ１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂへ出力する。同時に、指令部１８１は、機械式リレー１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂをオン状態にするためのオン指令信号を機械式リレー１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂへ出力する（ステップＳ１２２）。そして、スイッチ制御処理が終了する。
次に、本実施の形態に係るスイッチングモジュール１の動作を比較例に係るスイッチングモジュールの動作と比較しながら説明する。なお、比較例に係るスイッチングモジュールのハードウェア構成は、スイッチングモジュール１と同様であり、制御部１８が実行するスイッチング制御処理の内容が相違する。まず、比較例に係るスイッチングモジュールの動作について説明する。なお、比較例に係るスイッチングモジュールは、初期状態において、電源ＰＢ１が待機系電源、即ち、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａが全て閉状態であり、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａが全てオン状態であるとする。比較例に係るスイッチングモジュールの制御部１８は、例えば図７に示すように、時刻Ｔ９１に判定時期が到来すると、予め設定された判定期間ｄＴ９１中において入力電圧の波形の異常有無を判定する。この判定期間ｄＴ９１は、入力電圧の波形の異常有無を精度良く判定するのに十分な長さに設定されており、例えば前述の第２判定期間と同じ長さに設定されている。そして、制御部１８は、時刻Ｔ９１から判定期間ｄＴ９１だけ経過した後の時刻Ｔ９２において入力電圧の波形に異常が発生していると判定すると、開指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａへ出力する。一方、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａは、開指令信号が出力された時刻Ｔ９２から応答遅延時間ｄＴ２だけ経過後の時刻Ｔ９３において、実際に開状態となる。この応答遅延時間ｄＴ２は、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａの性能により決定され、例えば４ｍｓｅｃ程度である。また、制御部１８は、入力電圧の波形に異常が発生していると判定した時刻Ｔ９２から予め設定された待機時間ｄＴ３だけ経過した時刻Ｔ９４において半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａへオフ指令信号を出力し、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａがオフ状態となる。この待機時間ｄＴ３は、前述の機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａの応答遅延時間ｄＴ２よりも長く設定され、例えば５ｍｓｅｃに設定される。その後、制御部１８は、時刻Ｔ９４から予め設定されたデッドタイムｄＴ４だけ経過した後の時刻Ｔ９５において、閉指令信号を機械式リレー１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂへ出力するとともに、オン指令信号を半導体スイッチ１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂへ出力する。このとき、半導体スイッチ１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂは、オン指令信号が入力されるとオン状態になる。また、機械式リレー１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂは、時刻Ｔ９５から応答遅延時間ｄＴ２だけ経過後の時刻Ｔ９６において、実際に閉状態となる。このように、比較例に係るスイッチングモジュールでは、電力変換ユニット２への入力電圧の波形に異常が発生している場合、前述の判定時期が到来してから、電力変換ユニット２への電力供給元を電源ＰＢ１へ切り替えるまでに判定期間ｄＴ９１、待機時間ｄＴ３、デッドタイムｄＴ４および応答遅延時間ｄＴ２の総和に相当する時間を要する。
次に、本実施の形態に係るスイッチングモジュール１について電力変換ユニット２への入力電圧の波形に異常が発生している場合の動作について説明する。なお、スイッチングモジュール１は、前述と同様に、初期状態において、電源ＰＢ１が待機系電源であるとする。スイッチングモジュール１の制御部１８は、例えば図８に示すように、時刻Ｔ１に判定時期が到来すると、第１判定期間ｄＴ１１中において入力電圧の波形の異常有無を判定する。この第１判定期間ｄＴ１１は、電力変換ユニット２への入力電圧の波形に異常が発生している可能性があると判定できる長さに設定され、例えば１ｍｓｅｃに設定される。そして、制御部１８は、時刻Ｔ１から第１判定期間ｄＴ１１だけ経過した後の時刻Ｔ２において入力電圧の波形に異常が発生していると判定すると、開指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａへ出力する。その後、制御部１８は、開指令信号を出力した後、時刻Ｔ１から第２判定期間ｄＴ１２だけ経過した後の時刻Ｔ３において入力電圧の波形に異常が発生していると判定したとする。ここで、第２判定期間ｄＴ１１は、例えば前述の比較例に係る判定期間と同じ長さの４ｍｓｅｃに設定される。この場合、制御部１８は、閉指令信号の機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａへの出力を回避する。一方、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａは、開指令信号が出力された時刻Ｔ２から応答遅延時間ｄＴ２だけ経過後の時刻Ｔ４において、実際に開状態となる。また、制御部１８は、入力電圧の波形に異常が発生していると判定した時刻Ｔ２から待機時間ｄＴ３だけ経過した時刻Ｔ５において半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａへオフ指令信号を出力し、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａがオフ状態となる。その後、制御部１８は、時刻Ｔ５からデッドタイムｄＴ４だけ経過した後の時刻Ｔ６において、閉指令信号を機械式リレー１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂへ出力するとともに、オン指令信号を半導体スイッチ１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂへ出力する。このとき、半導体スイッチ１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂは、オン指令信号が入力されるとオン状態になる。また、機械式リレー１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂは、時刻Ｔ６から応答遅延時間ｄＴ２だけ経過後の時刻Ｔ７において、実際に閉状態となる。このように、スイッチングモジュール１では、電力変換ユニット２への入力電圧の波形に異常が発生している場合、前述の判定時期が到来してから電力変換ユニット２への電力供給元を電源ＰＢ１へ切り替えるまでに、第１判定期間ｄＴ１１、待機時間ｄＴ３、デッドタイムｄＴ４および応答遅延時間ｄＴ２の総和に相当する時間を要する。ここで、第２判定期間ｄＴ１２の長さが、比較例に係る判定期間ｄＴ９１の長さと同じである場合、比較例に係るスイッチングモジュールに比べて、判定時期が到来してから電力変換ユニット２への電力供給元を電源ＰＢ１へ切り替えるまでに要する時間が、第２判定期間ｄＴ１２と第１判定期間ｄＴ１１との差分に相当する時間ΔＴだけ短縮される。
ここで、電力変換ユニット２への入力電圧の波形に突発的な異常が発生しており恒常的な異常が発生していない場合について説明する。この場合、制御部１８は、例えば図９に示すように、時刻Ｔ２１に判定時期が到来すると、第１判定期間ｄＴ１１中において入力電圧の波形の異常有無を判定する。次に、制御部１８は、時刻Ｔ２１から第１判定期間ｄＴ１１だけ経過した後の時刻Ｔ２２において入力電圧の波形に異常が発生していると判定すると、開指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａへ出力する。その後、制御部１８は、開指令信号を出力した後、時刻Ｔ２１から第２判定期間ｄＴ１２だけ経過した後の時刻Ｔ２３において入力電圧の波形が正常であると判定したとする。この場合、制御部１８は、閉指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａへ出力する。このとき、制御部１８は、オフ指令信号の半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａへの出力を回避する。これにより、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａはオン状態を維持する。一方、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａは、開指令信号が出力された時刻Ｔ２２から応答遅延時間ｄＴ２だけ経過後の時刻Ｔ２４において、一度開状態となる。その後、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａは、閉指令信号が出力された時刻Ｔ２３から応答遅延時間ｄＴ２だけ経過後の時刻Ｔ２５において、再び閉状態となる。このようにして、スイッチングモジュール１は、電力変換ユニット２への入力電圧の波形に突発的な異常が発生しており恒常的な異常が発生していない場合、電力変換ユニット２への電力供給元が誤って電源ＰＡ１から電源ＰＢ１へ切り替わることを防止している。
以上説明したように、本実施の形態に係るスイッチングモジュール１によれば、制御部１８が、第１判定期間の間における電力変換ユニット２への入力電圧の波形が異常であると判定すると、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａを開状態にするための開指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａへ出力する。その後、制御部１８は、第１判定期間よりも長い第２判定期間の間における入力電圧の波形が正常であると判定すると、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａを閉状態にするための閉指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａへ出力する。また、制御部１８は、第２判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定すると、閉指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａとは異なる開状態にある機械式リレー１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂへ出力することにより、電力変換ユニット２に電気的に接続される電源を電源ＰＡ１から電源ＰＢ１へ変更する。これにより、例えば第２判定期間を入力電圧の波形の異常有無を精度良く判定するのに十分な長さに設定することにより、スイッチングモジュール１の誤動作の発生を抑制できる。また、入力電圧の波形に異常が発生している場合、第２判定期間よりも短い第１判定期間が経過した時点で開指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａへ出力するので、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａを開状態にするための動作の始動時期を早くすることができる。従って、入力電圧の波形に異常が発生した場合において、電力供給元となる電源ＰＡ１、ＰＢ１の切り替えに要する時間を短縮することができる。
また、本実施の形態に係る制御部１８は、予め設定された判定時期が到来する毎に、予め設定された第３判定期間中における電圧検出部１５１、１５２、１５３により検出される入力電圧の瞬時値に基づいて、電力変換ユニット２への入力電圧の波形が異常であるか否かを判定する前置判定を実行する。第３判定期間の長さは、数μｓｅｃ程度である。そして、制御部１８は、前置判定において入力電圧の波形が異常であると判定すると、第１判定期間の間における入力電圧の波形が異常であるか否かを判定する。一方、制御部１８は、前置判定において入力電圧の波形が正常であると判定する限り前置判定を繰り返す。即ち、制御部１８は、前置判定において入力電圧の波形が異常であると判定した場合のみ、それ以降の第１判定期間における入力電圧の波形が異常であるか否かを判定する。これにより、制御部１８は、過去における第１判定期間の間における入力電圧の波形を示す情報を記憶しておく必要がないので、その分、制御部１８に要求される記憶容量を低減することができる。また、制御部１８は、過去における第１判定期間の間における入力電圧の波形を示す情報を解析して波形の異常が発生していたか否かを判定する処理を省略することができるので、その分、制御部１８で実行すべき処理を簡素化することができる。
更に、本実施の形態に係る制御部１８は、第１判定期間中において入力電圧の瞬時値から算出される評価値が予め設定された基準範囲を外れた状態が予め設定された基準期間だけ継続すると、第１判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定する。これにより、制御部１８は、過去における第１判定期間の間における入力電圧の波形を示す情報を記憶しておく必要がないので、その分、制御部１８に要求される記憶容量を低減することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。電源システムが、例えば図１０に示すように、スイッチングモジュール２００１と、電力変換ユニット２００２と、を備え、単相の電源ＰＡ２または電源ＰＢ２から交流電力の供給を受けて負荷ＬＺへ直流電力を供給するものであってもよい。なお、図１０において、実施の形態と同様の構成については図１と同一の符号を付している。電力変換ユニット２００２は、１つのＡＣ－ＤＣコンバータ２０２１を有する。ＡＣ－ＤＣコンバータ２０２１は、実施の形態で説明したＡＣ－ＤＣコンバータ２１、２２、２３と同様の構成を有する。スイッチングモジュール２００１は、２つの電源ＰＡ２、ＰＢ２それぞれと電力変換ユニット２００２との間に接続された４つの機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂと、４つの半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂと、電圧検出部２０１５と、を備える。また、スイッチングモジュール２００１は、４つの入力端子ｔｅ２１Ａ、ｔｅ２２Ａ、ｔｅ２１Ｂ、ｔｅ２２Ｂと、２つの出力端子ｔｅ２４、ｔｅ２５と、を備える。入力端子ｔｅ２１Ａ、ｔｅ２２Ａには、それぞれ、電源ＰＡ２に接続された電力線Ｌ２１Ａ、Ｌ２２Ａが接続され、入力端子ｔｅ２１Ｂ、ｔｅ２２Ｂには、それぞれ、待機系の電源ＰＢ２に接続された電力線Ｌ２１Ｂ、Ｌ２２Ｂが接続されている。また、出力端子ｔｅ２４、ｔｅ２５間には、ＡＣ－ＤＣコンバータ２０２１の一対の入力端が接続されている。電圧検出部２０１５は、実施の形態で説明した電圧検出部１５１、１５２、１５３と同様であり、出力端子ｔｅ２４、ｔｅ２５の間に接続され、出力端子ｔｅ２４、ｔｅ２５間の電圧、即ち、ＡＣ－ＤＣコンバータ２０２１への入力電圧を検出する。
制御部２０１８は、２つの電源ＰＡ２、ＰＢ２のうちのいずれか１つが電力変換ユニット２００２に電気的に接続されるように、４つの機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂそれぞれの開閉状態を制御する。また、制御部２０１８は、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂそれぞれのオンオフ状態も制御する。制御部１８は、実施の形態と同様に、マイコンとメモリとを有し、マイコンが、指令部２１８１と電圧取得部１８２と評価値算出部２１８３と計数部１８４と判定部１８５として機能する。また、メモリには、基準値記憶部２１９１と、入力電圧の正常波形を示す情報を記憶する正常波形記憶部２１９２とが設けられている。
指令部２１８１は、開指令信号または閉指令信号を、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂへ出力することにより、これらの開閉状態を制御する。また、指令部２１４１は、オン指令信号またはオフ指令信号を、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂへ出力することにより、これらのオンオフ状態を制御する。電圧取得部１８２は、電圧検出部２０１６で検出される電力変換ユニット２００２への入力電圧の瞬時値を示す情報を取得する。評価値算出部２１８３は、前述の入力電圧の正常波形と、電力変換ユニット２００２への入力電圧の実際の波形と、の差分電圧の絶対値を評価値として算出する。具体的には、評価値算出部２１８３は、例えば図１１に示すように、時刻Ｔ２０１において判定時期が到来すると、時刻Ｔ２０１における入力電圧の正常波形Ｓｎの電圧値と入力電圧の実際の波形Ｓ１の電圧との差分電圧の絶対値｜ｄＶ｜を評価値として算出する。
図１０に戻って、判定部１８５は、実施の形態と同様に、前置判定において、評価値算出部１８３が算出した評価値が前述の基準範囲外であれば入力電圧の波形が異常であると判定する。また、判定部１８５は、第１判定期間中において前述の評価値が予め設定された基準範囲を外れた状態で予め設定された第１基準期間だけ継続すると、第１判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定する。また、判定部１８５は、第１判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定すると、第２判定期間中において前述の評価値が前述の基準範囲を外れた状態で予め設定された第２基準期間だけ継続すると、第２判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定する。
そして、指令部２１８１は、判定部１８５により第１判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定されると、閉状態にある機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａを開状態にするための開指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａへ出力する。また、指令部１８１は、開指令信号を出力した後、第２判定期間の間における入力電圧の波形が正常であると判定すると、開指令信号の出力先の機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａを閉状態にするための閉指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａへ出力する。一方、指令部２１８１は、開指令信号を出力した後、判定部１８５により第２判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定されると、閉指令信号の、閉指令信号の出力先の機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａへの出力を回避する。その後、指令部２１８１は、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａへオフ指令信号を出力することにより、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａをオフ状態にする。
本構成によれば、単相の電源ＰＡ２または電源ＰＢ２から交流電力の供給を受けて負荷ＬＺへ直流電力を供給する電源システムにおいて、電力変換ユニット２００２への電力供給元を電源ＰＡ２から電源ＰＢ２へ切り替えるために要する時間を短縮することができる。
実施の形態では、電源システムが、３つの交流電源をΔ結線してなる電源ＰＡ１または電源ＰＢ１から３相の交流電力の供給を受けて負荷ＬＺへ直流電力を供給する例について説明した。但し、これに限らず、例えば図１２に示すように、電源システムが、３つの交流電源をＹ結線してなる電源ＰＡ３または電源ＰＢ３から３相の交流電力の供給を受けて負荷ＬＺへ直流電力を供給するものであってもよい。なお、図１２において、実施の形態と同様の構成については図１と同一の符号を付している。電源ＰＡ３は、４つの電力線Ｌ３１Ａ、Ｌ３２Ａ、Ｌ３３Ａ、Ｌ３４Ａを介して電源システムへ三相交流を供給する。また、電源ＰＢ３は、４つの電力線Ｌ３１Ｂ、Ｌ３２Ｂ、Ｌ３３Ｂ、Ｌ３４Ｂを介して電源システムへ三相交流を供給する。
スイッチングモジュール３００１は、２つの電源ＰＡ３、ＰＢ３それぞれと電力変換ユニット２との間に接続された８つの機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１４１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂ、１４１Ｂと、８つの半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１４２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂ、１４２Ｂと、電圧検出部３１５１、３１５２、３１５３と、を備える。ここで、機械式リレー１４１Ａ、１４１Ｂは、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂと同様の構成を有する。また、半導体スイッチ１４２Ａ、１４２Ｂは、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂと同様の構成を有する。また、スイッチングモジュール３００１は、８つの入力端子ｔｅ３１Ａ、ｔｅ３２Ａ、ｔｅ３３Ａ、ｔｅ３４Ａ、ｔｅ３１Ｂ、ｔｅ３２Ｂ、ｔｅ３３Ｂ、ｔｅ３４Ｂと、４つの出力端子ｔｅ３５、ｔｅ３６、ｔｅ３７、ｔｅ３８と、を備える。入力端子ｔｅ３１Ａ、ｔｅ３２Ａ、ｔｅ３３Ａ、ｔｅ３４Ａには、それぞれ、電源ＰＡ３に接続された電力線Ｌ３１Ａ、Ｌ３２Ａ、Ｌ３３Ａ、Ｌ３４Ａが接続され、入力端子ｔｅ３１Ｂ、ｔｅ３２Ｂ、ｔｅ３３Ｂ、ｔｅ３４Ｂには、それぞれ、待機系の電源ＰＢ３に接続された電力線Ｌ３１Ｂ、Ｌ３２Ｂ、Ｌ３３Ｂ、Ｌ３４Ｂが接続されている。また、出力端子ｔｅ３５、ｔｅ３８間には、ＡＣ－ＤＣコンバータ２１の一対の入力端が接続され、出力端子ｔｅ３６、ｔｅ３８間には、ＡＣ－ＤＣコンバータ２２の一対の入力端が接続されている。また、出力端子ｔｅ３７、ｔｅ３８間には、ＡＣ－ＤＣコンバータ２３の一対の入力端が接続されている。電圧検出部３１５１は、出力端子ｔｅ３５、ｔｅ３８の間に接続され、出力端子ｔｅ３５、ｔｅ３８間の電圧、即ち、ＡＣ－ＤＣコンバータ２１への入力電圧を検出する。電圧検出部３１５２は、出力端子ｔｅ３６、ｔｅ３８の間に接続され、出力端子ｔｅ３６、ｔｅ３８間の電圧、即ち、ＡＣ－ＤＣコンバータ２２への入力電圧を検出する。電圧検出部３１５３は、出力端子ｔｅ３７、ｔｅ３８の間に接続され、出力端子ｔｅ３７、ｔｅ３８間の電圧、即ち、ＡＣ－ＤＣコンバータ２３への入力電圧を検出する。
制御部３０１８は、２つの電源ＰＡ３、ＰＢ３のうちのいずれか１つが電力変換ユニット２に電気的に接続されるように、８つの機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１４１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂ、１４１Ｂそれぞれの開閉状態を制御する。また、制御部３０１８は、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１４２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂ、１４２Ｂそれぞれのオンオフ状態も制御する。制御部３０１８は、実施の形態と同様に、例えばマイコンとメモリとを有し、マイコンが、指令部３１８１と電圧取得部１８２と評価値算出部１８３と計数部１８４と判定部１８５として機能する。また、メモリには、基準値記憶部１９１が設けられている。
指令部３１８１は、開指令信号または閉指令信号を、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１４１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂ、１４１Ｂへ出力することにより、これらの開閉状態を制御する。また、指令部３１８１は、オン指令信号またはオフ指令信号を、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１４２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂ、１４２Ｂへ出力することにより、これらのオンオフ状態を制御する。電圧取得部１８２は、電圧検出部３１５１、３１５２、３１５３で検出される電力変換ユニット２への入力電圧の瞬時値を示す情報を取得する。評価値算出部１８３は、実施の形態と同様に、例えば電力変換ユニット２への３相の入力電圧それぞれの瞬時値の二乗和を反映した評価値を算出する。
判定部１８５は、実施の形態と同様に、前置判定において、評価値算出部１８３が算出した評価値が前述の基準範囲外であれば入力電圧の波形が異常であると判定する。また、判定部１８５は、第１判定期間中において前述の評価値が予め設定された基準範囲を外れた状態で予め設定された第１基準期間だけ継続すると、第１判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定する。また、判定部１８５は、第１判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定すると、第２判定期間中において前述の評価値が前述の基準範囲を外れた状態で予め設定された第２基準期間だけ継続すると、第２判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定する。
そして、指令部３１８１は、判定部１８５により第１判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定されると、閉状態にある機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１４１Ａを開状態にするための開指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１４１Ａへ出力する。また、指令部１８１は、開指令信号を出力した後、第２判定期間の間における入力電圧の波形が正常であると判定すると、閉指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１４１Ａへ出力する。一方、指令部３１８１は、開指令信号を出力した後、判定部１８５により第２判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定されると、閉指令信号の機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１４１Ａへの出力を回避する。その後、指令部３１８１は、オフ指令信号を半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１４２Ａへ出力することにより、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１４２Ａをオフ状態にする。
本構成によれば、交流電源をＹ結線してなる電源ＰＡ３または電源ＰＢ３から三相の交流電力の供給を受けて負荷ＬＺへ直流電力を供給する電源システムにおいて、電力変換ユニット２への電力供給元を電源ＰＡ３から電源ＰＢ３へ切り替えるために要する時間を短縮することができる。
実施の形態において、制御部１８が、判定部１８５による異常有無の判定の状況に応じて、第１判定期間を予め設定された単位期間だけ延長する判定期間設定部（図示せず）を有するものであってもよい。即ち、制御部１８が、第１判定期間における判定結果と、第２判定期間における判定結果とが異なる状態が所定回数続いたとき、第１判定期間の長さをより長い時間に更新するものであってもよい。この場合、計数部１８４は、予め設定された延長判定期間中において、第１判定期間後に開指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂへ出力した後、第２判定期間後に閉指令信号の開指令信号の出力先の機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂへ出力した回数である開閉繰り返し回数を計数する。そして、判定期間設定部は、判定部１８５により開閉繰り返し回数が予め設定された延長判定基準回数以上に到達したと判定されると、第１判定期間を予め設定された単位期間だけ延長するものであってもよい。即ち、判定部１８５が、予め設定された延長判定期間中において、第１判定期間中における電力変換ユニット２への入力電圧の波形が異常であると判定した後、第２判定期間における前述の入力電圧の波形が正常であると判定することを、予め設定された延長判定基準回数以上繰り返した場合、第１判定期間を予め設定された単位期間だけ延長するものであってもよい。
ここで、本変形例に係る制御部１８が実行するスイッチ制御処理の内容について図１３を参照しながら説明する。なお、図１３において、実施の形態と同様の処理については図６と同一の符号を付している。まず、制御部１８は、図４に示すステップＳ１０１からＳ１１４までの一連の処理を実行する。そして、ステップＳ１１４において、電圧取得部１８２が、判定時期が到来したか否かを判定したとする（ステップＳ１１４：Ｙｅｓ）。この場合、図１３に示すように、ステップＳ１１５からＳ１１９までの一連の処理が実行される。そして、ステップＳ１１９において、判定部１８５が、異常有判定回数Ｍが第２異常有判定回数閾値Ｍ２ｔｈ未満であると判定したとする（ステップＳ１１９：Ｎｏ）。この場合、指令部１８１は、閉指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａへ出力する（ステップＳ１２２）。次に、計数部１８４が、開閉繰り返し回数を「１」だけインクリメントする（ステップＳ４０１）。続いて、判定部１８５は、予め設定された延長判定期間が経過したか否かを判定する（ステップＳ４０２）。ここで、延長判定期間は、例えば１日または１年に設定することができる。判定部１８５が、予め設定された延長判定期間が経過したと判定すると（ステップＳ４０２：Ｙｅｓ）、計数部１８４は、開閉繰り返し回数を「０」に初期化し（ステップＳ４０３）、再び図４に示すステップＳ１０１の処理が実行される。なお、ステップＳ１１９において、判定部１８５が、異常有判定回数Ｍが第２異常有判定回数閾値Ｍ２ｔｈ以上であると判定すると（ステップＳ１１９：Ｙｅｓ）、ステップＳ１２０以降の処理が実行される。
図１３に戻って、一方、判定部１８５は、未だ延長判定期間が経過していないと判定すると（ステップＳ４０２：Ｎｏ）、開閉繰り返し回数Ｐが延長判定基準回数Ｐ１ｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０４）。判定部１８５が、開閉繰り返し回数Ｐが延長判定基準回数Ｐ１ｔｈ未満であると判定すると（ステップＳ４０４：Ｎｏ）、再び図４に示すステップＳ１０１の処理が実行される。図１３に戻って、一方、判定部１８５は、開閉繰り返し回数Ｐが延長判定基準回数Ｐ１ｔｈ以上であると判定すると（ステップＳ４０４：Ｙｅｓ）、第１判定期間ｄＴ１１が予め設定された第１判定期間上限値ｄＴ１１ｍａｘ以下であるか否かを判定する（ステップＳ４０５）。判定部１８５が、第１期間ｄＴ１１が第１期間上限値ｄＴ１１ｍａｘを超えていると判定すると（ステップＳ４０５：Ｎｏ）、再び図４に示すステップＳ１０１の処理が実行される。図１３に戻って、一方、判定部１８５が、第１期間ｄＴ１１が第１期間上限値ｄＴ１１ｍａｘ以下であると判定すると（ステップＳ４０５：Ｙｅｓ）、判定期間設定部が、第１判定期間ｄＴ１１を予め設定された単位期間だけ延長する（ステップＳ４０６）。その後、再び図４に示すステップＳ１０１の処理が実行される。
本構成によれば、判定期間設定部が、第１判定期間後に開指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂへ出力した後、第２判定期間後に閉指令信号の開指令信号の出力先の機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂへ出力する動作が低減するように、第１判定期間ｄＴ１１の長さを適切な長さに設定する。従って、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂが開閉する頻度を低減することができるので、機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ｂ、１３１Ｂの接点摩耗を抑制することができる。
実施の形態において、制御部１８が、半導体スイッチ１２１Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１２１Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂそれぞれの温度に応じて、第１判定期間を予め設定された単位期間だけ延長するものであってもよい。本変形例に係る電源システムでは、例えば図１４に示すように、スイッチングモジュール５００１が、半導体スイッチ１２１Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１２１Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂそれぞれの温度を検出する温度検出部５１１３Ａ、５１２３Ａ、５１３３Ａ、５１１３Ｂ、５１２３Ｂ、５１３３Ｂを備える。そして、制御部５０１８は、温度検出部５１１３Ａ、５１２３Ａ、５１３３Ａ、５１１３Ｂ、５１２３Ｂ、５１３３Ｂにより検出された温度を示す情報を取得する温度取得部５１８６と、温度取得部５１８６により取得された情報が示す温度に基づいて第１判定期間を延長する判定期間設定部５１８７と、を有する。また、判定部５１８５は、実施の形態で説明した処理を実行するとともに、温度検出部５１１３Ａ、５１２３Ａ、５１３３Ａ、５１１３Ｂ、５１２３Ｂ、５１３３Ｂにより検出される温度のいずれか１つが予め設定された基準温度以上であるか否かを判定する。ここで、基準温度は、半導体スイッチ１２１Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１２１Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂの温度性能に基づいて決定され、例えば１２５℃に設定される。判定期間設定部５１８７は、判定部５１８５により温度検出部５１１３Ａ、５１２３Ａ、５１３３Ａ、５１１３Ｂ、５１２３Ｂ、５１３３Ｂにより検出される温度のうちの少なくとも１つが基準温度以上であると判定されると、第１判定期間を予め設定された単位期間だけ延長する。ここで、単位期間の長さは、例えば０．５ｍｓｅｃに設定される。
ここで、本変形例に係る制御部５０１８が実行する第１判定期間設定処理の内容について図１５を参照しながら説明する。この第１判定期間設定処理は、実施の形態で図４から図６を用いて説明したスイッチ制御処理と並行して実行される。まず、判定部５１８５は、温度検出部５１１３Ａ、５１２３Ａ、５１３３Ａ、５１１３Ｂ、５１２３Ｂ、５１３３Ｂにより検出される温度Ｔｈのいずれか１つが基準温度Ｔｈｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５０１）。判定部５１８５は、温度検出部５１１３Ａ、５１２３Ａ、５１３３Ａ、５１１３Ｂ、５１２３Ｂ、５１３３Ｂにより検出される温度Ｔｈの全てが基準温度Ｔｈｔｈ未満であると判定する限り（ステップＳ５０１：Ｎｏ）、ステップＳ５０１の処理を繰り返し実行する。一方、判定部５１８５が、温度検出部５１１３Ａ、５１２３Ａ、５１３３Ａ、５１１３Ｂ、５１２３Ｂ、５１３３Ｂにより検出される温度Ｔｈのいずれか１つが基準温度Ｔｈｔｈ以上であると判定したとする（ステップＳ５０１：Ｙｅｓ）。この場合、判定部５１８５は、第１判定期間ｄＴ１１が予め設定された第１判定期間上限値ｄＴ１１ｍａｘ以下であるか否かを判定する（ステップＳ５０２）。判定部５１８５は、第１判定期間ｄＴ１１が第１判定期間上限値ｄＴ１１ｍａｘを超えていると判定すると（ステップＳ５０２：Ｎｏ）、再びステップＳ５０１の処理を実行する。一方、判定部５１８５が、第１判定期間ｄＴ１１が第１判定期間上限値ｄＴ１１ｍａｘ以下であると判定すると（ステップＳ５０２：Ｙｅｓ）、判定期間設定部５１８７が、第１判定期間ｄＴ１１を予め設定された単位期間だけ延長する（ステップＳ５０３）。その後、再びステップＳ５０１の処理が実行される。
本構成によれば、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂがオン状態で維持されたまま機械式リレー１１１Ａ、１１２Ａ、１３１Ａ、１１１Ｂ、１１２Ｂ、１３１Ｂが開状態となる頻度を低減できる。従って、電源ＰＡ１、ＰＢ１から供給される交流電流が半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂに集中する頻度を低減することができるので、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂへの負荷が低減されそれらの故障を抑制することができる。
実施の形態では、電源システムが、３相の交流電源である電源ＰＡ１また電源ＰＢ１から交流電力の供給を受けて負荷ＬＺへ直流電力を供給する例について説明した。但し、これに限らず、例えば図１６に示すように、電源システムが、直流電源である電源ＰＡ６または電源ＰＢ６から供給される直流電力を昇圧または降圧して負荷ＬＺへ供給するものであってもよい。なお、図１６において、図１０を用いて説明した変形例と同様の構成については図１０と同一の符号を付している。電源ＰＡ６、ＰＢ６は、例えば蓄電池である。電源システムは、スイッチングモジュール６００１と電力変換ユニット６００２とを備え、電力変換ユニット６００２が、ＤＣ－ＤＣコンバータ６０２１を備えている。
スイッチングモジュール６００２の制御部６０１８は、評価値算出部６１８３と基準値記憶部６１９１とを有する。基準値記憶部６１９１は、電源ＰＡ６、ＰＢ６から出力される電圧値に対する基準電圧値を示す情報と、電圧検出部６０１５により検出される電力変換ユニット６００２への入力電圧の電圧値と基準電圧値との差分電圧の絶対値に対する差分閾値を示す情報と、を記憶する。評価値算出部６１８３は、基準電圧値と、電力変換ユニット２への入力電圧の電圧値と、の差分電圧の絶対値を評価値として算出する。そして、指令部２１８１は、判定部１８５により第１判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定されると、閉状態にある機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａを開状態にするための開指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａへ出力する。また、指令部１８１は、開指令信号を出力した後、第２判定期間の間における入力電圧の波形が正常であると判定すると、開指令信号の出力先の機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａを閉状態にするための閉指令信号を機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａへ出力する。一方、指令部２１８１は、開指令信号を出力した後、判定部１８５により第２判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定されると、閉指令信号の、閉指令信号の出力先の機械式リレー１１１Ａ、１２１Ａ、１３１Ａへの出力を回避する。その後、指令部２１８１は、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａへオフ指令信号を出力することにより、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａをオフ状態にする。
本構成によれば、直流電源である電源ＰＡ６または電源ＰＢ６から供給される直流電力を昇圧または降圧して負荷ＬＺへ供給する電源システムにおいて、電力変換ユニット６００２への電力供給元を電源ＰＡ６から電源ＰＢ６へ切り替えるために要する時間を短縮することができる。
実施の形態では、制御部１８が、第１判定期間中において電力変換ユニット２への入力電圧から算出される評価値が連続して基準範囲外であると判定された異常有判定回数が第１異常有判定回数閾値以上になると、入力電圧の波形が異常であると判定する例について説明した。但し、これに限らず、制御部１８が、例えば、第１判定期間中における、電力変換ユニット２への入力電圧から算出される評価値が基準範囲を外れている基準範囲外期間の割合が予め設定された基準割合以上であると、第１判定期間の間における入力電圧の波形が異常であると判定するものであってもよい。
実施の形態では、制御部１８が、前置判定において異常と判定された場合に、第１判定期間中の入力電圧の波形異常の有無を判定する構成について説明した。但し、これに限らず、制御部１８が、例えば、電力変換ユニット２への過去の入力電圧の瞬時値の履歴をメモリに記憶しておき、現時点から過去に第１判定期間だけ遡った時点と現時点との間の期間中の入力電圧の波形が異常であるか否かを判定するものであってもよい。そして、制御部１８は、現時点から過去に遡った第１判定期間中の入力電圧の波形が異常であると判定すると、現時点から第１判定期間だけ遡った時点から第２判定期間経過した時点で、第２判定期間中の入力電圧の波形が異常であるか否かを判定してもよい。
本構成によれば、制御部１８は、前述の前置判定を実行する必要が無くなるので、その分、スイッチ制御処理を簡素化でき、制御部１８における処理負担が軽減されるという利点がある。
実施の形態では、スイッチングモジュール１が、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂを備える構成について説明したが、必ずしも半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂを備える構成に限定されない。例えば、実施の形態で説明したスイッチングモジュール１において、半導体スイッチ１１２Ａ、１２２Ａ、１３２Ａ、１１２Ｂ、１２２Ｂ、１３２Ｂを省略した構成を有するスイッチングモジュールであってもよい。
実施の形態では、スイッチングモジュール１の後段に電力変換ユニット２が接続される例について説明したが、これに限らず、他の回路が接続されるものであってもよい。
以上、本発明の実施の形態および変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、実施の形態および変形例が適宜組み合わされたもの、それに適宜変更が加えられたものを含む。
本出願は、２０１９年１２月２５日に出願された日本国特許出願特願２０１９－２３４８１７号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１９－２３４８１７号の明細書、特許請求の範囲および図面全体を参照として取り込むものとする。
本発明は、サーバ用の電源システムに好適である。
１，２００１，３００１，５００１，６００１：スイッチングモジュール、２，２００２，６００２：電力変換ユニット、１８，２０１８，３０１８，５０１８，６０１８：制御部、２１，２２，２３，２０２１：ＡＣ－ＤＣコンバータ、１１１Ａ，１１１Ｂ，１２１Ａ，１２１Ｂ，１３１Ａ，１３１Ｂ，１４１Ａ、１４１Ｂ：機械式リレー、１１２Ａ，１１２Ｂ，１２２Ａ，１２２Ｂ，１３２Ａ，１３２Ｂ，１４２Ａ，１４２Ｂ：半導体スイッチ、１５１，１５２，１５３，２０１５，３１５１，３１５２，３１５３，６０１５：電圧検出部、１８１，２１８１：指令部、１８２：電圧取得部、１８３：評価値算出部、１８４：計数部、１８５，５１８５：判定部、１９１：基準値記憶部、２１０，６０２１：ＤＣ－ＤＣコンバータ、２１８３，６１８３：評価値算出部、２１９１，６１９１：基準値記憶部、２１９２：正常波形記憶部、５１１３Ａ，５１１３Ｂ，５１２３Ａ，５１２３Ｂ，５１３３Ａ，５１３３Ｂ：温度検出部、５１８６：温度取得部、５１８７：判定期間設定部、Ｃ１，Ｃ２：コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２：ダイオード、ＤＢ：整流回路、Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂ，Ｌ２Ａ，Ｌ２Ｂ，Ｌ３Ａ，Ｌ３Ｂ，Ｌ２１Ａ，Ｌ２１Ｂ，Ｌ２２Ａ，Ｌ２２Ｂ，Ｌ３１Ａ，Ｌ３１Ｂ，Ｌ３２Ａ，Ｌ３２Ｂ，Ｌ３３Ａ，Ｌ３３Ｂ，Ｌ３４Ａ，Ｌ３４Ｂ：電力線、Ｌｄ：電磁コイル、ＬＺ：負荷、ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＡ３，ＰＡ６，ＰＢ１，ＰＢ２，ＰＢ３，ＰＢ６：電源、Ｑ１，Ｑ２：スイッチング素子、Ｒｙ：接点スイッチ、ｔｅ１Ａ，ｔｅ１Ｂ，ｔｅ２Ａ，ｔｅ２Ｂ，ｔｅ３Ａ，ｔｅ３Ｂ，ｔｅ２１Ａ，ｔｅ２１Ｂ，ｔｅ２２Ａ，ｔｅ２２Ｂ，ｔｅ３１Ａ，ｔｅ３１Ｂ，ｔｅ３２Ａ，ｔｅ３２Ｂ，ｔｅ３３Ａ，ｔｅ３３Ｂ，ｔｅ３４Ａ，ｔｅ３４Ｂ：入力端子、ｔｅ４，ｔｅ５，ｔｅ６，ｔｅ２４，ｔｅ２５，ｔｅ３５，ｔｅ３６，ｔｅ３７，ｔｅ３８：出力端子

Claims (8)

  1. 複数の電源のうちのいずれか１つから供給される電力を後段回路へ出力するスイッチングモジュールであって、
    複数の電源それぞれと前記後段回路との間に接続された複数の機械式リレーと、
    前記複数の機械式リレーそれぞれに並列に接続された複数の半導体スイッチと、
    前記後段回路への入力電圧を検出する電圧検出部と、
    前記複数の電源のうちのいずれか１つが前記後段回路に電気的に接続されるように、前記複数の機械式リレーそれぞれの開閉状態を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、予め設定された第１判定期間の間における前記入力電圧が異常であると判定すると、前記複数の機械式リレーのうちの閉状態にある機械式リレーを開状態にするための開指令信号を前記閉状態にある機械式リレーへ出力するとともに、前記開指令信号の出力先の機械式リレーと並列に接続された半導体スイッチがオン状態となるように制御し、
    前記第１判定期間が経過した後に、予め設定された第２判定期間の間における前記入力電圧が正常であると判定すると、前記開指令信号の出力先の機械式リレーを閉状態にするための閉指令信号を前記開指令信号の出力先の機械式リレーへ出力するとともに前記開指令信号の出力先の機械式リレーと並列に接続された半導体スイッチがオン状態となるように制御し、
    前記第２判定期間の間における前記入力電圧が異常であると判定すると、前記閉指令信号の出力先の機械式リレーと並列に接続された半導体スイッチがオフ状態となるように制御した後、前記閉指令信号を前記複数の機械式リレーのうちの前記開指令信号の出力先の機械式リレーとは異なる開状態にある機械式リレーへ出力する、
    スイッチングモジュール。
  2. 前記第２判定期間は、前記第１判定期間よりも長い、
    請求項１に記載のスイッチングモジュール。
  3. 前記制御部は、予め設定された判定時期が到来する毎に、前記第１判定期間中より短い第３判定期間の間における前記電圧検出部により検出される前記入力電圧の瞬時値に基づいて、前記入力電圧が異常であるか否かを判定し、前記第３判定期間中において前記入力電圧が異常であると判定すると、前記第１判定期間の間における前記入力電圧が異常であるか否かを判定し、前記第３判定期間中において前記入力電圧が正常であると判定すると、判定を終了する、
    請求項１または２に記載のスイッチングモジュール。
  4. 前記制御部は、前記第１判定期間中において前記入力電圧の瞬時値が予め設定された基準範囲を外れた状態が予め設定された基準期間だけ継続すると、前記第１判定期間の間における前記入力電圧が異常であると判定する、
    請求項１から３のいずれか１項に記載のスイッチングモジュール。
  5. 前記制御部は、前記第１判定期間の判定結果と、前記第２判定期間の判定結果とが異なる状態が所定回数続いたとき、前記第１判定期間の長さをより長い時間に更新する、
    請求項１から４のいずれか１項に記載のスイッチングモジュール。
  6. 前記複数の半導体スイッチそれぞれの温度を検出する温度検出部を更に備え、
    前記制御部は、前記温度検出部により検出される前記複数の半導体スイッチそれぞれの温度のうちの少なくとも１つが、予め設定された基準温度を超えると、前記第１判定期間を予め設定された単位期間だけ延長する、
    請求項１から５のいずれか１項に記載のスイッチングモジュール。
  7. 前記複数の電源は、それぞれ、互いにΔ結線された３つの交流電源から構成された三相交流電源であり、
    前記制御部は、前記複数の電源のうちのいずれか１つが前記後段回路に３つの電力線を介して電気的に接続されている状態での前記３つの電力線から選択される２つの電力線間それぞれの線間電圧の実効値を前記瞬時値として算出する、
    請求項３に記載のスイッチングモジュール。
  8. 入力される電力を変換して負荷へ供給する電力変換ユニットと、
    複数の電源のうちのいずれか１つから供給される電力を前記電力変換ユニットへ出力するスイッチングモジュールと、を備え、
    前記スイッチングモジュールは、
    複数の電源それぞれと前記電力変換ユニットとの間に接続された複数の機械式リレーと、
    前記複数の機械式リレーそれぞれに並列に接続された複数の半導体スイッチと、
    前記電力変換ユニットへの入力電圧を検出する電圧検出部と、
    前記複数の電源のうちのいずれか１つが前記電力変換ユニットに電気的に接続されるように、前記複数の機械式リレーそれぞれの開閉状態を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、予め設定された第１判定期間の間における前記入力電圧が異常であると判定すると、前記複数の機械式リレーのうちの閉状態にある機械式リレーを開状態にするための開指令信号を前記閉状態にある機械式リレーへ出力するとともに、前記開指令信号の出力先の機械式リレーと並列に接続された半導体スイッチがオン状態となるように制御し、
    前記第１判定期間が経過した後に、予め設定された第２判定期間の間における前記入力電圧が正常であると判定すると、前記開指令信号の出力先の機械式リレーを閉状態にするための閉指令信号を前記開指令信号の出力先の機械式リレーへ出力するとともに前記開指令信号の出力先の機械式リレーと並列に接続された半導体スイッチがオン状態となるように制御し、
    前記第２判定期間の間における前記入力電圧が異常であると判定すると、前記閉指令信号の出力先の機械式リレーと並列に接続された半導体スイッチがオフ状態となるように制御した後、前記閉指令信号を前記複数の機械式リレーのうちの前記開指令信号の出力先の機械式リレーとは異なる開状態にある機械式リレーへ出力する、
    電源システム。
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