JPH04165930A - 電源系統切替方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電源系統切替方式の改良に関する。

特に、瞬時たりとも電源喪失が許容されない負荷に電力
を供給する電源を２系統間で切り替える電源系統切替え
方式において、切替用半導体スイッチを小形軽量化する
ことを可能とする改良に関する。

〔従来の技術〕

現代の高度化・情報化社会はコンピュータや通信機器の
発達・普及に負うところか極めて大きい。

ところが、これらコンピュータや通信機器は、電源電圧
の変動に敏感で１　／１，０００秒程度の電源喪失や瞬
時電圧低下でも誤動作したり、停止したりして、稼働再
開には長時間を要する。このため、上記のような重要な
負荷に電力を供給するときには、他に別の電源を用意し
ておき、万一、電力供給中の電源が故障を発生した場合
には、上記の別電源へ無瞬断で切り替えて電力供給を続
行するのが一般である。

このような場合の従来技術に係る電源系統切替え方式と
して、第３ａ図・第３ｂ図に示す回路方式がある。

第３ａ図参照 図において、１は第１の電源であり、２は第２の電源で
ある。３は上記の第１の電源１に接続された第１の機械
スイッチ（例えば電磁接触器）であり、４は上記の第２
の電源２に接続された第２の機械スイッチ（例えば電磁
接触器）である。上記の第１の機械スイッチ３と上記の
第２の機械スイッチ４との出力側端子は負荷５に接続さ
れている。

つぎに上記の回路の動作について説明する。例えば上記
の機械スイッチ３が閉路されていて負荷５が第１の電源
１から給電されている場合、第１の電源１の故障等によ
り第１の電源１から第２の電源２に切り替えられるとき
は、上記の第２の機械スイッチ４に閉路指令が与えられ
、第２の機械スイッチ４の閉路に応答して上記の第１の
機械スイッチ３に開路指令が与えられ、第１の機械スイ
ッチ３が開路して、電源系統の切替えが実行される。第
２の電源２から第１の電源１へ切り替えられるときは、
上記と逆の動作が実行される。

第３ｂ図参照 図の回路は、第３ａ図に示す回路の機械スイッチ３・４
を半導体スイッチ６・７で置換したものである。他の記
号の説明は第３ａ図の場合と同一である。

つぎに本回路の動作について説明する。例えば、第１の
半導体スイッチ６を構成する半導体素子が導通して第１
の半導体スイッチ６が閉路していて、負荷５が第１の電
源１から給電されている場合、第１の電源１から第２の
電源２に切り替えられるときは、第２の半導体スイッチ
７の素子が導通して第２の半導体スイッチ７が閉路し、
第２の半導体スイッチ７の閉路に応答して第１の半導体
スイッチ６の素子が導通を停止され第１の半導体スイッ
チ６が開路して電源系統の切替えが実行される。第２の
電源２から第１の電源１へ切り替えられるときは上記と
逆の動作が実行される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記の従来技術に係る電源系統切替方式には
下記の欠点がある。

イ１機機械スイッチもって切り替える方式（第３ａ図）
の場合、機械スイッチの接点用閉動作は十分速くはない
ので、第２の機械スイッチが閉路してから第１の機械ス
イッチが開路するまでの時間は十分短くはない。この時
間は上記の両機械スイッチがともに閉状態にあるので、
第１の電源と第２の電源とが僅少なインピーダンスを介
して短絡されており、第１の電源と第２の電源との電圧
差や位相差に対応して、両電源間を流れる横流が過大な
電流値に達するおそれがあり、電源を遮断せざるを得な
い場合が発生すると云う欠点がある。

口、半導体スイッチをもって切り替える方式（第３ｂ図
）の場合、半導体素子のオン・オフ動作は極めて速いの
で、第２の半導体スイッチが閉路してから第１の半導体
スイッチが開路するまでの時間は十分短い。したがって
、第１の電源と第２の電源とが短絡されている時間は十
分短いので、上記の両電源間に電圧差や位相差があって
も両電源系統間の横流を抑制することはできるので、上
記の機械スイッチの場合の欠点はないが、上記の半導体
スイッチには常時、負荷電流が流れるので、大きな電流
耐量が要求され、上記の半導体スイッチが極めて大形化
すると云う欠点がある。

本発明の目的は、上記の欠点を解消することにあり、切
り替えるべき両電源系統間に電圧差や位相差があっても
過大な横流を抑止し、しかも半導体スイッチを小形軽量
化することが可能な電源系統切替方式を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、下記のいずれの手段によっても達成され
る。

第１の手段は、第１の電源と接続され、機械スイッチと
半導体スイッチとが並列に接続されている第１の並列回
路と、第２の電源と接続され、機械スイッチと半導体ス
イッチとが並列に接続されている第２の並列回路との並
列回路が設けられており、前記の第１の並列回路の機械
スイッチの開路指令に応答して前記の第１の並列回路の
半導体スイッチを閉路し、この第１の並列回路の半導体
スイッチの閉路に応答して、前記の第２の並列回路の半
導体スイッチが閉路し、この第２の並列回路の半導体ス
イッチの閉路に応答して前記の第１の並列回路の半導体
スイッチを開路し、この第１の並列回路の半導体スイッ
チの開路に応答して前記の第２の並列回路の機械スイッ
チに閉路指令が与えられ、前記の第２の回路の機械スイ
ッチの閉路に応答して前記の第２の並列開路の半導体ス
イッチが開路する電源系統切替方式である。

第２の手段は、第１の交流電源と接続され、整流器とイ
ンバータと機械スイッチとが直列に接続されている直列
回路と、前記の第１の交流電源または第２の交流電源と
接続され、機械スイッチと半導体スイッチとが並列に接
続されている第１の並列回路との並列回路が設けられて
おり、前記の第１の並列回路の半導体スイッチの閉路に
応答して前記のインバータの半導体素子が導通を停止し
、このインバータの半導体素子の導通停止に応答して前
記の直列回路の機械スイッチに開路指令が与えられ、前
記の直列回路の機械スイッチの開路に応答して前記の第
１の並列回路の機械スイッチに閉路指令が与えられ、前
記の第１の並列回路の機械スイッチの閉路に応答して前
記の第１の並列回路の半導体スイッチが開路する電源系
統切替方式本発明に係る電源系統切替方式においては、
無瞬断で電源系統の切替を達成するために、それぞれの
電源系統からの給電を一時的にラップさせて切替える手
段として半導体スイッチを使用している。半導体スイッ
チの動作は高速であり、しかも高い精度の制御が可能で
あるため、切替えのときのラップ時間を数μｓ〜数ｍｓ
にすることができるから、両電源系統間に電圧差や位相
差がある場合でも両電源系統間の横流は極めて小さい。

しかも、電源系統の切替え時以外は、上記の半導体スイ
ッチと並列接続されている機械スイッチに通電し、半導
体スイッチは通電を阻止されるので、半導体スイッチに
おける通電時間は極めて短く、したがって半導体スイッ
チは短時間定格で十分である。

また、整流器とインバータとの直列回路と電源系統との
切替えの場合の本発明に係る切替方式においては、電源
系統に接続される切替スイッチには機械スイッチと半導
体スイッチとの並列回路が使用されるが、整流器とイン
バータとの直列回路側ではインバータを構成する半導体
素子に上記の半導体スイッチを兼用させるので、上記の
インバータの出力側には単に機械スイッチのみで十分で
ある。

〔実施例］ 以下、図面を参照しつ一１本発明の２実施例に係る電源
系統切替方式について説明する。

策上尖旌貫（請求項［１］に対応） 第１ａ図参照 図において、１は第１の電源であり、２は第２の電源で
ある。８は上記の第１の電源１に接続され、機械スイッ
チ（例えば電磁接触器）８１と半導体スイッチ（例えば
トランジスタスイッチ）８２とが並列に接続された第１
の並列回路である。９は上記の第２の電源２に接続され
、機械スイッチ（例えば電磁接触器）９１と半導体スイ
ッチ（例えばトランジスタスイッチ）９２とが並列に接
続された第２の並列回路である。上記の第１の並列回路
８の出力端子と上記の第２の並列回路９の出力端子とは
負荷５に接続される。

つぎに、第１ｂ図を参照して本実施例に係る電源系統切
替方式の動作について説明する。

第１ｂ図参照 図は、例えば第１の電源ｌから第２の電源２に切り替え
られる場合における第１ａ図の各スイッチの動作を経時
的に示したものである。

閉路された通電状態にある第１の並列回路８の機械スイ
ッチ８１に開路指令が与えられると、この開路指令に応
答して第１の並列回路８の半導体スイッチ８２が閉路さ
れる。上記の機械スイッチ８１は上記の半導体スイッチ
８２が閉路した後、開路する。

上記の半導体スイッチ８２の閉路に応答して第２の並列
回路９の半導体スイッチ９２が閉路し、第１の電源から
の給電と第２の電源からの給電とがラップする。上記の
半導体スイッチ９２の閉路に応答して上記の半導体スイ
ッチ８２が開路し、電源系統の切替えが実現する。上記
の半導体スイッチ８２と半導体スイッチ９２とがラップ
する時間は、これら半導体スイッチ８２・９２を構成す
る半導体素子の特性により決定される。上記の半導体ス
イッチ８２の開路に応答して上記の第２の並列回路の機
械スイッチ９１に閉路指令が与えられ、この機械スイッ
チ９１の閉路に応答して上記の半導体スイッチ９２が開
路して、一連の切替動作が完了する。

上記の切替方式によって、切り替えられるべき両電源系
統間に電圧差や位相差がある場合でも、両電源系統から
の給電がラップする時間は極めて短いので両電源系統間
の横流が極めて小さい無瞬断切替えが可能であり、また
、半導体スイッチに通電されている時間が短いので半導
体スイッチは短時間定格で十分であり、半導体スイッチ
の小形軽量化が可能となる。

髪ｌ爽施炭（請求項［２１に対応） 第２ａ図参照 図において、１１は第１の交流電源であり、１２は第２
の交流電源である。１３は上記の第１の交流電源１に接
続される整流器であり、１４はこの整流器１３と直列に
接続されパルスオフ機能が付加されたインバータであり
、１５はこのインバータ１４に直列に接続される機械ス
イッチ（例えば電磁接触器）である。１６は上記の第２
の電源２に接続され、機械スイッチ（例えば電磁接触器
）１６１と半導体スイッチ（例えばトランジスタスイッ
チ）１６２とが並列に接続された第１の並列回路である
。上記の機械スイッチ１５の出力端子と上記の第１の並
列回路１６の出力端子とは負荷５に接続される。

つぎに第２ｂ図を参照して、本実施例に係る電源系統切
替方式の動作について説明する。

第２ｂ図参照 図は、第１の交流電源１１から第２の交流電源１２に切
り替えられる場合の動作を経時的に示したものである。

機械スイッチ１５が閉路されていてインバータ１４を介
して負荷５に給電されている状態から切り替えられると
きには、第１の並列回路１６の半導体スイッチ１６２が
閉路し、この半導体スイッチ１６２の閉路に応答して上
記のインバータ１４の半導体素子が導通を停止し、電力
供給原は第１の交流電源１１から第２の交流電源１２に
切り替えられる。このインバータ１４の半導体素子の導
通停止に応答して上記の機械スイッチ１５に開路指令が
与えられる。この機械スイッチ１５の開路に応答して上
記の第１の並列回路１６の機械スイッチ１６１に閉路指
令が与えられ、この機械スイッチ１６】　の閉路に応答
して第１の並列回路１６の半導体スイッチ１６２が開路
し、一連の切替動作が完了する。

第２ｃ図参照 図は第２の交流電源１２から第１の交流電源１１に切り
替えられる場合の動作を経時的に示したものである。

機械スイッチ１５に閉路指令が与えられ、この機械スイ
ッチ１５の閉路に応答して第１の並列回路Ｉ６の機械ス
イッチ１６１に開路指令が与えられ、この機械スイッチ
１６１の開路指令に応答して半導体スイッチ１６２が閉
路する。上記の機械スイッチ１６１は上記の半導体スイ
ッチ１６２が閉路した後、開路する。上記の半導体スイ
ッチ１６２の閉路に応答して上記のインバータ１４の半
導体素子が導通し、このインバータＩ４の半導体素子の
導通に応答して上記の半導体スイッチ１６２が開路し、
電力供給原は第２の交流電源１２から第１の交流電源１
１に切り替えられ、一連の切替動作が完了する。

上記の切替方式によって両電源系統間に電圧差や位相差
があっても横流が極めて小さい無瞬断切替が可能であり
、また、インバータの半導体素子が半導体スイッチを兼
用するので、インバータの出力側には半導体スイッチを
省略して単に機械スイッチのみで十分であり、切替スイ
ッチの一層の小形軽量化が達成される。

なお、上記の整流器１３とインバータ１４と機械スイッ
チ１５との直列回路と上記の第１の並列回路１６とが同
一の電源に接続される場合の上記の直列回路と上記の第
１の並列回路１６との切替えにも本実施例に係る電源系
統切替方式を適用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明せるとおり、本発明に係る電源系統切替方式に
おいては、それぞれの電源に接続される切替スイッチが
、機械スイッチと半導体スイッチとの並列回路で構成さ
れ、切替えのときには、上記の再並列回路の半導体スイ
ッチの閉路を極めて短時間ラップさせ、常時は上記の半
導体スイッチは開路し、上記の機械スイッチは閉路する
こと−されている。また、整流器とインバータとの直列
回路を介して電力を供給する電源と直接電力を供給する
電源との切替における本発明に係る切替方式では、直送
側は機械スイッチと半導体スイツチとの並列開路よりな
る切替スイッチを使用し、インバータ側はインバータの
半導体素子に半導体スイッチを兼用させ、インバータの
出力側に単に機械スイッチを設けるのみとされている。

したがって、上記の両電源系統間に電圧差や位相差があ
っても、両電源系統のそれぞれに接続された半導体スイ
ッチの閉路のラップ時間を極めて短く制御することがで
きるから、両電源系統間の検流が極めて小さい無瞬断切
替が可能であり、しかも、常時は機械スイッチに通電さ
れるから、半導体スイッチを短時間定格とすることがで
き、半導体スイッチを小形軽量化することができる。ま
た、上記のインバータの出力側の切替スイッチを構成す
る半導体スイッチをインバータの半導体素子に兼用させ
ることにより、その半導体スイッチを省略することがで
きるから一層小形軽量化を図ることができる。

よって、本発明は電源系統間を無瞬断で切り替える切替
スイッチを小形軽量化することができる電源系統切替方
式を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、本発明の第１実施例（請求項［１１に対応
）に係る電源系統切替方式の回路図である。 第１ｂ図は第１ａ図に示す回路の切替動作説明図である
。 第２ａ図は本発明の第２実施例（請求項［２〕に対応）
に係る電源系統切替方式の回路図である。 第２ｂ図は第２ａ図に示す回路の切替動作説明図（第１
の交流電源から第２の交流電源への切替時）である。 第２ｃ図は第２ａ図に示す回路の切替動作説明図（第２
の交流電源から第１の交流電源への切替時）である。 第３ａ図は従来技術に係る電源系統切替方式の回路の１
例である。 第３ｂ図は従来技術に係る電源系統切替方式の回路の他
の例である。 １・・・第１の電源、 ２・・・第２の電源、 ３・・・第１の機械スイッチ、 ４・・・第２の機械スイッチ、 ５・・・負荷、 ６・・・第１の半導体スイッチ、 ７・・・第２の半導体スイッチ、 ８・・・第１の並列回路、 ８１・・・機械スイッチ、 ８２・・・半導体スイッチ、 ９・・・第２の並列回路、 ９１・・・機械スイッチ、 ９２・・・半導体スイッチ、 １１・・・第１の交流電源、 １２・・・第２の交流電源、 １３・・・整流器、 １４・・・インバータ、 １５・・　・機械スイッチ、 １６・・・第１の並列回路、 １６１　　・・・機械スイッチ、 １６２　　・・・半導体スイッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］第１の電源と接続され、機械スイッチと半導体ス
   イッチとが並列に接続されてなる第１の並列回路と、第
   ２の電源と接続され、機械スイッチと半導体スイッチと
   が並列に接続されてなる第２の並列回路との並列回路よ
   りなり、該並列回路は、前記第１の並列回路の機械スイ
   ッチの開路指令に応答して前記第１の並列回路の半導体
   スイッチが閉路し、該第１の並列回路の半導体スイッチ
   の閉路に応答して前記第２の並列回路の半導体スイッチ
   が閉路し、該第２の並列回路の半導体スイッチの閉路に
   応答して前記第１の並列回路の半導体スイッチが開路し
   、該第１の並列回路の半導体スイッチの開路に応答して
   前記第２の並列回路の機械スイッチに閉路指令が与えら
   れ、前記第２の並列回路の機械スイッチの閉路に応答し
   て前記第２の並列回路の半導体スイッチが開路する ことゝされてなることを特徴とする電源系統切替方式。 ［２］第１の交流電源と接続され、整流器とインバータ
   と機械スイッチとが直列に接続されてなる直列回路と、
   前記第１の交流電源または第２の交流電源と接続され、
   機械スイッチと半導体スイッチとが並列に接続されてな
   る第１の並列回路との並列回路よりなり、該並列回路は
   、前記第１の並列回路の半導体スイッチの閉路に応答し
   て前記インバータの半導体素子が導通を停止し、該イン
   バータの半導体素子の導通停止に応答して前記直列回路
   の機械スイッチに開路指令が与えられ、前記直列回路の
   機械スイッチの開路に応答して前記第１の並列回路の機
   械スイッチに閉路指令が与えられ、前記第１の並列回路
   の機械スイッチの閉路に応答して前記第１の並列回路の
   半導体スイッチが開路する ことゝされてなることを特徴とする電源系統切替方式。