JP2013038871A - スイッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】突入電流を適切に抑制しつつ負荷への電力供給を低損失で行う。
【解決手段】電力源側に接続された電力ライン６０と負荷側に接続された電力ライン６４との間に、スイッチ回路ＳＷ_Ａ及びＳＷ_Ｂの直列回路を設け、スイッチ回路ＳＷ_Ｂに並列にサーミスタ１０２を設ける。負荷は、電力源の出力電力の電力変換を行う一次負荷（ＤＣ／ＤＣコンバータ等）と、該電力変換によって得られた電力にて駆動する二次負荷と含む。負荷への電力供給を行う際、制御部は、電力変換の開始を一次負荷に指示するとともにスイッチ回路ＳＷ_Ａをオフからオンに切り替え、その後、スイッチ回路ＳＷ_Ｂをオフからオンに切り替える。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力源と負荷回路との間のスイッチングに関与するスイッチング装置に関する。

電力を出力するユニットと負荷との間に、それらの間の導通／非導通を制御するスイッチング装置が設けられることが多い。例えば、図７に示す如く、電力出力ユニット９０１の出力電力を放電回路９０２を介して負荷９０３に供給するシステムがある。電力出力ユニット９０１は、例えば、蓄電池ユニットのような直流電力を出力する電力源である。負荷９０３は、直流電力にて駆動するＤＣ負荷又は交流電力にて駆動するＡＣ負荷を含む。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いて電力出力ユニット９０１（蓄電池ユニット）の出力直流電力の直流／直流変換を行い、得られた直流電力にてＬＥＤ照明等のＤＣ負荷を駆動することができる。或いは例えば、ＤＣ／ＡＣコンバータを用いて電力出力ユニット９０１（蓄電池ユニット）の出力直流電力の直流／交流変換を行い、得られた交流電力にて各種のＡＣ負荷を駆動することができる。放電回路９０２は、電力出力ユニット９０１と負荷９０３との接続をオン／オフする。システム内の回路部品を保護するべく、放電回路９０２を通過する電流を制限するリミッタが放電回路９０２に設けられることもある。

負荷９０３を形成する回路にはインダクタンスやコンデンサが含まれるため、負荷９０３の起動時に（電力出力ユニット９０１と負荷９０３との接続時に）、大きな突入電流が放電回路９０２に流れる。突入電流の通過に伴って上記リミッタが機能すると、負荷９０３への電流供給が制限されて負荷９０３内の各機器が起動できないことがある。また、リミッタを放電回路９０２に設けていない場合には、大きな突入電流の通過によってシステム内の回路部品が破損又は劣化するおそれがある。

このような突入電流の対策として、突入電流が流れる経路にサーミスタを直列に挿入するという方策がある（例えば、下記特許文献１参照）。サーミスタとして、ＮＴＣ（negative temperature coefficient）サーミスタを用いることができる。

特開２００８−１１６８８号公報

ＮＴＣサーミスタを用いれば、突入電流の通過開始からの時間が経過するにつれて、ＮＴＣサーミスタの自己発熱によりＮＴＣサーミスタの抵抗値が低下してゆくが、ＮＴＣサーミスタは定常状態においても相応の抵抗値を持つため損失が大きい。

他方、負荷９０３に、電力変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ等の一次負荷と、該電力変換にて得られた電力を消費する二次負荷が含まれる場合、それらの負荷の動作との関連において突入電流を適切に抑制する必要が生じるが、そのような必要性を満たす技術は未だ提案されていない。

そこで本発明は、突入電流を適切に抑制しつつ負荷への電力供給を低損失で行いうるスイッチング装置を提供することを目的とする。

本発明に係るスイッチング装置は、電力源側に接続された第１配線と負荷側に接続された第２配線との間に設けられた放電回路と、前記放電回路の状態を制御する制御部と、を備え、前記負荷は、前記放電回路を介して与えられる電力の電力変換を行う一次負荷を含み、前記放電回路は、前記第１配線に接続された第１スイッチ回路と、前記第１スイッチ回路と前記第２配線との間に設けられた第２スイッチ回路と、前記第２スイッチ回路に並列接続された抵抗素子と、を備え、前記制御部は、前記負荷への電力供給を行う際、前記電力変換の開始を前記一次負荷に指示するとともに前記第１スイッチ回路をオフからオンに切り替え、その後、前記第２スイッチ回路をオフからオンに切り替えることを特徴とする。

電力変換の開始指示と第１スイッチ回路のオンへの切り替えを行い、抵抗素子を介して一次負荷への電流供給を行うことで一次負荷の起動に伴う突入電流を低く抑えることができる。その後、例えば突入電流の流れが終了してから、第２スイッチ回路をオンに切り替えることで低損失にて負荷側に電流を供給することができる。

また例えば、前記負荷は、前記一次負荷からの電力にて駆動する二次負荷を更に備え、前記放電回路は、前記第２スイッチ回路がオフからオンに切り替えられた後、前記第２スイッチ回路及び前記一次負荷間に流れる電流に応じて前記第２スイッチ回路を一時的にオフにする一時オフ回路を備えていても良い。

一時オフ回路を設けておくことにより、二次負荷の起動時に生じうる突入電流を低く抑えることが可能となる。即ち例えば、二次負荷の起動用の突入電流が流れる際に、第２スイッチ回路を一時的にオフし、抵抗素子を介して負荷への電流供給を行うようにすれば、二次負荷の起動時に生じうる突入電流を低く抑えることが可能となる。

具体的には例えば、前記一時オフ回路は、前記第２スイッチ回路がオフからオンに切り替えられた後、前記電流の信号波形に基づき、前記第２スイッチ回路を一時的にオフするための一時オフ信号又は前記第２スイッチ回路のオンを維持させるためのオン維持信号を切り替え出力してもよい。

また例えば、前記一時オフ回路は、前記一時オフ信号を出力する場合、前記信号波形に応じて、前記第２スイッチ回路を一時的にオフさせる時間の長さを設定してもよい。

これにより、突入電流の規模に応じた適切な時間だけ第２スイッチ回路をオフにすることができる。

また具体的には例えば、前記制御部は、前記負荷への電力供給を行う際、前記電力変換の開始を前記一次負荷に指示してから前記第１スイッチ回路をオフからオンに切り替え、その後、前記第２スイッチ回路をオフからオンに切り替えてもよい。

また具体的には例えば、前記抵抗素子は、負の温度係数を有するサーミスタであってもよい。

本発明によれば、突入電流を適切に抑制しつつ負荷への電力供給を低損失で行いうるスイッチング装置を提供することが可能である。

本発明の実施形態に係る電力システムの全体構成図である。 本発明の第１実施例に係る突入電流制御回路の内部構成図である。 図１の放電回路に２つの突入電流制御回路を配置する構成例及び１つの突入電流制御回路を配置する構成例を示す図である。 本発明の第１実施例に係り、ＤＣ／ＤＣコンバータ及び２つのスイッチ回路の動作タイミングチャートである。 本発明の第２実施例に係る突入電流制御回路の内部構成図である。 本発明の第２実施例に係り、各電圧信号の波形を示す図である。 従来のスイッチング装置を内包するシステムの構成図である。

以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、情報、信号、物理量、状態量又は部材等を参照する記号又は符号を記すことによって該記号又は符号に対応する情報、信号、物理量、状態量又は部材等の名称を省略又は略記することがある。

図１は、本発明の実施形態に係る電力システムの全体構成図である。電力システムは、図１に示される部位の全て又は一部を含んで形成され、少なくともＢＭＵ（バッテリマネーメントユニット）１とＢＳＵ（バッテリスイッチングユニット）２を備える。

ＢＳＵ２には、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと呼ぶ）２０と、スイッチ回路２１〜２３と、放電回路２４と、が備えられていると共に、スイッチ回路２１〜２３及び放電回路２４に共通接続された電力バスライン６０が備えられている。尚、用語「ライン」は用語「配線」と同義である。マイコン２０は、スイッチ回路２１〜２３及び放電回路２４に設けられたスイッチ回路の夫々に対してスイッチング信号を供給することで、各スイッチ回路のオン又はオフの切り替えを行う。放電回路２４に設けられたスイッチ回路は、後述のスイッチ回路ＳＷ_Ａ及びＳＷ_Ｂを含む（図２参照）。スイッチ回路２１〜２３及び放電回路２４に設けられたスイッチ回路の夫々は、半導体スイッチング素子又は機械式リレー等にて形成することができ、半導体スイッチング素子は、例えば、電界効果トランジスタ（Field-Effect Transistor）又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。マイコン２０とＢＭＵ１は、任意の情報及び信号の双方向通信を行う。マイコン２０は、ＢＭＵ１の指示に従って各スイッチ回路のオン又はオフの切り替えを行うこともできる。

スイッチ回路のオンとは、当該スイッチ回路の一端に接続された配線と、当該スイッチ回路の他端に接続された配線との間を導通させることを意味し、スイッチ回路のオフとは、当該スイッチ回路の一端に接続された配線と、当該スイッチ回路の他端に接続された配線との間を遮断させることを意味する。スイッチ回路２１、２２及び２３の一端は、夫々、電力ライン６１、６２及び６３に接続されており、スイッチ回路２１、２２及び２３の他端は電力バスライン６０に共通接続されている。

太陽電池ユニット３１は、太陽電池から成り、太陽光による発電を行って発電電力に基づく直流電圧を切替器５３に出力する。切替器５３は、ＢＭＵ１の制御の下、切替器５３に供給された太陽電池ユニット３１の出力直流電圧を、パワーコンディショナ５２又は電力ライン６１のどちらかに切り替え出力する。

電力系統５１は、商用交流電力を生成及び出力する交流電力源を有する。太陽電池ユニット３１の出力電力が切替器５３を介してパワーコンディショナ５２に供給された場合、パワーコンディショナ５２は、太陽電池ユニット３１の出力電力を交流電力に変換すると共に、所定の制約の下で、得られた交流電力を電力系統５１側に出力する。ＡＣ／ＤＣコンバータ３２は、電力系統５１又はパワーコンディショナ５２からの交流電力を直流電力に変換する電力変換を行って、得られた直流電力を電力ライン６２に出力する。

蓄電池ユニット３３は、１以上の二次電池から成る。蓄電池ユニット３３を形成する二次電池は、任意の種類の二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池である。蓄電池ユニット３３が複数の二次電池から成る場合、蓄電池ユニット３３に含まれる二次電池の一部又は全部は、互いに並列又は直列接続される。蓄電池ユニット３３は電力ライン６３に接続され、蓄電池ユニット３３の二次電池の放電電流及び充電電流は、電力ライン６３を介して流れる。尚、蓄電池ユニット３３の状態を表す電池状態情報（例えば、蓄電池ユニット３３の出力電圧、出力電流、残容量など）を、ＢＭＵ１に伝達することもできる。

放電回路２４は、電力バスライン６０とＤＣ／ＤＣコンバータ３４、及び、電力バスライン６０とＤＣ／ＡＣコンバータ３５、との間に介在する。電力ライン６４は、放電回路２４とＤＣ／ＤＣコンバータ３４を接続する配線であり、電力ライン６５は、放電回路２４とＤＣ／ＡＣコンバータ３５を接続する配線である。マイコン２０からのスイッチング信号に従って、放電回路２４は、電力バスライン６０及び電力ライン６４と、電力バスライン６０及び電力ライン６５間を接続又は遮断させる。

電力バスライン６０及び電力ライン６４間が接続されているとき、電力バスライン６０における直流電圧が電力ライン６４に印加され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３４は、電力ライン６４の直流電圧を他の直流電圧に変換する電力変換を行い、得られた他の直流電圧をＤＣ負荷（直流負荷）４４に出力する。電力バスライン６０及び電力ライン６５間が接続されているとき、直流電圧が電力ライン６５に印加され、ＤＣ／ＡＣコンバータ３５は、その直流電圧を交流電圧に変換する電力変換を行い、得られた交流電圧をＡＣ負荷４５（交流負荷）に出力する。電力バスライン６０における直流電圧は、スイッチ回路２１を介して供給された太陽電池ユニット３１の出力電圧、スイッチ回路２２を介して供給されたＡＣ／ＤＣコンバータ３２の出力電圧、又は、スイッチ回路２３を介して供給された蓄電池ユニット３３の出力電圧である。尚、電力システム内の回路部品を保護するべく、放電回路２４を通過する電流を制限するリミッタを放電回路２４に設けておいてもよい。

スイッチ回路２１、２２又は２３をオンとし、且つ、電力バスライン６０及び電力ライン６４間を放電回路２４に接続させることにより、太陽電池ユニット３１、ＡＣ／ＤＣコンバータ３２又は蓄電池ユニット３３の出力電力にてＤＣ負荷４４を駆動することができる。蓄電池ユニット３３の出力電力は、蓄電池ユニット３３内の二次電池の放電による電力である。同様に、太陽電池ユニット３１、ＡＣ／ＤＣコンバータ３２又は蓄電池ユニット３３の出力電力にてＡＣ負荷４５を駆動することができる。また、スイッチ回路２３をオンとしつつ、スイッチ回路２１又は２２をオンとすることにより、太陽電池ユニット３１又はＡＣ／ＤＣコンバータ３２の出力電力にて蓄電池ユニット３３内の二次電池の充電を行うことができる。

また、ＢＭＵ１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３４における電力変換及びＤＣ／ＡＣコンバータ３５における電力変換の実行可否を、個別に制御することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３４又はＤＣ／ＡＣコンバータ３５に代表される任意のコンバータにおいて、電力変換が実行される状態をコンバータのオンと表現し、電力変換が実行さない状態をコンバータのオフと表現する。コンバータがオフのときにおけるコンバータの電力消費量は、コンバータがオンのときのそれよりも十分に小さく、ゼロとみなせる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３４がオフのとき、当然、ＤＣ／ＤＣコンバータ３４からＤＣ負荷４４に対して直流電力は供給されず、ＤＣ／ＡＣコンバータ３５がオフのとき、当然、ＤＣ／ＡＣコンバータ３５からＡＣ負荷４５に対して交流電力は供給されない。

ＤＣ負荷４４は、１以上のＤＣ要素負荷から成り、ＡＣ負荷４５は、１以上のＡＣ要素負荷から成る。ＤＣ要素負荷及びＡＣ要素負荷の夫々は、独立にオン又はオフとされる任意の電気機器（照明機器、空気調和機など）である。ＤＣ要素負荷がオンのときにのみＤＣ要素負荷は駆動し、ＤＣ要素負荷がオフのときにおけるＤＣ要素負荷の電力消費量は、ＤＣ要素負荷がオンのときのそれよりも十分に小さく、ゼロとみなせる（ＡＣ要素負荷も同様）。

太陽電池ユニット３１、ＡＣ／ＤＣコンバータ３２又は蓄電池ユニット３３にとって、ＤＣ／ＤＣコンバータ３４及びＤＣ／ＡＣコンバータ３５は電力を最初に消費する一次負荷（換言すれば、放電回路２４を介して与えられた電力の電力変換を行う一次負荷）であるとみなすことができ、ＤＣ負荷４４及びＡＣ負荷４５は電力を２番目に消費する二次負荷（換言すれば、一次負荷の電力変換によって得られた電力にて駆動する二次負荷）であるとみなすことができる。

一次負荷及び二次負荷には、インダクタンスやコンデンサが含まれるため、電源起動時（即ち、一次負荷又は二次負荷のオフからオンへの切り替え時）において一時的に大きな電流が流れる。この電源起動時に流れる大きな電流は突入電流と呼ばれる。放電回路２４は、突入電流に対して適切に対応しうる回路を備える。以下、放電回路２４の具体的構成及び動作又はそれに関連する技術を、複数の実施例の中で説明する。

＜＜第１実施例＞＞
第１実施例を説明する。図２は、放電回路２４に設けておくことのできる突入電流制御回路１００の内部構成図である。突入電流制御回路１００は、直列接続されたスイッチ回路ＳＷ_Ａ及びＳＷ_Ｂと、遅延回路１０１と、サーミスタ１０２と、を有する。

突入電流制御回路１００は、図３（ａ）に示す如く、ＤＣ／ＤＣコンバータ３４及びＤＣ／ＡＣコンバータ３５に対応して、放電回路２４内に２つ設けられていても良い。かかる場合、一方の突入電流制御回路１００を電力バスライン６０及び電力ライン６４間に配置すると共に、他方の突入電流制御回路１００を電力バスライン６０及び電力ライン６５間に配置してもよい（第２実施例に係る突入電流制御回路１１０についても同様）。
或いは、図３（ｂ）に示す如く、電力ライン６４及び６５を共通接続し、電力ライン６４及び６５と電力バスライン６０との間に１つの突入電流制御回路１００を配置するようにしてもよい（第２実施例に係る突入電流制御回路１１０についても同様）。

以下では、説明の具体化のため、図３（ａ）の構成が採用されていることを想定し（第２実施例に係る突入電流制御回路１１０についても同様）、電力バスライン６０及び電力ライン６４間に設けられた突入電流制御回路１００の構成及び動作を説明する。但し、突入電流制御回路１００についての以下の構成及び動作は、図３（ａ）の電力バスライン６０及び電力ライン６５間に設けられた突入電流制御回路１００においても同様であり、図３（ｂ）の突入電流制御回路１００においても同様である。

スイッチ回路ＳＷ_Ａ及びＳＷ_Ｂの直列回路は、電力バスライン６０及び電力ライン６４間に直列に介在している。より具体的には、スイッチ回路ＳＷ_Ａ及びＳＷ_Ｂの一端は、夫々、電力バスライン６０及び電力ライン６４に接続されており、スイッチ回路ＳＷ_Ａ及びＳＷ_Ｂの他端は電力ライン１０３に共通接続されている。スイッチ回路ＳＷ_Ａ及びＳＷ_Ｂの他端同士の共通接続点を含む、電力ライン１０３は、サーミスタ１０２を介して電力ライン６４に接続されている。即ち、サーミスタ１０２はスイッチ回路ＳＷ_Ｂに対して並列接続されている。サーミスタ１０２は、負の温度係数を有するサーミスタ、即ちＮＴＣ（negative temperature coefficient）サーミスタである。

マイコン２０からのスイッチング信号は、スイッチ回路ＳＷ_Ａの制御端子に直接供給される。遅延回路１０１は、スイッチ回路ＳＷ_Ａに対するマイコン２０からのスイッチング信号に所定の遅延を与え、遅延後のスイッチング信号をスイッチ回路ＳＷ_Ｂの制御端子に供給する。スイッチング信号は、ハイレベルの電圧値を有するオン信号又はローレベルの電圧値を有するオフ信号からなる。ハイレベル及びローレベルは互いに異なるレベルである。尚、ハイレベルをオフ信号に割り当て、ローレベルをオン信号に割り当てても構わない。遅延回路１０１の働きにより、スイッチ回路ＳＷ_Ａの制御端子に供給されるスイッチング信号の信号レベルが切り替わった際、一定時間が経過してから、その切り替わりがスイッチ回路ＳＷ_Ｂの制御端子に伝達される。

オン信号がスイッチ回路ＳＷ_Ａの制御端子に供給されているとき、スイッチ回路ＳＷ_Ａはオンとなって電力バスライン６０及び電力ライン１０３間を導通させ、オフ信号がスイッチ回路ＳＷ_Ａの制御端子に供給されているとき、スイッチ回路ＳＷ_Ａはオフとなって電力バスライン６０及び電力ライン１０３間を遮断させる。オン信号がスイッチ回路ＳＷ_Ｂの制御端子に供給されているとき、スイッチ回路ＳＷ_Ｂはオンとなって電力ライン１０３及び電力ライン６４間を導通させ、オフ信号がスイッチ回路ＳＷ_Ｂの制御端子に供給されているとき、スイッチ回路ＳＷ_Ｂはオフとなって電力ライン１０３及び電力ライン６４間を遮断させる。但し、スイッチ回路ＳＷ_Ｂがオフであるときも、電力ライン１０３及び電力ライン６４は、サーミスタ１０２を介して接続されている。

図４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３４並びにスイッチ回路ＳＷ_Ａ及びＳＷ_Ｂの動作タイミングチャートを表している。初期状態（時間ｔ＜ｔ_Ａ１）においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ３４並びにスイッチ回路ＳＷ_Ａ及びＳＷ_Ｂは全てオフとされている。

初期状態を起点として、ＤＣ負荷４４を駆動するための電力をＤＣ負荷４４に供給しようとする際、まず、タイミングｔ_Ａ１において、ＢＭＵ１はＤＣ／ＤＣコンバータ３４の動作状態をオフからオンに切り替えるべくコンバータオン指令信号をＤＣ／ＤＣコンバータ３４に出力する。コンバータオン指令信号は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３４に電力変換の開始を指示する指令信号であり、コンバータオン指令信号を受けたＤＣ／ＤＣコンバータ３４は、電力変換を実行開始する。但し、タイミングｔ_Ａ１においては、電力変換元の直流電圧が電力ライン６４に加わっていないため実質的な電力変換は開始されない。

その後のタイミングｔ_Ａ２において、マイコン２０は、ＢＭＵ１の制御の下、オン信号をスイッチ回路ＳＷ_Ａに出力し、これによってスイッチ回路ＳＷ_Ａがオフからオンに切り替えられる。遅延回路１０１の働きにより、タイミングｔ_Ａ２においては未だスイッチ回路ＳＷ_Ｂはオフに維持されており、タイミングｔ_Ａ２から所定の遅延時間が経過したタイミングｔ_Ａ３においてオン信号がスイッチ回路ＳＷ_Ｂに伝達されてスイッチ回路ＳＷ_Ｂがオフからオンに切り替わる。

上述の如くオン／オフのタイミング制御を行えば、電力バスライン６０をＤＣ／ＤＣコンバータ３４に接続するべくタイミングｔ_Ａ２においてスイッチ回路ＳＷ_Ａをオンへ切り替えても、タイミングｔ_Ａ３に至るまではスイッチ回路ＳＷ_Ｂはオフである。このとき、電力バスライン６０からサーミスタ１０２を経由してＤＣ／ＤＣコンバータ３４に電流が流れるが、ＮＴＣサーミスタとしてのサーミスタ１０２の抵抗値は相応に高いため、当該電流の大きさは低く抑えられて過剰な電流は流れない。つまり、突入電流が抑制され、突入電流が通過しうる部品を破損等から保護することができる。

タイミングｔ_Ａ２及びｔ_Ａ３間においてサーミスタ１０２経由で電流をＤＣ／ＤＣコンバータ３４に供給し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３４内のコンデンサの充電等が或る程度（又は完全に）終わった時点で、スイッチ回路ＳＷ_Ｂをオフからオンに切り替える。スイッチ回路ＳＷ_Ｂのオン抵抗値はサーミスタ１０２の抵抗値よりも低いため、スイッチ回路ＳＷ_Ｂがオンに切り替わった後は、スイッチ回路ＳＷ_Ｂを介して低損失で負荷側に電流を供給することができる。

尚、サーミスタは、抵抗素子の一種である。周知の如く、一定の抵抗値を得ることを目的とした通常の抵抗素子（炭素皮膜抵抗など）と比べて、サーミスタにおける抵抗値は、温度変化に対して比較的大きく変化する。突入電流のピーク値を低く抑えつつもＤＣ／Ｃコンバータ３４の起動用電流を徐々に増大させるべく、サーミスタ１０２としてＮＴＣサーミスタを用いることが望ましいが、サーミスタ１０２を、サーミスタに分類されない抵抗素子（炭素皮膜抵抗など）に置き換えることも可能である。

また、上述の説明では、コンバータオン指令信号がＤＣ／ＤＣコンバータ３４に出力されるタイミングｔ_Ａ１の後に、スイッチ回路ＳＷ_Ａがオフに切り替えられるタイミングｔ_Ａ２が訪れているが、タイミングｔ_Ａ１とタイミングｔ_Ａ２は同一のタイミングであっても良く、タイミングｔ_Ａ２をタイミングｔ_Ａ１よりも若干先のタイミングにしてもよい。

また、図２の構成では、スイッチ回路ＳＷ_Ａに与えるスイッチング信号を遅延回路１０１経由でスイッチ回路ＳＷ_Ｂにも与えているが、マイコン２０は、上述したスイッチ回路ＳＷ_Ａ及びＳＷ_Ｂのオン又はオフの切り替えが実現されるように、スイッチ回路ＳＷ_Ａ用のスイッチング信号とスイッチ回路ＳＷ_Ｂ用のスイッチング信号を別々に生成してスイッチ回路ＳＷ_Ａ及びＳＷ_Ｂに与えるようにしてもよい。

また、スイッチ回路ＳＷ_Ａを常時オンにした場合、或いは、スイッチ回路ＳＷ_Ａを削除して電力バスライン６０とスイッチ回路ＳＷ_Ｂを直接接続した場合、スイッチ回路ＳＷ_Ｂがオフであっても電力バスライン６０に印加された電圧が常にＤＣ／ＤＣコンバータ３４に供給されて、若干なりともＤＣ／ＤＣコンバータ３４にて損失が常時発生する。このような無駄な損失の発生は望ましくない。また、ＢＳＵ２に設けられた接続ポート（不図示）を介してＤＣ／ＤＣコンバータ３４がＢＳＵ２に対して着脱可能な場合において、スイッチ回路ＳＷ_Ａの削除等を行えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３４がＢＳＵ２から外されたときに、電力バスライン６０に印加された電圧が上記接続ポートに常時印加されるため、安全上、望ましくない。これらの理由から突入電流制御回路１００にスイッチ回路ＳＷ_Ａを設けている。

＜＜第２実施例＞＞
第２実施例を説明する。第２実施例は第１実施例を基礎とする実施例であり、第２実施例において特に述べない事項に関しては、第１実施例の記載が第２実施例にも適用される。

第１実施例で述べた構成により、ＤＣ／ＤＣコンバータ３４がオフからオンに切り替えられるときの突入電流には対応することができる。一方、ＤＣ負荷４４内の各ＤＣ要素負荷は、ＢＭＵ１の制御とは関係なく独立に且つランダムにオフからオンへ又はオンからオフへ切り替えられ、各ＤＣ要素負荷がオフからオンに切り替えられるときにおいても相応の突入電流が流れうる（ＡＣ要素負荷についても同様）。第２実施例では、各ＤＣ要素負荷がオフからオンに切り替えられるときの突入電流にも対応しうる回路を説明する。

図５は、放電回路２４に設けておくことのできる突入電流制御回路１１０の内部構成図である。突入電流制御回路１１０は、スイッチ回路ＳＷ_Ａ及びＳＷ_Ｂと遅延回路１０１とサーミスタ１０２に加えて、符号１１１〜１１５によって参照される各部位を備える。

突入電流制御回路１１０における電力バスライン６０、スイッチ回路ＳＷ_Ａ、スイッチ回路ＳＷ_Ｂ、電力ライン１０３、電力ライン６４及びサーミスタ１０２の接続関係は、突入電流制御回路１００におけるそれと同じである。但し、突入電流制御回路１１０において、遅延回路１０１が出力する、遅延されたスイッチング信号は合成回路１１５に与えられ、合成回路１１５の出力信号がスイッチ回路ＳＷ_Ｂの制御端子に与えられる。

スイッチ回路ＳＷ_Ｂと一次負荷であるＤＣ／ＤＣコンバータ３４との間に流れる電流、即ち電力ライン６４に流れる電流を記号Ｉ_Ａによって表す。電流センサ１１１は、電流Ｉ_Ａの値を信号値として持つ電圧信号Ｖ_Ａを出力する。尚、スイッチ回路ＳＷ_ＢからＤＣ／ＤＣコンバータ３４に向かって流れる電流の極性が正であるとする。従って、スイッチ回路ＳＷ_ＢからＤＣ／ＤＣコンバータ３４に電流が流れると、正の電圧信号Ｖ_Ａが現われる。増幅器１１２は、電圧信号Ｖ_Ａを増幅し、増幅された電圧信号Ｖ_Ａを電圧信号Ｖ_Ｂとして出力する。波形成形回路１１３は、電圧信号Ｖ_Ｂを微分することで得た電圧信号Ｖ_Ｃを出力し、制御パルス発生回路１１４は、電圧信号Ｖ_Ｃに応じた電圧信号Ｖ_Ｄを生成する。詳細は後述するが、電圧信号Ｖ_Ｄは一時的にスイッチ回路ＳＷ_Ｂをオフにさせるための制御パルス信号に成りうる（図６参照）。合成回路１１５は、論理回路等から成り、電圧信号Ｖ_Ｄと、遅延回路１０１から出力される電圧信号Ｖ_Ｅ（即ち、マイコン２０からスイッチ回路ＳＷ_Ａに供給されるスイッチング信号を遅延させた信号）とに応じた電圧信号Ｖ_Ｆをスイッチ回路ＳＷ_Ｂの制御端子に出力する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３４並びにスイッチ回路ＳＷ_Ａ及びＳＷ_Ｂが全てオフとされた初期状態から、タイミングｔ_Ａ１、ｔ_Ａ２及びｔ_Ａ３を経てＤＣ／ＤＣコンバータ３４、スイッチ回路ＳＷ_Ａ及びＳＷ_Ｂが全てオンとされるまで動作は、第１実施例で述べたものと同様であり、その動作の過程においては、合成回路１１５の出力信号Ｖ_Ｆは遅延回路１０１の出力信号Ｖ_Ｅと一致する。

タイミングｔ_Ａ３より後のタイミングであって、ＤＣ／ＤＣコンバータ３４並びにスイッチ回路ＳＷ_Ａ及びＳＷ_Ｂが全てオンとされているタイミングをタイミングｔ_Ｂ０と呼び、タイミングｔ_Ｂ０より後の電力システムの動作を、図６を参照して説明する。但し、タイミングｔ_Ｂ０においては、ＤＣ負荷４４内の全部又は一部のＤＣ要素負荷はオフとされているとする。以下の説明は、特に記述無き限り、タイミングｔ_Ｂ０以降における動作の説明である。

図６には、突入電流制御回路１１０内における各電圧信号の波形が示されている。波形３２１、３２２、３２３、３２４及び３２５は、夫々、電圧信号Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃ、Ｖ_Ｄ、Ｖ_Ｅ及びＶ_Ｆの波形である。電流Ｉ_Ａの信号波形及び電圧信号Ｖ_Ｂの波形は、波形３２１と相似の関係にある。尚、図６には、参考用の波形３１１が一点鎖線にて示されている。波形３１１は、タイミングｔ_Ｂ０以降においてスイッチ回路ＳＷ_Ｂを常にオンに維持させたと仮定したときの電圧信号Ｖ_Ｂの波形を示している。

タイミングｔ_Ｂ１に、ＤＣ負荷４４内の１以上のＤＣ要素負荷がオフからオンに切り替えられたとする。この際、オフからオンに切り替えられたＤＣ要素負荷に対して突入電流が流れるため、電流Ｉ_Ａの値、及び、電流Ｉ_Ａの値に比例する電圧信号Ｖ_Ｂのレベルは、タイミングｔ_Ｂ１直後において急激に上昇する。尚、電圧信号のレベルと電圧信号の電圧値は同義である。

電圧信号Ｖ_Ｂのレベルの急減な上昇を受けて、例えば電圧信号Ｖ_Ｂの微分信号である、電圧信号Ｖ_Ｃのレベルも急激に上昇する。タイミングｔ_Ｂ１後における電圧信号Ｖ_Ｃが所定の突入電流判定条件を満たすとき、制御パルス発生回路１１４は、突入電流が発生したと判定して制御パルス信号を出力する。制御パルス発生回路１１４は、原則として電圧信号Ｖ_Ｄのレベルをローレベルに維持しており、電圧信号Ｖ_Ｄのレベルを一時的にハイレベルに変更することが制御パルス信号を出力することに相当する。ここでは、タイミングｔ_Ｂ２及びｔ_Ｂ３間においてのみ制御パルス信号が出力される（即ち、タイミングｔ_Ｂ２及びｔ_Ｂ３間においてのみ電圧信号Ｖ_Ｄのレベルがハイレベルとされる）ものとする。

タイミングｔ_Ｂ０以降において、電圧信号Ｖ_Ｅのレベルは常にハイレベルである。合成回路１１５は、電圧信号Ｖ_Ｄのレベルがローレベルであるときは電圧信号Ｖ_Ｅをそのまま電圧信号Ｖ_Ｆとして出力するが、電圧信号Ｖ_Ｄのレベルがハイレベルであるときは電圧信号Ｖ_Ｅのレベルに関係なく電圧信号Ｖ_Ｆのレベルをローレベルにする。従って、制御パルス信号が出力されるタイミングｔ_Ｂ２及びｔ_Ｂ３間においてスイッチ回路ＳＷ_Ｂはオフとなり、タイミングｔ_Ｂ０及びｔ_Ｂ２間及びタイミングｔ_Ｂ３以降は、スイッチ回路ＳＷ_Ｂはオンとなる。

このように、突入電流制御回路１１０は、タイミングｔ_Ｂ０以降において有益に機能する一時オフ回路を備える。一時オフ回路は、スイッチ回路ＳＷ_Ｂ及びＤＣ／ＤＣコンバータ３４間の電流Ｉ_Ａに応じて（即ち、電流Ｉ_Ａの信号波形に応じて）、スイッチ回路ＳＷ_Ｂを一時的にオフする機能を持つ。図５の構成において、一時オフ回路は、例えば、符号１１１〜１１５によって参照される各部位にて形成される。該一時オフ回路によって、二次負荷がオンに切り替わったときに発生する突入電流を制限することができる。スイッチ回路ＳＷ_Ｂが一時的にオフとされている期間中においては、サーミスタ１０２（又は、サーミスタ１０２の代わりに設けられた、サーミスタに分類されない抵抗素子）を介して、電力バスライン６０から一次負荷及び二次負荷に電流が供給される。

電流Ｉ_Ａがどのような状態のときに電流Ｉ_Ａが突入電流であると判断するか、及び、電流Ｉ_Ａが突入電流であると判断されるときに如何なるタイミングでスイッチ回路ＳＷ_Ｂをオフにするかは、制御パルス発生回路１１４により決定及び制御される。

制御パルス発生回路１１４は、電圧信号Ｖ_Ｃが所定の突入電流判定条件を満たすか否かを常時監視することで、突入電流の発生有無を検出することができる。電圧信号Ｖ_Ｃが突入電流判定条件を満たし、突入電流が発生したと判断される場合には、スイッチ回路ＳＷ_Ｂを一時的にオフするための一時オフ信号が一時オフ回路から出力される（即ち、ハイレベルの電圧信号Ｖ_Ｄが制御パルス発生回路１１４から出力されてローレベルの電圧信号Ｖ_Ｆが合成回路１１５から出力される）。電圧信号Ｖ_Ｃが突入電流判定条件を満たさず、突入電流が発生したと判断されない場合には、スイッチ回路ＳＷ_Ｂをオンに維持するためのオン維持信号が一時オフ回路から出力される（即ち、ローレベルの電圧信号Ｖ_Ｄが制御パルス発生回路１１４から出力されてハイレベルの電圧信号Ｖ_Ｆが合成回路１１５から出力される）。電圧信号Ｖ_Ｃは電流Ｉ_Ａの信号波形に基づくものであるため、一時オフ回路は、電流Ｉ_Ａの信号波形に基づき、一時オフ信号又はオン維持信号を切り替え出力しているといえる。また、電圧信号Ｖ_Ｃのレベルは電流Ｉ_Ａの信号波形の傾きに比例するため、一時オフ回路は、電流Ｉ_Ａの信号波形の傾きに基づき一時オフ信号又はオン維持信号を切り替え出力しているともいえる。

制御パルス発生回路１１４は、例えば、電圧信号Ｖ_Ｃのレベルが所定の基準レベルＶ_ＴＨ以上になった場合、電圧信号Ｖ_Ｃが突入電流判定条件を満たすと判断し、電圧信号Ｖ_Ｃのレベルが基準レベルＶ_ＴＨ未満に維持されている場合、電圧信号Ｖ_Ｃが突入電流判定条件を満たさないと判断することができる。或いは例えば、制御パルス発生回路１１４は、電圧信号Ｖ_Ｃのレベルが所定時間以上継続して基準レベルＶ_ＴＨ以上になっている場合、電圧信号Ｖ_Ｃが突入電流判定条件を満たすと判断し、そうでない場合、電圧信号Ｖ_Ｃが突入電流判定条件を満たさないと判断しても良い。

電圧信号Ｖ_Ｃが突入電流判定条件を満たすと判断すると、制御パルス発生回路１１４は、直ちに或いは所定時間の経過を待ってから、制御パルス信号（即ち、ハイレベルの電圧信号Ｖ_Ｄ）を出力する。制御パルス発生回路１１４は、制御パルス信号のパルス幅（即ち、電圧信号Ｖ_Ｄをハイレベルに維持する時間の長さ）を、電流Ｉ_Ａの信号波形の傾きに応じた信号である電圧信号Ｖ_Ｃに基づき、設定することができる。電流Ｉ_Ａの信号波形の傾きが大きいほど突入電流の発生期間が長いと考えられるため、当該傾きが大きいほど上記パルス幅を増大させると良い。これにより、突入電流の規模に応じた適切な突入電流対策を施すことができる。例えば、制御パルス発生回路１１４は、タイミングｔ_Ｂ１後における電圧信号Ｖ_Ｃのレベルの最大値に基づき、上記パルス幅を設定しても良い。或いは例えば、制御パルス発生回路１１４は、タイミングｔ_Ｂ１とタイミングｔ_Ｂ１から所定時間経過したタイミングとの間の期間中において電圧信号Ｖ_Ｃを積分し、得られた積分値に基づき上記パルス幅を設定しても良い。

尚、上述の各電圧信号におけるハイレベル及びローレベル間の関係を逆にすることもできる。また、波形成形回路１１３は、電圧信号Ｖ_Ｂの単なる微分信号ではなく、該微分信号を波形成形することで得た矩形信号を電圧信号Ｖ_Ｃとして出力するようにしてもよい。

＜＜変形等＞＞
本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本発明の実施形態の例であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。上述の実施形態に適用可能な注釈事項として、以下に、注釈１及び注釈２を記す。各注釈に記載した内容は、矛盾なき限り、任意に組み合わせることが可能である。

［注釈１］
図１の電力システムを、ＤＣ／ＤＣコンバータ３４又はＤＣ／ＡＣコンバータ３５の出力電力を用いて駆動する移動体（電動車両、船、航空機、エレベータ、歩行ロボット等）又は電子機器（パーソナルコンピュータ、携帯端末等）に搭載しても良いし、家屋や工場の電力システムに組み込んでも良い。

［注釈２］
例えば、以下のように考えることができる。図１の電力システムには、放電回路２４内の各スイッチ回路の状態を制御する制御部が内在している。マイコン２０及びＢＭＵ１によって形成される制御部は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３４及びＤＣ／ＡＣコンバータ３５の夫々のオン又はオフの切り替えを指示することもできる。図１の電力システムには、上記制御部と放電回路２４を少なくとも含んで構成されるスイッチング装置が内在している。スイッチング装置の構成要素に、制御部と放電回路２４以外の部位が更に含まれていると考えても構わない。

２４ 放電回路
３４ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３５ ＤＣ／ＡＣコンバータ
４４ ＤＣ負荷
４５ ＡＣ負荷
６０ 電力バスライン
６４、６５ 電力ライン
１００、１１０ 突入電流制御回路
ＳＷ_Ａ、ＳＷ_Ｂ スイッチ回路
１０１ 遅延回路
１０２ サーミスタ
１１１ 電流センサ
１１２ 増幅器
１１３ 波形成形回路
１１４ 制御パルス発生回路
１１５ 合成回路

Claims (6)

1. 電力源側に接続された第１配線と負荷側に接続された第２配線との間に設けられた放電回路と、
   前記放電回路の状態を制御する制御部と、を備え、
   前記負荷は、前記放電回路を介して与えられる電力の電力変換を行う一次負荷を含み、
   前記放電回路は、前記第１配線に接続された第１スイッチ回路と、前記第１スイッチ回路と前記第２配線との間に設けられた第２スイッチ回路と、前記第２スイッチ回路に並列接続された抵抗素子と、を備え、
   前記制御部は、前記負荷への電力供給を行う際、前記電力変換の開始を前記一次負荷に指示するとともに前記第１スイッチ回路をオフからオンに切り替え、その後、前記第２スイッチ回路をオフからオンに切り替える
   ことを特徴とするスイッチング装置。
2. 前記負荷は、前記一次負荷からの電力にて駆動する二次負荷を更に備え、
   前記放電回路は、前記第２スイッチ回路がオフからオンに切り替えられた後、前記第２スイッチ回路及び前記一次負荷間に流れる電流に応じて前記第２スイッチ回路を一時的にオフにする一時オフ回路を更に備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチング装置。
3. 前記一時オフ回路は、前記第２スイッチ回路がオフからオンに切り替えられた後、前記電流の信号波形に基づき、前記第２スイッチ回路を一時的にオフするための一時オフ信号又は前記第２スイッチ回路のオンを維持させるためのオン維持信号を切り替え出力する
   ことを特徴とする請求項２に記載のスイッチング装置。
4. 前記一時オフ回路は、前記一時オフ信号を出力する場合、前記信号波形に応じて、前記第２スイッチ回路を一時的にオフさせる時間の長さを設定する
   ことを特徴とする請求項３に記載のスイッチング装置。
5. 前記制御部は、前記負荷への電力供給を行う際、前記電力変換の開始を前記一次負荷に指示してから前記第１スイッチ回路をオフからオンに切り替え、その後、前記第２スイッチ回路をオフからオンに切り替える
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載のスイッチング装置。
6. 前記抵抗素子は、負の温度係数を有するサーミスタである
   ことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載のスイッチング装置。

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