JP2016167929A - 電源制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源と放電回路との間の短絡を防ぐ電源制御装置を提供する。
【解決手段】電源制御装置において、負荷に対して一対の電源ラインにより電気的に接続され、正極及び負極を有する主電源と、一対の電源ラインの間に接続されたコンデンサと、正極から負荷を介して負極までの電流経路に接続され、電流経路の導通及び遮断を切り替えるスイッチ回路と、電源ラインに接続され、コンデンサを放電させる放電回路と、スイッチ回路及び放電回路の一方の回路である第１回路と、スイッチ回路及びスイッチ回路の他方の回路である第２回路とを連動させる連動手段を備え、連動手段は、第１回路の導通状態から放電状態への切り替わりに対して、第２回路を遮断状態から導通状態への切り替わりを連動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電源制御装置に関するものである。

インバータを介して直流対応型ブラシレスモータに電源を接続するための電源回路を備えて電動機用駆動装置が開示されている。この電動機用駆動装置では、電源回路に対して、互いに並列接続された平滑用コンデンサ及び放電用抵抗から成る放電回路が接続されている。また放電用抵抗には電流を通電又は遮断するためのノーマルクローズ型リレーＲＹ_３が直列接続されている。ノーマルクローズ型リレーＲＹ_３はコントローラの制御により電源回路がオン状態になったときに開放状態となって放電用抵抗に流れる電流を遮断し、オフ状態になったときのみ閉状態となって放電用抵抗に流れる電流を通電させて平滑用コンデンサに充電させる（特許文献１）。

特開平６−２７６６１０号公報

しかしながら、上記の電動機用駆動装置では、電源回路のオン、オフの切替と、ノーマルクローズ型リレーＲＹ_３の切替を、コントローラから制御信号を送信するだけで行っている。そのため、例えば、電源回路のオン、オフの切替、及び、ノーマルクローズ型リレーＲＹ_３の切替を高速に行った場合には、電源回路のオン時間と、ノーマルクローズ型リレーＲＹ_３の閉状態の時間が重なり、電源と放電回路との間が短絡するという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、電源と放電回路との間の短絡を防ぐ電源制御装置を提供することである。

本発明は、一対の電源ラインの間に接続されたコンデンサと、電源の正極から負荷を介して電源の負極までの電流経路に接続され、前記電流経路の導通及び遮断を切り替えるスイッチ回路と、電源ラインに接続され、コンデンサを放電させる放電回路と、スイッチ回路及び放電回路の一方の回路である第１回路と、スイッチ回路及びスイッチ回路の他方の回路である第２回路とを連動させる連動手段とを備え、連動手段により、第１回路の導通状態から放電状態への切り替わりに対して、第２回路を遮断状態から導通状態への切り替わりを連動させることによって上記課題を解決する。

本発明は、第１回路の導通状態から放電状態への切り替わりに連動して、第２回路が遮断状態から導通状態に切り替わるため、第１回路と第２回路が共に導通状態にならず、電源からスイッチ回路を介して放電回路までの電流経路が短絡することを防止できる。

図１は、本実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。 図２は、信号発生器から出力される信号の特性、スイッチ回路の状態の推移、及び、放電回路の推移を示すグラフである。 図３は、本実施形態の変形例に係る電源制御装置のブロック図である。 図４は、本実施形態の変形例に係る電源制御装置のブロック図である。 図５は、本実施形態の変形例に係る電源制御装置のブロック図である。 図６は、他の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。 図７は、変形例に係る電源制御装置のブロック図である。 図８は、変形例に係る電源制御装置のブロック図である。 図９は、変形例に係る電源制御装置のブロック図である。 図１０は、他の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。 図１１は、信号発生器から出力される信号の特性、スイッチ回路の状態の推移、及び、放電回路の推移を示すグラフである。 図１２は、他の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。 図１３は、信号発生器から出力される信号の特性、スイッチ回路の状態の推移、及び、放電回路の推移を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
《第１実施形態》

図１は、本実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。本実施形態に係る電源制御装置は、例えば車両に設けられており、車両に搭載されたバッテリの電力を、インバータを介してモータに供給するシステムを制御する装置である。以下の説明では、電源制御装置が車両に設けられる場合を前提に説明するが、電源制御装置は車両に限らず他の装置に設けられていてもよい。例えば、電源制御装置は、定置用の電源の電力を負荷に供給する際の電力システムに適用されてもよい。

図１に示すように、電源制御装置は、電源１と、電力変換器２と、スイッチ回路３と、信号発生器４と、コンデンサ５と、放電回路６と、電圧センサ７と、コントローラ１０と、電源ラインＰ、Ｎを備えている。

主電源１は、電力変換器２に対して電力を供給するためのバッテリである。電源１は、リチウムイオン電池等の二次電池を複数接続している。主電源１の正極は、電源ラインＰを介して電力変換器２に接続されており、主電源１の負極は電源ラインＮを介して電力変換器２に接続されている。なお、主電源１には、直流電源に限らず、系統などの交流電源であってもよい。本実施形態のように、主電源１が二次電池により構成される場合には、電源１は、モータ（図示しない）の回生により電力を蓄電することもできる。モータは、電力変換器２の出力側（ＡＣ側）に接続される。また、主電源１が系統の場合には、主電源１は、電源１から電力変換器（ＡＣＤＣコンバータなど）への電力供給や、電力変換器からの余剰電力の受給も可能である。また、主電源１は、交流又は直流を選択して出力することも可能である。このとき、出力される交流波形は、正弦波に限らず任意の波形でもよい。

電力変換器２は、主電源１の電力を変換し、モータ等の負荷に出力するインバータ又はコンバータである。電力変換器２には、ＩＧＢＴ等の複数のスイッチング素子がブリッジ状に接続されている。電力変換器２の出力側にモータを接続し、モータが回生した場合には、電力変換器２は電力の供給源としても機能する。

電源ラインＰ、Ｎは、主電源１と電力変換器２との間を接続する一対の配線である。また、電源ラインＰ、Ｎは、主電源１の正極から電力変換器２を介して主電源１の負極までの電流経路となる。

スイッチ回路３は、信号発生器４からの信号によりオン（短絡）及びオフ（開放）を切り替える。スイッチ回路３は、機械式リレー又は半導体スイッチ等により構成されている。機械式リレーは、例えば接点及びコイルを有している。コイルに対して電流を流すと、電磁誘導により接点が移動する構造になっている。半導体スイッチは、ＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタである。スイッチ回路３は、駆動電源（図示しない）から供給される制御電圧又は制御電流によって、電流経路の電流量を変更可能なスイッチである。スイッチ回路３がオン状態のときには、主電源１と電力変換器２とを接続する電流経路が導通状態となり、スイッチ回路３がオフ状態のときには、当該電流経路が遮断状態となる。スイッチ回路３は、主電源１と電力変換器２との間で、電源ラインＰに接続されている。

スイッチ回路３は、ノーマリオフのスイッチである。すなわち、スイッチ回路３は、主電源１から負荷に対して電力の要求がない場合には、オフ状態を維持している。これにより、スイッチ回路３のオン、オフを切り替える制御信号が、停電等により途絶えた場合でも、電流経路は遮断された状態で維持され、主電源１から電力変換器２へ電力が供給されることはないため、システムの安全性を高めることができる。

信号発生器４は、スイッチ回路３のオフ、オフを切り替えるための信号を発生し、スイッチ回路３に出力する。信号発生器４はコントローラ１０により制御されている。

コンデンサ５は、電力変換器２の入力側に接続されている。またコンデンサ５は電源ラインＰと電源ラインＮとの間に接続されている。コンデンサ５は、リップル電流の平滑、或いは、ノイズフィルタとして機能する。

放電回路６は、コンデンサ５に充電された電荷を放電するための回路である。放電回路６は、電源ラインＰと電源ラインＮとの間に接続されている。放電回路６は、配線を介してコンデンサ５に接続されている。また放電回路６は、電源ラインＰ、Ｎに接続されており、スイッチ回路３を介して、主電源１に電気的に接続されている。放電回路６は、例えば、放電用の抵抗とスイッチとを接続した回路、又は、コイルと抵抗とを接続した回路等である。放電回路６に含まれるスイッチは、半導体スイッチ又はリレーである。放電回路６は、コンデンサ５と電気的に導通した状態（導通状態）と、コンデンサ５と電気的に遮断された状態（遮断状態）とを切り替える回路でもある。放電回路６が導通状態の場合には、コンデンサ５が放電され、コンデンサ５から放電回路６に電流が流れ、放電回路６で消費される。また、放電回路６が遮断状態の場合には、コンデンサ５は放電されず、コンデンサ５と放電回路６との間で閉回路が形成されない状態となる。放電回路６は、コントローラ１０の制御信号に基づいて、コンデンサ５を放電させる。

電圧センサ７は、スイッチ回路３に対して並列に接続されており、スイッチ回路３の両端の電圧を検出する。電圧センサ７の検出電圧はコントローラ１０に出力される。

コントローラ１０は、スイッチ回路３と放電回路６とを連動させるように、スイッチ回路３及び放電回路６を制御する制御装置である。コントローラ１０は、スイッチ回路３の導通状態から遮断状態の切り替わりに対して、放電回路６の遮断状態から導通状態への切り替わりを連動させる。また、コントローラ１０は、スイッチ回路３の遮断状態から導通状態の切り替わりに対して、放電回路６の導通状態から遮断状態への切り替わりを連動させる。コントローラ１０は、電圧センサ７を用いて、スイッチ回路３の導通状態及び遮断状態を検出する。そして、コントローラ１０は、スイッチ回路３の導通状態から遮断状態への切り替わりを検出した場合には、放電回路６を遮断状態から導通状態に切り替える。また、コントローラ１０は、スイッチ回路３の遮断状態から導通状態への切り替わりを検出した場合には、放電回路６を導通状態から遮断状態に切り替える。すなわち、コントローラ１０は、センサ７を用いて、スイッチ回路３の状態（導通状態、遮断状態）を判断しつつ、その判断結果に基づいて放電回路６の状態を切り替えることで、スイッチ回路３と放電回路６とを連動させている。

次に、図２を用いて、スイッチ回路３と放電回路６の動作を説明する。図２は、信号発生器４から出力される信号の特性、スイッチ回路３の状態、及び、放電回路６の状態を説明するためのグラフである。信号発生器４の出力信号は、ローレベルで接続指示を示し、ハイレベルで開放指示を示している。接続指示は、スイッチ回路３を導通状態にするための指示である。開放指示は、スイッチ回路３を開放状態にするための指示である。スイッチ回路３の状態は、主電源１からスイッチ回路３に入力される電位と、スイッチ回路３から電力変換器２へ出力される電位との電位差で表されており、電圧センサ７の検出電圧に相当する。そして、図２で示した、スイッチ回路３のグラフの縦軸の表示について、「接続」は、スイッチ回路３の導通状態であることを示し、「開放」はスイッチ回路３の遮断状態を示す。放電回路６の状態は、放電回路の入力と出力との間の電位差で表されている。図３で示した、放電回路６のグラフの縦軸の表示について、「非放電」は、放電回路６の遮断状態であることを示し、「放電」は放電回路６の導通状態を示す。

初期状態として、スイッチ回路３は導通状態であり、主電源１は電力変換器２に対して電力を供給しており、コンデンサ５はチャージされた状態である。また、放電回路６は遮断状態である。

まず、コントローラ１０は、信号発生器４から開放指示を示す信号を出力するように、信号発生器４に対して制御信号を出力する。信号発生器４は、時間ｔ_１で、信号発生器４の信号レベルを立ち上げる。出力信号のレベルは、所定の時間遅れをもって、立ち上がり、時間ｔ_２でハイレベルになる。スイッチ回路３は、開放指示を示す出力信号をトリガとして、導通状態から遮断状態に切り替わる。このとき、電力変換器７などで、主電源１の電力を消費している場合に、スイッチ回路３の開放動作に伴い、電流経路の抵抗は高くなり、電流は低下する。そして、スイッチ回路３の入出力間の電位差が高くなる。そのため、図２に示すように、電圧センサ７の検出電圧は、時間ｔ_２から立ち上がる。

コントローラ１０には、スイッチ回路３の状態を判断するための閾値が予め設定されている。閾値（Ｖ_ｔｈ）は、スイッチ回路３が導通状態から遮断状態に切り替わったことを示す値であって、スイッチ回路３の入力間の電位差に対応した電圧値で表される。そして、コントローラ１０は、センサ７の検出電圧が閾値より高くなった場合に、スイッチ回路３が導通状態から遮断状態に切り替わったと検出する。図２の例では、コントローラ１０は、時間ｔ_３で、スイッチ回路３が導通状態から遮断状態に切り替わったと検出する。

コントローラ１０は、時間ｔ_３で、スイッチ回路３が導通状態から遮断状態に切り替わったことを検出すると、放電回路６を遮断状態から導通状態に切り替える。これにより、コントローラ１０は、スイッチ回路３の導通状態から遮断状態への切り替わりに対して、放電回路６の遮断状態から導通状態への切り替わりを連動させている。

スイッチ回路３が遮断状態から導通状態に切り替わる際には、まず、信号発生器４からの出力信号がハイレベルからローレベルに下がると、スイッチ回路３は遮断状態から導通状態に切り替わる動作を行う。そして、スイッチ回路３の動作に伴い、スイッチ回路３の入出力間の電位差が下がる。コントローラ１０は、電圧センサ７の検出電圧が閾値より低くなると、スイッチ回路３が遮断状態から導通状態に切り替わったことを、検出する。そして、コントローラ１０は、放電回路６を導通状態から遮断状態に切り替える、これにより、コントローラ１０は、スイッチ回路３の遮断状態から導通状態の切り替わりに対して、放電回路６の導通状態から遮断状態への切り替わりを連動させている。

上記のように、本実施形態は、スイッチ回路３の導通状態から遮断状態への切り替わりに対して、放電回路６の遮断状態から導通状態への切り替わりを連動させている。これにより、主電源１からスイッチ回路３を介して放電回路６までの電流経路が短絡すること（以下、電源短絡とも称す）を防止できる。その結果として、放電回路の保護を図ることができ、高い冗長性を保つことができる。主電源１と電力変換器２の間が導通している状態で、緊急時に電力変換器２の入力側の電荷を放電したい場合には、放電回路６を高速で導通状態にしなければならない。このような場合でも、本実施形態では、スイッチ回路３と放電回路６が共に導通状態にならないため、電源短絡を防止できる。

また本実施形態は、スイッチ回路３の遮断状態から導通状態への切り替わりに対して、放電回路６の導通状態から遮断状態への切り替わりを連動させている。これにより、電源短絡を防止できる。

なお、本実施形態の変形例として、電源制御装置は、電圧センサ７の代わりに、電流センサ８を備えてもよい。図３は、変形例に係る電源制御装置のブロック図である。図３に示すように、電流センサ８は主電源１とスイッチ回路３との間に接続されている。電流センサ８の検出電流は、コントローラ１０に出力する。電流経路の電流が流れている状態で、スイッチ回路３が導通状態から遮断状態に切り替わると、電流経路には電流が流れなくなる。そのため、コントローラ１０は、電流センサ８を用いて、スイッチ回路３の導通状態及び遮断状態を検出できる。

なお、本実施形態の変形例として、電源制御装置は、電圧センサ７に加えて、電流センサ８を備えてもよい。図４は、変形例に係る電源制御装置のブロック図である。スイッチ回路３が導通状態から遮断状態に切り替えると、電源ラインＰにおけるスイッチ回路３の部分の抵抗が大きくなる。そして、この抵抗は、電圧センサ７の検出電圧と電流センサ８の検出電流を用いることで算出できる。そのため、コントローラ１０は、電圧センサ７及び電流センサ８を用いて、スイッチ回路３の導通状態及び遮断状態を検出できる。

なお、本実施形態の変形例として、電源制御装置は、スイッチ回路３の入力と出力との間のバイパスするバイパス回路９を備えてもよい。図５は、変形例に係る電源制御装置のブロック図である。バイパス回路９は、スイッチ回路３の入出力間の電圧を検出するセンサと、電源を有している。センサは、電圧センサ７と同様に接続されている。電源は、主電源１とは別の電源であって、少なくともスイッチ回路３が接続されている電流経路に、電流を流すための電源である。これにより、電力変換器２が主電源１の電力を消費していない場合でも、コントローラ１０は、バイパス回路９に含まれるセンサを用いて、スイッチ回路３の導通状態及び遮断状態を、リアルタイムで検出できる。

上記コントローラ１０が本発明の「連動手段」に相当する。

《第２実施形態》
図６は、発明の他の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、スイッチ回路３と放電回路６を連動させる構成が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、その記載を援用する。

電源制御装置は、主電源１と、電力変換器２と、スイッチ回路３と、信号発生器４と、コンデンサ５と、放電回路６と、連動回路２０とを備えている。主電源１は、直流電源である。放電回路６はスイッチである。なお、放電回路６は、放電抵抗等を有してもよい。また、信号発生器４は図示しないコントローラにより制御される。

連動回路２０は、スイッチ回路３と放電回路６を連動させるための回路である。連動回路２０は、副電源２１と、コイル２２と、ダイオード２３を有している。副電源２１は、連動回路２０の駆動源であり、直流の電源である。コイル２２は、放電回路６に対して磁場を発生させることで、放電回路６の状態を切り替える回路である。コイル２２で磁場が発生している場合には、放電回路６は遮断状態となる。また、コイル２２で磁場が発生していない場合には、放電回路６は導通状態となる。すなわち、放電回路６はノーマリオンのスイッチである。なお、コイル２２の代わりにフォトカプラを用いて、放電回路の状態を切り替えてもよい。

ダイオード２３は、連動回路２０内の電流の導通方向を一方向にするための素子である。副電源２１の負極側は、電源ラインＰに接続され、スイッチ回路３と放電回路６との間に接続されている。副電源２１の正極側はコイル２２を介してダイオード２３のアノードに接続されている。ダイオード２３のカソードは、電源ラインＰに接続され、主電源１の正極とスイッチ回路３との間に接続されている。これにより、連動回路２０は、副電源２１、コイル２２及びダイオード２３の直列回路で構成されており、スイッチ回路３の入力と出力との間をバイパスするように接続されている。

次に、連動回路２０の回路動作について説明する。スイッチ回路３が導通状態である場合には、連動回路２０は、スイッチ回路３を含む電流経路の一部と電気的に導通した状態となり、閉回路を形成する。そして、副電源２１の電流がコイル２２に流れ、放電回路６は遮断状態となる。そのため、コンデンサ５は放電されず、電源短絡も発生しない。スイッチ回路３の導通状態が維持されると、放電回路６の遮断状態が維持される。

スイッチ回路３が導通状態から遮断状態に切り替わると、連動回路２０は開放された状態となる。また、主電源１の正極には、ダイオード２３のカソードが接続されているため、主電源１の電流はダイオード２３で阻止される。そのため、副電源２１からの電流は、コイル２２に流れず、放電回路６は遮断状態から導通状態に切り替わる。スイッチ回路３の遮断状態が維持されると、放電回路６の導通状態が維持される。

スイッチ回路３が遮断状態から導通状態に切り替わると、連動回路２０は電源ラインＰと閉回路を形成し、放電回路６は導通状態から遮断状態に切り替わる。

これにより、連動回路２０は、スイッチ回路３の導通状態から遮断状態への切り替わりに対して、放電回路６の遮断状態から導通状態への切り替わりを連動させている。また、スイッチ回路３の遮断状態から導通状態への切り替わりに対して、放電回路６の導通状態から遮断状態への切り替わりを連動させている。

上記のように、本実施形態では、スイッチ回路３の導通状態から遮断状態への切り替わりに対して、放電回路６の遮断状態から導通状態への切り替わりを連動させている。これにより、電源短絡を防止できる。

また本実施形態では、副電源２１の電流が連動回路２０の内部回路を流れる場合には、放電回路６を遮断状態とし、副電源２１の電流が連動回路２０の内部回路を流れない場合には、放電回路６を導通状態とする。これにより、電源短絡を防止できる。

なお、本実施形態では、副電源２１を省略してもよい。連動回路２０は、副電源２１を有さない場合には、コイル２２の一端を配線により、電源ラインＰに接続する。そして、スイッチ回路３が導通状態の場合には、主電源１の電力がスイッチ回路３を介して連動回路２０に供給される。連動回路２０は、主電源１の電力が内部回路に供給されている場合には放電回路６を遮断状態とする。また、連動回路２０は、主電源１の電力が内部回路に供給されていない場合には放電回路６を導通状態とする。これにより、電源短絡を防止できる。

なお、本実施形態の変形例として、連動回路２０は、ＤＣ／ＤＣ電源２４を有してもよい。図７は、変形例に係る電源制御装置のブロック図である。ＤＣ／ＤＣ電源２４は絶縁側であり、トランスである。ＤＣ／ＤＣ電源２４の１次側には電源２１が接続されている。ＤＣ／ＤＣ電源２４の２次側は、コイル２２とダイオード２３のアノードとの間に接続されている。これにより、主電源１と副電源２１との電圧差が大きい場合には、副電源２１に主電源１の電圧が加わることがないため、副電源２１を保護することができる。

なお、本実施形態の変形例として、連動回路２０は、コイル２２の代わりに、抵抗２５、電圧センサ２６、及び制御回路２７を有してもよい。図８は、変形例に係る電源制御装置のブロック図である。抵抗２５は、副電源２１の正極とダイオード２３のアノードとの間に接続されている。電圧センサ２６は、抵抗２５の電圧を検出するセンサである。制御回路２７は、電圧センサ２６の検出値を入力として、放電回路６を切り替えるための制御信号を、放電回路６に出力する。

スイッチ回路３が導通状態である場合には、抵抗２５の電圧は高くなる。またスイッチ回路３が遮断状態である場合には、抵抗２５の電圧は低くなる。制御回路２７は、電圧センサ２６を用いて、抵抗２５の電圧を検出し、検出電圧と閾値電圧とを比較する。制御回路２７は、検出電圧と閾値電圧との比較結果に基づいて、スイッチ回路３の導通状態及び遮断状態を検出する。制御回路２７は、スイッチ回路３の遮断状態を検出した場合に、放電回路６を遮断状態から導通状態に切り替え、スイッチ回路３の導通状態を検出した場合に、放電回路６を導通状態から遮断状態に切り替える。これにより、電源短絡を防止できる。

本実施形態の変形例として、連動回路２０は、コイル２２の代わりに、抵抗２５、電流センサ２８、及び制御回路２７を有してもよい。電流センサ２８は、抵抗２５に流れる電流を検出するためのセンサであり、抵抗２５とダイオード２３のアノードの間に接続されている。スイッチ回路３が導通状態である場合には、抵抗２５に流れる電流は高くなる。またスイッチ回路３が遮断状態である場合には、抵抗２５の電圧は低くなる。制御回路２７は、電流センサ２８を用いて、抵抗２５の電流を検出し、検出電圧と閾値電圧とを比較する。制御回路２７は、検出電圧と閾値電圧との比較結果に基づいて、スイッチ回路３の導通状態及び遮断状態を検出する。

なお、本実施形態では、コイル２２を連動回路２０の回路素子の一部として説明したが、放電回路６のスイッチとしてリレーを用いた場合には、コイル２２をリレーの駆動用コイルとして用いてもよい。

またダイオード２３の耐圧は、主電源１の最大出力電圧（又は定格電圧）以上に設定するとよい。

なお、副電源２１は、電源ラインＮに接続されてもよい。

上記の連動回路２０が本発明の「駆動手段」に相当する。

《第３実施形態》
図１０は、発明の他の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、スイッチ回路３と放電回路６を連動させる構成が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１実施形態又は第２実施形態の記載を適宜、援用する。

図１０に示すように、電源制御装置は、電源１と、電力変換器２と、コンデンサ５と、放電回路６と、コントローラ１０と、スイッチ回路１１と、信号発生器１２と、電圧センサ１３と、電源ラインＰ、Ｎを備えている。

スイッチ回路１１は、機械式リレー又は半導体スイッチ等により構成されている。スイッチ回路１１は、主電源１と電力変換器２との間で、電源ラインＮに接続されている。スイッチ回路１１は、ノーマリオフのスイッチである。

信号発生器１２は、放電回路６の導通状態と遮断状態を切り替えるための信号を発生し、放電回路６に出力する。信号発生器１２はコントローラ１０により制御されている。電圧センサ１３は、放電回路６に対して並列に接続されており、放電回路６の両端の電圧を検出する。電圧センサ１３の検出電圧はコントローラ１０に出力される。

コントローラ１０は、放電回路６の導通状態から遮断状態の切り替わりに対して、スイッチ回路１１の遮断状態から導通状態への切り替わりを連動させる。また、コントローラ１０は、放電回路６の遮断状態から導通状態の切り替わりに対して、スイッチ回路１１の導通状態から遮断状態への切り替わりを連動させる。コントローラ１０は、電圧センサ１３を用いて、放電回路６の導通状態及び遮断状態を検出する。そして、コントローラ１０は、放電回路６の導通状態から遮断状態への切り替わりを検出した場合には、スイッチ回路１１を遮断状態から導通状態に切り替える。また、コントローラ１０は、放電回路６の遮断状態から導通状態への切り替わりを検出した場合には、スイッチ回路１１を導通状態から遮断状態に切り替える。すなわち、コントローラ１０は、センサ１３を用いて、放電回路６の状態（導通状態、遮断状態）を判断しつつ、その判断結果に基づいてスイッチ回路１１の状態を切り替えることで、放電回路６とスイッチ回路１１とを連動させている。

次に、図１１を用いて、放電回路６とスイッチ回路１１の動作を説明する。図２は、信号発生器１２から出力される信号の特性、放電回路６の状態、及び、スイッチ回路１１の状態を説明するためのグラフである。信号発生器１２の出力信号は、ローレベルで非放電指示を示し、ハイレベルで放電指示を示している。放電指示は、放電回路６を導通状態にするための指示である。非放電指示は、放電回路６を開放状態にするための指示である。そして、図１１で示した、放電回路６のグラフの縦軸の表示及びスイッチ回路１１のグラフの縦軸の表示は、図２と同様である。なお、電圧センサ１３の検出電圧の特性は、図１１に示す放電回路の特性とは逆の特性で推移する。

初期状態として、放電回路６は導通状態であり、コンデンサ５が放電されている状態である。また、スイッチ回路１１は遮断状態（開放）である。

まず、コントローラ１０は、信号発生器１２から非放電指示を示す信号を出力するように、信号発生器１２に対して制御信号を出力する。信号発生器は、時間ｔ_４で、信号発生器４の出力レベルを下げる。出力信号のレベルは、所定の時間遅れをもって、下がり、時間ｔ_５でローレベルになる。放電回路６は、非放電指示を示す出力信号をトリガとして、導通状態から遮断状態に切り替わる。放電回路６の開放動作に伴い、電流経路の抵抗は高くなり、電流は低下する。そして、放電回路６の入力出間の電位差が高くなる。

時間ｔ_６で、電圧センサ１３の検出電圧が閾値よりも高くなる。コントローラ１０は、電圧センサ１３の検出電圧が閾値（Ｖ_ｔｈ）より高くなった場合に、放電回路６が導通状態から遮断状態に切り替わったと検出する。閾値（Ｖ_ｔｈ）は、放電回路６が導通状態から遮断状態に切り替わったことを示す値であって、放電回路６の入力間の電位差に対応した電圧値で表される。そして、コントローラ１０は、時間ｔ_６で、放電回路６が導通状態から遮断状態に切り替わったことを検出し、スイッチ回路１１を遮断状態から導通状態に切り替える。

これにより、コントローラ１０は、放電回路６の導通状態から遮断状態の切り替わりに対して、スイッチ回路１１の遮断状態から導通状態への切り替わりを連動させている。

放電回路６が遮断状態から導通状態に切り替わる際には、まず、信号発生器１２からの出力信号がローレベルからハイレベルに上がると、放電回路６は遮断状態から導通状態に切り替わる動作を行う。そして、放電回路６の動作に伴い、放電回路６の入出力間の電位差が下がる。コントローラ１０は、電圧センサ１３の検出電圧が閾値より低くなると、放電回路６が遮断状態から導通状態に切り替わったことを、検出する。そして、コントローラ１０は、スイッチ回路１１を導通状態から遮断状態に切り替える、これにより、コントローラ１０は、放電回路６の遮断状態から導通状態の切り替わりに対して、スイッチ回路１１の導通状態から遮断状態への切り替わりを連動させている。

上記のように、本実施形態は、放電回路６の導通状態から遮断状態への切り替わりに対して、スイッチ回路１１の遮断状態から導通状態への切り替わりを連動させている。これにより、電源短絡を防止できる。その結果として、放電回路の保護を図ることができ、高い冗長性を保つことができる。

また本実施形態は、放電回路６の遮断状態から導通状態への切り替わりに対して、スイッチ回路１１の導通状態から遮断状態への切り替わりを連動させている。これにより、電源短絡を防止できる。

なお、本実施形態の変形例として、電源制御装置は、電圧センサ１３の代わりに、電流センサを備えてもよい。電源制御装置は、電圧センサ１３及び電流センサを備えてもよい。

《第４実施形態》
図１２は、発明の他の実施形態に係る電源制御装置のブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、スイッチ回路３と放電回路６を連動させる構成が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１〜第３実施形態の記載を適宜、援用する。

図１２に示すように、電源制御装置は、電源１と、電力変換器２と、スイッチ回路３と、信号発生器４と、コンデンサ５と、放電回路６と、電圧センサ７と、コントローラ１０と、スイッチ回路１１と、電圧センサ１３と、電源ラインＰ、Ｎを備えている。スイッチ回路１１及び電圧センサ１３の接続位置は、第３実施形態と同様である。

次に、図１３を用いて、スイッチ回路３と放電回路６の動作を説明する。図２は、信号発生器４から出力される信号の特性、スイッチ回路３（第１スイッチ回路）の状態、放電回路６の状態、及びスイッチ回路１１（第２スイッチ回路）を説明するためのグラフである。信号発生器４の出力信号は、ローレベルで接続指示を示し、ハイレベルで開放指示を示している。接続指示は、スイッチ回路３を導通状態にするための指示である。開放指示は、スイッチ回路３を開放状態にするための指示である。そして、図１３で示した、放電回路６のグラフの縦軸の表示及びスイッチ回路３、１１のグラフの縦軸の表示は、図２と同様である。なお、電圧センサ１３の検出電圧の特性は、図１３に示す放電回路の特性とは逆の特性で推移する。

初期状態として、スイッチ回路３、１１は導通状態であり、主電源１は電力変換器２に対して電力を供給しており、コンデンサ５はチャージされた状態である。また、放電回路６は遮断状態である。時間ｔ_１〜時間ｔ_３までのコントローラ１０の制御シーケンスは、第１実施形態と同様であり、説明を省略する。

時間ｔ_３以降、放電回路６が遮断状態から導通状態に切り替わり、電圧センサ１３の検出電圧が低くなる。時間ｔ_４で、電圧センサ１３の検出電圧が閾値よりも低くなる。コントローラ１０は、時間ｔ_４で、電圧センサ１３の検出電圧が閾値より低くなった場合に、放電回路６が遮断状態から導通状態に切り替わったと検出し、スイッチ回路１１を導通状態から遮断状態に切り替える。

信号発生器４は、時間ｔ_５で、信号発生器４の信号レベルをハイレベルから下げる。信号発生器４の信号レベルは時間ｔ_６でハイレベルになる。スイッチ回路３は、接続指示を示す出力信号をトリガとして、遮断状態から導通状態に切り替わる。電圧センサ７の検出電圧は、時間ｔ_６から下降する。時間ｔ_７で、電圧センサ７の検出電圧が閾値よりも低くなる。コントローラ１０は、電圧センサ７の検出電圧が閾値より低くなった場合に、スイッチ回路３が遮断状態から導通状態に切り替わったと検出し、放電回路６を導通状態から遮断状態に切り替える。時間ｔ_７以降、放電回路６が導通状態から遮断状態に切り替わり、電圧センサ１３の検出電圧が高くなる。コントローラ１０は、時間ｔ_８で、電圧センサ１３の検出電圧が閾値より高くなった場合に、放電回路６が導通状態から遮断状態に切り替わったと検出し、スイッチ回路１１を遮断状態から導通状態に切り替える。

主電源１と電力変換器２との間の電流経路を開放する場合には、スイッチ回路３が「接続」であり、放電回路６が「非放電」であり、スイッチ回路１１が「接続」である状態から、スイッチ回路３が「開放」に、放電回路６が「放電」に、スイッチ回路１１が「開放」になるよう、状態を順次切り替える。これにより電源短絡を防ぐことができる。

主電源１と電力変換器２との間の電流経路を電気的に導通する場合には、スイッチ回路３が「開放」であり、放電回路６が「放電」であり、スイッチ回路１１が「開放」である状態から、スイッチ回路３が「接続」に、放電回路６が「非放電」に、スイッチ回路１１が「接続」になるよう、状態を順次切り替える。これにより電源短絡を防ぐことができる。

１…主電源
２…電力変換器
３、１１…スイッチ回路
４…信号発生器
５…コンデンサ
６…放電回路
７、１３…電圧センサ
８、２８…電流センサ
９…バイパス回路
１０…コントローラ
１１…スイッチ回路
１２…信号発生器
２０…連動回路
２１…副電源
２２…コイル
２３…ダイオード
２５…抵抗
２６…電圧センサ
２７…制御回路
Ｐ、Ｎ…電源ライン

Claims (15)

1. 負荷に対して一対の電源ラインにより電気的に接続され、正極及び負極を有する主電源と、
   前記一対の電源ラインの間に接続されたコンデンサと、
   前記正極から前記負荷を介して前記負極までの電流経路に接続され、前記電流経路の導通及び遮断を切り替えるスイッチ回路と、
   前記電源ラインに接続され、前記コンデンサを放電させる放電回路と、
   前記スイッチ回路及び前記放電回路の一方の回路である第１回路と、前記スイッチ回路及び前記スイッチ回路の他方の回路である第２回路とを連動させる連動手段を備え、
   前記連動手段は、前記第１回路の導通状態から放電状態への切り替わりに対して、前記第２回路を遮断状態から導通状態への切り替わりを連動させる電源制御装置。
2. 前記放電回路は、導通状態で前記コンデンサを放電し、遮断状態で前記コンデンサを放電させない回路であり、
   前記連動手段は、
   導通状態から遮断状態への前記スイッチ回路の切り替わりに連動して、前記放電回路を遮断状態から導電状態に切り替える
   請求項１記載の電源制御装置。
3. 前記放電回路は、導通状態で前記コンデンサを放電し、遮断状態で前記コンデンサを放電させない回路であり、
   前記連動手段は、
   導通状態から遮断状態への前記放電回路の切り替わりに連動して、前記スイッチ回路を遮断状態から導電状態に切り替える
   請求項１又は２記載の電源制御装置。
4. 前記電流経路の電流又は電圧を検出するセンサを備え、
   前記連動手段は、
   前記センサを用いて前記第１回路の導通状態及び遮断状態を検出し、
   前記第１回路の遮断状態を検出した場合に、前記第２回路を遮断状態から導通状態に切り替える
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源制御装置。
5. 前記主電源の電力は前記スイッチ回路を介して前記連動手段に供給され、
   前記連動手段は、前記主電源の電力が供給されている場合には前記放電回路を遮断状態とし、前記主電源の電力が供給されていない場合には前記放電回路を導通状態とする回路である
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源制御装置。
6. 前記連動手段は、
   副電源を有し、かつ、
   前記副電源の電流が前記連動手段の内部回路を流れる場合には、前記放電回路を遮断状態とし、前記副電源の電流が前記内部回路を流れない場合には、前記放電回路を導通状態とする回路である
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源制御装置。
7. 前記副電源の正極が正極側の前記電源ラインに接続されている、又は、前記副電源の負極が負極側の前記電源ラインに接続されている
   請求項６記載の電源制御装置。
8. 前記連動手段は、ダイオードを有し、
   前記ダイオードのカソード端子は配線により前記電源ラインに接続されている
   請求項５〜７のいずれか一項に記載の電源制御装置。
9. 前記ダイオードの耐圧は、前記主電源の出力電圧以上である
   請求項８記載の電源制御装置。
10. 前記スイッチ回路は、機械式リレーを有する
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の電源制御装置。
11. 前記スイッチ回路は、半導体スイッチを有する
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の電源制御装置。
12. 前記スイッチ回路は、前記主電源から前記負荷に対して電力の要求がない場合には、遮断状態である
    請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電源制御装置。
13. 前記放電回路は、機械式リレーを有する
    請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電源制御装置。
14. 前記放電回路は、半導体スイッチ回路を有する
    請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電源制御装置。
15. 前記放電回路は、前記主電源から前記負荷に対して電力の要求がない場合には、導通状態である
    請求項１〜１４のいずれか一項に記載の電源制御装置。

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