JP6004997B2

JP6004997B2 - 電力供給装置

Info

Publication number: JP6004997B2
Application number: JP2013133970A
Authority: JP
Inventors: 文屋　潤; 潤文屋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2033-06-26
Also published as: JP2015012626A

Description

本発明は、電力供給装置に関する。

一般家庭に設置される太陽光発電用のパワーコンディショナや、商用交流電力を直流電力に変換して電気自動車（以下「ＥＶ」と称する）に供給する電力変換装置では、スイッチング素子により構成されるインバータやコンバータを具備すると共に、電力供給量の表示やユーザー操作を受け付ける操作・表示パネルやＥＶ充電用のガンスタンド等の負荷装置を制御する負荷制御部や、この負荷制御部や負荷装置に供給する直流電源を生成する制御電源生成部を具備している。インバータやコンバータを構成するスイッチング素子は、スイッチングの際にスイッチングノイズと呼ばれる高周波ノイズの発生源となる。このスイッチングノイズは、負荷制御部を構成するマイコン等の暴走や異常信号の送信等の誤動作要因となるため、例えば、インバータやコンバータ等の電力変換部や制御電源生成部等を搭載する電源基板と負荷制御部を搭載する制御基板とに分け、電源基板と制御基板との実装距離を離して設置することが考えられる。なお、電子機器から発生する不要な電磁波による他の電子機器の誤動作を防止する技術としては、例えば、商用電源の単相電源における接地電位のニュートラル側と活電部のホット側とを自動判別して、単相電源のニュートラル側と電子機器の接地側とを接続することにより、新たな接地線などの配線を必要とせずに不要な電磁波妨害を有効に抑圧するものがある（例えば、特許文献１）。

特開２００２−２６２４５５号公報

パワーコンディショナや電力変換装置を設置する際、操作・表示パネルやＥＶ充電用のガンスタンド等の負荷装置は、パワーコンディショナや電力変換装置とは離れた家屋内の各要所に設置される。インバータやコンバータ等の電力変換部や制御電源生成部等を搭載する電源基板と負荷制御部を搭載する制御基板とを実装距離を離して設置する場合、電源基板から各負荷装置への電源供給用のハーネスと制御基板から各負荷装置への信号線接続用のハーネスとが負荷装置に接続される構成となるが、このとき、電源供給用のハーネスと信号線接続用のハーネスとを介して、大きなグランドループが形成され、このグランドループ内で生じた電位差により電流が流れ、所謂グランドループノイズが発生する虞がある、という問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、負荷装置に制御信号を伝送する負荷制御部と、負荷装置および負荷制御部に直流電源を供給する制御電源生成部とが離れて設置される構成においても、グランドループが形成されることなく、グランドループノイズの発生を未然に防止することが可能な電力供給装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電力供給装置は、外部電源から供給される直流または交流の電力を直流電力に変換して負荷装置に供給する電力供給装置であって、前記負荷装置を制御する負荷制御部と、前記外部電源を利用して前記負荷制御部に電源供給する１つの第１の直流電源および前記負荷装置に供給する１つ以上の第２の直流電源を生成する制御電源生成部と、を備え、前記制御電源生成部は、前記第１の直流電源を生成する第１の直流電源回路と、前記第２の直流電源を生成する第２の直流電源回路と、前記第１の直流電源回路の出力基準電位点と前記第２の直流電源回路の出力基準電位点との間に設けられたノーマリオープンの開閉手段と、前記外部電源により動作し、当該外部電源の起動後において、前記第１の直流電源回路の出力基準電位点と前記第２の直流電源回路の出力基準電位点との間の導通／非導通を判定し、非導通状態である場合に前記開閉手段を閉制御する通電制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、負荷装置に制御信号を伝送する負荷制御部と、負荷装置および負荷制御部に直流電源を供給する制御電源生成部とが離れて設置される構成においても、グランドループが形成されることなく、グランドループノイズの発生を未然に防止することができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態にかかる電力供給装置の一構成例を示す図である。図２は、実施の形態にかかる電力供給装置の具体的動作例を示す図である。図３は、実施の形態にかかる電力供給装置の制御フローチャートの一例である。

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる電力供給装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、実施の形態にかかる電力供給装置の一構成例を示す図である。実施の形態にかかる電力供給装置１００は、電源基板（図示せず）上に構成された制御電源生成部１と、制御基板（図示せず）上に構成された負荷制御部２とを備え、例えば、太陽光発電用のパワーコンディショナや、商用交流電力を直流電力に変換してＥＶに供給する電力変換装置に搭載されることを想定している。

本実施の形態では、電源基板上には、制御電源生成部１の他に、パワーコンディショナや電力変換装置を構成するインバータやコンバータ等の大電力変換部が搭載されることを想定しており、これらインバータやコンバータを構成するスイッチング素子から発生するスイッチングノイズ等の高周波ノイズにより、負荷制御部２を構成するマイコン６等の暴走や異常信号の送信等の誤動作が発生するのを防止するため、制御基板は、電源基板から実装距離を離して設置され、図１に示すように、制御電源生成部１と負荷制御部２との間は、ハーネス１０を介して接続されている。

また、本実施の形態では、各負荷装置３ａ，３ｂ，３ｃを構成する各負荷７ａ，７ｂ，７ｃとして、パワーコンディショナや電力変換装置を中心とする電力供給システムを構成する回路負荷、例えば、電力供給量の表示やユーザー操作を受け付ける操作・表示パネルやＥＶ充電用のガンスタンド、あるいは、これらに付随するＬＥＤ装置等を想定しており、図１に示す例では、各負荷装置３ａ，３ｂ，３ｃと制御電源生成部１との間がそれぞれ電源供給用のハーネス１１ａ，１１ｂ，１１ｃを介して接続され、各負荷装置３ａ，３ｂ，３ｃと負荷制御部２との間がそれぞれ信号線接続用のハーネス１２ａ，１２ｂ，１２ｃを介して接続された例を示している。なお、各負荷装置３ａ，３ｂ，３ｃは、必要に応じて搭載要否が決まるものであり、パワーコンディショナや電力変換装置を設置する環境により構成が異なる。例えば、ＥＶを所持していない、あるいは所持する予定がない環境では、ＥＶ充電用のガンスタンドは不要となる。

制御電源生成部１は、負荷制御部２に供給する第１の直流電源Ｖｃｃ−Ｍを生成する第１の直流電源回路４、負荷装置３ａに供給する第２の直流電源Ｖｃｃ−Ａを生成する第２の直流電源回路５ａ、負荷装置３ｂに供給する第２の直流電源Ｖｃｃ−Ｂを生成する第２の直流電源回路５ｂ、負荷装置３ｃに供給する第２の直流電源Ｖｃｃ−Ｃを生成する第２の直流電源回路５ｃ、第１の直流電源回路４の出力基準電位点ＧＮＤ−Ｍと第２の直流電源回路５ａの出力基準電位点ＧＮＤ−Ａとの間に設けられたノーマリオープンの開閉手段８ａおよびこの開閉手段８ａと第２の直流電源回路５ａとを制御する通電制御部９ａ、第１の直流電源回路４の出力基準電位点ＧＮＤ−Ｍと第２の直流電源回路５ｂの出力基準電位点ＧＮＤ−Ｂとの間に設けられたノーマリオープンの開閉手段８ｂおよびこの開閉手段８ｂと第２の直流電源回路５ｂとを制御する通電制御部９ｂ、第１の直流電源回路４の出力基準電位点ＧＮＤ−Ｍと第２の直流電源回路５ｃの出力基準電位点ＧＮＤ−Ｃとの間に設けられたノーマリオープンの開閉手段８ｃおよびこの開閉手段８ｃと第２の直流電源回路５ｃとを制御する通電制御部９ｃを備えている。

通電制御部９ａ、通電制御部９ｂ、および通電制御部９ｃは、外部から投入される直流あるいは交流の電力供給源である外部電源Ｖｄにより動作し、第１の直流電源回路４、第２の直流電源回路５ａ、第２の直流電源回路５ｂ、および第２の直流電源回路５ｃは、この外部電源Ｖｄを利用して、負荷制御部２、負荷装置３ａ、負荷装置３ｂ、および負荷装置３ｃにそれぞれ供給する第１の直流電源Ｖｃｃ−Ｍ、第２の直流電源Ｖｃｃ−Ａ、第２の直流電源Ｖｃｃ−Ｂ、および第２の直流電源Ｖｃｃ−Ｃをそれぞれ生成する。この外部電源Ｖｄとしては、例えば、パワーコンディショナや電力変換装置の設置後に供給される商用交流電源であってもよいし、パワーコンディショナや電力変換装置内に設置されたバッテリーから供給される直流電源であってもよい。

つぎに、本実施の形態にかかる電力供給装置１００の動作について、図１および図２を参照して説明する。図２は、実施の形態にかかる電力供給装置の具体的動作例を示す図である。

図２に示す例では、負荷装置３ａのみ具備したシステム構成例における具体例を示している。この場合、負荷装置３ｂ，３ｃはないため、開閉手段８ｂ，８ｃが開いた状態では、第２の直流電源回路５ｂの出力基準電位点ＧＮＤ−Ｂおよび第２の直流電源回路５ｃの出力基準電位点ＧＮＤ−Ｃが浮いた状態となり好ましくない。このため、開閉手段８ｂ，８ｃを閉じておく必要がある。

一方、開閉手段８ａが閉じた状態では、ハーネス１０，１１ａ，１２ａを介して、図２に破線矢印で示すグランドループが生じることとなる。この状態では、グランドループ内で生じた電位差により電流が流れ、所謂グランドループノイズが発生する虞がある。このため、グランドループを形成しないように、開閉手段８ａを開いたままとしておく必要がある。

したがって、本実施の形態では、各通電制御部９ａ，９ｂ，９ｃは、各開閉手段８ａ，８ｂ，８ｃの両端間、つまり、第１の直流電源回路４の出力基準電位点ＧＮＤ−Ｍと第２の直流電源回路５ａの出力基準電位点ＧＮＤ−Ａとの間、第１の直流電源回路４の出力基準電位点ＧＮＤ−Ｍと第２の直流電源回路５ｂの出力基準電位点ＧＮＤ−Ｂとの間、および、第１の直流電源回路４の出力基準電位点ＧＮＤ−Ｍと第２の直流電源回路５ｃの出力基準電位点ＧＮＤ−Ｃとの間の導通／非導通を判定し、非導通状態である場合には、それぞれ開閉手段８ａ，８ｂ，８ｃを閉制御する。

これにより、制御電源生成部１が構成される電源基板（図示せず）内において、負荷装置（図２に示す例では３ｂ，３ｃ）が接続されていない第２の直流電源回路（図２に示す例では５ｂ，５ｃ）では、出力基準電位点（図２に示す例ではＧＮＤ−Ｂ，ＧＮＤ−Ｃ）が第１の直流電源回路４の出力基準電位点ＧＮＤ−Ｍに接続され、負荷装置（図２に示す例では３ａ）が接続されている第２の直流電源回路（図２に示す例では５ａ）では、出力基準電位点（図２に示す例ではＧＮＤ−Ａ）が第１の直流電源回路４の出力基準電位点ＧＮＤ−Ｍから切り離されるため、グランドループ（図２に示す破線矢印）が形成されることなく、グランドループノイズの発生を未然に防止することができる。

なお、各通電制御部９ａ，９ｂ，９ｃによる導通状態検知手法については、既知技術を用いて実現することが可能であり、この各通電制御部９ａ，９ｂ，９ｃによる導通状態検知手法により本発明が限定されるものではない。

つぎに、本実施の形態にかかる電力供給装置１００の制御動作について、図１〜図３を参照して説明する。図３は、実施の形態にかかる電力供給装置の制御フローチャートの一例である。

実施の形態にかかる電力供給装置１００が搭載されたパワーコンディショナや電力変換装置の電源が投入され、制御電源生成部１に外部電源Ｖｄが入力されると（ステップＳＴ１０１）、各通電制御部９ａ，９ｂ，９ｃが起動し（ステップＳＴ１０２）、それぞれ各開閉手段８ａ，８ｂ，８ｃの両端間の導通判定を行う（ステップＳＴ１０３）。

例えば、図２に示すように、負荷装置３ａが接続されている場合には、開閉手段８ａの両端間が導通状態となるので（ステップＳＴ１０３；Ｙｅｓ）、通電制御部９ａは、第２の直流電源回路５ａを起動して（ステップＳＴ１０４）、負荷装置３ａに第２の直流電源Ｖｃｃ−Ａの供給を開始する。

また、図２に示すように、負荷装置３ｂ，３ｃが接続されていない場合には、開閉手段８ｂ，８ｃの両端間が非導通状態となるので（ステップＳＴ１０３；Ｎｏ）、通電制御部９ｂ，９ｃは、開閉手段８ｂ，８ｃを閉制御して（ステップＳＴ１０５）、第２の直流電源回路５ｂの出力基準電位点ＧＮＤ−Ｂおよび第２の直流電源回路５ｃの出力基準電位点ＧＮＤ−Ｃを第１の直流電源回路４の出力基準電位点ＧＮＤ−Ｍに接続する。

その後、負荷制御部２が負荷装置３ａの制御を開始して（ステップＳＴ１０６）、本制御フローを終了する。

以上説明したように、実施の形態の電力供給装置によれば、負荷制御部に供給する第１の直流電源を生成する第１の直流電源回路の出力基準電位点と、負荷装置に供給する第２の直流電源を生成する第２の直流電源回路の出力基準電位点との間に、ノーマリオープンの開閉手段を設け、開閉手段の両端間、つまり、第１の直流電源回路の出力基準電位点と第２の直流電源回路の出力基準電位点との間が非導通状態である場合に、開閉手段を閉制御するようにしたので、制御電源生成部が構成される電源基板内において、負荷装置が接続されていない第２の直流電源回路では、出力基準電位点が第１の直流電源回路の出力基準電位点に接続され、負荷装置が接続されている第２の直流電源回路では、出力基準電位点が第１の直流電源回路の出力基準電位点から切り離されるため、負荷装置に制御信号を伝送する負荷制御部と、負荷装置および負荷制御部に直流電源を供給する制御電源生成部とが離れて設置される構成においても、グランドループが形成されることなく、グランドループノイズの発生を未然に防止することができる。

なお、上述した実施の形態では、３つの負荷装置を接続可能な構成について説明したが、この負荷装置の接続可能数により本発明が限定されるものではなく、１、２、あるいは４以上の負荷装置を接続可能な構成であっても、同様の効果を得られることは言うまでもない。

また、上述した実施の形態では、接続可能な負荷装置に対し、それぞれ異なる第２の直流電源を供給する例を示したが、１つの第２の直流電源回路から複数の負荷装置に同一の第２の直流電源を供給する構成であってもよいし、さらに、各開閉手段および各第２の直流電源回路を制御する通電制御部を１つの構成部として、複数の開閉手段および第２の直流電源回路を制御する構成であってもよい。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

以上のように、本発明にかかる電力供給装置は、パワーコンディショナや電力変換装置を中心とする電力供給システムを構成する各負荷装置への電力供給・制御を行う電力供給装置に有用であり、特に、負荷装置に制御信号を伝送する負荷制御部と、負荷装置および負荷制御部に直流電源を供給する制御電源生成部とが離れて設置される構成において、グランドループノイズの発生を未然に防止することができる技術として適している。

１制御電源生成部、２負荷制御部、３ａ，３ｂ，３ｃ負荷装置、４第１の直流電源回路、５ａ，５ｂ，５ｃ第２の直流電源回路、６マイコン、７ａ，７ｂ，７ｃ負荷、８ａ，８ｂ，８ｃ開閉手段、９ａ，９ｂ，９ｃ通電制御部、１０，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃハーネス、１００電力供給装置。

Claims

外部電源から供給される直流または交流の電力を直流電力に変換して負荷装置に供給する電力供給装置であって、
前記負荷装置を制御する負荷制御部と、
前記外部電源を利用して前記負荷制御部に電源供給する１つの第１の直流電源および前記負荷装置に供給する１つ以上の第２の直流電源を生成する制御電源生成部と、
を備え、
前記制御電源生成部は、
前記第１の直流電源を生成する第１の直流電源回路と、
前記第２の直流電源を生成する第２の直流電源回路と、
前記第１の直流電源回路の出力基準電位点と前記第２の直流電源回路の出力基準電位点との間に設けられたノーマリオープンの開閉手段と、
前記外部電源により動作し、当該外部電源の起動後において、前記第１の直流電源回路の出力基準電位点と前記第２の直流電源回路の出力基準電位点との間の導通／非導通を判定し、非導通状態である場合に前記開閉手段を閉制御する通電制御部と、
を備える
ことを特徴とする電力供給装置。
前記通電制御部は、前記第１の直流電源回路の出力基準電位点と前記第２の直流電源回路の出力基準電位点との間が導通状態である場合には、前記第２の直流電源回路を起動することを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
前記負荷装置が接続されることにより、前記第１の直流電源回路の出力基準電位点と前記第２の直流電源回路の出力基準電位点との間が導通状態となることを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給装置。