JP6468114B2 - 電源装置及びそのスイッチ制御方法 - Google Patents
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Description
前記制御部は、前記入力端から、閉路した前記ACスイッチ及び前記交流電路を経て前記出力端に至り、前記出力端に接続される負荷に給電する通電モードと、前記ACスイッチを開路して、前記蓄電池から前記変換部を介して前記負荷に給電する蓄電池放電モードとを実行し、前記制御部は、前記入力電圧が供給されている状態において前記通電モード及び前記蓄電池放電モードの相互間でモードの移行をするとき、前記入力電圧のゼロクロス又はゼロクロス近傍で前記半導体スイッチを閉路させ、続いて、前記リレー接点を閉路又は開路させ、その後のゼロクロス又はゼロクロス近傍で前記半導体スイッチを開路させる、電源装置のスイッチ制御方法である。
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
なお、ゼロクロス近傍とは、例えばゼロクロスの電気角θに対して±5度以内である。
この場合、入力電圧が外部から供給されている状態において通電モードから蓄電池放電モードに移行するとき、制御部は、入力電圧のゼロクロス又はゼロクロス近傍で半導体スイッチを閉路させる。これにより、半導体スイッチが直ちに閉路するので、負荷への供給電圧の乱れ(瞬時停電や電圧変動)は生じない。続いて、リレー接点が開路するときは、半導体スイッチの閉路によりリレー接点の接点間が短絡されているので、アークは発生せず、リレー接点へのストレスは無い。
例えば、電源装置が、パワーコンディショナの自立出力コンセントから入力電圧を得ている場合、内部のスイッチング停止(発電停止)で停電した場合でも、内蔵するコンデンサの残留電荷による電圧・電流が出力される場合がある。このような場合も、上記制御により、リレー接点を保護することができる。
この場合、入力電圧が外部から供給されている状態において蓄電池放電モードから通電モードに移行するとき、制御部は、入力電圧のゼロクロスで半導体スイッチを閉路させる。これにより、半導体スイッチが直ちに閉路するので、突入電流のピーク値は抑制され、しかも電流は半導体スイッチに流れるのでリレー接点はストレスと無縁である。また、負荷への供給電圧の乱れ(瞬時停電や電圧変動)は生じない。続いて、リレー接点が閉路するときは、半導体スイッチの閉路によりリレー接点の接点間が短絡されているので、リレー接点へのストレスは無い。
この場合、半導体スイッチに電流が流れるのは1/2サイクル以内であるため、半導体スイッチに求められる通電容量を節減することができる。
前記制御部は、前記入力端から、閉路した前記ACスイッチ及び前記交流電路を経て前記出力端に至り、前記出力端に接続される負荷に給電する通電モードと、前記ACスイッチを開路して、前記蓄電池から前記変換部を介して前記負荷に給電する蓄電池放電モードとを実行し、前記制御部は、前記入力電圧が供給されている状態において前記通電モード及び前記蓄電池放電モードの相互間でモードの移行をするとき、前記入力電圧のゼロクロス又はゼロクロス近傍で前記半導体スイッチを閉路させ、続いて、前記リレー接点を閉路又は開路させ、その後のゼロクロス又はゼロクロス近傍で前記半導体スイッチを開路させる、電源装置のスイッチ制御方法である。
以下、本発明の実施形態の詳細について図面を参照して説明する。
図1は、電源装置の主要部を示す回路図である。図において、電源装置100は、AC入力用のプラグ1、プラグ1に接続された漏電ブレーカ2、AC出力コンセント3、電源装置100内で入力端Tinから出力端Toutへ至る2本の電路である交流電路4、入力端Tinでの入力電圧を検出する第1電圧センサ5、出力端Toutでの出力電圧を検出する第2電圧センサ6、交流電路4に接続され、双方向に電力変換可能な変換部7としての双方向インバータ7a及びDC/DCコンバータ7b、変換部7を介して交流電路4に接続される蓄電池8、ACスイッチ9、制御部10を備えている。変換部7の動作は、制御部10により制御される。
上記リレー接点91、半導体スイッチ素子Q1,Q2は、制御部10により制御される。また、第1電圧センサ5及び第2電圧センサ6のそれぞれの検出信号は、制御部10に送られる。
なお、電源装置100内で必要な制御電源電圧は、蓄電池8から得ることができる。
抵抗(オン抵抗)に関しては、リレー接点91が数mΩと低く、半導体素子Q1,Q2は、数十Ω〜数百Ωと高い。
図1のように両者を組み合わせて並列に使うと、ACスイッチ9全体としての応答速度は、閉路動作であれば半導体スイッチ素子Q1,Q2の存在が効いて、速い(数μs)。開路動作であれば、リレー接点91の動作の遅さが原因で遅くなる。ACスイッチ9全体の抵抗は、リレー接点91の抵抗の低さが効いて、低くなる。
上記電源装置100では、通常、商用電源等のコンセント11にプラグ1が接続され、AC出力コンセント3には負荷となる電気器具(図示せず。)が接続される。
(#1)商用電源等の停電(又は発電停止)が発生するか、または、プラグ1がコンセント11から抜かれた場合、及び、
(#2)図示しない操作スイッチの操作により、コンセント11からの出力に依存せず蓄電池8から電力を供給したい場合、である。
次に、制御部10が実行するスイッチ制御について詳細に説明する。
通電モードから蓄電池放電モードへの移行を行うには、まず、入力電圧のゼロクロスである時刻T1にて、制御部10は、半導体スイッチ90(半導体スイッチ素子Q1,Q2)を閉路する制御及びリレー接点91を開路する制御を行う。
結局、半導体スイッチ90に電流が流れるのは1/2サイクルであるため、半導体スイッチ90に求められる通電容量を節減することができる。半導体スイッチは、通電容量が低いほど値段が安いので、通電容量が節減できれば、比較的値段の安い半導体スイッチ90を使用することができる。
結局、半導体スイッチ90に電流が流れるのは1/2サイクルであるため、半導体スイッチ90に求められる通電容量を節減することができる。半導体スイッチは、通電容量が低いほど値段が安いので、通電容量が節減できれば、比較的値段の安い半導体スイッチ90を使用することができる。
また、ゼロクロスで電路を開閉しているので、ターンオン電流サージ、ターンオフ電圧サージの発生も抑制できる。
なお、摩耗が起こるリレー接点を使わないで、ACスイッチ9が半導体スイッチのみで構成されていてもよい。しかし、半導体スイッチのみでACスイッチ9を構成する場合、導通損失が大きくなる。導通損失を小さくするためには、多数の素子を並列に並べる必要があり、設置スペースが大きくなる。リレー接点を併用すれば、このような弊害は避けられる。
このような停電の際にも制御部10は、通電モードから蓄電池放電モードに移行するとき、半導体スイッチ90を閉路させ、続いて、リレー接点91を開路させ、その後、半導体スイッチ90を開路させると同時に蓄電池放電モードを開始させる、という動作を行うことができる。これにより、パワーコンディショナ13が、天候次第で発電/発電停止を頻繁に繰り返した場合でも、リレー接点91を保護することができる。
なお、上記実施形態では、閉路した半導体スイッチ90は、直近の次のゼロクロスで開路するようにしたが、必ずしも、直近の次でなくてもよく、例えば、次の次であってもよい。
また、上記実施形態における「ゼロクロス」は最も望ましいが、実際には、ゼロクロス近傍(例えばゼロクロスの電気角θに対して±5度以内)であってもよい。ゼロクロス近傍では、電圧が0に近いので半導体スイッチの損失が少ない。また、ゼロクロス近傍での半導体スイッチ90の閉路に遅れて開閉されるリレー接点91も、半導体スイッチ90のオン抵抗による両端の電位差により厳密には微小な電流を開閉するが、その電流による接点のダメージを抑制することができる。
2 漏電ブレーカ
3 AC出力コンセント
4 交流電路
5 第1電圧センサ(電圧センサ)
6 第2電圧センサ
7 変換部
7a 双方向インバータ
7b DC/DCコンバータ
8 蓄電池
9 ACスイッチ
10 制御部
11 コンセント
12 リレー
13 パワーコンディショナ
13a 分電盤
14 太陽光発電パネル
90 半導体スイッチ
91 リレー接点
100 電源装置
Tin 入力端
Tout 出力端
P 接続点
Q1,Q2 半導体スイッチ素子
d1,d2 並列ダイオード
Claims (6)
- 装置内で入力端から出力端へ至る交流電路と、
前記入力端での入力電圧を検出する電圧センサと、
前記交流電路に接続され、双方向に電力変換可能な変換部と、
前記変換部を介して前記交流電路に接続される蓄電池と、
前記交流電路に対する前記変換部の接続点と前記入力端との間に設けられ、リレー接点、及び、当該リレー接点と並列に接続され、開閉制御に対する応答時間が当該リレー接点より短い半導体スイッチ、を含むACスイッチと、
前記変換部及び前記ACスイッチを制御することにより、前記入力端から、閉路した前記ACスイッチ及び前記交流電路を経て前記出力端に至り、前記出力端に接続される負荷に給電する通電モードと、前記ACスイッチを開路して、前記蓄電池から前記変換部を介して前記負荷に給電する蓄電池放電モードとを有する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記入力電圧が供給されている状態において前記通電モード及び前記蓄電池放電モードの相互間でモードの移行をするとき、前記入力電圧のゼロクロス又はゼロクロス近傍で前記半導体スイッチを閉路させ、続いて、前記リレー接点を閉路又は開路させ、その後のゼロクロス又はゼロクロス近傍で前記半導体スイッチを開路させる、電源装置。 - 前記通電モードから前記蓄電池放電モードに移行するとき、前記制御部は、前記半導体スイッチを閉路させ、続いて、前記リレー接点を開路させ、その後、前記半導体スイッチを開路させると同時に前記蓄電池放電モードを開始させる、請求項1に記載の電源装置。
- 前記入力電圧が停電した際に、前記通電モードから前記蓄電池放電モードに移行するとき、前記制御部は、前記半導体スイッチを閉路させ、続いて、前記リレー接点を開路させ、その後、前記半導体スイッチを開路させると同時に前記蓄電池放電モードを開始させる、請求項1に記載の電源装置。
- 前記蓄電池放電モードから前記通電モードに移行するとき、前記制御部は、前記半導体スイッチを閉路させ、続いて、前記リレー接点を閉路させると同時に、前記通電モードを開始させる、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の電源装置。
- 閉路した前記半導体スイッチは、直近の次のゼロクロス又はゼロクロス近傍で開路する請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の電源装置。
- 装置内で入力端から出力端へ至る交流電路と、前記入力端での入力電圧を検出する電圧センサと、前記交流電路に接続され、双方向に電力変換可能な変換部と、前記変換部を介して前記交流電路に接続される蓄電池と、前記交流電路に対する前記変換部の接続点と前記入力端との間に設けられ、リレー接点、及び、当該リレー接点と並列に接続され、開閉制御に対する応答時間が当該リレー接点より短い半導体スイッチ、を含むACスイッチと、前記変換部及び前記ACスイッチを制御する制御部とを含む電源装置において、前記制御部により実行される電源装置のスイッチ制御方法であって、
前記制御部は、前記入力端から、閉路した前記ACスイッチ及び前記交流電路を経て前記出力端に至り、前記出力端に接続される負荷に給電する通電モードと、前記ACスイッチを開路して、前記蓄電池から前記変換部を介して前記負荷に給電する蓄電池放電モードとを実行し、
前記制御部は、前記入力電圧が供給されている状態において前記通電モード及び前記蓄電池放電モードの相互間でモードの移行をするとき、前記入力電圧のゼロクロス又はゼロクロス近傍で前記半導体スイッチを閉路させ、続いて、前記リレー接点を閉路又は開路させ、
その後のゼロクロス又はゼロクロス近傍で前記半導体スイッチを開路させる、
電源装置のスイッチ制御方法。
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