WO2020137237A1 - スイッチングモジュール - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a switching module.
- An element failure detection device for detecting a failure of a thyristor has been proposed for an AC power control device that includes a thyristor on each of three bus bars that connect an AC power supply that outputs three-phase AC power and a load (for example, Patent Document 1). 1).
- This element failure detection device includes a current transformer and an adder that detect a current flowing through a load, a control circuit that individually outputs an element on signal to a thyristor corresponding to each phase at different timings, and an element on signal.
- a determining unit that determines whether or not there is a failure in the thyristor corresponding to each phase based on the outputs of the current transformer and the adder.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a switching module capable of suppressing a decrease in power supplied from an AC power supply to a load when determining whether or not a bidirectional switch has a failure.
- a switching module having at least one combination of a pair of input terminals to which an alternating voltage of a preset set cycle is applied, and a pair of output terminals to which a power conversion circuit is connected, In a combination of one pair of input terminals and a pair of output terminals selected from a combination of at least one pair of input terminals and a pair of output terminals, A first bidirectional switch connected in series between one of the pair of input terminals and one of the pair of output terminals; A second bidirectional switch connected in series between the other of the pair of input terminals and the other of the pair of output terminals; A potential difference between a potential generated between one of the pair of input terminals and the first bidirectional switch and a potential generated between the other of the pair of input terminals and the second bidirectional switch.
- a first voltmeter for detecting one voltage value A potential difference between a potential generated between one of the pair of output terminals and the first bidirectional switch and a potential generated between the other of the pair of output terminals and the second bidirectional switch.
- a second voltmeter for detecting two voltage values From the first time, the first bidirectional switch is opened and the second bidirectional switch is closed for a first inspection period having a length of 1 ⁇ 2 or less of the set cycle, and the first voltage value and the 2 voltage value is acquired, and when the first difference value between the acquired first voltage value and the acquired second voltage value is less than or equal to a preset first voltage threshold value, the first bidirectional switch has a short circuit failure.
- the first bidirectional switch is normal based on the first voltage value and the second voltage value acquired during the period from the first time until the first inspection period elapses.
- the second inspection period having a length equal to or less than 1/2 of the set period from the second time after a period of (n+1/2) times (n is a positive integer) times the set period from the first time
- the first bidirectional switch is opened and the second bidirectional switch is closed to obtain the first voltage value and the second voltage value, and the obtained first voltage value and the second voltage are obtained. If the second difference value from the value is less than or equal to the first voltage threshold value, a determining unit that determines that the first bidirectional switch has a short circuit failure.
- the first voltmeter is connected to an input end of the first bidirectional switch and an input end of the second bidirectional switch
- the second voltmeter may be connected to an output end of the first bidirectional switch and an output end of the second bidirectional switch.
- the lengths of the first inspection period and the second inspection period may be 0.3 times or more and 0.5 times or less than the set cycle.
- the switching module according to the present invention, The first bidirectional switch, A first switching element whose one end is connected to one of the pair of input terminals; A first diode having a cathode connected to the other end of the first switching element and an anode connected to one of the pair of output terminals; A second diode whose anode is connected to one of the pair of input terminals; A second switching element having one end connected to the cathode of the second diode and the other end connected to one of the pair of output terminals; The second bidirectional switch, A third switching element whose one end is connected to the other of the pair of input terminals; A third diode having a cathode connected to the other end of the third switching element and an anode connected to the other of the pair of output terminals; A fourth diode whose anode is connected to the other of the pair of input terminals; A fourth switching element, one end of which is connected to the cathode of the third diode and the other end of which is connected to the other
- the determination unit determines that the first bidirectional switch has a short circuit failure based on the first voltage value and the second voltage value acquired during the period from the first time until the first inspection period elapses. In this case, the determination as to whether or not the first bidirectional switch has a failure at the second time may be avoided.
- the switching module is A switching module having at least one combination of a pair of input terminals to which an alternating voltage of a preset set cycle is applied, and a pair of output terminals to which a power conversion circuit is connected, In a combination of one pair of input terminals and a pair of output terminals selected from a combination of at least one pair of input terminals and a pair of output terminals, A first bidirectional switch connected in series between one of the pair of input terminals and one of the pair of output terminals; A second bidirectional switch connected in series between the other of the pair of input terminals and the other of the pair of output terminals; An ammeter for detecting a current value of a current flowing between one of the pair of input terminals and the first bidirectional switch; From the first time, the first bidirectional switch is opened and the second bidirectional switch is closed for a first inspection period having a length of 1 ⁇ 2 or less of the set period, and the current value is acquired and acquired.
- the first bidirectional switch When the current value is equal to or greater than a preset first current threshold value, it is determined that the first bidirectional switch has a short circuit failure, and during the period from the first time until the first inspection period elapses.
- the first two-way switch When it is determined that the first bidirectional switch is normal based on the acquired current value, the first two-way switch is operated after a lapse of a period of (n+1/2) times (n is a positive integer) times the set period from the first time. From the second time, the first bidirectional switch is opened and the second bidirectional switch is closed for a second inspection period having a length of 1 ⁇ 2 or less of the set cycle, and the current value is acquired and acquired.
- a determining unit that determines that the first bidirectional switch has a short circuit failure if the current value is greater than or equal to the first current threshold value.
- the switching module is A switching module having at least one combination of a pair of input terminals to which an alternating voltage of a preset set period is applied, and a pair of output terminals to which a power conversion circuit is connected, In a combination of one pair of input terminals and a pair of output terminals selected from a combination of at least one pair of input terminals and a pair of output terminals, A first bidirectional switch connected in series between one of the pair of input terminals and one of the pair of output terminals; A second bidirectional switch connected in series between the other of the pair of input terminals and the other of the pair of output terminals; A potential difference between a potential generated between one of the pair of input terminals and the first bidirectional switch and a potential generated between the other of the pair of input terminals and the second bidirectional switch.
- a first voltmeter for detecting one voltage value A potential difference between a potential generated between one of the pair of output terminals and the first bidirectional switch and a potential generated between the other of the pair of output terminals and the second bidirectional switch.
- a second voltmeter for detecting two voltage values A determining unit that determines whether or not the first bidirectional switch has a short circuit failure, The determination unit sets the first bidirectional switch to the open state and the second bidirectional switch to the closed state for a first inspection period having a length of 1 ⁇ 2 or less of the set period from a first time, 1 voltage value and the said 2nd voltage value are acquired, and the determination of whether the 1st difference value of the said 1st voltage value and the said 2nd voltage value is below the preset 1st voltage threshold value is repeated.
- the first bidirectional switch When the first difference value is determined to be equal to or lower than the first voltage threshold by continuously executing the preset first number of times or more, the first bidirectional switch is determined to have a short circuit failure. From the second time after the determination process and the period of (n+1/2) times (n is a positive integer) times the set period from the first time, the first period of half or less of the set period The first bidirectional switch is opened and the second bidirectional switch is closed for only two inspection periods, and the first voltage value and the second voltage value are acquired to obtain the first voltage value and the second voltage value. It is repeatedly determined whether or not the second difference value from the two voltage values is equal to or less than the first voltage threshold value, and the second difference value is equal to or less than the first voltage threshold value continuously for the first number of times or more. When it is determined, a second determination process of determining that the first bidirectional switch has a short circuit fault is executed.
- the determination unit may avoid execution of the second determination process when it is determined in the first determination process that the first bidirectional switch has a short circuit failure.
- the switching module In the first determination processing, the determination unit determines that the first difference value is higher than the first voltage threshold continuously for a second number of times threshold greater than the first number of thresholds, and In the 2 determination process, if it is determined that the second difference value is higher than the first voltage threshold continuously for the second number of times or more, it is determined that the first bidirectional switch is normal. It may be.
- the determination unit acquires the first voltage value and the second voltage value and presets a first difference value between the first voltage value and the second voltage value.
- the determination as to whether it is higher than the second voltage threshold that is higher than the first voltage threshold is repeatedly executed, and the first difference value is continuously maintained for the third number of times threshold that is smaller than the preset second number of times threshold. Is determined to be higher than the second voltage threshold, then the second determination process is performed, and the first voltage value and the second voltage value are acquired in the second determination process.
- the determination of whether or not the second difference value between the first voltage value and the second voltage value is less than or equal to the second voltage threshold value is repeatedly executed, and the second difference value is continued for the third number of times or more. May be determined to be normal when it is determined to be higher than the second voltage threshold.
- the switching module further comprising an ammeter for detecting a current value of a current flowing between the pair of input terminals and one of the pair of output terminals, When the current value detected by the ammeter at a time point immediately before the first inspection period is equal to or less than a preset second current threshold value, at least the second number threshold value is preset. May be increased.
- the switching module further comprising an ammeter for detecting a current value of a current flowing between the pair of input terminals and one of the pair of output terminals,
- the determination unit presets at least the second number-of-times threshold value. The number may be reduced by the number of times.
- the present invention it is possible to suppress a decrease in the power supplied from the AC power supply to the load when determining the presence/absence of a short circuit failure of the first bidirectional switch.
- FIG. 3 is a circuit diagram of the power conversion unit according to the first embodiment.
- 3 is a circuit diagram of the module body according to the first embodiment.
- FIG. 5 is a time chart for explaining the operation of the switching module according to the first embodiment.
- FIG. 4 is a circuit diagram showing a state in which it is determined whether or not there is a short circuit failure in one of the two switching elements of the module body according to the first embodiment.
- FIG. 5 is a circuit diagram showing a state in which it is determined whether or not there is a short circuit failure in the other of the two switching elements of the module body according to the first embodiment.
- 5 is a flowchart showing a short-circuit failure determination process executed by the determination unit according to the first embodiment. 5 is a time chart for explaining the operation of the switching module according to the first embodiment. It is a schematic block diagram of the power supply system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 9 is a flowchart showing a short-circuit failure determination process executed by the determination unit according to the second embodiment. 9 is a flowchart showing a failure presence/absence determination process executed by the determination unit according to the second embodiment. It is a circuit diagram which shows a part of module main body which concerns on a modification. 9 is a time chart for explaining the operation of the switching module according to the modification. It is a circuit diagram which shows a part of switching module which concerns on a modification. It is a circuit diagram which shows a part of switching module which concerns on a modification.
- the switching module is used, for example, to control the supply state of AC power from a three-phase AC power supply to a load.
- the switching module includes a pair of input terminals to which an AC voltage having a preset cycle is applied, a pair of output terminals to which a power conversion circuit is connected, a first bidirectional switch, and a second bidirectional switch.
- a first voltmeter, a second voltmeter, and a determination unit that determines the presence or absence of a short circuit failure of the first bidirectional switch based on the voltage values detected by the first voltmeter and the second voltmeter.
- the first bidirectional switch is connected in series between one of the pair of input terminals and one of the pair of output terminals
- the second bidirectional switch is connected to the other of the pair of input terminals and the pair of input terminals. It is connected in series with the other of the output terminals.
- the first voltmeter corresponds to a potential difference between a potential generated between one of the pair of input terminals and the first bidirectional switch and a potential generated between the other of the pair of input terminals and the second bidirectional switch.
- the first voltage value to be detected is detected.
- the second voltmeter corresponds to a potential difference between a potential generated between one of the pair of output terminals and the first bidirectional switch and a potential generated between the other of the pair of output terminals and the second bidirectional switch.
- the second voltage value to be detected is detected.
- the determination unit opens the first bidirectional switch and closes the second bidirectional switch for the inspection period equal to or less than 1/2 of the set period at the first time to set the first voltage value and the second voltage value. If the first difference value from the voltage value is less than or equal to a preset threshold value, it is determined that the first bidirectional switch has a short circuit failure. In addition, when the first bidirectional switch is determined to be normal at the first time, the determination unit determines that the first cycle after the lapse of a period of (n+1/2) times the set cycle (n is a positive integer) from the first time.
- the first bidirectional switch is opened and the second bidirectional switch is closed for the above-mentioned inspection period (1/2 or less of the set period), and the above-mentioned first voltage value and second voltage value are If the second difference value is less than or equal to a preset threshold value, it is determined that the first bidirectional switch has a short circuit failure.
- the power supply system is, for example, a so-called uninterruptible power supply system that supplies power to a server in a data center.
- this power supply system 500 is a server (not shown) connected to an output terminal TeO by receiving AC power from a three-phase AC power supply PA or a standby three-phase AC power supply PB. Supply DC power to such loads.
- the three-phase AC power supply PA is formed by connecting three AC power supplies in a delta connection, and supplies the three-phase AC power to the power supply system 500 via the three power lines L1A, L1B, and L1C.
- the three-phase AC power supply PB is formed by connecting three AC power supplies in a ⁇ connection, and supplies three-phase AC power to the power supply system 500 via the three power lines L2A, L2B, and L2C. Further, circuit breakers BAA, BAB, BAC, BBA, BBB, and BBC are inserted in the power supply lines L1A, L1B, L1C, L2A, L2B, and L2C, respectively.
- the power supply system 500 includes two module main bodies 100A and 100B, six power conversion circuits 201, 202, 203, 204, 205 and 206, and a control unit 300 that controls these operations.
- a switching module 501 is composed of the module bodies 100A and 100B and the control unit 300.
- Each of the power conversion circuits 201, 202, 203, 204, 205, and 206 includes a rectifier circuit DB, a smoothing capacitor C1 connected between output terminals of the rectifier circuit DB, and a capacitor, as shown in FIG. 2, for example.
- the DC-DC converter 210 has, for example, an inductor, a switching element, and a drive circuit that drives the switching element.
- the drive circuit outputs a PWM (Pulse Width Modulation) signal or a PFM (Pulse Frequency Modulation) signal to the switching element based on the command value information indicating the command value of the output voltage input from the control unit 300, and thereby the DC Control the output of the DC converter 210.
- the output end of the DC-DC converter 210 is connected to the pair of output terminals teO of the power supply system 500.
- the module main body 100A includes input terminals te1A, te1B and te1C and output terminals te3A, te3B and te3C.
- power supply lines L1A, L1B, L1C connected to the three-phase AC power supply PA are connected to the input terminals te1A, te1B, te1C, respectively.
- power supply lines L3A, L3B, L3C connected to the power conversion circuits 201, 202, 203, 204, 205, 206 are connected to the output terminals te3A, te3B, te3C.
- the module main body 100B also includes input terminals te2A, te2B, te2C and output terminals te4A, te4B, te4C.
- the input terminals te2A, te2B, and te2C are connected to power supply lines L2A, L2B, and L2C connected to the standby three-phase AC power supply PB, respectively.
- Power supply lines L4A, L4B, L4C connected to the power conversion circuits 201, 202, 203, 204, 205, 206 are connected to the output terminals te4A, te4B, te4C.
- the module main body 100A includes three bidirectional switches 1A, 1B, 1C and six voltmeters 12A, 12B, 12C, 13A, 13B, 13C.
- the module main body 100B also has the same configuration as the module main body 100A and includes three bidirectional switches (not shown) and six voltmeters (not shown).
- the bidirectional switch 1A is connected in series between the input terminal te1A and the output terminal te3A.
- the bidirectional switch 1B is connected in series between the input terminal te1B and the output terminal te3B.
- the bidirectional switch 1C is connected in series between the input terminal te1C and the output terminal te3C.
- the bidirectional switch 1A has two switching elements Q1A and Q2A and two diodes D1A and D2A.
- the switching elements Q1A and Q2A are, for example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). One end of the switching element Q1A is connected to the input terminal te1A.
- the diode D1A has a cathode connected to the other end of the switching element Q1A and an anode connected to the output terminal te3A.
- the anode of the diode D2A is connected to the input terminal te1A.
- the switching element Q2A has one end connected to the cathode of the diode D2A and the other end connected to the output terminal te3A.
- the bidirectional switch 1B has two switching elements Q1B and Q2B and two diodes D1B and D2B. One end of the switching element Q1B is connected to the input terminal te1B.
- the diode D1B has a cathode connected to the other end of the switching element Q1B and an anode connected to the output terminal te3B.
- the anode of the diode D2B is connected to the input terminal te1B.
- the switching element Q2B has one end connected to the cathode of the diode D2B and the other end connected to the output terminal te3B.
- the bidirectional switch 1C has two switching elements Q1C and Q2C and two diodes D1C and D2C. One end of the switching element Q1C is connected to the input terminal te1C.
- the diode D1C has a cathode connected to the other end of the switching element Q1C and an anode connected to the output terminal te3C.
- the anode of the diode D2C is connected to the input terminal te1C.
- the switching element Q2C has one end connected to the cathode of the diode D2C and the other end connected to the output terminal te3C.
- the voltmeter 12A is connected between the input ends I1A and I1B of the bidirectional switches 1A and 1B, and the voltmeter 12B is connected between the input ends I1B and I1C of the bidirectional switches 1B and 1C.
- the voltmeter 12C is connected between the input ends I1A and I1C of the bidirectional switches 1A and 1C.
- the voltmeter 12A detects a voltage value corresponding to the potential difference between the potential generated between the input terminal te1A and the bidirectional switch 1A and the potential generated between the input terminal te1B and the bidirectional switch 1B.
- the voltmeter 12B detects a voltage value corresponding to a potential difference between a potential generated between the input terminal te1B and the bidirectional switch 1B and a potential generated between the input terminal te1C and the bidirectional switch 1C.
- the voltmeter 12C detects a voltage value corresponding to the potential difference between the potential generated between the input terminal te1A and the bidirectional switch 1A and the potential generated between the input terminal te1C and the bidirectional switch 1C.
- the voltmeter 13A is connected between the output terminals O1A and O1B of the bidirectional switches 1A and 1B, and the voltmeter 13B is connected between the output terminals O1B and O1C of the bidirectional switches 1B and 1C.
- the voltmeter 13C is connected between the output terminals O1A and O1C of the bidirectional switches 1A and 1C.
- the voltmeter 13A detects a voltage value corresponding to the potential difference between the potential generated between the output terminal te3A and the bidirectional switch 1A and the potential generated between the output terminal te3B and the bidirectional switch 1B.
- the voltmeter 13B detects a voltage value corresponding to the potential difference between the potential generated between the output terminal te3B and the bidirectional switch 1B and the potential generated between the output terminal te3C and the bidirectional switch 1C.
- the voltmeter 13C detects a voltage value corresponding to the potential difference between the potential generated between the output terminal te3A and the bidirectional switch 1A and the potential generated between the output terminal te3C and the bidirectional switch 1C.
- the control unit 300 has, for example, a microcomputer and a memory, and controls the operation of the module main bodies 100A and 100B.
- the control unit 300 includes a power supply switching unit 301 and a determination unit 303. Further, the control unit 300 has a counter (not shown) that counts the number of repetitions when the determination unit 303 repeatedly acquires the voltage value from the voltmeters 12A, 12B, 12C, 13A, 13B, 13C.
- the switching module 501 may be one in which the module main bodies 100A and 100B and the control unit 300 are incorporated in one package, or the module main bodies 100A and 100B and the control unit 300. May be incorporated in separate packages.
- the module main bodies 100A and 100B, the determination unit 303 and the memory of the control unit 300 are incorporated in one package, and the power supply switching unit 301 of the control unit 300 is incorporated in another package. May be Furthermore, the module main bodies 100A and 100B, the power supply switching unit 301 and the memory of the control unit 300 are incorporated in one package, and the determination unit 303 of the control unit 300 is incorporated in another package. It may be one.
- the memory is provided with a flag storage unit 304, and a determination result storage unit 305 that stores determination result information indicating the determination result of the determination unit 303 as to whether or not there is a short circuit failure in the bidirectional switches 1A, 1B, and 1C. ..
- the flag storage unit 304 stores a completion flag indicating whether or not the determination of the presence/absence of a short circuit failure has been completed for the bidirectional switches 1A, 1B, and 1C, and a determination end flag described below.
- the memory also stores information indicating the upper limit value of the number of repetitions when the determination unit 303 repeatedly acquires the voltage values from the voltmeters 12A, 12B, 12C, 13A, 13B, 13C.
- the power supply switching unit 301 When the power supply source to the power supply system 500 is the three-phase AC power supply PA, the power supply switching unit 301 outputs a control signal to the module main bodies 100A and 100B, so that the three bidirectional switches 1A and 1B of the module main body 100A. 1C is closed and three bidirectional switches (not shown) of the module body 100B are opened.
- the power supply switching unit 301 when the power supply source to the power supply system 500 is the standby three-phase AC power supply PB, the power supply switching unit 301 outputs a control signal to the module main bodies 100A and 100B, so that both of the three of the module main body 100A are output. The direction switches 1A, 1B and 1C are opened, and the three bidirectional switches (not shown) of the module body 100B are closed.
- the power supply switching unit 301 outputs a control signal to the gate terminals of the switching elements Q1A, Q2A, Q1B, Q2B, Q1C, Q2C to turn the switching elements Q1A, Q2A, Q1B, Q2B, Q1C, Q2C on or off.
- the determination unit 303 determines whether there is a short circuit failure in the bidirectional switches 1A, 1B, 1C by executing a short circuit determination process described later. It is assumed that the determination unit 303 determines whether or not there is a short circuit failure in the bidirectional switch 1A, for example. As shown in FIG. 4, the determination unit 303 first determines, from the first time T1, an inspection period (1/2 or less) of a preset period T0 of the AC current supplied from the three-phase AC power supply PA, which is set in advance. (First inspection period) The switching elements Q1A and Q2A are turned off and the switching elements Q1B and Q2B are turned on for ⁇ TA1.
- the determination unit 303 sets the bidirectional switch 1A in the open state and the bidirectional switch 1B in the closed state in the inspection period ⁇ TA1 included in the period in which the polarity of the alternating current Iin is positive.
- the first time T1 is, for example, a time after the period ⁇ T1 has elapsed from the time T0 corresponding to the zero cross point of the input current.
- the length of the inspection period ⁇ TA is set to 0.3 times or more and 0.5 times or less of the set cycle T0 of the AC current supplied from the three-phase AC power supplies PA and PB.
- the length of this inspection period ⁇ TA is, for example, the size of the load connected to the capacitor C1 of the power conversion circuits 201, 202, 203, 204, 205, 206 and the power conversion circuits 201, 202, 203, 204, 205, 206. It can be determined based on the discharge time constant of the capacitor C1 determined by.
- the discharge time constant indicates a period during which the electric power stored in the capacitor C1 can be discharged to the load. This is because the switching elements Q1A and Q2A are turned off during the inspection period ⁇ TA to compensate the power from the AC power source to the load by discharging from the capacitor C1 to the load.
- the inspection period ⁇ TA1 is set equal to 0.5 times the set period T0 of the alternating current supplied from the three-phase alternating current power sources PA and PB, the voltmeters 12A, 12B, 12C, 13A, 13B and 13C are What has a function of transmitting the zero-cross point detection notification information to the control device 300 when the zero-cross point of the input current is detected may be adopted.
- the determination unit 303 determines, based on the zero-cross point detection notification information received from the voltmeters 12A, 12B, 12C, 13A, 13B, and 13C, during the detection period ⁇ TA1 between two zero-cross points that are adjacent to each other on the time axis.
- the detected voltage value may be specified.
- the determination unit 303 determines that the absolute difference (first difference value) between the voltage value (first voltage value) detected by the voltmeter 12A and the voltage value (second voltage value) detected by the voltmeter 13A is When the voltage is equal to or lower than the preset first voltage threshold value, it is determined that the bidirectional switch 1A has a short circuit failure. For example, as shown in FIG.
- the switching element Q2A If the switching element Q2A is not short-circuited, the switching element Q2A is in the open state, and the voltage value detected by the voltmeter 12A is different from the voltage value detected by the voltmeter 13A. Become. Therefore, when the absolute value of the difference between the voltage values detected by the voltmeter 12A and the voltmeter 13A is greater than the first voltage threshold value, it can be determined that there is no short circuit failure.
- the determining unit 303 determines that the bidirectional switch 1A is normal based on the voltage value acquired during the inspection period ⁇ TA from the first time T1.
- the switching elements Q1A, Q2A, Q1B, Q2B are turned on and the capacitor C1 is charged.
- the second inspection is performed from the second time T2 after a lapse of a period ⁇ T0(1+1/2) that is (1+1/2) times the set period T0 from the first time T1.
- the switching elements Q1A and Q2A are turned off and the switching elements Q1B and Q2B are turned on. Then, the electric power from the AC power supply to the load, which decreases during the second inspection period ⁇ TA2, is supplemented by discharging from the capacitor C1 to the load, and the decrease in power is suppressed.
- the determining unit 303 opens the bidirectional switch 1A and closes the bidirectional switch 1B during the inspection period ⁇ TA2 included in the period in which the polarity of the alternating current Iin is negative.
- the length of the inspection period ⁇ TA2 is also set to 0.3 times or more and 0.5 times or less of the set cycle T0 of the AC current supplied from the three-phase AC power supplies PA and PB.
- the length of the inspection period ⁇ TA2 may be the same as or different from the length of the inspection period ⁇ TA1.
- the determination unit 303 determines that the absolute difference (second difference value) between the voltage value (first voltage value) detected by the voltmeter 12A and the voltage value (second voltage value) detected by the voltmeter 13A is When the voltage is equal to or lower than the first voltage threshold value described above, it is determined that the bidirectional switch 1A has a short circuit failure. For example, as shown in FIG.
- the above-mentioned determination result flag is used to determine the presence/absence of a short-circuit fault in the bidirectional switch 1A (1B, 1C) based on the voltage value acquired from the first time T1 until the inspection period ⁇ TA1 elapses. When finished, it will be in the "on" state.
- the determination result flag is based on the voltage value acquired when it is determined that the bidirectional switch 1A (1B, 1C) has a short circuit failure or when the inspection period ⁇ TA2 elapses from the second time T2. Then, when the determination of the presence/absence of the short-circuit fault of the bidirectional switch 1A (1B, 1C) is completed, the state becomes “off”.
- the time from when the determination unit 303 acquires the voltage value by the voltmeters 12A, 12B, 12C, 13A, 13B, and 13C until the determination of the presence or absence of the short-circuit fault is completed depends on the processing speed of the control unit 300. It depends on, for example, 125 ⁇ sec.
- the bidirectional switch 1A corresponds to the first bidirectional switch in the claims
- the bidirectional switch 1B corresponds to the second bidirectional switch in the claims
- the voltmeter 12A corresponds to the second claim in the claims. It corresponds to one voltmeter
- the voltmeter 13A corresponds to the second voltmeter in the claims.
- the switching element Q1A corresponds to the first switching element in the claims
- the switching element Q2A corresponds to the second switching element in the claims.
- the switching element Q1B corresponds to the third switching element in the claims
- the switching element Q2B corresponds to the fourth switching element in the claims.
- the diode D1A corresponds to the first diode in the claims
- the diode D2A corresponds to the second diode in the claims
- the diode D1B corresponds to the third diode in the claims
- the diode D2B corresponds to the fourth diode in the claims.
- this is equivalent to the present embodiment, and the claims are not limited to this.
- the short-circuit failure determination processing executed by the determination unit 303 will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
- the bidirectional switches 1A, 1B, 1C of the module body 100A are all in the closed state.
- the bidirectional switch 1A (1B, 1C) to be determined whether the determination of the presence or absence of a short-circuit fault has been completed with the bidirectional switch 1A (1B, 1C) turned off for the inspection period from the first time. It is assumed that the determination end flag indicating whether or not is set to the off state.
- the determination unit 303 determines whether or not the first time has arrived (step S1).
- the determination unit 303 repeats the process of step S1 unless the first time arrives (step S1: No).
- the determining unit 303 determines that the first time has arrived (step S1: Yes)
- it turns off the switching elements Q1A and Q2A (Q1B, Q2B, Q1C, Q2C) (step S2).
- the determination unit 303 turns off the switching elements Q1A and Q2A when determining the presence or absence of a short-circuit fault in the bidirectional switch 1A, and when determining the presence or absence of a short-circuit fault in the bidirectional switch 1B, the switching elements Q1B and Q2B. Turn off.
- the determination unit 303 turns off the switching elements Q1C and Q2C when determining whether or not there is a short circuit failure in the bidirectional switch 1C.
- the count value "i" of the number of repetitions when repeatedly acquiring the voltage value from the voltmeters 12A, 13A (12B, 13B, 12C, 13C) is set to "0" (step S3).
- the determination unit 303 acquires the voltage value from each of the voltmeters 12A and 13A (12B, 13B, 12C, 13C) (step S4).
- the determination unit 303 acquires the voltage value from each of the voltmeters 12A and 13A when determining whether the bidirectional switch 1A has a short-circuit fault, and determines the voltage when determining whether the bidirectional switch 1B has a short-circuit fault.
- the voltage value is acquired from each of the total 12B and 13B.
- the determination unit 303 acquires the voltage value from each of the voltmeters 12C and 13C when determining the presence/absence of a short circuit failure of the bidirectional switch 1C.
- the determination unit 303 calculates the absolute difference
- the determination unit 303 calculates the maximum value of “i” difference absolute values. (Step 6).
- the determination unit 303 determines whether or not the count value [i] is less than the preset upper limit value “N” of the number of repetitions (step S7).
- the upper limit value “N” of the number of repetitions is set to “9”, for example.
- step S7 when the determining unit 303 determines that the count value “i” is equal to or greater than the number of repetitions “N” (step S7: No), the switching elements Q1A and Q2A (Q1B, Q2B, Q1C, Q2C) are turned on (step S7). S8). At this time, the determination unit 303 initializes the count value of the counter to “0”. Next, the determination unit 303 changes the determination end flag stored in the flag storage unit 304 (step S9). Here, when the determination end flag is set to “on”, the determination unit 303 changes the determination end flag to “off”. On the other hand, the determination unit 303 sets the determination end flag to “on” when the determination end flag is set to “off”.
- the determination unit 303 determines whether or not the maximum value
- the determination unit 303 turns off the determination end flag stored in the flag storage unit 304 (step S12).
- the determination unit 303 maintains the determination end flag in the off state.
- the determination unit 303 executes the process of step S16 described below.
- step S10 determines in step S10 that the maximum absolute difference value
- the determination end flag is in the ON state. Is determined (step S13).
- step S13: Yes determines whether the second time has come (step S14).
- the determination unit 303 repeats the process of step S14 unless the second time arrives (step S14: No).
- step S14: Yes the determination unit 303 again executes the processing from step S2.
- step S13 determines that the determination end flag is in the off state (step S13: No)
- step S15 determines that the bidirectional switch 1A (1B, 1C) is normal
- step S15 associates the normality determination information indicating that the bidirectional switch 1A (1B, 1C) is normal with the identification information of the bidirectional switch 1A (1B, 1C) to be determined and makes the determination result. It is stored in the storage unit 305.
- the determination unit 303 determines whether or not there is the undetermined bidirectional switch 1A (1B, 1C) regarding the presence or absence of a short circuit failure based on the completion flag stored in the flag storage unit 304 (step S16). ..
- the determination unit 303 determines that there is an undetermined bidirectional switch 1A (1B, 1C) regarding the presence or absence of a short-circuit failure (step S16: Yes)
- the undetermined bidirectional switch 1A (1B, 1C) is subjected to step S1 and subsequent steps. The process of is executed.
- step S16 determines that there is no undetermined bidirectional switch 1A (1B, 1C) regarding the presence or absence of a short circuit failure (step S16: No)
- the determination result information stored in the determination result storage unit 305 is output to the outside.
- the data is output to a device (not shown) (step S17). Then, the short-circuit failure determination process ends.
- the determination unit 303 turns on/off the switching elements Q1A, Q1B, Q1C, Q2A, Q2B, Q2C of the bidirectional switches 1A, 1B, 1C as shown in FIG. 7, for example.
- Switch That is, the determining unit 303 first turns off the switching elements Q1A and Q2A of the bidirectional switch 1A in the periods where the polarity of the R-phase alternating current flowing through the power line L1A is positive ⁇ TA1 and negative period ⁇ TA2 to turn the bidirectional switch 1A bidirectional. It is determined whether or not there is a short circuit failure in the switch 1A.
- the determination unit 303 turns off the switching elements Q1B and Q2B of the bidirectional switch 1B in the periods ⁇ TB1 and ⁇ TB2 in which the polarity of the S-phase alternating current flowing in the power line L1B is positive and negative, and turns off the bidirectional switch. It is determined whether or not there is a short circuit fault of 1B. After that, the determination unit 303 turns off the switching elements Q1C and Q2C of the bidirectional switch 1C in the periods ⁇ TC1 and ⁇ TC2 in which the polarity of the T-phase alternating current flowing through the power line L1C is positive and negative, and turns off the bidirectional switch 1C. Determine whether there is a short circuit fault in.
- the determining unit 303 causes the bidirectional switch 1A to operate for the inspection period having a length equal to or shorter than 1 ⁇ 2 of the preset setting period from the first time.
- One of 1B, 1C is opened and the other is closed to obtain the voltage values on both sides of the bidirectional switch 1A, 1B, 1C, and the absolute difference between the obtained two voltage values is the first voltage.
- it is less than or equal to the threshold value it is determined that the open bidirectional switches 1A, 1B and 1C have a short circuit failure.
- the determination unit 303 determines that the bidirectional switches 1A, 1B, and 1C are normal based on the voltage values acquired from the first time to the lapse of the inspection period
- the setting cycle (n+1) starts from the first time. 1/2) times (n is a positive integer), and one of the bidirectional switches 1A, 1B, 1C is opened and the other is closed for the inspection period from the second time after the second time. If the voltage values on both sides of the switches 1A, 1B, 1C are acquired and the absolute value of the difference between the acquired two voltage values is less than or equal to the first voltage threshold value, then the bidirectional switches 1A, 1B, 1C have a short circuit failure. judge.
- the voltmeter 12A is connected between the input ends I1A and I1B of the bidirectional switches 1A and 1B, and the voltmeter 12B is the input of the bidirectional switches 1B and 1C. It is connected between the ends I1B and I1C.
- the voltmeter 12C is connected between the input ends I1A and I1C of the bidirectional switches 1A and 1C.
- the voltmeter 13A is connected between the output terminals O1A and O1B of the bidirectional switches 1A and 1B, and the voltmeter 13B is connected between the output terminals O1B and O1C of the bidirectional switches 1B and 1C.
- the voltmeter 13C is connected between the output terminals O1A and O1C of the bidirectional switches 1A and 1C. This shortens the wiring length interposed between the bidirectional switches 1A, 1B, 1C and the voltmeters 12A, 12B, 12C, 13A, 13B, 13C, and reduces the parasitic impedance generated between the wirings.
- the accuracy of the voltage value detected by 12A, 12B, 12C, 13A, 13B, 13C can be improved. Therefore, it is possible to improve the determination accuracy of the presence/absence of a short circuit failure of the bidirectional switches 1A, 1B, 1C.
- the length of the above-described inspection period is 0.3 times or more and 0.5 times or less than the set cycle of the AC current supplied from the three-phase AC power supplies PA and PB. It is set. Since the number of counts can be increased by setting the inspection period to be 0.3 times or more and 0.5 times or less than the set cycle, it is possible to improve the accuracy of determining the presence/absence of a short circuit failure of the bidirectional switches 1A, 1B, 1C. it can. For example, assume that the inspection period is 0.3 times the set cycle.
- the determination unit 303 takes, for example, 125 ⁇ sec from the acquisition of the voltage value from the voltmeters 12A, 12B, 12C, 13A, 13B, and 13C to the completion of the determination of the presence or absence of the short-circuit fault. In this case, the determination unit 303 can repeatedly perform the determination 40 times or more, so that sufficient determination accuracy can be ensured.
- the determination unit 303 determines the bidirectional switch 1A based on the voltage values across the bidirectional switches 1A, 1B, and 1C that are acquired from the first time until the above-described inspection period elapses. If it is determined that 1B, 1C has a short circuit fault, the determination as to whether there is a short circuit fault in the bidirectional switches 1A, 1B, 1C at the second time is avoided. As a result, it is possible to shorten the period in which the bidirectional switches 1A, 1B, and 1C are placed in the open state, and there is an advantage that a decrease in the output of the power supply system 500 is suppressed accordingly.
- the switching module Similar to the first embodiment, the switching module according to the present embodiment includes a pair of input terminals, a pair of output terminals, a first bidirectional switch, a second bidirectional switch, a first voltmeter, and a second voltmeter. Equipped with. However, at the first time, the determining unit opens the first bidirectional switch and closes the second bidirectional switch only for the inspection period equal to or less than 1/2 of the set period to set the above-mentioned first voltage value. The difference from the first embodiment is that if the first difference value from the second voltage value is equal to or less than a preset first voltage threshold value, it is determined that the first bidirectional switch has a short circuit failure.
- the determination unit determines that the first cycle after the lapse of a period of (n+1/2) times the set cycle (n is a positive integer) from the first time. At two times, the first bidirectional switch is opened and the second bidirectional switch is closed for the above-mentioned inspection period (1/2 or less of the set period), and the above-mentioned first voltage value and second voltage value are If the second difference value is equal to or less than the first voltage threshold value described above, it is also different from the first embodiment in that it is determined that the first bidirectional switch has a short circuit failure.
- the power supply system according to the present embodiment has the same hardware configuration as the power supply system according to the first embodiment, as shown in FIG. In FIG. 8, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in FIG.
- the control unit 2300 has the same hardware configuration as the control unit 300, and includes a power supply switching unit 301 and a determination unit 2303. Then, as in the first embodiment, the switching modules 2501 are configured by the module main bodies 100A and 100B and the control unit 2300.
- the determination unit 2303 determines whether or not there is a short circuit fault in the bidirectional switches 1A, 1B, 1C by executing a short circuit determination process described later. It is assumed that the determination unit 2303 determines whether or not there is a short circuit failure in the bidirectional switch 1A, for example. In this case, as shown in FIG. 4, the determination unit 2303 first determines that the AC current supplied from the three-phase AC power supply PA from the first time T1 has a length equal to or less than 1 ⁇ 2 of a preset setting period T0. The switching elements Q1A and Q2A are turned off and the switching elements Q1B and Q2B are turned on only for the inspection period ⁇ TA1.
- the determination unit 2303 determines whether the absolute difference value (first difference value) between the voltage value detected by the voltmeter 12A and the voltage value detected by the voltmeter 13A is less than or equal to a preset first voltage threshold value.
- first voltage threshold value is set to, for example, 10V.
- first number-of-times threshold value is set to “10”, for example.
- the determination unit 2303 determines that the bidirectional switch 1A is normal in the above-described first determination process. In this case, the determination unit 2303, as shown in FIG. 4, until the period of (n+1/2) times (n is a positive integer) times the preset setting period T0 elapses from the first time T1. The switching elements Q1A, Q2A, Q1B, Q2B are turned on and the capacitor C1 is charged. Then, the determination unit 2303 performs the second inspection from the second time T2 after a lapse of a period ⁇ T0(1+1/2) that is (1+1/2) times the set cycle T0 from the first time T1.
- the determination unit 2303 opens the bidirectional switch 1A and closes the bidirectional switch 1B during the inspection period ⁇ TA2 in which the polarity of the alternating current Iin is included in the negative period. Then, the determination unit 2303 determines whether or not the difference absolute value (second difference value) between the voltage value detected by the voltmeter 12A and the voltage value detected by the voltmeter 13A is equal to or less than the first voltage threshold value described above.
- the determination unit 2303 avoids execution of the second determination process described above when it is determined that the bidirectional switch 1A has a short circuit failure in the first determination process described above. Further, the determination unit 2303 determines that the absolute difference value is higher than the first voltage threshold continuously for the preset second number of times or more in the first determination process described above, and the second determination process described above. In, when it is determined that the absolute difference value is higher than the first voltage threshold continuously for the second number of times or more, it is determined that the bidirectional switch 1A is normal.
- the second number of times threshold is the first The value is set to a value larger than the number-of-times threshold, for example, “40”.
- the determination unit 2303 determines that the absolute difference between the voltage value detected by the voltmeter 12A and the voltage value detected by the voltmeter 13A is higher than the preset second voltage threshold value.
- the second determination process described above is performed.
- the second voltage threshold value is set to a voltage higher than the first voltage threshold value, for example, 15V.
- the third number-of-times threshold value is set to “20”, for example.
- the determination unit 2303 determines whether the absolute difference between the voltage value detected by the voltmeter 12A and the voltage value detected by the voltmeter 13A in the second determination process is equal to or less than the second voltage threshold value described above. Whether or not the determination is repeated is repeatedly performed, and when it is determined that the absolute difference value is higher than the second voltage threshold described above continuously for the third number of times or more, the bidirectional switch 1A is determined to be normal.
- the memory of the control unit 2300 has a failure existence determination frequency storage unit 2306 and a failure non-determination frequency storage unit 2307.
- the failure existence determination number storage unit 2306 stores information indicating the failure existence determination number, which is the number of times the aforementioned absolute difference value is determined to be the first voltage threshold or less.
- the failure-free determination frequency storage unit 2307 stores information indicating the failure-free determination frequency, which is the number of times that the above-described absolute difference value is determined to be higher than the second voltage threshold.
- the short-circuit failure determination processing executed by the determination unit 2303 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
- the bidirectional switches 1A, 1B, 1C of the module body 100A are all in the closed state.
- the bidirectional switch 1A (1B, 1C) to be determined whether the determination of the presence or absence of a short-circuit fault has been completed with the bidirectional switch 1A (1B, 1C) turned off for the inspection period from the first time. It is assumed that the determination end flag indicating whether or not is set to the off state.
- the determination unit 2303 executes the processing of steps S201 to S203.
- steps S201 to S203 is the same as the processing of steps S1 to S3 described in the first embodiment.
- the determination unit 2303 acquires the voltage value from each of the voltmeters 12A and 13A (12B, 13B, 12C, 13C) (step S204). Subsequently, the determination unit 2303 calculates the absolute value of the difference between the acquired two voltage values (step S205).
- the determination unit 2303 executes failure presence/absence determination processing for determining the presence/absence of a short circuit failure in the bidirectional switch 1A (1B, 1C) based on the calculated absolute difference value (step S206).
- this failure presence/absence determining process as shown in FIG. 10, first, the determining unit 2303 determines whether or not the absolute difference value
- the determination unit 2303 determines that the difference absolute value
- step S302 the process of step S304 described later is executed.
- the determination unit 2303 determines that the absolute difference value
- the failure presence determination count M stored in the failure presence determination count storage unit 2306 is set to " It is initialized to "0" (step S303).
- the determination unit 2303 determines whether or not the absolute difference value
- step S304: Yes the failure-free determination frequency S stored in the failure-free determination frequency storage unit 2307 is set to " It is updated by incrementing by 1” (step S305).
- step S304: No the failure-free determination frequency S stored in the failure-free determination frequency storage unit 2307 is stored. Is initialized to "0" (step S306). After that, the process of step S207 of FIG. 9 is executed.
- the determination unit 2303 refers to the failure determination count storage unit 2306 to determine whether the failure determination count M is equal to or greater than the first count threshold Mth (Ste S207).
- the determination unit 2303 determines that the failure determination count M is equal to or greater than the first count threshold Mth (step S207: Yes)
- the switching elements Q1A and Q2A Q1B, Q2B, Q1C, Q2C
- the determination unit 2303 initializes the count value of the counter to “0”, and the failure non-determination count stored in the failure determination count storage unit 2306 and the failure non-determination count stored in the failure non-determination count storage unit 2307. Both are initialized to "0".
- the determination unit 2303 determines that the bidirectional switch 1A (1B, 1C) has a short circuit failure (step S209). At this time, the determination unit 2303 associates the failure determination information indicating that the bidirectional switch 1A (1B, 1C) has a short circuit failure with the identification information of the bidirectional switch 1A (1B, 1C) to be determined.
- the determination result storage unit 305 stores it. After that, the determination unit 2303 turns off the determination end flag stored in the flag storage unit 304 (step S210). Here, when the determination end flag stored in the flag storage unit 304 is already in the off state, the determination unit 2303 maintains the determination end flag in the off state.
- the determination unit 2303 avoids execution of the second determination process described above when it is determined that the bidirectional switch 1A has a short-circuit fault in the first determination process described above.
- the determination unit 2303 executes the process of step S218 described below.
- the determination unit 2303 determines that the failure determination count M is less than the first count threshold Mth (step S207: No). It is determined whether S is equal to or more than the above-described third number-of-times threshold value Sth (step S211). When the determination unit 2303 determines that the failure-free determination count S is equal to or larger than the third count threshold Sth (step S211: Yes), the process of step S213 described below is executed as it is. On the other hand, when the determination unit 2303 determines that the failure-free determination count S is less than the third count threshold Sth described above (step S211: Yes), the count value [i] is less than the second count threshold N described above. It is determined whether or not (step S212). When the determination unit 2303 determines that the count value “i” is less than the second threshold value N (step S212: Yes), the process of step S204 is executed again.
- the determination unit 2303 determines that the count value “i” is equal to or greater than the second number of times threshold value N (step S212: No), the switching elements Q1A and Q2A (Q1B, Q2B, Q1C, Q2C) are turned on (step). S213). At this time, the determination unit 2303 initializes the count value of the counter to “0”, and the failure non-determination count stored in the failure determination count storage unit 2306 and the failure non-determination count stored in the failure non-determination count storage unit 2307. Both are initialized to "0". Subsequently, the determination unit 2303 changes the determination end flag stored in the flag storage unit 304 (step S214). Here, when the determination end flag is set to “ON”, the determination unit 2303 changes the determination end flag to “OFF”. On the other hand, the determination unit 2303 sets the determination end flag to “on” when the determination end flag is set to “off”.
- the determination unit 2303 determines whether or not the determination end flag is in the ON state (step S215).
- the determination unit 2303 determines whether or not the second time has arrived (step S216).
- the determination unit 2303 repeats the process of step S216 unless the second time arrives (step S216: No).
- the determination part 2303 again executes the processing from step S202.
- step S215 determines that the determination end flag is in the off state in step S215 (step S215: No).
- the determination unit 2303 associates the normality determination information indicating that the bidirectional switch 1A (1B, 1C) is normal with the identification information of the bidirectional switch 1A (1B, 1C) to be determined, and the determination result It is stored in the storage unit 305.
- the determination unit 2303 determines whether or not there is the undetermined bidirectional switch 1A (1B, 1C) regarding the presence/absence of a short circuit failure based on the completion flag stored in the flag storage unit 304 (step S218). ..
- the determination unit 2303 determines that there is an undetermined bidirectional switch 1A (1B, 1C) regarding the presence or absence of a short circuit failure (step S218: Yes)
- the undetermined bidirectional switch 1A (1B, 1C) is determined from step S201 onward. The process of is executed.
- step S218 when determining unit 2303 determines that there is no undetermined bidirectional switch 1A (1B, 1C) regarding the presence or absence of a short-circuit failure (step S218: No), it executes the process of step S219 and thereafter.
- the process of step S219 is similar to the process of step S17 described in the first embodiment.
- the determining unit 2303 does not detect the short-circuit fault for the number of times corresponding to the first number threshold Mth in the fault presence/absence determining process described above. , It is determined that the bidirectional switch 1A (1B, 1C) has a short circuit failure. Therefore, it is possible to suppress the influence of the sudden change of the absolute value of the difference between the voltage value detected by the voltmeter 12A and the voltage value detected by the voltmeter 13A, and thus the bidirectional switch 1A (1B, 1C). It is possible to improve the accuracy of the short-circuit failure determination.
- the switching module 2501 when the determination unit 2303 determines that the bidirectional switch 1A has a short circuit failure in the above-described first determination process, the above-described second determination process. Avoid the execution of. As a result, the time for which the bidirectional switch 1A (1B, 1C) is opened can be shortened, so that the reduction in the power supplied to the load R is suppressed.
- the determining unit 2303 causes the above-described difference absolute value
- control unit 300 may be included in the switching module. Further, it may be configured to include only a part of the control unit 300 (power supply switching unit 301). Alternatively, it may be a switching module in which one module body and one control unit are set.
- the bidirectional switches 2001A, 2001B, 2001C may be so-called composite bidirectional switches having relay switches ReA, ReB, ReC.
- the same components as those in the embodiment are designated by the same reference numerals as those in FIG.
- the power supply switching unit 301 when the power supply source to the power supply system 500 is the three-phase AC power supply PA, the three bidirectional switches 2001A, 2001B, 2001C and the relay switches ReA, ReB of the module main body 100A. , ReC are closed, and three bidirectional switches (not shown) and relay switches ReA, ReB, ReC of the module body 100B are opened.
- the power supply switching unit 301 has three bidirectional switches 2001A, 2001B and 2001C and relay switches REA and REB of the module main body 100A. Open REC.
- the relay switches ReA, ReB, and ReC are, for example, electromagnetic relays having coils
- the power source switching unit 301 controls the currents flowing through the coils of the relay switches ReA, ReB, and ReC so as to switch the relay switches ReA, ReB, and ReC. Turn on or off.
- the switching elements Q1A, Q2A (Q1B, Q2B, Q1C, Q2C) in step S2 of the short-circuit fault determination process shown in FIG. 6 described in the embodiment. Is turned off and the relay switches ReA (ReB, ReC) are opened. Further, in the short-circuit failure determination process according to the present modification, in step S8 of the short-circuit failure determination process shown in FIG. 6, the switching elements Q1A and Q2A (Q1B, Q2B, Q1C, Q2C) are turned on and the relay switch ReA (ReB , ReC) are closed.
- the determination unit 303 turns on/off the switching elements Q1A, Q1B, Q1C, Q2A, Q2B, Q2C of the bidirectional switches 2001A, 2001B, 2001C, for example, as shown in FIG.
- the open/closed state of the relay switches ReA, ReB, ReC is switched. That is, the determining unit 303 first turns off the switching elements Q1A and Q2A of the bidirectional switch 2001A and turns off the relay switch REA during the period ⁇ TA1 in which the polarity of the R-phase alternating current flowing through the power line L1A is positive and the period ⁇ TA2 in which the polarity is negative.
- the bidirectional switch 2001A is opened to determine whether or not there is a short circuit failure.
- the determination unit 303 turns off the switching elements Q1B and Q2B of the bidirectional switch 2001B and opens the relay switch ReB during the period ⁇ TB1 in which the polarity of the S-phase alternating current flowing through the power line L1B is positive and the period ⁇ TB2 in which the polarity is negative. Then, it is determined whether or not there is a short circuit failure in the bidirectional switch 2001B.
- the determination unit 303 turns off the switching elements Q1C and Q2C of the bidirectional switch 2001C and opens the relay switch ReC in a period ⁇ TC1 in which the polarity of the T-phase alternating current flowing through the power line L1C is positive and a period ⁇ TC2 in which the polarity is negative. Then, it is determined whether or not there is a short circuit failure in the bidirectional switch 2001C.
- the voltmeters 12A, 12B, 12C, 13A, 13B and 13C have been described as examples of switching modules.
- the switching module may include ammeters 312A, 312B, 312C connected in series to the bidirectional switches 1A, 1B, 1C.
- the ammeter 312A detects the current value (first current value) of the current flowing between the input terminal te1A and the bidirectional switch 1A
- the ammeter 312B connects the input terminal te1B and the bidirectional switch 1B.
- the current value (second current value) of the current flowing between the two is detected.
- the ammeter 312C detects the current value of the current flowing between the input terminal te1C and the bidirectional switch 1C.
- the determination unit 303 determines, for example, whether or not there is a short circuit failure in the bidirectional switch 1A. Then, the determination unit 303 sets the bidirectional switch 1A in the open state and the bidirectional switch 1B in the closed state for a preset inspection period that is 1 ⁇ 2 or less of the set period from the first time, and uses the ammeter 312A. Get the detected current value. When the bidirectional switch 1A has a short circuit failure, the determination can be made by the current value measured by the ammeter 312A exceeding a predetermined first current threshold value.
- the determination unit 303 determines that the bidirectional switch 1A is normal based on the current value acquired from the first time until the above-described inspection period elapses, (n+1/ 2)
- the current detected by the ammeter 312A with the bidirectional switch 1A in the open state and the bidirectional switch 1B in the closed state for the above-described inspection period from the second time after the lapse of a doubled period (n is a positive integer). If the value is greater than or equal to the first current threshold value, it is determined that the bidirectional switch 1A has a short circuit failure.
- the bidirectional switch 1A If the bidirectional switch 1A is not in a short circuit fault, it is in an open state, so that a short circuit fault occurs when the current value detected by the ammeter 312A is smaller than the first current threshold value. It can be determined that it is not.
- the bidirectional switch 1A corresponds to the first bidirectional switch in the claims
- the bidirectional switch 1B corresponds to the second bidirectional switch in the claims.
- the ammeter 312A corresponds to the ammeter in the claims. However, these correspond to those in the present embodiment, and the claims are not limited thereto.
- the switching module 2501 detects the current value of the current flowing between the input terminals te1A, te1B, te1C and the output terminals te3A, te3B, te3C. 412A, 412B, 412C may be provided.
- the determination unit 2303 determines that the current value detected by the ammeters 412A, 412B, 412C at the time immediately before the inspection period (first inspection period) ⁇ TA1 described in the first embodiment is set to the second preset value. If the current threshold value is not more than the threshold value, the first count threshold value Mth may be increased by a preset count.
- the first count threshold Mt may be increased from “10” to “15”.
- the determination unit 2303 may increase at least one of the second number threshold N and the third number threshold Sth described above by a preset number of times.
- the second number threshold N may be increased from “40” to “60” and the third number threshold Sth may be increased from “20” to “30”.
- the determination unit 2303 determines that the above-mentioned first number-of-times threshold value.
- the Mth may be reduced by a preset number of times. For example, the first count threshold Mt may be reduced from “10" to "5".
- the determination unit 2303 may decrease at least one of the second number threshold N and the third number threshold Sth described above by a preset number of times. For example, the second number threshold N may be reduced from “40” to “35” and the third number threshold Sth may be reduced from “20” to “15”.
- the first determination process or the second determination process described above is performed when the current value detected by the ammeters 412A, 412B, 412C is less than or equal to the second current threshold value described above, that is, when the load is relatively light. Since the number of times the process is repeated is increased, it is possible to improve the determination accuracy of the short circuit failure of the bidirectional switch 1A (1B, 1C). Further, when the current value detected by the ammeters 412A, 412B, 412C is higher than the third current threshold value described above, that is, when the load is relatively heavy, the first determination process or the second determination process described above is repeated. Since the number of times is reduced, it is possible to suppress a decrease in power supply to the load.
- the power supply system 500 receives power supply from the three-phase AC power supplies PA and PB
- the present invention is not limited to this, and the power supply system may be, for example, a two-phase AC power supply via two power supply lines. And may be supplied with two-phase AC power.
- the power supply system may be, for example, a three-phase, four-wire system that receives supply of AC power.
- the power supply system 500 may include a communication unit (not shown) that communicates with an external device.
- the control unit 300 acquires the determination result information indicating the determination result of the presence or absence of the short circuit failure of the bidirectional switches 1A, 1B, and 1C from the determination result storage unit 305, and transfers the acquired determination result information to the communication unit. It may have a result transmitting unit for transmitting the result to an external device via.
- the present invention is suitable for a power supply system for servers.
- 1A, 1B, 1C, 2001A, 2001B, 2001C Bidirectional switch, 12A, 12B, 12C, 13A, 13B, 13C: Voltmeter, 100A, 100B: Module body, 201, 202, 203, 204, 205, 206: Power conversion circuit, 210: DC-DC converter, 300, 2300: control unit, 301: power supply switching unit, 303, 2303: determination unit, 304: flag storage unit, 305: determination result storage unit 312A, 312B, 312C: Ammeter, 500: Power supply system, 501, 2501: Switching module, 2306: Failure existence determination number storage unit, 2307: Failure non-determination number storage unit, BAA, BAB, BAC, BBA, BBB, BBC: Circuit breaker, C1, C2: Capacitor, D1A, D1B, D1C, D2A, D2B, D2C: Diode, DB: Rectifier circuit, PA, PB: Three-phase AC power supply, Q
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Rectifiers (AREA)
Abstract
判定部(303)は、第1時刻から検査期間だけ双方向スイッチ(1A)を開状態且つ双方向スイッチ(1B)を閉状態にし、このとき電圧計(12A、13A)で検出される電圧値の差分絶対値が、予め設定された第1電圧閾値以下であれば、双方向スイッチ(1A)が短絡故障していると判定する。また、判定部(303)は、第1時刻から予め設定された設定周期の(n+1/2)倍(nは正の整数)の期間だけ経過後の第2時刻から検査期間だけ双方向スイッチ(1A)を開状態且つ双方向スイッチ(1B)を閉状態にし、このとき電圧計(12A、13A)で検出される電圧値の差分絶対値が、予め設定された第1電圧閾値以下であれば、双方向スイッチ(1A)が短絡故障していると判定する。
Description
本発明は、スイッチングモジュールに関する。
3相の交流電力を出力する交流電源と負荷とを接続する3本の母線それぞれにサイリスタを備える交流電力制御装置について、サイリスタの故障を検出する素子故障検出装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。この素子故障検出装置は、負荷に流れる電流を検出する変流器および加算器と、各相に対応するサイリスタに対して異なるタイミングで個別に素子オン信号を出力する制御回路と、素子オン信号と変流器および加算器の出力とに基づいて、各相に対応するサイリスタの故障の有無を判定する判定手段と、を備える。
ところで、特許文献1に記載された素子故障検出装置の場合、検査対象となるサイリスタを一旦オフ状態にするために、母線に流す電流を減少させる必要がある。そのため、この素子故障検出装置を使用する場合、サイリスタの故障の有無を判定する期間中は、交流電源から負荷へ供給される電力を低下させざるを得ない。従って、例えば負荷が常時運転状態を維持する必要があるサーバである場合、サイリスタの故障の有無の判定作業を行う度に、負荷への電力供給元を待機系の交流電源へ切り替える作業が発生してしまい、検査作業者の手間が増大してしまう虞がある。
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、双方向スイッチの故障の有無の判定を行う際の交流電源から負荷へ供給される電力の低下を抑制できるスイッチングモジュールを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係るスイッチングモジュールは、
予め設定された設定周期の交流電圧が印加される一対の入力端子と、電力変換回路が接続される一対の出力端子と、の組み合わせを少なくとも1つ有するスイッチングモジュールであって、
少なくとも1つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせの中から選択された1つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせにおいて、
前記一対の入力端子の一方と、前記一対の出力端子の一方との間に直列に接続される第1双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の他方と、前記一対の出力端子の他方との間に直列に接続される第2双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の一方と前記第1双方向スイッチとの間に生じる電位と、前記一対の入力端子の他方と前記第2双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第1電圧値を検出する第1電圧計と、
前記一対の出力端子の一方と前記第1双方向スイッチとの間に生じる電位と、前記一対の出力端子の他方と前記第2双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第2電圧値を検出する第2電圧計と、
第1時刻から前記設定周期の1/2以下の長さの第1検査期間だけ前記第1双方向スイッチを開状態且つ前記第2双方向スイッチを閉状態にして前記第1電圧値と前記第2電圧値とを取得し、取得した前記第1電圧値と前記第2電圧値との第1差分値が予め設定された第1電圧閾値以下のとき、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定し、前記第1時刻から前記第1検査期間だけ経過するまでの間に取得した前記第1電圧値および前記第2電圧値に基づいて前記第1双方向スイッチが正常と判定した場合、前記第1時刻から前記設定周期の(n+1/2)倍(nは正の整数)の期間だけ経過後の第2時刻から前記設定周期の1/2以下の長さの第2検査期間だけ前記第1双方向スイッチを開状態且つ前記第2双方向スイッチを閉状態にして前記第1電圧値と前記第2電圧値とを取得し、取得した前記第1電圧値と前記第2電圧値との第2差分値が前記第1電圧閾値以下であれば、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定する判定部と、を備える。
予め設定された設定周期の交流電圧が印加される一対の入力端子と、電力変換回路が接続される一対の出力端子と、の組み合わせを少なくとも1つ有するスイッチングモジュールであって、
少なくとも1つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせの中から選択された1つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせにおいて、
前記一対の入力端子の一方と、前記一対の出力端子の一方との間に直列に接続される第1双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の他方と、前記一対の出力端子の他方との間に直列に接続される第2双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の一方と前記第1双方向スイッチとの間に生じる電位と、前記一対の入力端子の他方と前記第2双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第1電圧値を検出する第1電圧計と、
前記一対の出力端子の一方と前記第1双方向スイッチとの間に生じる電位と、前記一対の出力端子の他方と前記第2双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第2電圧値を検出する第2電圧計と、
第1時刻から前記設定周期の1/2以下の長さの第1検査期間だけ前記第1双方向スイッチを開状態且つ前記第2双方向スイッチを閉状態にして前記第1電圧値と前記第2電圧値とを取得し、取得した前記第1電圧値と前記第2電圧値との第1差分値が予め設定された第1電圧閾値以下のとき、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定し、前記第1時刻から前記第1検査期間だけ経過するまでの間に取得した前記第1電圧値および前記第2電圧値に基づいて前記第1双方向スイッチが正常と判定した場合、前記第1時刻から前記設定周期の(n+1/2)倍(nは正の整数)の期間だけ経過後の第2時刻から前記設定周期の1/2以下の長さの第2検査期間だけ前記第1双方向スイッチを開状態且つ前記第2双方向スイッチを閉状態にして前記第1電圧値と前記第2電圧値とを取得し、取得した前記第1電圧値と前記第2電圧値との第2差分値が前記第1電圧閾値以下であれば、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定する判定部と、を備える。
また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記第1電圧計が、前記第1双方向スイッチの入力端と前記第2双方向スイッチの入力端とに接続され、
前記第2電圧計が、前記第1双方向スイッチの出力端と前記第2双方向スイッチの出力端とに接続されている、ものであってもよい。
前記第1電圧計が、前記第1双方向スイッチの入力端と前記第2双方向スイッチの入力端とに接続され、
前記第2電圧計が、前記第1双方向スイッチの出力端と前記第2双方向スイッチの出力端とに接続されている、ものであってもよい。
また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記第1検査期間および前記第2検査期間の長さが、前記設定周期の0.3倍以上0.5倍以下であってもよい。
前記第1検査期間および前記第2検査期間の長さが、前記設定周期の0.3倍以上0.5倍以下であってもよい。
また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記第1双方向スイッチが、
一端が前記一対の入力端子の一方に接続された第1スイッチング素子と、
カソードが前記第1スイッチング素子の他端に接続されアノードが前記一対の出力端子の一方に接続された第1ダイオードと、
アノードが前記一対の入力端子の一方に接続された第2ダイオードと、
一端が前記第2ダイオードのカソードに接続され他端が前記一対の出力端子の一方に接続された第2スイッチング素子と、を有し、
前記第2双方向スイッチが、
一端が前記一対の入力端子の他方に接続された第3スイッチング素子と、
カソードが前記第3スイッチング素子の他端に接続されアノードが前記一対の出力端子の他方に接続された第3ダイオードと、
アノードが前記一対の入力端子の他方に接続された第4ダイオードと、
一端が前記第3ダイオードのカソードに接続され他端が前記一対の出力端子の他方に接続された第4スイッチング素子と、を有する、ものであってもよい。
前記第1双方向スイッチが、
一端が前記一対の入力端子の一方に接続された第1スイッチング素子と、
カソードが前記第1スイッチング素子の他端に接続されアノードが前記一対の出力端子の一方に接続された第1ダイオードと、
アノードが前記一対の入力端子の一方に接続された第2ダイオードと、
一端が前記第2ダイオードのカソードに接続され他端が前記一対の出力端子の一方に接続された第2スイッチング素子と、を有し、
前記第2双方向スイッチが、
一端が前記一対の入力端子の他方に接続された第3スイッチング素子と、
カソードが前記第3スイッチング素子の他端に接続されアノードが前記一対の出力端子の他方に接続された第3ダイオードと、
アノードが前記一対の入力端子の他方に接続された第4ダイオードと、
一端が前記第3ダイオードのカソードに接続され他端が前記一対の出力端子の他方に接続された第4スイッチング素子と、を有する、ものであってもよい。
また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記判定部は、前記第1時刻から前記第1検査期間だけ経過するまでの間に取得した前記第1電圧値および前記第2電圧値に基づいて前記第1双方向スイッチが短絡故障と判定した場合、前記第2時刻において前記第1双方向スイッチの故障の有無の判定を回避する、ものであってもよい。
前記判定部は、前記第1時刻から前記第1検査期間だけ経過するまでの間に取得した前記第1電圧値および前記第2電圧値に基づいて前記第1双方向スイッチが短絡故障と判定した場合、前記第2時刻において前記第1双方向スイッチの故障の有無の判定を回避する、ものであってもよい。
他の観点から見た本発明に係るスイッチングモジュールは、
予め設定された設定周期の交流電圧が印加される一対の入力端子と、電力変換回路が接続される一対の出力端子と、の組み合わせを少なくとも1つ有するスイッチングモジュールであって、
少なくとも1つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせの中から選択された1つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせにおいて、
前記一対の入力端子の一方と、前記一対の出力端子の一方との間に直列に接続される第1双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の他方と、前記一対の出力端子の他方との間に直列に接続される第2双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の一方と前記第1双方向スイッチとの間を流れる電流の電流値を検出する電流計と、
第1時刻から前記設定周期の1/2以下の長さの第1検査期間だけ前記第1双方向スイッチを開状態且つ前記第2双方向スイッチを閉状態にして前記電流値を取得し、取得した前記電流値が予め設定された第1電流閾値以上のとき、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定し、前記第1時刻から前記第1検査期間だけ経過するまでの間に取得した前記電流値に基づいて前記第1双方向スイッチが正常と判定した場合、前記第1時刻から前記設定周期の(n+1/2)倍(nは正の整数)の期間だけ経過後の第2時刻から前記設定周期の1/2以下の長さの第2検査期間だけ前記第1双方向スイッチを開状態且つ前記第2双方向スイッチを閉状態にして前記電流値を取得し、取得した前記電流値が前記第1電流閾値以上であれば、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定する判定部と、を備える。
予め設定された設定周期の交流電圧が印加される一対の入力端子と、電力変換回路が接続される一対の出力端子と、の組み合わせを少なくとも1つ有するスイッチングモジュールであって、
少なくとも1つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせの中から選択された1つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせにおいて、
前記一対の入力端子の一方と、前記一対の出力端子の一方との間に直列に接続される第1双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の他方と、前記一対の出力端子の他方との間に直列に接続される第2双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の一方と前記第1双方向スイッチとの間を流れる電流の電流値を検出する電流計と、
第1時刻から前記設定周期の1/2以下の長さの第1検査期間だけ前記第1双方向スイッチを開状態且つ前記第2双方向スイッチを閉状態にして前記電流値を取得し、取得した前記電流値が予め設定された第1電流閾値以上のとき、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定し、前記第1時刻から前記第1検査期間だけ経過するまでの間に取得した前記電流値に基づいて前記第1双方向スイッチが正常と判定した場合、前記第1時刻から前記設定周期の(n+1/2)倍(nは正の整数)の期間だけ経過後の第2時刻から前記設定周期の1/2以下の長さの第2検査期間だけ前記第1双方向スイッチを開状態且つ前記第2双方向スイッチを閉状態にして前記電流値を取得し、取得した前記電流値が前記第1電流閾値以上であれば、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定する判定部と、を備える。
他の観点から見た本発明に係るスイッチングモジュールは、
予め設定された設定周期の交流電圧が印加される一対の入力端子と、電力変換回路が接続される一対の出力端子との少なくとも1つの組み合わせを有するスイッチングモジュールであって、
少なくとも1つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせの中から選択された1つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせにおいて、
前記一対の入力端子の一方と、前記一対の出力端子の一方との間に直列に接続される第1双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の他方と、前記一対の出力端子の他方との間に直列に接続される第2双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の一方と前記第1双方向スイッチとの間に生じる電位と、前記一対の入力端子の他方と前記第2双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第1電圧値を検出する第1電圧計と、
前記一対の出力端子の一方と前記第1双方向スイッチとの間に生じる電位と、前記一対の出力端子の他方と前記第2双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第2電圧値を検出する第2電圧計と、
前記第1双方向スイッチが短絡故障しているか否かを判定する判定部と、を備え、
前記判定部は、第1時刻から前記設定周期の1/2以下の長さの第1検査期間だけ前記第1双方向スイッチを開状態且つ前記第2双方向スイッチを閉状態にして、前記第1電圧値と前記第2電圧値とを取得して前記第1電圧値と前記第2電圧値との第1差分値が予め設定された第1電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、予め設定された第1回数閾値以上継続して前記第1差分値が前記第1電圧閾値以下と判定されたとき、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定する第1判定処理と、前記第1時刻から前記設定周期の(n+1/2)倍(nは正の整数)の期間だけ経過後の第2時刻から、前記設定周期の1/2以下の長さの第2検査期間だけ前記第1双方向スイッチを開状態且つ前記第2双方向スイッチを閉状態にして、前記第1電圧値と前記第2電圧値とを取得して前記第1電圧値と前記第2電圧値との第2差分値が前記第1電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、前記第1回数閾値以上継続して前記第2差分値が前記第1電圧閾値以下と判定されたとき、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定する第2判定処理と、を実行する。
予め設定された設定周期の交流電圧が印加される一対の入力端子と、電力変換回路が接続される一対の出力端子との少なくとも1つの組み合わせを有するスイッチングモジュールであって、
少なくとも1つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせの中から選択された1つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせにおいて、
前記一対の入力端子の一方と、前記一対の出力端子の一方との間に直列に接続される第1双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の他方と、前記一対の出力端子の他方との間に直列に接続される第2双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の一方と前記第1双方向スイッチとの間に生じる電位と、前記一対の入力端子の他方と前記第2双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第1電圧値を検出する第1電圧計と、
前記一対の出力端子の一方と前記第1双方向スイッチとの間に生じる電位と、前記一対の出力端子の他方と前記第2双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第2電圧値を検出する第2電圧計と、
前記第1双方向スイッチが短絡故障しているか否かを判定する判定部と、を備え、
前記判定部は、第1時刻から前記設定周期の1/2以下の長さの第1検査期間だけ前記第1双方向スイッチを開状態且つ前記第2双方向スイッチを閉状態にして、前記第1電圧値と前記第2電圧値とを取得して前記第1電圧値と前記第2電圧値との第1差分値が予め設定された第1電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、予め設定された第1回数閾値以上継続して前記第1差分値が前記第1電圧閾値以下と判定されたとき、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定する第1判定処理と、前記第1時刻から前記設定周期の(n+1/2)倍(nは正の整数)の期間だけ経過後の第2時刻から、前記設定周期の1/2以下の長さの第2検査期間だけ前記第1双方向スイッチを開状態且つ前記第2双方向スイッチを閉状態にして、前記第1電圧値と前記第2電圧値とを取得して前記第1電圧値と前記第2電圧値との第2差分値が前記第1電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、前記第1回数閾値以上継続して前記第2差分値が前記第1電圧閾値以下と判定されたとき、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定する第2判定処理と、を実行する。
また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記判定部は、前記第1判定処理において、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定された場合、前記第2判定処理の実行を回避する、ものであってもよい。
前記判定部は、前記第1判定処理において、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定された場合、前記第2判定処理の実行を回避する、ものであってもよい。
また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記判定部は、前記第1判定処理において、前記第1回数閾値よりも大きい第2回数閾値以上継続して前記第1差分値が前記第1電圧閾値よりも高いと判定され、且つ、前記第2判定処理において、前記第2回数閾値以上継続して前記第2差分値が前記第1電圧閾値よりも高いと判定された場合、前記第1双方向スイッチが正常であると判定する、ものであってもよい。
前記判定部は、前記第1判定処理において、前記第1回数閾値よりも大きい第2回数閾値以上継続して前記第1差分値が前記第1電圧閾値よりも高いと判定され、且つ、前記第2判定処理において、前記第2回数閾値以上継続して前記第2差分値が前記第1電圧閾値よりも高いと判定された場合、前記第1双方向スイッチが正常であると判定する、ものであってもよい。
また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記判定部は、前記第1判定処理において、前記第1電圧値と前記第2電圧値とを取得して前記第1電圧値と前記第2電圧値との第1差分値が予め設定された前記第1電圧閾値よりも高い第2電圧閾値よりも高いか否かの判定を繰り返し実行し、予め設定された前記第2回数閾値よりも小さい第3回数閾値以上継続して前記第1差分値が前記第2電圧閾値よりも高いと判定されたとき、次に、前記第2判定処理を実行し、前記第2判定処理において、前記第1電圧値と前記第2電圧値とを取得して前記第1電圧値と前記第2電圧値との第2差分値が前記第2電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、前記第3回数閾値以上継続して前記第2差分値が前記第2電圧閾値よりも高いと判定されたとき、前記第1双方向スイッチが正常であると判定する、ものであってもよい。
前記判定部は、前記第1判定処理において、前記第1電圧値と前記第2電圧値とを取得して前記第1電圧値と前記第2電圧値との第1差分値が予め設定された前記第1電圧閾値よりも高い第2電圧閾値よりも高いか否かの判定を繰り返し実行し、予め設定された前記第2回数閾値よりも小さい第3回数閾値以上継続して前記第1差分値が前記第2電圧閾値よりも高いと判定されたとき、次に、前記第2判定処理を実行し、前記第2判定処理において、前記第1電圧値と前記第2電圧値とを取得して前記第1電圧値と前記第2電圧値との第2差分値が前記第2電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、前記第3回数閾値以上継続して前記第2差分値が前記第2電圧閾値よりも高いと判定されたとき、前記第1双方向スイッチが正常であると判定する、ものであってもよい。
また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記一対の入力端子と前記一対の出力端子の一方との間に流れる電流の電流値を検出する電流計を更に備え、
前記判定部は、前記第1検査期間の直前の時点において前記電流計により検出された電流値が、予め設定された第2電流閾値以下の場合、少なくとも前記第2回数閾値を予め設定された回数だけ増加させる、ものであってもよい。
前記一対の入力端子と前記一対の出力端子の一方との間に流れる電流の電流値を検出する電流計を更に備え、
前記判定部は、前記第1検査期間の直前の時点において前記電流計により検出された電流値が、予め設定された第2電流閾値以下の場合、少なくとも前記第2回数閾値を予め設定された回数だけ増加させる、ものであってもよい。
また、本発明に係るスイッチングモジュールは、
前記一対の入力端子と前記一対の出力端子の一方との間に流れる電流の電流値を検出する電流計を更に備え、
前記判定部は、前記第1検査期間の直前の時点において前記電流計により検出された電流値が、予め設定された第3電流閾値よりも高い場合、少なくとも前記第2回数閾値を予め設定された回数だけ減少させる、ものであってもよい。
前記一対の入力端子と前記一対の出力端子の一方との間に流れる電流の電流値を検出する電流計を更に備え、
前記判定部は、前記第1検査期間の直前の時点において前記電流計により検出された電流値が、予め設定された第3電流閾値よりも高い場合、少なくとも前記第2回数閾値を予め設定された回数だけ減少させる、ものであってもよい。
本発明によれば、第1双方向スイッチの短絡故障の有無の判定を行う際の交流電源から負荷へ供給される電力の低下を抑制することができる。
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態に係るスイッチングモジュールは、例えば3相の交流電源から負荷への交流電力の供給状態を制御するために使用されるものである。このスイッチングモジュールは、予め設定された設定周期の交流電圧が印加される一対の入力端子と、電力変換回路が接続される一対の出力端子と、第1双方向スイッチと、第2双方向スイッチと、第1電圧計と、第2電圧計と、第1電圧計、第2電圧計で検出される電圧値に基づいて、第1双方向スイッチの短絡故障の有無を判定する判定部と、を備える。ここで、第1双方向スイッチは、一対の入力端子の一方と、一対の出力端子の一方との間に直列に接続され、第2双方向スイッチは、一対の入力端子の他方と、一対の出力端子の他方との間に直列に接続されている。第1電圧計は、一対の入力端子の一方と第1双方向スイッチとの間に生じる電位と、一対の入力端子の他方と第2双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第1電圧値を検出する。第2電圧計は、一対の出力端子の一方と第1双方向スイッチとの間に生じる電位と、一対の出力端子の他方と第2双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第2電圧値を検出する。判定部は、第1時刻において、設定周期の1/2以下の検査期間だけ、第1双方向スイッチを開状態且つ第2双方向スイッチを閉状態にして、前述の第1電圧値と第2電圧値との第1差分値が、予め設定された閾値以下であれば、第1双方向スイッチが短絡故障していると判定する。また、判定部は、第1時刻において第1双方向スイッチが正常と判定した場合に、第1時刻から設定周期の(n+1/2)倍(nは正の整数)の期間だけ経過後の第2時刻において、前述の検査期間(設定周期の1/2以下)だけ第1双方向スイッチを開状態且つ第2双方向スイッチを閉状態にし、前述の第1電圧値と第2電圧値との第2差分値が、予め設定された閾値以下であれば、第1双方向スイッチが短絡故障していると判定する。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態に係るスイッチングモジュールは、例えば3相の交流電源から負荷への交流電力の供給状態を制御するために使用されるものである。このスイッチングモジュールは、予め設定された設定周期の交流電圧が印加される一対の入力端子と、電力変換回路が接続される一対の出力端子と、第1双方向スイッチと、第2双方向スイッチと、第1電圧計と、第2電圧計と、第1電圧計、第2電圧計で検出される電圧値に基づいて、第1双方向スイッチの短絡故障の有無を判定する判定部と、を備える。ここで、第1双方向スイッチは、一対の入力端子の一方と、一対の出力端子の一方との間に直列に接続され、第2双方向スイッチは、一対の入力端子の他方と、一対の出力端子の他方との間に直列に接続されている。第1電圧計は、一対の入力端子の一方と第1双方向スイッチとの間に生じる電位と、一対の入力端子の他方と第2双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第1電圧値を検出する。第2電圧計は、一対の出力端子の一方と第1双方向スイッチとの間に生じる電位と、一対の出力端子の他方と第2双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第2電圧値を検出する。判定部は、第1時刻において、設定周期の1/2以下の検査期間だけ、第1双方向スイッチを開状態且つ第2双方向スイッチを閉状態にして、前述の第1電圧値と第2電圧値との第1差分値が、予め設定された閾値以下であれば、第1双方向スイッチが短絡故障していると判定する。また、判定部は、第1時刻において第1双方向スイッチが正常と判定した場合に、第1時刻から設定周期の(n+1/2)倍(nは正の整数)の期間だけ経過後の第2時刻において、前述の検査期間(設定周期の1/2以下)だけ第1双方向スイッチを開状態且つ第2双方向スイッチを閉状態にし、前述の第1電圧値と第2電圧値との第2差分値が、予め設定された閾値以下であれば、第1双方向スイッチが短絡故障していると判定する。
本実施の形態に係る電源システムは、例えばデータセンタのサーバへ電力を供給するいわゆる無停電電源システムである。例えば図1に示すように、この電源システム500は、三相交流電源PAまたは待機系の三相交流電源PBから交流電力の供給を受けて出力端子TeOに接続されたサーバ(図示せず)のような負荷へ直流電力を供給する。三相交流電源PAは、3つの交流電源をΔ結線したものであり、3つの電力線L1A、L1B、L1Cを介して電源システム500へ三相交流を供給する。また、三相交流電源PBは、3つの交流電源をΔ結線したものであり、3つの電力線L2A、L2B、L2Cを介して電源システム500へ三相交流を供給する。また、電源線L1A、L1B、L1C、L2A、L2B、L2Cには、それぞれ遮断器BAA、BAB、BAC、BBA、BBB、BBCが介挿されている。
電源システム500は、2つのモジュール本体100A、100Bと、6つの電力変換回路201、202、203、204、205、206と、これらの動作を制御する制御部300と、を備える。そして、モジュール本体100A、100Bと、制御部300と、から、スイッチングモジュール501が構成される。電力変換回路201、202、203、204、205、206は、それぞれ、例えば図2に示すように、整流回路DBと、整流回路DBの出力端間に接続された平滑用のコンデンサC1と、コンデンサC1の両端間に生じる直流電圧を昇圧または降圧して出力するDC-DCコンバータ210と、DC-DCコンバータ210の出力端間に接続されたリップル電流軽減用のコンデンサC2と、を有する。DC-DCコンバータ210は、例えばインダクタとスイッチング素子とスイッチング素子を駆動する駆動回路とを有する。駆動回路は、制御部300から入力される出力電圧の指令値を示す指令値情報に基づいて、PWM(Pulse Width Modulation)信号またはPFM(Pulse Frequency Modulation)信号をスイッチング素子へ出力することにより、DC-DCコンバータ210の出力を制御する。DC-DCコンバータ210の出力端は、電源システム500の一対の出力端子teOに接続されている。
図1に戻って、モジュール本体100Aは、入力端子te1A、te1B、te1Cと、出力端子te3A、te3B、te3Cと、を備える。ここで、入力端子te1A、te1B、te1Cには、それぞれ、三相交流電源PAに接続された電源線L1A、L1B、L1Cが接続される。また、出力端子te3A、te3B、te3Cには、電力変換回路201、202、203、204、205、206に接続された電源線L3A、L3B、L3Cが接続される。また、モジュール本体100Bも、入力端子te2A、te2B、te2Cと、出力端子te4A、te4B、te4Cと、を備える。入力端子te2A、te2B、te2Cには、それぞれ、待機系の三相交流電源PBに接続された電源線L2A、L2B、L2Cが接続される。出力端子te4A、te4B、te4Cには、電力変換回路201、202、203、204、205、206に接続された電源線L4A、L4B、L4Cが接続される。また、モジュール本体100Aは、3つの双方向スイッチ1A、1B、1Cと、6つの電圧計12A、12B、12C、13A、13B、13Cと、を備える。なお、モジュール本体100Bも、モジュール本体100Aと同様の構成を有し、3つの双方向スイッチ(図示せず)と、6つの電圧計(図示せず)と、を備える。
双方向スイッチ1Aは、入力端子te1Aと出力端子te3Aとの間に直列に接続されている。双方向スイッチ1Bは、入力端子te1Bと出力端子te3Bとの間に直列に接続されている。双方向スイッチ1Cは、入力端子te1Cと出力端子te3Cとの間に直列に接続されている。双方向スイッチ1Aは、図3に示すように、2つのスイッチング素子Q1A、Q2Aと2つのダイオードD1A、D2Aとを有する。スイッチング素子Q1A、Q2Aは、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。スイッチング素子Q1Aは、一端が入力端子te1Aに接続されている。ダイオードD1Aは、カソードがスイッチング素子Q1Aの他端に接続され、アノードが出力端子te3Aに接続されている。ダイオードD2Aは、アノードが入力端子te1Aに接続されている。スイッチング素子Q2Aは、一端がダイオードD2Aのカソードに接続され、他端が出力端子te3Aに接続されている。双方向スイッチ1Bは、2つのスイッチング素子Q1B、Q2Bと2つのダイオードD1B、D2Bとを有する。スイッチング素子Q1Bは、一端が入力端子te1Bに接続されている。ダイオードD1Bは、カソードがスイッチング素子Q1Bの他端に接続され、アノードが出力端子te3Bに接続されている。ダイオードD2Bは、アノードが入力端子te1Bに接続されている。スイッチング素子Q2Bは、一端がダイオードD2Bのカソードに接続され、他端が出力端子te3Bに接続されている。双方向スイッチ1Cは、2つのスイッチング素子Q1C、Q2Cと2つのダイオードD1C、D2Cとを有する。スイッチング素子Q1Cは、一端が入力端子te1Cに接続されている。ダイオードD1Cは、カソードがスイッチング素子Q1Cの他端に接続され、アノードが出力端子te3Cに接続されている。ダイオードD2Cは、アノードが入力端子te1Cに接続されている。スイッチング素子Q2Cは、一端がダイオードD2Cのカソードに接続され、他端が出力端子te3Cに接続されている。
電圧計12Aは、双方向スイッチ1A、1Bの入力端I1A、I1B間に接続され、電圧計12Bは、双方向スイッチ1B、1Cの入力端I1B、I1C間に接続されている。また、電圧計12Cは、双方向スイッチ1A、1Cの入力端I1A、I1C間に接続されている。電圧計12Aは、入力端子te1Aと双方向スイッチ1Aとの間に生じる電位と、入力端子te1Bの双方向スイッチ1Bとの間に生じる電位と、の電位差に相当する電圧値を検出する。電圧計12Bは、入力端子te1Bと双方向スイッチ1Bとの間に生じる電位と、入力端子te1Cの双方向スイッチ1Cとの間に生じる電位と、の電位差に相当する電圧値を検出する。電圧計12Cは、入力端子te1Aと双方向スイッチ1Aとの間に生じる電位と、入力端子te1Cと双方向スイッチ1Cとの間に生じる電位と、の電位差に相当する電圧値を検出する。
電圧計13Aは、双方向スイッチ1A、1Bの出力端O1A、O1B間に接続され、電圧計13Bは、双方向スイッチ1B、1Cの出力端O1B、O1C間に接続されている。また、電圧計13Cは、双方向スイッチ1A、1Cの出力端O1A、O1C間に接続されている。電圧計13Aは、出力端子te3Aと双方向スイッチ1Aとの間に生じる電位と、出力端子te3Bの双方向スイッチ1Bとの間に生じる電位と、の電位差に相当する電圧値を検出する。電圧計13Bは、出力端子te3Bと双方向スイッチ1Bとの間に生じる電位と、出力端子te3Cと双方向スイッチ1Cとの間に生じる電位と、の電位差に相当する電圧値を検出する。電圧計13Cは、出力端子te3Aと双方向スイッチ1Aとの間に生じる電位と、出力端子te3Cと双方向スイッチ1Cとの間に生じる電位と、の電位差に相当する電圧値を検出する。
図1に戻って、制御部300は、例えばマイコンとメモリとを有し、モジュール本体100A、100Bの動作を制御する。制御部300は、電源切替部301と判定部303とを有する。また、制御部300は、判定部303が電圧計12A、12B、12C、13A、13B、13Cから電圧値を繰り返し取得する際の繰り返し回数を計数するカウンタ(図示せず)を有する。ここで、スイッチングモジュール501は、モジュール本体100A、100Bと、制御部300と、が1つのパッケージ内に組み込まれているものであってもよいし、モジュール本体100A、100Bと、制御部300と、がそれぞれ別のパッケージ内に組み込まれているものであってもよい。或いは、モジュール本体100A、100Bと、制御部300の判定部303およびメモリと、が、1つのパッケージ内に組み込まれ、制御部300の電源切替部301が、別のパッケージ内に組み込まれているものであってもよい。さらには、モジュール本体100A、100Bと、制御部300の電源切替部301およびメモリと、が、1つのパッケージ内に組み込まれ、制御部300の判定部303が、別のパッケージ内に組み込まれているものであってもよい。
メモリには、フラグ記憶部304と、判定部303による双方向スイッチ1A、1B、1Cの短絡故障の有無の判定結果を示す判定結果情報を記憶する判定結果記憶部305と、が設けられている。フラグ記憶部304は、双方向スイッチ1A、1B、1Cについて短絡故障の有無の判定を完了したか否か否かを示す完了フラグと、後述する判定終了フラグと、を記憶する。また、メモリには、判定部303が電圧計12A、12B、12C、13A、13B、13Cから電圧値を繰り返し取得する際の繰り返し回数の上限値を示す情報も記憶されている。
電源切替部301は、電源システム500への電力供給元を三相交流電源PAにする場合、モジュール本体100A、100Bへ制御信号を出力することにより、モジュール本体100Aの3つの双方向スイッチ1A、1B、1Cを閉状態にし、モジュール本体100Bの3つの双方向スイッチ(図示せず)を開状態にする。一方、電源切替部301は、電源システム500への電力供給元を待機系の三相交流電源PBにする場合、モジュール本体100A、100Bへ制御信号を出力することにより、モジュール本体100Aの3つの双方向スイッチ1A、1B、1Cを開状態にし、モジュール本体100Bの3つの双方向スイッチ(図示せず)を閉状態にする。電源切替部301は、スイッチング素子Q1A、Q2A、Q1B、Q2B、Q1C、Q2Cのゲート端子へ制御信号を出力することにより、スイッチング素子Q1A、Q2A、Q1B、Q2B、Q1C、Q2Cをオン状態またはオフ状態にする。
判定部303は、後述する短絡判定処理を実行することにより、双方向スイッチ1A、1B、1Cの短絡故障の有無を判定する。判定部303が例えば双方向スイッチ1Aの短絡故障の有無を判定するとする。図4に示すように、判定部303は、まず、第1時刻T1から三相交流電源PAから供給される交流電流の予め設定された設定周期T0の1/2以下の長さの検査期間(第1検査期間)ΔTA1だけスイッチング素子Q1A、Q2Aをオフ状態にし、スイッチング素子Q1B、Q2Bをオン状態にする。即ち、判定部303は、交流電流Iinの極性が正の期間に含まれる検査期間ΔTA1において、双方向スイッチ1Aを開状態且つ双方向スイッチ1Bを閉状態にする。なお、第1時刻T1は、例えば入力電流のゼロクロス点に対応する時刻T0から期間ΔT1だけ経過後の時刻である。また、検査期間ΔTAの長さは、三相交流電源PA、PBから供給される交流電流の設定周期T0の0.3倍以上0.5倍以下に設定されている。この検査期間ΔTAの長さは、例えば電力変換回路201、202、203、204、205、206のコンデンサC1と電力変換回路201、202、203、204、205、206に接続された負荷の大きさとで定まるコンデンサC1の放電時定数に基づいて決定することができる。放電時定数とは、コンデンサC1に蓄電された電力を負荷に放電することが可能な期間を示す。これは、検査期間ΔTA中にスイッチング素子Q1A、Q2Aはオフ状態となって低下する交流電源から負荷への電力を、コンデンサC1から負荷への放電によって補うためである。このような制御を行うことにより、短絡故障の有無の判定を行う際に、交流電源から負荷へ供給される電力の低下を抑制する。即ち、この時定数が大きくなるほど、その分、検査期間ΔTAの長さを長く設定することができる。また、検査期間ΔTA1を、三相交流電源PA、PBから供給される交流電流の設定周期T0の0.5倍に等しく設定する場合、電圧計12A、12B、12C、13A、13B、13Cとして、入力電流のゼロクロス点を検出するとゼロクロス点検出通知情報を制御装置300へ送信する機能を有するものを採用すればよい。そして、判定部303は、電圧計12A、12B、12C、13A、13B、13Cから受信するゼロクロス点検出通知情報に基づいて、時間軸上で隣り合う2つのゼロクロス点の間の検出期間ΔTA1中に検出された電圧値を特定するようにすればよい。そして、判定部303は、電圧計12Aにより検出される電圧値(第1電圧値)と電圧計13Aにより検出される電圧値(第2電圧値)との差分絶対値(第1差分値)が予め設定された第1電圧閾値以下のとき、双方向スイッチ1Aが短絡故障していると判定する。例えば図5Aに示すように、双方向スイッチ1Aの第2スイッチング素子に相当するスイッチング素子Q2Aが短絡故障している場合、破線矢印AR1に示すように電流が流れて、電圧計12Aにより検出される電圧値と電圧計13Aにより検出される電圧値とがほぼ同じ値となる。電圧計12Aと電圧計13Aとで検出される電圧値の差分絶対値はゼロに近い値となるため、前述の第1電圧閾値をゼロに近い値に設定することにより、判定が可能となる。
なお、スイッチング素子Q2Aが短絡故障していない場合は、スイッチング素子Q2Aが開状態となっているため、電圧計12Aにより検出される電圧値と電圧計13Aにより検出される電圧値とは異なる値となる。よって、電圧計12Aと電圧計13Aとで検出される電圧値の差分絶対値が第1電圧閾値より大きい値となっているときに、短絡故障していないと判定することができる。
また、判定部303が、第1時刻T1から検査期間ΔTAだけ経過するまでの間に取得した電圧値に基づいて双方向スイッチ1Aが正常と判定したとする。この場合、判定部303は、例えば、第1時刻T1から予め設定された設定周期T0の(n+1/2)倍(nは正の整数、本実施の形態の説明ではn=1とする)の期間が経過するまでの間、スイッチング素子Q1A、Q2A、Q1B、Q2Bをオン状態にして、コンデンサC1を蓄電する。そして、図4に示すように、第1時刻T1から設定周期T0の(1+1/2)倍の期間ΔT0(1+1/2)だけ経過後の第2時刻T2から2回目の検査を行う。2回目の検査期間(第2検査期間)ΔTA2では、スイッチング素子Q1A、Q2Aをオフ状態にし、スイッチング素子Q1B、Q2Bをオン状態にする。そして、第2検査期間ΔTA2中に低下する交流電源から負荷への電力を、コンデンサC1から負荷へ放電によって補い、電力の低下を抑制する。判定部303は、交流電流Iinの極性が負の期間に含まれる検査期間ΔTA2において、双方向スイッチ1Aを開状態且つ双方向スイッチ1Bを閉状態にする。なお、検査期間ΔTA2の長さも、三相交流電源PA、PBから供給される交流電流の設定周期T0の0.3倍以上0.5倍以下に設定されている。検査期間ΔTA2の長さは、検査期間ΔTA1の長さと同じであってもよいし異なっていてもよい。そして、判定部303は、電圧計12Aにより検出される電圧値(第1電圧値)と電圧計13Aにより検出される電圧値(第2電圧値)との差分絶対値(第2差分値)が前述の第1電圧閾値以下のとき、双方向スイッチ1Aが短絡故障していると判定する。例えば図5Bに示すように、双方向スイッチ1Aの第1スイッチング素子に相当するスイッチング素子Q1Aが短絡故障している場合、破線矢印AR2に示すように電流が流れて、電圧計12Aにより検出される電圧値と電圧計13Aにより検出される電圧値との差分絶対値が第1電圧閾値以下となる。
ここで、前述の判定結果フラグは、第1時刻T1から検査期間ΔTA1が経過するまでの間に取得した電圧値に基づいて、双方向スイッチ1A(1B、1C)の短絡故障の有無の判定が終了した場合、「オン」状態となる。一方、判定結果フラグは、双方向スイッチ1A(1B、1C)に短絡故障していると判定した場合、或いは、第2時刻T2から検査期間ΔTA2が経過するまでの間に取得した電圧値に基づいて、双方向スイッチ1A(1B、1C)の短絡故障の有無の判定が終了した場合に「オフ」状態となる。
また、判定部303が、電圧計12A、12B、12C、13A、13B、13Cにより電圧値を取得してから、短絡故障の有無の判定が完了するまでの時間は、制御部300の処理速度に依存し、例えば125μsecである。
なお、本実施の形態においては双方向スイッチ1Aが請求項の第1双方向スイッチに相当し、双方向スイッチ1Bが請求項の第2双方向スイッチに相当し、電圧計12Aが請求項の第1電圧計に相当し、電圧計13Aが請求項の第2電圧計に相当する。そして、スイッチング素子Q1Aが請求項の第1スイッチング素子に相当し、スイッチング素子Q2Aが、請求項の第2スイッチング素子に相当する。また、スイッチング素子Q1Bが請求項の第3スイッチング素子に相当し、スイッチング素子Q2Bが請求項の第4スイッチング素子に相当する。ダイオードD1Aが請求項の第1ダイオードに相当し、ダイオードD2Aが請求項の第2ダイオードに相当する。ダイオードD1Bが請求項の第3ダイオードに相当し、ダイオードD2Bが請求項の第4ダイオードに相当する。しかし、本実施の形態の中で相当するものであり、請求項がこれに限定されるものではない。
次に、本実施の形態に係る判定部303が実行する短絡故障判定処理について、図6および図7を参照しながら説明する。なお、この短絡故障判定処理の開始時において、モジュール本体100Aの双方向スイッチ1A、1B、1Cは全て閉状態になっているものとする。また、判定対象となる双方向スイッチ1A(1B、1C)について、第1時刻から検査期間だけ双方向スイッチ1A(1B、1C)をオフにした状態での短絡故障の有無の判定が終了したか否かを示す判定終了フラグは、オフ状態に設定されているものとする。図6に示すように、まず、判定部303は、第1時刻が到来したか否かを判定する(ステップS1)。判定部303は、第1時刻が到来しない限り(ステップS1:No)、ステップS1の処理を繰り返す。一方、判定部303は、第1時刻が到来したと判定すると(ステップS1:Yes)、スイッチング素子Q1A、Q2A(Q1B、Q2B、Q1C、Q2C)をオフする(ステップS2)。ここで、判定部303は、双方向スイッチ1Aの短絡故障の有無を判定する場合、スイッチング素子Q1A、Q2Aをオフし、双方向スイッチ1Bの短絡故障の有無を判定する場合、スイッチング素子Q1B、Q2Bをオフする。また、判定部303は、双方向スイッチ1Cの短絡故障の有無を判定する場合、スイッチング素子Q1C、Q2Cをオフする。
次に、電圧計12A、13A(12B、13B、12C、13C)から電圧値を繰り返し取得する際の繰り返し回数のカウント値「i」を「0」に設定する(ステップS3)。続いて、判定部303は、電圧計12A、13A(12B、13B、12C、13C)それぞれから電圧値を取得する(ステップS4)。ここで、判定部303は、双方向スイッチ1Aの短絡故障の有無を判定する場合、電圧計12A、13Aそれぞれから電圧値を取得し、双方向スイッチ1Bの短絡故障の有無を判定する場合、電圧計12B、13Bそれぞれから電圧値を取得する。また、判定部303は、双方向スイッチ1Cの短絡故障の有無を判定する場合、電圧計12C、13Cそれぞれから電圧値を取得する。
その後、判定部303は、取得した2つの電圧値の差分絶対値|ΔV|を算出する(ステップS5)。次に、判定部303は、電圧計12A、13A(12B、13B、12C、13C)から電圧値を「i]回繰り返し取得していた場合、「i」個の差分絶対値の最大値を算出する(ステップ6)。続いて、判定部303は、カウント値[i]が予め設定された繰り返し回数の上限値「N」未満であるか否かを判定する(ステップS7)。ここで、繰り返し回数の上限値「N」は、例えば「9」に設定される。判定部303は、カウント値「i」が繰り返し回数「N」未満であると判定すると(ステップS7:Yes)、再びステップS4の処理を実行する。
一方、判定部303は、カウント値「i」が繰り返し回数「N」以上であると判定すると(ステップS7:No)、スイッチング素子Q1A、Q2A(Q1B、Q2B、Q1C、Q2C)をオンする(ステップS8)。このとき、判定部303は、カウンタのカウント値を「0」に初期化する。次に、判定部303は、フラグ記憶部304が記憶する判定終了フラグを変更する(ステップS9)。ここで、判定部303は、判定終了フラグが「オン」に設定されている場合、判定終了フラグを「オフ」に変更する。一方、判定部303は、判定終了フラグが「オフ」に設定されている場合、判定終了フラグを「オン」に設定する。
続いて、判定部303は、差分絶対値の最大値|ΔV|maxが予め設定された第1電圧閾値|ΔV|th以下であるか否かを判定する(ステップS10)。判定部303は、差分絶対値の最大値|ΔV|maxが第1電圧閾値|ΔV|th以下であると判定すると(ステップS10:Yes)、双方向スイッチ1A(1B、1C)が短絡故障であると判定する(ステップS11)。このとき、判定部303は、双方向スイッチ1A(1B、1C)が短絡故障していることを示す故障判定情報を、判定対象の双方向スイッチ1A(1B、1C)の識別情報と対応づけて判定結果記憶部305に記憶させる。その後、判定部303は、フラグ記憶部304が記憶する判定終了フラグをオフ状態にする(ステップS12)。ここで、判定部303は、フラグ記憶部304が記憶する判定終了フラグが既にオフ状態である場合、判定終了フラグをオフ状態で維持する。次に、判定部303は、後述するステップS16の処理を実行する。
また、判定部303は、ステップS10において、差分絶対値の最大値|ΔV|maxが第1電圧閾値|ΔV|thを超えていると判定すると(ステップS10:No)、判定終了フラグがオン状態であるか否かを判定する(ステップS13)。判定部303は、判定終了フラグがオン状態であると判定すると(ステップS13:Yes)、第2時刻が到来したか否かを判定する(ステップS14)。判定部303は、第2時刻が到来しない限り(ステップS14:No)、ステップS14の処理を繰り返す。一方、判定部303は、第2時刻が到来したと判定すると(ステップS14:Yes)、再びステップS2以降の処理を実行する。
また、判定部303は、ステップS13において、判定終了フラグがオフ状態であると判定すると(ステップS13:No)、双方向スイッチ1A(1B、1C)が正常であると判定する(ステップS15)。このとき、判定部303は、双方向スイッチ1A(1B、1C)が正常であることを示す正常判定情報を、判定対象の双方向スイッチ1A(1B、1C)の識別情報と対応づけて判定結果記憶部305に記憶させる。
続いて、判定部303は、フラグ記憶部304が記憶する完了フラグに基づいて、短絡故障の有無について未判定の双方向スイッチ1A(1B、1C)が有るか否かを判定する(ステップS16)。判定部303は、短絡故障の有無について未判定の双方向スイッチ1A(1B、1C)が有ると判定すると(ステップS16:Yes)、未判定の双方向スイッチ1A(1B、1C)についてステップS1以降の処理を実行する。一方、判定部303は、短絡故障の有無について未判定の双方向スイッチ1A(1B、1C)が無いと判定すると(ステップS16:No)、判定結果記憶部305が記憶する判定結果情報を、外部機器(図示せず)へ出力する(ステップS17)。そして、短絡故障判定処理が終了する。
判定部303は、この短絡故障判定処理を実行することにより、例えば図7に示すように、双方向スイッチ1A、1B、1Cのスイッチング素子Q1A、Q1B、Q1C、Q2A、Q2B、Q2Cのオンオフ状態を切り替える。即ち、判定部303は、まず、電力線L1Aを流れるR相の交流電流の極性が正の期間ΔTA1と負の期間ΔTA2において、双方向スイッチ1Aのスイッチング素子Q1A、Q2Aをオフ状態にして、双方向スイッチ1Aの短絡故障の有無を判定する。次に、判定部303は、電力線L1Bを流れるS相の交流電流の極性が正の期間ΔTB1と負の期間ΔTB2において、双方向スイッチ1Bのスイッチング素子Q1B、Q2Bをオフ状態にして、双方向スイッチ1Bの短絡故障の有無を判定する。その後、判定部303は、電力線L1Cを流れるT相の交流電流の極性が正の期間ΔTC1と負の期間ΔTC2において、双方向スイッチ1Cのスイッチング素子Q1C、Q2Cをオフ状態にして、双方向スイッチ1Cの短絡故障の有無を判定する。
以上説明したように、本実施の形態に係るスイッチングモジュール501によれば、判定部303が、第1時刻から予め設定された設定周期の1/2以下の長さの検査期間だけ双方向スイッチ1A、1B、1Cのうちの1つを開状態且つ他を閉状態にして双方向スイッチ1A、1B、1Cの両側の電圧値を取得し、取得した2つの電圧値の差分絶対値が第1電圧閾値以下のとき、開状態にした双方向スイッチ1A、1B、1Cが短絡故障していると判定する。また、判定部303は、第1時刻から検査期間経過するまでの間に取得した電圧値に基づいて双方向スイッチ1A、1B、1Cが正常と判定した場合、第1時刻から設定周期の(n+1/2)倍(nは正の整数)の期間だけ経過後の第2時刻から検査期間だけ双方向スイッチ1A、1B、1Cのうちの1つを開状態且つ他を閉状態にして、双方向スイッチ1A、1B、1Cの両側の電圧値を取得し、取得した2つの電圧値の差分絶対値が第1電圧閾値以下であれば、双方向スイッチ1A、1B、1Cが短絡故障していると判定する。これにより、三相交流電源PA、PBから供給される交流電流の設定周期の1/2以下の長さの検査期間双方向スイッチ1A、1B、1Cを開状態にするだけ、もしくは、この動作の後に設定周期の(n+1/2)倍(n=正の整数)の期間を経過した後にもう一度繰り返すだけで、双方向スイッチ1A、1B、1Cの短絡故障の有無を判定することができる。従って、双方向スイッチ1A、1B、1Cの短絡故障の有無の判定を行う際の三相交流電源PA、PBから負荷へ供給される電力の低下を抑制することができる。
また、本実施の形態に係るスイッチングモジュール501によれば、電圧計12Aは、双方向スイッチ1A、1Bの入力端I1A、I1B間に接続され、電圧計12Bは、双方向スイッチ1B、1Cの入力端I1B、I1C間に接続されている。また、電圧計12Cは、双方向スイッチ1A、1Cの入力端I1A、I1C間に接続されている。電圧計13Aは、双方向スイッチ1A、1Bの出力端O1A、O1B間に接続され、電圧計13Bは、双方向スイッチ1B、1Cの出力端O1B、O1C間に接続されている。また、電圧計13Cは、双方向スイッチ1A、1Cの出力端O1A、O1C間に接続されている。これにより、双方向スイッチ1A、1B、1Cと電圧計12A、12B、12C、13A、13B、13Cとの間に介在する配線長が短くなり、配線間に生じる寄生インピーダンスが小さくなるので、電圧計12A、12B、12C、13A、13B、13Cで検出される電圧値の精度を高めることができる。従って、双方向スイッチ1A、1B、1Cの短絡故障の有無の判定精度を高めることができる。
更に、本実施の形態に係るスイッチングモジュール501では、前述の検査期間の長さが、三相交流電源PA、PBから供給される交流電流の設定周期の0.3倍以上0.5倍以下に設定されている。検査期間が設定周期の0.3倍以上0.5倍以下とすることによってカウント数をふやすことができるので、双方向スイッチ1A、1B、1Cの短絡故障の有無の判定精度を向上させることができる。例えば、検査期間が設定周期の0.3倍であるとする。また、判定部303が、電圧計12A、12B、12C、13A、13B、13Cから電圧値を取得してから、短絡故障の有無の判定が完了するまでの時間が、例えば125μsecであるとする。この場合、判定部303は、40回以上繰り返して判定を実行することができるので、十分な判定精度を確保できる。
また、本実施の形態に係る判定部303は、第1時刻から前述の検査期間だけ経過するまでの間に取得した双方向スイッチ1A、1B、1Cの両端の電圧値に基づいて双方向スイッチ1A、1B、1Cが短絡故障していると判定した場合、第2時刻における双方向スイッチ1A、1B、1Cの短絡故障の有無の判定を回避する。これにより、双方向スイッチ1A、1B、1Cを開状態にする期間を短縮することができるので、その分、電源システム500の出力低下が抑制されるという利点がある。
(実施の形態2)
本実施の形態に係るスイッチングモジュールは、実施の形態1と同様に、一対の入力端子と一対の出力端子と第1双方向スイッチと第2双方向スイッチと第1電圧計と第2電圧計とを備える。但し、判定部が、第1時刻において、設定周期の1/2以下の検査期間だけ、第1双方向スイッチを開状態且つ第2双方向スイッチを閉状態にして、前述の第1電圧値と第2電圧値との第1差分値が、予め設定された第1電圧閾値以下であれば、第1双方向スイッチが短絡故障していると判定する点が実施の形態1と相違する。また、判定部は、第1時刻において第1双方向スイッチが正常と判定した場合に、第1時刻から設定周期の(n+1/2)倍(nは正の整数)の期間だけ経過後の第2時刻において、前述の検査期間(設定周期の1/2以下)だけ第1双方向スイッチを開状態且つ第2双方向スイッチを閉状態にし、前述の第1電圧値と第2電圧値との第2差分値が、前述の第1電圧閾値以下であれば、第1双方向スイッチが短絡故障していると判定する点でも実施の形態1と相違する。
本実施の形態に係るスイッチングモジュールは、実施の形態1と同様に、一対の入力端子と一対の出力端子と第1双方向スイッチと第2双方向スイッチと第1電圧計と第2電圧計とを備える。但し、判定部が、第1時刻において、設定周期の1/2以下の検査期間だけ、第1双方向スイッチを開状態且つ第2双方向スイッチを閉状態にして、前述の第1電圧値と第2電圧値との第1差分値が、予め設定された第1電圧閾値以下であれば、第1双方向スイッチが短絡故障していると判定する点が実施の形態1と相違する。また、判定部は、第1時刻において第1双方向スイッチが正常と判定した場合に、第1時刻から設定周期の(n+1/2)倍(nは正の整数)の期間だけ経過後の第2時刻において、前述の検査期間(設定周期の1/2以下)だけ第1双方向スイッチを開状態且つ第2双方向スイッチを閉状態にし、前述の第1電圧値と第2電圧値との第2差分値が、前述の第1電圧閾値以下であれば、第1双方向スイッチが短絡故障していると判定する点でも実施の形態1と相違する。
本実施の形態に係る電源システムは、図8に示すように、実施の形態1に係る電源システムと同様のハードウェア構成を有する。なお、図8において、実施の形態1と同様の構成については、図1と同一の符号を付している。制御部2300は、制御部300と同様のハードウェア構成を有し、電源切替部301と判定部2303とを有する。そして、実施の形態1と同様に、モジュール本体100A、100Bと、制御部2300と、から、スイッチングモジュール2501が構成される。
判定部2303は、後述する短絡判定処理を実行することにより、双方向スイッチ1A、1B、1Cの短絡故障の有無を判定する。判定部2303が例えば双方向スイッチ1Aの短絡故障の有無を判定するとする。この場合、図4に示すように、判定部2303は、まず、第1時刻T1から三相交流電源PAから供給される交流電流の予め設定された設定周期T0の1/2以下の長さの検査期間ΔTA1だけスイッチング素子Q1A、Q2Aをオフ状態にし、スイッチング素子Q1B、Q2Bをオン状態にする。そして、判定部2303は、電圧計12Aにより検出される電圧値と電圧計13Aにより検出される電圧値との差分絶対値(第1差分値)が予め設定された第1電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、予め設定された第1回数閾値以上継続して前述の差分絶対値が第1電圧閾値以下と判定されたとき、第1双方向スイッチ1Aが短絡故障していると判定する第1判定処理を実行する。ここで、第1電圧閾値は、例えば10Vに設定される。また、第1回数閾値は、例えば「10」に設定される。
また、判定部2303が、前述の第1判定処理において、双方向スイッチ1Aが正常と判定したとする。この場合、判定部2303は、図4に示すように、第1時刻T1から予め設定された設定周期T0の(n+1/2)倍(nは正の整数)の期間が経過するまでの間、スイッチング素子Q1A、Q2A、Q1B、Q2Bをオン状態にして、コンデンサC1を蓄電する。そして、判定部2303は、第1時刻T1から設定周期T0の(1+1/2)倍の期間ΔT0(1+1/2)だけ経過後の第2時刻T2から2回目の検査を行う。2回目の検査期間ΔTA2では、スイッチング素子Q1A、Q2Aをオフ状態にし、スイッチング素子Q1B、Q2Bをオン状態にする。判定部2303は、交流電流Iinの極性が負の期間に含まれる検査期間ΔTA2において、双方向スイッチ1Aを開状態且つ双方向スイッチ1Bを閉状態にする。そして、判定部2303は、電圧計12Aにより検出される電圧値と電圧計13Aにより検出される電圧値との差分絶対値(第2差分値)が前述の第1電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、前述の第1回数閾値以上継続して差分絶対値が第1電圧閾値以下と判定されたとき、双方向スイッチ1Aが短絡故障していると判定する第2判定処理を実行する。
また、判定部2303は、前述の第1判定処理において、双方向スイッチ1Aが短絡故障していると判定された場合、前述の第2判定処理の実行を回避する。更に、判定部2303は、前述の第1判定処理において、予め設定された第2回数閾値以上継続して差分絶対値が第1電圧閾値よりも高いと判定され、且つ、前述の第2判定処理において、第2回数閾値以上継続して差分絶対値が第1電圧閾値よりも高いと判定された場合、双方向スイッチ1Aが正常であると判定する、ここで、第2回数閾値は、第1回数閾値よりも大きい値に設定され、例えば「40」に設定される。
更に、判定部2303は、前述の第1判定処理において、電圧計12Aにより検出される電圧値と電圧計13Aにより検出される電圧値との差分絶対値が予め設定された第2電圧閾値よりも高いか否かの判定を繰り返し実行し、予め設定された第3回数閾値以上継続して差分絶対値が第2電圧閾値よりも高いと判定されたとき、次に、前述の第2判定処理を実行する。ここで、第2電圧閾値は、第1電圧閾値よりも高い電圧に設定され、例えば15Vに設定される。また、第3回数閾値は、例えば「20」に設定される。そして、判定部2303は、前述の第2判定処理において、電圧計12Aにより検出される電圧値と電圧計13Aにより検出される電圧値との差分絶対値が前述の第2電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、前述の第3回数閾値以上継続して差分絶対値が前述の第2電圧閾値よりも高いと判定されたとき、双方向スイッチ1Aが正常であると判定する。
また、制御部2300のメモリは、故障有判定回数記憶部2306と、故障無判定回数記憶部2307と、を有する。ここで、故障有判定回数記憶部2306は、前述の差分絶対値が第1電圧閾値以下と判定された回数である故障有判定回数を示す情報を記憶する。また、故障無判定回数記憶部2307は、前述の差分絶対値が第2電圧閾値よりも高くなったと判定された回数である故障無判定回数を示す情報を記憶する。
次に、本実施の形態に係る判定部2303が実行する短絡故障判定処理について、図9および図10を参照しながら説明する。なお、この短絡故障判定処理の開始時において、モジュール本体100Aの双方向スイッチ1A、1B、1Cは全て閉状態になっているものとする。また、判定対象となる双方向スイッチ1A(1B、1C)について、第1時刻から検査期間だけ双方向スイッチ1A(1B、1C)をオフにした状態での短絡故障の有無の判定が終了したか否かを示す判定終了フラグは、オフ状態に設定されているものとする。図9に示すように、まず、判定部2303は、ステップS201乃至S203の処理を実行する、ステップS201乃至S203の処理は、実施の形態1で説明したステップS1乃至S3の処理と同様である。次に、判定部2303は、電圧計12A、13A(12B、13B、12C、13C)それぞれから電圧値を取得する(ステップS204)。続いて、判定部2303は、取得した2つの電圧値の差分絶対値を算出する(ステップS205)。
その後、判定部2303は、算出した差分絶対値に基づいて、双方向スイッチ1A(1B、1C)の短絡故障の有無を判定する故障有無判定処理を実行する(ステップS206)。この故障有無判定処理では、図10に示すように、まず、判定部2303が、差分絶対値|ΔV|が、前述の第1電圧閾値|ΔV|th1以下であるか否かを判定する(ステップS301)。ここで、判定部2303が、差分絶対値|ΔV|が第1電圧閾値|ΔV|th1よりも高いと判定すると(ステップS301:No)、故障有判定回数記憶部2306が記憶する故障有判定回数Mを「1」だけインクリメントする形で更新し(ステップS302)、後述のステップS304の処理を実行する。一方、判定部2303が、差分絶対値|ΔV|が第1電圧閾値|ΔV|th1以下と判定すると(ステップS301:Yes)、故障有判定回数記憶部2306が記憶する故障有判定回数Mを「0」に初期化する(ステップS303)。次に、判定部2303は、差分絶対値|ΔV|が、前述の第2電圧閾値|ΔV|th2よりも高いか否かを判定する(ステップS304)。判定部2303は、差分絶対値|ΔV|が第2電圧閾値|ΔV|th2よりも高いと判定すると(ステップS304:Yes)、故障無判定回数記憶部2307が記憶する故障無判定回数Sを「1」だけインクリメントする形で更新する(ステップS305)。一方、判定部2303は、差分絶対値|ΔV|が第2電圧閾値|ΔV|th2以下であると判定すると(ステップS304:No)、故障無判定回数記憶部2307が記憶する故障無判定回数Sを「0」に初期化する(ステップS306)。その後、図9のステップS207の処理が実行される。
判定部2303は、ステップS206の処理を実行した後、故障有判定回数記憶部2306を参照して、故障有判定回数Mが、前述の第1回数閾値Mth以上であるか否かを判定する(ステップS207)。判定部2303は、故障有判定回数Mが、前述の第1回数閾値Mth以上であると判定すると(ステップS207:Yes)、スイッチング素子Q1A、Q2A(Q1B、Q2B、Q1C、Q2C)をオンする(ステップS208)。このとき、判定部2303は、カウンタのカウント値を「0」に初期化するとともに、故障有判定回数記憶部2306が記憶する故障有判定回数および故障無判定回数記憶部2307が記憶する故障無判定回数を共に「0」に初期化する。続いて、判定部2303は、双方向スイッチ1A(1B、1C)が短絡故障であると判定する(ステップS209)。このとき、判定部2303は、双方向スイッチ1A(1B、1C)が短絡故障していることを示す故障判定情報を、判定対象の双方向スイッチ1A(1B、1C)の識別情報と対応づけて判定結果記憶部305に記憶させる。その後、判定部2303は、フラグ記憶部304が記憶する判定終了フラグをオフ状態にする(ステップS210)。ここで、判定部2303は、フラグ記憶部304が記憶する判定終了フラグが既にオフ状態である場合、判定終了フラグをオフ状態で維持する。このようにして、判定部2303は、前述の第1判定処理において、双方向スイッチ1Aが短絡故障していると判定された場合、前述の第2判定処理の実行を回避する。次に、判定部2303は、後述するステップS218の処理を実行する。
また、判定部2303は、故障有判定回数Mが、前述の第1回数閾値Mth未満であると判定すると(ステップS207:No)、故障無判定回数記憶部2307を参照して、故障無判定回数Sが、前述の第3回数閾値Sth以上であるか否かを判定する(ステップS211)。判定部2303により、故障無判定回数Sが、前述の第3回数閾値Sth以上であると判定されると(ステップS211:Yes)、そのまま後述するステップS213の処理が実行される。一方、判定部2303は、故障無判定回数Sが、前述の第3回数閾値Sth未満であると判定されると(ステップS211:Yes)、カウント値[i]が前述の第2回数閾値N未満であるか否かを判定する(ステップS212)。判定部2303は、カウント値「i」が第2回数閾値N未満であると判定すると(ステップS212:Yes)、再びステップS204の処理を実行する。
一方、判定部2303は、カウント値「i」が第2回数閾値N以上であると判定すると(ステップS212:No)、スイッチング素子Q1A、Q2A(Q1B、Q2B、Q1C、Q2C)をオンする(ステップS213)。このとき、判定部2303は、カウンタのカウント値を「0」に初期化するとともに、故障有判定回数記憶部2306が記憶する故障有判定回数および故障無判定回数記憶部2307が記憶する故障無判定回数を共に「0」に初期化する。続いて、判定部2303は、フラグ記憶部304が記憶する判定終了フラグを変更する(ステップS214)。ここで、判定部2303は、判定終了フラグが「オン」に設定されている場合、判定終了フラグを「オフ」に変更する。一方、判定部2303は、判定終了フラグが「オフ」に設定されている場合、判定終了フラグを「オン」に設定する。
その後、判定部2303は、判定終了フラグがオン状態であるか否かを判定する(ステップS215)。判定部2303は、判定終了フラグがオン状態であると判定すると(ステップS215:Yes)、第2時刻が到来したか否かを判定する(ステップS216)。判定部2303は、第2時刻が到来しない限り(ステップS216:No)、ステップS216の処理を繰り返す。一方、判定部2303は、第2時刻が到来したと判定すると(ステップS216:Yes)、再びステップS202以降の処理を実行する。
また、判定部2303は、ステップS215において、判定終了フラグがオフ状態であると判定すると(ステップS215:No)、双方向スイッチ1A(1B、1C)が正常であると判定する(ステップS216)。このとき、判定部2303は、双方向スイッチ1A(1B、1C)が正常であることを示す正常判定情報を、判定対象の双方向スイッチ1A(1B、1C)の識別情報と対応づけて判定結果記憶部305に記憶させる。
続いて、判定部2303は、フラグ記憶部304が記憶する完了フラグに基づいて、短絡故障の有無について未判定の双方向スイッチ1A(1B、1C)が有るか否かを判定する(ステップS218)。判定部2303は、短絡故障の有無について未判定の双方向スイッチ1A(1B、1C)が有ると判定すると(ステップS218:Yes)、未判定の双方向スイッチ1A(1B、1C)についてステップS201以降の処理を実行する。一方、判定部2303は、短絡故障の有無について未判定の双方向スイッチ1A(1B、1C)が無いと判定すると(ステップS218:No)、ステップS219以降の処理を実行する。なお、ステップS219の処理は、実施の形態1で説明したステップS17の処理と同様である。
以上説明したように、本実施の形態に係るスイッチングモジュール2501によれば、判定部2303が、前述の故障有無判定処理において、第1回数閾値Mthに相当する回数だけ短絡故障と判定したときに初めて、双方向スイッチ1A(1B、1C)が短絡故障していると判定する。従って、電圧計12Aにより検出される電圧値と電圧計13Aにより検出される電圧値との差分絶対値の突発的な変動による影響を抑制することができるので、双方向スイッチ1A(1B、1C)の短絡故障の判定精度を高めることができる。
また、本実施の形態に係るスイッチングモジュール2501によれば、判定部2303が、前述の第1判定処理において、双方向スイッチ1Aが短絡故障していると判定された場合、前述の第2判定処理の実行を回避する。これにより、双方向スイッチ1A(1B、1C)を開状態にする時間を短縮することができるので、負荷Rへ供給する電力の低下が抑制される。
更に、本実施の形態に係るスイッチングモジュール2501によれば、判定部2303が、前述の第1判定処理において、第3回数閾値Sth以上継続して前述の差分絶対値|ΔV|が第2電圧閾値|ΔV|th2よりも高いと判定されたとき、次に、前述の第2判定処理を実行する。これにより、第1判定処理が実行される頻度が低減されるので、双方向スイッチ1A(1B、1C)を開状態にする時間を短縮することができる。従って、負荷Rへ供給する電力の低下が抑制されるとともに、電力変換回路201、202、203、204、205、206への突入電流も低減できるという利点がある。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、制御部300はスイッチングモジュールに含まれてもいてもよい。さらに、制御部300の一部(電源切替部301)だけを含むように構成してもよい。或いは、一つのモジュール本体と一つの制御部とをセットにしたスイッチングモジュールにしてもよい。
また、例えば図11に示すように、双方向スイッチ2001A、2001B、2001Cが、リレースイッチReA、ReB、ReCを有するいわゆる複合双方向スイッチであってもよい。なお、図11において、実施の形態と同様の構成については図3と同一の符号を付している。このスイッチングモジュールの場合、電源切替部301は、電源システム500への電力供給元を三相交流電源PAにする場合、モジュール本体100Aの3つの双方向スイッチ2001A、2001B、2001CおよびリレースイッチReA、ReB、ReCを閉状態にし、モジュール本体100Bの3つの双方向スイッチ(図示せず)およびリレースイッチReA、ReB、ReCを開状態にする。一方、電源切替部301は、電源システム500への電力供給元を待機系の三相交流電源PBにする場合、モジュール本体100Aの3つの双方向スイッチ2001A、2001B、2001CおよびリレースイッチREA、REB、RECを開状態にする。リレースイッチReA、ReB、ReCが例えばコイルを有する電磁リレーである場合、電源切替部301は、リレースイッチReA、ReB、ReCのコイルへ流す電流を制御することにより、リレースイッチReA、ReB、ReCをオン状態またはオフ状態にする。
本変形例に係る判定部303が実行する短絡故障判定処理では、実施の形態で説明した図6に示す短絡故障判定処理のステップS2において、スイッチング素子Q1A、Q2A(Q1B、Q2B、Q1C、Q2C)をオフするとともに、リレースイッチReA(ReB、ReC)を開状態にする。また、本変形例に係る短絡故障判定処理では、図6に示す短絡故障判定処理のステップS8において、スイッチング素子Q1A、Q2A(Q1B、Q2B、Q1C、Q2C)をオンするとともに、リレースイッチReA(ReB、ReC)を閉状態にする。
判定部303は、この短絡故障判定処理を実行することにより、例えば図12に示すように、双方向スイッチ2001A、2001B、2001Cのスイッチング素子Q1A、Q1B、Q1C、Q2A、Q2B、Q2Cのオンオフ状態とリレースイッチReA、ReB、ReCの開閉状態を切り替える。即ち、判定部303は、まず、電力線L1Aを流れるR相の交流電流の極性が正の期間ΔTA1と負の期間ΔTA2において、双方向スイッチ2001Aのスイッチング素子Q1A、Q2Aをオフ状態且つリレースイッチREAを開状態にして、双方向スイッチ2001Aの短絡故障の有無を判定する。次に、判定部303は、電力線L1Bを流れるS相の交流電流の極性が正の期間ΔTB1と負の期間ΔTB2において、双方向スイッチ2001Bのスイッチング素子Q1B、Q2Bをオフ状態且つリレースイッチReBを開状態にして、双方向スイッチ2001Bの短絡故障の有無を判定する。その後、判定部303は、電力線L1Cを流れるT相の交流電流の極性が正の期間ΔTC1と負の期間ΔTC2において、双方向スイッチ2001Cのスイッチング素子Q1C、Q2Cをオフ状態且つリレースイッチReCを開状態にして、双方向スイッチ2001Cの短絡故障の有無を判定する。
本構成によれば、リレースイッチReA,ReB,ReCを有する双方向スイッチ2001A、2001B、2001Cについても短絡故障の有無を判定することができる。
実施の形態では、電圧計12A、12B、12C、13A、13B、13Cをスイッチングモジュールの例について説明した。但し、これに限らず、例えば図13に示すように、スイッチングモジュールが、双方向スイッチ1A、1B、1Cに直列に接続された電流計312A、312B、312Cを備えるものであってもよい。ここで、電流計312Aは、入力端子te1Aと双方向スイッチ1Aとの間を流れる電流の電流値(第1電流値)を検出し、電流計312Bは、入力端子te1Bと双方向スイッチ1Bとの間を流れる電流の電流値(第2電流値)を検出する。また、電流計312Cは、入力端子te1Cと双方向スイッチ1Cとの間を流れる電流の電流値を検出する。
また、本変形例に係る判定部303は、例えば双方向スイッチ1Aの短絡故障の有無を判定するとする。そして、判定部303は、第1時刻から設定周期の1/2以下の長さの予め設定された検査期間だけ双方向スイッチ1Aを開状態且つ双方向スイッチ1Bを閉状態にして電流計312Aにより検出される電流値を取得する。双方向スイッチ1Aが短絡故障している場合、電流計312Aで測定される電流値が予め定められた第1電流閾値を超えることにより判定が可能となる。また、判定部303は、第1時刻から前述の検査期間だけ経過するまでの間に取得した電流値に基づいて双方向スイッチ1Aが正常と判定した場合、第1時刻から設定周期の(n+1/2)倍(nは正の整数)の期間だけ経過後の第2時刻から前述の検査期間だけ双方向スイッチ1Aを開状態且つ双方向スイッチ1Bを閉状態にして電流計312Aにより検出される電流値が第1電流閾値以上であれば、双方向スイッチ1Aが短絡故障していると判定する。
なお、双方向スイッチ1Aが短絡故障していない場合は、開状態となっているため、電流計312Aにより検出される電流値が第1電流閾値より小さい値となっているときに、短絡故障していないと判定することができる。また、双方向スイッチ1Aは、請求項の第1双方向スイッチに相当し、双方向スイッチ1Bが請求項の第2双方向スイッチに相当する。また、電流計312Aが請求項の電流計に相当する。しかし、これらは本実施の形態の中で相当するものであり、請求項がこれに限定されるものではない。
実施の形態2において、例えば図14に示すように、スイッチングモジュール2501が、入力端子te1A、te1B、te1Cと、出力端子te3A、te3B、te3Cと、の間に流れる電流の電流値を検出する電流計412A、412B、412Cを備えるものであってもよい。この場合、判定部2303は、実施の形態1で説明した検査期間(第1検査期間)ΔTA1の直前の時点において電流計412A、412B、412Cにより検出された電流値が、予め設定された第2電流閾値以下の場合、前述の第1回数閾値Mthを予め設定された回数だけ増加させるようにしてもよい。例えば、第1回数閾値Mtを「10」から「15」に増加させてもよい。このとき、判定部2303が、前述の第2回数閾値Nと前述の第3回数閾値Sthとの少なくとも一方を予め設定された回数だけ増加させるようにしてもよい。例えば、第2回数閾値Nを「40」から「60」に増加させ、第3回数閾値Sthを「20」から「30」に増加させてもよい。
また、判定部2303は、前述の検査期間の直前の時点において電流計412A、412B、412Cにより検出された電流値が、予め設定された第3電流閾値よりも高い場合、前述の第1回数閾値Mthを予め設定された回数だけ減少させるようにしてもよい。例えば、第1回数閾値Mtを「10」から「5」に減少させてもよい。このとき、判定部2303が、前述の第2回数閾値Nと前述の第3回数閾値Sthとの少なくとも一方を予め設定された回数だけ減少させるようにしてもよい。例えば、第2回数閾値Nを「40」から「35」に減少させ、第3回数閾値Sthを「20」から「15」に減少させてもよい。
本構成によれば、電流計412A、412B、412Cにより検出された電流値が、前述の第2電流閾値以下の場合、即ち、負荷が比較的軽い場合に前述の第1判定処理または第2判定処理の繰り返し回数を増加させるので、双方向スイッチ1A(1B、1C)の短絡故障の判定精度を向上させることができる。また、電流計412A、412B、412Cにより検出された電流値が、前述の第3電流閾値よりも高い場合、即ち、負荷が比較的重い場合に前述の第1判定処理または第2判定処理の繰り返し回数を減少させるので、負荷への電力供給の低下を抑制できる。
実施の形態では、電源システム500が、三相交流電源PA、PBから電力供給を受ける例について説明したが、これに限らず、電源システムが、例えば二相交流電源から2本の電源線を介して2相の交流電力の供給を受けるものであってもよい。或いは、電源システムが、例えば3相4線式で交流電力の供給を受けるものであってもよい。
実施の形態において、電源システム500が、外部機器と通信する通信部(図示せず)を備えるものであってもよい。この場合、制御部300は、判定結果記憶部305から、双方向スイッチ1A、1B、1Cの短絡故障の有無の判定結果を示す判定結果情報を取得し、取得した判定結果情報を、通信部を介して外部機器へ送信する結果送信部を有するものであってもよい。
以上、本発明の実施の形態および変形例(なお書きに記載したものを含む。以下、同様。)について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、実施の形態および変形例が適宜組み合わされたもの、それに適宜変更が加えられたものを含む。
本出願は、2018年12月26日に出願された日本国特許出願特願2018-242050号および2019年5月10日に出願された日本国特許出願2019-089527号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願2018-242050号の明細書、特許請求の範囲および図面全体と日本国特許出願特願2019-089527号の明細書、特許請求の範囲および図面全体とを参照として取り込むものとする。
本発明は、サーバ用の電源システムに好適である。
1A,1B,1C,2001A,2001B,2001C:双方向スイッチ、12A,12B,12C,13A,13B,13C:電圧計、100A,100B:モジュール本体、201,202,203,204,205,206:電力変換回路、210:DC-DCコンバータ、300,2300:制御部、301:電源切替部、303,2303:判定部、304:フラグ記憶部、305:判定結果記憶部、312A,312B,312C:電流計、500:電源システム、501,2501:スイッチングモジュール、2306:故障有判定回数記憶部、2307:故障無判定回数記憶部、BAA,BAB,BAC,BBA,BBB,BBC:遮断器、C1,C2:コンデンサ、D1A,D1B,D1C,D2A、D2B,D2C:ダイオード、DB:整流回路、PA,PB:三相交流電源、Q1A,Q1B,Q1C,Q2A、Q2B,Q2C:スイッチング素子、ReA,ReB,ReC:リレースイッチ、te1A,te1B,te1C,te2A,te2B,te2C:入力端子、te3A,te3B,te3C,te4A,te4B,te4C:出力端子
Claims (12)
- 予め設定された設定周期の交流電圧が印加される一対の入力端子と、電力変換回路が接続される一対の出力端子と、の組み合わせを少なくとも1つ有するスイッチングモジュールであって、
少なくとも1つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせの中から選択された1つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせにおいて、
前記一対の入力端子の一方と、前記一対の出力端子の一方との間に直列に接続される第1双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の他方と、前記一対の出力端子の他方との間に直列に接続される第2双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の一方と前記第1双方向スイッチとの間に生じる電位と、前記一対の入力端子の他方と前記第2双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第1電圧値を検出する第1電圧計と、
前記一対の出力端子の一方と前記第1双方向スイッチとの間に生じる電位と、前記一対の出力端子の他方と前記第2双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第2電圧値を検出する第2電圧計と、
第1時刻から前記設定周期の1/2以下の長さの第1検査期間だけ前記第1双方向スイッチを開状態且つ前記第2双方向スイッチを閉状態にして前記第1電圧値と前記第2電圧値とを取得し、取得した前記第1電圧値と前記第2電圧値との第1差分値が予め設定された第1電圧閾値以下のとき、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定し、前記第1時刻から前記第1検査期間だけ経過するまでの間に取得した前記第1電圧値および前記第2電圧値に基づいて前記第1双方向スイッチが正常と判定した場合、前記第1時刻から前記設定周期の(n+1/2)倍(nは正の整数)の期間だけ経過後の第2時刻から前記設定周期の1/2以下の長さの第2検査期間だけ前記第1双方向スイッチを開状態且つ前記第2双方向スイッチを閉状態にして前記第1電圧値と前記第2電圧値とを取得し、取得した前記第1電圧値と前記第2電圧値との第2差分値が前記第1電圧閾値以下であれば、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定する判定部と、を備える、
スイッチングモジュール。 - 前記第1電圧計は、前記第1双方向スイッチの入力端と前記第2双方向スイッチの入力端とに接続され、
前記第2電圧計は、前記第1双方向スイッチの出力端と前記第2双方向スイッチの出力端とに接続されている、
請求項1に記載のスイッチングモジュール。 - 前記第1検査期間および前記第2検査期間の長さは、前記設定周期の0.3倍以上0.5倍以下である、
請求項1または2に記載のスイッチングモジュール。 - 前記第1双方向スイッチは、
一端が前記一対の入力端子の一方に接続された第1スイッチング素子と、
カソードが前記第1スイッチング素子の他端に接続されアノードが前記一対の出力端子の一方に接続された第1ダイオードと、
アノードが前記一対の入力端子の一方に接続された第2ダイオードと、
一端が前記第2ダイオードのカソードに接続され他端が前記一対の出力端子の一方に接続された第2スイッチング素子と、を有し、
前記第2双方向スイッチは、
一端が前記一対の入力端子の他方に接続された第3スイッチング素子と、
カソードが前記第3スイッチング素子の他端に接続されアノードが前記一対の出力端子の他方に接続された第3ダイオードと、
アノードが前記一対の入力端子の他方に接続された第4ダイオードと、
一端が前記第3ダイオードのカソードに接続され他端が前記一対の出力端子の他方に接続された第4スイッチング素子と、を有する、
請求項1から3のいずれか1項に記載のスイッチングモジュール。 - 前記判定部は、前記第1時刻から前記第1検査期間だけ経過するまでの間に取得した前記第1電圧値および前記第2電圧値に基づいて前記第1双方向スイッチが短絡故障と判定した場合、前記第2時刻において前記第1双方向スイッチの故障の有無の判定を回避する、
請求項1から4のいずれか1項に記載のスイッチングモジュール。 - 予め設定された設定周期の交流電圧が印加される一対の入力端子と、電力変換回路が接続される一対の出力端子と、の組み合わせを少なくとも1つ有するスイッチングモジュールであって、
少なくとも1つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせの中から選択された1つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせにおいて、
前記一対の入力端子の一方と、前記一対の出力端子の一方との間に直列に接続される第1双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の他方と、前記一対の出力端子の他方との間に直列に接続される第2双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の一方と前記第1双方向スイッチとの間を流れる電流の電流値を検出する電流計と、
第1時刻から前記設定周期の1/2以下の長さの第1検査期間だけ前記第1双方向スイッチを開状態且つ前記第2双方向スイッチを閉状態にして前記電流値を取得し、取得した前記電流値が予め設定された第1電流閾値以上のとき、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定し、前記第1時刻から前記第1検査期間だけ経過するまでの間に取得した前記電流値に基づいて前記第1双方向スイッチが正常と判定した場合、前記第1時刻から前記設定周期の(n+1/2)倍(nは正の整数)の期間だけ経過後の第2時刻から前記設定周期の1/2以下の長さの第2検査期間だけ前記第1双方向スイッチを開状態且つ前記第2双方向スイッチを閉状態にして前記電流値を取得し、取得した前記電流値が前記第1電流閾値以上であれば、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定する判定部と、を備える、
スイッチングモジュール。 - 予め設定された設定周期の交流電圧が印加される一対の入力端子と、電力変換回路が接続される一対の出力端子との少なくとも1つの組み合わせを有するスイッチングモジュールであって、
少なくとも1つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせの中から選択された1つの一対の入力端子と一対の出力端子との組み合わせにおいて、
前記一対の入力端子の一方と、前記一対の出力端子の一方との間に直列に接続される第1双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の他方と、前記一対の出力端子の他方との間に直列に接続される第2双方向スイッチと、
前記一対の入力端子の一方と前記第1双方向スイッチとの間に生じる電位と、前記一対の入力端子の他方と前記第2双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第1電圧値を検出する第1電圧計と、
前記一対の出力端子の一方と前記第1双方向スイッチとの間に生じる電位と、前記一対の出力端子の他方と前記第2双方向スイッチとの間に生じる電位と、の電位差に相当する第2電圧値を検出する第2電圧計と、
前記第1双方向スイッチが短絡故障しているか否かを判定する判定部と、を備え、
前記判定部は、第1時刻から前記設定周期の1/2以下の長さの第1検査期間だけ前記第1双方向スイッチを開状態且つ前記第2双方向スイッチを閉状態にして、前記第1電圧値と前記第2電圧値とを取得して前記第1電圧値と前記第2電圧値との第1差分値が予め設定された第1電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、予め設定された第1回数閾値以上継続して前記第1差分値が前記第1電圧閾値以下と判定されたとき、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定する第1判定処理と、前記第1時刻から前記設定周期の(n+1/2)倍(nは正の整数)の期間だけ経過後の第2時刻から、前記設定周期の1/2以下の長さの第2検査期間だけ前記第1双方向スイッチを開状態且つ前記第2双方向スイッチを閉状態にして、前記第1電圧値と前記第2電圧値とを取得して前記第1電圧値と前記第2電圧値との第2差分値が前記第1電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、前記第1回数閾値以上継続して前記第2差分値が前記第1電圧閾値以下と判定されたとき、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定する第2判定処理と、を実行する、
スイッチングモジュール。 - 前記判定部は、前記第1判定処理において、前記第1双方向スイッチが短絡故障していると判定された場合、前記第2判定処理の実行を回避する、
請求項7に記載のスイッチングモジュール。 - 前記判定部は、前記第1判定処理において、前記第1回数閾値よりも大きい第2回数閾値以上継続して前記第1差分値が前記第1電圧閾値よりも高いと判定され、且つ、前記第2判定処理において、前記第2回数閾値以上継続して前記第2差分値が前記第1電圧閾値よりも高いと判定された場合、前記第1双方向スイッチが正常であると判定する、
請求項7または8に記載のスイッチングモジュール。 - 前記判定部は、前記第1判定処理において、前記第1電圧値と前記第2電圧値とを取得して前記第1電圧値と前記第2電圧値との第1差分値が予め設定された前記第1電圧閾値よりも高い第2電圧閾値よりも高いか否かの判定を繰り返し実行し、予め設定された前記第2回数閾値よりも小さい第3回数閾値以上継続して前記第1差分値が前記第2電圧閾値よりも高いと判定されたとき、次に、前記第2判定処理を実行し、前記第2判定処理において、前記第1電圧値と前記第2電圧値とを取得して前記第1電圧値と前記第2電圧値との第2差分値が前記第2電圧閾値以下であるか否かの判定を繰り返し実行し、前記第3回数閾値以上継続して前記第2差分値が前記第2電圧閾値よりも高いと判定されたとき、前記第1双方向スイッチが正常であると判定する、
請求項9に記載のスイッチングモジュール。 - 前記一対の入力端子と前記一対の出力端子の一方との間に流れる電流の電流値を検出する電流計を更に備え、
前記判定部は、前記第1検査期間の直前の時点において前記電流計により検出された電流値が、予め設定された第2電流閾値以下の場合、少なくとも前記第1回数閾値を予め設定された回数だけ増加させる、
請求項7から10のいずれか1項に記載のスイッチングモジュール。 - 前記一対の入力端子と前記一対の出力端子の一方との間に流れる電流の電流値を検出する電流計を更に備え、
前記判定部は、前記第1検査期間の直前の時点において前記電流計により検出された電流値が、予め設定された第3電流閾値よりも高い場合、少なくとも前記第1回数閾値を予め設定された回数だけ減少させる、
請求項7から11のいずれか1項に記載のスイッチングモジュール。
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