JP5385118B2 - Voltage compensation device and DC power supply system - Google Patents
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Description
本発明は、負荷への電力を直流で供給する直流給電システムと、この直流給電システムにおいて負荷電圧を補償するために用いられる電圧補償装置に関する。 The present invention relates to a DC power supply system that supplies electric power to a load in a direct current and a voltage compensation device that is used to compensate a load voltage in the DC power supply system.
近年、情報通信システムにおいて使用される情報通信機器の増加に伴い、情報通信システムで消費される電力も増加している。そのため、情報通信システムで使用される各種の情報通信機器へ効率良く給電するための給電システムとして、直流で給電する直流給電システムが注目されており、特に、例えば直流400Vといった高い電圧で電力を供給する高電圧直流給電システムによって高効率化を目指す動きが進んでいる。 In recent years, with the increase in information communication devices used in information communication systems, the power consumed in information communication systems has also increased. For this reason, a DC power supply system that supplies power with direct current is attracting attention as a power supply system for efficiently supplying power to various information communication devices used in information communication systems. In particular, power is supplied at a high voltage of, for example, 400 V DC. The movement toward high efficiency is progressing with the high-voltage DC power supply system.
このような直流給電システムでは、電源装置から負荷へ供給される直流電圧が何らかの原因で低下した場合のバックアップ用として、蓄電池を有する電圧補償装置を設け、電源装置からの直流電圧の低下時にはこの電圧補償装置によって負荷への直流電圧を補償する(即ち、電源装置に代わってこの電圧補償装置が負荷へ直流電圧を供給する)のが一般的である。 In such a DC power supply system, a voltage compensator having a storage battery is provided as a backup when the DC voltage supplied from the power supply device to the load decreases for some reason, and this voltage is reduced when the DC voltage from the power supply device decreases. It is common to compensate the DC voltage to the load by the compensator (ie, this voltage compensator supplies the DC voltage to the load instead of the power supply).
電圧補償装置は、電源装置から負荷へ電力を供給する正・負2本の電力供給線の間に蓄電池を接続するだけの構成とすることもできるが、蓄電池の電圧によっては負荷へ十分な直流電圧を供給できないおそれがある。そこで、蓄電池に加えてこの蓄電池の電圧を昇圧又は降圧する電力変換器を設け、この電力変換器によって蓄電池の電圧低下分を補うように構成された電圧補償装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)
特許文献1には、バックアップ用のバッテリの電圧を昇圧する昇圧回路を設け、この昇圧回路の出力電圧を2本の電力供給線間に供給する技術が記載されている。
The voltage compensator can be configured by simply connecting the storage battery between two positive and negative power supply lines that supply power from the power supply device to the load. However, depending on the storage battery voltage, sufficient DC power can be supplied to the load. The voltage may not be supplied. Therefore, a voltage compensator configured to provide a power converter that boosts or lowers the voltage of the storage battery in addition to the storage battery and compensates for the voltage drop of the storage battery by the power converter is known (for example, a patent) (See
ところで、直流給電システムとして、電源装置から負荷への2本の電力供給線をそれぞれ抵抗値の高い抵抗を介して共通の接地点に接地するという、高抵抗接地方式のシステムが知られている。また、そのように各電力供給線が高抵抗で接地された直流給電システムでは、一般に、蓄電池内部も接地される。高抵抗接地方式の直流給電システムにおける各抵抗の抵抗値は通常は同じ値に設定されることから、それに合わせて、蓄電池内部における接地点も、蓄電池の正極と負極の間の中点に設定される。 By the way, as a direct current power supply system, there is known a high resistance grounding system in which two power supply lines from a power supply device to a load are grounded to a common grounding point through a resistor having a high resistance value. In such a DC power supply system in which each power supply line is grounded with a high resistance, the inside of the storage battery is generally grounded. Since the resistance value of each resistor in a high-resistance grounding DC power supply system is normally set to the same value, the ground point inside the storage battery is also set to the midpoint between the positive and negative electrodes of the storage battery. The
このように構成された高抵抗接地方式の直流給電システムにおいても、蓄電池の電圧低下を補うために、電力変換器を有する電圧補償装置を設けることが有用である。そして、その具体的方法としては、例えば特許文献1に記載の技術と同様に、蓄電池の電圧を昇圧する昇圧回路を設ける方法が考えられる。
Also in the high-resistance grounding type DC power supply system configured as described above, it is useful to provide a voltage compensator having a power converter in order to compensate for the voltage drop of the storage battery. As a specific method, for example, a method of providing a booster circuit that boosts the voltage of the storage battery can be considered, as in the technique described in
しかしながら、上記のように各電力供給線が抵抗を介して接地されると共に蓄電池内部も接地された高抵抗接地方式の直流給電システムにおいて、蓄電池の電圧低下分を補うために、特許文献1に記載されているような、昇圧回路からなる電圧補償装置を設ける方法を採用すると、負荷への直流電圧を補償することは可能であるものの、接地用の上記各抵抗を介して接地電位側へ意図しない電流(接地電流)が流れてしまう。
However, in the high-resistance grounding DC power supply system in which each power supply line is grounded via a resistor and the inside of the storage battery is also grounded as described above, it is described in
即ち、昇圧回路によって蓄電池電圧を昇圧することから、蓄電池内の接地点(接地電位)と負極側の電力供給線の間の電圧に対し、蓄電池内の接地点と正極側の電力供給線の間の電圧の方が、昇圧した分だけ高くなる。この電圧の相違によって、電圧補償装置の正極側(即ち蓄電池の正極側)から正極側の電力供給線及びこれに接続された接地用の抵抗を経て蓄電池の接地点に戻るループを流れる電流と、電圧補償装置の負極側(即ち蓄電池の負極側)から負極側の電力供給線及びこれに接続された接地用の抵抗を経て蓄電池の接地点に戻るループを流れる電流とのバランスが崩れ、その結果、各抵抗の接地点と蓄電池の接地点との間に意図しない接地電流が流れてしまうのである。 That is, since the storage battery voltage is boosted by the booster circuit, the voltage between the ground point in the storage battery and the power supply line on the positive electrode side with respect to the voltage between the ground point (ground potential) in the storage battery and the power supply line on the negative electrode side. Is higher by the boosted voltage. Due to this voltage difference, the current flowing through the loop returning from the positive side of the voltage compensation device (that is, the positive side of the storage battery) to the ground point of the storage battery through the power supply line on the positive side and the grounding resistor connected thereto, The balance between the negative current side of the voltage compensator (ie, the negative side of the storage battery) and the current flowing through the loop returning to the ground point of the storage battery via the power supply line from the negative side and the grounding resistance connected to this is lost. An unintended ground current flows between the ground point of each resistor and the ground point of the storage battery.
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、直流電圧を出力する電源装置からの電力を抵抗接地された正・負2本の電力供給線によって負荷へ供給するよう構成された直流給電システムに用いられ、電源装置からの直流電圧が低下した場合に負荷への直流電圧を補償するために設けられた電圧補償装置において、当該電圧補償装置の動作に伴って意図しない接地電流が流れるのを防止することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a direct current power supply system configured to supply power from a power supply device that outputs a direct current voltage to a load through two resistance-grounded positive and negative power supply lines. In a voltage compensator that is used to compensate the DC voltage to the load when the DC voltage from the power supply device decreases, it prevents the unintended ground current from flowing along with the operation of the voltage compensator. The purpose is to do.
上記課題を解決するためになされた請求項1に記載の発明は、直流電圧を出力する電源装置からの電力を、それぞれ同じ抵抗値の抵抗を介して接地された正・負の電力供給線である正極側電力供給線及び負極側電力供給線によって負荷へ供給するよう構成された直流給電システムにおいて、正極側電力供給線と負極側電力供給線の間に設けられ、電源装置から負荷へ供給される直流電圧が所定電圧値より低くなった場合に負荷を動作させるための直流電圧を補償する電圧補償装置である。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
そして、本発明(請求項1)の電圧補償装置は、負荷へ上記補償用の直流電圧を供給するための、正極と負極の間の中点が接地された蓄電池と、補償電圧生成手段とを備えている。 The voltage compensator of the present invention (Claim 1) includes a storage battery in which a midpoint between the positive electrode and the negative electrode is grounded for supplying the compensation DC voltage to the load, and a compensation voltage generating means. I have.
補償電圧生成手段は、蓄電池の電圧を元に、正極側電力供給線の電位を蓄電池の正極の電位よりも所定の正極側補償電圧だけ高くすると共に、蓄電池の電圧を元に、負極側電力供給線の電位を蓄電池の負極の電位よりも所定の負極側補償電圧だけ低くする。 The compensation voltage generation means makes the potential of the positive-side power supply line higher by a predetermined positive-side compensation voltage than the potential of the positive electrode of the storage battery based on the voltage of the storage battery, and supplies the negative-side power based on the voltage of the storage battery The potential of the line is made lower than the potential of the negative electrode of the storage battery by a predetermined negative compensation voltage.
このように構成された請求項1に記載の電圧補償装置は、電源装置から負荷へ直流電圧が正常に供給されている間は、負荷への直流電圧の補償、即ち当該電圧補償装置から負荷への直流電圧供給は行わない。そして、何らかの原因によって電源装置から負荷への直流電圧が所定電圧値より低くなった場合に、負荷への直流電圧を補償する。即ち、電圧補償装置が電源装置に代わって負荷へ直流電圧を供給する。
The voltage compensator according to
このとき、蓄電池の電圧が負荷を動作させるのに必要な電圧よりも低くなっていると、蓄電池による負荷への直流電圧の補償は困難となるが、補償電圧生成手段を備えていることから、蓄電池の電圧不足分をこの補償電圧生成手段によって補うことができる。つまり、各電力供給線の間に蓄電池の電圧よりも高い直流電圧を印加して負荷へ供給することができる。 At this time, if the voltage of the storage battery is lower than the voltage required to operate the load, it is difficult to compensate the direct current voltage to the load by the storage battery, but since the compensation voltage generating means is provided, The voltage shortage of the storage battery can be compensated by this compensation voltage generating means. That is, a DC voltage higher than the voltage of the storage battery can be applied between the power supply lines and supplied to the load.
しかも、補償電圧生成手段は、各電力供給線のうち一方のみ(例えば正極側電力供給線のみ)についてその電位を蓄電池における対応する電極(本例では正極)とは異なるようにする(本例では蓄電池の正極よりも高い電位とする)のではなく、各電力供給線の双方に対して、正極側電力供給線については蓄電池の正極電位よりも正極側補償電圧だけ高く、負極側電力供給線につては蓄電池の負極電位よりも負極側補償電圧だけ低くなるようにする。 In addition, the compensation voltage generating means makes the potential of only one of the power supply lines (for example, only the positive power supply line) different from the corresponding electrode (positive electrode in this example) in the storage battery (in this example) The positive-side power supply line is higher than the positive-electrode potential of the storage battery by the positive-side compensation voltage for both of the power supply lines. Therefore, the negative electrode side compensation voltage is made lower than the negative electrode potential of the storage battery.
接地電位を基準にした表現で言い換えると、補償電圧生成手段は、接地電位と正極側電力供給線の間の電圧を接地電位と蓄電池の正極の間の電圧よりも正極側補償電圧だけ高くすると共に、負極側電力供給線と接地電位の間の電圧についても蓄電池の負極と接地電位の間の電圧よりも負極側補償電圧だけ高くするように動作する。つまり、接地電位と各電力供給線の電位差が共に大きくなるように動作するということである。 In other words, the compensation voltage generation means makes the voltage between the ground potential and the positive power supply line higher than the voltage between the ground potential and the positive electrode of the storage battery by the positive compensation voltage. The voltage between the negative power supply line and the ground potential also operates so as to be higher by the negative compensation voltage than the voltage between the negative electrode of the storage battery and the ground potential. That is, it operates so that both the ground potential and the potential difference between each power supply line become large.
従って、請求項1に記載の電圧補償装置によれば、補償電圧生成手段による、各電力供給線間に蓄電池の電圧よりも高い電圧を供給する動作が、接地電位と各電力供給線の間の電圧を互いに適切なバランスにて昇圧させることで実現できるため、これにより意図しない接地電流が流れるのを防止することが可能となる。 Therefore, according to the voltage compensation device of the first aspect, the operation of supplying a voltage higher than the voltage of the storage battery between the power supply lines by the compensation voltage generating means is performed between the ground potential and each power supply line. Since it can be realized by boosting the voltages in an appropriate balance, it is possible to prevent an unintended ground current from flowing.
ここで、正極側補償電圧及び負極側補償電圧は、負荷への直流電圧を補償可能な範囲内で且つ接地電流を抑止できるような値に適宜設定すればよいが、より具体的には、例えば請求項2に記載のように設定するとよい。 Here, the positive-side compensation voltage and the negative-side compensation voltage may be appropriately set to values within a range in which the DC voltage to the load can be compensated and the ground current can be suppressed. More specifically, for example, It may be set as described in claim 2.
即ち、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電圧補償装置であって、補償電圧生成手段は、正極側補償電圧と負極側補償電圧を同じ電圧値に設定する。
このように構成された請求項2に記載の電圧補償装置によれば、接地電位と正極側電力供給線の間の電圧と、接地電位と負極側電力供給線の間の電圧が、同じ電圧値となるため、意図しない接地電流が流れるのを確実に防止することが可能となる。
That is, the invention described in claim 2 is the voltage compensator according to
According to the voltage compensator according to claim 2 configured as described above, the voltage between the ground potential and the positive power supply line and the voltage between the ground potential and the negative power supply line have the same voltage value. Therefore, it is possible to reliably prevent an unintended ground current from flowing.
ところで、正極側補償電圧及び負極側補償電圧を上記請求項2に記載のように設定すれば、少なくとも理論的には、意図しない接地電流を防止することができる。しかし実際には、例えば蓄電池内の電圧のばらつきや各抵抗の抵抗値の公差、電圧補償装置と各抵抗の間に存在する各種回路定数などの様々な要因により、単に各補償電圧を同じ電圧値に設定するだけでは接地電流を効果的に防止できない場合が起こりうる。 By the way, if the positive side compensation voltage and the negative side compensation voltage are set as described in claim 2, at least theoretically, an unintended ground current can be prevented. However, in reality, each compensation voltage is simply set to the same voltage value due to various factors such as voltage variations in the storage battery, tolerance of resistance values of each resistance, various circuit constants existing between the voltage compensation device and each resistance, etc. There is a possibility that the ground current cannot be effectively prevented only by setting to.
そこで、意図しない接地電流をより確実に防止するために、例えば請求項3に記載のように電圧補償装置を構成するとよい。
即ち、請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の電圧補償装置であって、蓄電池から各抵抗を介して接地電位側へ流れる接地電流を検出する接地電流検出手段を備えている。そして、補償電圧生成手段は、接地電流検出手段により検出される接地電流が所定の電流値以下となるように、正極側補償電圧及び負極側補償電圧の電圧値をそれぞれ個別に設定する。
Therefore, in order to more surely prevent an unintended ground current, for example, a voltage compensation device may be configured as described in
That is, the invention according to
つまり、接地電流を防止するという目的を確実に達成するために、その接地電流を実際に検出し、その検出値が所定の電流値以下となるように各補償電圧の電圧値を個別設定するのである。所定の電流値は適宜設定することができ、例えば0に設定してもよい。 In other words, in order to reliably achieve the purpose of preventing the ground current, the ground current is actually detected, and the voltage value of each compensation voltage is individually set so that the detected value is not more than a predetermined current value. is there. The predetermined current value can be set as appropriate, and may be set to 0, for example.
個別設定の具体的方法は種々考えられ、例えば、接地電位側から蓄電池内の接地点に向かう方向に接地電流が流れているならば、正極側補償電圧をより低くするか或いは負極側補償電圧をより高くすることによってその接地電流を低下・防止することができる。また例えば、蓄電池内の接地点から接地電位側に向かう方向に接地電流が流れているならば、負極側補償電圧をより低くするか或いは正極側補償電圧をより高くすることによってその接地電流を低下・防止することができる。 Various specific methods of individual setting are conceivable. For example, if a ground current flows in a direction from the ground potential side to the ground point in the storage battery, the positive compensation voltage is lowered or the negative compensation voltage is set to be lower. By making it higher, the ground current can be reduced or prevented. Also, for example, if a ground current flows in a direction from the ground point in the storage battery toward the ground potential side, the ground current is reduced by lowering the negative side compensation voltage or raising the positive side compensation voltage. -It can be prevented.
従って、請求項3に記載の電圧補償装置によれば、接地電流を実際に検出してその検出値が所定の電流値以下となるように各補償電圧の電圧値が設定されるため、意図しない接地電流が流れるのをより確実に防止することが可能となる。 Therefore, according to the voltage compensation device of the third aspect, since the voltage value of each compensation voltage is set so that the ground current is actually detected and the detected value is equal to or less than the predetermined current value, it is not intended. It becomes possible to more reliably prevent the ground current from flowing.
次に、請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の電圧補償装置であって、補償電圧生成手段は、正極側電力変換手段と負極側電力変換手段を備えている。正極側電力変換手段は、蓄電池と正極側電力供給線の間に設けられ、入力される蓄電池の電圧を元に正極側補償電圧を生成して出力する。負極側電力変換手段は、蓄電池と負極側電力供給線の間に設けられ、入力される蓄電池の電圧を元に負極側補償電圧を生成して出力する。
Next, the invention according to claim 4 is the voltage compensation device according to any one of
このように、各補償電圧を生成するために各補償電圧毎にそれぞれ電力変換手段を備えることで、各電力供給線から電圧補償装置をみた抵抗(電圧補償装置内の内部抵抗)も適切なバランスとなる。即ち、例えば同じ構成の電力変換器を備えるようにすれば各電力供給線からみた電圧補償装置の内部抵抗を同じ値にすることができる。そのため、接地電流の防止効果をさらに高めることができる。 Thus, by providing the power conversion means for each compensation voltage in order to generate each compensation voltage, the resistance (internal resistance in the voltage compensation device) viewed from each power supply line to the voltage compensation device is also properly balanced. It becomes. That is, for example, if power converters having the same configuration are provided, the internal resistance of the voltage compensator viewed from each power supply line can be set to the same value. Therefore, the effect of preventing ground current can be further enhanced.
ここで、各電力変換手段の具体的構成は種々考えられ、例えば入力側と出力側が変圧器によって絶縁された絶縁型の構成としてもよいが、例えば請求項5に記載のように、正極側電力変換手段及び負極側電力変換手段の少なくとも一方を、入力側と出力側が絶縁されていない非絶縁型にて構成するようにしてもよい。 Here, various specific configurations of each power conversion means are conceivable, and for example, an insulation type configuration in which the input side and the output side are insulated by a transformer may be used. At least one of the conversion means and the negative electrode side power conversion means may be configured as a non-insulated type in which the input side and the output side are not insulated.
電力変換手段を非絶縁型にて構成すれば、絶縁型にて構成する場合と比較して、例えば絶縁用の変圧器が不要になるなど、電力変換手段を構成する部品点数を削減でき、これにより電力変換手段の小型化・高効率化が可能となる。 If the power conversion means is configured as a non-insulated type, the number of components constituting the power conversion means can be reduced compared to the case where the power conversion means is configured as an insulating type, for example, by eliminating the need for an insulation transformer. As a result, the power conversion means can be reduced in size and efficiency.
そして、上記のように各電力変換手段の少なくとも一方を非絶縁型にて構成する場合は、更に、例えば請求項6に記載のように、正極側電力変換手段及び負極側電力変換手段をいずれも、入力電圧を昇圧又は降圧可能であると共に入力電圧に対して正・負の極性が反転した電圧が出力される昇降圧チョッパ回路にて構成するようにしてもよい。 When at least one of the power conversion units is configured as a non-insulated type as described above, for example, as described in claim 6, both the positive side power conversion unit and the negative side power conversion unit are provided. The step-up / step-down chopper circuit may be configured such that the input voltage can be stepped up or stepped down and a voltage in which the positive / negative polarity is inverted with respect to the input voltage is output.
各補償電圧を生成するための各電力変換器として昇降圧チョッパを用いれば、蓄電池電圧を昇圧又は降圧できるため、蓄電池電圧の変動に応じて各補償電圧を適切且つ確実に生成することができる。しかも、昇降圧チョッパは入力と出力の極性が反転する構成であるため、蓄電池の正極と正極側電力供給線の間、及び蓄電池の負極と負極側電力供給線の間の双方に容易に設けることができる。 If a step-up / step-down chopper is used as each power converter for generating each compensation voltage, the storage battery voltage can be boosted or stepped down, so that each compensation voltage can be generated appropriately and reliably according to fluctuations in the storage battery voltage. Moreover, since the step-up / step-down chopper has a configuration in which the polarities of the input and output are reversed, it is easily provided both between the positive electrode and the positive power supply line of the storage battery and between the negative electrode and the negative power supply line of the storage battery. Can do.
次に、請求項7に記載の発明は、請求項4〜請求項6の何れか1項に記載の電圧補償装置であって、正極側電力変換手段及び負極側電力変換手段は、スイッチング方式の電力変換回路にて構成され、各々が有するスイッチング素子を、互いに位相差を持った駆動信号に従ってオン・オフさせることにより、対応する補償電圧を生成する。
Next, the invention according to
スイッチング方式の電力変換回路は、スイッチング素子をオン・オフ制御することによって電力変換を行う構成であるため、出力電圧にはリプルが含まれる。そのため、例えば正極側電力変換手段と負極側電力変換手段の双方のスイッチング素子を同じタイミングでオン・オフさせると、リプルの変化も同じタイミングで生じ、その結果、電圧補償装置から負荷へ出力される直流電圧には、各電力変換手段によるリプルが加算された大きなリプルが含まれてしまう。しかも、蓄電池から放電される電流のピーク値も大きくなってしまう。 Since the switching type power conversion circuit is configured to perform power conversion by controlling on / off of the switching element, the output voltage includes a ripple. Therefore, for example, when the switching elements of both the positive-side power conversion means and the negative-side power conversion means are turned on / off at the same timing, a ripple change also occurs at the same timing, and as a result, the voltage compensation device outputs the load to the load. The DC voltage includes a large ripple obtained by adding ripples generated by each power conversion means. Moreover, the peak value of the current discharged from the storage battery also increases.
このリプルは、電力変換回路が通常有している出力平滑用のフィルタによってある程度低減することは可能であるが、低減効果をより大きくしようとするとフィルタの大型化を招く。 This ripple can be reduced to some extent by the output smoothing filter normally provided in the power conversion circuit. However, if the reduction effect is increased, the size of the filter is increased.
そこで、請求項7に記載の電圧補償装置では、各電力変換手段における各スイッチング素子を同じタイミングでオン・オフさせるのではなく、互いに位相差を持った駆動信号に従ってオン・オフさせる。 Therefore, in the voltage compensation device according to the seventh aspect, the switching elements in the power conversion units are not turned on / off at the same timing, but are turned on / off according to drive signals having a phase difference.
このような構成により、各電力変換手段から出力される各補償電圧に含まれるリプルの位相にもずれが生じるため、電圧補償装置から負荷へ出力される直流電圧全体のリプルを低減することができる。そのため、各電力変換手段における出力平滑用のフィルタを小型化することができ、コストダウンが可能となる。また、蓄電池から放電される電流のピーク値を低減することもできるため、蓄電池の長寿命化が図られてその信頼性が向上する。 With such a configuration, the phase of the ripple included in each compensation voltage output from each power conversion means also shifts, so that the ripple of the entire DC voltage output from the voltage compensation device to the load can be reduced. . Therefore, the output smoothing filter in each power conversion means can be reduced in size, and the cost can be reduced. In addition, since the peak value of the current discharged from the storage battery can be reduced, the life of the storage battery is extended and the reliability thereof is improved.
次に、請求項8に記載の発明は、直流電圧を出力する電源装置からの電力を、それぞれ同じ抵抗値の抵抗を介して接地された正・負の電力供給線である正極側電力供給線及び負極側電力供給線によって負荷へ供給するよう構成された直流給電システムであって、正極側電力供給線と負極側電力供給線の間に、請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の電圧補償装置が設けられている。
Next, according to an eighth aspect of the present invention, there is provided a positive power supply line, which is a positive / negative power supply line grounded via a resistor having the same resistance value, respectively, from the power supply device that outputs a DC voltage. And a negative power supply line configured to supply power to a load between the positive power supply line and the negative power supply line according to any one of
このように構成された直流給電システムによれば、何らかの原因によって電源装置からの直流電圧が低下した場合には、負荷への直流電圧供給が電圧補償装置によって補償される。しかもその電圧補償装置として、請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の電圧補償装置が用いられるため、上述した各請求項と同様の効果を得ることができる。
According to the DC power supply system configured as described above, when the DC voltage from the power supply device is reduced for some reason, the DC voltage supply to the load is compensated by the voltage compensator. Moreover, since the voltage compensation device according to any one of
以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
[第1実施形態]
図1に、本実施形態の直流給電システムの概略構成を示す。図1に示すように、本実施形態の直流給電システム1は、負荷3への電力供給を直流で行うよう構成されたシステムであって、主として、外部から入力される三相交流電圧を所定の直流電圧(本例では400V)に変換して出力する整流装置2と、この整流装置2から出力された直流電圧を負荷3へ供給するための正極側電力供給線6及び負極側電力供給線7と、整流装置2から負荷3へ供給される直流電圧が所定電圧値より低くなった場合に負荷3を動作させるための直流電圧を補償する電圧補償装置5と、を備えている。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a schematic configuration of the DC power supply system of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the DC
各電力供給線6,7の間には、抵抗値の大きい(本例では数十kΩ)2つの抵抗(以下「高抵抗」ともいう)R1,R2が直列に接続されている。各高抵抗R1,R2はいずれも同じ抵抗値であり、その中点、即ち各高抵抗R1,R2の接続点は接地されている。
Between each of the
つまり、本実施形態の直流給電システム1は、各電力供給線6,7がそれぞれ高抵抗R1,R2を介して接地された高抵抗接地系・中点接地方式のシステムとして構成されている。そのため、整流装置2から400Vの直流電圧が出力されると、接地電位に対する正極側電力供給線6の電位は200Vとなり、接地電位に対する負極側電力供給線7の電位は−200Vとなる。
That is, the DC
また、各電力供給線6,7の間には、電圧補償装置5が設けられている。この電圧補償装置5は、正極と負極の間の中点が接地された、所定の定格電圧(本例では380V)の蓄電池10と、この蓄電池10の正極側、より詳しくは蓄電池10の正極と正極側電力供給線6の間に接続されたハイサイド電力変換器11と、蓄電池10の負極側、より詳しくは蓄電池10の負極と負極側電力供給線7の間に接続されたローサイド電力変換器12と、これら各電力変換器11,12の動作を制御する制御部13とを備えている。つまり、電圧補償装置5は、蓄電池10の正極側及び負極側にそれぞれ各電力変換器11,12が対称に接続された構成となっている。
A voltage compensation device 5 is provided between the
蓄電池10の正極側に接続されたハイサイド電力変換器11は、アノードが蓄電池10の正極に接続されてカソードが正極出力端子8を介して正極側電力供給線6に接続されたダイオードD1と、蓄電池10の電圧(以下「蓄電池電圧」という)Vbを元に、正極側電力供給線6の電圧を蓄電池10の正極の電位よりも所定のハイサイド補償電圧VoutHだけ高くするためのハイサイド昇降圧チョッパ14を備えている。
The high-
このハイサイド昇降圧チョッパ14は、入力される蓄電池電圧Vbを昇圧又は降圧することによりハイサイド補償電圧VoutHを生成し、ダイオードD1の両端へ出力する。
蓄電池10の負極側に接続されたローサイド電力変換器12は、カソードが蓄電池10の負極に接続されてアノードが負極出力端子9を介して負極側電力供給線7に接続されたダイオードD2と、蓄電池電圧Vbを元に、負極側電力供給線7の電圧を蓄電池10の負極の電位よりも所定のローサイド補償電圧VoutLだけ低くするためのローサイド昇降圧チョッパ15を備えている。
The high-side buck-
The low-
このローサイド昇降圧チョッパ15は、入力される蓄電池電圧Vbを昇圧又は降圧することによりローサイド補償電圧VoutLを生成し、ダイオードD2の両端へ出力する。なお、ダイオードD1とダイオードD2は電気的特性が同じものである。
The low-side buck-
そして、本実施形態では、ハイサイド昇降圧チョッパ14から出力されるハイサイド補償電圧VoutHと、ローサイド昇降圧チョッパ15から出力されるローサイド補償電圧VoutLは、同じ電圧値である。
In this embodiment, the high-side compensation voltage VoutH output from the high-side buck-
制御部13は、蓄電池電圧Vbに基づき、ハイサイド昇降圧チョッパ14及びローサイド昇降圧チョッパ15からそれぞれ蓄電池電圧Vbに応じた適切な電圧値のハイサイド補償電圧VoutH及びローサイド補償電圧VoutLが出力されるよう、各昇降圧チョッパ14,15の動作を制御する。
Based on the storage battery voltage Vb, the
ここでいう適切な電圧値とは、電圧補償装置5から各電力供給線6,7を介して負荷3へ出力される直流電圧が負荷3を動作させるために必要な一定の電圧値(本例では380V)となるような電圧値である。
The appropriate voltage value here is a constant voltage value required for operating the
そのため、蓄電池電圧Vb自体が380Vであれば、蓄電池10のみによって負荷3へ十分な直流電圧を供給できるため、制御部13は各昇降圧チョッパ14,15を動作させない。なお、各ダイオードD1,D2による電圧降下分についてはここでは無視することとする。
Therefore, if the storage battery voltage Vb itself is 380 V, a sufficient DC voltage can be supplied to the
これに対し、蓄電池電圧Vbが低下して蓄電池10のみでは負荷3へ十分な直流電圧を供給できない場合は、制御部13が各昇降圧チョッパ14,15を動作させて、各補償電圧VoutH,VoutLを出力させる。これにより、電圧補償装置5からは、蓄電池電圧Vbとローサイド補償電圧VoutLとハイサイド補償電圧VoutHが総和された電圧値(380V)が、負荷3へ出力されることとなる。
On the other hand, when the storage battery voltage Vb decreases and the
このように構成された直流給電システム1において、電圧補償装置5は、整流装置2からの直流電圧が低下或いは遮断等された場合のバックアップ用に設けられている。そのため、整流装置2から負荷3へ直流電圧が正常に供給されている正常時には、電圧補償装置5から負荷3への電力供給は行われない。
In the DC
一方、例えば停電等によって整流装置2への三相交流電圧の入力が途絶えたり、整流装置2の故障などによって、整流装置2から負荷3への直流電圧が低下或いは遮断等されると、電圧補償装置5によるバックアップ動作が行われ、負荷3への直流電圧は引き続き正常な値(負荷3が動作可能な値)に保持される。つまり、電圧補償装置5が負荷3への全電力を供給するのである。
On the other hand, if the input of the three-phase AC voltage to the rectifier 2 is interrupted due to, for example, a power failure or the DC voltage from the rectifier 2 to the
具体的には、整流装置2から負荷3へ供給される直流電圧が所定電圧値より低くなった場合、即ち蓄電池電圧Vbよりも低くなった場合に、整流装置2からの直流電圧と蓄電池電圧Vbの大小関係が逆転することにより、蓄電池10からの放電(負荷3への出力)が始まる。
Specifically, when the DC voltage supplied from the rectifier 2 to the
このとき、蓄電池電圧Vb自体が380Vあるならば、既述の通り、各昇降圧チョッパ14,15は動作せず、蓄電池電圧Vbが各ダイオードD1,D2を介して負荷3へ出力される。一方、蓄電池電圧Vbが380Vより低くなって蓄電池10のみでは負荷3へ十分な直流電圧を供給できなくなると、各昇降圧チョッパ14,15が動作して、蓄電池電圧Vbの低下分が補われる。
At this time, if the storage battery voltage Vb itself is 380 V, the step-up / step-down
ところで、本実施形態では、既述の通り、ハイサイド補償電圧VoutHとローサイド補償電圧VoutLが同じ値に設定されているが、これは、蓄電池10から各高抵抗R1,R2を介して接地電位側へ接地電流が流れないようにするためである。
By the way, in the present embodiment, as described above, the high side compensation voltage VoutH and the low side compensation voltage VoutL are set to the same value, but this is from the
仮に、ハイサイド補償電圧VoutHとローサイド補償電圧VoutLを異なる値にすると、蓄電池10がその内部において中点が接地されていることから、その接地点と正極側電力供給線6の間の電圧と、接地点と負極側電力供給線7の間の電圧が、異なる電圧値となる。これに対し、各高抵抗R1,R2は、既述の通り同じ抵抗値である。
If the high-side compensation voltage VoutH and the low-side compensation voltage VoutL are set to different values, since the middle point of the
そのため、電圧補償装置5の正極側(正極出力端子8)から、正極側電力供給線6、これに接続された高抵抗R1、及び接地線(図示略)を経て蓄電池10内の接地点に戻るループを流れる電流と、電圧補償装置5の負極側(負極出力端子9)から、負極側電力供給線7、これに接続された高抵抗R2、及び接地線を経て蓄電池10内の接地点に戻るループを流れる電流とのバランスが崩れ、その結果、各高抵抗R1,R2の接地点と蓄電池10の接地点との間の接地線に意図しない接地電流が流れてしまうのである。
Therefore, the voltage compensation device 5 returns from the positive electrode side (positive electrode output terminal 8) to the ground point in the
そこで本実施形態では、そのような意図しない接地電流が流れるのを防止すべく、ハイサイド補償電圧VoutHとローサイド補償電圧VoutLを同じ電圧値とし、接地電位と各電力供給線6,7の間の電圧が等しくなるようにしている。このように、各昇降圧チョッパ14,15からの出力電圧を均一に制御することで、接地電流が防止される。
Therefore, in this embodiment, in order to prevent such an unintended ground current from flowing, the high side compensation voltage VoutH and the low side compensation voltage VoutL are set to the same voltage value, and the ground potential and the
なお、本実施形態では、蓄電池10の充電は、浮動充電ではなく、別途設けられた充電装置4によって行われる。充電装置4は、外部から入力される三相交流電圧から充電用の充電電圧を生成して蓄電池10へ出力し、蓄電池10を充電する。ただし、このように充電装置4によって蓄電池10を充電する構成はあくまでも一例であり、蓄電池10の充電方式は特に限定されるものではない。
In the present embodiment, the
次に、電圧補償装置5を構成する各昇降圧チョッパ14,15及び制御部13の構成について、図2を用いて説明する。図2は、電圧補償装置5の概略構成を表す構成図であり、特に、各昇降圧チョッパ14,15及び制御部13のより具体的な構成を表したものである。
Next, the configurations of the step-up / step-down
図2に示すように、ハイサイド昇降圧チョッパ14は、入力と出力が絶縁されていない非絶縁型の電力変換器であり、一端が蓄電池10の正極に接続されたリアクトルL1と、ドレインがリアクトルL1の他端に接続されてソースがローサイド昇降圧チョッパ15内のダイオードD17を介して蓄電池10の負極に接続されたMOSFET(以下「ハイサイドスイッチ」という)16と、一端がリアクトルL1の一端に接続されたコンデンサC1と、アノードがリアクトルL1の他端に接続されてカソードがコンデンサC1の他端に接続されたダイオードD11と、アノードがコンデンサC1の他端に接続されてカソードがダイオードD1のカソードに接続(即ち正極出力端子8に接続)されたダイオードD12を備えてなるものである。そして、ハイサイドスイッチ16のゲートには制御部13からのハイサイド駆動信号SP1が入力される。なお、リアクトルL1及びコンデンサC1からなる回路は、出力電圧(ハイサイド補償電圧VoutH)のリプルを低減するための出力平滑用フィルタとしても機能する。
As shown in FIG. 2, the high-side buck-
このように構成されたハイサイド昇降圧チョッパ14は、制御部13からのハイサイド駆動信号SP1によってハイサイドスイッチ16がオン・オフされることで、入力される蓄電池電圧Vbがハイサイド補償電圧VoutHに変換される。なお、ハイサイドスイッチ16のスイッチングによってハイサイド補償電圧VoutHが生成される原理は、一般によく知られた昇降圧チョッパ回路と基本的に同じであるため、ここではその説明を省略する(次に述べるローサイド昇降圧チョッパ15も同様)。
The high-side buck-
ローサイド昇降圧チョッパ15も、入力と出力が絶縁されていない非絶縁型の電力変換器であり、ドレインが蓄電池10の正極に接続されたMOSFET(以下「ローサイドスイッチ」という)17と、一端がローサイドスイッチ17のソースに接続されたリアクトルL2と、一端がリアクトルL2の他端に接続されて他端がダイオードD2のアノードに接続(即ち負極出力端子9に接続)されたコンデンサC2と、アノードがコンデンサC2の他端に接続されてカソードがローサイドスイッチ17のソースに接続されたダイオードD16と、アノードがリアクトルL2とコンデンサC2の接続点に接続されてカソードが蓄電池10の負極に接続されたダイオードD17を備えてなるものである。そして、ローサイドスイッチ17のゲートには制御部13からのローサイド駆動信号SP2が入力される。なお、リアクトルL2及びコンデンサC2からなる回路は、出力電圧(ローサイド補償電圧VoutL)のリプルを低減するための出力平滑用フィルタとしても機能する。
The low-side buck-
このように構成されたローサイド昇降圧チョッパ15は、制御部13からのローサイド駆動信号SP2によってローサイドスイッチ17がオン・オフされることで、入力される蓄電池電圧Vbがローサイド補償電圧VoutLに変換される。
In the low-side buck-
昇降圧チョッパは、一般に、入力に対して出力の極性が反転するという性質がある。そのため、本実施形態では、蓄電池10の正極側及び負極側に設ける各電力変換器11,12として、昇降圧チョッパを用いることで、蓄電池10の正極に対して正極側電力供給線6の電位を高くすること、及び蓄電池10の負極に対して負極側電力供給線7の電位を低くすること、の双方を容易に実現している。
The step-up / down chopper generally has a property that the polarity of the output is inverted with respect to the input. Therefore, in this embodiment, as each
制御部13は、蓄電池電圧Vbを検出する電圧検出部13aと、この電圧検出部13aによって検出された蓄電池電圧Vbに基づいて、ハイサイドスイッチ16を駆動するための駆動デューティと駆動タイミング、及びローサイドスイッチ17を駆動するための駆動デューティと駆動タイミングを演算してその演算結果を示す駆動指令を出力するマイコン13bと、マイコン13bからの駆動指令に基づいてハイサイドスイッチ16の駆動用のハイサイド駆動信号SP1及びローサイドスイッチ17の駆動用のローサイド駆動信号SP2を生成して出力する駆動部13cと、を備えている。
The
各駆動信号SP1,SP2は、対応する各スイッチ16,17をオン・オフさせるための所定のデューティ比のパルス信号であり、ハイレベルのときに対応するスイッチがオンし、ローレベルのときにオフする。各駆動信号SP1,SP2の駆動デューティは、生成すべきハイサイド補償電圧VoutH及びローサイド補償電圧VoutLの値に応じて決められる。
Each drive signal SP1, SP2 is a pulse signal having a predetermined duty ratio for turning on / off the corresponding
一方、各駆動信号SP1,SP2の出力タイミングは同じではなく、互いに位相差を持って出力される。その一例を、図3及び図4に示す。なお、図3及び図4における、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチの波形(ON・OFFの変化)は、そのまま、対応する駆動信号のハイ・ローの変化と見なすことができる。 On the other hand, the output timings of the drive signals SP1 and SP2 are not the same, and are output with a phase difference. An example is shown in FIGS. Note that the waveforms of the high-side switch and the low-side switch (changes between ON and OFF) in FIGS. 3 and 4 can be regarded as high-low changes in the corresponding drive signals as they are.
図3は、各駆動信号SP1,SP2の駆動デューティが50%である場合の例である。駆動デューティが50%であるため、各スイッチ16,17はいずれも、オン期間とオフ期間が同じである。そして、ハイサイド補償電圧VoutHは、ハイサイドスイッチ16がオンすると減少してオフすると増加に転じる。つまり、ハイサイド補償電圧VoutHはリプル分を含む電圧となる。ローサイド補償電圧VoutLについても同様である。
FIG. 3 shows an example in which the drive duty of each of the drive signals SP1 and SP2 is 50%. Since the drive duty is 50%, the
そのため、仮に、ハイサイドスイッチ16とローサイドスイッチ17を同じタイミングでオン・オフすると、各補償電圧VoutH,VoutLの変動パターンが同じであるため、リプル分が相加的に増大してしまう。また、蓄電池10から放電される電流のピーク値も上昇してしまう。
For this reason, if the high-
そこで本実施形態では、各駆動信号SP1,SP2に互いに位相差(本例では180度)を持たせ、ハイサイドスイッチ16がオンしていてハイサイド補償電圧VoutHが減少する期間は、ローサイドスイッチ17はオフしてローサイド補償電圧VoutLが増加するようにし、一方、ハイサイドスイッチ16がオフしていてハイサイド補償電圧VoutHが増加する期間は、ローサイドスイッチ17はオンしてローサイド補償電圧VoutLが減少するようにしている。なお、駆動デューティが50%の場合に180度の位相差を持たせるということは、換言すれば、図3からも明らかなように、一方の駆動信号の論理を反転させたものをそのまま他方の駆動信号とすることができるということである。
Therefore, in the present embodiment, the drive signals SP1 and SP2 have a phase difference (180 degrees in this example), and during the period when the high-
このように、各駆動信号SP1,SP2の位相を180度ずらすことで、ハイサイド補償電圧VoutHのリプルとローサイド補償電圧VoutLのリプルが互いに相殺され、その結果、電圧補償装置5から負荷3へ、リプルが低減された直流電圧(負荷電圧VL)が供給される。また、蓄電池10から放電される電流のピーク値も抑制できる。
In this way, by shifting the phases of the drive signals SP1 and SP2 by 180 degrees, the ripple of the high-side compensation voltage VoutH and the ripple of the low-side compensation voltage VoutL cancel each other, and as a result, the voltage compensator 5 to the load 3 A DC voltage (load voltage VL) with reduced ripple is supplied. Moreover, the peak value of the current discharged from the
図4は、各駆動信号SP1,SP2の駆動デューティが70%である場合であって、互いに180度の位相差を有する場合の例である。この場合も、ハイサイドスイッチ16のオン・オフタイミングとローサイドスイッチ17のオン・オフタイミングにずれが生じるため、負荷3へ出力される直流電圧のリプル低減や蓄電池10から放電される電流のピーク値を抑制できるといった効果が得られる。
FIG. 4 shows an example in which the drive duty of each of the drive signals SP1 and SP2 is 70% and has a phase difference of 180 degrees from each other. In this case as well, there is a difference between the on / off timing of the high-
尚、図3及び図4の例では、いずれも各駆動信号SP1,SP2の位相差を180度としたが、これはあくまでも一例であり、具体的にどの程度の位相差を持たせるかについては適宜決めることができる。 In each of the examples of FIGS. 3 and 4, the phase difference between the drive signals SP1 and SP2 is set to 180 degrees. However, this is only an example. It can be determined as appropriate.
以上説明したように、本実施形態の高抵抗接地系・中点接地方式の直流給電システム1では、整流装置2から負荷3への直流電圧が低下したときのバックアップ用の電圧補償装置5として、中点が接地された蓄電池10を有すると共に、この蓄電池10の正極側及び負極側の双方にそれぞれ、昇降圧チョッパからなる電力変換装置が接続されたものが用いられている。
As described above, in the DC
そして、蓄電池電圧Vbが正常であるときは各昇降圧チョッパ14,15は動作せずに蓄電池10から負荷3へ直流電圧が供給される。このとき、蓄電池10の正極側及び負極側の双方に電力変換器が対称配置されていることから、蓄電池10の接地点と各電力供給線6,7の間の電圧は均一となり、接地電流が確実に防止される。
When the storage battery voltage Vb is normal, the step-up / step-down
一方、蓄電池電圧Vbの低下によって各昇降圧チョッパ14,15からの出力電圧がその低下分を補う場合、各昇降圧チョッパ14,15からは、それぞれ、同じ電圧値の電圧(ハイサイド補償電圧VoutH、ローサイド補償電圧VoutL)が出力される。そのため、この場合も、蓄電池10の接地点と各電力供給線6,7の間の電圧は均一となり、接地電流が確実に防止される。
On the other hand, when the output voltage from each step-up / step-down
また、各電力変換器11,12は、いずれも、非絶縁型の電力変換器(具体的にはハイサイド昇降圧チョッパ14,ローサイド昇降圧チョッパ15)にて構成されている。そのため、絶縁型の電力変換器にて構成する場合と比較して、例えば絶縁用の変圧器が不要になるなど、電力変換器を構成する部品点数を削減できる。そして、電力変換器の小型化・高効率化が可能となる。
Each of the
また、図3及び図4を用いて説明したように、各昇降圧チョッパ14,15のスイッチングは、互いに位相差を有する駆動パルスSP1,SP2に従って行われるため、電圧補償装置5から負荷3へ出力される直流電圧全体のリプルを低減することができる。そのため、各昇降圧チョッパ14,15における出力平滑用フィルタを小型化することができ、コストダウンが可能となる。また、蓄電池10から放電される電流のピーク値を低減することもできるため、蓄電池10の長寿命化が図られてその信頼性が向上する。
As described with reference to FIGS. 3 and 4, the switching of the step-up / step-down
なお、本実施形態において、ハイサイド補償電圧VoutHは本発明の正極側補償電圧に相当し、ローサイド補償電圧VoutLは本発明の負極側補償電圧に相当する。また、ハイサイド電力変換器11は本発明の正極側電力変換手段に相当し、ローサイド電力変換器12は本発明の負極側電力変換手段に相当する。
In the present embodiment, the high side compensation voltage VoutH corresponds to the positive side compensation voltage of the present invention, and the low side compensation voltage VoutL corresponds to the negative side compensation voltage of the present invention. The high-
[第2実施形態]
次に、第2実施形態の電圧補償装置について、図5を用いて説明する。図5に示すように、本実施形態の電圧補償装置20が第1実施形態の電圧補償装置5(図1,図2参照)と異なるのは、蓄電池10の中点と接地電位の間に、接地電流を検出するための電流検出抵抗R3が接続されていること、及び、この電流検出抵抗R3を用いて検出された接地電流に基づき、制御部21がハイサイド昇降圧チョッパ14のハイサイドスイッチ16及びローサイド昇降圧チョッパ15のローサイドスイッチ17をそれぞれ個別に制御することである。それ以外の構成については、第1実施形態の電圧補償装置5と同じであるため、第1実施形態と同じ構成要素には第1実施形態と同じ符号を付し、その説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, the voltage compensation device of the second embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, the voltage compensation device 20 of the present embodiment is different from the voltage compensation device 5 of the first embodiment (see FIGS. 1 and 2) between the midpoint of the
本実施形態の電圧補償装置20では、電流検出抵抗R3における蓄電池10の中点との接続点の電圧が、制御部21内の電流検出部21aに入力される。この電流検出部21aに入力される電圧は、接地電流に応じた値である。そのため、電流検出部21aは、電流検出抵抗R3から入力された電圧に基づき、接地電流を検出する。そして、その検出した接地電流の値を示すデータ(接地電流検出データ)をマイコン21bへ出力する。
In the voltage compensation device 20 of the present embodiment, the voltage at the connection point between the current detection resistor R3 and the middle point of the
マイコン21bは、入力された接地電流検出データに基づき、接地電流が所定の電流値以下となるように、各スイッチ16,17を個別に制御する。つまり、第1実施形態のようにハイサイド昇降圧チョッパ14からのハイサイド補償電圧VoutHとローサイド昇降圧チョッパ15からのローサイド補償電圧VoutLを同じ電圧値とするのではなく、接地電流が所定の電流値以下となるようにそれぞれ個別に設定するのである。なお、上記の所定の電流値は適宜決めることができ、0としてもよい。
Based on the input ground current detection data, the
個別設定の具体的方法としては、例えば、接地電位側から蓄電池10内の接地点に向かう方向に接地電流が流れているならば、ハイサイド補償電圧VoutHをより低くするか或いはローサイド補償電圧VoutLをより高くすることによってその接地電流を低下・防止することができる。逆に、蓄電池10内の接地点から接地電位側に向かう方向に接地電流が流れているならば、ローサイド補償電圧VoutLをより低くするか或いはハイサイド補償電圧VoutHをより高くすることによってその接地電流を低下・防止することができる。
As a specific method of the individual setting, for example, if a ground current flows in a direction from the ground potential side toward the ground point in the
なお、はじめから各補償電圧を個別に設定していくようにしてもよいが、例えば、最初は各補償電圧を第1実施形態と同じように同じ電圧値に設定し、そのときに検出される接地電流の値に基づいて、以後、各補償電圧の何れか一方又は双方を適宜個別に設定するようにしてもよい。 Although each compensation voltage may be set individually from the beginning, for example, each compensation voltage is initially set to the same voltage value as in the first embodiment, and is detected at that time. Based on the value of the ground current, thereafter, either one or both of the compensation voltages may be set individually as appropriate.
このように構成された本実施形態の電圧補償装置20によれば、蓄電池10の電圧のばらつきや各高抵抗R1,R2の抵抗値の公差などといった様々な要因によって、単に各補償電圧を同じ電圧値に設定するだけでは接地電流を効果的に防止できない場合でも、接地電流をより確実に防止することが可能となる。
According to the voltage compensation device 20 of the present embodiment configured as described above, each compensation voltage is simply set to the same voltage due to various factors such as variations in the voltage of the
[変形例]
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
[Modification]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can take various forms as long as they belong to the technical scope of the present invention. Needless to say.
例えば、上記実施形態では、電圧補償装置において蓄電池10の正極側及び負極側の双方に設ける各電力変換器11,12を、いずれも昇降圧チョッパにより構成した場合について示したが、双方を昇降圧チョッパとする構成はあくまでも一例である。
For example, in the above-described embodiment, the
例えば、双方ともにチョッパにより構成する場合は、ハイサイド電力変換器11を、昇圧チョッパにて構成することもできる。ハイサイド電力変換器11を昇圧チョッパにて構成した電圧補償装置の一例を、図6に示す。
For example, when both are configured by a chopper, the high-
図6に示す電圧補償装置30は、第1実施形態の電圧補償装置5(図1,図2参照)において、ハイサイド昇降圧チョッパ14をハイサイド昇圧チョッパ31に変えたものである。
A
図6に示すように、ハイサイド昇圧チョッパ31は、一端が蓄電池10の正極に接続されたリアクトルL21と、ドレインがリアクトルL2の他端に接続されてソースがローサイド昇降圧チョッパ15におけるダイオードD17のアノードに接続されたMOSFET(ハイサイドスイッチ)33と、アノードがハイサイドスイッチ33のドレインに接続されたダイオードD31と、一端がダイオードD31のカソードに接続されて他端がハイサイドスイッチのソースに接続されたコンデンサC21と、アノードがダイオードD31のカソードに接続されてカソードがダイオードD1のカソードに接続(即ち正極出力端子8に接続)されたダイオードD32を備えてなるものである。
As shown in FIG. 6, the high-
そして、ハイサイドスイッチ33のゲートには制御部32からのハイサイド駆動信号SP1が入力される。なお、リアクトルL21及びコンデンサC21からなる回路は、出力電圧(ハイサイド補償電圧VoutH)のリプルを低減するための出力平滑用フィルタとしても機能する。
The high-side drive signal SP1 from the
このように構成されたハイサイド昇圧チョッパ31は、制御部32からのハイサイド駆動信号SP1によってハイサイドスイッチ33がオン・オフされることで、入力される蓄電池電圧Vbよりも高い直流電圧が生成される。この生成された直流電圧は、蓄電池10の負極とダイオードD1のカソードの間に印加される構成となっている。
The high-
そのため、このハイサイド昇圧チョッパ31からの出力電圧が、蓄電池電圧Vbよりもハイサイド補償電圧VoutHだけ高い電圧となるように、ハイサイド昇圧チョッパ31を制御すれば、結果として、正極側電力供給線6の電位を蓄電池10の正極の電位よりもハイサイド補償電圧VoutHだけ高くすることができ、上記各実施形態と同等の機能を有する電圧補償装置30が実現される。
Therefore, if the high-
また、ここまでの説明では、電圧補償装置を構成する各電力変換器をいずれも非絶縁型の電力変換器により構成した場合について示したが、非絶縁型の電力変換器を用いることについても一例にすぎず、絶縁型の電力変換器を用いても良い。各電力変換器が絶縁型の電力変換器にて構成された電圧補償装置の一例を、図7に示す。 In the description so far, the case where each power converter constituting the voltage compensator is configured by a non-insulated power converter is shown, but an example of using a non-insulated power converter is also an example. However, an insulated power converter may be used. FIG. 7 shows an example of a voltage compensator in which each power converter is constituted by an insulated power converter.
図7に示す電圧補償装置40は、蓄電池10の電圧(蓄電池電圧Vb)を入力してこの蓄電池電圧Vbを一旦交流に変換する入力側変換器41と、蓄電池10の正極側に設けられたハイサイド出力側変換器42と、蓄電池10の負極側に設けられたローサイド出力側変換器43とを備えている。そして、これら各変換器41,42,43により、全体として1つの絶縁型の電力変換器が構成されている。
The
なお、蓄電池10の正極に接続された各ダイオードD1,D12と、蓄電池10の負極に接続された各ダイオードD2,D17は、第1実施形態の電圧補償装置5においても同様に蓄電池10に接続されていたものである。そのため、第1実施形態と同じ符号を付している。
The diodes D1 and D12 connected to the positive electrode of the
入力側変換器41は、図示の如く、4つのスイッチング素子(MOSFET)51,52,53,54からなる周知のフルブリッジ型の電力変換回路(自励式の電圧型インバータ)であり、変圧器45の一次巻線L11へ交流電圧を供給する。なお、各スイッチング素子51,52,53,54のドレイン−ソース間にそれぞれ並列接続された各ダイオードD21,D22,D23,D24は、周知のフライバックダイオードである。また、入力側変換器41の入力側に並列接続されたコンデンサC11は、入力電圧を安定化させるためのものである。
As shown in the figure, the
変圧器45は、二次側が、第1の二次巻線L12と第2の二次巻線L13の2つに分割された構成であり、各二次巻線L12,L13の巻数は同じである。そのため、各二次巻線L12,L13には、一次巻線L11の巻数と各二次巻線L12,L13の巻数との比率に応じた交流電圧が発生する。この変圧器45により、入力側と出力側が絶縁されることとなる。
The
ハイサイド出力側変換器42は、第1の二次巻線L12に誘起された交流電圧を平滑化して直流電圧に変換するための、ダイオードD26、リアクトルL14,及びコンデンサC12からなる整流平滑化回路を備えている。
The high-side
同様に、ローサイド出力側変換器43は、第2の二次巻線L13に誘起された交流電圧を平滑化して直流電圧に変換するための、ダイオードD28、リアクトルL15,及びコンデンサC13からなる整流平滑化回路を備えている。
Similarly, the low-side
そして、ハイサイド出力側変換器42とローサイド出力側変換器43は、いずれも同じ電圧値の直流電圧を出力する。
そのため、図7に示したような、絶縁型の電力変換器を有する電圧補償装置40によっても、第1実施形態の電圧補償装置5と同様に、接地電流を防止することができる。
The high-side
Therefore, the ground current can be prevented also by the
また、上記実施形態の直流給電システムは、整流装置2からの直流電圧が低下して蓄電池電圧Vbよりも低くなったときにその電圧差によって自然に蓄電池10から負荷3へ直流電圧が出力されるようになる構成であったが、これはあくまでも一例であり、例えば、蓄電池10と各電力供給線6,7をスイッチ等で遮断しておき、整流装置2からの直流電圧が所定の閾値以下となったときにスイッチ等をオンして蓄電池10から負荷3へ直流電圧を出力させるようにしてもよい。
In the DC power supply system of the above embodiment, when the DC voltage from the rectifying device 2 decreases and becomes lower than the storage battery voltage Vb, the DC voltage is naturally output from the
また、上記実施形態では、蓄電池電圧Vbが380Vより低くなって蓄電池10のみでは負荷3へ十分な直流電圧を供給できない状態となったときに各昇降圧チョッパ14,15が動作するものとして説明したが、蓄電池電圧Vbの大きさにかかわらず、電圧補償装置から負荷3への直流電圧の出力が開始されたらすぐに各昇降圧チョッパ14,15を動作させて、蓄電池電圧Vbよりも高い電圧値の直流電圧を負荷3へ出力するようにしてもよい。
Moreover, in the said embodiment, when the storage battery voltage Vb became lower than 380V and it became the state which cannot supply sufficient DC voltage to the
また、上記実施形態では、三相交流電圧を整流装置2にて直流に変換することにより負荷動作用の直流電圧を生成したが、このような構成もあくまでも一例であり、負荷3へ直流電圧を供給するための電源側の構成(電圧補償装置は除く)は特に限定されるものではない。
In the above embodiment, the DC voltage for load operation is generated by converting the three-phase AC voltage into DC by the rectifier 2. However, such a configuration is merely an example, and the DC voltage is applied to the
1…直流給電システム、2…整流装置、3…負荷、4…充電装置、5,20,30,40…電圧補償装置、6…正極側電力供給線、7…負極側電力供給線、8…正極出力端子、9…負極出力端子、10…蓄電池、11…ハイサイド電力変換器、12…ローサイド電力変換器、13,21,32…制御部、13a…電圧検出部、13b,21b…マイコン、13c…駆動部、14…ハイサイド昇降圧チョッパ、15…ローサイド昇降圧チョッパ、16,33…ハイサイドスイッチ、17…ローサイドスイッチ、21a…電流検出部、31…ハイサイド昇圧チョッパ、41…入力側変換器、42…ハイサイド出力側変換器、43…ローサイド出力側変換器、45…変圧器、C1,C2,C11,C12,C13,C21,C22…コンデンサ、D1,D2,D11,D12,D16,D17,D21〜D24,D26,D28,D31,D32…ダイオード、L1,L2,L14,L15,L21…リアクトル、L11…一次巻線、L12…第1の二次巻線、L13…第2の二次巻線、R1,R2…高抵抗、R3…電流検出抵抗
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記負荷へ前記補償用の直流電圧を供給するための、正極と負極の間の中点が接地された蓄電池と、
前記蓄電池の電圧を元に、前記正極側電力供給線の電位を前記蓄電池の正極の電位よりも所定の正極側補償電圧だけ高くすると共に、前記蓄電池の電圧を元に、前記負極側電力供給線の電位を前記蓄電池の負極の電位よりも所定の負極側補償電圧だけ低くする、補償電圧生成手段を備えている
ことを特徴とする電圧補償装置。 Power from a power supply device that outputs a DC voltage is supplied to a load by a positive power supply line and a negative power supply line, which are positive and negative power supply lines that are grounded through resistors of the same resistance value. In the configured DC power supply system, the DC power supply line is provided between the positive electrode power supply line and the negative electrode power supply line, and the DC voltage supplied from the power supply device to the load is lower than a predetermined voltage value. A voltage compensator for compensating a DC voltage for operating a load,
A storage battery in which a midpoint between a positive electrode and a negative electrode is grounded to supply the compensation DC voltage to the load;
Based on the voltage of the storage battery, the potential of the positive power supply line is made higher by a predetermined positive compensation voltage than the potential of the positive electrode of the storage battery, and the negative power supply line is based on the voltage of the storage battery. Compensation voltage generation means is provided for lowering the potential of the storage battery by a predetermined negative-side compensation voltage than the negative-electrode potential of the storage battery.
前記補償電圧生成手段は、前記正極側補償電圧と前記負極側補償電圧を同じ電圧値に設定する
ことを特徴とする電圧補償装置。 The voltage compensator according to claim 1,
The compensation voltage generating means sets the positive compensation voltage and the negative compensation voltage to the same voltage value.
前記蓄電池から前記各抵抗を介して接地電位側へ流れる接地電流を検出する接地電流検出手段を備え、
前記補償電圧生成手段は、前記接地電流検出手段により検出される前記接地電流が所定の電流値以下となるように、前記正極側補償電圧及び前記負極側補償電圧の電圧値をそれぞれ個別に設定する
ことを特徴とする電圧補償装置。 The voltage compensator according to claim 1 or 2,
Ground current detection means for detecting a ground current flowing from the storage battery to the ground potential side through the resistors,
The compensation voltage generation means individually sets the positive-side compensation voltage and the negative-side compensation voltage so that the ground current detected by the ground-current detection means is a predetermined current value or less. A voltage compensation device.
前記補償電圧生成手段は、
前記蓄電池と前記正極側電力供給線の間に設けられ、入力される前記蓄電池の電圧を元に前記正極側補償電圧を生成して出力する正極側電力変換手段と、
前記蓄電池と前記負極側電力供給線の間に設けられ、入力される前記蓄電池の電圧を元に前記負極側補償電圧を生成して出力する負極側電力変換手段と、
を備えていることを特徴とする電圧補償装置。 The voltage compensator according to any one of claims 1 to 3,
The compensation voltage generating means includes
A positive-side power conversion means that is provided between the storage battery and the positive-side power supply line and generates and outputs the positive-side compensation voltage based on the voltage of the input storage battery;
A negative-side power conversion means that is provided between the storage battery and the negative-side power supply line, and generates and outputs the negative-side compensation voltage based on the input voltage of the storage battery;
A voltage compensator characterized by comprising:
前記正極側電力変換手段及び前記負極側電力変換手段の少なくとも一方は、入力側と出力側が絶縁されていない非絶縁型にて構成されている
ことを特徴とする電圧補償装置。 The voltage compensator according to claim 4,
At least one of the positive side power conversion unit and the negative side power conversion unit is configured as a non-insulated type in which the input side and the output side are not insulated.
前記正極側電力変換手段及び前記負極側電力変換手段は、いずれも、入力電圧を昇圧又は降圧可能であると共に入力電圧に対して正・負の極性が反転した電圧が出力される昇降圧チョッパ回路にて構成されている
ことを特徴とする電圧補償装置。 The voltage compensator according to claim 5,
The positive-side power conversion means and the negative-side power conversion means are both capable of boosting or stepping down the input voltage and outputting a voltage whose positive / negative polarity is inverted with respect to the input voltage. It is comprised by these. The voltage compensation apparatus characterized by the above-mentioned.
前記正極側電力変換手段及び前記負極側電力変換手段は、スイッチング方式の電力変換回路にて構成され、各々が有するスイッチング素子を、互いに位相差を持った駆動信号に従ってオン・オフさせることにより、対応する前記補償電圧を生成する
ことを特徴とする電圧補償装置。 The voltage compensator according to any one of claims 4 to 6,
The positive-side power conversion means and the negative-side power conversion means are configured by a switching-type power conversion circuit, and each switching element is turned on / off according to a drive signal having a phase difference. A voltage compensation device for generating the compensation voltage.
前記正極側電力供給線と前記負極側電力供給線の間に、請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の電圧補償装置が設けられている
ことを特徴とする直流給電システム。 DC configured to supply power from a power supply device that outputs a DC voltage to a load via a positive power supply line and a negative power supply line, which are positive and negative power supply lines that are grounded via resistors, respectively. A power supply system,
The DC power supply system according to any one of claims 1 to 7, wherein the voltage compensating device according to any one of claims 1 to 7 is provided between the positive electrode side power supply line and the negative electrode side power supply line.
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