JP5818152B2 - 直流給電システム - Google Patents

Description

本発明は、電源装置から負荷装置へ過電流が流れた場合にこれを遮断することが可能な半導体遮断器を備えた直流給電システムに関する。

近年、データセンタや通信局舎などにおいては、ルータやサーバ等の各種負荷装置へ直流電力を供給する直流給電システムの構築が進められている。直流給電システムは、電源装置からの直流電力（直流電流）を電力供給線を介して負荷装置へ供給するものであり、１つの電源装置から複数の負荷装置へ給電する場合には、電源装置からの直流電力を電流分配装置で分配して複数の負荷装置へ供給するように構成される。

このような直流給電システムでは、負荷装置への給電を高信頼・高品質で行えるようにすることが要求されている。そのため、電源装置と負荷装置の間には、負荷装置側で短絡等の事故が発生した場合に生じる過大な短絡電流からシステムを保護するために、保護装置が設けられる。上述した電流分配装置を備えたシステムにおいては、その電流分配装置内において分配先毎に保護装置が設けられるのが一般的である。

保護装置としては、従来よりヒューズの使用が一般的であるが、ヒューズの場合、過電流によって溶断する度に交換する必要があったり、高電圧の直流給電システムになるとそれに応じた定格のものを用いる必要があるなど、手間やコストの点で難点がある。そのため、ヒューズに代わる保護装置として、電力供給線上に半導体スイッチング素子を挿入し、この半導体スイッチング素子によって電力供給線を導通・遮断可能に構成された半導体遮断器が種々提案されている。

半導体遮断器は、通常動作時は半導体スイッチング素子を常時オンして電源装置から負荷装置へ電力を供給させるが、例えば、短絡事故が生じて半導体スイッチング素子を流れる電流が所定の閾値以上となった場合、即ち過電流状態になった場合には、これを検出して半導体スイッチング素子をオフすることで、過電流を遮断する。

ところで、過電流の発生は短絡事故が生じた場合には限られない。例えば瞬間的に流れる突入電流やノイズによって発生するなど、直流給電システムが正常であっても過電流が発生する場合がある。

このような、突入電流やノイズなどによる過電流は、短絡等による事故電流とは違って、システムの異常によって発生するものではないため、そのような過電流が検出された場合には必ずしも継続的に遮断させる必要はない。

そこで従来、過電流が発生した場合に、それが短絡等による事故電流なのかそれとも突入電流やノイズなどによる一時的なものなのかを判定し、事故電流であった場合には半導体スイッチング素子を完全にオフさせるという技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。

特許文献１，２に記載された技術は、半導体スイッチング素子を流れる電流が閾値以上か否か判断し、閾値以上となった場合には半導体スイッチング素子のオン・オフ（以下「リトライ動作」という）を繰り返すことで、短絡電流を限流するものである。リトライ動作を行う毎、即ち、一旦オフさせて再びオンさせる毎に、そのオン時に半導体スイッチング素子を通過する電流をみて、閾値を下回っているか否か判断する。そして、閾値を下回
るまでリトライ動作を繰り返し、閾値を下回ったならばリトライ動作を停止して半導体スイッチング素子を常時オン状態に復帰させる。

一方、所定時間リトライ動作を繰り返しても閾値を下回らなかった場合は、短絡等による事故電流であると判定して、半導体スイッチング素子を完全にオフする。

特開２００７−２３６０６１号公報 特開平１１−４１７８７号公報

ところで、システムの設計の仕方によっては、直流給電システムの構成として、図５に示すように、１つの電源装置１０３と、該電源装置１０３に接続された１つの半導体遮断器（上位の半導体遮断器）１１０と、該上位の半導体遮断器１１０に接続された各半導体遮断器（下位の半導体遮断器）１１１−１〜１１１−Ｎ（Ｎは１以上の整数）と、該下位の半導体遮断器１１１−１〜１１１−Ｎのそれぞれに接続された各負荷装置１５１−１〜１５１−Ｎを備えた形態が考えられる。

なお、一般に上位の半導体遮断器１１０の電流閾値（第１閾値）は下位の半導体遮断器１１１−１〜１１１−Ｎの電流閾値（第２閾値）よりも大きい値に設定されている。
上位の半導体遮断器１１０は、主に上位の半導体遮断器１１０の出力側から下位の半導体遮断器１１１−１〜１１１−Ｎの入力までの間の短絡等の事故が発生した場合に生じる短絡電流（過電流）からシステムを保護する機能を有している。

下位の半導体遮断器１１１−１〜１１１−Ｎは、主に下位の半導体遮断器１１１−１〜１１１−Ｎのそれぞれに接続された各負荷装置１５１−１〜１５１−Ｎ側で短絡等の事故が発生した場合に生じる短絡電流（過電流）からシステムを保護する機能を有している。

上位の半導体遮断器１１０と下位の半導体遮断器１１１−１〜１１１−Ｎのリトライ動作については、リトライ動作開始のトリガとなる電流閾値が異なる点以外は両者共に同様の動作を行うように設定されていることが通常である。

上記した形態の直流給電システムでは、例えば、負荷装置１５１−１で短絡事故が発生した場合、短絡電流が下位の半導体遮断器１１１−１だけでなく、さらにその上位に位置する半導体遮断器１１０にも流れる。これは、この短絡電流の電流値が極めて大きく上位の半導体遮断器１１０の第１閾値を超える場合が多いからである。

このため、下位の半導体遮断器１１１-１と上位の１１０が同時にリトライ動作を開始
し、所定時間リトライ動作を行っても短絡事故が継続している場合は、両半導体遮断器１１１−１，１１０の半導体スイッチング素子が同時に継続的なオフ状態となる。

したがって、下位の半導体遮断器１１１−１のみならず上位の半導体遮断器１１０にも保護動作（電源装置から負荷装置への電力供給が継続的に遮断する動作をいい、以下、「遮断動作」と呼ぶ。）が働くことになる。

したがって、直流給電システム全体がダウンしてしまう。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、負荷装置に短絡等による事故が生じた場合でも継続してシステムを安定に動作させシステムの信頼性を向上させることが可能な半
導体遮断器を備えた直流給電システムを提供することを目的とする。

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、電源装置からの直流電力を複数の給電系統に分配して該給電系統毎にそれぞれ複数の負荷装置へ直流電力を供給し、前記電源装置に接続され該電源装置からの直流電流が流れる第１の電力供給線を導通・遮断するための電源側半導体遮断器と、前記各負荷装置にそれぞれ接続され前記電源側半導体遮断器からの直流電流が流れる第２の電力供給線を導通・遮断するための複数の負荷側半導体遮断器とを備えた直流給電システムであって、前記電源側半導体遮断器は、スイッチのオン・オフにより前記第１の電力供給線を導通・遮断する第１の半導体スイッチ手段と、前記第１の半導体スイッチ手段に流れる直流電流が過電流であるか否かを判断する第１の過電流判断手段と、前記第１の過電流判断手段により過電流と判断された場合に、所定のタイミングで前記第１の半導体スイッチ手段のオン・オフを繰り返す電源側リトライ動作を行うとともに、前記第１の過電流判断手段により過電流と判断される状態が電源側事故判定所要期間以上継続した場合に前記第１の半導体スイッチ手段を継続的にオフさせる第１のリトライ制御手段を有し、前記複数の負荷側半導体遮断器は、それぞれ、スイッチのオン・オフにより前記第２の電力供給線を導通・遮断する第２の半導体スイッチ手段と、前記第２の半導体スイッチ手段に流れる直流電流が過電流であるか否かを判断する第２の過電流判断手段と、前記第２の過電流判断手段により前記過電流と判断された場合に、所定のタイミングで前記第２の半導体スイッチ手段のオン・オフを繰り返す負荷側リトライ動作を行うとともに、前記第２の過電流判断手段により前記過電流と判断される状態が、負荷側事故判定所要期間以上継続した場合に前記第２の半導体スイッチ手段を継続的にオフさせる第２のリトライ制御手段を有する。
そして、前記電源側半導体遮断器が有する前記第１の過電流判断手段は、前記第１の半導体スイッチ手段に流れる直流電流が第１の過電流閾値以上の場合に過電流と判断し、前記複数の負荷側半導体遮断器が有する前記第２の過電流判断手段は、それぞれ、前記第２の半導体スイッチ手段に流れる直流電流が第２の過電流閾値以上の場合に過電流と判断し、前記第１の過電流閾値は、前記第２の過電流閾値以上であり、前記電源側事故判定所要期間は、全ての前記負荷側半導体遮断器におけるそれぞれの前記負荷側事故判定所要期間のいずれよりも長い。

本発明では、負荷装置の短絡事故によって過電流（短絡電流）が第１の半導体スイッチ手段及び第２の半導体スイッチ手段に流れた場合は、負荷側事故判定所要期間が経過するまでは短絡事故が生じた負荷装置に接続された負荷側半導体遮断器（下位の半導体遮断器）の負荷側リトライ動作が続くものの、負荷側事故判定所要期間が経過したら第２の半導体スイッチ手段が継続的にオフされる。

電源側事故判定所要期間は負荷側事故判定所要期間よりも長いため、負荷側事故判定所要期間の経過と同時に第１の半導体スイッチ手段はオフしない。
また、負荷側事故判定所要期間が経過した後は第１の半導体スイッチ手段には短絡電流が流れなくなり電源側半導体遮断器の電源側リトライ動作が停止し、電源側半導体遮断器（上位の半導体遮断器）は通常状態（第１の半導体スイッチ手段がオンを維持する状態）に戻る。

このため、請求項１に記載の半導体遮断器によれば、負荷装置の短絡事故により下位の半導体遮断器に遮断動作が働いても上位の半導体遮断器には遮断動作が働かず通常状態に戻るので、短絡事故が生じた負荷装置に接続された下位の半導体遮断器を除き、システム全体がダウンしてしまうことがない。

したがって、負荷装置に短絡等の事故が生じた場合でも継続してシステムを安定に動作させシステムの信頼性を向上させることができる。
また、請求項２に記載の発明は、電源装置からの直流電力を１つの負荷装置へ供給し、前記電源装置に接続され前記電源装置からの直流電流が流れる第１の電力供給線を導通・遮断するための１つの電源側半導体遮断器と、該負荷装置に接続され前記電源側半導体遮断器からの直流電流が流れる第２の電力供給線を導通・遮断するための１つの負荷側半導体遮断器とを備えた直流給電システムであって、前記電源側半導体遮断器は、スイッチのオン・オフにより前記第１の電力供給線を導通・遮断する第１の半導体スイッチ手段と、前記第１の半導体スイッチ手段に流れる直流電流が過電流であるか否かを判断する第１の過電流判断手段と、前記第１の過電流判断手段により過電流と判断された場合に、所定のタイミングで前記第１の半導体スイッチ手段のオン・オフを繰り返す電源側リトライ動作を行うとともに、前記第１の過電流判断手段により過電流と判断される状態が電源側事故判定所要期間以上継続した場合に前記第１の半導体スイッチ手段を継続的にオフさせる第１のリトライ制御手段を有し、前記負荷側半導体遮断器は、スイッチのオン・オフにより前記第２の電力供給線を導通・遮断する第２の半導体スイッチ手段と、前記第２の半導体スイッチ手段に流れる直流電流が過電流であるか否かを判断する第２の過電流判断手段と、前記第２の過電流判断手段により前記過電流と判断された場合に、所定のタイミングで前記第２の半導体スイッチ手段のオン・オフを繰り返す負荷側リトライ動作を行うとともに、前記第２の過電流判断手段により前記過電流と判断される状態が負荷側事故判定所要期間以上継続した場合に前記第２の半導体スイッチ手段を継続的にオフさせる第２のリトライ制御手段を有する。
そして、前記電源側半導体遮断器が有する前記第１の過電流判断手段は、前記第１の半導体スイッチ手段に流れる直流電流が第１の過電流閾値以上の場合に過電流と判断し、前記負荷側半導体遮断器が有する前記第２の過電流判断手段は、前記第２の半導体スイッチ手段に流れる直流電流が第２の過電流閾値以上の場合に過電流と判断し、前記第１の過電流閾値は、前記第２の過電流閾値以上であり、前記電源側事故判定所要期間は、前記負荷側事故判定所要期間よりも長い。

本発明に係る直流給電システムは、電源装置と、該電源装置に接続された１つの電源側半導体遮断器と、該電源側半導体遮断器に接続された１つの負荷側半導体遮断器と、該負荷側半導体遮断器に接続された１つの負荷装置で構成されたものであり、給電系統は１つである。

したがって、給電系統が１つであることと、下位の半導体遮断器に遮断動作が働き上位の半導体遮断器に遮断動作が働かず通常状態に戻るという状況に照らせば、短絡事故が負荷装置に生じたことを特定し易くなる。

また、請求項３に示すように、設定装置をさらに備え、前記設定装置は、前記負荷側事故判定所要期間及び前記電源側事故判定所要期間を設定する設定部を備えるようにしてもよい。

したがって、負荷側半導体遮断器の負荷側事故判定所要期間及び電源側半導体遮断器の電源側事故判定所要期間の設定を変更・更新が容易に行えるので、システムの設定変更を容易に行うことができ、システムの設定の自由度が広がる。

また、請求項４に示すように、前記負荷側事故判定所要期間は、負荷側事故判定時間が経過するまでの期間、又は前記負荷側リトライ動作が負荷側リトライ回数行われる期間であり、前記電源側事故判定所要期間は、前記負荷側事故判定時間より長い電源側事故判定時間が経過するまでの期間、又は、前記電源側リトライ動作が、前記負荷側リトライ回数より多い電源側リトライ回数行われる期間であることが望ましい。

このようにすることにより、事故判定所要期間の設定の自由度が広がり、汎用性の高い直流給電システムの提供が可能となる。

第１実施形態の直流給電システムの概略構成を表す構成図である。 （ａ）は短絡電流が流れたときの負荷側半導体遮断器の動作を説明するための図であり、（ｂ）は短絡電流が流れたときの電源側半導体遮断器の動作を説明するための図である。 （ａ）は負荷側半導体遮断器の半導体スイッチ部に流れる出力電流波形図であり、（ｂ）は負荷側半導体遮断器の半導体スイッチ部のゲート駆動電圧の波形図であり、（ｃ）は電源側半導体遮断器の半導体スイッチ部に流れる出力電流波形図であり、（ｄ）は電源側半導体遮断器の半導体スイッチ部のゲート駆動電圧の波形を示した図である。 本発明の直流給電システムの変形例を示した図である。 従来の直流給電システムを説明するための図である。

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］
（１）直流給電システムの構成
図１に、本発明が適用された実施形態の直流給電システム１の概略構成を表す。図１に示すように、本実施形態の直流給電システム１は、電源装置３からの直流電力を複数の給電系統に分配して該給電系統毎にそれぞれ複数の負荷装置５１-１，５１−２，５１−３
，・・・へ直流電力を供給するように構成されたものである。図１では、一例として、１つの系統に対して１つの負荷装置が接続された構成が示されている。

直流給電システム１は、第１の電力供給線７，８を導通・遮断するための電源側半導体遮断器（上位の半導体遮断器）１０と、電源側半導体遮断器１０の後段に配置され、負荷装置５１-１，５１−２，５１−３，・・・にそれぞれ接続され第２の電力供給線１２，
１３を導通・遮断するための複数の負荷側半導体遮断器（下位の半導体遮断器）５１-１
，５１−２，５１−３，・・・とを備えて構成されている。

電源装置３は、各負荷装置５１-１，５１−２，５１−３，・・・へその動作用の直流
電力を供給するものである。この電源装置３の具体的構成としては、例えば、商用交流電力を直流電力に変換する整流装置を備えてなるものが考えられるが、負荷装置側へ所定電圧の直流電力を供給できるものである限り、その具体的構成は特に限定されるものではない。

各負荷装置５１−１，５１−２，５１−３，・・・は、いずれも電源装置３からの直流電力によって動作するものである。
電源側半導体遮断器１０は、２本の電力供給線７，８のうち一方の電力供給線７に設けられた半導体スイッチ部１６と、この半導体スイッチ部１６が設けられた電力供給線７を流れる電流を検出するための電流センサ１５と、電流センサ１５による検出結果に基づいて半導体スイッチ部１６の動作（オン・オフ）を制御する制御回路２３とを備えている。

なお、２本の電力供給線７，８のうち、半導体スイッチ部１６が設けられた一方の電力供給線７は電源装置３内の直流電源（直流電圧）の正極側に接続され、他方の電力供給線８は電源装置３内の直流電源の負極側に接続されている。但し、各電力供給線７，８のうちどちらに半導体スイッチ部１６や電流センサ１５を設けるかについては特に限定されるものではなく、半導体スイッチ部１６については、負荷装置５１−１側へ直流電力を供給又は遮断できるものである限り、また電流センサ１５については、負荷装置側５１−１へ流れる電流を検出できるものである限り、具体的にどの電力供給線へどのように設けるかは適宜決めることができる。

半導体スイッチ部１６は、電力供給線７上に挿入された半導体スイッチング素子（図示略。例えばＭＯＳＦＥＴ。）を備えてなるものであり、制御回路２３からの駆動信号（詳しくは後述する駆動部２４からの駆動信号）に従ってその半導体スイッチング素子がオン・オフされる。即ち、半導体スイッチング素子が例えばＭＯＳＦＥＴで、正極側に半導体スイッチ部を設ける場合は、ドレインが電源装置３側に接続され、ソースが負荷装置５１−１側に接続され、ゲートが駆動部２４に接続され、該ゲートに駆動部２４からの駆動信号が入力されることとなる。

なお、以下の説明で半導体スイッチ部１６について「オン」「オフ」という場合は、詳しくは半導体スイッチ部１６を構成する半導体スイッチング素子の「オン（ターンオン）」「オフ（ターンオフ）」を意味しているものとする。

そのため、半導体スイッチ部１６がオンされている間は、この半導体スイッチ部１６が設けられている電力供給線７が導通される。即ち、電源装置３から負荷装置５１−１への電力供給が可能な状態となる。逆に、半導体スイッチ部１６がオフされている間は、この半導体スイッチ部１６が設けられている電力供給線７が遮断される。即ち、電源装置３から負荷装置５１−１への電力供給が遮断される。

制御回路２３は、電流センサ１５により検出された電流値を計測してその電流値を示すデータ（電流Ｉａ）を出力する電流計測部２１と、この電流計測部２１から出力されたデータ（電流Ｉａ）が記憶される計測値記憶部２２と、この計測値記憶部２２に記憶された電流Ｉａに基づいて後述する各種判断を行い、その判断結果に応じて半導体スイッチ部１６をオン又はオフさせるための制御信号を出力する制御部２６と、この制御部２６からの制御信号に従って半導体スイッチ部１６へ駆動信号を出力することにより半導体スイッチ部１６をオン・オフさせる駆動部２４と、制御部２６にて行われる各種判断に用いられる各種設定情報が記憶された設定情報記憶部２５とを備えて構成されている。

設定情報記憶部２５には、設定情報として、半導体スイッチ部１６を流れる過電流が短絡等による事故電流であるか否かを判断するための判断基準として用いられる「第１の過電流閾値」と、半導体スイッチ部１６を流れる過電流が短絡等による事故電流であると判断され、その状態が継続する場合において半導体スイッチ部１６を継続的にオフさせるか否かの判定を下すための判定基準として用いられる「第１のリトライ回数」が記憶されている。ここで、「第１のリトライ回数」は後述する電源側半導体遮断器１０のリトライ動作の回数である。なお、第１のリトライ回数は後述する第２のリトライ回数よりも多くなるように設定されている。

そして、これらの設定情報は、例えば、外部の設定装置７０からネットワーク（例えば、ＬＡＮ）６０及び入力インタフェース１４を介して設定情報記憶部２５に入力・記憶される。また、これらの設定情報は、システムの設定変更に伴い適宜更新される。

なお、電流計測部２１による電流Ｉａの計測は、制御部２５からの計測指示に従って行われる。また、リトライ動作中は、半導体スイッチ部１６がオンした時の電流Ｉａ（ピーク値）を計測するように計測指示が行われる。そして、その計測指示に従って計測される毎に、その計測結果である電流Ｉａが計測値記憶部４２へ記憶される。

電流分配装置９は、電源側半導体遮断器１０の後段に接続され、電源装置３からの直流電力を各負荷装置５１−１，５１−２，５１−３，・・・毎に分配して供給するために設けられたものである。

この電流分配装置９には、分配された各系統にそれぞれ、負荷装置５１−１，５１−２，５１−３，・・・側へ流れる過電流を検出して必要に応じてこれを遮断するための、負荷側半導体遮断器１１−１，１１−２，１１−３，・・・が設けられている。

本実施形態の直流給電システム１においては、上記した各系統それぞれにおいて、定格電流よりも大きい過電流が発生することがある。ここで、過電流としては、例えば、突入電流や、負荷装置５１−１，５１−２，５１−３，・・・側の短絡等の事故により継続的に発生する短絡電流などが考えられる。

本実施の形態では、複数の負荷装置５１−１，５１−２，５１−３，・・・のうち１つの負荷装置５１−１への系統には１つの負荷側半導体遮断器１１−１が設けられ、別の１つの負荷装置５１−２への系統にも１つの負荷側半導体遮断器１１−２が設けられ、また別の１つの負荷装置５１−３への系統にも１つの負荷側半導体遮断器１１−３が設けられている。

本実施形態では、電流分配装置９内に設けられた複数の負荷側半導体遮断器１１−１，１１−２，１１−３，・・・は、いずれも基本的に同じ構成であるため、代表として１つの負荷側半導体遮断器１１−１についてその構成を説明することとする。

負荷側半導体遮断器１１−１は、２本の電力供給線１２，１３のうち一方の電力供給線１２に設けられた半導体スイッチ部１９と、この半導体スイッチ部１９が設けられた電力供給線１２を流れる電流を検出するための電流センサ１８と、この電流センサ１８により検出された電流に基づいて半導体スイッチ部１９の動作（オン・オフ）を制御する制御回路３３とを備えて構成されている。

なお、２本の電力供給線１２，１３のうち、半導体スイッチ部１９が設けられた一方の電力供給線１２は電源装置３内の直流電源（直流電圧）の正極側に接続され、他方の電力供給線１３は電源装置３内の直流電源の負極側に接続されている。

半導体スイッチ部１９は、電力供給線１２上に挿入された半導体スイッチング素子（図示略。例えばＭＯＳＦＥＴ。）を備えてなるものであり、制御回路３３からの駆動信号に従ってその半導体スイッチング素子がオン・オフされる。

そのため、半導体スイッチ部１９がオンされている間は、この半導体スイッチ部１９が設けられている電力供給線１２が導通される。逆に、半導体スイッチ部１９がオフされている間は、この半導体スイッチ部１９が設けられている電力供給線１２が遮断される。ここで、例えば、負荷装置即５１−１で短絡事故が発生すると、半導体スイッチ部１６，１９がオンしているときは短絡電流が電力供給線７，１２に流れる。

制御回路３３は、電流センサ１８により検出された電流値を計測してその電流値を示すデータ（電流Ｉｂ）を出力する電流計測部４１と、この電流計測部４１から出力されたデータ（電流Ｉｂ）が記憶される計測値記憶部４２と、この計測値記憶部４２に記憶された電流Ｉｂに基づいて後述する各種判断を行い、その判断結果に応じて半導体スイッチ部１９をオン又はオフさせるための制御信号を出力する制御部４３と、この制御部４３からの制御信号に従って半導体スイッチ部１９へ駆動信号を出力することにより半導体スイッチ部１９をオン・オフさせる駆動部４４と、制御部４３にて行われる各種判断に用いられる各種設定情報が記憶された設定情報記憶部４５とを備えて構成されている。

設定情報記憶部４５には、設定情報として、半導体スイッチ部１９を流れる過電流が短絡等による事故電流であるか否かを判断するための判断基準として用いられる「第２の過電流閾値」と、半導体スイッチ部１９を流れる過電流が短絡等による事故電流であると判断され、その状態が継続する場合において半導体スイッチ部１９を継続的にオフさせるか否かの判定を下すための判定基準として用いられる「第２のリトライ回数」が記憶されている。ここで、「第２のリトライ回数」は後述する負荷側半導体遮断器５１−１，５１−２，５１−３，・・・のリトライ動作の回数である。

そして、これらの設定情報は、例えば、外部の設定装置７０からネットワーク（ＬＡＮ）６０及び入力インタフェース３４−１を介して設定情報記憶部４５に入力・記憶される
。また、これらの設定情報は、システムの設計変更に伴い適宜更新される。

なお、電流計測部４１による電流Ｉｂの計測は、制御部４３からの計測指示に従って行われる。また、リトライ動作中は、半導体スイッチ部１９がオンした時の電流Ｉｂ（ピーク値）を計測するように計測指示が行われる。そして、その計測指示に従って計測される毎に、その計測結果である電流Ｉｂが計測値記憶部４２へ記憶される。

（２）電源側半導体遮断器及び負荷側半導体遮断器の動作説明
まず、上記のように構成された電源側半導体遮断器１０及び負荷側半導体遮断器１１−１，１１−２，１１−３，・・・のリトライ動作及びリトライ回数の設定について図２を参照して説明する。なお、本実施形態では、電流分配装置９内に設けられた複数の負荷側半導体遮断器１１−１，１１−２，１１−３，・・・は、いずれも基本的に同じ動作を行うため、代表として１つの負荷側半導体遮断器１１−１についてその動作を説明することとする。

図２（ａ）は半導体スイッチ部１９に短絡電流が流れたときの負荷側半導体遮断器１１−１の動作を説明するための図であって半導体スイッチ部１９に流れる出力電流波形である。図２（ｂ）は半導体スイッチ部１６に短絡電流が流れたときの電源側半導体遮断器１０の動作を説明するための図であって半導体スイッチ部１６に流れる出力電流波形である。

図３（ａ）は図２（ａ）と同じ図であり、図３（ｂ）は負荷側半導体遮断器の半導体スイッチ部１９のゲート駆動電圧の波形を示した図であって図３（ａ）に対応した図である。図３（ｃ）は図２（ｂ）と同じ図であり、図３（ｄ）は電源側半導体遮断器１０の半導体スイッチ部１６のゲート駆動電圧の波形を示した図であり、図３（ｃ）に対応した図である。

また、第１の過電流閾値及び第２の過電流閾値は短絡電流の電流値よりも小さな値に設定されており、基本的に第１の過電流閾値が第２の過電流閾値以上の値になるように設定されている。本実施の形態では、便宜上第１の過電流閾値と第２の過電流閾値が同じであるとして説明する。

まず、負荷側半導体遮断器１１−１の動作について説明する。
図２（ａ）に示すように、定常状態（期間Ａ１）において、半導体スイッチ部１９に第２の過電流閾値よりも大きい短絡電流が流れる（時刻ｔ＝０）と、制御部４３は、半導体スイッチ部１９のリトライ動作（以下、「負荷側リトライ動作」と呼ぶ。）を行うための制御信号を駆動部４４へ出力してリトライ動作を行うことにより、半導体スイッチ部１９を介して負荷装置５１−１側へ流れる電流を限流する。

ここで、負荷側リトライ動作とは、図２（ａ）に示すように、半導体スイッチ部１９のオン・オフを所定タイミング毎に繰り返し行うものである。半導体スイッチ部１９がオンされる毎に、そのオン時に半導体スイッチ部１９を流れる電流を検出して、該検出された電流が第２の過電流閾値以上であるか否かを判断する。そして、第２の過電流閾値未満である場合には負荷側リトライ動作が停止して定常状態に戻る。第２の過電流閾値以上である間は、継続して負荷側リトライ動作を設定情報記憶部４５に記憶された第２のリトライ回数（本例では４回）繰り返す。

負荷側リトライ動作のリトライ回数が第２のリトライ回数以上になり、前記検出された電流が第２の過電流閾値以上である場合には、負荷側リトライ動作を停止して（図２（ａ）の時刻ｔ＝ｔ₁）半導体スイッチ部１９を継続的にオフさせる。

なお、判定基準として第２のリトライ回数を用いる代わりに第２の事故判定時間を用いてもよい。この場合、負荷側リトライ動作が開始してから第２の事故判定時間が経過しても第２の過電流閾値以上である場合には、負荷側リトライ動作を停止して半導体スイッチ部１９を継続的にオフさせる。

次に、電源側半導体遮断器１０の動作について説明する。
図２（ｂ）に示すように、定常状態（期間Ａ２）において、半導体スイッチ部１６に第１の過電流閾値よりも大きい短絡電流が流れる（時刻ｔ＝０）と、制御部２３は、半導体スイッチ部１６のリトライ動作（以下、「電源側リトライ動作」と呼ぶ。）を行うための制御信号を駆動部２４へ出力して電源側リトライ動作を行うことにより、半導体スイッチ部１６を介して負荷側半導体遮断器１１−１側へ流れる電流を限流する。

半導体スイッチ部１６がオンされる毎に、そのオン時に半導体スイッチ部１６を流れる電流を検出して、該検出された電流が第１の過電流閾値以上であるか否かを判断する。そして、前記検出された電流が第１の過電流閾値未満である場合には電源側リトライ動作を停止して定常状態に戻すが、第１の過電流閾値以上である間は、継続して電源側リトライ動作を設定情報記憶部２５に記憶された第１のリトライ回数（本例では９回）繰り返す。

電源側リトライ動作のリトライ回数が第１のリトライ回数以上になり、前記検出された電流が第１の過電流閾値以上である場合には、電源側リトライ動作を停止して（図２（ｂ）の時刻ｔ＝ｔ₂）半導体スイッチ部１６を継続的にオフさせる。

また、半導体スイッチ部１６に流れる電流が第１の過電流閾値未満になると、制御部２６は、電源側リトライ動作を停止して半導体スイッチ部１６を継続的にオンさせる。その後、半導体スイッチ部１６に流れる電流は定常状態に戻る。

次に、負荷側半導体遮断器１１−１の制御部４３の基本的な動作について説明する。
まず、負荷側半導体遮断器１１−１の制御部４３は、電源装置３からの定常的な直流電力の供給が開始されると、半導体スイッチ部１９をオンする。次に、制御部４３内のカウンタ（図示せず）を初期化する。

次に、計測した電流Ｉｂが第２の過電流閾値以上であるか否かを判断し（第２の過電流閾値判断処理）、第２の過電流閾値以上ならば半導体スイッチ部１９をオフする。
次に、カウンタの値が予め設定された第２のリトライ回数（本例では４回）以上であるか否かを判断する（第１のリトライ回数判断処理）。

次に、カウンタの値が予め設定された第２のリトライ回数（本例では４回）未満である場合には、所定期間経過後（例えば、１００μs後）に、負荷側リトライ動作を開始させ
る（半導体スイッチ部１９をオンさせる）。その後、カウンタ値を＋１だけアップさせて、前記第２の過電流閾値判断処理に戻る。

第２の過電流閾値判断処理に戻った後は、カウンタの値が予め設定された第２のリトライ回数になるまで、上記した第２の過電流閾値判断処理から上記したカウンタ値のアップまでの処理が繰り返される。

カウンタの値が予め設定された第２のリトライ回数（本例では４回）以上である場合には、半導体スイッチ部１９を継続的にオフする。
なお、上記判断処理は、制御部４３内の記憶手段（例えば、ＲＯＭ）に格納された所定のプログラムに基づいて実行される。

なお、電源装置３からの定常的な直流電力の供給が開始された後における電源側半導体遮断器１０の制御部２６の動作については、上述した負荷側半導体遮断器１１−１の制御部４３の動作と同様であるので、その説明を省略する。

以下に、負荷装置５１−１、５１-２、５１-３、・・・側のいずれか（本例では負荷装置５１−１とする。）に短絡事故が発生した場合に、短絡事故が発生した負荷装置５１−１に接続される負荷側半導体遮断器１１−１及び電源側半導体遮断器１０の動作について説明する。

本例においては、負荷側半導体遮断器１１−１の制御部４３内のカウンタのカウンタ値が第２のリトライ回数以上になった場合（本例では４回）に電流Ｉｂが第２の過電流閾値以上であるので、制御部４３内のＣＰＵは負荷側リトライ動作を停止させ（図３（ａ）の時刻ｔ＝ｔ₁）、半導体スイッチ部１９を継続的にオフさせる。

ここで、仮に電源側半導体遮断器１０の第１のリトライ回数と負荷側半導体遮断器１１−１の第２のリトライ回数が同じであるとすれば、負荷側リトライ動作の停止と同時に電源側リトライ動作も停止することとなり、半導体スイッチ部１６、１９が共に継続的にオフすることとなる。このため、直流給電システム全体がダウンしてしまう。

しかし、本例では、電源側半導体遮断器１０の第１のリトライ回数（本例では９回）が負荷側半導体遮断器１１−１の第２のリトライ回数（本例では４回）よりも多いため、第２のリトライ回数行われる期間が経過しても電源側リトライ動作が継続し半導体スイッチ部１６はオフしない。

第２のリトライ回数行われる期間が経過した後（図３（ｃ）の時刻ｔ＝ｔ₃以降）は、半導体スイッチ部１９に電流が流れず、半導体スイッチ部１６に定常電流が流れるようになる。半導体スイッチ部１６に流れる定常電流は第１の過電流閾値未満となる（図３（ｃ）参照）ので、電源側半導体遮断器１０の電源側リトライ動作が停止し、電源側半導体遮断器１０は通常状態（第１の半導体スイッチ手段がオンを維持する状態（図３（ｄ）参照））に戻る。

このため、複数の負荷装置５１−１，５１−２，５１−３，・・・の内の少なくとも１つの負荷装置の短絡事故により、短絡事故が発生した負荷装置に接続された下位の負荷側半導体遮断器に遮断動作が働いても上位の電源側半導体遮断器には遮断動作が働かず通常状態に戻るので、短絡事故が発生した負荷装置に接続された下位の半導体遮断器を除き、直流給電システム全体がダウンしてしまうことがない。

したがって、負荷装置に短絡等の事故が生じた場合でも継続してシステムを安定に動作させシステムの信頼性を向上させることができる。
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。

［変形例１］
例えば、上記第１実施形態では、短絡等による事故電流が半導体スイッチ部１６，１９に流れる状態が継続する場合において半導体スイッチ部１６，１９を継続的にオフさせるか否かの判定（以下、「オフ判定」と呼ぶ。）を行うための判定基準として「リトライ回数」を用いて説明したが、前記判定基準として、リトライ動作が開始されてから所定時間経過するまでの時間（事故判定時間）を用いてもよい。なお、上位の電源側半導体遮断器
１０の「事故判定時間」は下位の各負荷側半導体遮断器５１−１，５１−２，５１−３，・・・のいずれの「事故判定時間」よりも長くなるように設定されている。

［変形例２］
また、電源側半導体遮断器及び負荷側半導体遮断器の上記オフ判定を行うための判定基準として、これら電源側半導体遮断器及び負荷側半導体遮断器のいずれか一方については「リトライ回数」を用いて行い、他方については「事故判定時間」を用いて行ってもよい。なお、上位の電源側半導体遮断器１０の「リトライ回数」に対応する時間又は「事故判定時間」は下位の各負荷側半導体遮断器５１−１，５１−２，５１−３，・・・のいずれの「リトライ回数」に対応する時間又は「事故判定時間」よりも長くなるように設定されている。

［変形例３］
また、上記した第１実施形態に係る直流給電システム１は、１つの電源装置３と、該電源装置３に接続された１つの電源側半導体遮断器（上位の半導体遮断器）１０と、該電源側半導体遮断器１０に接続された複数の負荷側半導体遮断器（下位の半導体遮断器）１１−１，１１−２，・・・と、該負荷側半導体遮断器１１−１，１１−２，・・・のそれぞれに接続された各負荷装置５１−１，５１−２，・・・を備えて構成される。

しかし、本発明は、上記した構成に限定されるものではなく、例えば、図４に示すように、直流給電システム８０が、１つの電源装置３と、該電源装置３に接続された複数の電源側半導体遮断器１０−１，１０−２，・・・から構成された上位電流分配装置５と、該各電源側半導体遮断器１０−１，１０−２，・・・にそれぞれ接続された複数の下位電流分配装置９−１，９−２，・・・とを含んで構成されたものであってもよい。

具体的には、図４に示すように、下位電流分配装置９−１は、電源側半導体遮断器１０−１に接続された負荷側半導体遮断器（下位の半導体遮断器）１１−１〜１１−Ｎ（Ｎは２以上の整数）を備えて構成されている。下位電流分配装置９−２は、電源側半導体遮断器１０−２に接続された負荷側半導体遮断器（下位の半導体遮断器）２０−１〜２０−Ｎ（Ｎは２以上の整数）を備えて構成されている。

各負荷側半導体遮断器（下位の半導体遮断器）１１−１〜１１−Ｎには、それぞれ負荷装置５１−１〜５１−Ｎ（Ｎは２以上の整数）が接続され、各負荷側半導体遮断器（下位の半導体遮断器）２０−１〜２０−Ｎには、それぞれ負荷装置５２−１〜５２−Ｎ（Ｎは２以上の整数）が接続されている。

［変形例４］
また、上記した第１実施形態では、電流分配装置９によって分配される複数の系統の全てに負荷側半導体遮断器を設けたが、これは一例であって、必ずしも全ての系統に半導体遮断器を設ける必要はない。

［変形例５］
また、上記第１実施形態では、電源装置３からの直流電力を電流分配装置９によって複数の系統に分配するように構成された直流給電システム１について説明したが、電流分配装置を有しない単一系統の直流給電システムに対しても本発明を適用できることはいうまでもない。

１，８０…直流給電システム、３…電源装置、７，８…電力供給線（第１の電力供給線）、９…電流分配装置、１０…電源側半導体遮断器、１１−１，１１−２，１１−３…負荷側半導体遮断器、１２，１３…電力供給線（第２の電力供給線）、５１−１，５１−２，５１−３…負荷装置、１５，１８…電流センサ、１６…半導体スイッチ部（第１の半導体スイッチ手段）、１９…半導体スイッチ部（第２の半導体スイッチ手段）、２１，４１…電流計測部、２２，４２…計測値記憶部、２３…制御回路（第１のリトライ制御手段）、２４，４４…駆動部、２５，４５…設定情報記憶部、２６…制御部（第１の過電流判断手段）、３３…制御回路（第２のリトライ制御手段）、３４−１，３４−２，３４−３…入力インタフェース、４３…制御部（第２の過電流判断手段）

Claims (4)

1. 電源装置からの直流電力を複数の給電系統に分配して該給電系統毎にそれぞれ複数の負荷装置へ直流電力を供給し、前記電源装置に接続され該電源装置からの直流電流が流れる第１の電力供給線を導通・遮断するための電源側半導体遮断器と、前記各負荷装置にそれぞれ接続され前記電源側半導体遮断器からの直流電流が流れる第２の電力供給線を導通・遮断するための複数の負荷側半導体遮断器とを備えた直流給電システムであって、
   前記電源側半導体遮断器は、
   スイッチのオン・オフにより前記第１の電力供給線を導通・遮断する第１の半導体スイッチ手段と、
   前記第１の半導体スイッチ手段に流れる直流電流が過電流であるか否かを判断する第１の過電流判断手段と、
   前記第１の過電流判断手段により過電流と判断された場合に、所定のタイミングで前記第１の半導体スイッチ手段のオン・オフを繰り返す電源側リトライ動作を行うとともに、前記第１の過電流判断手段により過電流と判断される状態が電源側事故判定所要期間以上継続した場合に前記第１の半導体スイッチ手段を継続的にオフさせる第１のリトライ制御手段を有し、
   前記複数の負荷側半導体遮断器は、それぞれ、
   スイッチのオン・オフにより前記第２の電力供給線を導通・遮断する第２の半導体スイッチ手段と、
   前記第２の半導体スイッチ手段に流れる直流電流が過電流であるか否かを判断する第２の過電流判断手段と、
   前記第２の過電流判断手段により過電流と判断された場合に、前記所定のタイミングで前記第２の半導体スイッチ手段のオン・オフを繰り返す負荷側リトライ動作を行うとともに、前記第２の過電流判断手段により過電流と判断される状態が負荷側事故判定所要期間以上継続した場合に前記第２の半導体スイッチ手段を継続的にオフさせる第２のリトライ制御手段を有し、
   前記電源側半導体遮断器が有する前記第１の過電流判断手段は、前記第１の半導体スイッチ手段に流れる直流電流が第１の過電流閾値以上の場合に過電流と判断し、
   前記複数の負荷側半導体遮断器が有する前記第２の過電流判断手段は、それぞれ、前記第２の半導体スイッチ手段に流れる直流電流が第２の過電流閾値以上の場合に過電流と判断し、
   前記第１の過電流閾値は、前記第２の過電流閾値以上であり、
   前記電源側事故判定所要期間は、全ての前記負荷側半導体遮断器におけるそれぞれの前記負荷側事故判定所要期間のいずれよりも長い
   ことを特徴とする直流給電システム。
2. 電源装置からの直流電力を１つの負荷装置へ供給し、前記電源装置に接続され前記電源装置からの直流電流が流れる第１の電力供給線を導通・遮断するための１つの電源側半導体遮断器と、該負荷装置に接続され前記電源側半導体遮断器からの直流電流が流れる第２の電力供給線を導通・遮断するための１つの負荷側半導体遮断器とを備えた直流給電システムであって、
   前記電源側半導体遮断器は、
   スイッチのオン・オフにより前記第１の電力供給線を導通・遮断する第１の半導体スイッチ手段と、
   前記第１の半導体スイッチ手段に流れる直流電流が過電流であるか否かを判断する第１の過電流判断手段と、
   前記第１の過電流判断手段により過電流と判断された場合に、所定のタイミングで前記第１の半導体スイッチ手段のオン・オフを繰り返す電源側リトライ動作を行うとともに、前記第１の過電流判断手段により過電流と判断される状態が電源側事故判定所要期間以上継続した場合に前記第１の半導体スイッチ手段を継続的にオフさせる第１のリトライ制御手段を有し、
   前記負荷側半導体遮断器は、
   スイッチのオン・オフにより前記第２の電力供給線を導通・遮断する第２の半導体スイッチ手段と、
   前記第２の半導体スイッチ手段に流れる直流電流が過電流であるか否かを判断する第２の過電流判断手段と、
   前記第２の過電流判断手段により過電流と判断された場合に、前記所定のタイミングで前記第２の半導体スイッチ手段のオン・オフを繰り返す負荷側リトライ動作を行うとともに、前記第２の過電流判断手段により過電流と判断される状態が負荷側事故判定所要期間以上継続した場合に前記第２の半導体スイッチ手段を継続的にオフさせる第２のリトライ制御手段を有し、
   前記電源側半導体遮断器が有する前記第１の過電流判断手段は、前記第１の半導体スイッチ手段に流れる直流電流が第１の過電流閾値以上の場合に過電流と判断し、
   前記負荷側半導体遮断器が有する前記第２の過電流判断手段は、前記第２の半導体スイッチ手段に流れる直流電流が第２の過電流閾値以上の場合に過電流と判断し、
   前記第１の過電流閾値は、前記第２の過電流閾値以上であり、
   前記電源側事故判定所要期間は、前記負荷側事故判定所要期間よりも長い
   ことを特徴とする直流給電システム。
3. 請求項１又は２に記載の直流給電システムにおいて、
   設定装置をさらに備え、
   前記設定装置は、前記負荷側事故判定所要期間及び前記電源側事故判定所要期間を設定する設定部を備えている
   ことを特徴とする直流給電システム。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の直流給電システムであって、
   前記負荷側事故判定所要期間は、所定の負荷側事故判定時間が経過するまでの期間、又は前記負荷側リトライ動作が前記負荷側半導体遮断器の負荷側リトライ回数行われる期間であり、
   前記電源側事故判定所要期間は、前記負荷側事故判定時間より長い所定の電源側事故判定時間が経過するまでの期間、又は、前記電源側リトライ動作が、前記負荷側リトライ回数より多い前記電源側半導体遮断器の電源側リトライ回数行われる期間である
   ことを特徴とする直流給電システム。

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