特開2022-31128自己駆動制御を有する安全遮断装置、電源システム及びその自己駆動制御方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022031128
(43)【公開日】2022-02-18
(54)【発明の名称】自己駆動制御を有する安全遮断装置、電源システム及びその自己駆動制御方法
(51)【国際特許分類】
H02J 1/00 20060101AFI20220210BHJP
H02H 3/12 20060101ALI20220210BHJP
【ＦＩ】
H02J1/00 306B
H02J1/00 301C
H02H3/12 A
【審査請求】有
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021092250
(22)【出願日】2021-06-01
(31)【優先権主張番号】63/062,906
(32)【優先日】2020-08-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/166,260
(32)【優先日】2021-02-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】520407954
【氏名又は名称】台達電子工業股▲フン▼有限公司
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】李雷鳴
(72)【発明者】
【氏名】黄文育
(72)【発明者】
【氏名】林信晃
【テーマコード（参考）】
5G004
5G165
【Ｆターム（参考）】
5G004AA04
5G004DC11
5G004DC13
5G165CA01
5G165EA01
5G165EA03
5G165KA02
5G165KA05
5G165LA02
5G165NA02
5G165NA04
5G165NA05
5G165NA07
(57)【要約】 （修正有）
【課題】自己駆動制御を有する安全遮断装置、電源システム及びその自己駆動制御方法を提供する。
【解決手段】自己駆動制御を有する安全遮断装置１は、電源装置２と負荷３との間の給電経路Ｌ１に結合され、検出ユニット１０と、制御可能スイッチ１２と、駆動回路１４と、を含む。検出ユニットは、給電経路に結合される。制御可能スイッチは、給電経路の正端点Ａと負端点Ｇとの間に結合される。駆動回路は、検出ユニットと、給電経路と、制御可能スイッチとに結合され、電源装置の出力電圧を受けて制御可能スイッチを導通にし、電流確認信号に基づいて制御可能スイッチを非導通にする。
【選択図】図２
【解決手段】自己駆動制御を有する安全遮断装置１は、電源装置２と負荷３との間の給電経路Ｌ１に結合され、検出ユニット１０と、制御可能スイッチ１２と、駆動回路１４と、を含む。検出ユニットは、給電経路に結合される。制御可能スイッチは、給電経路の正端点Ａと負端点Ｇとの間に結合される。駆動回路は、検出ユニットと、給電経路と、制御可能スイッチとに結合され、電源装置の出力電圧を受けて制御可能スイッチを導通にし、電流確認信号に基づいて制御可能スイッチを非導通にする。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電源装置と負荷との間の給電経路に結合され、自己駆動制御を有する安全遮断装置であって、検出ユニットと、制御可能スイッチと、駆動回路と、を含み、
前記検出ユニットは、前記給電経路に結合され、前記給電経路を流れる電流に基づいて電流確認信号を生成し、
前記制御可能スイッチは、前記給電経路の正端点と負端点との間に結合され、前記給電経路から前記正端点と前記制御可能スイッチとを経由して前記負端点への短絡経路を提供し、
前記駆動回路は、前記検出ユニットと、前記給電経路と、前記制御可能スイッチとに結合され、前記電源装置の出力電圧を受けて前記制御可能スイッチを導通にし、前記電流確認信号に基づいて前記制御可能スイッチを非導通にすることを特徴とする安全遮断装置。
前記検出ユニットは、前記給電経路に結合され、前記給電経路を流れる電流に基づいて電流確認信号を生成し、
前記制御可能スイッチは、前記給電経路の正端点と負端点との間に結合され、前記給電経路から前記正端点と前記制御可能スイッチとを経由して前記負端点への短絡経路を提供し、
前記駆動回路は、前記検出ユニットと、前記給電経路と、前記制御可能スイッチとに結合され、前記電源装置の出力電圧を受けて前記制御可能スイッチを導通にし、前記電流確認信号に基づいて前記制御可能スイッチを非導通にすることを特徴とする安全遮断装置。
【請求項2】
前記駆動回路は、
前記検出ユニットに結合され、前記電流確認信号に応じてオンし、前記電流を検出しない前記検出ユニットによって提供される無負荷信号に基づいてオフする第１スイッチと、
前記第１スイッチと前記制御可能スイッチとに結合され、前記第１スイッチの導通に応じて第１電圧を生成し、前記第１スイッチが非導通することで第２電圧を生成するレギュレータ回路と、を含み、
前記制御可能スイッチは、前記第１電圧に基づいて前記短絡経路を遮断し、前記第２電圧に基づいて前記短絡経路を導通させることを特徴とする請求項１に記載の安全遮断装置。
前記検出ユニットに結合され、前記電流確認信号に応じてオンし、前記電流を検出しない前記検出ユニットによって提供される無負荷信号に基づいてオフする第１スイッチと、
前記第１スイッチと前記制御可能スイッチとに結合され、前記第１スイッチの導通に応じて第１電圧を生成し、前記第１スイッチが非導通することで第２電圧を生成するレギュレータ回路と、を含み、
前記制御可能スイッチは、前記第１電圧に基づいて前記短絡経路を遮断し、前記第２電圧に基づいて前記短絡経路を導通させることを特徴とする請求項１に記載の安全遮断装置。
【請求項3】
前記レギュレータ回路は、
第１抵抗と、
一端が前記第１抵抗の一端と、前記第１スイッチと、前記制御可能スイッチとに結合されるレギュレータユニットと、を含み、
前記第１抵抗の他端は、前記正端点に結合され、前記レギュレータユニットの他端は、前記負端点に結合されることを特徴とする請求項２に記載の安全遮断装置。
第１抵抗と、
一端が前記第１抵抗の一端と、前記第１スイッチと、前記制御可能スイッチとに結合されるレギュレータユニットと、を含み、
前記第１抵抗の他端は、前記正端点に結合され、前記レギュレータユニットの他端は、前記負端点に結合されることを特徴とする請求項２に記載の安全遮断装置。
【請求項4】
前記駆動回路は、前記検出ユニットと前記制御可能スイッチとに結合され、前記電流確認信号と基準電圧との比較に基づいて第１電圧を生成し、前記電流を検出しない前記検出ユニットによって提供される無負荷信号と前記基準電圧との比較に基づいて第２電圧を生成する比較ユニットを含み、
前記制御可能スイッチは、前記第１電圧に基づいて前記短絡経路を遮断し、前記第２電圧に基づいて前記短絡経路を導通させることを特徴とする請求項１に記載の安全遮断装置。
前記制御可能スイッチは、前記第１電圧に基づいて前記短絡経路を遮断し、前記第２電圧に基づいて前記短絡経路を導通させることを特徴とする請求項１に記載の安全遮断装置。
【請求項5】
前記駆動回路と、前記制御可能スイッチと、前記給電経路とに結合され、前記電流確認信号に応じて前記給電経路を導通させ、前記電流を検出しない前記検出ユニットによって提供される無負荷信号に基づいて、前記短絡経路にクランプ電圧を供給するクランプ回路をさらに含み、
前記クランプ回路は、
直列に結合された、前記給電経路の節点に結合される第１分圧抵抗と、前記駆動回路と前記制御可能スイッチとに結合される第２分圧抵抗と、を備える分圧回路と、
前記節点に結合される第１端と、前記正端点に結合される第２端と、前記第１分圧抵抗と前記第２分圧抵抗とに結合される制御端とを有する第２スイッチと、
一端が前記第１端に結合され、他端が前記第２端に結合される第２抵抗と、を含み、
前記分圧回路は、前記電流確認信号に応じて前記第２スイッチを導通にし、前記電流を検出しない前記検出ユニットによって提供される無負荷信号に基づいて、前記第２スイッチを非導通にすることを特徴とする請求項１に記載の安全遮断装置。
前記クランプ回路は、
直列に結合された、前記給電経路の節点に結合される第１分圧抵抗と、前記駆動回路と前記制御可能スイッチとに結合される第２分圧抵抗と、を備える分圧回路と、
前記節点に結合される第１端と、前記正端点に結合される第２端と、前記第１分圧抵抗と前記第２分圧抵抗とに結合される制御端とを有する第２スイッチと、
一端が前記第１端に結合され、他端が前記第２端に結合される第２抵抗と、を含み、
前記分圧回路は、前記電流確認信号に応じて前記第２スイッチを導通にし、前記電流を検出しない前記検出ユニットによって提供される無負荷信号に基づいて、前記第２スイッチを非導通にすることを特徴とする請求項１に記載の安全遮断装置。
【請求項6】
前記検出ユニットは、ホールセンサ又は電流変成器であり、
前記ホールセンサは、電源入力端子が前記制御可能スイッチに結合されることを特徴とする請求項１に記載の安全遮断装置。
前記ホールセンサは、電源入力端子が前記制御可能スイッチに結合されることを特徴とする請求項１に記載の安全遮断装置。
【請求項7】
前記検出ユニットは、
前記給電経路に結合される検出抵抗と、
それぞれが前記検出抵抗の両端に結合される第１入力端子と第２入力端子と、前記駆動回路に結合される出力端子とを有する比較回路と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の安全遮断装置。
前記給電経路に結合される検出抵抗と、
それぞれが前記検出抵抗の両端に結合される第１入力端子と第２入力端子と、前記駆動回路に結合される出力端子とを有する比較回路と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の安全遮断装置。
【請求項8】
前記正端点と前記負端点との間に結合され、前記正端点から前記負端点への方向が順方向であるように構成されるダイオードをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の安全遮断装置。
【請求項9】
前記給電経路に結合され、前記電源装置と前記負荷との結合関係をオン又はオフにする遮断スイッチをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の安全遮断装置。
【請求項10】
負荷に結合された電源システムであって、
複数の電源器の複数の出力を直列に結合して構成され、前記負荷と給電経路を形成する電源装置と、
それぞれが前記複数の電源器の前記出力に対応して結合される複数の安全遮断装置と、を含み、
前記安全遮断装置は、検出ユニットと、制御可能スイッチと、駆動回路と、を含み、
前記検出ユニットは、前記給電経路に結合され、前記給電経路を流れる電流に基づいて電流確認信号を生成し、
前記制御可能スイッチは、前記給電経路の正端点と負端点との間に結合され、前記給電経路から前記正端点と前記制御可能スイッチとを経由して前記負端点への短絡経路を提供し、
前記駆動回路は、前記検出ユニットと、前記給電経路と、前記制御可能スイッチとに結合され、対応して結合される前記電源装置の出力電圧を受けて前記制御可能スイッチを導通にし、前記電流確認信号に基づいて前記制御可能スイッチを非導通にすることを特徴とする電源システム。
複数の電源器の複数の出力を直列に結合して構成され、前記負荷と給電経路を形成する電源装置と、
それぞれが前記複数の電源器の前記出力に対応して結合される複数の安全遮断装置と、を含み、
前記安全遮断装置は、検出ユニットと、制御可能スイッチと、駆動回路と、を含み、
前記検出ユニットは、前記給電経路に結合され、前記給電経路を流れる電流に基づいて電流確認信号を生成し、
前記制御可能スイッチは、前記給電経路の正端点と負端点との間に結合され、前記給電経路から前記正端点と前記制御可能スイッチとを経由して前記負端点への短絡経路を提供し、
前記駆動回路は、前記検出ユニットと、前記給電経路と、前記制御可能スイッチとに結合され、対応して結合される前記電源装置の出力電圧を受けて前記制御可能スイッチを導通にし、前記電流確認信号に基づいて前記制御可能スイッチを非導通にすることを特徴とする電源システム。
【請求項11】
各前記電源器は、出力が直列に結合された複数の電源ユニットを含むことを特徴とする請求項１０に記載の電源システム。
【請求項12】
安全遮断装置の自己駆動制御方法であって、
電源装置から負荷への給電経路に電流が流れているか否かを検出するステップ（ａ）と、
前記電流が前記給電経路を流れるときに、オフは前記給電経路の正端点と負端点の間に配置される制御可能スイッチを非導通にするステップ（ｂ）と、
前記給電経路に電流が流れていないときに前記制御可能スイッチを導通にするステップ（ｃ）と、を含む自己駆動制御方法。
電源装置から負荷への給電経路に電流が流れているか否かを検出するステップ（ａ）と、
前記電流が前記給電経路を流れるときに、オフは前記給電経路の正端点と負端点の間に配置される制御可能スイッチを非導通にするステップ（ｂ）と、
前記給電経路に電流が流れていないときに前記制御可能スイッチを導通にするステップ（ｃ）と、を含む自己駆動制御方法。
【請求項13】
前記ステップ（ｂ）は、
前記電流が前記給電経路を流れるとき、電流確認信号を提供して第１スイッチを導通にするステップ（ｂ１１）と、
前記第１スイッチの導通に応じて第１電圧を生成するステップ（ｂ１２）と、
前記第１電圧に基づいて前記制御可能スイッチを非導通にするステップ（ｂ１３）と、をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の自己駆動制御方法。
前記電流が前記給電経路を流れるとき、電流確認信号を提供して第１スイッチを導通にするステップ（ｂ１１）と、
前記第１スイッチの導通に応じて第１電圧を生成するステップ（ｂ１２）と、
前記第１電圧に基づいて前記制御可能スイッチを非導通にするステップ（ｂ１３）と、をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の自己駆動制御方法。
【請求項14】
前記ステップ（ｃ）は、
前記電流が前記給電経路を流れるとき、低レベル信号を提供して前記第１スイッチを非導通にするステップ（ｃ１１）と、
前記第１スイッチの非導通に応じて第２電圧を生成するステップ（ｃ１２）と、
前記第２電圧に基づいて前記制御可能スイッチを導通にするステップ（ｃ１３）と、をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の自己駆動制御方法。
前記電流が前記給電経路を流れるとき、低レベル信号を提供して前記第１スイッチを非導通にするステップ（ｃ１１）と、
前記第１スイッチの非導通に応じて第２電圧を生成するステップ（ｃ１２）と、
前記第２電圧に基づいて前記制御可能スイッチを導通にするステップ（ｃ１３）と、をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の自己駆動制御方法。
【請求項15】
前記第１電圧に応じて前記給電経路上の第２スイッチを導通にするステップと、
前記第２電圧に応じて前記給電経路上の前記第２スイッチを非導通にするステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の自己駆動制御方法。
前記第２電圧に応じて前記給電経路上の前記第２スイッチを非導通にするステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の自己駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自己駆動制御を有する安全遮断装置、電源システム及びその自己駆動制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
図１に示すように、従来の電源装置は、負荷に電力を供給するときに、安全性を考慮して負荷３に問題があっても伝送線に電力を供給し続けることを回避するために、電源装置２と負荷３との間に遮断装置４を追加する場合がある。従来の遮断装置４の動作方式は、次の通りである。（１）負荷３と遮断装置４は通信ユニット５を別途含む必要があり、負荷３により電源２と負荷３との間の接続関係をオン又はオフにするように遮断装置４を制御するために、信号線Ｌで結合して通信する必要もある。（２）遮断装置４は手動スイッチであるため、操作員は負荷３の状態を人為的に確認して、遮断装置４を手動で制御する必要がある。
【0003】
しかしながら、上記のいずれの方式を実施しても、給電システムのコスト（人件費や回路コスト）を大幅に増加させる必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
そこで、自己駆動制御を有する安全遮断装置、電源システム及びその自己駆動制御方法をどのように設計して、自己駆動で安全モード又は正常モードで動作するかが、本願発明者によって検討された重要な課題である。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、自己駆動制御を有する安全遮断装置を提供することを目的とする。したがって、本発明に係る安全遮断装置は、電源装置と負荷との間の給電経路に結合され、検出ユニットと、制御可能スイッチと、駆動回路と、を含み、前記検出ユニットは、前記給電経路に結合され、前記給電経路を流れる電流に基づいて電流確認信号を生成し、前記制御可能スイッチは、前記給電経路の正端点と負端点との間に結合され、前記給電経路から前記正端点と前記制御可能スイッチとを経由して前記負端点への短絡経路を提供し、前記駆動回路は、前記検出ユニットと、前記給電経路と、前記制御可能スイッチとに結合され、前記電源装置の出力電圧を受けて前記制御可能スイッチを導通にし、前記電流確認信号に基づいて前記制御可能スイッチを非導通にする。
【0006】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、電源システムを提供することを目的とする。したがって、本発明に係る電源システムは、複数の電源器を含み、各前記電源器は、安全遮断装置を介して負荷に結合される。
【0007】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、電源システムを提供することを目的とする。したがって、本発明に係る電源システムは、複数の電源器を含み、各前記電源器は、出力が直列に結合された複数の電源ユニットを含み、安全遮断装置を介して負荷に結合される。
【0008】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、安全遮断装置の自己駆動制御方法を提供することを目的とする。したがって、本発明に係る自己駆動制御方法は、電源装置から負荷への給電経路に電流が流れているか否かを検出するステップ（ａ）と、前記電流が前記給電経路を流れるときに、オフは前記給電経路の正端点と負端点の間に配置される制御可能スイッチを非導通にするステップ（ｂ）と、前記給電経路に電流が流れていないときに前記制御可能スイッチを導通にするステップ（ｃ）と、を含む。
【発明の効果】
【0009】
本発明に係る安全遮断装置によれば、電源装置に出力電圧を有するが、負荷が動作していない場合には、自己駆動により短絡経路を形成して安全モードの動作を提供し、電源装置の出力電圧を低電圧に維持することができ、電源装置に出力電圧を有し、負荷が動作している場合には、自己駆動により短絡経路を遮断して通常モードの動作を提供することができる。
【0010】
本発明の目的を達成するためになされた本発明の技術、手段、及び効果をより良く理解するために、本発明の目的及び特徴は、本発明の詳細な説明及び添付図面を参照することによってより良く理解されると考えられるが、添付図面は、参照及び説明のみを提供するものであり、本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】従来の給電システムの保護装置の回路ブロック図である。
【図2】本発明に係る自己駆動制御を有する安全遮断装置の回路ブロック図である。
【図3】本発明に係る自己駆動制御を有する安全遮断装置の第１実施例の回路ブロック図である。
【図4A】本発明の第１実施例に係る安全遮断装置の第１動作を示すフローチャートである。
【図4B】本発明の第１実施例に係る安全遮断装置の第２動作を示すフローチャートである。
【図4C】本発明の第１実施例に係る安全遮断装置の第３動作を示すフローチャートである。
【図4D】本発明の第１実施例に係る安全遮断装置の第４動作を示すフローチャートである。
【図5】本発明に係る自己駆動制御を有する安全遮断装置の第２実施例の回路ブロック図である。
【図6A】本発明の第２実施例に係る安全遮断装置の第１動作を示すフローチャートである。
【図6B】本発明の第２実施例に係る安全遮断装置の第２動作を示すフローチャートである。
【図6C】本発明の第２実施例に係る安全遮断装置の第３動作を示すフローチャートである。
【図7A】本発明に係る検出ユニットの第１実施例の概略回路図である。
【図7B】本発明に係る検出ユニットの第２実施例の概略回路図である。
【図7C】本発明に係る検出ユニットの第３実施例の概略回路図である。
【図8】本発明に係る安全遮断装置の変形例の回路図である。
【図9A】本発明に係る安全遮断装置を直列接続された単一のストリングの電源システに適用する第１実施例の回路ブロック図である。
【図9B】本発明に係る安全遮断装置を直列接続された複数のストリングの電源システムに適用する第２実施例の回路ブロック図である。
【図9C】本発明に係る安全遮断装置を直列接続された単一のストリングの電源システムに適用する第３実施例の回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明の技術的内容及び詳細な説明については、図面を参照しながら以下に説明する。
【0013】
図２は、本発明に係る自己駆動制御を有する安全遮断装置の回路ブロック図である。安全遮断装置１は、電源装置２と負荷３との間の給電経路Ｌ１に結合され、電源装置２の出力及び負荷３の状態に応じて安全モード又は通常モードで動作する。ここで、電源装置２は、一般的な電源器や太陽電池等であってもよい。安全遮断装置１は、検出ユニット１０と、制御可能スイッチ１２と、駆動回路１４とを含み、検出ユニット１０は、給電経路Ｌ１に結合されている。検出ユニット１０は、ホール（Ｈａｌｌ）センサ、電流変成器、分流器（ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｈｕｎｔ）等の電流検出回路であってもよく、詳細は後述する。制御可能スイッチ１２は、給電経路Ｌ１の正端点Ａと負端点Ｇとの間に結合され、給電経路Ｌ１から正端点Ａ、制御可能スイッチ１２を経由して負端点Ｇへの短絡経路Ｌ２を提供する。ここで、正端点とは、電源装置２の正電圧伝送線上の任意の点をいい、同様に、負端点とは、電源装置２の負電圧伝送線上の任意の点をいう。正端点及び負端点は、伝送路上の任意の位置にあってもよいが、好ましくは、正端点及び負端点は、電源装置２に近いほどよい。駆動回路１４は、検出ユニット１０と給電経路Ｌ１と制御可能スイッチ１２とに結合され、検出ユニット１０が給電経路Ｌ１を流れる電流Ｉを検出したか否かに応じて短絡経路Ｌ２を導通又は遮断する。
【0014】
具体的には、安全遮断装置１は、主に電源装置２に出力電圧Ｖｏがあるが、負荷３が動作していない（異常やメンテナンス等の状態を含む可能性がある）場合には、制御可能スイッチ１２を導通にして安全モードを提供することにより、電源装置２の出力電圧Ｖｏを低電圧（例えば、１Ｖ程度であってもよいが、これに限定されない）に維持することができる。出力電圧Ｖｏは、制御可能スイッチ１２がオンしたときの制御可能スイッチ１２の両端電圧Ｖｃとほぼ等しい。駆動回路１４は、給電経路Ｌ１に結合され、電源装置２の出力電圧Ｖｏを受けて制御可能スイッチ１２を導通にする。検出ユニット１０は、電流Ｉの流れを検出しない場合、信号を出力しないか、又は無負荷信号Ｓ２を出力する。例えば、無負荷信号Ｓ２としてプルダウン抵抗により低レベルの信号を出力することができるので、駆動回路１４は影響を受けず、制御可能スイッチ１２はオン状態のままとなる。このとき、電源装置２、正端点Ａ、制御可能スイッチ１２、及び負端点Ｇによって閉じたループが構成され、電源装置２の出力電圧Ｖｏは、制御可能スイッチ１２の両端電圧Ｖｃとほぼ等しくなるようにプルダウンされる。
【0015】
低電圧の場合であっても、負荷３が動作している場合には、負荷３が有負荷状態となって電流Ｉが発生する。検出ユニット１０は、電流Ｉの流れを検出すると、電流Ｉに応じて電流確認信号Ｓ１（例えば、高レベルの電圧信号であってもよい）を生成し、駆動回路１４は、電流確認信号Ｓ１に基づいて制御可能スイッチ１２をオフにして短絡経路Ｌ２を遮断する。このとき、電源装置２の出力電圧Ｖｏが負荷３に供給されて通常モードで動作する。図２を併せて参照すると、安全遮断装置１は、遮断スイッチ１６をさらに含んでもよい。遮断スイッチ１６は、給電経路Ｌ１に結合されているが、その結合位置が限定されない。遮断スイッチ１６は、任意の安全装置であり、電源装置２と負荷３との結合関係をオン又は完全にオフにするためのものである。遮断スイッチ１６のオン又はオフは、人為的な直接的又は間接的な動作であってもよい。例えば、遮断スイッチ１６は、リレー、タッチスイッチ、ナイフスイッチ等のスイッチであってもよいが、これらに限定されない。
【0016】
図３は、本発明に係る自己駆動制御を有する安全遮断装置の第１実施例の回路ブロック図である。図２を併せて参照すると、駆動回路１４は、第１スイッチ１４２とレギュレータ回路１４４とを含む。第１スイッチ１４２は、検出ユニット１０とレギュレータ回路１４４とに結合され、レギュレータ回路１４４は、制御可能スイッチ１２と給電経路Ｌ１とに結合されている。第１スイッチ１４２は、電流確認信号Ｓ１に応じてオンする。これにより、レギュレータ回路１４４は、第１スイッチ１４２の状態によって電圧の変化（即ち、電圧Ｖ１とＶ２）を生成して、制御可能スイッチ１２を導通又は非導通にして、短絡経路Ｌ２を導通又は遮断することができる。上記の説明は第１実施例の駆動回路１４の主な構成であり、そのブロック内の回路素子はこの主な構成によって構築されることができる。本実施例の回路は、好ましい実施形態のみを示し、この好ましい実施形態は、主に回路コストを考慮してなされたものである。
【0017】
図３に示すように、第１スイッチ１４２は、例えば、バイポーラトランジスタ（ＢＪＴ）や金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等の半導体スイッチ素子であってもよいが、これらに限定されない。レギュレータ回路１４４は、第１抵抗Ｒ１とレギュレータユニットＺＤを含んでもよい。第１抵抗Ｒ１は、一端がレギュレータユニットＺＤの一端と、第１スイッチ１４２と、制御可能スイッチ１２とに結合されている。レギュレータユニットＺＤは、例えば、過渡電圧サプレッサ（ＴＶＳ）やツェナー（Ｚｅｎｅｒ）ダイオード、等のレギュレータ素子であってもよいが、これらに限定されない。ここで、第１抵抗Ｒ１及びレギュレータユニットＺＤの位置は交換してもよい。制御可能スイッチ１２は、例えば、バイポーラトランジスタ（ＢＪＴ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、リレー等のスイッチング素子であってもよいが、これらに限定されず、他の電子素子（例えば、抵抗、コンデンサ、ダイオード）をさらに含んでもよい。
【0018】
図３に示すように、通常モードの動作状態では、検出ユニット１０が電流Ｉを検出しなくて、第１スイッチ１４２に無負荷信号Ｓ２を出力すると（即ち、負荷３が電流需要を停止する）、第１スイッチ１４２がオフする。このとき、電源装置２の出力電圧Ｖｏにより、第１抵抗Ｒ１とレギュレータユニットＺＤとの間の節点に第２電圧Ｖ２（本実施例では、レギュレータユニットＺＤのブレークダウン電圧を指す）を生成する。第２電圧Ｖ２は、制御可能スイッチ１２を導通に駆動して短絡経路Ｌ２を導通する。制御可能スイッチ１２がオンしているとき、電源装置２、正端点Ａ、制御可能スイッチ１２、及び負端点Ｇは、閉じたループを構成する。これにより、電源装置２の出力電圧Ｖｏは、制御可能スイッチ１２の両端電圧Ｖｃとほぼ等しくなるようにプルダウンされる。このとき、制御可能スイッチ１２はオンを維持し続ける。本実施例では、制御可能スイッチ１２として電界効果ドランジスタを用いるので、制御可能スイッチ１２の両端電圧Ｖｃは、電界効果ドランジスタがオンしたときのドレインソース電圧Ｖｄｓである。したがって、負荷３が電流要求を停止すると、安全遮断装置１が通常モードから安全モードに移行し、電源装置２の出力電圧Ｖｏを１Ｖの低電圧に維持することができる。
【0019】
検出ユニット１０が電流Ｉを検出して第１スイッチ１４２に電流確認信号Ｓ１を提供すると（即ち、負荷３が動作するとき）、電流確認信号Ｓ１は第１スイッチ１４２を導通にして、第１抵抗Ｒ１とレギュレータユニットＺＤとの間の節点が負端点Ｇに接続されて第１電圧Ｖ１を生成する。第１電圧Ｖ１は、制御可能スイッチ１２をオフに駆動して短絡経路Ｌ２を遮断する。制御可能スイッチ１２がオフすると、電源装置２の出力電圧Ｖｏが負荷３に供給される。
【0020】
図４Ａ～図４Ｄは、本発明の第１実施例に係る安全遮断装置の動作を示すフローチャートである。図３を併せて参照する。図４Ａ～図４Ｄに示す制御可能スイッチ１２は、エンハンスメント型の電界効果トランジスタを例に説明するが、デプレッション型を用いる場合には、ノーマリーオンであるので、その原理は類似している。図４Ａでは、電源装置２の出力電圧Ｖｏが０Ｖであると仮定すると、安全遮断装置１内の回路素子はいずれも動作しない。図４Ｂ（動作している素子を実線で、動作していない素子を破線で示す）では、出力電圧Ｖｏが１０Ｖであると仮定すると、負荷３が動作していない場合、第１抵抗Ｒ１とレギュレータユニットＺＤとの間の節点上の電圧が第２電圧Ｖ２で制御可能スイッチ１２を導通にして、制御可能スイッチ１２がリニア領域で動作する。制御可能スイッチ１２がオンすることにより、出力電圧Ｖｏは、制御可能スイッチ１２の両端電圧Ｖｃとほぼ等しくなるようにプルダウンされる。この両端電圧Ｖｃは、例えば、１Ｖであってもよいが、これに限定されない。ここで、この両端電圧Ｖｃ（１Ｖ）は、検出ユニット１０に供給されて、検出ユニット１０を動作させることができる。これにより、安全遮断装置１は、外部からの信号や外部からの給電を必要とすることなく、安全遮断装置１内の回路素子を自己駆動して安全モードや通常モードの動作制御を行うことができ、負荷３に電流が不要な場合には自動的に安全モードに維持することができる。
【0021】
図４Ｃ（動作している素子を実線で、動作していない素子を破線で示す）では、負荷３が動作している場合、両端電圧Ｖｃは高くないが、負荷３に電圧を供給することができるので、負荷３が有負荷状態となって電流Ｉが発生する。このとき、検出ユニット１０は、電流Ｉを検出すると、電流確認信号Ｓ１を生成して第１スイッチ１４２を導通に駆動する。図４Ｄ（動作している素子を実線で、動作していない素子を破線で示す）では、第１スイッチ１４２がオンすると、第１抵抗Ｒ１とレギュレータユニットＺＤとの間の節点上の電圧が第１電圧Ｖ１で制御可能スイッチ１２をオフにして、制御可能スイッチ１２を開放状態とする。このとき、出力電圧Ｖｏは１０Ｖに復帰する。なお、本発明の一実施例では、大部分の電流が負荷３に流れるように、第１抵抗Ｒ１の抵抗値を高抵抗値に設定してもよい。
【0022】
図５は、本発明に係る自己駆動制御を有する安全遮断装置の第２実施例の回路ブロック図である。図１～図４Ｄを併せて参照する。安全遮断装置１’の駆動回路１４’は、比較ユニット１４６を含む。比較ユニット１４６は、第１入力端子Ａ１と、第２入力端子Ａ２と、出力端子Ｏとを含む。第１入力端子Ａ１は基準電圧Ｖｒｅｆを受け、第２入力端子Ａ２は検出ユニット１０に結合され、出力端子Ｏは制御可能スイッチ１２に結合される。ここで、基準電圧Ｖｒｅｆは、電源装置２の出力電圧Ｖｏに由来する（例えば、分圧回路で分圧されたものであってもよいが、これに限定されない）。比較ユニット１４６は、検出ユニット１０が出力する信号と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、比較結果に応じて制御可能スイッチ１２を導通又は非導通にして短絡経路Ｌ２を導通又は遮断するように構成される。
【0023】
駆動回路１４’は、クランプ回路１４８をさらに含む。クランプ回路１４８は、駆動回路１４’と、制御可能スイッチ１２と、給電経路Ｌ１とに結合される。クランプ回路１４８は、検出ユニット１０が電流Ｉを検出したか否かに基づいて、給電経路Ｌ１を導通させるか、又は短絡経路Ｌ２にクランプ電圧Ｖｃｌを供給する。クランプ回路１４８は、検出ユニット１０が電流Ｉを検出していないとき、短絡経路Ｌ２にクランプ電圧Ｖｃｌを供給する。これにより、両端電圧Ｖｃにクランプ電圧Ｖｃｌを加えた合計電圧が、比較ユニット１４６（又は検出ユニット１０）を駆動するのに十分な電圧になる。ここで、クランプ回路１４８は同時に、短絡経路Ｌ２の電流を制限して、制御可能スイッチ１２を流れる過剰な電流を回避することもできる。クランプ回路１４８は、検出ユニット１０が電流Ｉを検出すると、クランプ電圧Ｖｃｌを供給せずに給電経路Ｌ１を導通させる。図３と同様に、本実施例の回路も好ましい実施形態のみを示している。
【0024】
図５に示すように、クランプ回路１４８は、分圧回路ＣＶＤと、第２スイッチＱと、第２抵抗Ｒ２とを含む。分圧回路ＣＶＤは、直列接続された第１分圧抵抗Ｒｄ１と第２分圧抵抗Ｒｄ２とを含む。第１分圧抵抗Ｒｄ１は、給電経路Ｌ１の節点Ｂに結合され、節点Ｂは、正端点Ａと電源装置２との間に位置し、第２分圧抵抗Ｒｄ２は、駆動回路１４’と制御可能スイッチ１２とに結合される。第２スイッチＱは、第１端Ｘと、第２端Ｙと、制御端Ｚとを含む。第１端Ｘは節点Ｂに結合され、第２端Ｙは正端点Ａに結合され、制御端ＺはＲｄ１と第２分圧抵抗Ｒｄ２とに結合される。第２抵抗Ｒ２の一端は、第１端Ｘに結合され、第２抵抗Ｒ２の他端は、第２端Ｙに結合される。ここで、第２スイッチＱの動作は制御可能スイッチ１２とは逆であり、制御可能スイッチ１２がオンとなるときには、第２スイッチＱはオフとなり、制御可能スイッチ１２がオフとなるときには、第２スイッチＱはオンとなる。
【0025】
図５を例に説明すると、検出ユニット１０で電流Ｉを検出せずに第２入力端子Ａ２に無負荷信号Ｓ２を提供する場合（即ち、負荷３が動作していないとき）、比較ユニット１４６は、無負荷信号Ｓ２と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して第２電圧Ｖ２を生成する。第２電圧Ｖ２は、制御可能スイッチ１２を駆動して、制御可能スイッチ１２を導通にする。検出ユニット１０で電流Ｉを検出して第２入力端子Ａ２に電流確認信号Ｓ１を提供する場合（即ち、負荷３が動作しているとき）、比較ユニット１４６は、電流確認信号Ｓ１と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して第１電圧Ｖ１を生成する。第１電圧Ｖ１は、制御可能スイッチ１２をオフにするように駆動する。
【0026】
図５では、第２スイッチＱとしてＰ型電界トランジスタを用いる場合、駆動回路１４’が第２電圧Ｖ２を供給すると、第１端Ｘと制御端Ｚとの間に比較的に小さい電圧が発生して、第２スイッチＱがオフにされる。このとき、短絡経路Ｌ２が第２抵抗Ｒ２を経由して、第２抵抗Ｒ２上にクランプ電圧Ｖｃｌが発生するとともに、第２抵抗Ｒ２は、短絡経路Ｌ２に抵抗を提供して制御可能スイッチ１２を流れる電流を制限する。クランプ電圧Ｖｃｌに制御可能スイッチ１２の両端電圧Ｖｃを加えたものが比較ユニット１４６に供給されて、制御可能スイッチ１２を短絡させるときに、出力電圧Ｖｏ（即ち、クランプ電圧Ｖｃｌに両端電圧Ｖｃを加えたもの）が比較ユニット１４６を駆動しやすくなる。駆動回路１４’が第１電圧Ｖ１を供給すると、第１端Ｘと制御端Ｚとの間に比較的に大きい電圧が発生して、第２スイッチＱがオンにされる。このとき、給電経路Ｌ１が第２スイッチＱを経由して、第２抵抗Ｒ２はバイパスされてクランプ電圧Ｖｃｌを供給せずに、給電経路Ｌ１の抵抗損失を低減させる。なお、本実施例では言及しなかった要素、結合関係及び動作形態は、いずれも図３と同様であり、ここでは省略する。また、本実施例のクランプ回路１４８は、電流を制限しながら自己駆動電圧（検出ユニット１０、比較ユニット１４６を駆動する電圧）を増加させるために、図３の安全遮断装置１にも同様に適用される。
【0027】
図６Ａ～６Ｃは、本発明の第２実施例に係る安全遮断装置の動作を示すフローチャートである。図６Ａにおいて、電源装置２の出力電圧Ｖｏが０Ｖであると仮定すると、安全遮断装置１’内の回路素子はいずれも動作しない。図６Ｂ（動作している素子を実線で、動作していない素子を破線で示す）では、出力電圧Ｖｏが１０Ｖであると仮定すると、負荷３が動作していない場合、検出ユニット１０は無負荷信号Ｓ２（低レベル）を出力し、基準電圧Ｖｒｅｆが検出ユニット１０によって出力される信号よりも大きくて第２電圧Ｖ２を提供する。比較ユニット１４６は、出力電圧Ｖｏによって直接に給電されてもよく、又は簡単なレギュレータ回路（例えば、リニアレギュレータ又は電圧降下モジュール等であってもよいが、これらに限定されない）によって安定な電圧を受ける。したがって、比較ユニット１４６は、受けた出力電圧Ｖｏに応じて第２電圧Ｖ２を出力し、制御可能スイッチ１２がオンし、第２スイッチＱがオフする。このとき、電源装置２は、節点Ｂ、第２抵抗Ｒ２、正端点Ａ、制御可能スイッチ１２、及び負端点Ｇによってループが構成されて、第２スイッチＱをオフにする場合、正端点Ａには、負荷３が電流を引き抜くのに供給する電圧を有することができ、第２抵抗Ｒ２の選択範囲が比較的に広く、このときの出力電圧Ｖｏが比較ユニット１４６を駆動するのに十分であることを保証することができる。
【0028】
図６Ｃ（動作している素子を実線で、動作していない素子を破線で示す）では、負荷３が有負荷状態となるため、検出ユニット１０は電流確認信号Ｓ１を提供し、電流確認信号Ｓ１が基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きいため、比較ユニット１４６は第１電圧Ｖ１を供給する。このとき、制御可能スイッチ１２がオフし、出力電圧Ｖｏは第１分圧抵抗Ｒｄ１及び第２分圧抵抗Ｒｄ２分圧によって分圧されるため、第２スイッチＱを導通にするように駆動して起動する。
【0029】
図７Ａは、本発明に係る検出ユニットの第１実施例の概略回路図である。図７Ｂは、本発明に係る検出ユニットの第２実施例の概略回路図である。図７Ｃは、本発明に係る検出ユニットの第３実施例の概略回路図である。図２～６Ｃを併せて参照する。図７Ａにおいて、検出ユニット１０－１はホールセンサである。ホールセンサは、電源入力端子ＩＮが電流を検出するために動作電圧を受ける必要があり、信号出力端子ＯＵＴを介して電流検出の結果（即ち、電流確認信号Ｓ１又は無負荷信号Ｓ２）を提供する。本発明に係る安全遮断装置１が自己駆動であるため、検出ユニット１０－１は、電源入力端子ＩＮが出力電圧Ｖｏを受けて（電源入力端子ＩＮが制御可能スイッチ１２の両端又は節点Ｂと負端点Ｇとの間に結合されてもよい）、制御可能スイッチ１２がオンすると、両端電圧Ｖｃ（クランプ回路１４８を含む場合にはクランプ電圧Ｖｃｌを加えたもの）で自己駆動することができる。制御可能スイッチ１２がオフする場合、出力電圧Ｖｏが負荷３に円滑に供給され、検出ユニット１０－１への給電が継続される。ホールセンサが駆動されると、電流Ｉが流れている場合には、ホールセンサは、駆動回路１４に電流Ｉの大きさに応じた電流確認信号Ｓ１を提供し、逆の場合には無負荷信号Ｓ２を提供することにより、プルダウン抵抗により検出ユニットが信号を出力しない場合にも、低レベルの無負荷信号Ｓ２を提供することができる。
【0030】
図７Ｂでは、検出ユニット１０－２として貫通型の電流変成器又はロゴスキーコイルを用いる。検出ユニット１０－２として貫通型の電流変成器を用いる利点は、電圧駆動を必要とせず、電流Ｉが流れるときに検出電流Ｉｉを検出し、検出電流Ｉｉが抵抗Ｒを流れて発生した電圧を電流確認信号Ｓ１として駆動回路１４に提供し、逆の場合には無負荷信号Ｓ２を提供することである。図７Ｃにおいて、検出ユニット１０－３は、検出抵抗Ｒｓと比較回路１０２とを含む。検出抵抗Ｒｓは、給電経路Ｌ１に結合されている。比較回路１０２は、第１入力端子Ａ１と、第２入力端子Ａ２と、出力端子Ｏとを有している。第１入力端子Ａ１及び第２入力端子Ａ２は、それぞれ検出抵抗Ｒｓの両端に結合され、出力端子Ｏは、駆動回路１４も結合されている。負荷３が動作していない場合、検出抵抗Ｒｓの両端電圧Ｖｒｓが０Ｖとなるので、比較回路１０２は、比較により低レベルの無負荷信号Ｓ２を生成する。過渡電圧Ｖｒｓは、負荷３が有負荷状態となる場合、比較回路１０２は、両端電圧Ｖｒｓにより電流確認信号Ｓ１を出力する。ここで、比較回路１０２は同様に、両端電圧Ｖｃ（クランプ回路１４８を含む場合にはクランプ電圧Ｖｃｌを加えたもの）により自己駆動してもよい。
【0031】
図８は、本発明に係る安全遮断装置の変形例の回路図である。図２～７Ｃを併せて参照する。安全遮断装置１は、ダイオードＤをさらに含み、正端点Ａと負端点Ｇとの間にはダイオードＤが結合されている。ダイオードＤは、短絡経路Ｌ２が導通すると、正端点Ａから負端点Ｇへの方向に順方向導通状態となり、ダイオードＤの両端に順方向導通電圧Ｖｆが発生する。ダイオードＤの作用は、制御可能スイッチ１２がオンされたときの両端電圧Ｖｃが、選択された検出ユニット１０、比較ユニット１４６、又は比較回路１０２を駆動するのに十分でない場合に、ダイオードＤを追加して正端点Ａから負端点Ｇまでの電圧を増加させることである。即ち、両端電圧ＶｃにダイオードＤの順方向導通電圧Ｖｆを加えることにより、制御可能スイッチ１２がオンしたときの電源装置２の出力電圧Ｖｏを高くすることができ、検出ユニット１０、比較ユニット１４６、比較回路１０２等の素子の選択を容易にすることができる。
【0032】
図９Ａは、本発明に係る安全遮断装置を直列接続された単一のストリングの電源システに適用する第１実施例の回路ブロック図である。図９Ｂは、本発明に係る安全遮断装置を直列接続された複数のストリングの電源システムに適用する第２実施例の回路ブロック図である。図９Ｃは、本発明に係る安全遮断装置を直列接続された単一のストリングの電源システムに適用する第３実施例の回路ブロック図である。図９Ａでは、複数の電源器２２の出力が直列接続されて構成された電源装置２の単一のストリングを含む。電源装置２は、負荷３に結合されて負荷３に電力を供給する。各電源器２２の出力が１組の安全遮断装置１に結合されることにより、負荷３が動作していないときに、各電源器２２が安全モードで動作することを保証することができる。図９Ｂでは、複数のストリングの電源装置２を含む。各電源装置２内部の構成は図９Ａと同様である。図９Ｃでは、直列接続された電源装置２を含むが、電源装置２は、複数組の電源器２２を含み、各組の電源器２２は、直列接続された複数組の電源ユニット２０を含む点で図９Ａと異なっている。なお、図９Ｃでは、２つの電源ユニット２０で１つの安全遮断装置１を用いることにより、構成要素の数量、回路コストや容積を削減することができる。
【0033】
以上、図面を参照しながら本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明は上記実施例に記載の範囲には限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施例に多様な変更又は改良を加えることができ、当該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、当業者であれば、本発明の技術的範囲内において容易に思いつくことができる変形や修正も、以下本発明の特許請求の範囲に含まれる。さらに、特許請求の範囲及び明細書において言及される特徴は、単独で又は任意の組み合わせで実施され得る。
【符号の説明】
【0034】
１、１’…安全遮断装置
１０、１０－１、１０－２、１０－３…検出ユニット
ＩＮ…電源入力端子
ＯＵＴ…信号出力端子
Ｒ…抵抗
Ｒｓ…検出抵抗
１０２…比較回路
１２…制御可能スイッチ
１４、１４’…駆動回路
１４２…第１スイッチ
１４４…レギュレータ回路
Ｒ１…第１抵抗
ＺＤ…レギュレータユニット
１４６…比較ユニット
Ａ１…第１入力端子
Ａ２…第２入力端子
Ｏ…出力端子
１４８…クランプ回路
Ｃｖｄ…分圧回路
Ｒｄ１…第１分圧抵抗
Ｒｄ２…第２分圧抵抗
Ｑ…第２スイッチ
Ｘ…第１端
Ｙ…第２端
Ｚ…制御端
Ｒ２…第２抵抗
１６…遮断スイッチ
Ｄ…ダイオード
２…電源装置
２０…電源ユニット
２２…電源器
３…負荷
４…遮断装置
５…通信ユニット
Ｌ…信号線
Ｌ１…給電経路
Ｌ２…短絡経路
Ａ…正端点
Ｂ…節点
Ｇ…負端点
Ｖｏ…出力電圧
Ｖｃ、Ｖｒｓ…両端電圧
Ｖ１…第１電圧
Ｖ２…第２電圧
Ｖｒｅｆ…基準電圧
Ｖｃｌ…クランプ電圧
Ｖｆ…順方向導通電圧
Ｉ…電流
Ｉｉ…検出電流
Ｓ１…電流確認信号
Ｓ２…無負荷信号
１０、１０－１、１０－２、１０－３…検出ユニット
ＩＮ…電源入力端子
ＯＵＴ…信号出力端子
Ｒ…抵抗
Ｒｓ…検出抵抗
１０２…比較回路
１２…制御可能スイッチ
１４、１４’…駆動回路
１４２…第１スイッチ
１４４…レギュレータ回路
Ｒ１…第１抵抗
ＺＤ…レギュレータユニット
１４６…比較ユニット
Ａ１…第１入力端子
Ａ２…第２入力端子
Ｏ…出力端子
１４８…クランプ回路
Ｃｖｄ…分圧回路
Ｒｄ１…第１分圧抵抗
Ｒｄ２…第２分圧抵抗
Ｑ…第２スイッチ
Ｘ…第１端
Ｙ…第２端
Ｚ…制御端
Ｒ２…第２抵抗
１６…遮断スイッチ
Ｄ…ダイオード
２…電源装置
２０…電源ユニット
２２…電源器
３…負荷
４…遮断装置
５…通信ユニット
Ｌ…信号線
Ｌ１…給電経路
Ｌ２…短絡経路
Ａ…正端点
Ｂ…節点
Ｇ…負端点
Ｖｏ…出力電圧
Ｖｃ、Ｖｒｓ…両端電圧
Ｖ１…第１電圧
Ｖ２…第２電圧
Ｖｒｅｆ…基準電圧
Ｖｃｌ…クランプ電圧
Ｖｆ…順方向導通電圧
Ｉ…電流
Ｉｉ…検出電流
Ｓ１…電流確認信号
Ｓ２…無負荷信号
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
