(57)【要約】【課題】直流給電システムにおいて、給電中に入力プラグがコンセントから抜けた場合等に発生するアークを抑制し、交流が入力される市販の電気機器をコンセントに接続可能とする。【解決手段】直流源１１は、直流給電線２０に直流電圧Ｖｉｎを供給する。電圧変換部１００は、直流給電線２０に供給される直流電圧Ｖｉｎを、第１の所定の時間ローレベルの電位となり、第２の所定の時間ハイレベルの電位となる波形を繰り返す電圧Ｖｏｕｔに変換する。コンセント１１０は、電圧変換部１００で変換された電圧Ｖｏｕｔを出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を供給する直流源と、
前記直流源から供給される直流電圧を、第１の所定の時間ローレベルの電位となり、第２の所定の時間ハイレベルの電位となる波形を繰り返す所定の電圧に変換する電圧変換部と、
前記電圧変換部で変換された所定の電圧を出力する出力部と、
備えることを特徴とする直流給電システム。
【請求項２】
前記電圧変換部が、前記直流源から供給される直流電圧を、交流入力の電気機器を動作させることができる前記所定の電圧に変換することができることを特徴とする請求項１に記載の直流給電システム。
【請求項３】
前記電圧変換部が、
給電対象の電気機器に応じた波形のＰＷＭ制御信号を出力するＰＷＭ制御部と、
複数のスイッチング素子を含み、前記ＰＷＭ制御部から出力されるＰＷＭ制御信号に応じて当該各スイッチング素子を制御することにより、前記直流源から供給される直流電圧を、給電対象の電気機器に応じた前記所定の電圧に変換する電圧変換回路と、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載の直流給電システム。
【請求項４】
前記電圧変換回路が、フルブリッジ回路を含み、
前記直流源が、商用電源の交流電圧の実効値と同一の電圧値の直流電圧を供給する、
ことを特徴とする請求項３に記載の直流給電システム。
【請求項５】
前記電圧変換回路が、ハーフブリッジ回路を含み、
前記直流源が、商用電源の交流電圧の実効値の２倍の電圧値の直流電圧を供給する、
ことを特徴とする請求項３に記載の直流給電システム。
【請求項６】
前記出力部が、コンセントであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の直流給電システム。
【請求項７】
請求項６に記載の直流給電システムのコンセントに接続される入力プラグと、
前記コンセントから出力される前記所定の電圧を直流電圧に変換する直流電圧変換部と、
を備えることを特徴とする電気機器。
【請求項８】
前記入力プラグが、前記直流電圧変換部を含むことを特徴とする請求項７に記載の電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流源から供給される直流電圧を電気機器に供給する直流給電システムおよびそのシステムに接続される電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
効率的に電力を利用できるため、直流給電システムが注目されている。
また、フルブリッジ型ＤＣ／ＤＣコンバータやハーフブリッジ型ＤＣ／ＤＣコンバータが周知である。フルブリッジ型ＤＣ／ＤＣコンバータやハーフブリッジ型ＤＣ／ＤＣコンバータは、直流電圧を交流電圧に変換した後にそれを電圧値の異なる直流電圧に変換する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電気機器は一般にその入力プラグをコンセントに差し込んで使用される。しかし、コンセントから直流を供給すると、給電中に入力プラグがコンセントから抜けた場合等に、コンセントでアークが発生し、火災となるおそれがある。
また、現在市販されている電気機器は交流入力のものが多い。
【０００４】
本発明の目的は、直流給電システムにおいて、給電中に入力プラグがコンセントから抜けた場合等に発生するアークを抑制することができ、交流が入力される市販の電気機器をコンセントに接続することができる直流給電システムおよびそのシステムに接続される電気機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の直流給電システムは、
直流電圧を供給する直流源と、
前記直流源から供給される直流電圧を、第１の所定の時間ローレベルの電位となり、第２の所定の時間ハイレベルの電位となる波形を繰り返す所定の電圧に変換する電圧変換部と、
前記電圧変換部で変換された所定の電圧を出力する出力部と、
備えることを特徴とする。
【０００６】
好ましくは、本発明の直流給電システムは、
前記電圧変換部が、前記直流源から供給される直流電圧を、交流入力の電気機器を動作させることができる前記所定の電圧に変換することができることを特徴とする。
【０００７】
好ましくは、本発明の直流給電システムは、
前記電圧変換部が、
給電対象の電気機器に応じた波形のＰＷＭ制御信号を出力するＰＷＭ制御部と、
複数のスイッチング素子を含み、前記ＰＷＭ制御部から出力されるＰＷＭ制御信号に応じて当該各スイッチング素子を制御することにより、前記直流源から供給される直流電圧を、給電対象の電気機器に応じた前記所定の電圧に変換する電圧変換回路と、
を有することを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、本発明の直流給電システムは、
前記電圧変換回路が、フルブリッジ回路を含み、
前記直流源が、商用電源の交流電圧の実効値と同一の電圧値の直流電圧を供給する、
ことを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、本発明の直流給電システムは、
前記電圧変換回路が、ハーフブリッジ回路を含み、
前記直流源が、商用電源の交流電圧の実効値の２倍の電圧値の直流電圧を供給する、
ことを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、本発明の直流給電システムは、
前記出力部が、コンセントであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の電気機器は、
上述した直流給電システムのコンセントに接続される入力プラグと、
前記コンセントから出力される前記所定の電圧を直流電圧に変換する直流電圧変換部と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
好ましくは、本発明の電気機器は、
前記入力プラグが、前記直流電圧変換部を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、直流給電システムにおいて、給電中に入力プラグがコンセントから抜けた場合等に発生するアークを抑制することができ、交流が入力される市販の電気機器をコンセントに接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る直流給電システムの構成の一例を示す図である。
【図２】電圧変換部によって変換される電圧の一例を示す図である。
【図３】フルブリッジ回路を含む電圧変換部の構成の一例を示す図である。
【図４】ＰＷＭ制御信号と図３の電圧変換部から出力される電圧の波形の一例を示す図である。
【図５】入力プラグに含まれる直流電圧変換部の構成の一例を示す図である。
【図６】ハーフブリッジ回路を含む電圧変換部の構成の他の例を示す図である。
【図７】ＰＷＭ制御信号と図６の電圧変換部から出力される電圧の波形の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係る直流給電システムおよび電気機器について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態を説明する全図において、共通の構成要素には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る直流給電システム１０の構成の一例を示す。
直流給電システム１０は、直流源１１と、直流給電線２０と、電圧変換部１００と、コンセント１１０とを有する。
直流源１１は、直流給電線２０に直流電圧Ｖｉｎを供給する。直流給電線２０には、直流電圧Ｖｉｎが印加される。直流電圧Ｖｉｎは、例えば、１００Ｖ、２００Ｖ、４００Ｖ等である。
電圧変換部１００は、直流源１１から供給される直流電圧Ｖｉｎを、図２に示す所定の電圧Ｖｏｕｔに変換する。所定の電圧Ｖｏｕｔは、時間Ｔ１の間ローレベルの電位となり、時間Ｔ２の間中間レベルの電位となり、時間Ｔ３の間ハイレベルの電位となり、時間Ｔ４の間再度中間レベルの電位となる波形を繰り返す。ローレベルの電位とは、例えば０Ｖである。ハイレベルの電位とは、例えば２００Ｖや４００Ｖである。
時間Ｔ１と時間Ｔ３は、それぞれ本発明の第１の所定の時間と第２の所定の時間の例である。時間Ｔ１と時間Ｔ３は、通常同一の時間であるが、異なる時間であってもよい。
コンセント１１０は、電圧変換部１００で変換された電圧Ｖｏｕｔを出力する。コンセント１１０は本発明の直流給電システムにおける出力部の一例である。
【００１７】
交流電気機器１２０は、市販されている交流入力の電気機器、例えば、テレビ、冷蔵庫、洗濯機、冷房等である。
入力プラグ１２１をコンセント１１０に差し込むことにより、交流電気機器１２０は、コンセント１１０に接続される。電圧変換部１００の出力する電圧Ｖｏｕｔは、入力プラグ１２１を介して交流電気機器１２０に直接入力される。
交流電気機器１２０がコンセント１１０に接続される場合、電圧変換部１００は、直流源１１から供給される直流電圧を、交流電気機器１２０を動作させることができる電圧Ｖｏｕｔに変換する。そのとき、電圧Ｖｏｕｔの周波数は、商用電源の交流電圧の周波数と同一である。なお、日本では、商用電源の交流電圧の周波数は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。
この場合、電圧Ｖｏｕｔは、後述するように、時間Ｔ２と時間Ｔ４が極めて短く、時間Ｔ１と時間Ｔ３が同一であって、矩形波と見なせる。例えば、電圧Ｖｏｕｔのローレベルの電位とハイレベルの電位はそれぞれ０Ｖと２００Ｖ（または−１００Ｖと＋１００Ｖ）であり、電圧Ｖｏｕｔの実効値は１００Ｖである。電圧Ｖｏｕｔの波形は商用電源の交流電圧の波形とは異なるが、交流電気機器１２０は、通常、電圧Ｖｏｕｔによって正常に動作する。
【００１８】
直流電気機器２２０は、５Ｖ、１２Ｖ、または２４Ｖ等の直流電圧で動作する。直流電気機器２２０は、本発明の電気機器の一例である。
入力プラグ２２１をコンセント１１０に差し込むことにより、直流電気機器２２０はコンセント１１０に接続される。
直流電気機器２２０がコンセント１１０に接続される場合、電圧変換部１００は、直流源１１から供給される直流電圧Ｖｉｎを、直流電気機器２２０に応じた波形の電圧Ｖｏｕｔに変換する。
【００１９】
入力プラグ２２１は、直流電圧変換部２２２を含む。直流電圧変換部２２２は、コンセント１１０から出力される電圧Ｖｏｕｔを、直流電気機器２２０が動作する直流電圧に変換する。例えば、直流電気機器２２０が１２Ｖの直流電圧で動作する場合、電圧変換部１００は、直流電圧変換部２２２によって１２Ｖの直流電圧に変換される波形の電圧Ｖｏｕｔを出力する。入力プラグ２２１は本発明の電気機器における入力プラグの一例である。
なお、直流電気機器２２０が直流電圧変換部２２２を含み、直流電圧変換部２２２を含まない入力プラグ１２１を用いて直流電気機器２２０をコンセント１１０に接続する構成とすることもできる。ただし、後述するように、直流電圧変換部２２２はトランス、コイルおよびコンデンサ等を含む。電圧Ｖｏｕｔの周波数を高くすることにより、直流電圧変換部２２２を小型化することができる。しかし、長い配線を用いて高い周波数の電圧Ｖｏｕｔを供給すると、ノイズが発生しやすい。ノイズを抑えるためには、入力プラグ２２１が直流電圧変換部２２２を含む構成とすることが望ましい。
【００２０】
図３は、フルブリッジ回路３１０を含む電圧変換部１００の構成の一例を示す。
図３の電圧変換部１００は、平滑化コンデンサＣ１と、ＰＷＭ制御部３００と、フルブリッジ回路３１０とを有する。
直流源１１は、直流給電線２０に商用電源の交流電圧の実効値と同一の電圧値の直流電圧Ｖｉｎを供給する。
平滑化コンデンサＣ１は、直流源１１から供給される直流電圧Ｖｉｎを平滑化する。
ＰＷＭ制御部３００は、ＰＷＭ制御信号ＰＷＭ１とＰＷＭ制御信号ＰＷＭ２を出力する。図４に示すように、ＰＷＭ制御信号ＰＷＭ１は、１周期の時間がＴであり、時間Ｔ１の間ハイレベルとなり、１周期中の残りの時間ローレベルとなる。ＰＷＭ制御信号ＰＷＭ１がハイレベルのとき、フルブリッジ回路３１０に含まれるスイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ４がオンとなる（導通する）。デューティ比はＴ１／Ｔである。
ＰＷＭ制御信号ＰＷＭ２は、ＰＷＭ制御信号ＰＷＭ１と半周期ずれた信号である。ＰＷＭ制御信号ＰＷＭ２は、ＰＷＭ制御信号ＰＷＭ１と同様に１周期の時間がＴであり、時間Ｔ３の間ハイレベルとなり、１周期中の残りの時間ローレベルとなる。ＰＷＭ制御信号ＰＷＭ２がハイレベルのとき、フルブリッジ回路３１０に含まれるスイッチ素子Ｑ２とスイッチ素子Ｑ３がオンとなる（導通する）。デューティ比はＴ３／Ｔである。
【００２１】
フルブリッジ回路３１０は、スイッチ素子Ｑ１と、スイッチ素子Ｑ２と、スイッチ素子Ｑ３と、スイッチ素子Ｑ４とで構成される。ダイオードＤ１〜Ｄ４は、それぞれスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のボディ・ダイオード（寄生ダイオード）である。
フルブリッジ回路３１０は、直流源１１から直流電圧Ｖｉｎを供給され、図４に示す電圧Ｖｏｕｔを出力する。電圧Ｖｏｕｔのローレベルとハイレベルは、それぞれ−ＶｉｎとＶｉｎである。例えば直流電圧Ｖｉｎ＝１００Ｖのとき、フルブリッジ回路３１０は、ハイレベル＝２００Ｖおよびローレベル＝０Ｖの電圧Ｖｏｕｔを出力する。また、例えば直流電圧Ｖｉｎ＝２００Ｖのとき、フルブリッジ回路３１０は、ハイレベル＝４００Ｖおよびローレベル＝０Ｖの電圧Ｖｏｕｔを出力する。
なお、フルブリッジ回路３１０は、周知であるため、その詳細な説明は省略する。
【００２２】
コンセント１１０に交流電気機器１２０が接続される場合、ＰＷＭ制御部３００は、商用電源の交流電圧の周波数と同一の周波数の矩形波であるＰＷＭ制御信号１とＰＷＭ制御信号２を出力する。この場合、時間Ｔ１と時間Ｔ３は、例えば同一の時間である。また、時間Ｔ２と時間Ｔ４は、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２が同時にオンとなること、およびスイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４が同時にオンとなることを防ぐことができる時間（デッド・タイム）である。
フルブリッジ回路３１０は、ＰＷＭ制御信号１とＰＷＭ制御信号２に応じて直流給電線２０に供給される直流電圧Ｖｉｎを変換し、略デューティ比５０％の矩形波である電圧Ｖｏｕｔを出力する。この場合、電圧Ｖｏｕｔは交流電気機器１２０を動作させることができる。
【００２３】
コンセント１１０に直流電気機器２２０が接続される場合、ＰＷＭ制御部３００は直流電気機器２２０に応じたデューティ比の矩形波であるＰＷＭ制御信号１とＰＷＭ制御信号２を出力する。この場合も、時間Ｔ１と時間Ｔ３は、例えば同一の時間である。また、時間Ｔ２と時間Ｔ４は、それぞれデッド・タイム以上である。
フルブリッジ回路３１０は、ＰＷＭ制御信号１とＰＷＭ制御信号２に応じて直流給電線２０に供給される直流電圧Ｖｉｎを、直流電気機器２２０に応じた波形の電圧Ｖｏｕｔに変換する。
【００２４】
直流電圧変換部２２２の構成の一例を図５に示す。直流電圧変換部２２２は、トランスＴＲと、ダイオードＤ７と、ダイオードＤ８と、コイルＬ１と、コンデンサＣ４とを有する。直流電圧変換部２２２には、コンセント１１０から出力される電圧Ｖｏｕｔが、入力電圧Ｖ１として入力される。直流電圧変換部２２２は、入力電圧Ｖ１を直流電圧Ｖ２に変換する。直流電圧Ｖ２は直流電気機器２２０の動作電圧である。
なお、図５の直流電圧変換部は、フルブリッジ型ＤＣ／ＤＣコンバータやハーフブリッジ型ＤＣ／ＤＣコンバータ等に含まれるものであり、周知である。このため、その詳細な説明は省略する。
【００２５】
図６は、ハーフブリッジ回路３２０を含む電圧変換部１００の構成の一例を示す。
図６の電圧変換部１００は、平滑化コンデンサＣ１と、ＰＷＭ制御部３００と、ハーフブリッジ回路３２０とを有する。
図６の電圧変換部１００の平滑化コンデンサＣ１とＰＷＭ制御部３００は、図３のフルブリッジ回路３１０を含む電圧変換部１００のものと同一である。
図６の電圧変換部１００では、直流源１１は、直流給電線２０に商用電源の交流電圧の実効値の２倍の電圧値の直流電圧Ｖｉｎを供給する。
【００２６】
図７に示すように、ＰＷＭ制御信号ＰＷＭ１がハイレベルのとき、ハーフブリッジ回路３２０に含まれるスイッチ素子Ｑ５がオンとなる（導通する）。また、ＰＷＭ制御信号ＰＷＭ２がハイレベルのとき、ハーフブリッジ回路３２０に含まれるスイッチ素子Ｑ６がオンとなる（導通する）。
【００２７】
ハーフブリッジ回路３２０は、スイッチ素子Ｑ５と、スイッチ素子Ｑ６と、コンデンサＣ２と、コンデンサＣ３とで構成される。ダイオードＤ５とダイオードＤ６は、それぞれスイッチ素子Ｑ５とスイッチ素子Ｑ６のボディ・ダイオード（寄生ダイオード）である。
ハーフブリッジ回路３２０は、直流源１１から直流電圧Ｖｉｎを供給され、図７に示す電圧Ｖｏｕｔを出力する。電圧Ｖｏｕｔのローレベルとハイレベルは、それぞれＶｉｎ／２と−Ｖｉｎ／２である。例えば直流電圧Ｖｉｎ＝２００Ｖのとき、ハーフブリッジ回路３２０は、ハイレベル＝２００Ｖおよびローレベル＝０Ｖの電圧Ｖｏｕｔを出力する。また、例えば直流電圧Ｖｉｎ＝４００Ｖのとき、ハーフブリッジ回路３２０は、ハイレベル＝４００Ｖおよびローレベル＝０Ｖの電圧Ｖｏｕｔを出力する。
なお、ハーフブリッジ回路３２０は、周知であるため、その詳細な説明は省略する。
【００２８】
コンセント１１０に交流電気機器１２０が接続される場合、ハーフブリッジ回路３２０は、ＰＷＭ制御信号１とＰＷＭ制御信号２に応じて直流給電線２０に供給される直流電圧Ｖｉｎを変換し、略デューティ比５０％の矩形波である電圧Ｖｏｕｔを出力する。この場合、電圧Ｖｏｕｔは交流電気機器１２０を動作させることができる。
コンセント１１０に直流電気機器２２０が接続される場合、ハーフブリッジ回路３２０は、ＰＷＭ制御信号１とＰＷＭ制御信号２に応じて直流給電線２０に供給される直流電圧Ｖｉｎを、直流電気機器２２０に応じた波形の電圧Ｖｏｕｔに変換する。
【００２９】
なお、上述した実施形態では、フルブリッジ回路３１０またはハーフブリッジ回路３２０を含む電圧変換部１００の例を示したが、直流給電線２０から供給される直流電圧Ｖｉｎを、図２に示す所定の電圧Ｖｏｕｔや矩形波（方形波）の電圧に変換することができれば、電圧変換部１００は他の回路を含んでもよい。
【００３０】
以上説明したように、本発明によれば、直流給電システムにおいて、給電中に入力プラグがコンセントから抜けた場合等に発生するアークを抑制することができる。また、交流が入力される市販の電気機器をコンセントに接続することができる。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、設計または製造上の都合やその他の要因によって必要となる様々な修正や組み合わせは、請求項に記載されている発明や発明の実施形態に記載されている具体例に対応する発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３２】
１０…直流給電システム、１１…直流源、２０…直流給電線、１００…電圧変換部、１１０…コンセント、１２０…交流電気機器、１２１…入力プラグ、２２０…直流電気機器、２２１…入力プラグ、２２２…直流電圧変換部、３００…ＰＷＭ制御部、３１０…フルブリッジ回路、３２０…ハーフブリッジ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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