(57)【要約】【課題】入力する電源を切り替えて出力する切替装置において、制御部の停電時あるいは故障時に、双方とも出力されなかったり、両方とも出力されたりする問題が発生しないための電源切替装置および電源システムを提供すること。【解決手段】２つの電源、すなわち商用電源１およびインバータ４をそれぞれスイッチング素子を介挿して両者を並列接続して出力端に接続し、スイッチング素子のゲート電極には制御回路８からの駆動電圧が印加され、商用電源１側に介挿されたスイッチング素子１１ａ、１１ｂはゲート−ソース間に電位差がないとき導通とし、他方の電源であるインバータ４側に介挿されたスイッチング素子１１ｃ、１１ｄはゲート−ソース間に電位差がないとき開放とする。制御回路８が停電または故障して、駆動電圧を発生しなくても、商用電源１からの電力が、スイッチング素子１１ａ、１１ｂ、出力端７を経由して、負荷に供給される。【選択図】図２
2009100502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎを２以上の整数とするとき、第１ないし第ｎの電源からの電力を入力し、その一つを出力端へ出力する電源切替装置において、
前記第１ないし第ｎの電源は、個別に、該電源切替装置内のスイッチを介挿されて前記出力端に接続され、
前記スイッチの動作を制御するための信号を前記スイッチへ、制御線を介して、入力する制御部が具備され、
前記第１の電源に接続する前記スイッチは、前記信号が入力されないとき閉成、入力されるとき開放であるものであり、
前記第２ないし第ｎの電源に接続するスイッチの全ては、前記信号が入力されないとき開放、入力されるとき閉成であるものであることを特徴とする電源切替装置。
【請求項２】
ｎを２以上の整数とするとき、第１ないし第ｎの電源からの電力を入力し、その一つを出力端へ出力する電源切替装置において、
前記第１ないし第ｎの電源は、個別に、該電源切替装置内の電界効果トランジスタを介挿されて前記出力端に接続され、
前記電界効果トランジスタの動作を制御するための駆動電圧を、制御線を介して、前記電界効果トランジスタのゲート電極に印加する制御部が具備され、
前記第１の電源に接続する前記電界効果トランジスタは、そのゲート電極に駆動電圧が印加されないとき導通、印加されるとき開放であるものであり、
前記第２ないし第ｎの電源に接続する電界効果トランジスタの全ては、そのゲート電極に駆動電圧が印加されないとき開放、印加されるとき導通であるものであることを特徴とする電源切替装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電源切替装置において、前記信号のすべては共通の前記制御線を介して前記スイッチへ入力されることを特徴とする電源切替装置。
【請求項４】
請求項２に記載の電源切替装置において、前記駆動電圧のすべては共通の前記制御線を介して前記電界効果トランジスタのゲート電極へ印加されることを特徴とする電源切替装置。
【請求項５】
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、請求項１または２に記載の電源切替装置とを有し、前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、
前記第１の電源と、前記第２ないし第ｎの電源のうちの１つとのいずれか一方が前記交流電源であり、他方が前記インバータであることを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システム。
【請求項６】
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータとを有し、
請求項１または３においてｎを２とした場合の電源切替装置を具備し、
前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、
前記第１の電源と前記第２の電源とのいずれか一方を前記交流電源とし、他方を前記インバータとし、
前記第１の電源が停電または故障であるとき、すべての前記スイッチへ前記信号が入力され、前記第１の電源に異常がないとき、すべての前記スイッチへ前記信号が入力されないことを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システム。
【請求項７】
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの入力電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータとを有し、
請求項１または３においてｎを２とした場合の電源切替装置を具備し、
前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、
前記第１の電源と前記第２の電源とのいずれか一方を前記交流電源とし、他方を前記インバータとし、
前記第２の電源が停電または故障であるとき、すべての前記スイッチへ前記信号が入力されず、前記第２の電源に異常がないとき、すべての前記スイッチへ信号が入力されることを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システム。
【請求項８】
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、請求項１または３においてｎを２とした場合の電源切替装置とを有し、前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、
前記第１の電源が前記交流電源であり、前記第２の電源が前記インバータであり、
前記交流電源が有効であれば、すべての前記スイッチに信号が入力されず、前記交流電源が停電であれば、すべての前記スイッチに信号が入力されることを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システム。
【請求項９】
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、請求項１または３においてｎを２とした場合の電源切替装置とを有し、前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、
前記第１の電源が前記インバータであり、前記第２の電源が前記交流電源であり、
前記交流電源が有効であれば、すべての前記スイッチに信号が入力され、前記交流電源が停電であれば、すべての前記スイッチに信号が入力されないことを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システム。
【請求項１０】
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、請求項１または３においてｎを２とした場合の電源切替装置とを有し、前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、
前記第１の電源が前記インバータであり、前記第２の電源が前記交流電源であり、
前記インバータが故障するか、または過負荷時になった場合に、すべての前記スイッチに信号が入力され、その他の場合に、すべての前記スイッチに信号が入力されないことを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システム。
【請求項１１】
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータとを有し、
請求項２または４においてｎを２とした場合の電源切替装置を具備し、
前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、
前記第１の電源と前記第２の電源とのいずれか一方を前記交流電源とし、他方を前記インバータとし、
前記第１の電源が停電または故障であるとき、すべての前記電界効果トランジスタのゲート電極へ前記駆動電圧が印加され、前記第１の電源に異常がないとき、すべての前記電界効果トランジスタのゲート電極へ前記駆動電圧が印加されないことを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システム。
【請求項１２】
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの入力電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータとを有し、
請求項２または４においてｎを２とした場合の電源切替装置を具備し、
前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、
前記第１の電源と前記第２の電源とのいずれか一方を前記交流電源とし、他方を前記インバータとし、
前記第２の電源が停電または故障であるとき、すべての前記電界効果トランジスタのゲート電極へ前記駆動電圧が印加されず、前記第２の電源に異常がないとき、すべての前記電界効果トランジスタのゲート電極へ前記駆動電圧が印加されることを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システム。
【請求項１３】
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、請求項２または４においてｎを２とした場合の電源切替装置とを有し、前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、
前記第１の電源が前記交流電源であり、前記第２の電源が前記インバータであり、
前記交流電源が有効であれば、すべての前記電界効果トランジスタのゲート電極に前記駆動電圧が印加されず、前記交流電源が停電であれば、すべての前記電界効果トランジスタのゲート電極に前記駆動電圧が印加されることを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システム。
【請求項１４】
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、請求項２または４においてｎを２とした場合の電源切替装置とを有し、前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、
前記第１の電源が前記インバータであり、前記第２の電源が前記交流電源であり、
前記交流電源が有効であれば、すべての前記電界効果トランジスタのゲート電極に前記駆動電圧が印加され、前記交流電源が停電であれば、すべての前記電界効果トランジスタのゲート電極に前記駆動電圧が印加されないことを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システム。
【請求項１５】
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、請求項２または４においてｎを２とした場合の電源切替装置とを有し、前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、
前記第１の電源が前記インバータであり、前記第２の電源が前記交流電源であり、
前記インバータが故障するか、または過負荷時になった場合に、すべての前記電界効果トランジスタのゲート電極に前記駆動電圧が印加され、その他の場合に、すべての前記電界効果トランジスタのゲート電極に前記駆動電圧が印加されないことを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源を切替えて負荷へ接続する電源切替装置およびこれを用いた電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
災害時や非常時に機器のバックアップ用として使用される従来の電源システムは、主にＵＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐ１ｙ）であり、通常、図１に示したように、蓄電池を複数組み合わせてなる組電池３と、直流電力を交流電力に変換するインバータ４と、交流電源である商用電源１から入力した交流電力を直流電力に変換して組電池３を充電する整流器２と、商用電源１とインバータ４のどちらかを出力端７に接続する電源切替装置である切替装置６とから構成される。
【０００３】
商用電源１が有効であるとき、切替装置６は商用電源１を出力端７へ接続し、入力した交流電力はバイパス回路５を介して、出力端７から負荷装置へ供給される。
【０００４】
停電時は、切替装置６はインバータ４を出力端７へ接続し、組電池３が出力する電力をインバータ４を介して、出力端７から負荷装置へ供給する。
【０００５】
下記特許文献１、２には、蓄電池と、インバータと、整流器とを備えた無停電電源装置が記載され、特許文献１には、整流器部が故障した時には、無停電にてインバータ部のインバータ給電から商用バイパスによる商用バイパス給電に切り替え、この状態のとき、交流入力が異常になったときは、商用バイパス給電から蓄電池部によるインバータ給電に切り替える手段を具備することが記載され、特許文献２には、負荷の消費電力を検出する電力検出手段と、検出した消費電力をもとに、あらかじめ設定された検出時刻から所定の時間の間に負荷が必要とする必要電力量を計算する必要電力量演算手段と、計算した必要電力量に蓄電量余裕を加算して蓄電量指令とする蓄電量余裕加算手段と、蓄電池の蓄電量を検出する蓄電量検出手段と、検出した蓄電量と蓄電量指令に基づいて蓄電池の充電電流を制御する充電制御手段とを少なくとも具備することが記載されている。
【特許文献１】特開平７−３９０８８号公報
【特許文献２】特開２００３−４７１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
蓄電池とインバータおよび整流器を組み合わせることにより、停電時にも電気機器（負荷）を動作させるためのバックアップ電源システムを構成することが可能である。このような電源システムでは、例えば、図１に示すように、複数の電池を組み合わせてなる組電池３と、商用電源１からの電力を直流電力へ変換して組電池３を充電する整流器２と、組電池３が出力する電力を交流電力へ変換するインバータ４と、切替装置６とを有する。
【０００７】
切替装置６は、商用電源１とインバータ４を入力源とし、その一つを出力端７へ接続する機能を有する。通常時は商用電源からの電力を負荷へ供給するシステムでは、商用電源１から受電しているとき、切替装置６は商用電源１を出力端７へ接続し、入力された電力はバイパス回路５を介して出力端７へと出力される。商用電源１の停電時、切替装置６はインバータ４を出力端７へ接続し、組電池３からの電力がインバータ４を介して出力端７へ供給される。
【０００８】
切替装置６は、例えば図７に示した構成を持つ。商用電源１（バイパス回路５）とインバータ４からの入力が並列接続されて出力端７に接続されるが、両方が同時に出力端７へ接続されることがないように、それぞれスイッチング素子１０ｇ、１０ｈを介している。
【０００９】
制御部である制御回路８は、停電検知部９を介して商用電源１（バイパス回路５）の受電の有無を検知し、商用電源１が受電しているときは商用電源１を出力端７へ接続し、停電しているときはインバータ４を出力端７へ接続する。商用電源１を出力端７へ接続するには、スイッチング素子１０ｇを短絡し、１０ｈを開放する。またインバータ４を出力端７へ接続するには、スイッチング素子１０ｇを開放し、１０ｈを短絡する。スイッチング素子１０ｇ、１０ｈは、エンハンスメント型電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり、ゲート−ソース間に電圧が印加されることにより短絡される性質を有する。スイッチング素子１０ｇおよび１０ｈのゲート電極はそれぞれ制御線に接続され、いずれかの制御線に電圧が印加されることによって一方のスイッチング素子（１０ｇあるいは１０ｈ）だけが短絡される。
【００１０】
図７のような切替装置６によって、商用電源１が受電しているときは商用電源１をそのまま出力端７へ接続し、停電時は組電池３が出力する電力をインバータ４を介して出力端７へ供給する電源システムとすることができるが、切替装置６の故障時に、商用電源１とインバータ４の出力が双方とも接続されず電力を出力できない問題、商用電源１とインバータ４の出力が両方同時に接続される問題が発生する。
【００１１】
切替装置６の制御回路８は、その動作のために電源（制御電源）を必要としており、図１の電源システムでは整流器２あるいは組電池３から給電される。断線等による制御電源の停電、あるいは制御回路８の故障の場合、制御回路８は停止し、スイッチング素子１０ｇ、１０ｈへ電圧を印加することができなくなるため両方のスイッチング素子１０ｇ、１０ｈが開放されてしまい、商用電源１とインバータ４のどちらも出力端７へ接続することができず、商用電源１が有効であっても、組電池３に十分な電力が蓄積されていても、負荷へ電力供給することができなくなる。
【００１２】
また、制御回路８の故障により、両方のスイッチング素子１０に電圧が印加された場合、すべてのスイッチンク素子１０が短絡されてしまい、バイパス回路５とインバータ４の両方が出力端７へ接続されてしまい、同期されない交流電力の合成により正常な交流電力を出力することができなくなる。
【００１３】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、入力する電源を切り替えて出力する切替装置において、制御部の停電時あるいは故障時に、双方とも出力されなかったり、両方とも出力されたりする問題が発生しないための電源切替装置および電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明においては、上記課題を解決するために、請求項１に記載のように、
ｎを２以上の整数とするとき、第１ないし第ｎの電源からの電力を入力し、その一つを出力端へ出力する電源切替装置において、前記第１ないし第ｎの電源は、個別に、該電源切替装置内のスイッチを介挿されて前記出力端に接続され、前記スイッチの動作を制御するための信号を前記スイッチへ、制御線を介して、入力する制御部が具備され、前記第１の電源に接続する前記スイッチは、前記信号が入力されないとき閉成、入力されるとき開放であるものであり、前記第２ないし第ｎの電源に接続するスイッチの全ては、前記信号が入力されないとき開放、入力されるとき閉成であるものであることを特徴とする電源切替装置を構成する。
【００１５】
また、本発明においては、請求項２に記載のように、
ｎを２以上の整数とするとき、第１ないし第ｎの電源からの電力を入力し、その一つを出力端へ出力する電源切替装置において、前記第１ないし第ｎの電源は、個別に、該電源切替装置内の電界効果トランジスタを介挿されて前記出力端に接続され、前記電界効果トランジスタの動作を制御するための駆動電圧を、制御線を介して、前記電界効果トランジスタのゲート電極に印加する制御部が具備され、前記第１の電源に接続する前記電界効果トランジスタは、そのゲート電極に駆動電圧が印加されないとき導通、印加されるとき開放であるものであり、前記第２ないし第ｎの電源に接続する電界効果トランジスタの全ては、そのゲート電極に駆動電圧が印加されないとき開放、印加されるとき導通であるものであることを特徴とする電源切替装置を構成する。
【００１６】
また、本発明においては、請求項３に記載のように、
請求項１に記載の電源切替装置において、前記信号のすべては共通の前記制御線を介して前記スイッチへ入力されることを特徴とする電源切替装置を構成する。
【００１７】
また、本発明においては、請求項４に記載のように、
請求項２に記載の電源切替装置において、前記駆動電圧のすべては共通の前記制御線を介して前記電界効果トランジスタのゲート電極へ印加されることを特徴とする電源切替装置を構成する。
【００１８】
また、本発明においては、請求項５に記載のように、
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、請求項１または２に記載の電源切替装置とを有し、前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、前記第１の電源と、前記第２ないし第ｎの電源のうちの１つとのいずれか一方が前記交流電源であり、他方が前記インバータであることを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システムを構成する。
【００１９】
また、本発明においては、請求項６に記載のように、
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータとを有し、請求項１または３においてｎを２とした場合の電源切替装置を具備し、前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、前記第１の電源と前記第２の電源とのいずれか一方を前記交流電源とし、他方を前記インバータとし、前記第１の電源が停電または故障であるとき、すべての前記スイッチへ前記信号が入力され、前記第１の電源に異常がないとき、すべての前記スイッチへ前記信号が入力されないことを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システムを構成する。
【００２０】
また、本発明においては、請求項７に記載のように、
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの入力電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータとを有し、請求項１または３においてｎを２とした場合の電源切替装置を具備し、前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、前記第１の電源と前記第２の電源とのいずれか一方を前記交流電源とし、他方を前記インバータとし、前記第２の電源が停電または故障であるとき、すべての前記スイッチへ前記信号が入力されず、前記第２の電源に異常がないとき、すべての前記スイッチへ信号が入力されることを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システムを構成する。
【００２１】
また、本発明においては、請求項８に記載のように、
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、請求項１または３においてｎを２とした場合の電源切替装置とを有し、前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、前記第１の電源が前記交流電源であり、前記第２の電源が前記インバータであり、前記交流電源が有効であれば、すべての前記スイッチに信号が入力されず、前記交流電源が停電であれば、すべての前記スイッチに信号が入力されることを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システムを構成する。
【００２２】
また、本発明においては、請求項９に記載のように、
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、請求項１または３においてｎを２とした場合の電源切替装置とを有し、前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、前記第１の電源が前記インバータであり、前記第２の電源が前記交流電源であり、前記交流電源が有効であれば、すべての前記スイッチに信号が入力され、前記交流電源が停電であれば、すべての前記スイッチに信号が入力されないことを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システムを構成する。
【００２３】
また、本発明においては、請求項１０に記載のように、
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、請求項１または３においてｎを２とした場合の電源切替装置とを有し、前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、前記第１の電源が前記インバータであり、前記第２の電源が前記交流電源であり、前記インバータが故障するか、または過負荷時になった場合に、すべての前記スイッチに信号が入力され、その他の場合に、すべての前記スイッチに信号が入力されないことを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システムを構成する。
【００２４】
また、本発明においては、請求項１１に記載のように、
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータとを有し、請求項２または４においてｎを２とした場合の電源切替装置を具備し、前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、前記第１の電源と前記第２の電源とのいずれか一方を前記交流電源とし、他方を前記インバータとし、前記第１の電源が停電または故障であるとき、すべての前記電界効果トランジスタのゲート電極へ前記駆動電圧が印加され、前記第１の電源に異常がないとき、すべての前記電界効果トランジスタのゲート電極へ前記駆動電圧が印加されないことを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システムを構成する。
【００２５】
また、本発明においては、請求項１２に記載のように、
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの入力電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータとを有し、請求項２または４においてｎを２とした場合の電源切替装置を具備し、前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、前記第１の電源と前記第２の電源とのいずれか一方を前記交流電源とし、他方を前記インバータとし、前記第２の電源が停電または故障であるとき、すべての前記電界効果トランジスタのゲート電極へ前記駆動電圧が印加されず、前記第２の電源に異常がないとき、すべての前記電界効果トランジスタのゲート電極へ前記駆動電圧が印加されることを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システムを構成する。
【００２６】
また、本発明においては、請求項１３に記載のように、
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、請求項２または４においてｎを２とした場合の電源切替装置とを有し、前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、前記第１の電源が前記交流電源であり、前記第２の電源が前記インバータであり、前記交流電源が有効であれば、すべての前記電界効果トランジスタのゲート電極に前記駆動電圧が印加されず、前記交流電源が停電であれば、すべての前記電界効果トランジスタのゲート電極に前記駆動電圧が印加されることを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システムを構成する。
【００２７】
また、本発明においては、請求項１４に記載のように、
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、請求項２または４においてｎを２とした場合の電源切替装置とを有し、前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、前記第１の電源が前記インバータであり、前記第２の電源が前記交流電源であり、前記交流電源が有効であれば、すべての前記電界効果トランジスタのゲート電極に前記駆動電圧が印加され、前記交流電源が停電であれば、すべての前記電界効果トランジスタのゲート電極に前記駆動電圧が印加されないことを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システムを構成する。
【００２８】
また、本発明においては、請求項１５に記載のように、
１つ以上の電池を接続してなる組電池と、交流電源からの交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する整流器と、前記組電池が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、請求項２または４においてｎを２とした場合の電源切替装置とを有し、前記電源切替装置の出力を前記出力端から負荷へ供給する電源システムであって、前記第１の電源が前記インバータであり、前記第２の電源が前記交流電源であり、前記インバータが故障するか、または過負荷時になった場合に、すべての前記電界効果トランジスタのゲート電極に前記駆動電圧が印加され、その他の場合に、すべての前記電界効果トランジスタのゲート電極に前記駆動電圧が印加されないことを特徴とする、電源切替装置を用いた電源システムを構成する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る電源切替装置を構成することによって、例えば、制御部の停止時も、接続される電源のうち一つが必ず出力に接続され、他は接続されなくなり、また、電源切替のためのスイッチング素子は同一の制御線により動作するため、制御部が故障して制御線に誤った論理信号が送信されたとしても１つの電源が出力へ接続され複数の電源が同時に接続されることがなく、給電信頼性の高い電源システムを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明に係る電源切替装置においては、複数の電源からの電力を入力し、その一つを出力端から出力し、前記複数の電源は、個別に、スイッチを介挿されて（介在させて）前記出力端に接続され、前記スイッチの動作を制御するための信号を前記スイッチへ、制御線を介して、入力する制御部が具備され、前記複数の電源のうち一つに接続する前記スイッチは、前記信号が入力されないとき閉成（閉じていること）、入力されるとき開放であるものであり、前記複数の電源のうち残りに接続する前記スイッチの全ては、前記信号が入力されないとき開放、入力されるとき閉成であるものであることを特徴とする。なお、制御部は、故障時には前記信号を発生しないものとする。
【００３１】
上記スイッチとして、例えば、リレースイッチを用い、上記信号が、リレー中のコイルに流す電流であり、そのコイルに電流が流れないと接点が開き、電流が流れると接点が閉じる型（Ａタイプ）のものと、そのコイルに電流が流れないと接点が閉じ、電流が流れると接点が開く型（Ｂタイプ）のものとを用い、信号が入力されないとき閉成、入力されるとき開放であるものとしてＢタイプのものを用い、前記信号が入力されないとき開放、入力されるとき閉成であるものとしてＡタイプのものを用いればよい。
【００３２】
また、下記の実施の形態例におけるように、上記スイッチ（この場合はスイッチング素子）として、電界効果トランジスタを用いることができる。この場合には、上記の「信号が入力される」は「ゲート電極に駆動電圧が印加される」に相当する。
【００３３】
本発明に係る電源切替装置においては、例えば、２つの電源をそれぞれスイッチング素子を介挿して（介在させて）両者を並列接続して出力端に接続し、一方の電源に介挿されたスイッチング素子はゲート−ソース間に電位差がないとき導通（スイッチでいえば閉じている状態）とし、他方の電源に介挿されたスイッチング素子はゲート−ソース間に電位差がないとき開放とする。また、前記スイッチング素子の制御用電極をすべて共通の制御線に接続し、一方の電源の異常時に前記制御線に駆動電圧を出力する制御部を有する。
【００３４】
以下に、本発明の実施の形態について、本発明に係る電源切替装置を用いた電源システムが無停電電源装置（ＵＰＳ）である場合を例として説明するが、本発明はこれに限られるものではない。
【００３５】
＜実施の形態例１＞
図１は、本発明の実施の形態例を説明する図である。図において、複数の電池を組み合わせてなる組電池３と、バイパス回路５と、交流電源である商用電源１から入力した交流電力を直流電力へ変換して組電池３を充電する整流器２と、組電池３が出力する電力を交流電力へ変換するインバータ４と、電源切替装置である切替装置６と、出力端７とを有する無停電電源装置（ＵＰＳ）を構成する。
【００３６】
切替装置６は、バイパス回路５とインバータ４を入力源である電源とし、そのいずれかを出力端７へ接続する機能を有する。
【００３７】
商用電源１から受電しているとき、切替装置６はバイパス回路５を出力端７へ接続し、入力された電力はバイパス回路５、切替装置６を介してそのまま出力端７へと出力される。
【００３８】
商用電源１の停電時、切替装置６はインバータ４の出力を出力端７へ接続し、組電池３が出力する電力がインバータ４を介して出力端７へ供給される。
【００３９】
図２は、切替装置６の構成を説明する図である。商用電源１（バイパス回路５）からの入力線と、インバータ４からの入力線は並列接続されて出力端７へ接続されるが、それぞれ並列接続される前に、スイッチであるスイッチング素子１０（１０ａ、１０ｂおよび１０ｃ、１０ｄ）が挿入されている。同一の電路に２つのスイッチング素子１０が介挿されているのは、構造上、このスイッチング素子１０（ＦＥＴ）にダイオードが含まれており、ダイオードの向きが互いに異なる２つのＦＥＴを介挿することにより双方向の電流を遮断するためである。これに対して、スイッチング素子１０ａを片方の電路に、スイッチング素子１０ｂをもう一方の電路に、かつ、両者に含まれるダイオードが両スイッチング素子ＯＦＦ時に双方向の電流が遮断される向きとなるように接続してもよい。
【００４０】
制御回路８は、バイパス回路５の受電の有無を停電検知部９により検知し、スイッチング素子１０の制御を行う。制御回路８の動作に必要な動作電源は、整流器２あるいは組電池３から給電線を介して供給される。
【００４１】
スイッチング素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは電界効果トランジスタ（ＦＦＴ）であるが、１０ａと１０ｂはディプリーション型、１０ｃと１０ｄはエンハンスメント型である。ディプリーション型ＦＥＴとは、ゲート−ソース間に電位差がないときはドレイン−ソース間が短絡であり、ゲート−ソース間の電位差増加にしたがってドレイン−ソース間の抵坑が増加し、一定の電位差以上では遮断とみなすことができるスイッチング素子である。エンハンスメント型ＦＥＴとは、ゲート−ソース間に電位差がないときはドレイン−ソース間が開放であり、ゲート−ソース間の電位差増加にしたがってドレイン−ソース間の抵抗が減少し、一定の電位差以上では導通とみなすことができるスイッチング素子である。
【００４２】
制御回路８の制御出力として、バイパス回路５側のスイッチング素子１０ａ、１０ｂを制御する制御線１１ａと、インバータ４側のスイッチング素子１０ｃ、１０ｄを制御する制御線１１ｂを有する。制御回路８が制御線１１ａへ、スイッチの動作を制御するための信号である駆動電圧を生成することにより、スイッチング素子１０ａ、１０ｂのゲート−ソース間の電位差が発生してドレイン−ソース間は開放となり、また制御線１１ｂへ駆動電圧を生成することにより、スイッチング素子１０ｃ、１０ｄのゲート−ソース間の電位差が発生してドレイン−ソース間は閉成される（閉じられる）。
【００４３】
制御回路８は、商用電源１が受電であるとき制御線１１ａ、１１ｂどちらにも駆動電圧を生成せず、商用電源１が停電であるとき制御線１１ａ、１１ｂ両方に駆動電圧を出力する。
【００４４】
制御回路８が正常に動作していれば、商用電源１が受電であるとき、すべてのスイッチング素子１０のゲート−ソース間電圧は零であるため、商用電源１（バイパス回路５）側のスイッチング素子１０ａ、１０ｂは閉成され、インバータ４側のスイッチング素子１０ｃ、１０ｄは開放され、商用電源１（バイパス回路５）だけが出力端７へ接続される。商用電源１が停電であるとき、すべてのスイッチング素子１０のゲート−ソース間へ駆動電圧が印加されるため、商用電源１（バイパス回路５）側のスイッチング素子１０ａ、１０ｂは開放され、インバータ４側のスイッチング素子１０ｃ、１０ｄは閉成され、インバータ４だけが出力端７へ接続される。
【００４５】
制御回路８が動作電源の停電あるいは故障により動作が停止した場合、制御線１１ａ、１１ｂへは駆動電圧を発生させることができないため、すべてのスイッチング素子１０のゲート−ソース間電圧は零となる。このとき、ディプリーション型ＦＥＴを介挿した商用電源１（バイパス回路５）側だけが出力端７へ接続される状態になる。
【００４６】
以上のように、切替装置の制御回路が停止した状態にあっても商用電源が自動的に出力側へ接続され、前記の、入力された電力が双方とも出力されない問題が解決できる。
【００４７】
本実施の形態例においては、商用電源１側、インバータ４側のスイッチング素子１０ｃ、１０ｄにそれぞれ制御線１１ｂを接続しているが、図３のように、制御線１１を共通とする方法も可能である。共通の制御線１１に対して、商用電源１の受電時に駆動電圧を生成せず、停電時に駆動電圧を生成するようにすればよい。図２の場合、商用電源１側、インバータ４側の各々に対して制御線１１を接続する場合は、２本の制御線１１ａ、１１ｂのうち片方だけに駆動電圧が生成される故障が想定され、双方とも出力できなかったり、両方の入力が重ね合わされて出力され同期されない交流電力が合成され正常な交流電力を出力できなかったりする問題があるため、共通の制御線１１による方が信頼性に優れる。
【００４８】
本実施の形態例においては、通常時は商用電源１から入力した交流電力をそのまま出力端７へ給電し、停電発生時にインバータ４へ切り替えて給電する電源システムに適用しているが、給電品質の向上のため通常時にもインバータ４から出力端７へ給電するシステムにおいても適用可能である。このシステムは、商用電源１から入力した電力を整流器２で直流電力に変換し、インバータ４で再び交流電力へ変換して出力するものである。通常時はインバータ４が出力端７に接続されるように、すべてのスイッチング素子１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）に駆動電圧を印加し、インバータ４の故障時または過負荷時にすべてのスイッチング素子１０の駆動電圧を消去して商用電源１（バイパス回路５）からの電力が出力端７から出力されるようにすればよい。制御回路８が停止したときは、すべてのスイッチング素子１０の駆動電圧が消去され、商用電源１（バイパス回路５）だけが出力端７へ接続される。
【００４９】
＜実施の形態例２＞
本実施の形態例は、図１の電源システムにおいて、切替装置６内の接続関係が実施の形態例１とは異なり、スイッチング素子１０に用いられているＦＥＴの型を逆にしている。図４に、本実施の形態例で用いる切替装置の構成図を示す。商用電源１（バイパス回路５）とインバータ４からの入力はそれぞれスイッチング素子１０を介して並列接続され出力されるが、商用電源１（バイパス回路５）側のスイッチング素子１０ｃ、１０ｄはエンハンスメント型ＦＥＴであり、インバータ４側のスイッチング素子１０ａ、１０ｂはディプリーション型ＦＥＴである。
【００５０】
通常時に商用電源１から入力した交流電力をそのまま出力するシステムの場合は、商用電源１が受電であるとき制御回路８が制御線１１ａ、１１ｂへ駆動電圧を出力して商用電源１が出力端７へ接続され、商用電源１が停電であるとき制御回路８は制御線１１ａ、１１ｂへの駆動電圧を消去してインバータ４を出力端７へ接続されるものとすればよい。
【００５１】
通常時にも入力した商用交流電力を整流器２およびインバータ４を介して出力するシステムの場合は、通常時には制御回路８は制御線１１ａ、１１ｂへ電圧を出力しないことでインバータ４を出力端７へ接続し、インバータ４の故障時または過負荷時に制御回路８が制御線１１ａ、１１ｂへ駆動電圧を出力して商用電源１を出力端７へ接続するようにすればよい。
【００５２】
制御回路８が動作電源の停電または故障により停止した場合、制御線１１ａ、１１ｂは無電圧となるから、商用電源１（バイパス回路５）側のスイッチング素子１０ｃ、１０ｄは開放、インバータ４側のスイッチング素子１０ａ、１０ｂは閉成され、インバータ４だけが出力端７へ接続された状態になる。
【００５３】
以上のように、切替装置の制御回路が停止した状態にあってもインバータが自動的に出力へ接続され、前記の、入力された電源が双方とも出力されない問題が解決できる。
【００５４】
さらに一般に、図２、図３、図４に示した構成において、スイッチング素子１０ａ、１０ｂに接続する電源を第１の電源と呼び、スイッチング素子１０ｃ、１０ｄに接続する電源を第２の電源と呼び、
第１の電源が停電または故障であるとき、すべてのスイッチング素子１０のゲート電極に駆動電圧が印加され、第１の電源に異常がないとき、すべてのスイッチング素子１０のゲート電極に駆動電圧が印加されないようにするか、または、
第２の電源が停電または故障であるとき、すべてのスイッチング素子１０のゲート電極に駆動電圧が印加されず、第２の電源に異常がないとき、すべてのスイッチング素子１０のゲート電極に駆動電圧が印加されるようにしてもよい。
【００５５】
本実施の形態例においては、商用電源１側、インバータ４側のスイッチング素子１０にそれぞれ制御線１１を接続しているが、実施の形態例１でも述べたように、制御線１１を共通とする方法も可能である。共通の制御線１１に対して、所定の条件に従って駆動電圧を生成・消去を行うようにすればよい。入力毎に制御線１１を接続する場合は２本の制御線１１ａ、１１ｂのうち片方だけに駆動電圧が生成される故障が想定され、双方とも出力できなかったり、両方の入力が重ね合わされて出力され同期されない交流電力が合成され正常な交流電力を出力できなかったりする問題があるため、共通の制御線１１による方が信頼性に優れる。
【００５６】
＜実施の形態例３＞
図５は、本発明の実施の形態例を説明する図である。この図に示された構成は、実施の形態例１を説明する図１に対して、発電機１２からの電力を受ける入力端が追加された構成である。切替装置６は、商用電源１（バイパス回路５）と、インバータ４と、発電機１２との３つの入力源を持ち、いずれか一つを出力端７へ接続する。通常の無停電電源装置に発電機入力を追加したものであり、長期間の停電など、蓄電池のもつバックアップ能力では不足するときにエンジン等の発電機を接続して負荷への給電を維持する場合に用いられる。
【００５７】
図６は、図５における切替装置６の構成を説明する図であり、図２の構成に対して、発電機１２からの入力端をスイッチング素子１０ｅ、１０ｆを介挿して他の入力と並列接続したものである。スイッチング素子１０ｅ、１０ｆはエンハンスメント型ＦＥＴであり、制御線１１ｃに駆動電圧を印加することによって閉成される。通常、商用電源１が受電であるときは商用電源１が出力端７へ接続され、停電時はインバータ４が出力端７へ接統されるように制御回路８が制御線１１へ駆動電圧の生成・消去を行っている。これに加えて、制御回路８が外部信号を受信しているとき、制御線１１ｃ、１１ａへ駆動電圧を生成するとともに制御線１１ｂへの駆動電圧を消去し、発電機１２からの入力端だけが出力端７へ接続されるようにする。
【００５８】
長期間の停電などで、組電池３のもつ蓄電量では不足するときは、発電機１２を接続し、外部から制御回路８へ信号を与えることにより発電機１２の電力を出力端７へ供給することができる。
【００５９】
制御回路８が動作電源の停電や故障により停止し、制御線１１へ電圧を出力できないときは、商用電源１（バイパス回路５）側に接続されたスイッチング素子１０ａ、１０ｂ（ディプリーション型ＦＥＴ）だけが閉成され、商用電源１が出力端７へ接続され給電を維持する。制御回路８の停止は、商用給電中、停電中、発電機入力中いずれも起こりうるが、一般には商用給電中が最も頻度が高いため、商用電源１（バイパス回路５）が制御回路８の停止時に出力されるようにしている。
【００６０】
以上のように、切替装置の制御回路が停止した状態にあっても商用電源が自動的に出力へ接続され、前記の、入力された電源がいずれも出力されない問題が解決できる。
【００６１】
本実施の形態例においては、商用電源１側、インバータ４側、発電機１２側のスイッチング素子１０にそれぞれ制御線１１を接続しているが、実施の形態例１における図３に準じて、一部の制御線１１を共通とする方法も可能である。例えば、制御線１１ａ、１１ｂを共通の制御線とし、この共通の制御線に対して、商用電源１の受電時に駆動電圧を生成せず、停電時に駆動電圧を生成するようにすればよい。入力毎に制御線１１を接続する場合は制御線１１ａ、１１ｂのうち片方だけに駆動電圧が生成される故障が想定され、双方とも出力できないか、もしくは両方の入力が重ね合わされて出力され同期されない交流電力が合成され正常な交流電力を出力できないという問題があるため、共通の制御線を含める方が信頼性に優れる。
【００６２】
本実施の形態例においては、通常時は商用電源１から入力した交流電力をそのまま出力端７へ給電し、停電発生時にインバータ４へ切り替えて給電しているが、通常時にインバータ４から出力端７へ給電するシステムにおいても適用可能である。このシステムは、商用電源１から入力した電力を整流器２で直流電力に変換し、インバータ４で再び交流電力ヘ変換して出力するものである。通常時はインバータ４が出力端７に接続されるように、スイッチング素子１０ａ、１０ｂ、ｌ０ｃ、１０ｄに駆動電圧を印加し、発電機入力端側のスイッチング素子１０ｅ、１０ｆへの駆動電圧を消去する。インバータ４の故障時または過負荷時にスイッチング素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの駆動電圧を消去して商用電源１（バイパス回路５）が出力されるようにすればよい。制御回路８が停止したときは、すべてのスイッチング素子１０の駆動電圧が消去され、商用電源１（バイパス回路５）側だけが出力端７へ接続される。
【００６３】
以上、本発明の実施の形態について、本発明に係る電源切替装置を用いた電源システムが無停電電源装置（ＵＰＳ）である場合を例として、説明したが、本発明はこれに限られるものではない。
【００６４】
以下に、本発明によって生じる効果について説明する。
【００６５】
複数の電源を入力してその一つを出力する電源切替装置においては、制御回路の停止時にどの電源も出力できなかったり、故障時に複数の電源が同時に出力され出力が不安定になったりするという問題が発生する。
【００６６】
本発明により、制御回路の停止時にも入力された電源のうち一つが出力に接続され他は出力されず、故障時にも複数の電源が同時出力されることのない電源切替装置およびこれを用いた電源システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】整流器と組電池とインバータと切替装置を組み合わせた電源システムの構成図である。
【図２】本発明の実施の形態例の切替装置を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態例の切替装置を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態例の切替装置を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態例を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態例の切替装置を説明する図である。
【図７】商用電源とインバータを入力していずれか一方を出力する切替装置の構成図である。
【符号の説明】
【００６８】
１：商用電源、２：整流器、３：組電池、４：インバータ、５：バイパス回路、６：切替装置、７：出力端、８：制御回路、９：停電検知部、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ：スイッチング素子、１１、１１ａ１１ｂ１１ｃ：制御線、１２：発電機。
【図１】
2009100502.tif 000003
【図２】
2009100502.tif 000004
【図３】
2009100502.tif 000005
【図４】
2009100502.tif 000006
【図５】
2009100502.tif 000007
【図６】
2009100502.tif 000008
【図７】
2009100502.tif 000009