電圧補償装置及び直流給電システム
【課題】抵抗を介して接地された正・負の電力供給線によって電源装置から負荷へ直流電圧を供給すると共に負荷への直流電圧供給をバックアップするための電圧補償装置を備えた直流給電システムにおいて、意図しない接地電流の発生を防止する。
【解決手段】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に、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各電力変換装置１１，１２が接続された、電圧補償装置５を備えている。電圧補償装置５による負荷３への電力供給時に蓄電池電圧Ｖｂが低下すると、各昇降圧チョッパ１４，１５が動作して蓄電池電圧Ｖｂの低下分を補う。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が出力されるため、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、接地電流が防止される。
【解決手段】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に、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各電力変換装置１１，１２が接続された、電圧補償装置５を備えている。電圧補償装置５による負荷３への電力供給時に蓄電池電圧Ｖｂが低下すると、各昇降圧チョッパ１４，１５が動作して蓄電池電圧Ｖｂの低下分を補う。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が出力されるため、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、接地電流が防止される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１５８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】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。
【図２】第１実施形態の電圧補償装置の概略構成を表す構成図である。
【図３】第１実施形態の電圧補償装置の動作を説明するための説明図である。
【図４】第１実施形態の電圧補償装置の動作を説明するための説明図である。
【図５】第２実施形態の電圧補償装置の概略構成を表す構成図である。
【図６】電圧補償装置の変形例を表す構成図である。
【図７】電圧補償装置の変形例を表す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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）。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
［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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
［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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【符号の説明】
【０１０７】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１５８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】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。
【図２】第１実施形態の電圧補償装置の概略構成を表す構成図である。
【図３】第１実施形態の電圧補償装置の動作を説明するための説明図である。
【図４】第１実施形態の電圧補償装置の動作を説明するための説明図である。
【図５】第２実施形態の電圧補償装置の概略構成を表す構成図である。
【図６】電圧補償装置の変形例を表す構成図である。
【図７】電圧補償装置の変形例を表す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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）。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
［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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
［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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【符号の説明】
【０１０７】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記正極側電力供給線と前記負極側電力供給線の間に設けられ、前記電源装置から前記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前記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って、
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。
【請求項２】
請求項１に記載の電圧補償装置であって、
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。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電圧補償装置であって、
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。
【請求項４】
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、
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。
【請求項５】
請求項４に記載の電圧補償装置であって、
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。
【請求項６】
請求項５に記載の電圧補償装置であって、
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。
【請求項７】
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、
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。
【請求項８】
直流電圧を出力する電源装置からの電力を、それぞれ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、
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。
【請求項１】
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、前記正極側電力供給線と前記負極側電力供給線の間に設けられ、前記電源装置から前記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前記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って、
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。
【請求項２】
請求項１に記載の電圧補償装置であって、
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。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電圧補償装置であって、
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。
【請求項４】
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、
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。
【請求項５】
請求項４に記載の電圧補償装置であって、
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。
【請求項６】
請求項５に記載の電圧補償装置であって、
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。
【請求項７】
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、
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。
【請求項８】
直流電圧を出力する電源装置からの電力を、それぞれ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、
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１３０６１０（Ｐ２０１１−１３０６１０Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８７８７０（Ｐ２００９−２８７８７０）
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【出願人】（５９３０６３１６１）株式会社ＮＴＴファシリティーズ (475)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【出願人】（５９３０６３１６１）株式会社ＮＴＴファシリティーズ (475)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]