输入电压控制装置的制作方法

本发明涉及一种输入电压控制装置，所述输入电压控制装置在供应直流电压的总线(以下称为dc总线。)上连接有多个负载装置的系统中分别设置在dc总线与各负载装置之间，控制向各负载装置供应的输入电压。

背景技术

专利文献1公开了一种在dc总线上连接有输出功率变动的多个发电装置和多个负载装置的分散式电源系统。发电装置例如为太阳能发电装置、风力发电装置。该系统在dc总线的电压降低时，根据电压水平选择重要性低的负载装置来分阶段地切断供电。

此外，以应用于智能电网为目标而正在进行380v左右的高压直流(hvdc：highvoltagedirectcurrent)输电的研究开发。在这种大规模的送配电系统中，优选各个负载装置自主地控制向其自身供应的输入电压。

例如，在专利文献2中公开了一种电压转换装置，所述电压转换装置在检测到向电压转换电路的输入电压已降低时，减小向该电压转换电路的输入电流，使该电压转换电路向负载供应的功率减少。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-339118号公报；

专利文献2：日本特开2013-126277号公报。

技术实现要素：

发明要解决的课题

在专利文献1中，仅记载了根据dc总线的电压水平选择重要性低的负载装置来分阶段地切断供电，而没有记载其具体的方案。

此外，专利文献2所记载的电压转换装置当dc总线的电压水平降低时对应地减少向负载供应的功率。但是，存在例如像计算机那样不希望使功率逐渐减少的负载装置。

本发明的目的在于提供一种输入电压控制装置，所述输入电压控制装置设置在dc总线和各个负载装置之间，能够针对每个负载装置根据dc总线的电压水平来控制的电的供应和切断。

用于解决课题的方案

为了实现上述目的，本发明的输入电压控制装置的特征在于，具有：

第1电源线，其被施加有第1电位；

第2电源线，其被分割为一条线和另一条线，该一条线被施加有第2电位；

第3电源线；

固定电压生成部，其通过从所述第1电源线供应的第1电位和从所述第2电源线的一条线供应的第2电位进行工作，向所述第3电源线输出与所述第2电位的电位差是固定的第3电位；

基准电位生成部，其与所述第2电源线的一条线和所述第3电源线连接，基于所述第3电位和所述第2电位生成基准电位，输出该基准电位；

比较电位生成部，其与所述第2电源线的一条线和所述第1电源线连接，基于所述第1电位和所述第2电位生成比较电位，输出该比较电位；

比较器，其通过从所述第3电源线供应的第3电位和从所述第2电源线的一条线供应的第2电位进行工作，基于所述基准电位与所述比较电位的比较而输出导通电位或截止电位；以及

半导体元件，其电流通路的一端与所述第2电源线的一条线连接，该电流通路的另一端与所述第2电源线的另一条线连接，控制端与所述比较器的输出端连接，当所述导通电位输入到该控制端时使该电流通路导通，当所述截止电位输入到该控制端时使该电流通路截止。

优选本发明的输入电压控制装置的特征在于，

所述基准电位生成部包含至少1个可变电阻，所述输入电压控制装置能够通过改变该可变电阻的电阻值来改变所述基准电位。

优选本发明的输入电压控制装置的特征在于，

所述比较电位生成部包含至少1个可变电阻，所述输入电压控制装置能够通过改变该可变电阻的电阻值来改变所述比较电位。

优选本发明的输入电压控制装置的特征在于，

所述比较电位生成部包含电压分担元件，所述电压分担元件使电压下降作为从所述第1电源线供应的第1电位与从所述第2电源线的一条线供应的第2电位的电位差的电压，所述比较电位生成部基于该下降的电压生成所述比较电位。

优选本发明的输入电压控制装置的特征在于，

所述半导体元件为nmos晶体管，

在所述比较器的非反相输入端和反相输入端分别输入所述比较电位和所述基准电位。

发明效果

根据本发明，能够针对每个负载装置根据dc总线的电压水平来控制的电的供应和切断。

附图说明

图1是示出本发明的第1实施方式所涉及的输入电压控制装置的结构的一个例子的图。

图2是示出图1的输入电压控制装置中的输入电压与基准电位与比较电位的关系的一个例子的图。

图3是示出固定电压生成部的结构的一个例子的图。

图4是示出本发明的第2实施方式所涉及的输入电压控制装置的结构的一个例子的图。

图5是示出图4的输入电压控制装置中的输入电压与基准电位与比较电位的关系的一个例子的图。

图6是示出本发明的第3实施方式所涉及的输入电压控制装置的结构的一个例子的图。

图7是示出图6的输入电压控制装置中的输入电压与基准电位与比较电位的关系的一个例子的图。

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边对本发明的实施方式所涉及的输入电压控制装置进行详细的说明。另外，在对实施方式进行说明的所有附图中，对共同的构成要素附上相同的记号，省略重复的说明。

图1示出本发明的第1实施方式所涉及的输入电压控制装置1a的结构的一个例子。

输入电压控制装置1a具有：作为第1电源线的电源线l1、作为第2电源线的电源线l2、作为第3电源线的电源线l3、平滑用电容器c1、固定电压生成部2、基准电位生成部3a、比较电位生成部4a、比较器5、迟滞用电阻r5、作为半导体元件的nmos晶体管6、变压器7、电阻r6、二极管d1。

电源线l1与端子t1和端子t3连接。

电源线l2被分割为一条线和另一条线。在一条线和另一条线之间设置有nmos晶体管6。电源线l2的一条线与端子t2和nmos晶体管6的源极连接。

电源线l2的另一条线与端子t4和nmos晶体管6的漏极连接。

但是，在图1的输入电压控制装置1a中，在电源线l2的另一条线的中间设置有并联连接的变压器7和二极管d1。变压器7的一次绕组的一端和二极管d1的阳极与nmos晶体管6的漏极(d)连接，变压器7的一次绕组的另一端和二极管d1的阴极与端子t4连接。变压器7的二次绕组的一端和另一端经由电阻r6环状地连接。

根据该结构，能够通过二极管d1抑制nmos晶体管6断开时的反向电压。此外，通过变压器7能够在nmos晶体管6导通时利用互感以电阻r6限制电流，并且抑制磁饱和。电阻r6针对负载装置决定抑制涌流的程度。变压器7在抑制完涌流之后，互感消失，仅成为绕组电阻(约0ω)，因此平常不产生功率损耗。

端子t1和端子t2与外部的dc总线连接。dc总线例如构成高压直流送配电系统的一部分。在端子t1施加作为第1电位的电位v1。在端子t2施加作为第2电位的电位v2。电位v1与电位v2的电位差为输入电压vin。电位v1与电位v2例如分别为380v和0v。或者，电位v1与电位v2也可以例如分别为190v和-190v。但是，在端子t1和端子t2施加的电位v1和电位v2(输入电压vin)会变动。

端子t3和端子t4与普通照明、紧急用照明、冷暖空调、计算机、制造装置等各种各样的负载装置连接。

平滑用电容器c1的一个端子和另一个端子分别与电源线l2的一条线和电源线l1连接。平滑用电容器c1使输入电压vin的变动平滑。

固定电压生成部2通过从电源线l1和电源线l2的一条线所供应的电压(输入电压vin)进行工作，从输出端子out向电源线l3输出作为第3电位的电位v3。固定电压生成部2的输出即电位v3和电位v2的电位差(电压，例如24v)是固定且稳定的。参照图3对电压生成部2的结构的一个例子在后面进行详细地说明。

基准电位生成部3a与电源线l2的一条线和电源线l3连接。基准电位生成部3a具有可变电阻vr1和可变电阻vr2。可变电阻vr1的一端与电源线l3连接，另一端与可变电阻vr2的一端连接。可变电阻vr2的另一端与电源线l2连接。基准电位生成部3a通过可变电阻vr1和可变电阻vr2将电位v3和电位v2的电位差(电压)分压而生成基准电位vref，将其输出。

比较电位生成部4a与电源线l2的一条线和电源线l1连接。比较电位生成部4a具有电阻r3和电阻r4。电阻r3的一端与电源线l1连接，另一端与电阻r4的一端连接。电阻r4的另一端与电源线l2连接。电位v1与电位v2的电位差(输入电压vin)会变动。比较电位生成部4a通过电阻r3和电阻r4将输入电压vin分压而在电位v3与电位v1的电位差的范围(例如、0v～24v的范围)生成比较电位vcmp，将其输出。

比较器5通过从电源线l3和电源线l2的一条线所供应的电压(电位v3和电位v2的电位差、例如24v)进行工作。在比较器5的反相输入端输入作为基准电位生成部3a的输出的基准电位vref。在比较器5的非反相输入端输入作为比较电位生成部4a的输出的比较电位vcmp。比较器5基于比较电位vcmp与基准电位vref的比较，输出导通电位(例如24v)或截止电位(例如0v)。

比较器5的输出端和非反相输入端分别与迟滞用电阻r5的一个端子和另一个端子连接。迟滞用电阻r5向比较器5的输出给予迟滞。在没有迟滞用电阻r5的情况下，比较器5在比较电位vcmp大于基准电位vref时输出导通电位，在比较电位vcmp小于基准电位vref时输出截止电位。但是，由于存在迟滞，所以在比基准电位vref高的比较电位vcmp逐渐下降、比较电位vcmp比基准电位vref低了规定的电位时，比较器5将其输出从导通电位变为截止电位。或者，在比基准电位vref低的比较电位vcmp逐渐上升、比较电位vcmp比基准电位vref高了规定的电位时，比较器5将其输出从截止电位变为导通电位。

如上所述，nmos晶体管6的源极与电源线l2的一条线连接，漏极与电源线l2的另一条线连接。而且，nmos晶体管6的栅极与比较器5的输出端连接。nmos晶体管6在导通电位(例如24v)输入到栅极时使源极-漏极之间的电流通路导通。此时，电被供应到与端子t3和端子t4连接的负载装置。此外，nmos晶体管6在截止电位(例如0v)输入到栅极时使电流通路截止。此时，向负载装置的电的供应被切断。

图2示出图1的输入电压控制装置1a中的输入电压vin与基准电位vref与比较电位vcmp的关系的一个例子。

如果将可变电阻vr1和可变电阻vr2的电阻值分别设为vr1和vr2，则基准电位vref根据以下的(1)式生成。

[数1]

此外，如果将电阻r3和电阻r4的电阻值分别设为r3和r4，则如以下(2)式所示，比较电位vcmp通过将输入电压vin分压而生成。如果像(3)式所示的那样将该分压比设为a，则比较电位vcmp由(4)式表示。

[数2]

vcmp＝a×vin(4)

如图2所示，比较电位vcmp为斜率a的直线。另一方面，基准电位vref为没有倾斜的直线。但是，基准电位vref能够通过使电阻值vr1和电阻值vr2变化而变化。

如果假设没有迟滞用电阻r5，则比较器5的输出在比较电位vcmp和基准电位vref的交点处从导通电位向截止电位变化，或者相反地变化。例如，在通过调节电阻值vr1和电阻值vr2而将基准电位vref设定为高的值的情况下，在输入电压vin为vhigh时比较器5的输出从导通电位向截止电位变化，或者相反地变化。另一方面，在将基准电位vref设定为低的值的情况下，在输入电压vin为vlow时比较器5的输出从导通电位向截止电位变化，或者相反地变化。

这样，第1实施方式所涉及的输入电压控制装置1a通过调节基准电位生成部3a所包含的可变电阻vr1和可变电阻vr2的电阻值，能够针对每个负载装置而根据输入电压vin来控制电的供应和切断。

另外，在上述说明中设为基准电位生成部3a包含可变电阻vr1和可变电阻vr2，但任一方也可以为电阻值固定的电阻。

图3示出固定电压生成部2的结构的一个例子。

固定电压生成部2具有：齐纳二极管z20、齐纳二极管z21、npn晶体管tr20、npn晶体管tr21、电阻r20、电阻r21、电阻r22、电容器c20。

在齐纳二极管z20中，阳极与电源线l2连接，阴极与电阻r21的一端连接。电阻r21的另一端与电源线l1连接。

npn晶体管tr20与npn晶体管tr21是达林顿式连接的。

npn晶体管tr20的基极与齐纳二极管z20的阴极和电阻r21的一端连接。npn晶体管tr20的发射极经由电阻r22与输出端子out连接。npn晶体管tr21的发射极与输出端子out连接。

npn晶体管tr20的集电极和npn晶体管tr21的集电极与电阻r20的一端连接。电阻r20的另一端与电源线l1连接。另外，电阻20为了散热而与输入电压控制装置1a外置地连接。

在齐纳二极管z21中，阳极与输出端子out连接，阴极与电阻r21的一端和齐纳二极管z20的阴极连接。

电容器c20的一端和另一端分别与电源线l2和输出端子out连接。

固定电压生成部2从输出端子out输出固定的稳定电压(例如24v)。

图4示出本发明的第2实施方式所涉及的输入电压控制装置1b的结构的一个例子。

输入电压控制装置1b具有：作为第1电源线的电源线l1、作为第2电源线的电源线l2、作为第3电源线的电源线l3、平滑用电容器c1、固定电压生成部2、基准电位生成部3b、比较电位生成部4b、比较器5、迟滞用电阻r5、作为半导体元件的nmos晶体管6、变压器7、电阻r6、二极管d1。

在输入电压控制装置1b中，基准电位生成部3b和比较电位生成部4b的结构与第1实施方式所涉及的输入电压控制装置1a的基准电位生成部3a和比较电位生成部4a不同。其它的结构与输入电压控制装置1a是相同的。

基准电位生成部3b与电源线l2的一条线和电源线l3连接。基准电位生成部3b具有电阻r1和电阻r2。电阻r1的一端与电源线l3连接，另一端与电阻r2的一端连接。电阻r2的另一端与电源线l2连接。基准电位生成部3b通过电阻r1和电阻r2将电位v3和电位v2的电位差(电压)分压而生成基准电位vref，将其输出。

比较电位生成部4b与电源线l1和电源线l2连接。比较电位生成部4b具有可变电阻vr3和可变电阻vr4。可变电阻vr3的一端与电源线l1连接，另一端与可变电阻vr4的一端连接。可变电阻vr4的另一端与电源线l2连接。电位v1与电位v2的电位差(输入电压vin)会变动。比较电位生成部4b通过可变电阻vr3和可变电阻vr4将输入电压vin分压而在电位v3和电位v1的电位差的范围(例如、0v～24v的范围)生成比较电位vcmp，将其输出。

图5示出图4的输入电压控制装置1b中的输入电压vin与基准电位vref与比较电位vcmp的关系的一个例子。

如果将电阻r1和电阻r2的电阻值分别设为r1和r2，则基准电位vref根据以下的(5)式生成。

[数3]

此外，如果将可变电阻vr3和可变电阻vr4的电阻值分别设为vr3和vr4，则如以下(6)式所示，比较电位vcmp通过将输入电压vin分压而生成。如果像(7)式所示的那样将该分压比设为a，则比较电位vcmp1由(8)式表示。进而，如果将可变电阻vr3和可变电阻vr4的电阻值分别变更为vr3’和vr4’，像(9)式所示的那样将该分压比设为b，则比较电位vcmp2由(10)式表示。

[数4]

vcmp1＝a×vin(8)

vcmp2＝b×vin(10)

如图5所示，比较电位vcmp1和比较电位vcmp2分别为斜率a和斜率b的直线。但是，斜率a大于斜率b。另一方面，基准电位vref为没有倾斜的直线。

如果假设没有迟滞用电阻r5，则比较器5的输出在比较电位vcmp1和基准电位vref、或比较电位vcmp2和基准电位vref的交点处从导通电位向截止电位变化，或者相反地变化。比较电位vcmp1的斜率大于比较电位vcmp2，因此在输入电压vin为vlow时所述比较电位vcmp1与基准电位vref交叉，比较器5的输出从导通电位向截止电位变化，或者相反地变化。另一方面，比较电位vcmp2在输入电压vin为vhigh时与基准电位vref交叉，比较器5的输出从导通电位向截止电位变化，或者相反地变化。

这样，第2实施方式所涉及的输入电压控制装置1b通过调节比较电位生成部4b所包含的可变电阻vr3和可变电阻vr4的电阻值，能够针对每个负载装置而根据输入电压vin来控制电的供应和切断。

另外，在上述说明中设为比较电位生成部4a包含可变电阻vr3和可变电阻vr4，但任一方也可以为电阻值固定的电阻。

图6示出本发明的第3实施方式所涉及的输入电压控制装置1c的结构的一个例子。

输入电压控制装置1c具有：作为第1电源线的电源线l1、作为第2电源线的电源线l2、作为第3电源线的电源线l3、平滑用电容器c1、固定电压生成部2、基准电位生成部3b、比较电位生成部4c、比较器5、迟滞用电阻r5、作为半导体元件的nmos晶体管6、变压器7、电阻r6、二极管d1。

在输入电压控制装置1c中，比较电位生成部4c的结构与第2实施方式所涉及的输入电压控制装置1b的比较电位生成部4b不同。其它的结构与输入电压控制装置1b是相同的。

比较电位生成部4c与电源线l1和电源线l2连接。比较电位生成部4c具有电阻r3、齐纳二极管zd和电阻r4。电阻r3的一端与电源线l1连接，另一端与齐纳二极管zd的阴极连接。齐纳二极管zd的阳极与电阻r4的一端连接。电阻r4的另一端与电源线l2连接。电位v1与电位v2的电位差(输入电压vin)会变动。

齐纳二极管zd为以该齐纳电压(击穿电压)而对电压进行分担的电压分担元件。齐纳二极管zd使输入电压vin下降该齐纳电压。电阻r3和电阻r4将下降的电压分压而在电位v3和电位v1的电位差的范围(例如、0v～24v的范围)生成比较电位vcmp。比较电位生成部4c输出比较电位vcmp。

图7示出图6的输入电压控制装置1c中的输入电压vin与基准电位vref与比较电位vcmp的关系的一个例子。

基准电位vref通过上述的(5)式生成。

此外，如果将电阻r3和电阻r4的电阻值分别设为r3和r4，则在没有齐纳二极管zd的情况下，像上述的(2)式所示的那样，比较电位vcmp通过将输入电压vin分压而生成。如果像上述(3)式所示的那样将该分压比设为a，则在没有齐纳二极管zd的情况下的比较电位vcmp3与上述的(4)式同样地由以下的(11)式表示。如果将齐纳二极管zd的齐纳电压设为vzd，则在存在齐纳二极管zd的情况下的比较电位vcmp4由以下的式(12)表示。

[数5]

vcmp3＝a×vin(11)

vcmp4＝a×(vin-vzd)(12)

如图7所示，比较电位vcmp3和比较电位vcmp4为相同的斜率a的直线。但是，比较电位vcmp4向输入电压vin的高的一侧平行移动了齐纳电压vzd。另一方面，基准电位vref为没有倾斜的直线。

如果假设没有迟滞用电阻r5，则比较器5的输出在比较电位vcmp3和基准电位vref、或比较电位vcmp4和基准电位vref的交点处从导通电位向截止电位变化，或者相反地变化。比较电位vcmp3在输入电压vin为vlow时与基准电位vref交叉，比较器5的输出从导通电位向截止电位变化，或者相反地变化。另一方面，比较电位vcmp4在输入电压vin为vhigh时与基准电位vref交叉，比较器5的输出从导通电位向截止电位变化，或者相反地变化。

第3实施方式所涉及的输入电压控制装置1c通过调节比较电位生成部4c所包含的齐纳二极管zd的齐纳电压vzd，能够针对每个负载装置而根据输入电压vin来控制电的供应和切断。

另外，通过将多个齐纳二极管串联连接，能够使齐纳二极管分担更大的电压。例如通过在齐纳二极管的齐纳电压为100v的情况下将2个齐纳二极管串联连接，能够使2个齐纳二极管分担200v。此外，也能够采用代替齐纳二极管使用并联调节器来作为电压分担元件、改变电压分担元件分担的电压的结构。

另外，在上述的实施方式中，示出了在电源线l2的一条线与另一条线之间设置nmos晶体管6的例子，但也可以采用将电源线l1分割为一条线和另一条线，在其之间设置pmos晶体管的结构。

但是，在该情况下，在使pmos晶体管的电流通路(源极-漏极之间)导通时，将比电源线l1的电位低了规定的电压(例如24v)的电位输入到栅极，在使电流通路截止时将与电源线l1的电位相同的电位输入到栅极。

此外，在该情况下，电源线l2为本发明的第1电源线，电源线l1为本发明的第2电源线。

此外，也能够对电源线l1的电位v1与电源线l2的一条线的电位v2的电位差(输入电压vin)进行a/d转换而将其转换为数字信号，用dsp(digitalsignalprocessor：数字信号处理器)和其控制程序实现包含基准电位生成部3a、3b、比较电位生成部4a、4b、4c、比较器5、迟滞用电阻r5的电路的处理。

像以上说明的那样，根据本发明，能够针对每个负载装置根据dc总线的电压水平来控制电的供应和切断。

例如，本发明的输入电压控制装置在与像普通照明这种低优先级的负载装置连接的情况下，在dc总线的电压为380v以上时向该负载装置供电，在dc总线的电压低于380v时切断向该负载装置的电的供应。另一方面，本发明的输入电压控制装置在与像计算机这种高优先级的负载装置连接的情况下，在dc总线的电压为300v以上时向该负载装置供电，在dc总线的电压低于300v时切断向该负载装置的电的供应。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但由于设计上的实际情况、其它的主要原因而需要作出的各种各样的修改、组合是包含在与权利要求中记载的发明、发明的实施方式中记载的具体例子对应的发明的范围内的。

附图标记说明

1a、1b、1c：输入电压控制装置；

2：固定电压生成部；

3a、3b：基准电位生成部；

4a、4b、4c：比较电位生成部；

5：比较器；

6：nmos晶体管；

7：变压器；

l1、l2、l3：电源线；

c1：平滑用电容器；

r1、r2、r3、r4、r6：电阻；

r5：迟滞用电阻；

vr1、vr2、vr3、vr4：可变电阻；

zd：齐纳二极管；

d1：二极管。