(57)【要約】【課題】  接続された複数の直流電源を略同じ電流を出力させ、電力損失を低減すること。【解決手段】  それぞれ直流電源が接続可能な第一および第二の直流電源入力部と、第一の直流電源入力部に入力された第一の電圧を測定する第一の電圧測定部と、第二の直流電源入力部に入力された第二の電圧を測定する第二の電圧測定部と、帰還入力端子に入力された帰還電圧に応じてスイッチング素子を駆動して第一および第二の直流電源入力部のそれぞれの電圧を昇圧し、出力が並列に接続された第一および第二の電圧変換部と、第一および第二の電圧変換部の出力電圧に応じてそれぞれの帰還電圧を生成する第一および第二の帰還部と、第一および第二の電圧に応じて第一および第二の帰還部を制御する制御部と、を有し、制御部は、第一および第二の電圧変換部の出力電圧が第一の電圧と第二の電圧をほぼ合計した電圧値となるよう第一および第二の帰還部を制御する。【選択図】図１
2020072557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ直流電源が接続可能な第一の直流電源入力部と第二の直流電源入力部と、
第一の直流電源入力部に入力された第一の電圧を測定する第一の電圧測定部と、
第二の直流電源入力部に入力された第二の電圧を測定する第二の電圧測定部と、
帰還入力端子に入力された帰還電圧に応じてパルス幅変調した信号でスイッチング素子を駆動することで、第一および第二の直流電源入力部のそれぞれの電圧を昇圧するとともに、出力が並列に接続された第一の電圧変換部と第二の電圧変換部と、
第一および第二の電圧変換部の出力電圧と、制御部からの制御に応じて、それぞれの帰還電圧を生成する第一の帰還部と第二の帰還部と、
第一の電圧と第二の電圧に応じて第一および第二の帰還部を制御する制御部と、を有し、
制御部は、第一および第二の電圧変換部の出力電圧が、第一の電圧と第二の電圧をほぼ合計した電圧値となるよう第一および第二の帰還部を制御することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
第一の電圧変換部がスイッチング素子をオンに駆動するタイミングと、第二の電圧変換部がスイッチング素子をオンに駆動するタイミングとが時間差を生じるよう構成し、それぞれを同時にオンに駆動する時間が小さくなるよう制御することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
第一の電圧変換部がスイッチング素子をオンに駆動する時間と、第二の電圧変換部がスイッチング素子をオンに駆動する時間の比率が、第一の直流電圧と第二の直流電圧の比率の逆数になるよう構成したことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関し、詳しくは、複数の電源装置を使用してより多くの電力を取り出す制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、映像コンテンツの高解像度化が進み、いわゆる４Ｋや８Ｋの高解像度に対応した撮影がされるようになってきた。高解像度コンテンツの撮影では、その情報量を活かすために高精度にフォーカスを合わせることが要求されるため、撮影現場で高解像度ディスプレイが使用される。
【０００３】
撮影現場で使用されるディスプレイ装置は、スタジオ、屋外、中継車などさまざまな場所で使用できることが要求されるため、電源は商用交流電源のほか、バッテリなどの直流電源でも動作できるよう構成している。
【０００４】
また、撮影現場で使用されるディスプレイ装置は、屋外や照明の近傍等、明るい環境でも視認性を確保するために高輝度表示が望まれるため消費電力が大きくなる。さらに、高解像度対応により液晶表示装置（以下ＬＣＤ）のピクセルピッチが小さくなって透過率が下がるため、より多くのバックライト輝度が必要となり消費電力がより大きくなる。
【０００５】
直流電源であるバッテリには、放電時に１個あたり利用可能な最大許容電流が規定されているが、ディスプレイの消費電力による電流がこれを超える場合には複数のバッテリに分担して動作させる必要がある。
【０００６】
例えば、ふたつのバッテリで動作させる場合、バッテリを並列に接続するよう構成すると、電圧の高いほうからより多くの電流が偏って取り出されてしまうという課題がある。また、バッテリを直列に接続するよう構成すれば、それぞれのバッテリから同じ電流を取り出すことができるが、どちらか一方のバッテリが放電完了した場合には過放電を防止するために動作を停止させる必要があり、かつどちらのバッテリが放電完了したのか識別することが困難であるという課題がある。
【０００７】
これに対して特許文献１には、複数の電源の入力電圧と入力電流を測定し、入力電圧と出力電圧が最も電力を取り出せる条件になるよう設定して動作する電源装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−２４１６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の電源装置は、ふたつの直流電源からの入力電圧と入力電流を測定することで、それぞれの直流電源から取り出す電力が最大になるように制御をするものであるが、入力電流を測定する回路が必要となるために構成が複雑になるとともに、その回路で生じる電力損失を低減することが困難であるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明に係る電源装置は、
それぞれ直流電源が接続可能な第一の直流電源入力部と第二の直流電源入力部と、第一の直流電源入力部に入力された第一の電圧を測定する第一の電圧測定部と、第二の直流電源入力部に入力された第二の電圧を測定する第二の電圧測定部と、帰還入力端子に入力された帰還電圧に応じてパルス幅変調した信号でスイッチング素子を駆動することで、第一および第二の直流電源入力部のそれぞれの電圧を昇圧するとともに、出力が並列に接続された第一の電圧変換部と第二の電圧変換部と、第一および第二の電圧変換部の出力電圧と、制御部からの制御に応じて、それぞれの帰還電圧を生成する第一の帰還部と第二の帰還部と、第一の電圧と第二の電圧に応じて第一および第二の帰還部を制御する制御部と、を有し、制御部は、第一および第二の電圧変換部の出力電圧が、第一の電圧と第二の電圧をほぼ合計した電圧値となるよう第一および第二の帰還部を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る電源装置によれば、電流を測定する構成を必要とせずに、接続された複数の直流電源を略同じ電流を出力させる動作が可能になるとともに、従来構成と比較して電力損失を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の電源装置の構成をあらわすブロック図
【図２】実施例１の電源装置の内部の波形をあらわす図
【図３】実施例２の電源装置の構成をあらわすブロック図
【図４】実施例２の電源装置の内部の波形をあらわす図
【図５】実施例３の電源装置の内部の波形をあらわす図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は実施例１の電源装置の構成をあらわすブロック図である。図２は実施例１の電源装置の内部の波形をあらわす図である。
【００１５】
以下、図１を用いて、電源装置の構成について説明をする。
【００１６】
図１において、電源装置は、それぞれ最大許容電流である１０Ａ以下の電流を入力可能な第一の直流電源入力部１と第二の直流電源入力部２により、１２〜１７Ｖ程度の範囲の直流電圧を出力するバッテリ等の直流電源をふたつ接続可能に構成されている。
【００１７】
第一の直流電源入力部に入力された第一の直流電圧および第二の直流電源入力部に入力された第二の直流電圧は、それぞれ第一の電圧測定部３および第二の電圧測定部４により測定されて制御部５に入力されるとともに、第一の電圧変換部１０および第二の電圧変換部２０に入力される。
【００１８】
第一および第二の電圧変換部は、それぞれ第一の帰還電圧１１および第二の帰還電圧２１に応じてパルス幅変調した信号でスイッチング素子を駆動し、エネルギをインダクタに蓄積したのちにダイオードを介して取り出して出力コンデンサ６で平滑することで、第一および第二の直流電源入力部に入力されたそれぞれを昇圧した直流電圧出力を生成する。
【００１９】
直流電圧出力は、第一の帰還部７および第二の帰還部８により、制御部５の制御に応じて減衰された第一の帰還電圧１１および第二の帰還電圧２１に変換される。これらにより第一の電圧変換部１０および第二の電圧変換部２０の直流電圧出力が決定される。
【００２０】
制御部５は、第一の直流電圧および第二の直流電圧に応じて、直流電圧出力の電圧（Ｖｏｕｔ）が第一の直流電圧と第二の直流電圧をほぼ合計した電圧値となるよう、第一および第二の帰還部を制御する。
【００２１】
ここで、図１および図２を用いて動作を詳細に説明する。
【００２２】
図１における制御部５には、第一および第二の電圧測定部により、第一の直流電源入力部１には１４Ｖ、第二の直流電源入力部２には１２Ｖの電源がそれぞれ接続されている情報が入力される。
【００２３】
制御部５は、第一および第二の帰還部を制御することで、第一の電圧変換部１０における第一のスイッチング素子１２のオンとオフの時間の比率、および第二の電圧変換部２０における第二のスイッチング素子２２のオンとオフの時間の比率が制御され、直流電圧出力の電圧（Ｖｏｕｔ）がそれぞれの合計値の２６Ｖになるよう調整される。
【００２４】
図２は、第一のインダクタ１３および第二のインダクタ２３の電流波形と、直流電圧出力の電流を示している。第一のインダクタ１３および第二のインダクタ２３は、おなじインダクタンス値（Ｌ（Ｈ））のものを使用している。第一および第二のインダクタの電流波形は、それぞれ第一の入力コンデンサ３１および第二の入力コンデンサ３２により平滑されて、それぞれの電流の平均値のＩｍ１およびＩｍ２が第一および第二の直流電源入力部の入力電流となる。直流電圧出力の電流は、第一のスイッチング素子１２がオフ時の電流波形と、第二のスイッチング素子２２がオフ時の電流波形が、それぞれ合成されたのち出力コンデンサ６で平滑された電流の平均値Ｉｍ３となる。
【００２５】
インダクタンス値がＬ（Ｈ）のインダクタにおいて、両端電圧がＶ（Ｖ）で時間ｔ（ｓｅｃ）経過した際の電流変化ΔＩ（Ａ）は、
ΔＩ（Ａ）＝Ｖ（Ｖ）／Ｌ（Ｈ）×ｔ（ｓｅｃ）
であることから、第一のインダクタ１３の電流波形は、第一のスイッチング素子１２がオンのときには印加される第一の直流電圧（Ｖｉｎ＝１４Ｖ）に比例した傾きとなる。
【００２６】
ΔＩ（Ａ）＝Ｖｉｎ（Ｖ）／Ｌ（Ｈ）×ｔ（ｓｅｃ）
第一のスイッチング素子１２がオフのときには第一の直流電圧（Ｖｉｎ＝１４Ｖ）と直流電圧出力の電圧（Ｖｏｕｔ＝２６Ｖ）との差分電圧（−１２Ｖ）に比例した傾きとなる。
【００２７】
ΔＩ（Ａ）＝（Ｖｉｎ（Ｖ）−Ｖｏｕｔ（Ｖ））／Ｌ（Ｈ）×ｔ（ｓｅｃ）
第二のインダクタ２３の電流波形は、第二のスイッチング素子２２がオンのときには印加される第二の直流電圧（１２Ｖ）に比例した傾きとなり、オフのときには第二の直流電圧（１２Ｖ）と直流電圧出力の電圧（２６Ｖ）との差分電圧（−１４Ｖ）に比例した傾きとなる。
【００２８】
つまり、第一の直流電圧に１４Ｖ、第二の直流電圧に１２Ｖが入力される電源装置において、直流電圧出力の電圧を２６Ｖに設定するとともに、第一のスイッチング素子１２のオンとオフの時間の比率を１２：１４（＝６：７）、第二のスイッチング素子２２のオンとオフの時間の比率を１４：１２（＝７：６）とすることで、第一および第二のインダクタのすべてのオンとオフのΔＩが同じになり、それらの平均値であるＩｍ１およびＩｍ２も同じ状態で稼働を継続することが可能となる。
【００２９】
以上に説明したように、本発明の実施例１によれば、電流を測定する構成を必要とせずに接続されたふたつの直流電源を、最大許容電流である１０Ａ以下を維持して略同じ電流を出力させる動作が可能になる。
【実施例２】
【００３０】
図３は、実施例２の電源装置の構成をあらわすブロック図である。図４は、実施例２の電源装置の内部の波形をあらわす図である。
【００３１】
以下、図３および図４を使用して、実施例１と異なる部分について説明をする。
【００３２】
図３において、電源装置は、第一の電圧変換部１０が第一のスイッチング素子１２をオンオフするパルスを反転した波形にして出力する反転部４０をさらに設け、第二の電圧変換部２０を反転部４０が出力する波形を基準に動作するよう構成した。
【００３３】
これにより、第一の電圧変換部１０の第一のスイッチング素子１２がオフになるタイミングで、第二の電圧変換部２０の第二のスイッチング素子２２をオンにする制御が可能となる。
【００３４】
図４において、直流電圧出力の電流は、第一のスイッチング素子１２がオフ時の電流波形と、第二のスイッチング素子２２がオフ時の電流波形が、それぞれ合成されたのち出力コンデンサ６で平滑された電流の平均値Ｉｍ３であることから、それぞれがオフするタイミングが重ならず、平滑する電流のピーク値が抑えられる。
【００３５】
以上に説明した構成により、本発明の実施例２によれば、コンデンサが平滑するピーク電流が低減されることでコンデンサの等価直列抵抗成分による電力損失がさらに低減されるとともに、発熱によるコンデンサの劣化が軽減されて長寿命化が可能となる。
【実施例３】
【００３６】
図５は、実施例３の電源装置の内部の波形をあらわす図である。実施例３の電源装置の構成をあらわすブロック図は、実施例２における図３と同じである。
【００３７】
以下、図３および図５を使用して、実施例１および２と異なる部分について説明をする。
【００３８】
図３において、実施例３の電源装置は、第一の電圧変換部１０の第一のスイッチング素子１２がオフになるタイミングで、第二の電圧変換部２０の第二のスイッチング素子２２をオンにするとともに、第一のスイッチング素子１２がオンになる時間と第二のスイッチング素子２２がオンになる時間の比率が、第一の直流電圧と第二の直流電圧の比率の逆数となるよう制御部５が制御する構成とした。
【００３９】
これにより、第一の直流電圧に１４Ｖ、第二の直流電圧に１２Ｖが入力される電源装置において、直流電圧出力の電圧を２６Ｖに設定するとともに、図５における第一のスイッチング素子１２がオンになる時間と、第二のスイッチング素子２２がオンになる時間の比率が、１２：１４（＝６：７）に制御されることで、第一および第二のインダクタの電流が０Ａになる状態を含むいわゆる臨界または不連続モードで動作するとともに、オンとオフのΔＩが同じになり、それらの平均値であるＩｍ１およびＩｍ２も同じ状態で稼働を継続することが可能となる。
【００４０】
以上に説明した構成により、本発明の実施例３によれば、臨界または不連続モードで動作することができるため、第一および第二のインダクタをインダクタンス値（Ｌ（Ｈ））の小さいものにすることが可能になり、インダクタの巻き線抵抗値が小さくすることが可能になるため損失さらに低減されるとともに、直流電圧出力の電流の平均値（Ｉｍ３）が小さい場合においても安定した動作が可能となる。
【符号の説明】
【００４１】
１  第一の直流電源入力部、２  第二の直流電源入力部、３  第一の電圧測定部、
４  第二の電圧測定部、５  制御部、６  出力コンデンサ、７  第一の帰還部、
８  第二の帰還部、１０  第一の電圧変換部、１１  第一の帰還電圧、
１２  第一のスイッチング素子、１３  第一のインダクタ、
２０  第二の電圧変換部、２１  第二の帰還電圧、
２２  第二のスイッチング素子、２３  第二のインダクタ、
３１  第一の入力コンデンサ、３２  第二の入力コンデンサ、４０  反転部
【図１】
2020072557.tif 000003
【図２】
2020072557.tif 000004
【図３】
2020072557.tif 000005
【図４】
2020072557.tif 000006
【図５】
2020072557.tif 000007