(57)【要約】【課題】本発明の課題は、外部交流電源に含まれる多様な電源ノイズに対応でき、装置が大型化することなく簡易な構成で安定した低ノイズ直流・交流電源装置を提供することにある。【解決手段】本発明の低ノイズ直流・交流電源装置は、外部交流電源から充電される複数のバッテリーと、各バッテリーの前段に充電時のみ両者を接続させる第１のリレーと、前記バッテリーの出力電圧を監視する手段と、該電圧監視手段の出力信号をリレーコントローラに接続すると共に、前記バッテリの出力を直流電源出力端子に第２のリレーを介して選択的に接続する回路を複数並列接続するものとした。【選択図】図１
2010098803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部交流電源から充電される複数のバッテリーと、各バッテリーの前段に充電時のみ両者を接続させる第１のリレーと、前記バッテリーの出力電圧を監視する手段と、該電圧監視手段の出力信号をリレーコントローラに接続すると共に、前記バッテリーの出力を直流電源出力端子に第２のリレーを介して選択的に接続する回路を複数並列接続した低ノイズ直流電源装置。
【請求項２】
電圧監視手段の出力信号はフォトカプラを介してリレーコントローラに接続することを特徴とする請求項１に記載の低ノイズ直流電源装置。
【請求項３】
バッテリーの出力を直流電源出力端子に接続する第２のリレーの出力側に大容量のコンデンサを配置した請求項１又は２に記載の低ノイズ直流電源装置。
【請求項４】
リレーコントローラと第１のリレー及び第２のリレーを制御する装置にはすべて直流電源を用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の低ノイズ直流電源装置。
【請求項５】
リレーコントローラの電源には外部交流電源から充電される複数のバッテリーのうち、休止中のものを切替選択して使用することを特徴とする請求項４に記載の低ノイズ交流電源装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の低ノイズ直流電源装置の出力端子にＤＡコンバーターを配置してなる低ノイズ交流電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は商用電源等の供給電源に重畳されたノイズの影響を受けない電源装置に関し、特に精密測定装置用電源として最適な電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
計測分野においては、一般に微小レベルの検出信号を高ゲインで増幅し、データ処理が行われる。そのため、装置の電源電圧の変動は測定精度に大きな影響を及ぼす。比較的外乱の影響を受けにくい直流電源を用いることが多いが、直流電源であってもパワー供給源となる商用電源の変動や電源ラインの抵抗Ｒ分が影響して電圧降下が起こる現象であるスタティックなＩＲドロップといったものの影響を受ける。
生活環境では電力線や変圧器から発生する電磁波、照明器具やＡＣアダプターに内蔵された変圧トランスやモーターのブラシやネオンサイン、無線機など、身近に多くのノイズ源が存在する。ノイズ源の対策としては、原因が磁気結合の場合はトランス等のノイズ源に対して珪素鋼板などで磁気シールドを施す手法が採用される。機器側の対策としてはシールド線やツイスト線などのノイズ対策が施されたケーブルを必要な長さ分だけ使ったり、平衡回路を使って伝送中のノイズを打ち消すといったことや、使用上の対策として電源ケーブルや映像信号ケーブルなどと音声ケーブルを至近距離で平行して敷設しない、音声とノイズ源のケーブルが交差せざるを得ない場合は、直角に交差させてその影響を少なくする等の対策が採られる。
まれに電源にモーター由来の低周期的な電圧や電流の変動が現れる場合もあるが、これもハムの原因として現れるケースもある。この場合には整流インバータとも呼ばれる電源補償を行う機器(交流無停電電源装置とも呼ばれる)を利用することで解消することが行なわれている。またこれらハムが常に一定の周波数であるため、フィルタ回路やイコライザで該当周波数のノイズを減衰させるといった対策もとられる。この場合、本来の信号がハムと同じ周波数であれば、本来の信号も消滅することになる。
【０００３】
特許文献１の「電源回路」は安定化電源回路に関し、外部電源からの電源雑音を遮断し、長時間の電源供給が可能なことを目的としたもので、図８にその原理図が示されているように充放電部は、充放電を行なう充放電素子Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄを複数並列に設けられている。切換部は、充放電部の複数の充放電素子夫々の充電及び放電の接続切換えを行なう。切換制御部は、複数の充放電素子のうちの一定数が放電し、残りが充電を行ない、複数の充放電素子夫々の充放電が一定時間毎に順次切換わるよう切換部の切換えを制御するというものである。充電中は出力が遮断され、順次切換えられたバッテリーが電源として機能することにより、直流変換することで交流外部電源の変動の影響は除去され、供給電源としての安定化が図られているが、この装置は設定時間毎にバッテリーを切換えて被電源供給素子に電力を供給しているだけで、バッテリーが確かに正規の電圧を安定して供給しているか確認しながら切換え作動するものではないため、信頼性に不安が残る。
【特許文献１】特開平５−２０７６６５号公報  「電源回路」  平成５年８月１３日公開
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高精度の信号処理が求められる機器、特に微弱な信号を増幅する計測装置において、ノイズを取り除くことは、重要なポイントである。現時点では、前記で述べたような防止策がとられているが、本来の信号をノイズ(ハムを含む)とともに消すことになり、データとして損失している。そのような状況の中で、ＡＣ電源ラインから回り込むノイズの影響を完壁に抑えることができる技術を提供することが求められている。微弱な信号を増幅する計測装置において、従来ノイズと共に損失していたデータをデータとして扱えることで、新たなパラメータを得ること、発見することが可能となる。
本発明の課題は、外部交流電源に含まれる多様な電源ノイズに対応でき、装置が大型化することなく簡易な構成で安定した低ノイズ直流・交流電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の低ノイズ直流・交流電源装置は、外部交流電源から充電される複数のバッテリーと、各バッテリーの前段に充電時のみ両者を接続させる第１のリレーと、前記バッテリーの出力電圧を監視する手段と、該電圧監視手段の出力信号をリレーコントローラに接続すると共に、前記バッテリーの出力を直流電源出力端子に第２のリレーを介して選択的に接続する回路を複数並列接続するものとした。
本発明の低ノイズ直流電源装置は、上記構成に加え電圧監視手段の出力信号がフォトカプラを介してリレーコントローラに接続される構成を採用した。
また、本発明の低ノイズ直流電源装置は、更にバッテリーの出力を直流電源出力端子に接続する第２のリレーの出力側に大容量のコンデンサを配置するものとした。
本発明の低ノイズ直流電源装置は、上記構成に加え、リレーコントローラと第１のリレー及び第２のリレーを制御する装置にはすべて直流電源を用いるものとした。また、その変形としてリレーコントローラの電源には外部交流電源から充電される複数のバッテリーのうち休止中のものを切替選択して使用するものを提示する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の低ノイズ直流電源装置は、外部交流電源から充電される複数のバッテリーと、各バッテリーの前段に充電時のみ両者を接続させる第１のリレーと、前記バッテリーの出力電圧を監視する手段と、該電圧監視手段の出力信号をリレーコントローラに接続すると共に、前記バッテリーの出力を直流電源出力端子に第２のリレーを介して選択的に接続する回路を複数並列接続するものとしたものであるから、複数あるバッテリーの出力電圧を常時それぞれ監視し、電圧が低下状態となった時にはただちに第１のリレーが作動して充電を開始させ、不安定な状態を観測したときにはただちに第２のリレーを作動させて、他の安定状態のあるバッテリーを直流電源出力端子に接続させるように作動し、低ノイズ直流電源装置として機能させることができる。
【０００７】
また、上記構成に加えフォトカプラを介して電圧監視手段の出力信号をリレーコントローラに接続する構成を採用した本発明の低ノイズ直流電源装置は、バッテリー回路とリレーコントローラ間が電気的接続が遮断されていることにより、リレーコントローラ内で発生したノイズをバッテリー回路に影響させることがない。
また、更にバッテリーの出力を直流電源出力端子に接続する第２のリレーの出力側に大容量のコンデンサを配置するものとした本発明の低ノイズ直流電源装置は、第２のリレーによる選択切換え時の過渡現象を吸収することができ、安定した直流電源として機能させることができる。
更に、本発明の低ノイズ直流電源装置は、上記構成に加え、リレーコントローラと第１のリレー及び第２のリレーを制御する装置にはすべて直流電源を用いるものとしたことにより、外部交流電源の変動による影響から完璧に保護される。
また、リレーコントローラの電源には外部交流電源から充電される複数のバッテリーのうち休止中のものを切替選択して使用するものにあっては独自の直流電源を必要としないため、コスト面で有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１に本発明に係る低ノイズ電源の基本構成を示すブロック図を示す。電力供給源には一般の商用電源を用い、複数（ここに示した例では３つの系統）の並列配置された電源回路とそれらの動作を制御するコントローラとからなる。並列配置された電源回路（第１系統、第２系統、第３系統）は同じ構成であり、電力供給する商用電源とバッテリー２(2a,2b,2c)間に充電時のみ両者を接続させる第１のリレー１(1a,1b,1c)と、前記バッテリー２の出力電圧を監視する手段３(3a,3b,3c)と、該電圧監視手段３の出力信号をリレーコントローラ６に接続すると共に、前記バッテリー２の出力を直流電源出力端子７に第２のリレー５(5a,5b,5c)を介して選択的に接続する回路となっている。図１に示した例では電圧監視手段３の出力信号をリレーコントローラ６に接続する構成にフォトカプラ４(4a,4b,4c)を介在させるようにしている。また、バッテリー２の出力を直流電源出力端子に接続する第２のリレー５(5a,5b,5c)の出力側に大容量のコンデンサ８を配置した構成を示している。
【０００９】
リレーコントローラ６は、直流５Ｖ若しくは１２Ｖで駆動するものとされ、複数の電源系統のバッテリー２の電圧を常時モニターしている電圧監視手段３からの出力信号を受信し、第１のリレー１と第２のリレー５の作動を制御して切換動作させ、バッテリー２の適正な充放電を行わせる機能を備えている。複数の電源系統とリレーコントローラ６間にフォトカプラ４を介在させたのは、電気的接続が遮断されることにより、リレーコントローラ６内で発生したノイズを各電源系統に影響させないようにするための構成である。また、バッテリー２の出力を直流電源出力端子に接続する第２のリレー５の出力側に大容量のコンデンサ８を配置するものとした技術的意義は、第２のリレー５による選択切換え時の過渡現象を吸収することができ、安定した直流電源として機能させるための構成である。
【００１０】
本発明では、複数ある電源回路のバッテリー２の出力電圧をそれぞれ常時監視する構成が採られており、電源ノイズの原因が何であるかに関わらず、最も安定した電圧を供給できる電源系統が第２のリレー５によって選択される点に最大の特徴がある。すなわち、従来のようにノイズの要因を特定しその対策だけで低ノイズ電源を実現させるのではなく、複数の電源系統を並列配置して状態をモニターし、その内最も状態のよいものを選択使用するという技術的思想である。この動作はリレーコントローラ６によって行われる。また、負荷状態によって電圧が低下状態となった時にはこのリレーコントローラ６が作動し、ただちに第１のリレー１が作動してバッテリー２の充電を開始させる。この２つの制御動作によって本発明の直流電源装置は低ノイズの電源装置として機能させることができる。
【実施例】
【００１１】
本発明の実施例を図２乃至図６を参照しながら説明する。図２は３つの電源系統を備え、それぞれの系統のバッテリー2a,2b,2cにコンセントを介して100Ｖ商用電源から充電する部分と、リレーコントローラ６や本電源装置内で用いる制御用電源の回路図である。３つの系統は全く同じ構成が採られており、充電が必要とされたバッテリー２だけが商用電源からの電力供給を受けるように当該系統の第１のリレー１が作動し、スイッチをＯＮ状態とする。第１のリレー１とバッテリー２の間にはＡＣアダプターが配置されており、第１のリレー１が作動し、スイッチをＯＮ状態となると接続されたＡＣアダプターには交流100Ｖが供給されるので、規格の直流電圧をバッテリー２に供給するようになって、充電が行われる。一点鎖線で囲まれた部分が制御用電源の回路図で３つの電源系統と並列にコンセントを介して100Ｖ商用電源から電力量給を受けるマルチ電源は汎用のものでよく、+１２Ｖと+５Ｖを出力する。ＧＮＤ端子は共通とし、+１２Ｖと+５Ｖ端子には47μＦと大容量のコンデンサと0.1μＦの小容量のコンデンサが並列接続され、その端子が+１２Ｖと+５Ｖ（ＶＣＣ）電源となって本装置内の制御用の電源として用いられる。
【００１２】
図３は第１電源系統の電圧監視部と第２のリレーそして出力端子部分の回路図である。ここでは第１電源系統について説明するが、第２電源系統、第３電源系統も同様の回路構成であり、同様の作動となる。バッテリー2aの出力電圧を比較器3a（U1A）で常時モニターしている。設定値を越える電圧低下や電圧変動が観測されたなら、異常信号が出力され、フォトカプラー4a（U2）を介してリレーコントローラへ信号を出力する。フォトカプラー4aの出力側の駆動電源は図２に示した先の制御用電源から供給されるが、フォトカプラー4aによって、入力側と出力側は電気的に遮断されており、制御用電源電圧にたとえノイズが混入されていてもそれがバッテリー2aに影響を及ぼすことはない。第２のリレー5aが導通して第１電源系統が供給電源として選択されていて電圧が正常値である場合は第１電源系統の出力端子から直流電圧が負荷回路に供給される。電圧監視部で電圧異常が検知され異常信号が出力されると、後述するリレーコントローラ６からのリレー制御信号DC1が出力され、トランジスタのスイッチング動作によりリレー5aが遮断される。このリレー制御回路の電源も先の制御用電源からＶＣＣが供給される。
【００１３】
図４は第１のリレー1aの制御回路図である。第２電源系統、第３電源系統の第１のリレー1b,1cも同じ構成であるので、第１のリレー1aで説明する。第１のリレー１は当該系統のバッテリー２の電圧が所定値以下となった場合に充電のため、電力供給源である商用電源に接続させて充電を実行させる機能を担うものである。電圧低下は先の電圧監視部の異常信号で検知され、これを受信したリレーコントローラ６が制御信号AC1(AC2,AC3)を発信し、この制御回路に入力する。この信号を受信するとスイッチングトランジスタは導通し、コネクタ端子には+１５Ｖが印加される。この電圧が図２に示したAC1(AC2,AC3)制御端子に送られ、第１のリレー１を導通状態にセットし、アダプタを介してバッテリー２の充電が開始される。
【００１４】
図５はリレーコントローラ６の回路図である。これを参照して本発明の電源装置の動作を説明する。中央のボックスがその心臓部となるＣＰＵである。該ＣＰＵの入力端子RA0,RA1,RA2には電圧監視部からの検出信号CMP1，CMP2，CMP3が入力するように接続され、出力端子RB0，RB1,RB2からは第１のリレー用の制御信号AC1,AC2,AC3が出力され、出力端子RB3,RB4,RB5からは第２のリレー用の制御信号DC1,DC2,DC3が出力される。また、出力端子RB6,RB7からは動作状態を表示するためのＬＥＤ制御信号が出力される。第１〜第３の電源系統のバッテリー2a,2b,2cの電圧値に異常があれば電圧監視部3a,3b,3cから異常信号CMP1，CMP2，CMP3を受信する。いまCMP1に電圧低下の異常信号が入力されたとすると、ただちに第２のリレー5aの遮断状態を確認して第１のリレー用の制御信号AC1を出力させ、バッテリー2aの充電を開始させる。もし、第２のリレー5aが導通状態で負荷回路への電源動作を行っていた場合にはただちに第２のリレー用の制御信号DC1の出力を停止すると共に、充電動作を行っていない他の正常電圧の電力系統を選択してDC2またはDC3を出力する。これにより、安定状態の第２または第３の電源系統のバッテリー2b,2cから負荷回路へ電力が供給される。また、負荷回路への電源供給中の第１〜第３の電源系統のバッテリー2a,2b,2cに電圧値の変動等の異常があったときは他の安定状態にある電源系統の第２のリレー用の制御信号DC1,DC2,DC3を発信して負荷回路へ電力供給の系統切換を行う。
【００１５】
図６のＡは表示部の駆動回路である。リレーコントローラ６内のＣＰＵの出力端子RB8,RB9からＬＥＤの緑と赤の制御信号が発信され、緑と赤二つのＬＥＤが点灯する。これは当該電源装置の状態を表示するために使われる。動作表示としてはバリエーションはいくつかあるが、この例では３つの電源系統が安定状態である場合にLED-Gが出力され、緑のＬＥＤを点灯表示し、２つ以上の電源系統が電圧低下または不安定の状態である場合はLED-R が出力され、赤のＬＥＤを点灯表示し、いずれか１つの電源系統が電圧低下または不安定の状態である場合はLED-RとLED-R の両方が出力され、緑と赤のＬＥＤを点灯することで橙色の表示をする。
図６のＢは本発明の出力端子直前に配置された、変動吸収用の大容量コンデンサの回路図で、この大容量のコンデンサ８を配置するものとしたことによって、第２のリレー５による選択切換え時の過渡現象を吸収することができ、安定した直流電源として機能させることができる。
【００１６】
本発明の電源装置は直流電源として使用するものとして説明してきたが、この出力端子にＤＡコンバータを接続することにより、安定交流電源装置とすることができることは当業者には自明であろう。また、この安定電源を精密機械特に計測機器の電源として用いる際、同時に計測データをパソコン等を用いてデータ処理がなされることが多い。その際、ディスクトップ型のパソコンを用いるとその電源部において外部ノイズを拾ってしまうトラブルが発生するので、用いるパソコンはノート型パソコンのようなバッテリー駆動のものを用いることがお勧めである。
【００１７】
図７に本発明の本発明に係る低ノイズ直流電源装置の変形形態を示す。図１に示した本発明に係る低ノイズ直流電源装置の基本構成と異なる点は、リレーコントローラの電源に外部交流電源を用いる独自の直流電源７を備えることなく、外部交流電源から充電される複数のバッテリー2a，2b，2cのうち、直流電源として用いられて居らず充電中のものでもないもの、すなわち休止中のものを切替スイッチ９によって切替選択して使用する点である。どのバッテリーが休止中であるかはリレー切替信号によって判別することができる。このように独自の直流電源７を用いないのでコスト的に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る低ノイズ直流電源装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】１実施例における商用電源からバッテリーに充電する部分と、本電源装置内で用いる制御用電源の回路図である。
【図３】１実施例における第１電源系統の電圧監視部と第２のリレーそして出力端子部分の回路図である。
【図４】１実施例における第１のリレーの制御回路図である。
【図５】１実施例におけるリレーコントローラの回路図である。
【図６】Ａは１実施例における表示部の駆動回路、Ｂは出力端子直前に配置された、変動吸収用の大容量コンデンサの回路図である。
【図７】本発明に係る低ノイズ直流電源装置の変形形態を示す図である。
【図８】従来の電源装置の作動を説明する図である。
【符号の説明】
【００１９】
１（1a,1b,1c）  第１のリレー        ２（2a,2b,2c）  バッテリー
３（3a,3b,3c）  電圧監視部          ４（4a,4b,4c）  フォトカプラー
５（5a,5b,5c）  第２のリレー        ６  リレーコントローラ
７  制御用電源                      ８  緩衝用大容量コンデンサ
９  切替スイッチ
【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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【図８】
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