(57)【要約】【課題】ダイオードドロッパー回路を構成するダイオードの個数を削減して装置全体の信頼性を向上させるとともに、コスト削減に貢献する。【解決手段】外部電源からの充電電圧をバックアップ電源としての蓄電池１４に印加して電力を蓄えるとともに、充電電圧を所定の出力電圧に降下させるダイオードドロッパー回路１６を備え、ダイオードドロッパー回路１６の温度に応じて蓄電池１４の充電電圧を補正する電圧制御回路１１を備える。【選択図】図１
2010183669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源からの充電電圧をバックアップ電源としての蓄電池に印加して電力を蓄えるとともに、前記充電電圧を所定の出力電圧に降下させるダイオードドロッパー回路を備え、前記ダイオードドロッパー回路の温度に応じて前記蓄電池の充電電圧を補正する電圧制御回路を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１記載の電源装置において、
前記電圧制御回路は、
前記充電電圧が印加される分割抵抗を有し、前記充電電圧を前記分割抵抗で分圧した電圧を出力する分圧回路と、
前記分圧回路の出力電圧に応じて前記充電電圧の電圧を可変する電圧生成回路と、を備え、
前記分圧回路にはサーミスタが設けられ、当該分圧回路は、前記サーミスタの抵抗値に基づいて前記ダイオードドロッパー回路の温度に応じて可変させた出力電圧を前記電圧生成回路に出力する、
ことを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に電力を供給する電源装置にかかり、特に蓄電池を有し、外部電源の供給が遮断された場合などには蓄電池に蓄えた電力をバックアップ電源として負荷に供給する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケルカドムウム蓄電池（ニカド蓄電池）などの蓄電池をバックアップ電源として備え、蓄電池の充電と並列に外部電源からの電力を蓄電池と並列に接続される外部の負荷に供給する電源装置においては、外部電源からの電力が遮断された場合などに負荷に蓄電池からの電力を供給する必要があるので、蓄電池を常時充電するために蓄電池の充電電圧以上となるように外部電源からの入力電圧を高くしておく必要がある。
一方、蓄電池の後段に接続されている負荷には、所定の出力電圧範囲の電圧を印加する必要があるため、蓄電池の充電電圧を低下させる電圧ドロッパー回路を備えることが行われている（たとえば、特許文献１参照）。
この電圧ドロッパー回路を、複数のダイオードを直列に接続して構成したダイオードドロッパー回路として構成し、負荷に対する定格出力が１３．８Ｖ±２０％（１１．０４〜１６．５６Ｖ）の電源装置に適用する場合について考える。
この場合において、たとえば、１２セルのニカド蓄電池（１．２Ｖ×１２＝１４．４Ｖ）を直列に接続したバックアップ電源を備えるものとすると、ニカド蓄電池の最大充電電圧は、低温時（たとえば、−１０℃）を考慮すれば、１セルあたり１．６Ｖ必要となり、ニカド蓄電池全体では、
１．６×１２＝１９．２Ｖ
必要である。
一方、出力電圧は、最大で１６．５６Ｖに制限する必要がある為、少なくともその差分の電圧（１９．２−１６．５６＝２．６４Ｖ）を、接続するダイオードドロッパー回路で低下させる必要があり、ダイオードドロッパー回路においては、この差分の電圧以上の電圧降下量を有する必要がある。
【特許文献１】特開２００４−３２４５４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ダイオードは、高温で順方向電圧が低くなるため、使用が想定される温度範囲内で最も低い順方向電圧値を基準に使用すべきダイオードの数を選定する必要がある。
具体的には、使用が想定される温度範囲内で最も低い順方向電圧値が０．３５Ｖであるとすると、上述の例の場合、８個（０．３５×８＝２．８Ｖ＞２．６４Ｖ）のダイオードが必要となる。
しかしながら、ダイオードの個数が増加すると、電源装置の信頼性の向上には、限界が生じる。また、部品点数の増大によるコストも上昇することとなる。
そこで、本発明の目的は、ダイオードドロッパー回路を構成するダイオードの個数を削減して装置全体の信頼性を向上させるとともに、コスト削減に貢献することが可能な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】
【０００４】
上記課題を解決するため、本発明の第１態様は、外部電源からの充電電圧をバックアップ電源としての蓄電池に印加して電力を蓄えるとともに、前記充電電圧を所定の出力電圧に降下させるダイオードドロッパー回路を備え、前記ダイオードドロッパー回路の温度に応じて前記蓄電池の充電電圧を補正する電圧制御回路を備えたことを特徴とする。
上記構成によれば、電圧制御回路は、ダイオードドロッパー回路の温度（特にダイオードドロッパー回路を構成するダイオードの温度）に応じて前記蓄電池の充電電圧を補正するので、温度によって変化するダイオードドロッパー回路の電圧降下能力に余裕を大きく持たせる必要がなく、ダイオードドロッパー回路を構成するダイオード数を減少させることができる。
【０００５】
また、本発明の第２態様は、第１態様において、前記電圧制御回路は、前記充電電圧が印加される分割抵抗を有し、前記充電電圧を前記分割抵抗で分圧した電圧を出力する分圧回路と、前記分圧回路の出力電圧に応じて前記充電電圧の電圧を可変する電圧生成回路と、を備え、前記分圧回路にはサーミスタが設けられ、当該分圧回路は、前記サーミスタの抵抗値に基づいて前記ダイオードドロッパー回路の温度に応じて可変させた出力電圧を前記電圧生成回路に出力する、ことを特徴とする。
上記構成によれば、簡易な構成でダイオードドロッパー回路の抵抗温度特性を補正することができ、確実にダイオードドロッパー回路を構成するダイオード数を減少させることができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ダイオードドロッパー回路を構成するダイオードの個数を削減してコスト削減に貢献するとともに、装置全体の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、実施形態の電源装置の概要構成ブロック図である。
本実施形態の電源装置１０は、通常時においては、外部電源からの電力を充電電圧として蓄電池１４に印加して蓄電池１４の蓄電電力を保持しつつ、ダイオードドロッパー回路１６を介して蓄電池１４の充電電圧を所定の出力電圧に降下して外部の負荷１５に供給し、外部電源の供給が遮断された場合などの異常時においては、蓄電池１４に蓄えた電力をバックアップ電源として負荷に供給するものである。
【０００８】
以下、電源装置１０について詳細に説明する。
電源装置１０は、大別すると、外部の直流電源（外部電源）から入力端子ＴＩ１、ＴＩ２に印加される電圧（入力直流電圧）を所定の蓄電池充電電圧に変換（本実施形態では降圧）する電圧制御回路１１と、電圧制御回路１１の出力電圧（直流電圧）の平滑化を行う平滑回路１２と、逆流防止ダイオード１３と、平滑回路１２の出力により充電されるバックアップ電源として用いられる蓄電池１４と、平滑回路１２の出力電圧を出力端子に接続される負荷１５へ供給するための負荷供給電圧に降下させるためのダイオードドロッパー回路１６と、平滑回路１２の出力電圧、すなわち、蓄電池１４の充電電圧が所定の下限電圧より低下した場合に、ダイオードドロッパー回路１６をバイパスして平滑回路の出力を負荷１５に直接供給するための電圧監視バイパス回路１７と、を備えている。そしてこれらの電源装置１０の構成部品は、図示しない一つの筐体内に収納されている。
【０００９】
図２は、電源装置の具体的な回路図である。
電圧制御回路１１は、大別すると、蓄電池１４の充電電圧を検出するため電圧検出信号Ｓｖを生成する分圧回路２１と、電圧検出信号Ｓｖに基づいて蓄電池の充電電圧を生成する電圧生成回路２２と、を備えている。
分圧回路２１は、図２に示すように、３個の直列に接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を有し、抵抗Ｒ１に並列にサーミスタＲＴが接続されている。抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点は、電圧生成回路２２を構成する後述の第２制御回路３７の電圧検出端子に接続されている。
ここで、サーミスタＲＴは、ダイオードドロッパー回路１６に近接して設けるのが好ましいが、上述したように電源装置１０の各構成部品は、図示しない筐体により囲まれて収納されており、筐体内が略同じ温度である場合には、特に近接することなく設けてもよい。
【００１０】
電圧生成回路２２は、一端が入力端子ＴＩ１、ＴＩ２間に接続された入力電圧安定用の電解コンデンサ３１と、高電位側の入力端子ＴＩ１に一次側巻線の一端が接続されたトランス３２と、一次側巻線の他端にソース端子Ｓが接続され、ドレイン端子Ｄが低電位側の入力端子ＴＩ２に接続されたＮチャネルＦＥＴで構成されたスイッチングトランジスタ３３と、フォトディテクタ３４を有し、フォトディテクタ３４の入力状態に応じて、スイッチングトランジスタ３３のゲート端子Ｇにスイッチング制御信号を出力する第１制御回路３５と、フォトディテクタ３４に対応するＬＥＤ３６を有し電圧検出信号Ｓｖに基づく光制御信号を第１制御回路３５に向けて送信する第２制御回路３７と、を備えている。
【００１１】
平滑回路１２は、平滑リアクタ３８と、この平滑リアクタ３８と協働してトランス３２の出力信号（出力電圧）波形の平滑動作を行う平滑コンデンサ３９とを備えている。
蓄電池１４は、ニカド蓄電池で構成され、本実施形態の場合、１２セルのニカド蓄電池を直列接続して構成されており、周辺温度５０℃時の最大充電電圧は、
１．４×１２＝１６．８Ｖ
であり、周辺温度−１０℃時の最大充電電圧は、
１．６×１２＝１９．２Ｖ
となっている。
【００１２】
電圧監視バイパス回路１７は、蓄電池１４の充電電圧を監視し、充電電圧が所定の下限電圧よりも低下した場合に、ダイオードドロッパー回路１６をバイパスさせるためのバイパス制御信号ＳＢを出力する電圧監視回路４１と、バイパス制御信号ＳＢに基づいてダイオードドロッパー回路１６をバイパスする際にオン状態とされる制御トランジスタ４２と、制御トランジスタのコレクタ端子Ｃにゲート端子Ｇが接続されたバイパストランジスタ４３と、を備えている。
ダイオードドロッパー回路１６は、６個のダイオードが直列接続されている。このダイオードの接続個数の設定については、後に詳述する。
【００１３】
次に実施形態の動作を説明する。
入力端子ＴＩ１、ＴＩ２を介して入力された入力直流電圧は、電解コンデンサにより安定化されるとともに、スイッチングトランジスタがオン状態となると、電圧変換器としてのトランスに入力され、トランスの一次側／二次側巻線数に比例した電圧降下がなされて、平滑回路により平滑化されて、蓄電池の充電電圧として供給される。
【００１４】
このとき、分圧回路を構成するサーミスタは、ダイオードドロッパー回路の温度に応じて、温度が高くなるほどその抵抗値が小さくなるようなＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）型のサーミスタであり、ダイオードドロッパー回路の温度が高くなるほど、電圧検出信号の電圧が高くなるようにされており、したがって、電圧制御回路の出力電圧は、ダイオードドロッパー回路の温度が高くなるほど低くなるように制御される。本実施形態では、ダイオードドロッパー回路の温度が５０℃の場合には電圧制御回路の出力電圧は１６．８Ｖとされ、−１０℃の場合には電圧制御回路の出力電圧は１９．２Ｖとされる。
【００１５】
このときスイッチングトランジスタは、第２制御回路により検出された蓄電池の充電電圧が目標値よりも低い場合には、オンデューティーが高くなるように、すなわち、実効的な電圧制御回路の出力電圧である充電電圧が高くなるように第１制御回路により制御される。一方、第２制御回路により検出された蓄電池の充電電圧が目標値よりも高い場合には、オンデューティーが低くなるように、すなわち、実効的な電圧制御回路の出力電圧である充電電圧が低くなるように第１制御回路により制御される。
【００１６】
したがって、蓄電池は、ダイオードドロッパー回路の温度が高くなるほど（電源装置の温度が高くなるほど）、低い最大充電電圧で充電され、ダイオードドロッパー回路の温度が低くなるほど（電源装置の周囲温度が低くなるほど）、高い最大充電電圧で充電される。
電圧制御回路により電圧が制御され、平滑回路により平滑された充電電圧は、ダイオードドロッパー回路により電圧が降下されて負荷に出力される。
【００１７】
この場合におけるダイオードドロッパー回路による電圧降下量は、ダイオードドロッパー回路の温度が５０℃の場合には、
０．３５×６＝２．１Ｖ
であり、ダイオードドロッパー回路の温度が−１０℃の場合には、
０．４７×６＝２．８２Ｖ
である。したがって、最大充電電圧時の負荷に対する出力電圧は、ダイオードドロッパー回路の温度が５０℃の場合に、
１６．８−２．１＝１４．７Ｖ
となり、ダイオードドロッパー回路の温度が−１０℃の場合に、
１９．２−２．８２＝１６．３８Ｖ
となる。
【００１８】
なお、何らかの理由により、平滑回路の出力である蓄電池の充電電圧が所定の電圧である１６．２Ｖ以下になった場合には、電圧監視バイパス回路１７は、制御トランジスタをオンさせ、スイッチトランジスタであるＰチャネルＦＥＴのゲート端子を“Ｌ”レベルとしてオンさせてダイオードドロッパー回路１６をバイパスして平滑回路の出力を直接、負荷１５に供給する。したがって、ダイオードドロッパー回路１６をバイパスしない場合と比較して負荷１５に対する出力電圧を定格範囲内に収めることが可能な入力電圧範囲を広くすることが可能となり、使い勝手が向上する。
【００１９】
ここで、ダイオードドロッパー回路を構成するダイオードの個数の設定について説明する。
まず、ダイオードドロッパー回路を構成するダイオードの個数設定の基本的な考え方について説明する。
この場合に、蓄電池の所定の使用温度範囲の上限温度ＴＨにおける最大充電電圧をＶＨ、下限温度ＴＬにおける最大充電電圧をＶＬとし、電源装置の定格出力の上限電圧をＶＯＨ、下限電圧をＶＯＬとし、ダイオードドロッパ回路を構成するダイオード１個当たりの上述した上限温度ＴＨにおける電圧降下量をＶＤＨ、上述した下限温度ＴＬにおける電圧降下量をＶＤＬとし、ダイオードドロッパ回路を構成するダイオードの個数をＸとした場合に、以下の二つの式が成り立つ必要がある。
ここで、ダイオードドロッパー回路を構成するダイオード１個当たりの上限温度ＴＨにおける電圧降下量をＶＤＨおよび下限温度ＴＬにおける電圧降下量をＶＤＬは、ダイオードドロッパー回路の抵抗温度特性に相当し、蓄電池の所定の使用温度範囲の上限温度ＴＨにおける最大充電電圧ＶＨおよび下限温度ＴＬにおける最大充電電圧ＶＬは、蓄電池の充電温度特性に相当している。
【００２０】
ＶＯＬ≦ＶＨ−ＶＤＨ・Ｘ≦ＶＯＨ    （上限温度ＴＨの場合）    …（１）
ＶＯＬ≦ＶＬ−ＶＤＬ・Ｘ≦ＶＯＨ    （下限温度ＴＬの場合）    …（２）
ここで、（１）式および（２）をそれぞれ変形すると、以下の二つの式となる。
（ＶＨ−ＶＯＬ）／ＶＤＨ≧Ｘ≧（ＶＨ−ＶＯＨ）／ＶＤＨ        …（３）
（ＶＬ−ＶＯＬ）／ＶＤＬ≧Ｘ≧（ＶＬ−ＶＯＨ）／ＶＤＬ        …（４）
したがって、これらの（３）式および（４）式の双方を満たすダイオードの個数Ｘのうち、最も小さな値をダイオードドロッパー回路を構成するダイオードの個数とすればよいこととなる。
【００２１】
次に具体的に説明する。
以下の説明において、電源装置は、蓄電池の使用温度、すなわち、ダイオードドロッパー回路１６の周囲の温度が上限温度ＴＨ＝５０℃、下限温度ＴＬ＝−１０℃の温度範囲内で充電を行うものとし、電圧制御回路１１は、ダイオードドロッパー回路の温度が５０℃の場合の蓄電池の最大充電電圧ＶＨを１６．８Ｖに設定し、ダイオードドロッパー回路の温度が−１０℃の場合の蓄電池の最大充電電圧ＶＬを１９．２Ｖに設定するものとする。
また、ダイオードドロッパー回路の温度が５０℃の場合の各ダイオードの電圧降下量ＶＤＨを０．３５Ｖとし、ダイオードドロッパー回路の温度が−１０℃の場合の各ダイオードの電圧降下量ＶＤＬを０．４７Ｖとする。
【００２２】
負荷に対する定格出力電圧範囲をＤＣ＋１３．８Ｖ±２０％とした場合、その電圧範囲は、ＤＣ＋１１．０４Ｖ〜１６．５６Ｖとなる。すなわち、電源装置の定格出力の上限電圧ＶＯＨ＝１６．５６Ｖ、下限電圧ＶＯＬ＝１１．０４Ｖとなる。
ダイオードドロッパー回路の温度が５０℃の場合には、電圧制御回路１１から出力される電圧は１６．８Ｖであるので、負荷に対する定格出力電圧範囲に収めるためにはダイオードドロッパー回路の電圧降下量ΔＸは、次式を満たす必要がある。
１６．８−１６．５６＝０．２４Ｖ≦ΔＸ≦１６．８−１１．０４＝５．７６Ｖ
【００２３】
また、ダイオードドロッパー回路の温度が−１０の場合には、電圧制御回路１１から出力される電圧は１９．２Ｖであるので、負荷に対する定格出力電圧範囲に収めるためにはダイオードドロッパー回路は、少なくとも、
１９．２−１６．５６＝２．６４Ｖ≦ΔＸ≦１９．２−１１．０４＝８．１６Ｖ
したがって、ダイオードドロッパー回路１６の電圧降下量ΔＸは、以下の二つの式を満たす必要がある。
２．６４Ｖ≦ΔＸ（ダイオードドロッパー回路の温度が−１０℃の場合）
ΔＸ≦５．７６Ｖ（ダイオードドロッパー回路の温度が５０℃の場合）
【００２４】
この結果、ダイオードドロッパー回路の温度が−１０℃の場合には、ダイオードドロッパー回路を構成するダイオードの個数Ｘは、
２．６４／０．４７＝５．６≦Ｘ
であり、ダイオードドロッパー回路１６の温度が５０℃の場合には、ダイオードドロッパー回路を構成するダイオードの個数Ｘは、
Ｘ≦５．７６／０．３５＝１６．５
であるので、ダイオードの個数Ｘは、６〜１６個となり、最も少ないダイオードの個数は６個となる。
【００２５】
一方、従来のように入力電圧を１９．２Ｖで固定制御した場合には、上記実施形態と同一の蓄電池１４を用いると、ダイオードドロッパー回路１６の電圧降下量ΔＸ１は、以下の二つの式を満たす必要がある。
０Ｖ≦ΔＸ１（ダイオードドロッパー回路の温度が−１０℃の場合）
ΔＸ１≧２．６４Ｖ（ダイオードドロッパー回路の温度が５０℃の場合）
この結果、ダイオードドロッパー回路の温度が５０℃の場合には、ダイオードドロッパー回路を構成するダイオードの個数Ｘは、
２．６４／０．３５＝７．５≦Ｘ１
であるので、入力電圧をダイオードの個数Ｘ１は８個となり、本実施形態では必要なダイオードの個数Ｘは６個であるから、ダイオードの個数を２個減少させることができる。
【００２６】
したがって、ダイオードドロッパー回路１６を構成するダイオードの個数を削減することができるので、ダイオードの個数の増加に起因する信頼性の低下を抑制し、ひいては、電源装置の信頼性の向上させることができる。さらにダイオードの個数を削減することによるコスト削減も見込める。
【００２７】
以上の説明においては、サーミスタとして、ＮＴＣ型のサーミスタを用い、分圧回路が分割抵抗を構成する複数の抵抗のうち、分圧点を基準に高圧側にサーミスタを設ける構成を採っていたが、サーミスタとして、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）型のサーミスタを用い、分圧回路が分割抵抗を構成する複数の抵抗のうち、分圧点を基準に低圧側にサーミスタを設ける構成を採ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態の電源装置の概要構成ブロック図である。
【図２】電源装置の具体的な回路図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  電源装置
１１  電圧制御回路
１２  平滑回路
１３  逆流防止ダイオード
１４  蓄電池
１５  負荷
１６  ダイオードドロッパー回路
１７  電圧監視バイパス回路
２１  分圧回路
２２  電圧生成回路
ＲＴ  サーミスタ
ＳＢ  バイパス制御信号
Ｓｖ  電圧検出信号
ＴＩ１、ＴＩ２  入力端子
ＴＯ１、ＴＯ２  出力端子
【図１】
2010183669.tif 000003
【図２】
2010183669.tif 000004