(57)【要約】【課題】停電後の復帰時の起動時間を短縮することができる電源装置を提供する。【解決手段】整流手段20は、入力交流電力を整流する。平滑手段21は、整流手段20に並列に接続された第１および第２のコンデンサC1，C2と、第１および第２のコンデンサC1，C2にそれぞれ直列に接続された第１および第２の切離し用スイッチSW1，SW2とを有し、整流手段20で整流された直流電力を平滑する。交流変換手段17は、平滑手段21で平滑された直流電力を所定の出力交流電力に変換する。制御部30は、常時は第１のコンデンサC1に対応する第１の切離し用スイッチSW1を閉成するとともに充電後の第２のコンデンサC2に対応する第２の切離し用スイッチSW2を開放し、停電後の復帰時に第１のコンデンサC1に対応する第１の切離し用スイッチSW1を開放するとともに第２のコンデンサC2に対応する第２の切離し用スイッチSW2を閉成する。【選択図】図１
2014165994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力交流電力を整流する整流手段と；
整流手段に並列に接続された第１および第２のコンデンサと、第１および第２のコンデンサにそれぞれ直列に接続された第１および第２の切離し用スイッチとを有し、整流手段で整流された直流電力を平滑する平滑手段と；
平滑手段で平滑された直流電力を所定の出力交流電力に変換する交流変換手段と；
常時は第１のコンデンサに対応する第１の切離し用スイッチを閉成するとともに充電後の第２のコンデンサに対応する第２の切離し用スイッチを開放し、停電後の復帰時に第１のコンデンサに対応する第１の切離し用スイッチを開放するとともに第２のコンデンサに対応する第２の切離し用スイッチを閉成する制御部と；
を具備していることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
平滑手段は、第１のコンデンサに直列に接続された第１の切換スイッチと第１の抵抗とでなす第１の並列回路を有し、
制御部は、常時は第１の切換スイッチおよび第１の切離し用スイッチを閉成し、第１のコンデンサの充電時は第１の切換スイッチを開放するとともに第１の切離し用スイッチを閉成することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
平滑手段は、第２のコンデンサに直列に接続された第２の切換スイッチと第２の抵抗とでなす第２の並列回路を有し、
制御部は、停電後の復帰時は第２の切換スイッチおよび第２の切離し用スイッチを閉成し、第２のコンデンサの充電時は第２の切換スイッチを開放するとともに第２の切離し用スイッチを閉成することを特徴とする請求項２記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、交流電力を直流電力に変換した後にさらに直流電力を交流電力に変換して出力する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電源装置として例えば空港の航空灯火用の交流定電流電源装置においては、商用交流電源からの入力交流電力を整流平滑して直流電力に変換する直流変換手段と、この直流変換手段で変換された直流電力を所定の出力交流電力に変換して負荷である航空標識灯側に出力するインバータ回路である交流変換手段とを備えている。
【０００３】
このように、商用交流電源の入力交流電力を直流電力に一旦変換した後に、再び出力交流電力に変換して出力するのは、負荷の変動に対応すること、商用交流電源の周波数に対して出力交流電力の周波数を任意に設定することなどのためである。
【０００４】
直流変換手段は、商用交流電源からの入力交流電力を整流する整流手段、および整流された直流電力を平滑する大容量のコンデンサを備えている。定電流電源装置に用いられるコンデンサは、容量が大きく、充電時には回路保護のために大電流が流れないように十分な時間をかけて充電する必要があることから、充電に時間がかかる特性を有している。
【０００５】
そして、定電流電源装置は、初回の起動時において、まずコンデンサに充電し、コンデンサの充電が完了することにより、整流平滑された直流電力を所定の出力交流電力に変換して出力している。上述したように、コンデンサは容量が大きく、回路保護のために十分に時間をかけて充電していて、コンデンサの充電に時間がかかるため、商用交流電源の投入から出力交流電力の出力を開始するまでの起動時間が長くかかっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１５７３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
定電流電源装置の稼動中に、商用交流電源の停電が一時的に発生した場合、コンデンサが放電し、出力交流電力の出力が停止する。この停電後の復帰時には、定電流電源装置の再起動となり、再びコンデンサが充電されるのを待ってからでないと出力交流電力を出力できず、停電後の復帰時の起動時間が長くかかる問題がある。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、停電後の復帰時の起動時間を短縮することができる電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の電源装置は、整流手段、平滑手段、交流変換手段および制御部を備える。整流手段は、入力交流電力を整流する。平滑手段は、整流手段に並列に接続された第１および第２のコンデンサと、第１および第２のコンデンサにそれぞれ直列に接続された第１および第２の切離し用スイッチとを有し、整流手段で整流された直流電力を平滑する。交流変換手段は、平滑手段で平滑された直流電力を所定の出力交流電力に変換する。制御部は、常時は第１のコンデンサに対応する第１の切離し用スイッチを閉成するとともに充電後の第２のコンデンサに対応する第２の切離し用スイッチを開放し、停電後の復帰時に第１のコンデンサに対応する第１の切離し用スイッチを開放するとともに第２のコンデンサに対応する第２の切離し用スイッチを閉成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、停電により第１のコンデンサが放電しても、停電後の復帰時には充電されている第２のコンデンサを接続することにより、電源装置を直ぐに起動させることができ、停電後の復帰時の起動時間を短縮することが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態を示す電源装置の回路図である。
【図２】同上電源装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】同上電源装置の入力から出力までの電力波形の変化を(a)〜(d)に示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、一実施形態を、図１ないし図３を参照して説明する。
【００１３】
図１に電源装置の回路図を示す。電源装置10は、例えば空港の航空灯火用の交流定電流電源装置であり、交流定電流電力を出力する。電源装置10の出力側には複数の可飽和形の絶縁トランス11の一次側が直列に接続され、各絶縁トランス11の２次側に負荷としての航空標識灯12の点灯回路が接続されている。
【００１４】
電源装置10は、商用交流電源15からの交流電力を直流電力に変換する直流変換手段16、およびこの直流変換手段16で変換された直流電力を所定の出力交流電力であって正弦波の交流電力に変換して出力する交流変換手段17を備えている。
【００１５】
直流変換手段16は、商用交流電源15からの入力交流電力を整流する整流手段20、およびこの整流手段20で整流された直流電力を平滑する平滑手段21を備えている。
【００１６】
整流手段20は、商用交流電源15からの入力交流電力を全波整流する整流回路であり、例えば、入力側と出力側との間でブリッジ状に接続された複数のトランジスタのオンデューティを制御することにより入力交流電力を高周波でスイッチングして直流電力に変換するコンバータ回路や、ダイオードブリッジ回路など、いずれの整流回路を用いてもよい。
【００１７】
平滑手段21は、整流手段20の一対の出力部と交流変換手段17の一対の入力部との間の直流回路22に並列に接続される第１のコンデンサC1および第２のコンデンサC2を備えている。第１のコンデンサC1および第２のコンデンサC2には、それぞれ直列に、第１の切離し用スイッチSW1および第２の切離し用スイッチSW2が接続されているとともに、第１の切換スイッチSW3と第１の抵抗R1とでなす第１の並列回路23および第２の切換スイッチSW4と第２の抵抗R2とでなす第２の並列回路24が接続されている。第１の切離し用スイッチSW1および第２の切離し用スイッチSW2は、第１のコンデンサC1および第２のコンデンサC2の両端にそれぞれ２つずつ接続されているが、一端側にのみ１つずつとしてもよい。また、各スイッチSW1〜SW4は、リレー、半導体スイッチ素子などのいずれでもよい。第１のコンデンサC1および第２のコンデンサC2の両端には、第１のコンデンサC1および第２のコンデンサC2に充電された電圧値を検出する第１の電圧検出手段26および第２の電圧検出手段27がそれぞれ接続されている。
【００１８】
平滑手段21は制御部30によって制御される。制御部30は、各電圧検出手段26，27が検出する各コンデンサC1，C2の電圧値を入力し、各スイッチSW1〜SW4を制御する。
【００１９】
また、交流変換手段17は、例えば、インバータ回路などの交流変換回路であり、入力側と出力側との間でブリッジ状に接続された複数のトランジスタのオンデューティを制御することにより、直流電力を高周波でスイッチングし、正弦波の交流電力に変換して出力する。
【００２０】
なお、図示を省略したが、直列の負荷に流れる電流を検出する電流検出手段を有しており、電流検出手段の検出信号に応じたフィードバック制御により定電流化するようになっている。
【００２１】
次に、制御部30による各スイッチSW1〜SW4の制御を含む電源装置10の動作を図２および図３を参照して説明する。
【００２２】
なお、制御部30は、以下に説明する制御のためにマイクロコンピュータなどの演算手段、記憶手段などを有するとともに、後述する一時的な停電時にも接続可能な電源手段を有しているものとする。
【００２３】
商用交流電源15から電源装置10への初回の電源投入時（図２の電源投入のタイミング）、すなわち電源装置10の初回起動時には、制御部30により、両切離し用スイッチSW1，SW2を閉成（以下、オンという）し、両切換スイッチSW3，SW4を開放する（以下、オフという）。これにより、商用交流電源15からの入力交流電力（図３の(a)の波形）を整流手段20で整流（図３の(b)の波形）し、整流した直流電力が各抵抗R1，R2を通じて両コンデンサC1，C2に流れ、回路に流れる電流を制限して保護しながら充電する。
【００２４】
各コンデンサC1，C2に充電された電圧値を各電圧検出手段26，27で検出し、制御部30により充電完了したか監視する。電源投入から例えば５秒程度で各コンデンサC1，C2の充電が完了し、制御部30により充電完了と判断したら（図２の充電完了のタイミング）、第１の切換スイッチSW3をオンした後に、第２の切離し用スイッチSW2をオフする。これにより、第１の切換スイッチSW3を介して第１のコンデンサC1が直流回路22に直結され、第１のコンデンサC1の両端から平滑された直流電力（図３の(c)の波形）が交流変換手段17に供給される。また、第２のコンデンサC2は、直流回路22から完全に切り離されるが、充電された電荷は保持する。
【００２５】
整流平滑された直流電力を交流変換手段17で正弦波の交流電力（図３の(d)の波形）に変換して出力する。そして、電源装置10から出力する交流電力が各絶縁トランス11を介して各航空標識灯12に供給され、前記フィードバック制御により、各航空標識灯12が所定の定電流で点灯する。
【００２６】
また、商用交流電源15の例えば２００ｍｓ〜３００ｍｓの一時的な停電によって入力交流電力が途絶えると（図２の停電のタイミング）、負荷が大きいために、第１のコンデンサC1に充電されていた電荷が数百ｍｓで放電してしまう。停電時には、各スイッチSW1〜SW4は停電前の状態を維持している。
【００２７】
一時的な停電後に入力交流電力の供給が復帰すると（図２の電源復帰のタイミング）、制御部30により、第１の切離し用スイッチSW1をオフするとともに第１の切換スイッチSW3をオフした後、第２の切離し用スイッチSW1をオンするとともに第２の切換スイッチSW4をオンする。これにより、整流手段20から入力交流電力を整流した直流電力が直流回路22に流れるとともに、第２の切換スイッチSW4を介して充電された状態にある第２のコンデンサC2が直流回路22に直結されるため、第２のコンデンサC2の両端から平滑された直流電力が交流変換手段17に直ぐに供給される。このとき、第１のコンデンサC1は、直流回路22から完全に切り離されているため、第２のコンデンサC2の電荷が第１のコンデンサC1側に流れることがなく、第２のコンデンサC2の両端から平滑された直流電力が交流変換手段17に供給される。なお、航空灯火の規格では一時的な停電後の復帰時における航空灯火の点灯までにかかる時間は５００ｍｓと決まっているが、この規格を満足することができる。
【００２８】
制御部30は、一時的な停電後に復帰してから所定時間後に（図２の第１のコンデンサ充電開始のタイミング）、第１の切離し用スイッチSW1をオンする。これにより、整流手段20で整流された直流電力が第１の抵抗R1を通じて第１のコンデンサC1に流れ、回路に流れる電流を制限して保護しながら充電する。
【００２９】
第１のコンデンサC1に充電された電圧値を第１の電圧検出手段26で検出し、制御部30により充電完了したか監視する。電源投入から例えば５秒程度で第１のコンデンサC1の充電が完了し、制御部30により充電完了と判断したら（図２の第１のコンデンサ充電完了のタイミング）、第１の切換スイッチSW3をオンした後に、第２の切離し用スイッチSW2をオフするとともに第２の切換スイッチSW4をオフする。これにより、第１の切換スイッチSW3を介して充電完了している第１のコンデンサC1が直流回路22に直結され、第１のコンデンサC1の両端から平滑された直流電力が交流変換手段17に供給される。また、第２のコンデンサC2は、直流回路22から完全に切り離されるが、充電されている電荷は保持する。
【００３０】
このように、電源装置10によれば、停電により第１のコンデンサC1が放電しても、停電後の復帰時には充電状態にある第２のコンデンサC2を直流回路22に接続することにより、電源装置10を直ぐに起動させることができ、停電後の復帰時の起動時間を短縮することができる。
【００３１】
さらに、第１のコンデンサC1に第１の切換スイッチSW3と第１の抵抗R1とでなす第１の並列回路23を直列に接続することにより、常時は、第１の切換スイッチSW3をオンし、第１のコンデンサC1を直流回路22に直結して直流電力を平滑することができ、また、第１のコンデンサC1の充電時は、第１の切換スイッチSW3をオフし、第１の抵抗R1を通じて第１のコンデンサC1に流れる電流を制限し、回路を保護しながら充電することができる。
【００３２】
さらに、第２のコンデンサC2に第２の切換スイッチSW4と第２の抵抗R2とでなす第２の並列回路24を直列に接続することにより、停電後の復帰時は、第２の切換スイッチSW4をオンし、第２のコンデンサC2を直流回路22に直結して直流電力を平滑することができ、また、第２のコンデンサC2の充電時は、第２の切換スイッチSW4をオフし、第２の抵抗R2を通じて第２のコンデンサC2に流れる電流を制限し、回路を保護しながら充電することができる。
【００３３】
また、直流回路22から切り離されている第２のコンデンサC2の電圧を第２の電圧検出手段27で検出し、制御部30によって電圧低下を監視している。第２のコンデンサC2の電圧が自然放電などによって低下し、制御部30により第２のコンデンサC2の電圧が所定の電圧値より低下したと判断した場合、第２の切離し用スイッチSW2をオンする。このとき第２の切換スイッチSW4がオフされていることから第２の抵抗R2を通じて第２のコンデンサC2に電流が流れ、回路に流れる電流を制限して保護しながら充電する。そして、制御部30により第２のコンデンサC2の充電完了を判断したら、第２の切離し用スイッチSW2をオフする。
【００３４】
なお、前記実施形態では、電源装置10を空港の航空灯火用の交流定電流電源装置に適用した例を示したが、これに限られず、交流電力を利用する他の装置にも適用できる。
【００３５】
また、平滑手段21を、第１のコンデンサC1および第２のコンデンサC2などで構成したが、第３またはそれ以上のコンデンサCnとそれらに付随するスイッチ、電圧検出手段などとからなる直列回路を付加し、一時的な停電に応じていずれかのコンデンサを放電させるようにしてもよい。
【００３６】
また、各スイッチSW1〜SW4のオン、オフのタイミングは、同時を含み、若干前後にずれるものであってもよい。
【００３７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
10    電源装置
17    交流変換手段
20    整流手段
21    平滑手段
23    第１の並列回路
24    第２の並列回路
30    制御部
C1    第１のコンデンサ
C2    第２のコンデンサ
R1    第１の抵抗
R2    第２の抵抗
SW1   第１の切離し用スイッチ
SW2   第２の切離し用スイッチ
SW3   第１の切換スイッチ
SW4   第２の切換スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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