(57)【要約】【課題】電圧の変動幅が大きい直流電源を用いて、電力を負荷に間断なく供給する。【解決手段】電源装置１００は、生成部１０１と、直流電源１０３と、スイッチ１０４と、蓄積部１０５とを備える。生成部１０１は、交流電圧から直流電圧を生成して負荷３００に出力する。また、生成部１０１は、生成部１０１から出力される直流電圧を測定する電圧モニタ１０２を有する。直流電源１０３は、生成部１０１から出力される直流電圧より高い直流電圧を出力する。スイッチ１０４は、電圧モニタ１０２の測定した直流電圧の値が閾値より小さい場合に、直流電源１０３から負荷３００への電気経路を閉じる。蓄積部１０５は、生成部１０１及び直流電源１０３から供給される電力を蓄積して、スイッチ１０４が電気経路を閉じるときに、直流電源１０３からの直流電圧が負荷３００に出力されるまで、蓄積した電力により直流電圧を負荷３００に出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の交流電圧から直流電圧を生成して負荷に出力する生成部と、
前記生成部から出力される直流電圧を測定する測定部と、
前記生成部から出力される直流電圧より高い直流電圧を出力し、前記生成部と並列に接続される直流電源と、
前記測定部によって測定された直流電圧の値が閾値より小さい場合に、前記直流電源から前記負荷への電気経路を閉じるスイッチ部と、
前記生成部及び前記直流電源の少なくとも一方から供給される電力を蓄積して、前記スイッチ部によって電気経路が閉じられるときに、前記直流電源からの直流電圧が前記負荷に出力されるまで、蓄積した電力により直流電圧を前記負荷に出力する蓄積部と、
を備える電源装置。
【請求項２】
前記スイッチ部は、
前記測定部によって測定された直流電圧の値が閾値より大きい場合に、前記直流電源から前記負荷への電気経路を開き、
前記蓄積部は、
前記スイッチ部によって電気経路が開かれるときに、前記生成部からの直流電圧が前記負荷に出力されるまで、蓄積した電力により直流電圧を前記負荷に出力する、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
直流電圧を負荷に出力する直流電源と、
前記直流電源から出力される直流電圧を測定する測定部と、
前記測定部によって測定された直流電圧に基づいて、前記直流電源から出力される直流電圧より高い直流電圧を、交流電源の交流電圧から生成して前記負荷に出力し、前記直流電源と並列に接続される生成部と、
を備える電源装置。
【請求項４】
前記測定部は、
前記直流電源から出力される直流電圧の変化量を測定し、測定した変化量の正負を反転して反転信号として前記生成部へ送信し、
前記生成部は、
ＳＥＮＳＥ端子を有し、該ＳＥＮＳＥ端子で前記反転信号を受信することにより、前記直流電源から出力される直流電圧より高い直流電圧を生成する、
請求項３に記載の電源装置。
【請求項５】
交流電源の交流電圧から直流電圧を生成して負荷に出力する生成ステップと、
前記生成ステップにおいて出力される直流電圧を測定する測定ステップと、
前記測定ステップにおいて測定された直流電圧の値が閾値より小さい場合に、前記生成ステップにおいて出力される直流電圧より高い直流電圧を出力する直流電源から前記負荷への電気経路を閉じる切替ステップと、
前記生成ステップにおいて出力される直流電圧により供給される電力及び前記直流電源から供給される電力の少なくとも一方を蓄積する蓄積ステップと、
前記切替ステップにおいて電気経路が閉じられるときに、前記直流電源からの直流電圧が前記負荷に出力されるまで、前記蓄積ステップにおいて蓄積された電力により直流電圧を前記負荷に出力するステップと、
を含む電力供給方法。
【請求項６】
直流電源から負荷に出力される直流電圧を測定する測定ステップと、
前記測定ステップにおいて測定された直流電圧に基づいて、前記直流電源から出力される直流電圧より高い直流電圧を、交流電源の交流電圧から生成して、前記負荷に出力する生成ステップと、
を含む電力供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置及び電力供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
主電源から負荷への電力の供給が停止する事態に備えて、バッテリー等を予備の電源として確保することがある。予備の電源を用いれば、主電源からの電力の供給が停止したときに、負荷へ間断なく電力を供給することができる（例えば、特許文献１、２を参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の装置では、主電源からの電力の供給が停止したときに、主電源より電圧が低い直流電源から電力が供給される。また、特許文献２に記載の直流無停電電源システムは、交流電源の停電時等に、バックアップ用の直流電源から直流負荷に直流電圧を供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−２４９８３３号公報
【特許文献２】特開２００６−３４０５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
負荷に直流電圧を印加する場合には、商用電源等の交流電源を主電源として、この交流電源の交流電圧を直流電圧に変換して利用するとともに、バッテリー等の直流電源を予備の電源とすることが多い。この場合に、負荷には、交流電源からの電力を供給するための主系統と、直流電源からの電力を供給するための予備系統とが接続されることとなる。
【０００６】
特許文献１、２に記載の技術は、主系統の電圧を予備系統の電圧より高くすることで、主系統に異常が発生した場合における電力の供給源を、主系統から予備系統へ間断なく切り替えていた。しかしながら、直流電源の電圧が大きく変動すると、主系統の電圧が予備系統の電圧より低くなることがあると考えられる。このため、電圧の変動幅が大きい直流電源を予備の電源として用いて、電力を負荷に間断なく供給することは困難であった。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、電圧の変動幅が大きい直流電源を用いて、電力を負荷に間断なく供給することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の電源装置は、交流電源の交流電圧から直流電圧を生成して負荷に出力する生成部と、生成部から出力される直流電圧を測定する測定部と、生成部から出力される直流電圧より高い直流電圧を出力し、生成部と並列に接続される直流電源と、測定部によって測定された直流電圧の値が閾値より小さい場合に、直流電源から負荷への電気経路を閉じるスイッチ部と、生成部及び直流電源の少なくとも一方から供給される電力を蓄積して、スイッチ部によって電気経路が閉じられるときに、直流電源からの直流電圧が負荷に出力されるまで、蓄積した電力により直流電圧を負荷に出力する蓄積部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電圧の変動幅が大きい直流電源を用いて、電力を負荷に間断なく供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電源装置の構成を示す図である。
【図２】電圧モニタによって実行されるスイッチ開閉処理を示すフロー図である。
【図３】直流電圧の値の推移を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る電源装置の構成を示す図である。
【図５】直流電圧の値の推移を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る電源装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１２】
実施の形態１．
本実施の形態に係る電源装置１００は、図１に示されるように、交流電源２００及び直流電源１０３から負荷３００へ電力を供給する電源回路である。電源装置１００は、生成部１０１、直流電源１０３、スイッチ１０４、蓄積部１０５、及びダイオード１０７、１０８、１０９を有している。
【００１３】
生成部１０１は、例えばＡ−Ｄ変換回路及び電圧モニタ１０２等から構成される。生成部１０１は、交流電源２００から出力される交流電圧から直流電圧を生成して、ダイオード１０７を介して負荷３００に出力する。
【００１４】
電圧モニタ１０２は、生成部１０１から出力される直流電圧を測定する。電圧モニタ１０２は、測定した直流電圧の値に応じて信号をスイッチ１０４へ送信することにより、スイッチ１０４を開閉させる。
【００１５】
直流電源１０３は、例えば、容量が比較的大きいバッテリーである。直流電源１０３は、図１に示されるように、生成部１０１と並列に接続される。直流電源１０３から出力される直流電圧は、生成部１０１から出力される直流電圧の値を含む広い範囲で変動するため、生成部１０１から出力される直流電圧よりも一時的に高いものとなる。
【００１６】
スイッチ１０４は、電圧モニタ１０２から送信された信号に従って、直流電源１０３からダイオード１０９を介して負荷３００へ至る電気経路を開閉する。例えば、スイッチ１０４は、電気経路を閉じることにより、直流電源１０３から負荷３００への電力の供給が可能な状態とする。また、スイッチ１０４は、電気経路を開くことにより、直流電源１０３と負荷３００とを電気的に遮断する。
【００１７】
蓄積部１０５は、例えば、容量が比較的小さい充電池である。蓄積部１０５は、交流電源２００及び直流電源１０３から供給される電力を蓄積する。また、蓄積部１０５は、生成部１０１から出力される直流電圧より低い直流電圧を、ダイオード１０８を介して負荷３００に出力する。
【００１８】
続いて、電源装置１００の動作について、図２、３を用いて説明する。
【００１９】
図２には、電圧モニタ１０２によって実行されるスイッチ開閉処理が示されている。図２に示されるように、電圧モニタ１０２は、まず、初期動作として、ＯＦＦ信号をスイッチ１０４へ送信する（ステップＳ１）。これにより、スイッチ１０４が電気経路を開く。また、負荷３００には、生成部１０１から電力が供給される。
【００２０】
図３には、負荷３００に印加される直流電圧の値の推移が示されている。図３中の時間Ａ１（時刻Ｔ１〜Ｔ２）は、交流電源２００及び生成部１０１が正常に動作している初期状態に対応する。時間Ａ１において負荷３００に印加される直流電圧の値は、生成部１０１から出力される直流電圧の値に等しく、例えば５Ｖである。なお、蓄積部１０５から出力される直流電圧は、生成部１０１から出力される直流電圧より低いため、蓄積部１０５からの電力は負荷３００に供給されない。
【００２１】
図２に戻り、次に、電圧モニタ１０２は、生成部１０１から出力される直流電圧を測定する（ステップＳ２）。
【００２２】
次に、電圧モニタ１０２は、測定した直流電圧の値が閾値より小さいか否かを判定する（ステップＳ３）。この閾値は、交流電源２００及び生成部１０１が正常であれば測定されることがない程度に小さい値であって、例えば４．８Ｖである。測定された直流電圧の値が閾値より小さいと判定されない場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、電圧モニタ１０２は、ステップＳ５へ処理を移行する。一方、測定された直流電圧の値が閾値より小さいと判定された場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、電圧モニタ１０２は、ＯＮ信号をスイッチ１０４へ送信する（ステップＳ４）。
【００２３】
例えば、図３中の時刻Ｔ２において交流電源２００又は生成部１０１に何らかの異常が発生して、負荷３００に印加される直流電圧が低下すると、直流電圧の値が４．８Ｖとなる時刻Ｔ３以降に、電圧モニタ１０２はステップＳ３の判定を肯定してＯＮ信号を送信する。このＯＮ信号に従ってスイッチ１０４が電気経路を閉じることにより、時刻Ｔ３より後の時刻Ｔ５から、直流電源１０３が負荷３００への電力の供給を開始する。
【００２４】
また、生成部１０１から出力される直流電圧の値が、蓄積部１０５から出力される直流電圧の値に等しくなる時刻Ｔ４から時刻Ｔ５まで、蓄積部１０５は、生成部１０１に代わって負荷３００に電力を供給する。なお、満充電された状態の蓄積部１０５は、例えば４．７Ｖの直流電圧を出力する。
【００２５】
時刻Ｔ５以降では、負荷３００に印加される直流電圧の値は、直流電源１０３から出力される直流電圧の値に等しい。この値は、図３に示されるように、生成部１０１から出力される直流電圧の値（５Ｖ）を含む範囲で変動する。
【００２６】
図２に戻り、ステップＳ４に続いて、電圧モニタ１０２は、測定した直流電圧の値が閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ５）。この閾値は、交流電源２００及び生成部１０１が正常であることを示す値であって、例えば４．９Ｖである。測定された直流電圧の値が閾値より大きいと判定されない場合（ステップＳ５；Ｎｏ）、電圧モニタ１０２は、ステップＳ２以降の処理を繰り返す。一方、測定された直流電圧の値が閾値より大きいと判定された場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、電圧モニタ１０２は、ＯＦＦ信号をスイッチ１０４へ送信する（ステップＳ６）。
【００２７】
例えば、図３中の時刻Ｔ６において交流電源２００及び生成部１０１等が正常な状態に戻り、生成部１０１から出力される直流電圧が４．９Ｖ以上になると、電圧モニタ１０２はステップＳ５の判定を肯定してＯＦＦ信号を送信する。このＯＦＦ信号に従ってスイッチ１０４が電気経路を開くことにより、時刻Ｔ６より後の時刻Ｔ７から、生成部１０１が負荷３００への電力の供給を開始する。
【００２８】
なお、時刻Ｔ６では、直流電源１０３から出力される直流電圧の値が、蓄積部１０５から出力される直流電圧の値と等しくなっている。蓄積部１０５は、この時刻Ｔ６から時刻Ｔ７まで、直流電源１０３に代わって負荷３００に電力を供給する。
【００２９】
時刻Ｔ７以降では、負荷３００に印加される直流電圧の値は、生成部１０１から出力される直流電圧の値に等しい。
【００３０】
図２に戻り、ステップＳ６に続いて、電圧モニタ１０２は、ステップＳ２以降の処理を繰り返す。
【００３１】
なお、図３中の時間Ａ２、Ａ６は、生成部１０１からの電力が負荷３００に供給される時間に相当する。また、時間Ａ３、Ａ５は、蓄積部１０５からの電力が負荷３００に供給される時間に相当する。また、時間Ａ４は、直流電源１０３からの電力が負荷３００に供給される時間に相当する。
【００３２】
以上説明したように、本実施の形態に係る電源装置１００は、スイッチ１０４を用いて、所望の時間以外において直流電源１０３と負荷３００とを電気的に遮断した。また、スイッチ１０４が切り替えられるときには、蓄積部１０５からの電力が負荷３００に供給された。これにより、電圧の変動幅が大きい直流電源１０３を用いて、電力を負荷３００に間断なく供給することができる。
【００３３】
実施の形態２．
続いて、実施の形態２について、上述の実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、実施の形態１と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。
【００３４】
本実施の形態に係る電源装置１２０は、図４に示されるように、交流電源２００及び直流電源１２１から負荷３００へ電力を供給する電源回路である。電源装置１２０は、直流電源１２１、測定部１２２、生成部１２３、及びダイオード１２８、１２９を有している。
【００３５】
直流電源１２１は、例えばバッテリーである。直流電源１２１は、ダイオード１２９を介して直流電圧を負荷３００に出力する。直流電源１２１から出力される直流電圧は、比較的広い範囲で変動する。
【００３６】
測定部１２２は、直流電源１２１から出力される直流電圧を測定する電圧モニタである。測定部１２２は、測定した直流電圧の値を生成部１２３へ通知する。
【００３７】
生成部１２３は、例えばＡ−Ｄ変換回路等から構成される。生成部１２３は、図４に示されるように、直流電源１２１と並列に接続される。また、生成部１２３は、測定部１２２から通知された直流電圧の値に基づいて、直流電源１２１から出力される直流電圧より高い直流電圧を、交流電源２００の交流電圧から生成する。そして、生成部１２３は、ダイオード１２８を介して直流電圧を負荷３００に出力する。
【００３８】
続いて、電源装置１２０の動作について、図５を用いて説明する。
【００３９】
図５には、直流電圧の値の推移が示されている。図５中の線Ｌ１は、直流電源１２１から出力される直流電圧の値の推移を示し、線Ｌ２は、生成部１２３から出力される直流電圧の値の推移を示す。
【００４０】
図５中の時間Ａ２１は、交流電源２００及び生成部１２３が正常に動作している初期状態に対応する。時間Ａ２１において、直流電源１２１から出力される直流電圧の値は、大きく変動している。また、生成部１２３から出力される直流電圧は、直流電源１２１から出力される直流電圧よりも、所定量Ｄｖだけ高い。このため、負荷３００には、直流電源１２１からの電力は供給されずに、生成部１２３からの電力が供給される。
【００４１】
時刻Ｔ２１において交流電源２００又は生成部１２３に何らかの異常が発生すると、生成部１２３から出力される直流電圧が低下する。そして、時刻Ｔ２２以降では、直流電源１２１から出力される直流電圧が、生成部１２３から出力される直流電圧より高い値となる。このため、時刻Ｔ２２以降では、直流電源１２１からの電力が負荷３００へ供給される。
【００４２】
その後、時刻Ｔ２３において交流電源２００及び生成部１２３等が正常な状態に戻ると、生成部１２３から出力される直流電圧は、直流電源１２１から出力される直流電圧よりも所定量Ｄｖだけ高くなる。このため、時刻Ｔ２３以降では、生成部１２３からの電力が負荷３００へ供給される。
【００４３】
なお、図５中の時間Ａ２２、Ａ２４は、生成部１２３からの電力が負荷３００に供給される時間に相当する。また、時間Ａ２３は、直流電源１２１からの電力が負荷３００に供給される時間に相当する。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態に係る電源装置１２０では、生成部１２３が、直流電源１２１から出力される直流電圧より高い直流電圧を出力した。また、生成部１２３からの電力の供給が停止する場合には、直流電源１２１からの電力が負荷３００に供給された。これにより、電圧の変動幅が大きい直流電源１２１を用いて、電力を負荷３００に間断なく供給することができる。
【００４５】
実施の形態３．
続いて、実施の形態３について、上述の実施の形態２との相違点を中心に説明する。なお、実施の形態２と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。
【００４６】
本実施の形態に係る電源装置１３０は、図６に示されるように、交流電源２００及び直流電源１３１から負荷３００へ電力を供給する電源回路である。電源装置１３０は、直流電源１３１、測定ユニット１３２、生成ユニット１３３、及びダイオード１３８、１３９を有している。
【００４７】
直流電源１３１は、例えばバッテリーである。直流電源１３１は、ダイオード１３９を介して直流電圧を負荷３００に出力する。直流電源１３１から出力される直流電圧は、比較的広い範囲で変動する。
【００４８】
測定ユニット１３２は、電圧変動モニタ１３４及び反転部１３５を有している。電圧変動モニタ１３４は、直流電源１３１から出力される直流電圧の変化量を測定する。また、反転部１３５は、電圧変動モニタ１３４によって測定された変化量の正負を反転して、反転信号として生成ユニット１３３へ送信する。例えば、直流電源１３１から出力される直流電圧が５．０Ｖから０．１Ｖだけ増加して５．１Ｖとなった場合には、「０．１Ｖだけ減少した」という情報を含む反転信号が生成ユニット１３３へ送信される。
【００４９】
生成ユニット１３３は、直流電源１３１から出力される直流電圧より高い直流電圧を、交流電源２００の交流電圧から生成する。生成ユニット１３３は、Ａ−Ｄ変換回路１３６及びＳＥＮＳＥ端子１３７を有している。Ａ−Ｄ変換回路１３６は、交流電源２００の交流電圧から直流電圧を生成して、ダイオード１３８を介して負荷３００へ出力する。
【００５０】
ＳＥＮＳＥ端子１３７は、本来はＡ−Ｄ変換回路１３６の出力値を一定に保つための端子であって、ＳＥＮＳＥ端子１３７には、Ａ−Ｄ変換回路１３６から出力される直流電圧の変化量が入力される。例えば、Ａ−Ｄ変換回路１３６から出力される直流電圧が「０．１Ｖだけ増加した」、という情報がＳＥＮＳＥ端子１３７に入力されると、Ａ−Ｄ変換回路１３６は、出力値を０．１Ｖだけ減少させることで、出力値を一定に保つ。ただし、本実施の形態に係るＳＥＮＳＥ端子１３７には、反転部１３５から送信された反転信号が入力される。
【００５１】
続いて、電源装置１３０の動作について説明する。なお、本実施の形態に係る測定ユニット１３２及び生成ユニット１３３は、実施の形態２に係る測定部１２２及び生成部１２３と同様に動作するため、図５を用いて説明する。
【００５２】
図５中の線Ｌ１は、直流電源１３１から出力される直流電圧の値の推移を示し、線Ｌ２は、生成ユニット１３３から出力される直流電圧の値の推移を示す。
【００５３】
図５中の時間Ａ２１は、交流電源２００及び生成ユニット１３３が正常に動作している初期状態に対応する。時間Ａ２１において、直流電源１３１から出力される直流電圧の値は、大きく変動している。
【００５４】
例えば、直流電源１３１から出力される直流電圧が上昇したときには、ＳＥＮＳＥ端子１３７に反転信号が入力されることにより、生成ユニット１３３から出力される直流電圧も上昇する。同様に、直流電源１３１から出力される直流電圧が低下したときには、生成ユニット１３３から出力される直流電圧も低下する。このように、直流電源１３１及び生成ユニット１３３から出力される直流電圧の値は、互いに等しい量だけ上昇又は低下する。
【００５５】
なお、生成ユニット１３３は、直流電源１３１から出力される直流電圧よりも生成ユニット１３３から出力される直流電圧が所定量Ｄｖだけ高くなるように、あらかじめ設定されている。このため、時間Ａ２１において、負荷３００には、直流電源１３１からの電力は供給されずに、生成ユニット１３３からの電力が供給される。
【００５６】
時刻Ｔ２１において交流電源２００又は生成ユニット１３３に何らかの異常が発生すると、生成ユニット１３３から出力される直流電圧が低下する。そして、時刻Ｔ２２以降では、直流電源１３１から出力される直流電圧が、生成ユニット１３３から出力される直流電圧より高くなる。このため、時刻Ｔ２２以降では、直流電源１３１からの電力が負荷３００へ供給される。
【００５７】
その後、時刻Ｔ２３において交流電源２００及び生成ユニット１３３等が正常な状態に戻ると、生成ユニット１３３から出力される直流電圧は、直流電源１３１から出力される直流電圧よりも所定量Ｄｖだけ高くなる。このため、時刻Ｔ２３以降では、生成ユニット１３３からの電力が負荷３００へ供給される。
【００５８】
なお、図５中の時間Ａ２２、Ａ２４は、生成ユニット１３３からの電力が負荷３００に供給される時間に相当する。また、時間Ａ２３は、直流電源１３１からの電力が負荷３００に供給される時間に相当する。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態に係る電源装置１３０は、電圧の変動幅が大きい直流電源１３１を用いて、電力を負荷３００に間断なく供給することができる。
【００６０】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上記実施の形態によって限定されるものではない。
【００６１】
例えば、実施の形態１に係る蓄積部１０５は、生成部１０１及び直流電源１０３の双方から供給された電力を蓄積したが、いずれか一方から供給される電力のみを蓄積してもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１００、１２０、１３０  電源装置、  １０１、１２３  生成部、  １０２  電圧モニタ、  １０３、１２１、１３１  直流電源、  １０４  スイッチ、  １０５  蓄積部、  １０７〜１０９、１２８、１２９、１３８、１３９  ダイオード、１２２  測定部、  １３２  測定ユニット、  １３３  生成ユニット、  １３４  電圧変動モニタ、  １３５  反転部、  １３６  Ａ−Ｄ変換回路、  １３７  ＳＥＮＳＥ端子、  ２００  交流電源、  ３００  負荷。
【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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