(57)【要約】【課題】ＩＣＴ機器などの電子機器を安定して動作させる給電システムを提供する。【解決手段】本発明の給電システムは、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータと、充放電器とを備える。広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータは、所定電圧範囲内の直流電圧を入力したときに、その入力直流電圧の値に拘わらず、１又は複数種類の固定値の電圧を出力して、電子機器に提供する。充放電器は、外部電源及び広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータに接続され、外部電源の出力電圧の上昇／下降に応じて充電／放電を行うことにより、この広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータへの供給電力を安定化する。
2016175286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の直流電圧で作動する電子機器に、外部電源の電力を供給する給電システムであって、
前記電子機器に接続され、所定電圧範囲内の直流電圧を入力したときに、その入力直流電圧の値に拘わらず、１又は複数種類の固定値の電圧を出力する広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記外部電源の出力及び前記広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータの入力に接続され、前記外部電源の出力電圧の下降に応じて放電を行う、供給電力安定化用の放電器と、
を有することを特徴とする給電システム。
【請求項２】
前記広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータは、複数の前記外部電源の出力電圧の何れか一つを選択的に出力する切替器に接続されており、該切替器及び該広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータに前記放電器が接続されたことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
【請求項３】
前記切替器が前記外部電源との接続を解除して他の前記外部電源と接続されるまでの電力供給停止期間に、前記放電器が放電を行うことにより、前記広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータへ電力を供給するように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の給電システム。
【請求項４】
前記電子機器には、互いに異なる直流電圧で作動する複数の部品が含まれていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の給電システム。
【請求項５】
前記放電器は、前記外部電源の出力電圧の上昇／下降に応じて充電／放電を行う、供給電力安定化用の充放電器であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の給電システム。
【請求項６】
前記充放電器は、電気二重層キャパシターを含むことを特徴とする請求項５に記載の給電システム。
【請求項７】
前記充放電器は、充電バッテリーを含むことを特徴とする請求項５に記載の給電システム。
【請求項８】
前記充放電器は、一次電池を含むことを特徴とする請求項５に記載の給電システム。
【請求項９】
前記広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータが入力する直流電圧は、安全電圧６０Ｖ以下の範囲内で変動することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣＴ（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）機器などの電子機器に外部電源の電力を供給する給電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の電子機器は、直流電力で作動するものが大部分である。そのため、従来、この電子機器を、交流の商用電源を用いて作動させる際には、交流電流を直流電流に変換するＡＣアダプターやＰＳＵ（Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ  Ｕｎｉｔ）を介して、この電子機器を商用電源に接続して電力を供給する給電システムが広く利用されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２２８４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、こうした従来の給電システムでは、ＡＣアダプターやＰＳＵの出力電圧を、電子機器の入力電圧に一致させなければならない。このため、入力電圧が異なる複数の電子機器を使用する場合には、それに対応して、異なるＡＣアダプターやＰＳＵを使用する必要がある。したがって、電子機器を使用すべく商用電源から電子機器に電力を供給する際には、直流入力電圧の不一致による電子機器の不安定な動作を回避すべく、電子機器ごとに専用のＡＣアダプターやＰＳＵを用意しなければならないという欠点があった。【０００５】
また、近年では、風力や太陽光等の自然再生可能エネルギーを用いた電力の利用や、燃料電池の利用の促進が図られている。このため、これらの電力を、主電源として使用することや、商用電源と併用することが望まれる。しかし、自然再生可能エネルギーによる発電には、安定供給が不十分であるという欠点がある。また、燃料電池には、電子機器による電力消費量の急激な変化に追随し難いという欠点がある。更には、電源を併用する場合に、電子機器を安定して作動させるためには、電力供給を中断させること無しに、これら電源の相互切替を行う必要がある。【０００６】
本発明の課題は、このような事情に鑑み、入力電圧が異なる複数の電子機器を使用する場合でも各入力電圧値毎に専用のＡＣアダプターを用意する必要が無い給電システムを提供することにある。【０００７】
加えて、本発明の課題は、自然再生可能エネルギーを用いた電力や燃料電池等を使用する場合でも、電子機器に安定した電力供給を行うことができる給電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するため、本発明者は、ＬＶＤＣ（日本の登録商標）構想に着目し、本発明を完成するに至った。【０００９】
本発明に係る給電システムは、所定の直流電圧で作動する電子機器に、外部電源の電力を供給する給電システムであって、前記電子機器に接続され、所定電圧範囲内の直流電圧を入力したときに、その入力直流電圧の値に拘わらず、１又は複数種類の固定値の電圧を出力する広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記外部電源の出力及び前記広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータの入力に接続され、前記外部電源の出力電圧の下降に応じて放電を行う、供給電力安定化用の放電器と、を有することを特徴とする。【００１０】
本発明において、前記広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータは、複数の前記外部電源の出力電圧の何れか一つを選択的に出力する切替器に接続され、該切替器及び該広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータに前記放電器が接続されることが望ましい。【００１１】
本発明においては、前記切替器が前記外部電源との接続を解除して他の前記外部電源と接続されるまでの電力供給停止期間に、前記放電器が放電を行うことにより、前記広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータへ電力を供給するように構成されたことが望ましい。【００１２】
本発明において、前記電子機器には、互いに異なる直流電圧で作動する複数の部品が含まれることが望ましい。【００１３】
本発明において、前記放電器は、前記外部電源の出力電圧の上昇／下降に応じて充電／放電を行う、供給電力安定化用の充放電器であることが望ましい。【００１４】
本発明において、前記充放電器は、電気二重層キャパシターを含むことが望ましい。【００１５】
本発明において、前記充放電器は、充電バッテリーを含むことが望ましい。【００１６】
本発明において、前記充放電器は、一次電池を含むことが望ましい。【００１７】
本発明において、前記広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータが入力する直流電圧は、安全電圧６０Ｖ以下の範囲内で変動することが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の給電システムは、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータの入力に供給電力安定化用の充放電器を接続したので、外部電源からの電力供給が種々の原因で変動する場合でも、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータに、安定した電圧出力を行わせることができる。その結果、本発明によれば、作動電圧が異なる複数の電子機器に対して、同一の給電システムを使用して電力供給を行え、従って、電子機器毎の専用アダプターを使用する必要が無い。【００１９】
本発明によれば、複数の電源を切替器で切り替えて使用してする場合でも、各電源の特性（電力供給の安定性や、電子機器の消費電力変動に対する追随能力）に拘わらず、供給電力を安定化することができる。【００２０】
本発明によれば、切替器が電源を切り替える際の電力供給停止期間にも、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータに電力を安定供給できる。【００２１】
本発明によれば、電子機器が、異なる電圧で作動する複数の部品を含む場合でも、これら電圧の電力を安定して供給できる。【００２２】
本発明において、放電器として電気二重層キャパシターや充電バッテリー等を使用することにより、放電器の交換が不要になり、供給電力の十分な安定化を実現でき、且つ、システムの小型化が容易になる。【００２３】
本発明において、充放電器が一次電池を含む構成とすることで、給電システムが安価になる。【００２４】
本発明において、安全電圧６０Ｖ以下の範囲内の直流入力電圧のみが広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータに印加されるように充放電器を構成することにより、電子機器の内部が剥き出しにされた状態でも、使用者等が高電圧の危険に曝される事態の発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る給電システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
［発明の実施の形態１］
図１には、本発明の実施の形態１を示す。
【００２８】
実施の形態１に係る給電システム１は、ＬＶＤＣ構想に適合させて構成されている。但し、本発明は、ＬＶＤＣに基づくシステム以外のシステムにも適用できる。
【００２９】
図１に示すように、給電システム１は、本発明の充放電器としての、充電バッテリー（二次電池）６及び大容量キャパシター７を有する。これら充電バッテリー６及び大容量キャパシター７は、互いに並列に接続されており、それぞれが、４種類の外部電源（すなわち、第１の電源５Ａ、第２の電源５Ｂ、第３の電源５Ｃおよび第４の電源５Ｄ）に接続される。また、外部電源５Ａ〜５Ｄの電力は、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａ、１０Ｂを介して、電子機器２Ａ、２Ｂに供給される。ここで、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａは、電子機器２Ａに外付けで接続されている。また、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ｂは、電子機器２Ｂに内蔵されている。
【００３０】
広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａとしては、例えば、広範囲入力機能を持ったＤＣ／ＤＣコンバータ、広範囲入力機能を持ったデジタル電源などを用いることができる。
【００３１】
一方、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ｂとしては、例えば、広範囲入力機能を持ったＤＣ／ＤＣコンバータ、広範囲入力機能を持ったＰＯＬ（Ｐｏｉｎｔ  Ｏｆ  Ｌｏａｄ）コンバータ、広範囲入力機能を持ったデジタル電源などを用いることができる。
【００３２】
ここで、広範囲入力機能とは、所定の広い範囲内の直流電圧を入力したときに、その入力直流電圧の値に拘わらず、１又は複数種類の固定値の電圧を出力する機能である。実施の形態１は、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａ、１０Ｂが、安全電圧である６０Ｖ以下の範囲内の直流電圧を入力して、三種類の直流出力電圧（例えば、３．３Ｖ、５Ｖ、１２Ｖなど）に変換する場合を例に採って説明する。但し、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａ、１０Ｂの直流出力電圧は、それぞれ一種類であっても良い。
【００３３】
広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａ、１０Ｂとしては、例えば、ポートウェル社製のＧＡＤＩＷＡ−３１６１やＧＡＤＩＷＡ−Ｒ９２７１等を採用できる。
【００３４】
各電子機器２Ａ、２Ｂには、それぞれ、互いに異なる直流電圧（例えば、３．３Ｖ、５Ｖ、１２Ｖなど）で作動する３個の部品２１、２２、２３が含まれている。
【００３５】
上述のように、各広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａ、１０Ｂはそれぞれ、安全電圧６０Ｖ以下の範囲内の広範囲な直流電圧を入力するとともに、電子機器２Ａ、２Ｂの直流作動電圧に対応した直流出力電圧を電子機器２Ａ、２Ｂに出力する機能を備えている。これにより、電子機器２Ａ、２Ｂは、対応する１個の広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａ又は１０Ｂのみの供給電圧によって作動できる。
【００３６】
第１の電源５Ａは、例えば商用交流電源を直流に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータである。第２の電源５Ｂは、例えば風力エネルギーや太陽光エネルギー、太陽熱エネルギー等の自然再生可能エネルギーによって発電された電力を出力する直流電源である。第３の電源５Ｃは、例えば、災害時等に使用される人力発電機で得られた電力を出力する直流電源である。第４の電源５Ｄは、例えば燃料電池である。これら外部電源５Ａ〜５Ｄは、図示しない切替器を介して、給電システム１の広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａ、１０Ｂに接続される。すなわち、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａ、１０Ｂには、外部電源５Ａ〜５Ｄの出力電力の何れか一つが、選択的に供給される。このように、この給電システム１は、複数の外部電源５Ａ〜５Ｄとして、発電原理が異なるものを併用できる。
【００３７】
充電バッテリー６及び大容量キャパシター７は、上述のように、外部電源５Ａ〜５Ｄから供給された電力を蓄電する充放電器である。図１に示したように、これら充電バッテリー６及び大容量キャパシター７は、それぞれ、一方の端子が広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａ、１０Ｂの入力端子に接続されると共に、他方の端子が接地されている。
【００３８】
充電バッテリー６としては、満充電時の出力電圧が、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａ、１０Ｂの許容入力電圧の範囲内（ここでは６０Ｖ以下）のものが使用される。例えば、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウム電池、レドックスフロー電池等が、使用可能である。なお、充電バッテリー６を使用する場合には、放電のオン／オフや充電のオン／オフを行う外付電子回路を使用することが望ましい。
【００３９】
また、大容量キャパシター７としては、例えば電気二重層キャパシターが使用される。大容量キャパシター７の静電容量は、電子機器２Ａ、２Ｂが通常のＩＣＴ機器である場合、例えば１ファラッド以上とすることが望ましい。
【００４０】
ここでは、充放電器として充電バッテリー６及び大容量キャパシター７の両方を使用したが、充電バッテリー６及び大容量キャパシター７の一方のみでも良く、更には、他の種類の充放電器であっても良い。
【００４１】
充電バッテリー６及び大容量キャパシター７は、外部電源５Ａ〜５Ｄから供給された電流を用いて充電され、また、外部電源５Ａ〜５Ｄの出力電圧が低下したときに放電を行う。これにより、充電バッテリー６及び大容量キャパシター７は、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａ、１０Ｂの入力電圧の変動を緩和する。
【００４２】
例えば、自然再生可能エネルギーや人力発電を用いた電源５Ｂ、５Ｃでは、供給電力が一時的（例えば数秒〜数分程度）に低下する場合がある。この実施の形態１では、このような場合に、この入力電圧の上昇／下降に応じて、充電バッテリー６及び充電／放電を行うので、供給電力の変動を低減できる。
【００４３】
また、給電システム１に接続される外部電源を、電源５Ａ〜５Ｄの何れか一つから他の一つに切り替える場合、この給電システム１への電力供給が一時的に（例えば１秒程度）停止するおそれがある。この給電システム１では、このような場合にも、充電バッテリー６及び大容量キャパシター７が放電を行うので、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａ、１０Ｂへの電力供給の停止を防止できる。
【００４４】
更に、何らかの事情で、電子機器２Ａ、２Ｂの消費電力が一時的に急上昇する場合がある。このような場合、給電システム１に接続されている外部電源（電源５Ａ〜５Ｄの何れか）の供給電力が、この消費電力増大に追随できない場合がある。特に、燃料電池５Ｄの出力は、このような場合の追随速度が遅く、このため、電子機器２Ａ、２Ｂに安定して十分な電力を供給できなくなるおそれがある。この給電システム１では、このような場合でも、充電バッテリー６及び大容量キャパシター７の放電量を電子機器２Ａ、２Ｂの消費電力増大に追随させることができるので、十分な電力供給を維持できる。
【００４５】
以上説明したように、この給電システム１においては、風力発電や太陽光発電等による電力を使用する場合や、使用外部電源を切り替える場合や、電子機器２Ａ、２Ｂの消費電力が急激に上昇した場合等でも、充電バッテリー６及び大容量キャパシター７を用いて、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａ、１０Ｂへ安定して電力供給することができる。
【００４６】
従って、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａ、１０Ｂは、電子機器２Ａ、２Ｂに電力を供給する際には、これら電子機器２Ａ、２Ｂの各部品２１、２２、２３に対して、安定した電圧を印加することができる。このため、この給電システム１では、外部電源５Ａ〜５Ｄからの入力電圧が安定しない場合でも、電子機器２Ａ、２Ｂを安定して作動させることができる。
【００４７】
その結果、この給電システム１では、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａ、１０Ｂを使用して、電子機器２Ａ、２Ｂに安定して電圧を印加することが可能になる。このため、この給電システム１では、外部電源５Ａ〜５Ｄの種類に応じて、電子機器ごとに専用ＡＣアダプターを用意する必要が無い。
【００４８】
しかも、この給電システム１では、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａ、１０Ｂは、安全電圧６０Ｖ以下の範囲内の直流電圧しか入力しないため、電子機器２Ａ、２Ｂの内部が剥き出しにされた状態でも、電子機器２Ａ、２Ｂの使用者等が高電圧の危険にさらされる事態の発生を未然に防ぐことにより、給電システム１の使用時の安全性を高めることができる。
【００４９】
さらに、この給電システム１では、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａ、１０Ｂの広範囲入力機能により、本来必要とする電圧と異なる充電バッテリー６を使用することもできる。例えば、１９Ｖ前後の入力電圧を必要とする電子機器２Ａ、２Ｂを１２Ｖ程度の充電バッテリー６で作動させることも可能である。
【００５０】
加えて、この給電システム１は、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａ、１０Ｂや充電バッテリー６、大容量キャパシター７を備えているので、外部電源（特に、自然再生可能エネルギーや人力発電による電源５Ｂ、５Ｃ）に供給電力を安定化するための装置を設けない場合でも、安定した電力供給を行える。
【００５１】
［発明のその他の実施の形態］
なお、上述した実施の形態１では、４種類の外部電源５Ａ〜５Ｄから電子機器２Ａ、２Ｂに電力を供給する給電システム１について説明した。しかし、電子機器２Ａ、２Ｂに電力を供給する外部電源５Ａ〜５Ｄとしては、これらの４種類に限るわけではなく、例えば、乾電池などの一次電池を採用することもできる。一次電池を外部電源として用いる場合、広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ａ、１０Ｂが広範囲な直流電圧を入力するため、この一次電池がその使用に伴って電圧降下しても、電子機器２Ａ、２Ｂを作動させ続けられる利点がある。
【００５２】
また、上述した実施の形態１では、充放電器として充電バッテリー６および大容量キャパシター７を用いたが、外部電源から供給される電気をためられるものである限り、これら以外の充放電器を代用または併用することも可能である。
【００５３】
更には、充電バッテリー６に代えて、乾電池等の一次電池を使用してもよい。すなわち、実施の形態１の充放電器（充電バッテリー６及び大容量キャパシター７の組み合わせ）に代えて、一次電池と大容量キャパシター７との組み合わせを使用してもよいし、充放電器を使用せずに一次電池のみを使用してもよい。例えば商用電源のように、供給電力の変動が非常に少ない電源を主に使用する場合には、一次電池のみで十分な安定性を得られる。一次電池を使用することにより、充電のオン／オフを行う回路が不要となると共に、電池自体の低価格化を図れ、従って、給電システム全体としても低価格化を図れる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によれば、例えば乾電池が１本あれば、種々の直流電圧で作動する電子機器を作動させることが可能となり、極めて有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１  給電システム
２Ａ、２Ｂ  電子機器
３  商用電源
４  ＡＣアダプター
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ  外部電源
６  バッテリー（充放電器）
７  大容量キャパシター（充放電器）
１０Ａ、１０Ｂ  広範囲ＤＣ／ＤＣコンバータ
２１、２２、２３  部品
【図１】
2016175286.tif 000003
【国際調査報告】
2016175286.tif 000004
2016175286.tif 000005
2016175286.tif 000006
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