(57)【要約】【課題】  主電源と主電源を補完するバックアップ電源とを有する電源装置の効率を向上させるとともに回路構成を簡略化できるようにする。【解決手段】  トランス１は一次側巻線Ｎ１１，Ｎ１２並びに二次側巻線Ｎ２１，Ｎ２２を有する。トランジスタＱを介して一次側巻線Ｎ１１に商用電源３０を接続するとともに、トランジスタＱ２を介して一次側巻線Ｎ１２にバックアップバッテリ３１を接続する。二次側巻線Ｎ２１に現れる電力は出力端子２１，２２から制御装置用に出力される。回路１０は、商用電源３０の電圧が所定値以上であるときに、発光ダイオード９をオフにしてトランジスタＱ２を停止させる。二次側巻線Ｎ２２はバッテリ３１の充電電源として入力端子１４，１５に接続される。トランジスタＱ２が操作停止している間、二次側巻線Ｎ２２からバッテリ充電電力が出力される。停電時には、発光ダイオード９がオンになるのでバッテリ充電電力は出力停止される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の一次側巻線並びに少なくとも一つの二次側巻線を有するトランスと、
前記第１の一次側巻線に接続された第１のスイッチング手段と、
前記第１のスイッチング手段を介して前記第１の一次側巻線に主電源を接続する主電力供給回路と、
前記第２の一次側巻線に接続された第２のスイッチング手段と、
前記第２のスイッチング手段を介して前記第２の一次側巻線にバックアップ電源を接続するバックアップ電力供給回路と、
前記二次側巻線に現れる交流を直流に変換して出力する出力回路とを備え、
前記主電力供給回路が、該主電力供給回路に入力された主電力の電圧が所定値以上であるときに、前記第２のスイッチング手段の動作を停止させる信号を出力するバックアップ停止回路を含んでいることを特徴とする直流安定化電源装置。
【請求項２】
前記二次側巻線が少なくとも二つ設けられ、そのうちの一つは前記出力回路に接続され、他の一つはバックアップ電源であるバッテリの充電電源として前記バックアップ電力供給回路に接続されていることを特徴とする請求項１記載の直流安定化電源装置。
【請求項３】
前記第２のスイッチング手段が動作を禁止されている間、バッテリの充電電力源として接続される前記二次側巻線からの出力を許容する充電制御回路を備えたことを特徴とする請求項２記載の直流安定化電源装置。
【請求項４】
前記主電源が商用電源であり、前記バックアップ停止回路から出力される前記信号のオフ状態で該商用電源の停電を表示可能にしていることを特徴とする請求項１記載の直流安定化電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置等の電源装置に関するものであり、特に、商用電源等の主電力源とそのバックアップ電源とを有する直流安定化電源装置に関する
【背景技術】
【０００２】
商用電源で駆動される制御装置に使用される直流安定化電源装置においては、停電時等のバックアップとしてバッテリバックアップ機能を設けることが多い。このバックアップ機能を設けるに際しては、回路構成の複雑化や、この複雑化に伴う回路の大型化を避けるために部品点数の削減等で種々の工夫がなされている。例えば、特開２００２−３２５４４８号公報に記載されたバッテリバックアップ型直流安定化電源では、第１の一次側巻線を商用電源に接続し、第２の一次側巻線をバックアップバッテリに接続したパルストランスを設け、第１，第２の一次側巻線のそれぞれをスイッチング駆動して二次側から取り出す出力電圧が目標値に近づくように制御している。この直流安定化電源では、二つの一次側巻線のそれぞれのスイッチング素子を同一の制御タイミングで駆動するようにして制御部の構成を簡略化している。
【特許文献１】特開２００２−３２５４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載されたような従来のバッテリバックアップ型直流安定化電源では、複数のスイッチング素子を同時に駆動するため、バックアップ時でない通常運転時のスイッチング損失が大きい。また、第１の一次側巻線に商用電力が入力されているときに、第２の一次側巻線に誘起される電力によってバッテリに電流が逆流するのをダイオードで防止する回路構成をとっているために、このバッテリへの充電回路は別途設けなければならない。
【０００４】
本発明は、スイッチング損失の抑制やバッテリへの充電回路の簡素化等を図ることができる直流安定化電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、第１および第２の一次側巻線並びに少なくとも一つの二次側巻線を有するトランスと、前記第１の一次側巻線に接続された第１のスイッチング手段と、前記第１のスイッチング手段を介して前記第１の一次側巻線に主電源を接続する主電力供給回路と、前記第２の一次側巻線に接続された第２のスイッチング手段と、前記第２のスイッチング手段を介して前記第２の一次側巻線にバックアップ電源を接続するバックアップ電力供給回路と、前記二次側巻線に現れる交流を直流に変換して出力する出力回路とを備え、前記主電力供給回路が、該主電力供給回路に入力された主電力の電圧が所定値以上であるときに、前記第２のスイッチング手段の動作を停止させる信号を出力するバックアップ停止回路を含んでいる点に第１の特徴がある。
【０００６】
また、本発明は、前記二次側巻線が少なくとも二つ設けられ、そのうちの一つは前記出力回路に接続され、他の一つはバックアップ電源であるバッテリの充電用電源として前記バックアップ電力供給回路に接続されている点に第２の特徴がある。
【０００７】
また、本発明は、前記第２のスイッチング手段が動作を禁止されている間、バッテリの充電電力源として接続される前記二次側巻線からの出力を許容する充電制御回路を備えた点に第３の特徴がある。
【０００８】
さらに、本発明は、前記主電源が商用電源であり、前記バックアップ停止回路から出力される前記信号のオフ状態で該商用電源の停電を表示可能にしている点に第４の特徴がある。
【発明の効果】
【０００９】
上記特徴を有する本発明によれば、主電源の出力電圧が所定値以上であるときは、バックアップ電源の電圧を制御する第２スイッチング手段を強制的に停止させるため、該第２スイッチング手段を動作させるための損失を抑制することができる。主電源からの電力を優先的に使用できるのでバックアップ電源を温存して、非常時に十分なバックアップ機能を果たすことができる。また、商用電力等、安価な電力を主電力として優先的に使用することができる。
【００１０】
第２の特徴によれば、主電源からバックアップ電源としてのバッテリへの充電を、制御装置等への電力供給動作と並行して簡単に行うことができる。
【００１１】
第３の特徴によれば、主電源からの電力で、無駄なく余裕をもってバッテリを充電しておくことができる。
【００１２】
第４の特徴によれば、第２のスイッチング手段の停止有無に対応する信号で、商用電源の停電を簡単に確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１は一実施形態に係るバッテリバックアップ型直流安定化電源装置の回路図である。なお、周知の回路は繁雑を避けるためにブロックとしてまとめて図示する。図１において、トランス１は第１の一次側巻線Ｎ１１および第２の一次側巻線Ｎ１２、並びに第１の帰還巻線ＮＢ１３および第２の帰還巻線ＮＢ１４を有する。さらにトランス１には、第１の二次側巻線Ｎ２１と第２の二次側巻線Ｎ２２とを設ける。
【００１４】
第１の一次側巻線Ｎ１１と第１の帰還巻線ＮＢ１３とは、第１のスイッチング手段としてのトランジスタＱ１および抵抗Ｒ１並びにトランジスタＱ１のスイッチング制御回路２とともに第１の自励発振型コンバータ回路またはリンギング・チョーク・コンバータ（ＲＣＣ回路）３を形成する。
【００１５】
商用電力系統（商用電源）３０は、第１の入力端子４，５を介して全波整流ブリッジ６の入力側に接続される。全波整流ブリッジ６の出力側は第１のＲＣＣ回路３に接続される。全波整流ブリッジ６の出力側には平滑用のコンデンサ７と抵抗Ｒ２，Ｒ３とがそれぞれ並列に接続され、さらに抵抗Ｒ２，Ｒ３の結合部がマイナス入力として接続される比較器８が設けられる。比較器８のプラス入力には基準電圧電源Ｖｒｅｆが接続される。比較器８の出力側は発光ダイオード９Ａを介してマイナスのラインに接続される。抵抗Ｒ２，Ｒ３、比較器８、基準電圧電源Ｖｒｅｆ、および発光ダイオード９Ａはバックアップ停止回路１０を形成する。
【００１６】
第２の一次側巻線Ｎ１２と第２の帰還巻線ＮＢ１４とは、第２のスイッチング手段としてのトランジスタＱ２および抵抗Ｒ４並びにトランジスタＱ２のスイッチング制御回路１１とともに第２のＲＣＣ回路１２を形成する。スイッチング制御回路１１から引出ライン１３が引き出され、フォトトランジスタ９Ｂを介してマイナスのラインに接続される。スイッチング制御回路１１はフォトトランジスタ９Ｂがオン状態のときに動作可能となるように構成される。引出ラインには、インバータ２９を介してレギュレータ回路２７に接続される。レギュレータ回路２７はインバータ２９の出力がハイレベルのときに動作が停止するように構成される。フォトトランジスタ９Ｂがオンのときはインバータ２９の出力はハイレベルである。
【００１７】
バックアップバッテリ３１は、第２の入力端子１４，１５を介して第２のＲＣＣ回路１２に接続される。第２の入力端子１４，１５間には抵抗Ｒ４，Ｒ５および平滑用のコンデンサ１６が接続される。
【００１８】
第１の二次側巻線Ｎ２１は出力回路３３を形成する整流ダイオード１７、コンデンサ１８，１９、およびレギュレータ回路２０に接続される。出力回路３３は出力端子２１，２２に接続される。第２の二次側巻線Ｎ２２はバックアップバッテリ３１の充電回路２３を形成する整流ダイオード２４、コンデンサ２５，２６、およびレギュレータ回路２７に接続される。さらに充電回路２３はバックアップバッテリ３１からの電流の逆流素子のためのダイオード２８を有する。充電回路２３の出力側は第２の入力端子１４，１５に接続される。充電回路２３のレギュレータ回路２７には、前記引出ライン１３がインバータ２９を介して接続される。
【００１９】
充電回路２３には、バッテリの過充電防止回路３２を設けるのが好ましい。過充電防止回路３２は、抵抗Ｒ５，Ｒ６の結合点からバッテリ電圧を代表する電圧を取り込んで、満充電電圧を代表する電圧と比較する回路を含んでいる。バッテリ電圧が所定の満充電電圧を超えているときはレギュレータ回路２７に動作停止信号を入力して充電を停止させる。
【００２０】
上記バックアップ型直流安定化電源装置の動作を説明する。まず、商用電力系統３０からのみ電力が入力される場合である。第１のトランジスタＱ１のスイッチング制御回路２が、全波整流ブリッジ６を経た商用電力系統３０からの入力電圧で付勢されると、第１のトランジスタＱ１のゲートに電圧が印加されて第１のトランジスタＱ１がオンになる。これによって第１の一次側巻線Ｎ１１に入力電圧が印加されて、帰還巻線ＮＢ１３に第１の一次側巻線Ｎ１１と同極性の電圧が発生する。この電圧が帰還信号として第１のトランジスタＱ１のゲートに入力され、第１のトランジスタＱ１はオン状態を維持する。スイッチング制御回路２は、その回路時定数により決定される時間を経過すると、第１のトランジスタＱ１のゲート電圧はゼロに低下し、第１のトランジスタＱ１はオフになる。第１のトランジスタＱ１がオフになったときに第１および第２の二次側巻線Ｎ２１，Ｎ２２に、第１の一次巻線Ｎ１１との巻線比に応じてダイオード１７，２４にそれぞれ順方向の電圧が発生し、これにより第１のトランジスタＱ１のオンの間にトランス１に蓄積されていたエネルギが第１および第２の二次側巻線Ｎ２１，Ｎ２２を介して放出される。つまり、第１の二次側巻線Ｎ２１の出力はダイオード１７およびコンデンサ１８で整流平滑化され、かつレギュレータ回路２０で所定の電圧値に調整され、さらにコンデンサ１９で平滑化されて出力端子２１，２２を介して出力される。出力回路３３の出力電力は図示しない負荷、例えば、コジェネレーションシステムの制御装置に供給される。
【００２１】
また、上述のように、トランス１内に蓄積されたエネルギが二次側巻線Ｎ２１，Ｎ２２に放出されると、バックスイングによって一次側の帰還巻線ＮＢ１３に電圧が誘起される。そうすると、この電圧によって再びトランジスタＱ１がオンとなる。このようにしてスイッチング制御回路２はトランジスタＱ１をスイッチング制御して第１の一次側巻線１１の巻線電圧が所定値になるように回路構成される。一次側巻線の巻線電圧を所定値になるように構成されたスイッチング制御回路は、例えば、特開２００４−２０１４８０号公報の明細書等に記載されており、このような周知の構成をスイッチング制御回路２，１１として適用することができる。
【００２２】
さらに、第２の二次側巻線Ｎ２２にも電圧が生じ、その電圧はダイオード２４およびコンデンサ２５で整流平滑化され、かつレギュレータ回路２７で所定の充電用電圧値に調整される。レギュレータ回路２７の出力は、コンデンサ２６で平滑化されて、逆流阻止用ダイオード２８を介して第２の入力端子１４，１５に出力される。この第２の二次側巻線Ｎ２２の出力電力は第２の入力端子１４，１５に接続されるバックアップバッテリ３１の充電に供される。
【００２３】
商用電力系統３０から電力が供給されているときは、比較器８のマイナス入力側に入力される電圧が基準電圧電源Ｖｒｅｆより高くなるように基準電圧電源Ｖｒｅｆを設定しておく。これにより、停電でない時は、比較器８の出力はローレベルとなり、発光ダイオード９Ａは発光しない。したがって、フォトトランジスタ９Ｂはオフに維持され、スイッチング制御回路１１は動作が停止される。スイッチング制御回路１１の動作が停止されている間、つまりフォトトランジスタ９Ｂがオフの間は、インバータ２９からレギュレータ回路２７へ入力される電圧はローレベルである。つまりレギュレータ回路２７は通常に動作するので、バックアップバッテリ３１は商用電力系統３０の電力で充電される。
【００２４】
これに対して、商用電力系統３０が停電の場合や、商用電力系統３０を解列しているときは、比較器８の出力はハイレベルに反転するので、発光ダイオード９Ａは発光して、フォトトランジスタ９Ｂはオンに切り替わる。その結果、スイッチング制御回路１１の動作停止が解除されて、第２のＲＣＣ回路１２は動作する。第２のＲＣＣ回路１２の動作によって、第１の二次側巻線Ｎ２１および第２の二次側巻線Ｎ２２に電圧が誘起され、出力回路３３は所定電圧の電力を出力することができる。つまり、停電発生時等にも、バックアップバッテリ３１によって電力出力端子２１，２２は停電前と同様、電力の出力を維持する。
【００２５】
しかし、第２のＲＣＣ回路１２の動作中はインバータ２９からレギュレータ回路２７への出力はハイレベルに変化し、レギュレータ回路２７は動作停止されるので、バックアップバッテリ３１への充電出力は発生しない。つまり商用電力系統３０の停電中はバッテリ充電用出力は停止状態となる。
【００２６】
商用電力系統３０とバックアップバッテリ３１とから同時に電力が入力された場合に、いずれが優先されるかは各回路の時定数の設定による。しかし、いずれが優先されていても、商用電力系統３０から所定値以上の電圧が印加された時点でフォトトランジスタ９Ｂはオフとなるので、バックアップバッテリ３１からの電力による二次側の出力は停止される。したがって、商用電力系統３０の停電時にのみバックアップバッテリ３１によるバックアップ機能が働くようになるし、商用電力系統３０の電力によってのみバックアップバッテリ３１は充電可能である。
【００２７】
上述のように、本実施形態によれば、商用電力系統およびバックアップバッテリの少なくとも一方から、一次側巻線に所定電圧以上の電力が供給されているので二次側巻線から常に安定した電力を負荷に供給することができる。また、商用電力系統の電力でバックアップバッテリは充電され、商用電力系統の停電時には、バックアップバッテリの充電は停止される。
【００２８】
本実施形態の電源装置は、コジェネレーションシステム等、停電時等にも連続して電源を供給する必要があるシステムの制御装置の電源として好適である。
【００２９】
なお、本実施形態では、商用電力系統をバッテリでバックアップする形式の電源装置としたが、商用電力系統に代えて太陽電池等、他の電力系統とバックアップバッテリとの組み合わせに適用することもできる。天気の影響で出力電圧に変化をきたすことが多い太陽電池の特性をバックアップバッテリによって効果的に補完することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係るバッテリバックアップ型直流安定化電源の回路図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…トランス、  ２，１１…スイッチング制御回路、  ３，１２…ＲＣＣ回路、  ８…比較器、  ９Ａ…発光ダイオード、  ９Ｂ…フォトトランジスタ、  １０…バックアップ停止回路、  ２０，２７…レギュレータ回路、  ２９…インバータ、  ３０…商用電力系統、  ３１…バックアップバッテリ
【図１】
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