(57)【要約】      （修正有）【課題】瞬断用コンデンサを削減しても瞬断時に安定的な電力供給が可能な小型で信頼性の高い電源システムを提供する。【解決手段】交流電源を整流して直流電圧を発生する交流整流部１１と並列に接続された瞬断用コンデンサ１２と切り替える瞬断用スイッチＳｃと、一次コイルと巻き線比の異なる複数の二次コイルを備えるトランス１４と前記一次コイルに流れる電流をパルス幅変調するパルス幅変調スイッチＳｐと、複数の二次コイルで発生する出力電圧を切り替える複数のコイル切り替えスイッチＳ１〜Ｓ３と、二次コイルを切り替えて整流する整流出力部Ｓｒと、トランスの一次側の入力電圧を検出する入力電圧検出部５と、整流出力部の出力電圧を検出する出力検出部６と、交流電源の瞬断が発生した場合に、複数のコイル切り替えスイッチの動作状態を選択し整流出力部の出力を略一定とする出力制御部１６とを有する。【選択図】図１
2018148737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を整流して直流電圧を発生する交流整流部と、
前記交流整流部に並列に接続された瞬断用コンデンサと、
前記交流整流部の出力を前記瞬断用コンデンサの出力に切り替える瞬断用スイッチと、
前記直流電圧を入力とする一次コイルと、前記一次コイルに対する巻き線比の異なる複数の二次コイルを備えるトランスと、
前記一次コイルに流れる電流をパルス幅変調するパルス幅変調スイッチと、
前記複数の二次コイルで発生する出力電圧を切り替える複数のコイル切り替えスイッチと、
前記二次コイルを切り替えて整流する整流出力部と、
前記トランスの一次側の入力電圧を検出する入力電圧検出部と、
前記整流出力部の出力電圧を検出する出力検出部と、
前記交流電源の瞬断が発生した場合に、前記複数のコイル切り替えスイッチの動作状態を選択し、前記整流出力部の出力を略一定とする出力制御部と、
を有する電源システム。
【請求項２】
前記二次コイルの巻き線比は、前記コイル切り替えスイッチの動作状態において、前記トランスの二次コイルから発生する出力電圧の波高値が所定の範囲に入るように予めが決定されている請求項１記載の電源システム。
【請求項３】
前記コイル切り替えスイッチは、ＭＯＳＦＥＴで構成され、パルス幅変調信号に同期して前記ＭＯＳＦＥＴを動作させるドライバ部をさらに有する請求項１記載の電源システム。
【請求項４】
前記出力制御部は、前記入力電圧検出部で検出される電圧に応じて、前記複数のコイル切り替えスイッチの動作状態を選択する請求項２記載の電源システム。
【請求項５】
前記トランスの二次コイルからの出力電圧の波高値を検出する波高値検出部をさらに有し、
前記出力制御部は、前記波高値の変化が所定の範囲になるよう前記複数のコイル切り替えスイッチの動作状態を選択する請求項２記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、航空機搭載用の電源システム等において入力電源の電圧が瞬間的に途絶えることがある。入力電圧が瞬間的に途絶えることを瞬断という。この瞬断が生じても、負荷装置へ電力供給を保持しなければならない。
【０００３】
従来の電源システムでは、入力される交流電源の電圧を整流し、その整流出力をＤＣ／ＤＣ（ＤＣ：Direct Current）コンバータ部を介してシステム規定の直流電圧へ変換することで安定した電力を負荷に供給することが行われる。この時、航空機などに搭載される比較的瞬断が発生しやすい電源システムでは、あらかじめ瞬断時の電力保持用に多量のコンデンサ（以下、瞬断用コンデンサと称する）を設けており、瞬断時はこの瞬断用コンデンサの出力を入力源として負荷装置へ電力を安定的に供給する。特に、航空機搭載用の電源装置では軽量化が重要であり、小型で信頼性の高い電源システムが求められる（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
通常、この瞬断用のコンデンサは充電されている状態で保持しており、瞬断時にのみ使用されるため稼働率が低い。その上、３相交流電源などの比較的高電圧の入力側に配置するため、高耐圧特性を有する比較的高価なコンデンサが必要である。
【０００５】
したがって負荷装置の電力消費量が大きいシステムでは、瞬断用コンデンサが多量に必要となる。例えば、ＡＣ／ＤＣ入力整流部とＤＣ／ＤＣコンバータ部と瞬断用コンデンサで構成される電源システムでは、瞬断用コンデンサの容積割合が全体の３分の１の割合を占めることもあり、電源システムとしての小型化、軽量化を妨げる要因となっている。このため、瞬断用コンデンサの削減が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２２９３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は上記問題を解決し、瞬断用コンデンサを削減しても、瞬断時に安定的な電力供給が可能な、小型で信頼性の高い電源システム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】
【０００８】
上記課題を達成するために、本実施形態の電源システムは、交流電源を整流して直流電圧を発生する交流整流部と、前記交流整流部に並列に接続された瞬断用コンデンサと、前記交流整流部の出力を前記瞬断用コンデンサの出力に切り替える瞬断用スイッチと、前記直流電圧を入力とする一次コイルと、前記一次コイルに対する巻き線比の異なる複数の二次コイルを備えるトランスと、前記一次コイルに流れる電流をパルス幅変調するパルス幅変調スイッチと、前記複数の二次コイルで発生する出力電圧を切り替える複数のコイル切り替えスイッチと、前記二次コイルを切り替えて整流する整流出力部と、前記トランスの一次側の入力電圧を検出する入力電圧検出部と、前記整流出力部の出力電圧を検出する出力検出部と、前記交流電源の瞬断が発生した場合に、前記複数のコイル切り替えスイッチの動作状態を選択し、前記整流出力部の出力を略一定とする出力制御部と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る電源システムの構成図。
【図２】同実施形態に係る瞬断時における入力電圧の変化を示す図。
【図３】同実施形態に係る瞬断時の動作を示すフローチャート図。
【図４Ａ】同実施形態に係る一次コイルに発生する電圧の説明図。
【図４Ｂ】同実施形態に係る二次コイルに発生する電圧の説明図。
【図４Ｃ】同実施形態に係る二次コイルに発生する電圧の説明図。
【図４Ｄ】同実施形態に係る二次コイルに発生する電圧の説明図。
【図４Ｅ】同実施形態に係る二次コイルに発生する電圧の説明図。
【図５】同実施形態に係るスイッチの動作状態の説明図。
【図６】第２の実施形態に係る電源システムの構成図。
【図７】同実施形態に係る瞬断時の動作を示すフローチャート図。
【図８】同実施形態に係る二次コイルに発生する電圧の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態について図１から図８を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態における電源システムの構成図である。図１に示す電源システムは大きく分けて、交流（ＡＣ）電源を直流（ＤＣ）に変換する電源変換部１と、直流に変換された電圧をシステムに必要な所望の電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換部２、ＡＣ電源が瞬断した場合に、システムに必要な電力を一定時間保持する瞬断電源部３、およびＤＣ／ＤＣ変換部２の出力を負荷変動時や温度変動時などの動作環境の変化に応じて一定に制御する制御部４、ＤＣ／ＤＣ変換部２に入力される電圧Ｖｉｎを検出する入力電圧検出回路５、ＤＣ／ＤＣ変換部２の出力を検出する出力検出回路６を有している。また、符号７はシステムで使用する負荷装置を示す。
【００１２】
電源変換部１は、交流電源１０と交流整流部１１を有し、交流整流部１１は、交流電源１０からの交流電圧出力を整流して直流電圧を発生する。例えば、航空搭載用の装置においては、入力供給源として３相４線のＡＣ１１５Ｖが多く使われる。
【００１３】
ＤＣ／ＤＣ変換部２は、入力と出力を絶縁するトランス１４と、ＰＷＭ変調（Pulse Width Modulation）された出力を整流してシステム規定の直流電圧に変換する整流出力部１５を有する。本実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換部２の構成としてフォワード型の整流方式を用い、さらに変換効率の高いＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を使用した同期整流方式を例として説明する。
【００１４】
ＤＣ／ＤＣ変換部２の入力には、入力電圧Ｖｉｎを平滑するコンデンサＣｉｎと、トランス１４の一次側に配置される一次コイルＬｐが接続され、一次側に流れる電流をスイッチするスイッチＳｐが接続される。このスイッチＳｐは、トランジスタＱｐ（ＭＯＳＦＥＴ）で構成され、制御部４から出力されるＰＷＭ信号で変調される。
【００１５】
トランス１４の二次側には、通常動作時に主として使用する二次コイルＬ１、瞬断時に使用する瞬断用二次コイルＬ２、Ｌ３を有している。本実施形態では、この瞬断用二次コイルとして２つの場合を仮定しているがその数は限定されない。瞬断時間の増大や負荷の増減などによって最適に設定される。
【００１６】
この二次側に配置された二次コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３には、それぞれスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３が挿入されており、本実施形態では、トランジスタＱｆ１、Ｑｆ２、Ｑｆ３（ＭＯＳＦＥＴ）で構成される。また、各二次コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、並列に接続され、後段のスイッチＳｒへ接続される。
【００１７】
スイッチＳｒは、トランジスタＱｒ（ＭＯＳＦＥＴ）とチョークコイルＬで構成される。
【００１８】
さらに、出力を平滑化するコンデンサＣｏｕｔが接続される。
【００１９】
瞬断電源部３は、瞬断時に電力を供給するための瞬断用コンデンサ１２、充電方向を制限するダイオード１３、交流電源１０の瞬断発生時に瞬断用コンデンサ１２の電圧に切り替えるスイッチＳｃ（トランジスタＱｃ）を有する。
【００２０】
瞬断用コンデンサ１２は、瞬断が発生していない通常時には充電されており、入力電圧検出回路５にて入力電圧Ｖｉｎの低下を検出し、制御部４からの制御によりスイッチＳｃが切り替えられる。
【００２１】
制御部４は、本実施形態の電源システムの主制御を行うデジタル制御部１６とドライバ部１７、１８、１９を有する。各スイッチＳｃ、Ｓｐ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、ＳｒをＭＯＳＦＥＴで構成した場合、ドライバ部１７、１８、１９は、ＭＯＳＦＥＴのゲート制御を行うゲートドライバ回路を含む。
【００２２】
デジタル制御部１６は入出力端子を有する。端子Ｔｖｉｎは入力電圧検出回路５で検出された入力電圧Ｖｉｎを入力する入力端子である。端子Ｔｃは瞬断電源部３のスイッチＳｃを駆動するための出力端子である。端子ＴｐはスイッチＳｐ（トランジスタＱｐ）をＰＷＭ変調するための出力端子である。端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、ＴｒはＰＷＭ信号に対して同期整流するためスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓｒ（トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑｒ）を駆動する出力端子である。端子Ｔｏは、出力検出回路６の出力が入力される端子である。
【００２３】
入力電圧検出回路５は、ＤＣ／ＤＣ変換部２に入力される入力電圧Ｖｉｎを常時監視し、制御部４に出力する。
【００２４】
出力検出回路６は、ＤＣ／ＤＣ変換部２で出力される直流電圧Ｖｏｕｔを検出する。
【００２５】
図２は、同実施形態に係る瞬断時における入力電圧の変化を示す図である。縦軸にＤＣ／ＤＣ変換部２の入力電圧Ｖｉｎ、横軸に時間ｔを示す。今、時間ｔｓで瞬断が発生し時間ｔｅで正常に復帰するものとする。通常時（ｔ＜ｔｓ）では、入力電圧Ｖｉｎは、定格の電圧Ｖ０で動作している。瞬断時（ｔｓ≦ｔ≦ｔｅ）では、スイッチＳｃを切り替えることにより瞬断用コンデンサ１２より電力が供給される。しかし時間とともに瞬断用コンデンサ１２の保持電圧が低下するため入力電圧Ｖｉｎが低下する。瞬断から復帰（ｔｅ＜ｔ）すれば、入力電圧Ｖｉｎは定格のＶ０へ復帰する。
【００２６】
点線は瞬断用コンデンサを削減しない場合を示し、一点鎖線は瞬断用コンデンサの容量を削減した時の電圧降下を示している。
【００２７】
今、ＤＣ／ＤＣ変換部２は二次コイルＬ１のみで構成されている、もしくは瞬断用二次コイルＬ２、Ｌ３には切り替えを行わないと仮定する。この時、動作可能な入力電圧Ｖｉｎの下限値をＶ１とし、入力電圧がＶ１以下になると、ＤＣ／ＤＣ変換部２は出力Ｖｏｕｔを出力せず動作を停止するよう設計されているとする。本実施形態では、この動作可能な入力電圧Ｖｉｎの下限値をＶ３（Ｖ１＞Ｖ３）とすることで、入力電圧の保持に必要な瞬断用コンデンサ数（容量）を削減する。
【００２８】
ＤＣ／ＤＣ変換部２の動作電圧の下限値をＶ１からＶ３へと下げるために、図１に示したように、トランス１４に補助巻線を追加することで二次コイルＬ２、Ｌ３が形成されている。そして各二次コイルＬ２、Ｌ３に対しスイッチＳ２、Ｓ３を設けている。尚、この時の一次コイルＬｐの巻き線数をｎｐ、二次コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の巻き線数をそれぞれｎ１、ｎ２、ｎ３すると、二次コイルの巻き線数には、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３の関係がある。
【００２９】
以上のように構成された本実施形態の電源システムの瞬断時の動作について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。
【００３０】
まずステップＳＴ３０１では、瞬断発生のない通常動作を示している。この時、瞬断電源部３のスイッチＳｃはオフであり、瞬断用コンデンサ１２は充電状態にある。スイッチＳｐのトランジスタＱｐは、デジタル制御部１６から出力されるＰＷＭ信号により変調されている。二次コイル側のスイッチＳ１（トランジスタＱｆ１）とスイッチＳｒ（トランジスタＱｒ）は、ＰＷＭ信号のオンとオフに同期してスイッチすることで、二次コイルＬ１の出力電圧Ｖｓ１を順方向および逆方向に整流し、コンデンサＣｏｕｔにて平滑され、所定の出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。
【００３１】
ステップＳＴ３０２では、瞬断が発生したかどうかを判定する。本実施形態における瞬断判定は入力電圧検出回路５により入力電圧Ｖｉｎを監視して行い、入力電圧ＶｉｎがＶ０より降下した時、瞬断と判定する。この時、単なる電源電圧変動と瞬断を区別するために電圧降下にかかる時間などを加味して瞬断を判定してもよい。さらには瞬断電源部３で瞬断を判定する構成としてもよい。
【００３２】
瞬断が発生していなければ（ＳＴ３０２：Ｎｏ）、ステップＳＴ３０１に戻り、通常運転を継続する。通常運転では二次コイルのＬ１のみを使用するため、スイッチ状態は、Ｓ１（トランジスタＱｆ１）とＳｒ（トランジスタＱｒ）が動作状態、スイッチＳ２（トランジスタＱｆ２）とスイッチＳ３（トランジスタＱｆ３）は、停止状態である。
【００３３】
瞬断が発生すれば（ＳＴ３０２：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ３０３に進む。ステップＳＴ３０３では、制御部４は入力電圧検出回路５で検出した電圧から瞬断を判定し、スイッチＳｃ（トランジスタＱｃ）をＯＮにすることにより瞬断用コンデンサ１２への切り替えを行う。
【００３４】
図４Ａは、瞬断時に一次コイルＬｐに発生する電圧の説明図である。縦軸は一次コイルＬｐで発生する電圧Ｖｐであり、横軸は瞬断発生直後からの時間経過ｔを示す。一点鎖線は、入力電圧Ｖｉｎの変化を示している。入力電圧Ｖｉｎの変化とともに、ＰＷＭ変調された一次コイルＬｐの電圧Ｖｐも減少していく。
【００３５】
ステップＳＴ３０４では、制御部４は入力電圧検出回路５で検出した入力電圧Ｖｉｎが、Ｖ１≦Ｖｉｎ＜Ｖ０の範囲にあるかどうか判断する。この範囲であれば（ＳＴ３０４：Ｙｅｓ）、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、およびＳｒの動作状態は通常動作と同じであり、二次コイルＬ１の出力電圧Ｖｓ１のみが出力される（ステップＳＴ３０５）。
【００３６】
図４Ｂは、入力電圧ＶｉｎがＶ１≦Ｖｉｎ＜Ｖ０の時の二次コイルＬ１に発生する電圧Ｖｓ１を示している。入力電圧ＶｉｎがＶ１に対応する時間をｔ１とする。瞬断発生時から時間ｔ１までは、二次コイルＬ１に一次コイルの電圧Ｖｐに同期した電圧Ｖｓ１が発生する。
【００３７】
絶縁型フォワード型ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｓは、一般的に以下の式で求められる。
【００３８】
Ｖｓ＝（ｎｓ／ｎｐ）［Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）］Ｖｉｎ    （１）
ここで、ｎｐはトランス一次側の巻き線数、ｎｓは二次側の巻き線数、Ｔｏｎ、Ｔｏｆｆは、それぞれＰＷＭ変調のオンとオフの時間、Ｖｉｎは、入力電圧である。
【００３９】
瞬断による入力電圧Ｖｉｎの変動に対して生じる出力電圧Ｖｏｕｔの変化は、出力検出回路６によって検出されるが、この出力電圧Ｖｏｕｔの変化はデジタル制御部１６内で基準電圧と比較され、（１）式に示すように、ＰＷＭ信号のパルス幅（デューティー比）を変えることなどにより、入力電圧ＶｉｎがＶ１まで減少しても出力電圧Ｖｏｕｔを一定に制御することができる。また、巻き線数の比ｎｓ１／ｎｐは、システムで使用される所定の出力電圧Ｖｏｕｔが出力されるように予め設定される。
【００４０】
ステップＳＴ３０６では、制御部４は入力電圧検出回路５で検出される入力電圧Ｖｉｎが、Ｖ２≦Ｖｉｎ＜Ｖ１の範囲にあるかどうか判断する。この範囲であれば（ＳＴ３０６：Ｙｅｓ）、二次コイルのスイッチ状態は、スイッチＳ１（トランジスタＱｆ１）を停止し、スイッチＳ２（トランジスタＱｆ２）を動作させ、二次コイルＬ２の出力Ｖｓ２が出力される（ステップＳＴ３０７）。
【００４１】
図４Ｃは、入力電圧ＶｉｎがＶ２≦Ｖｉｎ＜Ｖ１の時の二次コイルＬ２に発生する電圧Ｖｓ２を示している。入力電圧ＶｉｎがＶ２に対応する時間をｔ２とする。時間ｔ１から時間ｔ２までは、二次コイルＬ２に一次コイルの電圧Ｖｐに同期した電圧Ｖｓ２が発生する。また、巻き線数の比ｎｓ２／ｎｐは、システムで使用される所定の出力電圧Ｖｏｕｔが出力されるように予め設定される。
【００４２】
ステップＳＴ３０８では、制御部４は入力電圧検出回路５で検出される入力電圧Ｖｉｎが、Ｖ３≦Ｖｉｎ＜Ｖ２の範囲にあるかどうか判断する。この範囲であれば（ＳＴ３０８：Ｙｅｓ）、二次コイルのスイッチ状態は、スイッチＳ２（トランジスタＱｆ２）を停止し、スイッチＳ３（トランジスタＱｆ３）を動作させ、二次コイルＬ３の出力電圧Ｖｓ３が出力される（ステップＳＴ３０９）。
【００４３】
図４Ｄは、入力電圧ＶｉｎがＶ３≦Ｖｉｎ＜Ｖ２の時の二次コイルＬ３に発生する電圧Ｖｓ３を示している。入力電圧ＶｉｎがＶ３に対応する時間をｔ３とする。時間ｔ２から時間ｔ３までは、二次コイルＬ３に一次コイルの電圧Ｖｐに同期した電圧Ｖｓ３が発生する。また、巻き線数の比ｎｓ３／ｎｐは、システムで使用される所定の出力電圧Ｖｏｕｔが出力されるように予め設定される。
【００４４】
図４Ｅは、ステップＳＴ３０４〜ＳＴ３０９まで連続して二次側のスイッチ切り替えを行った場合の出力電圧Ｖｓを示している。このように、瞬断発生時からｔ３までに入力電圧Ｖｉｎは、電圧Ｖ３まで降下しているが、出力電圧Ｖｓの波高値の変化（増減）がΔＶｓ以内に収まるように出力される。すなわち波高値の変化ΔＶｓが所定の値以内であれば、ＰＷＭ変調のデューティー比を変えることなどにより出力電圧Ｖｏｕｔを一定に制御できる。
【００４５】
なお、それぞれの二次コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３に対する巻数比を予め最適に調整しておくことで、トランジスタＱｆ１〜Ｑｆ３へ切り替え時による出力電圧Ｖｓの波高値の変化を抑えることができる。波高値の変化ΔＶｓが小さければ、トランス１４の二次側部品への影響を最小限に抑えることができる。
【００４６】
ステップＳＴ３１０では、制御部４は入力電圧検出回路５で検出される入力電圧Ｖｉｎが、Ｖｉｎ＜Ｖ３の範囲にあるかどうか判断する。Ｖｉｎ＜Ｖ３であれば（ＳＴ３１０：Ｙｅｓ）、制御部４は、出力電圧Ｖｏｕｔを一定に制御できないと判断し、すべてのスイッチ動作を停止する（ステップＳＴ３１１）。
【００４７】
Ｖｉｎ≧Ｖ３であれば（ＳＴ３１０：Ｎｏ）、瞬断が終了していると判定し、ステップＳＴ３１２に進む。
【００４８】
ステップＳＴ３１２では、スイッチＳｃ（トランジスタＱｃ）をＯＦＦすることで瞬断用コンデンサ１２をＤＣ／ＤＣ変換部２から切り離し、瞬断用コンデンサ１２の充電を開始する。
【００４９】
なお、本実施形態の説明では、瞬断発生から入力電圧が単調に減少する例で説明した。しかし、負荷の状況や瞬断の状態などによっては、入力電圧Ｖｉｎが増減して変動する場合がある。入力電圧検出回路５は、常時、入力電圧Ｖｉｎの監視を行っているため、Ｖｉｎの電圧範囲に従って処理を行う。従ってステップＳＴ３０４、ＳＴ３０６、ＳＴ３０８は並列処理であり、処理の順番が入れ替わることや同じ処理を複数回繰り返すことがある。また、ステップＳＴ３０４、ＳＴ３０６、ＳＴ３０８の判断中に瞬断から復帰する場合もある。
【００５０】
図５は、スイッチの動作状態をまとめた図である。以上説明したように、制御部４は、入力電圧Ｖｉｎの電圧範囲に応じて各スイッチの動作状態を選択し実行する。処理０は通常時の処理を示し、処理１〜４は瞬断時の処理を示している。なお、電源変動などで入力電圧Ｖｉｎが、Ｖ１≦Ｖｉｎ＜Ｖ０の範囲でゆるやかに変動する場合には通常時の処理０が選択される。
【００５１】
ここで、瞬断用コンデンサ１２の削減量について考察する。本実施形態の構成によりＤＣ／ＤＣ変換部２が正常に動作する入力電圧をＶ１からＶ３へと下げることができるため、瞬断用コンデンサ１２の容量が少なくて済む。
【００５２】
入力電圧Ｖｉｎ＝Ｖ１の時に正常に動作するために必要な瞬断用コンデンサ１２の容量をＣ１とし、同じく入力電圧Ｖｉｎ＝Ｖ３の時に正常に動作するために必要な瞬断用コンデンサ１２の容量をＣ３とする。瞬断が起こる前の入力電圧Ｖｉｎ＝Ｖ０とすれば、瞬断用コンデンサ１２の保持すべき電力について以下の式が成り立つ。
【００５３】
Ｃ１・（Ｖ０２−Ｖ１２）／２＝Ｃ３・（Ｖ０２−Ｖ３２）／２          （２）
今、例えば、Ｖ０＝２００Ｖ、Ｖ１＝１５０Ｖ、Ｖ３＝５０Ｖとすれば、式（２）より、
Ｃ３＝０．４６７Ｃ１
となる。従って、この条件では、瞬断用コンデンサ１２を従来の半分以下の容量にすることができる。また、トランジスタＱｆ２、Ｑｆ３と、二次コイルＬ２、Ｌ３の補助巻線は、瞬断時の短時間しか機能しないため発熱を抑えることができる。このため小型な部品で対応が可能となる。
【００５４】
なお、本実施形態では、二次コイルの数を３（瞬断用二次コイル数２）で説明したが、これに制限されないのは言うまでもない。瞬断時に使用する二次コイルの数をさらに増やすことで、決め細やかに二次コイルを切り替えて波高値の変化ΔＶｓを小さくすることができる。そうすると、チョークコイルＬに流れる電流変化を減少させることができるため、平滑に必要なコンデンサＣｏｕｔの容量も小さくすることが可能である。
【００５５】
以上述べたように、第１の実施形態によれば、瞬断時に保持する入力電圧をＶ１からＶ３へ下げることができる。このため、瞬断用のコンデンサに必要なエネルギーを少なくすることができ、従来大きく体積を占めていた瞬断用コンデンサ数を低減させことが可能となる。
【００５６】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、入力電圧Ｖｉｎを監視して、瞬断時には二次コイルＬ２、Ｌ３を順次切り替える方法を採用した。本実施形態では、二次コイルの出力の波高値の変化ΔＶｓを監視し、二次コイルを切り替える方法を採用する。
【００５７】
図６は、第２の実施形態の電源システムの構成図である。二次コイルの出力電圧Ｖｓの波高値を検出する波高値検出回路６０が追加されている。また、デジタル制御部１６には、波高値が入力される端子Ｔｓが追加され、制御部４では波高値の増減値ΔＶｓを算出する。
【００５８】
図７は、同実施形態に係る瞬断時の動作を示すフローチャート図である。このフローチャートでは、二次コイル数を限定せず任意数ｎで説明する。
【００５９】
ステップＳＴ７０１では、瞬断のない通常動作を示している。この時、瞬断電源部３のスイッチＳｃ（トランジスタＱｃ）はオフであり、瞬断用コンデンサ１２は充電状態にある。スイッチＳｐのトランジスタＱｐは、デジタル制御部１６から出力されるＰＷＭ信号により変調される。
【００６０】
二次コイルがｎ個あると仮定し、二次側コイルＬｎ、スイッチＳｎ、トランジスタＱｆｎと一般的な添え字で表す。通常動作時では、ｎ＝１が設定される。すなわち二次コイル側のスイッチＳ１（トランジスタＱｆ１）とスイッチＳｒ（トランジスタＱｒ）は、ＰＷＭ信号のオンとオフに同期してスイッチし、二次コイルＬ１の出力Ｖｓ１を順方向および逆方向に整流して所定の出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。
【００６１】
ステップＳＴ７０２では、瞬断が発生したかどうかを判定する。瞬断判定は、第１の実施形態と同様に、入力電圧検出回路５により行う。また瞬断電源部３で瞬断を判定する構成としてもよい。
【００６２】
瞬断が発生していなければ（ＳＴ７０２：Ｎｏ）、ステップＳＴ７０１に戻り、通常動作を継続する。通常動作では二次コイルのＬ１のみを使用するため、二次コイルのスイッチ状態は、Ｓ１（トランジスタＱｆ１）動作、ｎ＝１以外の瞬断用二次コイルのスイッチＳｎ（トランジスタＱｆｎ）は、停止である。
【００６３】
瞬断が発生すれば（ＳＴ７０２：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ７０３に進む。ステップＳＴ７０３では、制御部４は瞬断を判定し、スイッチＳｃ（トランジスタＱｃ）をＯＮにすることにより瞬断用コンデンサ１２への切り替えを行う（ステップＳＴ７０３）。
【００６４】
ステップＳＴ７０４では、制御部４は波高値検出回路６０から出力される波高値からその増減値ΔＶｓを求め、ΔＶｓがあるしきい値電圧Ｖｔｈより小さいかどうか判断する。ΔＶｓ＜Ｖｔｈの範囲であれば（ＳＴ７０４：Ｙｅｓ）、二次コイルのスイッチ状態は維持する。ΔＶｓ≧Ｖｔｈの範囲であれば（ＳＴ７０４：Ｎｏ）、二次コイルの切り替えの準備をする（ステップＳＴ７０５）。
【００６５】
ΔＶｓがしきい値電圧Ｖｔｈを超えているということは、瞬断から復帰している場合も含む。このためステップＳＴ７０６では瞬断中かどうか判断する。この判断は入力電圧Ｖｉｎの電圧値により確認できる。瞬断から復帰しているのであれば（ＳＴ７０６：Ｎｏ）、ステップＳＴ７０７と進む。瞬断中であれば（ＳＴ７０６：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ７０８へと進む。
【００６６】
ステップＳＴ７０７では、瞬断から復帰しているためスイッチＳｃ（トランジスタＱｃ）をオフし、通常動作に戻る（ステップＳＴ７０１）。
【００６７】
ステップＳＴ７０８では、瞬断中であるため、次の二次コイル（ｎ＝２）へと切り替える準備を行う。切り替える二次コイルがあるのであれば（ＳＴ７０８：Ｙｅｓ）、スイッチＳ１（トランジスタＱｆ１）を停止させ、スイッチＳ２（トランジスタＱｆ２）を動作させ、ステップＳＴ７０４に戻る。そして、切り替える二次コイル（スイッチ）がなくなるまでＳＴ７０４〜ＳＴ７０８までの動作を繰り返す。もちろんこの繰り返し動作中に瞬断から復帰していれば、ステップＳＴ７０７にて通常動作に戻る。
【００６８】
切り替える二次コイルがなければ、（ＳＴ７０８：Ｎｏ）、ステップＳＴ７０９ですべてのスイッチの動作を停止する処理を行う。
【００６９】
図８は、二次コイルに発生する電圧の説明図である。図４Ｅと比較ができるように、二次コイルはＬ１〜Ｌ３の３つとし、各二次コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３に対する巻き線比やＰＷＭ変調の駆動条件など同じ条件とする。
【００７０】
二次コイルの波高値の増減値ΔＶｓにて切り替え制御を行っているため、ΔＶｓがしきい値電圧Ｖｔｈより大きくなった時点で切り替えられる。図８の例では、二次コイルＬ２が、図４でのｔ２より遅い時間ｔ２’にて切り替えられていることがわかる。
【００７１】
第１の実施形態と同様に、二次コイルの出力Ｖｓは波高値の変化ΔＶｓ以内に収まるように出力される。このため一定の出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。さらには、第１の実施形態より最適に２次コイルの切り替え制御が行われる。この例の場合では、入力電圧の下限値Ｖ３よりさらに低い入力電圧Ｖ３’まで動作が可能となることがわかる。従ってさらに瞬断用コンデンサ１２の容量を削減できる。
【００７２】
このように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態に加えてより最適な切り替え制御が可能となる。さらには入力電圧Ｖｉｎの電圧範囲と波高値の変化ΔＶｓの両方を検出することによりさらに決め細やかな切り替え制御が行える。
【００７３】
以上述べた本実施形態によれば、瞬断時におけるＤＣ／ＤＣ変換部２の入力電圧Ｖｉｎの動作範囲を広域化できる。すなわち、瞬断時に従来の動作下限値Ｖ１より低い電圧Ｖ３まで低下しても、出力電圧Ｖｏｕｔを保持することが可能となる。瞬断時に保持する入力電圧をＶ１からＶ３へ下げることができるため、瞬断用のコンデンサに必要なエネルギーが少なくでき、瞬断用コンデンサ数を大幅に低減させことが可能となる。
【００７４】
また、本実施形態で追加したトランジスタＱｆ２、Ｑｆ３とトランス１４の二次コイルＬ２、Ｌ３の補助巻線は、瞬断時の短時間しか機能しない。このため、発熱を抑えることができるので小型な部品で対応が可能となる。
【００７５】
さらに、瞬断用の二次コイルの数を多くすることにより、瞬断時における二次コイルの出力電圧の波高値変化ΔＶｓを抑えて二次コイルを切り替えることができる。波高値の変化ΔＶｓを低く抑えることにより、トランス１４の二次側に配置する部品（スイッチを構成するＭＯＳＦＥＴ、チョークコイル、平滑コンデンサなど）への影響を最小限に抑えることができる。
【００７６】
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。
【００７７】
本実施形態では、フォワード型のＤＣ／ＤＣ変換を例として説明したが、フライバック型、プッシュプル型など種々の整流方式にも適用可能である。また、スイッチの構成はＭＯＳＦＥＴに限定されない。
【００７８】
入力電圧検出回路、検出回路、および波高値検出回路は、制御部内に構成してもよい。
【００７９】
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】
【００８０】
１…電源変換部、
２…ＤＣ／ＤＣ変換部、
３…瞬断電源部、
４…制御部、
５…入力電圧検出回路、
６…出力検出回路、
１０…交流電源、
１１…交流整流部、
１２…瞬断用コンデンサ、
１３…ダイオード、
１４…トランス、
１５…整流出力部、
１６…デジタル制御部、
１７、１８、１９…ドライバ部、
６０…波高値検出回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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