(57)【要約】【課題】電源装置の実効的な瞬断耐力を向上し、負荷回路の電源遮断による負担を低減する。【解決手段】入力された商用交流電力を整流する整流回路１１と、整流回路１１の出力電圧を昇圧して昇圧出力電圧を出力する昇圧回路１２と、前記昇圧回路による昇圧後の電力の直流−直流電圧変換を行って外部の負荷に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３と、を備えた電源装置１０において、昇圧出力電圧を検出し、所定の遮断判別電圧未満となった場合にＤＣ／ＤＣコンバーター回路１３による負荷回路ＬＣへの電力供給を遮断させる遮断制御回路１４を備える。【選択図】図１
2011036001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された商用交流電力を整流する整流回路と、
整流回路の出力電圧を昇圧して昇圧出力電圧を出力する昇圧回路と、
前記昇圧回路による昇圧後の電力の直流−直流電圧変換を行って外部の負荷に供給するＤＣ／ＤＣ変換回路と、を備えた電源装置において、
前記昇圧出力電圧を検出し、所定の遮断判別電圧未満となった場合に前記ＤＣ／ＤＣ変換回路による前記負荷への電力供給を遮断させる遮断制御回路を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１記載の電源装置において、
前記昇圧回路は、前記昇圧時に電力を蓄え、前記蓄えた電力を前記昇圧出力電圧が前記遮断判別電圧未満となるまで前記負荷へ供給する容量素子を備えていることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の電源装置において、
前記遮断制御回路は、前記商用交流電力の電圧を検出し、前記商用交流電力の電圧が前記昇圧回路の非定常動作時に第２の所定の遮断判別電圧未満となった場合に前記ＤＣ／ＤＣ変換回路による前記負荷への電力供給を遮断させることを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に係り、特に商用交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電源装置においては、商用交流電力を直流電力に変換して供給するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
商用交流電力は、需要家の電力消費状況に応じて瞬間的に電源が急激に低下する瞬断と呼ばれる現象が生じることがあった。
瞬断が生じると、負荷へ供給する電圧が不安定になるため、所定時間以上瞬断状態が検出された場合には、負荷への電源供給を遮断して、負荷の誤動作などを防止する必要が生じるが、電源装置としては、瞬断時にも安定して電源を供給できることが望まれ、どれだけ長い時間瞬断に耐えることができるかを表す能力としての瞬断耐力が大きいことが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２８９９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、商用交流電力を一旦整流し、電圧を昇圧してからＤＣ／ＤＣ変換回路を介して電源を負荷に供給する電源装置においては、電圧を昇圧する電圧昇圧回路に含まれる容量素子（コンデンサーなど）による蓄電作用により、商用交流電力の電圧が低下した場合でも、直ちには電圧昇圧回路の電圧は低下しないこととなっていた。
特に負荷回路の負荷量が小さい場合には、その差は大きくなることとなっていた。
したがって、電圧昇圧回路においては、まだ負荷側に電力を供給できるにもかかわらず、商用交流電力の電圧低下を検出して電源遮断回路が動作した場合には、直ちに負荷への電力は遮断されることとなるため、商用交流電力の電圧に基づく瞬断耐力は、電圧昇圧回路の出力電圧に基づく瞬断耐力と比較して、常に小さなものとなっていた。
そこで、本発明の目的は、電源装置の実効的な瞬断耐力を向上し、負荷回路への電源遮断による負担を低減することが可能な電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明は、入力された商用交流電力を整流する整流回路と、整流回路の出力電圧を昇圧して昇圧出力電圧を出力する昇圧回路と、前記昇圧回路による昇圧後の電力の直流−直流電圧変換を行って外部の負荷に供給するＤＣ／ＤＣ変換回路と、を備えた電源装置において、前記昇圧出力電圧を検出し、所定の遮断判別電圧未満となった場合に前記ＤＣ／ＤＣ変換回路による前記負荷への電力供給を遮断させる遮断制御回路を備えたことを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、整流回路は、入力された商用交流電力を整流し、昇圧回路に出力する。
昇圧回路は、整流回路の出力電圧を昇圧して昇圧出力電圧をＤＣ／ＤＣ変換回路に出力する。
ＤＣ／ＤＣ変換回路は、昇圧後の電力の直流−直流電圧変換を行って外部の負荷に供給する。
これと並行して、遮断制御回路は、昇圧出力電圧を検出し、所定の遮断判別電圧未満となった場合にＤＣ／ＤＣ変換回路による負荷への電力供給を遮断させる。
したがって、昇圧出力電圧が所定の遮断判別電圧未満となるまで負荷に電力供給を行うため、商用交流電力の電圧に基づいて遮断判別を行う場合と比較して、商用交流電力から昇圧回路に至るまでの回路の時定数に起因して遮断に至るまでの時間を稼ぐことができ、実効的な瞬断耐力を向上させることができる。
【０００７】
この場合において、前記昇圧回路は、前記昇圧時に電力を蓄え、前記蓄えた電力を前記昇圧出力電圧が前記遮断判別電圧未満となるまで前記負荷へ供給する容量素子を備えているようにしてもよい。
上記構成によれば、容量素子に起因する時定数に起因して遮断に至るまでの時間を稼ぐことができ、確実に実効的な瞬断耐力を向上させることができる。
【０００８】
また、前記遮断制御回路は、前記商用交流電力の電圧を検出し、前記商用交流電力の電圧が前記昇圧回路の非定常動作時に第２の所定の遮断判別電圧未満となった場合に前記ＤＣ／ＤＣ変換回路による前記負荷への電力供給を遮断させるようにしてもよい。
上記構成によれば、実効的な瞬断耐力を向上させつつ、昇圧回路が不安定な電源装置の起動時や、昇圧回路の異常時においても、確実に電源装置を動作させ、あるいは、電力供給を遮断することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電源装置の実効的な瞬断耐力を向上し、負荷回路への電源遮断による負担を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の原理説明図である。
【図２】実施形態の電源装置の回路図である。
【図３】実施形態の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に本発明の好適な実施の形態について説明する。
図１は、本発明の原理説明図である。
電源装置１０は、大別すると、商用交流電力ＰＳからの電力の整流を行う整流回路１１と、整流回路１１の出力電圧を昇圧する昇圧回路１２と、昇圧回路１２の出力電力のＤＣ／ＤＣ変換を行って負荷回路ＬＣに供給するＤＣ／ＤＣコンバーター回路１３と、昇圧回路１２の出力電圧Ｖｏｕｔを検出し、瞬断状態にあることを検出して電源遮断制御信号ＣＢを出力してＤＣ／ＤＣコンバーター回路１３の負荷回路ＬＣへの電源供給を遮断する遮断制御回路１４、を備えて構成されている。
次に電源装置の原理動作を説明する。
整流回路１１は、商用交流電力ＰＳからの電力の整流を行い、昇圧回路１２に出力する。
昇圧回路１２は、整流回路１１の出力電圧を昇圧してＤＣ／ＤＣコンバーター回路１３に出力する。
【００１２】
これにより、ＤＣ／ＤＣコンバーター回路１３は、昇圧回路１２の出力電圧のＤＣ／ＤＣ変換を行って負荷回路ＬＣに供給する。
遮断制御回路１４は、昇圧回路１２の出力電圧を検出し、瞬断状態にあること、すなわち、昇圧回路１２の出力電圧が瞬断検出用のしきい値電圧未満となった場合にＤＣ／ＤＣコンバーター回路１３の負荷回路ＬＣへの電源供給を遮断する。
この場合において、商用交流電力ＰＳの電圧が瞬断により低下したとしても、昇圧回路１２の出力電圧の低下は時間的な遅れを伴うため、実効的な瞬断耐力が向上する。
特に、負荷回路ＬＣの負荷が小さい場合には、昇圧回路１２において蓄えられた電力が徐々に供給されることとなり、実効的な瞬断耐力が負荷が大きい場合と比較して格段に大きくなった。
以上の説明のように上記構成によれば、簡易な構成で電源装置の瞬断耐力の向上が図れる。
【００１３】
次に具体的な実施形態について説明する。
図２は、実施形態の電源装置の回路図である。
電源装置２０は、大別すると、瞬断監視を行い、負荷回路ＬＣに対する出力を遮断させる遮断制御信号ＣＢ１を出力する瞬断監視回路２１と、ダイオードブリッジ回路で構成され、商用交流電力ＰＳの整流を行いＡＣ／ＤＣ変換を行う整流回路２２と、蓄電用の電解コンデンサー２３を有する昇圧チョッパー回路として構成され、力率改善を行うＰＦＣ回路２４と、ＰＦＣ回路２４の出力電圧のＤＣ／ＤＣ変換を行って外部の負荷回路ＬＣに電源として供給するＤＣ／ＤＣコンバーター回路２５と、を備えている。
【００１４】
瞬断監視回路２１は、商用交流電力ＰＳの全波整流を行い、交流入力電圧検出信号を生成する全波整流回路３１と、全波整流回路３１の出力電圧に基づいて、商用交流電力ＰＳが瞬断状態にある場合に第１瞬断検出信号ＳＤ１を出力する第１瞬断検出回路３２と、ＰＦＣ回路２４の出力電圧に基づいて、ＰＦＣ回路２４の出力電力が瞬断状態にある場合に第２瞬断検出信号ＳＤ２を出力する第２瞬断検出回路３３と、第１瞬断検出信号ＳＤ１がベース端子に入力される第１トランジスター３４と、第２瞬断検出信号ＳＤ２がベース端子に入力される第２トランジスター３５と、第１トランジスター３４及び第２トランジスター３５の双方がオフ状態にある場合にＰＦＣ回路２４の出力電圧がベース端子に印加されてオン状態になり、遮断制御信号を“Ｌ”レベルとする第３トランジスター３６と、逆流防止用のダイオード３７と、を備えている。
【００１５】
ＰＦＣ回路２４は、昇圧チョッパー回路４０を構成するコイル４１、ダイオード４２、ＮチャネルＭＯＳトランジスターで構成されたスイッチングトランジスター４３及びリップル除去用の電解コンデンサー２３と、ＤＣ／ＤＣコンバーター回路２５の出力電圧に基づいて、昇圧チョッパー回路４０を制御する制御回路４４と、を備えている。ここで、制御回路４４は、スイッチングトランジスター４３のスイッチング周波数およびオンデューティーを制御して、ＰＦＣ回路２４の出力電圧を制御している。
【００１６】
ＤＣ／ＤＣコンバーター回路２５は、いわゆるフォワードコンバーター回路を構成しており、スイッチングトランジスター５１、一次コイル５２、二次コイル５３および三次コイル５４を有するフォワードトランス５５と、逆流防止用ダイオード５６、フリーホイールダイオード５７、コイル５８、電解コンデンサー５９および定電圧制御回路６０と、ＤＣ／ＤＣコンバーター回路２５を中枢的に制御する制御回路６８と、を備えている。
【００１７】
第１瞬断検出回路３２は、全波整流回路３１の出力電圧を分圧する分圧回路６１と、分圧回路６１の分圧電圧ＶＩを基準電圧Ｖｒと比較して第１瞬断検出信号ＳＤ１を出力するコンパレーター６２と、全波整流回路３１の出力信号からリップル成分を除去するためのコンデンサー６３と、を備えている。
第２瞬断検出回路３３は、ＰＦＣ回路２４の出力電圧を分圧する分圧回路６５と、分圧回路６５の分圧電圧ＶＰを基準電圧Ｖｒと比較して第２瞬断検出信号ＳＤ２を出力するコンパレーター６６と、ＰＦＣ回路２４の出力信号からリップル成分を除去するためのコンデンサー６７と、を備えている。
【００１８】
次に電源装置２０の概要動作を説明する。
電源装置２０の全波整流回路３１は、商用交流電力ＰＳからの電力の全波整流を行い、第１瞬断検出回路３２に出力する。
これにより第１瞬断検出回路３２のコンデンサー６３は、全波整流回路３１の出力からリップル成分を除去する。
【００１９】
これと並行して、分圧回路６１は、リップル成分除去後の全波整流回路３１の出力の電圧を所定の分圧比で分圧して分圧電圧ＶＩを生成し、コンパレーター６２の非反転入力端子に出力する。
これによりコンパレーター６２は、非反転入力端子に印加された分圧電圧ＶＩ（商用交流電力ＰＳの電圧に相当）を反転入力端子に印加された基準電圧Ｖｒと比較して、非反転入力端子に印加された分圧電圧ＶＩが基準電圧Ｖｒより低い場合に、商用交流電力ＰＳに瞬断があったものとして第１トランジスター３４をオフ状態にする第１瞬断検出信号ＳＤ１を出力することとなる。
【００２０】
一方、電源装置の整流回路２２は、商用交流電力ＰＳからの電力のダイオードブリッジによる整流を行い、整流後の電力をＰＦＣ回路２４に出力する。
これによりＰＦＣ回路２４の制御回路４４は、昇圧チョッパー回路４０を構成するスイッチングトランジスター４３のスイッチング制御を行い、昇圧させて、昇圧後の電力をＤＣ／ＤＣコンバーター回路２５に出力する。
これと並行して、ＰＦＣ回路２４の出力電圧は、第２瞬断検出回路３３のコンデンサー６７に印加され、コンデンサー６７は、ＰＦＣ回路２４の出力からスイッチングノイズ成分を除去する。
【００２１】
さらに並行して、分圧回路６５は、ＰＦＣ回路２４の出力の電圧を所定の分圧比で分圧して分圧電圧ＶＰを生成し、コンパレーター６６の非反転入力端子に出力する。
これによりコンパレーター６６は、非反転入力端子に印加された分圧電圧ＶＰ（＝ＰＦＣ回路２４の出力電圧に相当）を反転入力端子に印加された基準電圧Ｖｒと比較して、非反転入力端子に印加された分圧電圧ＶＰが基準電圧Ｖｒより低い場合に、商用交流電力ＰＳに瞬断があったものとして第２トランジスター３５をオフ状態にする第２瞬断検出信号ＳＤ２を出力することとなる。
【００２２】
図３は、実施形態の動作説明図である。
図３（ａ）は、負荷回路ＬＣの負荷量が大きい状態で、商用交流電力ＰＳに瞬断が起こった場合の動作説明図である。また、図３（ｂ）は、負荷回路のＬＣの負荷量が小さい状態で、商用交流電力ＰＳに瞬断が起こった場合の動作説明図である。
負荷回路ＬＣの負荷量が大きい状態（高負荷時）には、図３（ａ）に示すように、時刻ｔ１において、商用交流電力ＰＳにおいて瞬断が起こった場合には、回路構成により定まる所定の時定数を持ってコンパレーター６２の非反転入力端子に印加された分圧電圧ＶＩが低下し、時刻ｔ２において基準電圧Ｖｒを下回り、第１トランジスター３４がオフ状態となる。
【００２３】
これと並行して、ＰＦＣ回路２４の出力電圧を分圧した分圧電圧ＶＰも時刻ｔ２において基準電圧Ｖｒを下回り、第２トランジスター３５がオフ状態となる。
この結果、第３トランジスター３６のベース端子には、逆流防止用のダイオード３７を介してＰＦＣ回路２４から電圧が印加され、第３トランジスター３６は、オン状態となる。
【００２４】
この結果、遮断制御信号ＣＢ１は“Ｌ”レベルとなり、ＤＣ／ＤＣコンバーター回路２５の制御回路６８は、遮断制御信号ＣＢ１に基づいて、負荷回路ＬＣへの電力出力を遮断することとなる。
すなわち、時刻ｔ２において、負荷回路ＬＣへの電力供給は遮断され、このときの分圧電圧ＶＩでみた入力瞬断耐力ΔＴ１と、分圧電圧ＶＰでみた入力瞬断耐力ΔＴ２は、
ΔＴ１≒ΔＴ２＝ｔ２−ｔ１
となる。
これに対し、負荷回路ＬＣの負荷量が小さい状態（低負荷時）には、図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ１１において、商用交流電力ＰＳにおいて瞬断が起こった場合、回路構成により定まる所定の時定数を持ってコンパレーター６２の非反転入力端子に印加された分圧電圧ＶＩが低下し、時刻ｔ１２において基準電圧Ｖｒを下回り、第１トランジスター３４がオフ状態となる。
【００２５】
これと並行して、ＰＦＣ回路２４の出力電圧を分圧した分圧電圧ＶＰも徐々に低下するが、ＰＦＣ回路２４の電解コンデンサー２３に蓄えられた電荷は、負荷量が小さいため、徐々に放出されることとなるため、第１トランジスター３４がオフ状態となる時刻ｔ１２においては、未だ基準電圧Ｖｒを越えており、第２トランジスター３５がオン状態のままである。
その後、ＰＦＣ回路２４の出力電圧を分圧した分圧電圧ＶＰは徐々に低下し、ようやく時刻ｔ１３において、基準電圧Ｖｒを下回り、第２トランジスター３５がオフ状態となる。
この結果、第３トランジスター３６のベース端子には、逆流防止用のダイオード３７を介してＰＦＣ回路２４から電圧が印加され、第３トランジスター３６は、オン状態となる。
【００２６】
この結果、遮断制御信号ＣＢ１は“Ｌ”レベルとなり、ＤＣ／ＤＣコンバーター回路２５の制御回路６８は、遮断制御信号ＣＢ１に基づいて、負荷回路ＬＣへの電力出力を遮断することとなる。
すなわち、時刻ｔ１３において、負荷回路ＬＣへの電力供給は遮断され、このときの分圧電圧ＶＰでみた入力瞬断耐力ΔＴ２２＝ｔ１３−ｔ１１となり、分圧電圧ＶＩでみた入力瞬断耐力ΔＴ２１＝ｔ１２−ｔ１１となるので、ΔＴ２２＞ΔＴ２１となり、実効的な瞬断耐力が向上することとなる。
より具体的には、入力瞬断耐力ΔＴ２１＝５〜１０ｍｓｅｃの場合に、入力瞬断耐力ΔＴ２２＝２０〜３０ｍｓｅｃ程度となり、入力瞬断耐力は２倍以上となる。
【００２７】
以上の説明のように、本実施形態によれば、昇圧回路を構成しているＰＦＣ回路２４に蓄えた電力を用いて実効的な瞬断耐力を容易に向上でき、この結果、負荷回路ＬＣへの電源遮断の回数を抑制することができ、負荷回路ＬＣの動作停止の回数を抑制でき、ひいては、負荷回路ＬＣあるいは負荷回路ＬＣを備えたシステムの信頼性を向上させることができる。
例えば、負荷回路ＬＣとして通信装置を想定した場合には、通信装置及び通信装置を備えた通信システムの商用交流電力ＰＳの瞬断に起因する通信装置の停止あるいは通信システムの停止を抑制でき、信頼性の高い装置あるいはシステムを提供することが可能となる。
【００２８】
以上の説明においては、瞬断監視回路２１において、第１瞬断検出回路３２及び第２瞬断検出回路３３の双方を設けた場合について説明したが、実効的な瞬断耐力を向上させるという目的においては、第２瞬断検出回路３３のみを設けるだけで充分である。
しかしながら、電源装置２０の動作開始時（電源投入時）には、ＰＦＣ回路２４がまだ動作していないため、常に第２瞬断検出回路３３を構成する第２トランジスター３５はオフ状態となるため、ＤＣ／ＤＣコンバーター回路２５は、遮断状態となって、負荷回路ＬＣに電源が供給されることはなくなってしまう。このため、第２瞬断検出回路３３のみを設ける場合、電源投入時のＰＦＣ回路２４が動作するまでの間、遮断制御信号ＣＢ１がＤＣ／ＤＣコンバーター回路２５に入力されないように構成する必要がある。
【００２９】
以上の説明においては、昇圧回路としてＰＦＣ回路２４を構成する場合について説明したが、ＰＦＣ回路２４に代えて、コンデンサーなどの負荷回路に電源を供給可能な容量を有する昇圧回路を用いるように構成することも可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  電源装置
１１  整流回路
１２  昇圧回路
１３  ＤＣ／ＤＣコンバーター回路（ＤＣ／ＤＣ変換回路）
１４  遮断制御回路
２０  電源装置
２１  瞬断監視回路
２２  整流回路
２３  電解コンデンサー（容量素子）
２４  ＰＦＣ回路（昇圧回路）
２５  ＤＣ／ＤＣコンバーター回路（ＤＣ／ＤＣ変換回路）
３２  第１瞬断検出回路
３３  第２瞬断検出回路
４０  昇圧チョッパー回路
ＣＢ、ＣＢ１  遮断制御信号
ＬＣ  負荷回路
ＳＤ１  第１瞬断検出信号
ＳＤ２  第２瞬断検出信号
ＰＳ  商用交流電力
【図１】
2011036001.tif 000003
【図２】
2011036001.tif 000004
【図３】
2011036001.tif 000005