(57)【要約】【課題】  電源装置と受電装置を任意の電源ケーブルで接続しても、受電装置の入力電圧若しくは入力電流を所定の入力設定値に制御可能な電源供給システムを提供する。【解決手段】  受電装置は、電源ケーブルから入力される入力電圧若しくは入力電流を検出し、検出した入力電圧若しくは入力電流を受電側情報として電源ケーブルを介して電源装置へ送信する。電源装置は、電源ケーブルから受信した受電側情報に基いて、受電装置に入力される入力電圧若しくは入力電流が所定の入力設定値に収束するように、電源ケーブルへ出力する電源ケーブルへ出力する出力電圧若しくは出力電流の出力値を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置と受電装置間に接続された電源ケーブルを介して、前記受電装置に接続する負荷へ電源を供給する電源供給システムであって、
前記受電装置は、前記電源ケーブルから入力される入力電圧若しくは入力電流を検出する入力検出手段と、
前記入力検出手段で検出した入力電圧若しくは入力電流を受電側情報として前記電源ケーブルを介して前記電源装置へ送信する受電側送信手段とを備えると共に、
前記電源装置は、前記電源ケーブルから受電側情報を受信する電源側受信手段と、
前記電源側受信手段が受信した前記受電側情報に基いて、前記受電装置に入力される入力電圧若しくは入力電流が所定の入力設定値に収束するように、前記電源ケーブルへ出力する出力電圧若しくは出力電流の出力値を制御する出力制御回路とを備えることを特徴とする電源供給システム。
【請求項２】
前記電源装置は、更に、電源側情報を前記電源ケーブルを介して前記受電装置へ送信する電源側送信手段を備えると共に、
前記受電装置は、更に、前記電源ケーブルから前記電源側情報を受信する受電側受信手段を備えることを特徴とする請求項１記載の電源供給システム。
【請求項３】
前記電源側情報は、前記受電装置に接続する負荷の動作を制御する負荷制御情報であり、
前記受電装置は、前記受電側受信手段が受信した前記負荷制御情報に基いて前記受電装置に接続する負荷の動作を制御することを特徴とする請求項２に記載の電源供給システム。
【請求項４】
前記電源装置は、前記受電装置に接続する負荷へ直流電源を供給するＤＣ−ＤＣコンバータであり、
前記受電側送信手段は、前記受電側情報で変調した変調信号を前記電源ケーブルへ出力し、
前記電源側受信手段は、前記電源ケーブルより入力する前記変調信号から前記受電側情報を復調することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の電源供給システム。
【請求項５】
前記受電装置は、前記負荷の周辺に設置したセンサーが検出した設置位置の環境値を前記受電側情報に含めて前記受電側送信手段から送信するとともに、
前記電源装置の出力制御回路は、前記環境値が含まれた受電側情報に基づいて、前記入力電圧若しくは入力電流が所定の入力設定値に収束するように、前記出力電圧若しくは出力電流の出力値を制御することを特徴とする請求項１又は請求項４のいずれか１項に記載の電源供給システム。
【請求項６】
前記電源装置は、前記入力設定値を連続制御する制御データを記憶する記憶手段を更に備え、
前記電源装置の出力制御回路は、前記入力電圧若しくは入力電流の入力設定値が前記制御データによりシーケンス制御されるように、前記出力電圧若しくは出力電流の出力値を制御することを特徴とする請求項５に記載の電源供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置から電源ケーブルを介して受電装置に接続する負荷へ電源を供給する電源供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
負荷の定格電力以上の電力を出力可能な電源装置では、負荷毎に定められた定格電圧と定格電流の範囲内で負荷へ電源を供給する必要があり、従来、負荷に接続する電源装置の出力線間の出力電圧や出力電流を監視し、出力電圧や出力電流を負荷の定格電圧や定格電流に適合する所定の出力値に制御する電源供給システムが知られている（特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、電源装置側の出力を所定の出力値に定電圧、定電流制御しても、負荷が接続された受電装置側の入力電圧は、電源装置と受電装置間を接続する電源ケーブルの抵抗により異なり、正確に負荷の定格電圧とすることができない。また、複数の電源装置が並列に動作する場合や、電源装置に複数の受電装置が接続されている場合には、電源装置側の出力電流を所定の出力値に制御しても、受電装置側の入力電流を定格電流の範囲内とすることができない。
【０００４】
そこで、直流電源装置と負荷（受電装置）を接続する電源ケーブルでの電圧降下を保証して、負荷の入力電圧を所定の入力値に保つ電源供給システム１００が提案されている（特許文献２）。
【０００５】
以下、この従来の電源供給システム１００を、図４を用いて説明すると、電源供給システム１００は、交流の変圧器１０１と、交流を直流へ変換する整流器１０２と、整流器１０２の出力電圧を制御するゲート制御装置１０３と、整流器１０２と負荷１０４を接続する電源ケーブル１０５に流れる出力電流を検出する直流変成器１０６と、ゲート制御装置１０３に補正電圧信号を出力する電圧降下補償装置１０７を備えている。
【０００６】
電圧降下補償装置１０７は、直流変成器１０６が検出した電源ケーブル１０５に流れる出力電流に、電源ケーブル１０５の抵抗値を乗じて、電源ケーブル１０５による電圧降下分を算出し、電圧降下分をもとに補正電圧信号をゲート制御装置１０３へ出力する。ゲート制御装置１０３は、電圧降下分を差し引いた出力電圧を基準電圧と比較して、整流器１０２の出力電圧を定電圧制御するので、負荷１０４へは、電源ケーブル１０５による電圧降下分を考慮した電源装置側で設定する基準電圧の直流電源が加えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１３６１１６号公報
【特許文献２】特開平５−４９１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の従来の電源供給システム１００によれば、抵抗値が既知の電源ケーブル１０５を用いる限り、負荷側の入力電圧を所定の電圧に定電圧制御できるが、電源装置へ負荷１０４を接続しようとする一般ユーザーは、電源ケーブル１０５の抵抗値までは知らないことが多く、また、抵抗値を知っていたとしても、電圧降下補償装置１０７へその抵抗値を入力する必要がある。
【０００９】
更に、既知の抵抗値の電源ケーブル１０５を用いることを前提にその抵抗値を電圧降下補償装置１０７へセットしてある場合であっても、ユーザーが異なる長さや異なる種類の電源ケーブルを代用して負荷１０４と接続すると、電圧降下補償装置１０７が算定する電圧降下分が実際の電源ケーブルの電圧降下分と異なり、負荷１０４へ定格電圧と異なる入力電圧が加えられる。
【００１０】
また、複数の受電装置が並列に接続されている場合には、個々の受電装置への入力電流を電源装置の出力電流からは検知できないので、特定の受電装置の入力電流が定格電流を越えても、電源装置の出力電流を低下させることができなかった。
【００１１】
本発明は、上述の問題点を考慮してなされたものであり、電源装置と受電装置を任意の電源ケーブルで接続しても、受電装置の入力電圧若しくは入力電流を所定の入力設定値に制御可能な電源供給システムを提供することを目的とする。
【００１２】
また、複数の電源装置が並列に動作する場合や、電源装置に複数の受電装置が接続されている場合であっても、個々の受電装置側の入力電流を定格電流の範囲内に制御する電源供給システムを提供することを目的とする。
【００１３】
また、負荷の動作環境に応じて、受電装置の入力電圧若しくは入力電流を最適値に制御する電源供給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】
【００１４】
上述の目的を達成するため、請求項１の電源供給システムは、電源装置と受電装置間に接続された電源ケーブルを介して、受電装置に接続する負荷へ電源を供給する電源供給システムであって、受電装置は、電源ケーブルから入力される入力電圧若しくは入力電流を検出する入力検出手段と、入力検出手段で検出した入力電圧若しくは入力電流を受電側情報として電源ケーブルを介して電源装置へ送信する受電側送信手段とを備えると共に、電源装置は、電源ケーブルから受電側情報を受信する電源側受信手段と、電源側受信手段が受信した受電側情報に基いて、受電装置に入力される入力電圧若しくは入力電流が所定の入力設定値に収束するように、電源ケーブルへ出力する出力電圧若しくは出力電流の出力値を制御する出力制御回路とを備えることを特徴とする電源供給システム。
【００１５】
受電装置から電源装置へ送信される受電側情報は、電源装置と受電装置間に接続された電源ケーブルを介して送信される。
【００１６】
電源装置の出力制御回路は、電源側受信手段から受信した受電装置の入力電圧若しくは入力電流の受電側情報をもとに出力電圧若しくは出力電流の出力値を制御し、受電装置に入力される入力電圧若しくは入力電流が所定の入力設定値に収束させる。
【００１７】
請求項２の電源供給システムは、電源装置は、更に、電源側情報を電源ケーブルを介して受電装置へ送信する電源側送信手段を備えると共に、受電装置は、更に、電源ケーブルから電源側情報を受信する受電側受信手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
電源装置から受電装置へ送信される電源側情報は、電源装置と受電装置間に接続された電源ケーブルを介して送信される。
【００１９】
請求項３の電源供給システムは、電源側情報が、受電装置に接続する負荷の動作を制御する負荷制御情報であり、受電装置は、受電側受信手段が受信した負荷制御情報に基いて受電装置に接続する負荷の動作を制御することを特徴とする。
【００２０】
受電装置は、受電側受信手段から受信した負荷制御情報をもとに受電装置に接続する負荷の消費電力を制御する。
【００２１】
請求項４の電源供給システムは、電源装置が、受電装置に接続する負荷へ直流電源を供給するＤＣ−ＤＣコンバータであり、受電側送信手段は、受電側情報で変調した変調信号を電源ケーブルへ出力し、電源側受信手段は、電源ケーブルより入力する変調信号から受電側情報を復調することを特徴とする。
【００２２】
受電側情報で変調した変調信号は、周波数成分を含まない直流電源の電圧に重畳して電源装置へ送信するので、振幅の少ない微弱な変調信号であっても、電源装置の電源側受信手段は確実に変調信号から受電側情報を復調できる。
【００２３】
請求項５の電源供給システムは、受電装置が、負荷の周辺に設置したセンサーが検出した設置位置の環境値を受電側情報に含めて受電側送信手段から送信するとともに、電源装置の出力制御回路は、環境値が含まれた受電側情報に基づいて、入力電圧若しくは入力電流が所定の入力設定値に収束するように、出力電圧若しくは出力電流の出力値を制御することを特徴とする。
【００２４】
センサーが検出した負荷の周辺の環境値に合わせて、電源装置の出力電圧若しくは出力電流の出力値を制御して、受電装置の入力電圧若しくは入力電流を所定の入力設定値とすることができる。
【００２５】
請求項６の電源供給システムは、電源装置は、入力設定値を連続制御する制御データを記憶する記憶手段を更に備え、電源装置の出力制御回路は、入力電圧若しくは入力電流の入力設定値が制御データによりシーケンス制御されるように、出力電圧若しくは出力電流の出力値を制御する。
【００２６】
受電装置の入力電圧若しくは入力電流を、電源装置の出力制御回路がシーケンス制御することにより、受電装置に接続する負荷の動作を電源装置側からシーケンス制御できる。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１の発明によれば、電源装置から受電装置へ電源を供給する電源ケーブルを利用して、受電装置から電源装置へ受電側情報を送信するので、電源装置と受電装置間に別に信号線を設けることなく、任意の電源ケーブルを用いることができ、任意の電源ケーブルで接続しても、受電装置の入力電圧若しくは入力電流を所定の入力設定値に制御できる。
【００２８】
また、複数の電源装置が並列に動作する場合や、電源装置に複数の受電装置が接続されている場合であっても、個々の受電装置側の入力電流を所定の入力設定値に制御できる。
【００２９】
請求項２の発明によれば、電源装置と受電装置間に接続された電源ケーブルを利用して、電源装置の出力能力、電源装置が制御する受電装置の入力電圧若しくは入力電流を所定の入力設定値等の電源側情報を電源装置から受電装置へ伝えることができる。
【００３０】
請求項３の発明によれば、入力設定値により制御する受電装置側の消費電力が、電源装置の出力能力を越える場合に、受電装置に接続する負荷の動作を制御して受電装置側の消費電力を低下させ、電源装置の出力能力内に再設定した入力設定値で受電装置の入力電圧若しくは入力電流を制御できる。
【００３１】
また、電源装置に複数の受電装置が接続されている場合に、個々の受電装置を特定するＩＤ情報とともに負荷制御情報を送信することにより、各受電装置側の消費電力を制御し、全ての受電装置による消費電力が電源装置から出力される電力未満となるように調整できる。
【００３２】
請求項４の発明によれば、直流の入力電圧への影響が少ない振幅の少ない変調信号で受電側情報を電源装置へ送信できる。
【００３３】
請求項５の発明によれば、負荷の周辺の環境値に合わせて負荷を動作させる制御回路を受電装置側に設けることなく、電源装置で負荷の動作を制御できる。従って、電源装置から負荷の動作に応じた電力の電源を受電装置へ供給し、無駄な電力を電源ケーブルへ出力しない。
【００３４】
請求項６の発明によれば、電源装置から受電装置に接続する負荷の動作を、負荷の周辺の環境値に合わせてきめ細かく連続制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電源供給システム１を示す概略図である。
【図２】電源装置２のブロック図である。
【図３】受電装置３と負荷４のブロック図である。
【図４】従来の電源供給システム１００を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の１実施の形態における電源供給システム１を、図１乃至図３で説明する。図１に示すように、この電源供給システム１は、直流電源を出力する電源装置２と、直流電源で動作する負荷４が接続された受電装置３と、一対の高圧側接続線５ａと低圧側接続線５ｂからなり、電源装置２と受電装置３間を接続する電源ケーブル５とから構成されている。
【００３７】
図２に示すように、本実施の形態に係る電源装置２は、図中１０で示す電圧が変動する可能性のある不安定な直流電源を、安定な出力電圧と出力電流の直流電源として一対の出力端子２ａ、２ｂ間に出力するＤＣ−ＤＣコンバータであり、具体的には、トランス６の一次巻線６ａに流れる電流が停止した際にトランス６に蓄積されるエネルギーを二次巻線６ｂの出力として放出するフライバック型ＤＣ−ＤＣコンバータである。
【００３８】
図中の１０は、商用交流電源を整流、平滑化して得られる電圧が変動する可能性のある不安定な直流電源であり、１０ａは、その高圧側端子、１０ｂは、接地電位とした低圧側端子である。トランス６の一次側には、直流電源１０で動作する一次側制御回路素子１１と、ドレインを一次巻線６ａの一端に、ソースを一次電流検出抵抗７を介して低圧側端子１０ｂにそれぞれ接続させたＭＯＳ形ＦＥＴからなるスイッチ素子８と、トランス６の帰還巻線６ｃと平ループを形成する一対の分圧抵抗２２ａ、２２ｂとが備えられている。
【００３９】
一次側制御回路素子１１は、図に示す帰還信号入力回路１２、一次電流検出回路１３、フライバック電圧検出回路１４、Ａ／Ｄコンバータ１５、記憶部１６、定電圧・定電流制御回路９及びドライブ回路１７とが１チップの回路部品に集積化されたＩＣ素子である。
【００４０】
帰還信号入力回路１２の帰還入力ＦＢは、トランス６の二次側のフォトダイオード１８とフォトカップリングするフォトトランジスタ１９に接続している。これにより、帰還信号入力回路１２には、後述するトランス６の二次側の帰還信号生成回路２５が生成する帰還信号が、フォトカップリング素子１８、１９を介して帰還入力ＦＢから帰還入力される。
【００４１】
一次電流検出回路１３は、アナログ入力端子Ｉｓを一次電流検出抵抗７とスイッチ素子８の接続点に接続している。アナログ入力端子Ｉｓの電位は、一次巻線６ａの一次巻線電流Ｉｐが流れることによる一次電流検出抵抗７の電圧降下分で表わすので、一次電流検出回路１３は、アナログ入力端子Ｉｓの電位を一次電流検出抵抗７の抵抗値で除して一次巻線電流Ｉｐとする。
【００４２】
フライバック電圧検出回路１４は、アナログ入力端子Ｖｓを一対の分圧抵抗２２ａ、２２ｂの接続点に接続し、分圧抵抗２２ｂの高圧側電位を入力している。一対の分圧抵抗２２ａ、２２ｂは、トランス６の一次巻線６ａと逆向きに巻かれた帰還巻線６ｃと閉ループを形成するので、一次巻線６ａに一次巻線電流Ｉｐが流れる間、アナログ入力端子Ｖｓから負の電位が入力され、一次巻線電流Ｉｐが停止し、帰還巻線６ｃを含むトランス６の各巻線６ａ、６ｂ、６ｃにフライバック電圧が発生している間、正の電位が入力される。つまり、フライバック電圧検出回路１４は、アナログ入力端子Ｖｓの電位と極性から、トランス６の各巻線６ａ、６ｂ、６ｃに発生する電圧の状態を監視している。
【００４３】
一次電流検出回路１３とフライバック電圧検出回路１４の入力は、いずれもアナログ値の電位であるので、Ａ／Ｄコンバータ１５で二値化し、二値データで演算処理する定電圧・定電流制御回路９へ出力している。定電圧・定電流制御回路９には、この他に記憶部１６に記憶されたシーケンス制御データと、帰還信号入力回路１２から帰還信号で表す二次側データが入力され、定電圧・定電流制御回路９は、これらの入力データからスイッチ素子８をオンオフ制御するスイッチ制御信号をドライブ回路１７へ出力するが、その詳細は後述する。
【００４４】
ドライブ回路１７は、その出力ｏｕｔを抵抗を介してスイッチ素子８であるＭＯＳ形ＦＥＴのゲートに接続し、入力されるスイッチ制御信号で表すタイミングでゲートに順方向バイアス電圧を加えてスイッチ素子８をオンオフ制御し、ＤＣ−ＤＣコンバータ２全体を発振制御している。
【００４５】
トランス６の二次側（出力側）には、二次巻線６ｂの出力を整流平滑化して、高圧側出力線２０ａと低圧側出力線２０ｂ間に出力する整流平滑化回路を構成する整流用ダイオード２３及び平滑コンデンサ２４と、低圧側出力線２０ｂに直列に接続された微小抵抗値の出力電流検出抵抗３１と、高圧側出力線２０ａと接地電位の低圧側出力線２０ｂ間の出力で動作する二次側制御回路素子２１とが備えられている。高圧側出力線２０ａと低圧側出力線２０ｂは、それぞれ電源装置２の出力端子２ａ、２ｂで電源ケーブル５の高圧側接続線５ａと低圧側接続線５ｂに接続し、トランス６の二次側の出力を定電圧、定電流制御下で出力する。
【００４６】
二次側制御回路素子２１は、反転入力端子に第１可変基準電源ＥＶ１が接続された電圧監視用コンパレータ２６と、反転入力端子に第２可変基準電源ＥＶ２が接続された電流監視用コンパレータ２７と、Ａ／Ｄコンバータ２８と、復調回路２９と、帰還信号生成回路２５とが１チップの回路部品に集積化されたＩＣ素子である。
【００４７】
電圧監視用コンパレータ２６は、アナログ入力端子Ｖｓから入力される高圧側出力線２０ａの電圧を第１可変基準電源ＥＶ１から出力される第１基準電圧と比較し、その差電圧をＡ／Ｄコンバータ２８へ出力する。第１可変基準電源ＥＶ１が出力する第１基準電圧は、任意の電圧とすることができ、ここでは、電源装置２の許容出力電圧Ｖｏｍａｘの電圧に設定される。従って、高圧側出力線２０ａと低圧側出力線２０ｂ間の出力電圧Ｖｏが許容出力電圧Ｖｏｍａｘを越えると、負の差電圧が二値化して帰還信号生成回路２５へ出力される。
【００４８】
電流監視用コンパレータ２７の非反転入力端子は、アナログ入力端子Ｉｓを介して出力電流検出抵抗３１の出力端子２ｂ側の一端に接続し、低圧側出力線２０ｂに流れる出力電流が出力電流検出抵抗３１に流れることによる電圧降下分を非反転入力端子へ入力している。第２可変基準電源ＥＶ２が出力する第２基準電圧も、任意の電圧に可変することができ、ここでは、電源装置２の許容出力電流Ｉｏｍａｘが出力線２０ａ、２０ｂに流れた際の出力電流検出抵抗３１の電圧降下に等しい電圧に設定される。電流監視用コンパレータ２７は、アナログ入力端子Ｉｓの電位を許容出力電流Ｉｏｍａｘに相当する電位に設定した第２基準電圧と比較し、その差電圧をＡ／Ｄコンバータ２８へ出力するので、出力線２０ａ、２０ｂに流れる出力電流が許容出力電流Ｉｏｍａｘを越えると、超えた電流値に応じた負の差電圧が二値化して帰還信号生成回路２５へ出力される。
【００４９】
電源側受信手段となる復調回路２９は、電源ケーブル５を介して受電装置３から送信される受電側情報を電源装置２側で受信する受信回路として作用するもので、一対の入力端子Ｄ＋、Ｄ−を電源ケーブル５に接続する高圧側出力線２０ａと低圧側出力線２０ｂに接続させて、出力線２０ａ、２０ｂに重畳する変調信号を入力している。一対の入力端子Ｄ＋、Ｄ−から入力される変調信号は、復調回路２９において復調され、変調信号から復調した受電側情報が帰還信号生成回路２５へ出力される。
【００５０】
帰還信号生成回路２５は、Ａ／Ｄコンバータ２８から出力される差電圧と復調回路２９から出力される受電側情報を含む帰還信号を生成し、帰還信号に応じて帰還出力ＦＢに接続するフォトダイオード１８を点滅制御する。上述の通り、フォトダイオード１８は、トランス６の一次側のフォトトランジスタ１９とフォトカップリングしているので、帰還信号生成回路２５が生成した帰還信号は、フォトカップリング素子１８、１９を介して一次側の帰還信号入力回路１２へ出力される。
【００５１】
この電源装置２の基本動作を簡単に説明すると、ドライブ回路１７でスイッチ素子８をオン制御し、直列に接続された一次巻線６ａに励磁電流である一次巻線電流Ｉｐが流れ始めると、トランス２の各巻線に誘導起電力が生じる。
【００５２】
オン制御してからＴ１時間のオン時間Ｔ１後に、ドライブ回路１７でスイッチ素子８をオフ制御し、スイッチ素子８がターンオフすると、一次巻線６ａに流れる電流が実質的に遮断され、トランス６の各巻線６ａ、６ｂ、６ｃに、いわゆるフライバック電圧が生じる。このとき、二次巻線６ｂに発生するフライバック電圧は、整流用ダイオード２３と平滑コンデンサ２４により整流平滑化され、出力線２０ａ、２０ｂと電源ケーブル５を介して受電装置３の負荷４へ直流電源となる電力を出力する。
【００５３】
負荷４の電力消費によって二次巻線６ｂに蓄積されていた電気的エネルギの放出が終わるとフライバック電圧は消失し、一次巻線６ａやスイッチ素子８の浮遊容量と一次巻線６ａとの直列共振により振動を開始し、その振幅は次第に減少する。
各巻線に発生していた電圧が降下し、再び周期Ｔ後にドライブ回路１７でスイッチ素子８をオン制御し、スイッチ素子８をターンオンさせ、このようにして一連の発振動作が繰り返される。
【００５４】
この発振動作において高圧側出力線２０ａと定圧側出力線２０ｂに流れる出力電流Ｉｏを任意の設定出力電流Ｉｏｓｅｔに定電流制御する方法について説明すると、出力電流Ｉｏは、発振周期Ｔでの二次巻線６ｂに流れる二次巻線電流Ｉｓの平均値で表され、二次巻線６ｂに発生するピーク電流をＩｓｍａｘ、発振周期Ｔ内で二次巻線６ｂにフライバック電圧が発生している時間、すなわち二次巻線６ｂに二次巻線電流Ｉｓが流れる時間をＴ２とすれば、
Ｉｏ＝Ｉｓｍａｘ×Ｔ２÷Ｔ÷２・・・（１）式
で表される。
【００５５】
また、一次巻線６ａの巻数をＮｐ、二次巻線６ｂの巻数をＮｓとすれば、一次巻線電流Ｉｐと二次巻線電流Ｉｓとは、
Ｎｐ×Ｉｐ＝Ｎｓ×Ｉｓ・・・（２）式
の関係があり、一次巻線６ａに発生するピーク電流をＩｐｍａｘとすれば、（２）式から、
Ｉｓｍａｘ＝Ｉｐｍａｘ×Ｎｐ÷Ｎｓ・・・（３）式
が導き出せる。
【００５６】
更に、発振周期Ｔは、一次巻線６ａを励磁するスイッチ素子８のオン時間をＴ１、オフ調整時間をＴ３とすれば、
Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３・・・（４）式
であるので、（１）式に、（３）式と（４）式を代入すると、
Ｔ３＝Ｔ２×（Ｎｐ÷Ｎｓ×Ｉｐｍａｘ÷２÷Ｉｏ−１）−Ｔ１・・・（５）式
の関係が得られる。
【００５７】
ここで、一次巻線電流Ｉｐは、オン時間Ｔ１の経過にほぼ比例して上昇するので、オン時間Ｔ１を固定値とすれば、その時の一次巻線のピーク電流Ｉｐｍａｘは定数であり、また、ＮｐとＮｓは、回路素子により定まる定数であるので、Ｔ２を検出して、その値を（５）式へ代入すれば、オフ調整時間をＴ３を調整することにより任意の出力値である出力電流Ｉｏが得られる。つまり、出力電流Ｉｏを所定の出力電流Ｉｏｓｅｔとする場合には、（５）式における出力電流Ｉｏを設定出力電流Ｉｏｓｅｔに置き換え、Ｔ２時間の経過後、
Ｔ３＝Ｔ２×（Ｎｐ÷Ｎｓ×Ｉｐｍａｘ÷２÷Ｉｏｓｅｔ−１）−Ｔ１・・・（６）式
から得られるオフ調整時間Ｔ３を設ければ、出力電流Ｉｏは設定出力電流Ｉｏｓｅｔに定電流制御される。
【００５８】
この電源装置１では、フライバック電圧検出回路１４から出力されるアナログ入力端子Ｖｓの電位と極性によって各発振周期Ｔ毎のＴ２時間が得られるので、定電圧・定電流制御回路９において、検出したＴ２時間、設定出力電流Ｉｏｓｅｔを（６）式に代入してＴ３時間を算定し、Ｔ３時間のオフ調整時間が含まれるスイッチ制御信号を生成してドライブ回路１７へ出力し、各発振周期ＴにＴ３のオフ調整時間を含めてスイッチ素子８をオンオフ制御し、出力電流Ｉｏは設定出力電流Ｉｏｓｅｔに定電流制御する。
【００５９】
次に、出力電圧Ｖｏを任意の設定出力電圧Ｖｏｓｅｔに定電圧出力制御する方法を説明すると、電源装置２の発振動作において、二次巻線６ｂに発生するピーク電流Ｉｓｍａｘは、二次巻線６ｂの出力電圧をＶｓ、二次巻線６ｂのインダクタンスをＬｓとすれば、
Ｉｓｍａｘ＝Ｖｓ÷Ｌｓ×Ｔ２・・・（７）式
で表すことができ、この（７）式と（３）式から
Ｉｐｍａｘ＝Ｖｓ×Ｎｓ÷Ｎｐ÷Ｌｓ×Ｔ２・・・（８）式
の関係が得られる。
【００６０】
二次巻線６ｂの出力電圧Ｖｓは、出力線２０ａ、２０ｂ間に表れる出力電圧Ｖｏであり、Ｎｓ、Ｎｐ、Ｌｓは、回路素子により定まる定数であるので、Ｔ２を検出し、その値を（８）式へ代入すれば、一次巻線ピーク電流Ｉｐｍａｘを調整することにより任意の出力電圧Ｖｏが得られる。そこで、（８）式における出力電圧Ｖｓを、定電圧制御しようとする設定出力電圧Ｖｏｓｅｔに置き換え、一次巻線電流Ｉｐが、
Ｉｐｍａｘ＝Ｖｏｓｅｔ×Ｎｓ÷Ｎｐ÷Ｌｓ×Ｔ２・・・（９）式
から得られる一次巻線ピーク電流Ｉｐｍａｘに達した時に、スイッチ素子８をオフ制御すれば、出力電圧Ｖｏは設定出力電圧Ｖｏｓｅｔに定電圧出力制御される。
【００６１】
この電源装置１では、同様に、フライバック電圧検出回路１４から出力されるアナログ入力端子Ｖｓの電位と極性によって各発振周期Ｔ毎のＴ２時間が得られるので、定電圧・定電流制御回路９では、このＴ２時間、設定出力電圧Ｖｏｓｅｔ及び（９）式から一次巻線ピーク電流Ｉｐｍａｘを算定し、一次側電流検出回路１３から入力される一次巻線電流Ｉｐが算定した一次巻線ピーク電流Ｉｐｍａｘに達するタイミングでスイッチ素子８をオフ制御するスイッチ制御信号を生成してドライブ回路１７へ出力する。これにより、スイッチ素子８は、各発振周期Ｔ毎に、一次巻線電流Ｉｐが算定した一次巻線ピーク電流Ｉｐｍａｘに達するとターンオフし、一次巻線電流Ｉｐが遮断されることにより、出力線２０ａ、２０ｂ間の出力電圧Ｖｏは設定出力電圧Ｖｏｓｅｔに定電圧出力制御される。
【００６２】
受電装置２は、図３に示すように、一対の入力端子３ａ、３ｂがそれぞれ電源ケーブル５の高圧側接続線５ａと低圧側接続線５ｂに接続し、入力端子３ａに接続する高圧側電源線３２ａと入力端子３ｂに接続する低圧側電源線３２ｂの間に電源装置２から供給される直流電源で動作する受電側制御回路素子３３と、低圧側電源線３２ｂに直列に接続された微小抵抗値の入力電流検出抵抗４０とを備えている。
【００６３】
受電側制御回路素子３３は、電源ケーブル３から高圧側電源線３２ａと低圧側電源線３２ｂ間に入力される入力電圧Ｖｉを検出する電圧検出用コンパレータ３４と、低圧側電源線３２ｂに流れる入力電流Ｉｉを検出する電流検出用コンパレータ３５と、Ａ／Ｄコンバータ３６と、受電装置２のＩＤ情報を記憶するＩＤ記憶部３７と、受電側情報生成回路３８と、受電側送信手段となる変調回路３９とが１チップの回路部品に集積化されたＩＣ素子である。
【００６４】
電圧検出用コンパレータ３４は、アナログ入力端子Ｖｓを介して高圧側電源線３２ａに接続する非反転入力の電位を、低圧側電源線３２ｂに接続する反転入力の電位とを比較し、その差電圧である電源線３２ａ、３２ｂ間の入力電圧ＶｉをＡ／Ｄコンバータ３６へ出力する。
【００６５】
また、電流検出用コンパレータ３５は、入力電流検出抵抗４０の一端にアナログ入力端子Ｉｓを介して接続する非反転入力の電位を、入力電流検出抵抗４０の他端に接続する反転入力の電位とを比較し、入力電流検出抵抗４０の両端の電圧で表される低圧側接続線５ｂに流れる入力電流ＩｉをＡ／Ｄコンバータ３６へ出力する。
【００６６】
Ａ／Ｄコンバータ３６は、アナログ値として入力される入力電圧Ｖｉ及び入力電流Ｉｉをマイコンで構成される受電側情報生成回路３８において処理可能なように二値化して受電側情報生成回路３８へ出力する。受電側情報生成回路３８の入力は、このＡ／Ｄコンバータ３６の他、ＩＤ記憶部３７と、負荷４の周辺に配置されたセンサー４１の出力側にも接続し、ＩＤ記憶部３７に記憶された受電装置３を特定するＩＤ情報と、センサー４１が検知する負荷４周辺の環境値も受電側情報生成回路３８に入力される。センサー４１は、ここでは、光量を測定する照度計であり、受電側情報生成回路３８に入力される環境値は、負荷４の周囲の光量を二値化した照度情報である。
【００６７】
受電側情報生成回路３８は、入力される入力電圧Ｖｉ、入力電流Ｉｉ、ＩＤ情報、照度情報と、入力電圧Ｖｉ及び／又は入力電流Ｉｉを所定値に設定した入力設定値を含む受電側情報を、所定の周期で生成し、変調回路３９へ出力する。入力設定値は、負荷４が正常動作するために必要な入力電圧Ｖｉ及び／又は入力電流Ｉｉをもとに受電装置３側で設定するものであるが、電源装置２で設定する場合には、受電側情報に含めなくてもよい。変調回路３９は、受電側情報生成回路３８から受電側情報が入力されると、その受電側情報で変調した変調信号を一対の電源線３２ａ、３２ｂにそれぞれ接続する出力端子Ｄ＋、Ｄ−間へ出力し、電源線３２ａ、３２ｂに接続する電源ケーブル５を介して電源装置２の復調回路２９へ送信する。
【００６８】
本実施の形態において、負荷４は、ビニールハウス内で生育する野菜を照光する照明装置であり、高圧側電源線３２ａと低圧側電源線３２ｂ間に接続して、電源装置２から電源線３２ａ、３２ｂ間に入力される直流電力で動作する。負荷４は、受電装置３の高圧側電源線３２ａと低圧側電源線３２ｂに接続しているが、負荷４に入力される入力電圧を受電装置３の電圧検出用コンパレータ３４で、より正確に検出する為に受電装置３の近傍に配置され、特に、受電装置３に内蔵されることが好ましい。
【００６９】
一方、電源装置２の不安定な直流電源１０は、商用交流電源を整流、平滑化して得るので、ビニールハウス内の所望の位置に設置する負荷４との距離は長く、電源装置２と受電装置３は、１０ｍ以上の長い電源ケーブル５で接続することがあり、その長さに比例して増大する電源ケーブル５の抵抗値によって、電源装置２から出力される出力電圧Ｖｏに比べて受電装置３に入力される入力電圧Ｖｉは大きく低下する。
【００７０】
この電源供給システム１では、照度計（センサー）４１が検出した照明装置（負荷）４周囲の照度に応じて、電源ケーブル５の長さにかかわらず、照明装置４に印加される入力電圧Ｖｉと入力電流Ｉｉをそれぞれ所定の設定入力電圧Ｖｉｓｅｔと設定入力電流Ｉｉｓｅｔ（入力設定値）に定電圧・定電流制御するものであり、以下、その動作を説明する。
【００７１】
照明装置４が発光する全光束は、入力電圧Ｖｉと入力電流Ｉｉに応じて増減するので、照明装置４周囲の照度に応じて設定する設定入力電圧Ｖｉｓｅｔと設定入力電流Ｉｉｓｅｔは、野菜の生育に最適条件の光束で照明装置４が発光するように、経過時間とともに変化するシーケンス制御データで表して設定し、電源装置２側の記憶部１６へ記憶させておく。すなわち、ここでは、電源装置２側で、受電装置３に入力される入力電圧Ｖｉと入力電流Ｉｉの制御目標値となる入力設定値を設定しておく。例えば、野菜の生育を促進させるために日中の時間を増加させる場合には、日没後に照度計４１が検出する照度情報が一定値まで低下したときに、一定時間設定入力電圧Ｖｉｓｅｔを上げて、照明装置４の光束を上昇させる。また、雨天等で日中であっても充分な照度が得られず照度計４１が検出する照度情報が一定値まで上昇しない場合には、設定入力電圧Ｖｉｓｅｔを上げて、照明装置４の光束を上昇させる。
【００７２】
照度計４１が検出した照度情報ｌｘについて、記憶部１６へ記憶されたシーケンス制御データで表される設定入力電圧Ｖｉｓｅｔより、実際の電源線３２ａ、３２ｂ間の入力電圧Ｖｉが低い状態であるとすると、受電側情報生成回路３８は、照度計４１から入力される照度情報ｌｘと、Ａ／Ｄコンバータ３６から入力される入力電圧Ｖｉ及び入力電流Ｉｉと、ＩＤ情報を含む受電側情報を所定の周期で生成し、変調回路３９からこの受電側情報で変調した変調信号を電源ケーブル５を介して電源装置２の復調回路２９へ送信する。
【００７３】
復調回路２９は、変調信号から受電側情報を復調し、帰還信号生成回路２５へ出力する。電源装置２の出力線２０ａ、２０ｂ間の出力電圧Ｖｏと出力線２０ａ、２０ｂに流れる出力電流Ｉｏが、それぞれ許容出力電圧Ｖｏｍａｘと許容出力電流Ｉｏｍａｘ未満であるすれば、帰還信号生成回路２５に、Ａ／Ｄコンバータ２８から出力される差電圧は、正極正であり、正極性の差電圧と受電側情報を含む帰還信号が、フォトカップルするフォトカップリング素子１８、１９と一次側の帰還信号入力回路１２を介して定電圧・定電流制御回路９へ出力される。
【００７４】
定電圧・定電流制御回路９は、帰還信号が入力されると、帰還信号に含まれる差電圧の極性から、電源装置２の出力線２０ａ、２０ｂ間の出力電圧Ｖｏと出力線２０ａ、２０ｂに流れる出力電流Ｉｏを増大制御可能であると判定し、受電側情報から、ＩＤ情報で特定される受電装置３の入力電圧Ｖｉと、入力電流Ｉｉと、受電装置３に接続する照明装置４周囲の照度情報ｌｘを得る。
【００７５】
更に、記憶部１６から読み出すシーケンス制御データを参照し、この照度情報ｌｘについてシーケンス制御データに表される設定入力電圧Ｖｉｓｅｔ及び設定入力電流Ｉｉｓｅｔを、受電側情報に含まれる入力電圧Ｖｉ及び入力電流Ｉｉと比較し、両者が一致するように、設定出力電圧Ｖｏｓｅｔ及び設定出力電流Ｉｏｓｅｔを調整し、電源装置２の発振動作を制御する。ここでは、電源線３２ａ、３２ｂ間の入力電圧Ｖｉが設定入力電圧Ｖｉｓｅｔより低い状態にあるので、定電圧・定電流制御回路９は、電源装置２が連続発振動作を繰り返しながら、受電装置３から送信される入力電圧Ｖｉが設定入力電圧Ｖｉｓｅｔに収束するように、スイッチ素子８をオンオフ制御するスイッチ制御信号を生成し、ドライブ回路１７へ出力する。
【００７６】
具体的には、入力電圧Ｖｉが設定入力電圧Ｖｉｓｅｔより低い限り、その時点で設定されている設定出力電圧Ｖｏｓｅｔを上げて、Ａ／Ｄコンバータ１５から入力される一次巻線電流Ｉｐが、（９）式より得る一次巻線ピーク電流Ｉｐｍａｘに達した時にスイッチ素子８をオフ制御するスイッチ信号を生成し、出力線２０ａ、２０ｂ間の出力電圧Ｖｏを上昇させる。電源装置２の出力線２０ａ、２０ｂ間の出力電圧Ｖｏが上昇すれと、電源ケーブル５で電圧降下があっても、入力電圧Ｖｉは、制御前に電圧検出用コンパレータ３４が検出した際の入力電圧Ｖｉより上昇する。逆に、受電側情報に含まれる入力電圧Ｖｉが設定入力電圧Ｖｉｓｅｔを越えた場合には、その時点で設定されている設定出力電圧Ｖｏｓｅｔを下げて出力電圧Ｖｏを低下させ、入力電圧Ｖｉを、制御前に電圧検出用コンパレータ３４が検出した際の入力電圧Ｖｉより下降させる。
【００７７】
電源装置２がこの制御を繰り返して連続発振動作を繰り返すと、いずれ入力電圧Ｖｉは、設定入力電圧Ｖｉｓｅｔに収束する。電源装置２の定電圧・定電流制御回路９は、受電側情報に含まれる入力電圧Ｖｉが設定入力電圧Ｖｉｓｅｔに一致すると、その時の設定出力電圧Ｖｏｓｅｔを維持したスイッチ制御信号を生成することにより、受電装置３の入力電圧Ｖｉを設定入力電圧Ｖｉｓｅｔに定電圧制御する。
【００７８】
また、受電側情報に含まれる入力電流Ｉｉが、照度情報ｌｘについてシーケンス制御データに表される設定入力電流Ｉｉｓｅｔと比較して、高い場合にはその時点で設定されている設定出力電流Ｉｏｓｅｔを下げ、低い場合には設定出力電流Ｉｏｓｅｔを上げて、調整した設定出力電流Ｉｏｓｅｔと（６）式から得るオフ調整時間Ｔ３が経過した時にスイッチ素子８をオン制御するスイッチ信号を生成し、出力電流Ｉｏを低下若しくは上昇させる。オフ調整時間Ｔ３の開始時は、フライバック電圧の消失時であり、定電圧・定電流制御回路９は、Ａ／Ｄコンバータ１５から入力されるアナログ入力端子Ｖｓの電位の極性が正から負に反転する時から検出できる。
【００７９】
本実施の形態では、１台の電源装置２と１台の受電装置３が電源ケーブル５により接続されているので、電源装置２の出力線２０ａ、２０ｂに流れる出力電流Ｉｏと受電装置３の電源線３２ａ、３２ｂに流れる入力電流Ｉｉは等しく、電源装置２がこの制御を繰り返して連続発振動作を繰り返すことにより、受電側情報に含まれる入力電流Ｉｉは設定入力電流Ｉｉｓｅｔに収束し、設定入力電流Ｉｉｓｅｔで定電流制御される。
【００８０】
いずれか一方若しくは双方が複数台である電源装置２と受電装置３が共通する電源ケーブル５で接続される場合には、各電源装置２に流れる出力電流Ｉｏと各受電装置３に流れる入力電流Ｉｉは異なるが、出力電流Ｉｏと入力電流Ｉｉとは、連動して上昇若しくは下降するので、各受電装置３に流れる入力電流Ｉｉをその受電装置３について設定する設定入力電流Ｉｉｓｅｔとすることができる。
【００８１】
シーケンス制御データに表される設定入力電圧Ｖｉｓｅｔ及び設定入力電流Ｉｉｓｅｔは、経過時間若しくは受電側情報に含まれる照度情報ｌｘによって変化するので、定電圧・定電流制御回路９は、受電装置３から送信される入力電圧Ｖｉ及び入力電流Ｉｉがそれぞれ変化する設定入力電圧Ｖｉｓｅｔ及び設定入力電流Ｉｉｓｅｔに収束するように、上述の方法でスイッチ素子８をオンオフ制御するスイッチ制御信号を生成し、照明装置４をシーケンス制御データで表される設定入力電圧Ｖｉｓｅｔ及び設定入力電流Ｉｉｓｅｔで動作させる。
【００８２】
また、上述の制御において、出力電圧Ｖｏ若しくは出力電流Ｉｏが上昇して、いずれかが許容出力電圧Ｖｏｍａｘ若しくは許容出力電流Ｉｏｍａｘを越えるとＡ／Ｄコンバータ２８から負の差電圧が二値化して帰還信号生成回路２５へ出力され、定電圧・定電流制御回路９は、この負の差電圧を示すデータを含む帰還信号が入力されている間、スイッチ制御信号の生成を停止し、スイッチ素子８をオフ動作の状態で停止させる。その結果、トランス６に蓄積された励磁エネルギーは、徐々に消耗し、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏは、許容出力電圧Ｖｏｍａｘと許容出力電流Ｉｏｍａｘ未満となる。従って、電源装置２の過剰な直流電力の発生を防止できる。
【００８３】
上述の電源供給システム１では、電源ケーブル５を介して負荷４が接続された受電装置３から電源装置２に受電側情報が送信されるが、電源装置２に、電源装置２が生成する電源側情報を電源ケーブル５を介して受電装置３へ送信する電源側送信手段を設けるとともに、受電装置３に、電源ケーブル５から電源側情報を受信する受電側受信手段を設け、電源ケーブル５を介して電源装置２と受電装置３間で双方向の通信を行ってもよい。
【００８４】
このように、電源装置２が生成する電源側情報を受電装置３へ送信する可能とすれば、例えば電源側情報として、電源装置２の出力能力や、電源装置２が制御する受電装置３の入力電圧若しくは入力電流を所定の入力設定値を受電装置３に送信することにより、受電装置３側で受信した電源側情報を参考に入力設定値を設定することができる。
【００８５】
また、受電装置３に接続する負荷４の動作を制御する負荷制御情報を電源側情報として受電装置３へ送信し、電源装置２から負荷４の動作を制御可能とすれば、入力設定値により制御する受電装置３側の消費電力が、電源装置２の出力能力を越える場合に、負荷４の動作を制御して受電装置３側の消費電力を低下させ、電源装置２の出力能力内に再設定した入力設定値で受電装置３の入力電圧若しくは入力電流を制御できる。
【００８６】
更に、電源装置２に複数の受電装置３が接続されている場合に、個々の受電装置３を特定するＩＤ情報とともに負荷制御情報を電源側情報として送信することにより、各受電装置３側の消費電力を制御し、全ての受電装置３による消費電力が電源装置２から出力される電力未満となるように調整できる。
【００８７】
更に、本発明は上述の実施の形態に限定されることなく種々変形が可能であり、例えば、上述の実施の形態では、電源装置２から電源ケーブル５へ出力する出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏの出力値を、定電圧・定電流制御回路９で制御したが、トランス６の二次側の第１可変基準電源ＥＶ１が出力する第１基準電圧と、第２可変基準電源ＥＶ２が出力する第２基準電圧を、それぞれ、入力電圧Ｖｉが設定入力電圧Ｖｉｓｅｔに収束するような出力電圧Ｖｏ、入力電流Ｉｉが設定入力電流Ｉｉｓｅｔに収束するような出力電流Ｉｏを表す電圧に調整して制御することもできる。
【００８８】
また、センサー４１や負荷４の種類や数は、上述の実施の形態に限らず、センサー４１を生育する野菜の付近に設置した温度計、負荷４を、野菜の付近の温度を上昇させるヒーターなどとして、上記照度のシーケンス制御と共に若しくは別に温度をシーケンス制御することもできる。
【００８９】
また、上述の実施の形態では、負荷４を駆動する直流電源の入力電圧Ｖｉと入力電流Ｉｉのそれぞれを設定入力電圧Ｖｉｓｅｔと設定入力電流Ｉｉｓｅｔとなるように制御したが、入力電圧Ｖｉと入力電流Ｉｉの一方を所定値に制御する電源供給システムであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、直流電源を供給する電源装置と負荷が接続された受電装置とが任意の電源ケーブルで接続される電源供給システムに適している。
【符号の説明】
【００９１】
１    電源供給システム
２    電源装置
３    受電装置
４    照明装置（負荷）
５    電源ケーブル
９    定電圧・定電流制御回路（出力制御回路）
１６  記憶部（記憶手段）
２９    復調回路（電源側受信手段）
３４    電圧検出用コンパレータ（入力検出手段）
３５    電流検出用コンパレータ（入力検出手段）
３９    変調回路（受電側送信手段）
４１    照度計（センサー）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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