JP2002084681A - 直流無停電電源装置 - Google Patents

直流無停電電源装置

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JP2002084681A
JP2002084681A JP2000264770A JP2000264770A JP2002084681A JP 2002084681 A JP2002084681 A JP 2002084681A JP 2000264770 A JP2000264770 A JP 2000264770A JP 2000264770 A JP2000264770 A JP 2000264770A JP 2002084681 A JP2002084681 A JP 2002084681A
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voltage
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Masanori Shibata
雅則 柴田
Makoto Harada
誠 原田
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Furukawa Battery Co Ltd
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Furukawa Battery Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】出力電圧の均一化が図れ、また、誤差増幅部が
飽和せず、高速かつ滑らかな出力の切替が可能となる直
流無停電電源装置を提供する。 【解決手段】 商用電願から入力する交流電圧を直流電
圧に切替えて供給する常時駆動コンバータと、電池から
入力する電圧を供給する常時待機コンバータとを並列に
接続し、両コンバータからの出力電圧を検出する検出部
及び誤差増幅部を両コンバータが共有するように配置し
たことを特徴とする直流無停電電源装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、OA機器、FA機
器、通信装置等に使用される直流無停電電源装置に関す
るもので、商用交流電源と電池の電源とを並列に接続
し、出力の切替を滑らかにした直流無停電電源装置であ
る。
【0002】
【従来の技術】従来の直流無停電電源装置の一例を図3
に示す。図において31は商用交流電源で、該商用交流
電源31から供給した交流電圧はカスケード接続された
二つのコンバータ32、33で直流電圧に変換されて負
荷35に供給される。両コンバータ32、33の中点に
は電池34が配置されており、停電時には充電回路36
により充電されていた電池34から後方のコンバータ3
3に電力が供給され負荷35に供給される。この電源装
置においては出力電圧を常時、検出部38で検出し、誤
差増幅部37で監視し、後方コンバータ33により安定
化されるため、停電時または復電時に出力が変動するよ
うなことはない。しかしながら、かかる装置では二つの
コンバータ32、33がカスケード接続されているため
に、総合変換効率は各コンバータの効率の積となり、一
般的には60%程度に留まってしまっている。図中39
は電流平滑回路、Vrefは基準電源である。
【0003】そこで、上述した直流無停電電源装置の欠
陥を解消すべく、図4に示すような常時駆動コンバータ
42と常時待機コンバータ43とを並列に接続した直流
無停電電源装置が提案されている。この装置では常時駆
動コンバータ42と常時待機コンバータ43とが競合し
ないようにするため常時駆動コンバータ42が稼動して
いるときは常時待機コンバータ43を停止しておくた
め、総合変換効率は常時待機コンバータ43の内部損失
を無視すればコンバータ一段で負荷へ電力を供給できる
ため80%以上の効率を得ることが可能となる。図中、
41は商用交流電源、44は電池、45、46は誤差増
幅部、47、48は検出部、49は平滑回路、50は充
電回路、51は負荷、Vref1、Vref2は基準電源であ
る。しかしながら、この装置では常時駆動コンバータ4
2と常時待機コンバータ43とは独立に制御されるた
め、コンバータ切替時の出力変動がそのまま出力として
現れてしまうため負荷に誤動作を及ぼすなどの支障が生
じる。
【0004】近時電源の効率向上は社会的要求であり、
図4に示す電源装置は極めて望ましいが、出力切替時の
出力変動が大きいため負荷に誤動作などの悪影響を与え
る恐れがあり、切替時の出力変動のより小さい電源装置
の出現が望まれていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した図3に示す直
流無停電電源装置では安定した出力は保証されるが、コ
ンバータ単体の高効率化には限度があり、総合変換効率
の大幅な向上を望むことは現状ではできない。
【0006】一方、図4に示す直流無停電電源装置は高
い変換効率を実現できる。しかし、コンバータ切替時の
出力変動が問題となる。この図4に示す直流無停電電源
装置の回路における出力変動は次の要因により発生す
る。
【0007】即ち、かかる直流無停電電源装置では、一
般に常時駆動コンバータ42の出力電圧E1と常時待機
コンバータ43の出力電圧E2とが等しくなるように設
計する。しかし、実際には検出部や誤差増幅部を構成す
る部品相互の偏差により ΔE0=E1−E2 だけ異なった値になる。
【0008】このΔE0が0より大きい時(ΔE0>
0)には受電時の常時待機コンバータ43の誤差増幅部
45はその直流増幅率が十分大きいため、時比率を下げ
る方向に飽和し、停電発生時に時比率が正常値に戻るの
に時間を要し、出力にアンダーシュートが発生する。ま
た、停電時には常時駆動コンバータ42の誤差増幅部4
6が時比率を上げる方向に飽和するため、復電時に時比
率が正常値に戻るのに時間を要し、出力にオーバーシュ
ートが発生する。
【0009】逆にΔE0が0より小さい時(ΔE0<
0)には受電時の常時待機コンバータ43の誤差増幅部
45は時比率を上げる方向に飽和し、停電発生時に時比
率が正常値に戻るのに時間を要し、出力にオーバーシュ
ートが発生する。また、停電時には常時駆動コンバータ
42の誤差増幅部46は時比率を下げる方向に飽和する
ため、復電時に時比率が正常値に戻るのに時間を要し、
出力にアンダーシュートが発生する。
【0010】このような現象は常時駆動コンバータ42
と常時待機コンバータ43の出力をダイオードを介して
あわせることで回避することが考えられるが、レギュレ
ーションが悪化する弊害が新たに発生する。本発明は、
かかる従来技術の課題を解決し、社会的にが要望される
直流無停電電源装置を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段として、本発明は商用交流電源からの交流電圧を
直流電圧に切替えて供給する常時駆動コンバータと、電
池を電源として電圧を供給する常時待機コンバータとを
並列に接続し、両コンバータからの出力電圧を検出する
検出部及び誤差増幅部を両コンバータが共有するように
配置したことを特徴とする直流無停電電源装置である。
【0012】このように、両コンバータからの出力電圧
を検出する検出部と誤差増幅部を両コンバータが共有す
るように配置したことにより出力電圧の均一化が図れ、
また、出力にオーバーシュートやアンダーシュートが発
生せず、従って高速かつ滑らかな出力の切替が可能とな
る。
【0013】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態を図面によ
り詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態を示すブ
ロック図で、11は商用交流電源、12は常時駆動コン
バータ、13は負荷、14は電池、15は常時待機コン
バータで、該常時待機コンバータ15は常時駆動コンバ
ータ12と並列に接続されている。16は電圧検出部
で、該検出部16は常時駆動コンバータ12と常時待機
コンバータ15とに共通して接続されている。17は検
出部16からの電圧の変化を検出して増幅する誤差増幅
部で、該誤差増幅部17も両コンバータ12,15に共
通に接続されている。なお、図中19は電池14の充電
器、22は電流平滑回路、Vrefは基準電源である。
【0014】かかる本発明装置は、通常(常時)は商用
交流電源11からの電力を整流平滑回路22で直流変換
し、直流電力として常時駆動コンバータ12へ供給し、
常時駆動コンバータ12は所定の供給電圧に変換したう
えで安定した直流電圧を負荷13に供給する。この通常
状態では常時待機コンバータ15は常時駆動コンバータ
12と並列に接続されているために、常時待機コンバー
タ15は常時駆動コンバータ12と競合する。このた
め、通常は整流平滑回路22に組み込んだ入力監視回路
のON/OFF信号により常時待機コンバータ15から
の電力は負荷13へ供給されないように制御されてい
る。
【0015】商用交流電源の停電時には前記整流平滑回
路22に組み込んだ入力監視回路のOFF信号により電
池14からの電圧が常時待機コンバータ15から負荷1
3に供給される。検出部16にて検出した電池14から
の電圧は誤差増幅部17を介して電池電圧の変化を調整
して後述するように高速かつ滑らかに出力を切替えると
ともに安定した電力を電池14から負荷13に供給す
る。
【0016】本発明を図2に示す具体的実施例により更
に詳細に説明する。なお、図2に示す回路は、常時駆動
コンバータ12としてバックブーストタイプを、また、
常時待機コンバータ15としてバックタイプを使用して
いるが、両コンバータとして別のタイプのコンバータあ
るいは各種コンバータを適宜組み合わせて回路を構成し
ても問題はない。
【0017】本実施例において、11は交流電源、14
は電池としての直列接続された複数の鉛蓄電池、22は
整流平滑回路で入力監視回路18が組み込まれている。
12はバックブーストタイプの常時駆動コンバータ、1
5はバックタイプの常時待機コンバータで両コンバータ
は並列に接続されている。16は両コンバータ12、1
5からの出力電圧を検出する検出部、17は検出部16
が検出した両コンバータからの出力電圧の差を増幅する
誤差増幅部で、これら検出部16と誤差増幅部17とは
両コンバータ12,15が共有するように配置されてい
る。図中、13は負荷である。
【0018】かかる実施例において、常時は商用交流電
源11からの電力は整流平滑回路22で直流に変換さ
れ、直流電力として常時駆動コンバータ12へ供給さ
れ、常時駆動コンバータ12は所定の供給電圧に変換し
たうえで直流電圧を負荷13に供給する。一方、常時駆
動コンバータ12から供給される電力は、検出部16か
ら誤差増幅部17に供給され、ここで誤差増幅部17に
組み込まれた基準電源71の電圧と比較されてその誤差
が増幅され、増幅された信号はフォトカプラの発光ダイ
オード側73で受けてその結果を常時駆動コンバータ1
2に設けたフォトカプラのトランジスタ側74に送信し
てパルス幅変調回路部79を作動させ、スイッチング素
子78を制御して一定の電圧が負荷13へ送られるよう
制御している。
【0019】常時駆動コンバータ12を介して負荷13
に安定した直流電圧が送られている通常時、即ち、商用
交流電源11から正常に電圧が送られている時は入力監
視回路18のフォトカプラの発光ダイオード側61がO
N状態となって、この信号により常時待機コンバータ1
5に組み込まれたフォトカプラのトランジスタ側62は
ON状態となっておりパルス幅変調回路部66は作動し
ない状態(待機状態)となっている。
【0020】一方、誤差増幅部17では常時駆動コンバ
ータ12からの電圧を検出する検出部16からの電圧と
誤差増幅部17に設けた基準電源71との電圧を比較し
てその差を増幅し、この時、誤差増幅部17からの増幅
信号が常時待機コンバータ15のパルス幅変調回路部6
6にも送られるが、この信号はフォトカプラのトランジ
スタ側62がON状態になっているために、パルス幅変
調回路部66が作動することはなく、従って該パルス幅
変調回路部66で制御されるスイッチング素子68もO
FF状態であり、電池14からの電圧は負荷13へはか
からない状態となっている。
【0021】尚、商用交流電源から電力を供給されてい
る間は、電池、即ち直列接続された鉛蓄電池14は、図
1に示される様に充電器19により充電され、常時満充
電の状態に維持されている。この充電器19の詳細な図
示は省略するが、定電流定電圧回路からなり、その電源
は商用交流電源から供給しても良いが、常時駆動コンバ
ータ12を構成するトランスの2次側に専用巻線を巻
き、これから供給する様にしている。
【0022】商用電源が停電すると、入力監視回路18
のフォトカプラの発光ダイオード側61がOFFとなっ
て入力監視回路18からの信号が切れることにより常時
待機コンバータ15に組み込まれたフォトカプラのトラ
ンジスタ側61がOFF状態となる。フォトカプラのト
ランジスタ側62がOFF状態となると誤差増幅部17
からの電圧が常時待機コンバータ15のPWM66を作
動させて電池14の電圧を制御するスイッチング素子6
8を作動させて電池14からの電圧を負荷13に送る回
路が立ち上がる。この時、電池14からの電圧は常時駆
動コンバータの場合と同じ検出部16により検出され、
誤差増幅部17に設けた基準電源71と比較され増幅さ
れる。増幅信号は常時待機コンバータ15のパルス幅変
調回路部66に送られ電池14からの電圧を制御して一
定の電圧が負荷13に送られるように制御される。
【0023】商用電源が回復すると、入力監視回路18
のフォトカプラの発光ダイオード側61がONとなって
入力監視回路18からの信号が復活して常時待機コンバ
ータ15に組み込まれたフォトカプラのトランジスタ側
62がON状態となり、常時待機コンバータ15に組み
込まれたパルス幅変調回路部66に電圧が印加されなく
なるので常時待機コンバータ15は再び待機状態とな
り、商用電源からの電圧が常時駆動コンバータ12を介
して負荷3に送られると共に、電池14が充電される。
このような動作を繰り返すことにより負荷13には停電
することなく(無停電で)安定した電圧を供給すること
ができる。図中69は昇圧用コイルである。
【0024】上述したように、常時駆動コンバータと常
時待機コンバータを並列に接続し、一方が駆動している
時他方が待機するようにしたことにより総合変換効率は
コンバータ一段で負荷へ電力を供給できるため、80%
以上の変換効率が可能となる。従って、近時社会的要求
である電源の効率向上に適合した装置である。
【0025】また、両コンバータからの出力電圧を検出
する検出部と誤差増幅部を共有するように配置したこと
により出力電圧の均一化が図れ、また、検出部と誤差増
幅部は共有されているので、従来の如く夫々に個別に設
けた場合に発生した部品特性のバラツキによる偏差がな
くなり、従って、制御すべき出力電圧に差異は生じずア
ンダーシュートやオーバーシュートが無くなるため高速
かつ滑らかな出力の切替が可能となり、負荷が誤動作す
るようなこともない。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は両コンバ
ータを並列に接続したことによりコンバータ一段で負荷
へ電力を供給できるため総合変換効率を向上することが
でき、両コンバータからの出力電圧を検出する検出部と
誤差増幅部を両コンバータが共有するように配置したこ
とにより出力電圧の均一化が図れ、高速かつ滑らかな出
力の切替が可能となる優れた効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る原理的構成を示すブロック図であ
る。
【図2】本発明に係る実施形態を示す回路図である。
【図3】従来の無停電電源装置の原理的構成を示すブロ
ック図である。
【図4】従来の他の無停電電源装置の原理的構成を示す
ブロック図である。
【符号の説明】
11 商用交流電源 12 常時駆動コンバータ 13 負荷 14 電池 15 常時待機コンバータ 16 検出部 17 誤差増幅部 19 充電器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5G015 FA13 GB03 HA14 JA06 JA32 JA34 JA53 JA55 5H730 AA06 AS01 AS23 BB13 BB43 BB57 BB82 BB84 BB88 CC01 CC14 CC16 CC17 DD04 EE02 EE07 EE59 FD01 FD11 FF19 FG05

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 商用交流電源からの交流電圧を直流電圧
    に切替えて供給する常時駆動コンバータと、電池を電源
    として電圧を供給する常時待機コンバータとを並列に接
    続し、両コンバータからの出力電圧を検出する検出部及
    び誤差増幅部を両コンバータが共有するように配置した
    ことを特徴とする直流無停電電源装置。
JP2000264770A 2000-09-01 2000-09-01 直流無停電電源装置 Pending JP2002084681A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100948467B1 (ko) 2008-01-16 2010-03-17 티피케이 터치 솔루션스 인코포레이션 회로 루프 스위칭 제어 회로를 이용한 이중 전력 공급시스템
CN107800185A (zh) * 2016-08-29 2018-03-13 伊顿制造(格拉斯哥)有限合伙莫尔日分支机构 在线式不间断电源

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