JP2004129493A - スパーク防止機能付き電源供給装置及び方法 - Google Patents

スパーク防止機能付き電源供給装置及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】　動作中の電源供給装置の出力コネクタに外部機器が接続する時に発生するスパークを防止して、電源供給装置の動作を停止させなくても外部機器を接続できるスパーク防止機能付き電源供給装置及び方法を提供することにある。
【解決手段】　本スパーク防止機能付き電源供給装置は、外部機器が接続され電源を供給される出力コネクタ、外部機器が出力コネクタに接続されるか否かによって出力コネクタに出力される電圧レベルを制御する出力制御部を備える。これにより、スパーク発生による部品の損傷及び誤動作を防止することができ、いずれの損傷なしに動作中の電源供給装置に外部機器を接続することができる。
【選択図】　　　図２

Description

　本発明はスパーク防止機能付き電源供給装置及び方法に係り、特に電源供給装置が動作中の状態で外部機器が接続される場合、発生するスパークを防止できる電源供給装置及び方法に関する。
　電源供給装置は接続される外部機器に電源を供給する装置を指す。このような電源供給装置には外部の交流電源から電流を平滑に整流させ直流電源を得る整流器だけではなく、停電、瞬間停電、電圧変動、周波数変動などについて常に良質の交流電源を外部機器に供給するのに使われるＵＰＳ(Uninterruptible　Power　Supply)あるいは無停電電源供給装置、マイクロプロセッサを使用していずれの値の電圧や周波数を多様に得られる周波数変換器などが含まれる。
　図１は従来の電源供給装置の一例を示す図である。電源供給装置はフィルタ部１２、整流回路部１４、電界効果トランジスタ１６、スイッチング制御部１８、電源変圧器２０、出力整流回路部２２、フィードバック回路部２４、及び出力コネクタ２６で構成される。
　フィルタ部１２はＡＣ電源１０から流入されるサージ及びノイズを除去して整流回路部１４に供給し、整流回路部１４はＡＣ電源１０から入力される交流電源をブリッジダイオードＤ１〜Ｄ４とコンデンサＣ１を使用して整流する。整流回路部１４で整流された電圧は電源変圧器２０の１次側コイルに印加され、電源変圧器２０は１次側コイルと２次側コイルの相互作用によって、２次側コイルに電圧を誘起する。この際、スイッチング制御部１８の制御によって電界効果トランジスタ１６がオン/オフ動作を行なって電源変圧器２０の１次側コイルに流れる電流を断続することによって、電源変圧器２０の２次側コイルに誘起される電圧を制御する。電源変圧器２０の２次側コイルに誘起された電圧は出力整流回路部２２で整流及び平滑され出力コネクタ２６を通して最終的に直流電源を出力する。この際、フィードバック回路部２４は出力整流回路部２２の出力電圧を検知してスイッチング制御部１８に信号を帰還させ、帰還された信号に応じてスイッチング制御部１８がスイッチング動作を調整して出力電圧を一定に維持する。
　ところが、電源供給装置が動作中の状態で出力コネクタ２６に外部機器が接続される場合、出力コネクタ２６には所定レベルの正常出力電圧が出力され、出力コネクタ２６に連結される外部機器はこれより低電圧レベルの状態なので、瞬間的に大きい電流が流れる。この場合、出力コネクタ２６と外部機器が接触する断面積が割と小さいため抵抗値は大きくなるが、このように電流の急激な増加と抵抗値が大きくなるにつれ電圧も大きくなり、大きくなる電圧と電流によって瞬間的に消費される電力が増加されスパーク(アーク)が発生する。このようなスパークの発生によって電源供給装置及び外部機器に誤動作が発生する場合があり、また高エネルギーのスパーク熱などによって部品の損傷及びひどい場合は火災が発生する恐れもある。
　従って、動作中の電源供給装置に外部機器を接続するためには、まず電源供給装置の動作を停止させ出力コネクタ２６に出力される電圧のレベルが低まり、外部機器を出力コネクタ２６に接続した後に再び電源供給装置を動作させ使用すべき不便があった。
　本発明は前述したような問題点を解決するために案出されたもので、その目的は動作中の電源供給装置の出力コネクタに外部機器が接続する時に発生するスパークを防止して、電源供給装置の動作を停止させなくても外部機器を接続できるスパーク防止機能付き電源供給装置及び方法を提供することにある。
　前述した目的を達成するための本発明に係るスパーク防止機能付き電源供給装置は、前記外部機器が接続され電源が供給される出力コネクタ、及び前記外部機器が前記出力コネクタに接続されたか否かによって前記出力コネクタに出力される電圧レベルを制御する出力制御部を含む。
　前記出力制御部は、前記外部機器の接続後には前記出力コネクタに所定レベルの正常出力電圧を出力させ、前記外部機器の接続に前は前記出力コネクタに前記正常出力電圧より低レベルの電圧が出力されるよう制御することが望ましい。
　より詳しくは、前記出力制御部は前記出力コネクタに前記外部機器が接続されたか否かを判断する負荷検出部、直列され直列接続された両端が前記出力コネクタに並列で接続される複数の抵抗、及び前記負荷検出部の判断結果に基づき前記複数の抵抗のうち少くとも一つを短絡させる電圧調節スイッチを含んで構成することが望ましい。
　一方、本発明に係るスパーク防止機能付き電源供給方法は、外部機器が接続され電源が供給された出力コネクタに前記外部機器が接続されるか否かを判断する段階、及び前記判断段階の判断結果に基づき前記出力コネクタに出力する電圧のレベルを制御する段階を含む。
　そして、前記電圧のレベルを制御する段階は、前記外部機器の接続後には前記出力コネクタに所定レベルの正常出力電圧を出力させ、前記外部機器の接続前には前記出力コネクタに前記正常出力電圧より低レベルの電圧が出力されるよう制御することが望ましい。
　本発明によれば、動作中の電源供給装置に外部機器が接続時に発生するスパーク(アーク)を防止して、スパーク発生による部品の損傷及び誤動作を防止でき、よって電源供給装置の動作を停止させず外部機器を電源供給装置に接続できる。
　以下、添付した図面に基づき本発明をさらに詳述する。
　図２は本発明に係るスパーク防止機能付き電源供給装置の回路図の一例である。本発明に係る電源供給装置はフィルタ部１１２、整流回路部１１４、電界効果トランジスタ１１６、スイッチング制御部１１８、電源変圧器１２０、出力整流回路部１２２、フィードバック回路部１２４、出力コネクタ１２６、複数の抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、電圧調節スイッチ１３０及び負荷検出部１３２で構成される。
　フィルタ部１１２は、ＡＣ電源１１０から流入される交流電源に含まれたサージ及びノイズを除去して整流回路部１１４に供給する。整流回路部１１４はフィルタ部１１２を通して入力される交流電源をブリッジダイオードＤ１１〜Ｄ１４とコンデンサＣ１１を使用して整流する。整流回路部１１４で整流された電圧は電源変圧器１２０の１次側コイルに印加され、電源変圧器１２０は１次側コイルと２次側コイルの相互作用によって２次側コイルに電圧を誘起する。この際、スイッチング制御部１１８は所定パルス幅のＰＷＭ（パルス幅変調）信号を出力する。ＰＷＭ信号に応じて電界効果トランジスタ１１６がオン/オフ動作を行なって電源変圧器１２０の１次側コイルに流れる電流を断続することによって、電源変圧器１２０の２次側コイルに誘起される電圧を制御する。
　電源変圧器１２０の２次側コイルに誘起された電圧は出力整流回路部１２２に伝達される。出力整流回路部１２２はダイオードＤ１５及びコンデンサＣ１２を使用して伝達された電圧を整流及び平滑して出力コネクタ１２６に出力する。出力コネクタ１２６には直列接続された複数の抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３の両端が並列接続されており、外部機器(図示せず)が接続され最終的に整流された直流電源を供給される。この際、フィードバック回路部１２４は出力整流回路部１２２における出力電圧を検知してスイッチング制御部１１８に対応する信号を帰還させる。スイッチング制御部１１８は帰還される信号に応じてスイッチング制御部１１８のＰＷＭ信号のパルス幅を変らせて電界効果トランジスタ１１６のオン/オフスイッチング動作を制御して、出力整流回路部１２２から出力される電圧値を所定レベルに一定に維持させる。
　一方、複数の抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、電圧調節スイッチ１３０及び負荷検出部１３２は出力コネクタ１２６に外部機器が接続されたか否かによって出力される電圧レベルを制御する出力制御部を構成する。
　詳しく説明すると、負荷検出部１３２は出力コネクタ１２６に外部機器が接続されるか否かを判断する。外部機器が接続するか否かは、出力コネクタ１２６に外部機器が接続され閉回路を構成して流れるようになる電流などを検出して判断できる。負荷検出部１３２は出力コネクタ１２６に外部機器が接続されていると判断されれば、抵抗Ｒ１３に並列で接続された電圧調節スイッチ１３０をオフさせる。電圧調節スイッチ１３０がオフされれば、抵抗Ｒ１１、抵抗Ｒ１２及び抵抗Ｒ１３が直列で接続され所定レベルの正常出力電圧が出力コネクタ１２６に出力される。
　これとは違って、負荷検出部１３２が出力コネクタ１２６に外部機器が接続されていないと判断した場合は、電圧調節スイッチ１３０をオンさせる。電圧調節スイッチ１３０は抵抗Ｒ１３に並列で接続されるため、電圧調節スイッチ１３０がオンされれば抵抗Ｒ１３は短絡され、抵抗Ｒ１１及び抵抗Ｒ１２だけが直列で接続された場合の抵抗値と同じくなる。従って、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２及びＲ１３の三つの抵抗が直列接続された場合より全体抵抗値が小さくなるため、出力コネクタ１２６には正常出力電圧より低レベルの電圧が出力される。この際、出力コネクタ１２６に出力される電圧レベルの大きさは複数の抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３の値を適切に選択して調整可能である。
　正常出力電圧より低レベルの電圧が出力コネクタ１２６に出力されるため、このような状態で出力コネクタ１２６に外部機器が接続されても電圧差が大きくないためスパークの発生を防止することができる。また、外部機器が出力コネクタ１２６に接続された後は再び電圧調節スイッチ１３０がオフされ出力コネクタ１２６に正常出力電圧が出力されるため、外部機器は接続後に正常出力電圧を供給されうる。
　このように複数の抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、スイッチ１３０及び負荷検出部１３２で構成される出力制御部によって、出力コネクタ１２６に外部機器が接続された後は正常出力電圧を出力させ、出力コネクタ１２６に外部機器が接続される前は正常出力電圧より低レベルの電圧を出力させ、外部機器が接続される瞬間に発生するスパーク(アーク)を防止することができる。従って、電源供給装置が動作中の状態でもいずれの損傷なしに外部機器を出力コネクタ１２６に接続できるようになる。
　前述した実施例では電圧調節スイッチ１３０が抵抗Ｒ１３に並列接続された場合を説明したが、電圧調節スイッチは複数の抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３のうち少くともいずれか一つに設けられる。また、前述した実施例では電源供給装置に出力コネクタが一つだけ具備された場合を説明したが、複数個の出力コネクタが具備された場合も同じ方式で応用可能である。
　また、以上では本発明の望ましい実施例について示しかつ説明したが、本発明は前述した特定の実施例に限らず、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せず当該発明の属する技術分野において通常の知識を持つ者によって多様な変形実施が可能なことは勿論であり、このような変形実施は本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはいけない。
　本発明は電源供給装置に適用され、電源供給装置の動作を停止させなくても外部機器を接続することができる。
従来の電源供給装置の一例を示す図である。 本発明に係るスパーク防止機能付き電源供給装置の回路図の一例である。
符号の説明
１１０　ＡＣ電源　　　　　　　　　　　　　
１１２　フィルタ部
１１４　整流回路部　　　　　　　　　　　
１１６　電界効果トランジスタ
１１８　スイッチング制御部　　　　　　　　
１２０　電源変圧器
１２２　出力整流回路部　　　　　　　　　　　　
１２４　フィードバック回路部
１２６　出力コネクタ　　　　　　　　　　　
１３０　電圧調節スイッチ
１３２　負荷検出部

Claims (5)

  1. 　外部機器が接続され電源が供給される出力コネクタと、
    　前記外部機器が前記出力コネクタに接続されるか否かによって前記出力コネクタに出力される電圧レベルを制御する出力制御部を含むことを特徴とするスパーク防止機能付き電源供給装置。
  2. 　前記出力制御部は、前記外部機器の接続後には前記出力コネクタに所定レベルの正常出力電圧を出力させ、前記外部機器の接続前には前記出力コネクタに前記正常出力電圧より低レベルの電圧が出力されるよう制御することを特徴とする請求項１に記載のスパーク防止機能付き電源供給装置。
  3. 　前記出力制御部は、　
    　前記出力コネクタに前記外部機器が接続されたか否かを判断する負荷検出部と、
    　直列接続され、直列接続された両端が前記出力コネクタに並列で接続される複数の抵抗と、
    　前記負荷検出部の判断結果に基づいて前記複数の抵抗のうち少くとも一つを短絡させる電圧調節スイッチとを含むことを特徴とする請求項２に記載のスパーク防止機能付き電源供給装置。
  4. 　外部機器が接続され電源が供給された出力コネクタに前記外部機器が接続されたか否かを判断する段階と、
    　前記判断段階の判断結果に基づいて前記出力コネクタに出力される電圧のレベルを制御する段階とを含むことを特徴とするスパーク防止機能付き電源供給方法。
  5. 　前記電圧のレベルを制御する段階は、前記外部機器の接続後には前記出力コネクタに所定レベルの正常出力電圧を出力させ、前記外部機器の接続前には前記出力コネクタに前記正常出力電圧より低レベルの電圧が出力されるよう制御することを特徴とする請求項４に記載のスパーク防止機能付き電源供給方法。
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