JP2005092812A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気的特性を損なうことなく、低コスト、少スペース、省電力により電圧変動を低減することが可能な電源装置を提供する。
【解決手段】 電池やＡＣアダプタ等で構成される電源１と、この電源１からの電力を所定の電圧に変換し、出力電圧を監視して負荷の増減により電力供給を制御する電力変換回路２と、例えばモータ、電子回路等の主たる負荷を構成する主負荷３と、主負荷３よりも軽い負荷で構成される擬似負荷５と、擬似負荷５を主負荷３に接続したり主負荷３から切断したりする擬似負荷制御部４とを備えて構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電源装置に関し、さらに詳しくは、電力変換回路を備えた電源装置の負荷供給方法に関するものである。

負荷変動により電源の電圧変動が発生する理由は３つある。１つは電源の供給能力不足であり、２つ目は電源の電力変換回路の変換能力不足であり、３つ目は負荷が大きすぎる場合である。この内、２つ目の電力変換回路の能力不足が電源にとって大きな技術課題といえる。
電力変換回路は常に出力電圧を監視し、負荷が増加すると電力供給を増加し、負荷が減少すると電力供給を減少させるように働く。しかし負荷の急激な変化、例えば、負荷が急激に増加すると、電力が供給しきれず出力電圧が低下してしまい、負荷が急激に減少すると、電力を供給し過ぎて出力電圧が上昇してしまう。この急激な負荷変動に対応するため、発振周期を変化させたり、発振ＯＮ／ＯＦＦのデューティを変化させる方法もあるが、発振周期を速くするにはソフト的、ハード的に限界があり、また、ＯＮデューティを長くするにも１００％が限界になり、どこかで出力電圧低下を抑制できなくなる。このように、ソフト的、ハード的な動作限界が電力変換回路の能力限界といえる。
電源に対する従来技術として、特開平６−１１９０７４号公報には、負荷変動に起因する出力電圧変動と入力電流変動を減少させる技術について開示されている。それによると、従来の電源装置に分流器と交流電流検出回路とを組み合わせて電源装置を構成する。負荷を流れる出力電流の変動を交流電流検出回路で検出する。交流電流検出回路は負荷変動に応じた出力信号を分流器へ出力する。分流器は、交流電流検出回路からの出力信号に応じ、その大きさを変えて電源装置からの負荷への供給電流を分流するとしている。
特開平６−１１９０７４号公報

このような電圧変動に対して、従来の電力変換回路を備えた電源装置は、負荷変動による電圧変動を抑制するための手段として、出力に大きなコンデンサを用いたり、出力のフィードバック応答性を速くして対応してきた。しかしながら、大きなコンデンサを用いれば、突入電流の増大、立上り立下りの遅れ、コストアップ、実装スペースの増大等、さまざまな副作用が発生する。また、出力のフィードバックの応答性を速くするには限界があり、出力のフィードバックの応答性を速くできたとしても、応答性を速くした分飛躍的に消費電力が増大させてしまうといった問題がある。
また特許文献１に開示されている従来技術は、負荷変動分を交流的な変動と捉えてフィードバックする技術であり、出力のフィードバックの応答性を速くするには限界があるため上記従来技術と同様の問題を抱えている。
本発明は、かかる課題に鑑み、電気的特性を損なうことなく、低コスト、少スペース、省電力により電圧変動を低減することが可能な電源装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、出力電圧を監視して負荷の増減により電力供給を制御する電力変換回路を備えた電源装置において、電圧変動を発生させる要因となる主負荷と、該主負荷による電圧変動を抑制する少なくとも１つ以上の擬似負荷と、該擬似負荷を前記電力変換回路の出力系統に接続したり該出力系統から切断したりする擬似負荷制御部とを備え、前記擬似負荷制御部は、前記主負荷が動作する直前及び前記主負荷が動作終了した直後に、前記擬似負荷の少なくとも１つを前記主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統に接続することを特徴とする。
本発明の特徴は、主負荷の他に主負荷による負荷変動を抑制する擬似負荷と、それを主負荷に接続或いは主負荷から切断する擬似負荷制御部とを備えたことである。電源は負荷が変動すると電圧を一定に保つために電力供給を増減するように働く電力変換回路を備えているのが一般的である。しかし、負荷変動の速度に追従できないためにある程度の変動を許容せざるを得ない。これは負荷変動が急激に生じることが大きな要因となっている。そこで本発明では、主負荷に電力を供給する直前と電力を切断した直後に擬似負荷を接続することにより、主負荷による負荷変動を抑制するものである。
かかる発明によれば、主負荷に電力を供給する直前と電力を切断した直後に擬似負荷を接続するので、電源から見た負荷の変動が緩やかとなり、結果的に負荷変動による電圧変動を抑制することができる。
請求項２は、前記擬似負荷は前記主負荷に比べて負荷が軽いことを特徴とする。
ここで大事なことは、擬似負荷は必ず主負荷に対して小さな負荷であることが前提である。即ち、電源から見た負荷変動を緩やかにするには、例えば主負荷の半分位が適当である。
かかる発明によれば、擬似負荷は前記主負荷に比べて負荷が軽いので、主負荷に電力を供給する直前と電力を切断した直後に擬似負荷を接続することにより、電源から見た負荷変動を緩やかにすることができる。

請求項３は、前記擬似負荷が異なる負荷量を有する複数の擬似負荷により構成され、前記擬似負荷制御部は、前記主負荷の大小に応じて、前記複数の擬似負荷の何れかを選択して前記主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統に接続することを特徴とする。
複数の出力系統が存在する電源では、各出力系統により負荷が異なるのが通常である。その場合、負荷の大小により擬似負荷を最適なものにする必要がある。そこで本発明では、各種の負荷量を備えた擬似負荷を複数用意し、主負荷の大小により最適な擬似負荷を選択するものである。
かかる発明によれば、主負荷の大小に応じて、前記複数の擬似負荷の何れかを選択するので、主負荷の大きさにより最適な擬似負荷を接続することができる。
請求項４は、前記擬似負荷が異なる負荷量を有する複数の擬似負荷により構成され、前記擬似負荷制御部は、前記主負荷の大小に応じて、前記複数の擬似負荷を選択的に切替えて該擬似負荷の負荷量を変動させ、前記主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統に接続することを特徴とする。
本発明は異なる負荷量の擬似負荷を複数用意し、その擬似負荷の組合わせにより負荷量を変動させるものである。擬似負荷の種類が多くなるとコスト的にもスペースの点でも不利になる。そこで本発明では、最小限の種類の擬似負荷を組合わせて負荷量を変動させて主負荷に接続するものである。
かかる発明によれば、擬似負荷を最小限備え、その組合わせにより負荷量を変動させるので、省スペースで且つコストが安価に構成することができる。

請求項５は、前記擬似負荷が段階的に負荷量が増加する複数の擬似負荷により構成され、前記擬似負荷制御部は、前記主負荷の大小に応じて、前記主負荷が動作する直前においては前記擬似負荷の負荷量を段階的に増加させ、前記主負荷が動作終了した直後においては前記擬似負荷の負荷量を段階的に減少させて前記主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統に接続することを特徴とする。
段階的に負荷量が増加する複数の擬似負荷がある場合、主負荷の大小に応じて、主負荷が動作する直前には擬似負荷の負荷量を段階的に増加させて接続し、主負荷が動作終了した直後においては擬似負荷の負荷量を段階的に減少させて接続するものである。これにより主負荷の動作開始と終了の前後は負荷が段階的に変化することになる。
かかる発明によれば、主負荷が動作する直前には擬似負荷の負荷量を段階的に増加させて接続し、主負荷が動作終了した直後においては擬似負荷の負荷量を段階的に減少させて接続するので、主負荷の負荷変動が見掛け上滑らかな変動となり、負荷変動による電圧変動を最小限にすることができる。
請求項６は、前記擬似負荷が同一の負荷量を有する複数の擬似負荷により構成され、前記擬似負荷制御部は、前記主負荷の大小に応じて、前記主負荷が動作する直前においては前記擬似負荷を順次重畳させて増加させ、前記主負荷が動作終了した直後においては前記擬似負荷を順次切り離して減少させて前記主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統に接続することを特徴とする。
本発明は同じ負荷量の擬似負荷を複数用意し、主負荷が動作する直前においては擬似負荷を順次並列接続して増加させ、主負荷が動作終了した直後においては擬似負荷を順次切り離して減少させていくものである。これにより主負荷の負荷変動が見掛け上滑らかな変動となり、負荷変動による電圧変動を最小限にすることができる。
かかる発明によれば、同じ負荷量の擬似負荷を主負荷が動作する直前においては擬似負荷を順次並列接続して増加させ、主負荷が動作終了した直後においては擬似負荷を順次切り離して減少させていくので、擬似負荷の数が少なくて済、コスト的に安価に構成できる。

請求項７は、前記擬似負荷が連続的に負荷量が増減する擬似負荷により構成され、前記擬似負荷制御部は、前記主負荷の大小に応じて、前記主負荷が動作する直前においては前記擬似負荷を連続的に増加させ、前記主負荷が動作終了した直後においては前記擬似負荷を連続的に減少させて前記主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統に接続することを特徴とする。
前記請求項１から６までは所謂デジタル的に擬似負荷を変動させた方法であるが、本発明は変動を連続的に行うものである。例えば、連続的に負荷量が変動する手段として可変抵抗器やＣｄｓにより光量変化を抵抗変化に変換する方法等が考えられる。そして主負荷が動作する直前においては擬似負荷を連続的に増加させ（可変抵抗器の抵抗を減少させる）、主負荷が動作終了した直後においては擬似負荷を連続的に減少（可変抵抗器の抵抗を増加）させるものである。
かかる発明によれば、主負荷が動作する直前においては擬似負荷を連続的に増加させ、主負荷が動作終了した直後においては擬似負荷を連続的に減少させるので、より滑らかに主負荷の変動を行うことができる。
請求項８は、前記擬似負荷が不連続的に負荷量が増減する擬似負荷により構成され、前記擬似負荷制御部は、前記主負荷の大小に応じて、前記主負荷が動作する直前においては前記擬似負荷を不連続的に増加させ、前記主負荷が動作終了した直後においては前記擬似負荷を不連続的に減少させて前記主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統に接続することを特徴とする。
ＰＣにより制御するにはデジタル信号の方が扱い易い。そこで本発明では、例えば、パルス幅により負荷が変動する手段を構成し、主負荷が動作する直前においてはパルス幅を徐々に広くして擬似負荷を連続的に増加させ、主負荷が動作終了した直後においてはパルス幅を徐々に狭くして擬似負荷を連続的に減少させるものである。
かかる発明によれば、主負荷が動作する直前においてはパルス幅を徐々に広くして擬似負荷を連続的に増加させ、主負荷が動作終了した直後においてはパルス幅を徐々に狭くして擬似負荷を連続的に減少させるので、パソコンによる制御を容易に行うことができる。

請求項９は、前記主負荷の負荷変動による電圧変動を検出する電圧変動検出手段を更に備え、前記擬似負荷制御部は、前記電圧変動検出手段により検出した電圧変動が所定の変動量以下の場合、前記擬似負荷を前記主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統から切断することを特徴とする。
本発明は主負荷の負荷変動による電圧変動を検出する電圧変動検出手段を更に備えることにより、変動電圧の値が回路に支障を与える程度か否かを判断することができる。従って、その値が回路に支障を与えない程度であれば、擬似負荷を接続しておく必要がないので切断して、電源の負荷を軽くするものである。
かかる発明によれば、電圧変動検出手段により検出した電圧変動が所定の変動量以下の場合、擬似負荷を主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統から切断するので、不必要な電力消費を最小限にすることができる。
請求項１０は、前記擬似負荷制御部は、前記電圧変動検出手段により検出した電圧変動が所定の変動量以上の場合、前記擬似負荷を前記主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統に接続しないことを特徴とする。
また請求項９とは逆に電圧変動が所定の変動量以上の場合、即ち、負荷変動を抑制する範囲を越えている場合は、擬似負荷を接続しても負荷変動を抑制することができないので、擬似負荷による抑制動作を行わないようにする。
かかる発明によれば、電圧変動が所定の変動量以上の場合、擬似負荷を主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統に接続しないので、不必要な動作による電力消費を最小限にすることができる。

請求項１１は、前記擬似負荷が前記電力変換回路の出力系統に接続されている場合、前記擬似負荷制御部は、当該擬似負荷に対して新たな接続動作を行わないことを特徴とする。
例えば複数の系統の主負荷が存在し、１つの主負荷に１つの擬似負荷が接続されていた場合、他の主負荷の変動抑制動作のための要求があった場合、必要な擬似負荷は使用中であるので、他の主負荷の変動抑制動作は行うことができない。即ち、擬似負荷が動作している最中に、さらに負荷を加えることによって、擬似負荷の制御を複雑、且つ精度を悪くする可能性がある。さらには、電圧変動を抑制する以前に、負荷全体が大きくなりすぎて電源が電力を供給できなくなる可能性もある。このような事態を回避する事が出来る。
かかる発明によれば、擬似負荷が電力変換回路の出力系統に接続されている場合、擬似負荷制御部は、当該擬似負荷に対して新たな接続動作を行わないので、擬似負荷の制御を簡略化し、さらには、電圧変動を抑制する以前に、負荷全体が大きくなりすぎて電源が電力を供給できなくなる可能性を回避することができる。
請求項１２は、前記擬似負荷の１つが前記電力変換回路の出力系統に接続されている場合、前記擬似負荷制御部は、当該擬似負荷以外の擬似負荷に対して接続動作を行うことを特徴とする。
複数の主負荷と擬似負荷が存在する場合、擬似負荷の１つが主負荷に接続されているときに他の変動抑制の要求があった場合は、それ以外の擬似負荷を選択して接続するようにする。
かかる発明によれば、擬似負荷の１つが電力変換回路の出力系統に接続されている場合、擬似負荷制御部は、当該擬似負荷以外の擬似負荷に対して接続動作を行うので、擬似負荷の制御を簡略化することができる。
請求項１３は、前記電源装置の電力供給能力を監視する供給能力監視手段を更に備え、該供給能力監視手段が前記電源装置の電力供給能力が低いと判断した場合、前記擬似負荷制御部は、前記擬似負荷の接続動作を行わないことを特徴とする。
電源の電力供給能力が低下している時、例えば、電源が電池であって、その電池が消耗している時は、主負荷の負荷変動による電圧変動が発生しても、電力を供給する能力がないと判断して電圧変動を抑制するための擬似負荷動作を行わない。
かかる発明によれば、供給能力監視手段が電源装置の電力供給能力が低いと判断した場合、擬似負荷制御部は、擬似負荷の接続動作を行わないので、必要以上の負荷を電源にかけることを回避することができる。

請求項１の発明によれば、主負荷に電力を供給する直前と電力を切断した直後に擬似負荷を接続するので、電源から見た負荷の変動が緩やかとなり、結果的に負荷変動による電圧変動を抑制することができる。
また請求項２では、擬似負荷は前記主負荷に比べて負荷が軽いので、主負荷に電力を供給する直前と電力を切断した直後に擬似負荷を接続することにより、電源から見た負荷変動を緩やかにすることができる。
また請求項３では、主負荷の大小に応じて、前記複数の擬似負荷の何れかを選択するので、主負荷の大きさにより最適な擬似負荷を接続することができる。
また請求項４では、擬似負荷を最小限備え、その組合わせにより負荷量を変動させるので、省スペースで且つコストが安価に構成することができる。
また請求項５では、主負荷が動作する直前には擬似負荷の負荷量を段階的に増加させて接続し、主負荷が動作終了した直後においては擬似負荷の負荷量を段階的に減少させて接続するので、主負荷の負荷変動が見掛け上滑らかな変動となり、負荷変動による電圧変動を最小限にすることができる。
また請求項６では、同じ負荷量の擬似負荷を主負荷が動作する直前においては擬似負荷を順次並列接続して増加させ、主負荷が動作終了した直後においては擬似負荷を順次切り離して減少させていくので、擬似負荷の数が少なくて済、コスト的に安価に構成できる。
また請求項７では、主負荷が動作する直前においては擬似負荷を連続的に増加させ、主負荷が動作終了した直後においては擬似負荷を連続的に減少させるので、より滑らかに主負荷の変動を行うことができる。

また請求項８では、主負荷が動作する直前においてはパルス幅を徐々に広くして擬似負荷を連続的に増加させ、主負荷が動作終了した直後においてはパルス幅を徐々に狭くして擬似負荷を連続的に減少させるので、パソコンによる制御を容易に行うことができる。
また請求項９では、電圧変動検出手段により検出した電圧変動が所定の変動量以下の場合、擬似負荷を主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統から切断するので、不必要な電力消費を最小限にすることができる。
また請求項１０では、電圧変動が所定の変動量以上の場合、擬似負荷を主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統に接続しないので、不必要な動作による電力消費を最小限にすることができる。
また請求項１１では、擬似負荷が電力変換回路の出力系統に接続されている場合、擬似負荷制御部は、当該擬似負荷に対して新たな接続動作を行わないので、擬似負荷の制御を簡略化し、さらには、電圧変動を抑制する以前に、負荷全体が大きくなりすぎて電源が電力を供給できなくなる可能性を回避することができる。
また請求項１２では、擬似負荷の１つが電力変換回路の出力系統に接続されている場合、擬似負荷制御部は、当該擬似負荷以外の擬似負荷に対して接続動作を行うので、擬似負荷の制御を簡略化することができる。
また請求項１３では、供給能力監視手段が電源装置の電力供給能力が低いと判断した場合、擬似負荷制御部は、擬似負荷の接続動作を行わないので、必要以上の負荷を電源にかけることを回避することができる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施形態に係る電源装置を模式化して表した図である。尚、図では電源をＰＳ、電力変換回路をＰＣＮＶ、主負荷をＭＬ、擬似負荷をＶＬ、擬似負荷制御部をＶＬＣＮＴとして表し、説明を簡略化するために主負荷ＭＬが１つの場合ついて説明する。
図１（ａ）は第１の実施形態の図であり、電池やＡＣアダプタ等で構成される電源１と、この電源１からの電力を所定の電圧に変換し、出力電圧を監視して負荷の増減により電力供給を制御する電力変換回路２と、例えばモータ、電子回路等の主たる負荷を構成する主負荷３と、主負荷３よりも軽い負荷で構成される擬似負荷５と、擬似負荷５を主負荷３に接続したり主負荷３から切断したりする擬似負荷制御部４とを備えて構成される。尚、擬似負荷制御部４は電力変換回路２により制御されるように書かれているが、図示しない制御回路により制御されても構わない。本実施形態の特徴は、主負荷３の他に主負荷３による負荷変動を抑制する擬似負荷５と、それを主負荷３に接続或いは主負荷３から切断する擬似負荷制御部４とを備えたことである。そして電源装置は負荷が変動すると電圧を一定に保つために電力供給を増減するように働く電力変換回路２を備えているのが一般的である。しかし、負荷変動の速度に追従できないためにある程度の変動を許容せざるを得ない。これは負荷変動が急激に生じることが大きな要因となっている（図２参照）。そこで本実施形態では、後述する図３のように主負荷３に電力を供給する直前と電力を切断した直後に擬似負荷４を接続することにより、主負荷３による負荷変動を抑制するものである。

図１（ｂ）は第２の実施形態の図であり、同じ構成要素には同じ参照番号が付されているので、重複する説明は省略する。図１（ｂ）が図１（ａ）と異なる点は、擬似負荷が夫々異なる負荷量を備えた擬似負荷７〜８となり、擬似負荷制御部６がこれらの擬似負荷のいずれかを選択する構成となった点である。即ち、複数の出力系統が存在する電源では、各出力系統により負荷が異なるのが通常である。その場合、負荷の大小により擬似負荷を最適なものにする必要がある。そこで本実施形態では、各種の負荷量を備えた擬似負荷７〜８を複数用意し、主負荷３の大小により最適な擬似負荷を擬似負荷制御部６により選択するものである。例えば、主負荷がモータ（１００ｍＡ）の時は擬似負荷が５０ｍＡ、主負荷がＣＣＤ（５０ｍＡ）の時は擬似負荷は２５ｍＡというように、負荷変動が小さくなるような擬似負荷を選択する。
また、段階的に負荷量が増加するように擬似負荷を構成し、主負荷３の負荷の大小に応じて、主負荷３が動作する直前には擬似負荷の負荷量を段階的に増加させて接続し、主負荷が動作終了した直後においては擬似負荷の負荷量を段階的に減少させて接続するものである。これにより主負荷の動作開始と終了の前後は負荷が段階的に変化することになる。例えば、擬似負荷１からＮまでがそれぞれ、擬似負荷１の負荷＝２５（ｍＡ）、擬似負荷２の負荷＝５０（ｍＡ）・・・・擬似負荷Ｎの負荷＝Ｎ（ｍＡ）＞５０（ｍＡ）とした時、電圧変動を抑制するための擬似負荷の負荷変動は、始めに擬似負荷１が動作し、次に擬似負荷２に動作が切り替り、最後に擬似負荷Ｎに切り替ることで、擬似負荷を段階的に増加させる。または、その逆に段階的に減少させることができる。
図１（ｃ）は第３の実施形態の図であり、同じ構成要素には同じ参照番号が付されているので、重複する説明は省略する。図１（ｃ）が図１（ｂ）と異なる点は、擬似負荷制御部９が複数の擬似負荷を選択的に切り替えるように構成されている点である。即ち、擬似時負荷の負荷量が変化するように並列接続する数と場所を任意に選択するものである。例えば、主負荷がモータ（１００ｍＡ）の時は擬似負荷は５０ｍＡにし、主負荷がビデオアンプ（５０ｍＡ）の時は擬似負荷は２５ｍＡになるように擬似負荷を選択するものである。
また、同じ負荷量の擬似負荷を複数用意し、主負荷が動作する直前においては擬似負荷を順次並列接続して増加させ、主負荷が動作終了した直後においては擬似負荷を順次切り離して減少させていくものである。これにより主負荷３の負荷変動が見掛け上滑らかな変動となり、負荷変動による電圧変動を最小限にすることができる。例えば、擬似負荷１からＮまでがそれぞれ負荷＝２５（ｍＡ）とした時、電圧変動を抑制するための擬似負荷の負荷変動は、始めに擬似負荷１が動作し、次に擬似負荷２が擬似負荷１に重畳して動作し、最後に擬似負荷Ｎが重畳して動作することで、擬似負荷を段階的に増加させる。または、その逆に段階的に減少させることができる。

図１（ｄ）は第４の実施形態の図であり、同じ構成要素には同じ参照番号が付されているので、重複する説明は省略する。図１（ｄ）が図１（ａ）〜（ｃ）と異なる点は、擬似負荷制御部１０がアナログ的に負荷が変化する構成とした点である。実施形態１〜３までは所謂デジタル的に擬似負荷を変動させた方法であるが、本実施形態は変動を連続的に行うものである。例えば、連続的に負荷量が変動する手段として可変抵抗器やＣｄｓにより光量変化を抵抗変化に変換する方法等が考えられる。そして主負荷３が動作する直前においては擬似負荷１０を連続的に増加（可変抵抗器の場合は、抵抗を減少）させ、主負荷３が動作終了した直後においては擬似負荷１０を連続的に減少（可変抵抗器の場合は、抵抗を増加）させるものである。そして、負荷特性として直線的、２次曲線的、対数的等、連続的に負荷を増加或いは減少させることで電圧変動を抑制することができる。
図１（ｅ）は第５の実施形態の図であり、同じ構成要素には同じ参照番号が付されているので、重複する説明は省略する。図１（ｅ）が図１（ａ）〜（ｃ）と異なる点は、擬似負荷制御部１１が不連続的に負荷が変化する構成とした点である。実施形態４では連続的に擬似負荷を変動させた方法であるが、本実施形態は変動を不連続的に行うものである。即ち、ＰＣにより負荷を制御するにはデジタル信号の方が扱い易い。そこで本実施形態では、例えば、パルス幅を変化させることにより負荷が変動する手段を構成し、主負荷３が動作する直前においてはパルス幅を徐々に広くして擬似負荷１１を連続的に増加させ、主負荷３が動作終了した直後においてはパルス幅を徐々に狭くして擬似負荷１１を連続的に減少させるものである。

図２は本発明の動作を説明するために、負荷変動抑制動作を行わない場合の主負荷とそれによる出力電圧の変化を表す図である。主負荷２０がポイントＰにおいて急激に負荷Ｌ１まで変動すると、出力電圧２１はその急激な変動に追従できないために波形ａのように大きく低下して再び上昇する所謂リンギング現象が発生する。この変動時間は負荷が容量性かインダクタ性かにより異なる。そして負荷が安定している時は出力電圧２１も変動しないが、主負荷２０がポイントＱにおいて負荷がゼロまで変動すると、出力電圧２１はその急激な変動に追従できないために波形ｂのように大きく上昇して再び低下する所謂リンギング現象が発生する。この波高値が電圧変動幅となる。

図３は本発明の負荷変動抑制方法を説明するための図である。本発明では予め主負荷２２を駆動するときに、主負荷２２の前後に擬似負荷２３を接続して、急激に負荷変動するのを抑制するものである。ここでは、擬似負荷２３の負荷Ｌ２は主負荷２２の負荷Ｌ１の約１／２の負荷量を有するものとする。即ち、主負荷２２の手前に擬似負荷２３をポイントＰ１において負荷Ｌ２まで変動させる。この負荷は主負荷の１／２であるので、出力電圧２５は波形ａのように小さく低下して再び上昇する所謂リンギング現象が発生する。この変動時間は負荷が容量性かインダクタ性かにより異なる。そして負荷が安定している時は出力電圧２５も変動しないが、擬似負荷２３がポイントＰ２において負荷がＬ２のときに、主負荷２２がその点から負荷Ｌ１まで変動すると、実質的には（Ｌ１−Ｌ２）の変動量となり、出力電圧２５ポイントＰ２において波形ｂのように小さく低下して再び上昇する所謂リンギング現象が発生する。これは、主負荷と擬似負荷の合計負荷が符号２４のように変化するためである。そして負荷が安定している時は出力電圧２５も変動しないが、擬似負荷２３がポイントＱ１において負荷Ｌ２まで変動すると同時に、主負荷２２がその点から負荷Ｌ１まで変動すると、実質的には（Ｌ１−Ｌ２）の変動量となり、出力電圧２５ポイントＱ１において波形ｃのように小さく上昇して再び低下する所謂リンギング現象が発生する。最後にポイントＱ２において擬似負荷２３の負荷Ｌ２がゼロまで変動し、波形ｄのように小さく上昇して再び低下する所謂リンギング現象が発生する。この波高値が電圧変動幅となる。そしてこの電圧変動幅は明らかに図２の変動幅と比較して小さくなっているのが解る。
尚、この図では擬似負荷の負荷量を主負荷の約１／２としたが、この値に限定されることはなく、他の値でも構わない。また、擬似負荷の数を複数にして段階的に負荷を増減させても良い。

図４は本発明の他の負荷変動抑制方法を説明するための図である。本発明では予め主負荷３０を駆動するときに、主負荷３０の前後に連続的（アナログ的）に変化する擬似負荷３１を接続して、急激に負荷変動するのを抑制するものである。ここでは、擬似負荷３１の負荷３１ａは２次曲線の特性を有するものとする。即ち、主負荷３０の手前に擬似負荷３１をポイントＰ１からＰ２まで連続的に変動させる。この負荷は２次曲線の特性を有するので、出力電圧３３は殆ど変動せず、負荷が安定している時は出力電圧３３も変動しない。そして擬似負荷３１がポイントＰ２において負荷Ｌ１に到達すると同時に、主負荷３０がその点から負荷Ｌ１まで変動すると、実質的には（Ｌ１−Ｌ１＝０）の変動量となり、出力電圧３３はポイントＰ２において殆ど変動しない。この動作が主負荷が終了するポイントＱ１から擬似負荷３１が負荷特性３１ｂのように変化することにより、出力電圧３３は殆ど変動なく安定することができる。これは、主負荷３０と擬似負荷３１の合計負荷が符号３２のように変化するためである。
図５は本発明の他の負荷変動抑制方法を説明するための図である。本発明では予め主負荷３５を駆動するときに、主負荷３５の前後に不連続的（パルス的）に変化する擬似負荷３６を接続して、急激に負荷変動するのを抑制するものである。ここでは、擬似負荷３６はパルスを幅変調するものとする。即ち、主負荷３５の手前に擬似負荷３６をポイントＰ１からＰ２まで不連続的に変動させる。この負荷はパルスを幅を変化させた特性を有するので、出力電圧３８は殆ど変動せず、負荷が安定している時は出力電圧３８も変動しない。これは主負荷３５と擬似負荷３６の合計負荷が符号３７のように変化するためである。そして擬似負荷３６がポイントＰ２において負荷Ｌ１に到達すると同時に、主負荷３５がその点から負荷Ｌ１まで変動すると、実質的には（Ｌ１−Ｌ１＝０）の変動量となり、出力電圧３８はポイントＰ２において殆ど変動しない。この動作が主負荷が終了するポイントＱ１から擬似負荷３６が負荷特性３７のように変化することにより、出力電圧３８は殆ど変動なく安定することができる。

図６は本発明の他の負荷変動抑制方法を説明するための図である。本発明では予め主負荷４０を駆動するときに、主負荷４０の前後に連続的（アナログ的）に変化する擬似負荷４１を接続して、急激に負荷変動するのを抑制するものである。図６が図４と異なる点は、主負荷４０の変動特性が急激ではなく、ある程度滑らかに変動するため、擬似負荷４１の接続を途中で中断している点である。その他の動作は図４と同様であるので説明を省略する。即ち、本実施形態は主負荷４０の負荷変動による電圧変動を検出する電圧変動検出手段を更に備えることにより、変動電圧の値が回路に支障を与える程度か否かを判断して、その値が回路に支障を与えない程度であれば、擬似負荷４１を接続しておく必要がないので途中で切断して、電源の負荷を軽くするものである。この例では、ａの領域では擬似負荷４１を連続的に変化させ、領域ｂでは主負荷４０の負荷変動が緩やかなので擬似負荷４１を切断する。
図７は本発明の他の負荷変動抑制方法を説明するための図である。本発明では予め主負荷４５を駆動するときに、主負荷４５の前後に不連続的（パルス的）に変化する擬似負荷４６を接続して、急激に負荷変動するのを抑制するものである。図７が図５と異なる点は、擬似負荷４６の接続を途中で中断している点である。その他の動作は図５と同様であるので説明を省略する。即ち、本実施形態は主負荷４５の負荷変動による電圧変動を検出する電圧変動検出手段を更に備えることにより、変動電圧の値が回路に支障を与える程度か否かを判断して、その値が回路に支障を与えない程度であれば、擬似負荷４６を接続しておく必要がないので途中で切断して、電源の負荷を軽くするものである。この例では、ａの領域では擬似負荷４６を不連続的に変化させ、領域ｂでは主負荷４５の負荷変動が緩やかなので擬似負荷４６を切断する。
また、図６、７とは逆に電圧変動が所定の変動量以上の場合、即ち、負荷変動を抑制する範囲を越えている場合は、擬似負荷を接続しても負荷変動を抑制することができないので、擬似負荷による抑制動作を行わないようにする。

以上の説明の中で、例えば複数の系統の主負荷が存在し、１つの主負荷に１つの擬似負荷が接続されていた場合、他の主負荷の変動抑制動作のための要求があった場合、必要な擬似負荷が使用中であるので、他の主負荷の変動抑制動作は行うことができない。即ち、擬似負荷が動作している最中に、さらに負荷を加えることによって、擬似負荷の制御を複雑、且つ精度を悪くする可能性があるためである。さらには、電圧変動を抑制する以前に、負荷全体が大きくなりすぎて電源が電力を供給できなくなる可能性もある。
また複数の主負荷と擬似負荷が存在する場合、擬似負荷の１つが主負荷に接続されているときに他の変動抑制の要求があった場合は、それ以外の擬似負荷を選択して接続するようにすることも有効である。
また、電源の電力供給能力が低下している時、例えば、電源が電池であって、その電池が消耗している時は、主負荷の負荷変動による電圧変動が発生しても、電力を供給する能力がないと判断して電圧変動を抑制するための擬似負荷動作を行わないことも有効である。

本発明の実施形態に係る電源装置を模式化して表した図である。 本発明の動作を説明するために、負荷変動抑制動作を行わない場合の主負荷とそれによる出力電圧の変化を表す図である。 本発明の負荷変動抑制方法を説明するための図である。 本発明の他の負荷変動抑制方法を説明するための図である。 本発明の他の負荷変動抑制方法を説明するための図である。 本発明の他の負荷変動抑制方法を説明するための図である。 本発明の他の負荷変動抑制方法を説明するための図である。

符号の説明

１ 電源、２ 電力変換回路、３ 主負荷、４ 擬似負荷制御部、５ 擬似負荷

Claims (13)

1. 出力電圧を監視して負荷の増減により電力供給を制御する電力変換回路を備えた電源装置において、
   電圧変動を発生させる要因となる主負荷と、該主負荷による電圧変動を抑制する少なくとも１つ以上の擬似負荷と、該擬似負荷を前記電力変換回路の出力系統に接続したり該出力系統から切断したりする擬似負荷制御部とを備え、
   前記擬似負荷制御部は、前記主負荷が動作する直前及び前記主負荷が動作終了した直後に、前記擬似負荷の少なくとも１つを前記主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統に接続することを特徴とする電源装置。
2. 前記擬似負荷は前記主負荷に比べて負荷が軽いことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記擬似負荷が異なる負荷量を有する複数の擬似負荷により構成され、前記擬似負荷制御部は、前記主負荷の負荷の大小に応じて、前記複数の擬似負荷の何れかを選択して前記主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統に接続することを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
4. 前記擬似負荷は異なる負荷量を有する複数の擬似負荷により構成され、前記擬似負荷制御部は、前記主負荷の負荷の大小に応じて、前記複数の擬似負荷を選択的に切替えて該擬似負荷の負荷量を変動させて前記主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統に接続することを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
5. 前記擬似負荷は段階的に負荷量が増加する複数の擬似負荷により構成され、前記擬似負荷制御部は、前記主負荷の負荷の大小に応じて、前記主負荷が動作する直前においては前記擬似負荷の負荷量を段階的に増加させ、前記主負荷が動作終了した直後においては前記擬似負荷の負荷量を段階的に減少させて前記主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統に接続することを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
6. 前記擬似負荷が同一の負荷量を有する複数の擬似負荷により構成され、前記擬似負荷制御部は、前記主負荷の負荷の大小に応じて、前記主負荷が動作する直前においては前記擬似負荷を順次重畳させて増加させ、前記主負荷が動作終了した直後においては前記擬似負荷を順次切り離して減少させて前記主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統に接続することを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
7. 前記擬似負荷が連続的に負荷量が増減する擬似負荷により構成され、前記擬似負荷制御部は、前記主負荷の負荷の大小に応じて、前記主負荷が動作する直前においては前記擬似負荷を連続的に増加させ、前記主負荷が動作終了した直後においては前記擬似負荷を連続的に減少させて前記主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統に接続することを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
8. 前記擬似負荷が不連続的に負荷量が増減する擬似負荷により構成され、前記擬似負荷制御部は、前記主負荷の負荷の大小に応じて、前記主負荷が動作する直前においては前記擬似負荷を不連続的に増加させ、前記主負荷が動作終了した直後においては前記擬似負荷を不連続的に減少させて前記主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統に接続することを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
9. 前記主負荷の負荷変動による電圧変動を検出する電圧変動検出手段を更に備え、前記擬似負荷制御部は、前記電圧変動検出手段により検出した電圧変動が所定の変動量以下の場合、前記擬似負荷を前記主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統から切断することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
10. 前記擬似負荷制御部は、前記電圧変動検出手段により検出した電圧変動が所定の変動量以上の場合、前記擬似負荷を前記主負荷が接続されている電力変換回路の出力系統に接続しないことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
11. 前記擬似負荷が前記電力変換回路の出力系統に接続されている場合、前記擬似負荷制御部は、当該擬似負荷に対して新たな接続動作を行わないことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の電源装置。
12. 前記擬似負荷の１つが前記電力変換回路の出力系統に接続されている場合、前記擬似負荷制御部は、当該擬似負荷以外の擬似負荷に対して接続動作を行うことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の電源装置。
13. 前記電源装置の電力供給能力を監視する供給能力監視手段を更に備え、該供給能力監視手段が前記電源装置の電力供給能力が低いと判断した場合、前記擬似負荷制御部は、前記擬似負荷の接続動作を行わないことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。

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