JP2005269754A

JP2005269754A - 電圧低下保護装置

Info

Publication number: JP2005269754A
Application number: JP2004077422A
Authority: JP
Inventors: Koji Yamazaki; 浩司山崎
Original assignee: TDK Lambda Corp
Current assignee: TDK Lambda Corp
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】接続されたスイッチング電源装置の影響を受けずに、電力変換回路を小型化できる電圧低下保護装置を提供する。
【解決手段】商用交流電源３からの交流入力電圧ＶACiが正常、即ち停電検出回路51で設定した所定値を越えている場合は、電圧供給回路50のスイッチ素子70がオン、スイッチ素子71がオフのため、交流入力電圧ＶACiが、整流器41を介さずに出力電圧Ｖoutとしてスイッチング電源ユニット１の入力端子４に供給されると共に、充電回路43により蓄電器42が充電される。一方、交流入力電圧ＶACiが停電検出回路51で設定した所定値よりも低下すると、スイッチ素子70がオフ、スイッチ素子71がオンとなり、蓄電器42の端子電圧ＶB1がスイッチング電源ユニット１の入力端子４に印加される。
【選択図】図１

Description

この発明は、入力電圧の瞬間的若しくは継続的な低下（または停電）時に、前記入力電圧に代わって蓄電器からの電力を負荷に供給する電圧低下保護装置に関する。

一般に、この種の電圧低下保護装置は、入力電圧の低下若しくは停電時にも負荷に直流または交流電力を供給し続ける無停電電源装置や瞬時電圧低下保護装置として知られている。

例えば特許文献１では、商用交流電源から供給される交流入力電圧の正常時に、当該交流入力電圧を整流平滑回路により直流電圧に変換し、この直流電圧を第１のＤＣ−ＤＣコンバータで所定の直流出力電圧に変換した上で負荷に供給すると共に、第１のＤＣ−ＤＣコンバータからの直流出力電圧で蓄電器に相当する電気二重層コンデンサを充電する一方で、前記交流入力電圧の低下時に、電気二重層コンデンサからの直流電力を第２のＤＣ−ＤＣコンバータで所定の直流出力電圧に変換して、負荷にこの直流出力電圧を供給するようにした直流無停電電源装置が提案されている。

ここで、蓄電器として利用するコンデンサは、特許文献１で提案されるような電気二重層コンデンサに限らず、電解コンデンサなども知られている。電気二重層コンデンサは同等寸法の電解コンデンサよりも出力電圧の保持時間が長くなる反面、充電電圧が低いという特性を持つ。

上記従来の電圧低下保護装置における問題を解決したものとして、本願出願人が別に提案した電圧低下保護装置がある。

図３は、当該電圧低下保護装置の回路構成を示したものである。同図において、40は、スイッチング電源の入力電力をバックアップするための電圧低下保護装置であり、商用交流電源３とスイッチング電源ユニット１との間に挿入（接続）されている。

スイッチング電源ユニット１は、電圧低下保護装置40から入力端子４に印加される出力電圧Ｖoutを、整流した直流電圧に変換する整流器５と、前記整流した直流電圧から高調波成分を取り除いて、昇圧した直流入力電圧ＶDCiを得る力率改善回路６と、前記直流入力電圧ＶDCiを所要の出力電圧である直流出力電圧ＶDCoに変換し、出力端子９を経由して負荷Ｌに供給する絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８とを備えており、力率改善回路６は、チョークコイル，スイッチ素子，ダイオードおよび平滑コンデンサからなる昇圧チョッパ回路により構成される。

一方、電圧低下保護装置40は、入力端子55に接続された商用交流電源３の交流入力電圧ＶACi（例えば85VAC〜264VAC）を、整流した直流電圧に変換する電力変換回路としての整流器41と、充放電可能な例えば電解コンデンサ，電気二重層コンデンサやバッテリーなどの蓄電器42と、チョークコイル44と例えばＭＯＳ型ＦＥＴなどのスイッチ素子45とダイオード46とからなる昇圧チョッパ回路から構成され、前記整流した直流電圧を昇圧した上で蓄電器42に供給して、当該蓄電器42を例えばＤＣ360Ｖで充電する充電回路43と、交流入力電圧ＶACiの低下時に、前記整流器41からの直流電圧に代わって蓄電器42の端子電圧ＶB1を出力端子56からスイッチング電源ユニット１の入力端子４に供給するバックアップ用の電圧供給回路50とを備えている。この電圧供給回路50は、商用交流電源３から供給される交流入力電圧ＶACiが所定値に低下したか否か検出する停電検出回路51と、端子電圧ＶB1が発生する蓄電器42の一端と整流器41から出力端子56ひいてはスイッチング電源ユニット１の入力端子４に至る整流した直流電圧の供給ラインとの間に接続され、前記交流入力電圧ＶACiが所定値に低下したときに、停電検出回路51からの検出信号を受けてオフ状態からオンに切換わるスイッチ素子52とにより構成される。

商用交流電源３からの交流入力電圧ＶACiが正常、即ち停電検出回路51で設定した所定値を越えている場合、電圧供給回路50のスイッチ素子52はオフしており、端子電圧ＶB1が発生する蓄電器42の一端はスイッチング電源ユニット１への電圧供給ラインから切り離されている。従って、整流器41により整流された直流電圧は、出力電圧Ｖoutとしてスイッチング電源ユニット１の入力端子４に供給されると共に、充電回路43により昇圧された上で蓄電器42に与えられ、当該蓄電器42が充電される。

これに対して、交流入力電圧ＶACiが停電検出回路51で設定した所定値よりも低下すると、この停電検出回路51からの検出信号によりスイッチ素子52がオンし、端子電圧ＶB1が発生する蓄電器42の一端がスイッチング電源ユニット１への電圧供給ラインに接続される。こうなると、蓄電器42は待機状態からバックアップ動作に移行して、当該蓄電器42の端子電圧ＶB1が出力端子56からスイッチング電源ユニット１の入力端子４に印加されることにより、スイッチング電源ユニット１に接続された負荷Ｌに電力を供給し続けることができる。
特開平６−３５１２４５号公報

上記のような電圧低下保護装置40では、交流入力電圧ＶACiの正常時には、整流器41により変換された直流電圧を、スイッチング電源ユニット１に供給すると共に、充電回路43により昇圧した上で蓄電器42を充電する一方で、交流入力電圧ＶACiの低下時には、蓄電器42の端子電圧ＶB1をスイッチング電源ユニット１に供給するようにすることで、負荷Ｌに電力を供給し続ける保持時間を延ばすと共に、スイッチング電源ユニット１即ち既設のスイッチング電源装置への接続を容易にしている。

このとき、出力端子56に接続されるスイッチング電源ユニット１には、整流器41により変換された直流電圧が供給されるが、スイッチング電源ユニット１に接続された負荷Ｌが大きい場合、自ずと整流器41を流れる電流が大きくなり、発熱するという問題があった。発熱を抑えるためには、整流器41を大型化すればよいが、スイッチング電源ユニット１に供給する最大電流を考慮した大きさにする必要があるため、小型化が困難であった。

本発明は上記の課題に着目してなされたもので、接続されたスイッチング電源装置の影響を受けずに、電力変換回路を小型化できる電圧低下保護装置を提供することをその目的とする。

本発明の電圧低下保護装置は、交流入力電圧を直流電圧に変換する電力変換回路と、充放電可能な蓄電器と、前記交流入力電圧の正常時に、前記電力変換回路からの前記直流電圧により前記蓄電器を充電する充電回路と、前記交流入力電圧の正常時に、前記交流入力電圧をスイッチング電源に供給し、前記交流入力電圧の低下時に、前記交流入力電圧に代わって前記蓄電器の端子間電圧をスイッチング電源装置に供給する電圧供給回路とにより構成される。

本発明は、交流入力電圧の正常時には、交流入力電圧を電力変換回路により直流電圧に変換することなく、スイッチング電源装置に供給すると共に、前記交流入力電圧を電力変換回路により直流電圧に変換し、充電回路により昇圧した上で蓄電器を充電する一方で、交流入力電圧の低下時には、蓄電器の端子電圧をスイッチング電源装置に供給する。このようにすると、交流入力電圧の正常時には、スイッチング電源装置に交流入力電圧を電力変換回路を介さずにそのまま供給できるため、スイッチング電源装置に供給する電流が大きくても、電力変換回路の小型化が可能となる。

本発明の電圧低下保護装置によれば、接続されたスイッチング電源装置の影響を受けずに、電力変換回路を小型化できる。

以下、本発明における電圧低下保護装置の好ましい実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、前記従来例における図３と同一箇所には同一符号を付し、その共通する部分の説明は重複するため省略する。

装置全体の構成を示す図１において、40は、スイッチング電源の入力電力をバックアップするための電圧低下保護装置であり、商用交流電源３とスイッチング電源ユニット１との間に挿入（接続）される。本実施例では、既設のスイッチング電源装置に相当するスイッチング電源ユニット１の各部の構成は、従来例に示すものと共通しているが、後述するように商用交流電源３からの交流入力電圧ＶACiが正常の場合には、入力端子４に商用交流電源３からの交流入力電圧ＶACiをそのまま供給するようにしている。

一方、電圧低下保護装置40は、電圧供給回路50以外については、従来例に示すものと共通している。即ち、電圧低下保護装置40は、入力端子55に接続された商用交流電源３の交流入力電圧ＶACiを、整流した直流電圧に変換する電力変換回路としての整流器41と、充放電可能な例えば電解コンデンサ，電気二重層コンデンサやバッテリーなどの蓄電器42と、チョークコイル44と例えばＭＯＳ型ＦＥＴなどのスイッチ素子45とダイオード46とからなる昇圧チョッパ回路から構成され、前記整流した直流電圧を昇圧した上で蓄電器42に供給して、当該蓄電器42を例えばＤＣ360Ｖで充電する充電回路43と、後述する電圧供給回路50とを備えている。

電圧供給回路50は、商用交流電源３から供給される交流入力電圧ＶACiが所定値に低下したか否か検出する停電検出回路51と、商用交流電源３と接続している入力端子55から出力端子56ひいてはスイッチング電源ユニット１の入力端子４に至る交流入力電圧ＶACiの一対の供給ラインの間に接続され、前記交流入力電圧ＶACiが所定値に低下したときに、停電検出回路51からの検出信号を受けてオン状態からオフに切換わる一対のスイッチ素子70と、端子電圧ＶB1が発生する蓄電器42の両端と前記供給ラインとの間に接続され、前記交流入力電圧ＶACiが所定値に低下したときに、停電検出回路51からの検出信号を受けてオフ状態からオンに切換わる一対のスイッチ素子71とにより構成される。なお、ここでのスイッチ素子70は、交流入力が可能な例えばサイリスタや各種リレーなどが好適であり、一方、スイッチ素子71は、例えばトランジスタやＭＯＳ型ＦＥＴなどの半導体素子が好適である。

72は、バックアップ動作切り換え時に発生する突入電流を抑制するためのサーミスタであり、蓄電器42の一端とスイッチ素子71の一端とを接続するラインに挿入される。

次に上記構成について、その作用を図２のグラフを参照しながら説明する。なお、この図２には、上記入力レンジと保持時間との関係が示されている。

同図において、商用交流電源３からの交流入力電圧ＶACiが正常、即ち停電検出回路51で設定した所定値を越えている場合、電圧供給回路50のスイッチ素子70はオンしているため、商用交流電源３がスイッチング電源ユニット１への電圧供給ラインに接続され、反対に、スイッチ素子71はオフしているため、端子電圧ＶB1が発生する蓄電器42はスイッチング電源ユニット１への電圧供給ラインから切り離されている。従って、商用交流電源３の交流入力電圧ＶACiが、整流器41を介さずに出力電圧Ｖoutとしてスイッチング電源ユニット１の入力端子４に供給されると共に、交流入力電圧ＶACiを整流器41により整流した直流電圧が、充電回路43により昇圧された上で蓄電器42に与えられ、当該蓄電器42が充電される。スイッチング電源ユニット１へは、従来と同様に整流器41を介さずに交流入力電圧ＶACiが供給されるため、整流器41には、充電回路43で必要とする電流しか流れない。従って、スイッチング電源ユニット１に接続された負荷Ｌが大きくても、発熱を抑制できるため、整流器41の小型化が可能となる。

これに対して、交流入力電圧ＶACiが停電検出回路51で設定した所定値よりも低下すると、この停電検出回路51からの検出信号によりスイッチ素子70がオフし、商用交流電源３がスイッチング電源ユニット１への電圧供給ラインから切り離され、反対に、スイッチ素子71がオンするため、端子電圧ＶB1が発生する蓄電器42の両端がスイッチング電源ユニット１への電圧供給ラインに接続される。こうなると、蓄電器42は待機状態からバックアップ動作に移行して、当該蓄電器42の端子電圧ＶB1がスイッチング電源ユニット１の入力端子４に印加されることにより、スイッチング電源ユニット１に接続された負荷Ｌに電力を供給し続けることができる。

このとき、サーミスタ72は、温度が低い初期状態では抵抗値が大きく、この抵抗でスイッチ素子71オン時に、スイッチング電源ユニット１の入力端子４に流れ込む突入電流を抑制し、その後流れる電流による自己発熱（ジュール熱）で温度上昇すると、その抵抗値は下がり電力損失を小さく抑えることができる。

ここで、スイッチング電源ユニット１の力率改善回路６は、その入力レンジが絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８よりも広く、入力電圧がＤＣ120Ｖ〜360Ｖの範囲で、出力側に所要の直流入力電圧ＶDCiを発生させることができる。即ち図２に示すように、従来は交流入力電圧ＶACiの低下時において、バックアップ電圧ＶBが、ＤＣ270Ｖ〜360Ｖの入力レンジを持つ絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８に入力されていたので、所要の直流出力電圧ＶDCoを供給し続ける保持時間Ｔ１は、バックアップ電圧ＶBがＤＣ270Ｖに低下するまでに限定されていた。その点、本実施例では、蓄電器42の端子電圧ＶB1が絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８にではなく、入力端子４ひいては力率改善回路６に入力されているので、蓄電器42の端子電圧ＶB1がＤＣ120Ｖ（整流器５の電圧低下分を含まず）に低下する期間（保持時間Ｔ２）まで、所要の直流出力電圧ＶDCoを供給し続けることができ、同じ容量であっても蓄えられたエネルギーを有効に利用することができる。また、従来と同じ保持時間だけバックアップするのであれば、蓄電器42の容量を約50％削減できる。

以上のように本実施例によれば、交流入力電圧ＶACiを直流電圧に変換する電力変換回路たる整流器41と、充放電可能な蓄電器42と、交流入力電圧ＶACiの正常時に、整流器41からの前記直流電圧により蓄電器42を充電する充電回路43と、交流入力電圧ＶACiの正常時に、交流入力電圧ＶACiをスイッチング電源たるスイッチング電源ユニット１に供給し、交流入力電圧ＶACiの低下時に、交流入力電圧ＶACiに代わって蓄電器42の端子間電圧ＶB1をスイッチング電源ユニット１に供給する電圧供給回路50とにより構成される。

本発明は、交流入力電圧ＶACiの正常時には、交流入力電圧ＶACiを整流器41により直流電圧に変換することなく、スイッチング電源ユニット１に供給すると共に、交流入力電圧ＶACiを整流器41により直流電圧に変換し、充電回路43により昇圧した上で蓄電器42を充電する一方で、交流入力電圧ＶACiの低下時には、蓄電器42の端子電圧ＶB1をスイッチング電源ユニット１に供給する。このようにすると、交流入力電圧ＶACiの正常時には、スイッチング電源ユニット１に交流入力電圧ＶACiを整流器41を介さずにそのまま供給できるため、スイッチング電源ユニット１に供給する電流が大きくても、整流器41の小型化が可能となる。

また、本実施例の電圧供給回路50は、交流入力電圧ＶACiの低下を検出する入力電圧検出回路としての停電検出回路51と、交流入力電圧ＶACiの正常時に、交流入力電圧ＶACiを供給する商用交流電源３をスイッチング電源ユニット１の入力端子４に繋ぐスイッチ素子70と、交流入力電圧ＶACiの低下時に、端子電圧ＶB1を発生する蓄電器42の両端をスイッチング電源ユニット１の入力端子４に繋ぐスイッチ素子71とにより構成される。

このようにすれば、電圧供給回路50は、交流入力電圧ＶACiの低下を監視する停電検出回路51と、この停電検出回路51の検出結果を受けて動作するスイッチ素子70，71だけで実現でき、電圧供給回路50の回路構成を極力簡素化することができる。

さらに、サーミスタ60を、蓄電器42の一端とスイッチ素子71の一端とを接続するラインに挿入している。

このようにすると、スイッチ素子71オン時に、スイッチング電源ユニット１の入力端子４に流れ込む突入電流を抑制することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において種々の変形実施が可能である。接続対象はスイッチング電源装置に限らず、各種製品の電圧低下保護装置としての利用が可能である。また、スイッチ素子70，71を一つのリレーでＡ接点，Ｂ接点を用いて構成してもよい。

本発明の一実施例における電圧低下保護装置の回路図である。同上、入力レンジと保持時間との関係を示すグラフである。従来例における電圧低下保護装置の回路図である。

符号の説明

１スイッチング電源ユニット（スイッチング電源装置）
41 整流器（電力変換回路）
42 蓄電器
43 充電回路
50 電圧供給回路

Claims

交流入力電圧を直流電圧に変換する電力変換回路と、充放電可能な蓄電器と、前記交流入力電圧の正常時に、前記電力変換回路からの前記直流電圧により前記蓄電器を充電する充電回路と、前記交流入力電圧の正常時に、前記交流入力電圧をスイッチング電源に供給し、前記交流入力電圧の低下時に、前記交流入力電圧に代わって前記蓄電器の端子間電圧をスイッチング電源装置に供給する電圧供給回路とにより構成されることを特徴とする電圧低下保護装置。