JP2005295672A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源装置にバックアップ電源装置を接続する場合の電力損失の増大、及大電流に耐える接続部構成の困難性を解決する。
【解決手段】ＡＣ電源からＡＣ／ＤＣ変換した直流電力を、負荷装置の規定動作電圧にＤＣ／ＤＣ変換して供給する電源装置において、ＡＣ電源に比較して高電圧・低電流が通電する電力伝送路に、別系統からの直流電源を給電するための接続部を設けてなる。この接続部には、一次電池、二次電池、又はその他の蓄電手段からの電力を内部の電力伝送路の電圧に合わせて昇圧して給電する別系統の直流電源装置を接続可能とする。さらに、停電検出回路を設け、停電時の検出信号を伝達する信号取出部を設けて検出信号を別系統の直流電源装置へ伝達するようにしている。接続部及び信号取出部は、着脱又は断続可能な構成とする。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、ＡＣ電源からＡＣ／ＤＣ変換した直流電力を供給する電源装置に関し、特に、入力ＡＣ電源の電源電圧より高電圧の直流電力が通電する伝送路に、別系統の直流電源装置からの給電を行うための接続部を設けた電源装置に関する。

スイッチング制御を用いた電源装置は、小型、軽量、及び高効率的な電源装置として民生機器や産業機器の組み込み電源として広く使用されている。その用途は多種多様であることから、要求仕様に合わせた受注生産になる傾向にあるため、納期短縮やコスト低減化が困難なものであった。

ところで、一般的な、電源装置１００は、図４に示すにように、主に、商用給電の交流電源（ＡＣ電源）Ｐに接続されるＡＣ入力部１０１と、該ＡＣ電源Ｐを直流（「ＤＣ」）電力に変換（主に、昇圧）する整流器１０２と、該整流器１０２からの直流電力をコンピュータやメモリ装置等の負荷装置に適した動作電力に変換（主に、降圧）するＤＣ／ＤＣコンバータ１０３と、から構成されている。

かかる電源装置１００は、突発的な事故や故障によりＡＣ電源Ｐの給電が停止（以下「停電」）した場合には、その影響が直接的かつ瞬時に接続している負荷装置Ｌへ及ぶことになる。これら負荷装置Ｌが作業中のコンピュータ装置や通信機器等の各種の電子機器装置であったりした場合は、メモリバックアップ等の機能が働かずにデータの消失や作業エラー、又は仕事の中断等が発生し、その影響は甚大なものとなる恐れがあった。

そのため、重要な電子機器装置においては、このような停電への補完対策として主要な電源装置（「主電源装置」）１００には、停電時に瞬時に切り換えて電源を供給する（「バックアップ」）ための電源装置（「バックアップ電源装置」）を配設しているのが通常である。かかるバックアップ電源装置としては、従来から以下の３つの方法が用いられている。

（１）主電源装置のＡＣ入力部に無停電電源装置（「ＵＰＳ」）を接続する方法。
この方法の一般的構成は、図５に示すように、ＡＣ電源ＰからＵＰＳ２０２を介して主電源装置２００のＡＣ入力部２０１へ接続するものである。かかるＵＰＳ２０２は、整流器２０３、インバータ２０４、バイパス回路２０５、および二次電池（「バッテリ」）２０６、等により構成されており、給電されたＡＣ電源Ｐを整流部２０３で直流に変換すると共に、内蔵されたバッテリ２０６の出力電圧まで降圧しておき、停電を検知すると、バイパス回路２０５を介して接続されたバッテリ２０６からの給電へと瞬時に切換える。そして、給電されたバッテリ２０６からのＤＣ電源は、インバータ２０４で主電源装置２００の入力ＡＣ電圧に合せてＡＣ出力部２０７へ給電する構成である。なお、主電源装置２００の他の構成要素は上述した主電源装置１００と同じ構成であるため、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

しかし、かかる構成のＵＰＳ２０２を用いる方法には、次の様な問題点がある。すなわち、（１）位相の調整などの無停電化のための複雑な回路構成が必要となり、（２）常時インバータ方式の場合は、常にインバータが動作しているため電力変換損失の乗積による効率の悪化がある。さらに（３）切換方式の場合は、切換えのために数ｍｓの瞬間的な停電が発生する不都合があった。加えて、（４）大きい容量のバッテリなどのバックアップ用の電源装置が必要となるため、大きく重くなりその設置には外部に大きなスペースが必要となっていた。

（２）電源装置内のＤＣ出力に切り換えてバッテリから給電する方法。
この方法の従来例としては、以下に挙げた種々の技術が開示されている。
特許文献１には、電源装置内のＤＣ出力である力率改善回路の出力側（通常、３８０Ｖ）に、バツテリの出力電圧（通常、１２〜４８Ｖ）をＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧（通常、３８０Ｖ）して給電する構成が開示されている。

かかる構成においては、比較的変換回路が少ないため変換効率の悪化は少ないが、主電源装置内にバッテリや昇圧コンバータを一体として備えているため、全体が大型・複雑化するばかりか、多様な仕様の要求に対しては、その都度個別に設計する必要があるため、製造効率が悪く、かつコストダウンの障害となる欠点があった。

また、特許文献２には、電源装置内のＤＣ出力である整流部の出力電圧（通常、３８０Ｖ）を降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータによって二次電池（バックアップ電源装置）の電圧に降圧した後、停電時の切換動作によって内蔵させた二次電池から給電する構成が開示されている。
かかる構成においては、電源装置内に二次電池や降圧コンバータを備えるため、上記同様の問題があった。

（３）主電源装置の外部にバックアップ電源装置を配置して給電する方法。
この方法の一般的構成は、図６に示すように、主電源装置３００とは別にバックアップ電源装置としてバッテリ３０１を外部に配置して、主電源装置３００内の整流器３０２の出力電圧（通常、３８０Ｖ）をＤＣ／ＤＣコンバータ３０３によって降圧した伝送路に形成した接続部３０４に上記バッテリ３０１を接続し、停電時の瞬時切換動作によってこのバッテリ３０１から給電する構成が開示されている。

かかる構成においては、主電源装置３００に降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３０３を常時作動させておく必要があるため、無視できない電力の変換損失が生じていた。加えて、外部からのバッテリをそのまま接続するため、接続部３０４をＤＣ低電圧部（２４Ｖまたは４８Ｖ）としておく必要があった。かかる接続部３０４は、低電圧・高電流となるため大電力に耐える大容量の端子もしくはコネクタが必要になり、また接続用配線も太いものが必要となって、大型化してしまう欠点があった。
特開２０００−１１６０２９ 特開２００１−３３３５４６

本願発明は、上記背景技術に鑑みて為されたものであり、ＡＣ電源からＡＣ／ＤＣ変換して給電する電源装置において、ＡＣ電源と比較して高電圧・低電流の直流電力伝送路に接続部を設けでバックアップ電源装置を接続することより、高圧の直流電源を一端降圧してバックアップ電源装置を接続する構成による電力損失の増大、及び大電流に耐える接続部構成の困難性を解決するものである。

加えて、接続部の構成を簡易かつ小型の構成にすると共に、この接続部を介して別筐体で格別に形成する。さらには、これら筐体を規格化（モジュール化）することにより、主電源装置と各種（区々の、電力容量、電圧、等）のバックアップ電源装置を適宜選択して自在に接続することを可能とした。これによって、電源装置の多様な仕様要請に対しては、大幅な設計変更をすることなく、局所的な改造で迅速かつ多用途に対応させた汎用性、及び組合わせの自由性を備えた電源装置を提供するものである。

上記課題を解決するため、本願発明に係る電源装置は、次のように構成している。
主に、商用ＡＣ電源を用いるＡＣ電源からＡＣ／ＤＣ変換した直流電力を、負荷装置の規定動作電圧にＤＣ／ＤＣ変換して供給する電源装置において、ＡＣ電源の入力電圧より高電圧の直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータへ供給する電力伝送路に、別系統からの直流電源を給電するための接続部を設けてなることを特徴とする。

さらに、ＡＣ電源の給電停止を検知する停電検出回路を設けると共に、該停電検出回路からの停電時の検出信号を伝達する信号取出部を備えたことを特徴とする。

上記電源装置の接続部には、一次電池、二次電池、又はその他の蓄電手段からの電力を昇圧して内部の電力伝送路の電圧に合わせて給電する別系統の直流電源装置を接続したことを特徴とする。

この別系統の直流電源を接続した電源装置は、前記信号取出部を介して給電停止時の検出信号を別系統の直流電源装置へ伝達することを特徴とする。
上記した接続部及び信号取出部は、着脱又は断続可能な構成としたことを特徴とする。

さらに、上記別系統の直流電源装置は、電源装置（主電源装置）とは別筐体で構成し、接続部及び信号取出部を介して着脱又は断続可能に構成してなること特徴とする。そして、主電源装置と別系統直流電源装置との格別な筐体の形態を規格化してもよい。

本願発明の構成によれば、入力ＡＣ電源をＡＣ／ＤＣ変換してＡＣ電源電圧よりも高電圧の直流電圧が印加した電力伝送路に接続部を設けているため、流れる電流値は入力ＡＣ電源より低電流値となり、接続部の接触抵抗を多少大きくしても損失や発熱等の影響を受け難く、安定で信頼性に優れた電気的接続が実現できる。そのため、接続部分では導体の接触面積も少なくて済み、接続部分をコネクタや接続端子（「接続端子等」）の着脱自在な構成とする場合でも、これらを簡易かつ小型に形成することができる効果を有する。

また、多くの電源装置の構造にあるように、プリント基板の導体パターン上に本願発明の接続部分を設ける場合には、この接続部分と接続端子等との間の経路に比較的線径の細い電線を用いることができ、かつはんだ付けや圧着等の簡易な方法によって結線を行うことができる。そのため、銅板ブスバーとネジ止めによる接続構造が必要となる低電圧大電流路の結線と比較して、簡易な構造で機器の信頼性を確保することができ、かつ低コスト化が図れる等、顕著な効果が期待できる。

さらには、主電源（通常、商用ＡＣ電源）からの電源装置（主電源装置）とバックアップ用の電源装置とを別筐体に収納して構成し、さらにはこれらを同一外観形態に規格化した言わばモジュール化して適宜に接続する構成とすることにより、バックアップ電源装置や主電源装置の多様な仕様要求に対しては、大幅な設計変更をすることなく局所的な改造で迅速かつ多用途に対応させることができる効果を奏する。

次に、本願発明の各構成を実施するための最良の形態について、幾つかの実施例を回路図に基づき説明する。

図１は、実施例１の機能を示す回路図であり、本願発明の電源装置の主要構成を示すものである。本回路図は、入力したＡＣ電源ＰからＡＣ／ＤＣ変換した直流電力を、負荷装置の規定動作電圧にＤＣ／ＤＣ変換して供給する電源装置（「主電源装置」）１に関するものである。通常、商用のＡＣ電源を入力電源として用い、これを整流器２でＤＣ電源に変換する。整流器２の構成は、既存技術として存在する回路、例えば、シリコン整流器、サイリスタ整流器、又は高周波スイッチング整流器、等を適宜選択して用いる。本実施例は、一般的な回路構成の高周波スイッチング整流器を用いており、シリコンやダイオードを用いたＡＣ／ＤＣ変換部２１で直流に変換した直流電源を、さらにスイッチング制御による力率改善回路（ＰＦＣ回路）２２を介して平滑な電圧安定化を図った直流電力を出力させている。一般に、整流器２から出力される直流電圧は、ＡＣ電源電圧（１００Ｖ又は２００Ｖ）より高電圧（約３８０Ｖ）となり、流れる電流値はＡＣ電源の電流値より低くなる。すなわち、この整流器２から次段のＤＣ／ＤＣコンバータ５へ連なる電力伝送路３には高電圧・低電流の直流電力が流れることとなる。

本願発明の目的の１つは、かかる高電圧・低電流の電力伝送路３に別系統からの電源装置を接続するための接続部４を設けることにある。この接続部４には、物理的に給電を断続するための接続端子やコネクタ受部を形成している。この接続部４を介して、別系統の電源、例えば、バックアップ用の電源等の給電を行う様にしている。

電力伝送路３は電力変換回路としてスイッチング制御を用いたＤＣ／ＤＣコンバータ５に接続している。このコンバータ５は、コンピュータやその周辺電気機器等の負荷装置Ｌに適合させた規定直流電圧（例えば、３．３Ｖ、５Ｖ、１２Ｖ、２４Ｖ、等）までに降圧させるためのコンバータである。その具体的回路構成は一般的な既存技術であるため、その説明については省略する。

以上のように接続部４を高電圧・低電流の伝送路に形成しているため、接触部分の接触抵抗が多少大きくなっても損失や発熱等の影響を受け難く、かつ導体の接触面積も少なくて済むため、この部分の構造を簡易かつ小型に形成することができる顕著な効果が期待できる。

例えば、具体的な例を挙げると、主電源装置１からの出力が１０Ａの電流が必要であるとすると、これに耐え得る基板の配線パターン幅が約１０ｍｍとなり、かつ大容量の接続端子が必要となるのに対して、接続部４の接続領域においては約０．８Ａの電流が流れることになり、配線パターン幅は約１ｍｍで済み、かつ接続端子も小型のものを用いることができることとなる。

図２は、実施例２の機能を示すブロック図である。
実施例２は、上記実施例１の主電源装置１に設けた接続部４に別系統の直流電源としてのバックアップ電源装置６を接続したものである。主電源装置１に用いるバックアップ電源装置６は、接続部４が高電圧・低電流であるため、二次電池であるバッテリ６１をコンバータ６２によって接続部４の電圧（約３８０Ｖ）まで昇圧して出力させている。

なお、このバッテリ６１は、この種の電源装置に限定するものではなく、その他、直流電源を供給とし得るものであれば、一次電池、コンデンサ、キャパシタ、または将来的には燃料電池等の種々の蓄電手段を適宜選択して用いてもよい。

また、主電源装置１とバックアップ電源装置６とは別筐体に収納して構成し、かつ筐体の形態において、形状、取付け位置、及び接続端子仕様、を規格化した、いわゆる、モジュール化するようにしてもよい。

以上の構成により、バックアップ電源装置を備えた電源装置の多様な仕様要求に対しては、大幅な設計変更をすることなく、局所的な改造で迅速かつ多用途に対応させることができる。すなわち、主電源装置１に汎用性を持たせることができる。

また、バックアップ電源装置６をモジュール化することにより、容量の異なる電源装置の選択取付けや複数個の設置をするようにしてもよい。

図３は、実施例３の機能を示すブロック図である。
実施例３は上記実施例２に停電検出回路７を配設したものである。停電検出回路７は、主電源装置１のＡＣ入力部１１と整流器２の間に設け、ＡＣ電源Ｐを給電停止（「停電」）を検知する。検知した信号は主電源装置１に配置した信号取出部７１を介して、バックアップ電源装置措置６へ検出信号を伝達する。この検出信号は、バックアップ電源装置６のＯＮ／ＯＦＦ制御部６３に伝達して、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ６２の作動を制御する。

このＯＮ／ＯＦＦ制御部６３は、ＡＣ電源Ｐが通電している状態ではＯＦＦ制御によりＤＣ／ＤＣコンバータ６２の作動を停止させ、停電を検出するとＯＮ制御によりＤＣ／ＤＣコンバータ６２の作動を瞬時に開始させるように制御している。

かかる構成において主電源装置１には、接続部４のほかに、信号取出部７１を配設しておき、これらを介して別筐体で形成したバックアップ電源装置６と接続可能としている。

本実施例１にかかる電源装置の機能を示す回路図である。 本実施例２にかかる電源装置の機能を示すブロック図である。 本実施例３にかかる電源装置の機能を示すブロック図である。 従来例装置の機能を示すブロック図である。 従来例装置の機能を示すブロック図である。 従来例装置の機能を示すブロック図である。

符号の説明

１ 主電源装置
１１ ＡＣ入力部
２ 整流器
２１ ＡＣ／ＤＣ変換部
２２ ＰＦＣ回路
３ 電力伝送路
４ 接続部
５ ＤＣ／ＤＣコンバータ
６ バックアップ電源装置
６１ バッテリ
６２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
６３ ＯＮ／ＯＦＦ制御部
７ 停電検出回路
７１ 信号取出部
Ｐ ＡＣ電源
Ｌ 負荷装置

Claims (7)

1. ＡＣ電源からＡＣ／ＤＣ変換した直流電力を、負荷装置の規定動作電圧にＤＣ／ＤＣ変換して供給する電源装置において、
   ＡＣ電源の入力電圧より高電圧の直流電力からＤＣ／ＤＣコンバータへ供給する電力伝送路に、別系統からの直流電源を給電するための接続部を設けてなることを特徴とする電源装置。
2. ＡＣ電源の給電停止を検知する停電検出回路を設けると共に、該停電検出回路からの給電停止時の検出信号を伝達する信号取出部を備えたことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 請求項１記載の電源装置の接続部に、一次電池、二次電池、又はその他の蓄電手段からの電力を昇圧して給電する別系統の直流電源装置を接続したことを特徴とする電源装置。
4. 請求項３記載の電源装置において、
   ＡＣ電源の給電停止を検知する停電検出回路を設けると共に、信号取出部を介して給電停止時の検出信号を別系統の直流電源装置へ伝達することを特徴とする電源装置。
5. 接続部及び信号取出部が、着脱又は断続可能な構成としたことを特徴とする請求項１から４のいずれか記載の電源装置。
6. 別系統の直流電源装置を別筐体で構成し、接続部及び信号取出部を着脱又は断続可能に構成してなること特徴とする請求項５記載の電源装置。
7. 電源装置と別系統の直流電源装置との各筐体を、規格化したことを特徴とする請求項６記載の電源装置。
   

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