JP2006314171A - 直流電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の入力電源を出力と絶縁し、かつ入力電源の間で充電を行えるようにした直流電源装置を提供する。
【解決手段】 直流電源装置１２は、入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２に接続されて交流を出力するスイッチング回路１０（通常側スイッチング回路）と、入力端子Ｐｉ３，Ｐｉ４に接続されて交流を出力するスイッチング回路１８（バックアップ側スイッチング回路）と、一次巻線Ｍ１ａ（第１の一次巻線），一次巻線Ｍ１ｂ（第２の一次巻線）および二次巻線Ｍ２とを備えたトランスＴと、整流回路１４と、平滑回路１６と、制御回路２０と、スイッチＳＷ１（通常側遮断スイッチ）と、スイッチＳＷ２（バックアップ側遮断スイッチ）とを有する。制御回路２０がスイッチング回路１０，１８の作動を制御し、直流電源Ｅ１のバックアップを直流電源Ｅ２で行い、また直流電源Ｅ１と直流電源Ｅ２とのうちで一方から他方に充電を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、通常側電源とバックアップ側電源から供給される電力を切り換えて直流で出力するように構成した直流電源装置に関する。

従来の直流電源装置では、交流入力及び直流入力のどちらでも動作させるように構成した技術や（例えば特許文献１を参照）、複数の入力電源を単一の出力として取り出せるように構成した技術が開示されている（例えば特許文献２を参照）。
特開２００２−１９９７０４号公報（第２−３頁，図１） 特開平５−２６８７６５号公報（第２−３頁，図１）

例えば、ハイブリッド自動車などに搭載される電源としては、高電圧バッテリと通常の１２Ｖバッテリがある。車両の電装部品等に電力を供給するのに、通常は高電圧バッテリを電力変換して供給し、１２Ｖバッテリをバックアップ電源として用いる場合がある。このような使用方法をする場合、短絡などの故障時に回路を保護する為、電源は絶縁されていることが望ましい。また、ハイブリッド自動車では、１２Ｖバッテリは単に高電圧バッテリのバックアップ電源としてのみ使用されるのでは無く、その他の補機にも電力を供給しており、バックアップとして用いられていなくても電圧が低下する場合がある。そうすると、バックアップとして用いる場合に、使用できなくなる。これを防ぐために１２Ｖバッテリの電圧が低下した場合に高電圧バッテリで充電する必要もでてくる。
しかし、特許文献１に記載された発明では、直流入力は出力と絶縁できているが、交流入力は出力と絶縁できていない。また特許文献２に記載された発明では、複数の入力電源は出力と絶縁できているものの、入力電源の間で充電を行うことができない。
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、通常用いられる電源とそのバックアップ用電源との複数の入力電源を有し、直流電力を出力する直流電源装置であって、複数の入力電源を出力と絶縁し、かつ入力電源の間で充電を行うことのできる直流電源装置を提供することを目的とする。

（１）課題を解決するための手段（以下では単に「解決手段」と呼ぶ。）１は、 通常側電源の入力端子に接続され、交流を出力する通常側スイッチング回路と、バックアップ側電源の入力端子に接続され、交流を出力するバックアップ側スイッチング回路と、前記通常側スイッチング回路が接続された第１の一次巻線と、前記バックアップ側スイッチング回路が接続された第２の一次巻線と、二次巻線とを備えたトランスと、前記二次巻線に接続された整流回路と、前記整流回路による整流出力を平滑して出力端子に出力する平滑回路と、前記通常側スイッチング回路と前記バックアップ側スイッチング回路とで個別に作動を制御する制御回路とを有し、
前記通常側スイッチング回路は前記通常側電源の入力端子からの電力を遮断する通常側遮断スイッチを備え、前記バックアップ側スイッチング回路は前記バックアップ側電源の入力端子からの電力を遮断するバックアップ側遮断スイッチを備え、前記通常側スイッチング回路内のスイッチング素子と前記バックアップ側スイッチング回路内のスイッチング素子はそれぞれダイオードが逆並列に接続され、前記制御回路は、前記通常側遮断スイッチを導通させ、前記バックアップ側遮断スイッチを遮断し、前記通常側スイッチング回路の作動を制御するとともに、前記バックアップ側スイッチング回路の作動を停止制御する通常制御と、前記通常側遮断スイッチを遮断し、前記バックアップ側遮断スイッチを導通させ、前記通常側スイッチング回路の作動を停止制御するとともに、前記バックアップ側スイッチング回路の作動を制御するバックアップ制御と、前記通常側遮断スイッチと前記バックアップ側遮断スイッチをともに導通させ、前記通常側スイッチング回路と前記バックアップ側スイッチング回路のうちの一方の作動を制御し、他方の作動を停止制御し他方の前記ダイオードによって電力が整流されて通常側電源およびバックアップ側電源のうちで一方から他方に充電する充電制御を行うことを要旨とする。

解決手段１によれば、通常側スイッチング回路とバックアップ側スイッチング回路は、いずれもトランスを介して出力端子に接続しているので、入出力間の絶縁を確実に行うことができる。また、制御回路が二つのスイッチング回路の作動を制御するので、入力電源の間で充電が行える。入力電源間の充電は、例えば両方の遮断スイッチをともにＯＮして導通させ、充電する側のスイッチング回路を動作させ、充電される側のスイッチング回路を停止させればよい。また、通常側電源とバックアップ側電源の一方がダウンした場合に他方の電源によりバックアップして出力端子に電力を供給できる。ダウンした側の遮断スイッチをＯＦＦして遮断し、バックアップする側の遮断スイッチをＯＮして導通させ、バックアップする側のスイッチング回路を動作させればよい。

（２）解決手段２は、解決手段１に記載した直流電源装置であって、制御回路は、通常側電源の入力端子とバックアップ側電源の入力端子のうちで一方または他方の端子間電圧が許容範囲外であるときは通常側電源およびバックアップ側電源のうちで他方から一方にまたは一方から他方に充電する制御を行うことを要旨とする。

解決手段２によれば、制御回路は、通常側電源の入力端子とバックアップ側電源の入力端子のうちで一方または他方の端子間電圧を監視する。監視対象の端子間電圧が許容範囲内であるか許容範囲外であるかによって、充電する制御を行う。したがって、通常側電源やバックアップ側電源の供給電圧によって、電源出力や充電を自動的に行うことができる。

（３）解決手段３は、解決手段１または２に記載した直流電源装置であって、前記出力端子の端子間電圧は、前記通常側電源の入力端子の端子間電圧と前記バックアップ側電源の入力端子の端子間電圧との間の値であることを要旨とする。

解決手段３によれば、通常側電源とバックアップ側電源のどちらか一方の入力端子に供給された電圧を昇圧することになる。つまり当該一方の電源電圧を昇圧したうえで出力端子に出力する。したがって、二つの電源の電圧が異なる場合でも、同じ電圧で出力することができる。また、同じ電圧の二つの電源を用意する必要がなく、電源をいろいろな用途に利用できる。

（４）解決手段４は、解決手段１から３のいずれか一項に記載した直流電源装置であって、前記通常側スイッチング回路内の通常側電源の入力部に接続された整流回路と、前記バックアップ側スイッチング回路内のバックアップ側電源の入力部に接続された整流回路とのうちで少なくとも一方を有し、前記整流回路は、接続されている電源に電力が供給される場合にはインバータとして機能することを要旨とする。

解決手段４によれば、二つの電源のうちで一方または双方が交流電源であっても、対応する整流回路が直流に整流したうえでスイッチング回路に供給する。したがって、交流電源を入力端子に接続した場合でも、所定の直流電圧を出力することができる。

本発明によれば、通常側スイッチング回路とバックアップ側スイッチング回路は、いずれもトランスを介して出力と接続するので、絶縁を確実に行うことができる。また、制御回路が二つのスイッチング回路の作動を制御するので、入力電源の間で充電が行える。

本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお単に「接続」という場合には、特に明示しない限り、電気的な接続を意味する。

図１は、本願発明にかかる直流電源装置の構成例を模式的に表す回路図である。図１の直流電源装置１２は、二つのスイッチング回路１０，１８と、トランスＴと、整流回路１４と、平滑回路１６と、制御回路２０などを有する。

スイッチング回路１０は「通常側スイッチング回路」に相当し、入力側を入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２間に接続するとともに、出力側をトランスＴの一次巻線Ｍ１ａに接続する。この一次巻線Ｍ１ａの巻数をＮ１とする。入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２は「通常側電源の入力端子」に相当し、一次巻線Ｍ１ａは「第１の一次巻線」に相当する。図１の例では、入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２間に直流電源Ｅ１（例えば２８０ボルト）が接続され、当該入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２間電圧を電圧計Ｖ１で計測する。このスイッチング回路１０は制御回路２０によって作動制御され、直流電源Ｅ１から電源供給を受けて、交流に変換して出力する。

上記スイッチング回路１０は、スイッチＳＷ１、コンデンサＣ１および４つのＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４などを有する。コンデンサＣ１は入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２間に接続する。スイッチＳＷ１は入力端子Ｐｉ１とコンデンサＣ１との間に接続され、直流電源Ｅ１から電源供給を受けるとき又は、スイッチング回路１８から電源供給を受け充電されるときにオンし、受けないときにオフする。このスイッチＳＷ１は制御回路２０によってオン／オフが制御される構成になっているが、さらに操作者によって手動操作も可能な構成とするのが望ましい。なお、スイッチＳＷ１は通常側遮断スイッチに相当する。

ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４はＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ３を上アームのスイッチング素子、ＭＯＳＦＥＴＱ２をＭＯＳＦＥＴＱ１に対応する下アームのスイッチング素子、ＭＯＳＦＥＴＱ４をＭＯＳＦＥＴＱ３に対応する下アームのスイッチング素子として、Ｈブリッジ回路を構成し、出力側をトランスＴの一次巻線Ｍ１ａに接続している。これらのＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は、それぞれがＮチャネル・エンハンスメントモードのＦＥＴであり、ドレイン・ソース間に接続されたダイオードを内蔵している。これらのＭＯＳＦＥＴは制御回路２０によって個別に作動制御され、ゲート・ソース間電圧（以下では単に「ゲート電圧」と呼ぶ。）を加えるとＦＥＴとして機能し、ゲート電圧を０ボルトにするとダイオードとして機能する。なお、内蔵されたダイオードはフライホイール・ダイオードとしての役割も果たす。またスイッチング回路１８から電源供給を受け充電されるときは整流回路としても機能する。

スイッチング回路１８は「バックアップ側スイッチング回路」に相当し、入力側を入力端子Ｐｉ３，Ｐｉ４間に接続するとともに、出力側をトランスＴの一次巻線Ｍ１ｂに接続する。この一次巻線Ｍ１ｂは、各端点から中間端子までの巻線をそれぞれＮ２とする。入力端子Ｐｉ３，Ｐｉ４は「バックアップ側電源の入力端子」に相当し、一次巻線Ｍ１ｂは「第２の一次巻線」に相当する。図１の例では、入力端子Ｐｉ３，Ｐｉ４間に直流電源Ｅ２（例えば１２ボルト）が接続され、当該入力端子Ｐｉ３，Ｐｉ４間電圧を電圧計Ｖ２で計測する。スイッチング回路１８は、直流電源Ｅ２から電源供給を受けて、交流に変換して出力する。

上記スイッチング回路１８は、スイッチＳＷ２、コンデンサＣ２および２つのＭＯＳＦＥＴＱ５，Ｑ６などを有する。スイッチＳＷ２は上述したスイッチＳＷ１と同等の構成であり、直流電源Ｅ２から電源供給を受けるとき又は、スイッチング回路１０から電源供給を受け充電されるときにオンし、受けないときにオフする。なお、スイッチＳＷ２はバックアップ側遮断スイッチに相当する。
コンデンサＣ２は入力端子Ｐｉ３，Ｐｉ４間に接続する。ＭＯＳＦＥＴＱ５，Ｑ６は、ドレイン側をトランスＴの一次巻線Ｍ１ｂの両側端点にそれぞれ接続するとともに、ソース側を入力端子Ｐｉ４に共通して接続している。これらのＭＯＳＦＥＴＱ５，Ｑ６は制御回路２０によって個別に作動制御され、それぞれ上述したＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４と同一の構造をなし、同等の機能および役割を果たす。すなわち内蔵されたダイオードはスイッチング回路１０から電源供給を受け充電されるときは整流回路としても機能する。

なお図１に示すように、直流電源Ｅ２の供給電圧を昇圧するために、入力端子Ｐｉ３はスイッチＳＷ２を介して一次巻線Ｍ１ｂの中間端子に接続し、入力端子Ｐｉ４はＭＯＳＦＥＴＱ５，Ｑ６を介して一次巻線Ｍ１ｂの各端点に接続している。各端点から中間端子までの巻数はともにＮ２である。また巻数Ｎ２は、巻数Ｎ１および後述する巻数Ｎ３との関係において、負荷Ｚに対して直流電源Ｅ１から供給された場合と直流電源Ｅ２から供給された場合とがほぼ同じ電圧となるような巻数が選定されている。

ダイオードＤ１，Ｄ２を有する整流回路１４は、トランスＴの二次巻線Ｍ２に接続され、交流を全波整流して出力する。この二次巻線Ｍ２は、各端点から中間端子までの巻線をそれぞれＮ３とする。ダイオードＤ１，Ｄ２の各アノード側を二次巻線Ｍ２の両側端点にそれぞれ接続するとともに、双方のカソード側を後述する平滑回路１６のコイルＬの一端に接続する。コイルＬとコンデンサＣ３を有する平滑回路１６は、整流回路１４による整流出力を平滑して出力端子Ｐｏ１，Ｐｏ２に出力する。コイルＬは一端をダイオードＤ１，Ｄ２のカソード側に接続し、他端を出力端子Ｐｏ１に接続し、コンデンサＣ３は出力端子Ｐｏ１，Ｐｏ２間に接続する。また、出力端子Ｐｏ２は二次巻線Ｍ２の中間端子に接続される。この出力端子Ｐｏ１，Ｐｏ２には、例えば負荷Ｚを接続する。制御回路２０は、例えばＣＰＵや操作用キー等を有し、操作者が行う操作によって制御の選択や切り換えが可能に構成されている。

上述のように構成した直流電源装置１２は、制御回路２０が制御する内容に応じて、以下に示す制御例１〜５のような各機能を実現することができる。

（制御例１）（通常制御）スイッチＳＷ１をオンにし、スイッチＳＷ２をオフにする。ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を例えばパルス幅変調（Pulse Width Modulation；ＰＷＭ）制御やパルス周波数変調（Pulse Frequency Modulation；ＰＦＭ）制御などでスイッチングを行う。スイッチング制御の具体例については周知であるので、図示および説明を省略する。スイッチング制御を行うと、一次巻線Ｍ１ａに交流が流れ、巻数比（すなわち巻数Ｎ１と巻数Ｎ３との比率）に従って二次巻線Ｍ２にも交流が流れる。この交流はダイオードＤ１，Ｄ２によって全波整流され、平滑回路１６によって脈流が平滑化されて所定の直流電圧（例えば４２ボルト）になる。こうして直流電源Ｅ１から電源供給を受けて、所定の直流電圧で負荷Ｚに出力することができる。

（制御例２）（バックアップ制御）スイッチＳＷ２をオンにし、スイッチＳＷ１をオフにする。ＭＯＳＦＥＴＱ５，Ｑ６を例えばパルス幅変調制御やパルス周波数変調制御などでスイッチングを行う。スイッチング制御を行うと、一次巻線Ｍ１ｂに交流が流れ、巻数比（すなわち巻数Ｎ２と巻数Ｎ３との比率）に従って二次巻線Ｍ２にも交流が流れる。その後は上述した制御例１と同様である。こうして直流電源Ｅ２から電源供給を受けて昇圧され、所定の直流電圧で負荷Ｚに出力することができる。

（制御例３）（充電制御）スイッチＳＷ１，ＳＷ２を双方ともオンにする。ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のみを例えばパルス幅変調制御やパルス周波数変調制御などでスイッチングを行い、ＭＯＳＦＥＴＱ５，Ｑ６は制御しない（すなわちゲート電圧を０ボルトにする）。このスイッチング制御によってトランスＴの一次巻線Ｍ１ａが励磁されるので、この励磁を受けてトランスＴの二次巻線Ｍ２だけでなく一次巻線Ｍ１ｂにも交流が流れる。ＭＯＳＦＥＴＱ５，Ｑ６のゲート電圧は０ボルトであるので、当該ＭＯＳＦＥＴＱ５，Ｑ６のダイオードは整流機能を果たす。またコンデンサＣ２は平滑回路１６と同様に脈流を平滑する機能を果たす。こうして直流電源Ｅ１から直流電源Ｅ２に向かって電流が流れて直流電源Ｅ２を充電するとともに、所定の直流電圧で負荷Ｚにも出力できる。

（制御例４）（充電制御）スイッチＳＷ１，ＳＷ２を双方ともオンにする。上述した制御例３とは逆にＭＯＳＦＥＴＱ５，Ｑ６のみを例えばパルス幅変調制御やパルス周波数変調制御などでスイッチングを行い、ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は制御しない。このスイッチング制御によってトランスＴの一次巻線Ｍ１ｂが励磁されるので、この励磁を受けてトランスＴの二次巻線Ｍ２だけでなく一次巻線Ｍ１ａにも交流が流れる。ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のゲート電圧は０ボルトであるので、当該ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のダイオードは整流機能を果たす。またコンデンサＣ１は平滑回路１６と同様に脈流を平滑する機能を果たす。よって、Ｈブリッジ回路に構成されたＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は、ちょうどダイオードブリッジ回路と同等の機能を有する。こうして上述した制御例３とは逆に直流電源Ｅ２から直流電源Ｅ１に向かって電流が流れて直流電源Ｅ１を充電するとともに、所定の直流電圧で負荷Ｚにも出力できる。

（制御例５）上述した制御例１〜４を組み合わせて切り換え制御を行う。この制御を行うにあたっては切り換えを実行するための基準が必要となるので、例えば入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２間に接続された電圧計Ｖ１から得られる電圧、入力端子Ｐｉ３，Ｐｉ４間に接続された電圧計Ｖ２から得られる電圧のうちで一以上の電圧を制御回路２０で監視可能に構成する必要がある。なお、これらの電圧計Ｖ１，Ｖ２から得られる電圧に代えて（あるいは加えて）、スイッチＳＷ１，ＳＷ２などに直列に接続された電流計から得られる電流を制御回路２０で監視可能に構成してもよい。

図２にフローチャートで表した手続きは制御回路２０で実現され、入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２間の端子間電圧を電圧計Ｖ１で計測し、制御例１と制御例４とを切り換える例である。まず上記端子間電圧の電圧値を電圧計Ｖ１から入力し（ステップＳ１０）、入力した電圧値が許容範囲内に収まっているか否かで分岐する（ステップＳ１２）。もし電圧値が許容範囲内であれば（ステップＳ１２でＹＥＳ）、電源出力を行うために制御例１を実行する（ステップＳ１６）。これに対して電圧値が許容範囲外であれば（ステップＳ１２でＮＯ）、充電を行うために制御例４を実行する（ステップＳ１４）。制御例１または制御例４を実行した後は、再びステップＳ１０から繰り返し実行する。

例えば、直流電源Ｅ１の電圧を２８０ボルトと仮定し、ステップＳ１２における電圧値の許容範囲を２５０〜２９０ボルトと仮定する。制御例１に従って制御を行っていたときに電圧計Ｖ１の電圧値が２５０ボルト未満になると、制御回路２０は制御例４に切り換えて制御を継続する。この切り換えにより、出力端子Ｐｏ１，Ｐｏ２に所定の直流電圧が出力されるとともに、直流電源Ｅ２から直流電源Ｅ１に充電が行われる。その後に電圧計Ｖ１の電圧値が２８０ボルトに戻ると、制御回路２０は再び制御例１に切り換えて制御を継続する。
このように直流電源Ｅ１から十分な電力が得られない場合に充電を行うことで、直流電源装置１２は長期的に安定した出力を行うことができる。本例では制御例１→制御例４→制御例１のように切り換えたが、制御例１〜４のうちでいずれの制御例に切り換える場合も同様に切り換えを行うことは可能である。
また、直流電源Ｅ１が何らかの原因でダウンした場合、制御例２に切り換えることで、直流電源Ｅ２は直流電源Ｅ１のバックアップとして機能する事も可能である。

上述した実施の形態によれば、以下に表す各効果を得ることができる。
（１）スイッチング回路１０とスイッチング回路１８は、いずれもトランスＴを介して出力端子Ｐｏ１，Ｐｏ２に接続しているので、入出力間の絶縁を確実に行うことができる。また、制御回路２０が二つのスイッチング回路１０，１８の作動を制御するので、直流電源Ｅ１と直流電源Ｅ２の間で充電が行える（制御例３，４を参照）。
また、スイッチング回路１０，１８のいずれでスイッチングが行われた場合でも、トランスＴを介して平滑回路１６に流れる。当該平滑回路１６に備えたコイルＬは、ラジオノイズを除去するノイズフィルタとしての機能も果たす。したがって、スイッチング回路１０とスイッチング回路１８は別個にノイズフィルタを必要としない点でコストを安く抑えることができる。

（２）制御回路２０は、入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２間の端子間電圧を電圧計Ｖ１で計測し、電圧計Ｖ１の電圧が許容範囲内であるか許容範囲外であるかによって、スイッチング動作による電源出力を行うか、充電する制御を行った（図２を参照）。したがって、直流電源Ｅ１や直流電源Ｅ２の供給電圧によって、電源出力や充電を自動的に行うことができる。なお、本例では電圧計Ｖ１を監視対象としたが、電圧計Ｖ２や電流計等を監視対象としても同様に電源出力や充電を自動的に行うことができる。

（３）上述した例では直流電源Ｅ１は２８０ボルトであり、直流電源Ｅ２は１２ボルトである。中間端子を用いた一次巻線Ｍ１ｂは、入力端子Ｐｉ３，Ｐｉ４に供給された直流電源Ｅ２の電圧を昇圧したうえで出力端子Ｐｏ１，Ｐｏ２に出力する。したがって、本例のように直流電源Ｅ１と直流電源Ｅ２の供給電圧が異なっている場合でも、同じ電圧で出力することができる。

（４）その他の作用効果としては、ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６にそれぞれ内蔵したダイオードはオン抵抗が低いので、損失を低くすることができる。またチップデザインを最適化することでトータル・ゲート・チャージ（Qg）も小さくなり、スイッチング性能を高め、発熱を低く抑えることができる。したがって、直流電源装置１２は長期的に安定した出力を行うことができる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための最良の形態について実施の形態に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することが可能である。例えば、次に表す各形態を実現してもよい。

（１）上述した実施の形態では、スイッチング動作を行う素子として、Ｎチャネル・エンハンスメントモードのＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６を適用した（図１を参照）。この形態に代えて、他の素子を適用してもよい。当該他の素子としては、ＰチャネルのＦＥＴや、ジャンクションＦＥＴ（ＪＦＥＴ）、ＩＧＢＴなどが該当する。ただし、フライホイール・ダイオードが必要となるので、オン抵抗を低くするためにダイオードを素子に内蔵するか、別途接続されている必要がある。当該他の素子を適用した場合でもスイッチング動作が可能であるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

（２）上述した実施の形態では、直流電源Ｅ１と直流電源Ｅ２を入力端子に接続した（図１を参照）。この形態に代えて、二つの入力端子のうちで一方または双方に交流電源を接続してもよい。この場合は図３に表すように、スイッチング回路１０の入力部に整流回路２２を接続し、スイッチング回路１８の入力部に整流回路２４を接続する必要がある。すなわち、スイッチング回路１０として整流回路２２を備え、スイッチング回路１８として整流回路２４を備える。図３の例では、入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２間には交流電源Ｅ３を接続し、入力端子Ｐｉ３，Ｐｉ４間には交流電源Ｅ４を接続している。この構成によれば、対応する整流回路が直流に整流したうえでスイッチング回路に供給する。したがって、交流電源Ｅ３，Ｅ４を接続した場合でも、所定の直流電圧を出力することができる。ただし、整流回路２２，２４は交流電源Ｅ３，Ｅ４のうち一方から他方に電力を供給する制御例３，４を実行する場合、インバータとして機能し、かつ交流電源Ｅ３，Ｅ４の位相に合わせて制御される。

（３）上述した実施の形態では、制御例１と制御例４との切り換えを実現した（図２を参照）。この形態に代えて、他の制御例の切り換えを実現してもよい。例えば、入力端子Ｐｉ３，Ｐｉ４間の端子間電圧を監視することで、制御例２と制御例３とを切り換えてもよい。出力端子Ｐｏ１，Ｐｏ２の端子間電圧を監視することで、制御例１と制御例２とを切り換えてもよい。三以上の制御例を切り換える場合や、スイッチＳＷ１，ＳＷ２やコイルＬなどのうちで一以上に流れる電流を監視して制御例を切り換える場合も同様である。これらの切り換えを制御する場合でも、電源出力や充電を自動的に行うことができる。

直流電源装置の構成例を模式的に表す回路図である。 切換制御処理の手続き例を表すフローチャートである。 整流回路を備えた例を模式的に表す回路図である。

符号の説明

１０ スイッチング回路（通常側スイッチング回路）
１２ 直流電源装置
１４ 整流回路
１６ 平滑回路
１８ スイッチング回路（バックアップ側スイッチング回路）
２０ 制御回路
２２，２４ 整流回路
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
Ｅ１，Ｅ２ 直流電源
Ｅ３，Ｅ４ 交流電源
Ｌ コイル
Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ 一次巻線
Ｍ２ 二次巻線
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６ ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）
Ｐｉ１，Ｐｉ２ 入力端子（通常側電源の入力端子）
Ｐｉ３，Ｐｉ４ 入力端子（バックアップ側電源の入力端子）
Ｐｏ１，Ｐｏ２ 出力端子
ＳＷ１ スイッチ（通常側遮断スイッチ）
ＳＷ２ スイッチ（バックアップ側遮断スイッチ）
Ｔ トランス
Ｖ１，Ｖ２ 電圧計（計測手段）
Ｚ 負荷

Claims (4)

1. 通常側電源の入力端子に接続され、交流を出力する通常側スイッチング回路と、
   バックアップ側電源の入力端子に接続され、交流を出力するバックアップ側スイッチング回路と、
   前記通常側スイッチング回路が接続された第１の一次巻線と、前記バックアップ側スイッチング回路が接続された第２の一次巻線と、二次巻線とを備えたトランスと、
   前記二次巻線に接続された整流回路と、
   前記整流回路による整流出力を平滑して出力端子に出力する平滑回路と、
   前記通常側スイッチング回路と前記バックアップ側スイッチング回路とで個別に作動を制御する制御回路とを有し、
   前記通常側スイッチング回路は前記通常側電源の入力端子からの電力を遮断する通常側遮断スイッチを備え、
   前記バックアップ側スイッチング回路は前記バックアップ側電源の入力端子からの電力を遮断するバックアップ側遮断スイッチを備え、
   前記通常側スイッチング回路内のスイッチング素子と前記バックアップ側スイッチング回路内のスイッチング素子はそれぞれダイオードが逆並列に接続され、
   前記制御回路は、前記通常側遮断スイッチを導通させ、前記バックアップ側遮断スイッチを遮断し、前記通常側スイッチング回路の作動を制御するとともに、前記バックアップ側スイッチング回路の作動を停止制御する通常制御と、
   前記通常側遮断スイッチを遮断し、前記バックアップ側遮断スイッチを導通させ、前記通常側スイッチング回路の作動を停止制御するとともに、前記バックアップ側スイッチング回路の作動を制御するバックアップ制御と、
   前記通常側遮断スイッチと前記バックアップ側遮断スイッチをともに導通させ、前記通常側スイッチング回路と前記バックアップ側スイッチング回路のうちの一方の作動を制御し、他方の作動を停止制御し他方の前記ダイオードによって電力が整流されて通常側電源およびバックアップ側電源のうちで一方から他方に充電する充電制御を行う直流電源装置。
2. 請求項１に記載した直流電源装置であって、
   制御回路は、通常側電源の入力端子とバックアップ側電源の入力端子のうちで一方または他方の端子間電圧が許容範囲外であるときは通常側電源およびバックアップ側電源のうちで他方から一方にまたは一方から他方に充電する制御を行う直流電源装置。
3. 請求項１または２に記載した直流電源装置であって、
   前記出力端子の端子間電圧は、前記通常側電源の入力端子の端子間電圧と前記バックアップ側電源の入力端子の端子間電圧との間の値である直流電源装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載した直流電源装置であって、
   前記通常側スイッチング回路内の通常側電源の入力部に接続された整流回路と、前記バックアップ側スイッチング回路内のバックアップ側電源の入力部に接続された整流回路とのうちで少なくとも一方を有し、
   前記整流回路は、接続されている電源に電力が供給される場合にはインバータとして機能することを特徴とする直流電源装置。
   

Images