JP2007104794A - 多出力スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無停電電源装置を使わずに最小限の費用と限られたスペースで停電時に於ける出力の低下を一定時間防ぐことができる多出力スイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】出力ユニット群には、複数のＤＣ／ＤＣコンバータと２次電池の充放電制御回路ユニットが１つの筐体に着脱可能に収納されており、通常時は前記充放電制御ユニットを介して前記２次電池を充電し、停電時は前記２次電池より前記充放電制御ユニットを介して前記ＤＣ／ＤＣコンバーターの入力に電力を供給することにより、停電時でも電源装置の出力を一定時間正常に維持することを特徴とする多出力スイッチング電源装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、入力された商用電源を整流・平滑する１次側整流平滑回路及び任意の電圧を作るためのスイッチングコンバーター回路と絶縁トランスを介して絶縁された２次側整流平滑回路を持つ主電源回路ユニットと、２次側整流平滑回路に接続され複数電圧のＤＣ出力を行う出力ユニット群とを有する多出力スイッチング電源装置に関する。
具体的には、スイッチング電源装置の２次側に複数のＤＣ／ＤＣコンバータと２次電池の充放電回路を装備し、通常時は２次電池を充電し停電時に充電された２次電池よりＤＣ／ＤＣコンバータの入力に電力を供給することにより、停電時に一定時間出力電圧を維持することができる多出力スイッチング電源装置に関する。

従来、多出力スイッチング電源装置における停電時の対策として、図１に示すように電源装置の入力側に無停電電源装置を接続していた。
しかし、無停電電源装置を設けるためには高額の出費が必要なうえ、大きな設置スペースが必要になるという問題点があった。

また、特開２００２−２３３０７９号公報には、停電時には交流側電源回路の電力供給が停止する前に直流側電源回路を駆動させ、復電時には交流側電源回路からの電力供給が安定するまで直流回路を駆動させることにより、消費電力の低減を図りながらも、負荷を安定よく駆動することができる無停電性スイッチングレギュレータが提案されている。
しかし、特開２００２−２３３０７９号公報に記載されたスイッチングレギュレータは、パソコン用に固定された電源における一次側回路で２次電池を充放電させるために電圧を低下させた上で充電し、放電の際には再度昇圧する回路が必要となるため高価であるうえ、電圧の昇降を繰り返すため電力変換効率も良くないという問題点があった。
特開２００２−２３３０７９号公報

本発明は、前述のような従来技術における問題点を解決し、無停電電源装置を使わずに最小限の費用と限られたスペースで停電時に於ける出力の低下を一定時間防ぐことができる多出力スイッチング電源装置を提供すること課題とする。

本発明は、前述の課題を解決するため鋭意検討の結果、多出力スイッチング電源装置の内部に２次電池の充放電回路を配し、通常時に２次電池を充電し、停電時に２次電池より電源装置の内部に配したＤＣ／ＤＣコンバータからなる出力ユニット群に電力供給し、出力電圧を一定時間保持させることにより、無停電電源装置を使わずに最小限の費用と限られたスペースで停電時に於ける出力の低下を一定時間防ぐことができる多出力スイッチング電源装置を提供するものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）入力された商用電源を整流・平滑する１次側整流平滑回路及び任意の電圧を作るためのスイッチングコンバーター回路と絶縁トランスを介して絶縁された２次側整流平滑回路を持つ主電源回路ユニットと、
前記２次側整流平滑回路に接続され複数電圧のＤＣ出力を行う出力ユニット群とを有する多出力スイッチング電源装置であって、
前記出力ユニット群には、複数のＤＣ／ＤＣコンバータと２次電池の充放電制御回路ユニットが１つの筐体に着脱可能に収納されており、通常時は前記充放電制御ユニットを介して前記２次電池を充電し、停電時は前記２次電池より前記充放電制御ユニットを介して前記ＤＣ／ＤＣコンバーターの入力に電力を供給することにより、停電時でも電源装置の出力を一定時間正常に維持することを特徴とする多出力スイッチング電源装置。
（２）前記複数のＤＣ／ＤＣコンバーターにＯＮ-ＯＦＦ装置を設け、停電時に不必要なＤＣ／ＤＣコンバーターを遮断することにより、停電時に電源装置の正常な出力電圧の維持時間を長くすることを特徴とする請求項１に記載の多出力スイッチング電源装置。
（３）前記出力ユニット群の１つもしくは複数ユニットを着脱可能な２次電池ユニットとして、電源装置内に収納したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多出力スイッチング電源装置。

本発明における多出力スイッチング電源装置を使用した機器に於いては、この機器を使用して作業中に停電が発生しても無停電電源装置を使わずに最小限の費用と限られたスペースで作業中のデータを瞬時に消失する事のない環境を安価に提供することができる。
具体的には、１次側と絶縁した２次側整流平滑回路を持つ主電源回路ユニットと、２次側整流平滑回路に接続された出力ユニット群を有する多出力スイッチング電源装置に於いて、２次側整流平滑回路に充放電ユニットと２次電池を配置することにより、停電時でもこの多出力スイッチング電源装置に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータで構成した多出力スイッチング電源装置につながれた機器は停電と同時に停止することなく、ある時間動作を維持することが可能となるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。

本発明の多出力スイッチング電源装置を実施するための最良の形態について、図２乃至図７を用いて詳細に説明する。
図２乃至図７において、１は商用電源、２はノイズフィルター、３は１次側整流平滑回路、４は脈流、５は力率改善回路、６は１次側平滑回路、７は直流電圧、８はスイッチングコンバータ回路、９は絶縁トランス、１０は２次側電圧、１１は２次側整流平滑回路、１２は２次側直流電圧、１３はＤＣ／ＤＣコンバータ、１４は充放電回路ユニットを示す。

図２は、本発明による多出力スイッチング電源装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
図２に示すように、一次側商用電源１はノイズフィルター２を介して１次側整流回路３で脈流４になる。この脈流４は力率改善回路５と１次側平滑回路６を経て直流電圧７になる。この直流電圧７はスイッチングコンバータ８と絶縁トランス９を介して１次側と絶縁された２次側電圧１０に変換される。
２次側電圧１０は、２次側整流平滑回路１１を経て２次側直流電圧１２になる。この２次側直流電圧１２は、後につながる出力ユニット群１３以降の入力電源となる。この２次側直流電圧１２は、各国の安全規格で規定する安全電圧の値以下（例えば４２Ｖ以下）にすることにより、後につながる出力ユニット群以降のユニットに対する安全規格の適用を緩和される可能性がある。

本発明における多出力スイッチング電源装置は、入力された商用電源１を整流・平滑する１次側整流平滑回路と絶縁トランス９を介して絶縁された２次側整流平滑回路１１を持つ主電源回路ユニットと、前記２次側整流平滑回路１１に接続され複数電圧のＤＣ出力を行う出力ユニット群とを有する多出力スイッチング電源装置であって、前記出力ユニット群には、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１３と２次電池の充放電制御回路ユニットが１つの筺体１７に着脱可能に収納されており、通常時は前記充放電制御ユニットを介して前記２次電池を充電し、停電時は前記２次電池より前記充放電制御ユニットを介して前記ＤＣ／ＤＣコンバーター１３の入力に電力を供給することにより、停電時でも電源装置の出力を一定時間正常に維持することを特徴とする。
まず、前記出力ユニット群に、例えば、ＤＣ出力１〜４をそれぞれ、２４Ｖ，１２Ｖ，５Ｖ，３Ｖというように、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１３-１〜１３-４を設けることにより、複数電圧のＤＣ出力を出力することができる。

また、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１３と２次電池の充放電制御回路ユニットを１つの筺体１７に着脱可能に収納することにより、ＤＣ出力を使用する機器の必要に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１３と２次電池の充放電制御回路ユニットを自由に着脱することができるので、各機器に応じた電源を供給することができる。
本発明においては、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１３と２次電池の充放電制御回路ユニットを１つの筺体１７に着脱可能に収納する方法は問わないが、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と充放電制御回路ユニットとをほぼ同じ大きさとし、接続ピンを同じ本数とサイズにする方法が好ましい。
出力ユニット群のうち一つのユニットは、充放電回路ユニット１４とする。充放電回路ユニットは、その出力側が充電可能な２次電池と接続することが出来る端子を有しており、２次電池をこの端子に接続することにより、通常時はこの２次電池は充電される。２次電池が接続されていない場合、停電時は２次側整流平滑回路１１を経由して来る直流電圧はゼロとなるため、出力ユニット群以降のユニットの入力電圧はゼロとなり出力ユニット群の内ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧はゼロとなり出力側に接続された機器は動作を停止する。

充放電回路ユニット１４を介して２次電池を接続することにより、停電時は２次電池に蓄えられた電圧が充放電回路ユニット１４を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１３の入力電圧となり、ある時間ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を動作させることが可能となり、停電時でもＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力側につながった機器をある時間動作させることが可能となる。
このように本発明によれば、１次側整流平滑回路及びスイッチングコンバーター回路と絶縁された２次側整流平滑回路１１に、取り外し可能なＤＣ／ＤＣコンバータ１３と２次電池の充放電回路１４を装備し、電源装置の２次側で停電時の対策を行うようにすることにより、従来のように高額で大きな無停電電源装置が不要となり、低価格・省スペース化を図ることができるうえ、１次側でなく２次側に２次電池の充放電回路１４を装備するので、電圧の昇降を繰り返す必要がないので電力変換効率を高くすることができる。

また、前述の特開２００２−２３３０７９号公報に記載された電源装置のように出力電圧と電流を固定せず、２次側に取り外し可能な複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１３を装備したためＤＣ出力を使用する機器に合わせてＤＣ出力電圧を適宜選択することができる。
なお、本発明においては、停電の発生を検知する方法については問わないが、例えば、商用電源１の停電により、一次側回路の電圧が低下したことを検知し、この検知信号によって半導体スイッチが働いて２次電池からの電源供給を開始する方法が好ましい。

図３は、本発明における多出力スイッチング電源装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
前述の第１の実施形態では２次電池は多出力スイッチング電源装置の外側に配置したが、本実施形態においては、２次電池の外形を各出力ユニット群と同じ大きさかそれ以下にすることにより、出力ユニット群を取り付けるスロットに２次電池ユニット１５として収納することにより、多出力電源装置以外のスペースを節約することが可能となる。

図４は、本発明における多出力スイッチング電源装置の第３の実施形態を示すブロック図である。
図４に示すように、本実施形態においては、出力ユニツト群の内ＤＣ／ＤＣコンバータ１３にリモートコントロール可能なＯＮ／ＯＦＦの制御装置を設け、停電時に最小限必要な重要な機器につながっているＤＣ／ＤＣコンバータ１３だけを動作させて、２次電池に蓄えられた電力の消費を押さえて２次電池の消耗を少なくし、重要系統の電力供給時間を増やすことができるうえ、２次電池からの電力の供給時間を長くすることができる。
また、図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を取り付けるスペースに空きがあれば、ここに２次電池ユニット１５を取り付けることにより省スペース化が可能となる。

図５は、従来の方式による電源装置の入力電圧と出力電圧の特性図で、図６が本発明による電源装置の入力電圧と出力電圧の特性図である。本発明の電源装置を使用すれば、本発明の電源装置に接続された機器で作成中のデータは、停電によりデータが破損する前に保存することができ重大な損失を未然に防ぐことができる。

図７は、本発明による、多出力スイッチング電源装置の外観図である。
図７に示すように、本発明の多出力スイッチング電源装置は一つの筺体１７に複数のＤＣ/ＤＣコンバ-タが着脱可能に組み込まれているため、ＤＣ出力を使用する機器の必要に応じて適切なＤＣ出力を供給できるうえ、充放電回路ユニットや２次電池ユニットを組み込むことによって、停電時に一定時間出力電圧を維持することができる。

従来の停電対策を示す構成図である。 本発明における多出力スイッチング電源装置の第１の実施形態を示すブロック図である。 本発明における多出力スイッチング電源装置の第２の実施形態を示すブロック図である。 本発明における多出力スイッチング電源装置の第３の実施形態を示すブロック図である。 停電対策のない従来の、多出力スイッチング電源装置の入力と出力電圧の関係図である。 本発明による場合の、多出力スイッチング電源装置の入力と出力電圧の関係図である。 本発明による、多出力スイッチング電源装置の外観図である。

符号の説明

１・・・商用電源
２・・・ノイズフィルター
３・・・１次側整流平滑回路
４・・・脈流
５・・・力率改善回路
６・・・１次側平滑回路
７・・・直流電圧
８・・・スイッチングコンバータ回路
９・・・絶縁トランス
１０・・・２次側電圧
１１・・・２次側整流平滑回路、
１２・・・２次側直流電圧、
１３・・・ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４・・・充放電回路ユニット、
１５・・・２次電池ユニット
１６・・・主電源回路基板
１７・・・筐体

Claims (3)

1. 入力された商用電源を整流・平滑する１次側整流平滑回路及び任意の電圧を作るためのスイッチングコンバーター回路と絶縁トランスを介して絶縁された２次側整流平滑回路を持つ主電源回路ユニットと、
   前記２次側整流平滑回路に接続され複数電圧のＤＣ出力を行う出力ユニット群とを有する多出力スイッチング電源装置であって、
   前記出力ユニット群には、複数のＤＣ／ＤＣコンバータと２次電池の充放電制御回路ユニットが１つの筐体に着脱可能に収納されており、通常時は前記充放電制御ユニットを介して前記２次電池を充電し、停電時は前記２次電池より前記充放電制御ユニットを介して前記ＤＣ／ＤＣコンバーターの入力に電力を供給することにより、停電時でも電源装置の出力を一定時間正常に維持することを特徴とする多出力スイッチング電源装置。
2. 前記複数のＤＣ／ＤＣコンバーターにＯＮ-ＯＦＦ装置を設け、停電時に不必要なＤＣ／ＤＣコンバーターを遮断することにより、停電時に電源装置の正常な出力電圧の維持時間を長くすることを特徴とする請求項１に記載の多出力スイッチング電源装置。
3. 前記出力ユニット群の１つもしくは複数ユニットを着脱可能な２次電池ユニットとして、電源装置内に収納したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多出力スイッチング電源装置。
   

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