JP2007244109A - 定電圧回路 - Google Patents

Abstract

【課題】容量の小さいコンデンサを用いても所定時間の瞬断に耐えられる、小型の低電圧回路を提供すること。
【解決手段】所定の電圧を負荷に出力する直流電源と、この直流電源に接続されて電流を供給され電圧を昇圧し一定電流を出力する昇圧定電流充電回路と、この昇圧定電流充電回路の出力を供給されるバックアップコンデンサと、前記直流電源の電源出力電圧が所定の電圧より低くなったとき、前記負荷に前記バックアップコンデンサの電圧を出力する切替回路と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、航空機などにおいて瞬断時にも一定電圧を供給する定電圧装置に関する。

従来、航空機において電圧が瞬間的にゼロボルトになる等の所定の規格（非特許文献１参照）が定められているが、このような場合でも一定電圧を出力できるバックアップ装置が必要である。

このような瞬断時にエネルギーを供給するバックアップ回路を有する定電圧回路としては、コンデンサバンク方式と常時昇圧方式が知られている。しかし、前者の装置では、動作入力電圧の幅が狭いので大容量のコンデンサが必要となり定電圧装置が大型化してしまうという問題があった。

また、後者の常時昇圧方式では、動作電圧幅が広く取れるので、コンデンサの容量を減らせるが、一方で昇圧回路として付加電力を供給できる能力が必要となり、やはり装置が大型化してしまうという問題があった。

なお、電源電圧がバックアップコンデンサの端子電圧より高いときには、定電流回路により充電を行い、電源電圧がコンデンサの端子電圧より低くなったときには、ダイオードを介してこのコンデンサのエネルギーを出力する充電制御回路は知られている（特許文献１）。
米国規格、ＭＩＬ−ＳＴＤ−７０４Ａ Ｃａｔ．Ｂ 実開平６−５３４６号公報

本発明は上記のような従来の問題点にかんがみてなされたもので、容量の小さいコンデンサを用いても所定時間の瞬断に耐えられる、小型の低電圧回路を提供することを目的とする。

本発明の請求項１によれば、所定の電圧を負荷に出力する直流電源と、この直流電源に接続されて電流を供給され電圧を昇圧し一定電流を出力する昇圧定電流充電回路と、この昇圧定電流充電回路の出力を供給されるバックアップコンデンサと、前記直流電源の電源出力電圧が所定の電圧より低くなったとき、前記負荷に前記バックアップコンデンサの電圧を出力する切替回路と、を有することを特徴とする定電圧回路を提供する。

本発明の請求項３によれば、所定の電圧を負荷に出力する直流電源と、この直流電源に接続されて電流を供給され電圧を昇圧し一定電流を出力する昇圧定電流充電回路と、この昇圧定電流充電回路の出力を供給されるバックアップコンデンサと、前記直流電源の電源出力電圧が前記バックアップコンデンサの充電出力電圧より低くなったとき、前記負荷に前記バックアップコンデンサの電圧を出力する切替回路と、を有することを特徴とする定電圧回路を提供する。

本発明によれば、容量の小さいコンデンサを用いても所定時間の瞬断に耐えられる、小型の定電圧回路が得られる効果がある。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１に本発明の一実施形態の全体構成例を示す。この定電圧回路１０は、航空機に用いられる２８ボルトの直流電圧を出力する直流電源１１と、この直流電源１１の出力電圧を入力とする昇圧定電流充電回路１２と、この昇圧定電流充電回路１２の出力電流を供給されるバックアップコンデンサ１３と、直流電源１１の出力電圧を検知し、所定の電圧より低下したとき、バックアップコンデンサ１３の出力電圧を出力する切替回路１４とから成っている。

この定電圧回路１０の出力端子１５ａ，１５ｂには、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を含む負荷１７が接続されている。負荷１７の入力電圧範囲は直流１６Ｖから５０Ｖで、消費電力は２５Ｗである。

定電圧回路１０の切替回路１４は、直流電源１１の出力電圧を検知する制御回路１８と、この制御回路１８により開閉され、バックアップコンデンサ１３の正の出力端子に一端を接続され出力電圧を供給、切断するスイッチＳＷと、前記直流電源１１の正の出力端子にそのアノードを接続されたダイオードＣＲ１と、このダイオードＣＲ１のカソードにそのカソードを接続されアノードを前記スイッチＳＷの他端に接続されたダイオードＣＲ２とから成る。

次に、この定電圧回路の動作を図２に示す波形図を用いて説明する。負荷１７に含まれるＤＣ／ＤＣコンバータ１６の動作電圧範囲を１６Ｖから５０Ｖとする。直流電源１１の電源出力電圧は通常、２８Ｖである。この電源出力電圧は、ダイオードＣＲ１を介して負荷１７に供給されている。

この状態で、直流電源の出力電圧２８Ｖを、負荷１７に含まれるＤＣ／ＤＣコンバータ１６の動作電圧範囲内のできるだけ高い電圧に昇圧し、一定電流としてバックアップコンデンサ１３に充電する。このとき、バックアップコンデンサ１３の出力電圧は例えば５０Ｖとなる。一方、切替回路１４のスイッチＳＷはオープン状態となっている。

この状態で図２（ａ）に示すよう時刻ｔ１〜ｔ２の時間だけ、直流電源１１の出力電圧がゼロボルトになったとする。制御回路１８は、例えば直流電源１１の出力電圧を所定の電圧と比較する比較回路を有しており、時刻ｔ１における直流電源１１の出力電圧の降下は制御回路１８により検知され、制御回路１８はスイッチＳＷをクローズ状態とする。するとバックアップコンデンサ１３からダイオードＣＲ２を介してエネルギーが負荷１７に含まれるＤＣ／ＤＣコンバータに出力される。したがって、図２（ｄ）に示すように、時点ｔ１の直後には負荷１７に含まれるＤＣ／ＤＣコンバータ１６の正出力端子には、バックアップコンデンサ１３の出力電圧である５０Ｖが印加されるが、時刻ｔ１から時間が経つにつれて出力電圧が下がり、時刻ｔ２で入力電圧が２８Ｖに復帰する。この間、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の動作電圧範囲を超えることがないので、負荷１７に安定電圧を供給できる。通常、負荷の最低動作電圧は直流１６Ｖであり瞬断のとき、上記非特許文献１の特性によると最大２００ｍｓの間、入力電流の供給ができなくなる。

すなわち、航空機における上記規格によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の動作電圧範囲を超える時刻ｔ１から時刻ｔ２までの瞬断最長時間は、最大で２００ミリ秒となっている。そのため、この時間内に、出力端子１５ａからの出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ１６の動作電圧範囲外まで低下することがないようにすればよい。例えばバックアップ電圧を２５Ｗとすると、バックアップコンデンサ１３の容量は１０ｍＦ程度あればよいことになる。

時刻ｔ２では、出力端子１５ａの出力電圧は１６Ｖ程度となり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の動作電圧範囲内にあることになる。時刻ｔ２において、再び直流電源１１から２８Ｖの直流電圧が出力されると、図２（ｃ）に示すように、制御回路１８によりこの電圧復帰は検知され、スイッチＳＷは再びオープン状態となる。そして、昇圧定電流充電回路１２からバックアップコンデンサ１３が充電されその充電出力電圧は図２（ｂ）に示すように漸次上昇し、５０Ｖに到達することになる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の入力電圧は、図２（ｄ）に示すように、瞬断の開始時点ｔ１で２８Ｖから５０Ｖになり、その後バックアップコンデンサ１３が放電するので、出力電圧が下がってくる。瞬断終了時点ｔ２の後では、再び直流電源１１から２８Ｖ電圧が印加されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の入力電圧は２８Ｖとなる。

なお、バックアップコンデンサ１３の必要な容量をＣ、負荷電力をＰ、停止時間をｔ、定常電圧をＶＡ、最低電圧をＶＢとすると、Ｃ＝２・Ｐ・ｔ／（ＶＡ−ＶＢ）^２となる。

ここで、昇圧することなく、通常状態でのバックアップコンデンサ量を計算すると、Ｐ＝２５Ｗ，ｔ＝２００ｍｓ、ＶＡ＝２８Ｖ，ＶＢ＝１６Ｖとなり、これを上記式に代入すると、必要なコンデンサ容量Ｃは、６９．４ｍＦとなる。

本方式により、昇圧することでＶＡ＝５０Ｖとすれば必要なコンデンサ量は８．７ｍＦとなり約１／８に出来る。

したがって、直流電源１１の出力電圧をそのまま使用する場合はコンデンサが大型化してしまう。定常電圧を上げることができれば、バックアップコンデンサ１３の容量Ｃを小さくすることが可能となる。

上記の式において、Ｐ，ｔ、ＶＢは既に決まっているので、コンデンサＣの容量を減らすためには、定常電圧ＶＡをできるだけ高くするすなわち、昇圧定電流充電回路１２の出力電圧はコンデンサ１３の出力電圧と同じにすることが望ましいので、昇圧定電流充電回路１２の出力電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ１６の動作電圧の上限近くまで（ＶＡを２８Ｖから５０Ｖまで）上げることができる。

そのとき、直流電源２８の出力電圧と昇圧定電流充電回路１２の出力電圧の差（上記の場合、２８Ｖと５０Ｖとしている）が大きいほど、バックアップコンデンサ１３の容量を小さくすることが可能となる。

上記実施形態では、直流電源１１の出力電圧が時刻ｔ１で直ちにゼロボルトになる場合について説明したが、実際には、ゼロボルトになるまでに過渡的な状態があり、出力電圧が下がり始め所定の電圧に達したときにスイッチＳＷを切り替えるようにすればよい。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変形して実施可能である。

本発明一実施形態による定電圧回路の全体構成を示す図。 本発明一実施形態の定電圧回路の動作を説明するための図。

符号の説明

１０・・・定電圧回路、
１１・・・直流電源、
１２・・・昇圧定電流充電回路、
１３・・・バックアップコンデンサ、
１４・・・切替回路、
１５ａ，１５ｂ・・・出力端子、
１６・・・ＤＣ／ＤＣコンバータ、
１７・・・負荷、
１８・・・制御回路、
ＳＷ・・・スイッチ、
ＣＲ１，ＣＲ２・・・ダイオード。

Claims (3)

1. 所定の電圧を負荷に出力する直流電源と、
   この直流電源に接続されて電流を供給され電圧を昇圧し一定電流を出力する昇圧定電流充電回路と、
   この昇圧定電流充電回路の出力を供給されるバックアップコンデンサと、
   前記直流電源の電源出力電圧が所定の電圧より低くなったとき、前記負荷に前記バックアップコンデンサの電圧を出力する切替回路と、
   を有することを特徴とする定電圧回路。
2. 前記切替回路は、スイッチと、前記直流電源の電源出力電圧と所定の電圧を比較し前記スイッチを制御する制御回路とを有することを特徴とする請求項１記載の定電圧回路。
3. 所定の電圧を負荷に出力する直流電源と、
   この直流電源に接続されて電流を供給され電圧を昇圧し一定電流を出力する昇圧定電流充電回路と、
   この昇圧定電流充電回路の出力を供給されるバックアップコンデンサと、
   前記直流電源の電源出力電圧が前記バックアップコンデンサの充電出力電圧より低くなったとき、前記負荷に前記バックアップコンデンサの電圧を出力する切替回路と、を有することを特徴とする定電圧回路。

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