JP2008167509A

JP2008167509A - 電源装置

Info

Publication number: JP2008167509A
Application number: JP2006350798A
Authority: JP
Inventors: Takuma Oya; 琢磨大矢
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】バックアップ時間の長時間化を図り得る電源装置を提供する。
【解決手段】直流電圧Ｖ１によって蓄電される電気二重層コンデンサ５と、電気二重層コンデンサ５の電圧Ｖｃをスイッチングによって昇圧してバックアップ用の直流電圧Ｖ２を生成する昇圧部６１および昇圧部６１のスイッチングを制御する制御部６２を備えて構成されたＤＣ／ＤＣコンバータ６とを備え、制御部６２は、バックアップ時において、昇圧部６１によって生成された直流電圧Ｖ２を作動電圧として作動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バックアップ用の出力電圧を生成する昇圧型コンバータを備えた電源装置に関するものである。

この種の電源装置として、２００４−１５９４０５号公報に開示された無停電電源装置が知られている。この無停電電源装置では、交流電源の電圧低下状態において、電気二重層コンデンサおよび二次電池から供給される電圧が、出力切り替え手段によって順に切り替えられてＤＣ／ＤＣコンバータに供給され、所定の電圧に変換されて負荷に供給される。このため、この無停電電源装置では、交流電圧の短時間の電圧低下に対してはサイクル寿命が長い電気二重層コンデンサでバックアップし、長時間の電圧低下に対しては電気容量が大きい二次電池でバックアップすることが可能となっている。
２００４−１５９４０５号公報（第５−７頁、第１−５図）

ところが、この無停電電源装置には、以下の問題点がある。すなわち、この無停電電源装置では、バックアップ時において、電気二重層コンデンサおよび二次電池から供給される電圧が、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチングを制御するための作動電圧として供給されている。このため、電気二重層コンデンサおよび二次電池に所定の電圧を生成するのに十分な電荷が蓄電されているときであっても、電圧供給による電荷の減少に伴って両者から供給される電圧がそのスイッチングを制御するのに必要な下限値を下回ったときには、ＤＣ／ＤＣコンバータが所定の電圧を生成することができなくなる。したがって、多くの電荷を残した状態でバックアップを終了することになるため、この無停電電源装置には、バックアップ時間がその分短くなるという問題点がある。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、バックアップ時間の長時間化を図り得る電源装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の電源装置は、入力電圧によって蓄電される蓄電部と、当該蓄電部の蓄電電圧をスイッチングによって昇圧してバックアップ用の出力電圧を生成する昇圧部および当該昇圧部の当該スイッチングを制御する制御部を備えて構成された昇圧型コンバータとを備えた電源装置であって、前記制御部は、バックアップ時において、前記昇圧部によって生成された前記出力電圧を作動電圧として作動する。

請求項２記載の電源装置は、請求項１記載の電源装置において、前記入力電圧をスイッチングして主電圧を生成すると共に当該主電圧を負荷に出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記昇圧型コンバータから前記前記負荷への前記出力電圧の供給を制御するためのスイッチ回路と、前記入力電圧および前記出力電圧を前記制御部に供給する電圧供給部と、前記入力電圧の電圧低下を検出すると共に検出時に前記スイッチ回路を制御して前記出力電圧を前記負荷に供給させる検出部とを備えている。

請求項１記載の電源装置では、昇圧型コンバータの制御部が、バックアップ時において、昇圧部によって生成された出力電圧を作動電圧として作動する。このため、バックアップ時において、蓄電部から供給される蓄電電圧が制御部を作動させるために必要な最低作動電圧値よりも低くなったときであっても、昇圧部によって昇圧されて蓄電電圧よりも高い電圧値の出力電圧で制御部を作動させることができる。したがって、この電源装置によれば、蓄電部に蓄電された電荷を十分に使い切るまで出力電圧を供給することができるため、バックアップ時間の十分な長時間化を図ることができる。

請求項２記載の電源装置では、昇圧型コンバータの制御部が、非バックアップ時において、電圧供給部によって供給されたＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧で作動する。一方、バックアップ時においては、制御部は、電圧供給部によって供給された昇圧型コンバータからの出力電圧を作動電圧として作動する。したがって、この電源装置によれば、制御部が非バックアップ状態からバックアップ状態に瞬時に移行するため、バックアップ時において、電力供給を途切れさせることなく、出力電圧を負荷に供給することができる。

以下、本発明に係る電源装置の最良の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、本発明に係る電源装置の一種である電源装置１の構成について、添付図面を参照して説明する。

この電源装置１は、図１に示すように、ＡＣ／ＤＣコンバータ２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３、充電回路４、電気二重層コンデンサ５、ＤＣ／ＤＣコンバータ６、電圧供給部７、スイッチ回路８および検出部９を備え、本発明における負荷の一例であるデジタル回路１００に電圧を供給可能に構成されている。

ＡＣ／ＤＣコンバータ２は、変圧部および整流平滑部など（いずれも図示せず）を備えて構成され、入力した交流電圧Ｖａｃを直流電圧Ｖ１（本発明における入力電圧に相当する）に変換して出力する。この場合、ＡＣ／ＤＣコンバータ２は、その出力部が所定の出力経路を介してデジタル回路１００の入力部に接続されて、例えば、交流電圧Ｖａｃとして１００Ｖの商用交流電圧を１２Ｖの直流電圧Ｖ１に変換する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、通常時（非バックアップ時）にデジタル回路１００に電圧を供給するメインの降圧型コンバータであり、ＡＣ／ＤＣコンバータ２から出力された直流電圧Ｖ１をスイッチングして例えば５Ｖの直流電圧Ｖ３（本発明における主電圧に相当する）を生成してデジタル回路１００に出力する。充電回路４は、直流電圧Ｖ１を一定の電圧値（一例として２．８Ｖ）の電圧に降圧しつつ安定化して電気二重層コンデンサ５に出力する。電気二重層コンデンサ５は、本発明における蓄電部の一例であり、正電極が充電回路４の出力部およびＤＣ／ＤＣコンバータ６の入力部に接続されると共に負電極がグランド接地されて、通常時において充電回路４から出力される電圧によって上記した２．８Ｖの電圧Ｖｃ（本発明における蓄電電圧）に蓄電される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ６は、本発明における昇圧型コンバータの一例であり、その出力部が所定の出力経路を介してデジタル回路１００の入力部に接続されて、電気二重層コンデンサ５からの電圧Ｖｃをスイッチングして、直流電圧Ｖ３と同じ電圧値（５Ｖ）のバックアップ用の直流電圧Ｖ２（本発明における出力電圧に相当する）を生成する。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ６は、スイッチ回路８を含む所定の出力経路を介してデジタル回路１００に直流電圧Ｖ２を出力する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ６は、図２に示すように、昇圧部６１および制御部６２を備えて構成されている。昇圧部６１は、本発明における昇圧部の一例であり、スイッチング素子６１ａ、変圧部６１ｂおよび整流平滑部６１ｃを備え、電圧Ｖｃをスイッチングによって昇圧して直流電圧Ｖ２を生成する。この場合、スイッチング素子６１ａは、制御部６２から出力されるスイッチング制御信号Ｓｓに従い、オンオフ動作を繰り返すことで電圧Ｖｃをスイッチングして交流電圧を生成する。変圧部６１ｂは、生成された交流電圧を変圧する。整流平滑部６１ｃは、変圧された交流電圧を整流すると共に平滑して直流電圧Ｖ２を生成する。制御部６２は、昇圧部６１によって生成された直流電圧Ｖ２が５Ｖとなるように、例えばスイッチング制御信号Ｓｓのパルス幅を調整してスイッチング素子６１ａに出力する。この場合、制御部６２は、例えば２Ｖの作動電圧で作動して、電圧Ｖｃが例えば１Ｖ以上である限り、スイッチング制御信号Ｓｓのパルス幅を調整することにより、昇圧部６１に対する５Ｖの直流電圧Ｖ２の生成が可能に構成されている。また、制御部６２は、直流電圧Ｖ１または直流電圧Ｖ２を作動電圧として作動する。

電圧供給部７は、本発明における電圧供給部に相当し、図１に示すように、ダイオード７１およびダイオード７２を備えて構成され、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の制御部６２に直流電圧Ｖ１または直流電圧Ｖ２を作動電圧として供給する。この場合、ダイオード７１は直流電圧Ｖ１を制御部６２に供給し、ダイオード７２は直流電圧Ｖ２を制御部６２に供給する。スイッチ回路８は、本発明におけるスイッチ回路の一例であり、例えば半導体スイッチを備えて構成され、ＤＣ／ＤＣコンバータ６からデジタル回路１００への直流電圧Ｖ２の供給を制御する。検出部９は、直流電圧Ｖ１の電圧低下を検出すると共に検出時にスイッチ回路８を制御して直流電圧Ｖ２をデジタル回路１００に供給させる。この場合、検出部９は、一例として、コンパレータ（図示せず）を備えて構成されて、直流電圧Ｖ１が基準電圧としての６Ｖ未満となったときに直流電圧Ｖ１の電圧低下を検出し、その際に検出信号Ｓｄを出力してスイッチ回路８をオン状態に制御する。

次に、電源装置１の動作について、添付図面を参照して説明する。

まず、通常時における電源装置１の動作について説明する。ＡＣ／ＤＣコンバータ２が１２Ｖの直流電圧Ｖ１を出力しているときには、メインのＤＣ／ＤＣコンバータ３が、５Ｖの直流電圧Ｖ３を生成してデジタル回路１００に供給する。また、充電回路４が、直流電圧Ｖ１を降圧して２．８Ｖの電圧を生成して電気二重層コンデンサ５を充電する。また、ダイオード７１が、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の制御部６２に直流電圧Ｖ１を作動電圧として供給する。これにより、制御部６２が作動して、直流電圧Ｖ２が５Ｖとなるようにスイッチング制御信号Ｓｓのパルス幅を調整しつつスイッチング素子６１ａのスイッチングを制御する。この状態では、スイッチング素子６１ａが、スイッチング制御信号Ｓｓに従ってオンオフ動作を繰り返すことにより、電気二重層コンデンサ５からの電圧Ｖｃをスイッチングして交流電圧を生成する。続いて、変圧部６１ｂが、生成された交流電圧を変圧し、整流平滑部６１ｃが、変圧された交流電圧を整流すると共に平滑して直流電圧Ｖ２を生成する。なお、通常時においては、検出部９は、直流電圧Ｖ１が６Ｖの基準電圧よりも高いため、検出信号Ｓｄを出力しない状態を維持する。したがって、スイッチ回路８がオフ状態を維持するため、直流電圧Ｖ２のデジタル回路１００への出力が停止させられている。

一方、例えば停電などにより、ＡＣ／ＤＣコンバータ２に交流電圧Ｖａｃが供給されなくなったときには、直流電圧Ｖ１の電圧値がゼロボルトに急速に低下する。この際には、ダイオード７２が、昇圧部６１によって生成されている直流電圧Ｖ２を作動電圧として制御部６２に供給する。これにより、制御部６２が、昇圧部６１によって昇圧された直流電圧Ｖ２を作動電圧として継続して作動することにより、電気二重層コンデンサ５から供給される電圧Ｖｃを昇圧部６１にスイッチングさせて直流電圧Ｖ２を生成させる。この場合、制御部６２は、ダイオード７１から直流電圧Ｖ１が供給されなくなったと同時に、昇圧部６１にそれまで生成させていた直流電圧Ｖ２を新たな作動電圧として作動する。したがって、制御部６２は、非バックアップ状態から、デジタル回路１００に直流電圧Ｖ２を供給するバックアップ状態に瞬時に移行する。また、同時に、検出部９が、直流電圧Ｖ１の電圧低下を検出し、検出信号Ｓｄを出力してスイッチ回路８をオン状態に制御する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の出力部とデジタル回路１００の入力部とが接続されるため、直流電圧Ｖ３と同じ電圧値の直流電圧Ｖ２がデジタル回路１００に直ちに供給される。この場合、充電回路４が電圧を生成しないため、電気二重層コンデンサ５は充電されない状態となる。このため、電気二重層コンデンサ５の蓄電電荷が時間の経過と共に減少する結果、所定時間の経過後には、電圧Ｖｃは制御部６２の最低作動電圧の２Ｖよりも低くなる。この場合、電圧Ｖｃが１Ｖ以上のときには、制御部６２が、昇圧された直流電圧Ｖ２を作動電圧として作動して、昇圧部６１のスイッチングを制御することによって直流電圧Ｖ２を生成させる。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ６は、電気二重層コンデンサ５の蓄電電圧Ｖｃが１Ｖ未満となるまで、デジタル回路１００に直流電圧Ｖ２を出力し続ける。この結果、電気二重層コンデンサ５に蓄電された電荷を十分に使い切るまで直流電圧Ｖ２を供給することができるため、バックアップ時間の十分な長時間化が図られる。

このように、この電源装置１では、制御部６２が、バックアップ時において、昇圧部６１によって生成された直流電圧Ｖ２を作動電圧として作動する。このため、電気二重層コンデンサ５から供給される蓄電電圧Ｖｃが制御部６２を作動させるために必要な最低作動電圧値よりも低くなったときであっても、昇圧部６１によって昇圧されて蓄電電圧Ｖｃよりも高い電圧値の直流電圧Ｖ２で制御部６２を作動させることができる。したがって、この電源装置１によれば、電気二重層コンデンサ５に蓄電された電荷を十分に使い切るまで直流電圧Ｖｃを供給することができるため、バックアップ時間の十分な長時間化を図ることができる。

また、この電源装置１によれば、制御部６２が、非バックアップ時において、電圧供給部７のダイオード７１によって供給された直流電圧Ｖ１で作動する。一方、バックアップ時においては、制御部６２は、電圧供給部７のダイオード７２によって供給されたＤＣ／ＤＣコンバータ６からの直流電圧Ｖ２を作動電圧として作動する。したがって、この電源装置１によれば、制御部６２が非バックアップ状態からバックアップ状態に瞬時に移行するため、バックアップ時において、電力供給を途切れさせることなく、直流電圧Ｖ２をデジタル回路１００に供給することができる。

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、電気二重層コンデンサ５に代えて二次電池を備える構成や、電気二重層コンデンサ５と並列に二次電池を接続する構成を採用することもできる。この構成においても、二次電池に蓄電されている電荷を従来の電源装置と比較して、十分に使い切ることができる結果、バックアップ時間の十分な長時間化を図ることができる。また、本発明における昇圧型コンバータとして、ＤＣ／ＤＣコンバータ６に代えてＤＣ／ＡＣコンバータを備えて構成してもよい。この構成を採用した場合、ＤＣ／ＡＣコンバータから出力された交流電圧を直流電圧に整流平滑してデジタル回路１００に供給させると共にその直流電圧をＤＣ／ＡＣコンバータの制御部に供給させることにより、上記した効果と同様の効果を発揮させることができる。さらに、本発明における検出部として、本発明における入力電圧の電圧低下を検出するためにＡＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧である直流電圧Ｖ１の電圧低下を検出する構成を採用しているが、この構成に限らず、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧である直流電圧Ｖ３の電圧低下や、ＡＣ／ＤＣコンバータ２の入力電圧としての交流電圧Ｖａｃの電圧低下を検出する構成を採用することもできる。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ２に代えて、電源装置１の外部にＡＣアダプタを設ける構成を採用することもできる。

電源装置１の構成を示すブロック図である。電源装置１のＤＣ／ＤＣコンバータ６の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１電源装置
３，６ＤＣ／ＤＣコンバータ
５電気二重層コンデンサ
７電圧供給部
８スイッチ回路
９検出部
６１昇圧部
６２制御部
７１，７２ダイオード
１００デジタル回路
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３直流電圧
Ｖｃ電圧

Claims

入力電圧によって蓄電される蓄電部と、当該蓄電部の蓄電電圧をスイッチングによって昇圧してバックアップ用の出力電圧を生成する昇圧部および当該昇圧部の当該スイッチングを制御する制御部を備えて構成された昇圧型コンバータとを備えた電源装置であって、
前記制御部は、バックアップ時において、前記昇圧部によって生成された前記出力電圧を作動電圧として作動する電源装置。
前記入力電圧をスイッチングして主電圧を生成すると共に当該主電圧を負荷に出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記昇圧型コンバータから前記前記負荷への前記出力電圧の供給を制御するためのスイッチ回路と、前記入力電圧および前記出力電圧を前記制御部に供給する電圧供給部と、前記入力電圧の電圧低下を検出すると共に検出時に前記スイッチ回路を制御して前記出力電圧を前記負荷に供給させる検出部とを備えている請求項１記載の電源装置。