JP2012010491A - Two input electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、商用電源と自然エネルギーの2つを組み合せることにより、商用電源に対して電源効率が高い状態で電子装置を運用させることに関する発明である。 The present invention relates to operating an electronic device in a state where power efficiency is high with respect to a commercial power source by combining the commercial power source and natural energy.
世界規模での省電力化の流行から、風力発電や太陽光発電など自然エネルギーを用いて家庭で使用される一部の電力に割り当てることにより電気代を軽減させることや、発電した自然エネルギーを電力会社に売電することが多くなってきている。自然エネルギーを用いた発電システムの導入コストも年々減少傾向にあるので、年々導入しやすくなり、自然エネルギーを用いた発電システムの数は年々増加傾向にある。 Due to the trend of power saving on a global scale, electricity costs can be reduced by using natural energy such as wind power generation and solar power generation to allocate to some electric power used at home, and the generated natural energy can be used as power. More and more companies sell electricity. Since the introduction cost of the power generation system using natural energy is also decreasing year by year, it is easier to introduce the power generation system year by year, and the number of power generation systems using natural energy is increasing year by year.
また下記特許文献1のように、電力会社から提供される商用電源が停電状態の場合でもその給電系統が要求される負荷電力を完全に賄うことができるよう商用電源と、ガスエンジンなど商用電源とは異なる外部エネルギーから発電するシステムを切換える制御を行う発電システムが提案されており、商用電源以外のエネルギーを利用することの検討が進められている。
Further, as in
電気代削減やCO2削減が目的で、電気会社から供給される商用電源の消費電力を低減させることがサーバなどの電子装置でも要求されている。電子装置で商用電源の消費電力を削減することを実現するためには、主に電子装置内部の電源部の効率を上げることが挙げられる。電源部の効率を高くするために、一般的に低損失の部品や基板を使用する方法が用いられる。しかし、低損失の部品や基板は高価な物が多く、電源部は高価になり、結果として電気代を削減する効果が無い場合もある。また低損失の部品や基板を用いても電源部の効率が常に高い状態になるわけではなく、負荷が低い場合や定格に近い負荷の場合では効率が低くなる場合があり、効率が低いと電源部の損失が大きいので、商用電源の消費電力は大きくなる。商用電源の消費電力を低減させるために、電源部を常に効率の高い負荷条件で使用することが必要である。 Electronic devices such as servers are also required to reduce the power consumption of commercial power supplied from electric companies for the purpose of reducing electricity bills and CO2. In order to realize the reduction of the power consumption of the commercial power supply in the electronic device, there is mainly an increase in the efficiency of the power supply unit inside the electronic device. In order to increase the efficiency of the power supply unit, a method using a low-loss component or board is generally used. However, many low-loss components and boards are expensive, and the power supply unit becomes expensive, and as a result, there is a case where there is no effect of reducing the electricity bill. Even if low-loss components or boards are used, the efficiency of the power supply section is not always high, and the efficiency may be low when the load is low or near the rated load. Since the loss of the part is large, the power consumption of the commercial power supply increases. In order to reduce the power consumption of the commercial power supply, it is necessary to always use the power supply unit under a load condition with high efficiency.
上記課題は、2つの入力端子を備え、第1の入力端子に接続される第1の電源回路と、第2の出力端子に接続される第2の電源回路と、負荷に接続される検出部と、前記第1の電源回路と検出部の接続状態と、前記第2の電源回路と検出部との接続状態を変化させる切換部と、検出部の検出結果に基づいて切換部の接続状態を変化させる制御部を備えた電源部を有することを特徴とする電子装置を使用し、第1の入力端子または第2の入力端子の少なくとも一方に自然エネルギーを変換した電源装置を接続することで、実現できる。
通常、電子装置で使用される従来技術の電源部は、入力が商用電源のみであり、電源部の負荷は全て商用電源の電力消費に繋がる。電源部の入力を商用電源と自然エネルギーを変換した電源装置の2つの電源に接続することにより、電源部にかかる負荷は、商用電源と自然エネルギーを変換した電源装置の2つの消費電力に分けられる。
The subject includes a first power supply circuit having two input terminals connected to the first input terminal, a second power supply circuit connected to the second output terminal, and a detection unit connected to the load. A connection state between the first power supply circuit and the detection unit, a switching unit that changes a connection state between the second power supply circuit and the detection unit, and a connection state of the switching unit based on the detection result of the detection unit. By using an electronic device characterized by having a power supply unit with a control unit to change, by connecting a power supply device converted natural energy to at least one of the first input terminal or the second input terminal, realizable.
Normally, the power supply unit of the prior art used in an electronic device has only a commercial power supply as an input, and all loads of the power supply unit lead to power consumption of the commercial power supply. By connecting the input of the power supply unit to two power sources of the commercial power source and the natural energy converted power source, the load on the power source unit can be divided into two power consumptions of the commercial power source and the natural energy converted power source device. .
また、電源部は低負荷など効率が低くなる負荷領域があり、効率が低いと電源部での損失が大きいので、商用電源での消費電力が大きくなる。これは、負荷を検出する機能と、商用電源から電力が給電される電源回路部の出力と自然エネルギーを変換した電源装置から給電される電源回路部の出力を切換または併用可能とすることにより、特定の負荷で使用する電源回路の切換、または2つの電源回路の併用が可能となる。商用電源から電力が給電される電源回路の効率が高い状態を維持するように電源部の負荷に合わせて使用する電源回路の切換・併用を行うことによって、商用電源での消費電力を減らすことができる。 Further, the power supply unit has a load region where efficiency is low, such as a low load. If the efficiency is low, loss in the power supply unit is large, so that power consumption in the commercial power supply increases. This is because the function of detecting the load and the output of the power supply circuit unit fed from the commercial power supply and the output of the power supply circuit unit fed from the power supply device converted from natural energy can be switched or used together. It is possible to switch the power supply circuit used with a specific load or to use two power supply circuits in combination. By switching and using the power supply circuit to match the load of the power supply unit so that the efficiency of the power supply circuit to which power is supplied from the commercial power supply remains high, the power consumption of the commercial power supply can be reduced. it can.
本発明によれば、電子装置に給電される商用電源の電力を削減することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electric power of the commercial power source electrically fed to an electronic device can be reduced.
図1は本発明の基本形態を示した図である。本発明の基本形態は、2つの入力端子を備え、第1の入力端子11に接続される第1の電源回路101と、第2の入力端子21に接続される第2の電源回路201と、負荷31に接続される検出部301と、前記第1の電源回路と検出部の接続状態と、前記第2の電源回路と検出部との接続状態を変化させる切換部401と、検出部の検出結果に基づいて切換部の接続状態を変化させる制御部501を備えており、制御部501が第1の電源回路101を特定の効率状態で運用できるよう切換部401を制御する。切換部401は第1の電源回路101からの給電のON/OFF切換えを可能にする切換部402と第2の電源回路201からの給電のON/OFF切換えを可能にする切換部403を有する。第1の入力端子には商用電源601を接続し、第2の入力端子には自然エネルギーを変換した電源装置701を接続している。
FIG. 1 is a diagram showing a basic form of the present invention. The basic form of the present invention includes two input terminals, a first
図2は本発明の基本形態の制御フローを示した図である。図3は本発明の基本形態による第1の電源回路101の効率特性および入力電力特性を示した図である。電源回路101は、負荷が電力1001〜1002で高効率となる。負荷検出部401が電力1001未満の負荷を検出した場合、切換部402をOFFし、切換部403をONすることで第1の電源回路101を無負荷に、第2の電源回路201の負荷POUT2が電源部の負荷POUTとなる。この場合、第1の電源回路101の効率は0%であり、商用電源601の消費電力Pは、数式1で示されるように、電源回路101の無負荷損失PLOSSとなる。検出部301が電力1001〜1002の負荷を検出した場合、切換部402をONし、切換部403をOFFすることで第1の電源回路101の負荷POUT1が電源部の負荷POUTとなり、電源回路201は無負荷となる。この場合、第1の電源回路101は高効率状態で、商用電源601の消費電力Pは電源部の負荷POUTを第1の電源回路101の効率ρで割り戻した電力、すなわち第1の電源回路101の入力電力P1である。検出部301が電源部の電力1002以上の負荷を検出した場合、切換部402と切換部403を共にONにし、第1の電源回路101の負荷POUT1と第2の電源回路201の負荷POUT2の合計が電源部の負荷POUTとなる。例えば、電源部の負荷POUTが1002になった場合、第1の電源回路101の負荷POUT1は電力1001〜1002間の電力1003となるよう設定することで、電源部の負荷POUTが電力1002以上でも第1の電源回路101は高効率状態を維持でき、商用電源601の入力電力は電源ユニットの負荷1002の場合よりも低い電力となる。電源部の負荷が電力1001以下、1001〜1002、1002以上のそれぞれの場合の商用電源601の消費電力は数1、数2、数3のように表現できる。
(数1)
電源部の負荷が電力1001未満の場合
P=PLOSS
(数2)
電源部の負荷が電力1001〜1002の場合
P=P1=POUT1/ρ=POUT/ρ
(数3)
電源部の負荷が電力1002以上の場合
P=P1=POUT1/ρ=(POUT−POUT2)/ρ
図4は本発明の基本形態による商用電源を入力とする電源回路の入力電力の時間変化を示した図である。電源部の負荷は時間2001で電力1001以上になり、時間2002で電力1002以上となり、経過時間2003で電力1002未満となり、経過時間2004で負荷電力1001未満となる運用を想定している。従来技術の電源部の入力が商用電源601のみの場合では、電源部の負荷POUTを第1の電源回路101の効率ρで割り戻した電力が商用電源601の消費電力Pとなるが、本発明の場合では、時間2001未満の期間T1もしくは時間2004〜2005の期間T5では商用電源601の消費電力Pは第1の電源回路101の無負荷損失PLOSSとなり、従来技術よりも商用電源601の電力が低くなる。その電力差ΔP1は数4のように表現できる。時間2001〜2002の期間T2と時間2003〜2004の期間T4は商用電源601の消費電力Pは第1の電源回路101の入力電力P1と同じである。時間2002〜2003の期間T3は商用電源601の消費電力Pは、電力1002以下の第1の電源回路101の入力電力P1となり、従来技術よりも商用電源601の電力は低くなり、その電力差ΔP2は、電力1002以上の電源回路101の効率をρ1、電力1001〜1002の第1の電源回路101の効率をρ2として数5のように表現できる。また従来技術に対する本発明の電力量の効果ΔPhは数6のように表現できる。
(数4)
ΔP1=(POUT/ρ)−PLOSS
(数5)
ΔP2=(POUT/ρ1)−(POUT1/ρ2)
=(POUT/ρ1)−((POUT−POUT2)/ρ2)
(数6)
ΔPh=ΔP1(T1+T5)+ΔP2×T3
図5は基本形態に対して電子装置外部に第1の電源回路101と第2の電源回路201の出力切換または併用状態を外部に出力可能な形態を示した図である。信号線801は制御部501から電子装置外部に第1の電源回路101と第2の電源回路201の出力切換または併用の状態を出力する信号線であり、切換部3001は自然エネルギーを変換した電源装置701の出力電力を電気会社への売電のON/OFFの切換を行う切換部である。電源部の負荷が電力1001〜1002では第2の電源回路201は使用されないので、制御部501は切換部3001をONする信号を信号線801から出力し、切換部3001をONさせ、自然エネルギーを変換した電源装置701の出力電力を電気会社への売電を行う。電源部の負荷が電力1001未満または1002以上の場合は第2の電源回路201を使用するので、切換部3002をOFFして電気会社への売電を中止する。
FIG. 2 is a diagram showing a control flow of the basic form of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing efficiency characteristics and input power characteristics of the first
(Equation 1)
When load of power supply unit is less than 1001 P = PLOSS
(Equation 2)
When the load of the power supply unit is 1001 to 1002
P = P1 = POUT1 / ρ = POUT / ρ
(Equation 3)
When the load of the power supply is 1002 or more
P = P1 = POUT1 / ρ = (POUT−POUT2) / ρ
FIG. 4 is a diagram showing a change over time of input power of a power supply circuit using a commercial power supply as an input according to the basic form of the present invention. It is assumed that the load of the power supply unit is 1001 or more at
(Equation 4)
ΔP1 = (POUT / ρ) −PLOSS
(Equation 5)
ΔP2 = (POUT / ρ1) − (POUT1 / ρ2)
= (POUT / ρ1) − ((POUT−POUT2) / ρ2)
(Equation 6)
ΔPh = ΔP1 (T1 + T5) + ΔP2 × T3
FIG. 5 is a diagram showing a form in which the output switching or combined state of the first
本発明は前記実施例の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでも無い。例えば、基本形態では商用電源601から電力が給電される第1の電源回路を1個実装した構成としているが、この電源回路を複数実装して、商用電源601の消費電力が低くなるようそれぞれの電源回路の制御を行っても構わない。 It goes without saying that the present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in the basic configuration, one first power supply circuit to which power is supplied from the commercial power supply 601 is mounted. However, a plurality of power supply circuits are mounted so that the power consumption of the commercial power supply 601 is reduced. The power supply circuit may be controlled.
11…第1の入力端子、21…第2の入力端子、31…電源部の負荷、101…第1の電源回路部、201…第2の電源回路部、301…電源部の負荷検出部、401…電源回路101と電源回路201からの出力を切換または併用可能に構成された出力切換部、402…電源回路101の給電のON/OFF切換えを可能にする出力切換部401内の切換部、403…電源回路201の給電のON/OFF切換えを可能にする出力切換部401内の切換部、501…切換部401の出力切換または併用を制御する制御部、601…商用電源、701…自然エネルギーを変換した電源装置、801…切換部401の出力切換または併用の状態を電子装置外部に出力する信号線、1001,1002,1003…電力、2001,2002,2003,2004,2005…時間、3001…自然エネルギーを変換した電源装置701の出力電力を電気会社への売電のON/OFFの切換を行う切換部。
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