JP2012070486A - 基地局電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化とコストダウンを実現した瞬時停電対応の基地局電源装置を提供する。
【解決手段】絶縁電力トランス１の二次側の電圧を監視し、電圧が所定電圧以上の時は、第１の整流平滑回路１６は、基地局装置のＲＦ部に例えば２７Ｖの電力を供給し、ＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータ２３は、第１の整流平滑回路１６からの電圧を降圧してデジタル電源電圧（例えば３．３Ｖ）の電力を出力する。また、第２の整流平滑回路１７は、電圧が所定電圧以上の時は、コンデンサ１４に電気エネルギーを蓄積する。瞬時停電等が発生し、絶縁電力トランス１の二次側の電圧が所定電圧未満になった時は、ＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータ２３は、第２の整流平滑回路１７からの電圧を降圧してデジタル電源電圧（例えば３．３Ｖ）の電力を出力する。
【選択図】図３

Description

本発明は、瞬時停電に対応した移動通信基地局の電源装置に関する。

従来、移動通信基地局の電源装置は、商用電源に瞬時停電等が発生した場合でも基地局としての機能が維持できるようにバッテリを備えている。
図５に従来の基地局電源装置の回路構成を示す。従来の基地局電源装置は、絶縁電力トランス４１の一次側に、外部から入力される交流電圧（ＡＣ）を全波整流するブリッジダイオード４２と、整流出力を平滑する平滑コンデンサ４３と、力率改善機能を有するＰＦＣ（Power Factor Correction）ブーストコンバータ４４と、４８Ｖバッテリ５４（鉛蓄電池）と、ＰＦＣブーストコンバータ４４からの直流電圧（３００Ｖ〜４００Ｖ）と４８Ｖバッテリ５４からの直流電圧とを切り替える切替スイッチ５２，５３と、ＰＦＣブーストコンバータ４４または４８Ｖバッテリ５４からの直流電圧をスイッチングするスイッチング素子４５と、スイッチング素子４５を制御するＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）制御部４６とを備えており、絶縁電力トランス４１の二次側に、２つの整流ダイオード（シリコンダイオード）４７，４８とチョークコイル４９とコンデンサ５０からなる整流平滑回路と、整流平滑回路からの電圧を降圧するＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータ５１とを備えている。そして、整流平滑回路の出力（２７Ｖ）は、基地局装置のＲＦ部に供給されると共に、ＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータ５１でデジタル電源電圧（３．３Ｖ）に降圧されて、基地局装置のベースバンド部等に供給される。

上述した従来の基地局電源装置は、バックアップ用の電源として鉛蓄電池を使用しているが、鉛蓄電池は劣化するため、定期的に鉛蓄電池交換のメンテナンスが必要となる。そのため、メンテナンスの必要がなく、寿命の長い電解コンデンサを使用して、瞬時停電時に十分なバックアップ時間を確保できる電源装置が考えられている（特許文献１参照）。

図６に電解コンデンサを用いた従来のバックアップ電源装置の回路構成を示す。図６に示すバックアップ電源装置は、負荷に直流電源を供給する電源装置と並列に接続し、電源装置が正常な時に、電源装置から充電電流を取り込んで充電する昇圧充電回路５６と、昇圧充電回路５６によって昇圧された電気エネルギーを蓄積する電解コンデンサ５８と、電解コンデンサ５８に蓄積した電気エネルギーを放電する降圧放電回路５７とを備え、電源装置に瞬時停電が発生した時に、電気エネルギーを放電して、負荷への電源供給をバックアップするように構成されている（特許文献１参照）。

特開２００５−０７３３３９号公報

しかしながら、上述した電解コンデンサを用いた従来の電源装置では、複雑な昇圧充電回路が必要となる。
また、移動通信基地局等の装置では、設置場所やコストの面から小型化が進み、回路規模の削減および軽量化が求められ、移動通信基地局等の電源装置も部品点数の削減が望まれている。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、小型化とコストダウンを実現した瞬時停電対応の基地局電源装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の電源装置は、第１の設定電圧の電力を出力する第１の電力出力部と、電源電圧が所定電圧以上の時に蓄電する蓄電部と、を絶縁電力トランスの二次側に設け、前記蓄電部からの電圧を降圧して前記第１の設定電圧よりも低い第２の設定電圧の電力を出力する第２の電力出力部と、前記第１の電力出力部からの電圧を降圧して前記第２の設定電圧の電力を出力する第３の電力出力部と、を備えることを特徴とする。

前記電源電圧が所定電圧以上の時は、前記第３の電力出力部は、前記第１の電力出力部からの電圧を降圧して前記第２の設定電圧の電力を出力し、前記電源電圧が所定電圧未満の時は、前記第２の電力出力部は、前記蓄電部からの電圧を降圧して前記第２の設定電圧の電力を出力することが好ましい。

また、本発明の電源装置は、第１の設定電圧の電力を出力する第１の電力出力部と、電源電圧が所定電圧以上の時に蓄電する蓄電部と、を絶縁電力トランスの二次側に設け、前記蓄電部からの電圧を降圧して前記第１の設定電圧よりも低い第２の設定電圧の電力を出力するとともに、前記第１の電力出力部からの電圧を降圧して前記第２の設定電圧の電力を出力する第２の電力出力部と、を備えることを特徴とする。

前記第２の電力出力部は、前記電源電圧が所定電圧以上の時は、前記第１の電力出力部からの電圧を降圧して前記第２の設定電圧の電力を出力し、前記電源電圧が所定電圧未満の時は、前記蓄電部からの電圧を降圧して前記第２の設定電圧の電力を出力することが好ましい。

本発明は、高周波電源の高電圧を利用して、昇圧充電回路の削減を行い、また、さらに降圧放電回路を従来の出力コンバータ回路と共用することで、小型化とコストダウンを実現することができる。

本発明の第１実施例に係る基地局電源装置の回路図である。 図１に示すＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータの一例を示す回路図である。 本発明の第２実施例に係る基地局電源装置の回路図である。 図３に示すＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータの一例を示す回路図である。 従来の基地局電源装置の回路図である。 電解コンデンサを用いた従来のバックアップ電源装置の回路図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明の基地局電源装置は、商用電源に瞬時停電等が発生した場合に、通信用の大電力高周波（ＲＦ）信号を送信するユニット（ＲＦ部）のバックアップは行わず、安全のために信号の終端処理を行うユニット（ベースバンド部等）のバックアップを行うことを前提としている。

図１は、本発明の第１実施例に係る基地局電源装置の回路図である。図１に示す基地局電源装置は、電圧変換用の絶縁電力トランス１の一次側に、外部から入力される交流電圧（ＡＣ）を全波整流するブリッジダイオード２と、整流出力を平滑する平滑コンデンサ３と、力率改善機能を有するＰＦＣ（Power Factor Correction）ブーストコンバータ４と、ＰＦＣブーストコンバータ４からの直流電圧をスイッチングするスイッチング素子（例えばＭＯＳ−ＦＥＴ：Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor）５と、スイッチング素子５を制御するＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）制御部６とを備えている。

また、基地局電源装置は、絶縁電力トランス１の二次側に、２つの整流ダイオード（シリコンダイオード）７，８とチョークコイル９とコンデンサ１０からなる第１の整流平滑回路１６（第１の電力出力部）と、第１の整流平滑回路１６からの電圧を降圧するＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータ１１（第３の電力出力部）と、整流ダイオード（シリコンダイオード）１２と電流制限抵抗１３とコンデンサ１４（エネルギー蓄積コンデンサ）からなる第２の整流平滑回路１７（蓄電部）と、第２の整流平滑回路１７からの電圧を降圧するＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータ１５（第２の電力出力部）とを備えている。

第１の整流平滑回路１６と第２の整流平滑回路１７は、絶縁電力トランス１に対して並列に接続されている。第１の整流平滑回路１６の出力（例えば２７Ｖ）は、基地局装置のＲＦ部に供給されると共に、ＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータ１１でデジタル電源電圧（例えば３．３Ｖ）に降圧されて、基地局装置のベースバンド部等に供給される。第２の整流平滑回路１７の出力は、ＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータ１５でデジタル電源電圧に降圧されて、基地局装置のベースバンド部等に供給される。

第１実施例では、絶縁電力トランス１の二次側の電圧を監視し、電圧が所定電圧以上である正常時には、第１の整流平滑回路１６は、基地局装置のＲＦ部に例えば２７Ｖの電力を供給し、ＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータ１１は、第１の整流平滑回路１６からの電圧を降圧してデジタル電源電圧（例えば３．３Ｖ）の電力を基地局装置のベースバンド部等に供給する。また、第２の整流平滑回路１７は、電圧が所定電圧以上である正常時には、コンデンサ１４に電気エネルギーを蓄積する。瞬時停電等が発生し、絶縁電力トランス１の二次側の電圧が所定電圧未満になった時は、ＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータ１５は、第２の整流平滑回路１７からの電圧を降圧してデジタル電源電圧（例えば３．３Ｖ）の電力を基地局装置のベースバンド部等に供給する。

図２は、図１に示すＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータの一例を示す回路図である。ＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータ１１は、降圧制御信号に基づいて第１の整流平滑回路１６からの電圧をスイッチングするスイッチング素子１８（例えばＭＯＳ−ＦＥＴ）と、チョークコイル１９と、２つの整流ダイオード（シリコンダイオード）２０，２１と、コンデンサ２２からなる。

スイッチング素子１８のソースは、第１の整流平滑回路１６の出力に接続され、スイッチング素子１８のドレインは、チョークコイル１９の一端に接続されている。チョークコイル１９の他端は、整流ダイオード２０，２１の一端に接続されている。整流ダイオード２０の他端は接地され、整流ダイオード２１の他端はコンデンサ２２の一端に接続されている。また、コンデンサ２２の他端は接地されている。
ＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータ１５もＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータ１１と同様の構成である。

図３は、本発明の第２実施例に係る基地局電源装置の回路図である。本発明の第２実施例では、本発明の第１実施例と同じ部材には同じ符号を付している。図３に示す基地局電源装置は、絶縁電力トランス１の一次側に、外部から入力される交流電圧（ＡＣ）を全波整流するブリッジダイオード２と、整流出力を平滑する平滑コンデンサ３と、力率改善機能を有するＰＦＣブーストコンバータ４と、ＰＦＣブーストコンバータ４からの直流電圧をスイッチングするスイッチング素子５（例えばＭＯＳ−ＦＥＴ）と、スイッチング素子５を制御するＰＷＭ制御部６とを備えている。

また、基地局電源装置は、絶縁電力トランス１の二次側に、２つの整流ダイオード（シリコンダイオード）７，８とチョークコイル９とコンデンサ１０からなる第１の整流平滑回路１６（第１の電力出力部）と、整流ダイオード（シリコンダイオード）１２と電流制限抵抗１３とコンデンサ１４（エネルギー蓄積コンデンサ）からなる第２の整流平滑回路１７（蓄電部）と、第１の整流平滑回路１６と第２の整流平滑回路１７からの電圧を降圧するＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータ２３（第２の電力出力部）とを備えている。

第１の整流平滑回路１６と第２の整流平滑回路１７は、絶縁電力トランス１に対して並列に接続されている。第１の整流平滑回路１６の出力（例えば２７Ｖ）は、基地局装置のＲＦ部に供給されると共に、ＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータ２３でデジタル電源電圧（例えば３．３Ｖ）に降圧されて、基地局装置のベースバンド部等に供給される。第２の整流平滑回路１７の出力は、ＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータ２３でデジタル電源電圧に降圧されて、基地局装置のベースバンド部等に供給される。

第２実施例では、絶縁電力トランス１の二次側の電圧を監視し、電圧が所定電圧以上である正常時には、第１の整流平滑回路１６は、基地局装置のＲＦ部に例えば２７Ｖの電力を供給し、ＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータ２３は、第１の整流平滑回路１６からの電圧を降圧してデジタル電源電圧（例えば３．３Ｖ）の電力を基地局装置のベースバンド部等に供給する。また、第２の整流平滑回路１７は、電圧が所定電圧以上である正常時には、コンデンサ１４に電気エネルギーを蓄積する。瞬時停電等が発生し、絶縁電力トランス１の二次側の電圧が所定電圧未満になった時は、ＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータ２３は、第２の整流平滑回路１７からの電圧を降圧してデジタル電源電圧（例えば３．３Ｖ）の電力を基地局装置のベースバンド部等に供給する。

図４は、図３に示すＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータの一例を示す回路図である。ＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータ２３は、第１の整流平滑回路１６からの電圧をスイッチングするスイッチング素子２４（例えばＭＯＳ−ＦＥＴ）と、第２の整流平滑回路１７からの電圧をスイッチングするスイッチング素子２５（例えばＭＯＳ−ＦＥＴ）と、切替制御信号に基づいて、スイッチング素子２４，２５への降圧制御信号を切り替える切替スイッチ２６と、チョークコイル２７と、２つの整流ダイオード（シリコンダイオード）２８，２９と、コンデンサ３０からなる。

スイッチング素子２４のソースは、第１の整流平滑回路１６の出力に接続され、スイッチング素子２５のソースは、第２の整流平滑回路１７の出力に接続されている。また、スイッチング素子２４，２５のゲートは、切替スイッチ２６に接続され、スイッチング素子２４，２５のドレインは、チョークコイル１９の一端に接続されている。チョークコイル１９の他端は、整流ダイオード２０，２１の一端に接続されている。整流ダイオード２０の他端は接地され、整流ダイオード２１の他端はコンデンサ２２の一端に接続されている。また、コンデンサ２２の他端は接地されている。

切替スイッチ２６は、絶縁電力トランス１の二次側の電圧が所定電圧以上である正常時には、例えば切替制御信号がＯＦＦになり、切替制御信号のＯＦＦに応じて降圧制御信号をスイッチング素子２４へ切り替え、また瞬時停電等が発生して、絶縁電力トランス１の二次側の電圧が所定電圧未満になった時には、例えば切替制御信号がＯＮになり、切替制御信号のＯＮに応じて降圧制御信号をスイッチング素子２５へ切り替える。

上述したように、本発明は、高周波電源の高電圧を利用することにより、従来必要であった昇圧充電回路の削減を行い、さらに降圧放電回路を従来のＤＣ−ＤＣ高圧レギュレータと共用することで、小型化とコストダウンを実現することができる。

１，４１ 絶縁電力トランス
２，７，８，１２，２０，２１，２８，２９，４２，４７，４８ ダイオード
３，１０，１４，２２，３０，４３，５０，５８ コンデンサ
４，４４ ＰＦＣブーストコンバータ
５，１８，２４，２５，４５，５２，５３ スイッチング素子
６，４６ ＰＷＭ制御部
９，１９，２７，４９ チョークコイル
１１，１５，２３，５１ ＤＣ−ＤＣ降圧レギュレータ
１３ 電流制限抵抗
２６ 切り替えスイッチ
５４ バッテリ
５６ 昇圧充電回路
５７ 降圧放電回路

Claims (4)

1. 第１の設定電圧の電力を出力する第１の電力出力部と、
   電源電圧が所定電圧以上の時に蓄電する蓄電部と、
   を絶縁電力トランスの二次側に設け、
   前記蓄電部からの電圧を降圧して前記第１の設定電圧よりも低い第２の設定電圧の電力を出力する第２の電力出力部と、
   前記第１の電力出力部からの電圧を降圧して前記第２の設定電圧の電力を出力する第３の電力出力部と、
   を備えることを特徴とする電源装置。
2. 前記電源電圧が所定電圧以上の時は、前記第３の電力出力部は、前記第１の電力出力部からの電圧を降圧して前記第２の設定電圧の電力を出力し、前記電源電圧が所定電圧未満の時は、前記第２の電力出力部は、前記蓄電部からの電圧を降圧して前記第２の設定電圧の電力を出力することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 第１の設定電圧の電力を出力する第１の電力出力部と、
   電源電圧が所定電圧以上の時に蓄電する蓄電部と、
   を絶縁電力トランスの二次側に設け、
   前記蓄電部からの電圧を降圧して前記第１の設定電圧よりも低い第２の設定電圧の電力を出力するとともに、前記第１の電力出力部からの電圧を降圧して前記第２の設定電圧の電力を出力する第２の電力出力部と、
   を備えることを特徴とする電源装置。
4. 前記第２の電力出力部は、前記電源電圧が所定電圧以上の時は、前記第１の電力出力部からの電圧を降圧して前記第２の設定電圧の電力を出力し、前記電源電圧が所定電圧未満の時は、前記蓄電部からの電圧を降圧して前記第２の設定電圧の電力を出力することを特徴とする請求項３に記載の電源装置。