JP2013099204A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バックアップ電源として鉛蓄電池を備えた無停電電源装置において、トリクル充電により鉛蓄電池の長寿命化を図ることができ、しかも、外部電源の停電時及び復電時に、負荷への電源供給を停止（瞬断）させることなく、鉛蓄電池の負荷への接続及び遮断を適性に切り換えることができるようにする。
【解決手段】外部負荷である送信ユニットに電源供給を行う電源ユニット４には、外部の交流電源から電源供給を受けて負荷駆動用の直流電源電圧を生成するＡＣ／ＤＣコンバータ３０と、鉛蓄電池からなるバッテリ６を外部負荷に接続するか否かを切り換える切換スイッチ３６と、交流電源からの入力電圧から停電を判定して切換スイッチ３６をオンさせる検波回路４０及び比較器４４と、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０からの出力電圧から停電からの復帰を判定して切換スイッチ３６をオフさせる比較器４６と、が備えられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、バックアップ電源として鉛蓄電池を備えた無停電電源装置に関する。

従来、この種の無停電電源装置では、鉛蓄電池への充電方式として、トリクル充電が採用されている。
トリクル充電は、外部電源から電源供給を受けている通常時に、鉛蓄電池を負荷から切り離して、鉛蓄電池の自己放電分を補うように鉛蓄電池を低電流で充電することで、鉛蓄電池を満充電状態に保持する充電方式であり、鉛蓄電池の長寿命化を図ることができる。

しかし、この充電方式では、外部電源が停電した際に、その旨を検出して、鉛蓄電池を負荷に接続することで、負荷に電源供給を行う電源を、外部電源からバックアップ電源である鉛蓄電池に切り換えるから、その切換時に、負荷への電力供給が一時的に停止される（所謂瞬断が発生する）ことがあった。

一方、こうした瞬断を防止しつつ、負荷に安定した電源電圧を供給できるようにした無停電電源装置として、外部電源から電源供給を受けて負荷駆動用の直流電源電圧（定電圧）を生成する電源回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＤＣコンバータ等）を設け、その電源回路から負荷への電源供給経路に、バックアップ電源としてのバッテリを、直接若しくはスイッチを介して接続するように構成されたものが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００９−９５１０７号公報 特公平７−１０６０４１号公報

上記提案の装置の内、バッテリを電源供給経路に直接接続するようにしたもの（特許文献１）は、外部電源から電源供給がなされているときでも、高負荷時等、負荷の状態によっては、バッテリから負荷に電力供給がなされることから、トリクル充電による鉛蓄電池の長寿命化を図ることができないという問題がある。

一方、バッテリを、スイッチを介して電源供給経路に接続するようにしたもの（特許文献２）は、上述したトリクル充電による鉛蓄電池の長寿命化を図ることはできる。
しかし、この提案の装置では、外部電源の停電、及び、停電からの復帰（以下、復電ともいう）を、電源回路への入力電圧及び電源回路からの出力電圧の何れか一方を用いて検出し、スイッチの切り換えを行うことから、停電時若しくは復電時に、スイッチの切り換えが遅れ、負荷への電源供給の瞬断が発生することがあった。

つまり、電源回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＤＣコンバータ等）は、電源投入後、所定電圧を出力できるようになるまでには時間（起動時間）がかかり、また、電源遮断後、出力電圧が低下するまでには時間（停止時間）がかかる。

このため、電源回路への入力電圧にて停電及び復電を検出するようにした場合には、復電検出後、直ぐにスイッチをオフ状態に切り換えると、電源回路から正規の電源電圧が出力されず、負荷への電源供給が一時的に停止してしまう。

逆に、電源回路からの出力電圧にて停電及び復電を検出するようにした場合には、復電検出時には、既に電源回路から正規の電源電圧が出力されているので、直ぐにスイッチをオフ状態に切り換えても問題ない。

しかし、この場合、停電検出時には、電源回路の出力が低下していることから、スイッチをオン状態にするのに要する応答時間によって、負荷への電源供給が一時的に停止することが考えられる。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、バックアップ電源として鉛蓄電池を備えた無停電電源装置において、トリクル充電により鉛蓄電池の長寿命化を図ることができ、しかも、外部電源の停電時及び復電時に、負荷への電源供給を停止（瞬断）させることなく、鉛蓄電池の負荷への接続及び遮断を適性に切り換えることができるようにすることを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の無停電電源装置は、
外部電源から電源供給を受けて外部負荷駆動用の直流電源電圧を生成し、該生成した直流電源電圧を、逆流防止用ダイオードを介して、外部負荷に供給する駆動電圧生成手段と、
前記外部負荷駆動用のバックアップ電源となる鉛蓄電池と、
外部電源から電源供給を受けて前記鉛蓄電池を充電することにより、前記鉛蓄電池を満充電状態に保持する充電手段と、
前記逆流防止用ダイオードから前記外部負荷への電源供給経路と、前記鉛蓄電池との間に設けられ、前記鉛蓄電池の電池電圧を前記電源供給経路に印加するか否かを切り換える切換スイッチと、
前記切換スイッチがオフ状態であるとき、前記外部電源から前記駆動電圧生成手段への供給電圧が、予め設定された停電判定電圧よりも低下すると、前記切換スイッチをオンする停電時切換手段と、
前記切換スイッチがオン状態であるとき、前記駆動電圧生成手段から前記逆流防止用ダイオードに出力される直流電圧が、予め設定された停電復帰判定電圧を越えると、前記切換スイッチをオフする停電復帰時切換手段と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の無停電電源装置には、駆動電圧生成手段にて生成された直流電源電圧を外部負荷に供給する逆流防止用ダイオードが備えられている。
また、逆流防止用ダイオードから外部負荷への電源供給経路と、外部負荷に対するバックアップ電源となる鉛蓄電池との間には、鉛蓄電池の電池電圧を電源供給経路に印加するか否か（換言すれば、鉛蓄電池をバックアップ電源として機能させるか否か）を切り換える切換スイッチが備えられている。

そして、この切換スイッチは、オフ状態であるときに、外部電源から駆動電圧生成手段への供給電圧が予め設定された停電判定電圧よりも低下すると、停電時切換手段によって、オン状態に切り換えられる。

また、切換スイッチは、オン状態であるときに、駆動電圧生成手段から逆流防止用ダイオードに出力される直流電圧が予め設定された停電復帰判定電圧を越えると、停電復帰時切換手段によって、オフ状態に切り換えられる。

つまり、本発明では、外部電源からの供給電圧が停電判定電圧よりも低下したときに、外部電源の停電を検出して、切換スイッチをオンすることで、鉛蓄電池から外部負荷への電源供給を開始し、駆動電圧生成手段からの出力電圧が停電復帰判定電圧を越えると、外部電源の停電復帰を検出して、切換スイッチをオフすることで、外部負荷への電源供給を駆動電圧生成手段に切り換える。

これは、外部電源の停電及び復電の開始タイミングと、駆動電圧生成手段からの出力電圧が低下若しくは復帰するタイミングとには、駆動電圧生成手段の動作時間によって時間差が生じるためである。

つまり、停電時切換手段が外部電源の停電を検出した時点では、駆動電圧生成手段からの出力電圧が正規の電圧値から低下することはなく、また、停電復帰時切換手段が外部電源の復電を検出した時点では、駆動電圧生成手段からの出力電圧が正規の電圧値に復帰している。

そこで、本発明では、停電時切換手段及び停電復帰時切換手段を上記のように構成することで、外部電源の停電及び復電に伴う切換スイッチの切換時に、外部負荷に供給される電源電圧が一時的に低下するのを防止し、外部負荷に安定して直流電源電圧を供給できるようにしているのである。

実施形態の送信装置の概略構成を表す説明図である。 送信装置に組み込まれた電源ユニット及び充電ユニットの構成を表すブロック図である。 電源ユニット内の切換スイッチの切換動作を表すタイムチャートである。 従来の送信システムの概略構成を表す説明図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は本発明が適用された実施形態の送信装置の概略構成を表している。
本実施形態の送信装置は、地上波によるテレビ放送信号を受信し、再送信するためのものであり、テレビ放送信号の受信点から伝送線（同軸ケーブル、光ファイバ等）を介して伝送されてきた受信信号を取り込むための信号入力端子Ｔｉｎ、その受信信号を再送信用に信号処理（増幅等）する送信ユニット２、及び、送信ユニット２にて信号処理された送信信号を送信アンテナへ出力する信号出力端子Ｔｏｕｔ、を備える。

送信ユニット２は、外部の交流電源（商用電源：ＡＣ１００Ｖ）から電源供給を受けて、送信ユニット駆動用の直流電源電圧を生成する電源ユニット４、及び、外部電源の停電時にバックアップ電源として利用されるバッテリ６と共に、金属製の筐体１０内に収納されている。なお、バッテリ６は、密閉型且つ長寿命型の鉛蓄電池にて構成されている。

筐体１０は、一面が開口した矩形の箱状に形成されており、その開口一端縁には、内部空間を密閉するための蓋体１２が、ヒンジ１４を介して、開閉自在に取り付けられている。

また、筐体１０の内部は、図１に示すように所定の再送信場所に送信装置を設置した際、上下に分断されるように、仕切り板１６で仕切られており、電源ユニット４及びバッテリ６は、その仕切り板１６の上方に配置され、送信ユニット２は、仕切り板１６の下方に配置されている。

そして、信号入力端子Ｔｉｎ及び信号出力端子Ｔｏｕｔは、送信ユニット２に対し受信信号及び送信信号を入出力できるように、筐体１０の下方の壁面に組み付けられている。
また、筐体１０の下方の壁面には、外部の交流電源（商用電源：ＡＣ１００Ｖ）からの電源電圧を取り込むためのＡＣ入力端子Ｔａｃ、及び、外部の直流電源（例えば、自動車等のバッテリ電圧）を取り込むためのＤＣ入力端子Ｔｄｃ、が設けられている。

そして、筐体１０の仕切り板１６の下方には、これらＡＣ入力端子Ｔａｃ若しくはＤＣ入力端子Ｔｄｃを介して入力される電源電圧を受けて、バッテリ６を、出力電圧１２Ｖの満充電状態となるよう充電する充電ユニット８が収納されている。

なお、筐体１０の仕切り板１６の下方には、ＡＣ入力端子Ｔａｃから電源ユニット４及び充電ユニット８に至る交流電源電圧の入力経路に設けられて、過電流が流れたときにその経路を遮断する、自動復帰ブレーカからなる安全装置２２や、耐雷トランス２４も収納されている。

本実施形態の送信装置において、本発明の無停電電源装置としての機能は、電源ユニット４、バッテリ６、及び充電ユニット８にて実現される。
そこで、次に、これら各部の構成を、図２を用いて詳しく説明する。

図２に示すように、電源ユニット４には、ＡＣ入力端子Ｔａｃから安全装置２２及び耐雷トランス２４を介して入力される交流電圧(ＡＣ１００Ｖ）を、送信ユニット２を駆動するための直流電源電圧（ＤＣ１２Ｖ）に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ３０を備え、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０にて生成された直流電源電圧を、逆流防止用のダイオード３４を介して、送信ユニット２に出力するようにされている。

なお、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０からダイオード３４に至る電源供給経路には、直流電源電圧を安定化させるための、容量の大きなコンデンサ３２が設けられている。
また、ダイオード３４から送信ユニット２への直流電源電圧の出力経路には、バッテリ６の正極側端子が、切換スイッチ３６及び逆流防止用のダイオード３８を介して、接続されている。

このため、切換スイッチ３６がオン状態であるとき、バッテリ６は、ダイオード３８を介して送信ユニット２に接続され、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０からの出力電圧が低下しても、バッテリ６から送信ユニット２に、正規の直流電源電圧（ＤＣ１２Ｖ）を供給できるようになる。

また、電源ユニット４には、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０への入力電圧に基づき、外部の交流電源（商用電源）の停電を判定して、切換スイッチ３６をオンし、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０からの出力電圧に基づき、外部の交流電源（商用電源）の停電からの復帰（復電）を判定して、切換スイッチ３６をオフする、切換スイッチ３６の駆動回路４８が設けられている。

つまり、電源ユニット４には、停電判定用の回路として、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０への入力電圧（交流電圧）を検波する検波回路４０と、その検波電圧Ｖａｃを安定化させるコンデンサ４２と、コンデンサ４２により安定化された検波電圧Ｖａｃと停電判定用の閾値電圧Ｖ１とを比較し、検波電圧Ｖａｃが閾値電圧Ｖ１よりも低くなると、停電検知信号を出力する比較器４４と、が備えられている。

そして、駆動回路４８は、切換スイッチ３６がオフ状態であるとき、比較器４４から停電検知信号が入力されると、外部の交流電源（商用電源）が停電したと判断して、切換スイッチ３６をオンし、バッテリ６から送信ユニット２へ直流電源電圧を供給させる。

また、電源ユニット４には、復電判定用の回路として、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０からの出力電圧（直流電圧）Ｖｄｃと復電判定用の閾値電圧Ｖ２とを比較し、出力電圧Ｖｄｃが閾値電圧Ｖ２を越えると、復電検知信号を出力する比較器４６が備えられている。

そして、駆動回路４８は、切換スイッチ３６がオン状態であるとき、比較器４６から復電検知信号が入力されると、外部の交流電源（商用電源）が停電から復帰したと判断して、切換スイッチ３６をオフし、バッテリ６と送信ユニット２との接続を遮断することで、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０から送信ユニット２へ直流電源電圧を供給させる。

なお、切換スイッチ３６は、リレーにて構成されており、駆動回路４８は、このリレーへの通電・非通電を切り換えることにより、切換スイッチ３６をオン・オフさせる。
次に、充電ユニット８には、ＡＣ入力端子Ｔａｃから安全装置２２及び耐雷トランス２４を介して入力される交流電圧(ＡＣ１００Ｖ）に基づき、バッテリ６の自己放電による電力低下を補うための充電電流を生成し、その充電電流にてバッテリ６を充電する充電回路５０と、この充電回路５０をバッテリ６に接続するか、ＤＣ入力端子Ｔｄｃに入力される直流電圧にてバッテリ６を急速充電するかを切り換える切換スイッチ５２とが設けられている。

この切換スイッチ５２は、使用者が手動操作でオン・オフできるように構成されている。このため、使用者が、ＤＣ入力端子Ｔｄｃに外部の直流電源を接続して、切換スイッチ５２をＤＣ入力端子Ｔｄｃ側に切り換えた際に、バッテリ６への急速充電が可能となり、通常は、切換スイッチ５２を充電回路５０側に切り換えておくことで、充電回路５０を介してバッテリ６をトリクル充電できるようにされている。

以上説明したように、本実施形態の送信装置においては、外部の交流電源から交流電圧（ＡＣ１００Ｖ）が正常に供給されているときには、電源ユニット４内の切換スイッチ３６がオフ状態に保持される。このため、充電ユニット８内の充電回路５０を介して、バッテリ６をトリクル充電することができ、バッテリ６の長寿命化を図ることができる。

また、電源ユニット４内では、切換スイッチ３６がオフ状態であるとき、比較器４４により外部の交流電源の停電が判定されると、駆動回路４８が切換スイッチ３６をオンし、切換スイッチ３６がオン状態であるとき、比較器４６により外部の交流電源の停電からの復帰（復電）が判定されると、駆動回路４８が切換スイッチ３６をオフする。

そして、図３に示すように、比較器４４は、検波回路４０により得られるＡＣ／ＤＣコンバータ３０への入力電圧の検波電圧Ｖａｃが、停電判定用の閾値電圧Ｖ１よりも低下すると、外部の交流電源の停電を判定して、駆動回路４８に、切換スイッチ３６をオンさせる。

また、比較器４４は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０から出力される直流電圧Ｖｄｃが、復電判定用の閾値電圧Ｖ２を越えると、外部の交流電源の停電からの復帰を判定して、駆動回路４８に、切換スイッチ３６をオフさせる。

従って、本実施形態によれば、図３に示すように、外部の交流電源の停電及び復電に対応した検波電圧Ｖａｃの変化に対し、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０からの出力電圧Ｖｄｃの変化が遅れたとしても、その遅れの影響を受けることなく、切換スイッチ３６を適正なタイミングでオン・オフさせることができ、その切換時に、送信ユニット２への電源供給が遮断されるのを防止できる。

このため、本実施形態の送信装置によれば、送信ユニット２への電源供給が一時的に遮断されて、テレビ放送信号の再送信が停止されるようなことはなく、テレビ放送信号を安定して再送信することができるようになる。

また、従来、テレビ放送信号を再送信するシステムは、図４に示すように、送信装置に対し、バッテリを内蔵した無停電電源装置から、交流電源電圧を供給するように構成されていたため、無停電電源装置では、商用電源の停電時に、バッテリをバックアップ電源として使用する際、バッテリからの直流電圧を交流電圧に変換する必要があった。

そして、バッテリからの直流電圧を交流電圧に変換する際には、変換ロスが生じることから、その分、本実施形態に比べ、バッテリ容量を増加する必要があった。
このため、従来のテレビ放送信号の再送信システムでは、バッテリの個数や重量が、本実施形態に比べ増加し、無停電電源装置と送信装置とを一体化することが困難であり、これら各部は、図４に示すように別体で構成するしかなかった。

これに対し、本実施形態の送信装置では、無停電電源装置を構成する電源ユニット４から外部負荷である送信ユニット２には、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０にて生成した直流電源電圧、若しくは、バッテリ電圧をそのまま出力するようにしていることから、バッテリ６の容量（延いては、バッテリの個数や重量）を小さくして、送信ユニット２と共に一つの筐体１０内に組み込むことができる。

具体的には、例えば、従来の再送信システムにおいて、テレビ放送電波を９波（９チャンネル）再送信する場合、１２Ｖ１５Ａｈの鉛蓄電池が２個必要であったのに対し、本実施形態では、同条件でテレビ放送電波を再送信する場合に、同じ鉛蓄電池を１個使用するだけでよくなり、鉛蓄電池の重量を従来の半分にすることができ、一つの筐体１０内に、無停電電源装置と送信ユニットとを一体的に収納することができるようになった。

よって、本実施形態の送信装置によれば、筐体の数や信号線を含めると、従来の再送信システムに比べ、総重量を２分の１程度に減らすことができ、再送信システム構築時の作業性及び設置性を向上することができる。

なお、本実施形態において、電源ユニット４内のＡＣ／ＤＣコンバータ３０は、本発明の駆動電圧生成手段に相当し、充電ユニット８は、充電手段に相当し、検波回路４０、比較器４４、及び駆動回路４８は、本発明の停電時切換手段に相当し、比較器４６及び駆動回路４８は、本発明の停電復帰時切換手段に相当する。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて、種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、電源ユニット４、バッテリ６、及び充電ユニット８からなる無停電電源装置は、テレビ放送信号を再送信するための送信ユニット２と共に、一つの筐体内に組み込まれるものとして説明した。

しかし、本発明の無停電電源装置は、電源ユニット４、バッテリ６、及び充電ユニット８からなる無停電電源装置、若しくは、これら各部に加えて安全装置２２や耐雷トランス２４等を含む無停電電源装置として、単独で構成してもよい。

また、本発明の無停電電源装置は、負荷に供給する直流電源電圧の低下を防止することができるので、電源供給対象となる外部負荷が、電源電圧が瞬断することにより問題が発生するコンピュータである場合でも、或いは、テレビ放送信号を有線にて配信するＣＡＴＶシステムに用いられる各種伝送用機器である場合であっても、その効果を発揮することができる。

また、上記実施形態では、電源ユニット４には、外部負荷駆動用の直流電源電圧を生成する駆動電圧生成手段として、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０が設けられているものとして説明したが、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０に代えて、外部の直流電源から電源供給を受けて外部負荷駆動用の直流電源電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータが設けられている場合であっても、本発明を適用して、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

２…送信ユニット、４…電源ユニット、６…バッテリ（鉛蓄電池）、８…充電ユニット、１０…筐体、１２…蓋体、１４…ヒンジ、１６…仕切り板、２２…安全装置、２４…耐雷トランス、３０…ＡＣ／ＤＣコンバータ、３２…コンデンサ、３４…ダイオード、３６…切換スイッチ、３８…ダイオード、４０…検波回路、４２…コンデンサ、４４…比較器、４６…比較器、４８…駆動回路、５０…充電回路、５２…切換スイッチ、Ｔａｃ…ＡＣ入力端子、Ｔｄｃ…ＤＣ入力端子、Ｔｉｎ…信号入力端子、Ｔｏｕｔ…信号出力端子。

Claims (1)

1. 外部電源から電源供給を受けて外部負荷駆動用の直流電源電圧を生成し、該生成した直流電源電圧を、逆流防止用ダイオードを介して、外部負荷に供給する駆動電圧生成手段と、
   前記外部負荷駆動用のバックアップ電源となる鉛蓄電池と、
   外部電源から電源供給を受けて前記鉛蓄電池を充電することにより、前記鉛蓄電池を満充電状態に保持する充電手段と、
   前記逆流防止用ダイオードから前記外部負荷への電源供給経路と、前記鉛蓄電池との間に設けられ、前記鉛蓄電池の電池電圧を前記電源供給経路に印加するか否かを切り換える切換スイッチと、
   前記切換スイッチがオフ状態であるとき、前記外部電源から前記駆動電圧生成手段への供給電圧が、予め設定された停電判定電圧よりも低下すると、前記切換スイッチをオンする停電時切換手段と、
   前記切換スイッチがオン状態であるとき、前記駆動電圧生成手段から前記逆流防止用ダイオードに出力される直流電圧が、予め設定された停電復帰判定電圧を越えると、前記切換スイッチをオフする停電復帰時切換手段と、
   を備えたことを特徴とする無停電電源装置。

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