JP2014027815A

JP2014027815A - 直流電源装置及び充放電装置

Info

Publication number: JP2014027815A
Application number: JP2012167491A
Authority: JP
Inventors: Ryo Shiragaki; 涼白垣; Sukeyoshi Chiba; 祐喜千葉
Original assignee: Fujitsu Telecom Networks Ltd
Current assignee: Fujitsu Telecom Networks Ltd
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2014-02-06

Abstract

【課題】直流電源装置及び充放電装置に関し、バッテリやコンデンサ等の直流負荷に対する直流電流の安定な供給を図る。
【解決手段】電圧変換部と、制御回路と、整流回路と、平滑回路と、出力電圧検出回路と、出力電流検出回路と、それぞれの検出回路の検出信号とにより、コンデンサやバッテリ等の負荷に供給する直流電圧及び直流電流を制御する直流電源装置及び充放電装置であって、出力電流検出回路による検出信号を基に、制御回路に対して、直流負荷に供給する直流電流を一定値となるように制御する出力電流制御部と、出力電圧検出回路による検出信号と、出力電流検出回路による検出信号とを基に、負荷に供給する直流電圧を一定値となるように制御し、負荷に供給する直流電流が設定値以下に減少した検出信号により、負荷に供給する直流電圧を、直流電流の減少に伴って増加するように制御する出力電圧制御部とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリやコンデンサ等の直流負荷に対して、安定化した直流電力の供給を可能とした直流電源装置及び充放電装置に関する。

バッテリやコンデンサ等を充電する直流電源装置は、既に各種の構成が提案され、且つ実用化されている。又直流負荷としてのバッテリやコンデンサ等の充電と共に放電を制御し、且つ直流負荷の状態の急変時に於いても、動作の安定化を図る構成も各種提案されている。例えば、トランスの一次巻線に接続したスイッチングトランジスタを、所定の周期でオン、オフ制御して、トランスの二次巻線の誘起電圧を整流回路により整流し、平滑回路により平滑化した直流電圧を直流負荷に印加し、その時の直流負荷に印加する直流電圧を検出して、所定の電圧となるように、スイッチングトランジスタのオン期間等を制御し、又直流負荷に供給する直流電流を検出して、過電流状態の場合に、直流負荷に印加する直流電圧を低下させて、過電流保護を行う構成等が実用化されている。

又スイッチング制御により所望の直流電圧として直流負荷に供給する直流電源装置に於いて、直流負荷の急変に対しても動作の安定化を図る為に、直流負荷に供給する直流電圧及び直流電流を検出して、スイッチング制御回路側へフィードバックする制御構成も知られている（例えば、特許文献１参照）。又直流負荷に供給する直流電流が所定の範囲内では、直流負荷に印加する直流電圧を一定に制御する特性の直流電源装置として、例えば、図３に示す構成が知られている。同図の（Ａ）は構成説明図、（Ｂ）は特性説明図であり、図３の（Ａ）の構成説明図に於いて、３１は電圧変換部、３２は整流回路、３３は平滑回路、３４は制御回路、３５は出力電流検出回路、３６は出力電圧検出回路、３７は電流検出部、３８は直流負荷、Ｄ１，Ｄ２はダイオード、ＯＰＡ１，ＯＰＡ２は演算増幅器、Ｖｒ１，Ｖｒ２は基準電圧、Ｖｉｎは交流の入力電圧、Ｖｏｕｔは直流の出力電圧、Ｖａは制御回路３４に入力する電圧、Ｖｂは演算増幅器ＯＰＡ１の出力電圧、Ｖｃは演算増幅器ＯＰＡ２の出力電圧を示す。演算増幅器ＯＰＡ１と基準電圧Ｖｒ１の電圧源等を含む構成により、直流負荷３８に印加する出力電圧Ｖｏｕｔを制御する為の出力電圧制御部を構成し、演算増幅器ＯＰＡ２と基準電圧Ｖｒ２の電圧源等を含む構成により、直流負荷３８に供給する出力電流を制御する為の出力電流制御部を構成している。

電圧変換部３１は、制御回路３４によりオン、オフ制御されるトランジスタ等のスイッチング素子やトランス等を含む構成が一般的であり、既に各種の構成が提案され、且つ実用化されている。この電圧変換部３１は、入力電圧Ｖｉｎを、例えば、スイッチング素子によりオン、オフ制御して、トランスの一次巻線に供給し、そのトランスの二次巻線の誘起電圧を出力する構成が一般的であり、そのトランスの二次巻線の誘起電圧を整流回路３２によって整流し、平滑回路３３により平滑化して、出力電圧Ｖｏｕｔとしてバッテリ等の負荷３８に供給する。負荷３８に印加する出力電圧Ｖｏｕｔを出力電圧検出回路３６により検出し、演算増幅器ＯＰＡ１により基準電圧Ｖｒ１と比較し、比較出力信号を、ダイオードＤ１を介して制御回路３４に入力する。又出力電流検出回路３５は、電流検出部３７により検出した出力電流に対応した直流電圧として、演算増幅器ＯＰＡ２に入力し、基準電圧Ｖｒ２と比較して、ダイオードＤ２を介して制御回路３４に入力する。

制御回路３４に入力される制御電圧Ｖａと、演算増幅器ＯＰＡ１の出力電圧Ｖｂと、演算増幅器ＯＰＡ２の出力電圧Ｖｃと、ダイオードＤ１，Ｄ２の順方向電圧ＶＤ１，ＶＤ２との関係の一例を、図３の（Ｂ）に示す。負荷３８に印加する出力電圧Ｖｏｕｔは、出力電流が設定値以下の領域内では一定に維持する電圧制御領域とし、出力電流が設定値を超えると、主力電圧を垂下制御して、過電流保護を行うものである。電圧制御領域では、図３の（Ａ）の各部の電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃと、ダイオードＤ１，Ｄ２の順方向電圧ＶＤ１，ＶＤ２との関係は、Ｖａ−ＶＤ１＝Ｖｂとなる制御領域であり、この場合は、Ｖａ＜＜Ｖｃの関係となる。又電流制御領域では、Ｖａ−ＶＤ２＝Ｖｃとなる制御領域であり、この場合は、Ｖａ＜＜Ｖｂの関係となり、過電流状態では、出力電圧Ｖｏｕｔを垂下特性により保護することができる（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−３０４８８６号公報特開２００６−２８００７７号公報

直流電源装置又は充放電装置からバッテリやコンデンサ等の直流負荷に対して充電電流を供給する場合等に於いて、定電圧充電制御を継続して、充電完了状態に近づくと、充電電圧を上昇しない場合、充電電流は次第に減少することになる。このような出力電流の減少により、平滑回路を構成するチョークコイルがカットオフ状態となる場合がある。このチョークコイルがカットオフ状態となることによって、出力電流が断続状態となり、その断続状態の検出信号に基づいて制御が行われるから、出力電圧が変動することになる。又バッテリやコンデンサ等の直流負荷の場合、平滑回路の出力端子ではなく、負荷の端子の電圧を出力電圧検出回路により検出する構成の場合が一般的である。従って、チョークコイルのカットオフの状態の電圧変化の検出は実際上殆ど不可能となる。それによって、出力電圧の変動が発生する問題があった。

本発明は、前述の出力電圧変動を抑制可能として、バッテリやコンデンサ等の直流負荷に対する充電制御に於ける動作の安定化を図ることを目的とする。

本発明の直流電源装置は、交流の入力電圧を所定の電圧に変換する電圧変換部と、該電圧変換部を制御する制御回路と、前記電圧変換部の出力電圧を整流する整流回路と、該整流回路の出力電流を平滑化する平滑回路と、該平滑回路の出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、出力電流を検出する出力電流検出回路と、前記出力電圧検出回路と前記出力電流検出回路とによる検出信号を基に前記制御回路により前記電圧変換部を制御して負荷に供給する直流電圧及び直流電流を制御する直流電源装置に於いて、前記出力電流検出回路による検出信号を基に、前記制御回路に対して前記負荷に供給する直流電流を一定値となるように制御する出力電流制御部と、前記出力電圧検出回路による検出信号と、前記出力電流検出回路による検出信号とを基に、前記負荷に供給する直流電圧を一定値となるように制御すると共に、前記負荷に供給する直流電流が設定値以下に減少した検出信号により、前記負荷に供給する直流電圧を前記直流電流の減少に伴って増加するように制御する出力電圧制御部とを備えている。

バッテリやコンデンサ等の負荷に供給する直流電流が減少している状態に於いても、平滑回路を構成するチョークコイルには連続した直流電流が流れる状態となるように制御し、それによって、バッテリやコンデンサ等の負荷の充放電制御に於いて安定な直流電圧を供給することが可能となる利点がある。

本発明の実施例の説明図である。本発明の実施例の特性説明図である。従来例の構成説明図（Ａ）及び特性説明図（Ｂ）である。

本発明の直流電源装置は、交流の入力電圧を所定の電圧に変換する電圧変換部と、該電圧変換部を制御する制御回路と、前記電圧変換部の出力電圧を整流する整流回路と、該整流回路の出力電流を平滑化する平滑回路と、該平滑回路の出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、出力電流を検出する出力電流検出回路と、前記出力電圧検出回路と前記出力電流検出回路とによる検出信号を基に前記制御回路により前記電圧変換部を制御して負荷に供給する直流電圧及び直流電流を制御する直流電源装置に於いて、前記出力電流検出回路による検出信号を基に、前記制御回路に対して前記負荷に供給する直流電流を一定値となるように制御する出力電流制御部と、前記出力電圧検出回路による検出信号と、前記出力電流検出回路による検出信号とを基に、前記負荷に供給する直流電圧を一定値となるように制御すると共に、前記負荷に供給する直流電流の減少を検出した検出信号により、負荷に供給する直流電圧を、直流電流の減少に伴って増加するように制御する出力電圧制御部とを備えている。

前記出力電流検出回路により前記負荷に供給する直流電流が予め設定した設定値以下に減少したことを示す検出信号により、前記負荷に供給する直流電圧を前記直流電流の前記設定値以下の減少に伴って増加するように制御する出力電圧制御部を備えている。

交流の入力電圧を所定の電圧に変換する電圧変換部と、該電圧変換部を制御する制御回路と、前記電圧変換部の出力電圧を整流する整流回路と、該整流回路の出力電流を平滑化する平滑回路と、該平滑回路の出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、出力電流を検出する出力電流検出回路と、前記出力電圧検出回路と前記出力電流検出回路とによる検出信号を基に前記制御回路により前記電圧変換部を制御して負荷のバッテリ及びコンデンサの充電又は充放電を制御する直流電源装置の構成を有する充放電装置であって、前記出力電流検出回路による検出信号を基に、前記制御回路に対して前記負荷に供給する直流電流を一定値となるように制御する出力電流制御部と、前記出力電圧検出回路による検出信号と、前記出力電流検出回路による検出信号とを基に、前記負荷に供給する直流電圧を一定値となるように制御すると共に、前記負荷に供給する直流電流の減少を検出した検出信号により、前記負荷に供給する直流電圧を前記直流電流の減少に伴って増加するように制御する出力電圧制御部とを備えている。

前記出力電流検出回路により、前記負荷のバッテリ又はコンデンサに供給する直流電流が予め設定した設定値以下に減少したことを示す検出信号により、前記負荷のバッテリ又はコンデンサに供給する直流電圧を、前記直流電流の前記設定値以下の減少に伴って増加するように制御する出力電圧制御部を備えている。

図１は、本発明の実施例１の説明図であり、１は電圧変換部、２は整流回路、３は平滑回路、４は制御回路、５は出力電流検出回路、６は出力電圧検出回路、７は電流検出部、８はバッテリやコンデンサ等の直流電流を供給する直流負荷、Ｄ１〜Ｄ３はダイオード、Ａ１〜Ａ４は演算増幅器、Ｖｉｎは交流の入力電圧、Ｖｏｕｔは直流の出力電圧、ＶＲＥＦは電圧制御用の基準電圧、ＩＲＥＦは電流制御用の基準電圧を示し、又空白の小矩形は抵抗を示す。又演算増幅器Ａ１は、定電圧制御用の演算増幅器として機能し、演算増幅器Ａ２は、定電流制御用の演算増幅器として機能する。又演算増幅器Ａ３，Ａ４は、それぞれ反転増幅器として機能する。又ダイオードＤ３は、反転増幅器Ａ３の出力信号レベルを、アース電位にクランプする為のダイオードであって、出力電流が所定値以下に低下した時に、演算増幅器Ａ１による定電圧制御機能を制限するように作用するものである。

又出力電圧Ｖｏｕｔの検出は、バッテリやコンデンサ等の直流負荷の端子電圧を検出するように、出力電圧検出回路６により行うものであり、この出力電圧検出回路６による出力電圧Ｖｏｕｔの検出信号と、電圧制御用の基準電圧ＶＲＥＦと、反転増幅器Ａ３の出力信号とを、演算増幅器Ａ１の−端子に入力し、＋端子はアース電位とする。又直流負荷８に供給する電流は、電流検出部７と出力検出回路５とにより検出して、反転増幅器Ａ３，Ａ４に入力し、この反転増幅器Ａ４の出力信号と電流制御用の基準電圧ＩＲＥＦとを、演算増幅器Ａ２に入力する。この演算増幅器Ａ２，Ａ４と出力電流検出回路５とによる制御構成は、従来例の構成に類似し、設定基準値を超える出力電流が負荷８に供給される状態となると、演算増幅器Ａ２の出力信号によりダイオードＤ２を介して、負極性の制御信号が制御回路４に入力されることにより、制御回路４は、電圧変換部１からの出力電圧を垂下させる制御を行う。それによって、過電流保護を行うことができる。

又出力電流検出回路５による検出信号を、反転増幅器Ａ３を介して、出力電圧検出回路６による検出信号と共に、演算増幅器Ａ１に入力する。この演算増幅器Ａ１は、図３に示す従来例の演算増幅器ＯＰＡ１に相当するものであるが、出力電流検出回路５による出力信号の検出信号を、反転増幅器Ａ３を介して、電圧制御用の基準電圧ＶＲＥＦと、出力電圧検出回路６による検出信号と共に、演算増幅器Ａ１の−端子に入力する。従って、出力電流が所定値以上であれば、ダイオードＤ３には順方向電圧が印加される状態となり、出力電流検出回路５による出力電流に対応した制御は無視される状態となる。又出力電流が所定値以下に低下して、反転増幅器Ａ３の出力信号がダイオードＤ３のカットオフ電圧を超える状態となると、演算増幅器Ａ１の−端子に、反転増幅器Ａ３の出力信号が入力されて、出力電圧Ｖｏｕｔが低下した時の検出状態となり、演算増幅器Ａ１の出力信号は、出力電圧Ｖｏｕｔが低下した状態を示すので、制御回路４は、電圧変換部１の出力電圧を上昇させる制御を行うことになる。

図２は、本発明の実施例の特性説明図であり、実線で示す電圧制御領域と電流制御領域とについては、図３の（Ｂ）に示す従来例の特性の相当するものであり、鎖線ａ，ｂ及び実線ｃは、前述の反転増幅器Ａ３とクランプダイオードＤ３とを含む本発明の実施例による特性説明用の鎖線及び実線であって、鎖線ｂは、クランプダイオードＤ３の動作点を示し、鎖線ａは、実線ｃの延長線を示す。即ち、図１に示すバッテリやコンデンサ等を充電する場合のバッテリやコンデンサ等の負荷８に供給する電流が減少して、鎖線ａ，ｂ及び実線ｃの交点位置に相当する値となると、クランプダイオードＤ３が動作する点となり、更に電流が減少すると、出力電圧は、実線ｃに沿って上昇する。それによって、平滑回路を構成するチョークコイルのカットオフとなる電流以下に低下しないように、出力電圧を上昇させて、コンデンサやバッテリ等の負荷８に供給する電流及び電圧の安定化を図ることが可能となり、安定化した充放電装置としての特性を得ることができる。

１電圧変換部
２整流回路
３平滑回路
４制御回路
５出力電流検出回路
６出力電圧検出回路
７電流検出部
８直流負荷
Ｄ１〜Ｄ３ダイオード
Ａ１〜Ａ４演算増幅器
Ｖｉｎ入力電圧
Ｖｏｕｔ出力電圧
ＶＲＥＦ電圧制御用の基準電圧
ＩＲＥＦ電流制御用の基準電圧

Claims

交流の入力電圧を所定の電圧に変換する電圧変換部と、該電圧変換部を制御する制御回路と、前記電圧変換部の出力電圧を整流する整流回路と、該整流回路の出力電流を平滑化する平滑回路と、該平滑回路の出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、出力電流を検出する出力電流検出回路と、前記出力電圧検出回路と前記出力電流検出回路とによる検出信号を基に前記制御回路により前記電圧変換部を制御して負荷に供給する直流電圧及び直流電流を制御する直流電源装置に於いて、
前記出力電流検出回路による検出信号を基に、前記制御回路に対して前記負荷に供給する直流電流を一定値となるように制御する出力電流制御部と、前記出力電圧検出回路による検出信号と、前記出力電流検出回路による検出信号とを基に、前記負荷に供給する直流電圧を一定値となるように制御すると共に、前記負荷に供給する直流電流の減少を検出した検出信号により、前記負荷に供給する直流電圧を前記直流電流の減少に伴って増加するように制御する出力電圧制御部と
を備えたことを特徴とする直流電源装置。
前記出力電流検出回路により前記負荷に供給する直流電流が予め設定した設定値以下に減少したことを示す検出信号により、前記負荷に供給する直流電圧を前記直流電流の前記設定値以下の減少に伴って増加するように制御する出力電圧制御部を備えたことを特徴とする前記請求項１記載の直流電源装置。
交流の入力電圧を所定の電圧に変換する電圧変換部と、該電圧変換部を制御する制御回路と、前記電圧変換部の出力電圧を整流する整流回路と、該整流回路の出力電流を平滑化する平滑回路と、該平滑回路の出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、出力電流を検出する出力電流検出回路と、前記出力電圧検出回路と前記出力電流検出回路とによる検出信号を基に前記制御回路により前記電圧変換部を制御して負荷のバッテリ及びコンデンサの充電又は充放電を制御する直流電源装置の構成を有する充放電装置に於いて、
前記出力電流検出回路による検出信号を基に、前記制御回路に対して前記負荷に供給する直流電流を一定値となるように制御する出力電流制御部と、前記出力電圧検出回路による検出信号と、前記出力電流検出回路による検出信号とを基に、前記負荷に供給する直流電圧を一定値となるように制御すると共に、前記負荷に供給する直流電流の減少を検出した検出信号により、前記負荷に供給する直流電圧を前記直流電流の減少に伴って増加するように制御する出力電圧制御部と
を備えたことを特徴とする充放電装置。
前記出力電流検出回路により、前記負荷のバッテリ又はコンデンサに供給する直流電流が予め設定した設定値以下に減少したことを示す検出信号により、前記負荷のバッテリ又はコンデンサに供給する直流電圧を、前記直流電流の前記設定値以下の減少に伴って増加するように制御する出力電圧制御部を備えたことを特徴とする前記請求項３記載の充放電装置。