JP2015047028A

JP2015047028A - 電源装置

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Publication number: JP2015047028A
Application number: JP2013177542A
Authority: JP
Inventors: 貴士伊藤; Takashi Ito; 達彦水野; Tatsuhiko Mizuno; 貴政長谷川; Takamasa Hasegawa
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2015-03-12
Anticipated expiration: 2033-08-29
Also published as: JP5963723B2

Abstract

【課題】電池からの供給電力により二つの負荷を同時に作動させるときの電池電圧の低下を抑制した電源装置を提供する。【解決手段】マイクロコンピュータ３０は、ステッピングモータ２１と音声回路４０が同時に作動しているときに、ステッピングモータ２１のＯＮ期間においてはスイッチング素子５０をＯＦＦして、電池１０から駆動回路２０に電力供給すると共に、第１コンデンサ６１から音声回路４０に電力供給し、ステッピングモータ２１のＯＦＦ期間においてはスイッチング素子５０をＯＮして、電池１０から第１コンデンサ６１に電力を供給して第１コンデンサ６１を充電する同時作動対応処理を実行する。【選択図】図１

Description

本発明は、電池から負荷に電力を供給する電源装置に関する。

従来より、電池から負荷に電力を供給する電源装置において、電池電圧を検出して電池の消耗度合を判断し、電池電圧が所定電圧未満になったときには、電池交換ランプを点滅させて電池交換を促すようにした構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された電源装置はガスこんろに組み込まれて、複数の電磁弁を駆動するが、複数の電磁弁を同時に駆動すると、電池からの供給電流が多くなって電池電圧が一時的に大きく低下する。そして、電池電圧が所定電圧未満まで低下すると、電池交換を促す処理が実行されるが、実際には電池の残量にはまだ余裕がある場合も多く、不必要な電池交換が行われてしまうおそれがある。

そこで、特許文献１に記載された電源装置においては、複数の電磁弁を同時に駆動することを禁止して電池からの供給電流を制限することにより、電池の残量に余裕がある段階で電池電圧が所定電圧未満になることを防止している。

特開２００８−２０９０５６号公報

上記特許文献１に記載された電源装置においては、複数の負荷を同時に駆動することを禁止しているため、二つの負荷を同時に作動させる制御を実行することができないという不都合がある。

本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、電池電圧の低下を抑制して、二つの負荷を同時に作動させることができる電源装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明の電源装置は、
電池と、
前記電池と並列に接続されたコンデンサと、
前記電池と前記コンデンサとの間に接続されて、前記電池と前記コンデンサ間を導通状態と遮断状態とに切換えるスイッチング素子と、
前記電池と前記スイッチング素子との間に接続されて、前記電池からの供給電力により作動し、作動中は該供給電力を所定レベル以上消費するＯＮ期間と該供給電力の消費が該所定レベルよりも少ないＯＦＦ期間とを切り替えて作動する第１負荷と、
前記コンデンサに接続された第２負荷と、
前記第１負荷と前記第２負荷を同時に作動させるときに、前記ＯＮ期間においては前記スイッチング素子により前記電池と前記コンデンサ間を遮断状態にして、前記電池から前記第１負荷に電力を供給すると共に、前記コンデンサから前記第２負荷に電力を供給し、前記ＯＦＦ期間においては前記スイッチング素子により前記電池と前記コンデンサ間を導通状態にして、前記電池から前記コンデンサに電力を供給して前記コンデンサを充電する同時作動対応処理を実行する制御部と
を備えたことを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記制御部は、前記第１負荷と前記第２負荷を同時に作動させるときに前記同時作動対応処理を実行し、前記電池から前記第１負荷への電力供給量が低下する前記ＯＦＦ期間において、前記スイッチング素子により前記電池と前記コンデンサ間を導通状態として前記コンデンサを充電する。そして、前記ＯＮ期間において、前記スイッチング素子により前記電池と前記コンデンサ間を遮断状態にして、前記電池から前記第１負荷に電力を供給すると共に、前記コンデンサから前記第２負荷に電力を供給する。

そのため、前記電池から前記第１負荷及び前記第２負荷に同時に多量の電力が供給されて、前記電池の電圧が大幅に低下することを抑制して、前記第１負荷及び前記第２負荷を同時に作動させることができる。

また、前記電池の端子間電圧を検出する電圧検出部を備え、
前記制御部は、前記第１負荷と前記第２負荷を同時に作動させるときに、前記電圧検出部により検出される前記電池の端子間電圧が、所定の閾値電圧よりも低いときに限定して、前記同時作動対応処理を実行し、該端子間電圧が該閾値電圧よりも高いときには、前記スイッチング素子により前記電池と前記コンデンサ間を導通状態にすることを特徴とする。

この構成によれば、前記電池の端子間電圧が前記閾値電圧よりも高く、前記第１負荷と前記第２負荷を同時に動作させても、前記電池の端子間電圧が前記閾値電圧よりも低い下限電圧（前記電池の寿命低下が促進される電圧）以下にならないときには、前記スイッチング素子による前記導通状態と前記遮断状態との切替えは行われない。そのため、この切替えに伴って発生するリプル電流により、前記コンデンサの寿命が低下することを抑制することができる。

電源装置の構成図。同時動作対応処理のフローチャート。同時動作時の電池の端子間電圧の低下状況の説明図。

本発明の実施形態の一例について、図１〜図３を参照して説明する。本実施形態の電源装置１は、ガスコンロに組み込んで使用されるものであり、電池１０を電源として、駆動回路２０を介してステッピングモータ２１と、音声回路４０（本発明の第２負荷に相当する）。

なお、駆動回路２０とステッピングモータ２１は本発明の第１負荷に相当する。また、ステッピングモータ２１は、燃料ガスの供給管の開度を変更する流量変更弁（図示しない）を駆動するものである。

電池１０の端子間には、第１コンデンサ６１（本発明のコンデンサに相当する）と第２コンデンサ６０が並列に接続されており、電池１０と第１コンデンサ６１との間には、電池１０と第１コンデンサ６１間を導通状態と遮断状態に切り替えるスイッチング素子５０（ＦＥＴ，トランジスタ，リレー等）が設けられている。

ステッピングモータ２１の駆動回路２０は、電池１０及び第２コンデンサ６０から供給される電力から、ステッピングモータ２１の駆動電力を生成して、ステッピングモータ２１を駆動する。

音声回路４０は、スイッチング素子５０がＯＮ（導通）状態であるときは、電池１０及び第２コンデンサ６０と第１コンデンサ６１から供給される電力によって作動して、スピーカ４１から音声を出力する。また、スイッチング素子５０がＯＦＦ(遮断)状態であるときには、第１コンデンサ６１から供給される電力によって作動する。

マイクロコンピュータ３０（以下、マイコン３０という）は、ＣＰＵ、メモリ、入出力回路等により構成され、メモリに保持された制御用プログラムを実行することにより、電源装置１の作動を制御する本発明の制御部としての機能を果たす。

マイコン３０には、電圧検出回路７０（本発明の電圧検出部に相当する）により検出される電池１０の端子間電圧Ｖｓの検出信号が入力される。マイコン３０は、電池１０の端子間電圧Ｖｓを監視し、端子間電圧Ｖｓが下限電圧Ｖｌｍｔ以下になったときに電池１０の寿命が来たと判断する。そして、ランプ（図示しない）を点滅させて電池１０の交換を促す。

また、マイコン３０から出力される制御信号Ｆｃにより、スイッチング素子５０のＯＮ／ＯＦＦ状態が切り替えられる。また、マイコン３０から出力される制御信号Ｍｃにより、駆動回路２０を介してステッピングモータ２１の作動と停止が切り替えられ、マイコン３０から出力される制御信号Ｓｃにより、音声回路４０の作動と停止が切り替えられる。

ステッピングモータ２１は、駆動回路２０から間欠的に供給される電力により作動する。そのため、ステッピングモータ２１の作動中は、駆動回路２０及びステッピングモータ２１で消費される電力が所定レベル以上であるＯＮ期間と、駆動回路２０及びステッピングモータ２１で消費される電力が所定レベルよりも少ないＯＦＦ期間とに切り替わる。

ここで、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、スイッチング素子５０をＯＮ状態にして、ステッピングモータ２１のみを作動（音声回路は停止）させたとき（ａ１，ａ２）と、ステッピングモータ２１及び音声回路４０を同時に作動させたとき（ｂ１、ｂ２）の、電池１０の端子間電圧Ｖｓの変化を示したものである。

図３（ａ），図３（ｂ）の縦軸は電池１０の端子間電圧（Ｖｓ）に設定され、横軸は時間（ｔ）に設定されている。

図３（ａ）は電池１０の残量が多く、端子間電圧Ｖｓが比較的高いＶ１であるときを示しており、ｔ12〜ｔ13，ｔ14〜ｔ15，ｔ16〜ｔ17でステッピングモータ２１がＯＮ期間になって、電池１０の端子間電圧が低下している。また、ｔ11〜ｔ12，ｔ13〜ｔ14，ｔ15〜ｔ16，ｔ17〜ｔ18でステッピングモータ２１がＯＦＦ期間になって、電池１０の端子間電圧が回復している。

電池１０の端子間電圧の低下幅は、ステッピングモータ２１の単独作動時（図中ａ１）よりも、ステッピングモータ２１と音声回路４０の同時作動時（図中ｂ１）の方が大きくなる。

しかし、図３（ａ）では、電池１０の端子間電圧Ｖｓが下限電圧Ｖｌｍｔ以下になることはない。そのため、端子間電圧Ｖｓが下限電圧Ｖｌｍｔ以下に低下することによって、電池１０の寿命が来た（電池の交換時期になった）と判断されることがない。また、スイッチング素子５０がＯＮ状態に維持されるため、スイッチング素子５０がＯＮ／ＯＦＦ状態に切り替わることによって生じるリプル電流による第１コンデンサ６１の寿命の低下も生じない。

一方、図３（ｂ）は電池１０の残量が少なく、電池１０の端子間電圧ＶｓがＶ１よりも低い場合を示しており、ｔ22〜ｔ23，ｔ24〜ｔ25，ｔ26〜ｔ27でステッピングモータ２１がＯＮ期間になって、電池１０の端子間電圧が低下している。また、ｔ21〜ｔ22，ｔ23〜ｔ24，ｔ25〜ｔ26，ｔ27〜ｔ28でステッピングモータ２１がＯＦＦ期間になって、電池１０の端子間電圧が回復している。

そして、ステッピングモータ２１の単独作動時（図中ａ２）は、電池１０の端子間電圧Ｖｓが下限電圧Ｖｌｍｔ以下になることはない。

そのため、マイコン３０は、ステッピングモータ２１と音声回路４０のいずれか一方のみを作動させる単独作動時には、スイッチング素子５０をＯＮ状態に維持する。スイッチング素子５０をＯＮ状態に維持することによって、スイッチング素子５０のＯＮ／ＯＦＦに伴って生じる第１コンデンサ６１へのリプル電流に起因する第１コンデンサ６１の寿命の低下が防止される。

しかし、ステッピングモータ２１と音声回路４０の同時作動時（図中ｂ２）には、電池１０の端子間電圧Ｖｓが下限電圧Ｖｌｍｔ以下になってしまい、この場合には電池１０の寿命が来た（電池１０の交換時期になった）と判断されてしまう。

そこで、マイコン３０は、ステッピングモータ２１と音声回路４０の同時作動時に、電池１０の端子間電圧Ｖｓが下限電圧Ｖｌｍｔ以下になることを防止するための処理を実行する。以下、図２に示したフローチャートに従って、この処理について説明する。

マイコン３０は、図２のＳＴＥＰ１で、ステッピングモータ２１と音声回路４０の同時作動条件が成立したときに、ＳＴＥＰ２に進んでＳＴＥＰ２以下の処理を実行する。ここで、同時作動条件は、例えば、ステッピングモータ２１により流量変更弁の開度を大きくしてバーナ（図示しない）の火力を増大させるタイミングで、音声回路４０から火力の増大に対する注意喚起を意図した音声を出力するときに成立する。

ＳＴＥＰ２で、マイコン３０は、電圧検出回路７０により検出される電池１０の端子間電圧Ｖｓが、下限電圧Ｖｌｍｔよりも所定レベル高く設定された閾値電圧Ｖｔｈ（例えば、図３（ａ）のＶ１よりも若干低いレベル）よりも低いか否かを判断する。

電池１０の端子間電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔｈ以上である場合は、図３（ａ）を参照して上述したように、ステッピングモータ２１と音声回路４０を同時に作動させても電池１０の端子間電圧Ｖｓは下限電圧Ｖｌｍｔ以下にならない。

そのため、この場合はＳＴＥＰ３に進み、マイコン３０はスイッチング素子５０をＯＮ（ＯＮ状態に維持）する。そして、次のＳＴＥＰ４で駆動回路２０を介してステッピングモータ２１を作動させ、ＳＴＥＰ５で音声回路４０を作動させる。

続くＳＴＥＰ６で、マイコン３０は、ステッピングモータ２１と音声回路４０の同時作動条件が成立しているか否かを判断する。そして、同時作動条件が成立しているときはＳＴＥＰ２に戻り、同時作動条件が成立していないときにはＳＴＥＰ７に進んで処理を終了する。

また、ＳＴＥＰ２で、電池１０の端子間電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔｈよりも低いときにはＳＴＥＰ１０に分岐し、マイコン３０はＳＴＥＰ１０でステッピングモータ２１を作動させると共に、ＳＴＥＰ１１で音声回路４０を作動させる。

続くＳＴＥＰ１２で、マイコン３０は、ステッピングモータ２１が上記ＯＮ期間であるかＯＦＦ期間であるかを判断する。そして、ＯＮ期間であるときはＳＴＥＰ１３に進み、マイコン３０は、スイッチング素子５０をＯＦＦしてＳＴＥＰ１４に進む。

スイッチング素子５０をＯＦＦすることにより、電池１０から電力の供給先がステッピングモータ２１のみになって、電池１０の出力電流量が抑制されるため、電池１０の端子間電圧Ｖｓが下限電圧Ｖｌｍｔ以下になることが防止される。スイッチング素子５０がＯＦＦである間は、音声回路４０は第１コンデンサ６１からの供給電力により作動する。

一方、ＳＴＥＰ１２でステッピングモータ２１が上記ＯＮ期間でないとき（ＯＦＦ期間であるとき）には、ＳＴＥＰ２０に分岐する。そして、マイコン３０は、ＳＴＥＰ２０でスイッチング素子５０をＯＮしてＳＴＥＰ１４に進む。

スイッチング素子５０をＯＮすることにより、電池１０からスイッチング素子５０を介して第１コンデンサ６１と音声回路４０に電力が供給され、第１コンデンサ６１が充電さると共に音声回路４０が作動する。

このように、ＳＴＥＰ１２とＳＴＥＰ１３及びＳＴＥＰ２０の処理によって、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを切換えることによって、電池１０の端子間電圧Ｖｓが下限電圧Ｖｌｍｔ以下に低下を防止して、ステッピングモータ２１と音声回路４０を同時に作動させることができる。

ＳＴＥＰ１４で、マイコン３０は、ステッピングモータ２１と音声回路４０の同時作動条件が成立しているか否かを判断する。そして、同時作動条件が成立していないときはＳＴＥ７に進み、処理を終了する。

また、ＳＴＥＰ１４で同時作動条件が成立しているときにはＳＴＥＰ１５に進み、マイコン３０は、電池１０の端子間電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔｈよりも低いか否かを判断する。そして、電池１０の端子間電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔｈよりも低いときにはＳＴＥＰ１２に戻り、マイコン３０はＳＴＥＰ１２以下の処理を再び実行する。一方、ＳＴＥＰ１５で電池１０の端子間電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔｈ以上であるときにはＳＴＥＰ３に進む。この場合は、スイッチング素子５０のＯＮ／ＯＦＦを切換える処理が終了して、スイッチング素子５０がＯＮ状態に維持される。

なお、本実施形態では、本発明の第１負荷としてステッピングモータ２１を例示したが、第１負荷はこれに限られず、例えばＬＥＤ等の電力供給を間欠的に行って作動させる負荷であれば、本発明の適用が可能である。

また、本発明の第２負荷として音声回路４０を例示したが、第２負荷はこれに限られず、一般的な電気負荷に対して本発明の適用が可能である。

また、本実施形態では、図２のＳＴＥＰ２で、電池１０の端子間電圧Ｖｓが閾値よりも低いときに限定して、ＳＴＥＰ１２〜ＳＴＥＰ１３及びＳＴＥＰ２０によりスイッチング素子５０のＯＮ／ＯＦＦを切換える処理（同時作動対応処理）を行ったが、ＳＴＥＰ２の判断を行わずに、ステッピングモータ２１（第１負荷）と音声回路４０（第２負荷）の同時作動時には、常に同時作動対応処理を実行するようにしてもよい。

１…電源装置、１０…電池、２０…駆動回路（第１負荷）、２１…ステッピングモータ（第１負荷）、３０…マイコン（制御部）、４０…音声回路（第２負荷）、６１…第１コンデンサ、７０…電圧検出回路（電圧検出部）。

Claims

電池と、
前記電池と並列に接続されたコンデンサと、
前記電池と前記コンデンサとの間に接続されて、前記電池と前記コンデンサ間を導通状態と遮断状態とに切換えるスイッチング素子と、
前記電池と前記スイッチング素子との間に接続されて、前記電池からの供給電力により作動し、作動中は該供給電力を所定レベル以上消費するＯＮ期間と該供給電力の消費が該所定レベルよりも少ないＯＦＦ期間とを切り替えて作動する第１負荷と、
前記コンデンサに接続された第２負荷と、
前記第１負荷と前記第２負荷を同時に作動させるときに、前記ＯＮ期間においては前記スイッチング素子により前記電池と前記コンデンサ間を遮断状態にして、前記電池から前記第１負荷に電力を供給すると共に、前記コンデンサから前記第２負荷に電力を供給し、前記ＯＦＦ期間においては前記スイッチング素子により前記電池と前記コンデンサ間を導通状態にして、前記電池から前記コンデンサに電力を供給して前記コンデンサを充電する同時作動対応処理を実行する制御部と
を備えたことを特徴とする電源装置。
請求項１に記載の電源装置において、
前記電池の端子間電圧を検出する電圧検出部を備え、
前記制御部は、前記第１負荷と前記第２負荷を同時に作動させるときに、前記電圧検出部により検出される前記電池の端子間電圧が、所定の閾値電圧よりも低いときに限定して、前記同時作動対応処理を実行し、該端子間電圧が該閾値電圧よりも高いときには、前記スイッチング素子により前記電池と前記コンデンサ間を導通状態にすることを特徴とする電源装置。