JP2016524439A - 無停電直流電源装置 - Google Patents

Abstract

無停電直流電源装置が提供される。本発明の実施形態による無停電直流電源装置は、商用交流電源を直流電源に変換する直流電源変換装置に電気的に連結され、直流電源を負荷に供給しながら、内部の補助電源装置に直流電源を充電し、直流電源変換装置の電流の漏れや破損による直流電源変換装置の短絡時に、または直流電源変換装置との連結解除時に、直流電源変換装置との電気的連結を完全に遮断しながらも、負荷への補助電源装置の電源供給が絶え間なくなされるようにし、ＣＰＵ及びソフトウェア制御器を備えていないために、電磁波によるＣＰＵの誤作動、またはＣＰＵ自体のハードウェア構成の故障または制御プログラムのようなソフトウェアの異常などによる誤作動により、停電状況ではない場合に発生する補助電源装置の電源の放電現象を防止する。

Description

本発明は、無停電直流電源装置（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ）に係り、より詳細には、商用交流電源を直流電源に変換する直流電源変換装置に電気的に連結され、前記直流電源を負荷（ｌｏａｄ）に供給しながら、内部の補助電源装置に前記直流電源を充電し、前記直流電源変換装置の電流の漏れや破損による前記直流電源変換装置の短絡時に、または前記直流電源変換装置との連結解除時に、前記直流電源変換装置との電気的連結を完全に遮断しながらも、負荷への前記補助電源装置の電源供給が絶え間なくなされるようにする技術に関する。

無停電電源装置は、一般的に停電などの非常時に、バッテリや別途の補助電源から生成された電力を負荷に提供する装置である。停電時に、無停電電源装置を動作させて、数秒ないし数時間に補助電源が電力を供給するので、負荷の電気設備を保護し、負荷の電気設備の動作が正常になされる。

このような無停電電源装置は、商用交流電源を直流電源に変換してバッテリなどの補助電源装置を充電し、放電時に、補助電源装置の直流電源を交流電源に変換して負荷に供給するものと、停電が感知された場合、補助電源装置の直流電源を交流電源に変換する動作を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、を備える。

しかし、ＣＰＵは、電磁波によって誤作動し、また、ＣＰＵのハードウェア的な故障またはＣＰＵ内の制御プログラムエラーのようなソフトウェア的なエラーや故障によって、停電が発生していない場合にも、停電が発生したと判断して、バッテリのような補助電源装置の直流電源を、交流電源に変換させることによって、停電が発生していないにも拘らず、補助電源装置の放電が発生する問題点が発生する。

また、実際に停電が発生した後、停電の発生をＣＰＵが判断して、補助電源装置の電源変換動作の制御開始時まで補助電源装置の直流電源が交流電源に変換されないので、負荷に電源が供給されなくなる。これにより、負荷、例えば、負荷がネットワークサーバ、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を構成するハブ、Ｌ２スイッチ、アクセスポイント（Ａｃｃｅｓｓ ｐｏｉｎｔ）などである場合には、ネットワーク通信が正常になされなくなる。そして、負荷が防犯システムを構成するＣＣＴＶカメラなどである場合には、防犯及び保安監視が正常になされないために、ユーザに予期せぬ損害が発生してしまう恐れがある。

また、商用交流電源を直流電源に変換して補助電源装置を充電し、負荷に直流電源を供給するために、再び補助電源装置の直流電源を交流電源に変換するための回路構成が複雑になるという問題点が発生する。

本発明が解決しようとする課題は、商用交流電源を直流電源に変換する直流電源変換装置に電気的に連結され、前記直流電源を負荷に供給しながら、内部の補助電源装置に前記直流電源を充電し、前記直流電源変換装置の電流の漏れや破損による前記直流電源変換装置の短絡時に、または直流電源変換装置との連結解除時に、前記直流電源変換装置との電気的連結を完全に遮断しながらも、負荷への前記補助電源装置の電源供給が絶え間なくなされるようにした無停電直流電源装置を提供することである。

本発明が解決しようとする他の課題は、ＣＰＵの制御によらずとも、電源変換及び電源供給がなされるようにした無停電直流電源装置を提供することである。

本発明の一態様による無停電直流電源装置は、商用交流電源を直流電源に変換する直流電源変換装置に電気的に連結される第１連結部と、前記直流電源によって充電される補助電源装置及び負荷と電気的に連結され、前記直流電源または前記補助電源装置から出力される電源を、前記負荷に供給する第２連結部と、を備え、前記第１連結部に正常連結された前記直流電源変換装置から供給される直流電圧電源の大きさを昇圧して、前記昇圧された直流電圧電源で前記補助電源装置を充電する充電部と、前記補助電源装置の電圧電源の大きさを降圧して内部電圧電源を生成する放電部と、前記直流電源変換装置から供給される直流電圧電源の大きさと設定された基準電圧の大きさとを比較して、その結果によって、クリア（ｃｌｅａｒ）電圧またはセット（ｓｅｔ）電圧を出力する比較部と、前記第１連結部、前記第２連結部及び放電部と連結されるリレー（ｒｅｌａｙ）を備え、前記第１連結部から前記直流電源変換装置の連結解除、前記直流電源変換装置の破損、または前記直流電源変換装置の短絡によって、前記比較部から前記セット電圧が供給されて、前記リレーがセット状態になり、前記第１連結部と第２連結部との連結が遮断され、前記放電部と前記第２連結部とが連結されて、前記放電部から生成された内部電圧電源を前記第２連結部に供給させ、前記第１連結部に前記直流電源変換装置が正常連結されて、前記比較部から前記クリア電圧が供給されることにより、前記リレーがクリア状態になって、前記放電部と前記第２連結部との連結が遮断され、前記第１連結部と前記第２連結部とが連結されて、前記直流電源変換装置から供給される直流電源を前記第２連結部に供給させる切替え部と、を含む。

前記比較部は、前記直流電源変換装置から供給される直流電圧電源の大きさが、設定された基準電圧の大きさよりも大きければ、前記クリア電圧を出力し、小さければ、前記セット電圧を出力することができる。

前記クリア電圧は、前記セット電圧よりも大きいものであり得る。

前記無停電直流電源装置は、前記内部電圧電源の大きさをダウン（ｄｏｗｎ）させてダウン電圧電源を生成するダウン電圧生成部をさらに含み、前記ダウン電圧電源は、前記基準電圧よりも大きさが小さく、前記切替え部が前記比較部から前記セット電圧を供給されて、前記リレーが、前記クリア状態から完全にセット状態に切替えられるまで前記第２連結部に供給されうる。

前記無停電直流電源装置は、前記補助電源装置の電圧電源を一定の制御電源に安定化させて、前記比較部及び前記リレーに供給する補助電源部をさらに含みうる。

前記無停電直流電源装置は、前記補助電源装置に連結されて、前記放電部と前記補助電源装置の連結を制御するスイッチをさらに含みうる。

前記第１連結部に前記直流電源変換装置が正常連結された場合は、前記直流電源変換装置から正常に出力される前記直流電源が、前記第１連結部を通じて第２連結部及び補助電源装置に供給される状態であり得る。

前記第１連結部から前記直流電源変換装置の連結解除状態は、前記直流電源変換装置が前記第１連結部との連結が解除されて、前記直流電源変換装置から正常に出力される前記直流電源が、前記第１連結部に供給されない状態であり得る。

前記直流電源変換装置の破損状態は、前記直流電源変換装置が故障状態であって、前記直流電源が非正常出力状態であり得る。

前記直流電源変換装置の短絡状態は、前記直流電源変換装置の正極と負極とが短絡された状態であり得る。

本発明の実施形態による無停電直流電源装置によれば、商用交流電源を直流電源に変換する直流電源変換装置に電気的に連結され、前記直流電源を負荷に供給しながら、内部の補助電源装置に前記直流電源を充電し、前記直流電源変換装置の電流の漏れや破損による前記直流電源変換装置の短絡時に、または直流電源変換装置との連結解除時に、前記直流電源変換装置との電気的連結を完全に遮断しながらも、負荷への前記補助電源装置の電源供給が絶え間なくなされるようにする。

また、ＣＰＵ及びソフトウェア制御器を備えていないために、電磁波によるＣＰＵの誤作動、またはＣＰＵ自体のハードウェア構成の故障または制御プログラムのようなソフトウェアの異常などによる誤作動により、停電状況ではない場合に発生する補助電源装置の電源の放電現象を防止することができる。

また、直流電源状態で充電及び放電回路を構成するので、交流電源を直流電源に変換してバッテリのような補助電源装置を充電し、補助電源装置の直流電源を交流電源に変換して負荷に供給しなくても良いので、無停電直流電源装置の回路構成が簡単になる。

本発明の実施形態による無停電直流電源装置の構成を示す図面である。 図１の無停電直流電源装置についての実際の具現回路を例示した図面である。 図２の無停電直流電源装置が直流電源変換装置の状態及び負荷連結状態によって発生する状況による第２連結部に印加される電圧、比較部の出力電圧、リレーの動作状態を例示した図面である。

以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。

本発明の実施形態は、当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものであり、下記の実施形態は、さまざまな他の形態に変形され、本発明の範囲が、下記の実施形態に限定されるものではない。むしろ、これら実施形態は、本開示をさらに充実かつ完全にし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。

本明細書で使われた用語は、特定の実施形態を説明するために使われ、本発明を制限するためのものではない。本明細書で使われたように、単数形態は、文脈上、他の場合を確かに指摘するものではないならば、複数の形態を含みうる。また、本明細書で使われる場合、“含む。（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）”及び／または“含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）”は、言及した形状、数字、段階、動作、部材、要素及び／またはこれらグループの存在を特定するものであり、１つ以上の他の形状、数字、動作、部材、要素及び／またはグループの存在または付加を排除するものではない。本明細書で使われたように、用語“及び／または”は、当該列挙された項目のうち何れか１つ及び１つ以上のあらゆる組合わせを含む。

本明細書で、第１、第２などの用語が多様な部材、領域及び／または部位を説明するために使われるが、これら部材、部品、領域、層及び／または部位は、これら用語によって限定されてはならないということは自明である。これら用語は、特定の順序や上下、または優劣を意味せず、１つの部材、領域または部位を、他の部材、領域または部位と区別するためにのみ使われる。したがって、以下、前述する第１部材、領域または部位は、本発明の教えから外れずとも、第２部材、領域または部位を指称することができる。

以下、本発明の実施形態は、本発明の実施形態を概略的に図示する図面を参照して説明する。図面において、例えば、製造技術及び／または公差によって、示された形状の変形が予想される。したがって、本発明の実施形態は、本明細書に示された領域の特定の形状に制限されたものと解釈されてはならず、例えば、製造上招かれる形状の変化を含まねばならない。

図１は、本発明の実施形態による無停電直流電源装置の構成を示す図面であり、図２は、図１の無停電直流電源装置の実際の具現回路を例示した図面である。

図１及び図２を参照すれば、本発明の実施形態による無停電直流電源装置１００は、第１連結部５、第２連結部７、無停電制御部２０、及び補助電源装置５０を含む。

第１連結部５は、商用交流（ＡＣ：Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ）電源を直流（ＤＣ：Ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）電源に変換する直流電源変換装置１に電気的に連結される。この際、直流変換装置１は、プラグ（ｐｌｕｇ）を備え、商用交流電源を直流電源に変換して、前記プラグを通じて第１連結部５に供給するアダプタ（ａｄａｐｔｅｒ）であり得る。これにより、第１連結部５は、アダプタのプラグが挿入されるプラグソケット（ｐｌｕｇ ｓｏｃｋｅｔ）であり得る。本発明の明細書全体で使われる電源は、電流電源及び電圧電源を含む概念として使われることに留意しなければならない。例えば、前記直流電源変換装置１から出力される直流電源は、直流電流電源及び直流電圧電源を含む。

補助電源装置５０は、直流電源変換装置１から供給される直流電源によって充電される。
第２連結部７は、負荷３と電気的に連結され、直流電源変換装置１または補助電源装置５０から供給される直流電源を負荷３に供給する。この際、負荷３は、プラグを備え、前記直流電源変換装置１から供給される直流電源を消費する装置、例えば、ＣＣＴＶカメラ、ハブ、Ｌ２スイッチ、アクセスポイントなどであり得る。これにより、第２連結部７は、負荷３のプラグが挿入されるプラグソケット８を備え、しかも、ヒューズＦ１、キャパシタＣ１、Ｃ１６を含んで構成することができる。

無停電制御部２０は、第１連結部５に正常連結された直流電源変換装置１から供給される直流電源を第２連結部７を通じて負荷３に供給しながら、補助電源装置５０を充電し、第１連結部５から直流電源変換装置１の連結解除、直流電源変換装置１の破損、または直流電源変換装置１の短絡時に、直流電源変換装置１と補助電源装置５０との電気的連結を完全に遮断しながらも、前記負荷３に電源供給が絶え間なくなされるように制御する。

この際、前記第１連結部５に直流電源変換装置１が正常連結された場合は、直流電源変換装置１から正常に出力される直流電源が、第１連結部５を通じて第２連結部７及び補助電源装置５０に供給される状態を示す。

そして、前記第１連結部５から直流電源変換装置１の連結解除状態は、直流電源変換装置１と第１連結部５との連結が解除されて、直流電源変換装置１から正常に出力される直流電源が第１連結部５に供給されない状態である。

そして、前記直流電源変換装置１の破損状態は、直流電源変換装置１が故障状態であって、直流電源が非正常出力状態である。

そして、直流電源変換装置１の短絡状態は、直流電源変換装置１の正極と負極とが短絡された状態である。

前記無停電制御部２０は、図２を参照すれば、切替え部２１、充電部２３、放電部２７、及び比較部２５を含む。

充電部２３は、第１連結部５に正常連結された直流電源変換装置１から供給される直流電圧電源の大きさを昇圧して、前記昇圧された直流電圧電源で補助電源装置５０を充電する。このような充電部２３は、キャパシタＣ９、Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、インダクターＬ１、抵抗Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ２０、Ｒ２２、ダイオードＤ６、Ｄ７、及び昇圧スイッチングレギュレータ２４を含み、直流電源装置１から供給される直流電圧電源の大きさが、例えば、１２［Ｖ］である場合に、これを昇圧して補助電源装置５０が緩衝可能な電圧を出力するように構成されている。

キャパシタＣ９は、一端が第１連結部５の１番端子、リレー２２の３番端子及びキャパシタＣ１０と電気的に連結され、他端が接地に電気的に連結される。

キャパシタＣ１０は、一端がキャパシタＣ９の一端、昇圧スイッチングレギュレータの５番端子及びインダクターＬ１と電気的に連結され、他端がキャパシタＣ１２及び接地と電気的に連結される。

抵抗Ｒ２０は、一端が昇圧スイッチングレギュレータ２４の１番端子と電気的に連結され、他端がキャパシタＣ１２と電気的に連結される。

キャパシタＣ１２は、一端が抵抗Ｒ２０の他端と電気的に連結されれば、他端が接地と電気的に連結される。

インダクターＬ１は、一端が昇圧スイッチングレギュレータ２４の５番端子とキャパシタＣ１０の一端と電気的に連結され、他端が昇圧スイッチングレギュレータ２４の４番端子とダイオードＤ６と電気的に連結される。

ダイオードＤ６は、一端がインダクターＬ１の他端及び昇圧スイッチングレギュレータ２４の４番端子と電気的に連結され、他端が抵抗Ｒ１６、抵抗Ｒ１７、キャパシタＣ１３、キャパシタＣ１１、及びダイオードＤ７と電気的に連結される。

抵抗Ｒ１６は、一端がダイオードＤ６の他端、抵抗Ｒ１７の一端、キャパシタＣ１３、キャパシタＣ１１、及びダイオードＤ７と電気的に連結され、他端が昇圧スイッチングレギュレータ２４の２番端子、抵抗Ｒ１７の他端及び抵抗Ｒ２２の一端と電気的に連結される。

抵抗Ｒ１７は、一端がダイオードＤ６の他端、抵抗Ｒ１６の一端、キャパシタＣ１３、キャパシタＣ１１、及びダイオードＤ７と電気的に連結され、他端が抵抗Ｒ２２、抵抗Ｒ１６の他端及び昇圧スイッチングレギュレータ２４の２番端子と電気的に連結される。

抵抗Ｒ２２は、一端が抵抗Ｒ１６の他端、昇圧スイッチングレギュレータ２４の２番端子及び抵抗Ｒ１７の他端と電気的に連結され、他端が接地に電気的に連結される。

キャパシタＣ１３は、一端がダイオードＤ６の他端、抵抗Ｒ１６の一端、抵抗Ｒ１７の一端、キャパシタＣ１１、及びダイオードＤ７と電気的に連結され、他端が接地に電気的に連結される。

キャパシタＣ１１は、一端がダイオードＤ６の他端、抵抗Ｒ１６の一端、抵抗Ｒ１７の一端、キャパシタＣ１３の一端、ダイオードＤ７と電気的に連結され、他端が接地に電気的に連結される。

ダイオードＤ７は、一端がダイオードＤ６の他端、抵抗Ｒ１６の一端、抵抗Ｒ１７の一端、キャパシタＣ１３の一端及びキャパシタＣ１１の一端に電気的に連結され、他端が抵抗Ｒ１５と電気的に連結される。

昇圧スイッチングレギュレータの３番端子及び６番端子は、接地に電気的に連結される。

昇圧スイッチングレギュレータは、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社のＬＭ２５７７Ｔを用いて具現されたが、これに限定されるものではない。

昇圧スイッチングレギュレータは、Ｌ１、Ｃ１２、Ｄ６の発振によるスイッチングで電圧を高めてショットキーダイオードＤ７に印加し、ショットキーダイオードＤ７を経て昇圧された約１６．８Ｖの電圧で補助電源装置５０が緩衝電圧、例えば、補助電源装置５０が完全充電電圧が４．２［Ｖ］であり、放電基準電圧が３．４［Ｖ］であるリチウムイオン電池４個で構成された場合に、約１６．８Ｖになるまで補助電源装置５０を充電する。一方、抵抗Ｒ１５は、電流を制限して補助電源装置５０の完全放電状態、例えば、補助電源装置５０が前記リチウムイオン電池４個で構成される場合に、１３．６［Ｖ］でも最大１００［ｍＡ］以上の電流が補助電源装置５０から充電部２３に流れないように制限する役割を果たす。

放電部２７は、補助電源装置５０の電圧電源の大きさを降圧して内部電圧電源を生成する。このように生成された内部電圧電源は、後述する切替え部２１を通じて第２連結部７に供給されるか、ダウン電圧生成部２９を通じて大きさをダウンさせて第２連結部７に供給する。

このような放電部２７は、キャパシタＣ６、Ｃ７、Ｃ８、Ｃ１７、降圧スイッチングレギュレータ２８、ダイオードＤ８、インダクターＬ２、抵抗Ｒ１８、Ｒ１９、Ｒ２０を含み、これらの間の連結関係は、下記のようであり、補助電源装置５０の電源の大きさ１６．８［Ｖ］を降圧して、１２．３［Ｖ］を出力するもので構成することができる。

キャパシタＣ７は、一端が補助電源装置５０の１番端子、キャパシタＣ８及び降圧スイッチングレギュレータ２８の１番端子と電気的に連結され、他端が接地に電気的に連結される。

キャパシタＣ８は、一端が補助電源装置５０の１番端子、キャパシタＣ７の一端及び降圧スイッチングレギュレータ２８の１番端子と電気的に連結され、他端が接地に電気的に連結される。

ダイオードＤ４は、一端が接地に電気的に連結され、他端が降圧スイッチングレギュレータ２８の２番端子及びインダクターＬ２と電気的に連結される。

インダクターＬ２は、一端が降圧スイッチングレギュレータ２８の２番端子及びダイオードＤ４の他端と電気的に連結され、他端がキャパシタＣ６、キャパシタＣ１７、抵抗Ｒ１８及び抵抗Ｒ１９と電気的に連結される。

キャパシタＣ６は、一端がインダクターＬ２の他端、キャパシタＣ１７、抵抗Ｒ１８及び抵抗Ｒ１９と電気的に連結され、他端が接地に電気的に連結される。

キャパシタＣ１７は、一端がＬ２の他端、キャパシタＣ６の一端、抵抗Ｒ１８及び抵抗Ｒ１９と電気的に連結され、他端が接地に電気的に連結される。

抵抗Ｒ１８は、一端がインダクターＬ２の他端、キャパシタＣ６の一端、キャパシタＣ１７の一端、抵抗Ｒ１９の一端と電気的に連結され、他端が抵抗Ｒ１９の他端、抵抗Ｒ２１及び降圧スイッチングレギュレータ２８の４番端子と電気的に連結される。

抵抗Ｒ１９は、一端が抵抗Ｒ１８の一端、キャパシタＣ１７の一端、キャパシタＣ６の一端、キャパシタＣ１７の一端、キャパシタＣ６の一端及び後述する切替え部２１のリレー２２の４番端子及び後述するダウン電圧生成部２９と電気的に連結され、他端が抵抗Ｒ２１と電気的に連結される。

抵抗Ｒ２１は、一端が抵抗Ｒ１９の他端と電気的に連結され、他端が接地に電気的に連結される。

降圧スイッチングレギュレータ２８の３番端子、５番端子及び６番端子は、接地に電気的に連結される。

降圧スイッチングレギュレータ２８は、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社のＬＭ２５７６ＡＤＪを用いて具現されたが、これに限定されるものではない。

降圧スイッチングレギュレータ２８の出力電圧は、Ｌ２とＤ８のスイッチングで補助電源装置５０の電圧電源をダウンさせる。降圧スイッチングレギュレータ２８の１番端子に入力される入力電圧は、補助電源装置５０の電圧であって、例えば、１３．６［Ｖ］〜１６．８［Ｖ］に変化することができる。理想的な状況で、降圧スイッチングレギュレータ２８が入力電圧の変動に相変わらず出力電圧を一定に保持すると仮定すれば、放電部２７の出力電圧は、１２．３［Ｖ］で決定されうる。

比較部２５は、前記直流電源変換装置１から供給される直流電圧電源の大きさと設定された基準電圧の大きさとを比較して、その結果によって、クリア電圧またはセット電圧を出力する。

このような比較部２５は、演算増幅器（ＯＰ−ＡＭＰ）２６と抵抗Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１３、Ｒ１４との組合わせで構成される。

演算増幅器２６の非反転端子は、抵抗Ｒ９と抵抗Ｒ１４の連結ノードと電気的に連結される。この際、非反転端子に印加される電源の大きさは、前記直流電源変換装置１から供給される直流電圧電源ＤＣ＿ＩＮを抵抗Ｒ９と抵抗Ｒ１４によってディバイデッド（ｄｉｖｉｄｅｄ）された電圧と同一である。抵抗Ｒ９は、一端が第１連結部５の１番端子と電気的に連結され、他端が抵抗Ｒ１４と電気的に連結され、抵抗Ｒ１４は、一端が抵抗Ｒ９の他端と電気的に連結され、他端が接地に電気的に連結される。

一方、演算増幅器２６の反転端子は、抵抗Ｒ８、抵抗Ｒ１３及びキャパシタＣ５と電気的に連結され、後述する補助電源部３０から出力される電圧の大きさが一定の制御電源を抵抗Ｒ８、抵抗Ｒ１３及びキャパシタＣ５によってディバイデッドされた電圧、すなわち、前記設定された基準電圧を印加される。抵抗Ｒ８は、一端が補助電源部３０と電気的に連結され、他端が抵抗Ｒ１３、演算増幅器２６の反転端子及びキャパシタＣ５と電気的に連結される。抵抗Ｒ１３は、一端が演算増幅器２６の反転端子、抵抗Ｒ８の他端及びキャパシタＣ５と電気的に連結され、他端が接地に電気的に連結される。キャパシタＣ５は、一端が抵抗Ｒ８の他端、演算増幅器２６の反転端子及び抵抗Ｒ１３の一端と電気的に連結され、他端が接地に電気的に連結される。

このように演算増幅器２６は、非反転端子に前記直流電源変換装置から供給される直流電圧電源ＤＣ＿ＩＮが抵抗Ｒ９及びＲ１４によってディバイデッドされた電圧を印加され、反転端子に前記設定された基準電圧を印加されて、これらの大きさを互いに比較して、その結果によって、クリア電圧またはセット電圧を出力する。この際、クリア電圧は、前記直流電圧電源ＤＣ＿ＩＮが抵抗Ｒ９及びＲ１４によってディバイデッドされた電圧が、前記設定された基準電圧よりも大きな場合に出力され、１２Ｖであり、セット電圧は、前記直流電圧電源ＤＣ＿ＩＮが抵抗Ｒ９及びＲ１４によってディバイデッドされた電圧が、前記設定された基準電圧よりも小さな場合に出力され、０Ｖであり得る。前記クリア電圧は、セット電圧よりも大きな値を有しうる。

切替え部２１は、第１連結部５、第２連結部７及び放電部２７と連結されるリレー２２を備え、第１連結部５から直流電源変換装置１の連結解除、直流電源変換装置１の破損、または直流電源変換装置１の短絡によって、比較部２５から前記セット電圧が供給されて、リレー２２がセット状態になり、第１連結部５と第２連結部７との連結が遮断され、放電部２７と第２連結部７とが連結されて、放電部２７から生成された内部電圧電源を第２連結部７に供給させる。この際、セット状態である時のリレー２２は、リレー２２の４番端子と２番端子とが電気的に連結された状態であり、リレー２２の４番端子は、放電部２７と電気的に連結されて、内部電圧電源が印加される端子であり、リレー２２の２番端子は、第２連結部７と電気的に連結された端子である。

一方、切替え部２１は、第１連結部５に直流電源変換装置１が正常連結されることによって、比較部２５から出力されたクリア電圧を供給されて、リレー２２をクリア状態にさせて、放電部２７と第２連結部７との連結が遮断され、第１連結部５と第２連結部７とが連結されて、直流電源変換装置１から供給される直流電源を第２連結部７に供給させる。前記クリア状態である時のリレー２２は、リレー２２の３番端子とリレー２２の２番端子とが電気的に連結された状態であり、リレー２２の３番端子は、第１連結部５の１番端子と電気的に連結されて、直流電源変換装置１から供給される直流電圧電源ＤＣ＿ＩＮを印加される端子である。

このようなリレー２２は、それぞれ１番端子と８番端子とを連結するコイルＣｏｉｌ＋、Ｃｏｉｌ−を備え、このコイルは、比較部２５から出力されたセット電圧が抵抗Ｒ７、Ｒ１２、Ｒ１１、Ｒ６、Ｒ１０、ダイオードＤ５、Ｄ１、及びトランジスタＱ２、Ｑ１によって構成された回路を経て印加される時、電流が流れ、これにより、リレー２２の２番端子と４番端子とを電気的に連結させ、比較部２５から出力されたセット電圧が、抵抗Ｒ７、Ｒ１２、Ｒ１１、Ｒ６、Ｒ１０、ダイオードＤ５、Ｄ１、及びトランジスタＱ２、Ｑ１によって構成された回路を経て印加される時、１番端子から８番端子に電流が流れ、これにより、リレー２２の２番端子と４番端子とを電気的に連結させ、比較部２５から出力されたクリア電圧が、抵抗Ｒ７、Ｒ１２、Ｒ１１、Ｒ６、Ｒ１０、ダイオードＤ５、Ｄ１、及びトランジスタＱ２、Ｑ１によって構成された回路を経て印加される時、８番端子から１番端子に電流が流れ、これにより、リレー２２の２番端子と３番端子とを電気的に連結させる。すなわち、リレー２２の２番端子に連結されたスイッチがリレー２２の１番端子と２番端子とを連結するコイルに流れる電流の方向に沿ってスイッチングして、前記スイッチをリレー２２の３番端子または４番端子に連結させる。言い換えれば、比較部２５からセット電圧が出力される場合には、前記コイルに流れる電流は１番端子から８番端子方向に流れて、前記スイッチがリレー２２の２番端子と４番端子とが連結されるようにスイッチングし、比較部２５からクリア電圧が出力される場合には、前記コイルに流れる電流は８番端子から１番端子方向に流れて、前記スイッチがリレー２２の２番端子と３番端子とが連結されるようにスイッチングすることができる。

このようなリレー２２の５番端子、６番端子及び７番端子は、空気中に露出された状態にある。

一方、本発明の実施形態による無停電直流電源装置１００は、放電部２７から出力される内部電圧電源の大きさをダウンさせてダウン電圧電源を生成するダウン電圧生成部２９をさらに含み、３個のダイオードＤ２、Ｄ４、Ｄ９を連結して構成することができる。このようにダウン電圧生成部２９を置く理由は、切替え部２１が比較部２５からセット電圧を供給されて、リレー２２の状態がクリア状態からセット状態に完全に切替えられるまで、前記内部電圧電源をダウンさせてダウン電圧電源を生成して第２連結部７に供給するためである。この際、ダウン電圧電源の大きさは、前記比較部２５から設定された基準電圧よりもさらに小さい。例えば、前記設定された基準電圧が１１［Ｖ］である場合、前記ダウン電圧電源は、１０．８［Ｖ］であり得る。このように演算増幅器２６が１１［Ｖ］以下の入力電圧の低下の感知に差し支えを与えないためである。

また、本発明の実施形態による無停電直流電源装置１００は、補助電源装置５０の電圧電源を一定の制御電源に安定化させて、比較部２５及びリレー２２に供給する補助電源部３０をさらに含みうる。前記制御電源は、比較部２５内の演算増幅器２６の駆動電源に供給され、また、演算増幅器２６の反転端子に印加される前記基準電圧の生成のための電源に供給され、リレー２２のコイルに駆動電流の供給に利用される。このように補助電源部３０を置く理由は、昇圧スイッチングレギュレータ２４が含まれた充電部２３と降圧スイッチングレギュレータ２８が含まれた放電部２７とが相互間の干渉とリレー２２駆動時に、コイルの逆起電力が回路不安定の原因として作用するために、これを無くすためである。このような補助電源部３０は、キャパシタＣ３、Ｃ４、Ｃ１４、Ｃ１５とリニアレギュレータ２１とを含んで構成することができる。

また、本発明の実施形態による無停電直流電源装置１００は、補助電源装置５０の２番端子と連結され、放電部２７と補助電源装置５０との連結を制御するスイッチ５３をさらに備えることができる。スイッチ５３としては、プッシュボタンスイッチ、トグルスイッチまたはパドルスイッチなどがあるが、前記放電部２７と補助電源装置５０との連結を制御することができるスイッチであれば、如何なるものでも利用可能である。このようにスイッチ５３を無停電直流電源装置１００に備えた理由は、第２連結部７に負荷３が連結されていないとしても、降圧スイッチングレギュレータ２８で基本待機電力が消耗するために、補助電源装置５０の放電を防止するためである。

このような図１及び図２の構成を有する無停電直流電源装置の動作を、図３を参照して説明する。

図３は、図２の無停電直流電源装置が直流電源変換装置の状態及び負荷連結状態によって発生する状況によって、第２連結部に印加される電圧、比較部の出力電圧、リレーの動作状態を例示した図面である。

図３を参照すれば、まず、直流電源変換装置がｔ０時点まで正常動作する場合、すなわち、第１連結部５を通じて直流電源変換装置１から直流電源が供給される場合、リレー２２は、比較部２５から出力されるクリア電圧によってクリア状態を保持し、これにより、直流電源変換装置１から供給される直流電源は、第２連結部７を通じて負荷３に供給され、また、同時に充電部２３で昇圧されて補助電源装置５０を充電する。補助電源装置５０で充電動作が起こり、放電動作は起こらないために、放電部２７から出力される内部電圧電源が発生しなくなる。直流電源変換装置１が正常動作する場合には、直流電源変換装置１から供給される直流電源は、負荷３と補助電源装置５０とに供給される。

状況１の場合、ｔ０時点からｔ２時点まで起こる状況であって、第２連結部７に負荷３が連結された状態で直流電源変換装置１が破損、または短絡が発生した場合、第１連結部５を通じて直流電源変換装置１から直流電源が供給されないので、負荷３、比較部２５及び補助電源装置５０に直流電源が供給されなくなる。これにより、補助電源装置５０の放電が始まって、放電部２７は、補助電源装置５０の電源の大きさ、例えば、１６．８［Ｖ］を降圧し、該降圧して得られる内部電圧電源、例えば、１２．３［Ｖ］をリレー２２の４番端子に供給し、前記内部電圧電源をダウン電圧生成部２９を通じてダウンさせてダウン電圧電源、例えば、１０．８［Ｖ］を生成して第２連結部７に供給する。一方、比較部２５には、前記直流電源変換装置１から直流電源が供給されないために、セット電圧が出力され、これにより、リレー２２は、セット状態に変更されてリレー２２の２番端子と４番端子とが連結されて、前記放電部２７から出力される内部電圧電源を第２連結部７に供給させる。この際、セット状態に完全に切替えられるまで第２連結部７には、前記内部電圧電源がダウン電圧生成部２９を通じて生成されたダウン電圧電源が供給され、セット状態に完全に切替えられた状態以後には、前記リレー２２を通じて前記内部電圧電源が第２連結部７に供給される。前記セット状態に完全に切替えられる時点は、図３でｔ１に該当する。

そして、状況２の場合、すなわち、負荷が連結された状態で直流電源変換装置がｔ２時点で挿入復旧されて直流電源変換装置１から直流電源が印加される状態がｔ３時点まで持続した場合、比較部２５は、クリア電圧を出力し、これにより、リレー２２は、クリア状態に切替えられる。リレー２２がクリア状態に切替えられる瞬間、すなわち、リレー２２の接点が２番端子及び４番端子連結から２番端子及び３番端子連結に変わる瞬間、リレー２２がクリア状態になる瞬間に、リレー２２の２番端子の出力でリップルが発生することができるが、放電部２７から出力される内部電圧電源がダウン電圧生成部２９を通じて生成されたダウン電圧電源によって、前記リップルの電圧を１０．８［Ｖ］以上を保持する。以後、リレー２２が完全にクリア状態に切替えられれば、直流電源変換装置１から供給される直流電源がリレー２２を通じて第２連結部７及び充電部２３に供給される。

状況３の場合、すなわち、直流電源変換装置１が破損された状態であり、第２連結部７に負荷３が連結されていない状態がｔ３時点からｔ４時点まで持続した場合であり、リレー２２が状況１のような切替え動作を行う。

状況４の場合、負荷のない状態で直流電源変換装置１が破損、または短絡された状態がｔ４時点以後に持続した場合、比較部２５からセット電圧が出力され、これにより、リレー２２がセット状態を保持して、放電部２７から出力される内部電圧電源がリレー２２を通じて第２連結部７に供給される。

以上、本発明について実施形態を中心に説明した。当業者ならば、本発明の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態として具現可能であるということを理解できるであろう。したがって、開示された実施形態は、限定的な観点ではなく、説明的な観点で考慮されねばならない。したがって、本発明の範囲は、前述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載の内容及びそれと同等な範囲内にある多様な実施形態が含まれるように解釈されねばならない。

本発明は、無停電電源技術分野に適用可能である。

Claims (10)

1. 商用交流電源を直流電源に変換する直流電源変換装置に電気的に連結される第１連結部と、前記直流電源によって充電される補助電源装置及び負荷と電気的に連結され、前記直流電源または前記補助電源装置から出力される電源を、前記負荷に供給する第２連結部と、を備えた無停電直流電源装置において、
   前記第１連結部に正常連結された前記直流電源変換装置から供給される直流電圧電源の大きさを昇圧して、前記昇圧された直流電圧電源で前記補助電源装置を充電する充電部と、
   前記補助電源装置の電圧電源の大きさを降圧して内部電圧電源を生成する放電部と、
   前記直流電源変換装置から供給される直流電圧電源の大きさと設定された基準電圧の大きさとを比較して、その結果によって、クリア電圧またはセット電圧を出力する比較部と、
   前記第１連結部、前記第２連結部及び放電部と連結されるリレーを備え、前記第１連結部から前記直流電源変換装置の連結解除、前記直流電源変換装置の破損、または前記直流電源変換装置の短絡によって、前記比較部から前記セット電圧が供給されて、前記リレーがセット状態になり、前記第１連結部と第２連結部との連結が遮断され、前記放電部と前記第２連結部とが連結されて、前記放電部から生成された内部電圧電源を前記第２連結部に供給させ、前記第１連結部に前記直流電源変換装置が正常連結されて、前記比較部から前記クリア電圧が供給されることにより、前記リレーがクリア状態になって、前記放電部と前記第２連結部との連結が遮断され、前記第１連結部と前記第２連結部とが連結されて、前記直流電源変換装置から供給される直流電源を前記第２連結部に供給させる切替え部と、
   を含むことを特徴とする無停電直流電源装置。
2. 前記比較部は、
   前記直流電源変換装置から供給される直流電圧電源の大きさが、設定された基準電圧の大きさよりも大きければ、前記クリア電圧を出力し、小さければ、前記セット電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載の無停電直流電源装置。
3. 前記クリア電圧は、前記セット電圧よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の無停電直流電源装置。
4. 前記無停電直流電源装置は、
   前記内部電圧電源の大きさをダウンさせてダウン電圧電源を生成するダウン電圧生成部をさらに含み、
   前記ダウン電圧電源は、前記基準電圧よりも大きさが小さく、前記切替え部が前記比較部から前記セット電圧を供給されて、前記リレーが、前記クリア状態から完全にセット状態に切替えられるまで前記第２連結部に供給されることを特徴とする請求項２に記載の無停電直流電源装置。
5. 前記無停電直流電源装置は、
   前記補助電源装置の電圧電源を一定の制御電源に安定化させて、前記比較部及び前記リレーに供給する補助電源部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の無停電直流電源装置。
6. 前記無停電直流電源装置は、
   前記補助電源装置に連結されて、前記放電部と前記補助電源装置の連結を制御するスイッチをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の無停電直流電源装置。
7. 前記第１連結部に前記直流電源変換装置が正常連結された場合は、前記直流電源変換装置から正常に出力される前記直流電源が、前記第１連結部を通じて第２連結部及び補助電源装置に供給される状態であることを特徴とする請求項１に記載の無停電直流電源装置。
8. 前記第１連結部から前記直流電源変換装置の連結解除状態は、前記直流電源変換装置が前記第１連結部との連結が解除されて、前記直流電源変換装置から正常に出力される前記直流電源が、前記第１連結部に供給されない状態であることを特徴とする請求項１に記載の無停電直流電源装置。
9. 前記直流電源変換装置の破損状態は、前記直流電源変換装置が故障状態であって、前記直流電源が非正常出力状態であることを特徴とする請求項１に記載の無停電直流電源装置。
10. 前記直流電源変換装置の短絡状態は、前記直流電源変換装置の正極と負極とが短絡された状態であることを特徴とする請求項１に記載の無停電直流電源装置。

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