JP2020127350A

JP2020127350A - Ｄｃ出力無停電電源装置

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Publication number: JP2020127350A
Application number: JP2019100038A
Authority: JP
Inventors: 仲結鄭; Chung-Chieh Cheng
Original assignee: Taida Electronic Industry Co Ltd; Delta Electronics Inc
Current assignee: Taida Electronic Industry Co Ltd; Delta Electronics Inc
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2020-08-20
Also published as: US20200251925A1; CN111525676A; US10998759B2; CN111525676B; EP3691082A1

Abstract

【課題】ＤＣ出力無停電電源装置を提供する。【解決手段】ＤＣ出力無停電電源装置は、ＡＣ電源１００に接続され、第１のＤＣ電源を出力するＡＣ／ＤＣ変換回路１０と、第２のＤＣ電源を出力する充放電モジュール２０と、ＡＣ／ＤＣ変換回路１０と充放電モジュール２０とに結合される１つの電源モジュール３０と、少なくとも１つの電源モジュール３０と少なくとも１つの負荷２００との間に介在して配置され、少なくとも１つの操作ユニット４１を有するユーザインタフェース４０と、を含み、各操作ユニット４１は、各負荷２００の必要な電源に基づいて、少なくとも１つの電源モジュール３０に各負荷２００に電源を供給させる。【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＣ出力電源装置に関し、特に、各ポートの出力を自由に調節することができ、無停電システム機能を有するＤＣ出力無停電電源装置に関する。

一般に、従来技術の電源供給装置では、使用上には、通常、各電子機器の必要な電力（又は電圧、電流）に応じて配置されている。現代の人々によって使用される電子製品の多様化により、関連会社は、複数の出力ポートを備えた電源を開発し、ユーザが複数の又は複数の電子装置を同時に使用することを可能にした。現代人が使用する電子製品の多様化により、関連業者は、複数の出力ポートを有する電源供給装置を開発した。これにより、ユーザは、多種類又は複数の電子機器を組み合わせて使用することができ、かつ、１つの商用電源の入力ポートを占めるだけで、単一の入力対複数出力の給電アーキテクチャを実現する。

しかし、上述した複数ポート出力の電源供給装置の実際の使用では、多様化のニーズに適応する必要があるため、各出力ポートが使用ニーズに応じて出力の関連電気値を自由に調整できない場合、出力ポートの数を減らしにくくなる。そのため、体積が大きくて持ち運びが困難であるだけでなく、製造コストも比較的に高い。また、先行技術の電源供給装置、特に、コンピュータ本体、監視システム、精密電子機器や医療機器などの電子機器は、商用電源が突然に異常になる場合、それに電気的に接続された複数の負荷の使用安全性を保護することができない。商用電源が遮断されると、電子機器は、この突然の電源遮断により、内部部品の損傷やデータの損失を引き起こす可能性があり、重大かつ不可逆的な結果を招く可能性がある。

そこで、上記の技術的問題を解決するために、ＤＣ出力無停電電源装置を如何にして設計するかということは、本発明者が克服して解決を求める重要な課題となっている。

本発明の主な目的は、回路のマッチングや統合により、上述した各出力ポートが使用ニーズに応じて出力の関連電気値を自由に調整できず、商用電源が突然に遮断されるときにそれに電気的に接続された複数の負荷の使用安全性を保護できない技術問題を解決できるＤＣ出力無停電電源装置を提供することである。これにより、サイズを縮小し、製造コストを削減し、及び突然の停電によるハードウェアの損傷及びデータの損失を回避することができる。

上記の目的を達成するために、本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置は、ＡＣ電源に接続され、第１のＤＣ電源を出力するＡＣ／ＤＣ変換回路と、第２のＤＣ電源を出力する充放電モジュールと、ＡＣ／ＤＣ変換回路と充放電モジュールとに結合され、第１のＤＣ電源及び第２のＤＣ電源のうちの一方を受ける少なくとも１つの電源モジュールと、少なくとも１つの電源モジュールと少なくとも１つの負荷との間に介在して配置され、少なくとも１つの操作ユニットを有するユーザインタフェースと、を含み、各操作ユニットは、各負荷の必要な電源に基づいて、少なくとも１つの電源モジュールに各負荷に電源を供給させる。

上記の目的を達成するために、本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置は、ＡＣ電源に接続され、第１のＤＣ電源を出力する力率補正段回路と、第２のＤＣ電源を出力する充放電モジュールと、力率補正段回路に結合され、第１のＤＣ電源及び第２のＤＣ電源のうちの一方を受ける少なくとも１つの電源モジュールと、少なくとも１つの電源モジュールと少なくとも１つの負荷との間に介在して配置され、少なくとも１つの操作ユニットを有するユーザインタフェースと、を含み、各操作ユニットは、各負荷の必要な電源に基づいて、少なくとも１つの電源モジュールに各負荷に電源を供給させる。

本発明の任意のＤＣ出力無停電電源装置を使用する際、ＡＣ電源が正常である場合、少なくとも１つの電源モジュールは、第１のＤＣ電源を受け、ＡＣ電源が異常である場合、少なくとも１つの電源モジュールは、第２のＤＣ電源を受ける。また、ユーザは、少なくとも１つの操作ユニット（ディップスイッチやつまみなどであってもよい）を通して、各負荷の必要な電源を選択できるので、少なくとも１つの電源モジュールは、第１のＤＣ電源及び第２のＤＣ電源のうちの一方を変換して、少なくとも１つの負荷に対して給電し続けることができる。

本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第１実施形態の概略構造図である。本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置のＡＣ／ＤＣ変換回路を示す回路図である。本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置のＡＣ／ＤＣ変換回路を示す回路図である。本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置のＡＣ／ＤＣ変換回路を示す回路図である。本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置のＡＣ／ＤＣ変換回路を示す回路図である。本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置のＡＣ／ＤＣ変換回路を示す回路図である。本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置のＡＣ／ＤＣ変換回路を示す回路図である。本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第２実施形態のＡＣ／ＤＣ変換回路及び充放電モジュールの配置を示す回路ブロック図である。本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第３実施形態のＡＣ／ＤＣ変換回路及び充放電モジュールの配置を示す回路ブロック図である。本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第１実施形態の電源モジュール及び操作ユニットの配置を示す回路ブロック図である。本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第１実施形態の電源モジュール及び操作ユニットの配置を示す回路ブロック図である。本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第１実施形態の電源モジュール及び操作ユニットの配置を示す回路ブロック図である。本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第４実施形態の概略構造図である。本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の力率補正段回路を示す回路図である。本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の力率補正段回路を示す回路図である。本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第５実施形態の力率補正段回路及び充放電モジュールの配置を示す回路ブロック図である。本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第４実施形態の電源モジュール及び操作ユニットの配置を示す回路ブロック図である。本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第４実施形態の電源モジュール及び操作ユニットの配置を示す回路ブロック図である。本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第４実施形態の電源モジュール及び操作ユニットの配置を示す回路ブロック図である。

以下、本発明の利点と効果を表す典型的な実施形態について詳細に説明する。ここで理解すべきことは、本発明が異なる態様において様々な変更を含み、これらはいずれも本願発明の範囲を逸脱することではなく、しかも明細書及び図面が、本願発明に対する制限ではなく、本質的は本願発明を説明するものである。

なお、図面は本発明を模式的に表したに過ぎず、実際のサイズ及び比率を表すものではない。実際のサイズ及び比率は、いずれもその必要性に応じて異なる設計がなされる。

本発明の技術的内容及び詳細な説明は、図面を参照して以下に説明する。

図１〜図２Ｆを参照する。図１は、本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第１実施形態の概略構造図である。図２Ａ〜図２Ｆは、本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置のＡＣ／ＤＣ変換回路を示す回路図である。

図１に示すように、本発明のＤＣ出力無停電電源装置の第１実施形態は、ＡＣ／ＤＣ変換回路１０と、充放電モジュール２０と、少なくとも１つの電源モジュール３０と、ユーザインタフェース４０とを含む。

ＡＣ／ＤＣ変換回路１０は、ＡＣ電源１００に接続され、ＡＣ電源１００を変換して第１のＤＣ電源（図示せず）を出力する。充放電モジュール２０は、ＡＣ／ＤＣ変換回路１０に接続され、第２のＤＣ電源（図示せず）を出力する。

充放電モジュール２０は、電池ユニット２１と、昇圧変換ユニット２２と、充電ユニット２３とを含む。電池ユニット２１は、リチウム電池、ニッケル水素電池、水素酸素電池や鉛蓄電池などの充放電可能な電気エネルギー蓄積要素であってもよいが、これらに限定されない。昇圧変換ユニット２２は、電池ユニット２１と少なくとも１つの電源モジュール３０とに結合される。本発明の第１実施形態では、充電ユニット２３は、電池ユニット２１とＡＣ／ＤＣ変換回路１０のＤＣ出力側とに結合される（図１に示す）。電池ユニット２１が充電される際、充電ユニット２３は、ＡＣ／ＤＣ変換回路１０によって出力される第１のＤＣ電源を受けて、電池ユニット２１を充電するのに適した電圧に変換する。

少なくとも１つの電源モジュール３０は、ＡＣ／ＤＣ変換回路１０と充放電モジュール２０とに結合され、第１のＤＣ電源及び第２のＤＣ電源のうちの一方を受ける。また、ＡＣ電源１００が正常である場合、各電源モジュール３０は、第１のＤＣ電源を受けて、各負荷２００に必要な電源を供給するように第１のＤＣ電源を変換する。ＡＣ電源１００が異常である場合、電池ユニット２１が電気エネルギーを出力し、出力された電圧が昇圧変換ユニット２２によって昇圧されて、第２のＤＣ電源を供給する。各電源モジュール３０は、第２のＤＣ電源を受けて、第２のＤＣ電源を変換して各負荷２００に必要な電源を供給し、各負荷２００に対して給電し続けることができる。

ユーザインタフェース４０は、少なくとも１つの電源モジュール３０と少なくとも１つの負荷２００とに結合され、ユーザインタフェース４０には、各電源モジュール３０と各負荷２００との結合（導通）又は結合解除（切断）を制御したり、各負荷２００の必要な電力を選択したりするための少なくとも１つの操作ユニット４１が配置される。各操作ユニット４１は、ディップスイッチやつまみなどの調整可能な構造であってもよいが、これらに限定されない。ユーザは、異なる数量の負荷２００を自由に組み合わせたり、各負荷２００の必要な電力値を調整したり、使用上の必要又は各負荷２００の必要に応じて少なくとも１つの電源モジュール３０によって出力される関連電気値（例えば、電圧値及び電流値のうちの少なくとも一方）を自由に調整したりすることができる。本発明の第１実施形態において、各操作ユニット４１は、１つの電源モジュール３０を制御してもよく、２つ以上の電源モジュール３０を同時に制御してもよい。これにより、高い電力を必要とする負荷を満たすことができる。その結果、各電源モジュール３０は、第１のＤＣ電源及び第２のＤＣ電源のうちの一方を変換して、各負荷２００に給電し続けることができる。

図２Ａ〜図２Ｆに示すように、本発明のＤＣ出力無停電電源装置の第１実施形態では、ＡＣ／ＤＣ変換回路１０は、ＡＣ電源１００に結合された絶縁トポロジを含んでもよい。本発明の第１実施形態において、絶縁トポロジは、フライバック（ｆｌｙｂａｃｋ）回路１１ａ（図２Ａに示す）、ハーフブリッジ（ｈａｌｆ−ｂｒｉｄｇｅ）回路１１ｂ（図２Ｂに示す）、フルブリッジ（ｆｕｌｌ−ｂｒｉｄｇｅ）回路１１ｃ（図２Ｃに示す）、フォワード（ｆｏｒｗａｒｄ）回路１１ｄ（図２Ｄに示す）、及びプッシュプル回路１１ｅ（図２Ｅに示す）のうちの１つであってもよい。さらに、ＡＣ／ＤＣ変換回路１０は、耐電磁干渉フィルタ１２（図２Ｆに示す）をさらに含んでもよく、上記の任意の絶縁トポロジと組み合わされてＡＣ／ＤＣ変換回路１０を形成してもよい。

図３Ａ及び図３Ｂを参照する。図３Ａは、本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第２実施形態のＡＣ／ＤＣ変換回路及び充放電モジュールの配置を示す回路ブロック図である。図３Ｂは、本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第３実施形態のＡＣ／ＤＣ変換回路及び充放電モジュールの配置を示す回路ブロック図である。

図３Ａに示すように、本発明のＤＣ出力無停電電源装置の第２実施形態は、ＡＣ／ＤＣ変換回路と充放電モジュールの配置関係が異なる以外、第１実施形態とほぼ同じである。第２実施形態では、充電ユニット２３は、電池ユニット２１とＡＣ／ＤＣ変換回路１０のＡＣ入力側とに結合される（図３Ａに示すように、充電ユニット２３は、ＡＣ電源１００に結合される）。充電ユニット２３は、電池ユニット２１を充電する際、ＡＣ電源１００によって出力されるＡＣ電源を受けて、電池ユニット２１を充電するのに適した電圧に変換する。また、ＡＣ電源１００が異常である場合、電池ユニット２１が電気エネルギーを出力し、出力された電圧が昇圧変換ユニット２２によって昇圧されて、第２のＤＣ電源を供給する。各電源モジュール３０は、第２のＤＣ電源を受けて、第２のＤＣ電源を変換して各負荷２００に必要な電源を供給し、各負荷２００に対して給電し続けることができる。

図３Ｂに示すように、本発明のＤＣ出力無停電電源装置の第３実施形態は、ＡＣ／ＤＣ変換回路と充放電モジュールの配置関係が異なる以外、第１実施形態と実質的に同じである。第３実施形態では、充電ユニット２３は、電池ユニット２１とＡＣ／ＤＣ変換回路１０の内部ＤＣ側とに結合される（図３Ｂに示すように、充電ユニット２３は、ＡＣ／ＤＣ変換回路１０のＡＣ入力側とＤＣ出力側との間に介在して結合される）。例えば、図２Ａに示すＡＣ／ＤＣ変換回路１０がフライバック回路１１ａである場合、充電ユニット２３は、全波整流回路の出力側（即ち、フライバック回路１１ａの入力側）に結合されてもよい。これにより、充電ユニット２３は、ＡＣ／ＤＣ変換回路１０の内部ＤＣ側に結合される方式を実現することができる。

図４Ａ〜図４Ｃは、本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第１実施形態の電源モジュール及び操作ユニットの配置を示す回路ブロック図である。同図を参照すると、本発明の第１実施形態において、各電源モジュール３０は、パワースイッチ（図４Ａに示すようなＳＷ１、ＳＷ２、…、ＳＷｎ）を有する降圧回路を含む。降圧回路は、降圧回路は、第１のＤＣ電源及び第２のＤＣ電源のうちの一方を受けて、この第１のＤＣ電源及び第２のＤＣ電源のうちの一方を変換し、各負荷２００に必要な電源を供給するように各電源モジュール３０の出力電圧を制御する。図４Ａ〜図４Ｃにおいて、各操作ユニット４１は、１つの電源モジュール３０を制御してもよく、２つ以上の電源モジュール３０を同時に制御してもよい。また、各操作ユニット４１は、１つのサブコントローラ３００を介して各パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２、…、ＳＷｎ）を制御してもよい。さらに、各操作ユニット４１は、２つ以上のサブコントローラ３００を介して２つ以上のパワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２、…、ＳＷｎ）を同時に制御してもよい。

図４Ａに示すように、本発明の第１実施形態において、電源モジュール３０と操作ユニット４１との第１の配置関係は、各操作ユニット４１が少なくとも１つの電源モジュール３０に含まれるサブコントローラ３００を介して少なくとも１つのパワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２、…、ＳＷｎ）を制御する。例えば、１つのサブコントローラ３００は、パワースイッチＳＷ１を制御するための制御信号Ｓｃ１を出力し、他のサブコントローラ３００は、パワースイッチＳＷ２を制御するための制御信号Ｓｃ２を出力し、別のサブコントローラ３００は、パワースイッチＳＷｎを制御する制御信号Ｓｃｎを出力する。ここで、制御信号Ｓｃ１〜Ｓｃｎは、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号であり、各パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２、…、ＳＷｎ）のデューティサイクル（Ｄｕｔｙｃｙｃｌｅ）を制御して電源モジュール３０を制御してもよい。各パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２、…、ＳＷｎ）は、各サブコントローラ３００に対応して結合され、各サブコントローラ３００は、互いに通信可能に結合されて、各パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２、…、ＳＷｎ）間の制御通信を提供する。制御通信とは、（ユーザによって）選択された各負荷２００の必要な電源に基づいて、各電源モジュール３０間の電力割当てに対応して制御するための通信方式である。

図４Ｂに示すように、本発明の第１実施形態において、電源モジュール３０と操作ユニット４１との第２の配置関係は、各操作ユニット４１がメインコントローラ４００を介して少なくとも１つのパワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２、…、ＳＷｎ）を制御する。例えば、メインコントローラ４００は、パワースイッチＳＷ１を制御するための制御信号Ｓｃ１を出力し、パワースイッチＳＷ２を制御するための制御信号Ｓｃ２を出力し、パワースイッチＳＷｎを制御する制御信号Ｓｃｎを出力する。同様に、制御信号Ｓｃ１〜Ｓｃｎは、パルス幅変調制御信号であり、各パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２、…、ＳＷｎ）のデューティサイクルを制御して電源モジュール３０を制御してもよい。ここで、各パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２、…、ＳＷｎ）は、それぞれメインコントローラ４００に結合され、メインコントローラ４００は、互いに通信可能に結合されて、各パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２、…、ＳＷｎ）間の制御通信を提供する。制御通信とは、選択された各負荷２００の必要な電源に基づいて、各電源モジュール３０間の電力割当てに対応して制御するための通信方式である。

図４Ｃに示すように、本発明の第１実施形態において、電源モジュール３０と操作ユニット４１との第３の配置関係は、各操作ユニット４１がメインコントローラ４００及び少なくとも１つの電源モジュール３０に含まれるサブコントローラ３００を介して少なくとも１つのパワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２、…、ＳＷｎ）を制御する。例えば、少なくとも１つのサブコントローラ３００は、各操作ユニット４１の各負荷２００の必要な電源を選択する情報を受信し、受信した各負荷２００の必要な電源の情報をメインコントローラ４００に送信する。メインコントローラ４００は、受信した必要な電源の情報に基づいて、パワースイッチＳＷ１を制御するための制御信号Ｓｃ１を出力し、パワースイッチＳＷ２を制御するための制御信号Ｓｃ２を出力し、パワースイッチＳＷｎを制御する制御信号Ｓｃｎを出力する。同様に、制御信号Ｓｃ１〜Ｓｃｎは、パルス幅変調制御信号であり、各パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２、…、ＳＷｎ）のデューティサイクルを制御して電源モジュール３０を制御してもよい。ここで、メインコントローラ４００は、各サブコントローラ３００と各パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２、…、ＳＷｎ）とに結合され、各パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２、…、ＳＷｎ）間の制御通信を提供する。制御通信とは、選択された各負荷２００の必要な電源に基づいて、各電源モジュール３０間の電力割当てに対応して制御するための通信方式である。

本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第１実施形態の動作原理の説明を容易にするために、以下、例示的な数値を用いて説明するが、本発明はこれに限定されない。図１を例にとると、ＡＣ電源１００が正常である場合、ＡＣ／ＤＣ変換回路１０は、ＡＣ電源１００の電圧（例えば１１０Ｖ）を変換して第１のＤＣ電源としてのＤＣ４００Ｖに昇圧する。これにより、各電源モジュール３０は、第１のＤＣ電源を受けて各負荷２００に必要な電源を供給することができる。電池ユニット２１が充電される際、充電ユニット２３は、第１のＤＣ電源の電圧（ＤＣ４００Ｖであり、供給可能な定格電力は２４００Ｗである）を電池ユニット２１の充電電圧（例えば、ＤＣ４８Ｖ）に変換して、電池ユニット２１を充電する。ＡＣ電源１００が異常である場合、電池ユニット２１の出力電圧が昇圧変換ユニット２２によって変換されて、第２のＤＣ電源としてＤＣ４００Ｖに昇圧されて、各電源モジュール３０は、第２のＤＣ電源を受けて、各負荷２００に必要な電源を供給し、各負荷２００に対して給電し続けることができる。

また、ユーザは、操作ユニット４１（ディップスイッチやつまみなどであってもよい）を介して図１に示す上から１番目の負荷（以下、第１の負荷という）２００の必要な電源、例えば、第１の負荷２００の供給電圧（例えば、ＤＣ６０Ｖ）及び／又は供給電力（例えば、３００Ｗ）を選択する。このとき、図４Ａ〜図４Ｃのうちの１つを参照すると、メインコントローラ４００及び／又はサブコントローラ３００により、第１の負荷２００の必要な電力の情報（即ち、ＤＣ６０Ｖの供給電圧及び／又は３００Ｗの供給電力）を受ける。したがって、図１に示す上から１番目の電源モジュール（以下、第１の電源モジュールという）３０によって出力される電圧が６０Ｖ及び／又は電流が５Ａとなるように、第１の電源モジュール３０のパワースイッチＳＷ１のデューティサイクルを制御することで、第１の負荷２００に必要な電源を供給する。さらに、第１の電源モジュール３０の最大出力電力が１５０Ｗしかない場合、１つの操作ユニット４１が第１の負荷２００に対応して必要な３００Ｗの値に調整すると、メインコントローラ４００及び／又はサブコントローラ３００は、上記の１つの操作ユニット４１に基づいて、第１の負荷２００に同時に供給するように、第１の電源モジュール３０（１５０Ｗ）及び図１に示す上から２番目の電源モジュール３０（１５０Ｗ）を同時に制御することで、第１の負荷２００に必要な電源（３００Ｗ）を満足させることができる。ただし、本発明に係る操作ユニット４１と、電源モジュール３０と、負荷２００との間の数量関係は、これに限定されない。

また、負荷２００の数が複数である場合、メインコントローラ４００及び／又はサブコントローラ３００は、各負荷２００の必要な電源の情報を受信し、各電源モジュール３０のパワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２、…、ＳＷｎ）のデューティサイクルを制御することで、選択された各負荷２００の必要な供給電圧及び／又は供給電力を供給する。

さらに、選択された各負荷２００の必要な供給電力供給の合計がＡＣ／ＤＣ変換回路１０の供給可能な定格電力を超える場合、各サブコントローラ３００間の通信（図４Ａに示す）、メインコントローラ４００の統合（図４Ｂに示す）、又は各サブコントローラ３００とメインコントローラ４００との統合（図４Ｃに示す）により、各負荷２００の必要な供給電力の情報を知る。これにより、供給電力を比例的に減少させることで、対応する電源モジュール３０のパワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２、…、ＳＷｎ）のデューティサイクル制御することができ、各負荷２００に対して給電し続けることができる。或いは、供給電力を重み付けすることにより、対応する電源モジュール３０のパワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２、…、ＳＷｎ）のデューティサイクルを制御することができる。これにより、より高い重みを有する負荷２００は、必要な供給電力を確保することができ、残りの負荷２００は、重みに応じて必要な供給電力の一部を取得するので、各負荷２００に給電し続けることができる。

図５〜図６Ｂを参照する。図５は、本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第４実施形態の概略構造図である。図６Ａ〜図６Ｂは、本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の力率補正段回路を示す回路図である。

図５に示すように、本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第４実施形態は、実施形態１における絶縁トポロジを有するＡＣ／ＤＣ変換回路１０が非絶縁トポロジを有する力率補正段回路１０’に置き換えられる以外、第１実施形態とほぼ同じである。また、第４実施形態における各電源モジュール３０’は、第１実施形態における各電源モジュール３０と比較して、絶縁トポロジ３１をさらに含む（図８Ａ〜図８Ｃ参照）。

本発明の第４実施形態では、充放電モジュール２０の充電ユニット２３は、電池ユニット２１と力率補正段回路１０’の内部ＤＣ側とに結合される（図５に示すように、充電ユニット２３は、力率補正段回路１０’のＡＣ入力側とＤＣ出力側との間に介在して結合される）。図６Ａに示す力率補正段回路１０’が昇圧式力率補正段回路である場合、充電ユニット２３は、全波整流回路の出力側（即ち、昇圧式コンバータの入力側）に結合される。これにより、充電ユニット２３は、力率補正段回路１０’の内部ＤＣ側に結合される方式を実現することができる。

図６Ａ〜図６Ｂは、本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の力率補正段回路を示す回路図である。本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第４実施形態において、力率補正段回路１０’は、全波整流回路と昇圧コンバータとからなる昇圧力率補正段回路であってもよい（図６Ａに示す）。力率補正段回路１０’は、耐電磁干渉フィルタ１２をさらに備える昇圧力率補正段回路であってもよい（図６Ｂに示す）。

図７は、本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第５実施形態の力率補正段回路及び充放電モジュールの配置を示す回路ブロック図である。本発明の第５実施形態では、充放電モジュール２０の充電ユニット２３が電池ユニット２１と力率補正段回路１０’のＡＣ入力側とに結合される以外、上記の第４実施形態とほぼ同じである（図７に示すように、充電ユニット２３はＡＣ電源１００に結合される）。電池ユニット２１が充電される際、充電ユニット２３は、ＡＣ電源１００によって出力されるＡＣ電源を受けて、電池ユニット２１を充電するのに適した電圧に変換する。また、ＡＣ電源１００が異常である場合、電池ユニット２１が電気エネルギーを出力し、出力された電圧が昇圧変換ユニット２２によって昇圧されて、第２のＤＣ電源を供給する。各電源モジュール３０は、第２のＤＣ電源を受けて、第２のＤＣ電源を変換して各負荷２００に必要な電源を供給し、各負荷２００に対して給電し続けることができる。

図８Ａ〜図８Ｃは、本発明に係るＤＣ出力無停電電源装置の第４実施形態の電源モジュール及び操作ユニットの配置を示す回路ブロック図である。同図を参照すると、操作ユニット４１と電源モジュール３０との制御方式は、上記の第１実施形態と類似しているが、第４実施形態における各電源モジュール３０’は、第１実施形態における各電源モジュール３０と比較して、絶縁トポロジ３１をさらに含む点が異なっている。他の部分については、第１実施形態の対応する説明を参照されたい。詳細についてはここで省略する。

本発明のいずれかの実施形態のＤＣ出力無停電電源装置の使用する際、ＡＣ電源１００が正常である場合、少なくとも１つの電源モジュール３０は、第１のＤＣ電源を受けて、第１のＤＣ電源を変換して少なくとも１つの負荷２００に必要な電源を供給する。ＡＣ電源１００が異常である場合、少なくとも１つの電源モジュール３０は、第２のＤＣ電源を受けて、第２のＤＣ電源を変換して少なくとも１つの負荷２００に必要な電源を供給する。また、ユーザは、操作ユニット４１（ディップスイッチやつまみなどであってもよい）を介して各負荷２００の必要な電源を選択するので、少なくとも１つの電源モジュール３０、３０’は、第１のＤＣ電源及び第２のＤＣ電源のうちの一方を変換して、少なくとも１つの負荷２００に給電し続けることができる。したがって、ユーザは、異なる数量の負荷２００を自由に組み合わせたり、各負荷２００の必要な電力値を調整したり、使用上の必要又は各負荷２００の必要に応じて少なくとも１つの電源モジュール３０によって出力される関連電気値（例えば、電圧値及び電流値のうちの少なくとも一方）を自由に調整したり、商用電源が突然切れたときに、それに電気的に接続される複数の負荷２００の安全性を保護することができる。その結果、サイズを縮小し、製造コストを削減し、突然の停電によるハードウェアの損傷やデータの損失を回避することができる。

上記は、本発明の好ましい実施形態の詳細な説明及び図面に過ぎず、本発明の特徴はこれに限定されるものではないため、本発明を限定するために用いられるものではなく、本発明の全ての範囲は特許請求の範囲を基準とすべきである。およそ本発明の特許請求の範囲における技術的思想及びその類似の変化の実施形態に合うものは、いずれも本発明の範疇に含まれるものであって、当業者が本発明の範囲内で容易に想到し得る変化又は付加はいずれも本願の特許請求の範囲に含まれるものである。

１０ＡＣ／ＤＣ変換回路
１０’ 力率補正段回路
１１ａフライバック回路
１１ｂハーフブリッジ回路
１１ｃフルブリッジ回路
１１ｄフォワード回路
１１ｅプッシュプル回路
１２耐電磁干渉フィルタ
２０充放電モジュール
２１電池ユニット
２２昇圧変換ユニット
２３充電ユニット
３０、３０’ 電源モジュール
３１絶縁トポロジ
４０ユーザインタフェース
４１操作ユニット
１００ＡＣ電源
２００負荷
３００サブコントローラ
４００メインコントローラ
ＳＷ１〜ＳＷｎパワースイッチ
Ｓｃ１〜Ｓｃｎ制御信号

Claims

ＡＣ電源（１００）に接続され、第１のＤＣ電源を出力するＡＣ／ＤＣ変換回路（１０）と、
第２のＤＣ電源を出力する充放電モジュール（２０）と、
前記ＡＣ／ＤＣ変換回路（１０）と前記充放電モジュール（２０）とに結合され、前記第１のＤＣ電源及び前記第２のＤＣ電源のうちの一方を受ける少なくとも１つの電源モジュール（３０）と、
前記少なくとも１つの電源モジュール（３０）と少なくとも１つの負荷（２００）との間に介在して配置され、少なくとも１つの操作ユニット（４１）を有するユーザインタフェース（４０）と、を含み、
各前記操作ユニット（４１）は、各前記負荷（２００）の必要な電源に基づいて、前記少なくとも１つの電源モジュール（３０）に各前記負荷（２００）に電源を供給させることを特徴とするＤＣ出力無停電電源装置。
前記ＡＣ電源（１００）が正常であるとき、各前記電源モジュール（３０）は、前記第１のＤＣ電源を受け、前記ＡＣ電源（１００）が異常であるとき、各前記電源モジュール（３０）は、前記第２のＤＣ電源を受けることを特徴とする請求項１に記載のＤＣ出力無停電電源装置。
前記ＡＣ／ＤＣ変換回路（１０）は、前記ＡＣ電源（１００）に結合される絶縁トポロジ（３１）を有することを特徴とする請求項１に記載のＤＣ出力無停電電源装置。
前記充放電モジュール（２０）は、
電池ユニット（２１）と、
前記電池ユニット（２１）と前記少なくとも１つの電源モジュール（３０）とに結合される昇圧変換ユニット（２２）と、
前記電池ユニット（２１）と、前記ＡＣ／ＤＣ変換回路（１０）のＡＣ入力側、ＤＣ出力側、及び内部ＤＣ側のうちの一方とに結合される充電ユニット（２３）と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のＤＣ出力無停電電源装置。
各前記電源モジュール（３０）は、パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２〜ＳＷｎ）を有する降圧回路を含み、
前記降圧回路は、前記第１のＤＣ電源及び前記第２のＤＣ電源のうちの一方を受け、各前記電源モジュール（３０）の出力電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載のＤＣ出力無停電電源装置。
各前記操作ユニット（４１）は、メインコントローラ（４００）又は各前記電源モジュール（３０）に含まれるサブコントローラ（３００）により、各前記パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２〜ＳＷｎ）を制御し、
前記パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２〜ＳＷｎ）は、それぞれ前記メインコントローラ（４００）又は各前記サブコントローラ（３００）に結合され、
前記メインコントローラ（４００）又は各前記サブコントローラ（３００）は、各前記パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２〜ＳＷｎ）間の制御通信を提供することを特徴とする請求項５に記載のＤＣ出力無停電電源装置。
各前記操作ユニット（４１）は、メインコントローラ（４００）及び各前記電源モジュール（３０）に含まれるサブコントローラ（３００）により、各前記パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２〜ＳＷｎ）を制御し、
前記メインコントローラ（４００）は、各前記サブコントローラ（３００）と各前記パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２〜ＳＷｎ）とに結合され、
前記メインコントローラ（４００）は、各前記パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２〜ＳＷｎ）間の制御通信を提供することを特徴とする請求項５に記載のＤＣ出力無停電電源装置。
前記メインコントローラ（４００）又は各前記サブコントローラ（３００）は、パルス幅変調方式で各前記パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２〜ＳＷｎ）のデューティサイクルを制御して、各前記電源モジュール（３０）の出力電圧を制御することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のＤＣ出力無停電電源装置。
ＡＣ電源（１００）に接続され、第１のＤＣ電源を出力する力率補正段回路（１０’）と、
第２のＤＣ電源を出力する充放電モジュール（２０）と、
前記力率補正段回路（１０’）に結合され、前記第１のＤＣ電源及び前記第２のＤＣ電源のうちの一方を受ける少なくとも１つの電源モジュール（３０’）と、
前記少なくとも１つの電源モジュール（３０’）と少なくとも１つの負荷（２００）との間に介在して配置され、少なくとも１つの操作ユニット（４１）を有するユーザインタフェース（４０）と、を含み、
各前記操作ユニット（４１）は、各前記負荷（２００）の必要な電源に基づいて、前記少なくとも１つの電源モジュール（３０’）に各前記負荷（２００）に電源を供給させることを特徴とするＤＣ出力無停電電源装置。
前記ＡＣ電源（１００）が正常であるとき、各前記電源モジュール（３０’）は、前記第１のＤＣ電源を受け、前記ＡＣ電源（１００）が異常であるとき、各前記電源モジュール（３０’）は、前記第２のＤＣ電源を受けることを特徴とする請求項９に記載のＤＣ出力無停電電源装置。
前記充放電モジュール（２０）は、
電池ユニット（２１）と、
前記電池ユニット（２１）と前記少なくとも１つの電源モジュール（３０’）とに結合される昇圧変換ユニット（２２）と、
前記電池ユニット（２１）と、前記力率補正段回路（１０’）のＡＣ入力側及び内部ＤＣ側のうちの一方とに結合される充電ユニット（２３）と、を含むことを特徴とする請求項９に記載のＤＣ出力無停電電源装置。
各前記電源モジュール（３０’）は、前記負荷（２００）に結合される絶縁トポロジ（３１）を有し、
前記絶縁トポロジ（３１）は、パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２〜ＳＷｎ）を有し、
各前記パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２〜ＳＷｎ）は、前記力率補正段回路（１０’）に結合されることを特徴とする請求項９に記載のＤＣ出力無停電電源装置。
各前記操作ユニット（４１）は、メインコントローラ（４００）又は各前記電源モジュール（３０’）に含まれるサブコントローラ（３００）により、各前記パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２〜ＳＷｎ）を制御し、
各前記パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２〜ＳＷｎ）は、それぞれ前記メインコントローラ（４００）又は各前記サブコントローラ（３００）に結合され、
前記メインコントローラ（４００）又は各前記サブコントローラ（３００）は、各前記パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２〜ＳＷｎ）間の制御通信を提供することを特徴とする請求項１２に記載のＤＣ出力無停電電源装置。
各前記操作ユニット（４１）は、メインコントローラ（４００）及び各前記電源モジュール（３０’）に含まれるサブコントローラ（３００）により、各前記パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２〜ＳＷｎ）を制御し、
前記メインコントローラ（４００）は、各前記サブコントローラ（３００）と各前記パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２〜ＳＷｎ）とに結合され、
前記メインコントローラ（４００）は、各前記パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２〜ＳＷｎ）間の制御通信を提供することを特徴とする請求項１２に記載のＤＣ出力無停電電源装置。
前記メインコントローラ（４００）又は各前記サブコントローラ（３００）は、パルス幅変調方式で各前記パワースイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２〜ＳＷｎ）のデューティサイクルを制御して、各前記電源モジュール（３０’）の出力電圧を制御することを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載のＤＣ出力無停電電源装置。