JP2022172556A - Power supply device and voltage-generating circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、電源装置および電圧生成回路に関する。 Embodiments of the present invention relate to power supply devices and voltage generation circuits.
充電池や乾電池を使用する機器や電源装置では、定期的に充電池を充電したり、乾電池を交換する必要がある。そのため、この種の機器は、長時間の連続的な使用が困難であり、また、機器を長時間使用する場合には、あらかじめ、複数の乾電池や蓄電池を準備しておく必要がある。そこで、電池の寿命を延ばすための技術が種々提案されている(例えば特許文献1参照)。 Devices and power supply devices that use rechargeable batteries or dry batteries require periodic charging of the rechargeable batteries or replacement of the dry batteries. Therefore, it is difficult to use this type of equipment continuously for a long period of time, and in order to use the equipment for a long period of time, it is necessary to prepare a plurality of dry batteries or storage batteries in advance. Therefore, various techniques have been proposed for extending the battery life (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に開示された技術では、電池にシートを装着する必要があるため、汎用の充電池や乾電池に使用するのが困難であった。 However, with the technology disclosed in Patent Document 1, it is difficult to use the technology for general-purpose rechargeable batteries and dry batteries because it is necessary to attach the sheet to the battery.
本発明は、上述の事情の下になされたもので、電池の種別にかかわらず、電源装置などに用いられる電池の長寿命化を図ることを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to extend the life of a battery used in a power supply device or the like regardless of the battery type.
上記課題を解決するために、実施形態に係る電源装置は、電池とDC/ACコンバータと電圧生成回路と帰還回路とを備える。DC/ACコンバータは、電池から供給された直流電圧を交流電圧に変換する。電圧生成回路は、DC/ACコンバータの出力端子に接続され、交流電圧を直流電圧に変換することにより直流電圧を発生する。帰還回路は、電圧生成回路の出力を電池に帰還する。 In order to solve the above problems, a power supply device according to an embodiment includes a battery, a DC/AC converter, a voltage generation circuit, and a feedback circuit. A DC/AC converter converts a DC voltage supplied from a battery into an AC voltage. The voltage generation circuit is connected to the output terminal of the DC/AC converter and generates a DC voltage by converting an AC voltage into a DC voltage. The feedback circuit feeds back the output of the voltage generation circuit to the battery.
(実施形態1)
以下、本実施形態を、図面を用いて説明する。図1は、実施形態に係る電源装置1の構成図である。電源装置1は、電池10、スイッチ11、DC/ACコンバータ20、電圧生成回路30、逆流阻止ダイオード40、帰還回路50を有する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a power supply device 1 according to an embodiment. The power supply device 1 has a
電池10は、例えば、充電可能な鉛蓄電池もしくはリチュームイオン電池である。ここでは、電池10は、出力1.5Vのリチュームイオン電池を直列に10個接続して構成されている。スイッチ11は、電池10の出力を開閉し、電源装置1をON/OFFするためのスイッチである。
DC/ACコンバータ20は、電池10から出力される直流電圧を交流電圧に変換する。DC/ACコンバータ20は、スイッチングレギュレータ方式のコンバータである。例えば、DC/ACコンバータ20の出力電圧は、1キロボルト以上である。ここでは、DC/ACコンバータ20の出力電圧は、約40万ボルトである。DC/ACコンバータ20のスイッチング周波数は、例えば、数十kHzである。DC/ACコンバータ20は、外部機器が接続される端子T1,T2を有している。
DC/
電圧生成回路30は、DC/ACコンバータ20に設けられた端子T1に接続されている。図2は、電圧生成回路30の構成図である。電圧生成回路30は、ダイオード31(第1の整流素子)、ダイオード32(第2の整流素子)、トランス33、ダイオード34、コンデンサ35を有する。
The
端子T1には、ダイオード31のアノードと、ダイオード32のカソードが接続されている。また、ダイオード31のカソードと、ダイオード32のアノードには、トランス33の一次巻き線が接続されている。トランス33の二次巻き線には、ダイオード34が直列に接続され、コンデンサ35が並列に接続されている。ダイオード34とコンデンサ35は、平滑回路を構成する。
The anode of the
図1及び図2を参照するとわかるように、トランス33の二次巻き線の高圧側の端は、ダイオード34に直列に接続される逆流阻止ダイオード40と、スイッチ11を介して、電池10の陽極に接続される。また、トランス33の二次巻き線の低圧側の端は、電池10の負極に接続される。これによって、電圧生成回路30、逆流阻止ダイオード40は、帰還回路50を構成する。
1 and 2, the high voltage end of the secondary winding of
電圧生成回路30を構成するトランス33の二次側に電圧が発生すると、電流は、帰還回路50を構成する逆流阻止ダイオード40を介して、電圧生成回路30から電池10の陽極へ向かって流れる。
When a voltage is generated on the secondary side of the
次に、電源装置1の動作について説明する。スイッチ11をONにすることにより、電池10からDC/ACコンバータ20に、約15Vの直流電圧が入力される。DC/ACコンバータ20は、端子T1と端子T2との間に約40万ボルトの交流電圧を出力する。
Next, operation of the power supply device 1 will be described. By turning on the switch 11 , a DC voltage of about 15 V is input from the
図3は、電圧生成回路30の等価回路である。トランス33の一次巻き線の線間には、浮遊容量C1が存在する。また、トランス33の一次巻き線と端子T2との間には、浮遊容量C2が存在する。浮遊容量は、トランス33の一次巻き線の各部と端子T2との間に存在するが、ここでは、説明を容易にするために、トランス33のダイオード32のアノード側と端子T2との間の浮遊容量が大きいと仮定し、浮遊容量C2のみが存在するものとして説明する。
FIG. 3 is an equivalent circuit of the
DC/ACコンバータ20は、端子T1と端子T2との間に交流電圧を出力する。端子T2の電位に対して端子T1の電位が高い場合、図3に点線で示すように、端子T1,ダイオード31、トランス33の一次巻き線と浮遊容量C1,浮遊容量C2,端子T2と流れる電流ループが形成される。この電流により、トランス33の一次巻き線の両端に電圧が発生する。また、浮遊容量C1には電荷がチャージされる。
DC/AC converter 20 outputs an alternating voltage between terminals T1 and T2. When the potential of the terminal T1 is higher than the potential of the terminal T2, as indicated by the dotted line in FIG. A loop is formed. This current generates a voltage across the primary winding of the
端子T2の電位に対して端子T1の電位が低い場合、端子T2,浮遊容量C2,ダイオード32、端子T1と流れる電流ループが形成される。この時、ダイオード31があるため、トランス33の一次巻き線と浮遊容量C1には電流が流れない。浮遊容量C1にチャージされた電荷は、トランス33の一次巻き線を介して放電される。放電に伴って、トランス33の一次巻き線および浮遊容量C1の両端の電圧は減少する。
When the potential of the terminal T1 is lower than the potential of the terminal T2, a current loop is formed through the terminal T2, the stray capacitance C2, the
再び、端子T2の電位に対して端子T1の電位が高くなると、図3に点線で示す電流ループが形成され、トランス33の一次巻き線の両端には電圧が発生する。このように、DC/ACコンバータ20の出力端子間の電圧変化に伴い、トランス33の一次側には交流電圧が発生する。
When the potential of the terminal T1 becomes higher than the potential of the terminal T2 again, a current loop indicated by the dotted line in FIG. Thus, an AC voltage is generated on the primary side of the
トランス33の二次側には、トランス33の一次側に発生した交流電圧を昇圧もしくは降圧した交流電圧が発生する。ダイオード34とコンデンサ35は、トランス33の二次側に発生した交流電圧を平滑して直流電圧を生成する。トランス33の一次側巻き線と二次側巻き線の巻き数比は、位置P3と位置P4の間に出力される直流電圧V2が、電池10の両端の電圧V1より少し高くなるように設定する。電池10の満充電時の出力電圧を16.5V、電源装置1を利用する電子機器(負荷回路)に必要な最低電圧を13.5Vと仮定する。この場合、トランス33の巻き数比は、位置P3と位置P4の間の直流電圧V2が、例えば、16.0Vから16.5Vになるように設定する。
On the secondary side of the
位置P3と位置P4の間の直流電圧V2が電池10の両端の電圧V1よりも高い場合、電圧生成回路30から帰還回路50を介して電池10に電力が供給され、電池10は充電される。位置P1と位置P2の間の電圧V1が位置P3と位置P4の間の直流電圧V2より高い場合、逆流阻止ダイオード40があるので、電池10から帰還回路50を介して電圧生成回路30に電流が流れ込むことはない。
When the DC voltage V2 between the positions P3 and P4 is higher than the voltage V1 across the
図4は、端子T1と端子T2の間に所定の負荷回路を接続した場合の電池10の両端の電圧V1の時間変化を示すグラフである。縦軸は、電池10の両端の電圧V1を示す。横軸は、経過時間を示す。丸印によって規定される曲線は、図1に示される帰還回路50を有する電源装置1を構成する電池10の電圧V1の変化を示す。三角印によって規定される曲線は、帰還回路50がない従来の電源装置における電池10の電圧V1の変化を示す。
FIG. 4 is a graph showing temporal changes in the voltage V1 across the
図4のVHは、電池10が満充電された状態の電池10の両端の電圧である。VHは、例えば、16.5Vである。VLは、例えば、13.5Vである。時間t1は、電源装置1を構成する電池10の電圧V1がVHからVLに至るまでの時間である。時間t2は、帰還回路50を持たない従来の電源装置1を構成する電池10の電圧V1がVHからVLに至るまでの時間である。
VH in FIG. 4 is the voltage across the
端子T1と端子T2の間に接続される負荷回路の消費電力が小さいほど、時間t1と時間t2の比K(K=t1/t2)は大きくなるという実験結果を得た。例えば、LEDのように消費電力が小さい負荷回路を接続した場合、Kの値が1.2以上になることもあった。 An experimental result was obtained that the smaller the power consumption of the load circuit connected between the terminals T1 and T2, the larger the ratio K (K=t1/t2) between the time t1 and the time t2. For example, when a load circuit with low power consumption such as an LED is connected, the value of K may be 1.2 or more.
以上に説明したように、実施形態に係る電源装置1は、DC/ACコンバータ20と電圧生成回路30と帰還回路50を有する。電源装置1は、電圧生成回路30で発生した直流電圧を帰還回路50で電池10に帰還することで、電池10を充電する。これにより、電池10に蓄積された電力の低減を抑制することができるものと思われる。
As described above, the power supply device 1 according to the embodiment has the DC/
また、DC/ACコンバータ20の端子T1と端子T2に接続される負荷が誘導性である場合には、電圧生成回路30のコンデンサ35の容量を、トランス33の巻き線のインダクタンスに比較して、大きくすることで、交流電圧が出力される端子T1,T2から負荷側の力率が高くなる。これにより、負荷への送電効率が向上し、結果的に電池10の電圧降下を抑制することができる。また、DC/ACコンバータ20の端子T1と端子T2に接続される負荷が容量性である場合には、電圧生成回路30のコンデンサ35の容量を、トランス33の巻き線のインダクタンスに比較して、小さくすることで、交流電圧が出力される端子T1,T2から負荷側の力率が高くなる。これにより、負荷への送電効率が向上し、結果的に電池10の電圧降下を抑制することができる。
Further, when the load connected to the terminals T1 and T2 of the DC/
なお、上記の説明では、端子T1にのみ電圧生成回路30を接続する場合について説明した。しかし、端子T1と端子T2それぞれに電圧生成回路30を接続してもよい。この場合、何れか一方の電圧生成回路30の出力を逆流阻止ダイオード40を介して帰還回路50により電池10に帰還する。また、電圧生成回路30の出力にLEDのような消費電力の小さい負荷回路を接続して使用することもできる。
In the above description, the case where the
また、上記の説明では、DC/ACコンバータ20が約40万ボルトの交流電圧を出力する場合について説明したが、DC/ACコンバータ20の出力電圧は、40万ボルトに限定されるものではない。
Also, in the above description, the case where the DC/
DC/ACコンバータ20の出力電圧が高いほど、トランス33の一次側に印加される電圧は大きくなる。DC/ACコンバータ20の出力電圧が低い場合、トランス33の巻き数比を大きくすることにより、電圧生成回路30の出力電圧を高くすることができる。
The voltage applied to the primary side of the
また、電圧生成回路30のダイオード31もしくはダイオード32の何れか一方を省力もしくは固定抵抗に置き換えることができる場合もある。
In some cases, either the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
1…電源装置
10…電池
11…スイッチ
20…DC/ACコンバータ
30…電圧生成回路
31,32,34…ダイオード(整流素子)
33…トランス(変圧器)
35…コンデンサ
40…逆流阻止ダイオード
50…帰還回路
C1,C2…浮遊容量
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...
33 ... transformer (transformer)
35...
上記課題を解決するために、実施形態に係る電源装置は、電池とDC/ACコンバータと電圧生成回路と帰還回路とダイオードとを有する。DC/ACコンバータは、電池から供給された直流電圧を交流電圧に変換する。電圧生成回路は、DC/ACコンバータの出力端子に接続され、交流電圧を直流電圧に変換することにより直流電圧を発生する。帰還回路は、電圧生成回路の出力を前記電池に帰還する。ダイオードは、電池と電圧生成回路との間に設けられ、電池から電圧生成回路に電流が流れ込むことを阻止する。電圧生成回路は、DC/ACコンバータの一対の出力端子の一方にのみにアノードが接続される第1の整流素子と、第1の整流素子のアノードにカソードが接続される第2の整流素子と、第1の整流素子のカソードと第2の整流素子のアノードとの間に一次巻き線が接続さる変圧器と、変圧器の二次巻き線に接続される平滑回路と、を有する。 In order to solve the above problems, a power supply device according to an embodiment has a battery, a DC/AC converter, a voltage generation circuit, a feedback circuit, and a diode . A DC/AC converter converts a DC voltage supplied from a battery into an AC voltage. The voltage generation circuit is connected to the output terminal of the DC/AC converter and generates a DC voltage by converting an AC voltage into a DC voltage. A feedback circuit feeds back the output of the voltage generation circuit to the battery. A diode is provided between the battery and the voltage generation circuit to prevent current from flowing from the battery to the voltage generation circuit. The voltage generating circuit includes a first rectifying element whose anode is connected only to one of a pair of output terminals of the DC/AC converter, and a second rectifying element whose cathode is connected to the anode of the first rectifying element. , a transformer with a primary winding connected between the cathode of the first rectifying element and the anode of the second rectifying element, and a smoothing circuit connected to the secondary winding of the transformer.
上記課題を解決するために、実施形態に係る電源装置は、電池とDC/ACコンバータと電圧生成回路と帰還回路とダイオードとを有する。DC/ACコンバータは、電池から供給された直流電圧を交流電圧に変換する。電圧生成回路は、DC/ACコンバータの出力端子に接続され、交流電圧を直流電圧に変換することにより直流電圧を発生する。帰還回路は、電圧生成回路の出力を前記電池に帰還する。ダイオードは、電池と電圧生成回路との間に設けられ、電池から電圧生成回路に電流が流れ込むことを阻止する。電圧生成回路は、DC/ACコンバータの一対の出力端子の一方にのみにアノードが接続される第1の整流素子と、第1の整流素子のアノードにカソードが接続される第2の整流素子と、第1の整流素子のカソードと第2の整流素子のアノードとの間に一次巻き線が接続される変圧器と、変圧器の二次巻き線に接続される平滑回路と、を有する。 In order to solve the above problems, a power supply device according to an embodiment has a battery, a DC/AC converter, a voltage generation circuit, a feedback circuit, and a diode. A DC/AC converter converts a DC voltage supplied from a battery into an AC voltage. The voltage generation circuit is connected to the output terminal of the DC/AC converter and generates a DC voltage by converting an AC voltage into a DC voltage. A feedback circuit feeds back the output of the voltage generation circuit to the battery. A diode is provided between the battery and the voltage generation circuit to prevent current from flowing from the battery to the voltage generation circuit. The voltage generating circuit includes a first rectifying element whose anode is connected only to one of a pair of output terminals of the DC/AC converter, and a second rectifying element whose cathode is connected to the anode of the first rectifying element. , a transformer with a primary winding connected between the cathode of the first rectifying element and the anode of the second rectifying element, and a smoothing circuit connected to the secondary winding of the transformer.
Claims (7)
前記電池から供給された直流電圧を交流電圧に変換するDC/ACコンバータと、
前記DC/ACコンバータの出力端子に接続され、交流電圧を直流電圧に変換することにより直流電圧を発生する電圧生成回路と、
前記電圧生成回路の出力を前記電池に帰還する帰還回路と、
を備える電源装置。 a battery;
a DC/AC converter that converts a DC voltage supplied from the battery into an AC voltage;
a voltage generation circuit connected to an output terminal of the DC/AC converter and configured to convert an AC voltage into a DC voltage to generate a DC voltage;
a feedback circuit that feeds back the output of the voltage generation circuit to the battery;
power supply.
一次側が前記DC/ACコンバータに接続され、二次側が前記帰還回路に接続される変圧器と、
前記変圧器に設けられる平滑回路と、
を含む請求項1に記載の電源装置。 The voltage generation circuit is
a transformer having a primary side connected to the DC/AC converter and a secondary side connected to the feedback circuit;
a smoothing circuit provided in the transformer;
The power supply of claim 1, comprising:
前記変圧器の一次側に設けられる整流素子と、
前記変圧器の二次側に設けられる整流素子と、
を備える請求項2に記載の電源装置。 The voltage generation circuit is
a rectifying element provided on the primary side of the transformer;
a rectifying element provided on the secondary side of the transformer;
3. The power supply of claim 2, comprising:
前記DC/ACコンバータの一対の出力端子の一方にのみ接続されている、
請求項2または3に記載の電源装置。 the primary side of the transformer,
connected to only one of a pair of output terminals of the DC/AC converter;
The power supply device according to claim 2 or 3.
請求項2から4の何れか一項に記載の電源装置。 the smoothing circuit includes a capacitor;
The power supply device according to any one of claims 2 to 4.
前記電池から供給された直流電圧を交流電圧に変換するDC/ACコンバータと、
前記DC/ACコンバータの出力端子に接続され、交流電圧を直流電圧に変換することにより直流電圧を発生する電圧生成回路と、
前記電圧生成回路の出力を前記電池に帰還する帰還回路と、
前記電池と前記電圧生成回路との間に設けられ、前記電池から前記電圧生成回路に電流が流れ込むことを阻止するダイオードと、
を有し、
前記電圧生成回路は、
前記DC/ACコンバータの一対の出力端子の一方にのみにアノードが接続される第1の整流素子と、
前記第1の整流素子のアノードにカソードが接続される第2の整流素子と、
前記第1の整流素子のカソードと前記第2の整流素子のアノードとの間に一次巻き線が接続さる変圧器と、
前記変圧器の二次巻き線に接続される平滑回路と、
を有する電源装置。 a battery;
a DC/AC converter that converts a DC voltage supplied from the battery into an AC voltage;
a voltage generation circuit connected to an output terminal of the DC/AC converter and configured to convert an AC voltage into a DC voltage to generate a DC voltage;
a feedback circuit that feeds back the output of the voltage generation circuit to the battery;
a diode provided between the battery and the voltage generation circuit for preventing current from flowing from the battery to the voltage generation circuit;
has
The voltage generation circuit is
a first rectifying element having an anode connected only to one of a pair of output terminals of the DC/AC converter;
a second rectifying element having a cathode connected to the anode of the first rectifying element;
a transformer having a primary winding connected between the cathode of the first rectifying element and the anode of the second rectifying element;
a smoothing circuit connected to the secondary winding of the transformer;
A power supply having a
前記第1の整流素子のアノードにカソードが接続される第2の整流素子と、
前記第1の整流素子のカソードと前記第2の整流素子のアノードとの間に一次巻き線が接続さる変圧器と、
前記変圧器の二次巻き線に接続される平滑回路と、
を有する電圧生成回路。
a first rectifying element having an anode connected only to one of a pair of output terminals of the DC/AC converter;
a second rectifying element having a cathode connected to the anode of the first rectifying element;
a transformer having a primary winding connected between the cathode of the first rectifying element and the anode of the second rectifying element;
a smoothing circuit connected to the secondary winding of the transformer;
A voltage generation circuit having
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