JP3226396B2 - 直流電源装置 - Google Patents

直流電源装置

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JP3226396B2
JP3226396B2 JP26178493A JP26178493A JP3226396B2 JP 3226396 B2 JP3226396 B2 JP 3226396B2 JP 26178493 A JP26178493 A JP 26178493A JP 26178493 A JP26178493 A JP 26178493A JP 3226396 B2 JP3226396 B2 JP 3226396B2
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啓一 佐藤
昇 鈴木
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,蓄電池の過放電を防止
するためのスイッチを備えた直流電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】通信用電源に多用されて来たシリコンド
ロッパ方式は,常用電源が正常な状態ではシリコンドロ
ッパで電圧をドロップさせ,停電時にはシリコンドロッ
パを短絡することにより,負荷に供給される電圧を規格
内に補償するものであり,従来から広く知られている。
図4により従来のシリコンドロッパ式直流電源装置を説
明すると,交流入力端子1,2間には(n+1)台の整
流器ユニット30 ,31 ,・・・・3N が並列に接続さ
れており,それらの共通の出力側直流端子4と5間には
複数の蓄電池を直列接続してなる蓄電池6が接続されて
いる。正,負の負荷端子7,8の内の端子8と共通の出
力側直流端子5間には,電圧調整部として複数のシリコ
ンダイオードを直列接続してなるシリコンドロッパ9’
と,停電時における蓄電池6の過放電を防ぐための過放
電防止用スイッチ10が直列に接続され,またシリコン
ドロッパ9’には並列に短絡スイッチ11が接続されて
いる。これらスイッチの開閉は制御回路12により制御
される。
【0003】このような直流電源装置には高い信頼性が
要求され,整流器ユニットも故障に備えて予備機が1台
備えられ,かつ蓄電池6も備えられており,また,シリ
コンドロッパ9’には並列に短絡スイッチ11が接続さ
れているので,これら構成については非常に信頼度が高
い。しかし,整流器ユニットなどを含む常用電源が正常
で常用電源側から給電している状態,あるいは常用電源
が停電状態で蓄電池6から給電している状態のいずれで
も,給電状態では過放電防止用スイッチ10は必ず閉じ
ており,過放電防止用スイッチ10を通して負荷電流が
流れる。したがって,この過放電防止用スイッチ10が
破損すると,この直流電源装置は負荷に給電できなくな
る。
【0004】この過放電防止用スイッチ10は,常用電
源が停電時に蓄電池6の過放電を防ぐために開放動作を
行うだけであるが,前述のように常時主電流が流れてい
ることもあって故障することがあり,単体で主電流路に
挿入されているだけであるので,過放電防止用スイッチ
10の信頼度によって直流電源装置の信頼度が大きく左
右されてしまう問題がある。
【0005】もう一つの問題点は,回路構成上,停電の
回復時に蓄電池6の充電を優先させ,蓄電池6の充電電
圧が設定値に達した後に負荷へ給電する方式を採ってい
たために,停電の回復後直ぐに負荷へ給電が行われない
ところにある。つまり,比較的長い停電の場合には蓄電
池6の充電電圧が大幅に降下しているために,停電の回
復により整流器ユニット30 ,31 ,・・・・3N の出
力電圧が正常値に復帰しても,共通の出力側直流端子4
と5の間の電圧は直ぐには上昇しないから,過放電防止
用スイッチ10は開いたままに保持される。この状態
は,蓄電池6の充電電圧がある設定レベルまで上昇する
までに要する時間,例えば15〜20分間保持されるの
で,停電の回復後15〜20分間は負荷に給電が行われ
ないという欠点があった。
【0006】この点についてもう少し詳しく説明する
と,過放電防止用スイッチ10の再投入される電圧レベ
ルを低く設定すれば,停電回復後に短時間で再投入され
るが,過放電防止用スイッチ10が再投入されて負荷に
給電が開始されるときは共通の出力側直流端子4と5の
電圧が短時間降下し,過放電防止用スイッチ10の開放
レベル以下に降下するとき再び過放電防止用スイッチ1
0が開放となってしまうので,結局,過放電防止用スイ
ッチ10はオンとオフを繰り返すことになる。この不安
定な動作を防止するため,過放電防止用スイッチ10の
再投入電圧レベルは開放電圧レベルよりもある電圧値だ
け大きく設定されおり,停電回復後に蓄電池6の充電電
圧がこの電圧値だけ上昇するのに,例えば15〜20分
間要していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような従
来の問題点を解決し,従来装置に特別な機構を付加する
ことなく,停電の回復後直ぐに負荷へ給電を行うと共
に,過放電防止用スイッチが破損しても常用電源側が正
常である限り負荷に給電できるようにしたものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明はこの課題を解決
するために、互いに並列接続された複数の整流器ユニッ
トと、これら複数の整流器ユニットの共通の出力側直流
端子間に接続された相互に直列の蓄電池と過放電防止用
スイッチと、この電圧調整部に並列に接続された短絡用
スイッチと、前記過放電防止用スイッチと短絡用スイッ
チの開閉制御を少なくとも行い得る制御回路とを備えた
直流電源装置であって、前記制御回路は、入力端子間の
入力電圧により停電の回復を検出する停電回復検出回路
と、出力側直流端子間の電圧の検出値が設定下限値より
も低くなるとき前記過放電防止用スイッチを開き、かつ
停電回復後あらかじめ決めた時間が経過するとき前記開
放状態の過放電防止用スイッチを閉じる回路と、前記出
力側直流端子間の電圧が設定値よりも低下したとき前記
短絡用スイッチを開き、かつ停電回復時に予め決めた時
間が経過するとき前記短絡用スイッチを閉じる回路とを
備え、停電の回復後直ぐに前記電圧調整部を通して前記
負荷へ給電を開始し,その後に前記過放電防止用スイッ
チを閉じると共に短絡用スイッチを閉じ、前記負荷へ給
電を続けながら前記過放電防止用スイッチを通して前記
蓄電池の充電を開始する直流電源装置を提案するもので
ある。
【0009】
【実施例】図1および図2により本発明の一実施例につ
いて説明を行う。図4で示した記号と同一の記号は相当
する部材を示す。先ずこの発明の従来と異なる点は,過
放電防止用スイッチ10を主電流路に挿入せずに,共通
の出力側直流端子4と5間に蓄電池6と直列接続したと
ころにあり,停電の回復と同時に負荷への給電を開始す
ることを優先させ,負荷へ給電している状態で過放電状
態にある蓄電池6の充電を開始する方式を採っている。
交流入力端子1と2間に互いに並列接続された(n+
1)台の整流器ユニット30 〜3N は交流電力を直流電
力に変換し,過放電防止用スイッチ10を通して蓄電池
6を浮動充電しながら,シリコンドロッパ,DCーDC
コンバータあるいは昇降圧チョッパのような電圧調整部
9と短絡用スイッチ11からなる負荷電圧補償部を介し
て負荷へ電力を供給する。
【0010】制御回路12は図2に示すように,共通の
出力側直流端子4と5との間の電圧VR に比例する第1
の電圧検出信号を生じる第1の電圧検出回路12A,共
通の出力側直流端子4と5との間の電圧VR に比例する
第2の電圧検出信号を生じる第2の電圧検出回路12
B,第1の電圧検出回路12Aからの第1の電圧検出信
号により過放電防止用スイッチ10の開閉を制御し駆動
する第1のスイッチ制御部12Cと第1のスイッチ駆動
部12E,第2の電圧検出回路12Bからの第2の電圧
検出信号により短絡用スイッチ11の開閉を制御し駆動
する第2のスイッチ制御部12Dと第2のスイッチ駆動
部12F,入力端子2からの入力信号により停電の回復
を検出する停電回復検出回路12G,および停電回復検
出回路12Gからの停電回復信号を一定時間遅延する時
定数回路のような遅延回路12Hなどからなる。
【0011】第2のスイッチ制御部12Dと第2のスイ
ッチ駆動部12Fは,共通の出力側直流端子4と5間の
電圧VR がある上限電圧レベルより高いとき短絡用スイ
ッチ11を開く。したがって,負荷電流IL は電圧調整
部9を介して流れ,負荷端子7と8間の電圧,つまり,
負荷電圧VL は電圧VR から電圧調整部9の順方向電圧
D を差し引いた電圧(VR −VD )になり,予め決め
られた上限電圧を越えないように調整される。
【0012】また,第2のスイッチ制御部12Dと第2
のスイッチ駆動部12Fは共通の出力側直流端子4と5
間の電圧VR が予め決められた下限電圧レベルより低く
なると,短絡用スイッチ11を閉じ,電圧調整部9を短
絡してその間の電圧ドロップを実質的にゼロとし,負荷
電圧VL が予め決められた下限電圧より低下しないよう
に調整する。このようにして,負荷電圧VL は予め決め
た許容電圧範囲内に入るよう調整される。
【0013】他方,過放電防止用スイッチ10は常時閉
じた状態にあり,整流器ユニット30 〜3N ,又は過放
電防止用スイッチ10を通して蓄電池6から負荷へ電力
を供給しているが,停電または整流器ユニット30 〜3
N の一部分に故障が発生すると,負荷電力の不足分を蓄
電池6が供給する。この状態が長時間継続されると,蓄
電池6が過放電となるので,これを防止するため,第1
の電圧検出回路12Aからの第1の電圧検出信号が設定
下限値以下になると,第1のスイッチ制御部12Cと第
1のスイッチ駆動部12Eが過放電防止用スイッチ10
を開く。また,蓄電池6が過放電となると,制御回路1
2は蓄電池6の充電電圧が設定下限値より低下したこと
を検出し,短絡用スイッチ11を開く。この開状態は後
で述べるように,停電が回復してある所定時間経過後に
制御回路12が短絡用スイッチ11に閉信号を与えるま
で維持される。
【0014】この回路構成では,蓄電池6の充電電圧が
設定下限値より低い状態にあれば過放電防止用スイッチ
10は必ず開いた状態にあるので,この状態で停電が回
復した場合,蓄電池6の充電電圧の状態にほとんど影響
されることなく共通の出力側直流端子4と5間の電圧は
急激に上昇し,停電の回復と同時に整流器ユニット30
〜3N から負荷へ電力の供給が始まる。この点について
図3を用いて説明する。時刻t1 で停電が回復する
と,共通の出力側直流端子4と5間の電圧VR は急激に
上昇するが,遅延回路12Hが停電回復検出回路12G
から停電回復検出信号を,例えば1秒程度の所定の短い
一定時間だけ遅延し,時刻t2 まで短絡用スイッチ11
を開いた状態に保持するので,その遅延時間に相当する
短い期間だけ負荷への給電は必ず電圧調整部9を通して
行われ,したがって,負荷電圧VLは上限レベルVU
超えることはない。
【0015】このとき,共通の出力側直流端子4と5間
の電圧VR がその急上昇の途中である電圧レベルに達す
るのに伴い,負荷電流IL がほぼ一定レベルで流れる。
このことは停電の回復と同時に負荷へ電力が供給される
ことを示しており,この点が従来とは異なる点である。
また停電が回復して負荷に安定に給電を開始した後,遅
延回路12Hによる短い一定時間が経過した時刻t
2 で,第1のスイッチ制御部12Cと第1のスイッチ駆
動部12Eが過放電防止用スイッチ10を閉じて共通の
出力側直流端子4から蓄電池6へ充電電流IB を通流さ
せる一方,第1のスイッチ駆動部12Eからの駆動信号
を受けて,第2のスイッチ制御部12Dは短絡用スイッ
チ11を通常の制御状態に戻す。以後蓄電池6は浮動充
電され,短絡用スイッチ11は共通の出力側直流端子4
と5間の電圧VR の大きさに応じて開閉制御される。そ
の開閉制御期間では,通常,電圧VR は蓄電池6の充電
電圧の上昇に伴い上昇する傾向を呈するが,負荷電圧V
L は電圧調整部9の働きにより上限レベルVU を超える
ことはない。
【0016】次にもし過放電防止用スイッチ10が故障
して開放状態のままになったとしても,整流器ユニット
0 〜3N 側の常用電源側が正常ならば,過放電防止用
スイッチ10の状態に無関係に負荷への給電が行われ
る。この点も従来装置と大きく異なるところである。
また,過放電防止用スイッチ10は,蓄電池6が故障し
た場合にこれを切り離す役割も果たすことができ,蓄電
池6を切り離すことにより整流器ユニット30 〜3N
の常用電源側から負荷へ継続して電力を供給できる。
【0017】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように,この
直流電源装置では過放電防止用スイッチ10を主電流路
に接続しておらず,整流器ユニット30 〜3N の共通の
出力側直流端子4と5とに間に蓄電池6と直列に接続し
ており,停電回復時に蓄電池6が過放電状態にあれば必
ず過放電防止用スイッチ10は開いた状態にあるから,
蓄電池6の電圧に影響されることなく停電の回復後直ち
に整流器ユニット30 〜3N から負荷に給電を行えると
共に,過放電防止用スイッチ10が故障で開いたままに
なっても,整流器ユニット30 〜3N 側が正常ならば負
荷に給電することができる。また過放電防止用スイッチ
10が故障で開いたままの状態で,仮に整流器ユニット
0 〜3N の内の1台が故障しても,予め予備機を1台
備えているので,負荷への給電を行うことができ,した
がって,この直流電源装置の信頼性は,過放電防止用ス
イッチ10の故障率によって影響をほとんど受けない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の直流電源装置の一実施例を説明するた
めの図面である。
【図2】本発明の直流電源装置の制御回路の一例を示す
図面である。
【図3】本発明を説明するための電圧,電流波形図であ
る。
【図4】従来の直流電源装置を説明するための図であ
る。
【符号の説明】
1,2・・・交流入力端子 30 〜3N ・・・整流器ユニット 4,5・・・共通の出力側直流端子 6・・・蓄電池 7,8・・・負荷端子 9・・・電圧調整部 10・・・過放電防止用スイッチ 11・・・短絡用スイッチ 12・・・制御回路 12A・・第1の電圧検出回路 12B・・第2の電圧検出回路 12C・・第1のスイッチ制御部 12D・・第1のスイッチ駆動部 12E・・第2のスイッチ制御部 12F・・第2のスイッチ駆動部 12G・・停電回復検出回路 12H・・遅延回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−293939(JP,A) 特開 平3−139132(JP,A) 実開 平3−12398(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/08 H02H 7/18 H02J 7/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに並列接続された複数の整流器ユニ
    ットと、 これら複数の整流器ユニットの共通の出力側直流端子間
    に接続された相互に直列の蓄電池と過放電防止用スイッ
    チと、 前記整流器ユニットの共通の出力側直流端子と負荷端子
    間に接続された電圧調整部と、 該電圧調整部に並列に接続された短絡用スイッチと、 前記過放電防止用スイッチと短絡用スイッチの開閉制御
    を少なくとも行い得る制御回路とを備えた直流電源装置
    であって、 前記制御回路は、入力端子間の入力電圧により停電の回
    復を検出する停電回復検出回路と、出力側直流端子間の
    電圧の検出値が設定下限値よりも低くなるとき前記過放
    電防止用スイッチを開き、かつ停電回復後あらかじめ決
    めた時間が経過するとき前記開放状態の過放電防止用ス
    イッチを閉じる回路と、前記出力側直流端子間の電圧が
    設定値よりも低下したとき前記短絡用スイッチを開き、
    かつ停電回復時に予め決めた時間が経過するとき前記短
    絡用スイッチを閉じる回路とを備え、停電の回復後直ぐ
    に前記電圧調整部を通して前記負荷へ給電を開始し,そ
    の後に前記過放電防止用スイッチを閉じると共に短絡用
    スイッチを閉じ、前記負荷へ給電を続けながら前記過放
    電防止用スイッチを通して前記蓄電池の充電を開始する
    ことを特徴とする直流電源装置。
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