JP3747071B2 - 電源システム - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は非中断の分散型蓄電電源システムに関するものであり、更に詳細には故障や中断が許されない、敏感な方法で動作する遠隔通信システムや電子システムにおける電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２つの刊行物、J．Girard 著「Geode,un nouveau concept de l'alimentation en energie des systemes de telecommunications」(Echo des recherches, No. 113, 3rd semster 1983, pp.45 to 60) 及び 「Geode：ａ new generation of power plant for telecommunications facilities」(Communication and tranmission, No. 4, 1986) に記載されているように、図１に示すような従来の遠隔通信システムには、公称電圧４８ｖ下で直流電流が供給されている。
商用電気エネルギー配電網、即ち主電力供給源１０、またはこれと等しい電圧（ＡＣ電圧 ２３０／４００ｖ）を発生する緊急電力電源１１に基づいて、低電圧パネル１２は４００ｖの３相電圧を供給し、それは分散の後に整流器１４、１４’、蓄電池１５及びコンバータ１６、１６’を備えている受給側システム１３によって受け取られる。そして８ｖの直流電圧を発生させるために変換が行われ、この直流電圧をシステム１３内に供給するため及び蓄電池１５を再充電するために使用される。バッテリ１５は交流電圧の故障の間、緊急電力電源を運転状態にするに必要な時間前記システムに給電する。４８ｖの電圧は供給されるべきシステム１３を通じて分配され、電子カードで使用される各種の低電圧（５ｖ、＋−１２ｖ，ｅｔｃ）に変換される。
【０００３】
しかしながら、図２に示すように、従来の情報処理システムは通常集中非中断システム１７から供給される。これらの電源は例えば、静的変換器１８、コンバータ１９、２０及び４００ｖの蓄電池２１を備えている。装置２２で、供給カード２３、２３’がエレクトロニクスに要求される直流電圧（５ｖ，＋−１２ｖ，・・・）を２３０ｖ交流電圧から直接に供給する。
従来のシステムは主交流電圧電源を不足しないようにすることによって、非常に重要な電源保証をしていたけれども、それらにはまだ未だ多くの欠点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これ等の欠点は一面において技術的性質に基づくものである。遠隔通信システムにおいて、電気エネルギー蓄電のために４８ｖの電圧でＡＣ−ＤＣ電圧の変換の必要性がエネルギー系の効率を１０から２０％減少させる。更に、電話端末の遠隔電源に使用される４８ｖは将来のデジタル端末には適さないであろう。情報処理システムに電力を供給する非中断電源は一般的に静的接触子を持っており、その接触子が最適な条件下で、商用主電源による直接電源が入力整流器を介して平滑され、出力ウィグラーが整流器の出力側に接続されている電源との切替を保証する。瞬断時のスイッチングに対してシステムを保護し、より高い主電源平滑レベルを提供するために後者の動作モードは永続的に供給されている。 従って、効率と信頼性はこれらの３つの変換レベルを直列に接続したものとなる。それ故にそれ等は敏感なシステムの電源としては適当でない。
他方において、経済的な性質の欠点もある。ＡＣーＤＣ電圧変換のために適所に置かれる装置は供給されるシステムの電力要求に合わせて寸法が作られれ、従って高価となる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、正常な動作のおいて単一の変換レベルによって敏感な電気システムの電力供給を可能にする分散された蓄電供電システムの製造に関するものである。
この目的を達成するために、本発明は敏感に作動するシステムのための非中断分散型蓄電供電システムを提供するものであり、そのシステムは各受給側システムに接続される短期エネルギ蓄積供給回路を少なくとも１つと、中期エネルギ蓄積供給回路でその応答が短期エネルギ蓄積供給回路の自律遅れよりも短いものを具備していることを特徴としている。
好都合には、前記中期エネルギ蓄積供給回路は、並列に（オフモードで）動作するウィグラを具備する。
好都合には、前記短期エネルギ蓄積供給回路は入力と出力の間に連続して、整流平滑回路、変換回路、平滑回路、蓄電回路を含む緊急系、制御回路、蓄電回路を充電するため回路及びこれらの各回路を制御／点検する回路を具備する。
【０００６】
【作用】
本発明によるシステムは短期エネルギ蓄積供給回路と中期エネルギ蓄積供給回路が配電網のブレークダウンの後、緊急電源が稼働するまで蓄積した電気エネルギを供給する。また中期エネルギ蓄積供給回路の応答遅れは短期エネルギ蓄積供給回路の自律遅れよりも短時間であるので電力供給に中断が生じにくい。
【０００７】
【実施例】
遠隔通信または情報処理システムのような敏感な操作システムに対して、本発明による非中断の充放電システムが図３に示されている。その電源システムは、少なくとも１つの短期エネルギ蓄積供給回路３０と、中期エネルギ蓄積供給回路３１を具備している。短期エネルギ蓄積供給回路３０は受給側システムと関連しており、中期エネルギ蓄積供給回路３１と一緒に出来る限りシステムに接近して配置されている。中期エネルギ蓄積供給回路３１は短期エネルギ蓄積供給回路の自立遅れよりも短い応答遅れを有しており、中央位置に配置されている。電気エネルギ１０の配電と緊急電源１１は、２つの従来技術にも存在していたが、同じ引用番号で示されている。
中期エネルギ蓄積供給回路３１は、見張りとして置かれている汎用目的の変換装置と関連しており、長期緊急電源１１の立ち上がりを待つ間交流電圧を供給する役割をしている。
このようにして、もし配電網即ち主電源が数分間中断した場合でも、各短期エネルギ蓄積供給回路３０（１分以下）は、緊急電源１１が立ち上がる前に中期エネルギ蓄積供給回路３１（１時間以下）の電子機械接触子３５のスイッチングを作動させるために励起状態になる。このように、配電網１０の過度現象、例えば３００ｍｓ以下、を平滑する短期エネルギ蓄積供給回路の申し分のない電源の性質（１ｘ１０^−６）がある。
【０００８】
図３に示す中期放電回路３１は絶縁用変圧器３２、ウィグラ３３(wiggler)、電気機械接触子３５と制御装置３６を具備している。絶縁用変圧器３２の機能は全職員の安全を保証し、配電網１０によって放出されるあらゆるオーダの障害を最初に平滑するためである。ウィグラ３３は並列またはオフラインモードで動作し、見張状態にあり自律を引き起こすバッテリ３４と接続されている。電気機械接触子３５は、例えば通常タイプのものであり、配電網とウィグラのスイッチンッグを許容している。制御装置３６は上記種々の構成要素を制御可能にする。 好都合なことに、前記中期充放電回路３１は商用の最適化された無中断電源を改造することによって得られる。特に、整流ー平滑機能は、交流配電網１０の中断の結果として、無中断電源の作動に引き続いて起こるバッテリ３４の再充電を制限している。
【０００９】
図４に示すように、各短期充放電回路３０は、入力Ｅ（高交流電圧）と出力Ｓ（低電圧）との間に連続して、整流平滑回路４０、変換回路４１及び平滑回路４２を有している。回路３０は、また蓄電回路４３、レギュレータ、制御回路４４、蓄電回路４３を充電するための充電回路４５からなる緊急系及び上記した各回路を制御／検査する回路４６とを具備している。
以下の記述において、これら各回路を順番に検討する。
【００１０】
＜整流平滑回路４０＞
この回路は、２００ｖと４００ｖの間の電圧を供給し、交流電圧Ｅの中断に続いて数分間に亙り受給側システムの動作を維持し、整流された電圧を平滑する。この回路は、自明であるが、キャパシタバンクを充電するダイオードブリッジによって構成することが出来る。呼出電流は、これらのキャパシタを充電している間、正の温度係数をもつ可変抵抗器によって制限されている。一旦、充電が完了すると平均電流は減少し、可変抵抗器の抵抗は無視して良い状態となる。ダイオードブリッジの上流でＬＣフィルターが微分的性質と通常モードの外乱の再注入を減少させる。
【００１１】
＜変換回路４１＞
この回路は、１００ｋｈｚと１Ｍｈｚの間のクリッピング周波数で充電の機能として作動し、完全な充電下で８５％の効率を提供するＤＣ／ＤＣ変換器、３００ｖ／５ｖＤＣ／２００Ｗを用いて得られる。入力電圧範囲は２００ｖと４００ｖ間に広がる。
【００１２】
＜平滑回路４２＞
フィルターと保護回路は、 各回路３０の出力側に配置され、入力側でも同様であるが、出力または入力の外乱レベルを制限し、機能停止の場合に受給側システムを絶縁する。
【００１３】
＜蓄電回路４３＞
この回路４３は、例えば、出力６ｖを得るために、５個の各々が１．２ｖの要素からなる２列の形式で構成されたバッテリによって得ることができる。この２列構成は充電のだん長さと同様に各列に１５Ａだけ流すことができる。かくして、列の一方が機能停止の場合には他方が供給を保証し、自律は２以上に分割されているが、数分を越えて維持する。
【００１４】
＜制御回路４４＞
この実施例においては、各バッテリ列の端子間電圧は充電中は８ｖから、放電の終には５ｖから変化させることができる。しかしながら、放電中は出力側で５．１５ｖの一定電圧を供給する必要があり、従って各バッテリを制御する必要がある。
当業者に知られているように、そのような制御を生じさせるために一または二以上のＭＯＳトランジスタを使用することができる。そのＭＯＳトランジスタの相互コンダクタンスの性質はドレインソース電圧を変化せるように考慮される。この場合、差動増幅器はツェナダイオードから得られる基準入力電圧と変換回路４１の出力端で有効に測定される電圧との差を増幅する。基準入力電圧はマイクロプロセッサまたは制御器の動作を禁止する電圧検出器によってゼロにすることができる。供給が故障している間放電中の出力電圧を制御するのは後者の回路である。一方、マイクロプロセッサはその期間を制限する。
【００１５】
＜蓄電回路４３の充電回路４５＞
この回路はカドミニウムーニッケル電池を充電する３つの方法、即ち浮遊モード、迅速充電、緩慢充電のうち１つが使用される。
浮遊モードはそれがどんな状態にあっても弱電流で常時充電する。この方法の主な欠点には常時過充電するため前記回路４３の要素の経時的劣化が速められることである。
迅速充電は回路４３を大電流（例えば４Ａ）の下で１時間充電する。この方法は前記回路を迅速に充電するという利点を持つが、前の方法と同様にその経時的劣化を速める。
第三の方法は、有利に採用されており、弱電流を、例えば０．４Ａで、例えば１６時間緩慢充電する。ＥＤＦ回路網の平均故障時間（ＭＴＢＦ）は僅かに１６時間を越えており、新しい主電源の故障が発生する前に回路４３を再充電するための十分な時間を残している。ここで考慮されている実施例のシステムのだん長基準を満たすためにバッテリの各列はそれ自身の充電器を持っている。この充電器は例えば小さなブレークダウン電源で構成される。この電源の負帰還は電流閉回路制御である。この結果、電流発電機が生じ、それは０Ａと０．７Ａの間にある。この発電機は故障時にバッテリを再充電するために５．１５ｖから作動するチョッパ電圧を増加させる手段である。バッテリの各列の端子間電圧は充電の終わりには８ｖに達する。マイクロプロセッサから再充電を制御するために遠隔制御が備わっている。
【００１６】
＜制御／点検回路４６＞
この回路はマイクロコントローラによって形成可能で、それにより縮小された容積で、制御及びモニタリング目的のための高度の計算力と高度の柔軟性を可能にしている。又それが以下の新しい機能の付加を容易にしている。
回路４６は主電源の有無の検出を実行し、バッテリが使用されること、例えば毎日０．４Ａで１時間充電、放電時間Ｔ（ｈ）＝（ｔ／６００）＊（Ｉ／３０）＊６に比例して充電するのを維持したり、蓄電回路４３の欠陥、例えばバッテリのブロックの欠陥、即ち電圧＜６ｖの検出や、電流の点検及び出力電圧がＶｓ＜Ｖｏ−１０％またはＶｓ＞Ｖｏ＋２０％にあることの点検、並びに電圧と出力電流の表示を行う。
本発明によるシステムによって行われるアナログーデジタル変換は調節可能な外部基準電圧に関連して起こる。回路４６によって行われる計測は非常に様々な性質を持っている。即ち、０から２０ｖ（変換後に生じる）の主電源電圧、０から８ｖのバッテリ電圧、５．１５ｖの出力電圧、５０ｍｖの出力電流（分岐の端子間電圧の測定）である。そのような回路は好都合にも中央処理装置４７、ＲＡＭ４８および表示装置４９を備えている。
【００１７】
主電源の無の検出は、ＡＣ電源のダウンの場合と逆に復帰の場合に、変換回路４１を蓄電回路４３に接続することができるようにしなければならない。既知の方法で、この機能はしきい値検出器を用いて履行できる。さらに前記回路４６の機能は十分に作用しないバッテリの変換回路４１に欠陥が発生していないことをモニタすることである。これら全てのパラメタを点検するために測定は変換回路４１の出力側で行こなわれる。
制御／点検回路４６は無期限に繰り返される以下の段階を含んでいる主ループを持つ非常に簡単なアルゴリズムに従って作動する。前記段階は主電源の存在の点検、出力電圧変換の実行、出力電圧が標準の外側に無い場合の確立、出力電流の変換の実行、電圧と電流をメモリに入れて蓄電回路４３の可能な欠陥を検出する段階である。
【００１８】
この回路４６は、また２つのクロックオーバフローによる中断と外部中断を持つ。最初の中断は充電回路４５の毎日の起動を制御するため、蓄電回路４３の再充電時間を放電時間の関数として計算するためと、再充電を制御するために利用される。第二の中断はデスプレイを再生する役目をする。第三の中断は、外部中断であってユーザが欠陥を表示したい場合にユーザによって開始される。かくして、回路４６によって欠陥が発見された場合には、ユーザは単にデスプレイ４９にそれらの性質を表示させるために、例えば押しボタンを押す。
好都合にも、短期エネルギ蓄積供給回路３０は、非常に高いエネルギ密度のＤＣ／ＤＣ変換器４１であって、良効率のものを用いている。従って、この電圧変換器はプリント回路上に設置され、その熱損失は適当な冷却手段による熱対流によって除去される。この変換回路４１はまた高電圧ＡＣ網（入力Ｅ）と出力（出力Ｓ）の低電圧の間を絶縁している。この変換回路４１は入力電圧Ｅの脈動及び充電の変化の関数として出力Ｓの高い制御レベルを示さなければならない。
蓄電回路４３は、この変換回路４１と接がっており、使用後も数百回も再充電可能である。この蓄電回路４３の放電は本発明によるシステムのスイッチングの間に、中期エネルギ蓄積供給回路３１に対して起こる。
【００１９】
好都合にも、前記短期エネルギ蓄積供給回路３０は標準以下の緊密な蓄電バッテリを使用することが可能である。そのようなバッテリは、もし蓄電時間がいかなる非可逆性に対してもそれらを保護するために制限されているならば、非常に高い出力を供給することが出来る。その装置は非常に経済的である。この蓄電はまた、非常に高い容量（数Ｆ）のキャパシタを用いて縮小された容積で得ることもでき、数十アンペアの電流を供給することが出来る。
短期緊急系は蓄電回路４３、制御回路４４及び充電回路４５によって構成され、
単一の点、即ち変換回路４１の出力側に接続されるとという特異性をもっている。
従って、前記変換回路４１は共通のモデルにすることができ、独自に開発することができる。この緊急系は蓄電回路４３に充電された電力を変換回路４１の出力側で公称電圧でサンプルする。充電回路４５の機能はこの出力電圧を蓄電回路４３の再充電と両立可能にすることである。充電回路４５は、例えば絶縁されていないブレークダウンと制限された電流で電圧を上昇させる装置とで構成することが出来る。結合は、変換回路４１の出力電圧が低いしきい値を越えた直後に効力を生ずる。結合回路を役立たせることは、入力電圧で低いレベルを測定することにより予期され得る。その回路の機能は、放電中の出力電圧を一定に維持し、放電時間を制限することである。変換回路４１の出力電圧が復帰されるとすぐに、放電は停止する。好都合にも、前記結合装置はリニアレギュレータによって制御されているトランジスタを用いて簡単な方法で作ることが出来、それが、また出力／入力電圧コンパレータと放電時間タイマーによって制御される。大電流（数十Ａ）で電圧降下を最小（数十ｍＶ）に減少させるために、非常に低い内部誘導性抵抗をもつ低電圧ＭＯＳＦＥＴを使用することが有利である。
【００２０】
特殊な実施例では、短期エネルギ蓄積供給回路３０はバッテリーに５分から１０分の自律を与える２３０ｖ／５ｖ／３０Ａのエネルギ蓄積供給である。
正常な運転では、配電網の高い交流電圧は主エネルギ変換回路４１によって、ＤＣ出力電圧に直接変換される。主変換回路は入力Ｅと出力Ｓの間を絶縁している。二次電圧Ｓ’は主出力電圧を用いて他のコンバータ１６によって得ることができる。
【００２１】
緊急時の運転では、制御回路４４を介して、蓄電回路４３はその寿命を減少させないために任意に制限された時間、出力電圧を一定に維持する。正常運転に復帰する際、充電回路４５は蓄電回路４３の充電が完全になるまで、運転状態におかれる。
前記蓄電回路４３の信頼性を考慮すれば、緊急系の複製という結果になる。
この実施例において、基本的な機能はプログラムされていないエレクトロニクスにある。一方、高いレベルの機能はマイクロコントローラによって処理される。マイマイクロコンントローラはデイスプレイ４９を介して本発明によるシステムの状態に関する情報を得る。
短期エネルギ蓄積供給回路に対する種々の改良が可能である。例えば、モニタを拡張してその結果遠隔処理網の手段によって遠隔データが読まれることを可能にするために測定されたデータをモニタが保護することである。
各蓄電回路４３は充電器、制御器及びバッテリをモジュールとして設計されたバッテリのブランチを含めることもできる。実際の変換回路４１は、他のモジュールと並列に運転するために既に設けられている供給モジュールとすることもできる。例えば、３０、０００個の加入者と接続されている中程度の容量の遠隔通信システムに対し、本発明によるシステムは約１００個の各２００Ｗの短期エネルギ蓄積供給回路３０を具備することもできる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によって特長づけられたシステムでは、蓄電の分散と種々の方法に共通な装置の使用が全体の寸法が小さく、しかも整備が容易な非常に高い信頼性の電源の原理を導出する。
更に従来の情報処理システムに比較して、単純化した操作を用いて完成された汎用目的の非中断供給電源の使用は、価格とエネルギ系列の運転コストにおける重要な軽減を可能にする。
更に供給されるシステムに組み込まれたコンバータと接続された短期エネルギ蓄積供給回路は特別な重要なコストを必要としない。
従来のシステムに比較して本発明によるシステムは配電パネルに基づいて考慮されたシステムの２０から３０％のコスト節約となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来システムを示す。
【図２】従来システムを示す。
【図３】本発明によるシステムを示す。
【図４】本発明による短期エネルギ蓄積供給回路を示す。
【符号の説明】
１０ 商用電気エネルギ配電網
１１ 長期緊急電力供給源
３０ 短期エネルギ蓄積供給回路
３１ 中期エネルギ蓄積供給回路
３２ 絶縁トランス
３３ ウィグラ
３４ バッテリ
３５ 電子機械接触子
４０ 整流平滑回路
４１ 変換回路
４２ フィルタ
４３ 蓄電回路
４４ 制御回路
４５ 充電回路
４６ 制御／点検回路

Claims (1)

1. 商用電気エネルギ供給源（１０）から供給される電力の中断に対して敏感な動作システムに対する非中断の蓄電供給システムにおいて、
   前記非中断の蓄電供給システムは、
   − 前記敏感な動作システムに接続された少なくとも１つの短期エネルギ蓄積供給回路（３０）と、
   − 前記短期エネルギ蓄積供給回路（３０）に接続された中期エネルギ蓄積供給回路（３１）と、
   − 商用電気エネルギ供給源（１０）から供給される電力が中断すると前記中期エネルギ蓄積供給回路（３１）に接続される長期緊急電源（１１）と
   を具備し、
   前記短期エネルギ蓄積供給回路（３０）は、その入力（Ｅ）とその出力（Ｓ）との間に整流平滑回路（４０）と変換回路（４１）と平滑回路（４２）とを具備し、かつ、前記変換回路（４１）に接続された蓄電回路（４３）を有する緊急系をも具備し、
   前記中期エネルギ蓄積供給回路（３１）は、絶縁用変圧器（３２）と、バッテリ（３４）に接続されたＤＣ−ＡＣインバータ（３３）と、絶縁用変圧器（３２）の出力側とＤＣ−ＡＣインバータ（３３）とのスイッチングを可能にする接触子（３５）と、接触子（３５）による前記スイッチングを制御する制御装置（３６）とを具備し、
   商用電気エネルギ供給源（１０）が数分間中断するならば、前記短期エネルギ蓄積供給回路（３０）は、長期緊急電源（１１）が立ち上がる前に前記中期エネルギ蓄積供給回路（３１）の前記接触子（３５）のスイッチングを作動させるために、励起状態になる
   ことを特徴とする非中断の蓄電供給システム。

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