JP4338253B2 - 異なる入力を持つ電源の制御回路 - Google Patents

Description

【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は異なる入力を持つ電源の制御回路に関するものである。
【従来の技術】
【０００２】
図６はこの種の電源装置の構成図である。ここで、３、４は電源装置、５は負荷装置である。は入力電源１が何らかの理由で断となって電源装置３が出力を供給できなくなっても、電源装置４が入力電源２を入力として動作し、負荷装置５に出力を供給し続けることができる信頼性の高いシステムとなっている。
１、２の入力電源は、別系統の電源であれば何でもよく、例えば商用電源、バッテリー、発電機などが考えられる。図６では１を商用電源、２をバッテリーとして書いてある。
負荷装置５に印加される電圧をＶ１とする。Ｖ１は電源装置３の出力電圧でもあり、また電源装置４の出力電圧でもある。
【０００３】
さて、図６の問題点はオーバーシュートが発生する場合があることである。オーバーシュートとは図７のように出力の供給元が切り替わる際に滑らかに切り替わらず、一度Ｖ１が所定の電圧よりも高くなる現象のことを言う。そしてＶ１の値が大きく変化しすぎて、負荷装置５が許容する耐圧を超えると、負荷装置５の破壊を招く事になる。したがってオーバーシュート発生は大きな問題となる。
では以下に、何故図７の様な現象が発生するかを説明する。
【０００４】
図８は電源装置３の出力電圧検出回路の一例を示したものである。図６と同一符号の回路部、部品は同一内容を示す。
抵抗８、９で出力電圧を分圧し、その電圧を誤差増幅器６のマイナス入力に入力している。誤差増幅器６のプラス入力には基準電圧源７が接続され、これにより基準電圧と出力電圧の差が増幅され誤差増幅器６の出力に得られる。電源装置３はこの誤差増幅信号を入力とし、この信号をゼロにする作用を持つ制御回路の働きによって、出力電圧を一定電圧に保つ。
【０００５】
そこで、従来はコンデンサ１０、抵抗１１を直列に接続したオーバーシュート防止回路を挿入していた。以下にこの回路の作用について説明する。
ここで抵抗８の抵抗値をＲ１、抵抗９の抵抗値をＲ２、抵抗１１の抵抗値をＲ３、基準電圧源７の電圧をＶｒとする。
コンデンサ１０、抵抗１１がない場合、誤差増幅器６の出力がゼロとなる電圧、すなわち制御目標となる出力電圧は
（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２×Ｖｒ （１）
である。これは電源装置が動きはじめた瞬間からこの値であり、変わることはない。これを表現したのが図９である。
しかし、のように急峻に制御目標が変化すると、それに追従しきれず実際の出力電圧は図１０の様になる。これがオーバーシュートである。
【０００６】
ところが、コンデンサ１０、抵抗１１が存在すると異なる結果となる。なぜなら、電源装置が動きはじめた瞬間は出力電圧がゼロであるため、コンデンサ１０は充電されていない。このため、出力電圧が上昇しはじめ、やがて一定電圧に達するまでの間は、コンデンサ１０、抵抗１１に電流が流れる。すると式（１）のＲ１は抵抗８にコンデンサ１０、抵抗１１の直列回路が並列に接続されるため、見かけ上小さくなるのである。
例えば、起動時はコンデンサ１０が全く充電されておらず、その電圧はゼロであるため、等価的に抵抗８と抵抗１１が並列接続されたことになる。従って、式（１）のＲ１がＲ１とＲ３の合成抵抗で置き換えられ、制御目標となる出力電圧は（Ｒ１×Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３）＋Ｒ２）／Ｒ２×Ｖｒ （２）
となる。一方、出力電圧が一定電圧に達し、コンデンサ１０が完全に充電されてしまえば、コンデンサ１０、抵抗１１には電流が流れなくなるため、この回路は切り離されたのと同じ事になる。従って、制御目標となる出力電圧は式（１）となる。
コンデンサ１０が充電されはじめてから、完全に充電されるまでの間は、制御目標となる出力電圧はコンデンサ１０の充電電圧に応じて式（１）と式（２）の間を滑らかに切り替わる。これを表現したのが図１１である。
【０００７】
以上のようにコンデンサ１０、抵抗１１の作用により制御目標電圧が緩やかに立ち上がるため、十分これに追従することが可能となり、オーバーシュートが防止される。
ところで、上記の説明には起動時に出力電圧がゼロであるという前提が含まれている。電源装置が単体で動作するときはこのような前提が成立するが、図６のように複数の電源装置の出力同士が接続されていると、この前提は成立しない。他の電源装置が動作していれば、出力電圧はゼロではなく既に所定の電圧が出力されているためである。
こうなると起動時にコンデンサ１０は既に充電されているため、上述したようなオーバーシュート防止作用がなくなってしまう。
以上が図７の様な現象が発生する原因である。
【０００８】
以上のような問題を解決するため、従来は図１２の様にダイオード１６、１７を追加していた。
このようにすれば、たとえ電源装置４が動作している状況で電源装置３を起動しても、オーバーシュートは発生しない。なぜなら、ダイオード１６がコンデンサ１０の充電を阻止するからである。
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
さて、図１２の問題点はオーバーシュート対策によりコストアップ、効率低下、大型化、重量の増大を招くことである。ダイオード１６、１７は電源装置３、４の出力電流を流しうるものでなくてはならず、大電流を流す電源装置では大型のダイオードが必要となり、コストアップとなる。またこのダイオードは常に（順方向電圧×出力電流）の損失を発生し続け、効率の低下を招く。また損失を発生するために、それを冷却するための冷却装置が必要となり、コストアップ、大型化、重量増大の原因となる。
このように従来の回路では、ダイオードを追加する事から上記の様な問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
少なくとも二つの出力を備える第一の電源装置と、その出力が前記第一の電源装置の第一の出力と接続されている第二の電源装置と、前記第二の電源装置の出力の両端に第一の抵抗と第二の抵抗の直列回路を接続し、、
かつ第一の電源装置と第二の電源装置は異なる入力を持つ電源装置の制御回路において、第一の電源装置の第二の出力と前記第一の抵抗と第二の抵抗の接続点の間に第一のコンデンサを接続することによって課題を解決する。
【発明の実施の形態】
【００１１】
図１は本発明の一実施例を示すもので、図８と同一符号の回路部，部品は同一内容を示す。
図８と比較して、電源装置３の第二の出力とコンデンサ１２、抵抗１３が追加されている。第二の出力の電圧をV2とする。
図1の回路では、図７に示したようなオーバーシュートは発生しない。なぜならば、コンデンサ１０が電源装置４によって充電されてしまっていても、コンデンサ１２、抵抗１３の直列回路がコンデンサ１０、抵抗１１に代わってその役割を果たすためである。コンデンサ１２は電源装置３の第二の出力に接続されているため、電源装置３の起動時には充電されていない。そして、電源装置３が起動してV2が上昇するにしたがって充電される。したがって、オーバーシュート防止の作用を果たすことが可能である。このためV1は図2のように滑らかに切り替わる。
【００１２】
図３は本発明のより具体的な実施例であり、図１と同一符号の回路部，部品は同一内容を示す。本実施例はバッテリーバックアップ機能を持つ電源装置の例であって、例えばPHS基地局の電源装置に適するものである。
図３の破線で囲った部分が電源部で、商用電源を入力として動作する電源装置3と、バッテリーを入力として動作する電源装置4の二つの電源及びバッテリーを内蔵する。
その動作であるが、通常は商用電源を受電して電源装置３が動作し、負荷に電力を供給しつつ電流制御回路を介してバッテリー2を充電する。商用受電時はバッテリー２の放電を防ぐため、電源装置4は停止させておく。
商用電源が停電すると、直ちに電源装置４が起動する。これにより、停電時も連続して負荷に電力を供給する事が可能となる。
商用電源が復電すると、電源装置３が起動し電源装置4は再び停止する。この復電時の再起動で電源装置３の出力電圧がオーバーシュートする事を防ぐのが本発明の目的である。
【００１３】
ここでは図1に比べて定電圧ダイオード１４、抵抗１５が追加され、更なる改善が図られている。その目的は起動時間の短縮である。
オーバーシュートを防止するためには、コンデンサ１２の容量を大きくする事が望ましいが、大きくすると充電に時間がかかることになり、出力電圧の起動時間が長くなる。これを表わしたのが図４であるが、これによりタイミングがとりづらいなどの不都合が発生することがある。
オーバーシュート防止の作用を十分に持たせながら起動時間を短縮する手段が定電圧ダイオード１４、抵抗１５の追加である。
定電圧ダイオード１４の降伏電圧は、電源装置３の第二の出力電圧よりも低いものを選定する。これにより、抵抗１５には電源装置３の第二の出力が定電圧ダイオード１４の降伏電圧を乗り越えるまで電圧が発生しない。したがってそれまではコンデンサ１２、抵抗１３の直列回路に電流が流れ込まず、出力電圧は急速に立ち上がる。
起動の最後の瞬間に、電源装置３の第二の出力が定電圧ダイオード１４の降伏電圧を乗り越え、抵抗１５に電圧が発生する。するとコンデンサ１２、抵抗１３の直列回路に電流が流れ込み、ここで初めてオーバーシュート防止の作用を果たす事になる。
このように最後の瞬間のみコンデンサ１２、抵抗１３の直列回路が働くため、起動時間を短縮しつつオーバーシュートを防止することが可能となるのである。これを表わしたのが図５である。
【００１４】
さて、電源装置３の第二の出力について補足するが、これは負荷装置５に接続されていてもいなくても、どちらでも良い。今までの説明から明らかなように、他の電源装置によってコンデンサ１２が充電されてしまうことさえなければ良いのであるから、第二の出力が負荷装置５に接続されているか否かは本発明の目的に対し何ら影響を与えないのである。したがって、「出力」といっても図３に示したように電源部の内部使用に限る補助電源的性格の出力であっても何らかまわない。
【００１５】
次に電源装置の数について補足する。これまでの説明では、説明の便宜上から電源装置を二台として説明してきたが、電源装置が何台あっても本発明の目的に対し何ら影響を与えないことはこれまでの説明から明らかである。
【発明の効果】
以上の様に本発明を用いれば、わずかな部品の追加でオーバーシュートを防止することができ、従来ダイオードを追加することによって招いてしまったコストアップ、効率低下、大型化、重量の増大といった様々なデメリットをを避けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例
【図２】本発明適用時の電圧切替り波形
【図３】本発明の他の実施例
【図４】起動時間の長い起動電圧波形
【図５】起動時間の短い起動電圧波形
【図６】本発明を適用する電源装置の構成図
【図７】電圧切替り波形の悪い例
【図８】従来の電源装置例
【図９】制御目標電圧の時間変化
【図１０】オーバーシュート波形
【図１１】オーバーシュート対策後の制御目標電圧の時間変化
【図１２】従来のオーバーシュート対策例
【符号の説明】
１ 商用電源
２ バッテリー
３ 第一の電源装置
４ 第二の電源装置
５ 負荷装置
６ 演算増幅器
７ 基準電圧源
８ 抵抗
９ 抵抗
１０ コンデンサ
１１ 抵抗
１２ コンデンサ
１３ 抵抗
１４ 定電圧ダイオード
１５ 抵抗
１６ ダイオード
１７ ダイオード

Claims (4)

1. 少なくとも二つの出力を備える第一の電源装置と、その出力が前記第一の電源装置の第一の出力と接続されている第二の電源装置とを設け、前記第一の電源装置と前記第二の電源装置の出力の両端が互いに並列に接続し、前記第二の電源装置の出力の両端に第一の抵抗と第二の抵抗の直列回路を接続し、かつ前記第一の電源装置と第二の電源装置は異なる入力を持つ電源装置の制御回路において、前記第一の電源装置の第二の出力と前記第一の抵抗と第二の抵抗の接続点の間に第一のコンデンサと第三の抵抗の直列回路を接続するとともに、前記第一の抵抗と第二の抵抗の接続点に誤差増幅器のマイナス入力を接続し、前記誤差増幅器のプラス入力に基準電圧源を接続し、この誤差増幅器の誤差増幅信号を入力として、この信号をゼロにする作用を有するように構成してあることを特徴とする異なる入力を持つ電源の制御回路。
2. 請求項１において、その出力が互いに接続された電源装置を任意の数だけ追加したことを特徴とする制御回路。
3. 請求項１において、第一の電源装置の第二出力の両端に第一の定電圧ダイオードと第四の抵抗の直列回路を接続し、前記第一の定電圧ダイオードと第四の抵抗の直列回路の接続点に第一のコンデンサを接続したことを特徴とする異なる入力を持つ電源の制御回路。
4. 請求項３において、その出力が前記第二の電源装置の出力に接続された電源装置を任意の数だけ追加したことを特徴とする制御回路。

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