JP5177438B2 - Voltage drop protection device for DC power supply - Google Patents

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Description

本発明は、商用交流電力を直流電力に変換してスイッチング電源ユニットなどの機器に供給する直流電源において、入力の交流電圧が一時的に(瞬間的又は或る程度の時間継続的に)低下したときでも直流電力を機器に供給し続ける直流電源用電圧低下保護装置に関する。   According to the present invention, in a DC power supply that converts commercial AC power into DC power and supplies it to a device such as a switching power supply unit, the input AC voltage temporarily decreases (instantaneously or continuously for a certain period of time). The present invention relates to a voltage drop protection device for a DC power supply that continues to supply DC power to equipment even at times.

工場等の生産現場では、産業用ロボット、制御機器、計測機器などに電力を供給するためにスイッチング電源ユニットが多用されている。こうしたスイッチング電源ユニットには、商用交流電源から供給されるAC100V又はAC200Vなどの交流電力が入力されるようになっているが、商用交流電力の電圧が瞬低等により短時間低下したときにスイッチング電源ユニットから負荷への電力の供給が途切れることは好ましくない。そこでこれを避けるために、通常、電圧低下保護装置が利用されている。   In production sites such as factories, switching power supply units are frequently used to supply power to industrial robots, control devices, measuring devices, and the like. AC power such as AC100V or AC200V supplied from a commercial AC power supply is input to such a switching power supply unit. When the voltage of the commercial AC power drops for a short time due to an instantaneous drop or the like, the switching power supply It is not preferable that the supply of power from the unit to the load is interrupted. In order to avoid this, a voltage drop protection device is usually used.

従来広く利用されている電圧低下保護装置は、商用交流電源から供給される交流電力を交流/直流変換してコンデンサなどに蓄え、入力交流電圧が低下したときに、コンデンサに蓄積していた電気エネルギーをインバータにより直流/交流変換し、商用交流電力に代えて出力するものである。しかしながら、このように交流/直流変換−直流/交流変換を行うために回路が複雑になることから、一般に高価であって、スイッチング電源ユニット1台毎に上記のような電圧低下保護装置を備えることはコスト的に困難である。   Conventionally, the voltage drop protection device widely used is an AC / DC converter that converts AC power supplied from a commercial AC power source and stores it in a capacitor. When the input AC voltage drops, the electrical energy stored in the capacitor is stored. Is converted into DC / AC by an inverter and output instead of commercial AC power. However, since the circuit becomes complicated in order to perform AC / DC conversion-DC / AC conversion in this way, it is generally expensive, and the above-described voltage drop protection device is provided for each switching power supply unit. Is difficult in terms of cost.

上述したスイッチング電源ユニットのほか、サーボモータドライバ装置、インバータ装置などにおいては、交流電力入力のみならず直流電力入力が可能となっているものが多い。そこで、こうした各種ユニット・装置のための電圧低下保護装置としては、商用交流電圧が低下したときに交流電力を出力する交流電源用の電圧低下保護装置ではなく、商用交流電圧が低下したときに直流電力を出力する直流電源用の電圧低下保護装置を使用することも可能である。こうした直流電源用の電圧低下保護装置として、例えば特許文献1に記載のものが知られている。図2はこの文献に記載の電圧低下保護装置の概略ブロック図である。   In addition to the switching power supply unit described above, many servo motor driver devices, inverter devices, and the like can accept not only AC power input but also DC power input. Therefore, as such a voltage drop protection device for various units and devices, it is not a voltage drop protection device for an AC power source that outputs AC power when the commercial AC voltage drops, but a DC voltage when the commercial AC voltage drops. It is also possible to use a voltage drop protection device for a DC power supply that outputs electric power. As such a voltage drop protection device for a DC power supply, for example, the one described in Patent Document 1 is known. FIG. 2 is a schematic block diagram of the voltage drop protection device described in this document.

この電圧低下保護装置30は、スイッチング電源ユニット3の入力直流電力をバックアップするものであり、商用交流電源2とスイッチング電源ユニット3との間に挿入される。電圧低下保護装置30は、商用交流電源2から入力端子11に印加される交流入力電圧Vacinを整流して直流電圧に変換する整流部10と、電解コンデンサ18と、チョークコイル32、電力用MOSFETなどのスイッチング素子33、及びダイオード34からなる昇圧チョッパ回路である充電部31と、電解コンデンサ18へ充電を行うためにスイッチング素子33のオン・オフを制御する充電制御部37と、交流入力電圧Vacinが所定値以下に低下したことを検出する瞬低・停電検出部36と、電圧低下時に瞬低・停電検出部36からの指示によりオンするスイッチング素子35と、を備え、出力端子19から出力される直流出力電圧Vdcotをスイッチング電源ユニット3に与える。   The voltage drop protection device 30 backs up the input DC power of the switching power supply unit 3 and is inserted between the commercial AC power supply 2 and the switching power supply unit 3. The voltage drop protection device 30 includes a rectifying unit 10 that rectifies an AC input voltage Vacin applied to the input terminal 11 from the commercial AC power supply 2 and converts it into a DC voltage, an electrolytic capacitor 18, a choke coil 32, a power MOSFET, and the like. The charging unit 31 that is a step-up chopper circuit composed of the switching element 33 and the diode 34, the charging control unit 37 that controls on / off of the switching element 33 in order to charge the electrolytic capacitor 18, and the AC input voltage Vacin is A voltage sag / power failure detection unit 36 that detects that the voltage has dropped below a predetermined value, and a switching element 35 that is turned on in response to an instruction from the voltage sag / power failure detection unit 36 when the voltage is reduced are output from the output terminal 19. A DC output voltage Vdcot is applied to the switching power supply unit 3.

この電圧低下保護装置30の基本的な動作は次のとおりである。商用交流電源2からの交流入力電圧Vacinが正常である場合、即ち、交流入力電圧Vacinが瞬低・停電検出部36に設定された所定値を越えている場合には、スイッチング素子35はオフ状態であり、整流部10で交流/直流変換された直流電圧が直流出力電圧Vdcotとして出力端子19に出力される。また、この直流電圧が充電部31に入力され、スイッチング素子33のオン・オフ動作により昇圧されて電解コンデンサ18に充電される。充電部31は、例えば電解コンデンサ18を端子電圧VBがDC360Vになるまで充電する。   The basic operation of the voltage drop protection device 30 is as follows. When the AC input voltage Vacin from the commercial AC power supply 2 is normal, that is, when the AC input voltage Vacin exceeds a predetermined value set in the instantaneous voltage drop / power failure detection unit 36, the switching element 35 is turned off. The DC voltage that has been AC / DC converted by the rectifier 10 is output to the output terminal 19 as the DC output voltage Vdcot. The DC voltage is input to the charging unit 31, boosted by the on / off operation of the switching element 33, and charged to the electrolytic capacitor 18. For example, the charging unit 31 charges the electrolytic capacitor 18 until the terminal voltage VB becomes DC 360V.

停電等の発生により、交流入力電圧Vacinが瞬低・停電検出部36に設定された所定値以下に低下すると、瞬低・停電検出部36からの指示信号によりスイッチング素子35がオンする。すると、電解コンデンサ18の一端が出力端子19に接続される。これにより、この電解コンデンサ18の端子電圧VB(DC360V)が出力端子19からスイッチング電源ユニット3に印加され、電解コンデンサ18に保持されていた電気エネルギーによってスイッチング電源ユニット3に直流電力が供給される。   When the AC input voltage Vacin drops below a predetermined value set in the voltage sag / power failure detection unit 36 due to the occurrence of a power failure or the like, the switching element 35 is turned on by an instruction signal from the voltage sag / power failure detection unit 36. Then, one end of the electrolytic capacitor 18 is connected to the output terminal 19. As a result, the terminal voltage VB (DC 360 V) of the electrolytic capacitor 18 is applied from the output terminal 19 to the switching power supply unit 3, and DC power is supplied to the switching power supply unit 3 by the electric energy held in the electrolytic capacitor 18.

上記の電圧低下保護装置30では、スイッチング素子35がオンした時点から電解コンデンサ18の放電が開始されるため、その時点からの時間の経過に伴って、出力端子19から出力される電圧は端子電圧VBであるDC360Vから徐々に低下する。この低下の速度はスイッチング電源ユニット3による電力供給先である負荷の消費電流に依存する。例えば、スイッチング電源ユニット3の直流入力電圧範囲がDC120〜360Vであれば、出力端子19から出力される電圧が120Vに下がるまでの時間が、この電圧低下保護装置30により保護可能な時間である。   In the voltage drop protection device 30 described above, since the discharge of the electrolytic capacitor 18 is started from the time when the switching element 35 is turned on, the voltage output from the output terminal 19 is the terminal voltage as time elapses from that time. It gradually decreases from DC 360V which is VB. The rate of this reduction depends on the current consumption of the load that is the power supply destination of the switching power supply unit 3. For example, when the DC input voltage range of the switching power supply unit 3 is DC 120 to 360 V, the time until the voltage output from the output terminal 19 drops to 120 V is a time that can be protected by the voltage drop protection device 30.

上述したように、停電や瞬低が発生した直後に、電圧低下保護装置30の出力端子19には電解コンデンサ18の端子電圧VBが現れる。そのため、次のような問題がある。   As described above, the terminal voltage VB of the electrolytic capacitor 18 appears at the output terminal 19 of the voltage drop protection device 30 immediately after the occurrence of a power failure or instantaneous drop. Therefore, there are the following problems.

スイッチング電源ユニットなどの機器の直流入力電圧範囲は、機種によって様々である。例えば直流入力電圧範囲がDC120V〜DC360Vであるワイド入力タイプであれば、上記構成の電圧低下保護装置30を用い、瞬低や停電の発生直後から適切な保護が可能であり、保護可能な時間も比較的長い。しかしながら、直流入力電圧範囲がDC240V〜DC360Vである場合には、瞬低や停電の発生直後から適切な保護が可能であるものの、出力端子19から出力される出力直流電圧Vdcotが240V未満に下がってしまうと十分な駆動ができなくなるから、保護可能な時間が比較的短い。一方、直流入力電圧範囲がDC120V〜DC180Vである場合には、瞬低や停電の発生直後には直流出力電圧Vdcotが高すぎるため、こうした機器を接続することはできない。即ち、上記電圧低下保護装置30は出力端子19に接続する機器の直流入力電圧範囲に応じた設計が必要になる。   The DC input voltage range of devices such as switching power supply units varies depending on the model. For example, if the DC input voltage range is a wide input type having a DC120V to DC360V, the voltage drop protection device 30 having the above-described configuration can be used to provide appropriate protection immediately after the occurrence of a voltage sag or power failure, and the time that can be protected also Relatively long. However, when the DC input voltage range is DC240V to DC360V, although appropriate protection is possible immediately after the occurrence of a voltage sag or a power failure, the output DC voltage Vdcot output from the output terminal 19 drops below 240V. In such a case, sufficient driving cannot be performed, so that the protection time is relatively short. On the other hand, when the DC input voltage range is DC120V to DC180V, such a device cannot be connected because the DC output voltage Vdcot is too high immediately after the occurrence of a sag or power failure. That is, the voltage drop protection device 30 needs to be designed according to the DC input voltage range of the equipment connected to the output terminal 19.

特開2005−269753号公報JP 2005-269653 A

本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、出力端子に接続可能な機器の直流入力電圧範囲が幅広く、またバックアップの効率を高め、保護時間を伸ばしたり電解コンデンサ等の蓄電手段の容量を小さくしたりすることができる直流電源用電圧低下保護装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to widen the DC input voltage range of equipment connectable to the output terminal, to increase the efficiency of backup, extend the protection time, and to perform electrolysis. An object of the present invention is to provide a DC power supply voltage drop protection device capable of reducing the capacity of power storage means such as a capacitor.

上記課題を解決するために成された本発明は、外部の商用交流電源に接続される入力端子と、直流電源電力を必要とする負荷に対し直流電力を出力する出力端子と、を具備し、直流入力電圧範囲が異なる負荷に対応した直流電源用電圧低下保護装置であって、
a)前記入力端子に供給される交流電圧を直流電圧に変換する交流/直流変換手段と、
b)電気エネルギーを蓄えるための蓄電手段と、
c)前記出力端子に接続される負荷の直流入力電圧範囲内である第2直流電圧の値、及び、該第2直流電圧よりも高い第1直流電圧の値をそれぞれユーザが設定するための電圧設定部と、
d)前記交流/直流変換手段により得られる直流電圧を、前記電圧設定部により設定された第1直流電圧にまで圧して前記蓄電手段を充電する充電動作と、前記蓄電手段に蓄えられている電気エネルギーによる直流電圧を、前記電圧設定部により設定された第2直流電圧にまで圧する放電動作と、を選択的に行う双方向変換手段と、
e)前記入力端子に供給される交流電圧の低下を検出し、交流電圧の低下がない正常時に前記交流/直流変換手段により得られた直流電圧を前記出力端子から出力しつつ充電動作を行うように前記双方向変換手段を制御し、交流電圧が低下した異常時に放電動作を行ってそれにより得られた第2直流電圧を前記出力端子から出力するように前記双方向変換手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。
The present invention made to solve the above problems comprises an input terminal connected to an external commercial AC power supply, and an output terminal that outputs DC power to a load that requires DC power supply power , A voltage drop protection device for a DC power supply corresponding to a load having a different DC input voltage range ,
a) AC / DC converting means for converting AC voltage supplied to the input terminal into DC voltage;
b) power storage means for storing electrical energy;
c) Voltage for the user to set the value of the second DC voltage that is within the DC input voltage range of the load connected to the output terminal and the value of the first DC voltage that is higher than the second DC voltage. A setting section;
The DC voltage obtained by d) the AC / DC converting means, a charging operation for charging the power storage unit temperature pressure and to the first DC voltage set by the voltage setting unit, are stored in said storage means a bidirectional transformation means for performing a DC voltage by electric energy, wherein the discharge operation that later push up the second DC voltage set by the voltage setting unit, selectively a
e) Detecting a decrease in the AC voltage supplied to the input terminal, and performing a charging operation while outputting the DC voltage obtained by the AC / DC converting means from the output terminal when there is no decrease in the AC voltage. the control bidirectional converter, an AC voltage for controlling the bidirectional converter as during abnormality lowered to output a second DC voltage obtained thereby I discharge operation line from the output terminal Control means;
It is characterized by having.

上記蓄電手段は典型的には電解コンデンサであるが、それ以外に、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオンバッテリなどの2次電池、などを利用することもできる。   The power storage means is typically an electrolytic capacitor, but other than that, an electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor, a secondary battery such as a lithium ion battery, or the like can be used.

上記双方向変換手段としては、例えばチョッパ方式のDC/DCコンバータなどを用いることができる。蓄電手段が電解コンデンサである場合、この電解コンデンサの耐圧に応じた高い直流電圧で蓄電手段を充電することができる
As the bidirectional conversion means, for example, a chopper type DC / DC converter or the like can be used. When the power storage means is an electrolytic capacitor, the power storage means can be charged with a high DC voltage corresponding to the breakdown voltage of the electrolytic capacitor .

本発明に係る直流電源用電圧低下保護装置において、商用交流電源からの交流電力が正常に供給されているときには、交流/直流変換手段により変換された直流電圧が出力端子から外部の負荷に出力される。また、双方向変換手段は制御手段の制御の下に、この電圧を適宜の高い第1直流電圧に昇圧し蓄電手段を充電する。このときの第1直流電圧、つまり充電電圧は、例えば蓄電手段の耐圧に応じて適宜に定めておけばよいが、エネルギー効率は電圧の二乗に比例するから、可能な限り高い充電電圧としたほうがエネルギー効率の点では有利である。   In the voltage drop protection device for a DC power supply according to the present invention, when AC power from a commercial AC power supply is normally supplied, the DC voltage converted by the AC / DC converter is output from the output terminal to an external load. The Further, the bidirectional conversion means boosts this voltage to an appropriately high first DC voltage and charges the power storage means under the control of the control means. The first DC voltage at this time, that is, the charging voltage may be determined appropriately according to the withstand voltage of the power storage means, for example. However, since the energy efficiency is proportional to the square of the voltage, it is better to set the charging voltage as high as possible. This is advantageous in terms of energy efficiency.

瞬低や停電等により商用交流電源電圧が急に下がると、制御手段はこの電圧低下を検出し、双方向変換手段の動作を充電動作から放電動作に切り替える。すると、その直前まで蓄電手段に保持されていた電気エネルギーによる直流電圧が、双方向変換手段により第2直流電圧まで降圧され、出力端子に出力される。このときの第2直流電圧は、出力端子に接続される機器の動作直流入力電圧範囲に応じて予め適宜に決めておけばよい。   When the commercial AC power supply voltage suddenly drops due to an instantaneous drop or a power failure, the control means detects this voltage drop and switches the operation of the bidirectional conversion means from the charging operation to the discharging operation. Then, the direct current voltage by the electric energy held in the power storage means until immediately before is stepped down to the second direct current voltage by the bidirectional conversion means and output to the output terminal. The second DC voltage at this time may be appropriately determined in advance according to the operating DC input voltage range of the device connected to the output terminal.

放電動作時には、第2直流電圧を略一定に維持するように双方向変換手段の動作が制御される。そして、商用交流電源電圧が回復すると、入力端子に現れる電圧が上昇するから、制御手段はこれを検出して双方向変換手段を放電動作から再び充電動作に切り替える。このようにして、蓄電手段に保持される電気エネルギーの量に応じた時間だけ、商用交流電源の瞬低や停電時のバックアップを行うことができる。   During the discharging operation, the operation of the bidirectional conversion means is controlled so as to maintain the second DC voltage substantially constant. When the commercial AC power supply voltage recovers, the voltage appearing at the input terminal rises. Therefore, the control means detects this and switches the bidirectional conversion means from the discharging operation to the charging operation again. In this way, the commercial AC power supply can be backed up immediately or during a power failure for a time corresponding to the amount of electrical energy held in the power storage means.

なお、上述したように、第1直流電圧は蓄電手段の耐圧などに応じて適宜に決めることが好ましく、第2直流電圧は出力端子に接続される機器の動作直流入力電圧範囲に応じて適宜に決めることができる。チョッパ方式のDC/DCコンバータでは、電流をオン・オフするスイッチング素子のオン・オフ時間により昇圧・降圧の電圧値が決まるから、制御プログラムの切り替えのみで容易に第1及び第2直流電圧を決めることができる
As described above, the first DC voltage is preferably determined as appropriate according to the withstand voltage of the storage means, and the second DC voltage is determined as appropriate according to the operating DC input voltage range of the equipment connected to the output terminal. I can decide. In the chopper type DC / DC converter, the voltage value of the step-up / step-down is determined by the on / off time of the switching element for turning on / off the current. Therefore, the first and second DC voltages are easily determined only by switching the control program. it is possible.

本発明に係る直流電源用電圧低下保護装置によれば、蓄電手段に充電を行う際の充電電圧の値と、商用交流電源電圧の低下時に出力端子から出力する直流電圧の値とを、独立に決めることができる。また、電圧低下時に出力端子から出力される直流電圧の値、つまり第2直流電圧は、従来のように時間経過に伴って低下するものでなく、バックアップ可能な適宜の時間に亘って所望の値にほぼ一定に維持される。したがって、出力端子に接続する機器の動作直流入力電圧範囲に合わせて第2直流電圧を適宜に設定しておくことにより、様々な動作直流入力電圧範囲を有する機器に対し、商用交流電源電圧の低下の直後からその電圧に代えてバックアップ電圧を与えることができる。   According to the voltage drop protection device for DC power supply according to the present invention, the value of the charging voltage when charging the power storage means and the value of the DC voltage output from the output terminal when the commercial AC power supply voltage drops are independently determined. I can decide. In addition, the value of the DC voltage output from the output terminal at the time of voltage drop, that is, the second DC voltage does not decrease with the passage of time as in the prior art, but is a desired value over an appropriate time that can be backed up. Is maintained almost constant. Therefore, by appropriately setting the second DC voltage in accordance with the operating DC input voltage range of the device connected to the output terminal, the commercial AC power supply voltage can be reduced for devices having various operating DC input voltage ranges. A backup voltage can be applied in place of the voltage immediately after.

特に電圧設定部により第2直流電圧を設定可能であるため、出力端子に接続する機器の動作直流入力電圧範囲に合わせて第2直流電圧を適宜に設定することができ、動作直流入力電圧範囲の相違する機器に対する汎用性が広くなる。 In particular, since it is possible to set the second DC voltage by the voltage setting unit, a second DC voltage according to the operating DC input voltage range of the device to be connected to the output terminal can be appropriately set to a, the operating DC input voltage range Versatility for different devices is widened.

また、上述したように充電時の電圧は電圧低下時に出力端子に出力する直流電圧とは独立しているので、充電電圧を電解コンデンサ等の蓄電手段の耐圧に応じてできるだけ高くし、エネルギー効率を高めることができる。それにより、従来と同じバックアップ時間を実現するためであれば蓄電手段の容量を小さくすることができ、従来と蓄電手段の容量が同じであればバックアップ時間を長くすることができる。   Further, as described above, since the voltage during charging is independent of the DC voltage output to the output terminal when the voltage drops, the charging voltage is made as high as possible according to the withstand voltage of the storage means such as an electrolytic capacitor, and energy efficiency is increased. Can be increased. Thereby, the capacity of the power storage means can be reduced if the same backup time as in the prior art is realized, and the backup time can be extended if the capacity of the power storage means is the same as that in the prior art.

本発明の一実施例による直流電源用電圧低下保護装置の概略ブロック図。1 is a schematic block diagram of a DC power supply voltage drop protection device according to an embodiment of the present invention. 従来の直流電源用電圧低下保護装置の概略ブロック図。The schematic block diagram of the conventional voltage drop protective device for DC power supplies.

本発明に係る直流電源用電圧低下保護装置の一実施例を、添付図面を参照して説明する。図1は本実施例の直流電源用電圧低下保護装置の概略ブロック図である。   An embodiment of a DC power supply voltage drop protection device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram of a voltage drop protection device for a DC power supply according to this embodiment.

この電圧低下保護装置1は、図2に示した従来の電圧低下保護装置30と同様に、商用交流電源2とスイッチング電源ユニット3との間に挿入され、商用交流電源電圧が低下したときに、これを保護するものである。図1において図2に示した従来の電圧低下保護装置30と同じ構成要素には同じ符号を付してある。   This voltage drop protection device 1 is inserted between the commercial AC power supply 2 and the switching power supply unit 3 in the same manner as the conventional voltage drop protection device 30 shown in FIG. It protects this. 1, the same components as those of the conventional voltage drop protection device 30 shown in FIG.

本実施例の電圧低下保護装置1は、本発明における蓄電手段としての電解コンデンサ18と、本発明における双方向変換手段としての、コンデンサ13、チョークコイル14、15、直列接続された第1スイッチング素子16及び第2スイッチング素子17、からなる双方向DC/DCコンバータ12と、交流入力電圧Vacinが所定値以下に低下したことを検出する瞬低・停電検出部20と、第1及び第2スイッチング素子16、17のオン・オフをそれぞれ制御するスイッチング制御部21と、昇圧後の電圧(つまり電解コンデンサの端子電圧VB)及び降圧後の電圧(つまり電圧低下時の出力電圧Vdcot)をそれぞれ検出して監視する電圧モニタ部22と、それら電圧をそれぞれ外部から設定するための電圧設定部23と、を含む。   The voltage drop protection device 1 of the present embodiment includes an electrolytic capacitor 18 as a power storage unit in the present invention, a capacitor 13, choke coils 14 and 15 as a bidirectional conversion unit in the present invention, and a first switching element connected in series. 16 and a second switching element 17, a bidirectional DC / DC converter 12, a voltage sag / power failure detection unit 20 for detecting that the AC input voltage Vacin has dropped below a predetermined value, and a first and a second switching element. Switching control unit 21 for controlling on and off of 16 and 17, respectively, and detecting the voltage after boosting (that is, the terminal voltage VB of the electrolytic capacitor) and the voltage after dropping (that is, the output voltage Vdcot when the voltage drops). A voltage monitoring unit 22 to be monitored and a voltage setting unit 23 for setting these voltages from the outside are included.

双方向DC/DCコンバータ12はチョッパ方式のDC/DCコンバータであり、第1スイッチング素子16をオン状態とし、第2スイッチング素子17をオン・オフさせることで、図1において右方向に昇圧を行う。また、第2スイッチング素子17をオン状態とし、第1スイッチング素子16をオン・オフさせることで、図1において左方向に降圧を行う。昇圧を行う昇圧モードが電解コンデンサ18を充電する充電モードであり、降圧を行う降圧モードが電解コンデンサ18を放電させる放電モードである。この昇圧/降圧(つまりは充電/放電)の切り替えや昇圧/降圧の動作の実行/停止は、スイッチング制御部21により制御される。   The bi-directional DC / DC converter 12 is a chopper type DC / DC converter, and the first switching element 16 is turned on and the second switching element 17 is turned on / off to boost the voltage in the right direction in FIG. . Further, the second switching element 17 is turned on, and the first switching element 16 is turned on / off, whereby the voltage is stepped down in the left direction in FIG. The step-up mode for boosting is a charging mode for charging the electrolytic capacitor 18, and the step-down mode for stepping down is a discharge mode for discharging the electrolytic capacitor 18. The switching control unit 21 controls switching of the step-up / step-down (that is, charging / discharging) and execution / stop of the step-up / step-down operation.

入力端子11の入力電圧範囲は例えばAC85V〜264Vである。また、電圧低下時に出力端子19から出力する直流電圧Vdcotは例えばDC120〜360Vの範囲で任意に、つまりユーザが自由に決め、適宜に決めた値を電圧設定部23に予め設定しておくものとする。また、電解コンデンサ18の充電電圧、つまり端子電圧VBは電解コンデンサ18の定格耐圧の制約の下に任意に決めることができるが、例えば耐圧が500Vである場合に充電電圧をDC420Vと決めて電圧設定部23に設定しておく。   The input voltage range of the input terminal 11 is, for example, AC 85V to 264V. The DC voltage Vdcot output from the output terminal 19 at the time of voltage drop is arbitrarily set within the range of, for example, 120 to 360 VDC, that is, the user can freely determine and set the value determined appropriately in the voltage setting unit 23 in advance. To do. The charging voltage of the electrolytic capacitor 18, that is, the terminal voltage VB can be arbitrarily determined under the restriction of the rated withstand voltage of the electrolytic capacitor 18. For example, when the withstand voltage is 500V, the charging voltage is determined to be DC420V and the voltage is set. Set in section 23.

商用交流電源2からの商用交流電圧が正常に供給されている場合には、整流部10で交流/直流変換された直流電圧が直流出力電圧Vdcotとして出力端子19に出力される。また、この直流電圧が双方向DC/DCコンバータ12に入力され、スイッチング制御部21の下に上記のように駆動される第1及び第2スイッチング素子16、17の動作により直流電圧が420Vまで昇圧されて、電解コンデンサ18に充電される。そして、電圧モニタ部22により検出される電解コンデンサ18の端子電圧VBが420Vに達すると、スイッチング制御部21はこれを維持するように第1及び第2スイッチング素子16、17の動作を制御する。   When the commercial AC voltage from the commercial AC power supply 2 is normally supplied, the DC voltage that is AC / DC converted by the rectifier 10 is output to the output terminal 19 as the DC output voltage Vdcot. The DC voltage is input to the bidirectional DC / DC converter 12, and the DC voltage is increased to 420V by the operation of the first and second switching elements 16 and 17 driven as described above under the switching control unit 21. Then, the electrolytic capacitor 18 is charged. When the terminal voltage VB of the electrolytic capacitor 18 detected by the voltage monitor unit 22 reaches 420 V, the switching control unit 21 controls the operations of the first and second switching elements 16 and 17 so as to maintain this.

停電等により商用交流電源1からの交流電圧が一時的に低下し、瞬低・停電検出部20において電圧が所定値以下に低下したことが検出されると、この検出信号を受けたスイッチング制御部21は双方向DC/DCコンバータ12を放電モードで動作させるべくスイッチング素子16、17の動作を切り替える。すると、電解コンデンサ18に蓄えられている電気エネルギーが双方向DC/DCコンバータ12に供給され、電圧設定部23に設定されている、例えば約120Vまで降圧された直流電圧が双方向DC/DCコンバータ12から出力される。この直流電圧が出力端子19を通してスイッチング電源ユニット3に出力される。   When the AC voltage from the commercial AC power supply 1 temporarily decreases due to a power failure or the like, and the voltage sag / power failure detection unit 20 detects that the voltage has dropped below a predetermined value, the switching control unit that has received this detection signal 21 switches the operation of the switching elements 16 and 17 to operate the bidirectional DC / DC converter 12 in the discharge mode. Then, the electric energy stored in the electrolytic capacitor 18 is supplied to the bidirectional DC / DC converter 12, and the DC voltage set in the voltage setting unit 23, for example, stepped down to about 120V, is converted into the bidirectional DC / DC converter. 12 is output. This DC voltage is output to the switching power supply unit 3 through the output terminal 19.

双方向DC/DCコンバータ12による降圧後の電圧の値は電圧モニタ部22で検出されてスイッチング制御部21にフィードバックされ、スイッチング制御部21は降圧後の直流電圧が約120Vに維持されるように、双方向DC/DCコンバータ12のチョッパ(つまりスイッチング素子16、17のスイッチング動作)を制御する。電解コンデンサ18に保持される電気エネルギーは放電に伴って減少するが、その充電電圧が120V近くに下がるまでは出力端子19から約120Vの直流電圧が出力され続ける。例えばDC120V〜360Vのワイド入力タイプのスイッチング電源ユニット3を駆動する場合に、電圧低下直後のバックアップ開始時点からDC120Vの直流電圧を出力端子19から出力することにより、電解コンデンサ18に保持した電気エネルギーを無駄に使用することなく有効利用できるので、バックアップ時間を延ばすことができる。   The voltage value after step-down by the bidirectional DC / DC converter 12 is detected by the voltage monitor unit 22 and fed back to the switching control unit 21 so that the DC voltage after step-down is maintained at about 120V. The chopper of the bidirectional DC / DC converter 12 (that is, the switching operation of the switching elements 16 and 17) is controlled. Although the electric energy held in the electrolytic capacitor 18 decreases with the discharge, a DC voltage of about 120 V is continuously output from the output terminal 19 until the charging voltage drops to near 120V. For example, when driving a wide input type switching power supply unit 3 of DC120V to 360V, the DC 120V DC voltage is output from the output terminal 19 from the backup start time immediately after the voltage drop, so that the electric energy held in the electrolytic capacitor 18 can be obtained. Since it can be used effectively without being wasted, backup time can be extended.

以上のようにして、本実施例の直流電源用電圧低下保護装置1では、商用交流電源2による電力供給の一時的な遮断が起こった場合でも、これに代えて、直流電力をスイッチング電源ユニット3に供給することができる。それによって、スイッチング電源ユニット3に接続された負荷は瞬低や停電の影響を受けることなく、動作を継続することができる。   As described above, in the DC power supply voltage drop protection device 1 according to the present embodiment, even when the power supply is temporarily shut off by the commercial AC power supply 2, DC power is replaced with the switching power supply unit 3 instead. Can be supplied to. As a result, the load connected to the switching power supply unit 3 can continue to operate without being affected by a sag or power failure.

出力端子19に接続されるスイッチング電源ユニット3又はそのほかの直流電圧入力可能な機器が、動作直流入力電圧範囲が異なるものに交換された場合には、その動作直流入力電圧範囲に応じて電圧設定部2に設定する直流電圧Vdcotを適宜変更しさえすればよい。   When the switching power supply unit 3 connected to the output terminal 19 or another device capable of inputting DC voltage is replaced with one having a different operating DC input voltage range, a voltage setting unit is set according to the operating DC input voltage range. It is only necessary to appropriately change the DC voltage Vdcot set to 2.

また、上記実施例では蓄電手段として電解コンデンサ18を用いているが、これに代えて電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタなどのほか、バッテリ等の2次電池を利用することもできる。   In the above embodiment, the electrolytic capacitor 18 is used as the power storage means, but instead of this, a secondary battery such as a battery can be used in addition to an electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor, or the like.

また上記実施例は本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることも当然である。   Further, the above-described embodiment is an example of the present invention, and it is obvious that any modification, correction, and addition as appropriate within the scope of the present invention are included in the scope of the claims of the present application.

1…電圧低下保護装置
2…商用交流電源
3…スイッチング電源ユニット
10…整流部
11…入力端子
12…双方向DC/DCコンバータ
13…コンデンサ
14、15…チョークコイル
16…第1スイッチング素子
17…第2スイッチング素子
18…電解コンデンサ
19…出力端子
20…瞬低・停電検出部
21…スイッチング制御部
22…電圧モニタ部
23…電圧設定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Voltage drop protection device 2 ... Commercial alternating current power supply 3 ... Switching power supply unit 10 ... Rectification part 11 ... Input terminal 12 ... Bidirectional DC / DC converter 13 ... Capacitor 14, 15 ... Choke coil 16 ... 1st switching element 17 ... 1st 2 switching element 18 ... electrolytic capacitor 19 ... output terminal 20 ... voltage drop / power failure detection unit 21 ... switching control unit 22 ... voltage monitoring unit 23 ... voltage setting unit

Claims (2)

外部の商用交流電源に接続される入力端子と、直流電源電力を必要とする負荷に対し直流電力を出力する出力端子と、を具備し、直流入力電圧範囲が異なる負荷に対応した直流電源用電圧低下保護装置であって、
a)前記入力端子に供給される交流電圧を直流電圧に変換する交流/直流変換手段と、
b)電気エネルギーを蓄えるための蓄電手段と、
c)前記出力端子に接続される負荷の直流入力電圧範囲内である第2直流電圧の値、及び、該第2直流電圧よりも高い第1直流電圧の値をそれぞれユーザが設定するための電圧設定部と、
d)前記交流/直流変換手段により得られる直流電圧を、前記電圧設定部により設定された第1直流電圧にまで圧して前記蓄電手段を充電する充電動作と、前記蓄電手段に蓄えられている電気エネルギーによる直流電圧を、前記電圧設定部により設定された第2直流電圧にまで圧する放電動作と、を選択的に行う双方向変換手段と、
e)前記入力端子に供給される交流電圧の低下を検出し、交流電圧の低下がない正常時に前記交流/直流変換手段により得られた直流電圧を前記出力端子から出力しつつ充電動作を行うように前記双方向変換手段を制御し、交流電圧が低下した異常時に放電動作を行ってそれにより得られた第2直流電圧を前記出力端子から出力するように前記双方向変換手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする直流電源用電圧低下保護装置。
DC power supply voltage that has an input terminal connected to an external commercial AC power supply and an output terminal that outputs DC power to a load that requires DC power supply, and that supports loads with different DC input voltage ranges A drop protection device,
a) AC / DC converting means for converting AC voltage supplied to the input terminal into DC voltage;
b) power storage means for storing electrical energy;
c) Voltage for the user to set the value of the second DC voltage that is within the DC input voltage range of the load connected to the output terminal and the value of the first DC voltage that is higher than the second DC voltage. A setting section;
The DC voltage obtained by d) the AC / DC converting means, a charging operation for charging the power storage unit temperature pressure and to the first DC voltage set by the voltage setting unit, are stored in said storage means a bidirectional transformation means for performing a DC voltage by electric energy, wherein the discharge operation that later push up the second DC voltage set by the voltage setting unit, selectively a
e) Detecting a decrease in the AC voltage supplied to the input terminal, and performing a charging operation while outputting the DC voltage obtained by the AC / DC converting means from the output terminal when there is no decrease in the AC voltage. the control bidirectional converter, an AC voltage for controlling the bidirectional converter as during abnormality lowered to output a second DC voltage obtained thereby I discharge operation line from the output terminal Control means;
A voltage drop protection device for a DC power supply, comprising:
請求項1に記載の直流電源用電圧低下保護装置であって、
前記蓄電手段は電解コンデンサであることを特徴とする直流電源用電圧低下保護装置。
The voltage drop protection device for a DC power supply according to claim 1 ,
It said storage means is a DC power supply voltage protection device comprising an electrolyte capacitor der Turkey.
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