JP5487026B2

JP5487026B2 - ２入力電子装置

Info

Publication number: JP5487026B2
Application number: JP2010144423A
Authority: JP
Inventors: 重雄大前; 純理市川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-06-25
Also published as: JP2012010491A

Description

本発明は、商用電源と自然エネルギーの２つを組み合せることにより、商用電源に対して電源効率が高い状態で電子装置を運用させることに関する発明である。

世界規模での省電力化の流行から、風力発電や太陽光発電など自然エネルギーを用いて家庭で使用される一部の電力に割り当てることにより電気代を軽減させることや、発電した自然エネルギーを電力会社に売電することが多くなってきている。自然エネルギーを用いた発電システムの導入コストも年々減少傾向にあるので、年々導入しやすくなり、自然エネルギーを用いた発電システムの数は年々増加傾向にある。

また下記特許文献１のように、電力会社から提供される商用電源が停電状態の場合でもその給電系統が要求される負荷電力を完全に賄うことができるよう商用電源と、ガスエンジンなど商用電源とは異なる外部エネルギーから発電するシステムを切換える制御を行う発電システムが提案されており、商用電源以外のエネルギーを利用することの検討が進められている。

特開２００９−２８４５９０号公報

新エネルギーについて，経済産業省資源エネルギー庁(http://www.enecho.meti.go.jp/energy/newenergy/newene01.htm)

電気代削減やＣＯ２削減が目的で、電気会社から供給される商用電源の消費電力を低減させることがサーバなどの電子装置でも要求されている。電子装置で商用電源の消費電力を削減することを実現するためには、主に電子装置内部の電源部の効率を上げることが挙げられる。電源部の効率を高くするために、一般的に低損失の部品や基板を使用する方法が用いられる。しかし、低損失の部品や基板は高価な物が多く、電源部は高価になり、結果として電気代を削減する効果が無い場合もある。また低損失の部品や基板を用いても電源部の効率が常に高い状態になるわけではなく、負荷が低い場合や定格に近い負荷の場合では効率が低くなる場合があり、効率が低いと電源部の損失が大きいので、商用電源の消費電力は大きくなる。商用電源の消費電力を低減させるために、電源部を常に効率の高い負荷条件で使用することが必要である。

上記課題は、２つの入力端子を備え、第１の入力端子に接続される第１の電源回路と、第２の出力端子に接続される第２の電源回路と、負荷に接続される検出部と、前記第１の電源回路と検出部の接続状態と、前記第２の電源回路と検出部との接続状態を変化させる切換部と、検出部の検出結果に基づいて切換部の接続状態を変化させる制御部を備えた電源部を有することを特徴とする電子装置を使用し、第１の入力端子または第２の入力端子の少なくとも一方に自然エネルギーを変換した電源装置を接続することで、実現できる。
通常、電子装置で使用される従来技術の電源部は、入力が商用電源のみであり、電源部の負荷は全て商用電源の電力消費に繋がる。電源部の入力を商用電源と自然エネルギーを変換した電源装置の２つの電源に接続することにより、電源部にかかる負荷は、商用電源と自然エネルギーを変換した電源装置の２つの消費電力に分けられる。

また、電源部は低負荷など効率が低くなる負荷領域があり、効率が低いと電源部での損失が大きいので、商用電源での消費電力が大きくなる。これは、負荷を検出する機能と、商用電源から電力が給電される電源回路部の出力と自然エネルギーを変換した電源装置から給電される電源回路部の出力を切換または併用可能とすることにより、特定の負荷で使用する電源回路の切換、または２つの電源回路の併用が可能となる。商用電源から電力が給電される電源回路の効率が高い状態を維持するように電源部の負荷に合わせて使用する電源回路の切換・併用を行うことによって、商用電源での消費電力を減らすことができる。

本発明によれば、電子装置に給電される商用電源の電力を削減することができる。

本発明の基本形態を示した図（実施例１）。本発明の基本形態の制御フロー。本発明の基本形態による商用電源を入力とする電源回路の効率特性および入力電力特性図。本発明の基本形態による商用電源を入力とする電源回路の入力電力の時間特性図。本発明の基本形態に電源回路の切換または併用状態を外部に出力する機能を追加した形態を示した図（実施例２）。

図１は本発明の基本形態を示した図である。本発明の基本形態は、２つの入力端子を備え、第１の入力端子１１に接続される第１の電源回路１０１と、第２の入力端子２１に接続される第２の電源回路２０１と、負荷３１に接続される検出部３０１と、前記第１の電源回路と検出部の接続状態と、前記第２の電源回路と検出部との接続状態を変化させる切換部４０１と、検出部の検出結果に基づいて切換部の接続状態を変化させる制御部５０１を備えており、制御部５０１が第１の電源回路１０１を特定の効率状態で運用できるよう切換部４０１を制御する。切換部４０１は第１の電源回路１０１からの給電のＯＮ／ＯＦＦ切換えを可能にする切換部４０２と第２の電源回路２０１からの給電のＯＮ／ＯＦＦ切換えを可能にする切換部４０３を有する。第１の入力端子には商用電源６０１を接続し、第２の入力端子には自然エネルギーを変換した電源装置７０１を接続している。

図２は本発明の基本形態の制御フローを示した図である。図３は本発明の基本形態による第１の電源回路１０１の効率特性および入力電力特性を示した図である。電源回路１０１は、負荷が電力１００１〜１００２で高効率となる。負荷検出部４０１が電力１００１未満の負荷を検出した場合、切換部４０２をＯＦＦし、切換部４０３をＯＮすることで第１の電源回路１０１を無負荷に、第２の電源回路２０１の負荷ＰＯＵＴ２が電源部の負荷ＰＯＵＴとなる。この場合、第１の電源回路１０１の効率は０％であり、商用電源６０１の消費電力Ｐは、数式１で示されるように、電源回路１０１の無負荷損失ＰＬＯＳＳとなる。検出部３０１が電力１００１〜１００２の負荷を検出した場合、切換部４０２をＯＮし、切換部４０３をＯＦＦすることで第１の電源回路１０１の負荷ＰＯＵＴ１が電源部の負荷ＰＯＵＴとなり、電源回路２０１は無負荷となる。この場合、第１の電源回路１０１は高効率状態で、商用電源６０１の消費電力Ｐは電源部の負荷ＰＯＵＴを第１の電源回路１０１の効率ρで割り戻した電力、すなわち第１の電源回路１０１の入力電力Ｐ１である。検出部３０１が電源部の電力１００２以上の負荷を検出した場合、切換部４０２と切換部４０３を共にＯＮにし、第１の電源回路１０１の負荷ＰＯＵＴ１と第２の電源回路２０１の負荷ＰＯＵＴ２の合計が電源部の負荷ＰＯＵＴとなる。例えば、電源部の負荷ＰＯＵＴが１００２になった場合、第１の電源回路１０１の負荷ＰＯＵＴ１は電力１００１〜１００２間の電力１００３となるよう設定することで、電源部の負荷ＰＯＵＴが電力１００２以上でも第１の電源回路１０１は高効率状態を維持でき、商用電源６０１の入力電力は電源ユニットの負荷１００２の場合よりも低い電力となる。電源部の負荷が電力１００１以下、１００１〜１００２、１００２以上のそれぞれの場合の商用電源６０１の消費電力は数１、数２、数３のように表現できる。
（数１）
電源部の負荷が電力１００１未満の場合
Ｐ＝ＰＬＯＳＳ
（数２）
電源部の負荷が電力１００１〜１００２の場合
Ｐ＝Ｐ１＝ＰＯＵＴ１／ρ＝ＰＯＵＴ／ρ
（数３）
電源部の負荷が電力１００２以上の場合
Ｐ＝Ｐ１＝ＰＯＵＴ１／ρ＝（ＰＯＵＴ−ＰＯＵＴ２）／ρ
図４は本発明の基本形態による商用電源を入力とする電源回路の入力電力の時間変化を示した図である。電源部の負荷は時間２００１で電力１００１以上になり、時間２００２で電力１００２以上となり、経過時間２００３で電力１００２未満となり、経過時間２００４で負荷電力１００１未満となる運用を想定している。従来技術の電源部の入力が商用電源６０１のみの場合では、電源部の負荷ＰＯＵＴを第１の電源回路１０１の効率ρで割り戻した電力が商用電源６０１の消費電力Ｐとなるが、本発明の場合では、時間２００１未満の期間Ｔ１もしくは時間２００４〜２００５の期間Ｔ５では商用電源６０１の消費電力Ｐは第１の電源回路１０１の無負荷損失ＰＬＯＳＳとなり、従来技術よりも商用電源６０１の電力が低くなる。その電力差ΔＰ１は数４のように表現できる。時間２００１〜２００２の期間Ｔ２と時間２００３〜２００４の期間Ｔ４は商用電源６０１の消費電力Ｐは第１の電源回路１０１の入力電力Ｐ１と同じである。時間２００２〜２００３の期間Ｔ３は商用電源６０１の消費電力Ｐは、電力１００２以下の第１の電源回路１０１の入力電力Ｐ１となり、従来技術よりも商用電源６０１の電力は低くなり、その電力差ΔＰ２は、電力１００２以上の電源回路１０１の効率をρ１、電力１００１〜１００２の第１の電源回路１０１の効率をρ２として数５のように表現できる。また従来技術に対する本発明の電力量の効果ΔＰｈは数６のように表現できる。
（数４）
ΔＰ１＝（ＰＯＵＴ／ρ）−ＰＬＯＳＳ
（数５）
ΔＰ２＝（ＰＯＵＴ／ρ１）−（ＰＯＵＴ１／ρ２）
＝（ＰＯＵＴ／ρ１）−（（ＰＯＵＴ−ＰＯＵＴ２）／ρ２）
（数６）
ΔＰｈ＝ΔＰ１（Ｔ１＋Ｔ５）＋ΔＰ２×Ｔ３
図５は基本形態に対して電子装置外部に第１の電源回路１０１と第２の電源回路２０１の出力切換または併用状態を外部に出力可能な形態を示した図である。信号線８０１は制御部５０１から電子装置外部に第１の電源回路１０１と第２の電源回路２０１の出力切換または併用の状態を出力する信号線であり、切換部３００１は自然エネルギーを変換した電源装置７０１の出力電力を電気会社への売電のＯＮ／ＯＦＦの切換を行う切換部である。電源部の負荷が電力１００１〜１００２では第２の電源回路２０１は使用されないので、制御部５０１は切換部３００１をＯＮする信号を信号線８０１から出力し、切換部３００１をＯＮさせ、自然エネルギーを変換した電源装置７０１の出力電力を電気会社への売電を行う。電源部の負荷が電力１００１未満または１００２以上の場合は第２の電源回路２０１を使用するので、切換部３００２をＯＦＦして電気会社への売電を中止する。

本発明は前記実施例の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでも無い。例えば、基本形態では商用電源６０１から電力が給電される第１の電源回路を1個実装した構成としているが、この電源回路を複数実装して、商用電源６０１の消費電力が低くなるようそれぞれの電源回路の制御を行っても構わない。

１１…第１の入力端子、２１…第２の入力端子、３１…電源部の負荷、１０１…第１の電源回路部、２０１…第２の電源回路部、３０１…電源部の負荷検出部、４０１…電源回路１０１と電源回路２０１からの出力を切換または併用可能に構成された出力切換部、４０２…電源回路１０１の給電のＯＮ／ＯＦＦ切換えを可能にする出力切換部４０１内の切換部、４０３…電源回路２０１の給電のＯＮ／ＯＦＦ切換えを可能にする出力切換部４０１内の切換部、５０１…切換部４０１の出力切換または併用を制御する制御部、６０１…商用電源、７０１…自然エネルギーを変換した電源装置、８０１…切換部４０１の出力切換または併用の状態を電子装置外部に出力する信号線、１００１，１００２，１００３…電力、２００１，２００２，２００３，２００４，２００５…時間、３００１…自然エネルギーを変換した電源装置７０１の出力電力を電気会社への売電のＯＮ／ＯＦＦの切換を行う切換部。

Claims

２つの入力端子を備え、第１の入力端子に接続される第１の電源回路と、第２の入力端子に接続される第２の電源回路と、負荷に接続される検出部と、前記第１の電源回路と検出部の接続状態と、前記第２の電源回路と検出部との接続状態を変化させる切換部と、検出部の検出結果に基づいて切換部の接続状態を変化させる制御部を備え、前記第１の入力端子に商用電源を接続し、前記第２の入力端子に自然エネルギーを変換した電源を接続し、前記商用電源から電力が給電される前記第１の電源回路が所定の効率状態で使用されるように前記切換部を制御する電子装置において、
前記切換部は、前記第１の電源回路からの給電のＯＮ／ＯＦＦを切換える第１の切換部と、前記第２の電源回路からの給電のＯＮ／ＯＦＦを切換える第２の切換部と有し、負荷に合わせて使用する電源回路を前記第１の電源回路又は前記第２の電源回路のいずれか一方あるいは併用となるように前記第１の切換部と前記第２の切換部を制御する電子装置であって、
前記第１の電源回路は、出力電力の増加に伴って前記所定の効率状態になる第１の出力電力と、さらに出力電力の増加に伴って前記所定の効率状態より低い効率状態になる第２の出力電力を有し、前記検出部が前記第１の出力電力未満の負荷を検出した場合は前記第１の切換部をＯＦＦすると共に前記第２の切換部をＯＮし、前記検出部が前記第１の出力電力から前記第２の出力電力までの間の負荷を検出した場合は前記第１の切換部をＯＮすると共に前記第２の切換部をＯＦＦし、前記検出部が前記第２の出力電力以上の負荷を検出した場合は前記第１の切換部と前記第２の切換部を共にＯＮすることを特徴とする電子装置。