JP6852242B2 - 定電力出力電源用回路ユニット装置及び定電力可変直流電源システム - Google Patents

Description

本発明は、定電力出力電源のために使用される回路ユニット装置、及び該装置を利用した定電力可変直流電源システムに関する。

様々な産業用装置の電源として、スイッチング方式やシリーズレギュレータ方式である出力電圧及び出力電流可変の定電圧／定電流（ＣＶ／ＣＣ）可変直流電源装置が広く利用されている（非特許文献１、２等参照）。一般に市販されているこの種の電源装置では、定電圧モードと定電流モードとの切替えが可能であり、定電圧の出力値又は定電流の出力値をボリウムの操作や外部から入力する信号の設定によって任意に変更できるようになっている。

また近年は、定電圧や定電流でなく定電力を必要とする負荷が増えていることもあり、定電圧、定電流に加え、定電力制御が可能である可変直流電源装置も市販されている（非特許文献３参照）。

スイッチング方式の可変直流電源装置では一般に、次のような回路構成により定電圧制御が行われる。即ち、負荷に印加される出力電圧（又はそれに比例する電圧）を電圧検出器により検出し、誤差増幅アンプでその検出電圧と基準電圧との差に応じた誤差信号を生成する。そして、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御部は、その誤差信号がゼロになるように、直流入力電圧をスイッチングするスイッチング回路を駆動するためのパルス信号のパルス幅を調整する。このようなフィードバック制御により、負荷変動等が生じた場合でも出力電圧が一定に維持される。また、定電流制御も基本的には同様であり、負荷に供給される出力電流（又はそれに比例する電流）を電圧として検出し、誤差増幅アンプでその検出電圧と基準電流に対応する電圧との差に応じた誤差信号を生成する。ＰＷＭ制御部は、その誤差信号がゼロになるようにスイッチング回路を駆動するためのパルス信号のパルス幅を調整し、出力電流を一定に維持する。

定電圧、定電流に加えて定電力制御が可能な可変直流電源装置では、一般に、上述した定電圧制御回路や定電流制御回路にさらに、特許文献１に開示されているような定電力制御回路が追加される。この定電力制御回路は、電圧検出器により検出された出力電圧に応じた電圧信号と電流検出器により検出された出力電流に応じた電圧信号とを乗じる乗算回路と、その乗算結果である電圧と基準電力に対応する電圧との差に応じた誤差信号を生成する誤差増幅アンプと、を含み、その誤差増幅アンプによる誤差信号に応じてスイッチング回路を駆動するためのパルス信号のパルス幅を調整する。

定電圧／定電流可変直流電源装置はごく一般的なものであって広く普及している。これに対し、この定電圧／定電流可変直流電源装置に定電力制御の機能を加えた電源装置は少ない。その理由は、これまで定電力制御の機能を加えた電源装置の必要性が少なかったことや、定電力制御の機能を加えることによって電源装置が高価になることによると考えられる。しかしながら、定電力が要求される負荷は、近年、増加する傾向にある。そのため、ユーザが一般的に用いられている汎用的な定電圧／定電流可変直流電源装置を所有している場合であっても、定電力で負荷を駆動する必要性が生じときに、ユーザは定電力出力が可能である高価な可変直流電源装置を新たに購入しなければならず、経済的な負担が大きいという問題があった。

また、一般的に用いられている定電圧／定電流可変直流電源装置に上述したような誤差増幅アンプを含む定電力制御回路を組み込むことで定電力制御の機能を追加しようとすると、次のような問題もある。
即ち、一般的に用いられている定電圧／定電流可変直流電源装置に定電力制御機能を新たに追加する場合、該電源装置内部の定電圧用誤差増幅アンプの出力信号と定電流用誤差増幅アンプの出力信号とをそれぞれダイオードを介してワイヤードオア接続する接続点に、前述の定電力制御回路の誤差増幅アンプの出力をダイオードを介して接続（つまりはワイヤードオア接続）すればよい。しかしながら、こうした回路構成を採るためには、完成品である定電圧／定電流可変直流電源装置内部を改造する必要があり、その改造によって電源の保証が得られなくなるおそれがある。また、新たに定電力制御用誤差増幅アンプの出力を接続すると回路の動作条件が変わる（マッチングが不整合になる）可能性があるため、定電力可変直流電源として出力がハンチングすることなく安定的に動作するように回路の調整や評価試験が必要になる。そのため、一般的に用いられている定電圧／定電流可変直流電源装置への上述したような定電力制御回路の追加による機能拡張は装置メーカにとっても大きな負担であり、それらがコストに反映されることになる。

特開平７−３１１３６号公報

「CVCC直流可変電源 Genesys/Z+ SERIES」、［online］、ＴＤＫラムダ株式会社、［平成２８年９月２７日検索］、インターネット＜URL: http://www.tdk-lambda.co.jp/products/sps/catalog/jp/genesys.pdf＞ 「直流電源装置 プログラマブルDC電源 (CVCC) KDC series(1500W type)」、［online］、京都電機器株式会社、［平成２８年９月２７日検索］、インターネット＜URL: https://www.kdn.co.jp/product/dc/kdc/＞ 「ＤＣ電源 DPG-10/DPG-20」、［online］、株式会社アルバック、［平成２８年９月２７日検索］、インターネット＜URL: https://www.ulvac.co.jp/products_j/components/power-generator_eb-gun/power-generator/dpg-10dpg-20＞ 「Low Cost Analog Multiplier Data Sheet AD633」、［online］、米国アナログ・デバイセズ（Analog Devices）社、［平成２８年９月２７日検索］、インターネット＜URL: http://www.logosfoundation.org/instrum_gwr/chi/AD633.pdf＞

本発明は上記課題を解決するために成されたもので、その主たる目的は、一般的に用いられている定電圧／定電流可変直流電源装置の外部に接続することによって、該電源装置から定電力制御された出力電圧、出力電流を得ることができる、安価で簡便な定電力出力電源用回路ユニット装置を提供することである。また本発明の他の目的は、従来よりも低廉なコストで、定電圧制御、定電流制御、又は定電力制御された出力電圧、出力電流を選択的に得ることができる定電力可変直流電源システムを提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る定電力出力電源用回路ユニット装置の第１の態様は、動作モードとして定電圧モードと定電流モードとを切替え可能に有し、外部端子として、電圧モニタ出力端子、電流モニタ出力端子、出力電圧設定入力端子、及び出力電流設定入力端子を備える定電圧／定電流可変直流電源装置と組み合わせて用いられ、該定電圧／定電流可変直流電源装置が定電流モードで動作している状態で、該定電圧／定電流可変直流電源装置の出力端子に接続されている負荷に供給される電力が一定に維持されるように該定電圧／定電流可変直流電源装置の動作を制御する定電力出力電源用回路ユニット装置であって、
a)定電流モードで動作される前記定電圧／定電流可変直流電源装置の電圧モニタ出力端子と接続され、該定電圧／定電流可変直流電源装置が動作している際の、該定電圧／定電流可変直流電源装置の出力端子から負荷に印加される出力電圧の電圧値の情報を受け取る検出電圧入力端子と、
b)目的とする出力電力の値に応じた電圧値の情報を外部から受け取る出力電力設定入力端子と、
c)前記出力電力設定入力端子で受け取った電圧値を前記検出電圧入力端子で受け取った電圧値で除することにより又はその除算結果に所定値を乗じることにより制御用電圧を算出する演算処理部と、
d)前記定電圧／定電流可変直流電源装置の出力電流設定入力端子と接続され、前記演算処理部で算出された制御用電圧を該定電圧／定電流可変直流電源装置に出力する定電流設定出力端子と、
を備えることを特徴としている。

また上記課題を解決するために成された本発明に係る定電力出力電源用回路ユニット装置の第２の態様は、動作モードとして定電圧モードと定電流モードとを切替え可能に有し、外部端子として、電圧モニタ出力端子、電流モニタ出力端子、出力電圧設定入力端子、及び出力電流設定入力端子を備える定電圧／定電流可変直流電源装置と組み合わせて用いられ、該定電圧／定電流可変直流電源装置が定電圧モードで動作している状態で、該定電圧／定電流可変直流電源装置の出力端子に接続されている負荷に供給される電力が一定に維持されるように該定電圧／定電流可変直流電源装置の動作を制御する定電力出力電源用回路ユニット装置であって、
a)定電圧モードで動作される前記定電圧／定電流可変直流電源装置の電流モニタ出力端子と接続され、該定電圧／定電流可変直流電源装置が動作している際の、該定電圧／定電流可変直流電源装置の出力端子から負荷に供給される出力電流の電流値の情報を受け取る検出電流入力端子と、
b)目的とする出力電力の値に応じた電圧値の情報を外部から受け取る出力電力設定入力端子と、
c)前記出力電力設定入力端子で受け取った電圧値を前記検出電流入力端子から入力された電圧値で除することにより又はその除算結果に所定値を乗じることにより制御用電圧を算出する演算処理部と、
d)前記定電圧／定電流可変直流電源装置の出力電圧設定入力端子と接続され、前記演算処理部で算出された制御用電圧を該定電圧／定電流可変直流電源装置に出力する定電圧設定出力端子と、
を備えることを特徴としている。

また上記課題を解決するために成された本発明に係る定電力可変直流電源システムの第１の態様は、上記本発明に係る第１又は第２の態様の定電力出力電源用回路ユニット装置と、定電圧／定電流可変直流電源装置と、を含む定電力／定電圧／定電流可変直流電源システムであって、
該定電圧／定電流可変直流電源装置は、トランスの１次巻線に印加する直流電圧をスイッチング素子によりオン・オフし、該トランスの２次巻線に接続された整流回路を通して出力電圧、出力電流を取り出すスイッチング方式の電源装置であり、出力電圧を検出してその電圧に応じた電圧信号を生成する電圧検出部と、出力電流を検出してその電流に応じた電圧信号を生成する電流検出部と、前記電圧検出部による電圧信号と前記出力電圧設定入力端子から入力された電圧信号との差信号を算出する第１の誤差増幅アンプと、前記電流検出部による電圧信号と前記出力電流設定入力端子から入力された電圧信号との差信号を算出する第２の誤差増幅アンプと、定電圧モードでは前記第１の誤差増幅アンプによる差信号に基づき、一方、定電流モードでは前記第２の誤差増幅アンプによる差信号に基づき前記スイッチング素子を駆動するパルス信号を生成するＰＷＭ制御部と、を具備し、前記電圧検出部による電圧信号が前記電圧モニタ出力端子に出力され、前記電流検出部による電圧信号が前記電流モニタ出力端子に出力されてなり、
前記定電圧／定電流可変直流電源装置の電圧モニタ出力端子と前記定電力出力電源用回路ユニット装置の検出電圧入力端子とが着脱自在に接続されるとともに、該定電圧／定電流可変直流電源装置の出力電流設定入力端子と該定電力出力電源用回路ユニット装置の定電流設定出力端子とが着脱自在に接続され、定電力出力中は該定電圧／定電流可変直流電源装置が定電流モードで動作される、又は、前記定電圧／定電流可変直流電源装置の電流モニタ出力端子と前記定電力出力電源用回路ユニット装置の検出電流入力端子とが着脱自在に接続されるとともに、該定電圧／定電流可変直流電源装置の出力電圧設定入力端子と該定電力出力電源用回路ユニット装置の定電圧設定出力端子とが着脱自在に接続され、定電力出力中は該定電圧／定電流可変直流電源装置が定電圧モードで動作されることを特徴としている。

一般的に用いられている定電圧／定電流可変直流電源装置は、該装置内部で検出された出力電圧に比例するモニタ電圧信号が出力される電圧モニタ出力端子、該装置内部で検出された出力電流に比例するモニタ電圧信号が出力される電流モニタ出力端子、外部から定電圧出力の電圧値を制御するための信号が入力される出力電圧設定入力端子、及び、外部から定電流出力の電流値を制御するための信号が入力される出力電流設定入力端子を備える。本発明に係る定電力出力電源用回路ユニット装置はこれら外部端子を利用し、電圧モニタ出力端子又は電流モニタ出力端子のいずれかから信号を受け取り、所定の演算処理を実施してその結果を出力電流設定入力端子又は出力電圧設定入力端子にフィードバックすることにより、定電力制御回路を有さない定電圧／定電流可変直流電源装置を定電力可変直流電源装置として機能させるものである。

本発明に係る第１の態様の定電力出力電源用回路ユニット装置において、演算処理部は、定電圧／定電流可変直流電源装置の電圧モニタ出力端子から出力され当該ユニット装置の検出電圧入力端子を通して入力された電圧値で以て、出力電力設定入力端子に与えられた出力電力設定のための電圧値を除することで、定電力出力の設定値を定電流の設定値に変換する。そして、その除算結果である又はそれに所定値を乗じた制御用電圧を定電流設定出力端子を通して、定電圧／定電流可変直流電源装置の出力電流設定入力端子に入力する。これにより、定電圧／定電流可変直流電源装置を定電流モードで動作させると、該装置では、出力電力が定電力出力電源用回路ユニット装置の出力電力設定入力端子に設定された設定値に対応したものとなるように定電流制御が行われ、電力一定の出力電流及び出力電圧が得られる。

また本発明に係る第２の態様の定電力出力電源用回路ユニット装置において、演算処理部は、定電圧／定電流可変直流電源装置の電流モニタ出力端子から出力され当該ユニット装置の検出電流入力端子から入力された電圧値で以て、出力電力設定入力端子に与えられた出力電力設定のための電圧値を除することで、定電力出力の設定値を定電圧の設定値に変換する。そして、その除算結果である又はそれに所定値を乗じた制御用電圧を定電圧設定出力端子を通して、定電圧／定電流可変直流電源装置の出力電圧設定入力端子に入力する。これにより、定電圧／定電流可変直流電源装置を定電圧モードで動作させると、該装置では、出力電力が定電力出力電源用回路ユニットの出力電力設定入力端子に設定された設定値に対応したものとなるように定電圧制御が行われ、電力一定の出力電流及び出力電圧が得られる。

即ち、本発明に係る第１、第２の態様の定電力出力電源用回路ユニット装置と一般的に用いられている定電圧／定電流可変直流電源装置とを組み合わせた場合、定電力出力電源用回路ユニット装置において出力電力の設定値を定電圧又は定電流の設定値に変換しているので、定電圧／定電流可変直流電源装置では定電圧制御又は定電流制御を実行しながらも、定電力制御されたものと同等の出力電圧、出力電流が得られる。

本発明に係る第１、第２の態様の定電力出力電源用回路ユニット装置における実質的な回路は、電源回路等を除けば演算処理部だけであり、演算処理部は除算回路と必要に応じて加えられる増幅回路を含むだけである。したがって、定電力出力電源用回路ユニット装置の回路構成は非常に簡素であり、そのコストを抑えることは容易である。また、そうした回路に必要な部品は小形であり、定電力出力電源用回路ユニット装置を小形・軽量なものとすることができる。

なお、多くの場合、定電圧／定電流可変直流電源装置における上記各外部端子の電圧は業界標準として、出力電圧や出力電流がそれぞれ所定の定格値であるときに１０Ｖであるように定められている。そこで、出力電力設定入力端子における定格入力電圧も１０Ｖに定める構成とするとよい。

例えばアナログ・デバイセズ社製のAD633等の汎用アナログ乗算器では、Ｘ、Ｙの２入力を乗算した結果が１０Ｖフルスケールになるように１／１０が乗じられる構成となっている。そのため、この汎用アナログ乗算器を利用して除算回路を構成すると、１０Ｖフルスケール同士の除算結果は（１０Ｖ／１０Ｖ）×−１０＝−１０Ｖとなる。この除算回路によって得られた値にオペアンプを用いた反転増幅器により−１であるゲインを乗じて＋１０Ｖに変換することで、定格電圧や定格電流に対応する値が１０Ｖとなる出力を定電圧／定電流可変直流電源装置に与えることができる。

また、定電圧／定電流可変直流電源装置における上記各外部端子の電圧が、出力電圧や出力電流がそれぞれ所定の定格値であるときに５Ｖに定められているような電源装置である場合、上記除算結果は、例えばAD633では、（５Ｖ／５Ｖ）×−１０＝−１０Ｖとなる。そのため、除算回路によって得られた値にゲイン＝−０．５を乗じて＋５Ｖに変換すればよく、オペアンプによる上記反転増幅器のゲインを決める抵抗の値の変更で容易に対応可能である。即ち、上記構成によれば、一般的に用いられている定電圧／定電流可変直流電源装置と組み合わせるのに好適な定電力出力電源用回路ユニット装置を簡単な回路構成で実現することができる。

本発明に係る定電力出力電源用回路ユニット装置によれば、当該ユニット装置を一般的に用いられている定電圧／定電流可変直流電源装置の外部に接続することによって、該電源装置から定電力制御された出力電圧、出力電流を得ることができる。したがって、例えば一般的な定電圧／定電流可変直流電源装置を既に所有しているユーザは、定電力が必要である負荷を駆動する必要が生じた場合に、定電力出力が可能である可変直流電源装置を新たに購入することなく、本発明に係る定電力出力電源用回路ユニット装置だけを新たに入手すればよい。また、本発明に係る定電力出力電源用回路ユニット装置は、接続する一般的な定電圧／定電流可変直流電源装置の出力仕様に関係なく使用することができる。

本発明に係る定電力出力電源用回路ユニット装置の回路構成は簡素であり、そのコストは直流電源装置自体に比べれば格段に低いので、一般的な定電圧／定電流可変直流電源装置を既に所有しているユーザは低廉なコストで定電力可変直流電源システムを構築することができる。また、本発明に係る定電力出力電源用回路ユニット装置は小形・軽量であるので、定電圧／定電流可変直流電源装置と組み合わせたシステムも該装置自体と殆ど同じサイズ、重量で収まる。

また本発明に係る定電力可変直流電源システムは、上述したように低コストの定電力出力電源用回路ユニット装置と、一般的に用いられているスイッチング方式の定電圧／定電流可変直流電源装置、とを接続したものであるので、定電力制御の機能を加えた定電圧／定電流可変直流電源を低廉なコストで提供することができる。また上記本発明に係る定電力出力電源用回路ユニット装置では、定電力制御のために定電圧／定電流可変直流電源装置に内蔵されている定電流制御回路又は定電圧制御回路を利用するため、定電力制御用の誤差増幅アンプを別途必要としない。そのため、本発明に係る定電力可変直流電源システムでは、定電流制御用又は定電圧制御用とは異なる誤差増幅アンプを用いることに起因する制御干渉が生じないため、面倒な制御マッチングの調整が不要である。また、定電力制御ではなく定電圧制御又は定電流制御が必要な場合には、定電力出力電源用回路ユニット装置を定電圧／定電流可変直流電源装置から取り外せばよいので、取り扱いも容易である。

本発明の一実施例である定電力出力用回路ユニット装置と一般的に用いられている定電圧／定電流可変直流電源装置とを組み合わせた電源システムの概略構成図。 図１に示した定電力出力用回路ユニット装置における演算処理部の詳細回路の一例を示す図。 本発明の一実施例である定電力出力用回路ユニット装置と一般的に用いられている定電圧／定電流可変直流電源装置とを組み合わせた電源システムの他の構成例を示す図。

以下、本発明の一実施例である定電力出力用回路ユニット装置について添付図面を参照して説明する。
図１は本実施例である定電力出力用回路ユニット装置１０と一般的に用いられているスイッチング方式の定電圧／定電流可変直流電源装置１００とを組み合わせた電源システムの概略構成図である。図２は図１中の定電力出力用回路ユニット装置１０における演算処理部１８の詳細回路の一例を示す図である。

図１に示すように、定電圧／定電流可変直流電源装置１００は、外部の交流電源２００から入力された交流電力を直流化するダイオードブリッジ等から成る整流部１０２と、整流された電圧を平滑化するコンデンサ１０４と、交流−直流変換された電圧をオン・オフするスイッチング素子１０６と、トランス１０８と、整流用のダイオード１１０、１１２と、インダクタとコンデンサからなる平滑フィルタ１１４と、負荷２１０に供給される出力電流を検出してその電流値に比例する電圧信号として出力する電流検出器１１６と、負荷２１０に印加される出力電圧を検出してその電圧値に比例する電圧信号として出力する電圧検出器１１８と、二つの誤差増幅アンプ１２２、１２４と、ＰＷＭ制御部１２６と、を含む。

また定電圧／定電流可変直流電源装置１００は、負荷２１０が接続される出力端子１３０、１３１のほか、電流検出器１１６による検出電圧が電流モニタ信号ＣＭＯＴとして出力される電流モニタ出力端子１３２と、電圧検出器１１８による検出電圧が電圧モニタ信号ＶＭＯＴとして出力される電圧モニタ出力端子１３４と、外部から定電流モードにおける定電流設定値ＣＣＳＩを入力するための出力電流設定入力端子１３３と、外部から定電圧モードにおける定電圧設定値ＣＶＳＩを入力するための出力電圧設定入力端子１３５と、を備える。電流モニタ出力端子１３２の出力の電圧範囲は０Ｖ〜１０Ｖであり、出力電流が０Ａ及び定格電流であるときに電流モニタ出力端子１３２の出力電圧はそれぞれ０Ｖ及び１０Ｖである。同様に電圧モニタ出力端子１３４の出力の電圧範囲は０Ｖ〜１０Ｖであり、出力電圧が０Ｖ及び定格電圧であるときに電圧モニタ出力端子１３４の出力電圧はそれぞれ０Ｖ及び１０Ｖである。また、出力電流設定入力端子１３３の設定入力電圧範囲は０Ｖ〜１０Ｖであり、出力電流を０Ａに設定したいとき及び定格電流に設定したいときに出力電流設定入力端子１３３にそれぞれ０Ｖ及び１０Ｖを入力すればよい。出力電圧設定入力端子１３５の設定入力電圧範囲も０Ｖ〜１０Ｖであり、出力電圧を０Ｖに設定したいとき及び定格電圧に設定したいときに出力電圧設定入力端子１３５にそれぞれ０Ｖ及び１０Ｖを入力すればよい。

定電圧／定電流可変直流電源装置１００は定電力出力用回路ユニット装置１０が接続されていない状態で、定電圧モード又は定電流モードで動作可能である。定電圧モードの際には、出力電圧設定入力端子１３５に適宜の電圧が設定され、これが定電圧出力の基準電圧となる。定電圧モードでは次のように定電圧制御が行われる。
ＰＷＭ制御部１２６はスイッチング素子１０６をオン・オフする所定パルス幅のパルス信号を出力する。整流部１０２及びコンデンサ１０４により交流−直流変換された電圧はスイッチング素子１０６によりオン・オフされ、それによってトランス１０８の１次巻線には間欠的に電流が流れる。１次巻線に流れるこの電流によってトランス１０８の２次巻線には電流が誘起され、その電流がダイオード１１０、平滑フィルタ１１４等により直流化される。そして、この直流電流が出力端子１３０、１３１に接続されている負荷２１０に供給される。

電圧検出器１１８は出力電圧を検出し、該出力電圧に対応した電圧を出力する。この電圧が誤差増幅アンプ１２４の反転入力端に入力され、誤差増幅アンプ１２４の非反転入力端に入力されている基準電圧との差に応じた誤差信号がＰＷＭ制御部１２６にフィードバックされる。ＰＷＭ制御部１２６は上記誤差がゼロ（又は所定の値）になるようにパルス信号のパルス幅を調整する。具体的には例えば、出力電圧が基準電圧に対応する目標の電圧値よりも下がると、誤差増幅アンプ１２４で生成される誤差信号が拡大し、ＰＷＭ制御部１２６はパルス信号のパルス幅を広げる。これにより、トランス１０８の１次巻線に流れる単位時間当たりの電流が増加し出力電圧も増加する。このようなフィードバック制御により、負荷２１０に供給される出力電圧は所定の値に維持され、定電圧制御が達成される。

定電流モードでの動作も出力電圧の代わりに出力電流を検出する点等を除けば基本的に同じであり、従来の装置における動作とも同じであるので説明を省略する。

定電力出力用回路ユニット装置１０は演算処理部１８を備えるとともに、外部端子として、出力電力設定入力端子１２と、検出電流／検出電圧入力端子１４と、定電圧／定電流設定出力端子１６と、を備える。検出電流／検出電圧入力端子１４は定電圧／定電流可変直流電源装置１００の電流モニタ出力端子１３２に接続され、定電圧／定電流設定出力端子１６は定電圧／定電流可変直流電源装置１００の出力電圧設定入力端子１３５に接続される。出力電力設定入力端子１２には０Ｗ〜定格電力の出力電力（電流、電圧）に対して０〜１０Ｖの範囲の電圧が定電力設定値ＣＷＳＩとして入力される。

演算処理部１８は、定電力設定値ＣＷＳＩを検出電流／検出電圧入力端子１４を通して入力された電圧値（電流モニタ信号ＣＭＯＴ）で除し、その除算結果を制御用電圧として定電圧／定電流設定出力端子１６に与える。こうした除算を行う回路としては一般に知られているものを利用することができるが、本実施例では図２に示すような回路を用いている。

図２に示す回路では、アナログ乗算器１８１と一般的な二つのオペアンプ１８２、１８３との組み合わせにより除算回路を構成しており、アナログ乗算器１８１としてはアナログ・デバイセズ社製の１チップＩＣであるAD633JNを用いている（非特許文献４参照）。このAD633JNの内部回路構成は図２中に示すとおりであり、Ｗ＝［｛（Ｘ1−Ｘ2）（Ｙ1−Ｙ2）｝／１０Ｖ］＋Ｚの演算が可能である。即ち、Ｘ1−Ｘ2とＹ1−Ｙ2との乗算結果は「１０」で除される。これは、乗算結果が電源電圧±ＶSSを超えないようにするためである。

非特許文献４中にも例示されているように、AD633JNとオペアンプ（例えばAD711）とを図２に示すように組み合せることにより除算回路を構成することができる。このとき、図２に示す回路において、オペアンプ１８２の出力端の電圧Ｗ’は、Ｗ’＝−（１０Ｖ）（ＣＷＳＩ／Ｘ1）となり、オペアンプ１８３を用いた反転増幅器によって極性が反転されて、定電圧／定電流設定出力端子１６には（１０Ｖ）（ＣＷＳＩ／Ｘ1）が出力される（但し、Ｚ＝０Ｖの場合）。即ち、定電力設定値ＣＷＳＩを検出電流／検出電圧入力端子１４を通して入力された電圧値（電流モニタ信号ＣＭＯＴ）で除する除算が実現できる。この場合、AD633JNの内部でその除算結果に１０Ｖが乗じられるが、ここでは、定電力設定値ＣＷＳＩ、電流モニタ信号ＣＭＯＴのいずれも定格値に対応する電圧は１０Ｖであるから、それらの除算結果を１０倍すると、その除算結果のフルスケールをちょうど１０Ｖにすることができる。これは、定電圧／定電流設定出力端子１６から出力すべき定電圧設定値ＣＶＳＩの定格値に対応する電圧が１０Ｖであることに適合しており、アナログ乗算器１８１の外側でそうした電圧値の調整が不要になるので回路を簡素化するうえで好都合である。

図１に示したシステムにおいて定電力制御された出力を負荷２１０に供給したい場合、定電圧／定電流可変直流電源装置１００は上述したような定電圧モードで動作される。即ち、ＰＷＭ制御部１２６は誤差増幅アンプ１２４による誤差信号がゼロ（又は所定値）になるようにパルス信号のパルス幅を調整する。このときに負荷２１０に印加される出力電圧は電圧検出器１１８により検出され、該出力電圧に対応する電圧が誤差増幅アンプ１２４の反転入力端に入力される。一方、このときに負荷２１０に供給される出力電流は電流検出器１１６により検出され、その出力電流に対応する電圧が電流モニタ信号ＣＭＯＴとして定電力出力用回路ユニット装置１０の演算処理部１８に入力される。

出力電力設定入力端子１２には適宜の定電力設定値ＣＷＳＩが入力され、演算処理部１８は上述したような除算を実行する。この除算は定電力制御の目標である電力値を実際に負荷２１０に供給されている電流値で除する処理であるから、そのときの実際の出力電流に応じて、定電力出力の設定値を定電圧の設定値に変換する処理に相当する。このように変換された定電圧設定値ＣＶＳＩが出力電圧設定入力端子１３５を通して誤差増幅アンプ１２４の他端に入力されるから、誤差増幅アンプ１２４による誤差信号を受けたＰＷＭ制御部１２６はそのときの出力電圧が定電圧設定値ＣＶＳＩに対応する電圧になるようにパルス信号のパルス幅を調整する。これにより、出力電圧と出力電流で決まる出力電力が定電力設定値ＣＷＳＩに対応する定電力になるように制御される。
以上のように、本実施例の定電力出力用回路ユニット装置１０を定電圧／定電流可変直流電源装置１００と組み合わせた電源システムでは、定電圧／定電流可変直流電源装置１００における定電圧制御の機能を利用して、負荷２１０に供給される電力を一定に維持することができる。即ち、定電力制御が達成される。

図３は、上記実施例の定電力出力用回路ユニット装置１０と一般的に用いられている定電圧／定電流可変直流電源装置１００とを組み合わせた電源システムの他の構成を示す図であり、定電圧／定電流可変直流電源装置１００の一部の記載は省略している。定電力出力用回路ユニット装置１０自体は図１、図２に示したものと全く同じであるが、定電力出力用回路ユニット装置１０と定電圧／定電流可変直流電源装置１００との接続の態様が図１とは異なる。即ち、定電力出力用回路ユニット装置１０の検出電流／検出電圧入力端子１４及び定電圧／定電流設定出力端子１６はそれぞれ、定電圧／定電流可変直流電源装置１００の電圧モニタ出力端子１３４及び出力電流設定入力端子１３３に接続される。

この場合、定電圧／定電流可変直流電源装置１００は定電流モードで動作される。したがって、ＰＷＭ制御部１２６は誤差増幅アンプ１２２による誤差信号がゼロ（又は所定値）になるようにパルス信号のパルス幅を調整する。このときに負荷２１０に供給される出力電流は電流検出器１１６により検出され、該出力電流に対応する電圧が誤差増幅アンプ１２２の反転入力端に入力される。一方、このときに負荷２１０に印加される出力電圧は電圧検出器１１８により検出され、その出力電圧に対応する電圧が電圧モニタ信号ＶＭＯＴとして定電力出力用回路ユニット装置１０の演算処理部１８に入力される。

演算処理部１８はそうして入力された信号に基づく除算を行うことで、そのときの実際の出力電圧に応じて、定電力出力の設定値を定電流の設定値に変換する。そして、その変換後の定電流設定値ＣＣＳＩが誤差増幅アンプ１２２の非反転入力端に入力され、誤差増幅アンプ１２２による誤差信号を受けたＰＷＭ制御部１２６はそのときの出力電流が定電流設定値ＣＣＳＩに対応する電圧になるようにパルス信号のパルス幅を調整する。これにより、図３に示した構成においても、出力電圧と出力電流とで決まる出力電力が定電力設定値ＣＷＳＩに対応する定電力になるように制御される。

なお、上述したように演算処理部１８における回路構成は図２に示した例に限らない。また、必ずしもアナログ回路で構成する必要はなく、マイクロコンピュータを利用したソフトウェアによる演算処理を用いてもよい。また、同様の機能をソフトウェアでなくロジック回路によりハードウェア的に実現してもよい。

また、上記実施例は本発明の一実施例である定電力出力用回路ユニット装置と一般的に使用されている定電圧／定電流可変直流電源装置とを組み合わせて定電力可変直流電源システムを構築していたが、本実施例である定電力出力用回路ユニット装置は定電圧制御のみの機能を有する定電圧可変直流電源装置と組み合わせる又は定電流制御のみの機能を有する定電流可変直流電源装置と組み合わせることもできることは明らかである。

また、上記実施例はあくまでも本発明の一例であって、本発明の趣旨の範囲で、適宜に変更、修正又は追加を行えることは明らかである。

１０…定電力出力用回路ユニット装置
１２…出力電力設定入力端子
１４…検出電流／検出電圧入力端子
１６…定電圧／定電流設定出力端子
１８…演算処理部
１８１…アナログ乗算器
１８２、１８３…オペアンプ
１００…定電圧／定電流可変直流電源装置
１０２…整流部
１０４…コンデンサ
１０６…スイッチング素子
１０８…トランス
１１０、１１２…ダイオード
１１４…平滑フィルタ
１１６…電流検出器
１１８…電圧検出器
１２２、１２４…誤差増幅アンプ
１２６…ＰＷＭ制御部
１３０、１３１…出力端子
１３２…電流モニタ出力端子
１３３…出力電流設定入力端子
１３４…電圧モニタ出力端子
１３５…出力電圧設定入力端子
２００…交流電源
２１０…負荷

Claims (3)

1. 動作モードとして定電圧モードと定電流モードとを切替え可能に有し、外部端子として、電圧モニタ出力端子、電流モニタ出力端子、出力電圧設定入力端子、及び出力電流設定入力端子を備える定電圧／定電流可変直流電源装置と組み合わせて用いられ、該定電圧／定電流可変直流電源装置が定電流モードで動作している状態で、該定電圧／定電流可変直流電源装置の出力端子に接続されている負荷に供給される電力が一定に維持されるように該定電圧／定電流可変直流電源装置の動作を制御する定電力出力電源用回路ユニット装置であって、
   a)定電流モードで動作される前記定電圧／定電流可変直流電源装置の電圧モニタ出力端子と接続され、該定電圧／定電流可変直流電源装置が動作している際の、該定電圧／定電流可変直流電源装置の出力端子から負荷に印加される出力電圧の電圧値の情報を受け取る検出電圧入力端子と、
   b)目的とする出力電力の値に応じた電圧値の情報を外部から受け取る出力電力設定入力端子と、
   c)前記出力電力設定入力端子で受け取った電圧値を前記検出電圧入力端子で受け取った電圧値で除することにより又はその除算結果に所定値を乗じることにより制御用電圧を算出する演算処理部と、
   d)前記定電圧／定電流可変直流電源装置の出力電流設定入力端子と接続され、前記演算処理部で算出された制御用電圧を該定電圧／定電流可変直流電源装置に出力する定電流設定出力端子と、
   を備えることを特徴とする定電力出力電源用回路ユニット装置。
   
2. 動作モードとして定電圧モードと定電流モードとを切替え可能に有し、外部端子として、電圧モニタ出力端子、電流モニタ出力端子、出力電圧設定入力端子、及び出力電流設定入力端子を備える定電圧／定電流可変直流電源装置と組み合わせて用いられ、該定電圧／定電流可変直流電源装置が定電圧モードで動作している状態で、該定電圧／定電流可変直流電源装置の出力端子に接続されている負荷に供給される電力が一定に維持されるように該定電圧／定電流可変直流電源装置の動作を制御する定電力出力電源用回路ユニット装置であって、
   a)定電圧モードで動作される前記定電圧／定電流可変直流電源装置の電流モニタ出力端子と接続され、該定電圧／定電流可変直流電源装置が動作している際の、該定電圧／定電流可変直流電源装置の出力端子から負荷に供給される出力電流の電流値の情報を受け取る検出電流入力端子と、
   b)目的とする出力電力の値に応じた電圧値の情報を外部から受け取る出力電力設定入力端子と、
   c)前記出力電力設定入力端子で受け取った電圧値を前記検出電流入力端子から入力された電圧値で除することにより又はその除算結果に所定値を乗じることにより制御用電圧を算出する演算処理部と、
   d)前記定電圧／定電流可変直流電源装置の出力電圧設定入力端子と接続され、前記演算処理部で算出された制御用電圧を該定電圧／定電流可変直流電源装置に出力する定電圧設定出力端子と、
   を備えることを特徴とする定電力出力電源用回路ユニット装置。
   
3. 請求項１又は２に記載の定電力出力電源用回路ユニット装置と、定電圧／定電流可変直流電源装置と、を含む定電力可変直流電源システムであって、
   該定電圧／定電流可変直流電源装置は、トランスの１次巻線に印加する直流電圧をスイッチング素子によりオン・オフし、該トランスの２次巻線に接続された整流回路を通して出力電圧、出力電流を取り出すスイッチング方式の電源装置であり、出力電圧を検出してその電圧に応じた電圧信号を生成する電圧検出部と、出力電流を検出してその電流に応じた電圧信号を生成する電流検出部と、前記電圧検出部による電圧信号と前記出力電圧設定入力端子から入力された電圧信号との差信号を算出する第１の誤差増幅アンプと、前記電流検出部による電圧信号と前記出力電流設定入力端子から入力された電圧信号との差信号を算出する第２の誤差増幅アンプと、定電圧モードでは前記第１の誤差増幅アンプによる差信号に基づき、一方、定電流モードでは前記第２の誤差増幅アンプによる差信号に基づき前記スイッチング素子を駆動するパルス信号を生成するＰＷＭ制御部と、を具備し、前記電圧検出部による電圧信号が前記電圧モニタ出力端子に出力され、前記電流検出部による電圧信号が前記電流モニタ出力端子に出力されてなり、
   前記定電圧／定電流可変直流電源装置の電圧モニタ出力端子と前記定電力出力電源用回路ユニット装置の検出電圧入力端子とが着脱自在に接続されるとともに、該定電圧／定電流可変直流電源装置の出力電流設定入力端子と該定電力出力電源用回路ユニット装置の定電流設定出力端子とが着脱自在に接続され、定電力出力中は該定電圧／定電流可変直流電源装置が定電流モードで動作される、又は、前記定電圧／定電流可変直流電源装置の電流モニタ出力端子と前記定電力出力電源用回路ユニット装置の検出電流入力端子とが着脱自在に接続されるとともに、該定電圧／定電流可変直流電源装置の出力電圧設定入力端子と該定電力出力電源用回路ユニット装置の定電圧設定出力端子とが着脱自在に接続され、定電力出力中は該定電圧／定電流可変直流電源装置が定電圧モードで動作されることを特徴とする定電力可変直流電源システム。

Images