JPH0680386U - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】放熱フィン及び冷却用ファンを有する電源装置
において、冷却用ファンによる放熱フィンの強制風冷を
適切に行うことにより、冷却用ファンからの騒音の発生
を低減する。 【構成】電流センサ３の検出電流値を平均値回路７によ
り平均値に変換して負荷電流の変化を監視する。低温度
リレー１と高温度リレー２により放熱フィンの温度状態
を監視する。設定値以上の負荷電流が継続して流れ且つ
放熱フィンの温度が高温度リレー２の動作温度以上にな
ると冷却用ファン１３を起動し、それ以外の場合には冷
却用ファン１３を起動しない。冷却用ファン１３を起動
した後は、負荷電流が設定値より小さくなり且つ放熱フ
ィンの温度が低温度リレー１の動作温度より低くなる
と、冷却用ファン１３を停止する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は電源装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

無停電電源装置（以下、ＵＰＳと称す）を代表例とする従来の種々の電源装置 の発熱部の代表的な冷却方法としては次の二つの方法があった。一つの方法は、 電力制御用半導体素子等の発熱電子部品を冷却フィン即ち放熱フィンに取付け、 この放熱フィンを冷却するための冷却用ファンを設け、電源装置の運転開始と同 時に冷却用ファンを起動して、負荷の軽重や放熱フィンの温度上昇とは無関係に 常時冷却を行う冷却方法（以下、常時強制風冷と称す）である。また他の方法は 、冷却用ファンを用いずに放熱フィンの構造を変えたり外形寸法を大形化等する ことにより、放熱フィンのみにより冷却を行う冷却方法（以下、自然冷却と称す ）である。上記の放熱フィンや冷却用ファンは、電源装置が定格運転されること を前提として設計され、必要容量が決定されている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記従来の冷却方法では、常時強制風冷の場合、冷却用ファン が騒音を出し続け、特に電源装置が生活空間に配置される場合には、これがユー ザに不快感を与えることになる。また自然冷却の場合には、電源装置の外形が大 きくなる上、発熱電子部品からの発熱自体を小さくしなければならず、実用上は 、例えばＵＰＳでは１ kVA以下の小容量のものに適用が限定される。そのためＵ ＰＳの給電システムが制約を受けるという問題があった。

【０００４】 本考案の目的は、冷却用ファンによる放熱フィンの強制風冷を適切に行って、 しかもファンによる騒音を低減できる電源装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】 本考案は、電力制御用半導体素子等の発熱電子部品が放熱フィンに取付けられ ており、放熱フィンを冷却するための冷却用ファンを備えた電源装置を改良の対 象とする。

【０００６】 請求項１の考案では、放熱フィンの温度を測定する温度検出手段と、負荷電流 を検出する負荷電流検出手段と、冷却用ファン駆動制御手段とを設ける。そして 冷却用ファン駆動制御手段は、温度検出手段及び負荷電流検出手段の出力を入力 として、負荷電流が継続して設定値以上あり且つ放熱フィンの温度が設定温度以 上あることを起動条件として冷却用ファンを駆動する。冷却用ファンの停止条件 は、電源の使用条件に応じて任意に定めることができる。放熱フィンの温度が設 定温度より下がったり、負荷電流が継続して設定値以下になった場合等を停止条 件として冷却用ファンを停止させる。

【０００７】 請求項２の考案では、冷却用ファン駆動制御手段は、負荷電流が継続して設定 値以上あり且つ放熱フィンの温度が第１の設定温度以上になることを起動条件と して冷却用ファンの駆動を開始し、負荷電流が継続して設定値より小さくなり且 つ放熱フィンの温度が第１の設定温度よりも低い第２の設定温度以下になると冷 却用ファンを停止させる。

【０００８】

【作用】

大多数の無停電電源装置やその他の電源装置は、実際に定格出力で連続運転さ れることは少なく、多くの場合は、定格出力の５０％以下で使用される。特に無 停電電源装置等では、昼間や夜間の時間帯には負荷の軽減または負荷への電力の 供給の停止が予想される。本考案では、負荷電流と放熱フィンの温度を冷却用フ ァンの起動判定条件として、本当に冷却が必要な場合にだけ冷却用ファンを駆動 して、冷却用ファンから発生する騒音を低減化する。負荷電流が大きくても放熱 フィンの温度が高くなっていなければ、放熱フィンによる冷却だけで対処できる 。また放熱フィンの温度が高くなっていても、負荷電流が小さくなっていれば、 ある程度時間が経過することにより放熱フィンの温度が低下していくため、冷却 用ファンによる冷却は必要ない。さらに負荷電流が小さくしかも放熱フィンの温 度が低い場合には、冷却ファンによる冷却は不要である。請求項１及び２の考案 では、このような点を考慮して、強制冷却が必要になる条件を負荷電流が継続し て設定値以上あり且つ放熱フィンの温度が設定温度以上あるときとした。これに よって冷却用ファンの駆動を最小限にして、冷却用ファンから発生する騒音の発 生を有効に低減できる。

【０００９】 放熱フィンの温度があまり下がらない状態で冷却用ファンを停止させると、負 荷条件によっては冷却用ファンが頻繁に起動停止を繰り返すことになって、冷却 用ファンから出る騒音の低減化が多少害されることになる。そこで請求項２の考 案においては、冷却用ファンの停止条件を、負荷電流が継続して設定値より小さ くなり且つ放熱フィンの温度が起動開始条件に用いる第１の設定温度よりも低い 第２の設定温度以下になることとして、できるだけ放熱フィンによる冷却を活用 して、騒音の低減化を図ることとした。

【００１０】

【実施例】

以下、インバータを常時作動させて負荷に電力を供給するタイプの無停電電源 装置に、本考案を適用した実施例を図面を参照して詳細に説明する。図１におい て、１は接点がオン状態になる動作温度が低い温度に設定された低温動作の低温 度リレーであり、また２は接点がオン状態になる動作温度が高い温度に設定され た高温動作の高温リレーである。これらの温度リレー１、２は、無停電電源装置 の主たる発熱電子部品である整流回路を構成する電力用半導体素子やインバータ を構成する電力用半導体素子が実装配置された放熱フィン上に設置されて、温度 検出器を構成する。低温度リレー１の動作温度が冷却用ファンの停止条件に用い る第２の設定温度であり、高温度リレー２の動作温度が冷却用ファンの起動条件 に用いる第１の設定温度である。なお放熱フィンは熱伝導率のよい材料を用いて できるだけ放熱面積が大きくなるように構成された放熱構造体であり、その構造 及び形状は任意である。

【００１１】 ３は負荷電流を検出するための変流器等からなる電流センサであり、６は検出 された負荷電流値を平均値に変換する平均値回路である。平均値回路６を設ける ことによって、瞬間的な負荷変動やノイズの発生によって、冷却用ファンが起動 停止することを防止している。本実施例では、電流センサ３及び平均値回路６に よって、負荷電流検出器が構成されている。また７は無停電電源装置の定格出力 に対する使用率（負荷率）を判定するため負荷電流の基準値を設定する基準値設 定回路であり、８は比較器である。基準値設定回路７で設定する基準値が、冷却 用ファンの起動条件及び停止条件に用いる負荷電流の設定値となる。そして４及 び９はノット回路、５及び１０はアンド回路、１１は信号保持回路であり、１２ はファン駆動回路、１３は放熱フィンを冷却する冷却用ファンである。本実施例 では、基準値設定回路７、比較器８、ノット回路４及び９、アンド回路５及び１ ０、信号保持回路１１及びファン駆動回路１２によって冷却用ファン駆動制御手 段が構成されている。

【００１２】 次に本実施例の動作について説明する。平均値回路６で平均値に変換された負 荷電流値と基準値設定回路７の基準値とを比較器８で比較し、負荷電流値が基準 値以上ならば比較器８は論理値「１」の起動許容信号を出力し、それ以外では論 理値「０」の停止許容信号を出力する。比較器８から起動許容信号「１」が出力 され、しかも放熱フィンの温度が第１の設定温度以上に上昇して高温度リレー２ が動作して高温度リレー２からも起動許容信号「１」が出力されると、冷却用フ ァン１３を駆動する条件が成立したものとして冷却用ファン１３の駆動指令信号 がアンド回路５から出力されて信号保持回路１１に入力される。信号保持回路１ １は駆動指令信号を保持し、ファン駆動回路１２を動作させて、ファン１３を駆 動し強制風冷を実施する。この強制風冷により、放熱フィンの温度は低下してい く。そしてファンの停止指令が出力されるまで強制風冷は継続される。

【００１３】 強制風冷で低下する放熱フィンの温度は、負荷電流が減少することにより更に 低下することになる。負荷電流が減少して、平均値回路６の出力値が基準値設定 回路７の基準値を下回るようになると、比較器８の出力信号が停止許容信号「０ 」になり、ノット回路９から冷却用ファン１３を停止させるためのファン停止準 備信号「１」がアンド回路１０へ出力される。他方、放熱フィンの温度が第２の 設定温度以下になると低温度リレー１の動作が解除されて接点が開き、ノット回 路４から停止許可信号「１」が出力されて、アンド回路１０に入力される。アン ド回路１０は、ファン停止準備信号と停止許可信号の両者が入力されると、信号 保持回路１１に対してファン停止指令信号を出力する。信号保持回路１１はこの ファン停止指令信号を受けると、駆動指令信号の出力を停止する。これにより、 ファン駆動回路１２は動作を停止して、冷却用ファン１３が停止する。以上述べ た図１の回路要部の動作及び放熱フィンの温度の例を示すタイムチャートを図２ に示した。以後前述の起動条件が成立する場合にだけ冷却用ファンの起動が行わ れて、上記動作が繰り返される。

【００１４】 本実施例の無停電電源装置によれば、基準値以上の負荷電流が継続して流れ、 且つ放熱フィンの温度が所定値以上になったときにのみ冷却用ファンを駆動し、 それ以外の場合には冷却用ファンを駆動しないようにしたので、常時強制風冷形 の無停電電源装置に比し、ファンの運転を真の必要期間に限定し得て、ファン運 転による騒音の発生を有効に低減し得るとともに、ファンの長寿命化を図ること ができる。

【００１５】 本実施例では、冷却用ファン１３の停止条件を、負荷電流値が設定値より小さ くなり、放熱フィンの温度が第２の設定温度よりも低下した場合にしたが、停止 条件はこれに限定されるものでない。例えば、負荷電流値が設定値より小さくな ることだけを停止条件としたり、放熱フィンの温度が設定温度よりも低下するこ とだけを停止条件とすることもできる。

【００１６】 また上記実施例では、放熱フィンの温度の測定に温度リレーを用いたが、サミ ースタ等の他の温度センサを用いることができるのは勿論である。

【００１７】 また上記実施例では、無停電電源装置に本考案を適用したが、その他の電源装 置にも本考案を適用できるのは勿論である。

【００１８】

【考案の効果】

請求項１の考案によれば、強制冷却が必要になる条件（冷却用ファンの起動条 件）を負荷電流が継続して設定値以上あり且つ放熱フィンの温度が設定温度以上 あるときとして、本当に冷却が必要な場合にだけ冷却用ファンを駆動するため、 冷却用ファンから発生する騒音を低減化することができる。

【００１９】 また請求項２の考案によれば、冷却用ファンの停止条件を、負荷電流が継続し て設定値より小さくなり且つ放熱フィンの温度が起動開始条件に用いる設定温度 よりも低い別の設定温度以下になることとしたため、できるだけ放熱フィンによ る冷却を活用して、騒音の低減化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案を無停電電源装置に適用した実施例の構
成を示すブロック図である。

【図２】図１の実施例の動作を放熱フィンの温度の変化
とともに示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１ 低温度リレー ２ 高温度リレー ３ 電流センサ ６ 平均値回路 ７ 基準値設定回路 ８ 比較器 １１ 信号保持回路 １２ ファン駆動回路 １３ 冷却用ファン

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力制御用半導体素子等の発熱電子部品
   が放熱フィンに取付けられており、前記放熱フィンを冷
   却するための冷却用ファンを備えた電源装置であって、 前記放熱フィンの温度を測定する温度検出手段と、 負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、 前記温度検出手段及び前記負荷電流検出手段の出力を入
   力として、前記負荷電流が継続して設定値以上あり且つ
   前記放熱フィンの温度が設定温度以上になることを起動
   条件として前記冷却用ファンを駆動する冷却用ファン駆
   動制御手段とを具備することを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】 電力制御用半導体素子等の発熱電子部品
   が放熱フィンに取付けられており、前記放熱フィンを冷
   却するための冷却用ファンを備えた電源装置であって、 前記放熱フィンの温度を測定する温度検出手段と、 負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、 前記温度検出手段及び前記負荷電流検出手段の出力を入
   力として、前記負荷電流が継続して設定値以上あり且つ
   前記放熱フィンの温度が第１の設定温度以上になること
   を起動条件として前記冷却用ファンの駆動を開始し、前
   記負荷電流が継続して前記設定値より小さくなり且つ前
   記放熱フィンの温度が前記第１の設定温度よりも低い第
   ２の設定温度以下になると前記冷却用ファンを停止させ
   る冷却用ファン駆動制御手段とを具備することを特徴と
   する電源装置。