JPH0731054A - 直流電源接続回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 広範囲な出力電圧を可変に制御できる効率の
良い電源装置において、さらに小形化し、信頼性を高め
るために、複数の電源を並列および直列に接続する簡易
な接続回路を実現する。 【構成】 ２つの整流回路１２ａ、１２ｂを接続する接
続回路２０は、整流回路１２ａおよび１２ｂを直列に接
続するスイッチ素子２１、並列接続回路２２ａ、並列接
続回路２２ｂを備えている。スイッチ２１がオンする
と、整流回路１２ａおよび１２ｂが直列に接続され、高
い電圧領域がカバーできる。スイッチ２１がオフする
と、並列接続回路２２ａ、２２ｂを介して整流回路１２
ａ、１２ｂが並列に接続され、低い電圧領域がカバーで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、広範囲の出力電圧を得
るために複数の直流電源を接続する直流電源接続回路に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３に、広範囲の出力電圧を得ることが
可能な電源装置の一例を示してある。この電源装置３０
は、広範囲の電圧を効率よく得ることが可能なように２
つの直流電源３１ａと３１ｂを直列、および並列に接続
できるようになっている。従って、この電源装置３０
は、電圧を可変するために抵抗などを用いた変圧回路は
不要なので、抵抗による損失はなく、高い出力を効率良
く得ることができる。

【０００３】この電源装置３０では、すなわち、直流電
源３１ａと３１ｂは、３つのスイッチ３２、３３、３４
からなる接続回路３５を介して接続されており、高い電
圧がこの電源装置３０から出力される場合は、スイッチ
３３はオン、スイッチ３２および３４はオフされ２つの
直流電源３１ａと３１ｂとは直列に接続される。低い電
圧が出力される場合は、スイッチ３２および３４はオ
ン、スイッチ３３はオフされ２つの直流電源３１ａと３
１ｂとは並列に接続される。スイッチ３２〜３４の制御
は、通常、電源装置３０の出力の電圧を監視し、フィー
ドバック制御している制御回路２によって行われる。こ
の制御回路２によって、同時に電源装置３０から出力さ
れる電流も監視され、直流電源３１ａおよび３１ｂを制
御することにより、定電流あるいは定電圧制御ができる
ようになっている。個々の直流電源３１ａおよび３１ｂ
としては、低損失で柔軟な制御が可能なスイッチング電
源が採用されることが多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような電源装置
は、電圧の可変範囲を広く確保でき、また、損失が少な
いので大きな出力を得ることが可能である。従って、フ
ァクシミリなどのフラッシュ定着用ランプのコンデンサ
を充電する際などに用いられる。このようなファクシミ
リなどの装置に組み込まれる電源装置に対しては、小
形、廉価で、さらに信頼性の高いことが要求される。

【０００５】このような要求に対し、図３に示した電源
装置３０は、損失が少ないので、充電効率が高く、直流
電源自体は小形のもので良い。従って、ファクシミリな
どの装置に組み込まれるには好適な電源装置である。そ
して、２つの直流電源３１ａと３１ｂの接続を直列およ
び並列に切り換えるために用いられている接続回路３５
を簡略化することができれば、さらに小形化でき、また
信頼性の向上を図ることが可能である。すなわち、接続
回路３５を構成しているスイッチの数量を削減できれ
ば、部品点数は減り、同時に、スイッチを制御する制御
回路の構成が簡略化できる。また、電圧の可変するに伴
い制御する必要があるスイッチの数を減少することで、
信頼性の向上をさらに図ることができる。

【０００６】そこで、本発明においては、上記の課題に
鑑み、複数の直流電源を直列および並列に接続可能で、
非常に簡単な構成の接続回路を提供することを目的とし
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】複数の直流電源を並列お
よび直列に接続可能な接続回路として、本発明において
は、複数の直流電源を出力端子に対して直列に接続可能
な少なくとも１つのスイッチ手段と、このスイッチ手段
をバイパスして、直流電源と出力端子とを、直流電源に
対する逆流を阻止するように接続する並列接続手段とを
有することを特徴とする直流電源接続回路を採用してい
る。

【０００８】このような本発明に係る直流電源接続回路
においては、スイッチ手段を投入すれば、複数の直流電
源が直列に接続される。そして、並列接続手段には、直
流電源へ逆流する方向に電流は流れないので、このスイ
ッチ手段をバイパスして並列に接続されることはない。
一方、スイッチ手段を開放すれば、複数の直流電源は並
列接続手段によって出力端子に接続されているので、並
列接続手段を介してそれぞれの直流電源から出力端子に
電流が流れる。従って、複数の直流電源は並列に接続さ
れる。

【０００９】詳しくは以下の実施例にて説明するが、２
つの直流電源を本発明に係る直流電源接続回路で接続
し、直列および並列に切り換えるには、１つのスイッチ
手段を動作させれば良い。従って、従来と比較し、スイ
ッチ手段の数は１／３で良い。３つ以上の直流電源を接
続する場合は、さらに多くのスイッチ手段を節減するこ
とができる。

【００１０】上記のような本発明に係る接続回路では、
ｎ個の直流電源を接続する際は、ｎ個の直流電源に対し
て、ｎ−１個のスイッチ手段と、２ｎ−２個の並列接続
手段とを用いれば良い。このような直流電源接続回路で
は、ｎ−１個のスイッチ手段を制御するだけで、ｎ倍、
１／ｎあるいはこの中間の電圧領域であっても、簡単に
制御することができる。

【００１１】また、バイパス手段としては、直流電源に
対する逆流を阻止する一方向性素子、例えば、ダイオー
ド、サイリスタなどの素子を設置すれば良い。

【００１２】

【実施例】以下に図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。図１は、本発明の実施例に係る電源装置の概略
構成を示してある。本例の直流電源装置１０は、直流電
源として、スイッチング電源１から供給された交流出力
がトランス１１で変圧され、その後整流して供給する整
流回路１２ａおよび１２ｂが用いられている。２つの整
流回路１２ａおよび１２ｂに加えて、本例の直流電源装
置１０は、整流回路１２ａおよび１２ｂの接続を切り換
える接続回路２０と、これらの整流回路１２ａおよび１
２ｂからの出力からスイッチング電源１をフィードバッ
ク制御する制御回路２とを備えている。整流回路１２ａ
および１２ｂは、それぞれ整流器１３と、直列に挿入さ
れたチョークコイル１４と、コンデンサ１７とを備えて
いる。整流回路１２ａ、１２ｂからの出力は、接続回路
２０により直列、あるいは並列に接続された後、コンデ
ンサ１５を介して出力端子Ｏ₁ およびＯ₂ から出力され
る。

【００１３】本例の接続回路２０は、スイッチ素子２１
と、２つの並列接続回路２２ａおよび２２ｂとを備えて
いる。スイッチ素子２１は、２つの整流回路１２ａおよ
び１２ｂを直列に接続するために、整流回路１２ａの−
側と整流回路１２ｂの＋側との間に直列に挿入されてい
る。並列接続回路２２ａは、整流回路１２ａの−側と出
力端子Ｏ₂ とを接続するために設置されている。本例に
おける並列接続回路２２ａには、整流回路１２ａに対し
て順方向にのみ電流が流れるように、ダイオード２５が
出力端子Ｏ₂ から整流回路１２ａの方向が順方向、すな
わち、低抵抗となるように設置されている。一方、並列
接続回路２２ｂは、整流回路１２ｂの＋側と出力端子Ｏ
₁ とを接続するために設置されている。本例における並
列接続回路２２ｂには、整流回路１２ｂに対して順方向
にのみ電流が流れるように、ダイオード２６が整流回路
１２ｂから出力端子Ｏ₁ の方向が順方向、すなわち、低
抵抗となるように設置されている。

【００１４】このような本例の電源装置１０において
は、スイッチ素子２１が、直流電源たる整流回路１２ａ
および１２ｂを直列に接続するスイッチ手段に対応し、
並列接続回路２２ａおよび２２ｂが、整流回路１２ａお
よび１２ｂを並列に接続する並列接続手段に対応する。

【００１５】先ず、スイッチ素子２１をオンすると、整
流回路１２ｂの＋側と整流回路１２ａの−側が接続さ
れ、この２つの整流回路１２ａおよび１２ｂは直列に接
続される。並列接続回路２２ａは、ダイオード２５のカ
ソード側に整流回路１２ｂの電圧が印加され、アノード
側より電圧が高くなるので、逆バイアスとなる。従っ
て、電流は流れない。また、並列接続回路２２ｂには、
ダイオード２６のカソード側に整流回路１２ｂの電圧に
加えて整流回路１２ａの電圧が印加される。このため、
カソード側がアノード側より電圧が高くなり、逆バイア
スとなる。従って、並列接続回路２２ｂにも電流は流れ
ない。このように、スイッチ素子２１をオンするだけ
で、整流回路１２ａと１２ｂを直列に接続することが可
能である。一方、スイッチ素子２１をオフすると、並列
接続回路２２ａには整流回路１２ａのみの電圧が印加さ
れ、順方向にバイアスされる。従って、並列接続回路２
２ａを介して電流が流れる。また、並列接続回路２２ｂ
には、整流回路１２ｂのみの電圧が印加され、順方向に
バイアスされる。従って、整流回路１２ａと整流回路１
２ｂは並列接続となる。このように、本例の電源装置１
０は、スイッチ素子２１をオフとするのみで、整流回路
１２ａと１２ｂを並列に接続することができる。

【００１６】このように、本例の電源装置１０において
は、２つの整流回路１２ａと１２ｂを直列接続および並
列接続に切り換えるために、１つのスイッチ素子２１を
制御すれば良い。従って、図３に示す接続回路と比較
し、スイッチ素子の数量を１／３に削減することができ
る。このため、接続回路を構成する部品点数を削減で
き、また、スイッチ素子を制御する制御回路の構成を簡
略化することができる。従って、電源装置を小形化で
き、同時に、制御すべきスイッチ素子を削減することが
できるので、電源装置の信頼性も向上できる。

【００１７】また、本例の電源装置は、前述のように、
直列および並列に切り換えて電圧を制御するようにして
いるので、抵抗などを用いた変圧回路は不要である。従
って、抵抗による損失の発生はなく、極めて効率の良い
電源装置である。さらに、本例の装置は２つの整流回路
１２ａおよび１２ｂに対し、１つのスイッチング電源１
から電力を供給しているので、いっそう効率の向上が図
られている。すなわち、出力電圧が低くて良い時に、ト
ランス１１の巻線比を低くすることができるので、トラ
ンス１１のスイッチング電源１側の電流を低く抑えるこ
とが可能であり、このため、スイッチング電源１のスイ
ッチング素子、例えばスイッチングトランジスタのオン
抵抗などの損失を低く抑えることが可能である。

【００１８】例えば、トランス１１のスイッチング電源
１側と、整流回路１２側の巻線比がｎ：１に固定された
従来の電源装置の場合と、本例の電源装置のように２つ
の整流回路１２ａおよび１２ｂが設置され、巻線比が
ｎ：０．５：０．５となっている場合を比較してみる
と、従来の電源装置では、出力端Ｏ₁ 、Ｏ₂ の出力電流
Ｉ₀ に対し、トランス１１のスイッチング電源１側を流
れる電流Ｉは、以下の通りとなる。

【００１９】 Ｉ ＝ Ｉ₀ ×（１／ｎ） ・・・（１） これに対し、整流回路１２ａおよび１２ｂが並列に接続
された場合は、トランス１１の整流回路側を流れる電流
はＩ₀ ／２となり、トランス１１のスイッチング電源側
を流れる電流Ｉは、

【００２０】 Ｉ ＝ Ｉ₀ ／２ ×（０．５／ｎ） × ２ ＝ １／２ ×Ｉ₀ ×（１／ｎ） ・・・（２） となる。従って、電源装置から出力される電圧が低くて
良い場合は、２つの整流回路１２ａと１２ｂを並列に接
続することにより、スイッチング電源１を流れる電流を
上記の従来の電源装置と比較し、半分に低減することが
できる。このため、本例の電源装置は、スイッチング電
源１における損失を低減できるというメリットも備えて
いる。

【００２１】図２には、本発明に係る電源装置の他の実
施例を示してある。本例の電源装置も、図１に基づき説
明したと同様に直流電流を供給可能な電源装置であり、
共通する部分には同じ符号を付して説明を省略する。本
例の電源装置１０は、整流回路が３つトランス１１に接
続されている。すなわち、電源装置１０は、整流回路１
２ａおよび１２ｂに加えて、整流回路１６を備えてい
る。そして、接続回路２０は、整流回路１２ａと整流回
路１６を直列に接続するスイッチ素子２１と、整流回路
１６と整流回路１２ｂとを直列に接続するスイッチ素子
２４と、整流回路１２ａを出力端子Ｏ₂ に接続する並列
接続回路２２ａと、整流回路１２ｂを出力端子Ｏ₁ に接
続する並列接続回路２２ｂと、整流回路１６を出力端子
Ｏ₂ に接続する並列接続回路２３ａと、整流回路１６を
出力端子Ｏ₁ に接続する並列接続回路２３ｂとを備えて
いる。また、それぞれの並列接続回路２２ａ、ｂおよび
２３ａ、ｂには、逆流を阻止するダイオード２５〜２８
が接続されている。並列接続回路の抵抗値を揃えて出力
電圧を均等とするために、ダイオード２５、２６におい
ては２つのダイオードが直列に挿入されている。もちろ
ん、微小抵抗を接続して電圧降下を調整しても良い。

【００２２】このような電源装置１０においては、スイ
ッチ素子２１および２４をオンすると、整流回路１２
ａ、整流回路１６、および整流回路１２ｂが直列に接続
される。また、スイッチ素子２１および２４をオフする
と、図１に基づき説明したと同様に、それぞれの整流回
路１２ａ、１２ｂおよび１６は、並列接続回路２２ａ、
並列接続回路２２ｂ、および並列接続回路２３ａ、２３
ｂによってそれぞれ並列に接続される。従って、直列接
続したときの電圧の制御範囲に対して、並列接続に切り
換えることにより、１／３の値まで安定して制御するこ
とが可能である。そして、この直列接続から並列接続に
切り換える際は、２つのスイッチ素子２１および２４の
みを制御すれば良い。このように、本例の電源装置にお
いては、極めて簡単な構成の接続回路２０を用いて、３
つの整流回路１２ａ、１２ｂおよび１６を直列および並
列に切り換えることができ、部品点数の低減、およびこ
の接続回路２０を制御する制御回路の簡略化を図ること
が可能となっている。従って、図１に基づき説明したよ
うに、広範囲の出力電圧をカバーでき、かつ、効率が良
く、低価格、小形で、さらに信頼性の高い電源装置を提
供することが可能である。

【００２３】なお、本発明は、整流回路が上述した２
つ、あるいは３つのものに限定されるものではなく、４
つ、あるいはそれ以上であっても同等に構成できること
は勿論である。そして、４つ、あるいはそれ以上の整流
回路を接続する場合は、それぞれの整流回路を直列に接
続するスイッチ素子をオン、オフするだけで、安定して
制御できる電圧の範囲をさらに広げることが可能であ
る。

【００２４】また、上記の例においては、それぞれの並
列接続回路の逆電流を阻止するために、ダイオードが用
いられているが、ダイオードに限らず、トランジスタ、
サイリスタ等の適当なＰＮ接合、あるいは電圧によって
オンオフを制御できる回路など種々の回路を採用するこ
とが可能である。また、スイッチ素子もトランジスタ素
子、リレーなど適当なものを用いることができる。さら
に、直流電源としては、整流回路に限定されず、電池な
どであっも良いことは勿論である。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の直流電
源接続回路を用いることにより、数少ないスイッチ手段
によって、複数の直流電源を直列および並列に接続でき
る。例えば、本発明に係る直流電源接続回路を用いるこ
とにより、２つの直流電源に対しては１つのスイッチ手
段、３つの直流電源に対しては２つのスイッチ手段のみ
によって、直列および並列の切り換えが可能である。従
って、出力電圧の可変範囲が広く、大きな出力電流が必
要とされる場合に対し、効率が良く、さらに、小形で信
頼性の高い電源装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る直流電源装置の実施例の構成を示
すブロック図。

【図２】本発明に係る直流電源装置の他の実施例の構成
を示すブロック図。

【図３】従来の直流電源装置の例を示すブロック図。

【符号の説明】

１・・スイッチング電源 ２・・制御回路 ３・・電流検出抵抗 １０・・直流電源装置 １１・・トランス １２、１６・・整流回路 １３・・整流器 １４・・チョークコイル １５・・平滑コンデンサ ２０・・接続回路 ２１、２４・・スイッチ素子 ２２、２３・・並列接続回路 ２５〜２８・・ダイオード ３０・・直流電源装置 ３１・・直流電源 ３２〜３４・・スイッチ ３５・・接続回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高月 好暢 滋賀県大津市園山１丁目１番１号 東レ株 式会社滋賀事業場内 (72)発明者 山崎 博 東京都三鷹市下連雀五丁目１番１号 日本 無線株式会社内 (72)発明者 金子 武夫 東京都三鷹市下連雀五丁目１番１号 日本 無線株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の直流電源を出力端子に対して直列
   に接続可能な少なくとも１つのスイッチ手段と、 このスイッチ手段をバイパスして、前記直流電源と前記
   出力端子とを、該直流電源に対する逆流を阻止するよう
   に接続する並列接続手段とを有することを特徴とする直
   流電源接続回路。
2. 【請求項２】 請求項１において、ｎ個の前記直流電源
   に対して、ｎ−１個の前記スイッチ手段と、２ｎ−２個
   の前記並列接続手段とを有すること特徴とする直流電源
   接続回路。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記並列接
   続手段は、前記直流電源に対する逆流を阻止する一方向
   性素子を備えていることを特徴とする直流電源接続回
   路。