JPH0775468B2

JPH0775468B2 - 複数入力電源装置

Info

Publication number: JPH0775468B2
Application number: JP11509087A
Authority: JP
Inventors: 清春稲生
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1987-05-12
Filing date: 1987-05-12
Publication date: 1995-08-09
Anticipated expiration: 2010-08-09
Also published as: JPS63283467A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、複数の入力を有し、負荷に電力を供給する多
入力電源装置に関し、更に詳しくは、例えば主電源装置
と、この主電源装置をバッテリィバックアップするバッ
テリィ電源を備え、これらの電源出力を安定化して負荷
に供給する複数入力電源装置に関する。

（従来の技術）第７図は、従来の複数入力電源装置の一例を示す構成ブ
ロック図である。図において、１は第１の入力である交
流信号e₁が印加される主電源装置であり、例えばスイッ
チングレギュレータが用いられ、安定化された複数の直
流電圧Eo₁，Eo₂を出力している。２はダイオードD₂を介
して第２の入力であるバッテリィBTの出力電圧e₂が印加
されるバックアップコンバータで、主電源装置１によっ
て得られた直流電圧Eo₂もダイオードD₁を介して印加さ
れている。３は直流電圧Eo₂を入力し、バッテリィBTを
充電する充電回路である。

第１の入力である交流信号e₁が供給され、主電源装置１
が動作中は、各直流電圧Eo₁，Eo₂が図示してない各負荷
に給電される。また、直流電圧Eo₂は、ダイオードD₁を
介してバックアップコンバータ２に印加され、バックア
ップ出力BVを供給する。第１の入力信号e₁が供給されな
くなると、バッテリィBTの出力が、ダイオードD₂を介し
てバックアップコンバータ２に印加され、バックアップ
出力BVを供給する。

（発明が解決しようとする問題点）このように構成された従来の複数入力電源装置は、主電
源装置１が動作時、バックアップ出力BVが、主電源装置
１、バックアップコンバータ２を経て出力させるため
に、その出力効率が極めて悪いという問題点がある。

第８図は、第７図従来装置における電力損失分布を示す
概念図である。図示するような定格で、主電源装置１の
効率を80％、バックアップコンバータ２の効率を70％と
すれば、総合効率は、70.8％となる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、
その目的は、簡単な構成で、電力損失の少ない複数入力
電源装置を実現することにある。

（問題点を解決するための手段）前記した問題点を解決する本発明の構成は、トランス
と、このトランスの１次巻線に第１の入力信号をオン，
オフして与える第１のスイッチ素子と、前記トランスの
２次巻線に得られる出力を整流する第１のダイオード
と、第２の入力信号を導入する第２のダイオードと、前
記第1,第２の各ダイオードの突合せ点に得られる合成出
力をスイッチングする第２のスイッチ素子と、この第２
のスイッチ素子を介して得られたスイッチング出力を平
滑し負荷に供給する平滑回路と、前記第１のスイッチ素
子のオン，オフを制御する第１の制御回路と、前記第２
のスイッチ素子のオン，オフを制御し負荷に供給する出
力電圧を安定化させる第２の制御回路と、前記第１の入
力信号が存在する間第１の制御回路と第２の制御回路の
動作を同期化する手段とを備えたことを特徴としてい
る。

（作用）第１の入力信号が存在する時、第１の制御回路が各出力
直流電圧を安定化させる動作を行ない、第１の入力信号
が無くなった場合、第２の制御回路が第２のスイッチ素
子をオン，オフすることで第２の入力信号を安定化さ
せ、負荷に供給する。

（実施例）第１図は、本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。ここでは、２つの入力信号を有し、２種の直流電圧
Eo₁，Eo₂を出力するような電源装置を例示する。

図において、Ｔは１次巻線n₁,2次巻線n₂₁，n₂₂を有する
トランス、SW1はトランスＴの１次巻線n₁に第１の入力
信号e₁（この信号は、例えば交流信号を整流平滑して得
られた直流信号が相当する）をオン，オフして与える第
１のスイッチ素子、D₁はトランスＴの２次巻線n₂₂に得
られる出力V₂₂を整流する第１のダイオード、D₂は第２
の入力信号e₂を導入する第２のダイオードである。第２
の入力信号e₂としては、例えばバッテリィ出力が相当す
る。SW2は第１のダイオードD₁、第２のダイオードD₂の
突合せ点に得られる合成出力V₂₂₁をスイッチングする第
２のスイッチ素子、D₃はダイオード、CH2はチョーク、C
₂はコンデンサで、これらはスイッチ素子SW2を介して得
られたスイッチング出力V₂₂₂を整流，平滑して直流電圧
Eo₂を得る平滑回路を構成しており、直流電圧E_o2は、図
示してない負荷に供給される。

D₄，D₅はトランスＴの２次巻線n₂₁に得られる出力V₂₁を
整流するダイオード、CH1はチョーク、C₁はコンデンサ
で、これらはダイオードD₄，D₅の整流出力を平滑化する
平滑回路を構成しており、図示してない負荷に供給され
る直流電圧Eo₁を得る。

CNT1は第１のスイッチ素子SW1のオン，オフを制御する
第１の制御回路で、ここでは、直流電圧Eo₁を入力し、
この直流電圧Eo₁がレファレンス電圧Vref1に対応した一
定値に維持されるように第１のスイッチ素子SW1のオ
ン，オフのデューティレシオを制御している。

CNT2は第２のスイッチ素子SW2のオン，オフを制御する
第２の制御回路で、直流電圧Eo₂を入力し、この直流電
圧Eo₂がレファレンス電圧Vref2に対応した一定電圧に維
持されるように、オン，オフのデューティレシオを制御
している。

SYCは第１の入力信号e₁を入力し、この信号e₁が存在す
る間、第1,第２の制御回路CNT1,CNT2の動作を同期化す
る同期化手段である。

このように構成した装置の動作を、第１の入力信号e₁が
存在する場合と、存在しない場合（停電の場合）とに分
けて、次に説明する。

（第１の入力信号e₁が存在する場合）第２図は、この場合の動作の一例を示す波形図である。

第１の制御回路CNT1は、第１のスイッチSW1を、（ａ）
に示すように繰返し周期T₁でオン，オフする。第１の入
力信号e₁は、第１のスイッチ素子SW1を介してトランス
Ｔの１次巻線n₁に印加され、２次巻線n₂₁，n₂₂に（ｂ）
に示すような矩形波出力V₂₁，V₂₂を得る。ここで、２次
巻線n₂₁に得られた矩形波出力V₂₁は、ダイオードD₄，D₅
で整流された後、チョークコイルCH1,コンデンサC₁で平
滑化され直流電圧Eo₁となる。この直流電圧Eo₁は、第１
の制御回路CNT1に帰還され、制御回路CNT1は、直流電圧
Eo₁がレファレンス電圧Vref1に対応した一定値に維持さ
れるように、第１のスイッチ素子SW1のオン，オフの時
間を制御する。

（ｃ）は第２のダイオードD₂を介して導入される第２の
入力信号e₂を示し、ここではバッテリィ出力を想定す
る。

２次巻線n₂₂側において、第1,第２のダイオードD₁，D₂
の突き合せ点の電圧V₂₂₁は、（ｂ）に示す２次巻線n₂₂
の出力電圧V₂₂と、（ｃ）に示す入力信号e₂とを合成し
たもので、（ｄ）に示す通りとなる。

第２の制御回路CNT2は、第２のスイッチSW2を（ｅ）に
示すように、繰返し周期T₁（この周期T₁は同期化手段SY
Cによって同期している）で、オン，オフし、その出力
端に（ｆ）に示すような矩形波出力V₂₂₂を得る。この矩
形波出力V₂₂₂は、チョークコイルCH2,コンデンサC₂で平
滑化され直流電圧Eo₂となる。この直流電圧Eo₂は、第２
の制御回路CNT2に帰還され、制御回路CNT2は、直流電圧
Eo₂がレファレンス電圧Vref2に対応した一定値に維持さ
れるように、第２のスイッチ素子SW2のオン，オフの時
間ToN,Toffを、第１の制御回路CNT1の動作（第１スイッ
チ素子SW1の動作に対応）と同期して制御する。このた
め、直流電圧Eo₂は、第２の入力信号e₂の存在の影響を
受けずに、第１の入力信号e₁側から電力が供給されるこ
とになる。（第１の入力信号e₁が停電となった場合）第３図は、この場合の動作の一例を示す波形図である。

この場合、トランスＴの１次巻線n₁は第１の入力信号e₁
が印加されなくなるので、２次巻線n₂₁，n₂₂出力電圧V
₂₁，V₂₂が生じなくなる。このため、直流電圧Eo₁は零と
なる。

一方、第1,第２のダイオードD₁，D₂の突き合せ点の電圧
V₂₂₁は、（ａ）に示すように、第２のダイオードD₂を介
して印加される第２の入力信号e₂と同じものとなる。

第２の入力信号e₂（V₂₂₁）は、第２のスイッチ素子SW2
によってスイッチングされ、その出力側に（ｂ）に示す
ような出力電圧V₂₂₂を得る。この出力電圧は、整流，平
滑化され、直流電圧Eo₂となる。直流電圧Eo₂は、第２の
制御回路CNT2に帰還され、制御回路CNT2により第２のス
イッチ素子SW2のオン，オフ時間が制御され、レファレ
ンス電圧Vref2に対応した一定値になる。この状態で
は、第２の制御回路CNT2は、第１の制御回路CNT1とは全
く独立して動作しており、スイッチ素子SW2のオン，オ
フの繰返し周期はT₂となっている。

以上のような動作を行なう本発明装置によれば、第１の
入力信号e₁が存在する場合、第２のスイッチ素子SW2
は、出力直流電圧Eo₂が一定値に維持されるように、第
１のスイッチ素子SW1に同期してパルス幅制御されるた
め、第１の入力信号e₂の存在の影響を受けず、トランス
Ｔを含んで構成される主電源からのみ電力の供給を受け
て動作する。従って、出力直流電圧Eo₂側の効率を高く
することができる。

第４図は、第１図本発明装置における電力損失分布を示
す概念図である。第７図従来装置と同様の出力 170W
（12V,10Aと5V,10Aの２種の出力）とすれば、総合効率
は76％に向上する。

また、第７図従来装置では、5V10A（50W）のバックアッ
プコンバータと、12V16A（192W）の主電源装置が必要で
あるが、本発明装置によれば、5V10A（50W）と、12V10A
（120W）を供給できる。170W容量の主電源装置で済み、
主電源装置の容量を小さくできる。また内部ロスについ
ても、従来装置のものが70Wであるのに対し、本発明の
ものは52Wとなり、電力損失を小さくできる。

第５図及び第６図は、本発明の実施例を示す構成ブロッ
ク図である。

第５図の実施例は、第１図の実施例において、トランス
Ｔの２次巻線n₂₁，n₂₂をひとつの巻線n₂で兼用し、２つ
の直流電圧Eo₁，Eo₂を得るように構成したものである。

第６図の実施例は、２つの直流電圧Eo₁，Eo₂を得るため
の系統に、それぞれスイッチ素子SW2,SW3を挿入接続す
るとともに、各スイッチSW2,SW3を制御するための制御
回路CNT2,CNT3をそれぞれ設けるようにしたものであ
る。なお、第１のスイッチSW1は、第１の制御回路CNT1
によって、各直流電圧Eo₁，Eo₂とは無関係に、独立に制
御されるようになっている。

この実施例において、直流電圧Eo₁の制御は、必ずしも
能動スイッチを用いる必要はなく、例えばマグアンプの
ような制御素子を用いてもよい。

なお、上記の各実施例では主電源装置のひとつの構成要
素であるスイッチ素子SW1が、１つであるものを例示し
たが、２個使用するものであってもよい。また、入力信
号の数及び出力直流電圧の数は、いずれも２個に限定さ
れるものではない。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明によれば、簡単な構
成で、電力損失が少なく、従って効率の良い複数入力電
源装置が実現できる。本発明の装置は、多数の直流電圧
を出力するような電源装置であって、ひとつの直流電圧
をバッテリィバックアップするような場合に適用して特
に効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第２
図及び第３図は動作の一例を示す波形図、第４図は第１
図本発明装置における電力損失分布を示す概念図、第５
図及び第６図は本発明の他の実施例を示す構成ブロック
図、第７図は従来装置の一例を示す構成ブロツク図、第
８図は第７図従来装置における電力損失分布を示す概念
図である。Ｔ……トランス、n₁……１次巻線、n₂，n₂₁，n₂₂……２
次巻線、SW1……第１のスイッチ素子、SW2……第２のス
イッチ素子、D₁〜D₅……ダイオード、CNT1,CNT2……制
御回路、SYC……同期化回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トランスと、このトランスの１次巻線に第
１の入力信号をオン，オフして与える第１のスイッチ素
子と、前記トランスの２次巻線に得られる出力を整流す
る第１のダイオードと、第２の入力信号を導入する第２
のダイオードと、前記第1,第２の各ダイオードの突合せ
点に得られる合成出力をスイッチングする第２のスイッ
チ素子と、この第２のスイッチ素子を介して得られたス
イッチング出力を平滑し負荷に供給する平滑回路と、前
記第１のスイッチ素子のオン，オフを制御する第１の制
御回路と、前記第２のスイッチ素子のオン，オフを制御
し負荷に供給する出力電圧を安定化させる第２の制御回
路と、前記第１の入力信号が存在する間第１の制御回路
と第２の制御回路の動作を同期化する同期化手段とを備
えた複数入力電源装置。