特許 6644417 電子回路用電源回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6644417

(24)【登録日】2020年1月10日

(45)【発行日】2020年2月12日

(54)【発明の名称】電子回路用電源回路

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20200130BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/28 V

   H02M3/28 C

【請求項の数】2

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2016-15374(P2016-15374)

(22)【出願日】2016年1月29日

(65)【公開番号】特開2017-135915(P2017-135915A)

(43)【公開日】2017年8月3日

【審査請求日】2018年11月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000227401

【氏名又は名称】日東工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001977

【氏名又は名称】特許業務法人なじま特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大澤 寛治

(72)【発明者】

【氏名】加藤 浩久

(72)【発明者】

【氏名】加藤 幸一郎

【審査官】 佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１５３９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０７００３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力される第１電圧を変圧して負荷機器に出力する電子回路用電源回路において、前記第１電圧を第４電圧に昇圧する第１電源回路と、第１電圧と第４電圧との差分を第２電圧として取り出す第２電源回路とを備え、取出された第２電圧を負荷機器の電源として利用することを特徴とする電子回路用電源回路。

【請求項2】

前記第１電源回路は、前記第１電圧により電力を蓄積する蓄積部を備え、前記第２電源回路は、この第１電源回路の蓄積部から前記第２電圧を取り出すことを特徴とする請求項１に記載の電子回路用電源回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、変動する高電圧を変圧して負荷機器に電源供給するに適した電子回路用電源回路に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば太陽光発電システムにおいては、太陽電池が発生する電力を、太陽光発電システムに組み込まれている電流や電圧などの計測機器の電源とすることが望まれる。しかし、太陽電池モジュールを複数個直列に接続したストリングが発生する電圧は、０Ｖ〜１０００Ｖまで大きく変動するのに対して、計測機器などの負荷機器の駆動電圧は例えば２４Ｖで一定である。

【0003】

そこで本出願人は特許文献１に示すように、ストリングが発生する電圧を定電圧回路によって大幅に電圧降下させ、計測機器などの負荷機器の電源とするユニットを開発した。しかしこのユニットでは高電圧をトランスで電圧降下させているために電力損失が大きくなるうえ、電力損失に伴う発熱量が大きくなる。そのため、この大きな発熱に対する熱対策が必要となり、放熱手段が大型化する等の問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５−９１１８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、変動する高電圧を大きい電力損失を生じさせることなく低電圧に変換し、負荷機器の電源として利用することができる電子回路用電源回路を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するためになされた本発明は、入力される第１電圧を変圧して負荷機器に出力する電子回路用電源回路において、前記第１電圧を第４電圧に昇圧する第１電源回路と、第１電圧と第４電圧との差分を第２電圧として取り出す第２電源回路とを備え、取出された第２電圧を負荷機器の電源として利用することを特徴とするものである。

【0007】

前記第１電源回路は、前記第１電圧により電力を蓄積する蓄積部を備え、前記第２電源回路は、この第１電源回路の蓄積部から前記第２電圧を取り出すことができる。

【発明の効果】

【0008】

本発明の電子回路用電源回路は、入力される第１電圧により第１電源回路の蓄積部に電力を蓄積し、第１電圧を第４電圧に昇圧し、第１電圧と第４電圧との差分を第２電圧として取り出し、取出された第２電圧を負荷機器の電源として利用する。このためトランスで電圧降下させていた従来の回路に比べて電力損失を小さくすることができ、発熱量を減少させることができる。従って放熱手段も小型化することができ、全体を小型化することが可能となる。

【0009】

蓄積部を、トランスとスイッチング部とを備え、スイッチング部はＯＮのときトランスのコアに電力を蓄積し、ＯＦＦしたときに蓄積された電力を第２電源回路に放電するものとすれば、第２電源回路の構成やスイッチング部の操作等によって、第２電圧を任意の値とすることができる。

【0010】

第２電源回路が、第２電圧を第３電圧に変換する変換部を備えるものとすれば、負荷機器の動作電圧に対応するための調整が容易であり、また第３電圧にまで変換するので、第１電圧が大きく変動しても対応可能である。

【0011】

この変換部を第２電圧と第３電圧とを絶縁する絶縁型コンバータとすれば、負荷機器の絶縁を確保することができる。

【0012】

第１電源回路を、入力した雷サージ電圧を降下させる第１保護素子と、第１保護素子により降下させた雷サージ電圧を更に降下させる第２保護素子を備えたものとすれば、雷サージが侵入した場合にも、第１電源回路に入力される電圧を抑えることができ、第１電源回路の定格電圧を大きくする必要がなくなり、小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の電子回路用電源回路を組み込んだ太陽光発電システムの全体図である。

【図2】実施形態の電子回路用電源回路の回路構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に本発明の実施形態を説明する。
先ず図１に、本発明の電子回路用電源回路１を組み込んだ太陽光発電システムの全体図を示す。本発明の電子回路用電源回路１は太陽光パネル２とパワーコンディショナ３との間に設置された接続箱４の内部に収納され、負荷機器５である計測装置に直流電源を供給するものである。パワーコンディショナ３は負荷または系統に接続されている。

【0015】

この計測装置は太陽光パネル２によって発電される電圧、電流、電力などを計測する装置であり、本実施形態では、その電源電圧は前記したように２４Ｖである。一方、太陽光パネル２から出力される電圧は時刻や気象条件によって大きく変動し、本実施形態では０Ｖから最高１０００Ｖに達する。いうまでもなく、太陽光パネル２からの出力は直流である。以下に図２によって実施形態の電子回路用電源回路１を詳細に説明する。

【0016】

図２に示すように、太陽光パネル２によって発電された第１電圧（例えば最高１０００Ｖ）は、電圧降下回路１０を介して第１電源回路２０に入力される。電圧降下回路１０は雷サージが侵入した場合にその高電圧を降下させるための回路であり、第１保護素子１１と第２保護素子１２とを抵抗１３を挟んで並列に接続したものである。これらの保護素子は何れも酸化亜鉛素子からなり、雷サージのような高電圧に対しては低抵抗の導体として作用し、低電圧に対しては高抵抗の絶縁体として作用する電圧−抵抗非直線特性を備えたものである。

【0017】

本実施形態では、第１電源回路２０の動作電圧を第１電圧とし、定格電圧をそれ以上とした場合、第１電源回路２０は定格電圧までは壊れることがない。このため電圧降下回路１０は、例えば所定電圧の雷サージ電圧を受けた場合にも第１電源回路２０の定格電圧以下にまで電圧を降下させることができる機能を持たせればよい。なお上記の例において所定電圧以上の雷サージ電圧は、接続箱４内の避雷装置によりカットされるため、第１保護素子１１に入力される電圧値は所定電圧以上にはならない。第１保護素子１１は雷サージ電圧を一定電圧に降圧する機能を持つものとし、この電圧を抵抗１３と第２保護素子１２によってそれぞれに電圧分担させ、第２保護素子１２の両端から定格電圧以下の電圧を抽出するように構成されている。本実施形態の保護素子は避雷器であり、避雷器は定格電圧が大きく、その種類によって定格電圧の差も大きいため、第２保護素子１２における電圧を第１電源回路２０の定格電圧に調整することが困難となる場合がある。そこで、抵抗１３と第２保護素子１２によってそれぞれに電圧分担することで、抵抗１３の選定により自由に第２保護素子１２との電圧分担の割合を調節することができる。

【0018】

第１電源回路２０は、第１トランス２１と第１スイッチング部２２とからなる蓄積部２３を備えている。この蓄積部２３は、第１トランス２１の一次巻線２４と二次巻線２５を逆向きとしたフライバック式コンバータと呼ばれる周知の絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータであり、一次巻線２４の電流を一次巻線２４と直列に接続されている第１スイッチング部２２によりオンオフする。なお第１スイッチング部２２のオンオフ動作は、スイッチング用ＩＣ２６によって制御される。

【0019】

第１スイッチング部２２がオンとなると第１トランス２１の一次巻線２４に電流が流れ、発生する磁束によりコアが磁化されてエネルギーが蓄積される。このとき二次巻線２５に逆起電力が発生するが、直列に挿入されているダイオード２７の向きが逆であるため二次巻線２５に誘導電流が流れることはない。なおこのとき蓄積できるエネルギーはトランスの特性により決定され、例えば１００Ｖに設定しておけば、第１電圧が１００Ｖ〜１０００Ｖの範囲で変動しても、蓄積エネルギーは略一定となる。これにより、第１電源回路の蓄積部２３は第１トランス２１のコアにエネルギーを蓄積し、第１電圧を第４電圧に昇圧する。

【0020】

次に第１スイッチング部２２をオフとすると、コアに蓄積されていたエネルギーが開放され、ダイオード２７を通じて二次巻線２５に電流が流れる。このとき二次巻線２５の電圧が２４Ｖとなるように抵抗２８やコンデンサ２９を設定しておけば、第１電圧が大きく変動しても常に２４Ｖを取り出すことができる。この電圧は電路３０によってスイッチング用ＩＣ２６の電源として利用される。スイッチング用ＩＣ２６の消費電力はごく僅かであるから、トランスで降圧していた従来回路に比較して、第１電源回路２０の電力損失は非常に小さく、発熱量も小さくなる。

【0021】

４０は第２電源回路であり、第２トランス４１と第２スイッチング部４２とを備えている。第２トランス４１の一次巻線４３及び第２スイッチング部４２は、前記した第１電源回路２０の第１トランス２１の一次巻線２４と直列に接続されている。また一次巻線４３の一端は、第１トランス２１と第１スイッチング部２２との中間点にダイオード４４を介して接続されている。

【0022】

第１スイッチング部２２がオフとされたとき、第１トランス２１のコアに蓄積されていたエネルギーにより第１トランス２１の一次巻線２４にも逆方向に電流が流れる。この電圧は前記したように第２電圧である１００Ｖに設定されている。すなわち、第１電源回路２０は第１スイッチング部２２がオフとされたとき、一次巻線４３に第２電圧を発生させる。これにより、第２電源回路は、第１電圧と第１電源回路で昇圧した第４電圧（図２では１１００Ｖ）との差分から第２電圧を取り出している。第２スイッチング部４２をオンとしておけば、この第２電圧は第２トランス４１の一次巻線４３に印加され、第２トランス４１のコアにエネルギーを蓄積する。

【0023】

第２トランス４１は２つの二次巻線４５、４６を備えており、二次巻線４５には負荷出力回路４７が接続され、二次巻線４６には第２スイッチング部制御回路４８が接続されている。第２スイッチング部４２がオフとされたとき第２トランス４１のコアに蓄積されていたエネルギーが開放され、負荷出力回路４７に第３電圧の電流が流れる。この第３電圧は２４Ｖに設定されており、負荷機器である計測装置に直流電源として供給される。同様に、第２スイッチング部４２がオフとされたとき第２スイッチング部制御回路４８にも電流が流れ、この電流は第２スイッチング部４２のオンオフ制御に用いられる。

【0024】

このように、第２トランス４１は第１電源回路２０から取出された第２電圧を第３電圧に変換する変換部として機能するものである。第１電圧を電圧降下させて負荷機器５に供給する回路に比べて、第２電圧を第３電圧に電圧降下させて負荷機器５に供給する回路とすることで、電力損失を小さくすることができ、発熱量を減少させることができる。また第１電圧が大幅に変動しても第２電圧は安定した値となり、第３電圧はさらに安定した値となるので、本実施形態によれば負荷機器５である計測装置に安定した直流電源を供給することができる。

【0025】

また第２トランス４１も第トランス２１と同じく絶縁型コンバータであり、入力側と出力側は絶縁されているため、第１電源回路２０に第１電圧が入力されたり、雷サージが侵入したような場合にも、負荷機器５は完全に絶縁されている。

【0026】

なお、上記した実施形態では第１電源回路１０から取出した第２電圧を第２電源回路４０によって第３電圧に変換したうえで負荷機器５に供給したが、第２電圧を負荷機器５に直接供給することも可能である。

【0027】

また、上記した実施形態では第１電源回路１０に入力される電源を太陽光パネル２としたが、例えば風力発電のようなその他の分散電源であっても差し支えない。

【符号の説明】

【0028】

１ 電子回路用電源回路
２ 太陽光パネル
３ パワーコンディショナ
４ 接続箱
５ 負荷機器
１０ 電圧降下回路
２０ 第１電源回路
１１ 第１保護素子
１２ 第２保護素子
１３ 抵抗
２１ 第１トランス
２２ 第１スイッチング部
２３ 蓄積部
２４ 一次巻線
２５ 二次巻線
２６ スイッチング用ＩＣ
２７ ダイオード
２８ 抵抗
２９ コンデンサ
３０ 電路
４０ 第２電源回路
４１ 第２トランス
４２ 第２スイッチング部
４３ 一次巻線
４４ ダイオード
４５ 二次巻線
４６ 二次巻線
４７ 負荷出力回路
４８ 第２スイッチング部制御回路

【図1】

【図2】