JP2013247717A - 電力回生エージング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】商用電源に電力を回生できない場合でも、試験対象物の電力を確実に回生できる電力回生エージング装置を提供する。
【解決手段】本発明の電力回生エージング装置1は、商用電源21からの交流入力電圧を電源電圧として、この電源電圧を昇圧した直流電圧に変換して出力するPFC回路31と、前記昇圧した直流電圧を入力とし、試験対象物である被試験電源11に適した電力を、被試験電源11に出力するインバータ32と、被試験電源11からの出力電圧を昇圧した直流回生電圧に変換し、回生線38を介してインバータ32の入力側に回生する電子負荷部としてのDC/DCアップコンバータ33と、を備えている。
【選択図】図4
【解決手段】本発明の電力回生エージング装置1は、商用電源21からの交流入力電圧を電源電圧として、この電源電圧を昇圧した直流電圧に変換して出力するPFC回路31と、前記昇圧した直流電圧を入力とし、試験対象物である被試験電源11に適した電力を、被試験電源11に出力するインバータ32と、被試験電源11からの出力電圧を昇圧した直流回生電圧に変換し、回生線38を介してインバータ32の入力側に回生する電子負荷部としてのDC/DCアップコンバータ33と、を備えている。
【選択図】図4
Description
本発明は、テレビ受像機や電源機器などの各種電子機器製造に必須なエージング試験に利用される電力回生エージング装置に関する。
一般に、各種電子機器は出荷前の製造工程において、初期欠陥不良の低減を主な目的として、エージング(ならし運転)試験が実施されている。エージング試験では、各種電子機器を試験対象物(試験片)として、この試験対象物を定格電流及び定格電圧で規定時間以上通電するために、試験対象物の負荷に抵抗を用いている。
しかし、エージング試験で一般的に用いられる抵抗負荷は、熱エネルギーとして消費しているため、電気料金コストと発熱が問題である。とりわけ、地球温暖化防止のために、製造工場での二酸化炭素排出量規制が厳しくなる中、発熱を抑えてランニングコストを削減することは重要課題である。
上述の課題を解決するために提案されたのが、電力回生技術を用いたエージング装置である。電力回生技術としては、例えば特許文献1に開示されるように、試験対象物である電源機器の出力端子に、所定の負荷特性機能を有する負荷装置を接続し、電源機器から受け取った電力を負荷装置により直流電力などの別な電力に変換して、商用電源に電力を回生するものが知られている。
また、別な特許文献2でも、交流電源または直流電源を試験対象物とし、試験対象物からの入力電流を、昇圧コンバータ回路により任意の波形の負荷電流に変換し、この負荷電流をインバータ回路により交流に変換して、交流電源に回生する電力回生エージング装置が提案されている。
しかし、上述した従来の電力回生エージング装置では、次のような欠点が存在する。
特許文献1や特許文献2の負荷装置は、電源機器に電力を供給する商用電源にそのまま交流電力を回生している。しかし、商用電源に電力を回生できない場合には、特許文献1や特許文献2の負荷装置をそのまま適用できない問題があった。
また、この種の電力回生エージング装置は、効率よく電力を回生することが求められる。しかし、単純に負荷装置を構成する個々のユニット(例えば、上述した昇圧コンバータ回路やインバータ回路)の効率を高めて、これらを組み合わせるだけでは、電力回生エージング装置として十分な効率が得られない。
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、商用電源に電力を回生できない場合でも、試験対象物の電力を確実に回生できる電力回生エージング装置を提供することを主な目的とする。
また本発明は、高効率の電力回生エージング装置を提供することを第2の目的とする。
請求項1の電力回生エージング装置は、電源電圧を昇圧した直流電圧に変換して出力する昇圧部と、前記昇圧した直流電圧を入力とし、試験対象物に適した電力を当該試験対象物に出力する電力供給部と、前記試験対象物からの出力電圧を昇圧した直流回生電圧に変換し、前記電力供給部の入力側に回生する電子負荷部と、を備えて構成される。
請求項2の電力回生エージング装置は、請求項1の構成において、前記電子負荷部は、前記試験対象物からの出力電圧を昇圧した第1電圧に変換する第1変換部と、前記第1電圧を前記昇圧した直流回生電圧に変換する第2変換部と、からなることを特徴とする。
請求項1の発明によれば、試験対象物の入力側で、商用電源からの電源電圧をそのまま試験対象物に供給するのではなく、昇圧部で一旦昇圧した直流電圧に変換した上で、電力供給部により試験対象物に適切な電力に変換して、試験対象物に供給する。また、電子負荷部は、試験対象物からの出力電圧を抵抗負荷として消費するのではなく、昇圧した直流電圧に変換した上で、試験対象物に所望の電力を供給する電力供給部の入力側に回生する。こうすれば、試験対象物からの出力電力を商用電源に回生できない場合であっても、昇圧部と電力供給部を利用して、試験対象物からの出力電力を当該試験対象物の入力側へ確実に回生することができる。
請求項2の発明によれば、電子負荷部は試験対象物からの出力電圧を一気に昇圧した直流回生電圧に変換するのではなく、第1変換部と第2変換部の二段で昇圧した直流回生電圧に変換するので、第1変換部と第2変換部における個々の昇圧比を小さくして、高効率の電力回生エージング装置を提供できる。
以下、本発明における電力回生エージング装置の一実施例について、添付図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態で提案する電力回生エージング装置1の全体構成図である。同図において、電力回生エージング装置1は、商用電源21(図4を参照)からの電力供給を受けて、エージングの試験対象物となる一乃至複数の試験片11A,11Bに所望の電力を供給すると共に、各試験片11A,11Bからの電力を回生するために、装置外郭をなすケーシング3の内部に電力回生電子負荷回路ブロック4が設けられる。また、ケーシング3の外面には、入力電力測定用の電力計5と、出力電力測定用の電力計6と、試験片11A,11Bとの接続部となるコンセント7とをそれぞれ具備している。
電力計5は、商用電源21のコンセントに着脱可能なプラグ8と、電力回生電子負荷回路ブロック4の入力端との間の交流入力線9に挿入接続される。また、電力計6は、電力回生電子負荷回路ブロック4の出力端と、コンセント7との間の交流出力線10に挿入接続される。電力計5は、プラグ8を介して電力回生電子負荷回路ブロック4に印加する交流入力電力を測定するためのものであり、電力計6は、電力回生電子負荷回路ブロック4から試験片11A,11Bに供給する交流出力電力を測定するためのものである。
本実施例における試験片11A,11Bは、電子負荷回路ブロック4からコンセント7を介して印加される交流電圧を、一乃至複数の直流電圧に変換して出力する絶縁型のAC/DC試験電源を使用している。各試験片11A,11Bの入力側には、コンセント7に着脱可能なプラグ14A,14Bが設けられる。また、各試験片11A,11Bと電力回生電子負荷回路ブロック4との間には電力回生用の負荷線15A,15Bがそれぞれ接続され、各試験片11A,11Bから出力される直流電圧を電力回生電子負荷回路ブロック4に回生する構成となっている。
試験片11A,11Bは、電力回生エージング装置1の最大出力電力を超えない範囲で、コンセント7に一乃至複数台接続してエージング試験を行なうことが可能である。また、電力回生エージング装置1の出力電力は、電力回生電子負荷回路ブロック4の定電流調整部(図示せず)で可変できるように構成するのが好ましい。
図2及び図3は、電力回生エージング装置1の一外観を示す図である。図2は、試験片11A,11Bのプラグ14A,14Bをコンセント7に接続していない状態を示しているが、電源スイッチ16を装着したケーシング3の正面外側には、電力回生エージング装置1の交流入力電力と交流出力電力を同じ方向から一目で確認できるように、前述した電力系5,6が並設される。また、試験片11A,11Bを電力回生エージング装置1に簡単に接続できるように、電力計5,6のみならずコンセント7もケーシング3の正面外側に配設される。一方、ケーシング7の背面側には、電子負荷回路ブロック4を構成するスイッチング素子やダイオードなどの発熱部品を強制冷却するために、ファンモータを内蔵する冷却装置18(図4を参照)が配設される。
一例として、本実施例における電力回生エージング装置1は、全世界の商用電源に対応できるように、交流100V乃至200Vを入力電圧とし、コンセント7に交流200Vの出力電圧を生成する仕様となっている。コンセント7の接続口数は2であるが、これは電力回生エージング装置1や試験片11A,11Bの出力電力を考慮して、適宜変更してよい。
図3は、試験片11A,11Bのプラグ14A,14Bをコンセント7に接続した状態を示している。同図において、各試験片11A,11Bはケーシング3の外部にそれぞれ配置される。一例として、本実施例における試験片11A,11Bは、全世界の商用電源に対応できる広範囲な入力電圧範囲(例えば、AC80V〜240V)を有し、複数の直流出力電圧チャンネル(例えば、DC24V,12V,5Vの3チャンネル)を生成する仕様となっている。
図4は、本実施例における電力回生エージング装置1の基本的な構成を示したものである。なお、ここでは説明の都合上、図1や図3で示したAC/DC電源としての試験片11A,11Bを、単一の被試験電源11として表記する。同図において、ケーシング3の内部には、被試験電電源11の出力側から入力側に電力を回生する電力回生電子負荷回路ブロック4として、PFC(力率改善)回路31と、インバータ32と、DC/DCアップコンバータ33と、制御部34がそれぞれ設けられる。また、電力回生電子負荷回路ブロック4からケーシング3内に放散する熱を、ケーシング3の外部に排気するために、前述の冷却装置18がケーシング3に装着される。被試験電源11がN個の試験片11A,11B,…11Nで構成される場合、これらの試験片11A,11B,…11Nは、インバータ32とDC/DCアップコンバータ33との間に並列接続される。
本図には示していないが、電力回生電子負荷回路ブロック4を構成するPFC回路31,インバータ32,DC/DCアップコンバータ33および制御部34と、冷却装置18は、何れもケーシング3内に設けられたサブ電源からの動作電圧を受けて、それぞれが起動するようになっている。つまり本実施例では、ケーシング3内で各部に動作電圧を供給するサブ電源を共用することで、ケーシング3ひいては電力回生エージング装置1のコンパクト化を図っている。ここでのサブ電源は、商用電源21からの交流入力電圧に基づいて、安定化した所望の直流動作電圧を生成するものである。
PFC回路31とインバータ32は、被試験電源11に所望の交流入力電圧を供給する電力回生電子負荷回路ブロック4のAC電源部として設けられる。PFC回路31は、商用電源21からの交流入力電圧を整流するダイオードブリッジなどの整流器と、半導体によるスイッチング素子を備えた昇圧チョッパ回路とを組み合わせて構成され、スイッチング素子の制御端子に適切な導通幅のパルス駆動信号を繰り返し与えることにより、昇圧チョッパ回路が整流器からの電流波形を電圧波形に近付けて力率を改善すると共に、交流入力電圧の実効値よりも高い値(例えば、350V)の昇圧した直流電圧を生成するものである。またインバータ32は、PFC回路31からの昇圧した直流電圧を入力として、複数個の半導体によるスイッチング素子を備えて構成され、各スイッチング素子の制御端子に適切な導通幅と周波数のパルス駆動信号を繰り返し与えることにより、被試験電源11の入力電圧として印加する交流電圧の電圧値と周波数を制御するものである。ここでのインバータ32は、エージング対象となる被試験電源11の仕様に併せて、例えば80V〜240Vの範囲で、50Hzまたは60Hzの周波数を有する交流電圧を、被試験電源11に供給できるようになっている。
一方、被試験電源11の出力側に接続するDC/DCアップコンバータ33は、エージング試験での負荷となる抵抗に代わって、電力回生電子負荷回路ブロック4のAC電子負荷部として設けられている。DC/DCアップコンバータ33は二段の変換部、すなわち被試験電源11からの直流出力電圧を、昇圧した第1電圧に変換する第1昇圧チョッパ回路36と、この第1電圧を昇圧した直流回生電圧に変換して、インバータ32の入力側に回生する第2昇圧チョッパ回路37を備えて構成される。各昇圧チョッパ回路36,37は、前述したPFC回路31の昇圧チョッパ回路と同じく、スイッチング素子やチョークコイルなどを備えた回路構成を有し、スイッチング素子の制御端子に適切な導通幅のパルス駆動信号を繰り返し与えることで、第1電圧や第2電圧の各電圧値を制御する構成となっている。
一例として、第1昇圧チョッパ回路36は、被試験電源11からのDC12VまたはDC24Vの直流出力電圧をDC80Vの第1電圧に昇圧すると共に、第2昇圧チョッパ回路37は、第1昇圧チョッパ回路36からの第1電圧をDC350Vの第2電圧に昇圧する。このように、昇圧チョッパ回路36,37の段数を一段ではなく、あえて二段に増やすことで、個々の昇圧チョッパ回路36,37の昇圧比を小さくして、電力回生エージング装置1としての効率低下を抑制できる。
また、電力回生エージング装置1の効率を低下させないために、本実施例では、N個の試験片11A,11B,…11Nからの各直流出力電圧(例えばDC12V)を、個々に昇圧チョッパ回路36,37で昇圧させるのではなく、これらを一纏めにして、単一の第1昇圧チョッパ回路36と第2昇圧チョッパ回路37で昇圧させる構成を採用している。この場合、直流出力電圧の微妙な差が原因で、試験片11A,11B,…11Nの間で出力電流のアンバランスが生じないように、例えば各試験片11A,11B,…11NからDC/DCアップコンバータ33への負荷線15の途中にダイオードを挿入接続したり、各試験片11A,11B,…11Nに内蔵する電流バランス回路(図示せず)を利用したりしてもよい。
DC/DCアップコンバータ33とインバータ32の入力側との間には回生線38が接続され、この回生線38を介して、DC/DCアップコンバータ33で昇圧された直流回生電圧が被試験電源11の入力側に回生される。また、前記回生線38と、PFC回路31からインバータ32の入力側に至る電源線39には、それぞれ逆流防止用のダイオード41,42が挿入接続される。
制御部34は、電力回生電子負荷回路ブロック4の各部を共通に制御する制御用ICとして、ケーシング3の内部に設けられる。より具体的には、制御部34は、PFC回路31で生成される昇圧した直流電圧を監視し、この昇圧した直流電圧が所望の値となるように、PFC回路31のスイッチング素子に所望の導通幅を有するパルス駆動信号を供給し、インバータ32で生成される交流電圧を監視し、この交流電圧が所望の値と周波数になるように、PFC回路31の各スイッチング素子に所望の導通幅と周波数を有するパルス駆動信号をそれぞれ供給し、DC/DCアップコンバータ33で生成される第1電圧と第2電圧をそれぞれ監視し、この第1電圧と第2電圧が所望の値となるように、第1昇圧チョッパ回路36と第2昇圧チョッパ回路37の各スイッチング素子に所望の導通幅を有するパルス駆動信号を供給するものである。
ここで、制御部34を電力回生電子負荷回路ブロック4の各部に共通して設けたのは、PFC回路31,インバータ32およびDC/DCアップコンバータ33のそれぞれに制御部を設けた場合に比べて、電力回生電子負荷回路ブロック4の制御を実行するプログラムがコピーされにくくなるからである。
次に、上記構成についてその作用を説明すると、予めエージング試験の対象となる一乃至複数の試験片11A,11Bをケーシング3の近傍に設置し、試験片11A,11Bの入力側に設けたプラグ14A,14Bをコンセント7に装着すると共に、試験片11A,11Bの出力側と電力回生電子負荷回路ブロック4との間に負荷線15A,15Bを繋いで、電力回生エージング装置1と被試験電源11とを接続する。また、電力回生エージング装置1のプラグ8を商用電源21のコンセントに装着する。
この状態から、ケーシング3の正面に露出して配置される電源スイッチ16をオフからオンに切替えると、商用電源21からの電源電圧がコンセント8を介して電力回生電子負荷回路ブロック4に印加され、ケーシング3の外部に露出させた電力計5により、電力回生エージング装置1への入力電力が目視で確認できる。また、商用電源21からの電源電圧を受けて、ケーシング3内部の補助電源が電力回生電子負荷回路ブロック4の各部に所望の動作電圧を供給すると、制御部34からPFC回路31と、インバータ32と、DC/DCアップコンバータ33の各スイッチング素子に、それぞれ適切なパルス駆動信号が与えられる。
PFC回路31は、商用電源21からの電源電圧を整流器で整流した後、内蔵するスイッチング素子のスイッチング動作により、この整流電圧を昇圧した直流電圧に変換して、ダイオード42を通してインバータ32に出力する。制御部34は、昇圧した直流電圧が安定化するように、PFC回路31のスイッチング素子に供給するパルス駆動信号の導通幅を調整する。
インバータ32は、内蔵するスイッチング素子のスイッチング動作により、PFC回路31からの昇圧した直流電圧を、被試験電源11の入力電圧として適切な周波数と電圧値の交流電圧に変換する。ここでも制御部34は、被試験電源11に供給する交流電圧が所望の周波数と電圧値を有するように、インバータ32のスイッチング素子に供給するパルス駆動信号の導通幅と周波数を調整する。インバータ32から被試験電源11への出力電力は、ケーシング3の外部に露出させた電力計6により目視で確認できる。
被試験電源11を構成する各試験片11A,11Bは、インバータ32からの交流入力電圧を受けて、各チャンネルから負荷線15を通してDC/DCアップコンバータ33に直流出力電圧を供給する。DC/DCアップコンバータ33は、各試験片11A,11Bからの同じ値の直流出力電圧を一纏めにして、第1昇圧チョッパ回路36で第1電圧に変換し、さらにこの第1電圧を別な第2昇圧チョッパ回路37で第2電圧に変換する。DC/DCアップコンバータ33からの第2電圧は、回生線38からダイオード41を通してインバータ32の入力側に戻される。
このように、各試験片11A,11Bからの各直流出力電圧をそれぞれの昇圧チョッパ回路で昇圧するのではなく、一つの第1昇圧チョッパ回路36と第2昇圧チョッパ回路37で二段階に昇圧することで、DC/DCアップコンバータ33内部の損失を極力抑えることが可能になる。また、AC電子負荷部となるDC/DCアップコンバータ33は、被試験電源11からの出力電圧を、インバータ32の入力側に回生できるように、二段の昇圧チョッパ回路36,37で昇圧した直流第2電圧に変換している。そのため、被試験電源11からの出力電力を商用電源に戻す必要がなく、被試験電源11からの出力電力を被試験電源11の入力側へ確実に回生できる。
なお、上述した電力回生エージング装置1の動作中は、冷却装置18のファンモータが回転駆動し、ケーシング3内の加熱空気を外部に排出する。これにより、エージング試験中に電力回生電子負荷回路ブロック4を安定して動作させることが可能になる。
以上のように、本実施例で提案する電力回生エージング装置1は、商用電源21からの交流入力電圧を電源電圧として、この電源電圧を昇圧した直流電圧に変換して出力する昇圧部としてのPFC回路31と、前記昇圧した直流電圧を入力とし、試験対象物である被試験電源11に適した電力を、被試験電源11に出力する電力供給部としてのインバータ32と、被試験電源11からの一乃至複数の出力電圧を昇圧した直流回生電圧に変換し、回生線38を介してインバータ32の入力側に回生する電子負荷部としてのDC/DCアップコンバータ33と、を備えている。
この場合、被試験電源11の入力側で、商用電源21からの電源電圧をそのまま被試験電源11に供給するのではなく、PFC回路31で一旦昇圧した直流電圧に変換した上で、インバータ32により被試験電源11に適切な電力に変換して、被試験電源11に供給する。また、DC/DCアップコンバータ33は、被試験電源11からの出力電圧を抵抗負荷として消費するのではなく、昇圧した直流電圧に変換した上で、被試験電源11に所望の電力を供給するインバータ32の入力側に回生する。こうすれば、被試験電源11からの出力電力を商用電源に回生できない場合であっても、前述のPFC回路31とインバータ32を利用して、被試験電源11からの出力電力を被試験電源11の入力側へ確実に回生することができる。
また、本実施例のDC/DCアップコンバータ33は、被試験電源11を構成する複数の試験片11A,11B,…11Nからの各出力電圧を一纏めにして入力し、これを昇圧した一つの第1電圧に変換する第1変換部としての第1昇圧チョッパ回路36と、第1電圧を昇圧した直流回生電圧に変換する第2変換部としての第2昇圧チョッパ回路37と、により構成される。
この場合のDC/DCアップコンバータ33は、被試験電源11からの出力電圧を一気に昇圧した直流回生電圧に変換するのではなく、第1昇圧チョッパ回路36と第2昇圧チョッパ回路37の二段で昇圧した直流回生電圧に変換するので、第1昇圧チョッパ回路36と第2昇圧チョッパ回路37における個々の昇圧比を小さくして、高効率の電力回生エージング装置1を提供できる。
その他に本実施例では、N個の試験片11A,11B,…11Nからの同じ電圧値の各直流出力電圧を一纏めにして、単一の第1昇圧チョッパ回路36と第2昇圧チョッパ回路37で昇圧させる構成を採用しているので、この点でもさらに高効率の電力回生エージング装置1を提供できる。
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更実施が可能である。例えば、実施例中に示した電圧や周波数の値はあくまでも一例であり、実際の被試験電源11の仕様などを考慮して適宜変更してよい。また、PFC回路31,インバータ32,DC/DCアップコンバータ33の回路構成は、実施例中に説明したものに限定されず、同等の機能を発揮するものであれば、どのような回路構成であっても構わない。さらに試験対象物として、試験片11A,11B,…11NであるAC/DC試験電源の他に、テレビ受像機や電源機器などの各種電子機器を適用することも可能である。
1 電力回生エージング装置
11 被試験電源(試験対象物)
31 PFC回路(昇圧部)
32 インバータ(電力供給部)
33 DC/DCアップコンバータ(電子負荷部)
36 第1昇圧チョッパ回路(第1変換部)
37 第2昇圧チョッパ回路(第2変換部)
11 被試験電源(試験対象物)
31 PFC回路(昇圧部)
32 インバータ(電力供給部)
33 DC/DCアップコンバータ(電子負荷部)
36 第1昇圧チョッパ回路(第1変換部)
37 第2昇圧チョッパ回路(第2変換部)
Claims (2)
- 電源電圧を昇圧した直流電圧に変換して出力する昇圧部と、
前記昇圧した直流電圧を入力とし、試験対象物に適した電力を当該試験対象物に出力する電力供給部と、
前記試験対象物からの出力電圧を昇圧した直流回生電圧に変換し、前記電力供給部の入力側に回生する電子負荷部と、を備えたことを特徴とする電力回生エージング装置。 - 前記電子負荷部は、前記試験対象物からの出力電圧を昇圧した第1電圧に変換する第1変換部と、前記第1電圧を前記昇圧した直流回生電圧に変換する第2変換部と、からなることを特徴とする請求項1記載の電力回生エージング装置。
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