JP6179167B2 - Power supply - Google Patents
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Description
本発明は、電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device.
電池の出力を電力変換回路で電力変換して外部に出力する電源装置においては、電池と電力変換回路との間にインダクタ（例えばチョークコイル）を挿入することにより、電池電圧の変動に対して電力変換回路（例えばコンバータ）の入力電圧（直流電圧）を安定化させることが行われている。例えば下記特許文献１には、電池から出力される直流電圧をインバータで交流電圧に変換して出力する電源装置において、電池とインバータとの間にインダクタを挿入すること（図１参照）、また電池から出力される直流電圧をＤＣ-ＤＣコンバータで変圧して出力する電源装置において電池とＤＣ-ＤＣコンバータとの間にインダクタを挿入すること（図３参照）が記載されている。
In a power supply device that converts the output of a battery to a power converter circuit and outputs the power to the outside, an inductor (for example, a choke coil) is inserted between the battery and the power converter circuit, so that the power with respect to fluctuations in battery voltage can be reduced. Stabilization of an input voltage (DC voltage) of a conversion circuit (for example, a converter) is performed. For example, in
ところで、例えばメンテナンスの必要から電池を電源装置から切り離す必要が生じた場合、インダクタの一端が電池に接続された状態から解放状態になる際にインダクタに蓄積されたエネルギ（電磁気的なエネルギ）の関係でインダクタの両端に高電圧が発生する。そして、この高電圧によってインダクタが破壊する場合がある。 By the way, for example, when it is necessary to disconnect the battery from the power supply device due to the need for maintenance, the relationship of the energy (electromagnetic energy) stored in the inductor when one end of the inductor is released from the connected state to the battery A high voltage is generated across the inductor. In some cases, the inductor is destroyed by the high voltage.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、インダクタの切り離し時における損傷を防止することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to prevent damage when an inductor is disconnected.
上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、電池の出力を電力変換回路で電力変換して外部に出力する電源装置であって、前記電池と前記電力変換回路との間に設けられたインダクタに、当該インダクタの端子間電圧を制限する電圧制限回路が並列接続される、という手段を採用する。 In order to achieve the above object, according to the present invention, as a first solution, a power supply device that converts the output of a battery with a power conversion circuit and outputs the power to the outside, comprising: the battery and the power conversion circuit; A means is adopted in which a voltage limiting circuit for limiting a voltage between terminals of the inductor is connected in parallel to the inductor provided therebetween.
本発明では、第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記電圧制限回路は抵抗器である、という手段を採用する。 In the present invention, as the second solution means, in the first solution means, the means that the voltage limiting circuit is a resistor is adopted.
本発明では、第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記抵抗器の一端と前記電池の出力端とを択一的に選択して前記インダクタの一端に接続する第１の選択スイッチが設けられる、という手段を採用する。 In the present invention, as a third solving means, in the second solving means, a first selection in which one end of the resistor and an output end of the battery are alternatively selected and connected to one end of the inductor. A means that a switch is provided is adopted.
本発明では、第４の解決手段として、上記第２または第３の解決手段において、前記抵抗器には開閉スイッチが直列接続される、という手段を採用する。 In the present invention, as the fourth solving means, in the second or third solving means, a means that an open / close switch is connected in series to the resistor is adopted.
本発明では、第５の解決手段として、上記第３の解決手段において、前記抵抗器の他端と前記電力変換回路の入力端とを択一的に選択して前記インダクタの他端に接続する第２の選択スイッチが設けられる、という手段を採用する。 In the present invention, as a fifth solution, in the third solution, the other end of the resistor and the input end of the power conversion circuit are alternatively selected and connected to the other end of the inductor. A means is provided in which a second selection switch is provided.
本発明では、第６の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記電圧制限回路は、アノード同士が接続された一対のダイオードである、という手段を採用する。 In the present invention, as a sixth solving means, in the first solving means, the voltage limiting circuit is a pair of diodes having anodes connected to each other.
本発明では、第７の解決手段として、上記第６の解決手段において、前記一対のダイオードは定電圧ダイオードである、という手段を採用する。 In the present invention, as a seventh solving means, in the sixth solving means, a means is used in which the pair of diodes are constant voltage diodes.
本発明では、第８の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記電圧制限回路は開閉スイッチである、という手段を採用する。 In the present invention, as the eighth solving means, in the first solving means, means that the voltage limiting circuit is an open / close switch.
本発明によれば、電池と電力変換回路との間に設けられたインダクタに、当該インダクタの端子間電圧を制限する電圧制限回路が並列接続されるので、インダクタの切り離し時における損傷を防止することができる。 According to the present invention, a voltage limiting circuit that limits the voltage between terminals of the inductor is connected in parallel to the inductor provided between the battery and the power conversion circuit, so that it is possible to prevent damage when the inductor is disconnected. Can do.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態は、直流電力を外部の負荷に供給する直流電源装置に関するものであり、図１に示すように、畜電池Ｅ、開閉スイッチＳ1〜Ｓ3、チョークコイルＬ（インダクタ）、抵抗器Ｒ、コンデンサＣ及びＤＣ−ＤＣコンバータＨによって構成されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The present embodiment relates to a DC power supply apparatus that supplies DC power to an external load. As shown in FIG. 1, the battery E, the open / close switches S1 to S3, the choke coil L (inductor), the resistor R, The capacitor C and the DC-DC converter H are included.
畜電池Ｅは、図示するように複数のセル電池が直接接続されたものであり、正極端子と負極端子とを備えている。このような畜電池Ｅは、直流電力を出力する電池、例えばリチウムイオン電池である。開閉スイッチＳ1は、一端が畜電池Ｅの正極端子に接続され、また他端がチョークコイルＬの一端及び抵抗器の一端に接続されている。チョークコイルＬは、一端が上記開閉スイッチＳ1の他端に接続され、また他端が開閉スイッチＳ2の一端及び開閉スイッチＳ3の一端並びにＤＣ−ＤＣコンバータＨの一方の入力端に接続されている。 The livestock battery E has a plurality of cell batteries directly connected as shown in the figure, and includes a positive electrode terminal and a negative electrode terminal. Such a livestock battery E is a battery that outputs DC power, for example, a lithium ion battery. One end of the open / close switch S1 is connected to the positive terminal of the battery E, and the other end is connected to one end of the choke coil L and one end of the resistor. One end of the choke coil L is connected to the other end of the on-off switch S1, and the other end is connected to one end of the on-off switch S2, one end of the on-off switch S3, and one input end of the DC-DC converter H.
抵抗器Ｒは、一端が上記開閉スイッチＳ1の他端に接続され、また他端が上記開閉スイッチＳ2の他端に接続されている。開閉スイッチＳ2は、抵抗器Ｒに直列接続されており、一端が上記チョークコイルＬの他端に接続され、また他端が上記抵抗器Ｒの他端に接続されている。コンデンサＣは、一端が上記開閉スイッチＳ3の他端に接続され、また他端が上記畜電池Ｅの負極端子及び上記ＤＣ−ＤＣコンバータＨの他方の入力端に接続されている。開閉スイッチＳ3は、一端が上記開閉スイッチＳ2の一端及びチョークコイルＬの他端並びにＤＣ−ＤＣコンバータＨの一方の入力端に接続されている。なお、上記抵抗器Ｒ及び開閉スイッチＳ2は、本実施形態における電圧制限回路を構成している。 The resistor R has one end connected to the other end of the open / close switch S1, and the other end connected to the other end of the open / close switch S2. The open / close switch S2 is connected in series to the resistor R, one end is connected to the other end of the choke coil L, and the other end is connected to the other end of the resistor R. One end of the capacitor C is connected to the other end of the open / close switch S3, and the other end is connected to the negative terminal of the battery E and the other input end of the DC-DC converter H. One end of the open / close switch S3 is connected to one end of the open / close switch S2, the other end of the choke coil L, and one input terminal of the DC-DC converter H. The resistor R and the open / close switch S2 constitute a voltage limiting circuit in this embodiment.
ＤＣ−ＤＣコンバータＨは、一方の入力端が、上記開閉スイッチＳ2の一端及びチョークコイルＬの他端並びに開閉スイッチＳ3の一端に接続され、また他方の入力端が上記コンデンサＣの他端及び上記畜電池Ｅの負極端子に接続されている。また、このＤＣ−ＤＣコンバータＨは、一方の出力端と他方の出力端との間に負荷が接続されている。このようなＤＣ−ＤＣコンバータＨは、一対の入力端に入力された所定電圧の直流電力を異なる電圧の直流電力に電力変換して一対の出力端から出力する電力変換回路である。 In the DC-DC converter H, one input end is connected to one end of the open / close switch S2 and the other end of the choke coil L and one end of the open / close switch S3, and the other input end is connected to the other end of the capacitor C and the above-described switch. It is connected to the negative terminal of the battery E. In the DC-DC converter H, a load is connected between one output end and the other output end. Such a DC-DC converter H is a power conversion circuit that converts DC power of a predetermined voltage input to a pair of input terminals into DC power of a different voltage and outputs the DC power from a pair of output terminals.
次に、このように構成された直流電源装置の動作について詳しく説明する。 Next, the operation of the DC power supply device configured as described above will be described in detail.
本直流電源装置の通常動作状態では、開閉スイッチＳ1，Ｓ3が閉状態かつ開閉スイッチＳ2が開状態に設定される。すなわち、通常動作状態では、チョークコイルＬ及びコンデンサＣだけが所望の回路素子機能を発揮するように畜電池ＥとＤＣ−ＤＣコンバータＨとの間に介装され、抵抗器Ｒは所望の回路素子機能を発揮する状態にはない。 In the normal operation state of the DC power supply device, the open / close switches S1, S3 are set to the closed state and the open / close switch S2 is set to the open state. That is, in the normal operation state, only the choke coil L and the capacitor C are interposed between the battery E and the DC-DC converter H so that the desired circuit element function is exhibited, and the resistor R is a desired circuit element. It is not in a state of functioning.
また、通常動作状態では、チョークコイルＬ及びコンデンサＣは、ＬＣフィルタ（ローパスフィルタ）を構成しており、畜電池Ｅから入力される高周波成分を除去し、低周波成分のみをＤＣ−ＤＣコンバータＨに出力する機能を奏する。このようなチョークコイルＬ及びコンデンサＣによるフィルタ機能により、畜電池ＥからＤＣ−ＤＣコンバータＨに入力される直流電力の電圧変動が抑制されるので、この結果として、ＤＣ−ＤＣコンバータＨから負荷に供給される直流電力の電圧変動も抑制される。 Further, in the normal operation state, the choke coil L and the capacitor C constitute an LC filter (low-pass filter), which removes the high frequency component input from the battery E and converts only the low frequency component into the DC-DC converter H. The function to output to. Such a filter function by the choke coil L and the capacitor C suppresses fluctuations in the voltage of the DC power input from the live battery E to the DC-DC converter H. As a result, the DC-DC converter H supplies the load. Voltage fluctuation of the supplied DC power is also suppressed.
このような直流電源装置では、メンテナンス等のために畜電池Ｅを切り離す必要がある関係で２つの開閉スイッチＳ1，Ｓ3が設けられている。すなわち、畜電池Ｅを切り離す場合には、２つの開閉スイッチＳ1，Ｓ3を閉状態から開状態に切り替えるが、チョークコイルＬの一端は、開閉スイッチＳ1を閉状態から開状態となることにより、内部インピーダンスが比較的小さい畜電池Ｅに接続された状態から解放状態に移行する。そして、このように接続状態が変化する際に、チョークコイルＬに蓄積されたエネルギ（電磁気的なエネルギ）に起因してチョークコイルＬの一端と他端との間の電圧（端子間電圧）が極端に上昇してチョークコイルＬを破壊あるいは劣化させる場合がある。 In such a DC power supply device, two open / close switches S1 and S3 are provided because the battery E needs to be disconnected for maintenance or the like. That is, when the livestock battery E is disconnected, the two open / close switches S1 and S3 are switched from the closed state to the open state, but one end of the choke coil L is internally changed from the closed state to the open state. The state shifts from the state connected to the battery E having a relatively low impedance to the released state. When the connection state changes in this way, the voltage (inter-terminal voltage) between one end and the other end of the choke coil L due to the energy (electromagnetic energy) accumulated in the choke coil L is changed. There is a case where the choke coil L is excessively raised and is destroyed or deteriorated.
しかしながら、本直流電源装置では、２つの開閉スイッチＳ1，Ｓ3を閉状態から開状態に切り替えると同時に、もう１つの開閉スイッチＳ2を開状態から閉状態に切り替える。すなわち、チョークコイルＬの一端を畜電池Ｅに接続された状態から解放状態に移行させると同時にチョークコイルＬに抵抗器Ｒを並列接続させ、この抵抗器ＲにチョークコイルＬに蓄積されたエネルギ（電磁気的なエネルギ）を消費させることによって、チョークコイルＬの端子間電圧の上昇を抑制する。このような本直流電源装置では、チョークコイルＬの劣化や破壊を効果的に防止することができる。 However, in the DC power supply device, the two open / close switches S1, S3 are switched from the closed state to the open state, and at the same time, the other open / close switch S2 is switched from the open state to the closed state. That is, one end of the choke coil L is shifted from the state connected to the battery E to the released state, and at the same time, the resistor R is connected in parallel to the choke coil L, and the energy ( Consumption of electromagnetic energy) suppresses an increase in the voltage across the choke coil L. In such a direct current power supply device, deterioration and destruction of the choke coil L can be effectively prevented.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, For example, the following modifications can be considered.
（１）上記実施形態では、開閉スイッチＳ1，Ｓ2を備える構成を採用したが、本発明はこれに限定されない。図１（ｂ）に示すように、開閉スイッチＳ1，Ｓ2に代えて選択スイッチＳ4を備える構成を採用してもよい。すなわち、この選択スイッチＳ4は、抵抗器Ｒの一端と畜電池Ｅの正極端子とを択一的に選択してチョークコイルＬの一端に接続するスイッチ（第１の選択スイッチ）である。このような選択スイッチＳ4を設けることにより、チョークコイルＬの一端と畜電池Ｅの正極端子との接続を切り離すと同時に、チョークコイルＬの両端に抵抗器Ｒを並列接続することができる。 (1) In the above embodiment, the configuration including the open / close switches S1 and S2 is adopted, but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 1B, a configuration including a selection switch S4 in place of the opening / closing switches S1 and S2 may be employed. That is, the selection switch S4 is a switch (first selection switch) that selectively selects one end of the resistor R and the positive terminal of the battery E and connects it to one end of the choke coil L. By providing such a selection switch S4, it is possible to disconnect the connection between one end of the choke coil L and the positive terminal of the battery E and simultaneously connect the resistor R to both ends of the choke coil L in parallel.
（２）上記実施形態では、開閉スイッチＳ1を備える構成を採用したが、本発明はこれに限定されない。図２（ａ）に示すように、開閉スイッチＳ1に代えて選択スイッチＳ4を備える構成を採用してもよい。このような選択スイッチＳ4を設けることにより、チョークコイルＬの一端と畜電池Ｅの正極端子との接続を切り離すと同時に、チョークコイルＬの両端に抵抗器Ｒを並列接続することができる。 (2) In the above embodiment, the configuration including the opening / closing switch S1 is adopted, but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 2A, a configuration including a selection switch S4 instead of the opening / closing switch S1 may be employed. By providing such a selection switch S4, it is possible to disconnect the connection between one end of the choke coil L and the positive terminal of the battery E and simultaneously connect the resistor R to both ends of the choke coil L in parallel.
（３）上記実施形態では、開閉スイッチＳ1，Ｓ2を備える構成を採用したが、本発明はこれに限定されない。図２（ｂ）に示すように、開閉スイッチＳ1に代えて選択スイッチＳ4を備え、また開閉スイッチＳ2に代えて選択スイッチＳ5を備える構成を採用してもよい。上記選択スイッチＳ5は、抵抗器Ｒの他端とＤＣ−ＤＣコンバータＨの一方の入力端とを択一的に選択してチョークコイルＬの他端に接続するスイッチ（第２の選択スイッチ）である。 (3) In the above embodiment, the configuration including the open / close switches S1, S2 is adopted, but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 2B, a configuration may be adopted in which a selection switch S4 is provided instead of the opening / closing switch S1, and a selection switch S5 is provided instead of the opening / closing switch S2. The selection switch S5 is a switch (second selection switch) that selectively selects the other end of the resistor R and one input end of the DC-DC converter H and connects it to the other end of the choke coil L. is there.
この選択スイッチＳ5は、通常動作状態では、ＤＣ−ＤＣコンバータＨの一方の入力端を選択するが、チョークコイルＬの一端と畜電池Ｅの正極端子との接続を切り離す場合には、開閉スイッチＳ2と同時に動作すると共にＤＣ−ＤＣコンバータＨの一方の入力端に代えて抵抗器Ｒの他端を選択する。このような選択スイッチＳ4，Ｓ5を設けることにより、チョークコイルＬの一端と畜電池Ｅの正極端子との接続を切り離すと同時に、チョークコイルＬの両端に抵抗器Ｒを並列接続することができる。 This selection switch S5 selects one input end of the DC-DC converter H in the normal operation state, but when the connection between one end of the choke coil L and the positive terminal of the battery E is disconnected, the open / close switch S2 At the same time, the other end of the resistor R is selected instead of one input end of the DC-DC converter H. By providing such selection switches S4 and S5, it is possible to disconnect the connection between one end of the choke coil L and the positive terminal of the battery E and simultaneously connect the resistor R to both ends of the choke coil L in parallel.
（４）上記実施形態では、開閉スイッチＳ2を備える構成を採用したが、本発明はこれに限定されない。図３（ａ）に示すように、開閉スイッチＳ2を削除してもよい。この場合には、抵抗器Ｒが常にチョークコイルＬに並列接続された状態となるが、チョークコイルＬの端子間電圧の上昇を抑制することができる。 (4) In the above embodiment, the configuration including the open / close switch S2 is adopted, but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 3A, the open / close switch S2 may be deleted. In this case, the resistor R is always connected to the choke coil L in parallel, but an increase in the voltage between the terminals of the choke coil L can be suppressed.
（５）上記実施形態では、抵抗器ＲをチョークコイルＬに並列接続させる構成を採用したが、本発明はこれに限定されない。図３（ｂ）に示すように、抵抗器Ｒに代えてアノード同士が接続された一対の定電圧ダイオードＤ1，Ｄ2を用いてもよい。このような一対の定電圧ダイオードＤ1，Ｄ2によれば、チョークコイルＬの端子間電圧を定電圧ダイオードＤ1のクランプ電圧Ｖ1と定電圧ダイオードＤ2のクランプ電圧Ｖ2との和電圧（Ｖ1＋Ｖ2）以下に強制的に制限されるので、チョークコイルＬの劣化や破壊を効果的に防止することができる。なお、定電圧ダイオードＤ1，Ｄ2に代えて一般的なダイオードを用いてもよい。 (5) In the above embodiment, the configuration in which the resistor R is connected in parallel to the choke coil L is adopted, but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 3B, instead of the resistor R, a pair of constant voltage diodes D1, D2 having anodes connected to each other may be used. According to such a pair of constant voltage diodes D1 and D2, the voltage between the terminals of the choke coil L is forced to be equal to or lower than the sum voltage (V1 + V2) of the clamp voltage V1 of the constant voltage diode D1 and the clamp voltage V2 of the constant voltage diode D2. Therefore, deterioration and destruction of the choke coil L can be effectively prevented. A general diode may be used instead of the constant voltage diodes D1 and D2.
（６）さらに、図４に示すように、抵抗器Ｒを削除して開閉スイッチＳ2のみをチョークコイルＬに並列接続させてもよい。すなわち、この場合には、チョークコイルＬの一端と畜電池Ｅの正極端子との接続を切り離すと同時にチョークコイルＬの両端を短絡させる。 (6) Further, as shown in FIG. 4, the resistor R may be deleted and only the open / close switch S2 may be connected in parallel to the choke coil L. That is, in this case, the connection between one end of the choke coil L and the positive electrode terminal of the battery E is disconnected and at the same time, both ends of the choke coil L are short-circuited.
（７）最後に、上記実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータＨを電力変換回路として採用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。ＤＣ−ＤＣコンバータＨに代えてインバータを採用してもよい。すなわち、本願発明は直流電力を負荷に供給する直流電源装置に限定されるものではなく、交流電力を負荷に供給する交流電源装置にも適用可能である。 (7) Finally, in the above-described embodiment, the case where the DC-DC converter H is employed as the power conversion circuit has been described, but the present invention is not limited to this. An inverter may be employed instead of the DC-DC converter H. That is, the present invention is not limited to a DC power supply device that supplies DC power to a load, but can also be applied to an AC power supply device that supplies AC power to a load.
Ｅ 畜電池
Ｓ1〜Ｓ3 開閉スイッチ
Ｌ チョークコイル（インダクタ）
Ｒ 抵抗器
Ｃ コンデンサ
Ｈ ＤＣ−ＤＣコンバータ（電力変換回路）
Ｓ4，Ｓ5 選択スイッチ
E Stock battery S1 ~ S3 Open / close switch L Choke coil (inductor)
R resistor C capacitor H DC-DC converter (power conversion circuit)
S4, S5 selection switch
Claims (6)
前記電池と前記電力変換回路との間に設けられたインダクタに、
当該インダクタの端子間電圧を制限する電圧制限回路が並列接続され、
前記電圧制限回路は抵抗器であり、
前記抵抗器の一端と前記電池の出力端とを択一的に選択して前記インダクタの一端に接続する第１の選択スイッチが設けられることを特徴とする電源装置。 A power supply device that converts the output of the battery into power by a power conversion circuit and outputs it to the outside,
Inductor provided between the battery and the power conversion circuit,
A voltage limiting circuit that limits the voltage between the terminals of the inductor is connected in parallel ,
The voltage limiting circuit is a resistor;
A power supply apparatus comprising: a first selection switch that selectively selects one end of the resistor and an output end of the battery and connects to one end of the inductor .
前記電池と前記電力変換回路との間に設けられたインダクタに、
当該インダクタの端子間電圧を制限する電圧制限回路が並列接続され、
前記電圧制限回路は、アノード同士が接続された一対のダイオードであり、
前記一対のダイオードの一端と前記電池の出力端とを択一的に選択して前記インダクタの一端に接続する第１の選択スイッチが設けられることを特徴とする電源装置。 A power supply device that converts the output of the battery into power by a power conversion circuit and outputs it to the outside,
Inductor provided between the battery and the power conversion circuit,
A voltage limiting circuit that limits the voltage between the terminals of the inductor is connected in parallel,
The voltage limiting circuit is a pair of diodes having anodes connected to each other,
A power supply apparatus comprising: a first selection switch that selectively selects one end of the pair of diodes and an output end of the battery and connects to one end of the inductor .
前記電池と前記電力変換回路との間に設けられたインダクタに、
当該インダクタの端子間電圧を制限する電圧制限回路が並列接続され、
前記電圧制限回路は、開閉スイッチであり、
前記開閉スイッチの一端と前記電池の出力端とを択一的に選択して前記インダクタの一端に接続する第１の選択スイッチが設けられることを特徴とする電源装置。 A power supply device that converts the output of the battery into power by a power conversion circuit and outputs it to the outside,
Inductor provided between the battery and the power conversion circuit,
A voltage limiting circuit that limits the voltage between the terminals of the inductor is connected in parallel,
The voltage limiting circuit is an open / close switch,
A power supply apparatus, comprising: a first selection switch that selectively selects one end of the open / close switch and an output end of the battery and connects to one end of the inductor .
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