JP6060707B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数個を直列可能に構成されて、特に蓄電池を充電する際に好適な電源装置に関するものである。

複数の電源装置を直列に接続する構成として、下記の特許文献１に開示された構成が知られている。この構成では、逆流防止用ダイオードと出力電流をバイパスするためのダイオード（以下、バイパス用ダイオードともいう）とが各電源装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ）の出力端子に外付けされ、かつこの２つのダイオードが外付けされた電源装置が複数直列に接続されることで、負荷に対して電流（負荷電流）を出力する。

この構成によれば、いずれかの電源装置が動作を停止した場合であっても、動作を停止した電源装置の出力電圧がこの電源装置に外付けされた逆流防止用ダイオードの順電圧（順方向電圧）以下になって、この電源装置に外付けされたバイパス用ダイオードがオン状態に移行するため、このバイパス用ダイオードが迂回路として機能して動作状態の他の電源装置の出力電流を通過させることで、負荷への出力電流の供給が継続される。

ところで、上記のように少なくともバイパス用ダイオードを各電源装置に外付けして各電源装置を直列接続する構成では、バイパス用ダイオードを直列接続する電源装置の個数分だけ別途用意し、かつ各電源装置に手作業で外付けしなければならないため、接続作業が煩雑である。これを改善するため、本願発明者は、少なくともバイパス用ダイオード（一例として、逆流防止用ダイオードおよびバイパス用ダイオードの両方）を予め装置内に配設する（具体的には、他の電子部品と共に回路基板に実装して、回路中の所定部位に予め接続しておく）構成の電源装置を開発している。

しかしながら、この構成の電源装置であっても複数個を直列接続して作動させる場合において、動作を停止している電源装置では、バイパス用ダイオード以外の他の電子部品は発熱しないが、出力電流が継続して流れるバイパス用ダイオードだけが発熱するという状態が生じることがあり、この状態の発生を防止する必要性が生じる。

一方、電源装置の中には、下記の特許文献２に開示されているように、冷却ファンを備え、スイッチ素子や整流回路を構成するダイオードやコンデンサなどの電子部品から発生する熱を強制的に筐体の外部に排出して電子部品を冷却する構成を採用しているものもあることから、この構成を採用して、バイパス用ダイオードと共に冷却ファンを電源装置内に予め配設することも考えられる。

特開平５−２７６７３６号公報（第２−３頁、第１図） 特開２００６−２１０５１６号公報（第４−６頁、第２図）

ところが、上記のバイパス用ダイオードと共に冷却ファンが内部に配設された電源装置には、以下のような改善すべき課題が存在している。すなわち、上記の特許文献２に開示されているように、冷却ファンを備えた電源装置では、電源装置の動作中には冷却ファンを作動させて電子部品を冷却することが可能であるが、電源装置の停止状態においては冷却ファンを作動させることができないため、上記したように、停止状態において発熱するバイパス用ダイオードを冷却することが困難であるという改善すべき課題が存在している。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、バイパス用ダイオードを別途用意することなく、複数個を直列接続し得ると共に、電源装置の停止状態において発熱するバイパス用ダイオードを冷却し得る電源装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明に係る電源装置は、入力電圧をスイッチングすることによってトランスの一次巻線に電圧を断続的に印加するスイッチ素子と、当該断続的な電圧の印加に起因して前記トランスの二次巻線に誘起される電圧を整流平滑して直流電圧を生成すると共に当該直流電圧を正出力部および負出力部間から出力する整流平滑回路と、当該整流平滑回路から出力される前記直流電圧を外部に出力する正出力端子および負出力端子とを備えた電源装置であって、前記入力電圧に基づいて補助電圧を生成する補助電源回路と、前記正出力部と前記負出力部との間に当該正出力部に向かう方向を順方向として接続されたバイパス用整流素子と、前記補助電圧を作動用電源として作動して、前記バイパス用整流素子に関する温度を検出する温度検出回路と、前記補助電圧を作動用電源として作動して、当該電源装置内を冷却する冷却ファンと、前記補助電圧を作動用電源として作動して、前記温度検出回路によって検出されている前記温度が予め規定された閾値温度以下のときには前記冷却ファンを停止させ、当該検出されている温度が当該閾値温度を超えているときには前記冷却ファンを作動させるファン制御を実行する制御回路とを備え、他の電源装置を直列接続可能に構成されて、直列接続された状態における作動状態のときには前記直流電圧を直列接続された当該他の電源装置から出力される前記直流電圧に加算させて出力可能で、かつ停止状態のときには当該他の電源装置から出力される直流電流を前記バイパス用整流素子でバイパス可能に構成されている。

また、本発明に係る電源装置は、入力電圧をスイッチングすることによってトランスの一次巻線に電圧を断続的に印加するスイッチ素子と、当該断続的な電圧の印加に起因して前記トランスの二次巻線に誘起される電圧を整流平滑して直流電圧を生成すると共に当該直流電圧を正出力部および負出力部間から出力する整流平滑回路と、当該整流平滑回路から出力される前記直流電圧を外部に出力する正出力端子および負出力端子とを備えた電源装置であって、前記入力電圧に基づいて補助電圧を生成する補助電源回路と、前記正出力部と前記負出力部との間に当該正出力部に向かう方向を順方向として接続されたバイパス用整流素子と、前記補助電圧を作動用電源として作動して、前記バイパス用整流素子に流れる電流を検出する電流検出回路と、前記補助電圧を作動用電源として作動して、当該電源装置内を冷却する冷却ファンと、前記補助電圧を作動用電源として作動して、前記電流検出回路によって検出されている前記電流の電流値が予め規定された閾値電流以下のときには前記冷却ファンを停止させ、当該電流値が当該閾値電流を超えているときには前記冷却ファンを作動させるファン制御を実行する制御回路とを備え、他の電源装置を直列接続可能に構成されて、直列接続された状態における作動状態のときには前記直流電圧を直列接続された当該他の電源装置から出力される前記直流電圧に加算させて出力可能で、かつ停止状態のときには当該他の電源装置から出力される直流電流を前記バイパス用整流素子でバイパス可能に構成されている。

また、本発明に係る電源装置は、前記制御回路は、外部から作動指示信号を入力しているときには前記スイッチ素子に前記入力電圧をスイッチングさせ、当該作動指示信号を入力していないときには前記スイッチ素子による前記入力電圧のスイッチングを停止させるスイッチング制御を実行する。また、本発明に係る電源装置は、前記冷却ファンは、前記バイパス用整流素子専用の冷却ファンである。

本発明の電源装置によれば、バイパス用整流素子が整流平滑回路の正出力部と負出力部との間に正出力部に向かう方向を順方向として予め接続されているため、複数個を直列接続して電源システムを構成する場合であっても、バイパス用整流素子を別途用意して外付けする必要がないため、極めて簡単な作業で複数個を直列接続することができる。また、この電源装置によれば、このように電源システムを構成した場合に、停止状態の電源装置においてバイパス用整流素子が発熱したとしても、温度検出回路が検出しているバイパス用整流素子に関する温度が閾値温度を超えたときには、制御回路が冷却ファンを作動させるため、バイパス用整流素子が許容範囲を超えて発熱して、劣化したり、破損したりする事態の発生を確実に回避することができる。

また、本発明の電源装置によれば、バイパス用整流素子が整流平滑回路の正出力部と負出力部との間に正出力部に向かう方向を順方向として予め接続されているため、複数個を直列接続して電源システムを構成する場合であっても、バイパス用整流素子を別途用意して外付けする必要がないため、極めて簡単な作業で複数個を直列接続することができる。また、この電源装置によれば、このように電源システムを構成した場合に、停止状態の電源装置においてバイパス用整流素子が電流が流れることによって発熱したとしても、電流検出回路が検出しているバイパス用整流素子に流れる電流の電流値が閾値電流を超えたときには、制御回路が冷却ファンを作動させるため、バイパス用整流素子が許容範囲を超えて発熱して、劣化したり、破損したりする事態の発生を確実に回避することができる。

また、本発明の電源装置によれば、制御回路が作動指示信号を入力しているときにスイッチング回路のスイッチ素子に対するスイッチング制御を実行する（電源装置が作動状態に移行する）構成を採用することにより、電源装置が電源システムとして構成されたときに、直列接続された各電源装置に対して作動指示信号を順次入力して作動状態に順次移行させることで、例えば蓄電池ユニットを充電する場合において、複数の電源装置が同時に作動状態に移行して充電を開始する構成（すべての電源装置を直流電圧の低い状態から作動させるという効率の良くない構成）と比較して、電源システム全体での効率を高めることができる。

また、本発明の電源装置によれば、専用の冷却ファンでバイパス用整流素子だけを冷却することができるため、電源装置の内部全体を冷却する必要のある冷却ファンと比べて、小型（低消費電力）の冷却ファンを専用の冷却ファンとして使用することで、バイパス用整流素子の冷却時に消費される電力を低減することができる。

電源装置１（１ａ，１ｂ）および電源システムＳＹ１の構成を示す構成図である。 電源装置２１（２１ａ，２１ｂ）および電源システムＳＹ２の構成を示す構成図である。

以下、電源装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１の電源装置１（同図では一例として２つの電源装置１ａ，１ｂ）は、一例として、正入力端子２、負入力端子３、整流平滑回路４、スイッチング回路５、トランス６、整流回路７、平滑回路８、制御回路９、逆流防止用整流素子１０、バイパス用整流素子１１、正出力端子１２、負出力端子１３、直列接続用端子１４、バスバー１５、補助電源回路１６、温度検出回路１７、冷却ファン１８および制御入力端子１９を備えて、正入力端子２および負入力端子３間に入力される外部入力電圧（本例では一例として交流電圧Ｖａｃであるが、直流電圧でもよい）を直流電圧Ｖｄｃに変換して、この直流電圧Ｖｄｃを正出力端子１２および負出力端子１３間から外部に出力する絶縁型コンバータとして構成されている。なお、電源装置１は、絶縁型コンバータである限り、フォーワード方式、フライバック方式、ブリッジ方式およびプッシュプル方式など種々の絶縁型コンバータで構成することができる。

整流平滑回路４は、交流電圧Ｖａｃを整流および平滑することにより、直流電圧に変換して出力する。なお、交流電圧Ｖａｃに代えて直流電圧を外部入力電圧として入力する場合には、整流平滑回路４に代えて平滑回路を使用する構成を採用することもできるし、さらに、入力する直流電圧のリップルが少ない場合には、整流平滑回路４を省く構成を採用することもできる。スイッチング回路５は、不図示のスイッチ素子（トランジスタなど）を有し、このスイッチ素子が制御回路９によって制御されてオン・オフを繰り返すことにより、整流平滑回路４から出力される直流電圧（スイッチング回路５における入力電圧）をスイッチングしてトランス６に断続的に印加する。

トランス６は、一例として、互いに電気的に絶縁された１次巻線６ａおよび２次巻線６ｂを有している。また、トランス６は、スイッチング回路５による１次巻線６ａに対する直流電圧の断続的な印加に起因して２次巻線６ｂに交流電圧を誘起させる。

整流回路７は、２次巻線６ｂに誘起される交流電圧を整流することにより、脈流電圧に変換して出力する。平滑回路８は、整流回路７と相俟って整流平滑回路を構成し、整流回路７によって整流された脈流電圧を平滑することによって直流電圧Ｖｄｃに変換して、正出力部８ａと負出力部８ｂとの間から出力する。また、平滑回路８は、不図示の電圧検出部および電流検出部を備えている。電圧検出部は、例えば、分圧抵抗回路で構成されて、直流電圧Ｖｄｃを検出すると共に、直流電圧Ｖｄｃの電圧値に応じて電圧値が変化する電圧検出信号Ｓｖを生成して制御回路９に出力する。また、電流検出部は、例えば１Ω未満の微小抵抗値の検出抵抗で構成されて、正出力部８ａおよび負出力部８ｂから出力される直流電流Ｉｄｃを検出すると共に、直流電流Ｉｄｃの電流値に応じて電圧値が変化する電流検出信号Ｓｉを生成して制御回路９に出力する。

制御回路９は、補助電源回路１６から補助電圧Ｖｓｕｂの供給を受けて作動して（補助電圧Ｖｓｕｂを作動用電源として作動して）、制御入力端子１９を介して外部から作動指示信号Ｓｏｎを入力しているときには、スイッチング回路５のスイッチ素子に対するスイッチング制御を実行する。

このスイッチング制御では、制御回路９は、電圧検出信号Ｓｖに基づいて現在の直流電圧Ｖｄｃの電圧値を算出すると共に、電流検出信号Ｓｉに基づいて現在の直流電流Ｉｄｃの電流値を算出する。また、制御回路９は、算出した現在の直流電圧Ｖｄｃの電圧値および現在の直流電流Ｉｄｃの電流値に基づいて、スイッチング回路５のスイッチ素子に対するデューティ比制御（または周波数制御）を実行することにより、現在の直流電流Ｉｄｃが過電流とならない基準電流値未満のときには一定電圧値の基準電圧値で直流電圧Ｖｄｃを出力し、現在の直流電流Ｉｄｃが基準電流値に達したときには、直流電流Ｉｄｃを基準電流値に維持しつつ、直流電圧Ｖｄｃの電圧値を基準電圧値から低下させる。これにより、電源装置１は、定電流電圧垂下型の過電流保護特性を有するように構成される。また、この過電流保護特性を有することにより、電源装置１は、電池に対する充電動作のときには、最初は、直流電流Ｉｄｃの電流値が基準電流値になるように定電流制御を実行し、電池の充電電圧が基準電圧値に達したときには、直流電圧Ｖｄｃの電圧値が基準電圧値になるように定電圧制御を実行する。

また、制御回路９は、作動指示信号Ｓｏｎの入力の有無に拘わらず、ファン制御を実行する。このファン制御では、制御回路９は、後述するように温度検出回路１７において検出されるバイパス用整流素子１１に関する温度Ｔｒが予め規定された閾値温度Ｔｔｈ以下のときには冷却ファン１８を停止させ、温度Ｔｒが閾値温度Ｔｔｈを超えているときには冷却ファン１８を作動させる。この場合、温度検出回路１７は、バイパス用整流素子１１の発熱に応じて変化する温度であって、バイパス用整流素子１１自体の温度、バイパス用整流素子１１用のヒートシンクの温度、およびバイパス用整流素子１１の周囲の温度のうちのいずれかの温度を「バイパス用整流素子１１に関する温度」として検出する。本例では、温度検出回路１７は、バイパス用整流素子１１の周囲の温度を「バイパス用整流素子１１に関する温度」として検出する。

逆流防止用整流素子１０は、一例としてダイオードで構成されて、平滑回路８の正出力部８ａと正出力端子１２との間に、正出力端子１２に向かう方向を順方向として予め接続されている。バイパス用整流素子１１は、平滑回路８の正出力部８ａと負出力部８ｂとの間に、正出力部８ａに向かう方向を順方向として予め接続されている。具体的には、逆流防止用整流素子１０およびバイパス用整流素子１１は、電源装置１を構成する他の電子部品と同様にして、不図示の回路基板上に共に実装されて、上記の部位に予め接続されている（つまり、電源装置１に内蔵されている）。

また、逆流防止用整流素子１０およびバイパス用整流素子１１のうちの少なくとも１つの整流素子は、後述のバスバー１５に、電気的に絶縁され、かつ熱伝導性の良好な状態で取り付けられている。この構成により、バスバー１５は、この１つの整流素子の放熱器として機能する。本例では一例として、逆流防止用整流素子１０がバスバー１５に取り付けられている。

直列接続用端子１４は、平滑回路８の正出力部８ａに接続されている。具体的には、直列接続用端子１４は、金属導体からなるバスバー１５を介して正出力部８ａに接続されている。負出力端子１３は、平滑回路８の負出力部８ｂに接続されている。

補助電源回路１６は、整流平滑回路４から出力される直流電圧（スイッチング回路５における入力電圧）に基づいて補助電圧（直流電圧）Ｖｓｕｂを生成して、制御回路９、温度検出回路１７および冷却ファン１８に供給（出力）する。この構成により、補助電源回路１６は、外部入力電圧（本例では、交流電圧Ｖａｃ）が供給されているときには、スイッチング回路５のスイッチング動作が停止している状態（電源装置１が停止している状態）であっても、補助電圧Ｖｓｕｂを生成して出力する。

温度検出回路１７は、種々の接触式温度センサや種々の非接触式温度センサなどを備えて構成されると共に、補助電圧Ｖｓｕｂの供給を受けて作動して、バイパス用整流素子１１に関する温度Ｔｒを検出して、制御回路９に出力する。

冷却ファン１８は、補助電圧Ｖｓｕｂの供給を受けて、制御回路９の制御下で作動して、電源装置１内を冷却する。なお、冷却ファン１８によって電源装置１内が冷却されることで、トランス６の一次側に配設された各電子部品、およびトランス６の二次側に配設された各電子部品（逆流防止用整流素子１０およびバイパス用整流素子１１を含む）が冷却される。

次に、電源装置１の動作について、複数の電源装置１（本例では一例として図１に示すように、２つの電源装置１ａ，１ｂ）を直列に接続して電源システムＳＹ１として構成した状態で、負荷の一例である蓄電池ユニット５０（複数の蓄電池を直列接続して構成したユニット）を充電する例を挙げて説明する。

まず、電源システムＳＹ１の構成について説明する。この電源システムＳＹ１は、２つの電源装置１ａ，１ｂと、各電源装置１ａ，１ｂの外部に配設されて、各電源装置１ａ，１ｂの動作を統括制御するための外部制御回路ＣＮＴとを備えている。

この場合、各電源装置１ａ，１ｂは、高電位側の電源装置１ａの負出力端子１３と低電位側の電源装置１ｂの直列接続用端子１４とが接続線で接続されることによって互いに直列に接続される。また、最も高電位側に配設された電源装置（本例では電源装置１ａ）の正出力端子１２が蓄電池ユニット５０の正極に接続線で接続され、最も低電位側に配設された電源装置（本例では電源装置１ｂ）の負出力端子１３が蓄電池ユニット５０の負極に接続線で接続される。したがって、各電源装置１ａ，１ｂの直流電圧Ｖｄｃが加算されて、電源装置１ａの正出力端子１２と電源装置１ｂの負出力端子１３との間から蓄電池ユニット５０に出力される。

外部制御回路ＣＮＴは、一例として、電源装置１ｂの直流電圧Ｖｄｃを検出して出力する電圧検出回路３１、基準電源３２、コンパレータ３３、フォトカプラ３４，３５、起動用スイッチ３６、フォトカプラ３５に内蔵されているトランジスタのコレクタ端子を外部電源電圧Ｖｃｃにプルアップする抵抗３７、および起動用スイッチ３６の一端を外部電源電圧Ｖｃｃにプルアップする抵抗３８を備えている。

電圧検出回路３１は、一例として直列接続された２本の抵抗３１ａ，３１ｂからなる分圧回路で構成されて、最も高電位側の電源装置（この例では電源装置１ａ）の正出力端子１２と最も低電位側の電源装置（この例では電源装置１ｂ）の負出力端子１３との間に接続されて、蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂ（各電源装置１ａ，１ｂから出力される直流電圧Ｖｄｃの加算電圧（電源システムＳＹ１の出力電圧））を分圧することにより、充電電圧Ｖｂの電圧値に応じて電圧値が変化する分圧電圧Ｖｄｉｖを出力する。

基準電源３２は、電源装置１ｂの負出力端子１３の電位を基準として、所定電圧の比較電圧Ｖｃｏｍを生成して出力する。コンパレータ３３は、比較電圧Ｖｃｏｍと分圧電圧Ｖｄｉｖとを比較して、分圧電圧Ｖｄｉｖが比較電圧Ｖｃｏｍ以下のときには、Ｌレベル（負出力端子１３の電位と同電位）の電圧を出力し、分圧電圧Ｖｄｉｖが比較電圧Ｖｃｏｍを超えているときには、Ｈレベルの電圧（ダイオードの順方向電圧よりも高い電圧）を出力する。本例では一例として、充電電圧Ｖｂが、予め規定された閾値電圧（電源装置１の基準電圧値またはその近傍の電圧値（例えば基準電圧値の約８０％の電圧値））に達したときに、分圧電圧Ｖｄｉｖが比較電圧Ｖｃｏｍを超えて、コンパレータ３３がＨレベルの電圧を出力するように、抵抗３１ａ，３１ｂによる分圧比と、比較電圧Ｖｃｏｍとが予め規定されている。

フォトカプラ３４は、そのフォトダイオードのアノード端子がコンパレータ３３の出力に接続されると共に、カソード端子が電源装置１ｂにおける負出力端子１３の電位に接続されている。また、フォトカプラ３４は、そのフォトトランジスタのエミッタ端子が外部電源電圧Ｖｃｃについての基準電位（グランド電位）に接続されると共に、そのコレクタ端子がフォトカプラ３５におけるフォトダイオードのカソード端子に接続されている。

フォトカプラ３５は、そのフォトダイオードのアノード端子が起動用スイッチ３６の他端に接続されると共に、カソード端子が上記したようにフォトカプラ３４に接続されている。また、フォトカプラ３５は、そのフォトトランジスタのエミッタ端子が高電位側の電源装置１ａの制御入力端子１９に接続されると共に、そのコレクタ端子が上記したように抵抗３７を介して外部電源電圧Ｖｃｃにプルアップされている。

起動用スイッチ３６は、上記したように一端が外部電源電圧Ｖｃｃにプルアップされると共に、他端が低電位側の電源装置１ｂの制御入力端子１９に接続されている。この構成により、起動用スイッチ３６は、オン状態に操作されたときには、Ｈレベル（外部電源電圧Ｖｃｃの電圧値にほぼ等しい電圧）の信号を作動指示信号Ｓｏｎとして出力する。

次いで、電源システムＳＹ１の動作について、各電源装置１の動作と併せて説明する。

外部制御回路ＣＮＴでは、起動用スイッチ３６がオフ状態のときには、電源装置１ｂへの作動指示信号Ｓｏｎの出力が停止された状態になっている。また、フォトカプラ３５のフォトダイオードのアノード端子にも、Ｈレベルの信号が印加されていない状態になっている。このため、フォトカプラ３５のフォトトランジスタもオフ状態であるため、電源装置１ａへの作動指示信号Ｓｏｎの出力も停止された状態になっている。したがって、各電源装置１ａ，１ｂは共に停止している状態（停止状態）に維持されている。

この状態において、起動用スイッチ３６がオン状態に操作されたときには、電源装置１ｂへの作動指示信号Ｓｏｎの出力が開始される。これにより、電源装置１ｂでは、制御回路９が、スイッチング回路５のスイッチ素子に対するスイッチング制御を開始する（作動状態に移行する）。充電開始当初の蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂが、基準電圧値よりも低いときには、電源装置１ｂは、蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂ（この状態では、後述するように電源装置１ａは停止状態にあるため、電源装置１ｂから出力される直流電圧Ｖｄｃよりも電源装置１ａの各ダイオード１０，１１の順方向電圧Ｖｆ分だけ低い電圧）が基準電圧値に達するまでは、現在の直流電流Ｉｄｃの電流値を基準電流値に規定して蓄電池ユニット５０に出力する定電流制御を実行する。

一方、フォトカプラ３５のフォトダイオードのアノード端子へのＨレベルの信号の印加も開始されるが、蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂが閾値電圧に達するまでは、上記したように、電圧検出回路３１から出力される分圧電圧Ｖｄｉｖは、基準電源３２から出力されている比較電圧Ｖｃｏｍ未満である。このため、コンパレータ３３は、Ｌレベルの電圧を出力していることから、フォトカプラ３４のフォトトランジスタはオフ状態に維持されている。これにより、フォトカプラ３５のフォトダイオードに電流が流れないため、フォトトランジスタもオフ状態に維持されている。したがって、高電位側の電源装置１ａへの作動指示信号Ｓｏｎは停止された状態にあるため、電源装置１ａは停止状態に維持されている。

これにより、電源装置１ｂから出力されている直流電流Ｉｄｃは、電源装置１ａの負出力端子１３、バイパス用整流素子１１、逆流防止用整流素子１０および正出力端子１２を経由して（つまり、停止状態の電源装置１ａをバイパス（迂回）して）、蓄電池ユニット５０に供給されて、蓄電池ユニット５０に対する定電流（基準電流値）での充電が行われる。

その後、電源装置１ｂから出力されている直流電流Ｉｄｃによる蓄電池ユニット５０に対する充電が進んで、蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂが上昇して、閾値電圧に達したときには、電圧検出回路３１から出力される分圧電圧Ｖｄｉｖが比較電圧Ｖｃｏｍを超える。このため、コンパレータ３３は、Ｈレベルの電圧の出力を開始する。これにより、フォトカプラ３４のフォトダイオードに電流が流れて、フォトカプラ３４のフォトトランジスタがオン状態に移行する。この結果、フォトカプラ３５のフォトダイオードにも電流が流れるため、フォトカプラ３５のフォトトランジスタもオン状態に移行する。したがって、高電位側の電源装置１ａへの作動指示信号Ｓｏｎの出力が開始される。

これにより、電源装置１ａでは、制御回路９が、スイッチング回路５のスイッチ素子に対するスイッチング制御を開始する（作動状態に移行する）。この状態での蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂは、直列接続された２つの電源装置１ａ，１ｂによって充電可能な最大電圧（電源装置１ａ，１ｂの各基準電圧値の加算電圧値）に達していない状態にある。このため、各電源装置１ａ，１ｂから出力される直流電圧Ｖｄｃは共にそれぞれの基準電圧値未満であることから、各電源装置１ａ，１ｂは、それぞれの直流電圧Ｖｄｃがそれぞれの基準電圧値に達するまでは（つまり、上記したように蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂが各基準電圧値の加算電圧値に達するまでは）、現在の直流電流Ｉｄｃの電流値を基準電流値に規定して蓄電池ユニット５０に出力する定電流制御を継続する。

なお、起動用スイッチ３６がオン状態に操作されて、電源装置１ｂが作動状態に移行したとき（充電開始当初）において、蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂが閾値電圧よりも高いときには、外部制御回路ＣＮＴが上記のように動作して、高電位側の電源装置１ａへの作動指示信号Ｓｏｎの出力も開始するため、直ちに、電源装置１ａ，１ｂが共に作動状態に移行して、上記のように直流電流Ｉｄｃの電流値を基準電流値に規定して蓄電池ユニット５０に出力する定電流制御を実行して、蓄電池ユニット５０に対する充電を開始する。

その後、各電源装置１ａ，１ｂの直流電圧Ｖｄｃの電圧値がそれぞれの基準電圧値に達したとき、つまり、蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂの電圧値が各基準電圧値の加算電圧値（具体的には、この各基準電圧値の加算電圧値から電源装置１ａ側の逆流防止用整流素子１０の順方向電圧Ｖｆを減じた電圧値）に達したときには、各制御回路９は、現在のそれぞれの直流電圧Ｖｄｃの電圧値を基準電圧値に維持した状態で蓄電池ユニット５０を充電する定電圧制御を実行する。この場合、電源装置１ａ，１ｂから蓄電池ユニット５０に出力されている直流電流Ｉｄｃの電流値は、基準電流値から徐々に減少する。各制御回路９は、現在の直流電流Ｉｄｃの電流値が下限電流値（＜基準電流値）に達した時点で、それぞれのスイッチング回路５のスイッチ素子をオフ状態に制御することにより、直流電圧Ｖｄｃの生成動作を停止する（直流電圧Ｖｄｃがゼロボルトになる）。これにより、電源装置１ａ，１ｂ（電源システムＳＹ１）による蓄電池ユニット５０に対する充電が完了する。

この電源システムＳＹ１の各電源装置１ａ，１ｂでは、蓄電池ユニット５０に対する充電動作の実行中のみならず、充電動作を実行していないとき（作動指示信号Ｓｏｎを入力していないとき）であっても、それぞれの制御回路９は、上記したファン制御を実行し、それぞれの温度検出回路１７は、温度検出を行っている。この場合、電源装置１ｂのみが作動状態にあって充電動作を実行し、電源装置１ａが停止状態にあるときであっても、電源装置１ａのバイパス用整流素子１１に直流電流Ｉｄｃが継続して流れることによってバイパス用整流素子１１が発熱する。この際に、電源装置１ａの温度検出回路１７はバイパス用整流素子１１に関する温度Ｔｒを検出して制御回路９に出力する。したがって、電源装置１ａの制御回路９は、温度検出回路１７から出力されたバイパス用整流素子１１に関する温度Ｔｒが閾値温度Ｔｔｈを超えたときには、冷却ファン１８を作動させる。これにより、電源装置１ａでは、充電動作を実行していないとき（停止状態のとき）であっても、バイパス用整流素子１１が許容範囲を超えて発熱して、劣化したり、破損したりする事態の発生が回避されている。

このように、この電源装置１では、バイパス用整流素子１１が平滑回路８の正出力部８ａと負出力部８ｂとの間に正出力部８ａに向かう方向を順方向として予め接続されている。したがって、この電源装置１によれば、複数個を直列接続して電源システムＳＹ１を構成する場合であっても、バイパス用整流素子を別途用意して外付けする必要がないため、極めて簡単な作業で複数個を直列接続することができる。

また、この電源装置１によれば、電源システムＳＹ１を構成した場合に、停止状態の電源装置１においてバイパス用整流素子１１が発熱したとしても、温度検出回路１７が検出しているバイパス用整流素子１１に関する温度Ｔｒが閾値温度Ｔｔｈを超えたときには、制御回路９が冷却ファン１８を作動させるため、バイパス用整流素子１１が許容範囲を超えて発熱して、劣化したり、破損したりする事態の発生を確実に回避することができる。

また、この電源装置１によれば、平滑回路８の正出力部８ａに整流素子を介在させることなく接続（つまり、直接接続）された直列接続用端子１４を備えているため、この直列接続用端子１４を使用して複数個を直列に接続することにより、逆流防止用整流素子１０の存在に起因する電圧降下を逆流防止用整流素子１０一つ分の順方向電圧Ｖｆだけに抑えることができる。

また、この電源装置１によれば、逆流防止用整流素子１０およびバイパス用整流素子１１のうちの少なくとも１つの整流素子（本例では逆流防止用整流素子１０）が、バスバー１５に、電気的に絶縁され、かつ熱伝導性の良好な状態で取り付けられているため、この少なくとも１つの整流素子で発生する熱を冷却ファン１８を作動させて効率よく放熱することができる。

なお、上記の電源装置１では、バイパス用整流素子１１に関する温度Ｔｒを検出する温度検出回路１７を用いて、バイパス用整流素子１１の発熱の程度を検出する構成を採用しているが、上記したように、バイパス用整流素子１１の発熱はバイパス用整流素子１１に直流電流Ｉｄｃが流れることによって発生する。このため、図２に示す電源装置２１（同図では一例として２つの電源装置２１ａ，２１ｂ）のように、バイパス用整流素子１１に流れる直流電流Ｉｄｃを検出する電流検出回路２２を用いて、バイパス用整流素子１１の発熱の程度を検出する構成を採用することもできる。

以下、この電源装置２１およびこの電源装置２１を複数個直列に接続して構成した電源システムＳＹ２について説明する。なお、電源装置２１は、電源装置１における温度検出回路１７に代えて電流検出回路２２を備えている点で電源装置１と相違するが、他の構成についてはほぼ同一である。このため、電源装置１と同一の構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、電源システムＳＹ２についても、電源システムＳＹ１における電源装置１に代えて電源装置２１を使用する点で電源システムＳＹ１と相違するが、電源装置２１を直列に接続する構造や、外部制御回路ＣＮＴの構成は同一に構成されている。このため、電源システムＳＹ１と同一の構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図２に示す電源装置２１は、一例として、正入力端子２、負入力端子３、整流平滑回路４、スイッチング回路５、トランス６、整流回路７、平滑回路８、制御回路９、逆流防止用整流素子１０、バイパス用整流素子１１、正出力端子１２、負出力端子１３、直列接続用端子１４、バスバー１５、補助電源回路１６、電流検出回路２２、冷却ファン１８および制御入力端子１９を備えて、正入力端子２および負入力端子３間に入力される外部入力電圧を直流電圧Ｖｄｃに変換して出力する絶縁型コンバータとして構成されている。

制御回路９は、外部から作動指示信号Ｓｏｎを入力しているときには、スイッチング回路５のスイッチ素子に対するスイッチング制御を実行する。また、制御回路９は、作動指示信号Ｓｏｎの入力の有無に拘わらず、ファン制御を実行する。

このファン制御では、制御回路９は、後述するように電流検出回路２２において検出されるバイパス用整流素子１１に流れる電流Ｉｒ（本例では、直流電流Ｉｄｃ）が予め規定された閾値電流Ｉｔｈ以下のときには冷却ファン１８を停止させ、電流Ｉｒが閾値電流Ｉｔｈを超えているときには冷却ファン１８を作動させる。

電流検出回路２２は、例えば１Ω未満の微小抵抗値の検出抵抗、ホール素子、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）、またはフラックスゲートセンサなどを使用して構成されると共に、補助電圧Ｖｓｕｂの供給を受けて作動することで、バイパス用整流素子１１に流れる電流Ｉｒを検出して、制御回路９に出力する。

次に、電源装置２１の動作について、複数の電源装置２１（本例では一例として図２に示すように、２つの電源装置２１ａ，２１ｂ）を直列に接続して電源システムＳＹ２として構成した状態で、負荷の一例である蓄電池ユニット５０を充電する例を挙げて説明する。

まず、電源システムＳＹ２の構成について説明する。この電源システムＳＹ２は、２つの電源装置２１ａ，２１ｂと、各電源装置２１ａ，２１ｂの外部に配設されて、各電源装置２１ａ，２１ｂの動作を統括制御するための外部制御回路ＣＮＴとを備えている。なお、電源装置２１ａ，２１ｂの接続構造は、上記した電源装置１ａ，１ｂの接続構造と同一であり、外部制御回路ＣＮＴは、上記した電源システムＳＹ１の外部制御回路ＣＮＴと同一である。このため、これらについての説明を省略する。

次いで、電源システムＳＹ２の動作について、各電源装置２１の動作と併せて説明する。なお、蓄電池ユニット５０に対する各電源装置２１の充電動作は、上記した電源システムＳＹ１での各電源装置１の動作と同一である。このため、電源装置１の動作と相違する電流検出回路２２に関連する動作についてのみ説明する。

この電源システムＳＹ１の各電源装置２１ａ，２１ｂでは、蓄電池ユニット５０に対する充電動作の実行中のみならず、充電動作を実行していないとき（作動指示信号Ｓｏｎを入力していないとき）であっても、それぞれの制御回路９は、上記したファン制御を実行し、それぞれの電流検出回路２２は、温度検出を行っている。この場合、電源装置１ｂのみが充電動作を実行し、電源装置１ａが停止状態にあるときであっても、電源装置２１ａのバイパス用整流素子１１に直流電流Ｉｄｃが継続して流れることによってバイパス用整流素子１１が発熱する。この際に、電源装置２１ａの電流検出回路２２はバイパス用整流素子１１に流れる電流Ｉｒを検出して制御回路９に出力する。したがって、電源装置２１ａの制御回路９は、電流検出回路２２によって検出された電流Ｉｒが閾値電流Ｉｔｈを超えたときには、冷却ファン１８を作動させる。これにより、電源装置２１ａでは、充電動作を実行していないとき（停止状態のとき）であっても、バイパス用整流素子１１が許容範囲を超えて発熱して、劣化したり、破損したりする事態の発生が回避されている。

このように、この電源装置２１によれば、電源装置１と同様にして、バイパス用整流素子１１が平滑回路８の正出力部８ａと負出力部８ｂとの間に正出力部８ａに向かう方向を順方向として予め接続されている。したがって、この電源装置２１によっても、複数個を直列接続して電源システムＳＹ２を構成する場合において、バイパス用整流素子を別途用意して外付けする必要がないため、極めて簡単な作業で複数個を直列接続することができる。

また、この電源装置２１によれば、電源システムＳＹ２を構成した場合に、停止状態の電源装置２１においてバイパス用整流素子１１が発熱したとしても、電流Ｉｒが閾値電流Ｉｔｈを超えたときには、制御回路９が冷却ファン１８を作動させるため、バイパス用整流素子１１が許容範囲を超えて発熱して、劣化したり、破損したりする事態の発生を確実に回避することができる。

なお、上記した電源装置１，２１では、バイパス用整流素子１１と共に逆流防止用整流素子１０を備え（内蔵し）、かつ直列接続用端子１４およびバスバー１５を備える構成を採用しているが、逆流防止用整流素子１０を省いてバイパス用整流素子１１のみを備える構成や、直列接続用端子１４およびバスバー１５を省いた構成を採用することもできる。これらの構成であっても、バイパス用整流素子１１を備えているため、上記した電源装置１のように温度検出回路１７等を備えた構成や、電源装置２１のように電流検出回路２２等を備えた構成にすることで、電源装置１が電源システムＳＹ１として構成されている状態や、電源装置２１が電源システムＳＹ２として構成されている状態において、いずれかの電源装置１（または２１）が停止している状態であっても、この停止状態の電源装置１（または２１）においてバイパス用整流素子１１が発熱して劣化や破損する事態の発生を回避することができる。

また、上記した電源装置１，２１では、制御回路９が、作動指示信号Ｓｏｎを入力しているときに、スイッチング回路５のスイッチ素子に対するスイッチング制御を実行する構成を採用して、電源装置１が電源システムＳＹ１として構成されたときや、電源装置２１が電源システムＳＹ２として構成されたときに、直列接続された各電源装置１（２１）が、外部制御回路ＣＮＴによって作動状態に順次移行させられて蓄電池ユニット５０を充電することで、複数の電源装置１（２１）が同時に充電動作を開始する構成（すべての電源装置１（２１）を直流電圧の低い状態から作動させるという効率の良くない構成）と比較して、電源システムＳＹ１全体での効率を高め得るように構成されている。

このため、この電源システムＳＹ１（ＳＹ２）では、外部制御回路ＣＮＴによってすべての電源装置１（２１）が作動状態に移行するまでの間は、スイッチング動作を停止している電源装置１（２１）が常に存在し、この停止している電源装置１（２１）においてバイパス用整流素子１１が発熱することから、この停止している電源装置１（２１）において、補助電源回路１６から補助電圧Ｖｓｕｂの供給を受けている制御回路９、温度検出回路１７（または電流検出回路２２）および冷却ファン１８が上記のように動作して、バイパス用整流素子１１が許容範囲を超えて発熱することによる劣化や破損の発生を確実に回避する。

しかしながら、直列接続された複数の電源装置１（２１）が同時に充電動作を開始する上記の構成（作動指示信号Ｓｏｎの入力のないときであっても制御回路９が常にスイッチング動作を実行する構成）においても、補助電源回路１６から補助電圧Ｖｓｕｂの供給を受けている制御回路９、温度検出回路１７（または電流検出回路２２）および冷却ファン１８が上記のようにバイパス用整流素子１１の発熱を回避する動作を実行するようにすることもできる。

この構成を採用した電源装置１（２１）を使用した電源システムＳＹ１（ＳＹ２）では、複数の電源装置１（２１）が同時に蓄電池ユニット５０に対する充電を開始して、蓄電池ユニット５０をほぼ各電源装置１の基準電圧値の加算電圧値に充電する。したがって、この電源装置１（２１）によれば、バイパス用整流素子１１を外付けする作業を不要にしつつ、直列に接続した複数の電源装置１（２１）で蓄電池ユニット５０を充電することができる。また、仮に、複数の電源装置１（２１）のうちの少なくとも１つの電源装置１（２１）が何らかの理由（故障など）により動作を停止して、この電源装置１（２１）に配設されているバイパス用整流素子１１が作動状態の他の電源装置１（２１）から出力されている直流電流Ｉｄｃをバイパスして蓄電池ユニット５０に供給することで発熱したとしても、補助電源回路１６から補助電圧Ｖｓｕｂの供給を受けている制御回路９、温度検出回路１７（または電流検出回路２２）および冷却ファン１８が動作し得る状態においては、制御回路９が冷却ファン１８を作動させて、発熱したバイパス用整流素子１１を冷却することができる。このため、このバイパス用整流素子１１が許容範囲を超えて発熱して、劣化したり、破損したりする事態の発生を確実に回避することができる。

また、上記の各例では、冷却ファン１８がバイパス用整流素子１１だけでなく、電源装置の内部に配設されている他の部品も同時に冷却する構成を採用しているが、電源装置の内部に配設されている他の部品をも冷却する冷却ファンに代えて、またはこの冷却ファンと共に、バイパス用整流素子１１だけを冷却するための専用の冷却ファン（バイパス用整流素子１１の近傍に配設されてバイパス用整流素子１１に風を直接当てるバイパス用整流素子１１専用の冷却ファン）を電源装置に配設し、この冷却ファンを上記した冷却ファン１８のようにして、制御回路９の制御によって補助電圧Ｖｓｕｂで作動させる構成を採用することもできる。

この構成によれば、上記の専用の冷却ファンは、バイパス用整流素子１１だけを冷却できればよいため、電源装置の内部全体を冷却する必要のある冷却ファンと比べて、小型（低消費電力）の冷却ファンを専用の冷却ファンとして使用することができるため、バイパス用整流素子１１の冷却時に消費される電力を低減することができる。

１，２１ 電源装置
６ トランス
６ａ １次巻線
６ｂ ２次巻線
８ 平滑回路
８ａ 正出力部
８ｂ 負出力部
１１ バイパス用整流素子
１２ 正出力端子
１３ 負出力端子
１６ 補助電源回路
１７ 温度検出回路
１８ 冷却ファン
２２ 電流検出回路
Ｉｒ 電流
Ｉｔｈ 閾値電流
Ｔｒ 温度
Ｔｔｈ 閾値温度
Ｖｓｕｂ 補助電圧

Claims (4)

1. 入力電圧をスイッチングすることによってトランスの一次巻線に電圧を断続的に印加するスイッチ素子と、当該断続的な電圧の印加に起因して前記トランスの二次巻線に誘起される電圧を整流平滑して直流電圧を生成すると共に当該直流電圧を正出力部および負出力部間から出力する整流平滑回路と、当該整流平滑回路から出力される前記直流電圧を外部に出力する正出力端子および負出力端子とを備えた電源装置であって、
   前記入力電圧に基づいて補助電圧を生成する補助電源回路と、
   前記正出力部と前記負出力部との間に当該正出力部に向かう方向を順方向として接続されたバイパス用整流素子と、
   前記補助電圧を作動用電源として作動して、前記バイパス用整流素子に関する温度を検出する温度検出回路と、
   前記補助電圧を作動用電源として作動して、当該電源装置内を冷却する冷却ファンと、
   前記補助電圧を作動用電源として作動して、前記温度検出回路によって検出されている前記温度が予め規定された閾値温度以下のときには前記冷却ファンを停止させ、当該検出されている温度が当該閾値温度を超えているときには前記冷却ファンを作動させるファン制御を実行する制御回路とを備え、
   他の電源装置を直列接続可能に構成されて、直列接続された状態における作動状態のときには前記直流電圧を直列接続された当該他の電源装置から出力される前記直流電圧に加算させて出力可能で、かつ停止状態のときには当該他の電源装置から出力される直流電流を前記バイパス用整流素子でバイパス可能に構成されている電源装置。
2. 入力電圧をスイッチングすることによってトランスの一次巻線に電圧を断続的に印加するスイッチ素子と、当該断続的な電圧の印加に起因して前記トランスの二次巻線に誘起される電圧を整流平滑して直流電圧を生成すると共に当該直流電圧を正出力部および負出力部間から出力する整流平滑回路と、当該整流平滑回路から出力される前記直流電圧を外部に出力する正出力端子および負出力端子とを備えた電源装置であって、
   前記入力電圧に基づいて補助電圧を生成する補助電源回路と、
   前記正出力部と前記負出力部との間に当該正出力部に向かう方向を順方向として接続されたバイパス用整流素子と、
   前記補助電圧を作動用電源として作動して、前記バイパス用整流素子に流れる電流を検出する電流検出回路と、
   前記補助電圧を作動用電源として作動して、当該電源装置内を冷却する冷却ファンと、
   前記補助電圧を作動用電源として作動して、前記電流検出回路によって検出されている前記電流の電流値が予め規定された閾値電流以下のときには前記冷却ファンを停止させ、当該電流値が当該閾値電流を超えているときには前記冷却ファンを作動させるファン制御を実行する制御回路とを備え、
   他の電源装置を直列接続可能に構成されて、直列接続された状態における作動状態のときには前記直流電圧を直列接続された当該他の電源装置から出力される前記直流電圧に加算させて出力可能で、かつ停止状態のときには当該他の電源装置から出力される直流電流を前記バイパス用整流素子でバイパス可能に構成されている電源装置。
3. 前記制御回路は、外部から作動指示信号を入力しているときには前記スイッチ素子に前記入力電圧をスイッチングさせ、当該作動指示信号を入力していないときには前記スイッチ素子による前記入力電圧のスイッチングを停止させるスイッチング制御を実行する請求項１または２記載の電源装置。
4. 前記冷却ファンは、前記バイパス用整流素子専用の冷却ファンであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電源装置。

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