JP2002325448A - バッテリバックアップ型直流安定化電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はバッテリバックアップ型直流安定化
電源において部品点数を減らすとともに電力効率を改善
することを目的とする。 【解決手段】 複数の一次側巻線を備えるトランス１０
と、第１の一次側巻線１０ａに接続された第１のスイッ
チング手段１３と、主電力供給手段１１と、第２の一次
側巻線１０ｂに接続された第２のスイッチング手段２２
と、第２の一次側巻線１０ｂに電力を供給するバッテリ
２１と、逆流防止手段２３と、二次側巻線１０ｃに現れ
る交流電力を直流電力に変換する出力回路３１と、第１
のスイッチング手段１３及び第２のスイッチング手段２
２を周期的にスイッチングするための制御信号を生成す
るとともに、出力回路３１から出力される電圧もしくは
電流のレベルを前記制御信号の状態に反映する制御手段
７０とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリバックア
ップ型直流安定化電源に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ネットワークサーバやパソコン
あるいはＣＡＤなどに利用される情報処理装置において
は、停電時のデータ消失を防止するために、電源装置と
してはバッテリバックアップ機能を備えたバッテリバッ
クアップ型直流安定化電源を用いるのが望ましい。

【０００３】従来のバッテリバックアップ型直流安定化
電源は、図２に示すように構成されている。以下、図２
のバッテリバックアップ型直流安定化電源について説明
する。商用交流電源１０１から供給される交流電力は、
整流平滑回路１０２で整流及び平滑されてプリレギュレ
ータ１１０に入力される。プリレギュレータ１１０にお
いては、トランス１１２の一次側巻線に印加される直流
電力をインバータ１１１が高速で周期的にオンオフする
ので、トランス１１２の二次側巻線には交流電力が現れ
る。

【０００４】トランス１１２の二次側巻線に現れた交流
電力は整流平滑回路１１３で整流及び平滑され、直流電
力としてプリレギュレータ１１０から出力される。制御
部１１４は、プリレギュレータ１１０の出力電圧が安定
化されるようにインバータ１１１のオンオフデューティ
を制御する。プリレギュレータ１１０の出力には、バッ
テリー１２１が並列に接続されている。ダイオード１２
２は電流の逆流を防止する。商用交流電源１０１から所
定の電力が供給されている間はプリレギュレータ１１０
の出力電力が降圧コンバータ１３０の入力に供給される
が、停電などでプリレギュレータ１１０の出力電圧が低
下した場合には、ダイオード１２２を介してバッテリー
１２１から電力が供給される。

【０００５】図２の例では、２組の出力端子１４０
(1)，１４０(2)にそれぞれ独立した電圧を出力するため
に、プリレギュレータ１１０の出力に２つの降圧コンバ
ータ１３０(1)，１３０(2)が接続されている。各制御部
１３２(1)，１３２(2)は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３１
(1)，１３１(2)を制御して出力端子１４０(1)，１４０
(2)の電圧を安定化する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】例えば図２のバッテリ
バックアップ型直流安定化電源においては、２種類の安
定化された電圧を出力するために３つの制御部（１１
４，１３２(1)，１３２(2)）を備えている。このように
制御部の数が増えると、電源の回路を構成する部品点数
が多くなり電源が大型化することになる。また、それぞ
れの制御部で損失が生じるため電力効率の悪化が避けら
れない。

【０００７】本発明は、このようなバッテリバックアッ
プ型直流安定化電源において部品点数を減らすとともに
電力効率を改善することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１のバッテリバッ
クアップ型直流安定化電源は、第１の一次側巻線，第２
の一次側巻線及び少なくとも１つの二次側巻線を備える
トランスと、前記トランスの第１の一次側巻線に接続さ
れた第１のスイッチング手段と、前記第１の一次側巻線
に前記第１のスイッチング手段を介して電力を供給する
主電力供給手段と、前記トランスの第２の一次側巻線に
接続された第２のスイッチング手段と、前記第２の一次
側巻線に前記第２のスイッチング手段を介して電力を供
給するバッテリと、前記第２の一次側巻線と前記バッテ
リとの間に接続された逆流防止手段と、前記二次側巻線
に現れる交流電力を直流電力に変換する出力回路と、前
記第１のスイッチング手段及び第２のスイッチング手段
を周期的にスイッチングするための制御信号を生成する
とともに、前記出力回路から出力される電圧もしくは電
流のレベルを前記制御信号の状態に反映する制御手段と
を設けたことを特徴とする。

【０００９】請求項１においては、トランスに２つの一
次側巻線を設けてある。トランスの第１の一次側巻線に
は、主電力供給手段から供給される電力が第１のスイッ
チング手段を介して印加される。また、トランスの第２
の一次側巻線にはバックアップ用のバッテリから供給さ
れる副電力が第２のスイッチング手段を介して印加され
る。

【００１０】第１のスイッチング手段のオンオフによっ
て、通常は主電力が交流電力としてトランスに入力さ
れ、トランスの二次側巻線に交流電力が現れる。この交
流電力は出力回路で直流電力に変換され出力される。ま
た、制御手段の働きにより出力電圧もしくは出力電流が
安定化されるように第１のスイッチング手段が制御され
る。

【００１１】また、主電力が第１の一次側巻線を介して
トランスに入力されると、第２の一次側巻線に交流電力
が誘起する。しかし、第２の一次側巻線とバッテリとの
間に逆流防止手段が接続されているので、第２の一次側
巻線からバッテリに向かう方向には電流が流れない。従
って、第１の一次側巻線からトランスに入力される電力
は、第２の一次側巻線側の回路で消費されることはな
く、二次側巻線に接続された出力回路を介して負荷に供
給される。

【００１２】主電力としては、商用交流電力などを整流
及び平滑して得られる直流電力を想定することができ
る。商用交流電力の停電などによって主電力が遮断され
た場合には、第２のスイッチング手段のオンオフによっ
て、バッテリからの副電力が交流電力としてトランスの
第２の一次側巻線に入力され、トランスの二次側巻線に
交流電力が現れる。このため、停電の場合であっても出
力回路から所定の電力を負荷に供給することができる。

【００１３】請求項１のバッテリバックアップ型直流安
定化電源では、従来の電源におけるプリレギュレータ１
１０に相当する回路を設ける必要がない。従って、部品
点数を減らすことができ、電力の変換効率も改善され
る。請求項２は、請求項１のバッテリバックアップ型直
流安定化電源において、前記第１のスイッチング手段の
入力と第２のスイッチング手段の入力とを接続し、前記
制御手段が出力する単一の制御信号を前記第１のスイッ
チング手段及び第２のスイッチング手段の入力に共通に
印加することを特徴とする。

【００１４】請求項２においては、共通の制御信号を用
いて第１のスイッチング手段及び第２のスイッチング手
段の制御を行う。このため、制御手段は単一の制御信号
だけを生成すればよく回路構成の簡略化が可能である。
請求項３は、請求項１のバッテリバックアップ型直流安
定化電源において、前記第１の一次側巻線の励磁電流に
よって第２の一次側巻線に誘起する電圧が前記バッテリ
の定格電圧よりも大きくなるように、第１の一次側巻線
と第２の一次側巻線との巻数比を定めたことを特徴とす
る。

【００１５】定常時には、主電力供給手段から主電力が
供給されるのでトランスの第１の一次側巻線に励磁電流
が流れ、この励磁電流によって第２の一次側巻線に電圧
（Ｖ１）が誘起する。請求項３においては、トランスの
第１の一次側巻線に流れる励磁電流によって第２の一次
側巻線に誘起する電圧（Ｖ１）がバッテリの定格電圧
（Ｖ２）よりも大きくなるので、定常時、すなわちバッ
テリのバックアップが不要なときにはバッテリから第２
の一次側巻線に向かって電流が流れるのを防止すること
ができる。従って、バッテリの無駄な電力消費を抑制す
ることができる。

【００１６】請求項４は、請求項１のバッテリバックア
ップ型直流安定化電源において、前記トランスに複数の
二次側巻線を設けるとともに、少なくとも１つの二次側
巻線には可飽和リアクトルを接続したことを特徴とす
る。請求項４においては、トランスに複数の二次側巻線
を設けるので、それぞれの二次側巻線から互いに異なる
電圧を同時に取り出すことができる。また、第１の二次
側巻線に接続された出力回路の出力電圧もしくは出力電
流については、制御手段の働きにより予め定めた目標値
に近づくように安定化することができる。更に、第２の
二次側巻線に可飽和リアクトルを接続することにより、
回路構成を複雑化することなく、第２の二次側巻線から
取り出される電力も安定化することができる。

【００１７】請求項５は、請求項１のバッテリバックア
ップ型直流安定化電源において、フォワード型コンバー
タを構成したことを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の１つの実施の形態につい
て、図１を参照しながら説明する。この形態は全ての請
求項に対応する。図１はこの形態のバッテリバックアッ
プ型直流安定化電源の構成を示す電気回路図である。

【００１９】この形態では、請求項１のトランス，第１
のスイッチング手段，主電力供給手段，第２のスイッチ
ング手段，バッテリ，逆流防止手段，出力回路及び制御
手段は、それぞれパルストランス１０，トランジスタ１
３，整流回路１１，トランジスタ２２，バッテリ２１，
ダイオード２３，整流回路３１及び制御部７０として具
体化されている。

【００２０】図１を参照すると、このバッテリバックア
ップ型直流安定化電源にはパルストランス１０が設けて
ある。また、パルストランス１０には２つの一次側巻線
１０ａ，１０ｂと２つの二次側巻線１０ｃ，１０ｄとが
備わっている。

【００２１】一次側巻線１０ａには、トランジスタ（Ｆ
ＥＴ）１３及びダイオード１４が接続してある。主電力
として商用交流電源１０１から供給される交流電力は、
整流回路１１で整流され、コンデンサ１２で平滑されて
直流電力になる。この直流電力が、ダイオード１４及び
トランジスタ１３を介して一次側巻線１０ａに印加され
る。

【００２２】トランジスタ１３は、制御部７０から入力
されるパルス状の制御信号ＳＧ１に従って短い周期でオ
ンオフを繰り返す。トランジスタ１３がオンのときに一
次側巻線１０ａに励磁電流（ｉ１）が流れる。ダイオー
ド１４は電流（ｉ１）の逆流を防止するために備わって
いる。一方、一次側巻線１０ｂはトランジスタ２２及び
ダイオード２３を介してバックアップ用のバッテリ２１
と接続されている。トランジスタ２２は、制御部７０か
ら入力される制御信号ＳＧ１に従ってトランジスタ１３
と同時に同じオンオフ動作を繰り返す。ダイオード２３
は電流（ｉ２）の逆流を防止するために備わっている。

【００２３】ところで、商用交流電源１０１から主電力
が供給されて一次側巻線１０ａに励磁電流（ｉ１）が流
れている時には、二次側巻線１０ｃ，１０ｄだけでなく
一次側巻線１０ｂにも交流電圧（Ｖａ２）が誘起する。
この例では、一次側巻線１０ｂに誘起する電圧（Ｖａ
２）が常にバッテリ２１の定格電圧Ｖｂよりも高くなる
ように、２つの一次側巻線１０ａ，１０ｂの巻数比及び
各電圧（Ｖａ，Ｖｂ）を決定してある。

【００２４】例えば一次側巻線１０ａ，１０ｂの巻数比
が１対１の場合には、（Ｖａ＞Ｖｂ）の関係になるよう
に各電圧が決定される。従って、商用交流電源１０１か
ら主電力が供給され、バッテリ２１によるバックアップ
が不要なときには（Ｖａ２＞Ｖｂ）であり、ダイオード
２３に逆方向の極性の電圧が印加されるので、ダイオー
ド２３が非道通になる。すなわち、バッテリ２１からは
電流ｉ２が流れない。このため、バッテリ２１の無駄な
電力消費が防止される。

【００２５】一方、停電の発生などによって主電力の供
給が停止すると、一次側巻線１０ａに励磁電流（ｉ１）
が流れなくなり、一次側巻線１０ｂにも電圧（Ｖａ２）
が誘起しなくなる。その場合、ダイオード２３に順方向
の極性の電圧が印加されるので、ダイオード２３が導通
状態になり、トランジスタ２２がオンのときにバッテリ
２１からの副電力が一次側巻線１０ｂに供給され、一次
側巻線１０ｂに励磁電流（ｉ２）が流れる。

【００２６】図１に示すバッテリバックアップ型直流安
定化電源においては、２つの一次側巻線１０ａ，１０ｂ
のいずれか一方に励磁電流（ｉ１，ｉ２）を流すことに
より、二次側巻線１０ｃ，１０ｄから交流電力を取り出
すことができる。すなわち、停電の場合には、バッテリ
２１の電力に基づいて出力端子６１，６２に所定の電力
を供給することができる。

【００２７】図１に示すバッテリバックアップ型直流安
定化電源は、フォワード型コンバータを構成している。
すなわち、トランジスタ１３又はトランジスタ２２がオ
ンになって一次側巻線１０ａ（１０ｂ）に励磁電流が流
れるときに、二次側巻線１０ｃ，１０ｄからそれに接続
された整流回路３１，４２に電流が流れる。二次側巻線
１０ｃには、整流回路３１及び平滑回路３２を接続して
ある。二次側巻線１０ｃに誘起する交流電力は、整流回
路３１で整流され、平滑回路３２で平滑されて出力端子
６１から直流電力として出力される。

【００２８】制御部７０は、出力端子６１に現れる出力
電圧を監視して、その出力電圧が予め定めた目標値に近
づくように制御信号ＳＧ１のデューティを制御する。従
って、出力端子６１に現れる出力電圧は制御部７０によ
って目標値に制御される。二次側巻線１０ｄには、可飽
和リアクトル４１，整流回路４２，平滑回路４３及び制
御部５０が接続してある。二次側巻線１０ｄに誘起する
交流電力は、可飽和リアクトル４１を通って整流回路４
２で整流され、平滑回路４３で平滑されて出力端子６２
から直流電力として出力される。

【００２９】制御部５０は、抵抗器５１，５２，５５，
５７，５９，シャントレギュレータ５３，コンデンサ５
４，トランジスタ５６及びダイオード５８を備えてい
る。この制御部５０は、出力端子６２に現れる出力電圧
に応じて直流のバイアス電流ｉｂを制御する。このバイ
アス電流ｉｂは可飽和リアクトル４１に供給される。可
飽和リアクトル４１は、印加される電圧が小さい間は高
インピーダンスになって出力にほとんど電力を供給しな
いが、可飽和リアクトル４１の磁化状態が飽和磁束密度
に達すると低インピーダンスになり出力側に電力を供給
する。

【００３０】可飽和リアクトル４１の磁化状態は、制御
部５０から供給されるバイアス電流ｉｂの大きさに応じ
て変化する。例えば、バイアス電流ｉｂが大きくなると
可飽和リアクトル４１が飽和しにくくなり、それが導通
する（低インピーダンスになる）時間幅が短くなるため
可飽和リアクトル４１の出力側に供給される電力が小さ
くなり、出力端子６２の出力電圧は低下する。

【００３１】反対に、バイアス電流ｉｂが小さくなると
可飽和リアクトル４１が飽和しやすくなり、それが導通
する時間幅が長くなるため可飽和リアクトル４１の出力
側に供給される電力が大きくなり、出力端子６２の出力
電圧は上昇する。制御部５０は、出力端子６２の出力電
圧が規定値よりも大きい場合にはバイアス電流ｉｂを大
きくする。その結果、可飽和リアクトル４１の働きでそ
の出力電力が減少して出力端子６２の出力電圧が低下す
る。

【００３２】また、出力端子６２の出力電圧が規定値よ
りも小さい場合には制御部５０はバイアス電流ｉｂを小
さくする。その結果、可飽和リアクトル４１の働きでそ
の出力電力が増大して出力端子６２の出力電圧が上昇す
る。従って、出力電圧が規定値に維持されるように自動
的に制御される。

【００３３】出力端子６２に現れる出力電圧は、抵抗器
５１，５２で構成される分圧回路で分圧され、シャント
レギュレータ５３の基準電圧入力端子に電圧Ｖｒ１とし
て印加される。シャントレギュレータ５３は、印加され
る電圧Ｖｒ１に応じてトランジスタ５６を制御し、バイ
アス電流ｉｂの大きさを制御する。すなわち、出力端子
６２の出力電圧が規定値よりも大きいとバイアス電流ｉ
ｂを大きくし、出力電圧が規定値よりも小さいとバイア
ス電流ｉｂを小さくする。

【００３４】図１の例では、出力端子６１に現れる直流
電圧（Ｖｄ）を利用してバイアス電流ｉｂを生成してい
る。すなわち、出力端子６１から供給される電流は、ト
ランジスタ５６を通り、ダイオード５８，抵抗器５９を
通ってバイアス電流ｉｂとして可飽和リアクトル４１に
印加される。なお、制御部７０の構成については一般的
なスイッチングコンバータと同様の回路を利用すればよ
い。

【００３５】図１の例では、出力端子６２の電圧を安定
化するための構成要素として可飽和リアクトル４１及び
制御部５０を用いてあるが、これらの要素に代えて一般
的なＤＣ／ＤＣコンバータを用いることもできる。しか
し、可飽和リアクトル４１を用いた方が回路構成は簡素
化される。

【００３６】

【発明の効果】本発明のバッテリバックアップ型直流安
定化電源によれば、プリレギュレータを設ける必要がな
いので回路を構成する部品点数を減らすことができる。
また、プリレギュレータを廃止することにより電力効率
を改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態のバッテリバックアップ型直流安定
化電源の構成を示す電気回路図である。

【図２】従来例のバッテリバックアップ型直流安定化電
源を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０ パルストランス １０ａ，１０ｂ 一次側巻線 １０ｃ，１０ｄ 二次側巻線 １１ 整流回路 １２ コンデンサ １３ トランジスタ １４ ダイオード ２１ バッテリ ２２ トランジスタ ２３ ダイオード ３１ 整流回路 ３２ 平滑回路 ４１ 可飽和リアクトル ４２ 整流回路 ４３ 平滑回路 ５０ 制御部 ５１，５２，５５，５７，５９ 抵抗器 ５３ シャントレギュレータ ５４ コンデンサ ５６ トランジスタ ５８ ダイオード ６１，６２ 出力端子 ７０ 制御部 １０１ 商用交流電源 １０２ 整流平滑回路 １１０ プリレギュレータ １１１ インバータ １１２ トランス １１３ 整流平滑回路 １１４ 制御部 １２１ バッテリー １２２ ダイオード １３０ 降圧コンバータ １３１ ＤＣ／ＤＣコンバータ １３２ 制御部 １４０ 出力端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 茂治 神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目17番３号 富士通電装株式会社内 (72)発明者 朝日 勝幸 神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目17番３号 富士通電装株式会社内 Ｆターム(参考） 5G015 FA08 FA10 GB02 HA02 HA03 JA02 JA06 JA54 5H730 AA16 AS21 BB23 BB57 CC01 CC13 CC17 DD04 EE02 EE08 EE46 EE59 EE73 FD01 FF01 FG01 XX02 XX14

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の一次側巻線，第２の一次側巻線及
   び少なくとも１つの二次側巻線を備えるトランスと、 前記トランスの第１の一次側巻線に接続された第１のス
   イッチング手段と、 前記第１の一次側巻線に前記第１のスイッチング手段を
   介して電力を供給する主電力供給手段と、 前記トランスの第２の一次側巻線に接続された第２のス
   イッチング手段と、 前記第２の一次側巻線に前記第２のスイッチング手段を
   介して電力を供給するバッテリと、 前記第２の一次側巻線と前記バッテリとの間に接続され
   た逆流防止手段と、 前記二次側巻線に現れる交流電力を直流電力に変換する
   出力回路と、 前記第１のスイッチング手段及び第２のスイッチング手
   段を周期的にスイッチングするための制御信号を生成す
   るとともに、前記出力回路から出力される電圧もしくは
   電流のレベルを前記制御信号の状態に反映する制御手段
   とを設けたことを特徴とするバッテリバックアップ型直
   流安定化電源。
2. 【請求項２】 請求項１のバッテリバックアップ型直流
   安定化電源において、前記第１のスイッチング手段の入
   力と第２のスイッチング手段の入力とを接続し、前記制
   御手段が出力する単一の制御信号を前記第１のスイッチ
   ング手段及び第２のスイッチング手段の入力に共通に印
   加することを特徴とするバッテリバックアップ型直流安
   定化電源。
3. 【請求項３】 請求項１のバッテリバックアップ型直流
   安定化電源において、前記第１の一次側巻線の励磁電流
   によって第２の一次側巻線に誘起する電圧が前記バッテ
   リの定格電圧よりも大きくなるように、第１の一次側巻
   線と第２の一次側巻線との巻数比を定めたことを特徴と
   するバッテリバックアップ型直流安定化電源。
4. 【請求項４】 請求項１のバッテリバックアップ型直流
   安定化電源において、前記トランスに複数の二次側巻線
   を設けるとともに、少なくとも１つの二次側巻線には可
   飽和リアクトルを接続したことを特徴とするバッテリバ
   ックアップ型直流安定化電源。
5. 【請求項５】 請求項１のバッテリバックアップ型直流
   安定化電源において、フォワード型コンバータを構成し
   たことを特徴とするバッテリバックアップ型直流安定化
   電源。