JP2002507810A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 通常、ＡＣライン電力で作動するパーソナルコンピュータ（３１）のための無停電電源（ＵＰＳ）（１０）であって、ＵＰＳは、電気エネルギーを蓄積するバッテリ（５６）と、バッテリに蓄積されるエネルギーを受け、それを、ライン電力の電圧が変化する場合、コンピュータに供給されるＡＣ出力電圧に変換するインバータ（３８）とを備えている。ライン電圧検出器（４０）は、ライン電力の電圧変化を検出し、それに応答してインバータを作動する。検出器は、ライン電圧を受け、実質的にライン電圧よりも低いそれに応答して信号電圧を出力するオプトカプラーと、オプトカプラーから信号出力を受け、信号電圧を予め定められた基準電圧と比較するコンパレータとを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （関連出願の説明） 本発明は、１９９８年３月１７日出願の米国仮特許出願番号第６０／０７８，
２５６号の利益を請求する。同時係属米国出願番号０９／０７７，０２５も参照
されたい。これらの出願の２つは、本特許出願の譲受人に譲渡され、参照によっ
てこの出願に組み込まれている。

【０００２】 （技術分野） 本発明は、一般に、無停電電源装置（ＵＰＳ）に関し、特に、パーソナルコン
ピュータのカードスロットに挿入可能なカード形状のＵＰＳに関する。

【０００３】 （背景技術） ＵＰＳは、電気供給ラインからの電源が切れるか、あるいはその仕様から逸脱
するとき、電力をシステムに供給する手段として、従来技術では周知である。コ
ンピュータの信頼性のある作動は、電気供給の量に依存する。コンピュータ作動
中の電源障害は、良くて、いらだち、または時間の浪費、また悪くて、高価なデ
ータの損失および／または装置の損傷に至る。このタイプの問題を処理するため
に、ＵＰＳは、コンピュータと電源との間に装着されている。ＵＰＳは、一般に
、入力電力が仕様内にある間充電され、また入力電力が仕様外のとき、補充電力
を生成し始めるバッテリを備えている。一般に、ＵＰＳが、巨大で、標準パーソ
ナルコンピュータのケース内に入れることができない。

【０００４】 挿入可能なカード形状のＵＰＳ、すなわち、コンピュータのケーシング内に装
着するのに十分にコンパクトなものは、公知である。例えば、参照としてここに
組み込まれているフィンランド国ヘルシンキ、ＶａｌｋｅａｋａｒｉへのＰＣＴ
出願ＰＣＴ／ＦＩ９４／００５５５は、パーソナルコンピュータの使用されてい
ないスペースに設置されることが可能なバックアップ電力装置について記述して
いる。コンピュータの電源が切れると、この装置は、電力をコンピュータに供給
する。

【０００５】 しかし、コンピュータの内部コンポーネントに電力を供給する従来のＵＰＳカ
ードには、ディスプレイモニタなどの周辺コンポーネントに電力を供給すること
ができないという不都合がある。モニタをドライブするのに必要な電力レベルは
、標準ＰＣプラグインカードに関連するサイズおよび形状要因の制約内で標準エ
レクトロニクスおよび鉄あるいはフェライト変圧器によって達成されることはで
きない。従来方法で変圧器およびエレクトロニクスのサイズを縮小する試みは、
コンピュータケースおよびカード自体内に過熱を生じ、それによって、その他の
サブシステム（電圧検出器あるいはバッテリ充電器など）が故障する。過熱が、
ＵＰＳにある変圧器などのＵＰＳコンポーネントの比較的低い効率により生じて
いる。

【０００６】 一般に、ＵＰＳカードは、電源故障の場合、プロセッサが作動し続けるように
、コンピュータの内部コンポーネントに電力を供給するに過ぎない。このような
カードは、ＤＣレベル、すなわち、低電圧ＤＣ（±５，±１２，３ボルト）で、
コンピュータにバックアップを供給する。ＰＣ電源供給（ＳＭＰＳ）は、サージ
やスパイク、ＥＭＩ／ＲＦＩなどの電気的異常にさらされるので、バックアップ
電圧は、出力に、ＳＭＰＳ後、接続される。そのために、このタイプの「内部」
ＵＰＳは、高電圧異常およびノイズから保護されることなく、部分的バックアッ
プのみを供給する。ディスプレイあるいはその他の周辺機器に電力を供給しない
ので、オペレータが実行することを望む規則的な保存作動などのあらゆる作動を
実行するオペレータをガイドするためのディスプレイモニタに何もないので、こ
のように、従来のＵＰＳカードは、工学標準外部ＵＰＳの性能仕様を満たしてい
ない。

【０００７】 （発明の開示） パーソナルコンピュータ用のコンパクトな無停電電源のための装置および方法
を提供することが、本発明のいくつかの態様の目的である。

【０００８】 ＵＰＳのための改良されたコンパクトなコネクタを提供することが、本発明の
いくつかの態様の別の目的である。

【０００９】 本発明のいくつかの好ましい実施形態において、ＵＰＳは、標準バス接続を備
える工学標準ＰＣカードに構成され、カードは、バス接続を介して、パーソナル
コンピュータ内に取り付けられる。最も好ましくは、カードが、実質的にすべて
の工学標準を満たし、ＵＰＳを構成するのに使用されているコンポーネントの大
きさおよびカードのコンポーネントのレイアウトが、ＵＰＳをパーソナルコンピ
ュータの標準スロット内に装着できるようなものである。ＵＰＳは、ＤＣ−ＤＣ
コンバータを備え、好ましくは、変圧器からの熱散逸が最小となり、かつＵＰＳ
の全効率が高いように、高効率のプレーナ変圧器のまわりに組み込まれることが
好ましい。

【００１０】 ＵＰＳのサイズおよびデザインが、コンピュータ内に取り付けられることを可
能にし、またコンピュータ内にあるその他のコンポーネントの熱を最小にする。
さらに、ＵＰＳの高い総合的な効率および電源定格により、コンピュータ自体お
よびコンピュータのディスプレイモニタなどのコンピュータの電源周辺機器に電
力を供給させる。さらに、ＵＰＳが、保険業者の実験室および米国連邦通信委員
会などの安全性およびその他の規定必要条件を満たすことが好ましい。

【００１１】 本発明のいくつかの好ましい実施形態において、ＵＰＳは、検出器によって測
定されるライン電源の状態により、ＡＣライン電力とＵＰＳ生成電源との間をス
イッチするスイッチングリレーを備えている。検出器は、オプトカプラーベース
であることが好ましく、それによってボリュームが１立方センチメートル未満と
される。検出器は、オプトカプラーの温度特性に補足的な温度特性を有する要素
を検出器に加えることによって、温度を安定させることが最も好ましい。ＵＰＳ
電源は、ＤＣ−ＤＣコンバータを介して、低電圧電源をＰＣカードに取り付けら
れる充電可能なバッテリからラインレベルＤＣ電圧に変換することによって生成
される。ＤＣ−ＤＣコンバータからの電圧は、実質的に一定のオープンデューテ
ィサイクルの矩形波形状のＵＰＳ電力を生成するように、ＤＣ−ＡＣユニットに
おいてスイッチされ、ＵＰＳ生成電力は、実質的に、入力ライン電圧と同一のＲ
ＭＳ電圧を有する。

【００１２】 本発明のいくつかの好ましい実施形態において、充電可能なバッテリは、ライ
ン電力があるとき、充電され、充電は、バッテリから誘導される電圧のフィード
バックを受けるパルス幅変調発振器を備える可変レート充電システムによって行
われることが好ましい。充電システムは、バッテリが低充電時には高充電レート
を、またバッテリが実質的に完全に充電されているとき、低充電レートを供給す
るように、構成されることが最も好ましい。ＤＣ−ＤＣコンバータの電圧出力ま
たＵＰＳ生成電力の出力は、負荷を表示するフィードバック信号によって負荷の
変化にかかわらず、実質的に一定のレベルで維持されることが好ましい。ＤＣ−
ＡＣユニットは、ライン電源障害の場合、ユニットが、実質的に電源障害が生じ
るのと同時に、ＡＣ電源を分配し始めることが可能なように、バテッリ充電器に
補助電圧から連続的に働く発振器によって、駆動されるコントロールユニットを
備えている。

【００１３】 このために、本発明の好ましい実施形態により、入力ライン電力を受け、かつ
内部バス、好ましくは工学標準バスと、拡張カードを挿入するための予め定めら
れたスペーシングを有するそのバス上の複数の相互に平行なスロットとを有する
パーソナルコンピュータ用の電力コネクタを提供し、コネクタは、スロットの予
め定められたスペーシングと略等しいか、またはそれ未満の全幅を有し、 入力ライン電力を受ける入力接続と、 出力ライン電力を供給する出力接続と、 入力および出力電力のための共通接地リンクと、 を備えている。

【００１４】 接続および接地リンクは、一列に配置されることが好ましい。

【００１５】 また、接地リンクは、入力接続および出力接続を仲介する接続を備えている。
それは、要求される安全基準に従い、コンピュータケースを開く必要なく、パー
ソナルコンピュータの外側にアクセス可能な内部ヒューズを有していることが好
ましい。

【００１６】 さらに、本発明の好ましい実施形態により、通常、ＡＣライン電力で作動する
パーソナルコンピュータ用の無停電（ＵＰＳ）を提供し、ＵＰＳは、 電気エネルギーを蓄積するバッテリと、 バッテリに蓄積されるエネルギーを受け、それを、ライン電力の電圧が変動す
る場合コンピュータに供給されるＡＣ出力電圧に変換するインバータと、 ライン電力の電圧変動を検出し、それに応答してインバータを作動するライン
電圧検出器とを備え、 その検出器は、 ライン電圧を受け、それに応答して実質的にライン電圧よりも低い信号電圧を
出力するオプトカプラーと、 オプトカプラーから信号出力を受け、信号電圧を予め定められた基準電圧と比
較するコンパレータと、 を備えている。

【００１７】 好ましくは、オプトカプラ−は、既知の温度応答を有し、ＵＰＳは、オプトカ
プラーの温度応答に補足的な温度応答を有する温度応答要素を備え、ライン電力
の変動に対するライン電圧検知器の応答が、実質的に温度とは無関係である。

【００１８】 インバータは、実質的に、常に、ライン周波数で発振する発振器を備えること
が好ましく、それによって、ライン電圧検出器がインバータを作動するとき、Ａ
Ｃ出力電圧は、直ちに、最も好ましくは、数ミリセカンド内に、コンピュータに
供給される。

【００１９】 ＵＰＳは、パーソナルコンピュータ内にあることが好ましい。

【００２０】 さらに、本発明の好ましい実施形態により、予め定められた電源電圧および周
波数でＡＣライン電力で通常作動するパーソナルコンピュータ用の無停電電源（
ＵＰＳ）を提供し、ＵＰＳは、ＡＣ出力を負荷に供給し、かつ 実質的に、ライン電圧より低い電圧で電気エネルギーを蓄積するバッテリと、 バッテリに蓄積されるエネルギーを受け、それを、ライン電圧に略匹敵する電
圧でＤＣ出力に変換するＤＣ−ＤＣコンバータと、 ＤＣ−ＤＣコンバータから出力を受け、負荷に関係なく、実質的に一定のオー
プンデューティサイクルを有するＡＣ出力を生成するインバータと、 を備えている。

【００２１】 ＤＣ−ＤＣコンバータは、プレーナ変圧器を備えていることが好ましい。

【００２２】 さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータは、負荷に応答してＤＣ出力電圧を変える。

【００２３】 ＤＣ−ＤＣコンバータは、負荷を示すフィードバック信号を受けることが好ま
しい。

【００２４】 ＤＣ−ＤＣコンバータは、可変ＤＣ出力電圧を制御するための幅変調パルスを
生成する高周波発振器を備えていることが好ましい。

【００２５】 ＵＰＳは、パーソナルコンピュータ内にあることが好ましい。

【００２６】 さらに、本発明の好ましい実施形態により、通常、予め定められたライン電圧
と周波数でＡＣライン電力で作動するパーソナルコンピュータに無停電電源を供
給するための方法を提供し、その方法は、 実質的に、ライン電圧より低い電圧でバッテリに電気エネルギーを蓄積するこ
とと、 バッテリに蓄積されるエネルギーを受け、それを、ライン電圧に略匹敵する電
圧でＤＣ出力に変換することと、 ＡＣ出力を生成するために、ＤＣ出力を、負荷に関係なく、実質的に一定のオ
ープンデューティサイクルを有する負荷に変換すること、 とを含んでいる。

【００２７】 本発明は、図面とともに、好ましい実施形態の下記の詳細な説明からより完全
に理解されるであろう。

【００２８】 （発明を実施するための最良の形態） 図１は、無停電電源（ＵＰＳ）１０の概略ブロック図であり、図２Ａ乃至図２
Ｐは、本発明の好ましい実施形態による図１に対応する電子回路図である。好ま
しくは、ＵＰＳ１０が、コンピュータおよびディスプレイモニタ４１などの関連
周辺機器コンポーネントに電力を供給するように、ＵＰＳ１０は、ＰＣ３１内の
工学標準バスのスロットに取り付けられている工学標準パーソナルコンピュータ
（ＰＣ）カード１１に構成されている。

【００２９】 ＡＣコネクタ２０（ＪＰ１図２Ａ）は、ＡＣライン電力から入力を受け、コン
ピュータ３１と周辺機器とにＡＣを出力する。コネクタ２０およびその取り付け
については、下記により詳細に記述する。ＡＣコネクタ２０は、ＥＭＩ／ＲＦＩ
フィルタ３２にＡＣライン電力を導通し、インダクタＬ１，Ｌ３，Ｌ５およびＬ
６と、キャパシタＣ１７，Ｃ７７およびＣ７８（図２Ａ）を備え、またＡＣライ
ンから入力されるの電磁および無線周波数ノイズ入力を減少する。フィルタ３２
は、さらに、ＡＣライン電力に存在するスパイクに対してＵＰＳ１０およびＵＰ
Ｓ近くに供給されるコンポーネントを保護する金属酸化バリスタＶ２を備えてい
る。

【００３０】 フィルタ３２からのＡＣライン電力は、２つの状態のスイッチングリレー３６
（Ｋ１およびＫ３、図２Ａ）に転送される。図１と図２Ａとに示されている第１
保護状態において、リレー３６は、別のサージ抑制バリスタ３４（Ｖ１）を介し
て、ＡＣ電源をコネクタ２０の出力供給ピンに転送する。好ましくはリレー３６
は、ＡＣライン電力が許容制限内にある間保護状態のままであり、その検出につ
いては下記により詳細に記述する。フィルタ３２からのＡＣライン電力が許容制
限内にないとき、例えば、電力障害または電力スパイクがあるとき、リレー３６
は、第２アクティブ状態にスイッチする。この状態において、ＡＣライン電力は
、出力供給ピンから切断され、ＵＰＳ１０は、内部にＡＣ電力を生成し、生成さ
れた電力をコネクタ２０の出力供給ピンに供給する。リレー３６は、略約５ｍｓ
程度の時間に２つの状態間をスイッチ可能なＤＰＤＴリレーであることが最も好
ましい。この程度の期間をスイッチする間、コンピュータ３１およびその関連周
辺機器は、それぞれの内部キャパシタによって電力を供給され続ける。リレー３
６の接点間のギャップは１．４ｍｍを越え、ＵＰＳ１０がＩＥＣ９５０／ＵＬ１
９５０安全基準に従い、１．４ｍｍより大きいことが好ましい。

【００３１】 ＡＣライン電力が許容制限内にあるか否かを決定するために、ダイオードブリ
ッジＢ１（図２Ｂ）およびオプトカプラーＵ１０を備えるオプトカプラーベース
の検出器４０が、ＡＣライン電力入力の状態を検出するために使用されている。
これは、通常、変圧器またはインダクタを使用する従来の検出器と異なる。オプ
トカプラーＵ１０によって出力される電圧信号は、測定している整流ライン電圧
に比例するが、それよりずっと小さい。検出器４０は、オプトカプラーＵ１０ベ
ースであるので、体積は、１立方センチメートル未満に保持されることが可能で
ある。最もこのましくは、検出器４０は、リニア様式動作し、特殊な低電流温度
安定ダーリントンタイプの６Ｎ１６９オプトカプラーＵ１０を使用することによ
って温度が安定される。オプトカプラーＵ１０からの信号は、ダイオードＤ２お
よびトランジスタＱ１４とＱ１５を介して、増幅器Ｕ１Ｃを備える第１コンパレ
ータと、増幅器Ｕ１Ｄを備える第２コンパレータとに送り込まれる（図２Ｅ）。
第１および第２コンパレータは、電圧基準として電圧レギュレータＲＥＧ３（図
２Ｅ）の出力を使用する。機能について下記に記述する遅延ユニット４２を通過
後、コンパレータの出力は、リレー３６が２つの状態のいづれにあるべきかを決
定するのに使用される。

【００３２】 トランジスタＱ１７とＱ１８、増幅器Ｕ１３ＡおよびダイオードＤ３３（図２
Ｉ）を備える遅延ユニット４２は、増幅器Ｕ１ＣとＵ１Ｄによって供給される信
号を利用する。遅延ユニット４２は、電力障害が生じると、すなわち、電力が復
帰される期間中作動する。増幅器Ｕ１ＣとＵ１Ｄからの信号を使用して、遅延ユ
ニット４２はライン電源の質をチェックする。電源電圧が不安定である場合、例
えば、約２秒未満（コンパレータＵ１ＣとＵ１Ｄによって測定されるように）の
間通常範囲内に留まる場合、次に、遅延ユニットは、リレー３６をアクティブ状
態に維持し、ライン供給にスイッチバックして遅延する。ライン供給の量が十分
であるとき、ユニット４２のＤ３３からの信号出力が、トランジスタＱ２（図２
Ｆ）を介して、保護状態にリレー３６をスイッチする。

【００３３】 内部バッテリー５６から安定し、効率のよいＡＣ電力を生成するために、ＵＰ
Ｓ１０は、第一に、パルス幅変調（ＰＷＭ）発振器４４によって制御されるＤＣ
−ＤＣ電力ユニット４６に高圧（１２０Ｖまたは２２０Ｖ）安定ＤＣレベルを生
成する。ユニット４６からの出力は、フィルタ５０を介して、ＤＣ−ＡＣコンバ
ータ３８に、それから、リレー３６に送り込まれる。コンバータ３８が作動する
周波数は、発振器５２によって制御される。発振器４４、ユニット４６、フィル
タ５０、コンバータ３８、発振器５２などの構成および作動については、下記に
詳細に記述する。

【００３４】 ＰＷＭ発振器４４は、工学標準ＳＧ３６２５Ａ集積回路Ｕ６（図２Ｍ）を備え
ている。発振器４４は、ユニット４６に電力を供給するために、略４５ｋＨｚの
周波数で幅変調パルスを供給することが好ましい。パルスの幅は、ユニット４６
からのフィードバック信号を介して調節される。最も好ましくは、発振器４４は
、さらに、変調をスイッチオフするのに使用されることが可能なトランジスタＱ
３（図２Ｆ）を介して、遅延ユニット４２から警告信号を受け、それによって、
ＵＰＳ１０の作動と、ＵＰＳ１０からの電力の供給とを停止する。例えば、ＵＰ
Ｓ１０がバッテリから離れて作動しているとき、警告信号が発生され、内部短絡
によって引き起こされるような、あるいは異常に高い出力負荷が存在するとき、
電圧の突発低下が検出される。

【００３５】 電力ユニット４６は、発振器４４からパルスを受ける第１の一対のトランジス
タＱ６とＱ７（図２Ｌ）および同様な第２の一対のトランジスタＱ８とＱ９（図
２Ｎ）を備えている。トランジスタＱ６，Ｑ７，Ｑ８およびＱ９は、ターミナル
ＢＣ２とＢＣ１（図２Ｌ）を介して、バッテリ５６によって供給される２つのＭ
ＯＳＦＥＴ電力用トランジスタＱと４Ｑ５を順番にスイッチする。ＭＯＳＦＥＴ
電力トランジスタは、電力散逸が低いように、非常に低いドレインソースのオン
レベル（ＲＤＳ ＯＮ）を有している。電力用トランジスタからのスイッチされ
た電力出力は、変圧器Ｔ２（図２Ｎ）のセンタタップ一次コイルに送り込まれる
。変圧器Ｔ２は、極めて小さい容量と高さとを有する高周波で効率のよい作動を
可能にする中央プレーナフェライトコアのまわりにコイルの代わりに使用される
プリント回路基板のレイヤから構成されるプレーナ変圧器であることが最も好ま
しい。このような変圧器は、例えば、イスラエル国Ｒｉｓｈｏｎ ＬｅＺｉｏｎ
のペイトングループインターナショナルによって製造されている。このようなプ
レーナ変圧器を使用すると、２つの利点がある。第一に、変圧器は、同一の電力
定格を有する従来の変圧器よりずっとコンパクトであり、例えば、１５ｍｍほど
の低い高さと、５０ｘ３０ｍｍのベースとを有することが可能である。第二に、
変圧器の電力変換効率が高く、略９８％程度である。

【００３６】 変圧器Ｔ２の主二次巻線からの出力電圧は、超高速スイッチングダイオードで
あることが好ましいダイオードＤ１７とＤ１８によって整流される。好ましくは
、１セットのジャンパＪ１１０とＪ２３０により、変圧器Ｔ２が、ダイオードＤ
１７とＤ１８とともに２３０Ｖを供給するブリッジ接続を形成する余分のダイオ
ードＤ３４とＤ３５を使用して、１１０Ｖを供給するセンタタップ配置から非セ
ンタタップ配置に変更されることを可能にすることが好ましい。ジャンパは、ロ
ーカル電圧基準によりセットされることが好ましい。

【００３７】 １ｍＨインダクタＬ４と、４．７μＦキャパシタＣ１６とを備えるフィルタ５
０は、ＤＣ出力を平滑にするために、ダイオードＤ１７とＤ１８（２３０Ｖ出力
のためのダイオードＤ３４とＤ３５とともに）の出力、すなわち、電力ユニット
４６の出力に接続されている。電力ユニット４６の平滑出力は、ｔｒａｎｚｏｒ
ｂダイオードＤ４５（図２０）によって、最大電圧（１１０Ｖ作動のために１３
０Ｖおよび２３０Ｖ作動のために２５０Ｖ）に制限されることが好ましい。これ
により、電力出力が、発振器４４と電力ユニット４６との間の電源レベルフィー
ドバックループ障害の場合に、妥当な制限にキャップされることを確実にする。

【００３８】 発振器４４へのフィードバックは、変圧器Ｔ２の主二次巻線からの平滑出力の
補助電圧タップによって供給される。電圧タップは、１００ｋオーム抵抗器Ｒ４
１（図２Ｎ）を介して、オプトカプラーＵ３（図２Ｋ）に行われる。オプトカプ
ラーＵ３のピンは、フィードバックを、そこで生成されるパルスの幅を変更する
発振器４４に供給し、それによって、主二次巻線からの電圧出力を安定化する。

【００３９】 変圧器Ｔ２は、出力がダイオードブリッジＢ２（図２Ｎ）によって整流される
補助二次巻線を有することが好ましい。整流された出力は、次に、調整されたＤ
Ｃを発振器５２とコンバータ３８とに供給する電圧レギュレータＲＥＧ２（図２
０）に送り込まれる。

【００４０】 Ｔ２から導出されたＤＣ安定化電圧出力は、ＤＣ−ＡＣコンバータ３８におい
て、実質的に固定デューティサイクルを有する矩形波ＡＣ電力出力に変換され、
矩形波電力出力は、リレー３６に転送される。コンバータ３８は、２つのハーフ
ブリッジドライバＵ４（図２Ｃ）とＵ７（図２Ｄ）を、最も好ましくは、工学標
準ＨＩＰ２５００ＩＢ集積回路またはその他の互換性のある装置を備えることで
ある。ドライバは、さらに、離散的コンポーネントから形成されることも可能で
ある。ドライバＵ４は、電力をトランジスタＱ１０とＱ１２に送り込み、ドライ
バＵ７は、電力をトランジスタＱ１１とＱ１３に送り込む。Ｑ１０，Ｑ１１，Ｑ
１２およびＱ１３が、トランジスタＱ１０とＱ１２の接合で、またトランジスタ
Ｑ１１とＱ１３の接合で、スイッチされたＡＣ出力を供給するＤＣ安定電圧をス
イッチするＭＯＳＦＥＴ電力用トランジスタであることが最も好ましい。コンバ
ータ３８が作動する周波数は、ローカルライン周波数でパルスを生成する発振器
５２によって制御される。

【００４１】 発振器５２は、集積回路Ｕ８（図２Ｇ）を、好ましくは、パルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）発振器として作用するＳＧ３５２５Ａを備えることである。発振器５２は、
バッテリ５６またはバッテリ充電器５４から電力を受けて、連続して作動するこ
とが最も好ましい。次に、電源障害の場合、電力がＤＣ−ＤＣユニット４６から
から供給されるとき、ＡＣ電源は、実質的に、無視してよい遅延で、得られる。

【００４２】 バッテリ５６は、十分に充電されるとき、略２０Ｖ（ＮｉＣａｄおよびＮｉＭ
Ｈバッテリが、同一の容量の鉛バッテリより小さく、かつ軽量であり、より良い
充電と回復仕様とを有し、また少なくともＮｉＭＨの場合、環境的により都合が
よい）の電圧を有する１６．８Ｖの標準出力を有するニッケル−カドミウム（Ｎ
ｉＣａｄ）か、ニッケル−金属水素化物（ＮｉＭＨ）バッテリパックかのいずれ
かを備えていることが好ましい。高電圧が、ＵＰＳの効率がより大きいことを意
味する低放電電流を可能にするので、標準電圧は、他のＵＰＳに使用される１２
Ｖより高いことが好ましい。バッテリ５６は、１４個の１．２Ｖセルを備えるこ
とが好ましい。

【００４３】 好ましい実施形態において、「サブＣ」タイプのバッテリセルが使用されてい
る。バッテリ５６は、バッテリを受け入れる大きさのカットで、カード１１の略
中央に、ＵＰＳ１０のブラケットコネクタによって保持されることが好ましい。
カットの上および下のプリント回路基板領域は、ブラケットコネクタからカード
の残りの部分に電力および信号を引き渡すのに使用される。別の好ましい実施形
態において、バッテリは、ＰＣ３１内の都合のよい位置に、カードから離れて設
置され、２つのワイヤによって、カードの後端部で、コネクタに接続されている
。カード自体は、上述のように、１つのＰＣスロットを占有しているが、この実
施形態は、簡素化し、電線がカード１１に必要とされないので、ＵＰＳを製造す
る費用を減少する。

【００４４】 バッテリ５６は、最小のフィルタリングと整流とを有するラインから直接電力
を供給されるバッテリ充電器５４によって充電される。下記に詳細に記述される
ように、バッテリ５４は、パルス幅変調を利用する可変充電レートシステムを備
えている。充電レートは、従来技術において周知のように、バッテリの状態によ
り調節される。

【００４５】 バッテリ５４は、入力ライン電圧を整流するダイオードブリッジＢ３（図２Ｋ
）を備えている。整流された電圧は、次に、高周波フェライト変圧器Ｔ１の一次
巻線（ピン３−４）をドライブするＴＯＰ２１１ＰＦ１集積回路Ｕ１１（図２Ｐ
）に送り込む。集積回路Ｕ１１は、ＰＷＭコントローラとＭＯＳＦＥＴ電力用ト
ランジスタとを備え、略１００ｋＨｚの周波数で、パルスを変圧器Ｔ１に供給す
る。（電源レベルがかなり低いので、変圧器Ｔ１は、変圧器Ｔ２と同一の効率条
件を有していない。）変圧器Ｔ１は、サイズが小さいことが好ましい。変圧器Ｔ
１の主二次巻線（ピン９−１０）において生成される電圧は、ショットキーダイ
オードＤ２９によって整流され、次に、正バッテリ電極＋ＢＦを介して、バッテ
リ５６を充電するために絶線形ダイオードＤ３７を通過する。

【００４６】 変圧器Ｔ１は、別の二次巻線（ピン１−６）を備え、その出力は、整流され、
フィルタされて、２０Ｖで第１の二次巻線からの整流された電圧を維持するため
に、フィードバックループの一部として、４Ｎ３５オプトカプラーＵ１２に転送
される。フィードバックループは、基準として使用される１５Ｖのツェナーダイ
オードＤ３１を備えている。オプトカプラーＵ１２は、変圧器Ｔ１の一次巻線を
ドライブする電流を調節するために、フィードバック信号をＵ１１（ピン４）に
供給する。上述のように、フィードバックループにオプトカプラーＵ１２を使用
することは、充電レベルが、８０Ｖから２４０Ｖの入力ライン電圧の範囲に対し
て１％の精度に維持されることを意味する。従って、異なる国のために充電器５
４を調節する必要がない。変圧器Ｔ１は、別の二次巻線（ピン２−５）を備える
ことが好ましく、その出力は、変圧器Ｔ１が、上述のように、入力電力を受ける
限り、発振器５２に電力を供給するように、ダイオードＤ１２によって、整流さ
れる。

【００４７】 充電器５４は、バッテリ５６の内部抵抗を検査するために、主および別の二次
巻線の回路を利用することが最も好ましい。バッテリが十分に充電されると、充
電器５４は、略１０ｍＡ−４０ｍＡの極めて低い充電電流を供給する。バッテリ
５６が空の場合、略３００ｍＡの高い充電電流が、比較的迅速に、バッテリを充
電状態に戻すために、略約１時間の間に生成される。３０分で完全に空のバッテ
リを充電するこのシステムを使用すると、電源障害の場合、２分のバックアップ
時間を有することが可能である。略1時間の高速充電後、充電器５４は、下記に 記載のように、低電流作動に戻ることが好ましい。

【００４８】 警報および表示ユニット５８は、 ・例えば、圧電ブザーＢＵＺ１（図２Ｅ）を鳴らすことによって、低バッテリ状
態のために警報と、 ・例えば、断続的にブザーＢＵＺ1を鳴らし、またＬＥＤ Ｄ１（図２Ｃ）をフ ラッシュすることによって、バッテリが作動中であることを示す警報と、 ・例えば、ＬＥＤ Ｄ６（図２Ａ）を照らすことによって、ライン電力が受けら
れていることと、バッテリが正確に充電することとを示すライン電力インジケー
タと、 ・例えば、ＬＥＤ Ｄ３（図２Ｌ）を照らすことによって、ＵＰＳ１０のカード
が、正確に対応するスロットに挿入されたことを示す接続インジケータと、 を設けるために、ＵＰＳ１０内に供給されることが好ましい。

【００４９】 ブザーＢＵＺ１は、ＮＥＣ５５５集積回路Ｕ９（図２Ｋ）によって作動される
。ＬＥＤｓＤ１，Ｄ６およびＤ３が作動する方法は、当業者には明らかであろう
。

【００５０】 バッテリ出力電圧は、更なる保護を供給するためにモニターされることが最も
好ましい。出力電圧は、Ｒ３およびＲ８（図２Ｅ）によって供給される基準電圧
と比較するために、コンパレータＵ１Ｂに送り込まれる。電圧における突発低下
などの状態が検出されると、次に、コンパレータの出力が、発振器４４に送り込
まれ、それによって、発振器４４をオフにスイッチし、ＵＰＳの作動を停止する
。これは、内部短絡の場合、あるいは、異常に高い負荷が出力に置かれるとき、
役に立つ。この回路は、さらに、大きな放電からバッテリを保護する。

【００５１】 規則正しいコンピュータ３１の運転停止が、電源障害の場合に行われることを
可能にするために、コンピュータのシリアルポートに接続されるシリアル出力６
４（ＪＰ３ 図２Ｈ）に設けられることが好ましい。オプトスイッチ６２（Ｕ２
図２Ｈ）オプトカプラーベースの検出器４０から導出される信号を受ける。電
源障害が生じると、出力ＪＰ３が、開路から閉路に効果的に変化するので、信号
は、オプトスイッチ６２を閉鎖させる。その変化が、コンピュータ３１によって
利用されて、運転停止を開始する。その変化が、ＵＰＳの設置時に、あるいはそ
の後に、ＵＰＳ１０に供給され、またコンピュータに設置される運転停止ソフト
ウェアによって、読み取り可能であることが最も好ましい。別の実施形態におい
て、検出器４０から導出される信号は、ＵＰＳ１０を保持するスロットを介して
、コンピュータの工学標準バスに送り込まれる。シリアル出力６４が供給されな
いように、次に、運転停止ソフトウェアは、バスからの信号を直接読み取ること
が可能である。

【００５２】 ＵＰＳ１０は、ＵＰＳが対応するスロットに置かれるとき、ＵＰＳカードをコ
ンピュータバスに正確に接続するために、安全ユニット６６を備えていることが
最も好ましい。ユニット６６は、ＵＰＳカードのコネクタＰＣ１を横切ってコン
ピュータバスに接続されるリレーＫ２（図２Ｌ）を備えることが好ましい。カー
ドが、コンピュータバススロットに、正確に配置されるとき、電流は、閉鎖する
リレーＫ２を通って流れ、それによって、バッテリ５６の正極をＵＰＳ１０内の
いくつかの位置に接続する。これらの位置に電力が供給されなければ、ＵＰＳ１
０は、作動することができず、従って、ＵＰＳは、スロット内に正確に接続され
なければ、機能を果たせない。これにより、多くの状況におけるＵＰＳ１０の偶
発的なスイッチオンを防止し、偶発的な感電死をほとんど生じさせない。さらに
、ＵＰＳ１０のパーツには、ＵＰＳに電力が供給される機械によって電力が供給
されるので、極めて有用な安全ループが追加されている。ユニット６６は、さら
に、電力スイッチとして作用し、分離オン−オフスイッチ（従来技術に周知のＵ
ＰＳによって使用されている）の使用を不必要にする。

【００５３】 ユニット６６は、さらに、ＵＰＳが電源を供給する間、ＵＰＳ１０の過負荷、
あるいは、エンドユーザーによる間違った使用を防止する。例えば、あまりにも
大きい場合、電流は、コネクタ２０の出力ピンを介して引き出され、次に、バッ
テリ電圧は低下し、コンピュータ３１は、オフにする。コンピュータがオフにす
ると、リレーＫ２は開き、ＵＰＳ１０は運転停止する。ＵＰＳは、ライン電力が
回復し、またコンピュータのオン／オフスイッチがオンされるまで、運転停止の
ままである。

【００５４】 本発明の好ましい実施形態によるコネクタ２０の斜視図である図３を参照にす
る。コネクタ２０は、支持ブラケット１３を介して、ＰＣカード１１に取り付け
られている。コネクタは、ブラケットに取り付けられ、また標準ＰＣスロットの
幅より大きくないＵＰＳ１０の全幅を保つように、大きさは十分に小さい。コネ
クタ２０は、一対の接続部１５、好ましくは、入力ライン電源に使用されるピン
を備え、またコネクタ１７は、一対の接続部１９、好ましくは、出力ライン電力
に使用されるソケットを備えている。コネクタ１７は、さらに、入力および出力
電力のための共通設置リンクとして使用される接続ソケット２１を備えている。

【００５５】 コンピュータ３１にＵＰＳ１０を設置後、外部ライン電源および外部接地（一
般に、ＡＣライン接地）は、接続部１５とソケット２１にそれぞれに接続される
。電源接続は、コネクタ２０と対応する１つ以上のコネクタを介して、接続部１
９からコンピュータ３１とディスプレイモニタ４１などのコンピュータ周辺機器
とに行われる。入力ライン電力および出力電力のための接続は、偶然による間違
った接続を防止するように、物理的に異なることが最も好ましい。上述のように
、また図３に示されるように、入力コネクタは、雄タイプの接続であり、出力コ
ネクタは、雌タイプであることが好ましい。異なる間隔によって入力および出力
のための一対の接続を分離するなどの入力および出力接続を物理的に区別する別
の方法は、当業者には明白であろう。

【００５６】 図４は、本発明の好ましい実施形態によるコンピュータ３１に設置されるＵＰ
Ｓカード１１を示している概略図である。電力コード８１は、カード１１をＡＣ
ライン電力ソケット８２に結合するように、ブラケット１３のコネクタ２０と対
応する特別のコネクタ８３を有している。コネクタ８３の外側のライン電力は、
好ましくは、接合ボックス８４を介して、コンピュータ３１とモニタ４１とに分
配される。さらに、カード１１は、ＲＳ−２３２メッセージを伝達するために、
シリアル通信ケーブル８５を介して、上述のように、コンピュータのＣＯＭポー
ト８６に結合されることが好ましい。任意に、コンピュータのモデム８７への電
話接続は、さらに、ＵＰＳカードを介して通過される。

【００５７】 上述のような好ましい実施形態は、例として引用されるものであり、本発明の
最大限の範囲は、特許請求の範囲によってのみ制限されるものであることは明ら
かであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の好ましい実施形態によるＵＰＳカードの概略ブロック図である。

【図２Ａ】 図１のブロック図に対応する回路図である。

【図２Ｂ】 図１のブロック図に対応する回路図である。

【図２Ｃ】 図１のブロック図に対応する回路図である。

【図２Ｄ】 図１のブロック図に対応する回路図である。

【図２Ｅ】 図１のブロック図に対応する回路図である。

【図２Ｆ】 図１のブロック図に対応する回路図である。

【図２Ｇ】 図１のブロック図に対応する回路図である。

【図２Ｈ】 図１のブロック図に対応する回路図である。

【図２Ｉ】 図１のブロック図に対応する回路図である。

【図２Ｊ】 図１のブロック図に対応する回路図である。

【図２Ｋ】 図１のブロック図に対応する回路図である。

【図２Ｌ】 図１のブロック図に対応する回路図である。

【図２Ｍ】 図１のブロック図に対応する回路図である。

【図２Ｎ】 図１のブロック図に対応する回路図である。

【図２Ｏ】 図１のブロック図に対応する回路図である。

【図２Ｐ】 図１のブロック図に対応する回路図である。

【図３】 本発明の好ましい実施形態によるコネクタの斜視図である。

【図４】 本発明の好ましい実施形態によるコンピュータに設置される図１のＵＰＳカー
ドを示している概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ａ，ＺＷ Ｆターム(参考） 5B011 DA03 DB04 DB11 DB19 DC07 EA02 EB03 GG01 HH02 5E023 AA02 AA04 AA24 BB02 HH12 HH15 5G015 GA02 HA02 HA15 JA01 JA10 JA23 JA32 JA34 JA43 JA44 JA53 JA55

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力ライン電力を受け、かつ内部バスと、拡張カードを挿入
   するための予め定められたスペーシングを有する前記バス上の複数の相互に平行
   なスロットとを有するパーソナルコンピュータ用の電力コネクタであって、 前記コネクタが、前記スロットの予め定められたスペーシングと略等しいか、
   またはそれ未満の全幅を有し、 入力ライン電力を受ける入力接続と、 出力ライン電力を供給する出力接続と、 入力および出力電源のための共通接地リンクと、 を備えている電力コネクタ。
2. 【請求項２】 前記接続および接地リンクが、一列に配置される請求項１に
   記載のコネクタ。
3. 【請求項３】 前記接地リンクが、入力接続および出力接続を仲介する接続
   を備えている請求項１または２に記載のコネクタ。
4. 【請求項４】 通常、ＡＣライン電力で作動するパーソナルコンピュータ用
   の無停電電源（ＵＰＳ）であって、 電気エネルギーを蓄積するバッテリと、 前記バッテリに蓄積される前記エネルギーを受け、それを、前記ライン電力の
   電圧が変動する場合コンピュータに供給されるＡＣ出力電圧に変換するインバー
   タと、 前記ライン電力の電圧変動を検出し、それに応答して前記インバータを作動す
   るライン電圧検出器とを備え、 前記検出器が、 前記ライン電圧を受け、それに応答して実質的に前記ライン電圧よりも低い信
   号電圧を出力するオプトカプラーと、 前記オプトカプラーから前記信号出力を受け、前記信号電圧を予め定められた
   基準電圧と比較するコンパレータと、 を備えているＵＰＳ。
5. 【請求項５】 前記オプトカプラ−が、既知の温度応答を有し、前記オプト
   カプラーの温度応答に補足的な温度応答を有する温度応答要素を備え、前記ライ
   ン電力の変動へのライン電圧検知器の応答が、実質的に温度とは無関係である請
   求項４に記載のＵＰＳ。
6. 【請求項６】 前記インバータが、実質的に、一定に、ライン周波数で発振
   する発振器を備え、それによって、前記ライン電圧検出器が前記インバータを作
   動するとき、ＡＣ出力電圧が、実質的に、遅れることなく、コンピュータに供給
   される請求項４または５に記載のＵＰＳ。
7. 【請求項７】 前記ＵＰＳが、パーソナルコンピュータ内にある請求項４乃
   至６のいずれか一項に記載のＵＰＳ。
8. 【請求項８】 予め定められたライン電圧および周波数でかつＡＣライン電
   力で通常作動するパーソナルコンピュータ用の無停電電源（ＵＰＳ）であって、
   前記ＵＰＳが、ＡＣ出力を負荷に供給し、かつ 実質的に、前記ライン電圧より低い電圧で電気エネルギーを蓄積するバッテリ
   と、 前記バッテリに蓄積される前記エネルギーを受け、それを、前記ライン電圧に
   略匹敵する電圧でＤＣ出力に変換するＤＣ−ＤＣコンバータと、 前記ＤＣ−ＤＣコンバータから前記出力を受け、負荷に関係なく、実質的に一
   定のオープンデューティサイクルを有する前記ＡＣ出力を生成するインバータと
   、 を備えている無停電電源（ＵＰＳ）。
9. 【請求項９】 前記ＤＣ−ＤＣコンバータが、プレーナ変圧器を備えている
   請求項８に記載のＵＰＳ。
10. 【請求項１０】 前記ＤＣ−ＤＣコンバータが、負荷に応答してＤＣ出力電
    圧を変える請求項８または９に記載のＵＰＳ。
11. 【請求項１１】 前記ＤＣ−ＤＣコンバータが、負荷を示すフィードバック
    信号を受ける請求項１０に記載のＵＰＳ。
12. 【請求項１２】 前記ＤＣ−ＤＣコンバータが、可変ＤＣ出力電圧を制御す
    るための幅変調パルスを生成する高周波発振器を備えている請求項１０または１
    １に記載のＵＰＳ。
13. 【請求項１３】 前記ＵＰＳが、パーソナルコンピュータ内にある請求項８
    乃至１２のいずれか一項に記載のＵＰＳ。
14. 【請求項１４】 前記パーソナルコンピュータが、拡張カードを挿入するた
    めの予め定められたスペーシングを有する内部バスに複数の相互に平行なスロッ
    トを備え、また前記ＵＰＳが、前記スロットの１つを占めるプリント回路カード
    を備えている請求項１３に記載のＵＰＳ。
15. 【請求項１５】 前記バッテリーが、前記パーソナルコンピュータ内に収容
    されているが、前記プリント回路カードに取り付けられない請求項１４に記載の
    ＵＰＳ。
16. 【請求項１６】 内部バスと前記バス上の複数の相互に平行なスロットとを
    有するパーソナルコンピュータにライン電源を供給するための無停電電源（ＵＰ
    Ｓ）であって、前記ＵＰＳが、 前記スロットの１つに挿入され、上に取り付けられる回路コンポーネントを有
    するプリント回路カードと、 前記スロットへの適切な挿入を検証し、かつ適切に挿入されない場合、ＵＰＳ
    がライン電力を供給するのを防止する安全ユニットと、 を備えている無停電電源。
17. 【請求項１７】 分離オン−オフスイッチが前記プリント回路カードに接続
    されないように前記安全ユニットが、電源スイッチとして働く、請求項１６に記
    載のＵＰＳ。
18. 【請求項１８】 通常、予め定められた電源電圧と周波数でかつＡＣライン
    電力で作動するパーソナルコンピュータに無停電電源を供給するための方法であ
    って、 実質的に、前記ライン電圧より低い電圧でバッテリに電気エネルギーを蓄積す
    ることと、 前記バッテリに蓄積される前記エネルギーを受け、それを、前記ライン電圧に
    略匹敵する電圧でＤＣ出力に変換することと、 負荷に関係なく、実質的に一定のデューティサイクルを有するＡＣ出力を負荷
    に生成するために、ＤＣ出力を変換すること、 とを含んでいる方法。