JP2003274574A - 安定化直流電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 商用電源の停電時でも、外部直流電源から継
続的に直流電力の供給を受けて、継続して動作させるこ
と。 【解決手段】 安定化直流電源装置１７は、商用電源１
を入力としてスイッチング動作するスイッチング電源
と、該スイッチング電源の最終出力段に新たに設けられ
た、スイッチングトランスを含まない電圧変換回路（例
えば１２Ｖチョッパ回路２１や５Ｖチョッパ回路２８）
とから構成され、上記スイッチング電源の最終出力段に
は、上記電圧変換回路に電力供給を行う外部直流電源と
してのバッテリー３１、またはマイナス極性の直流電源
が接続されるようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、安定化直流電源装
置に係り、特に磁気ディスク装置用電源装置として、好
適に構成された安定化直流電源装置に関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】これまでの磁気ディスク装置用電源装置
としては、商用電源を入力として動作するものがその殆
どを占めているのが実情である。したがって、商用電源
を入力として動作中に、停電が発生した場合には、電源
装置としての動作が停止されることから、この電源装置
からの電力供給によりそれまで動作していた磁気ディス
ク装置も必然的にその動作が停止されていたものであ
る。 【０００３】ここで、従来技術に係る磁気ディスク装置
用電源装置について説明すれば、図５はその一例での具
体的回路構成を示したものである。図示のように、その
電源装置は、所謂、スイッチング電源（あるいはスイッ
チング・レギュレータ）３６として構成されたものとな
っている。 【０００４】その回路動作であるが、商用電源１からの
商用電圧は、無停電電源装置（以下、単にＵＰＳと称
す）３５を介し、スイッチング電源３６に入力されるも
のとなっている。そのスイッチング電源３６内では、そ
の商用電圧は、フィルタ部２、整流部３、力率改善回路
部４を介し昇圧された上、平滑用コンデンサ５に貯えら
れているものである。一方、制御回路３７では、実際の
出力電圧と定格出力電圧（本例では、＋１２Ｖを想定）
との偏差に基き、スイッチング素子９に対するＰＷＭ制
御が行われるものとなっている。スイッチング素子９は
制御回路３７により周期的にＯＮ状態におかれている
も、そのＰＷＭ制御によりОＮ状態にある期間（パルス
幅）が周期的に制御されているものである。結局、パル
ス電流がスイッチングトランス６の１次側コイル、スイ
ッチング素子９を介し周期的に流れることによって、ス
イッチングトランス６の２次側コイルには電圧が誘起さ
れているものである。この電圧が整流用ダイオード７，
１０により整流された後、平滑用リアクトル８と平滑用
コンデンサ１１で平滑されるが、最終的には、逆流阻止
用ダイオード２４を介し負荷２３に供給されているもの
である。 【０００５】＋１２Ｖの定格出力電圧は以上のようにし
て得られているが、もしも、例えば＋５Ｖの定格出力電
圧をも同時に得る必要がある場合には、平滑用コンデン
サ５に対しては、別途、スイッチングトランス３８やス
イッチング素子３９等が用意されるものとなっている。
上記と同様にして、スイッチング素子３９が制御回路４
３によりＰＷＭ制御されているものである。結局、パル
ス電流がスイッチングトランス３８の１次側コイル、ス
イッチング素子３９を介し周期的に流れることによっ
て、スイッチングトランス３８の２次側コイルには電圧
が誘起されているものである。この電圧が整流用ダイオ
ード４１，４２により整流された後、平滑用リアクトル
４０と平滑用コンデンサ４４で平滑されるが、最終的に
は、逆流阻止用ダイオード４５を介し負荷２７に供給さ
れているものである。 【０００６】さて、以上の磁気ディスク装置用電源装置
において、商用電源が停電した場合を想定すれば、ある
一定の期間、ＵＰＳにより電源装置としての動作は停止
されなく、したがって、一定の期間、出力電圧を磁気デ
ィスク装置に供給し続けることが可能とされているもの
である。しかしながら、ＵＰＳはその電源装置の外部に
設けられるにしても、その形状が大きいばかりか、効率
も悪いため、その電源装置は、結果的にコスト高なもの
となっている。 【０００７】このため、近年、商用電源に停電が発生し
た際に、電源装置の動作停止を防止すべく、電源装置へ
の入力電源は商用電源のみならず、バッテリーでも動作
するように、直流電圧入力にも対応しつつあるのが現状
である。 【０００８】その直流電圧入力にも対応可能とされた、
従来技術に係る磁気ディスク装置用電源装置について説
明すれば、図６はその一例での具体的回路構成を示した
ものである。図示のように、その電源装置はスイッチン
グ電源４８として構成された上、バッテリー３１が外部
から接続可となっており、その動作概要は、基本的に
は、図５に示すものでのそれと同様となっている。相違
点は、バッテリー３１を接続するための中間電圧（本例
では、４８Ｖ）を生成する回路が、平滑用コンデンサ５
とスイッチングトランス６との間に新たに追加されてい
ることである。 【０００９】その回路は、図示のように、スイッチング
トランス４６、スイッチング素子４９、４８Ｖ回路（整
流用ダイオード（逆流阻止用を兼ねる）、平滑用リアク
トルおよび平滑用コンデンサから構成）４７および（Ｐ
ＷＭ制御用）制御回路５０から構成されているが、何れ
にしても、２個のスイッチングトランス４６，６を使用
する回路構成を採らざるを得ないものとなっている。し
たがって、スイッチング電源４８は２段のスイッチング
部を有することとなり、電力伝達効率が悪いものとなっ
ている。また、このスイッチング電源４８においては、
バッテリー３１からの電流はスイッチングトランス６お
よびスイッチング素子９の前段に入力されており、した
がって、バッテリー３１からの電流は、スイッチングト
ランス６、スイッチング素子９、更には、整流用ダイオ
ード７，１０を介して流れるため、バッテリー３１から
の電力により、スイッチング電源４８が動作する場合で
も、その電力伝達効率が悪くなることは否めないものと
なっている。 【００１０】因みに、バッテリー３１はバッテリー本体
３２と充電・放電回路３３から構成されており、商用電
源１が停電している場合に、バッテリー３１による電力
供給をも併せて停止させるには、その停止は上位側から
の制御信号群により行われるものとなっている。また、
低抵抗５１が設けられているが、この低抵抗５１での電
流方向と降下電圧はバッテリー３１側で常時監視されて
おり、その降下電圧が無くなったならば、商用電源１が
停電したと判断の上、バッテリー３１から初めて放電
（電力供給）が開始されるものとなっている。バッテリ
ー３１からの放電が行われている間、その低抵抗５１に
電流が流れることはなく、その電流は経路５２を介し、
バッテリー３１に流入されるものとなっている。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ようにして、バッテリーによりスイッチング電源を動作
させる場合、バッテリーの容量は有限であるからして、
バッテリーに接続される後段回路での電力損失が大き
く、したがって、電力伝達効率の良し悪しが、その電源
装置の動作時間を決定付ける重要な要素となることは否
めないものとなっている。これまでにあっては、電力伝
達効率の向上はそれほど重要視されておらず、バッテリ
ーの増設により、電源装置で必要とされている動作時間
が専ら確保されていたのが殆どであり、このため、商用
電源のみならず、バッテリーでも動作する電源装置はコ
スト高となっていたものである。 【００１２】また、以上の不具合に加え、磁気ディスク
装置用電源装置においては、通信設備系で使用されてい
る、マイナス４９Ｖ系のマイナス極性直流電源への接続
要求も次第に増えてきており、これに対応するために
は、前述の商用電源にて動作する電源に代えて、−４８
Ｖ入力専用の電源装置を新規に開発しなければならな
く、多大な開発工数および開発金額が必要となってい
る。因みに、図６に示す磁気ディスク装置用電源装置に
おいては、バッテリーの場合と同様にして、マイナス極
性の直流電源も接続可とされているが、既述の如くの理
由により電力伝達効率は悪いものとなっている。 【００１３】本発明の目的は、商用入力電圧が停止した
場合であっても、外部直流電源から継続的に直流電力の
供給を受けて、電力損失少なくして、しかも動作を停止
することなく、負荷に電力を供給し続けることが可能と
された安定化直流電源装置を提供することにある。 【００１４】 【課題を解決するための手段】上記目的は、商用電源を
入力としてスイッチング動作するスイッチング電源と、
該スイッチング電源の最終出力段の後段として設けら
れ、スイッチングトランスを含まない電圧変換回路とか
ら構成され、上記スイッチング電源の最終出力段に、商
用入力電圧停止時に上記電圧変換回路に電力供給を行う
外部直流電源としての直流電源が接続可能とされること
で達成される。 【００１５】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図１から図４により説明する。 【００１６】先ず図１に、本発明による安定化直流電源
装置の第１の実施形態での回路構成を示す。図示のよう
に、本例での安定化直流電源装置１７では、商用電源１
が停電した場合には、外部のバッテリー（バッテリー電
圧：フローティング電圧）３１からの電力供給により、
電力損失を少なくして、しかも動作を停止することな
く、出力電圧が負荷２３，２７各々に供給されるように
したものである。 【００１７】即ち、フィルタ部２、整流部３、力率改善
回路部４、平滑用コンデンサ５、スイッチングトランス
６、スイッチング素子９、制御回路３７、整流用ダイオ
ード７，１０、平滑用リアクトル８および平滑用コンデ
ンサ１１から構成されているスイッチング電源に対して
は、その後段として新たに、スイッチングトランスを含
まない電圧変換回路が設けられるようにしたものであ
る。その電圧変換回路としては、例えば１２Ｖチョッパ
回路２１や５Ｖチョッパ回路２８が設けられるようにし
たものであるが、これら１２Ｖチョッパ回路２１、５Ｖ
チョッパ回路２８は、出力電圧のみが異なるだけで、そ
の回路構成はほぼ同一とされたものとなっている。これ
ら１２Ｖチョッパ回路２１、５Ｖチョッパ回路２８各々
では、前段のスイッチング電源で生成された電圧が再安
定化されており、最終的には、必要とされている出力電
圧（１２Ｖ、５Ｖ）が生成されるべく、動作したものと
なっている。 【００１８】ここで、その１２Ｖチョッパ回路２１の回
路構成について説明すれば、図示のように、スイッチン
グ素子１８やリアクトル１９、整流用ダイオード２０、
平滑用コンデンサ２２、逆流阻止用ダイオード２４、制
御回路２６等からなる反転型チョッパ回路として構成さ
れたものとなっている。その回路動作であるが、制御回
路２６では、出力電圧と電流制限用抵抗２５での降下電
圧（したがって、負荷電流）とが監視されており、その
監視結果に基き、スイッチング素子１８がＰＷＭ制御さ
れるものとなっている。スイッチング素子１８がＯＮ状
態にある間、リアクトル１９には電磁エネルギが蓄積さ
れるが、その電磁エネルギはスイッチング素子１８がＯ
ＦＦ状態にある間、整流用ダイオード２０を介し放出さ
れる結果として、平滑用コンデンサ２２が充電されてい
るものである。因みに、電流制限用抵抗２５での降下電
圧が異常に大きくなった場合、即ち、過電流が検出され
た場合には、制御回路２６により１２Ｖチョッパ回路２
１は強制的に動作停止状態におかれるものとなってい
る。 【００１９】さて、以上の如くに構成されてなる安定化
直流電源装置の全体としての動作について説明すれば、
バッテリー３１は、既述のスイッチング電源と１２Ｖチ
ョッパ回路２１、５Ｖチョッパ回路２８各々との間に、
図示の如くの状態として接続された上、整流用ダイオー
ド７は同時に逆流阻止用としても機能する状態におかれ
ているが、商用電源１が非停電状態にある通常動作時に
あっては、商用電源１からの電圧により動作を行い、１
２Ｖチョッパ回路２１、５Ｖチョッパ回路２８それぞれ
からは、１２Ｖ、５Ｖが生成出力されるものとなってい
る。図６に示すものと同様、通常動作時には、低抵抗１
２での降下電圧の存在により、バッテリー31からの放電
は抑えられているものである。しかしながら、何等かの
要因により商用電源１が停電したとすれば、低抵抗１２
には電圧降下が生じなくなることから、これを以って、
バッテリー３１から１２Ｖチョッパ回路２１、５Ｖチョ
ッパ回路２８各々に対する電力供給が開始されているも
のである。これにより、１２Ｖチョッパ回路２１、５Ｖ
チョッパ回路２８各々は、たとえ、商用電源１が停電し
たとしても、動作を停止することなく必要な出力電圧を
出力し続け得るものである。 【００２０】以上のように、本発明による安定化直流電
源装置には、既存のスイッチング電源に含まれているス
イッチングトランスは別として、それ以外のスイッチン
グトランスは何等含まれていないことから、電力伝達効
率が良好な状態として、バッテリー３１に蓄積されてい
る電力が効率的に使用され、その結果として、バッテリ
ー３１の数量が低減化され得、コスト低減が図れるもの
となっている。 【００２１】図２はまた、図１に示す安定化直流電源装
置１７に対し、バッテリー３１に代わって、マイナス極
性の外部直流電源が接続される際での接続態様を示した
ものである。図示のように、−４９Ｖの外部直流電源３
４は、その殆どがマイナス極性で入力されるが、マイナ
ス極性で入力された場合にも、安定化直流電源装置１７
はその内部回路構成が何等変更されることなく、そのま
ま使用され得るものとなっている。 【００２２】即ち、マイナス極性の外部直流電源３４が
入力され、必要とされる出力電圧を得る場合において
も、１２Ｖチョッパ回路２１や５Ｖチョッパ回路２８の
回路構成と接続は何等変更されることなく、同一の安定
化直流電源装置１７が使用され得るものである。したが
って、マイナス極性の外部直流電源３４に適用される専
用電源装置を新たに開発することは不要とされており、
実に、安定化直流電源装置１７のメリットとしては、バ
ッテリー３１にも、また、外部直流電源３４にも共用化
され得ることが挙げられるものとなっている。 【００２３】以上、本発明による安定化直流電源装置の
基本構成ともいうべき回路構成について説明したが、他
の回路構成も考えられるものとなっている。図３は、一
例での他の回路構成を示したものである。図示のよう
に、この安定化直流電源装置５４が図１に示す回路構成
と異なるところは、力率改善回路部４が削除された状態
として構成されていることである。これは、従来、力率
改善回路部４の役割である電圧を昇圧する機能と力率を
改善する機能とを、図３に示す回路構成では、その役割
をスイッチング素子９およびスイッチングトランス６、
更には、それらを制御する制御回路３７に兼用させてい
るからである。これにより、単独の力率改善回路部４が
削除され得るため、更に効率が向上され得るものとなっ
ている。 【００２４】図４にはまた、図３に示す回路構成より、
更に効率向上が可能とされた、更なる他の一例での回路
構成が示されたものとなっている。図示のように、この
安定化直流電源装置５６では、１２Ｖチョッパ回路５７
の回路構成が、図３に示すものとは異なり、制御回路６
０による制御下に、スイッチング素子５８，５９を使用
しての同期整流が行われることによって、更なる効率向
上が可能となっている。 【００２５】即ち、スイッチング素子５８，５９は制御
回路６０により、交互にＯＮ、ＯＦＦ状態におかれてい
るが、スイッチング素子５８は、図３に示すスイッチン
グ１８に相当するも、スイッチング素子５９は、図３に
示す整流用ダイオード２０に相当するものとされる。整
流用ダイオード２０での順方向降下電圧はほぼ一定の大
きさとされているが、スイッチング素子５９がＯＮ状態
におかれる場合、スイッチング素子５９での降下電圧は
それに比し極小とされている分、更なる効率向上が図ら
れているものである。５Ｖチョッパ回路２８でも、同様
な同期整流が行われているものである。 【００２６】以上の図３や図４に示す回路構成とも、バ
ッテリー接続による直流電圧での動作が実現されている
だけでなく、１２Ｖチョッパ回路および５Ｖチョッパ回
路が簡単に入替え可能なように、予めモジュール化され
ている場合は、必要とされる出力電圧は簡単容易に変更
され得るものである。 【００２７】以上の説明からも判るように、本発明によ
る安定化直流電源装置では、同一電源装置ながらも、バ
ッテリー入力やマイナス極性外部直流電圧入力でも動作
が可能とされ、しかも高効率で必要とされる出力電圧が
得られるものとなっている。また、併せて、電源装置自
体の小型化や低価格化が図られており、したがって、磁
気ディスク装置用電源装置として、好適なものとなって
いる。 【００２８】参考までに、磁気ディスク駆動装置及び磁
気ディスク制御装置に電力を供給する安定化電源であっ
て、当該電源が磁気ディスク装置数や故障時の冗長性確
保のため、１台の単独動作若しくは１台以上の並列運転
が可能で、かつ当該電源への商用入力電圧が停止した場
合にバッテリーにより継続的な電力の供給をうけ、当該
電源の動作を停止することなく負荷に電力を供給する機
能を有する電源において、バッテリー部からの直流電源
を当該電源の出力段に接続することでバッテリー電力の
効率的使用を可能とすることを特徴とする磁気ディスク
装置用電源、更には、その磁気ディスク装置用電源にお
いて、当該電源の内部回路を変更することなく、商用電
源及びバッテリーに変えてマイナス極性の外部直流電源
の接続を可能とする磁気ディスク装置用電源も考えられ
るものとなっている。 【００２９】 【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、商用入力電圧が停止した場合であっても、外部直流
電源としての直流電源から継続的に直流電力の供給を受
けて、電力損失少なくして、しかも動作を停止すること
なく、負荷に電力を供給し続けることが可能とされた安
定化直流電源装置が得られるものとなっている。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明による安定化直流電源装置の第１の実施
形態での回路構成と、これへのバッテリーの接続態様と
を示す図である。 【図２】その安定化直流電源装置へのマイナス極性外部
直流電源の接続態様を示す図である。 【図３】本発明による安定化直流電源装置の一例での他
の回路構成を示す図である。 【図４】図３に示す回路構成より、更に効率向上が可能
とされた、更なる他の一例での回路構成を示す図であ
る。 【図５】従来技術に係る磁気ディスク装置用電源装置の
一例での具体的回路構成を示す図である。 【図６】直流電圧入力にも対応可能とされた、従来技術
に係る磁気ディスク装置用電源装置の一例での具体的回
路構成を示す図である。 【符号の説明】 ５，１１…平滑用コンデンサ、６…スイッチングトラン
ス、７，１０…整流用ダイオード、８…平滑用リアクト
ル、９…スイッチング素子、１７…安定化直流電源装
置、３７…制御回路、２１…（電圧変換回路としての）
１２Ｖチョッパ回路、２８…（電圧変換回路としての）
５Ｖチョッパ回路、３１…バッテリー、３４…マイナス
極性外部直流電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 商用電源を入力としてスイッチング動作
   するスイッチング電源と、該スイッチング電源の最終出
   力段の後段として設けられ、スイッチングトランスを含
   まない電圧変換回路とから構成され、上記スイッチング
   電源の最終出力段に、商用入力電圧停止時に上記電圧変
   換回路に電力供給を行う外部直流電源としての直流電源
   が接続可能とされてなる構成の安定化直流電源装置。