JP2003339126A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の待機時においても、二次電池が放電さ
れることのない無停電電源装置を提供する。 【解決手段】 一次側スイッチング素子10のスイッチン
グ動作時に、三次巻線８に誘起した電圧が二次電池２の
電圧ＶBよりも高ければ、一次巻線６に断続的に印加さ
れる直流電圧Ｖpによって、充電末期には分圧用抵抗5
1，52で検出される二次電池２の電圧ＶBに基づき、二次
電池２の電圧ＶBを定電圧制御しながら充電を行なう。
一方、一次側スイッチング素子10が動作しない待機時に
は、放電防止回路61により分圧用抵抗51，52が二次電池
２から切り離される。そのため、分圧用抵抗51，52によ
る二次電池２の放電を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、主電源からの給電
とバッテリーからの給電のいずれかを、共通するトラン
スにより磁気的に切換えて負荷に供給する無停電電源装
置に関する。 【０００２】 【発明が解決しようとする課題】パソコンや制御装置に
は重要なデータなどが記憶格納されているが、商用電源
の停電時において、これらの情報機器に対しバッテリー
によるバックアップ給電を行なうことで、情報機器を安
全に停止させて重要なデータなどを確実に保護する無停
電電源装置が従来から知られている。 【０００３】図５は、複数の直流電圧を出力する無停電
電源装置の構成を示したものである。同図において、10
0は交流電源である例えばＡＣ100Ｖの商用電源、110は
バックアップ電源としてのバッテリーで、通常時は商用
電源100からの交流入力電圧をＡＣ／ＤＣコンバータ102
で直流電圧に変換し、この直流電圧をダイオード104か
らマルチ出力段回路106に印加することで、例えば直流
＋５Ｖや＋１２Ｖのような所望の出力電圧を、マルチ出
力段回路106からそれぞれの負荷108に供給する。一方、
商用電源100の停電時には、スイッチ112を直ちに閉じて
バッテリー110からの直流バックアップ電圧をダイオー
ド114からマルチ出力段回路106に印加し、同様にマルチ
出力段回路106からそれぞれの負荷108に所望の出力電圧
を供給するようにしている。しかし、商用電源100から
の交流電圧を監視しながら、スイッチ112の切換えを行
なうようにしているため、このスイッチ112の切換え時
に出力電圧が瞬間的に遮断（瞬断）される問題がある。 【０００４】こうした問題に対処するために、交流電源
からの給電とバッテリーからの給電を、スイッチ手段で
はなく共通するトランスにより磁気的に切換えて負荷に
供給する無停電電源装置が、例えば特開昭６３−２１７
９３１号公報，特開平９−２６１９５６号公報，特許第
３０１３７７６号公報，特許第３００８０８１号公報な
どに開示されている。 【０００５】図６は、特開平９−２６１９５６号公報な
どで提案された回路構成の要部を示したものである。同
図において、商用電源100からの交流入力電圧は、整流
器であるダイオードブリッジ120により全波整流された
後、一次側平滑コンデンサ122によって平滑化され、こ
の一次側平滑コンデンサ122の両端間に発生する直流電
圧が、一次側スイッチング素子124のスイッチングによ
りトランス130の一次巻線132に断続的に印加される。こ
れにより、トランス130の二次巻線134に誘起された電圧
が、整流ダイオード140，転流ダイオード142，チョーク
コイル144および二次側平滑コンデンサ146によって整流
平滑され、直流出力電圧として負荷148に供給される。 【０００６】一方、トランス130には一次巻線132や二次
巻線134とは別の三次巻線136が巻装され、この三次巻線
136の両端間には、二次電池150と共に、いずれも二次電
池150の充電回路160を構成する定電流検出抵抗152とド
ロッパ制御用素子154と逆流防止ダイオード156が順に直
列接続され、かつ二次電池150の両極間に充電用制御回
路162が設けられる。この充電用制御回路162は、三次巻
線136から二次電池150に充電電流を供給するに際して、
充電初期には定電流動作を行なうと同時に、充電末期に
は過充電となることを防止するために、定電圧動作を行
なうように、ドロッパ制御用素子154の抵抗を変化させ
るものである。 【０００７】また、三次巻線136と二次電池150の間にあ
って、充電回路160の充電電流路の外側には、三次側ス
イッチング素子166と逆流防止ダイオード168との直列回
路が、放電回路170として接続される。一次側スイッチ
ング素子124および三次側スイッチング素子166は、負荷
148側の電圧を検出するＰＷＭ制御回路174の制御に基づ
き、そのスイッチングパルス幅が制御され、負荷148に
対して定電圧の制御が行なわれる。 【０００８】そして、直流電圧Ｖpが正常範囲内にある
時には、一次側スイッチング素子124のオン時にトラン
ス130の三次巻線136に誘起される電圧が、二次電池150
の両極間の電圧よりも高く、三次巻線136から二次電池1
50に向けて充電電流が流れる。このとき充電用制御回路
160は、二次電池150の充電初期において定電流動作を行
なうと同時に、二次電池150の充電末期には定電圧動作
を行なうように、ドロッパ制御用素子154の抵抗を変化
させる定電流定電圧制御を行なう。また、二次巻線134
に誘起された電圧が、整流ダイオード140，転流ダイオ
ード142，チョークコイル144および平滑コンデンサ146
によって整流平滑され、直流出力電圧として負荷148に
供給される。すなわち通常時は、商用電源100から負荷1
48に給電が行なわれる。 【０００９】一方、直流電圧Ｖpの低下若しくは停止時
には、それまで充電されていた二次電池150の両極間の
電圧が入力源となり、それまで空運転であった三次側ス
イッチング素子166がアクティブ状態となる。すると、
三次側スイッチング素子166のスイッチングに伴ない、
二次電池150の正極から二次巻線136，逆流防止ダイオー
ド168，三次側スイッチング素子166を通して電流が断続
的に流れ、二次巻線134に電圧を誘起することで、負荷1
48に引続き直流出力電圧が供給される。すなわちこの場
合は、二次電池150から負荷148に給電が行なわれ、停電
時等において無瞬断で、二次電池150によるバックアッ
プを行なうことができる。 【００１０】このように、従来の無停電電源装置は、直
流電圧Ｖpをトランス130の一次巻線132に断続的に印加
し、三次巻線136に誘起した電圧が二次電池150の電圧よ
りも高ければ、充電用制御回路162により二次電池150を
充電すると共に、トランス130の二次巻線134から負荷14
8に電力を供給する。一方、三次巻線136に誘起した電圧
が二次電池150の電圧よりも低ければ、この二次電池150
の電圧を三次巻線136に断続的に印加して、二次巻線134
から負荷148に電力を供給するように構成している。 【００１１】しかし、上記特開平９−２６１９５６号公
報などで提案された回路構成では、充電用制御回路160
の部品点数が多く、しかもＰＷＭ制御回路174が動作し
ていない装置の待機時において、二次電池150が放電し
てしまうという問題がある。その原因を、図７における
充電用制御回路162の回路図により説明する。 【００１２】同図において、二次電池150の定電流制御
回路170は、前記定電流検出抵抗152およびドロッパ制御
用素子154の他に、定電圧素子であるツェナ−ダイオー
ド172とダイオード174の直列回路を備えて構成され、抵
抗152の一端とドロッパ制御用素子154のコレクタが接続
される一方で、ＮＰＮトランジスタからなるドロッパ制
御用素子154のベースとコレクタ抵抗152の他端との間
に、バッファ回路178を介在して前記ツェナ−ダイオー
ド172とダイオード174の直列回路が接続される。ここで
のバッファ回路178は、ドロッパ制御用素子154のベース
とコレクタにコレクタとベースがそれぞれ接続されるＰ
ＮＰトランジスタ180と、このトランジスタ180のベース
・エミッタ間に接続する抵抗182およびダイオード184の
並列回路とにより構成される。さらに、ドロッパ制御用
素子154のベース・エミッタ間には抵抗186が接続され
る。 【００１３】一方、二次電池150の定電圧制御回路190
は、前記ドロッパ制御用素子154の他に、二次電池150の
両端間に接続する分圧用抵抗192，194と、この分圧用抵
抗192，194の接続点にリファレンスを接続したシャント
レギュレータ196と、シャントレギュレータ196と直列回
路をなす抵抗198と、ＰＮＰトランジスタ200および抵抗
202，204からなる直列回路とにより構成される。そし
て、前記シャントレギュレータ196と抵抗198との直列回
路が、二次電池150の両端間に接続され、このシャント
レギュレータ196と抵抗198の接続点がトランジスタ200
のベースに接続されると共に、抵抗202，204の接続点が
前記バッファ回路178を介してドロッパ制御用素子154の
ベースに接続される。 【００１４】そして充電初期においては、二次電池150
の両極間電圧が低く、シャントレギュレータ196のカソ
ード電流も殆ど流れないため、トランジスタ200はオフ
状態となり、定電圧制御回路190としての動作は殆ど機
能しない。また、三次巻線136に電圧が誘起されるのに
伴ない、この三次巻線136から二次電池150，定電流検出
抵抗152，ドロッパ制御用素子154，逆流防止ダイオード
156の順に充電電流が流れるが、その値Ｉcは定電流制御
回路170を構成する定電流検出抵抗152の抵抗値Ｒ152
と、ツエナーダイオード172のツェナ−電圧Ｖz172と、
逆流防止用のダイオード174の順方向電圧ＶF174と、ト
ランジスタ180のベース・エミッタ電圧ＶBE180とによ
り、Ｉc＝（Ｖz172＋ＶF174−ＶBE180）／Ｒ152として
決まる。これにより、二次電池150の充電電流はほぼ一
定に制限される。 【００１５】その後、二次電池150の充電に伴ない、そ
の両極間電圧が徐々に上昇すると、定電圧制御回路190
を構成する抵抗192，194の接続点の電圧が上昇し、トラ
ンジスタ200によって増幅されたシャントレギュレータ1
90のカソード電流が増加する。こうなると、二次電池15
0の両極間電圧に基づいて、抵抗202，204の接続点の電
圧ひいてはトランジスタ180のベース電流が制御され、
ドロッパ制御用素子154のベース電圧が変化するので、
二次電池150の両極間電圧を一定にする定電圧制御が行
なわれる。 【００１６】しかし、装置の待機時になって、一次側ス
イッチング素子124や三次側スイッチ素子166が動作しな
い状態になると、二次電池150の両端間に接続された抵
抗192，194に放電電流Ｉleakが流れ、二次電池150が放
電してしまうという問題がある。さらに、充電用制御回
路160はバッファ回路178や定電圧制御回路190にトラン
ジスタ180，200が設けられており、部品点数が多く、小
型化および低コスト化が困難である。 【００１７】本発明は、上記の課題に着目して成された
ものであって、その目的は、装置の待機時においても、
二次電池が放電されることのない無停電電源装置を得る
ことにある。 【００１８】 【課題を解決するための手段】本発明における無停電電
源装置は、上記目的を達成するために、一次側スイッチ
ング素子のスイッチングにより直流電圧をトランスの一
次巻線に断続的に印加し、このトランスの三次巻線に誘
起した電圧がバッテリーの電圧よりも高ければ、充電用
制御回路により前記バッテリーを充電し、前記トランス
の二次巻線から負荷に電力を供給する一方で、前記三次
巻線に誘起した電圧が前記バッテリーの電圧よりも低け
れば、このバッテリーの電圧を前記三次巻線に断続的に
印加して、前記二次巻線から負荷に電力を供給すると共
に、前記充電用制御回路は、充電末期において前記バッ
テリーの電圧が一定となるように制御する定電圧制御回
路を備え、この定電圧制御回路は、前記バッテリーの電
圧を検出する電圧検出回路を備えた無停電電源装置にお
いて、前記一次側スイッチング素子が動作しない待機時
に、前記電圧検出回路を前記バッテリーから切り離す放
電防止回路を備えている。 【００１９】この場合、一次側スイッチング素子のスイ
ッチング動作時に、トランスの三次巻線に誘起した電圧
がバッテリーの電圧よりも高ければ、一次巻線に断続的
に印加される直流電圧によって、充電末期には電圧検出
回路で検出されるバッテリーの電圧に基づき、このバッ
テリーの電圧を定電圧制御回路により定電圧制御しなが
ら充電を行なう。一方、一次側スイッチング素子が動作
しない待機時には、放電防止回路により電圧検出回路が
二次電池から切り離される。そのため、分圧用抵抗によ
る二次電池の放電を防止することが可能になる。 【００２０】 【発明の実施形態】以下、本発明における好ましい実施
態様について、添付図面を参照して詳細に説明する。 【００２１】装置の全体構成を示す図１において、１は
交流電源である例えばＡＣ100Ｖの商用電源、２はバッ
クアップ電源としてのバッテリーで、商用電源１からの
交流入力電圧は、整流器であるダイオードブリッジ３に
より全波整流された後、一次側平滑コンデンサ４によっ
て平滑化され、この直流電圧Ｖpを発生するようになっ
ている。なお、交流入力電圧を全波整流するダイオード
ブリッジ３に代わり、交流入力電圧を半波整流または倍
電圧整流する整流器を用いてもよく、さらに直流電源か
ら直流電圧Ｖpを直接供給する構成としてもよい。一次
側平滑コンデンサ４の両端間には、トランス５の一次巻
線６と、逆流防止ダイオード９と、主スイッチング素子
である一次側スイッチング素子10とからなる直列回路が
接続され、一次側スイッチング素子10のスイッチングに
よりトランス５の一次巻線６に前記直流電圧Ｖpが断続
的に印加されるようになっている。 【００２２】本実施例では、マルチ出力（多出力）に適
応した複数の出力電圧Ｖo1，Ｖo2を負荷21，22に供給で
きるように、各出力電圧Ｖo1，Ｖo2に対応して複数の二
次巻線７ａ，７ｂがトランス５に巻装されると共に、二
次巻線７ａ，７ｂに誘起した電圧を整流平滑して、それ
ぞれ出力電圧Ｖo1，Ｖo2を供給する二次側出力回路12
ａ，12ｂがそれぞれ設けられる。 【００２３】二次巻線７ａに接続する二次側出力回路12
ａは、整流ダイオード14ａ，転流ダイオード15ａ，チョ
ークコイル16ａおよび二次側平滑コンデンサ17ａにより
構成され、二次巻線７ａの一端であるドット側端子に正
極性の電圧が発生すると、整流ダイオード14ａがオンす
る一方で、転流ダイオード15ａがオフし、チョークコイ
ル16ａを経て二次側平滑コンデンサ17ａや負荷21にエネ
ルギーが供給され、二次巻線７ａの他端である非ドット
側端子に正極性の電圧が発生すると、転流ダイオード15
ａがオンする一方で、整流ダイオード14ａがオフし、チ
ョークコイル16ａに蓄えられたエネルギーが二次側平滑
コンデンサ17ａや負荷21に供給される。また、二次巻線
７ｂに接続する二次側出力回路12ｂも、整流ダイオード
14ｂ，転流ダイオード15ｂ，チョークコイル16ｂおよび
二次側平滑コンデンサ17ｂにより構成され、二次巻線７
ｂの一端であるドット側端子に正極性の電圧が発生し、
かつ後述する二次側スイッチング素子23がオンしている
間は、整流ダイオード14ｂがオンする一方で、転流ダイ
オード15ｂがオフし、チョークコイル16ｂを経て二次側
平滑コンデンサ17ｂや負荷22にエネルギーが供給され
る。一方、二次巻線７ｂの他端である非ドット側端子に
正極性の電圧が発生すると、二次側スイッチング素子23
のオン・オフに拘らず、転流ダイオード15ｂがオンする
一方で、整流ダイオード14ｂがオフし、チョークコイル
16ｂに蓄えられたエネルギーが二次側平滑コンデンサ17
ｂや負荷22に供給される。 【００２４】トランス５はその他に三次巻線８が巻装さ
れ、この三次巻線８の一端であるドット側端子から二次
電池２の正極間に至る充電電流路には、逆流防止ダイオ
ード31と、ＮＰＮトランジスタからなるドロッパ制御用
素子32と、充電電流を検出するための定電流検出抵抗33
が、順に直列接続されると共に、三次巻線８の他端と二
次電池２の負極間が直接接続される。また、前記充電電
流路には充電用制御回路35が設けられる。この充電用制
御回路35は、三次巻線８から充電電流路を経て二次電池
２に充電電流を供給するに際して、充電初期には定電流
動作を行なうと同時に、充電末期には過充電となること
を防止するために、定電圧動作を行なうように、ドロッ
パ制御用素子32の抵抗を変化させるものである。そし
て、これらの逆流防止ダイオード31，ドロッパ制御用素
子32，定電流検出抵抗33，および充電用制御回路35によ
り、二次電池２を充電するための充電回路36が構成され
る。さらに、二次電池２の両極間には、この二次電池２
の両端間電圧ＶBを平滑化するための三次側平滑コンデ
ンサ37が接続される。 【００２５】また、三次巻線８の一端と二次電池２の正
極との間にあって、前記充電回路36の充電電流路の外側
には、逆流防止ダイオード42と三次側スイッチング素子
41との直列回路が、二次電池２の放電エネルギーを負荷
21，22に供給する放電回路43として接続される。一次側
スイッチング素子10および三次側スイッチング素子41
は、特定の二次側出力回路12ａから負荷21に供給される
出力電圧Ｖo1を検出するＰＷＭ制御回路45の制御に基づ
き、そのスイッチングパルス幅が制御され、負荷21に対
して定電圧の制御が行なわれる。一方、特定の二次側出
力回路12ａ以外の二次側出力回路12ｂから負荷22に供給
される出力電圧Ｖo2は、トランス５の二次側に設けられ
た定電圧制御回路46により検出される。そして、この出
力電圧Ｖo2の検出結果に基づき、定電圧制御回路46が、
整流ダイオード14ｂと直列に接続した例えばＭＯＳ型Ｆ
ＥＴからなる二次側スイッチング素子23のオンタイミン
グを可変することで、各二次側出力回路12ｂ毎にその出
力電圧Ｖo2を安定化させる定電圧制御が行なわれる。 【００２６】本実施例は、スイッチング素子10，41のオ
ン時において、二次側出力回路12ａ，12ｂに電力を供給
するいわゆるフォワードコンバータの構成を採用してい
るが、スイッチング素子10，41のオン時にはトランス５
にエネルギーを蓄え、スイッチング素子10，41のオフ時
に、そのエネルギーを二次側出力回路12ａ，12ｂに供給
するフライバックコンバータの構成であってもよい。そ
れ以外にも、例えばハーフブリッジやフルブリッジなど
の各種コンバータを採用してよい。また、本実施例で
は、商用電源１からの交流入力電圧のレベルに拘らず、
スイッチング素子10，41に同じパルス駆動信号を供給す
る同期運転を行なっているが、例えば二次電池２から負
荷21，22に電力を供給するバックアップ時にのみ三次側
スイッチング素子41を駆動させる非同期運転方式でもよ
い。こうすれば、商用電源１の正常時において、三次側
スイッチング素子41を無駄に駆動させることがなく好ま
しい。 【００２７】また図１では、一次側スイッチング素子10
にパルス駆動信号を供給するＰＷＭ制御回路45によっ
て、一つの二次側出力回路12ａからのメイン出力電圧Ｖ
o1を監視して、このメイン出力電圧Ｖ01の安定化を直接
的に図ると共に、それ以外の補助出力電圧Ｖo2は、二次
側出力回路12ｂに対応して設けた二次側スイッチング素
子23と定電圧制御回路46とにより、直接的に安定化が図
られるようになっているが、補助出力電圧Ｖo2の数は複
数あっても構わない。その場合も同様に、補助出力電圧
Ｖo2に見合う数の二次巻線７ｂと二次側出力回路12ｂを
トランス５の二次側に設けると共に、各二次側出力回路
12ｂに対応して、二次側スイッチング素子23と定電圧制
御回路46を接続すればよい。 【００２８】前記充電用制御回路35は、充電初期におい
て二次電池２への充電電流を定電流制御する定電流制御
回路47と、充電末期において二次側電池２の両極間電圧
を定電圧制御する定電圧制御回路48とを備えて構成され
る。定電流制御回路47は、前記ドロッパ制御用素子32お
よび定電流検出抵抗33の他に、定電圧素子であるツェナ
ーダイオード49とダイオード50との直列回路を備えて構
成され、この直列回路は、ドロッパ制御用素子32のエミ
ッタに一端を接続した定電流検出抵抗33の他端とドロッ
パ制御用素子32のベースとの間に接続される。ここでツ
ェナーダイオード49は、他の定電圧源を利用してもよ
い。 【００２９】また、定電圧制御回路48は、ドロッパ制御
用素子32の他に、二次電池２の両端間電圧を分圧する分
圧用抵抗51，52と、この分圧用抵抗51，52の接続点をリ
ファレンスに接続したシャントレギュレータ53と、この
シャントレギュレータ53のカソードとドロッパ制御用素
子32のベースとの間に接続した抵抗54とにより構成さ
れ、分圧用抵抗51，52の一端は二次電池２の正極に直接
接続される一方で、シャントレギュレータ53のアノード
が接続される分圧用抵抗51，52の他端は、直接ではなく
後述するスイッチ素子62を介して二次電池２の負極に接
続される。なお、シャントレギュレータ53に代わり、定
電圧素子であるツェナ−ダイオードでもよく、あるいは
分圧用抵抗51，52の接続点の電位と基準電位とを比較し
て、その比較結果に基づき抵抗54を介してドロッパ制御
用素子32のベース電圧を可変させるコンパレータを利用
してもよい。さらに、ドロッパ制御用素子32のエミッタ
・ベース間には抵抗55が接続されると共に、ドロッパ制
御用素子32のコレクタ・ベース間には別の抵抗56が接続
される。 【００３０】61は、ＰＷＭ制御回路45ひいては一次側ス
イッチング素子10や三次側スイッチング素子41が動作し
ていない装置の待機時において、分圧用抵抗51，52を二
次電池２から切り離すスイッチ素子62を備えた放電防止
回路である。この放電防止回路61は、三次巻線８の両端
間にダイオード64と抵抗65，66，67との直列回路を接続
し、抵抗66，67の接続点をＮＰＮトランジスタからなる
スイッチ素子62のベースに接続すると共に、この抵抗6
6，67からなる直列回路の両端間にコンデンサ68を接続
して構成される。ここでのスイッチ素子62は、トランジ
スタではなく例えばＭＯＳ型ＦＥＴなどの半導体素子で
もよい。本実施例における充電用制御回路35は、バッフ
ァ回路を用いず直接ドロッパ制御用素子32の抵抗を可変
している上に、定電圧制御回路48を構成するシャントレ
ギュレータ53のカソードを、抵抗54を介してドロッパ制
御用素子32のベースに接続しており、部品点数の削減に
よる小形化および低コスト化を図っている。 【００３１】次に、図２および図３の波形図をもとにし
て、上記回路構成における作用を説明する。 【００３２】先ず、装置が動作している状態から説明す
ると、この場合はＰＷＭ制御回路45から一次側スイッチ
ング素子10および三次側スイッチング素子41に同じパル
ス駆動信号が出力されていると共に、これらのスイッチ
ング素子10，41のオンタイミングに同期して、定電圧制
御回路46から二次側スイッチング素子23に別のパルス駆
動信号が出力されている。したがって、商用電源１から
何等かの交流入力電圧が出力されている限り、交流入力
電圧を整流平滑した直流電圧Ｖpが一次側平滑コンデン
サ４の両端間に発生し、一次側スイッチング素子10のス
イッチングに伴なって、この直流電圧Ｖpがトランス５
の一次巻線６に断続的に印加される。 【００３３】商用電源１が正常範囲内にある場合、一次
側スイッチング素子10のオン時においてトランス５の三
次巻線８に誘起される電圧が、二次電池２の両極間電圧
ＶBよりも高くなるように、一次巻線６と三次巻線８の
巻数比を予め設定してある。すなわち、一次巻線６の巻
数をＮp1，三次巻線８の巻数をＮp2としたときに、Ｖp
×（Ｎp2／Ｎp1）＞ＶBとなるように設定すれば、放電
回路43を構成する逆流防止ダイオード42は導通せず、二
次電池２から負荷21，22に給電されることはない。した
がって、この場合は商用電源１から負荷21，22に給電が
行なわれる。 【００３４】このときの二次側出力回路12ａからの出力
電圧Ｖo1は、一次巻線６の巻数をＮp1とし、ニ次巻線７
ａの巻数をＮs1とし、ＰＷＭ制御回路45で決定される一
次側スイッチング素子10のデューティー（一周期の時間
Ｔ45に対するオン時間t45の比）をＤ45とすると、Ｖo1
＝Ｖp×（Ｎs1／Ｎp1）×Ｄ45となる。そのため、出力
電圧Ｖo1が高くなったときに一次側スイッチング素子10
のデューティーＤ45を低下させ、出力電圧Ｖo1が低くな
ったときに一次側スイッチング素子10のデューティーＤ
45を上昇させるように、ＰＷＭ制御回路45がパルス駆動
信号の導通幅を制御すれば、二次側出力回路12ａからの
出力電圧Ｖo1の安定化を図ることができる。 【００３５】また図２に示すように、別の二次巻線７ｂ
の両端間には、一次側スイッチング素子10のオン時に、
Ｖs2＝Ｖp×（Ｎs2／Ｎp1）なる電圧が発生している。
定電圧制御回路46は、二次巻線７ｂの両端間電圧が立ち
上がると同じタイミングで、二次側スイッチング素子23
へのパルス駆動信号を供給すると共に、出力電圧Ｖo2の
検出結果に基づいて、このパルス駆動信号のデューティ
ーＤ46（一周期の時間Ｔ46に対するオン時間t46の比）
を決定する。このときの二次側出力回路12ｂからの出力
電圧Ｖo2は、Ｖo2＝Ｖp×（Ｎs2／Ｎp1）×Ｄ46とな
る。そのため、出力電圧Ｖo2が高くなったときにニ次側
スイッチング素子23のデューティーＤ46を低下させ、出
力電圧Ｖo2が低くなったときにニ次側スイッチング素子
23のデューティーＤ46を上昇させるように、定電圧制御
回路46が二次側スイッチング素子23へのパルス駆動信号
の導通幅を制御すれば、二次側出力回路12ｂからの出力
電圧Ｖo2の安定化を、ＰＷＭ制御回路45とは別に独立し
て行なうことができる。しかもこの場合は、従来のマグ
アンプに代わり二次側半導体スイッチング素子である二
次側スイッチング素子23により、多出力の無停電電源装
置における出力電圧Ｖo2の定電圧制御を行っているた
め、損失が小さく高効率を達成できる。さらに、二次側
半導体スイッチング素子を採用している関係で、マグア
ンプに比べて装置の形状についても小型化が可能にな
る。 【００３６】なお、二次側スイッチング素子23の駆動
は、二次巻線７ｂの両端間に発生するタップ電圧に同期
させる必要がある。その場合、二次巻線７ｂの両端間電
圧が立ち上がるタイミングは、例えばＰＷＭ制御回路45
からのパルス駆動信号によっても検出できるが、トラン
ス５の一次側に設けられたＰＷＭ制御回路45と、トラン
ス５の二次側に設けられた定電圧制御回路46との間で、
何等かの絶縁回路を介在させなければならない。したが
って本実施例のように、二次巻線７ｂの両端間電圧を直
接検出するのが、絶縁回路を不要にできて好ましい。 【００３７】一方、商用電源１が低下したり停止して、
二次電池２の両端間電圧ＶBが三次巻線８に誘起される
電圧よりも高くなると、すなわちＶp×（Ｎp2／Ｎp1）
＜ＶBとなると、ＰＷＭ制御回路45からの同期したパル
ス駆動信号によって、一次側スイッチング素子10と三次
側スイッチング素子41を共に駆動しているので、その時
点で逆流防止ダイオード42が導通して二次電池２が自動
的に入力源となり、二次電池２から負荷21，22へのバッ
クアップ給電に無瞬停で切換わる。こうなると、三次側
スイッチング素子41のスイッチングに伴ない、二次電池
２の両極間電圧ＶBが三次巻線８に断続的に印加され、
このとき各二次巻線７ａ，７ｂに誘起された電圧が、各
々二次側出力回路12ａ，12ｂによって整流平滑されるこ
とで、負荷21，22にそれぞれ所定の出力電圧Ｖo1，Ｖo2
が供給される。 【００３８】次に、充電用制御回路35および放電防止回
路61の動作について説明する。装置が動作している状態
で、一次側スイッチング素子10のオン時にトランス５の
三次巻線８に誘起される電圧が、二次電池２の両極間電
圧ＶBよりも高い場合には、前述のように放電回路43の
逆流防止ダイオード42がオフすると共に、充電回路36に
おいては、逆流防止ダイオード31からドロッパ制御用素
子32，定電流検出抵抗33を順に経て、図３に示すような
パルス状の充電電流Ｉcが流れる。また放電防止回路61
においては、この三次巻線８に誘起される電圧によっ
て、抵抗65を介してコンデンサ68が充電され、コンデン
サ68に並列接続される抵抗66，67の両端間電圧が上昇す
る。これにより、抵抗66，67の接続点に接続するトラン
ジスタ62のベース電位が上昇し、トランジスタ62がオン
状態になって、二次電池２と定電圧制御回路48を構成す
る分圧用抵抗51，52とによる閉回路が形成される。 【００３９】充電初期には、二次電池２の両極間電圧Ｖ
Bが低く、分圧用抵抗51，52の接続点の電位もさほど上
昇しない。このためシャントレギュレータ53のカソード
電流は殆ど流れず、定電圧制御回路48は充電用制御回路
35に対し何も作用しない状態となる。そのため、三次巻
線８から二次電池２に流れる充電電流Ｉcは、定電流制
御回路47を構成する定電流検出抵抗33の抵抗値Ｒ33と、
ツエナーダイオード49のツェナー電圧Ｖz49と、逆流防
止用ダイオード50の順方向電圧ＶF50と、トランジスタ3
2のベース・エミッタ電圧ＶBE32とにより、Ｉc＝（Ｖz4
9＋ＶF50−ＶBE32）／Ｒ33として決まる。これにより、
二次電池２の充電電流Ｉcはほぼ一定に制限される。 【００４０】その後、二次電池２の充電に伴ない、その
両極間電圧ＶBが徐々に上昇すると、定電圧制御回路48
を構成する抵抗51，52の接続点の電圧が上昇し、この接
続点をリファレンスに接続したシャントレギュレータ53
のカソード電流が増加する。こうなると、二次電池２の
両極間電圧ＶBに基づいて、抵抗54を介して直接的にド
ロッパ制御用素子32のベース電圧が変化するので、二次
電池２の両極間電圧ＶBを一定にする定電圧制御が行な
われる。 【００４１】さらに装置の待機時になって、一次側スイ
ッチング素子10や三次側スイッチ素子41が動作しない状
態になると、三次巻線８には電圧が発生せず、放電防止
回路61のコンデンサ68に蓄積されていた電荷が、抵抗6
6，67を流れて放電される。するとスイッチ素子62はタ
ーンオフし、それまで二次電池２と閉回路を形成してい
た分圧用抵抗51，52が、二次電池２から切り離される。
したがって、分圧用抵抗51，52による二次電池２の放電
は防止される。 【００４２】なお本実施例では、二次電池２が鉛蓄電池
であるため、これに適したパルス状の充電電流Ｉcによ
り二次電池２を充電しているが、例えば図４に示すよう
に、逆流防止を兼用する整流ダイオード71と、転流ダイ
オード72と、チョークコイル73と、平滑コンデンサ74か
らなる三次側整流回路75を、トランス５の三次巻線８に
接続してもよい。これにより、三次巻線８に発生する電
圧が整流平滑され、直流充電に適した二次電池２に対
し、直流充電を行なうことが可能になる。 【００４３】以上のように本実施例では、一次側スイッ
チング素子10のスイッチングにより直流電圧Ｖpをトラ
ンス５の一次巻線６に断続的に印加し、このトランス５
の三次巻線８に誘起した電圧がバッテリーである二次電
池２の電圧ＶBよりも高ければ、この一次巻線６に断続
的に印加される直流電圧Ｖpによって、充電用制御回路3
5により二次電池２を充電し、かつトランス５の二次巻
線７ａ，７ｂから負荷21，22に電力を供給する一方で、
三次巻線８に誘起した電圧が前記二次電池２の電圧ＶB
よりも低ければ、この二次電池２の電圧ＶBを三次巻線
８に断続的に印加して、二次巻線７ａ，７ｂから負荷2
1，22に電力を供給すると共に、充電用制御回路35は、
充電末期において二次電池２の電圧ＶBが一定となるよ
うに制御する定電圧制御回路48を備え、この定電圧制御
回路48は、二次電池２の電圧変動を検出する電圧検出回
路としての分圧用抵抗51，52を備えた無停電電源装置に
おいて、とりわけ一次側スイッチング素子10や三次側ス
イッチング素子41が動作しない待機時に、分圧用抵抗5
1，52を二次電池２から切り離す放電防止回路61を備え
ている。 【００４４】この場合、一次側スイッチング素子10のス
イッチング動作時に、トランス５の三次巻線８に誘起し
た電圧が二次電池２の電圧ＶBよりも高ければ、一次巻
線６に断続的に印加される直流電圧Ｖpによって、充電
末期には分圧用抵抗51，52で検出される二次電池２の電
圧ＶBに基づき、この二次電池２の電圧ＶBを定電圧制御
回路48により定電圧制御しながら充電を行なう。 【００４５】一方、一次側スイッチング素子10が動作し
ない待機時には、放電防止回路61により分圧用抵抗51，
52が二次電池２から切り離される。そのため、分圧用抵
抗51，52による二次電池２の放電を防止することが可能
になる。 【００４６】また、特に本実施例における放電防止回路
61は、二次電池２と分圧用抵抗51，52とにより形成され
る閉回路に挿入接続されるスイッチ素子62を備え、三次
巻線８に発生した電圧をコンデンサ68に充電して、この
コンデンサ68の充電電圧を利用してスイッチ素子62をオ
ンし、三次巻線８に電圧が発生しなくなると、前記コン
デンサ68を放電させてスイッチ素子62をオフするように
構成している。 【００４７】このようにすると、一次側スイッチング素
子10を制御するＰＷＭ制御回路45にオン・オフ信号を出
力する機能が設けられていなくても、三次巻線８に電圧
が発生するか否かによりコンデンサ68を充放電させるこ
とで、スイッチ素子62のオン・オフを切換えて、分圧用
抵抗51，52を二次電池２に接続または切り離すことがで
きる。 【００４８】なお、自身が動作しているか否かをオン・
オフ信号として出力する機能が、ＰＷＭ制御回路45に備
えられていれば、このオン・オフ信号を利用してスイッ
チ素子62を直接オン・オフさせる構成にしてもよい。ま
た、図４に示すように、三次巻線８に二次側整流平滑回
路75を接続した回路構成では、二次側整流平滑回路75で
整流平滑した三次巻線８の電圧を直接スイッチ素子62に
供給するようにしてもよい。こうすれば、スイッチ素子
62をオンさせ続けるためのコンデンサ68を不要にでき
る。 【００４９】さらに本実施例では、一次側スイッチング
素子10のスイッチングにより直流電圧Ｖpをトランス５
の一次巻線６に断続的に印加し、三次巻線８に誘起した
電圧が二次電池２の電圧ＶBよりも高ければ、充電用制
御回路35により二次電池２を充電し、トランス５の二次
巻線７ａ，７ｂに発生した電圧を出力回路12ａ，12ｂに
より整流平滑して負荷21，22に出力電圧Ｖo1，Ｖo2を供
給する一方で、三次巻線８に誘起した電圧が二次電池２
の電圧ＶBよりも低ければ、この二次電池２の電圧ＶBを
三次巻線８に断続的に印加して、二次巻線７ａ，７ｂに
発生した電圧を出力回路12ａ，12ｂにより整流平滑して
負荷21，22に出力電圧Ｖo1，Ｖo2を供給すると共に、複
数の出力電圧Ｖo1，Ｖo2を取り出すために二次巻線７
ａ，７ｂおよび出力回路12ａ，12ｂを複数備えた無停電
電源装置において、トランス５の二次側で出力電圧Ｖo2
を直接的に安定化させるために、出力回路12ａ，12ｂに
接続される二次側半導体スイッチング素子である二次側
スイッチング素子23と、この出力回路12ｂから取り出さ
れる出力電圧Ｖo2の変動に応じて、二次側スイッチング
素子23に供給するパルス駆動信号の導通幅を制御する二
次側制御回路すなわち定電圧制御回路46とを備えて構成
される。 【００５０】この場合、一次側スイッチング素子10のス
イッチング動作時に、三次巻線８に誘起した電圧が二次
電池２の電圧ＶBよりも高ければ、一次巻線６に断続的
に印加される直流電圧Ｖpによって、各二次巻線７ａ，
７ｂに誘起された電圧がそれぞれの出力回路12ａ，12ｂ
で整流平滑され、各出力回路12ａ，12ｂから別々の出力
電圧Ｖo1，Ｖo2が供給されると共に、充電用制御回路35
により二次電池２が充電される。一方、三次巻線８に誘
起した電圧が二次電池２の電圧ＶBよりも低ければ、こ
の二次電池２の電圧ＶBを三次巻線８に断続的に印加す
ることによって、各二次巻線７ａ，７ｂに誘起された電
圧がそれぞれの出力回路12ａ，12ｂで整流平滑され、各
出力回路12ａ，12ｂから別々の出力電圧Ｖo1，Ｖo2が供
給される。 【００５１】トランス５の二次側において、出力回路12
ｂからの出力電圧Ｖo2を直接的に安定させるために、こ
の出力回路12ｂに接続される二次側スイッチング素子23
のスイッチング動作が定電圧制御回路46により制御され
る。二次側スイッチング素子23はマグアンプよりも損失
が小さく、高効率を達成できるため、マグアンプを組み
込んだ場合よりも小さな容量の二次電池２で、同じ出力
電力を取り出すことができる。しかも、同じ電流を流す
のに、マグアンプよりも二次側スイッチング素子23は構
造的に小型にできるため、トランス５の二次側のみなら
ず二次電池２の小型化を同時に図ることが可能になる。 【００５２】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、種々の変形が可能である。 【００５３】 【発明の効果】本発明におけ無停電電源装置によれば、
装置の待機時においても、二次電池が放電されることの
ない無停電電源装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例を示す無停電電源装置の回路
図である。 【図２】同上二次巻線７ｂのタップ電圧と、二次側スイ
ッチング素子23のパルス駆動信号をあらわした波形図で
ある。 【図３】同上二次電池２への充電電流をあらわした波形
図である。 【図４】別の変形例を示す回路図である。 【図５】従来例を示す無停電電源装置のブロック構成図
である。 【図６】別の従来例を示す無停電電源装置の回路図であ
る。 【図７】図６における要部の回路図である。 【符号の説明】 ２ 二次電池（バッテリー） ５ トランス ６ 一次巻線 ７ａ，７ｂ 二次巻線 ８ 三次巻線 10 一次側スイッチング素子 21，22 負荷 35 充電用制御回路 48 定電圧制御回路 51，52 分圧用抵抗（電圧検出回路） 61 放電防止回路

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｍ 3/28 Ｈ０２Ｍ 3/28 Ｖ Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA01 CA11 CC02 DA06 DA13 DA18 GB03 5G015 FA08 GB03 HA16 JA02 JA53 JA55 KA03 5G065 AA01 BA02 DA06 DA07 EA02 EA06 HA04 HA16 JA01 KA02 KA05 LA01 MA09 MA10 NA09 5H730 AA14 AS21 BB23 CC01 DD01 EE02 EE08 EE16 EE18 EE59 EE61 EE73 EE78 FD01 FD31 FG01 FG21 XC00

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 一次側スイッチング素子のスイッチング
   により直流電圧をトランスの一次巻線に断続的に印加
   し、このトランスの三次巻線に誘起した電圧がバッテリ
   ーの電圧よりも高ければ、充電用制御回路により前記バ
   ッテリーを充電し、前記トランスの二次巻線から負荷に
   電力を供給する一方で、前記三次巻線に誘起した電圧が
   前記バッテリーの電圧よりも低ければ、このバッテリー
   の電圧を前記三次巻線に断続的に印加して、前記二次巻
   線から負荷に電力を供給すると共に、前記充電用制御回
   路は、充電末期において前記バッテリーの電圧が一定と
   なるように制御する定電圧制御回路を備え、この定電圧
   制御回路は、前記バッテリーの電圧を検出する電圧検出
   回路を備えた無停電電源装置において、前記一次側スイ
   ッチング素子が動作しない待機時に、前記電圧検出回路
   を前記バッテリーから切り離す放電防止回路を備えたこ
   とを特徴とする無停電電源装置。