JP2004096857A - 電源バックアップ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ダイオードの無駄な電力消費を極減して、二次電池に蓄えられる電力を有効にバックアップ電源ラインに供給する。二次電池からバックアップ電源ラインに電力を供給するバックアップ電源ラインの電圧を最適電圧に設定する。
【解決手段】電源バックアップ装置は、バックアップ用の二次電池1と、この二次電池1を充電する電源回路2と、二次電池1とバックアップ電源ライン3との間に接続されてなるスイッチング素子4と、制御回路5とを備える。制御回路5は、バックアップ電源ライン3の電圧を設定電圧に比較して、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも低下すると、スイッチング素子4をオンに制御してスイッチング素子4でもって二次電池1からバックアップ電源ライン3に電力を供給するように制御する。
【選択図】 図1
【解決手段】電源バックアップ装置は、バックアップ用の二次電池1と、この二次電池1を充電する電源回路2と、二次電池1とバックアップ電源ライン3との間に接続されてなるスイッチング素子4と、制御回路5とを備える。制御回路5は、バックアップ電源ライン3の電圧を設定電圧に比較して、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも低下すると、スイッチング素子4をオンに制御してスイッチング素子4でもって二次電池1からバックアップ電源ライン3に電力を供給するように制御する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バックアップ電源ラインに接続されて、バックアップ電源ラインの電圧が低下するときに電力を供給する電源バックアップ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電源バックアップ装置は、バックアップ電源ラインの電圧が低下するときに二次電池から電力を供給して、電気機器を安定に動作させる。この装置は、バックアップ電源ラインが所定の電圧にあるときに二次電池を充電して、二次電池を常に満充電に近い状態に保持している。このとき、二次電池が過充電されると、電池寿命が著しく短くなる。このため、過充電しないように充電状態を制御して二次電池が充電される。バックアップ電源ラインの電圧が低下するとき、二次電池からバックアップ電源ラインに電力を供給するために、二次電池はダイオードを介してバックアップ電源ラインに接続される。このダイオードは、二次電池からバックアップ電源ラインに放電電流を流す方向に接続される。このダイオードは、二次電池からバックアップ電源ラインに電流を供給する働きに加えて、バックアップ電源ラインの電圧が高いときに、二次電池が過充電されるのを防止する働きもする。ダイオードが接続されないと、バックアップ電源ラインから二次電池に充電電流が流れて、過充電されるからである。二次電池とバックアップ電源ラインとの間にダイオードを接続することにより、二次電池を充電用の電源回路から充電するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、以上の構造のバックアップ装置は、二次電池からバックアップ電源ラインに電力を供給するときに、ダイオードによる電圧降下が発生する。ほとんどのダイオードの電圧降下は、流れる電流にかかわらず約0.6Vにもなる。この電圧降下は、二次電池の出力電圧を低下させて無駄な電力を消費する。このため、従来の電源バックアップ装置は、二次電池に蓄えている電力を有効にバックアップ電源ラインに供給できない欠点がある。
【0004】
さらに、従来のバックアップ装置は、二次電池からバックアップ電源ラインに電力を供給する電圧を制御できない欠点もある。それは、ダイオードがバックアップ電源ラインに電力を供給するかどうかを制御するからである。ダイオードは、順方向に電流が流れる状態になると、二次電池からバックアップ電源ラインに電流を供給する。すなわち、二次電池の出力電圧からダイオードの電圧降下をマイナスした電圧が、バックアップ電源ラインの電圧よりも高くなると、ダイオードに順方向に電流が流れる状態となり、二次電池からバックアップ電源ラインに電力が供給される。バックアップ装置の二次電池が、バックアップ電源ラインに電力を供給する電圧は、必ずしもこの電圧が最適電圧とはならない。たとえば、バックアップ電源ラインにメインバッテリから電力を供給している電気機器にあっては、メインバッテリが完全に放電されるまでは、バックアップ装置からバックアップ電源ラインに電力を供給しないのがよい。バックアップ装置の二次電池は、メインバッテリに比較して充電容量が小さく設定されるからである。バックアップ装置は、メインバッテリの補助に使用されるので、大容量のメインバッテリの電圧が低くなって完全に放電された後に、電力供給を開始するのが、メインバッテリとバックアップ装置の二次電池を最も有効に使用できる。ところが、従来のバックアップ装置は、バックアップ電源ラインに二次電池から電力を供給する電圧を制御できないので、必ずしも理想的な状態で二次電池からバックアップ電源ラインに電力を供給できないことがあった。
【0005】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、ダイオードの無駄な電力消費を極減して、二次電池に蓄えられる電力を有効にバックアップ電源ラインに供給できる電源バックアップ装置を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、二次電池からバックアップ電源ラインに電力を供給するバックアップ電源ラインの電圧を最適電圧に設定できる電源バックアップ装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の電源バックアップ装置は、バックアップ用の二次電池1と、この二次電池1を充電する電源回路2と、二次電池1とバックアップ電源ライン3との間に接続されてなるスイッチング素子4と、制御回路5とを備える。制御回路5は、バックアップ電源ライン3の電圧を設定電圧に比較して、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも低下すると、スイッチング素子4をオンに制御してスイッチング素子4でもって二次電池1からバックアップ電源ライン3に電力を供給するように制御する。
【0007】
制御回路5は、バックアップ電源ライン3の電圧を設定電圧に比較するコンパレータ7を備えることができる。
【0008】
さらに、本発明の電源バックアップ装置は、バックアップ電源ライン3に電源回路2を接続し、バックアップ電源ライン3を制御回路5に内蔵される充電制御回路6を介して二次電池1に接続すると共に、スイッチング素子4を介して二次電池1に接続することができる。この電源バックアップ装置は、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも低くなると、スイッチング素子4をオンに切り換えて二次電池1からバックアップ電源ライン3に電力を供給し、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも高くなると、スイッチング素子4をオフに切り換えて、電源回路2が充電制御回路6を介して二次電池1を充電することができる。充電制御回路6は、ダイオード10を介して二次電池1に接続することができる。
【0009】
さらに、本発明の電源バックアップ装置は、バックアップ電源ライン3に電源回路2を接続し、バックアップ電源ライン3を、スイッチング素子4を介して二次電池1に接続することができる。この電源バックアップ装置は、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも低くなると、スイッチング素子4をオンに切り換えて二次電池1からバックアップ電源ライン3に電力を供給し、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも高くなると、スイッチング素子4をオンに切り換えて、電源回路2がスイッチング素子4を介して二次電池1を充電することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源バックアップ装置を例示するものであって、本発明は電源バックアップ装置を以下の回路構成には特定しない。
【0011】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【0012】
図1と図2に示す電源バックアップ装置は、バックアップ用の二次電池1と、この二次電池1を充電する電源回路2と、二次電池1とバックアップ電源ライン3との間に接続しているスイッチング素子4と、スイッチング素子4をオンオフに制御する制御回路5とを備えている。
【0013】
図1の電源バックアップ装置は、制御回路5の充電制御回路6で二次電池1を充電し、図2の電源バックアップ装置は、スイッチング素子4を二次電池1の充電に併用する。したがって、図2のバックアップ装置は、二次電池1の充電を制御する充電制御回路を省略している。
【0014】
図1のバックアップ装置のスイッチング素子4は、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも低くなって、二次電池1からバックアップ電源ライン3に電力を供給するときにのみオンに制御される。バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも高いとき、スイッチング素子4はオフに制御される。制御回路5の充電制御回路6が二次電池1を充電するからである。
【0015】
これに対して、図2のバックアップ装置は、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも低いときに、スイッチング素子4をオンにして二次電池1からバックアップ電源ライン3に電力を供給する。さらに、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも高くなって、二次電池1を充電するときもスイッチング素子4はオンに制御される。二次電池1が満充電されると、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも高い状態にあっても、スイッチング素子4はオンには制御されず、二次電池1の充電を停止する。
【0016】
図1と図2のバックアップ装置は、充電制御FET4Aと放電制御FET4Bとを直列接続している一対のFETでスイッチング素子4を構成している。ところでパワーFETは、オフ状態で逆方向に電流を流す寄生ダイオードを内蔵している。一対のFETからなるスイッチング素子4は、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも低くなると、制御回路5が充電制御FET4Aと放電制御FET4Bの両方のFETをオンに切り換えて二次電池1からバックアップ電源ライン3に電力を供給する。図1のバックアップ装置は、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも低くなると、充電制御FET4Aのみをオンに切り換えて、放電制御FET4Bをオフに保持し、あるいは充電制御FET4Aと放電制御FET4Bの両方をオフに切り換えて、二次電池1をバックアップ電源ライン3から電気的に切り離す。この状態で、二次電池1を充電する必要があれば、制御回路5は、充電制御回路6を制御して、充電制御回路6から二次電池1を充電する。このバックアップ装置は、スイッチング素子4を二次電池1の充電には使用しない。このバックアップ装置は、スイッチング素子4を必ずしも一対のFETで構成する必要はない。二次電池の放電のみを許容して、充電を許容しない方向に接続しているひとつのFETでスイッチング素子を構成することもできる。
【0017】
図に示すように、ソースとドレインを互いに逆向きとして直列に接続している、充電制御FET4Aと放電制御FET4Bからなる一対のFETで構成するスイッチング素子4は、二次電池1の放電と充電の両方を制御できる。したがって、このスイッチング素子4は、図2に示すように、制御回路5の充電制御回路6を省略して、スイッチング素子4で二次電池1の充電を制御することもできる。このスイッチング素子4は、充電制御FET4Aをオンオフに制御して、二次電池1をパルス充電して満充電する。また、充電制御FET4Aの内部抵抗を制御して、二次電池1の充電電流を制御しながら満充電することもできる。充電制御FET4Aをオンオフに制御して、二次電池1を充電するとき、放電制御FET4Bはオフに保持できる。それは、放電制御FET4Bの寄生ダイオードを介して、二次電池1に充電電流を流すことができるからである。ただ、放電制御FET4Bをオンにして、充電制御FET4Aで二次電池1の充電を制御することもできるのはいうまでもない。
【0018】
スイッチング素子4は制御回路5に制御される。図1の制御回路5は、バックアップ電源ライン3の電圧を設定電圧に比較するコンパレータ7と、コンパレータ7に制御されてスイッチング素子4を制御するコントローラー8と、コントローラー8に制御されて二次電池1の充電を制御する充電制御回路6とを備える。図2のバックアップ装置は、スイッチング素子4を充電制御回路に併用するので、充電制御回路がない。
【0019】
コンパレータ7は差動アンプで、+側入力端子に基準電源9を接続して、−側入力端子にバックアップ電源ライン3を接続している。基準電源9は、二次電池1がバックアップ電源ライン3に電力を供給する電圧を特定する設定電圧に等しくしている。このコンパレータ7は、バックアップ電源ライン3の電圧が基準電源9の電圧よりも低いときに出力を”Low”とし、バックアップ電源ライン3の電圧が基準電源9の電圧よりも高いときに”High”を出力する。
【0020】
コントローラー8は、コンパレータ7から”Low”が入力されるときに、スイッチング素子4をオンに制御して、電圧が低下したバックアップ電源ライン3に二次電池1から電力を供給する。このとき、コントローラー8は、充電制御FET4Aと放電制御FET4Bの両方をオンに制御する。コンパレータ7から”High”が入力されると、図1のバックアップ装置のコントローラー8は、スイッチング素子4をオフにして、二次電池1がバックアップ電源ライン3に電力を供給しない状態とする。図2のバックアップ装置のコントローラー8は、コンパレータ7から”High”が入力されるとき、二次電池1の満充電を検出して、スイッチング素子4のオンオフを制御する。コンパレータ7から”High”が入力されて、二次電池1が満充電された状態でないときは、充電制御FET4Aをオンに制御して二次電池1を満充電されるまで充電する。二次電池1が満充電されると、充電制御FET4Aをオフに切り換えて充電を停止する。二次電池1を充電するとき、放電制御FET4Bはオン又はオフに制御される。放電制御FET4Bは、オフ状態にあっても寄生ダイオードで充電電流を流すことができるからである。コンパレータ7から”High”が入力されて、二次電池1が満充電された状態にあると、コントローラー8は充電制御FET4Aをオフに制御して、二次電池1を充電しないようにする。二次電池1の過充電を防止するためである。
【0021】
図1と図2の電源バックアップ装置は、スイッチング素子4にFETを使用している。ただ、本発明のバックアップ装置は、スイッチング素子4をFETに特定しない。スイッチング素子には、FETに代わって、トランジスター等の半導体素子を使用し、あるいはリレー等のオンオフに切り換えられる素子を使用することもできる。
【0022】
二次電池1は、リチウムイオン二次電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池等の充電できる電池である。二次電池1は、充電できる全てのタイプの電池を使用することができる。二次電池1は、バックアップ電源ライン3に規定の電圧で電力を供給できる電圧となるように、直列に接続する電池の個数を調整している。
【0023】
電源回路2は、バックアップ電源ライン3に接続されると共に、制御回路5の充電制御回路6を介して二次電池1に接続される。図1のバックアップ装置は、充電制御回路6とダイオード10を介して電源回路2を二次電池1に接続している。この電源回路2は、バックアップ電源ライン3に電力を供給しながら、二次電池1を充電する。電源回路2の出力電圧が低下して、バックアップ電源ライン3に規定の電圧で電力を供給できなくなると、二次電池1からバックアップ電源ライン3に電力を供給する。電源回路2がバックアップ電源ライン3に電力を供給するとき、二次電池1はバックアップ電源ライン3に電力を供給しない。ただ、電源回路2がバックアップ電源ライン3に電力を供給しながら、二次電池1で電力を供給することもできる。たとえば、電源回路2の電圧が低下して、バックアップ電源ライン3に充分な電力を供給できなくなるとき、二次電池1からもバックアップ電源ライン3に電力を供給することができる。
【0024】
【発明の効果】
本発明の電源バックアップ装置は、ダイオードの無駄な電力消費を極減して、二次電池に蓄えられる電力を有効にバックアップ電源ラインに供給できる特徴がある。それは、本発明の電源バックアップ装置が、二次電池とバックアップ電源ラインとの間にFET等のスイッチング素子を接続して、二次電池からバックアップ電源ラインに電力を供給するからである。スイッチング素子に使用されるFET等の内部抵抗に起因する電圧降下は、ダイオードに比較して極めて小さく、二次電池の電力を無駄に消費することなく、バックアップ電源ラインに供給できる。
【0025】
また、本発明の電源バックアップ装置は、二次電池からバックアップ電源ラインに電力を供給するときのバックアップ電源ラインの電圧を最適電圧に設定できる特徴もある。それは、本発明の電源バックアップ装置に内蔵される制御回路が、バックアップ電源ラインの電圧を設定電圧に比較して、バックアップ電源ラインの電圧が設定電圧よりも低いときに、スイッチング素子をオンにして二次電池からバックアップ電源ラインに電力を供給するからである。この回路構成のバックアップ装置は、バックアップ電源ラインの電圧が低下したときに、理想的な電圧で二次電池からバックアップ電源ラインに電力を供給できる。このため、バックアップ用の二次電池をもっとも効率よく有効に使用して、バックアップ電源ラインに電力を供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例にかかる電源バックアップ装置のブロック図
【図2】本発明の他の実施例にかかる電源バックアップ装置のブロック図
【符号の説明】
1…二次電池
2…電源回路
3…バックアップ電源ライン
4…スイッチング素子
4A…充電制御FET
4B…放電制御FET
5…制御回路
6…充電制御回路
7…コンパレータ
8…コントローラー
9…基準電源
10…ダイオード
【発明の属する技術分野】
本発明は、バックアップ電源ラインに接続されて、バックアップ電源ラインの電圧が低下するときに電力を供給する電源バックアップ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電源バックアップ装置は、バックアップ電源ラインの電圧が低下するときに二次電池から電力を供給して、電気機器を安定に動作させる。この装置は、バックアップ電源ラインが所定の電圧にあるときに二次電池を充電して、二次電池を常に満充電に近い状態に保持している。このとき、二次電池が過充電されると、電池寿命が著しく短くなる。このため、過充電しないように充電状態を制御して二次電池が充電される。バックアップ電源ラインの電圧が低下するとき、二次電池からバックアップ電源ラインに電力を供給するために、二次電池はダイオードを介してバックアップ電源ラインに接続される。このダイオードは、二次電池からバックアップ電源ラインに放電電流を流す方向に接続される。このダイオードは、二次電池からバックアップ電源ラインに電流を供給する働きに加えて、バックアップ電源ラインの電圧が高いときに、二次電池が過充電されるのを防止する働きもする。ダイオードが接続されないと、バックアップ電源ラインから二次電池に充電電流が流れて、過充電されるからである。二次電池とバックアップ電源ラインとの間にダイオードを接続することにより、二次電池を充電用の電源回路から充電するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、以上の構造のバックアップ装置は、二次電池からバックアップ電源ラインに電力を供給するときに、ダイオードによる電圧降下が発生する。ほとんどのダイオードの電圧降下は、流れる電流にかかわらず約0.6Vにもなる。この電圧降下は、二次電池の出力電圧を低下させて無駄な電力を消費する。このため、従来の電源バックアップ装置は、二次電池に蓄えている電力を有効にバックアップ電源ラインに供給できない欠点がある。
【0004】
さらに、従来のバックアップ装置は、二次電池からバックアップ電源ラインに電力を供給する電圧を制御できない欠点もある。それは、ダイオードがバックアップ電源ラインに電力を供給するかどうかを制御するからである。ダイオードは、順方向に電流が流れる状態になると、二次電池からバックアップ電源ラインに電流を供給する。すなわち、二次電池の出力電圧からダイオードの電圧降下をマイナスした電圧が、バックアップ電源ラインの電圧よりも高くなると、ダイオードに順方向に電流が流れる状態となり、二次電池からバックアップ電源ラインに電力が供給される。バックアップ装置の二次電池が、バックアップ電源ラインに電力を供給する電圧は、必ずしもこの電圧が最適電圧とはならない。たとえば、バックアップ電源ラインにメインバッテリから電力を供給している電気機器にあっては、メインバッテリが完全に放電されるまでは、バックアップ装置からバックアップ電源ラインに電力を供給しないのがよい。バックアップ装置の二次電池は、メインバッテリに比較して充電容量が小さく設定されるからである。バックアップ装置は、メインバッテリの補助に使用されるので、大容量のメインバッテリの電圧が低くなって完全に放電された後に、電力供給を開始するのが、メインバッテリとバックアップ装置の二次電池を最も有効に使用できる。ところが、従来のバックアップ装置は、バックアップ電源ラインに二次電池から電力を供給する電圧を制御できないので、必ずしも理想的な状態で二次電池からバックアップ電源ラインに電力を供給できないことがあった。
【0005】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、ダイオードの無駄な電力消費を極減して、二次電池に蓄えられる電力を有効にバックアップ電源ラインに供給できる電源バックアップ装置を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、二次電池からバックアップ電源ラインに電力を供給するバックアップ電源ラインの電圧を最適電圧に設定できる電源バックアップ装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の電源バックアップ装置は、バックアップ用の二次電池1と、この二次電池1を充電する電源回路2と、二次電池1とバックアップ電源ライン3との間に接続されてなるスイッチング素子4と、制御回路5とを備える。制御回路5は、バックアップ電源ライン3の電圧を設定電圧に比較して、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも低下すると、スイッチング素子4をオンに制御してスイッチング素子4でもって二次電池1からバックアップ電源ライン3に電力を供給するように制御する。
【0007】
制御回路5は、バックアップ電源ライン3の電圧を設定電圧に比較するコンパレータ7を備えることができる。
【0008】
さらに、本発明の電源バックアップ装置は、バックアップ電源ライン3に電源回路2を接続し、バックアップ電源ライン3を制御回路5に内蔵される充電制御回路6を介して二次電池1に接続すると共に、スイッチング素子4を介して二次電池1に接続することができる。この電源バックアップ装置は、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも低くなると、スイッチング素子4をオンに切り換えて二次電池1からバックアップ電源ライン3に電力を供給し、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも高くなると、スイッチング素子4をオフに切り換えて、電源回路2が充電制御回路6を介して二次電池1を充電することができる。充電制御回路6は、ダイオード10を介して二次電池1に接続することができる。
【0009】
さらに、本発明の電源バックアップ装置は、バックアップ電源ライン3に電源回路2を接続し、バックアップ電源ライン3を、スイッチング素子4を介して二次電池1に接続することができる。この電源バックアップ装置は、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも低くなると、スイッチング素子4をオンに切り換えて二次電池1からバックアップ電源ライン3に電力を供給し、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも高くなると、スイッチング素子4をオンに切り換えて、電源回路2がスイッチング素子4を介して二次電池1を充電することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源バックアップ装置を例示するものであって、本発明は電源バックアップ装置を以下の回路構成には特定しない。
【0011】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【0012】
図1と図2に示す電源バックアップ装置は、バックアップ用の二次電池1と、この二次電池1を充電する電源回路2と、二次電池1とバックアップ電源ライン3との間に接続しているスイッチング素子4と、スイッチング素子4をオンオフに制御する制御回路5とを備えている。
【0013】
図1の電源バックアップ装置は、制御回路5の充電制御回路6で二次電池1を充電し、図2の電源バックアップ装置は、スイッチング素子4を二次電池1の充電に併用する。したがって、図2のバックアップ装置は、二次電池1の充電を制御する充電制御回路を省略している。
【0014】
図1のバックアップ装置のスイッチング素子4は、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも低くなって、二次電池1からバックアップ電源ライン3に電力を供給するときにのみオンに制御される。バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも高いとき、スイッチング素子4はオフに制御される。制御回路5の充電制御回路6が二次電池1を充電するからである。
【0015】
これに対して、図2のバックアップ装置は、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも低いときに、スイッチング素子4をオンにして二次電池1からバックアップ電源ライン3に電力を供給する。さらに、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも高くなって、二次電池1を充電するときもスイッチング素子4はオンに制御される。二次電池1が満充電されると、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも高い状態にあっても、スイッチング素子4はオンには制御されず、二次電池1の充電を停止する。
【0016】
図1と図2のバックアップ装置は、充電制御FET4Aと放電制御FET4Bとを直列接続している一対のFETでスイッチング素子4を構成している。ところでパワーFETは、オフ状態で逆方向に電流を流す寄生ダイオードを内蔵している。一対のFETからなるスイッチング素子4は、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも低くなると、制御回路5が充電制御FET4Aと放電制御FET4Bの両方のFETをオンに切り換えて二次電池1からバックアップ電源ライン3に電力を供給する。図1のバックアップ装置は、バックアップ電源ライン3の電圧が設定電圧よりも低くなると、充電制御FET4Aのみをオンに切り換えて、放電制御FET4Bをオフに保持し、あるいは充電制御FET4Aと放電制御FET4Bの両方をオフに切り換えて、二次電池1をバックアップ電源ライン3から電気的に切り離す。この状態で、二次電池1を充電する必要があれば、制御回路5は、充電制御回路6を制御して、充電制御回路6から二次電池1を充電する。このバックアップ装置は、スイッチング素子4を二次電池1の充電には使用しない。このバックアップ装置は、スイッチング素子4を必ずしも一対のFETで構成する必要はない。二次電池の放電のみを許容して、充電を許容しない方向に接続しているひとつのFETでスイッチング素子を構成することもできる。
【0017】
図に示すように、ソースとドレインを互いに逆向きとして直列に接続している、充電制御FET4Aと放電制御FET4Bからなる一対のFETで構成するスイッチング素子4は、二次電池1の放電と充電の両方を制御できる。したがって、このスイッチング素子4は、図2に示すように、制御回路5の充電制御回路6を省略して、スイッチング素子4で二次電池1の充電を制御することもできる。このスイッチング素子4は、充電制御FET4Aをオンオフに制御して、二次電池1をパルス充電して満充電する。また、充電制御FET4Aの内部抵抗を制御して、二次電池1の充電電流を制御しながら満充電することもできる。充電制御FET4Aをオンオフに制御して、二次電池1を充電するとき、放電制御FET4Bはオフに保持できる。それは、放電制御FET4Bの寄生ダイオードを介して、二次電池1に充電電流を流すことができるからである。ただ、放電制御FET4Bをオンにして、充電制御FET4Aで二次電池1の充電を制御することもできるのはいうまでもない。
【0018】
スイッチング素子4は制御回路5に制御される。図1の制御回路5は、バックアップ電源ライン3の電圧を設定電圧に比較するコンパレータ7と、コンパレータ7に制御されてスイッチング素子4を制御するコントローラー8と、コントローラー8に制御されて二次電池1の充電を制御する充電制御回路6とを備える。図2のバックアップ装置は、スイッチング素子4を充電制御回路に併用するので、充電制御回路がない。
【0019】
コンパレータ7は差動アンプで、+側入力端子に基準電源9を接続して、−側入力端子にバックアップ電源ライン3を接続している。基準電源9は、二次電池1がバックアップ電源ライン3に電力を供給する電圧を特定する設定電圧に等しくしている。このコンパレータ7は、バックアップ電源ライン3の電圧が基準電源9の電圧よりも低いときに出力を”Low”とし、バックアップ電源ライン3の電圧が基準電源9の電圧よりも高いときに”High”を出力する。
【0020】
コントローラー8は、コンパレータ7から”Low”が入力されるときに、スイッチング素子4をオンに制御して、電圧が低下したバックアップ電源ライン3に二次電池1から電力を供給する。このとき、コントローラー8は、充電制御FET4Aと放電制御FET4Bの両方をオンに制御する。コンパレータ7から”High”が入力されると、図1のバックアップ装置のコントローラー8は、スイッチング素子4をオフにして、二次電池1がバックアップ電源ライン3に電力を供給しない状態とする。図2のバックアップ装置のコントローラー8は、コンパレータ7から”High”が入力されるとき、二次電池1の満充電を検出して、スイッチング素子4のオンオフを制御する。コンパレータ7から”High”が入力されて、二次電池1が満充電された状態でないときは、充電制御FET4Aをオンに制御して二次電池1を満充電されるまで充電する。二次電池1が満充電されると、充電制御FET4Aをオフに切り換えて充電を停止する。二次電池1を充電するとき、放電制御FET4Bはオン又はオフに制御される。放電制御FET4Bは、オフ状態にあっても寄生ダイオードで充電電流を流すことができるからである。コンパレータ7から”High”が入力されて、二次電池1が満充電された状態にあると、コントローラー8は充電制御FET4Aをオフに制御して、二次電池1を充電しないようにする。二次電池1の過充電を防止するためである。
【0021】
図1と図2の電源バックアップ装置は、スイッチング素子4にFETを使用している。ただ、本発明のバックアップ装置は、スイッチング素子4をFETに特定しない。スイッチング素子には、FETに代わって、トランジスター等の半導体素子を使用し、あるいはリレー等のオンオフに切り換えられる素子を使用することもできる。
【0022】
二次電池1は、リチウムイオン二次電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池等の充電できる電池である。二次電池1は、充電できる全てのタイプの電池を使用することができる。二次電池1は、バックアップ電源ライン3に規定の電圧で電力を供給できる電圧となるように、直列に接続する電池の個数を調整している。
【0023】
電源回路2は、バックアップ電源ライン3に接続されると共に、制御回路5の充電制御回路6を介して二次電池1に接続される。図1のバックアップ装置は、充電制御回路6とダイオード10を介して電源回路2を二次電池1に接続している。この電源回路2は、バックアップ電源ライン3に電力を供給しながら、二次電池1を充電する。電源回路2の出力電圧が低下して、バックアップ電源ライン3に規定の電圧で電力を供給できなくなると、二次電池1からバックアップ電源ライン3に電力を供給する。電源回路2がバックアップ電源ライン3に電力を供給するとき、二次電池1はバックアップ電源ライン3に電力を供給しない。ただ、電源回路2がバックアップ電源ライン3に電力を供給しながら、二次電池1で電力を供給することもできる。たとえば、電源回路2の電圧が低下して、バックアップ電源ライン3に充分な電力を供給できなくなるとき、二次電池1からもバックアップ電源ライン3に電力を供給することができる。
【0024】
【発明の効果】
本発明の電源バックアップ装置は、ダイオードの無駄な電力消費を極減して、二次電池に蓄えられる電力を有効にバックアップ電源ラインに供給できる特徴がある。それは、本発明の電源バックアップ装置が、二次電池とバックアップ電源ラインとの間にFET等のスイッチング素子を接続して、二次電池からバックアップ電源ラインに電力を供給するからである。スイッチング素子に使用されるFET等の内部抵抗に起因する電圧降下は、ダイオードに比較して極めて小さく、二次電池の電力を無駄に消費することなく、バックアップ電源ラインに供給できる。
【0025】
また、本発明の電源バックアップ装置は、二次電池からバックアップ電源ラインに電力を供給するときのバックアップ電源ラインの電圧を最適電圧に設定できる特徴もある。それは、本発明の電源バックアップ装置に内蔵される制御回路が、バックアップ電源ラインの電圧を設定電圧に比較して、バックアップ電源ラインの電圧が設定電圧よりも低いときに、スイッチング素子をオンにして二次電池からバックアップ電源ラインに電力を供給するからである。この回路構成のバックアップ装置は、バックアップ電源ラインの電圧が低下したときに、理想的な電圧で二次電池からバックアップ電源ラインに電力を供給できる。このため、バックアップ用の二次電池をもっとも効率よく有効に使用して、バックアップ電源ラインに電力を供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例にかかる電源バックアップ装置のブロック図
【図2】本発明の他の実施例にかかる電源バックアップ装置のブロック図
【符号の説明】
1…二次電池
2…電源回路
3…バックアップ電源ライン
4…スイッチング素子
4A…充電制御FET
4B…放電制御FET
5…制御回路
6…充電制御回路
7…コンパレータ
8…コントローラー
9…基準電源
10…ダイオード
Claims (5)
- バックアップ用の二次電池(1)と、この二次電池(1)を充電する電源回路(2)と、二次電池(1)とバックアップ電源ライン(3)との間に接続されてなるスイッチング素子(4)と、バックアップ電源ライン(3)の電圧を設定電圧に比較してバックアップ電源ライン(3)の電圧が設定電圧よりも低下すると、スイッチング素子(4)をオンに制御してスイッチング素子(4)でもって二次電池(1)からバックアップ電源ライン(3)に電力を供給するように制御する制御回路(5)とを備える電源バックアップ装置。
- 制御回路(5)が、バックアップ電源ライン(3)の電圧を設定電圧に比較するコンパレータ(7)を備える請求項1に記載される電源バックアップ装置。
- バックアップ電源ライン(3)に電源回路(2)を接続しており、バックアップ電源ライン(3)は制御回路(5)に内蔵される充電制御回路(6)を介して二次電池(1)に接続されると共に、スイッチング素子(4)を介して二次電池(1)に接続され、
バックアップ電源ライン(3)の電圧が設定電圧よりも低くなると、スイッチング素子(4)をオンに切り換えて二次電池(1)からバックアップ電源ライン(3)に電力を供給し、バックアップ電源ライン(3)の電圧が設定電圧よりも高くなると、スイッチング素子(4)をオフに切り換えて、電源回路(2)が充電制御回路(6)を介して二次電池(1)を充電するようにしてなる請求項1に記載される電源バックアップ装置。 - 充電制御回路(6)をダイオード(10)を介して二次電池(1)に接続してなる請求項3に記載される電源バックアップ装置。
- バックアップ電源ライン(3)に電源回路(2)を接続しており、バックアップ電源ライン(3)はスイッチング素子(4)を介して二次電池(1)に接続され、
バックアップ電源ライン(3)の電圧が設定電圧よりも低くなると、スイッチング素子(4)をオンに切り換えて二次電池(1)からバックアップ電源ライン(3)に電力を供給し、バックアップ電源ライン(3)の電圧が設定電圧よりも高くなると、スイッチング素子(4)をオンに切り換えて、電源回路(2)がスイッチング素子(4)を介して二次電池(1)を充電するようにしてなる請求項1に記載される電源バックアップ装置。
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-
2002
- 2002-08-30 JP JP2002252724A patent/JP2004096857A/ja active Pending
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