JP2004096857A - 電源バックアップ装置 - Google Patents

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

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

Claims (5)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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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