JP2005073339A - Backup power supply - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電源装置の瞬時停電時に負荷に直流電源を供給してバックアップするバックアップ電源装置に係り、特に放電電流の検出を電力損失が少なく、安定して検出することができるバックアップ電源装置に関する。 The present invention relates to a backup power supply apparatus that supplies DC power to a load and backs up when an instantaneous power failure occurs in the power supply apparatus, and more particularly to a backup power supply apparatus that can stably detect discharge current with little power loss.
商用電源(50Hz/60Hz、100Vの交流電源)から直流電源を発生し、負荷に供給する電源装置は、落雷や誘導雷などのサージ電圧の影響を受け、瞬時停電などの一時的な電圧低下を発生する場合がある。 A power supply that generates DC power from a commercial power supply (50Hz / 60Hz, 100V AC power) and supplies it to the load is affected by surge voltages such as lightning and induced lightning. May occur.
一般に、瞬時停電の時間は、70ms〜300msがほとんどで、短い時間ではあるが、負荷となる装置(例えば、生産ライン装置)の一時的なダウンやメモリの異常が発生し、製品の不良、生産ラインの停止を招く場合がある。 In general, the time of instantaneous power failure is almost 70 ms to 300 ms, but it is a short time, but the equipment (for example, production line equipment) that becomes a load is temporarily down or the memory is abnormal. It may cause a line stop.
このような電源装置の瞬時停電をバックアップして負荷となる装置の動作を保証するためにバックアップ電源装置が採用されている。 A backup power supply device is employed to back up such an instantaneous power failure of the power supply device and guarantee the operation of the load device.
従来のバックアップ電源装置は、負荷に直流電源を供給する電源装置と並列に接続し、電源装置が正常時(瞬時停電を発生しない状態)に、電源装置から充電電流を取り込んで充電する充電回路と、充電回路によって昇圧された電気エネルギーを蓄積する電解コンデンサと、電解コンデンサに蓄積した電気エネルギーを放電エネルギーとして蓄積し、放電する放電回路とを備え、電源装置に瞬時停電が発生した場合、蓄積した放電エネルギーを放電して負荷に供給し、負荷への電源供給をバックアップするように構成されている。 A conventional backup power supply device is connected in parallel with a power supply device that supplies DC power to a load, and when the power supply device is normal (a state in which no instantaneous power failure occurs), a charging circuit that takes in charging current from the power supply device and charges it , Equipped with an electrolytic capacitor that accumulates electric energy boosted by the charging circuit, and a discharge circuit that accumulates and discharges the electric energy accumulated in the electrolytic capacitor as discharge energy, and accumulates when an instantaneous power failure occurs in the power supply device The discharge energy is discharged and supplied to the load, and the power supply to the load is backed up.
図5に従来のバックアップ電源装置の一実施例ブロック構成図を示す。図5において、バックアップ電源装置50は、充電回路51、電解コンデンサC、放電回路52、電圧検出部53、スイッチ駆動部54、MOSFET−Qを備え、電源装置55(電源電圧VCC)から供給される電源電流IPから充電電流ICを充電回路51で取り込んで昇圧し、昇圧した電気エネルギーを電解コンデンサCに蓄積し、蓄積した電気エネルギーを放電回路52で降圧して放電電圧VDを発生する。
FIG. 5 shows a block diagram of an embodiment of a conventional backup power supply apparatus. In FIG. 5, a backup power supply device 50 includes a
一方、電源装置55(電源電圧VCC)から供給される負荷電流IL(=電源電流IP−充電電流IC)により、負荷56が駆動される。
On the other hand, the
落雷や誘導雷などのサージ電圧の影響により、商用電源ラインの交流電源VACに瞬時停電が発生すると、電源装置55も瞬時停電によって直流電源の供給が瞬断して電源電圧VCCが低下する。
When an instantaneous power failure occurs in the AC power supply VAC of the commercial power supply line due to the influence of a surge voltage such as a lightning strike or induced lightning, the
電圧検出部53は、電源電圧VCCの低下を監視し、電源電圧VCCが所定電圧ΔV低下を検出すると、停止信号STを充電回路51に供給して充電回路51の動作を停止(充電電流ICの流入を阻止)するとともに、スイッチ駆動部54から駆動信号SDをMOSFET−Qに提供してMOSFET−Qをオン駆動する。
The
MOSFET−Qがオンすると、放電回路52から放電電流であるバックアップ電流IBが流れる。放電回路52から出力される放電電圧VDは、MOSFET−Qのオン抵抗の電圧降下でバックアップ電圧VBとなる。なお、バックアップ電圧VBは、電圧検出部53の検出電圧(=電源電圧VCC−所定電圧ΔV)以下に設定し、電源装置55が瞬時停電中は電圧検出部53を動作状態にしてバックアップ電流IBが供給されるようにする。
When MOSFET-Q is turned on, a backup current IB that is a discharge current flows from the
また、電源装置55の瞬時停電中は、電圧検出部53から停止信号STを供給して充電回路51の動作を停止するので、放電回路52から供給されるバックアップ電流IBは全て負荷56に供給されることになる(バックアップ電流IB=負荷電流IL)。
Further, during the instantaneous power failure of the
一方、電源装置55の瞬時停電が復旧して電源電圧VCCが発生すると、電圧検出部53の動作が停止し、MOSFET−Qがオフ状態となってバックアップ動作が停止するとともに、充電回路51が動作して電源電流IPの中から充電電流ICを取り込んで、再度充電を開始する。
On the other hand, when the instantaneous power failure of the
図7に図5の電源電圧からバックアップ電圧への切替え特性図を示す。図7において瞬時停電が発生すると、電源電圧VCCが低下して時間t1で電圧検出部53が電源電圧VCCの電圧降下から瞬時停電を検出するが、スイッチ駆動部54が動作してMOSFET−Qがオンするまで時間(=t2−t1)を要する。
FIG. 7 shows a switching characteristic diagram from the power supply voltage to the backup voltage in FIG. In FIG. 7, when an instantaneous power failure occurs, the power supply voltage VCC decreases, and at time t1, the
また、時間t2では電源電圧VCCが更に低下しており、MOSFET−Qがオンしてから、時間(=t3−t2)でバックアップ電圧VBに達してバックアップを開始する。 Further, at time t2, the power supply voltage VCC further decreases, and after the MOSFET-Q is turned on, the backup voltage VB is reached at time (= t3-t2) and backup is started.
このように、バックアップ電源装置50は、瞬時低電時に電源電圧VCCの低下を検出して充電回路51の動作を停止し、MOSFET−Qをオンにしてバックアップ電圧VBで負荷56にバックアップ電流IB(=負荷電流IL)を供給してバックアップするので、充電した有限の電気エネルギーを有効に利用することができる。
In this way, the backup power supply 50 detects a drop in the power supply voltage VCC during an instantaneous power failure, stops the operation of the
図6に従来のバックアップ電源装置の別実施例ブロック構成図を示す。図6において、バックアップ電源装置57は、図5に示す電圧検出部53、スイッチ駆動部54およびMOSFET−Qに代えて電圧比較部58および抵抗器Rを備えた点が異なる。
FIG. 6 shows a block diagram of another embodiment of a conventional backup power supply apparatus. 6, the backup power supply device 57 is different in that it includes a
バックアップ電源装置57が充電されている状態で、電源装置55に瞬時停電が発生し、電源電圧VCCが低下して放電電圧VDを下回ると、放電回路52から抵抗器Rを介してバックアップ電流IBが流れる。
When the backup power supply 57 is charged and an instantaneous power failure occurs in the
バックアップ電流IBが流れ、抵抗器R両端に放電電圧VDおよび電源電圧VCC(VCC>VD)から放電電圧VDおよびバックアップ電圧VB(VD>VB)に変化するが、この放電電圧VDとバックアップ電圧VBを電圧比較部58で比較し、放電電圧VDがバックアップ電圧VBを超える場合(VD>VB)に停止信号STを充電回路51に供給し、充電回路51の動作を停止して充電電流ICの流入を停止させる。
A backup current IB flows and changes across the resistor R from the discharge voltage VD and the power supply voltage VCC (VCC> VD) to the discharge voltage VD and the backup voltage VB (VD> VB). The discharge voltage VD and the backup voltage VB are When the
この動作により、バックアップ電圧VBで負荷56を駆動し、バックアップ電流IBを負荷56に供給する。
By this operation, the
放電回路52と電源装置55を抵抗器Rを介して接続することにより、電源電圧VCCが放電電圧VDよりも低下すると、自然にバックアップ電源装置57からバックアップ電流IBが負荷56に流れる、いわゆるフリーバランス方式が形成される。
By connecting the
図8に図6の電源電圧からバックアップ電圧への切替え特性図を示す。図8において、瞬時停電が発生すると、時間t0で電源電圧VCCが低下して時間taでバックアップ電圧VBに達し、自然にフリーバランスでバックアップ電流IBを流し、バックアップを開始する。 FIG. 8 is a switching characteristic diagram from the power supply voltage to the backup voltage in FIG. In FIG. 8, when an instantaneous power failure occurs, the power supply voltage VCC decreases at time t0, reaches the backup voltage VB at time ta, and the backup current IB flows naturally in a free balance to start backup.
バックアップ電流IBが流れると、電圧比較部58が抵抗器R両端の放電電圧VDとバックアップ電圧VBを比較して停止信号STを放電回路51に供給し、放電回路51を停止して充電電流ICの流入を停止する。
When the backup current IB flows, the
このように、バックアップ電源装置57は、瞬時低電時に電源電圧VCCの低下が起きると、抵抗器Rを介して自然にバックアップ電流IBが流れ、放電回路51の動作を停止して充電電流ICの流入を停止し、バックアップ電圧VBで負荷56にバックアップ電流IB(=負荷電流IL)を供給してバックアップするので、充電した有限の電気エネルギーを有効に利用することができる。
As described above, when the power supply voltage VCC decreases during the instantaneous power failure, the backup power supply 57 naturally flows the backup current IB through the resistor R, stops the operation of the
また、従来の電源装置は、「特許文献1」に開示されているように、通常状態ではDC/DCコンバータの出力を直流電源出力とするとともに、充電手段で電池に充電しておき、交流電源の瞬断を検出すると、迅速に電池を直流電源出力に切替えるものが知られている。なお、バックアップ電源装置に関連する文献を検索したが、該当する文献が見当たらない状況にあるので、「特許文献1」を参考に記載する。
図5に示す従来のバックアップ電源装置は、電源電圧VCCの低下の設定を、バックアップ電圧VBよりも低い値に設定すると、バックアップが開始されバックアップ電圧VBが発生すると瞬時停電が復旧したと判断してバックアップを停止し、バックアップ電圧VBが低下するとバックアップを開始することの繰り返しで、バックアップ電圧VBにチャタリングを発生する課題があり、高精度の電圧検出部が要求される。 The conventional backup power supply device shown in FIG. 5 determines that the instantaneous power failure has been restored when the backup voltage VB is generated when the backup voltage VB is set to a value lower than the backup voltage VB. There is a problem that chattering occurs in the backup voltage VB by repeatedly starting the backup when the backup voltage VB decreases and the backup voltage VB decreases, and a highly accurate voltage detection unit is required.
また、図7に示すように、電圧検出部が電源電圧VCCの低下を検出してからMOSFET−Qをオンさせるために時間を要し、バックアップ時に直流電圧の落ち込みが発生する課題がある。 Further, as shown in FIG. 7, it takes time to turn on the MOSFET-Q after the voltage detector detects a drop in the power supply voltage VCC, and there is a problem that the DC voltage drops during backup.
図6に示す従来のバックアップ電源装置は、抵抗器を介してフリーバランス方式でバックアップをする構成のため、バックアップ時に直流電圧の落ち込みの課題、電源電圧VCCの低下を検出する設定の課題は解消されるが、バックアップ電流IBが抵抗値Rを流れる構成のため、バックアップ電流IBが大きな場合には抵抗器の電圧降下が大きくなり、抵抗器による電力損失が大きくなるとともに、バックアップ電圧VBが低下する課題がある。 Since the conventional backup power supply device shown in FIG. 6 is configured to perform a backup in a free balance manner through a resistor, the problem of the DC voltage drop and the setting problem of detecting the drop of the power supply voltage VCC during the backup are solved. However, since the backup current IB flows through the resistance value R, when the backup current IB is large, the voltage drop of the resistor increases, the power loss due to the resistor increases, and the backup voltage VB decreases. There is.
また、抵抗器の値を小さくして電圧降下を抑え、バックアップ電圧VBの低下を解消しようとすると、バックアップ電流IBが小さい場合には、放電電圧VDとバックアップ電圧VBの差が少なく、電圧比較部でバックアップ状態を判定できないため、充電回路を停止できなくなって充電電流ICを停止することができず、バックアップ電流IBが大きくなって負荷に必要なバック時間を確保できない課題がある。 In addition, if the value of the resistor is decreased to suppress the voltage drop and the decrease in the backup voltage VB is to be eliminated, when the backup current IB is small, the difference between the discharge voltage VD and the backup voltage VB is small, and the voltage comparison unit Since the backup state cannot be determined, the charging circuit cannot be stopped, the charging current IC cannot be stopped, and the backup current IB becomes large, and the back time required for the load cannot be secured.
この現象を説明すると、瞬時停電発生→フリーバランスでバックアップ電流IBが流れる→バックアップ状態が検出できない→充電回路が動作→充電電流ICを含めた大きなバックアップ電流IBが発生→バックアップ状態を検出→充電回路が停止→バックアップ電流IBが減少→バックアップ状態が検出できなく、充電回路が動作→充電電流ICを含めた大きなバックアップ電流IBが発生する現象を繰り返してバックアップ電源装置の電気エネルギーが急速に放電してバックアップ時間が確保できなくなる。 Explaining this phenomenon: Instantaneous power outage → Backup current IB flows in free balance → Backup state cannot be detected → Charging circuit operates → Large backup current IB including charging current IC occurs → Backup state detected → Charging circuit → Backup current IB decreases → Backup state cannot be detected and charging circuit operates → Repeated phenomenon that large backup current IB including charging current IC occurs, and the electrical energy of the backup power supply is rapidly discharged Backup time cannot be secured.
さらに、電源装置が正常時(瞬時停電が発生しない状態)には、電源電圧VCCが抵抗器を介して放電回路に現れており、放電回路が電源電圧VCCを監視して電解コンデンサに蓄積された電気エネルギーを放電電圧VDに降圧する発振をしている場合には、放電回路の出力が電源電圧VCCになっているので、放電回路が発振を停止しており、この時点で瞬時停電が発生すると、発振から放電電圧VDが発生するまでにタイムラグが生じ、バックアップが遅れる課題がある。 Further, when the power supply device is normal (a state where no instantaneous power failure occurs), the power supply voltage VCC appears in the discharge circuit through the resistor, and the discharge circuit monitors the power supply voltage VCC and accumulates in the electrolytic capacitor. When oscillating to step down the electric energy to the discharge voltage VD, the output of the discharge circuit is at the power supply voltage VCC, so the discharge circuit has stopped oscillating, and an instantaneous power failure occurs at this point There is a problem that a time lag occurs from the oscillation until the discharge voltage VD is generated, and the backup is delayed.
この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は電源装置に瞬時停電が発生した場合、充電回路への放電電流(バックアップ電流)を防止して負荷に必要な放電電流だけを供給することができ、放電電流(バックアップ電流)を必要最小限にして負荷のバックアップ時間を最大限確保することができるバックアップ電源装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve such a problem, and its purpose is to prevent a discharge current (backup current) to a charging circuit when a power failure occurs in a power supply device, and a discharge current necessary for a load. It is an object of the present invention to provide a backup power supply device that can supply only a large amount of power, and can ensure the maximum backup time of a load by minimizing the discharge current (backup current).
前記課題を解決するためこの発明に係るバックアップ電源装置は、負荷に直流電源を供給する電源装置と並列に接続し、電源装置から充電電流を充電する充電回路と、充電回路に充電された電気エネルギーに基づいて放電エネルギーを蓄積する放電回路とを備え、電源回路に瞬時停電が発生した場合に、負荷に放電電流を供給してバックアップするバックアップ電源装置であって、電源装置から放電回路への逆流阻止をするとともに、フリーバランス方式で放電電流を流し、放電電流に基づいて放電状態を低電力損失で検出して充電回路に放電電流が充電されることを防止する放電検出手段を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a backup power supply device according to the present invention is connected in parallel to a power supply device that supplies a DC power supply to a load, and a charging circuit that charges a charging current from the power supply device, and electrical energy charged in the charging circuit A backup power supply that stores discharge energy based on the power supply circuit and supplies a backup current by supplying a discharge current to the load when an instantaneous power failure occurs in the power supply circuit. Discharge detection means for preventing discharge current from being charged in the charging circuit by blocking the discharge current through the free balance method and detecting the discharge state with low power loss based on the discharge current. Features.
この発明に係るバックアップ電源装置は、電源装置から放電回路への逆流阻止をするとともに、フリーバランス方式で放電電流(バックアップ電流)を流し、放電電流に基づいて放電状態を低電力損失で検出して充電回路に放電電流が充電されることを防止する放電検出手段を備えたので、電源装置に瞬時停電が発生しても、負荷への電源供給を途切れることなく継続して供給するとともに、充電回路への放電電流を防止して負荷に必要な放電電流だけを供給することができる。 The backup power supply device according to the present invention prevents backflow from the power supply device to the discharge circuit, allows a discharge current (backup current) to flow in a free-balance manner, and detects a discharge state based on the discharge current with low power loss. Since the charging circuit is equipped with discharge detection means to prevent the discharge current from being charged, even if an instantaneous power failure occurs in the power supply, the power supply to the load is continuously supplied without interruption, and the charging circuit Only the discharge current necessary for the load can be supplied.
また、この発明に係る放電検出手段は、放電回路の出力から順方向に接続したダイオード、ダイオードのアノード電圧とカソード電圧とを比較するコンパレータ、コンパレータでアノード電圧がカソード電圧よりも大きいと判定した場合には、充電回路の動作を停止する充電停止手段を備えたことを特徴とする。 In addition, the discharge detection means according to the present invention is a diode connected in the forward direction from the output of the discharge circuit, a comparator that compares the anode voltage and the cathode voltage of the diode, and the comparator determines that the anode voltage is greater than the cathode voltage Is provided with a charge stopping means for stopping the operation of the charging circuit.
この発明に係る放電検出手段は、放電回路の出力から順方向に接続したダイオードと、ダイオードのアノード電圧とカソード電圧とを比較するコンパレータと、コンパレータでアノード電圧がカソード電圧よりも大きいと判定した場合には、充電回路の動作を停止する充電停止手段とを備えたので、電源装置に瞬時停電が発生してダイオードのカソード電圧がアノード電圧よりも低くなると、直ちに放電電流(バックアップ電流)を流して負荷のバックアップを開始し、充電回路の動作を停止するので、最小の放電電流でバックアップ時間を確保することができる。 The discharge detection means according to the present invention includes a diode connected in the forward direction from the output of the discharge circuit, a comparator that compares the anode voltage and the cathode voltage of the diode, and the comparator that determines that the anode voltage is greater than the cathode voltage. Is equipped with a charging stop means for stopping the operation of the charging circuit, so that if an instantaneous power failure occurs in the power supply device and the cathode voltage of the diode becomes lower than the anode voltage, a discharge current (backup current) flows immediately. Since the backup of the load is started and the operation of the charging circuit is stopped, the backup time can be secured with the minimum discharge current.
さらに、この発明に係るダイオードは、電源装置から放電回路に流れる電流を阻止する電流阻止ダイオードとして動作することをと特徴とする。 Furthermore, the diode according to the present invention is characterized in that it operates as a current blocking diode that blocks current flowing from the power supply device to the discharge circuit.
この発明に係るダイオードは、電源装置から放電回路に流れる電流を阻止する電流阻止ダイオードとして動作するので、単純な構成で逆流阻止および放電電流の検出を兼用することができる。 Since the diode according to the present invention operates as a current blocking diode that blocks current flowing from the power supply device to the discharge circuit, it can be used for both reverse flow blocking and discharge current detection with a simple configuration.
この発明に係るバックアップ電源装置は、電源装置から放電回路への逆流阻止をするとともに、フリーバランス方式で放電電流を流し、放電電流に基づいて放電状態を低電力損失で検出して充電回路に放電電流が充電されることを防止する放電検出手段を備えたので、電源装置に瞬時停電が発生しても、負荷への電源供給を途切れることなく継続して供給するとともに、充電回路への放電電流を防止して負荷に必要な放電電流だけを供給することができ、放電電流を必要最小限にして負荷のバックアップ時間を最大限確保することができる。 The backup power supply apparatus according to the present invention prevents backflow from the power supply apparatus to the discharge circuit, allows a discharge current to flow in a free balance manner, detects the discharge state based on the discharge current with low power loss, and discharges to the charging circuit. Discharge detection means to prevent the current from being charged, so that even if an instantaneous power failure occurs in the power supply, the power supply to the load is continuously supplied without interruption and the discharge current to the charging circuit Thus, only the discharge current required for the load can be supplied, and the discharge current can be minimized to ensure the maximum load backup time.
また、この発明に係る放電検出手段は、放電回路の出力から順方向に接続したダイオードと、ダイオードのアノード電圧とカソード電圧とを比較するコンパレータと、コンパレータでアノード電圧がカソード電圧よりも大きいと判定した場合には、充電回路の動作を停止する充電停止手段とを備えたので、電源装置に瞬時停電が発生してダイオードのカソード電圧がアノード電圧よりも低くなると、直ちに放電電流を流して負荷のバックアップを開始し、充電回路の動作を停止するので、最小の放電電流でバックアップ時間を確保することができ、効率的なバックアップを実現することができる。 The discharge detection means according to the present invention determines a diode connected in the forward direction from the output of the discharge circuit, a comparator that compares the anode voltage and the cathode voltage of the diode, and the comparator determines that the anode voltage is greater than the cathode voltage. In this case, since the charging circuit is provided with a charging stop means for stopping the operation of the charging circuit, when an instantaneous power failure occurs in the power supply device and the cathode voltage of the diode becomes lower than the anode voltage, the discharging current is immediately supplied to the load circuit. Since the backup is started and the operation of the charging circuit is stopped, the backup time can be secured with the minimum discharge current, and the efficient backup can be realized.
さらに、この発明に係るダイオードは、電源装置から放電回路に流れる電流を阻止する電流阻止ダイオードとして動作するので、単純な構成で逆流阻止および放電電流の検出を兼用することができ、バックアップ電源装置をフリーバランス方式で構成することができる。 Furthermore, since the diode according to the present invention operates as a current blocking diode that blocks current flowing from the power supply device to the discharge circuit, it can be used for both reverse flow blocking and discharge current detection with a simple configuration. It can be configured by a free balance method.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図1はこの発明に係るバックアップ電源装置の実施の形態基本ブロック構成図である。図1において、バックアップ電源装置1は、充電回路2、電解コンデンサC、放電回路3および放電検出手段4を備える。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a basic block diagram of an embodiment of a backup power supply apparatus according to the present invention. In FIG. 1, the backup power supply device 1 includes a charging
バックアップ電源装置1は、電源装置5と並列に接続し、電源装置5から電源電流IPの一部である充電電流ICの供給を受けて電気エネルギーを充電し、充電された電気エネルギーに基づいて放電エネルギーを蓄積する。 The backup power supply device 1 is connected in parallel with the power supply device 5, is charged with electric energy by being supplied with a charging current IC that is a part of the power supply current IP from the power supply device 5, and is discharged based on the charged electric energy. Accumulate energy.
また、バックアップ電源装置1は、電源回路5に瞬時停電が発生した場合に、負荷6に放電電流(バックアップ電流IB)を供給してバックアップする。 Further, the backup power supply 1 backs up by supplying a discharge current (backup current IB) to the load 6 when an instantaneous power failure occurs in the power supply circuit 5.
充電回路2は、DC/DCコンバータ等の昇圧回路で構成し、電源装置5から供給される充電電流ICを取り込み、電源電圧VCCを昇圧して高周波のパルスを電解コンデンサCに供給する。
The charging
また、充電回路2は、電源装置5から供給される充電電流ICを取り込むか、または取り込みを停止するスイッチング素子や制御回路を備え、放電検出手段4から供給される制御信号SCに基づいて充電電流ICの取り込み、または充電電流ICの取り込み停止の動作を実行する。
The charging
電解コンデンサCは、充電回路2から供給される高周波のパルスを平滑して充電電圧VCの電気エネルギーを蓄積(充電)し、蓄積した電気エネルギーを放電回路3に供給する。なお、電解コンデンサCに充電した電気エネルギーをバックアップ用の放電エネルギーとする。
The electrolytic capacitor C smoothes high-frequency pulses supplied from the charging
放電回路3は、降圧回路、放電制御回路等で構成し、電解コンデンサCに蓄積(充電)した充電電圧VCの電気エネルギーを降圧し、放電電圧VDの放電エネルギーを発生する。 The discharge circuit 3 includes a step-down circuit, a discharge control circuit, etc., and steps down the electric energy of the charging voltage VC stored (charged) in the electrolytic capacitor C to generate discharge energy of the discharging voltage VD.
また、放電回路3は、放電検出手段4の出力端に現れる電源電圧VCCを監視し、放電電圧VDが電源電圧VCCよりも低い値(VCC>VD)になるように調整し、瞬時停電が発生しない場合にも、常に放電電圧VDを発生して待機状態にある。 In addition, the discharge circuit 3 monitors the power supply voltage VCC appearing at the output terminal of the discharge detection means 4 and adjusts the discharge voltage VD to be lower than the power supply voltage VCC (VCC> VD), thereby generating an instantaneous power failure. Even if not, the discharge voltage VD is always generated to be in a standby state.
放電検出手段4は、電源装置5から放電回路3への電流の逆流阻止をするとともに、瞬時停電時に、電源電圧VCCが低下すると、自然にフリーバランス方式でバックアップ電流IB(放電電流)を流し、バックアップ電流IB(放電電流)に基づいて放電状態を低電力損失で検出して充電回路2にバックアップ電流IB(放電電流)が充電されることを防止することにより、負荷6に必要とされる負荷電流ILに等しいバックアップ電流IB(=IL)を供給し、負荷6の駆動をバックアップする。なお、バックアップ電圧VBは、放電電圧VDよりも放電検出手段4の電圧降下分だけ低い値となる。 The discharge detection means 4 prevents the backflow of current from the power supply device 5 to the discharge circuit 3, and when the power supply voltage VCC decreases during an instantaneous power failure, it naturally causes the backup current IB (discharge current) to flow in a free balance manner. The load required for the load 6 by detecting the discharge state with low power loss based on the backup current IB (discharge current) and preventing the backup circuit IB (discharge current) from being charged in the charging circuit 2 A backup current IB (= IL) equal to the current IL is supplied, and the drive of the load 6 is backed up. Note that the backup voltage VB is lower than the discharge voltage VD by the voltage drop of the discharge detection means 4.
このように、この発明に係るバックアップ電源装置1は、電源装置5から放電回路3への逆流阻止をするとともに、フリーバランス方式で放電電流(バックアップ電流IB)を流し、放電電流に基づいて放電状態を低電力損失で検出して充電回路2に放電電流(バックアップ電流IB)が充電されることを防止する放電検出手段4を備えたので、電源装置5に瞬時停電が発生しても、負荷6への電源供給を途切れることなく継続して供給するとともに、充電回路2への放電電流(バックアップ電流IB)を防止して負荷6に必要な放電電流IB(=負荷電流IL)だけを供給することができ、放電電流(バックアップ電流IB)を必要最小限にして負荷6のバックアップ時間を最大限確保することができる。
As described above, the backup power supply device 1 according to the present invention prevents the backflow from the power supply device 5 to the discharge circuit 3 and allows a discharge current (backup current IB) to flow in a free balance manner. Is detected with low power loss, and the discharge detection means 4 for preventing the charging
図2はこの発明に係る放電検出手段の一実施の形態要部ブロック構成図である。図2において、放電検出手段4は、ダイオードD、コンパレータ7およびバッファ8を備える。なお、バッファ8は、充電停止手段を構成する。
FIG. 2 is a block diagram showing the principal part of one embodiment of the discharge detecting means according to the present invention. In FIG. 2, the discharge detection means 4 includes a diode D, a
ダイオードDは、シリコンダイオードで構成し、アノードを放電回路3の出力に接続し、カソードを充電回路2の正極性(+側)に接続する。つまり、ダイオードDは、放電回路3の出力から順方向に接続する。
The diode D is composed of a silicon diode, and has an anode connected to the output of the discharge circuit 3 and a cathode connected to the positive polarity (+ side) of the charging
電源装置5に瞬時停電が発生しない場合には、ダイオードDのアノード側に放電電圧VDが印加され、カソード側に電源電圧VCCが印加される。電源電圧VCCが放電電圧VDよりも高い電圧(VCC>VD)に設定されるので、ダイオードDは電源装置5から放電回路3への電流を阻止する逆流阻止用ダイオードとして動作する。 When an instantaneous power failure does not occur in the power supply device 5, the discharge voltage VD is applied to the anode side of the diode D, and the power supply voltage VCC is applied to the cathode side. Since the power supply voltage VCC is set to a voltage (VCC> VD) higher than the discharge voltage VD, the diode D operates as a reverse current blocking diode that blocks current from the power supply device 5 to the discharge circuit 3.
電源装置5に瞬時停電が発生した場合には、電源電圧VCCが低下していき、放電電圧VDよりもダイオードDの順方向電圧VF(≒0.6V)分だけ低下したバックアップ電圧VBになるにしたがって、フリーバランスにより、自然にバックアップ電流IBが流れる。 When an instantaneous power failure occurs in the power supply device 5, the power supply voltage VCC decreases and becomes a backup voltage VB that is lower than the discharge voltage VD by the forward voltage VF (≈0.6V) of the diode D. Therefore, the backup current IB flows naturally due to the free balance.
ダイオードDの順方向電圧VF(≒0.6V)は、流れるバックアップ電流IBの値による変動が少ないため、バックアップ電圧VBはほぼ一定に保たれる(VB=VD−VF)。 Since the forward voltage VF (≈0.6 V) of the diode D is less fluctuated due to the value of the flowing backup current IB, the backup voltage VB is kept substantially constant (VB = VD−VF).
ダイオードDの消費電力は、順方向電圧VF(≒0.6V)とバックアップ電流IBの積(=VF×IB)なので、比較的少ない電力損失に抑えることができる。例えば、バックアップ電流IBを2A(アンペア)流す場合、ダイオードDの電力損失は、1.2W(ワット)となり、図6に示す抵抗器Rを1Ω(オーム)とした場合の電力損失4W(ワット)に比較しても小さくなる。 Since the power consumption of the diode D is the product of the forward voltage VF (≈0.6 V) and the backup current IB (= VF × IB), it can be suppressed to a relatively small power loss. For example, when the backup current IB flows through 2 A (ampere), the power loss of the diode D is 1.2 W (watts), and the power loss is 4 W (watts) when the resistor R shown in FIG. 6 is 1 Ω (ohms). It becomes smaller compared to.
また、バックアップ電流IBが10mA(ミリアンペア)程度の小さい場合、ダイオードD間の電位差は、ダイオードの種類にもよるが数百mVとなり、電位差の検出が容易であるが、図6に示す抵抗器Rを1Ω(オーム)とした場合の抵抗器R間の電位差は、10mV(ミリボルト)と小さくなり、電位差の検出が困難で、誤検出する虞があり、高精度の検出器が必要となる。 When the backup current IB is as small as 10 mA (milliampere), the potential difference between the diodes D is several hundred mV depending on the type of the diode, and the potential difference can be easily detected, but the resistor R shown in FIG. The potential difference between the resistors R when the resistance is 1 Ω (ohms) is as small as 10 mV (millivolt), and it is difficult to detect the potential difference, which may cause a false detection, and a highly accurate detector is required.
なお、ダイオードDは、ショットキーバリアダイオードを採用して順方向電圧VFを約0.6Vよりも低く設定することもできる。 The diode D may be a Schottky barrier diode and the forward voltage VF can be set lower than about 0.6V.
図3はこの発明に係る電源電圧(VCC)からバックアップ電圧(VB)への切替え特性図である。図3において、時間t0で瞬時停電が発生すると、電源電圧VCCが低下して時間tbでバックアップ電圧VB(=放電電圧VD−順方向電圧VF)に到達して一定値を保ち、フリーバランスでバックアップ電流IBを流す。 FIG. 3 is a switching characteristic diagram from the power supply voltage (VCC) to the backup voltage (VB) according to the present invention. In FIG. 3, when an instantaneous power failure occurs at time t0, the power supply voltage VCC decreases, reaches the backup voltage VB (= discharge voltage VD−forward voltage VF) at time tb, maintains a constant value, and backs up with free balance. A current IB is supplied.
コンパレータ7は、ダイオードDのアノード側を一方の入力(例えば、+側)に接続し、ダイオードDのカソード側を他方の入力(例えば、−側)に接続することにより、アノード側の放電電圧VDと、カソード側の電源電圧VCCまたはバックアップ電圧VBとを比較し、比較結果に対応した比較信号HOをバッファ8(充電停止手段)に供給する。
The
電源装置5に瞬時停電がなく、正常な場合には、電源電圧VCCと放電電圧VDを比較することになり、電源電圧VCCが放電電圧VDよりも高く(VCC>VD)設定されるので、コンパレータ7は、Lレベルの判定信号HOを出力する。 When the power supply device 5 has no instantaneous power failure and is normal, the power supply voltage VCC is compared with the discharge voltage VD, and the power supply voltage VCC is set higher than the discharge voltage VD (VCC> VD). 7 outputs an L level determination signal HO.
電源装置5に瞬時停電が発生した場合には、放電電圧VDとバックアップ電圧VBを比較することになり、放電電圧VDがバックアップ電圧VBよりも順方向電圧VF(≒0.6V)分だけ電圧が高くなり、コンパレータ7は、Hレベルの判定信号HOを出力する。
When an instantaneous power failure occurs in the power supply device 5, the discharge voltage VD is compared with the backup voltage VB, and the discharge voltage VD is higher than the backup voltage VB by the forward voltage VF (≈0.6V). The
バッファ8(充電停止手段)は、コンパレータ7から供給される判定信号HOをそのままのレベル(HレベルまたはLレベル)で、電流容量を増加した制御信号SCを充電回路2に提供することにより、充電回路2の動作を停止し、バックアップ時に充電回路2に流入するバックアップ電流IB(充電電流ICに相当)を停止させる。
The buffer 8 (charging stop means) charges the determination signal HO supplied from the
図4はこの発明に係る充電回路停止の一実施の形態説明図である。図4において、充電回路2は、トランスTと、トランスTの一次巻線に直列にMOSFET−Q1および抵抗器R1を接続した一次側と、トランスTの二次巻線の二次側でDC/DCコンバータを構成する。
FIG. 4 is an explanatory view of an embodiment of the charging circuit stop according to the present invention. In FIG. 4, the charging
充電回路2に流れる充電電流ICの経路Lは、P1→一次巻線→MOSFET−Q1→抵抗器R1→P2で形成する。MOSFET−Q1のゲートPに図示しない制御回路から高周波パルスの駆動信号で駆動することにより、高周波が発振して経路Lに充電電流ICが流れる。
The path L of the charging current IC flowing in the charging
図2に示す放電検出手段4の制御信号SCで充電回路2の充電電流ICを停止するには、経路Lを図示しないスイッチング素子でオフするか、図示しない制御回路からゲートPをオフ駆動することで実現することができる。
In order to stop the charging current IC of the charging
なお、充電回路2を停止してバックアップ電流IB(充電電流IC)を流さない理由は、バックアップ時に蓄積された電気エネルギーを有効に活用するため、バックアップ電流IBは、負荷6に必要とされる負荷電流ILだけを流す(負荷電流IL=バックアップ電流IB)ことにある。これにより、負荷6のバックアップ時間を最大限に確保することができる。
The reason why the backup circuit IB (charging current IC) does not flow by stopping the charging
このように、この発明に係る放電検出手段4は、放電回路3の出力から順方向に接続したダイオードDと、ダイオードDのアノード電圧とカソード電圧とを比較するコンパレータ7と、コンパレータ7でアノード電圧がカソード電圧よりも大きいと判定した場合には、充電回路2の動作を停止する充電停止手段8とを備えたので、電源装置5に瞬時停電が発生してダイオードDのカソード電圧(バックアップ電圧VB)がアノード電圧(放電電圧VD)よりも低くなると、直ちに放電電流(バックアップ電流IB)を流して負荷6のバックアップを開始し、充電回路2の動作を停止するので、最小の放電電流(バックアップ電流IB)でバックアップ時間を確保することができ、効率的なバックアップを実現することができる。
As described above, the
また、この発明に係るダイオードDは、電源装置5から放電回路3に流れる電流を阻止する電流阻止ダイオードとして動作するので、単純な構成で逆流阻止および放電電流(バックアップ電流IB)の検出を兼用することができ、バックアップ電源装置1をフリーバランス方式で構成することができる。 Further, the diode D according to the present invention operates as a current blocking diode that blocks the current flowing from the power supply device 5 to the discharge circuit 3, so that it can be used for both reverse flow blocking and detection of the discharge current (backup current IB) with a simple configuration. The backup power supply device 1 can be configured in a free balance method.
本発明に係るバックアップ電源装置は、電源装置の瞬時停電時に、負荷に必要なバックアップ電流だけを供給し、バックアップ電流IBを必要最小限にして負荷のバックアップ時間を最大限確保することができ、一瞬の瞬断も許されず、バックアップ時間を長く要求される負荷の電源等に適用することができる。 The backup power supply device according to the present invention can supply only the backup current necessary for the load at the time of an instantaneous power failure of the power supply device, and can minimize the backup current IB to ensure the maximum backup time of the load. Therefore, it can be applied to a power source of a load that requires a long backup time.
1 バックアップ電源装置
2 充電回路
3 放電回路
4 放電検出手段
5 電源装置
6 負荷
7 コンパレータ
8 バッファ(充電停止手段)
C 電解コンデンサ
D ダイオード
Q1 MOSFET
T トランス
R1 抵抗器
VAC 交流電源
VCC 電源電圧
VC 充電電圧
VD 放電電圧
VB バックアップ電圧
VF 順方向電圧(≒0.6V)
IP 電源電流
IL 負荷電流
IC 充電電流
IB バックアップ電流(放電電流)
SC 制御信号
HO 判定信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Backup
C Electrolytic capacitor D Diode Q1 MOSFET
T transformer R1 resistor VAC AC power supply VCC power supply voltage VC charge voltage VD discharge voltage VB backup voltage VF forward voltage (≒ 0.6V)
IP power supply current IL load current IC charge current IB backup current (discharge current)
SC control signal HO judgment signal
Claims (3)
前記電源装置から前記放電回路への逆流阻止をするとともに、フリーバランス方式で放電電流を流し、放電電流に基づいて放電状態を低電力損失で検出して前記充電回路に放電電流が充電されることを防止する放電検出手段を備えたことを特徴とするバックアップ電源装置。 A charging circuit that is connected in parallel with a power supply device that supplies a DC power supply to a load and charges a charging current from the power supply device; and a discharge circuit that accumulates discharge energy based on electrical energy charged in the charging circuit; A backup power supply that backs up by supplying a discharge current to the load when an instantaneous power failure occurs in the power supply circuit,
In addition to preventing backflow from the power supply device to the discharge circuit, a discharge current is allowed to flow in a free balance manner, and a discharge state is detected with a low power loss based on the discharge current so that the charging circuit is charged with the discharge current. A backup power supply device comprising a discharge detection means for preventing the discharge.
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