JP2008029160A

JP2008029160A - バックアップ電源装置

Info

Publication number: JP2008029160A
Application number: JP2006201507A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Watanabe; 健蔵渡辺
Original assignee: Denshi System Design Kk; Yazaki Corp
Current assignee: Denshi System Design Kk; Yazaki Corp
Priority date: 2006-07-25
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2008-02-07

Abstract

【課題】主電源とバックアップ用電源とから成るバックアップ電源装置の逆流防止
手段として、バックアップ用電源が充電されない逆流防止手段を提供する。
【解決手段】主電源の逆流防止手段に電圧レギュレータを備え、主電源から負荷に電圧
を供給している通常動作時はバックアップ用電源の逆流防止手段として用い
るダイオード又はトランジスタの端子間電圧がゼロとなるように主電源の電
圧を制御する。一方、主電源の電圧がバックアップ電源の電圧よりも低下し
た場合は、電圧レギュレータをオフにしてバックアップ電源から主電源に電流が流れない
ようにする。
【選択図】図２(a)

Description

本発明は、主電源とバックアップ用電源から成る電源装置に関し、特に主電源からバッ
クアップ用電源へ電流が流れるのを防止する逆流防止手段に関する。

従来用いられている極めて一般的なバックアップ電源装置の構成を図６に示す。図６で
、61はバックアップ用電源、62は主電源、63と64は逆流防止用ダイオード、65は負荷であ
る。

主電源62が正常動作時は負荷65には主電源62から逆流防止用ダイオード63を通して電力
が供給されている。主電源62が何らかの原因で故障するか又は電圧が低下した際は、バッ
クアップ用電源61から逆流防止ダイオード64を通して負荷65に電力が供給される。ダイオ
ードを逆流防止手段として用いるこの構成は回路が簡単である上に、主電源62からバック
アップ用電源61への切り替えが自動的に行われることを特徴としている。

最近の携帯電子機器では主電源もバックアップ用電源も電池が用いられる。その場合に
は電池寿命を長く持たせるため逆流防止手段を含めた回路全体の消費電力をできるだけ低
く抑えなければならない。そのため、図６の逆流防止ダイオードとしてショットキィダイ
オードが用いられるが、ショットキィダイオードでも0.3〜0.4Vの順方向電圧降下がある
。

逆流防止手段における電力消費をさらに減らすために、ダイオードの代わりにpnpトラ
ンジスタを用いる方法が
に、pMOSトランジスタを用いる方法がに開陳されている。

特開2001−231183号公報特開2003−70182号公報

逆流防止手段のもう１つの課題は、主電源からバックアップ用電源へ、あるいはバック
アップ用電源から主電源に流れる電流、逆流、を極めて低く抑えることにある。特に、バ
ックアップ用電源として一次電池を用いる場合には逆流によって一次電池が充電されるた
め、ショットキィダイオードのような逆電流が大きな逆流防止手段では過充電による危険
が伴う。

上記危険を避けるため、逆流防止ダイオードと同じ特性のダイオードをバックアップ用
電池に並列に接続する方法が
に開陳されている。又、バックアップ用電池から主電源への逆流を減らすために、逆流防止手段として用いるpMOSトランジスタの寄生ダイオードを逆バイアスする方法がに述べられている。

特開平8−280141号公報特開2005−192273号公報

特許文献３に提案されている方法は回路構成が極めて簡単である。しかしながら、逆流
防止ダイオードとバックアップ用電池に並列に接続されるダイオードとが同じ特性であっ
ても逆バイアスされている電圧が異なるため、各々のダイオードを流れる電流は同じには
ならない。また、特許文献４に述べられている逆流防止手段はpMOSトランジスタをオフと
するのに有効であるが、寄生ダイオードを流れる逆電流を防止することはできない。

本発明はバックアップ電源装置の逆流防止手段が抱えている上記課題を解決すべくなさ
れたものであり、特にバックアップ用電源として一次電池が用いられた場合に該一次電池
への充電を防止する手段を提供することを目的としている。

ダイオードの電流・電圧特性は下記の数式１で表される。
ここで、Iはダイオードを流れる電流、I_Sは飽和電流、ｋはボルツマンの定数、ｑは電子
の電荷、Tは温度（K）、V_Dはダイオードのアノード・カソード間の電圧で、順方向バイア
ス時はV_Dは正、逆方向バイアス時はV_Dは負である。

数式１の電流・電圧特性はMOSトランジスタの寄生ダイオードにも当てはまる。また、
逆バイアスされたバイポーラトランジスタのコレクタ電流も数式１によって表される。

数式１から明らかなように、逆バイアス時のダイオード電流は逆バイアス電圧が高くな
るとI_Sに近づく、これがI_Sが飽和電流と言われる所以である。飽和電流I_Sはダイオードよ
りもバイポーラトランジスタの方が小さい。従って、ダイオード接続したバイポーラトラ
ンジスタは通常の整流用ダイオードやショットキィダイオードよりも逆方向の漏洩電流が
小さく、優れたダイオード特性を有している。

また、数式１から明らかなように、ダイオードあるいはトランジスタのいずれにせよ、
その端子間電圧V_Dがゼロの時に、流れる電流Iはゼロとなる。本発明はこの基本原理に基
づいてなされている。

図１は上述の基本原理を具現化するためのバックアップ電源装置のブロック構成であり
、本出願の請求項１に係る発明に対応している。図１の各ブロックには符号として２桁の
番号が付せられている。上位の番号は図面の番号、下位の番号はブロックを表し、１がバ
ックアップ用電源、２が主電源、３が主電源２の逆流防止手段、４がバックアップ電源１
の逆流防止手段、５が負荷にそれぞれ対応している。以下の各図においても対応を明確に
するために同じブロック番号を用いている。

図１で、逆流防止手段13は電圧レギュレータであり、逆流防止手段14の端子間電圧、V₊
−V₋、がゼロとなるように主電源12の電圧を制御して負荷15への電圧としている。従っ
て、逆流防止手段14には電流が流れない。

本出願の請求項２に係る発明は、逆流防止手段13としての電圧レギュレータを、pnp又
はpMOSトランジスタをパストランジスタとする低電圧降下型直列レギュレータとして動作
電圧範囲を広くするとともに低消費電力とし、主電源12の電圧がバックアップ用電源11の
電圧よりも低くなった場合には該パストランジスタをオフとしてバックアップ電源11から
主電源12への電流を遮断するようにしたものである。

また、本出願の請求項３に係る発明は、逆流防止手段14にトランジスタを用い、主電源
12の電圧がバックアップ用電源11の電圧よりも低くなった時に該トランジスタをオンにす
るようにしたものである。これによって、逆流防止手段14での電力消費をダイオードを用
いた場合よりも小さくすることができる。

また、本出願の請求項４に係る発明は、逆流防止手段13としての電圧レギュレータの出
力電圧が規定の電圧よりも低くなった場合に、音又は先の手段によって警告するようにし
たものである。主電源12の電圧がバックアップ用電源11の電圧よりも高い通常動作時は、
該電圧レギュレータの出力電圧はバックアップ用電源11の電圧と等しい。従って、本発明
によればバックアップ電源11として電池を用いた場合、該電池の放電状態を監視すること
ができる。

以上述べたように、本発明によれば主電源からバックアップ用電源への充電、およびバ
ックアップ用電源から主電源への漏減電流を防ぐことができる。従って、本発明はバック
アップ用電源として一次電池を用いる携帯電子機器には特に有効である。又、その際バッ
クアップ用一次電池の自己放電による電圧低下も知ることができる。

（実施例１）図２は本出願の請求項１に係る発明のバックアップ電源装置の構成図であ
る。逆流防止手段23はpnpトランジスタ231とオペアンプ232から成る直列型電圧レギュレ
ータ、逆流防止手段24はショットキィダイオードである。オペアンプ232はショットキィ
ダイオード24の端子間電圧がゼロとなるようにpnpパストランジスタ231を制御している。
従って、主電源22から負荷25に電力が供給されている通常状態では逆流防止用ショットキ
ィダイオード24には電流が流れず、バックアップ用電源21が充電されることはない。

逆流防止手段24としてのショットキィダイオードを流れる電流の実測結果を図２(b)に
示す。用いたショットキィダイオードは1N5818である。1.5Vの単３乾電池を２本直列接続
してバックアップ用電源21としている。主電源22の電圧を3Vから6.5Vまで変化させても逆
電流は流れない。比較のため、図６に示す従来の構成で測定された逆電流も図２(b)に示
した。この比較から本発明の逆流防止手段によれば安全に一次電池をバックアップ用電源
として用いることができることが明らかである。

（実施例２）図３は本出願の請求項２に係る発明のバックアップ電源装置の構成図であ
る。逆流防止手段33はpMOSトランジスタ331とオペアンプ332を基本構成素子とする直列電
圧レギュレータであり、この基本構成にnMOSトランジスタ333とコンパレータ334が追加さ
れている。コンパレータ334は主電源32とバックアップ用電源31の電圧を比較している。
通常は主電源32の電圧の方がバックアップ用電源31の電圧よりも高いのでコンパレータ33
4はnMOSトランジスタ333を順方向にバイアスする。順方向にバイアスされたnMOSトランジ
スタ333はカスコード増幅器として動作し、オペアンプ332とpMOSトランジスタ331とでフ
ィードバックループを形成し、逆流防止用ショットキィダイオード34の端子間電圧をゼロ
にする。一方、何らかの原因で主電源32の電圧が低下してバックアップ用電源31の電圧よ
りも低くなった場合はコンパレータ334の出力はゼロとなり、これによってnMOSトランジ
スタ333がオフ、引き続いてpMOSトランジスタ331もオフとなる。従って、バックアップ用
電源31から主電源32に電流が流れることはない。

（実施例３）図４は本出願の請求項３に係る発明のバックアップ電源装置の構成図であ
る。逆流防止手段43は実施例１の逆流防止手段21と同じであるので説明を省略する。逆流
防止手段44は２つのpMOSトランジスタ441と442、およびコンパレータ443で構成されてい
る。主電源42の電圧がバックアップ電源41の電圧よりも高い通常動作時はコンパレータ44
3の出力電圧は略主電源42の電圧となるのでpMOSトランジスタ442はオフ、従ってpMOSトラ
ンジスタ441もオフとなっている。この間、逆流防止手段43の電圧レギュレータによってp
MOSトランジスタ441のドレイン・ソース間電圧はゼロに保たれているのでバックアップ用
電源41に充電電流が流れることはない。一方、何らかの原因で主電源42の電圧が低下して
バックアップ用電源41の電圧よりも低くなった場合は、コンパレータ443の出力電圧はゼ
ロとなる。これによってpMOSトランジスタ442と441はオンとなり、バックアップ用電源41
から負荷45に電力が供給される。

（実施例４）図５は本出願の請求項４に係る発明の実施例であり、基本構成は図２に示
す実施例１と同じであるが逆流防止手段53が直列電圧レギュレータの他にコンパレータ53
3と基準電圧源534、および発光ダイオード535を含んでいる点が異なっている。主電源52
が負荷55に電力を供給している通常動作時は負荷55の電圧はバックアップ用電源51の電圧
と等しい。従って、この間コンパレータ533はバックアップ用電源51の電圧と基準電圧534
とを比較しており、バックアップ用電源51の電圧が基準電圧534よりも低下すると発光ダ
イオード535を点灯する。バックアップ用電源として一次電池を用いる場合、本実施例に
よって電池の交換時期を知ることができる。

本発明によるバックアップ電源装置の構成本発明の第１の実施例：直列電圧レギュレータを用いる逆流防止手段本発明の第１の実施例：実施例実測結果本発明の第２の実施例：パストランジスタをオフさせる事による逆流防止手段本発明の第３の実施例：pMOSトランジスタを用いた逆流防止手段本発明の第４の実施例：バックアップ用電源の電圧監視手段従来のバックアップ電源装置の構成

符号の説明

１１バックアップ用電源
１２主電源
１３主電源の逆流防止手段
１４バックアップ用電源の逆流防止手段
１５負荷

Claims

第１の逆流防止手段を備えた主電源と、第２の逆流防止手段を備えたバックアップ用電
源とが共通の電源ラインによって負荷に電力を供給する電源装置であって、
前記第２の逆流防止手段の端子間電圧がゼロとなるように該主電源の電圧を制御する電
圧レギュレータを前記第１の逆流防止手段に備えたことを特徴とするバックアップ電源装
置。
前記第１の逆流防止手段に備えられた前記電圧レギュレータはpnp又はpMOSトランジス
タをパストランジスタとする直列型レギュレータであり、該主電源の電圧が該バックアッ
プ用電源の電圧よりも低い場合には該パストランジスタをオフとする手段を備えたことを
特徴とする請求項１に記載のバックアップ電源装置。
前記第２の逆流防止手段にトランジスタを用い、前記主電源の電圧が前記バックアップ
用電源の電圧よりも低い時に該トランジスタをオンにする手段を設けたことを特徴とする
請求項１または２に記載のバックアップ電源装置。
前記第１の逆流防止手段に備えられた前記電圧レギュレータの出力電圧が規定の電圧よ
りも低下した場合に、音又は光によってその旨警告する手段を備えたことを特徴とする請
求項１〜３の何れか１項に記載のバックアップ電源装置。