JP2012042419A - Battery voltage detection circuit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To correct a discharge time of a secondary battery for supply of a backup power source.SOLUTION: A comparator compares a detection voltage of a secondary battery Vb and a reference voltage corresponding to a discharge termination voltage of the secondary battery Vb. Based on the result of the comparison made by the comparator, a switch SW stops the supply of power to a load Lo from the secondary battery Vb. An AC correction circuit 10a corrects early timing of output inversion of the comparator by a ripple component superposed on the voltage of the secondary battery Vb during discharge to the AC load Lo. The AC correction circuit 10a can convert the ripple component into a DC component and reduce the reference voltage so as to correspond to the DC voltage.

Description

本発明は、無停電電源装置などに使用される電池の電圧を検出するための電池電圧検出回路に関する。   The present invention relates to a battery voltage detection circuit for detecting the voltage of a battery used in an uninterruptible power supply.

瞬時電圧低下や停電が発生した際に、機器に一定時間、電力を供給するための装置として、無停電電源装置(以下、バックアップ電源装置という)がある(たとえば、特許文献1参照)。バックアップ電源装置は、高い信頼性が要求される機器、たとえば、放送機器や中継機器などの通信機器、医療機器、データセンター内のデータ保管装置などに利用される。   There is an uninterruptible power supply (hereinafter referred to as a backup power supply) as an apparatus for supplying power to a device for a certain period of time when an instantaneous voltage drop or a power failure occurs (see, for example, Patent Document 1). The backup power supply device is used for devices that require high reliability, for example, communication devices such as broadcast devices and relay devices, medical devices, and data storage devices in a data center.

バックアップ電源装置には二次電池(蓄電池)が設けられ、当該二次電池は瞬時電圧低下や停電時に放電し、それらが収まると商用電源(AC電源)から充電することにより、繰り返し使用される。二次電池には、鉛電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などがある。二次電池は過放電すると電池寿命が短くなるという性質がある。過放電とは、電池ごとに規定された放電終止電圧を下回るまで放電することをいう。また、二次電池は放電電流が大きくなるほど、その放電終止電圧が低下するという性質がある。   The backup power supply device is provided with a secondary battery (storage battery), and the secondary battery is discharged when an instantaneous voltage drop or power failure occurs. When the secondary battery is settled, it is repeatedly used by charging from a commercial power supply (AC power supply). Secondary batteries include lead batteries, lithium ion batteries, nickel metal hydride batteries, and the like. Secondary batteries have the property of shortening battery life when overdischarged. Overdischarge refers to discharging until the discharge end voltage specified for each battery falls below. Moreover, the secondary battery has a property that the discharge end voltage decreases as the discharge current increases.

図1は、従来技術に係るバックアップ電源装置に搭載される二次電池の電圧を検出するための電池電圧検出回路100pの構成例を示す図である。瞬時電圧低下や停電が発生するとスイッチ(図1では、リレー接点rl)がクローズし、二次電池Vbから負荷Loに電源が供給される。本明細書では、二次電池Vbとして鉛電池を使用する例で説明する。電池電圧検出回路100pは二次電池Vbの電圧を検出し、当該二次電池Vbの過放電を防止する。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a battery voltage detection circuit 100p for detecting a voltage of a secondary battery mounted on a backup power supply device according to the related art. When an instantaneous voltage drop or a power failure occurs, the switch (relay contact rl in FIG. 1) closes, and power is supplied from the secondary battery Vb to the load Lo. In this specification, an example in which a lead battery is used as the secondary battery Vb will be described. The battery voltage detection circuit 100p detects the voltage of the secondary battery Vb and prevents overdischarge of the secondary battery Vb.

電池電圧検出回路100pは、コンパレータとして機能する第1オペアンプOP1、リレー駆動コイルRLを備える。第1オペアンプOP1の反転入力端子には、二次電池Vbの検出電圧が第1抵抗R1を介して入力される。第1オペアンプOP1の非反転入力端子には、参照電圧Vrefが第2抵抗R2を介して入力される。この参照電圧Vrefは二次電池Vbの規定電圧(すなわち、その放電終止電圧)に対応する電圧である。放電終止電圧とは、過放電か否かを判定するための閾値電圧である。   The battery voltage detection circuit 100p includes a first operational amplifier OP1 that functions as a comparator, and a relay drive coil RL. The detection voltage of the secondary battery Vb is input to the inverting input terminal of the first operational amplifier OP1 through the first resistor R1. The reference voltage Vref is input to the non-inverting input terminal of the first operational amplifier OP1 through the second resistor R2. This reference voltage Vref is a voltage corresponding to the specified voltage of the secondary battery Vb (that is, its discharge end voltage). The end-of-discharge voltage is a threshold voltage for determining whether or not there is an overdischarge.

リレー駆動コイルLRは電源電圧端子Vddと第1オペアンプOP1の出力端子との間に接続される。リレー駆動コイルRLの両端に、当該リレー駆動コイルRLと並列に第1ダイオードD1が接続される。第1ダイオードD1はリレー駆動コイルRLにより発生する逆起電圧から、リレー駆動コイルRL自身を保護する。   The relay drive coil LR is connected between the power supply voltage terminal Vdd and the output terminal of the first operational amplifier OP1. A first diode D1 is connected to both ends of the relay drive coil RL in parallel with the relay drive coil RL. The first diode D1 protects the relay drive coil RL itself from the back electromotive voltage generated by the relay drive coil RL.

二次電池Vbの検出電圧が参照電圧Vrefを上回っている間、第1オペアンプOP1はローレベルを出力し、リレー駆動コイルRLに電流が流れ続ける。これにより、リレー接点rlはクローズの状態を維持する。二次電池Vbの検出電圧が参照電圧Vrefに到達すると、第1オペアンプOP1の出力はハイレベルに反転し、リレー駆動コイルRLに流れている電流が止まる。これにより、リレー接点rlがオープンし、二次電池Vbと負荷Loとが電気的に切り離される。   While the detection voltage of the secondary battery Vb exceeds the reference voltage Vref, the first operational amplifier OP1 outputs a low level, and current continues to flow through the relay drive coil RL. Thereby, the relay contact rl maintains a closed state. When the detection voltage of the secondary battery Vb reaches the reference voltage Vref, the output of the first operational amplifier OP1 is inverted to a high level, and the current flowing through the relay drive coil RL stops. Thereby, the relay contact rl is opened, and the secondary battery Vb and the load Lo are electrically disconnected.

図2は、図1における二次電池Vbの電圧V−時間T特性を示す図である。時刻t1にリレー接点rlがクローズし、二次電池Vbから負荷Loへの放電が開始されると、時間経過と共にリップル電圧が増大しながら電池電圧の直流成分が低下していく。   FIG. 2 is a diagram showing the voltage V-time T characteristics of the secondary battery Vb in FIG. When the relay contact rl is closed at time t1 and the discharge from the secondary battery Vb to the load Lo is started, the DC voltage component of the battery voltage decreases while the ripple voltage increases with time.

特開2002−325465号公報JP 2002-325465 A

二次電池Vbの検出電圧が、放電終止電圧Vth(上述した参照電圧Vrefに対応)に到達すると、リレー接点rlがオープンし、二次電池Vbと負荷Loとが電気的に切り離され、放電が終了する。本来、二次電池Vbの検出電圧に交流成分であるリップル成分が重畳されていなければ、時刻t3に放電終止電圧Vthに到達し、放電が終了する。したがって、交流成分を発生させない負荷(以下、直流負荷という)であれば、時刻t3に放電が終了する。   When the detection voltage of the secondary battery Vb reaches the end-of-discharge voltage Vth (corresponding to the reference voltage Vref described above), the relay contact rl is opened, the secondary battery Vb and the load Lo are electrically disconnected, and the discharge is performed. finish. Originally, if the ripple component that is an alternating current component is not superimposed on the detection voltage of the secondary battery Vb, the discharge end voltage Vth is reached at time t3, and the discharge ends. Therefore, if the load does not generate an AC component (hereinafter referred to as a DC load), the discharge ends at time t3.

これに対し、交流成分を発生させる負荷(以下、交流負荷という)では、直流電源にリップル成分が重畳されることがある。図2ではリップル成分が時刻t2に放電終止電圧Vthにタッチし、時刻t2に放電が終了する。このように、直流負荷と交流負荷とで検出電圧に差が生じてしまう。交流負荷のほうが直流負荷よりΔt(t3−t2)だけ、放電時間(バックアップ時間)が短縮されてしまう。これは、二次電池Vbが本来持っている放電性能をフルに発揮できていないことを意味し、結果的に電池寿命を短縮する要因となる。急激な負荷変動によっても、同様のことが発生する。   On the other hand, in a load that generates an AC component (hereinafter referred to as an AC load), a ripple component may be superimposed on the DC power supply. In FIG. 2, the ripple component touches the discharge end voltage Vth at time t2, and the discharge ends at time t2. Thus, a difference occurs in the detected voltage between the DC load and the AC load. The AC load reduces the discharge time (backup time) by Δt (t3-t2) than the DC load. This means that the discharge performance inherent to the secondary battery Vb cannot be fully exhibited, and as a result, the battery life is shortened. The same thing occurs with sudden load fluctuations.

本来、鉛電池などの二次電池は負荷電流増大に伴いその放電終止電圧は低下するが、図1に示した検出回路ではその電池特性とは逆に、負荷電流増大に伴うリップル成分の振幅増大に伴い、結果的に放電終止電圧が上昇してしまう。   Originally, a secondary battery such as a lead battery decreases its discharge end voltage with an increase in load current. However, in the detection circuit shown in FIG. 1, the ripple characteristic increases with an increase in load current, contrary to the battery characteristics. As a result, the final discharge voltage increases.

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、バックアップ電源を供給するための二次電池の放電時間を適正化する技術を提供することにある。   This invention is made | formed in view of such a condition, The objective is to provide the technique which optimizes the discharge time of the secondary battery for supplying backup power supply.

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電池電圧検出回路は、負荷の電源をバックアップするための二次電池の電圧を検出する電池電圧検出回路であって、二次電池の検出電圧と、当該二次電池の放電終止電圧に対応する参照電圧とを比較するコンパレータと、コンパレータの比較結果をもとに、二次電池から負荷への電源供給を停止させるスイッチと、交流負荷への放電時に二次電池の電圧に重畳されるリップル成分により、コンパレータの出力反転タイミングが早まることを補正するための交流補正回路と、を備える。   In order to solve the above problems, a battery voltage detection circuit according to an aspect of the present invention is a battery voltage detection circuit that detects a voltage of a secondary battery for backing up a power supply of a load, and the detection voltage of the secondary battery. And a reference voltage corresponding to the discharge end voltage of the secondary battery, a switch for stopping power supply from the secondary battery to the load based on the comparison result of the comparator, and an AC load An AC correction circuit for correcting that the output inversion timing of the comparator is advanced by a ripple component superimposed on the voltage of the secondary battery during discharging.

この態様によると、リップル成分が放電終止電圧にタッチすることによる、放電時間の短縮を抑制することができる。   According to this aspect, the shortening of the discharge time due to the ripple component touching the discharge end voltage can be suppressed.

交流補正回路は、リップル成分を直流成分に変換し、その直流電圧に対応して参照電圧を低下させてもよい。これを実現するために、交流補正回路は、二次電池の検出電圧の直流成分をカットする直流カット容量と、直流カット容量を通過した交流成分を平滑化する平滑化容量と、平滑化容量により平滑化された電圧を反転増幅する反転増幅器と、反転増幅器により反転増幅された電圧を調整する可変抵抗と、を含んでもよい。可変抵抗により調整された電圧が、参照電圧に加算されてもよい。   The AC correction circuit may convert the ripple component into a DC component and reduce the reference voltage corresponding to the DC voltage. To achieve this, the AC correction circuit includes a DC cut capacity that cuts the DC component of the detection voltage of the secondary battery, a smoothing capacity that smoothes the AC component that has passed through the DC cut capacity, and a smoothing capacity. An inverting amplifier that inverts and amplifies the smoothed voltage and a variable resistor that adjusts the voltage inverted and amplified by the inverting amplifier may be included. The voltage adjusted by the variable resistor may be added to the reference voltage.

二次電池から負荷に流れる放電電流に応じて、参照電圧を補正する直流補正回路をさらに備えてもよい。これにより、二次電池からの放電電流の変化による放電終止電圧の変化を自動的に補正することができる。   You may further provide the direct-current correction circuit which correct | amends a reference voltage according to the discharge current which flows into a load from a secondary battery. Thereby, the change of the discharge end voltage due to the change of the discharge current from the secondary battery can be automatically corrected.

本発明によれば、バックアップ電源を供給するための二次電池の放電時間を適正化することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the discharge time of the secondary battery for supplying backup power can be optimized.

従来技術に係るバックアップ電源装置に搭載される二次電池の電圧を検出するための電池電圧検出回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the battery voltage detection circuit for detecting the voltage of the secondary battery mounted in the backup power supply device which concerns on a prior art. 図1における二次電池の電圧−時間特性を示す図である。It is a figure which shows the voltage-time characteristic of the secondary battery in FIG. 本発明の実施の形態1に係る電池電圧検出回路の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the battery voltage detection circuit which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る電池電圧検出回路の回路構成例を示す図である。It is a figure which shows the circuit structural example of the battery voltage detection circuit which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図4における二次電池の電圧−時間特性を示す図である。It is a figure which shows the voltage-time characteristic of the secondary battery in FIG. 本発明の実施の形態2に係る電池電圧検出回路の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the battery voltage detection circuit which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る電池電圧検出回路の回路構成例を示す図である。It is a figure which shows the circuit structural example of the battery voltage detection circuit which concerns on Embodiment 2 of this invention. 図7における二次電池の電圧−時間特性を示す図である。It is a figure which shows the voltage-time characteristic of the secondary battery in FIG.

図3は、本発明の実施の形態1に係る電池電圧検出回路100aの機能ブロック図である。電池電圧検出回路100aは、負荷Loの電源をバックアップするための二次電池Vbの電圧を検出する。以下の実施の形態では、負荷Loとしてインバータなどの交流負荷を想定する。   FIG. 3 is a functional block diagram of the battery voltage detection circuit 100a according to Embodiment 1 of the present invention. The battery voltage detection circuit 100a detects the voltage of the secondary battery Vb for backing up the power supply of the load Lo. In the following embodiments, an AC load such as an inverter is assumed as the load Lo.

電池電圧検出回路100aは、実効値電圧検出補正部10および比較部20を備える。実効値電圧検出補正部10は、二次電池Vbの検出電圧に含まれる交流成分を実効値に変換し、その実効値を、二次電池Vbの検出電圧に加算、または当該二次電池Vbの放電終止電圧に対応する参照電圧から減算する。この実効値は擬似的な値であってもよい。比較部20は、二次電池Vbの検出電圧と当該参照電圧とを比較し、その比較結果に応じてスイッチSWを制御する。スイッチSWは、比較部20の比較結果をもとに、二次電池Vbから負荷Loへの電源供給を停止させる。具体的には、二次電池Vbの検出電圧が当該参照電圧に到達すると、スイッチSWはオフする。以下、当該機能ブロックを実現するための具体的な回路構成例について説明する。   The battery voltage detection circuit 100 a includes an effective value voltage detection correction unit 10 and a comparison unit 20. The effective value voltage detection correction unit 10 converts an AC component included in the detection voltage of the secondary battery Vb into an effective value, and adds the effective value to the detection voltage of the secondary battery Vb, or the secondary battery Vb. Subtract from the reference voltage corresponding to the discharge end voltage. This effective value may be a pseudo value. The comparison unit 20 compares the detection voltage of the secondary battery Vb with the reference voltage, and controls the switch SW according to the comparison result. The switch SW stops the power supply from the secondary battery Vb to the load Lo based on the comparison result of the comparison unit 20. Specifically, when the detection voltage of the secondary battery Vb reaches the reference voltage, the switch SW is turned off. Hereinafter, a specific circuit configuration example for realizing the functional block will be described.

図4は、本発明の実施の形態1に係る電池電圧検出回路100aの回路構成例を示す図である。この回路構成例は、上記実効値(負電圧)を上記参照電圧に加算する例である。この回路構成例では、図3の比較部20はヒステリシスコンパレータにより構成され、図3のスイッチSWはリレーにより構成される。   FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration example of the battery voltage detection circuit 100a according to Embodiment 1 of the present invention. This circuit configuration example is an example in which the effective value (negative voltage) is added to the reference voltage. In this circuit configuration example, the comparison unit 20 in FIG. 3 is configured by a hysteresis comparator, and the switch SW in FIG. 3 is configured by a relay.

第1オペアンプOP1の反転入力端子には、二次電池Vbの検出電圧が第1抵抗R1を介して入力される。第1抵抗R1と当該非反転入力端子との接続点とグラウンドとの間に第3抵抗R3が接続される。当該非反転入力端子には、第1抵抗R1と第3抵抗R3とにより抵抗分割された後の、二次電池Vbの検出電圧が入力される。   The detection voltage of the secondary battery Vb is input to the inverting input terminal of the first operational amplifier OP1 through the first resistor R1. A third resistor R3 is connected between a connection point between the first resistor R1 and the non-inverting input terminal and the ground. The detected voltage of the secondary battery Vb after being resistance-divided by the first resistor R1 and the third resistor R3 is input to the non-inverting input terminal.

第1オペアンプOP1の非反転入力端子には、参照電圧Vrefが第2抵抗R2を介して入力される。この参照電圧Vrefは二次電池Vbの放電終止電圧に対応する電圧である。第1オペアンプOP1の出力端子と、第2抵抗R2と第1オペアンプOP1の非反転入力端子との接続点との間に第4抵抗R4が接続される。この第4抵抗R4を帰還抵抗として挿入することにより、不感帯を作り出すことができる。   The reference voltage Vref is input to the non-inverting input terminal of the first operational amplifier OP1 through the second resistor R2. This reference voltage Vref is a voltage corresponding to the discharge end voltage of the secondary battery Vb. A fourth resistor R4 is connected between the output terminal of the first operational amplifier OP1 and the connection point between the second resistor R2 and the non-inverting input terminal of the first operational amplifier OP1. A dead zone can be created by inserting the fourth resistor R4 as a feedback resistor.

リレー駆動コイルLRは電源電圧端子Vddと第1オペアンプOP1の出力端子との間に接続される。リレー駆動コイルRLの両端に、当該リレー駆動コイルRLと並列に第1ダイオードD1が接続される。   The relay drive coil LR is connected between the power supply voltage terminal Vdd and the output terminal of the first operational amplifier OP1. A first diode D1 is connected to both ends of the relay drive coil RL in parallel with the relay drive coil RL.

二次電池Vbの検出電圧が参照電圧Vrefを上回っている間、第1オペアンプOP1はローレベルを出力し、リレー駆動コイルRLに電流が流れ続ける。これにより、リレー接点rlはクローズの状態を維持する。二次電池Vbの検出電圧が参照電圧Vrefに到達すると、第1オペアンプOP1の出力はハイレベルに反転し、リレー駆動コイルRLに流れている電流が止まる。これにより、リレー接点rlがオープンし、二次電池Vbと負荷Loとが電気的に切り離される。   While the detection voltage of the secondary battery Vb exceeds the reference voltage Vref, the first operational amplifier OP1 outputs a low level, and current continues to flow through the relay drive coil RL. Thereby, the relay contact rl maintains a closed state. When the detection voltage of the secondary battery Vb reaches the reference voltage Vref, the output of the first operational amplifier OP1 is inverted to a high level, and the current flowing through the relay drive coil RL stops. Thereby, the relay contact rl is opened, and the secondary battery Vb and the load Lo are electrically disconnected.

図4の回路構成例では、図3の実効値電圧検出補正部10は、交流補正回路10aにより構成される。交流補正回路10aは、交流負荷への放電時に二次電池の電圧に重畳されるリップル成分により、上記コンパレータの出力反転タイミングが早まることを補正する。そのために、リップル成分を直流電圧(実効値)に変換し、その直流電圧に対応して参照電圧Vrefを低下させる。以下、具体的に説明する。   In the circuit configuration example of FIG. 4, the effective value voltage detection correction unit 10 of FIG. 3 is configured by an AC correction circuit 10a. The AC correction circuit 10a corrects that the output inversion timing of the comparator is advanced by the ripple component superimposed on the voltage of the secondary battery when discharging to the AC load. For this purpose, the ripple component is converted into a DC voltage (effective value), and the reference voltage Vref is lowered corresponding to the DC voltage. This will be specifically described below.

交流補正回路10aは、第1容量C1、第5抵抗R5、第2ダイオードD2、第2容量C2、第6抵抗R6、第7抵抗R7、第2オペアンプOP2、第8抵抗R8、第3ダイオードD3および第1可変抵抗Rv1を含む。   The AC correction circuit 10a includes a first capacitor C1, a fifth resistor R5, a second diode D2, a second capacitor C2, a sixth resistor R6, a seventh resistor R7, a second operational amplifier OP2, an eighth resistor R8, and a third diode D3. And a first variable resistor Rv1.

二次電池Vbの検出電圧は、第1容量C1、第2ダイオードD2および第7抵抗R7を介して、第2オペアンプOP2の反転入力端子に入力される。第1容量C1と第2ダイオードD2との接続点とグラウンドとの間に第5抵抗R5が接続される。第2ダイオードD2と第7抵抗R7との接続点とグラウンドとの間に、第2容量と第6抵抗R6との並列回路が接続される。   The detection voltage of the secondary battery Vb is input to the inverting input terminal of the second operational amplifier OP2 via the first capacitor C1, the second diode D2, and the seventh resistor R7. A fifth resistor R5 is connected between the connection point of the first capacitor C1 and the second diode D2 and the ground. A parallel circuit of the second capacitor and the sixth resistor R6 is connected between the connection point of the second diode D2 and the seventh resistor R7 and the ground.

第1容量C1は二次電池Vbの直流成分をカットするための直流カット容量として作用する。第2ダイオードD2は第2オペアンプOP2または第2容量から、二次電池Vbまたは負荷Loに電流が流れることを防止する。第2容量C2は第1容量および第2ダイオードD2を通過した交流成分をチャージし、平滑化する平滑化容量として作用する。この平滑化容量により、リップル成分以外の急激な電圧変化を平滑化し、ノイズなどの短時間の電圧変化による誤動作を防止することができる。   The first capacity C1 acts as a direct current cut capacity for cutting the direct current component of the secondary battery Vb. The second diode D2 prevents current from flowing from the second operational amplifier OP2 or the second capacitor to the secondary battery Vb or the load Lo. The second capacitor C2 functions as a smoothing capacitor that charges and smoothes the AC component that has passed through the first capacitor and the second diode D2. With this smoothing capacitor, it is possible to smooth sudden voltage changes other than ripple components and prevent malfunctions due to short-time voltage changes such as noise.

第2オペアンプOP2の非反転入力端子はグラウンドに接続される。第2オペアンプOP2の出力端子と、第7抵抗R7と第2オペアンプOP2の反転入力端子との接続点との間に第8抵抗R8が帰還抵抗として接続される。第2オペアンプOP2、第7抵抗R7および第8抵抗R8は、反転増幅器を構成する。当該反転増幅器は、第2容量C2により平滑化された電圧を反転増幅する。   The non-inverting input terminal of the second operational amplifier OP2 is connected to the ground. An eighth resistor R8 is connected as a feedback resistor between the output terminal of the second operational amplifier OP2 and the connection point between the seventh resistor R7 and the inverting input terminal of the second operational amplifier OP2. The second operational amplifier OP2, the seventh resistor R7, and the eighth resistor R8 constitute an inverting amplifier. The inverting amplifier inverts and amplifies the voltage smoothed by the second capacitor C2.

当該反転増幅器の出力電圧は、第3ダイオードD3を介して第1可変抵抗Rv1に入力される。第3ダイオードD3は当該反転増幅器から上記ヒステリシスコンパレータに電流が流れることを防止する。第1可変抵抗Rv1は、当該反転増幅器により反転増幅された電圧を調整する。設計者は温度特性などを考慮して、第1可変抵抗Rv1のボリュームを調整することができる。第1可変抵抗Rv1により調整された電圧(負電圧)は、上記参照電圧Vrefに加算される。すなわち、上記参照電圧Vrefを、上記リップル成分に対応する実効電圧に相当する分、低下させることができる。   The output voltage of the inverting amplifier is input to the first variable resistor Rv1 via the third diode D3. The third diode D3 prevents current from flowing from the inverting amplifier to the hysteresis comparator. The first variable resistor Rv1 adjusts the voltage inverted and amplified by the inverting amplifier. The designer can adjust the volume of the first variable resistor Rv1 in consideration of temperature characteristics and the like. The voltage (negative voltage) adjusted by the first variable resistor Rv1 is added to the reference voltage Vref. That is, the reference voltage Vref can be lowered by an amount corresponding to the effective voltage corresponding to the ripple component.

図5は、図4における二次電池Vbの電圧V−時間T特性を示す図である。時刻t1にリレー接点rlがクローズし、二次電池Vbから負荷Loへの放電が開始されると、時間経過と共にリップル電圧が増大しながら電池電圧の直流成分が低下していく。   FIG. 5 is a diagram showing the voltage V-time T characteristics of the secondary battery Vb in FIG. When the relay contact rl is closed at time t1 and the discharge from the secondary battery Vb to the load Lo is started, the DC voltage component of the battery voltage decreases while the ripple voltage increases with time.

図4における電池電圧検出回路100aでは、リップル電圧の振幅増大に伴い、上記ヒステリシスコンパレータの参照電圧Vrefが低下していく。図5では、二次電池Vbの放電終止電圧Vthが放電終止電圧Vth’に低下した状態を示している。これにより、図2に示したようにリップル成分が、時刻t2に放電終止電圧Vthにタッチし、放電が終了することを回避することができる。   In the battery voltage detection circuit 100a in FIG. 4, the reference voltage Vref of the hysteresis comparator decreases as the amplitude of the ripple voltage increases. FIG. 5 shows a state where the discharge end voltage Vth of the secondary battery Vb is lowered to the discharge end voltage Vth ′. Thereby, as shown in FIG. 2, it can be avoided that the ripple component touches the discharge end voltage Vth at the time t2 and the discharge ends.

図5では、リップル成分が時刻t3に、低下した放電終止電圧Vth’にタッチすることにより放電が終了する。すなわち、図2に示したΔt(t3−t2)の、放電時間(バックアップ時間)の短縮を回避することができたことを示している。これは、二次電池Vbから検出される直流電圧が本来の放電終了電圧Vthに到達することにより、二次電池Vbからの放電が、本来の終了タイミングで終了したことを示している。すなわち、二次電池Vbが本来持っている放電性能をフルに発揮したことを示している。   In FIG. 5, the discharge ends when the ripple component touches the reduced discharge end voltage Vth ′ at time t <b> 3. That is, it is shown that the reduction of the discharge time (backup time) of Δt (t3−t2) shown in FIG. 2 can be avoided. This indicates that the discharge from the secondary battery Vb is completed at the original end timing when the DC voltage detected from the secondary battery Vb reaches the original discharge end voltage Vth. That is, it shows that the secondary battery Vb has fully exhibited the discharge performance originally possessed.

図6は、本発明の実施の形態2に係る電池電圧検出回路100bの機能ブロック図である。実施の形態2に係る電池電圧検出回路100bは、実施の形態1に係る電池電圧検出回路100aに実効値電流検出補正部30が追加された構成である。実施の形態2では、負荷Loの低電位側端子と二次電池Vbの低電位側端子との間にシャント抵抗Rsが接続される。   FIG. 6 is a functional block diagram of the battery voltage detection circuit 100b according to Embodiment 2 of the present invention. The battery voltage detection circuit 100b according to the second embodiment has a configuration in which an effective value current detection correction unit 30 is added to the battery voltage detection circuit 100a according to the first embodiment. In the second embodiment, a shunt resistor Rs is connected between the low potential side terminal of the load Lo and the low potential side terminal of the secondary battery Vb.

実効値電流検出補正部30は、シャント抵抗Rsの両端電圧を検出することにより、二次電池Vbから負荷Loに流れる放電電流を検出し、その放電電流に応じて二次電池Vbの放電終止電圧に対応する参照電圧、または二次電池Vbの検出電圧を補正する。当該放電電流が交流電流の場合、実効値で検出する。ここで、上述したように、二次電池から負荷への放電電流が大きくなると、その放電終止電圧は低下する。直流補正回路30aはこの二次電池の性質に対応して、自動的に放電終止電圧を低下させる。以下、当該機能ブロックを実現するための具体的な回路構成例について説明する。   The effective value current detection correction unit 30 detects the discharge current flowing from the secondary battery Vb to the load Lo by detecting the voltage across the shunt resistor Rs, and the discharge end voltage of the secondary battery Vb according to the discharge current. Or the detection voltage of the secondary battery Vb is corrected. When the discharge current is an alternating current, it is detected by an effective value. Here, as described above, when the discharge current from the secondary battery to the load increases, the end-of-discharge voltage decreases. The DC correction circuit 30a automatically reduces the end-of-discharge voltage according to the nature of the secondary battery. Hereinafter, a specific circuit configuration example for realizing the functional block will be described.

図7は、本発明の実施の形態2に係る電池電圧検出回路100bの回路構成例を示す図である。この回路構成例は、上記放電電流の増大に伴う放電終止電圧の低下分(負電圧)を、上記参照電圧に加算する例である。当該回路構成例は、図4に示した回路構成例に直流補正回路30aが追加された構成である。直流補正回路30aは、第9抵抗R9、第3オペアンプOP3および第10抵抗R10、第4ダイオードD4および第2可変抵抗Rv2を含む。   FIG. 7 is a diagram showing a circuit configuration example of the battery voltage detection circuit 100b according to Embodiment 2 of the present invention. This circuit configuration example is an example in which a decrease (negative voltage) of the discharge end voltage accompanying an increase in the discharge current is added to the reference voltage. In this circuit configuration example, a DC correction circuit 30a is added to the circuit configuration example shown in FIG. The DC correction circuit 30a includes a ninth resistor R9, a third operational amplifier OP3, a tenth resistor R10, a fourth diode D4, and a second variable resistor Rv2.

シャント抵抗Rsと負荷Loとの接続点から検出される電圧は、第9抵抗R9を介して、第3オペアンプOP3の反転入力端子に入力される。なお、負荷Loに流れる放電電流が交流電流の場合、図示しない交流−直流変換回路により実効値電圧に変換されて、第3オペアンプOP3の反転入力端子に入力される。第3オペアンプOP3の非反転入力端子には、直流成分補正用の参照電圧Vrefdが入力される。第3オペアンプOP3の出力端子と、第9抵抗R9と第3オペアンプOP3の反転入力端子との接続点との間に第10抵抗R10が帰還抵抗として接続される。第3オペアンプOP3、第9抵抗R9および第10抵抗R10は、反転増幅器を構成する。当該反転増幅器は、負荷Loに流れる放電電流に対応する電圧を反転増幅する。   The voltage detected from the connection point between the shunt resistor Rs and the load Lo is input to the inverting input terminal of the third operational amplifier OP3 via the ninth resistor R9. When the discharge current flowing through the load Lo is an alternating current, it is converted into an effective value voltage by an unillustrated AC-DC conversion circuit and input to the inverting input terminal of the third operational amplifier OP3. The reference voltage Vrefd for DC component correction is input to the non-inverting input terminal of the third operational amplifier OP3. A tenth resistor R10 is connected as a feedback resistor between the output terminal of the third operational amplifier OP3 and a connection point between the ninth resistor R9 and the inverting input terminal of the third operational amplifier OP3. The third operational amplifier OP3, the ninth resistor R9, and the tenth resistor R10 constitute an inverting amplifier. The inverting amplifier inverts and amplifies the voltage corresponding to the discharge current flowing through the load Lo.

当該反転増幅器の出力電圧は、第4ダイオードD4を介して第2可変抵抗Rv2に入力される。第4ダイオードD4は当該反転増幅器から上記ヒステリシスコンパレータに電流が流れることを防止する。第2可変抵抗Rv2は、当該反転増幅器により反転増幅された電圧を調整する。設計者は温度特性などを考慮して、第2可変抵抗Rv2のボリュームを調整することができる。第2可変抵抗Rv2により調整された電圧(負電圧)は、上記参照電圧Vrefに加算される。すなわち、上記参照電圧Vrefを、上記放電電流に対応する電圧に相当する分、低下させることができる。上記放電電流が大きくなるほど、上記参照電圧Vrefが大きく低下する。   The output voltage of the inverting amplifier is input to the second variable resistor Rv2 via the fourth diode D4. The fourth diode D4 prevents current from flowing from the inverting amplifier to the hysteresis comparator. The second variable resistor Rv2 adjusts the voltage inverted and amplified by the inverting amplifier. The designer can adjust the volume of the second variable resistor Rv2 in consideration of temperature characteristics and the like. The voltage (negative voltage) adjusted by the second variable resistor Rv2 is added to the reference voltage Vref. That is, the reference voltage Vref can be lowered by an amount corresponding to the voltage corresponding to the discharge current. The reference voltage Vref greatly decreases as the discharge current increases.

図8は、図7における二次電池Vbの電圧V−時間T特性を示す図である。図8では、負荷Loに発生する交流成分は無視するものとする。または、負荷Loとして直流負荷を想定する。時刻t1にリレー接点rlがクローズし、二次電池Vbから負荷Loへの放電が開始されると、時間経過と共に電池電圧が低下していく。   FIG. 8 is a diagram showing the voltage V-time T characteristics of the secondary battery Vb in FIG. In FIG. 8, the AC component generated in the load Lo is ignored. Alternatively, a DC load is assumed as the load Lo. When the relay contact rl is closed at time t1 and discharging from the secondary battery Vb to the load Lo is started, the battery voltage decreases with time.

パックアップ電源の供給では、通常、時間経過とともに二次電池からの放電電流が増大する。それに伴い、上記ヒステリシスコンパレータの参照電圧Vrefが低下していく。図8では、二次電池Vbの放電終止電圧Vthが放電終止電圧Vth”に低下した状態を示している。これにより、放電終止電圧Vth”に到達する時刻を、Δt(t4−t3)分、延長することができ、二次電池Vbが本来持っている放電性能をフルに発揮することができる。   In the supply of backup power, the discharge current from the secondary battery usually increases with time. Accordingly, the reference voltage Vref of the hysteresis comparator is lowered. FIG. 8 shows a state in which the discharge end voltage Vth of the secondary battery Vb has decreased to the discharge end voltage Vth ″. Thereby, the time to reach the discharge end voltage Vth ″ is Δt (t4−t3), It can be extended, and the discharge performance inherent to the secondary battery Vb can be fully exhibited.

以上説明したように実施の形態1、2によれば、バックアップ電源を供給するための二次電池の放電終止電圧を自動的に補正する回路を追加したことにより、当該二次電池の放電時間を適正化することができる。すなわち、実施の形態1に係る交流補正回路10aを追加したことにより、交流成分による放電時間の短縮をできるだけゼロに近づけることができる。また、実施の形態2に係る直流補正回路30aを追加したことにより、直流電流の増大による放電時間の短縮をできるだけゼロに近づけることができる。これらにより、本来、二次電池が持っている放電時間の性能をフルに発揮させ、結果的に電池寿命を最大化することができる。   As described above, according to the first and second embodiments, by adding a circuit for automatically correcting the discharge end voltage of the secondary battery for supplying the backup power, the discharge time of the secondary battery is reduced. Can be optimized. That is, by adding the AC correction circuit 10a according to the first embodiment, it is possible to reduce the discharge time due to the AC component as close to zero as possible. Further, by adding the DC correction circuit 30a according to the second embodiment, it is possible to reduce the discharge time due to the increase of the DC current as close to zero as possible. By these, the performance of the discharge time which a secondary battery originally has can be fully exhibited, and, as a result, battery life can be maximized.

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。   The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are also within the scope of the present invention. is there.

実施の形態2に係る電池電圧検出回路100bは、交流補正回路10aおよび直流補正回路30aの両方を備えたが、負荷Loが直流負荷の場合、交流補正回路10aは備える必要はなく、比較部20および直流補正回路30aを備えるだけでよい。   The battery voltage detection circuit 100b according to the second embodiment includes both the AC correction circuit 10a and the DC correction circuit 30a. However, when the load Lo is a DC load, the AC correction circuit 10a is not required and the comparison unit 20 In addition, it is only necessary to provide the DC correction circuit 30a.

100p,100a,100b 電池電圧検出回路、 Lo 負荷、 Vb 二次電池、 SW スイッチ、 10 実効値電圧検出補正部、 10a 交流補正回路、 20 比較部、 30 実効値電流検出補正部、 30a 直流補正回路。   100p, 100a, 100b Battery voltage detection circuit, Lo load, Vb secondary battery, SW switch, 10 RMS voltage detection correction unit, 10a AC correction circuit, 20 comparison unit, 30 RMS value current detection correction unit, 30a DC correction circuit .

Claims (5)

負荷の電源をバックアップするための二次電池の電圧を検出する電池電圧検出回路であって、
前記二次電池の検出電圧と、当該二次電池の放電終止電圧に対応する参照電圧とを比較するコンパレータと、
前記コンパレータの比較結果をもとに、前記二次電池から負荷への電源供給を停止させるスイッチと、
交流負荷への放電時に前記二次電池の電圧に重畳されるリップル成分により、前記コンパレータの出力反転タイミングが早まることを補正するための交流補正回路と、
を備えることを特徴とする電池電圧検出回路。
A battery voltage detection circuit for detecting a voltage of a secondary battery for backing up a load power source,
A comparator that compares the detected voltage of the secondary battery with a reference voltage corresponding to a discharge end voltage of the secondary battery;
Based on the comparison result of the comparator, a switch for stopping the power supply from the secondary battery to the load,
An AC correction circuit for correcting that the output inversion timing of the comparator is advanced by a ripple component superimposed on the voltage of the secondary battery when discharging to an AC load;
A battery voltage detection circuit comprising:
前記交流補正回路は、前記リップル成分を直流成分に変換し、その直流電圧に対応して前記参照電圧を低下させることを特徴とする請求項1に記載の電池電圧検出回路。   The battery voltage detection circuit according to claim 1, wherein the AC correction circuit converts the ripple component into a DC component, and reduces the reference voltage corresponding to the DC voltage. 前記交流補正回路は、
前記二次電池の検出電圧の直流成分をカットする直流カット容量と、
前記直流カット容量を通過した交流成分を平滑化する平滑化容量と、
前記平滑化容量により平滑化された電圧を反転増幅する反転増幅器と、
前記反転増幅器により反転増幅された電圧を調整する可変抵抗と、を含み、
前記可変抵抗により調整された電圧が、前記参照電圧に加算されることを特徴とする請求項1または2に記載の電池電圧検出回路。
The AC correction circuit is:
DC cut capacity for cutting the DC component of the detection voltage of the secondary battery,
A smoothing capacitor that smoothes the AC component that has passed through the DC cut capacitor;
An inverting amplifier for inverting and amplifying the voltage smoothed by the smoothing capacitor;
A variable resistor that adjusts the voltage inverted and amplified by the inverting amplifier, and
The battery voltage detection circuit according to claim 1, wherein the voltage adjusted by the variable resistor is added to the reference voltage.
前記二次電池から負荷に流れる放電電流に応じて、前記参照電圧を補正する直流補正回路をさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電池電圧検出回路。   4. The battery voltage detection circuit according to claim 1, further comprising a DC correction circuit that corrects the reference voltage in accordance with a discharge current flowing from the secondary battery to a load. 5. 前記直流補正回路は、前記負荷に流れる放電電流の実効値が高いほど、前記参照電圧を低下させることを特徴とする請求項4に記載の電池電圧検出回路。   The battery voltage detection circuit according to claim 4, wherein the DC correction circuit decreases the reference voltage as an effective value of a discharge current flowing through the load is higher.
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