JP3946155B2

JP3946155B2 - 無停電電源装置

Info

Publication number: JP3946155B2
Application number: JP2003068705A
Authority: JP
Inventors: 孝椛澤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2023-03-13
Also published as: JP2004282850A; US20040178679A1; CN1531165A; CN100429857C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータ等の電子機器装置に組み込まれて、交流電源の停電時におけるバックアップ電源として用いるに好適な無停電電源装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
電力源として商用電源（交流）を用いたパーソナルコンピュータやサーバ等の電子機器装置においては、その動作（稼動）中に瞬時停電等が発生すると、処理動作自体にエラーが生じたり、貴重な処理データが損なわれる等の不具合が発生する。そこでこの種の電子機器装置に二次電池を主体として構成される無停電電源装置（電池パック）を組み込み、商用電源の停電時に電子機器装置の処理動作を補償し、またその処理データを保護することが種々試みられている（例えば特許文献１,２を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２７６８３号公報
【特許文献２】
特開２００２−２５８９９３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところでパーソナルコンピュータ等の電子機器装置においては、例えばその処理動作が所定時間に亘って休止するような場合、該電子機器本体の通常動作に必要な回路部への電力供給を停止させ、待機動作を実行する回路部に対してだけ電力供給することで、その省電力化を図ることが行われる。このような動作態様はスタンバイ（待機）と称される。ちなみに上述した待機動作を実行する回路部は、電子機器装置がスタンバイ状態にあるとき、キーボード等の入力デバイスを介して与えられる情報を検出して該電子機器装置のスタンバイ状態（待機動作）を解除して通常動作に復帰させる役割を担う。
【０００５】
しかしながらこの種の電子機器装置に組み込まれる従来一般的な無停電電源装置（電池パック）は、専ら、該電子機器装置の電源ユニットに接続されていることを条件として、そのバックアップ機能が作動するように構成されているに過ぎない。そして電源ユニットへの交流電源の入力状態をモニタし、停電を検出したとき、前記二次電池に充電した電力エネルギを上記電源ユニットを介して電子機器本体に供給するように構成されている。
【０００６】
具体的には従来の電池パックは、電子機器装置が動作停止中であるか、スタンバイ状態（待機動作）であるか、或いは通常動作中であるかに拘わらず、常時、前記電源ユニットへの交流電源の入力を監視するように構成されている。これ故、電池パックにおける電力消費が大きくなることが否めない。特に電子機器本体がスタンバイ状態（待機動作）にあり、通常動作していない場合であっても、電池パックから電子機器本体に対してバックアップ電源を供給するように構成されているので、電力消費の無駄が大きいと言う問題があった。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、電子機器装置の動作状態に応じて適切にバックアップ電源を供給することができ、電力消費の無駄を省くことのできる実用性の高い無停電電源装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る無停電電源装置は、所定の処理動作を実行する電子機器本体と、交流電源から上記電子機器本体の待機動作に必要な第１の直流電力および前記電子機器本体の通常動作に必要な第２の直流電力をそれぞれ生成し、前記第１の直流電力を前記電子機器本体に常時供給すると共に、前記電子機器本体の動作状態に応じて前記第２の直流電力の前記電子機器本体への供給を制御する電源ユニットとを具備した電子機器装置に組み込むに好適なものであって、
前記電源ユニットによって充電される二次電池を備えて前記交流電源の停電時には前記電子機器本体に対するバックアップ電源として機能し、
特に前記第２の直流電力の供給状態を検出したときには前記電子機器本体に対するバックアップ動作機能を作動させ、また前記第１の直流電力を検出した状態において前記第２の直流電力が検出されなかったときには上記バックアップ動作機能を停止させるバックアップ制御手段を具備したことを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る無停電電源装置について説明する。
この無停電電源装置は、商用電源（交流電源）を電力源とする、例えばパーソナルコンピュータ等の電子機器装置に組み込んで上記商用電源の停電時に電子機器本体の作動を保証するに好適なものであって、Ｌiイオン電池やＮi-ＭＨ電池等の二次電池を備えて構成される。具体的にはこの無停電電源装置は、電子機器装置における電源ユニットに接続されて用いられる。そして無停電電源装置は、上記電源ユニットが生成する直流電力を受けて二次電池を充電すると共に、商用電源（交流電源）の停電時には上記二次電池に充電した電力エネルギを前記電源ユニットを介して電子機器本体に供給するように構成され、これによって上記電子機器本体の作動を保証する役割を担う。
【００１１】
電子機器本体の電源ユニット１０、およびこの実施形態に係る無停電電源装置（電池パック）２０について図１を参照して説明する。電子機器本体の電源ユニット１０は、基本的には交流の商用電源（ＡＣ）をフィルタ１１を介して入力し、交流・直流変換器（ＡＣ／ＤＣ）１２を介して直流電力を生成すると共に、更にこの直流電力から電子機器本体（図示せず）に供給すべき、例えば電圧の異なる複数種の直流電力を直流・直流変換器（ＤＣ／ＤＣ）１３,１４を介してそれぞれ生成するように構成される。
【００１２】
特に第１の直流・直流変換器１３は、電子機器本体に設けられた電源スイッチ（図示せず）が投入されたとき、該電子機器本体の待機動作に必要な第１の直流電力（スタンバイ電力）ＶＳを生成し、この第１の直流電力ＶＳを電子機器本体に対して定常的に供給するように設けられる。尚、第１の直流電力（スタンバイ電力）ＶＳは、後述するＰＳ-ＯＮの端子信号とは関係なく出力され、スタンバイ時でも電源供給が必要な回路に供給される。また第２の直流・直流変換器１４は、電子機器本体の動作状態に応じて該電子機器本体の通常動作に必要な第２の直流電力（動作電力）ＶＤＣを生成し、この第２の直流電力ＶＤＣを電子機器本体に供給するように設けられる。具体的にはこの第２の直流・直流変換器１４は、制御回路１５の制御を受けてオン・オフされるスイッチ１６を介して交流・直流変換器１２からの直流電力が供給されて作動し、上記スイッチ１６がオン動作している場合にだけ前記電子機器本体に対して電力供給するように構成されている。
【００１３】
尚、制御回路１５は、例えば電子機器本体が所定時間に亘って休止状態であるとき、前記スイッチ１６をオフすることで第２の直流・直流変換器１４の作動を停止させる。そしてこの第２の直流・直流変換器１４から電子機器本体への第２の直流電力（動作電力）ＶＤＣの供給を停止し、これによって電子機器本体を動作待機（スタンバイ）状態に移行させることで該電子機器本体での無駄な電力消費を抑える役割を担っている。即ち、この状態においては、前記電源ユニット１０からは前述した第１の直流電力（スタンバイ電力）ＶＳだけが電子機器本体に供給される。この結果、電子機器本体は、第１の直流電力（スタンバイ電力）ＶＳだけを受けて待機動作することになる。このように電子機器本体が休止、または待機(スタンバイ)状態であることを電源ユニット１０に通信する端子として、制御回路１５においては図１に示すようにＰＳ-ＯＮの端子を備えている。このＰＳ-ＯＮ端子の信号を［Ｈ］レベルとすることで、電源ユニット１０から第１の直流電力（スタンバイ電力）ＶＳだけが電子機器本体に供給される。逆にこのＰＳ-ＯＮ端子の信号をＣＯＭ（０Ｖ）に維持するように電子機器本体側より指示された場合には、前記電源ユニット１０は第２の直流電力ＶＤＣを電子機器本体に供給することになる。
【００１４】
そして制御回路１５においては、電源ユニット１０から電子機器本体への出力が定格電圧の約９５％まで立ち上がると、図１においてＰＷＲ-ＯＫと表示される端子から［Ｈ］レベルの信号を出力する。電子機器本体においてはこの［Ｈ］レベル信号であるＰＷＲ−ＯＫ信号を監視することにより、電源が正しく供給されているか否かを判断する。
【００１５】
また同時に上記制御回路１５は、例えばキーボードやマウスの入力デバイス等の操作を監視している。特に制御回路１５は、前記電子機器本体が動作待機（スタンバイ）状態にあるときに入力デバイス等を介して電子機器本体に対する何等かの動作指示が与えられたとき、これを検出して前記スイッチ１６をオンさせて前記第２の直流・直流変換器１４を作動させている。そしてこの第２の直流・直流変換器１４から前記電子機器本体への前述した第２の直流電力の供給を再開させることで、該電子機器本体を通常動作状態に復帰させる役割を担っている。
【００１６】
このような基本的な機能に加えて前記電源ユニット１０は、無停電電源装置（電池パック）２０に対して二次電池を充電する為の直流電力Ｃ＋を生成する充電用電源１７と、前述した交流電源の入力を監視する交流検出器（ＡＣ検出器）１８とを備えている。この交流検出器１８は、フィルタ１１を介して交流・直流変換器（ＡＣ／ＤＣ）１２に印加される交流電力をモニタすることで、交流電力の入力を、換言すれば交流電力の停電を監視する機能を担う。そして交流検出器１８は、交流電力が入力されているとき、所定の交流検出信号ＡＣ-ＤＥＴを出力するようになっている。
【００１７】
一方、上述した電源ユニット１０に接続されて電子機器本体に対するバックアップ電源として用いられる無停電電源装置（電池パック）２０は、図１に示すようにＬiイオン電池やＮi-ＭＨ電池等の二次電池（ＢＡＴ）２１を備えている。この二次電池２１は、例えばその正極を充電制御回路２２を介して前記充電用電源１７の充電用出力端子Ｃ＋に接続されると共に、負極をシャント抵抗２３を介して接地されて上記充電用電源１７により充電されるように設けられる。特に二次電池２１のシャント抵抗２３を介する接地は、前述した電源ユニット１０を介して行われるようになっており、無停電電源装置（電池パック）２０が電源ユニット１０に対して確実に接続されたことを条件として、上記二次電池２１に対する充電が行われるようになっている。
【００１８】
また二次電池２１の正極は、同時に放電用電力線ＤＣＨＧを介して電源ユニット１０に接続され、この電源ユニット１０においてスイッチ１９およびダイオードＤ２を直列に介して該電源ユニット１０における直流電源ラインに接続されている。スイッチ１９は、前述した交流電力の入力が停止（停電）したとき前記制御回路１５の制御の下で導通されるもので、これによって二次電池２１に充電された電力エネルギが放電されて電源ユニット１０に供給される。そしてこの二次電池２１からの電力エネルギ（直流電力）は前述した第１および第２の直流・直流変換器１３,１４にそれぞれ供給され、これらの直流・直流変換器１３,１４を介して電子機器本体に対して前述した第１の直流電力（スタンバイ電力）ＶＳおよび第２の直流電力（動作電力）ＶＤＣとしてそれぞれ供給されるものとなっている。
【００１９】
尚、ダイオードＤ２は、前述した交流・直流変換器１２と第１および第２の直流・直流変換器１３,１４との間に介挿されたダイオードＤ１と協働して、二次電池２１からの放電電流の充電用電源１７への回り込みを阻止する役割を担っている。またダイオードＤ２は、前記交流・直流変換器１２が生成した直流電力によって前記二次電池２１が直接的に充電されることを阻止する役割も担っている。またこのダイオードＤ２によって、仮にスイッチ１９が停電時以外に不本意にオンした場合であっても、二次電池２１に対する充電は前述した充電制御回路２２を介してだけ実行される。そしてこの充電制御回路２２の下での二次電池２１の充電制御により、二次電池２１の過充電が未然に防がれるようになっている。
【００２０】
ところで無停電電源装置（電池パック）２０に組み込まれたバックアップ制御機能としての演算処理ユニット（ＣＰＵ）２４は、基本的には電源ユニット１０の作動状態等を検出して当該無停電電源装置（電池パック）２０の作動を制御するものである。基本的には前記ＣＰＵ２４は、充電制御回路２２から与えられる二次電池２１の充電状態に関する情報、および電源ユニット１０の交流検出器１８から与えられる交流電源の入力状態（停電情報）等を監視している。そしてＣＰＵ２４は、電源スイッチの投入によって電子回路本体が動作（稼動）中に交流電源の入力が途絶えたとき（停電したとき）、前述した制御回路１５に対して二次電池２１からの電力供給可能な旨を示す信号Ｓ-Ｄを出力している。制御回路１５はこの信号Ｓ-Ｄを受けることにより前述したスイッチ１９をオンし、二次電池２１に蓄積された電力エネルギの放電を実行させる。これによって電池パック（二次電池２１）は、交流電源の停電時に電子機器本体に対するバックアップ電源として機能することになる。
【００２１】
さて基本的には上述した如く構成される無停電電源装置（電池パック）２０において本発明が特徴とするところは、前記ＣＰＵ２４において、前述した第１および第２の直流・直流変換器１３,１４がそれぞれ出力する第１の直流電力（スタンバイ電力）ＶＳおよび第２の直流電力（動作電力）ＶＤＣをそれぞれ監視すると共に、前記制御回路１５によって監視されている電源ユニット１０の電力負荷状態を示す信号ＰＯＷを監視している点にある。そしてＣＰＵ２４は、上記直流電力ＶＳ,ＶＤＣの電子機器本体への供給状況または電源ユニット１０の電力負荷状態に応じて、以下に示すように二次電池２１から電子機器本体へのバックアップ電力の供給を制御するように構成している点にある。
【００２２】
即ち、ＣＰＵ２４は、例えば図２に示すように電源ユニット１０が電子機器本体に対して第１の直流電力ＶＳを出力しているか否かを判定すると〈ステップＳ１〉と共に、更に第２の直流電力ＶＤＣを出力しているか否かを判定している〈ステップＳ２〉。そして前記電源ユニット１０が電子機器本体に対して第２の直流電力ＶＤＣを出力している場合には、ＣＰＵ２４は前記電子機器本体が通常動作中であると判定している〈ステップＳ３〉。またＣＰＵ２４は、前記電源ユニット１０が電子機器本体に対して第２の直流電力ＶＤＣを出力しておらず、第１の直流電力ＶＳだけを供給している状態であるならば、これを電子機器本体が待機動作（スタンバイ）中であると判定している〈ステップＳ４〉。そして前記電源ユニット１０から第２の直流電力ＶＳが出力されていない場合には、ＣＰＵ２４は電源スイッチがオフであり、電子機器本体が動作停止中であると判定している〈ステップＳ５〉。
【００２３】
そして電池パック２０におけるＣＰＵ２４は、電子機器本体が通常動作中であるときは前述したバックアップ動作機能を作動させる。そしてこの状態において前記交流検出信号ＡＣ-ＤＥＴから交流信号の入力が途絶えたことを検出したときにだけ、電源ユニット１０に対して前述した信号Ｓ-Ｄを出力し、これによって二次電池２１に蓄積した電力エネルギを電子機器本体に対するバックアップ電源として放電するものとなっている。一方、電子機器本体が待機動作（スタンバイ）中、または動作停止中である場合には、ＣＰＵ２４は前記交流検出信号ＡＣ-ＤＥＴのモニタを停止すると共に、電子機器本体に対するバックアップ動作機能自体も停止させるものとなっている。このバックアップ動作機能を停止した状態においては、ＣＰＵ２１からの信号により二次電池２１から電源ユニット１０への給電が停止される。
【００２４】
尚、前記ＣＰＵ２４においては、例えば図３に示すように電源ユニット１０の電力負荷状態を示す信号ＰＯＷを監視し、該電源ユニット１０の電力負荷が［０］であるか否かを判定する〈ステップＳ１１〉と共に、或る電力負荷が存在する場合には、その電力負荷が予め設定した判定レベルを超える大きな負荷であるか否かを判定する〈ステップＳ１２〉ようにしても良い。
【００２５】
そして電源ユニット１０における電力負荷が［０］である場合には、ＣＰＵ２４は電源スイッチがオフであり、電子機器本体が動作停止中であると判定する〈ステップＳ１３〉。また電源ユニット１０における電力負荷が大きい場合には、電子機器本体が通常動作状態であると判定し〈ステップＳ１４〉、電力負荷が小さい場合には、電子機器本体が待機動作（スタンバイ）中であると判定する〈ステップＳ１５〉。そしてＣＰＵ２４においては、前記電子機器本体が通常動作中であることを検出している条件下においてバックアップ動作機能を作動させ、交流電力の停電が検出された場合にだけ、前述したように二次電池２１に蓄積した電力エネルギを前記電子機器本体に対するバックアップ電源として放電させるべく機能するように構成することも可能である。即ち、電子機器本体が待機状態と判断したとき、そのバックアップ動作機能を停止させるようにすれば良い。
【００２６】
このようにして電源ユニット１０における第１および第２の直流電力ＶＳ,ＶＤＣの電子機器本体への出力状態、或いは電源ユニット１０の電子機器本体に対する電力負荷状態ＰＯＷを検出して電子機器本体の作動状態が通常動作中であるか、待機動作（スタンバイ）であるか、或いは停止状態であるかを判定する機能を備えた無停電電源装置（電池パック）によれば、該電子機器本体が通常動作状態である場合にだけ、そのバックアップ機能を働かせることが可能となる。そして電子機器本体が待機動作（スタンバイ）中の場合、或いは稼動停止している場合には、交流電力の入力が途絶えたとしても、敢えて電池パックから電子機器本体に対してバックアップ電力を供給することがない。
【００２７】
従って電子機器本体の稼動状態に応じて、交流電源の停電時に真にその動作状態を保証するべく電子機器本体に対してバックアップ電力を供給する必要があるときにだけ、電池パック２０を機能させるだけで良いので、電池パック２０における負荷を軽減することが可能となる。しかも電源ユニット１０が本来的に備えている機能を十分に活用しながら、該電源ユニット１０の動作状態から電子機器本体の動作状態をモニタするので、その構成が複雑化することがなく、簡易にして確実に電子機器本体の動作状態を判定することができる。この結果、その動作信頼性を十分に確保しながら不必要なバックアップ動作を避けることにより、電池パック２０における消費電力を低減し、ひいては電池パック２０を組み込んだ電子機器装置全体の消費電力を低減することが可能となる。
【００２８】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば電池パック２０における充電制御回路２２における充電制御方式については、従来より提唱されている種々の方式を適宜採用可能であり、ＣＰＵ２４においては二次電池２１がバックアップ電源として機能するに十分な電力エネルギを蓄積している場合にのみ、前述したように電子機器本体に対して電力供給を行うように構成しておけば十分である。またＣＰＵ２４においては、第１および第２の直流電力ＶＳ,ＶＤＣの電子機器本体への出力状態、或いは電源ユニット１０の電子機器本体に対する電力負荷状態ＰＯＷの一方だけを検出するものであっても良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る無停電電源装置によれば、交流電源から直流電力を生成して電子機器本体に電力供給する電源ユニットの第１および第２の直流電力ＶＳ,ＶＤＣの出力状態を判定し、この判定結果に従って電子機器本体に対するバックアップ電力の供給を制御するので、電子機器本体が動作待機（スタンバイ）中であるとき、或いは動作停止中であるときの無停電電源装置（電池パック）での無駄な動作を省き、無駄な電力消費を抑えることができる。
しかも電源ユニットの動作状態から電子機器本体の動作状態を簡易にして確実に判定することができるので、その動作信頼性を十分に高めうる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る無停電電源装置と電子機器装置の電源ユニットとの接続関係を示す図。
【図２】図１に示す無停電電源装置における電子機器本体の動作判定手順の一例を示す図。
【図３】図１に示す無停電電源装置における電子機器本体の動作判定手順の別の例を示す図。
【符号の説明】
１０電源ユニット
１２交流・直流変換器
１３第１の直流・直流変換器
１４第２の直流・直流変換器
１５制御回路
１７充電用電源
１８交流検出器
２０電池パック（無停電電源装置）
２１二次電池
２２充電制御回路
２４演算処理ユニット（ＣＰＵ）

Claims

所定の処理動作を実行する電子機器本体と、
交流電源から上記電子機器本体の待機動作に必要な第１の直流電力および前記電子機器本体の通常動作に必要な第２の直流電力をそれぞれ生成し、前記第１の直流電力を前記電子機器本体に常時供給すると共に、前記電子機器本体の動作状態に応じて前記第２の直流電力の前記電子機器本体への供給を制御する電源ユニットとを具備した電子機器装置に組み込まれる無停電電源装置であって、
前記電源ユニットによって充電される二次電池を備え、前記交流電源の停電時には前記電子機器本体に対するバックアップ電源として機能し、
前記第２の直流電力の供給状態を検出したとき前記電子機器本体に対するバックアップ動作機能を作動させ、
前記第１の直流電力を検出した状態において前記第２の直流電力が検出されなかったとき
前記電子機器本体が前記待機動作であるとしてバックアップ動作機能を停止するバックアップ制御手段を具備したことを特徴とする無停電電源装置。