JP4096470B2

JP4096470B2 - バッテリ−バックアップ付き電源回路

Info

Publication number: JP4096470B2
Application number: JP25763899A
Authority: JP
Inventors: 秀典 ▲高▼橋
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2019-09-10
Also published as: JP2001086663A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流出力を生成するＤＣ／ＤＣコンバ−タの入力となる高調波電流抑制回路の正常／異常を判別し、直流出力が保持できなくなる時点でバッテリ−バックアップによる駆動へ切り替え直流出力を保持するバッテリ−バックアップ付き電源回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、バッテリ−バックアップ付き電源回路は、直流出力を生成するＤＣ／ＤＣコンバ−タの入力となる高調波電流抑制回路を交流電源に接続し、高調波電流抑制回路の出力電圧を監視して、出力電圧が所定の電圧より低下した場合にはバッテリ−入力による駆動へ切り替えてバッテリ−から電力を供給し、出力電圧が所定の電圧に達した場合にはＡＣ入力による駆動に切り替えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のバッテリ−バックアップ付き電源回路にあっては、バッテリ−入力による駆動へ切り替わると、たとえ高調波電流抑制回路が異常であっても、電源回路の直流出力は保持され、装置は正常動作し続けるので、使用者は電源回路内の高調波電流抑制回路が異常を生じていることが全くわからず、更に装置が正常動作しているので、一度装置を正常オフさせその後、装置を再度立ち上げると、異常を生じた高調波電流抑制回路に起動動作を行わせるとこととなり、高調波電流抑制回路の異常状態をより進めてしまい、発煙・発火などの危険性が更に増加させてしまうという問題点があった。
【０００４】
また、正常時のバッテリ−入力によるバックアップ動作を保証するために、発煙・発火の恐れがある状態にも関わらず、使用者にアラームを通知することができないという問題点もあった。
【０００５】
本発明は高調波電流抑制回路が正常で出力電圧が低下した場合はバッテリ−入力による駆動へ切り替えを行い、高調波電流抑制回路が異常で出力電圧が低下した場合は電源回路をアラーム動作とし装置動作を停止させ、使用者に電源回路の異常を通知することができるバッテリ−バックアップ付き電源回路を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のバッテリ−バックアップ付き電源回路においては、高調波電流抑制回路のＡＣ入力電圧を監視する入力電圧監視手段と、入力電圧監視手段の出力と高調波電流抑制回路の出力電圧監視手段の出力とを入力し、高調波電流抑制回路が異常な場合には高調波電流抑制回路の制御を停止させる制御手段とを備える。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。尚、各図面に共通な要素には同一符号を付す。
図１はバッテリ−バックアップ付き電源回路のブロック図である。電源回路１は、直流出力を生成するＤＣ／ＤＣコンバ−タ２と、コネクタ３により交流電源に接続されてＤＣ／ＤＣコンバ−タ２の入力となる高調波電流抑制回路４と、バッテリ−５に接続されて高電圧を出力する昇圧回路６と、昇圧回路６の出力をＤＣ／ＤＣコンバ−タ２の入力への切り替えを行うバッテリ−入力スイッチ７と、制御回路８とを有する。
【０００８】
制御回路８は、高調波電流抑制回路４の入力であるＡＣ入力ラインの電圧を監視する入力電圧監視回路９の出力信号ＡＣ−ＬＯＷと高調波電流抑制回路４の出力電圧を監視する出力電圧監視回路１０の出力信号ＰＦ−ＬＯＷとを入力し、バッテリ−入力スイッチ７を切り替えるＯＮ／ＯＦＦ信号及び高調波電流抑制回路４の制御部１１を制御するＰＦ−ＯＮ信号を出力する。
【０００９】
制御回路８は、高調波電流抑制回路４の出力電圧を出力電圧監視回路１０により監視し、ＤＣ／ＤＣコンバ−タ２の動作可能な電圧であるかどうかをＰＦ−ＬＯＷ信号により判別している。
【００１０】
図２は高調波電流抑制回路のブロック図である。ＡＣ入力端子ａ、ｂは全波整流を行う整流用ダイオ−ド１２の入力端子ｃ、ｄに接続されている。整流用ダイオ−ド１２の一方の出力端子ｅに接続される一次側の＋ライン１３には、チョ−クコイル１４、平滑用ダイオ−ド１５が直列に接続され、平滑用ダイオ−ド１５を挟んで整流用ダイオ−ド１２の他方の出力端子ｆに接続される一次側の０Ｖライン１６との間にスイッチング素子１７、平滑用コンデンサ１８が接続されている。
【００１１】
スイッチング素子１７のベ−ス端子には制御部１１が接続されている。平滑用コンデンサ１８の両端部は、高調波電流抑制回路４の出力端子ｇ、ｈに接続されている。
【００１２】
高調波電流抑制回路は、整流用ダイオ−ド１２により全波整流されてチョ−クコイル１４に供給される電流をスイッチング素子１７のオンオフ制御を行うことにより、高調波パルスにして平滑用ダイオ−ド１５、平滑用コンデンサ１８からなる平滑回路に供給し、出力端子ｇ、ｈから電圧ｅを出力している。
【００１３】
図３は出力電圧監視回路の詳細図である。入力端子ｉは一次側の＋ライン１３に接続され、入力端子ｉには電気抵抗（以後抵抗と記す）Ｒ1 、Ｒ2 が直列に接続され、抵抗Ｒ2 の他端が接地されている。コンパレ−タ１９の反転入力端子は基準電圧２０に接続され、非反転入力端子は抵抗Ｒ2 の一端とノイズ対策用コンデンサＣ1 の一端と抵抗Ｒ3 の一端とに接続されている。ノイズ対策用コンデンサの他端は接地されており、抵抗Ｒ3 の他端はダイオ−ドＤ1 の一端に接続されている。
【００１４】
ダイオ−ドＤ1 の他端はコンパレ−タ１９の出力端子とプルアップ用抵抗Ｒ4 の一端ととともに出力電圧監視回路の出力端子ｊに接続されている。抵抗Ｒ4 の他端は電源端子Ｖｃｃに接続されている。出力端子ｊは制御回路８に接続されている。
【００１５】
基準電圧２０はＤＣ／ＤＣコンバ−タ２が直流出力電圧を保証できる最低入力電圧ｅ0 の分圧に基づいて決められている。
【００１６】
コンパレ−タ１９は非反転入力端子に印加する電圧が基準電圧２０を上回るときにＰＦ−ＬＯＷ信号「Ｈ」を制御回路８に出力し、基準電圧２０を下回るときにＰＦ−ＬＯＷ信号「Ｌ」を制御回路８に出力する。
【００１７】
高調波電流抑制回路４の出力端子ｇ、ｈから電圧ｅが出力され、コンパレ−タ１９の出力が「Ｌ」のときは抵抗Ｒ2 とＲ3 とを並列に接続させた合成抵抗による分圧ｅ×Ｒ2 Ｒ3 ／｛Ｒ1 （Ｒ2 ＋Ｒ3 ）＋Ｒ2 Ｒ3 ｝がコンパレ−タ１９の非反転入力端子に印加され、コンパレ−タ１９の出力が「Ｈ」のときは、分圧ｅ×Ｒ2 ／（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）がコンパレ−タ１９の非反転入力端子に印加される。
【００１８】
従って、入力端子ｉに印加される高調波電流抑制回路４の出力電圧ｅが同じならば、抵抗Ｒ2 とＲ3 とを並列に接続させた合成抵抗による分圧ｅ×Ｒ2 Ｒ3 ／｛Ｒ1 （Ｒ2 ＋Ｒ3 ）＋Ｒ2 Ｒ3 ｝は抵抗Ｒ2 のみによる分圧ｅ×Ｒ2 ／（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）よりも小さいので、コンパレ−タ１９の出力が「Ｌ」から「Ｈ」に切り替わるときの入力端子ｉに印加される電圧ｅは、コンパレ−タ１９の出力が「Ｈ」から「Ｌ」に切り替わるときの入力端子ｉに印加される電圧ｅよりも高くなければならない。
【００１９】
言い換えれば、コンパレ−タ１９の出力が「Ｈ」から「Ｌ」に切り替わるときの入力端子ｉに印加される電圧ｅは、コンパレ−タ１９の出力が「Ｌ」から「Ｈ」に切り替わるときの入力端子ｉに印加される電圧ｅより確実に低くなってから切り替わり、ノイズ程度の外乱で容易にバッテリ−入力による駆動へは切り替わらないようになっている。
【００２０】
図４は入力電圧監視回路の詳細図である。入力端子ｋ，ｍは、図２に示したＡＣ入力端子ａ、ｂに接続されている。入力端子ｋ，ｍにはダイオ−ドＤ2 、Ｄ3 の入力端子が接続され、ダイオ−ドＤ2 、Ｄ3 の出力端子は抵抗Ｒ5 の一端に接続されている。抵抗Ｒ5 の他端は抵抗Ｒ6 ，Ｒ7 、ノイズ対策用コンデンサＣ2 の一端と、コンパレ−タ２１の反転入力端子に接続されている。抵抗Ｒ6 、ノイズ対策用コンデンサＣ2 の他端は接地されている。コンパレ−タ２１の非反転入力端子には基準電圧２２及びコンパレ−タ２３の非反転入力端子に接続されている。ダイオ−ドＤ4 の一端は抵抗Ｒ7 の他端に接続され、ダイオ−ドＤ4 の他端は抵抗Ｒ8 の一端、コンパレ−タ２３の出力端子とともに入力電圧監視回路の出力端子ｎに接続されている。
【００２１】
コンパレ−タ２１の出力端子には抵抗Ｒ9 及びコンデンサＣ3 の一端と、コンパレ−タ２３の反転入力端子とに接続されている。抵抗Ｒ8 、Ｒ9 の他端は電源端子Ｖｃｃに接続されている。
【００２２】
入力電圧監視回路９は、ＡＣ電圧をダイオ−ドＤ２、Ｄ３により全波整流した後、その変換された脈動電圧を抵抗Ｒ７とコンデンサＣ２において蓄電する。前段のコンパレータ２１は脈動電圧が基準電圧２２を上回るとき信号「Ｌ」を出力する。
【００２３】
前段のコンパレータ２１が信号「Ｌ」を出力するとき、後段のコンパレータ２３は信号「Ｈ」を出力する。コンパレータ２３の出力信号がＡＣ−ＬＯＷ信号である。
【００２４】
前段のコンパレータ２１の出力が「Ｈ」から「Ｌ」になったとき、後段のコンパレータ２３の反転入力に抵抗Ｒ９及びコンデンサＣ３のＣＲ回路を通じて基準電圧２２を上回るようにコンデンサＣ３の蓄積電圧の放電を行い、これをコンパレータ２２により検出することでＡＣ電圧が予め決められた入力電圧範囲外にあるか否かを判断している。
【００２５】
制御回路８は、ＡＣ−ＬＯＷ信号とＰＦ−ＬＯＷ信号とＰＦ−ＯＮ信号とを組み合わせたテ−ブルを有し、ＡＣ−ＬＯＷ信号、ＰＦ−ＬＯＷ信号を受け、テ−ブルを参照して高調波電流抑制回路４を駆動するＰＦ−ＯＮ信号を生成している。ここで、ＡＣ−ＬＯＷ信号とＰＦ−ＬＯＷ信号とＰＦ−ＯＮ信号の組み合わせにより、制御回路８は下記の様に電源内部動作を認識し、動作させる。
【００２６】
（１）高調波電流抑制回路４の動作中に以下の状況となった場合（ＰＦ−ＯＮ信号：オン）
１．ＡＣ−ＬＯＷ信号：Ｈ，ＰＦ−ＬＯＷ信号：Ｈ
→ 入力正常，出力正常＝電源正常。動作継続
２．ＡＣ−ＬＯＷ信号：Ｈ，ＰＦ−ＬＯＷ信号：Ｌ
→ 入力正常，出力低下＝電源異常。アラーム動作へ
３．ＡＣ−ＬＯＷ信号：Ｌ，ＰＦ−ＬＯＷ信号：Ｈ
→ 入力範囲外，出力正常＝電源正常。動作継続
４．ＡＣ−ＬＯＷ信号：Ｌ，ＰＦ−ＬＯＷ信号：Ｌ
→ 入力範囲外，出力低下＝電源正常。バッテリ−駆動に切り替え
（２）高調波電流抑制回路４の停止中に以下の状況となった場合（ＰＦ−ＯＮ信号：オフ）
１．ＡＣ−ＬＯＷ信号：Ｈ，ＰＦ−ＬＯＷ信号：Ｌ
→ 入力正常，出力低下＝動作停止（電源起動可能）
２．ＡＣ−ＬＯＷ信号：Ｌ，ＰＦ−ＬＯＷ信号：Ｌ
→ 入力範囲外，出力低下＝動作停止（電源起動不可）
３．ＡＣ−ＬＯＷ信号：Ｈ，ＰＦ−ＬＯＷ信号：Ｈ
→ 入力正常，出力正常＝動作停止（電源起動可能）
４．ＡＣ−ＬＯＷ信号：Ｈ，ＰＦ−ＬＯＷ信号：Ｈ
→ 入力正常，出力正常＝動作停止（電源起動不可）
このようにして、高調波電流抑制回路４が正常か異常かを判別しつつ、バッテリ−入力による駆動も行うことができる。また異常時には、電源回路をアラーム動作に移行し、電源回路を停止するとともに、使用者へ電源回路が異常となったことを、図示せぬＬＥＤなどの表示素子により伝えることも可能となる。
【００２７】
尚、バッテリ−入力による駆動への切り替えはＰＦ−ＬＯＷ信号が「Ｌ」になるまで行わないので、電源回路の瞬断能力の限界まで、バッテリ−入力に頼らずに動作することが可能となっている。
【００２８】
図５はＡＣ−ＬＯＷ信号：Ｌ，ＰＦ−ＬＯＷ信号：Ｌの場合の動作を示す制御回路のフロ−チャ−ト（１）、図６はＡＣ−ＬＯＷ信号：Ｈ，ＰＦ−ＬＯＷ信号：Ｌの場合の動作を示す制御回路のフロ−チャ−ト（２）である。両図とも（Ａ）〜（Ｇ）は、ＡＣ入力電圧、高調波電流抑制回路４の出力電圧ｅ、ＰＦ−ＬＯＷ信号、ＡＣ−ＬＯＷ信号、高調波電流抑制回路４の制御部１１を制御するＰＦ−ＯＮ信号、バッテリ−入力スイッチ７を切り替えるＯＮ／ＯＦＦ信号、ＤＣ／ＤＣコンバ−タ２の入力電圧を示す。
【００２９】
次に動作について図５、６を参照して説明する。先ず、高調波電流抑制回路４の動作中に「停電」等が発生した場合について、図５に基づいて説明する。
【００３０】
時刻ｔ1 で「停電」等が発生し、ＡＣ入力電圧が０ボルトになると、図４に示した高調波電流抑制回路４の出力電圧ｅ及びＤＣ／ＤＣコンバ−タ２の入力電圧は、（Ｂ）、（Ｇ）に示すように降下し始める。
【００３１】
時刻ｔ2 で入力電圧監視回路９の出力であるＡＣ−ＬＯＷ信号が、（Ｄ）に示すように、「Ｈ」から「Ｌ」に反転する。
【００３２】
高調波電流抑制回路４の出力電圧ｅがさらに降下し、時刻ｔ3 でＤＣ／ＤＣコンバ−タ２が直流出力電圧を保証できる最低入力電圧ｅ0 に達すると、出力電圧監視回路１０の出力であるＰＦ−ＬＯＷ信号が、（Ｃ）に示すように、「Ｈ」から「Ｌ」に反転する。
【００３３】
ＡＣ−ＬＯＷ信号、ＰＦ−ＬＯＷ信号が「Ｌ」に反転したことにより、制御回路８は、高調波電流抑制回路４の制御部１１を制御するＰＦ−ＯＮ信号を「Ｈ」から「Ｌ」に反転してオフにし、バッテリ−入力スイッチ７を切り替えるＯＮ／ＯＦＦ信号を「Ｌ」から「Ｈ」に反転してバッテリ−駆動に切り替える。ＤＣ／ＤＣコンバ−タ２の入力電圧はバッテリ−駆動により上昇し始め、時刻ｔ4 で正常状態に戻る。
【００３４】
次に、高調波電流抑制回路４の動作中に高調波電流抑制回路４に異常が発生した場合について、図６に基づいて説明する。
【００３５】
高調波電流抑制回路４の動作中に、時刻ｔ1 で高調波電流抑制回路４に異常が発生すると、高調波電流抑制回路４の出力電圧ｅ及びＤＣ／ＤＣコンバ−タ２の入力電圧は、（Ｂ）、（Ｇ）に示すように降下し始める。
【００３６】
高調波電流抑制回路４の出力電圧ｅがさらに降下し、時刻ｔ2 でＤＣ／ＤＣコンバ−タ２が直流出力電圧を保証できる最低入力電圧ｅ0 に達すると、出力電圧監視回路１０の出力であるＰＦ−ＬＯＷ信号が、（Ｃ）に示すように、「Ｈ」から「Ｌ」に反転する。入力電圧監視回路９の出力であるＡＣ−ＬＯＷ信号は、ＡＣ入力電圧が正常なので、（Ｄ）に示すように、「Ｈ」のままである。
【００３７】
ＡＣ−ＬＯＷ信号、ＰＦ−ＬＯＷ信号が「Ｈ」、「Ｌ」になったことにより、制御回路８は、高調波電流抑制回路４の制御部１１を制御するＰＦ−ＯＮ信号を「Ｈ」から「Ｌ」に反転してオフにして高調波電流抑制回路４を停止させ、バッテリ−入力スイッチ７を切り替えるＯＮ／ＯＦＦ信号を「Ｌ」のままにする。
【００３８】
また、制御回路８は、電源回路が異常となったことを、図示せぬＬＥＤなどの表示素子により使用者へ伝える。
【００３９】
ＤＣ／ＤＣコンバ−タ２の入力電圧は高調波電流抑制回路４が停止し、バッテリ−駆動にも切り替えられないことにより時刻ｔ3 で急降下し、時刻ｔ4 で出力が０ボルトとなって、図示せぬ装置は停止する。
【００４０】
尚、本実施の形態ではバッテリ−入力を昇圧回路を用いて高圧化してＤＣ／ＤＣコンバ−タに入力したが、図７に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバ−タを２段にし、高調波電流抑制回路４の出力電圧を前段のＤＣ／ＤＣコンバ−タ３０に入力し、前段のＤＣ／ＤＣコンバ−タ３０の出力とバッテリ−５の出力とそれぞれダイオ−ド３２、３３を介して後段のＤＣ／ＤＣコンバ−タ３１に入力し、後段のＤＣ／ＤＣコンバ−タ３１で昇圧するようにすれば、バッテリ−入力を昇圧しない回路構成にも本発明を適用することができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので以下に記載される効果を奏する。
高調波電流抑制回路のＡＣ入力電圧を監視する入力電圧監視手段と、入力電圧監視手段の出力と出力電圧監視手段の出力とを入力し、入力正常で出力低下の場合には電源異常として高調波電流抑制回路の制御を停止させるようにしたことにより、発煙、発火等の危険を防止できる。
【００４２】
また、ＬＥＤなどの表示素子により使用者に電源回路が異常であることを報知できる。
【００４３】
また、入力電圧監視手段は第１のコンパレ−タと第２のコンパレ−タとＣＲ回路とを有し、第１のコンパレ−タによりＡＣ入力電圧が予め決められた電圧を下回る「断」状態を検出すると、ＡＣ入力電圧周波数１ヘルツ以上、第２のコンパレ−タの基準電圧を上回るようにＣＲ回路から放電を行い、第２のコンパレ−タの出力が反転したときＡＣ入力電圧が入力電圧範囲外にあると判定するようにしたことにより、停電のときには、電源回路の瞬断能力の限界までバッテリ−入力を使用せずに動作可能となるので、バッテリ−の放電回数を低減できる。
【００４４】
さらに、チョ−クコイルを小型化することができるので、電源外形の小型化と軽量、低価格化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】バッテリ−バックアップ付き電源回路のブロック図である。
【図２】高調波電流抑制回路のブロック図である。
【図３】出力電圧監視回路の詳細図である。
【図４】入力電圧監視回路の詳細図である。
【図５】電源回路のフロ−チャ−ト（１）である。
【図６】電源回路のフロ−チャ−ト（２）である。
【図７】他の実施の形態によるバッテリ−バックアップ付き電源回路のブロック図である。
【符号の説明】
１電源回路
４高調波電流抑制回路
７バッテリ−入力スイッチ
９入力電圧監視回路
１０出力電圧監視回路
１４チョ−クコイル
１７スイッチング素子

Claims

直流出力を生成するＤＣ／ＤＣコンバ−タの入力となる高調波電流抑制回路を交流電源に接続し、出力電圧監視手段により高調波電流抑制回路の出力電圧を監視して、出力電圧が所定の電圧より低下した場合にはバッテリ−バックアップに切り替える制御手段を備えるバッテリ−バックアップ付き電源回路において、
第１のコンパレ−タと第２のコンパレ−タとＣＲ回路とからなり、前記第１のコンパレータの反転入力端子に前記ＡＣ入力電圧が入力され、前記第１のコンパレータの出力端子は前記ＣＲ回路と前記第２のコンパレータの反転入力端子に接続することにより前記高調波電流抑制回路のＡＣ入力電圧を監視する入力電圧監視手段と、
前記高調波電流抑制回路の出力電圧を監視する第３のコンパレ−タからなる出力電圧監視手段とを設け、
前記制御手段は前記入力電圧監視手段及び前記出力電圧監視手段の出力の組合せを記録したテーブルを有し、
前記入力電圧監視手段は、第１のコンパレ−タにより前記ＡＣ入力電圧が所定の電圧を下回る電圧が検出されると前記ＣＲ回路に蓄積電圧が充電され、
第１のコンパレ−タにより前記ＡＣ入力電圧が所定の電圧を上回る電圧が検出されると前記ＣＲ回路に前記蓄積電圧の放電を行い、前記放電により第２のコンパレ−タの出力が反転して入力電圧信号をＨＩＧＨとして出力し
前記出力電圧監視手段は、第３のコンパレ−タにより前記出力電圧が所定の電圧を下回る電圧として検出されると、出力電圧信号をＬＯＷとして出力し、
前記制御手段は前記テーブルを参照して入力電圧信号がＨＩＧＨで出力電圧信号がＬＯＷの場合にＯＮの電源制御信号の出力し、該信号出力により電源異常として高調波電流抑制回路の制御を停止させることを特徴としたバッテリ−バックアップ付き電源回路。