JP5618084B2 - 電源バックアップ回路およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電源バックアップ回路に関し、特に、突然の電源の瞬断または停電において、バックアップ用コンデンサを用いて短時間の電源バックアップをする電源バックアップ回路およびその制御方法に関する。

通信機器などの装置（負荷）において、内部にコンピュータを内蔵している場合に、ストレージメモリを持つ場合がある。ストレージメモリはファイル構造を管理しているために、書き込み動作を中断すると、ファイル構造がこわれ、ストレージメモリ内のすべてのファイルの読み書きができなくなる恐れがある。

特に、装置（負荷）の電源のオフ時には注意が必要である。通常は、装置（負荷）の電源スイッチで電源をオン／オフする。したがって、電源スイッチの操作によって、たとえば、電源オフの操作をした場合、ファイル書き込み処理を完了するまでは装置（負荷）の電源を維持し、ファイル書き込み処理が終わってから電源を切るような動作をする。

ところが、装置（負荷）の入力電源が停電した場合は、突然に電源が切れる。そのため、ストレージメモリへのファイルの書き込み中であった場合、書き込み処理が強制的に中断され、ファイル構造が壊れる恐れがある。

この対策としては、電源のバックアップしか方法がない。その電源バックアップ方法には、二次電池による方法と、コンデンサによる方法とが知られている。

二次電池による方法では、電池の定期的な保守、交換が必要となる。そのため、短時間の電源バックアップでは、コンデンサによる電源バックアップが有利になる。しかしながら、コンデンサによる方法では、バックアップする電力が大きくなると、コンデンサの静電容量も大きくなり、コスト、及び容積が問題になる。したがって、いかにコンデンサの静電容量及び容積を小さくするかが、課題となっていた。

コンデンサによる電源バックアップ回路は、従来から種々提案されている。

例えば、特開２００７−２４４１０９公報（特許文献１）は、容量の小さいコンデンサを用いても所定時間の瞬断に耐えられる、小型の「定電圧回路」を提案している。

図６は、特許文献１に開示された定電圧回路（電源バックアップ回路）１０の構成を示すブロック図である。

図６に示す定電圧回路１０は、所定の電圧を負荷１７に出力する直流電源１１と、この直流電源１１に接続されて電流を供給され電圧を昇圧して一定電流を出力する昇圧定電流充電回路１２と、この昇圧定電流充電回路１２の出力を供給されるバックアップコンデンサ１３と、直流電源１１の電源出力電圧が所定の電圧より低くなったとき、負荷１７にバックアップコンデンサ１３のバックアップ電圧を出力する切替回路１４と、を有する。

この定電圧回路１０の出力端子１５ａ、１５ｂには、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を含む負荷１７が接続されている。直流電源１１の電圧が２８Ｖで、負荷１７の入力電圧範囲（許容電圧範囲）が１６Ｖから５０Ｖである。

定電圧回路１０の切替回路１４は、直流電源１１の出力電圧を検知する制御回路１８と、この制御回路１８により開閉され、バックアップコンデンサ１３の正の出力端子に一端を接続され出力電圧を供給、切断するスイッチＳＷと、直流電源１１の正の出力端子にそのアノードを接続されたダイオードＣＲ１と、このダイオードＣＲ１のカソードにそのカソードを接続されアノードをスイッチＳＷの他端に接続されたダイオードＣＲ２とから成る。

直流電源１１の電圧を昇圧定電流充電回路１２で、負荷１７の電源電圧範囲（許容電圧範囲）の上限の電圧５０Ｖまで昇圧して、バックアップコンデンサ１３に充電をする。バックアップ時には、スイッチＳＷをオンにして、バックアップコンデンサ１３を負荷１７に接続して、バックアップコンデンサ１３のバックアップ電圧が、負荷１７の入力電源電圧範囲（許容電圧範囲）内にある時間だけ、負荷１７の電源をバックアップする。

バックアップコンデンサ１３の充電電圧（バックアップ電圧）は電圧が高いほど、コンデンサの静電容量を小さくでき、バックアップコンデンサ１３の容積も小型化できることが知られている。

また、特開２００７−２８２４４７公報（特許文献２）は、バックアップ用コンデンサの充電電圧（バックアップ電圧）を装置（負荷）の許容電圧範囲の上限値より高くしておき、バックアップ時には、バックアップ用コンデンサのバックアップ電圧を降圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ（スイッチングレギュレータ）を用いて、電圧を下げて使用する方法を開示している。

さらに、実開平７−３９２９６号公報（特許文献３）は、直流でのエネルギー供給を目的とする「瞬時電圧低下補償装置」を開示している。この特許文献３に開示された瞬時電圧低下補償装置は、入力交流電圧を充電用交流電圧に変換する充電用変圧器と、この充電用交流電圧を充電用直流電圧に変換する整流素子と、充電用直流電圧を電気エネルギーとして充電（蓄積）するエネルギー蓄積用コンデンサと、このエネルギー蓄積用コンデンサに蓄積されたエネルギーを瞬時電圧低下時に必要に応じた電圧で放出する降圧用チョッパ回路と、を備えている。

特許文献３において、エネルギー蓄積用コンデンサを、必要とする出力電圧の数倍のバックアップ電圧で充電している。該バックアップ電圧を、降圧用チョッパ回路を介して必要な出力電圧に降圧し、整流素子を介して瞬時電圧低下補償を必要とする装置（負荷）の内部直流回路と接続する。該出力電圧を該装置（負荷）の内部直流電圧の動作保証範囲の下限値に設定している。

特開２００７−２４４１０９号公報（［００１０］〜［００１４］、図１） 特開２００７−２８２４４７号公報（［００１５］〜［００１７］、図１、図４） 実開平７−３９２９６号公報（［０００４］〜［０００５］、図１）

しかしながら、上述した特許文献１〜３には、それぞれ、次に述べるような問題点がある。

特許文献１では、バックアップコンデンサ１３の充電電圧を装置（負荷）１７の電源入力電圧（許容電圧範囲）の上限値より高くすると、電源バックアップ時に、装置（負荷）１７を壊す恐れがあるので、バックアップコンデンサ１３の充電電圧（バックアップ電圧）を装置（負荷）１７の電源入力電圧（許容電圧範囲）の上限値より高くすることはできない。

特許文献２では、バックアップ時にしか使用しないにもかかわらず、降圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ（スイッチングレギュレータ）が必要になる。この降圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ（スイッチングレギュレータ）は装置（負荷）の消費電力を担うことになるので、例えば装置（負荷）の消費電力が２００Ｗの場合、降圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ（スイッチングレギュレータ）も２００Ｗタイプとなり、コスト、容積から見て実用的ではない。

特許文献３では、降圧用チョッパ回路から出力される出力電圧が、負荷の内部直流電圧の動作保証範囲の下限値に設定されているので、降圧用チョッパ回路でのチョッパ動作が終了した時点で、負荷に対する瞬時電圧低下の補償が完了してしまう。

したがって、本発明の目的は、バックアップ時間をより長く設定できる、低コスト且つ小型の電源バックアップ回路およびその制御方法を提供することにある。

本発明の電源バックアップ回路は、外部電源からの入力直流電圧を入力端子で受け、出力端子から出力直流電圧を負荷へ供給する電源バックアップ回路であって、入力直流電圧を、出力直流電圧より高い電圧に昇圧して、昇圧電圧を出力する昇圧手段と；この昇圧手段により昇圧電圧まで充電されて、バックアップ電圧を出力するバックアップ用コンデンサと；このバックアップ用コンデンサと出力端子との間に挿入されて、バックアップ用コンデンサの放電時に、バックアップ電圧を、出力直流電圧まで下げる降圧チョッパ回路であって、第１のスイッチング手段を含む降圧チョッパ回路と；入力端子と出力端子との間に挿入された第２のスイッチング手段と；入力直流電圧、出力直流電圧、およびバックアップ電圧を監視して、第１および第２のスイッチング手段のオン／オフを制御する制御部と；を備える。制御部は、入力直流電圧が負荷の許容電圧範囲の下限値より下がったとき、第２のスイッチング手段をオフとする。制御部は、入力直流電圧が許容電圧範囲内にあるとき、第１のスイッチング手段をオフとし、入力直流電圧が許容電圧範囲の下限値より下がった時に、第１のスイッチング手段をチョッパ動作させて、負荷へ許容電圧範囲の下限値より高く且つ上限値より低い出力直流電圧を供給し、バックアップ電圧が出力直流電圧に等しくなると、第１のスイッチング手段をオン状態とする。

本発明においては、バックアップ時間をより長く設定できる、低コスト且つ小型の電源バックアップ回路を提供することができる。

本発明の第１の実施例による電源バックアップ回路の構成を示すブロック図である。 図１に示した電源バックアップ回路の動作を説明するためのタイムチャートである。 本発明の第１の実施例の第１の変形例による電源バックアップ回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例の第２の変形例による電源バックアップ回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施例による電源バックアップ回路の構成を示すブロック図である。 従来の電源バックアップ回路の構成を示すブロック図である。

先ず、本発明の特徴について説明する。

本発明は、装置（負荷）の電源において、突然の電源の瞬断、または停電において、コンデンサを用いて短時間の電源バックアップをする場合で、コンデンサの静電容量を、従来より小さくできることを特徴とした電源バックアップ回路である。

本発明による電源バックアップ回路は、外部電源の定格電圧が１２Ｖで、外部電源の電圧変動範囲が１０Ｖから１４Ｖの外部電源に、装置入力電源の定格電圧が１２Ｖ、装置の動作可能な電源電圧範囲（許容電圧範囲）が１０Ｖから１４Ｖの装置（負荷）が接続され、外部電源が瞬断、または停電したとき、短時間、例えば０．１秒程度だけ装置（負荷）の電源をバックアップするために、バックアップ用コンデンサを用いる電源バックアップ回路である。外部電源からの入力直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧し、負荷の許容電圧範囲の上限値より高い昇圧電圧をバックアップ用コンデンサにバックアップ電圧として充電しておく。バックアップ時には、降圧チョッパ回路で、バックアップ用コンデンサに蓄積されたバックアップ電圧を、負荷の許容電圧範囲の下限値より高く且つ上限値より低い出力直流電圧まで降圧して電源のバックアップを行う。そして、バックアップ電圧が出力直流電圧になると、降圧チョッパ回路の第１のスイッチング手段をオン状態とする。

これにより、バックアップ時間を長く設定することができる。

図１を参照して、本発明の第１の実施例による電源バックアップ回路（バックアップ電源）１００について説明する。

図１において、電源バックアップ回路１００は、外部電源からの入力直流電圧Ｖ_ＩＮを入力端子１００ａで受けて、出力端子１００ｂから出力直流電圧Ｖ_ＯＵＴを負荷である装置２００へ供給する回路である。尚、より正確に述べると、図１に示されるように、電源バックアップ回路１００は、接地端子１００ｃを持つ。そして、入力端子１００ａと接地端子１００ｃとの間に入力直流電圧Ｖ_ＩＮが印加され、出力端子１００ｂと接地端子１００ｃとの間から出力電圧Ｖ_ＯＵＴが負荷（装置）２００へ供給される。

図示の電源バックアップ回路１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１と、電流制限回路１０２と、逆流防止用ダイオード１０３と、バックアップ用コンデンサ１０４と、第１のＦＥＴ１０５と、コイル１０６と、コンデンサ１０７と、ダイオード１０８と、第２のＦＥＴ１０９と、制御部１１０と、から構成されている。

入力端子１００ａにＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の入力端が接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の出力端に電流制限回路１０２の入力端が接続されている。電流制限回路１０２の出力端には逆流防止用ダイオード１０３を経由して、バックアップ用コンデンサ１０４の一端が接続されている。バックアップ用コンデンサ１０４の他端は、接地端子１００ｃに接続されている。

バックアップ用コンデンサ１０４には、第１のＦＥＴ１０５、ダイオード１０８、コイル１０６、及びコンデンサ１０７が接続されている。第１のＦＥＴ１０５、ダイオード１０８、コイル１０６、及びコンデンサ１０７は、降圧チョッパ回路１２０を形成している。降圧チョッパ回路１２０の出力端は、出力端子１００ｂに接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、入力直流電圧Ｖ_ＩＮを、出力直流電圧Ｖ_ＯＵＴよりも高い電圧に昇圧して、昇圧電圧を出力する昇圧手段として動作する。バックアップ用コンデンサ１０４は、昇圧手段（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１０１により上記昇圧電圧まで充電されて、バックアップ電圧Ｖ_ＢＡＵを出力する。

降圧チョッパ回路１２０は、バックアップ用コンデンサ１０４と出力端子１００ｂとの間に挿入されている。降圧チョッパ回路１２０は、バックアップ用コンデンサ１０４の放電時に、バックアップ電圧Ｖ_ＢＡＵを、出力直流電圧Ｖ_ＯＵＴまで下げる回路である。降圧チョッパ回路１２０は、第１のスイッチング手段としての第１のＦＥＴ１０５を含む。

詳述すると、第１のＦＥＴ１０５は、ＮチャネルＭＯＳ形ＦＥＴから成る。第１のＦＥＴ１０５のドレインは、バックアップ用コンデンサ１０４の一端（逆流防止用ダイオード１０３のカソード）に接続されている。第１のＦＥＴ１０５のソースは、コイル１０６の一端に接続されている。コイル１０６の他端は出力端子１００ｂに接続されている。コンデンサ１０７は、出力端子１００ｂと接地端子１００ｃとの間に挿入されている。ダイオード１０８のアノードは、接地端子１００ｃに接続され、ダイオード１０８のカソードは、第１のＦＥＴ１０５のソースに接続されている。

また、外部電源は、入力端子１００ａから第２のＦＥＴ１０９を通して、出力端子１００ｂに接続され、出力端子１００ｂは、装置（負荷）２００の装置入力電源に接続されている。すなわち、第２のＦＥＴ１０９は、入力端子１００ａと出力端子１００ｂとの間に挿入された第２のスイッチング手段として働く。詳述すると、第２のＦＥＴ１０９も、ＮチャネルＭＯＳ形ＦＥＴから成る。第２のＦＥＴ１０９のドレインは入力端子１００ａに接続され、第２のＦＥＴ１０９のソースは出力端子１００ｂに接続されている。

制御部１１０は、外部電源からの入力直流電圧Ｖ_ＩＮ、装置２００への出力直流電圧Ｖ_ＯＵＴ、及びバックアップ用コンデンサ１０４のバックアップ電圧Ｖ_ＢＡＵを監視し、後述するように、第２のＦＥＴ１０９及び第１のＦＥＴ１０５のゲート電圧を制御して、第２のＦＥＴ１０９及び第１のＦＥＴ１０５のオン／オフ制御を行う。制御部１１０は、第１の制御信号ＣＯ_１を第１のＦＥＴ１０５のゲートへ供給し、第２の制御信号ＣＯ_２を第２のＦＥＴ１０９へ供給する。

図示の例において、外部電源から入力端子１００ａに供給される入力直流電圧Ｖ_ＩＮの規定電圧（定格電圧）は、１２Ｖであるが、１０Ｖ〜１４Ｖの間の電圧変動範囲がある。同様に、出力端子１００ｂから装置（負荷）２００へ供給される出力直流電圧Ｖ_ＯＵＴ（装置入力電源）の規定電圧（定格電圧）は、１２Ｖであるが、１０Ｖ〜１４Ｖの間の許容電圧範囲（動作可能な電源電圧範囲）がある。

後述するように、入力直流電圧Ｖ_ＩＮが負荷（装置）２００の許容電圧範囲（１０Ｖ〜１４Ｖ）の下限値より下がったとき、制御部１１０は、第２のＦＥＴ１０９をオフするような第２の制御信号ＣＯ_２を、第２のＦＥＴ１０９のゲートへ供給する。

一方、入力直流電圧Ｖ_ＩＮが許容電圧範囲（１０Ｖ〜１４Ｖ）内にあるとき、制御部１１０は、第１のＦＥＴ１０５のオフとするような第１の制御信号ＣＯ_１を、第１のＦＥＴ１０５のゲートへ供給する。入力直流電圧Ｖ_ＩＮが許容電圧範囲（１０Ｖ〜１４Ｖ）の下限値より下がった時に、制御部１１０は、第１のＦＥＴ１０５をチョッパ動作させるような第１の制御信号ＣＯ_１を、第１のＦＥＴ１０５のゲートへ供給して、負荷（装置）２００へ許容電圧範囲（１０Ｖ〜１４Ｖ）の下限値よりも高く且つ上限値よりも低い出力直流電圧Ｖ_ＯＵＴを供給させる。そして、バックアップ電圧Ｖ_ＢＡＵが出力直流電圧Ｖ_ＯＵＴに等しくなると、制御部１１０は、第１のＦＥＴ１０５をオン状態とするような第１の制御信号ＣＯ_１を、第１のＦＥＴ１０５のゲートへ供給する。

尚、図１には記載していないが、第１のＦＥＴ１０５及び第２のＦＥＴ１０９のソース、ドレイン間に寄生ダイオードが存在する場合がある。

第１のＦＥＴ１０５の寄生ダイオードによって、バックアップ用コンデンサ１０４の充電時において、出力直流電圧Ｖ_ＯＵＴからの回り込みでバックアップ用コンデンサ１０４を充電することになる。しかしながら、ダイオード１０３と第１のＦＥＴ１０５の寄生ダイオードがダイオードオア回路を形成しているので、電流の逆流は発生せず、第１のＦＥＴ１０５の寄生ダイオードの対策は不要である。

次に、図１に示す電源バックアップ回路（バックアップ電源）１００の動作について、図２に示すタイムチャートを使用して説明する。

外部電源がオンになると、入力直流電圧Ｖ_ＩＮとして規定電圧（定格電圧）である１２Ｖが、入力端子１００ａと接地端子１００ｃとの間に印加される。制御部１１０は、入力直流電圧Ｖ_ＩＮが立ち上がったことにより、第２のＦＥＴ１０９のゲート電圧（第２の制御信号ＣＯ_２）を高くして、第２のＦＥＴ１０９をオンにする。第２のＦＥＴ１０９のソースには、降圧チョッパ回路１２０のコンデンサ１０７が接続されているので、コンデンサ１０７の充電が行われる。この充電電流は、電源投入に伴う突入電流になるので、制御部１１０は、第２のＦＥＴ１０９のゲート電圧（第２の制御信号ＣＯ_２）をゆっくりと上昇させ、突入電流を防止する。

また、外部電源が投入されたことにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１により、外部電源からの１２Ｖの入力直流電圧Ｖ_ＩＮを４０Ｖの昇圧電圧に昇圧し、バックアップ用コンデンサ１０４を充電する。このとき、制御部１１０は、第１のＦＥＴ１０５のゲート電圧（第１の制御信号ＣＯ_１）を低くして、第１のＦＥＴ１０５をオフにしておく。バックアップ用コンデンサ１０４の充電電流が大きくならないように、電流制限回路１０２により、充電電流を制限する。時間が経過すると、バックアップ用コンデンサ１０４には４０Ｖの昇圧電圧がバックアップ電圧Ｖ_ＢＡＵとして充電される。

バックアップ用コンデンサ１０４に４０Ｖのバックアップ電圧Ｖ_ＢＡＵが充電された状態において、Ｔ１の時刻に停電がおきたとする。この場合、入力直流電圧Ｖ_ＩＮは急激に低下し、それにつれて出力直流電圧Ｖ_ＯＵＴも急激に低下する。出力直流電圧Ｖ_ＯＵＴが装置（負荷）２００の許容電圧範囲の下限値１０Ｖに達した時点Ｔ２で、制御部１１０は、第２のＦＥＴ１０９のゲート電圧（第２の制御信号ＣＯ_２）を急激に低下させ、第２のＦＥＴ１０９を直ちにオフにする。

また、制御部１１０は、第１のＦＥＴ１０５を降圧チョッパ回路１２０としての動作を開始し、電源のバックアップ状態になる。バックアップ状態になった直後はバックアップ用コンデンサ１０４のバックアップ電圧Ｖ_ＢＡＵは４０Ｖの高い電圧になっているので、制御部１１０は、第１のＦＥＴ１０５のゲート波形のデューティ比を小さくすることで、バックアップ用コンデンサ１０４の４０Ｖのバックアップ電圧Ｖ_ＢＡＵを出力直流電圧Ｖ_ＯＵＴに等しい１２Ｖまで下げる。

バックアップ用コンデンサ１０４の放電に伴って、バックアップ用コンデンサ１０４のバックアップ電圧Ｖ_ＢＡＵは低下していくが、第１のＦＥＴ１０５のゲート波形のデューティ比を制御部１１０で制御することで、出力直流電圧Ｖ_ＯＵＴは、略１２Ｖに保たれる。

バックアップ用コンデンサ１０４のバックアップ電圧Ｖ_ＢＡＵが、装置（負荷）２００の定格電圧（規定電圧）（すなわち、出力直流電圧Ｖ_ＯＵＴ）になった時点Ｔ３において、制御部１１０は、第１のＦＥＴ１０５のチョッパの動作をやめさせ、第１のＦＥＴ１０５を連続オンの状態にする。この状態では、バックアップ用コンデンサ１０４は装置（負荷）２００の電源入力端子に接続された状態になるので、バックアップ用コンデンサ１０４のバックアップ電圧Ｖ_ＢＡＵが、装置（負荷）２００の許容電圧範囲（１０Ｖ〜１４Ｖ）の下限値（すなわち、この例では１０Ｖ）になる時点Ｔ４まで、電源がバックアップされ、装置（負荷）２００はＴ４の時点まで、動作を続けることができる。

次に、バックアップ用コンデンサの静電容量について、従来の電源バックアップ回路１０（図６）と、本発明の第１の実施例の電源バックアップ回路１００とについて具体例を掲げて、比較説明する。なお、装置（負荷）２００の電源電圧範囲（許容電圧範囲）は、１０Ｖから１４Ｖまでの間とする。バックアップ用コンデンサの静電容量Ｃは、次式で表される。

Ｃ＝２・Ｐ・ｔ/（Ｖａ−Ｖｂ）^２
ここで、Ｐはバックアップする電力（例として２００Ｗとする）、ｔはバックアップする時間（例として０．１秒とする）、Ｖａはバックアップ開始時のコンデンサの電圧、Ｖｂはバックアップ終了時のコンデンサの電圧を表す。

従来の電源バックアップ回路１０（図６）では、装置（負荷）１７の電源電圧範囲（許容電圧範囲）が１０Ｖから１４Ｖに対応するため、バックアップ用コンデンサ１３の電圧は１４Ｖから１０Ｖまで放電するので、（Ｖａ−Ｖｂ）は４Ｖとなり、Ｃは２．５Ｆと計算される。

これに対して、本発明の第１の実施例の電源バックアップ回路１００では、バックアップ用コンデンサ１０４のバックアップ電圧は４０Ｖから１０Ｖまで放電するので、（Ｖａ−Ｖｂ）は３０Ｖとなり、Ｃは０．０４４Ｆと計算される。

コンデンサの静電容量は、従来の電源バックアップ回路１０（図６）と比較して、本発明の第１の実施例の電源バックアップ回路１００は、０．０１７８倍である。ただし、コンデンサの耐圧は、従来の電源バックアップ回路１０（図６）が１４Ｖに対して、本発明の第１の実施例の電源バックアップ回路１００では４０Ｖとなる為、本発明の第１の実施例の方が２．９倍の耐圧を必要とする。

コンデンサの容積は静電容量及び耐圧に比例して大きくなるので、従来の電源バックアップ回路１０（図６）のバックアップ用コンデンサ１３の容積を１とした場合、本発明の第１の実施例の電源バックアップ回路１００のバックアップ用コンデンサ１０４の容積は、０．０１７８倍×２．９倍＝０．０５倍となる。したがって、従来の電源バックアップ回路１０（図６）のバックアップ用コンデンサ１３の容積に対して、本発明の第１の実施例の電源バックアップ回路１００のバックアップ用コンデンサ１０４の容積は約１／２０の容積となる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、バックアップ用コンデンサ１０４を充電するためのもので、上記の例では０．０４４Ｆを４０Ｖまで充電することになる。充電時間を1分とした場合、充電電流は約３０ｍＡとなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の電力は、４０Ｖ×３０ｍＡ＝１．２Ｗとなって、小型のＤＣ／ＤＣコンバータで良いことになる。

ストレージメモリを実装している情報機器は、必ず停電対策が必要となる。ストレージメモリの保護対策は短時間の電源バックアップ、例えば０．１秒程で良いので、二次電池による電源バックアップよりバックアップ用コンデンサ１０４による電源バックアップが有効である。

また、電源を切る場合、何らかの後処理が必要な機器であって、短時間の停電対策が必要な場合も、バックアップ用コンデンサ１０４による電源バックアップが有効である。

以上説明したように、本発明の第１の実施例に係る電源バックアップ回路１００においては、以下に記載するような効果を奏する。

バックアップ用コンデンサ１０４の充電電圧（バックアップ電圧）を高くすることにより、バックアップ用コンデンサ１０４の静電容量を小さくすることができ、電源バックアップ回路１００の小型化が可能となる。

また、本発明の第１の実施例では、バックアップ用コンデンサ１０４のバックアップ電圧を降圧するためのＤＣ／ＤＣコンバータを使用せず、バックアップ電源の切り替え用の第１のＦＥＴ１０５を降圧チョッパ回路１２０と兼用することで、低コスト、且つ小型の電源バックアップ回路１００を提供することができる。

さらに、チョッパ動作時に降圧チョッパ回路１２０から出力される出力直流電圧Ｖ_ＯＵＴを、負荷（装置）２００の許容電圧範囲の下限値より高く且つ上限値より低い電圧に設定し、バックアップ電圧Ｖ_ＢＡＵが出力直流電圧Ｖ_ＯＵＴに等しくなったときに、降圧チョッパ回路１２０の第１のＦＥＴ（第１のスイッチング手段）１０５をオン状態にしているので、バックアップ時間を長く設定することができる。

［変形例１］
次に、図３を参照して、本発明の第１の実施例の第１の変形例に係る電源バックアップ回路１００Ａについて説明する。

図示の電源バックアップ回路１００Ａは、後述するように、ダイオード１１１が追加されている点を除いて、図１に示した電源バックアップ回路１００と同様の構成を有し、動作をする。したがって、図１に示したものと同様の機能を有するものには同一の参照符号を付し、以下では説明の簡略化のために相違点についてのみ説明する。

第２のＦＥＴ１０９に寄生ダイオードが存在する場合は、寄生ダイオードを通して、電流が逆流しないような対策が必要になる。

そこで、図３に示す電源バックアップ回路１００Ａでは、第２のＦＥＴ１０９と直列にダイオード１１１を追加する対策を施している。

ダイオード１１１のアノードは、第２のＦＥＴ１０９のソースに接続され、ダイオード１１１のカソードは、出力端子１００ｂに接続されている。

とにかく、ダイオード１１１は、第２のＦＥＴ１０９の寄生ダイオードを通して電流が流れるのを防止する逆流防止手段として働く。

［変形例２］
次に、図４を参照して、本発明の第１の実施例の第２の変形例に係る電源バックアップ回路１００Ｂについて説明する。

図示の電源バックアップ回路１００Ｂは、後述するように、第３のＦＥＴ１１２が追加されている点を除いて、図１に示した電源バックアップ回路１００と同様の構成を有し、動作をする。したがって、図１に示したものと同様の機能を有するものには同一の参照符号を付し、以下では説明の簡略化のために相違点についてのみ説明する。

図３に示した電源バックアップ回路１００Ａでは、ダイオード１１１には装置（負荷）２００の電源電流が流れるため、ダイオード１１１の順方向電圧降下によって、電力の損失が発生する。

そこで、図４に示す電源バックアップ回路１００Ｂでは、第２のＦＥＴ１０９と逆に接続した第３のＦＥＴ１１２を追加する対策を施している。

第３のＦＥＴ１１２は、ＮチャネルＭＯＳ形ＦＥＴから成る。第３のＦＥＴ１１２のソースは、第１のＦＥＴ１０９のソースに接続され、第３のＦＥＴ１１２のドレインは、出力端子１００ｂに接続され、第３のＦＥＴ１１２のゲートは、制御部１１０に接続されている。

第３のＦＥＴ１１２の寄生ダイオードは、図３のダイオード１１１と同じ働きをする。しかしながら、第３のＦＥＴ１１２の寄生ダイオードに順方向電流が流れるとき、制御部１１０によって第３のＦＥＴ１１２をオンにすることで、第３のＦＥＴ１１２の寄生ダイオードの順方向電圧降下を小さくでき、電力損失を軽減できる。

とにかく、第３のＦＥＴ１１２は、制御部１１０によりオン／オフ制御され、第２のＦＥＴ１０９の寄生ダイオードを通して電流が流れるのを防止する逆流防止手段として働く。

図５を参照して、本発明の第２の実施例による電源バックアップ回路（バックアップ電源）１００Ｃについて説明する。

図示の電源バックアップ回路１００Ｃは、その基本的構成は、図１に示した電源バックアップ回路１００と同様であるが、電源電圧がマイナスの場合に応用したものである。

通信機器では電源電圧として、−４８Ｖが多く使用されているので、図５に示した電源バックアップ回路１００Ｃは、電源電圧が−４８Ｖの実施例である。

図５によると、バックアップ用コンデンサ１０４の充電電圧（バックアップ電圧）Ｖ_ＢＡＵを、−１００Ｖに設定し、装置（負荷）２００の電源電圧範囲（許容電圧範囲）を−４０Ｖからー５６Ｖとしている。

電源バックアップ回路１００Ｃは、図１に示した本発明の第1の実施例の電源バックアップ回路１００と同じ構成をとることができる。ただし、マイナス電源なので、ダイオード１０３、１０８の向きは逆になる。

以上、実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。例えば、上述した実施例では、昇圧手段としてＤＣ／ＤＣコンバータ１０１を用いているが、それに限定されないのは勿論である。また、スイッチング手段として、ＦＥＴ１０５、１０９を使用しているが、他のスイッチング手段を用いても良い。

コンデンサによる電源バックアップが必要なすべての機器は、本発明を利用できる。特に、大電力の電源バックアップが必要な機器では、バックアップ用コンデンサの小型化による効果が大きく、非常に大きな利用価値がある。

１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ ・・・ 電源バックアップ回路（バックアップ電源）
１００ａ ・・・ 入力端子
１００ｂ ・・・ 出力端子
１００ｃ ・・・ 接地端子
１０１ ・・・ ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧手段）
１０２ ・・・ 電流制限回路
１０３ ・・・ 逆流防止用ダイオード
１０４ ・・・ バックアップ用コンデンサ
１０５ ・・・ 第１のＦＥＴ（第１のスイッチング手段）
１０６ ・・・ コイル
１０７ ・・・ コンデンサ
１０８ ・・・ ダイオード
１０９ ・・・ 第２のＦＥＴ（第２のスイッチング手段）
１１０ ・・・ 制御部
１１１ ・・・ ダイオード（逆流防止手段）
１１２ ・・・ 第３のＦＥＴ（逆流防止手段）
１２０ ・・・ 降圧チョッパ回路
２００ ・・・ 装置（負荷）
Ｖ_ＩＮ ・・・ 入力電圧
Ｖ_ＯＵＴ ・・・ 出力電圧
Ｖ_ＢＡＵ ・・・ バックアップ電圧

Claims (9)

1. 外部電源からの入力直流電圧を入力端子で受け、出力端子から出力直流電圧を負荷へ供給する電源バックアップ回路であって、
   前記入力直流電圧を、前記出力直流電圧より高い電圧に昇圧して、昇圧電圧を出力する昇圧手段と、
   該昇圧手段により前記昇圧電圧まで充電されて、バックアップ電圧を出力するバックアップ用コンデンサと、
   該バックアップ用コンデンサと前記出力端子との間に挿入されて、前記バックアップ用コンデンサの放電時に、前記バックアップ電圧を、前記出力直流電圧まで下げる降圧チョッパ回路であって、第１のスイッチング手段を含む前記降圧チョッパ回路と、
   前記入力端子と前記出力端子との間に挿入された第２のスイッチング手段と、
   前記入力直流電圧、前記出力直流電圧、および前記バックアップ電圧を監視して、前記第１および第２のスイッチング手段のオン／オフを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記入力直流電圧が前記負荷の許容電圧範囲の下限値より下がったとき、前記第２のスイッチング手段をオフとし、
   前記制御部は、前記入力直流電圧が前記許容電圧範囲内にあるとき、前記第１のスイッチング手段をオフとし、前記入力直流電圧が前記許容電圧範囲の下限値より下がった時に、前記第１のスイッチング手段をチョッパ動作させて、前記負荷へ前記許容電圧範囲の下限値より高く且つ上限値より低い前記出力直流電圧を供給し、前記バックアップ電圧が前記出力直流電圧に等しくなると、前記第１のスイッチング手段をオン状態とする、ことを特徴とする電源バックアップ回路。
2. 前記昇圧手段と前記バックアップ用コンデンサとの間に配置されて、前記バックアップ用コンデンサへの充電電流を制限する電流制限回路を更に有する、請求項１に記載の電源バックアップ回路。
3. 前記電流制限回路と前記バックアップ用コンデンサとの間に挿入された逆流防止用ダイオードを更に有する、請求項２に記載の電源バックアップ回路。
4. 前記昇圧手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータから構成される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源バックアップ回路。
5. 前記第１乃至第２のスイッチング手段が、それぞれ、第１乃至第２のＦＥＴから構成される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電源バックアップ回路。
6. 前記第２のＦＥＴと前記出力端子との間に挿入されて、前記第２のＦＥＴの寄生ダイオードを通して電流が逆流するのを防止する逆流防止手段を更に有する、請求項５に記載の電源バックアップ回路。
7. 前記逆流防止手段がダイオードからなる、請求項６に記載の電源バックアップ回路。
8. 前記逆流防止手段が、前記制御部によりオン／オフ制御される第３のＦＥＴからなる、請求項６に記載の電源バックアップ回路。
9. 外部電源からの入力直流電圧を入力端子で受け、出力端子から出力直流電圧を負荷へ供給する電源バックアップ回路の制御方法であって、前記電源バックアップ回路は、
   前記入力直流電圧を、前記出力直流電圧より高い電圧に昇圧して、昇圧電圧を出力する昇圧手段と、
   該昇圧手段により前記昇圧電圧まで充電されて、バックアップ電圧を出力するバックアップ用コンデンサと、
   該バックアップ用コンデンサと前記出力端子との間に挿入されて、前記バックアップ用コンデンサの放電時に、前記バックアップ電圧を、前記出力直流電圧まで下げる降圧チョッパ回路であって、第１のスイッチング手段を含む前記降圧チョッパ回路と、
   前記入力端子と前記出力端子との間に挿入された第２のスイッチング手段と、を備え、
   前記制御方法は、前記入力直流電圧、前記出力直流電圧、および前記バックアップ電圧を監視して、前記第１および第２のスイッチング手段のオン／オフを制御する方法であって、
   前記入力直流電圧が前記負荷の許容電圧範囲内にあるとき、前記第１のスイッチング手段をオフとし、
   前記入力直流電圧が前記許容電圧範囲の下限値より下がったとき、前記第２のスイッチング手段をオフとすると共に、前記第１のスイッチング手段をチョッパ動作させて、前記負荷へ前記許容電圧範囲の下限値より高く且つ上限値より低い前記出力直流電圧を供給し、
   前記バックアップ電圧が前記出力直流電圧に等しくなると、前記第１のスイッチング手段をオン状態とする、
   ことを特徴とする電源バックアップ回路の制御方法。

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