JPH09261958A

JPH09261958A - 無停電性スイッチングレギュレータ

Info

Publication number: JPH09261958A
Application number: JP8098982A
Authority: JP
Inventors: Setsuo Sakai; 節雄酒井
Original assignee: NIPPON PUROTEKUTAA KK
Current assignee: NIPPON PUROTEKUTAA KK
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1996-03-18
Publication date: 1997-10-03
Anticipated expiration: 2016-03-18
Also published as: JP3013776B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高周波トランスに対して並列に設けられた２つ
のコンバータを有する無停電性のスイッチングレギュレ
ータにおいて、二次電池への充電の際の、精度の高い定
電圧定電流制御を可能とし、かつ部品点数が少なく簡素
な回路構成を可能とすること。【解決手段】高周波トランスの三次巻線と、定電流検出
抵抗と直列ドロッパー制御用素子と逆流防止ダイオード
と、二次電池とを直列に接続するとともに、二次電池の
両極間に充電用定電圧定電流制御回路を設けることによ
って、直列ドロッパー制御用素子の抵抗を変化させて充
電中の定電圧定電流制御を行う充電回路と、三次巻線と
二次電池の間であって、充電回路の充電電流路の外側に
設けた、一次側スイッチング素子と同期して作動する三
次側スイッチング素子とを備えた三次側充放電回路を有
する構造とすること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波トランスに対し
て並列に設けられた２つのコンバータを有する無停電性
のスイッチングレギュレータにおいて、二次電池への充
電の際の、精度の高い定電圧定電流制御を可能とし、か
つ部品点数が少なく簡素な回路構成を可能とする技術に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近のＯＡ化の進展から、情報の保全と
して、情報機器用の無停電性スイッチングレギュレータ
が普及しつつある。この従来の無停電性スイッチングレ
ギュレータの基本回路は、図１４に示すようなものであ
る。以下、簡単に説明する。商用電源１からの電流は、
整流回路２によって全波正弦波脈流に整流され、一次側
平滑コンデンサー３によって平滑化された直流電圧を入
力として、一次側スイッチング素子８によってチョッピ
ングされて高周波トランス４の一次巻線４ａに流れる。
これによって二次巻線４ｃには誘起電圧Ｅ５が発生し、
この誘起電圧Ｅ５が高速整流ダイオード１９、転流ダイ
オード２０、平滑コイル２１、二次側平滑コンデンサー
２３によって平滑化され、直流出力となって負荷２４に
供給される。一方、高周波トランス４の三次側に設けら
れた三次巻線の一方４ｄには、チョークコイル８１、整
流用ダイオード８２、転流ダイオード８３によって構成
されるチョークインプット方式整流回路と定電圧定電流
回路８０を介して二次電池１４が直列に接続されて充電
回路が形成され、前記一次巻線４ａを流れる高周波電流
によるパルス電流によって二次電池１４が充電されるよ
うになっている。また他方の三次巻線４ｂには、商用電
源１が停電の際、二次電池１４を入力として、一次側ス
イッチング素子８と同期して作動するゲート信号で駆動
される三次側スイッチング素子１１によって、チョッピ
ングされた電流による励磁電流が流れ、商用電源１に代
わって二次電池１４を入力エネルギーとして高周波トラ
ンス４を介して二次側回路に供給される。従って、無停
電性が発揮される。ここで各矢印は電流を、各白ヌキ矢
印はそれぞれの電流に対応する誘起電圧を表している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そして充電時において
は、定電圧定電流制御を精度よく行う必要がある。しか
しながら、二次電池１４への充電時には電圧と電流を高
精度に制御しつつ、放電時には機能しないという定電圧
定電流制御回路は、これまで具体的に開示されていなか
った。そこで本発明者は鋭意検討し、二次電池からの放
電時には機能することなく、充電時には過充電の防止等
を踏まえた高精度の定電圧定電流制御が可能な定電圧定
電流制御回路を備えた、無停電性のスイッチングレギュ
レータを開発するに至った。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような懸案の無停電
性スイッチングレギュレータは、交流電源からの交流を
整流する整流回路と、この整流回路の出力側に高周波ト
ランスの一次巻線と一次側スイッチング素子とが直列に
接続された、高周波トランスに対して高周波パルス電圧
を発生させるための一次側回路と、前記高周波トランス
の二次巻線に整流、平滑回路が接続された、負荷に対し
て直流出力電力を供給する二次側回路と、高周波トラン
スの三次巻線と定電流検出抵抗と直列ドロッパー制御用
素子と逆流防止ダイオードと二次電池とを直列に接続す
るとともに、二次電池の両極間に充電用定電圧定電流制
御回路を設けることによって、前記直列ドロッパー制御
用素子の抵抗を変化させて充電中の定電圧定電流制御を
行う充電回路と、前記三次巻線と二次電池の間であっ
て、前記充電回路の充電電流路の外側に設けた、前記一
次側スイッチング素子と同期して作動する三次側スイッ
チング素子とを備えた三次側充放電回路と、を備えた構
成とすることで実現できる。すなわち本発明の考え方
は、高周波トランスの三次巻線と定電流検出抵抗と直列
ドロッパー制御用素子と逆流防止用ダイオードと二次電
池とを直列に接続して充電回路を構成し、この充電回路
の電流路の外側に、二次電池と三次巻線と三次側スイッ
チング素子とを直列に配列して放電回路を設け、放電時
には、前記定電流検出抵抗と直列ドロッパー制御用素子
と逆流防止用ダイオードには電流が流れないようにす
る、というものである。この定電流検出抵抗、直列ドロ
ッパー制御用素子、逆流防止用ダイオードの３つが定電
圧定電流制御回路の主回路として働き、一層精度の高い
充電制御を行うのである。すなわち、直列ドロッパー素
子の抵抗成分を変化させることによって充電回路全体の
抵抗成分が変化し、精度の高い充電制御が可能となる。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明の無停電性スイッチ
ングレギュレータの回路例を表している。商用電源１か
ら供給される交流を受ける整流回路２と、この整流回路
２の出力側に高周波トランス４の一次巻線４ａとＦＥＴ
よりなる一次側スイッチング素子８とが直列に接続さ
れ、一次側回路１ａが構成されている。この一次側回路
１ａは、一次側スイッチング素子８のチョッピング動作
によって、高周波トランス４に対して高周波パルス電圧
を発生する。高周波トランス４の二次巻線４ｃには、高
速整流ダイオード１９、転流ダイオード２０、平滑コイ
ル２１、二次側平滑コンデンサー２３による整流、平滑
回路が接続され、負荷２４に対して直流出力電力を供給
する二次側回路２ａが構成されている。さらに高周波ト
ランス４の三次巻線４ｂには、定電流検出抵抗１６と直
列ドロッパー制御用素子１７と逆流防止ダイオード１８
と、二次電池１４とが直列に接続され、かつ二次電池１
４の両極間に充電用定電圧定電流制御回路１５が設けら
れ、これらにより、前記直列ドロッパー制御用素子１７
の抵抗を変化させて充電中の定電圧定電流制御を行う、
充電回路３ｃが構成されている。また、前記三次巻線４
ｂと二次電池１４の間であって、前記充電回路３ｃの充
電電流路の外側には三次側スイッチング素子１１が設け
られて放電回路３ｄが構成され、これら２つによって充
放電回路３ａが構成されている。一次側および三次側の
スイッチング素子８，１１は、負荷２４側の電圧を検出
してＰＷＭスイッチング制御回路２２の制御に基づき、
それぞれのゲート回路１２，１３の制御によってそのス
イッチングパルス幅が制御され、負荷２４に対して定電
圧の制御が行われる。

【０００６】以下、さらに詳細に説明する。共通の鉄芯
磁路を有する高周波トランス４の一次巻線４ａに印加さ
れる、交流入力の整流平滑後入力によって三次巻線４ｂ
に誘起される三次巻線電圧の巻き始め極性側と、充電す
べき二次電池１４の正極側を接続し、その接続点６８を
充電用定電圧定電流制御回路１５の入力の一つとし、二
次電池１４の負極側については三次側スイッチング素子
１１のカソード側を接続し、その接続点６９より、充電
用定電圧定電流制御回路１５の入力のもう一方としてい
る。接続点６９からは、定電流検出抵抗１６と、トラン
ジスタよりなる直列ドロッパー制御用素子１７を直列に
接続し、これを逆流防止ダイオード１８のアノード側に
直列接続する。また、三次巻線４ｂの巻き終わり極性側
と、二次電池１４の放電回路３ｄにおける三次側コンバ
ータ７２の逆流防止ダイオード９のアノードとを接続す
る。そして、定電流検出端となる定電流検出抵抗１６と
直列ドロッパー制御用素子１７のコレクタ端の接続点を
充電用定電圧定電流制御回路１５の定電流検出端として
接続する。さらに、直列ドロッパー制御用素子１７のエ
ミッタとダイオード１８の接続点に、充電用定電圧定電
流制御回路１５の他の出力端が接続される。

【０００７】次に、図１および図２、図３により、本回
路の作用について説明する。商用電源１の交流入力電圧
がある時には、平滑コンデンサー３には、整流回路２に
よって整流された直流電圧が蓄えられ、この直流電圧を
入力として、一次側コンバータ７１は動作する。商用電
源１の電圧が正常範囲内にある時には、二次電池１４の
電圧に対して一次側回路１ａが優先するよう、一次巻線
４ａと三次巻線４ｂの関係を決めておく。すなわち、一
次巻線４ａの巻き数をＮ１、三次巻線４ｂの巻き数をＮ
２、平滑コンデンサー３の両端電圧をＥ１、二次電池１
４の電圧をＥ２とすれば、式；Ｅ１の最小値／Ｎ１＞Ｅ２の最大値／Ｎ２ … の関係にしておく。このようにすれば、一次側スイッチ
ング素子８のＯＮ時に流れるドレイン電流によって誘起
される電圧Ｅ３は、Ｅ１−Ｖ_Ｆ５−Ｖ_ＤＳ８となる。こ
こで、Ｖ_Ｆ５は逆流防止ダイオード５の順方向電圧、Ｖ
_ＤＳ８は、一次側スイッチング素子８のＯＮ電圧降下で
ある。三次巻線４ｂには、一次側スイッチング素子８の
動作によって流れる励磁電流により、Ｅ４＝Ｅ３×（Ｎ
２／Ｎ１）なる電圧が誘起し、Ｅ１はＥ３とほぼ等しい
ことと上記式の関係より、Ｅ４＞Ｅ２となる。従っ
て、三次側コンバータ７２は、一次側コンバータ７１と
同一ゲート信号による同期運転であっても、三次側スイ
ッチング素子１１には、それがＯＮ状態でも、逆流防止
ダイオード９によって電流は流れない。これより、一次
側スイッチング素子８がＯＮ時に発生する三次巻線４ｂ
に誘起される電圧Ｅ４は、二次電池１４の電圧Ｅ２より
も高いため充電電流が流れる。そしてこれを定電流にす
る必要があるが、その値は定電流検出抵抗１６とツェナ
ーダイオード４０ａによって決まり、Ｅ４と同期したＩ
ＣＰなる電流が、図３に示すように二次電池１４の充電
電流として流れ、その平均値がＩＣＡとなる。

【０００８】すなわちこの充電電流ＩＣＡは、式；ＩＣＡ＝（Ｔ_ＯＮ／Ｔ）×ＩＣＰ … で表される平均充電電流であり、二次電池１４のアンペ
ア・アワー（ＡＨ）で表される容量から決まる定格充電
電流として定められる。ＩＣＰの値はツェナーダイオー
ド４０ａのツェナー電圧Ｖ_Ｚ４０及び逆流防止ダイオー
ド４０ｂの順方向電圧Ｖ_Ｆ４０ｂと、ＰＮＰトランジス
タ４４のベースエミッタ電圧Ｖ_ＢＥ４４より、式；ＩＣＰ＝（Ｖ_Ｚ４０＋Ｖ_Ｆ４０ｂ−Ｖ_ＢＥ４４）／Ｒ
_１６… として決まる。ここでＲ_１６は、定電流検出抵抗１６の
抵抗値である。そして、充電用定電圧定電流制御回路１
５は定電流動作を行うと同時に、充電末期には過充電と
なることを防止する必要上、定電圧運転をする必要があ
る。そこで本発明では、トランジスタ４１によって増幅
されたシャントレギュレータ３８のカソード電流がその
コレクタ電流となって流れ、抵抗４２ａ，４２ｂを流れ
てトランジスタ４４のベース電流を制御し、これによ
り、直列ドロッパー制御用素子１７のベース電圧が変化
し、定電流制御が行われる。すなわち充電電流ＩＣＡ
は、三次巻線４ｂによって誘起する電圧Ｅ４により、三
次巻線４ｂの巻き始め端より二次電池１４の正極から負
極を通り、抵抗１６と直列ドロッパー制御用素子１７と
順方向の逆流防止ダイオード１８を経由して、三次巻線
４ｂの巻き終わり端に戻るように流れる。

【０００９】次に、商用電源１の電圧が低下もしくは停
止すると、一次側コンバータ７１からのエネルギーは低
下もしくは無くなるため、充電されて待機状態にある二
次電池１４のＥ２なる直流電圧が三次側コンバータ７２
の入力源となり、それまで空運転であった三次側スイッ
チング素子１１がアクティブ状態となる。そうすると、
二次電池１４の正極から、三次巻線４ｂの巻き始めから
巻き終わり方向に向かう電流が、逆流防止ダイオード
９、ヒューズ１０を経由して、三次側スイッチング素子
１１を通って二次電池１４の負極に流れ、Ｅ４’なる電
圧を誘起する。そして、二次巻線４ｃにＥ５なる電圧を
誘起し、交流電圧の供給時と同様、無瞬断で二次電池１
４から負荷２４に対して、安定化出力が供給されること
になる。この時は、逆流防止ダイオード１８のカソード
側が、逆流防止ダイオード９および三次側スイッチング
素子１１の順電圧降下によって二次電池１４の負極に対
して逆極性になるため、充電回路３ｃは自動的に停止
し、充電は行われないことになる。

【００１０】次に、本発明の目的とは別に、無停電性ス
イッチングレギュレータとしての効果的な別の付加事項
について、以下に説明する。第一として、図１において
一次側および三次側コンバータ７１，７２の逆流防止ダ
イオード５，９とそれぞれのスイッチング素子８，１１
の間に、ヒューズよりなる回路遮断手段６，１０を接続
する点である。以下、この回路遮断手段６，１０の作用
について説明する。仮に一次側および三次側のスイッチ
ング素子８，１１のいずれかが短絡破壊すると、高周波
トランス４の二次側短絡と同じ状態となるため、正常動
作を行っているコンバータ７１または７２の過電流保護
機能（図示せず）が働き、出力電圧の低下を来してしま
う。このような状態になると、信頼性を必要とする無停
電性スイッチングレギュレータの目的が果たせず、その
価値が低下してしまう。そこで、一次側および三次側の
各コンバータ７１，７２のスイッチング素子８，１１の
主電流が流れる部分、図の例では各スイッチング素子
８，１１のドレイン側にヒューズ６，１０を挿入し、破
壊回路に流れる異常電流によってヒューズ６または１０
を溶断し、破壊回路を強制的に切り離せるようにしてい
る。従って、例え一次側または三次側コンバータ７１，
７２のいずれかが短絡破壊されたとしても、正常な方の
コンバータ７１または７２によって出力低下の無い正常
運転を行うことができる。ここで、各ヒューズ６，１０
の溶断エネルギーは、例えば一次側のヒューズ６につい
ては商用電源１のダイレクト入力、三次側のヒューズ１
０については二次電池１４の容量によって断となるよる
よう、保護協調を取っておけばよい。

【００１１】第二として、図１において示すように、一
次側回路１ａにおける逆流防止ダイオード５と並列に接
続される環流抵抗７が挙げられる。これは二次電池１４
の入力が停電した時の出力保持時間の確保の為のもので
ある。以下、この抵抗７の作用について説明する。図１
において、商用電源１からの入力がある時には、平滑コ
ンデンサー３がある為に、停電事故の際には数十ミリ秒
程度の出力保持時間を有している。しかしながら三次側
充放電回路３ａの入力部には、平滑コンデンサー３に相
当するコンデンサーは存在しない。これは、コストやス
ペースの関係で、省略せざるを得ないためである。従っ
て、万が一商用電源１の停電時に二次電池１４に電池異
常等の直流側停電事故が発生すると、従来のように前記
環流抵抗７が無いと、全く出力保持時間を確保すること
はできない。本発明の無停電性スイッチングレギュレー
タは、主としてパソコンを始めとする情報機器に使用す
ることを前提としており、停電発生時には、ＣＰＵ処理
内容の内部バックアップメモリーへの退避時間として、
停電発生後の数ミリ秒程度の出力保持時間が必要とな
る。

【００１２】以下、図４を用いてさらに詳細に説明す
る。商用電源１が正常な時には、Ｉａなる電流が平滑コ
ンデンサー３に交直変換電流として流れ、同コンデンサ
ー３に充電された直流電圧を入力源として、スイッチン
グされた高周波パルス電流が、一次巻線４ａおよび逆流
防止ダイオード５を経由し、ヒューズ６を経て一次側ス
イッチング素子８のドレインからソースへと流れ、平滑
コンデンサー３に戻るように流れる。この電流ＩＡ１に
よるエネルギーが二次巻線４ｃからＩＡ２となって、負
荷２４に出力される。これと同時に、前述のように、三
次巻線４ｂにＥ４なる起電圧が誘起され、電流ＩＡ３と
なって二次電池１４を充電し、定電流検出抵抗１６およ
び直列ドロッパー制御用素子１７、逆流防止ダイオード
１８の順方向を経由し、三次巻線４ｂの巻き終わり端に
戻るように流れる。次に、商用電源１が停電すると電流
Ｉａは直ちに消滅し、電流ＩＡ１も平滑コンデンサー３
の放電とともに消滅し、同時に電流ＩＡ３も消滅する。
その結果、二次電池１４の電圧が電圧Ｅ４に勝るため、
高周波スイッチング電流ＩＤ３が電流ＩＡ３と逆方向に
流れて三次側スイッチング素子１１がアクティブ状態と
なって、三次巻線４ｂから逆流防止ダイオード９の順方
向を経由し、三次側スイッチング素子１１から二次電池
１４の負極側へと流れる。この高周波スイッチング電流
ＩＤ３により、二次巻線４ｃへの出力側には、電流ＩＡ
２に代わってＩＤ２が負荷２４に全く無瞬断として流
れ、停電のバックアップが行われる。この時には、一次
巻線４ａには電圧Ｅ３’が図中の方向に発生し、一次巻
線４ａの巻き始め端から平滑コンデンサー３、一次側ス
イッチング素子８の内蔵ダイオード８ａの順方向および
ヒューズ６、さらに環流抵抗７を経由して、一次巻線４
ａの巻き終わり端から平滑コンデンサー３に戻る充電電
流ＩＤ１が流れる。ここで、一次側スイッチング素子８
と三次側スイッチング素子１１は同期して作動してお
り、一方がアクティブ状態の時は、他方は空運転とな
る。但しクロスオーバー点では、両者ともアクティブ状
態になる領域が僅かに存在はするが、便宜上この説明に
ついては省略する。

【００１３】すなわち、電流ＩＤ１が図中の矢印方向に
流れている時には、逆流防止ダイオード５に対して逆方
向となるので、一次側スイッチング素子８は空運転状態
を持続する。従って、仮に環流抵抗７が無ければ電流Ｉ
Ｄ１は流れず、平滑コンデンサー３には、環流エネルギ
ーは蓄積されない。また、一度平滑コンデンサー３が充
電されると殆ど電流は流れないので、この環流抵抗７に
低い抵抗値のものを使用しておけば、効率に影響を与え
ることはない。このような構成において、何らかのトラ
ブルによって二次電池１４からの放電回路が急に断にな
るようなＤＣ停電が発生し、かつその時に商用電源１が
停電であったとしても、平滑コンデンサー３に蓄積され
ているＣＶ^２で表されるエネルギーを入力源として、一
次側スイッチング素子８がアクティブ状態となり、負荷
２４に対する出力電圧を、数十ミリ秒程度は保持するこ
とができる。従って前述のように、バックアップメモリ
ーへの退避時間を稼ぐことが可能となり、いかなる停電
においても、情報保護という無停電性スイッチングレギ
ュレータの機能を完全に果たすことができる。なお、こ
の環流抵抗７の代わりに、リアクターを使用することも
できる。

【００１４】第三として、一次側回路１ａのスイッチン
グ素子制御回路における一次側スイッチング素子８のス
イッチング信号経路の抵抗を、スイッチング素子８のＯ
Ｎ時の方がＯＦＦ時よりも低く、また前記三次側充放電
回路３ａのスイッチング素子制御回路における三次側ス
イッチング素子１１のスイッチング信号経路の抵抗を、
スイッチング素子１１のＯＦＦ時の方がＯＮ時よりも低
くなるように回路定数を設定する点が挙げられる。以
下、この点について詳細に説明する。前述のように、一
次側スイッチング素子８と三次側スイッチング素子１１
は同期作動し、一次側回路１ａから商用電源１を入力と
して二次側回路２ａに出力されている間は、三次側充放
電回路３ａにおいては、二次電池１４への充電が行われ
ている。この時には、図１にも示すＰＷＭスイッチング
制御回路２２の同一の発信源から、一次側および三次側
スイッチング素子８，１１のそれぞれに対応する、一次
側ゲート回路１２および三次側ゲート回路１３を通し
て、前記それぞれのスイッチング素子８，１１が制御さ
れている。しかしながら、主として各スイッチング素子
８，１１の有している寄生容量には大きな差があるた
め、スイッチング制御電圧（ここではＦＥＴのゲート電
圧）波形に位相差が生じてしまう。この位相差は、図７
（イ）に示すように、一次側コンバータ７１の出力波形
（図中のＡ）が、三次側コンバータ７２の出力波形（図
中のＢ）よりも遅れる（図中のφ_１分）場合において問
題となる。これは、三次側スイッチング素子１１のＯＮ
時電流の立ち上がりが、一次側スイッチング素子８の立
ち上がりよりも、φ_１だけ早くなることを意味してお
り、商用電源１の正常入力時、すなわち二次電池１４へ
の充電モードの時に、図中の斜線部分で表している分だ
け、二次電池１４からの放電が発生するということであ
る。すなわち極論すれば、前述の充電電流ＩＡ３による
充電量より、φ_１の差分による放電量が大きくなる結
果、二次電池１４は充電されずに逆に放電されることも
あり得る、ということである。

【００１５】これを防止するため、本発明者は、図７
（ロ）に示すように、一次側コンバータ７１の出力波形
（図中のＡ）の立ち上がりを三次側コンバータ７２の出
力波形（図中のＢ）の立ち上がりよりも早めるとともに
（図中のφ_１分）、一次側コンバータ７１の出力波形の
立ち下がりを、三次側コンバータ７２の出力波形の立ち
下がりよりも遅らせること（図中のφ_２分）を案出し
た。これを実現するためのゲート回路の具体的構成を、
図５として示している。図示するように、ゲート回路１
２，１３内のダイオード５０とダイオード５１を互いに
逆向きにすることで、一方ではスイッチング素子８のＯ
Ｎ時電流の立ち上がりを早めるように、また他方では、
スイッチング素子１１のＯＮ時電流の立ち上がりを遅ら
せるようにそれぞれ作用する。以下、作用を詳細に説明
する。

【００１６】図５に基づいた、一次側スイッチング素子
８のＯＮ時の等価回路は図８のようになり、ＩＧ１＋Ｉ
Ｇ２＝ＩＧ３が、一次側スイッチング素子８の寄生容量
の充電電流となるので、この電流ＩＧ３が大きいほど、
また抵抗５２，５４，５８，６４の抵抗値が低いほど、
図１２の，で示すパルス立ち上がり、すなわち一次
側スイッチング素子８の立ち上がり時期が早くなる。こ
の効果を得るためには、図５に示したように、ダイオー
ド５０を順方向に接続しつつ、かつ抵抗５２の抵抗値を
低く設定しておけばよい。なお図１２の２は一次側スイ
ッチング素子８（ＦＥＴ）のゲート電圧とゲート電圧ス
レッショルドレベルＶ_ｔｈ、は一次側スイッチング素
子８のＯＮパルス波形、すなわちＯＮ電流の流れる区間
をそれぞれ表している。これに対して、二次側スイッチ
ング素子１１のＯＮ時の等価回路は、図５において示し
たダイオード５１がドライブトランス４７の二次正出力
ＥＰに対して逆方向になるので図１０のようになり、抵
抗５５，５９，６５が全て直列となってインピーダンス
が大きくなる結果、図８のＩＧ３＞ＩＧ５となって図１
２の，に示すとおり、立ち上がり時期が同，に
対して遅れることになる。ここで図１２のは三次側ス
イッチング素子１１（ＦＥＴ）のゲート電圧とゲート電
圧スレッショルドレベルＶ_ｔｈ、は三次側スイッチン
グ素子１１のＯＮパルス波形、すなわちＯＮ電流の流れ
る区間をそれぞれ表している。次に一次側スイッチング
素子８のＯＦＦ時の等価回路は図９のようになり、一次
側スイッチング素子８の寄生容量に蓄えられた電荷は、
ドライブトランス４６の反転電圧ＥＮによって放電用ト
ランジスター６２のベース電圧を抵抗５４を通して引き
込むことで放電されることになる。ここで電流ＩＧＤ１
は、この時のベース電流を表している。三次側スイッチ
ング素子１１がＯＦＦ時の等価回路は図１１のようにな
り、ダイオード５１が、ドライブトランス４７の反転電
圧ＥＮに対して順方向となるように接続されているた
め、ＩＧＤ４＝ＩＧＤ２＋ＩＧＤ３となる。従って、電
流ＩＧＤ１に比べて電流ＩＧＤ２の分が大きくなり、放
電用トランジスター６３のコレクタ電流は、ＩＧＤ４×
放電用トランジスター６３のｈ_ＦＥとなる結果、三次側
スイッチング素子１１の寄生容量に蓄えられていた電荷
は、一次側スイッチング素子８のそれよりもより早く放
電され、図１２の，のように、三次側スイッチング
素子１１のＯＮ期間は、一次側スイッチング素子８のＯ
Ｎ期間の内側に入ることになる。従って、無駄のない効
率的な二次電池１４への充電動作が可能となる。

【００１７】第四として、商用電源の疑似停電とそれに
よる二次電池運転試験機能の付加が挙げられる。これ
は、二次電池によってバックアップしていても、過充電
か過放電のために電池不良となっており、電源機能は異
常無くとも、停電バックアップ補償ができないというこ
とが、従来の交流無停電装置の事故例として問題視され
ているからである。第四の付加事項は、このような事故
を未然に防止し、負荷側のコンピュータ機器からのソフ
トウェアによる実行命令により、簡単に二次電池の試験
が行える、というものである。すなわち、図６を用いて
説明すると、一次側回路１ａ側の一次側スイッチング素
子８を、例えばコンピュータソフト上の実行命令等に基
づく外部命令によって停止させることにより、二次電池
１４を入力源とした放電回路３ｄに自動的に切り替える
ものである。二次電池１４の試験基準となる電池放電エ
ネルギーについては、例えば、予めコンピュータソフト
上で定めた負荷モードで決まる放電量と経過時間によっ
て設定しておけばよい。具体的には、放電によって二次
電池１４の電圧が低下し、９０％放電の終端電圧に到達
した時に電池電圧低下信号を発し、この信号を再度コン
ピュータ側で受けて電池残量確認試験を終了する、言っ
た適用例が考えられる。併せて、コンピュータディスプ
レイ上に二次電池１４の良否判定結果を表示すればよ
い。

【００１８】この回路例としては、例えば図１３に示す
構成が考えられる。本図は、図６における一次側スイッ
チング素子８とゲート回路１２の近傍のみを描いたもの
である。図のように、コンピュータ側からＨ／Ｌ信号を
発してＨ時にフォトカプラ７８をＯＮにしてＦＥＴ７５
をＯＦＦとすると、スイッチング専用ＩＣ７３によって
スイッチング動作するＦＥＴ７４のカソード側にＦＥＴ
７５が直列に入るため、ドライブトランス４６の入力が
絶たれて、一次側スイッチング素子８を停止させること
ができる。従って、ソフト上の簡単な処理によって、コ
ンピュータの動作中に二次電池１４の確認を行うことが
できる。この確認処理は、例えばコンピュータの一定使
用時間毎に行うようにしておくと好ましい。

【００１９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、高周
波トランスの三次巻線と定電流検出抵抗と直列ドロッパ
ー制御用素子と逆流防止用ダイオードと二次電池とを直
列に接続して充電回路を構成し、この充電回路の充電電
流路の外側に、二次電池と三次巻線と三次側スイッチン
グ素子とを直列に配列して放電回路を設け、放電時に
は、前記定電流検出抵抗と直列ドロッパー制御用素子と
逆流防止用ダイオードには電流が流れないようにするも
のである。すなわち、充電電流の大小によって直列ドロ
ッパー素子の抵抗成分が変化し、その結果充電回路全体
の抵抗成分が変化するので、従来にない極めて精度の高
い充電制御が可能となる。これは、２つの並列コンバー
タを有する回路構成の無停電性のスイッチングレギュレ
ータにおいて始めて実現できるものであり、情報機器
等、高い精度と長期信頼性を特に厳しく要求される分野
においてすこぶる有用であると言える。また、説明した
ような四つの付加的事項を加えることで、一次側およ
び三次側それぞれのスイッチング素子のいずれかが短絡
破壊しても、正常な側での過電流保護機能が働いてしま
うことなく正常な動作を行うこと、二次電池の入力が
停電した時の出力保持時間を確保することが可能とな
り、コンピュータ等におけるバックアップメモリーへの
退避時間を確保することができ、特にリアルタイム情報
の保全に大きく貢献できること、商用電源の正常入力
時、すなわち二次電池への充電モードの時に、二次電池
からの放電が発生するということが無くなり、高効率の
充電ができること、ソフトウェア上の実行命令等、外
部信号による二次電池の電池残量確認試験を行うことが
できること、と言った、特に情報機器用として数々の優
れた機能を付加することができ、情報機器用の無停電性
スイッチングレギュレータとして、非常に優れたものと
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を表す説明用回路図

【図２】本発明の実施例における充放電回路部分を表す
説明図

【図３】本発明の実施例における充電電流波形の一例を
表す説明図

【図４】本発明の実施例における電流の流れを表す説明
図

【図５】本発明の実施例におけるスイッチング素子の駆
動回路部を表す説明図

【図６】本発明の実施例を表す説明用回路図

【図７】スイッチングパルス波形の位相ずれとその改善
波形を表す説明図

【図８】一次側スイッチング素子がＯＮ時のスイッチン
グ素子駆動回路の等価回路を表す説明図

【図９】一次側スイッチング素子がＯＦＦ時のスイッチ
ング素子駆動回路の等価回路を表す説明図

【図１０】三次側スイッチング素子がＯＮ時のスイッチ
ング素子駆動回路の等価回路を表す説明図

【図１１】三次側スイッチング素子がＯＦＦ時のスイッ
チング素子駆動回路の等価回路を表す説明図

【図１２】ドライブトランスの二次出力および各スイッ
チング素子のゲート電圧波形とスイッチングパルス波形
を表す説明図

【図１３】商用電源の疑似停電のための制御回路例を表
す説明図

【図１４】従来の無停電性スイッチングレギュレータの
回路図

【符号の説明】

１商用電源１ａ一次側回路２整流回路２ａ二次側回路３ａ三次側充放電回路３ｃ充電回路３ｄ放電回路３，２３平滑コンデンサー４高周波トランス４ａ一次巻線４ｂ三次巻線４ｃ二次巻線４ｄ充電回路用三次巻線５，９，１８，４３，５６，５７逆流防止ダイオード６，１０回路遮断手段７環流抵抗８一次側スイッチング素子１１三次側スイッチング素子１２，１３ゲート回路１４二次電池１５充電用定電圧定電流制御回路１６定電流検出用抵抗１７直列ドロッパー制御用素子１９高速整流ダイオード２０転流ダイオード２１平滑コイル２２ＰＷＭスイッチング制御回路２４負荷２５制御用補助電源２６ゲート回路ＯＮ／ＯＦＦ制御回路２７ＰＷＭ制御用回路２８ホトカプラ２９感度調整抵抗３０制限抵抗３１発振防止用位相補正コンデンサ３２シャントレギュレータ３３振動防止抵抗３４出力電圧検出用分圧抵抗３５出力電圧検出用抵抗３６充電電圧調整用抵抗３７充電電圧検出用抵抗３９トランジスタ４１のベース／エミッタ間抵抗４０ａツェナーダイオード４０ｂ逆流防止ダイオード４１増幅用トランジスタ４２ａ，４２ｂ出力抵抗４４コンプリメンタリ接続ＰＮＰダイオード４５トランジスタ１７のベース／エミッタ間抵抗４６，４７ドライブトランス４８ゲートＯＮスピードアップ用回路４９ゲートＯＦＦスピードアップ用回路５０，５１高速ダイオード５２ＯＮスピードアップ調整用抵抗５３ＯＦＦスピードアップ調整用抵抗５４，５５ベース電流引き込み抵抗５８，５９ベース抵抗６０，６１分圧抵抗６２，６３残存電圧放電用トランジスタ６４，６５ＦＥＴゲート抵抗６６，６７ゲート／カソード間抵抗６８，６９，７０接続点７１一次側コンバータ７２三次側コンバータ７３スイッチング制御用ＩＣ７４ドライブトランス駆動用ＦＥＴ７５ゲート回路ＯＮ／ＯＦＦ用ＦＥＴ７６ゲートバイアス抵抗７７ゲート／カソード間抵抗７８ホトカプラ７９入力抵抗８０定電圧定電流制御回路８１チョークコイル８２整流用ダイオード８３転流ダイオード８４電池電圧低下検出回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源からの交流を整流する整流回路
と、この整流回路の出力側に高周波トランスの一次巻線と一
次側スイッチング素子とが直列に接続された、高周波ト
ランスに対して高周波パルス電圧を発生させるための一
次側回路と、前記高周波トランスの二次巻線に整流、平滑回路が接続
された、負荷に対して直流出力電力を供給する二次側回
路と、高周波トランスの三次巻線と定電流検出抵抗と直列ドロ
ッパー制御用素子と逆流防止ダイオードと二次電池とを
直列に接続するとともに、二次電池の両極間に充電用定
電圧定電流制御回路を設けることによって、前記直列ド
ロッパー制御用素子の抵抗を変化させて充電中の定電圧
定電流制御を行う充電回路と、前記三次巻線と二次電池
の間であって、前記充電回路の充電電流路の外側に設け
た、前記一次側スイッチング素子と同期して作動する三
次側スイッチング素子とを備えた三次側充放電回路と、
を備えた無停電性スイッチングレギュレータ。