JPH099525A - 電源バックアップ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ＡＣ−ＤＣ変換回路とＤＣ−ＤＣ
変換回路とからなる電源回路をバックアップするための
回路を、コンデンサを用いた安価な外付けのユニットと
して提供することを目的とする。 【構成】 コンデンサと放電抵抗とからなる放電抵抗付
コンデンサ回路と、ＡＣが供給されている間は放電抵抗
付コンデンサ回路に一定の電流を供給し、ＡＣの供給が
遮断された時はコンデンサの放電電流を流す定電流回路
と、定電流回路を駆動する直流電源とから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンデンサに充電され
た電荷を利用して電源をバックアップする、電源バック
アップ回路に関する。電源の遮断には、非常に短時間の
遮断ですぐ復旧するため日常生活に殆ど影響を及ぼすこ
とのない瞬断と、遮断が継続する停電とがある。

【０００２】一般に、情報処理システムにおいては、情
報を更新しながら繰り返し使用することが多く、磁気デ
ィスク，磁気テープ等情報を保持するための給電が不要
な不揮発性媒体に情報を保存している。しかし、これら
の媒体では、読出し，書込みに時間がかかるため、情報
を処理する際には、保持のために給電が必要な揮発性の
半導体メモリ素子からなる記憶装置に情報を移し、中央
処理装置で処理した後記憶装置に一旦処理結果を保持
し、しかる後、記憶装置から磁気ディスク，磁気テープ
等に結果を格納する。

【０００３】そこで、中央処理装置や記憶装置で情報を
処理している間に電源の瞬断が生じると、処理の途中結
果が失われ再処理が必要となるばかりでなく、媒体上の
ファイルを再生する等多大の人手と時間を要することに
なる。また、回線制御装置の様にデータ転送を行う装置
の場合には、データ転送の途中で電源の遮断が生じる
と、転送先装置に対し転送されたデータのどこまでが信
頼できるデータか不明となり、確認のため多大の人手と
時間を要し、あるいは誤動作を生じる等の大きな影響を
生じる。

【０００４】従って、情報処理システムにおいては、電
源が瞬断した場合にも負荷回路に安定した電源を供給
し、また、データ転送中に電源が遮断した場合でも、転
送中のデータの信頼できる範囲を認識するデータ転送中
断処理を完了するまでの間、負荷回路に安定した電源を
供給する安価な電源バックアップ回路が必要である。

【０００５】

【従来の技術】一般に情報処理システムを構成する各装
置は、商用のＡＣ電源の供給を受け、整流，平滑，安定
化してＤＣとして負荷回路へ供給している。大型の装置
では消費電力が大きいため、ＡＣ−ＤＣ変換回路で整
流，平滑して作られるＤＣを負荷回路の必要とする低電
圧（例えば、５Ｖ程度）とすると、ＤＣ−ＤＣ変換回路
へ分配する際に大きな電力ロスが生じることから、ＡＣ
−ＤＣ変換回路ではＤＣ高電圧（例えば、３００Ｖ程
度）を出力し、ＤＣ−ＤＣ変換回路で安定化して負荷回
路の必要とする電圧に変換している。

【０００６】電源の供給停止に対するバックアップの為
の回路としては、図８に示す如く、ＡＣ−ＤＣ変換回路
とＤＣ−ＤＣ変換回路との間の該ＤＣ−ＤＣ変換回路と
並列に接続されたコンデンサに充電し、コンデンサに蓄
積された電荷により電源をバックアップする回路と、図
９に示す如く、ＡＣ−ＤＣ変換回路とＤＣ−ＤＣ変換回
路との間に該ＤＣ−ＤＣ変換回路と並列に接続されたバ
ッテリーにより電源をバックアップする回路とがある。

【０００７】ところが、コンデンサによりバックアップ
する回路では、長時間バックアップするためには大容量
のコンデンサが必要となり、それに伴い、該コンデンサ
専用に大電力用の突入電流防止抵抗を設けることが必要
となって装置が大型化し、また電源投入後充電が完了
し、装置が使用可能になるまでに長時間を要することか
ら、コンデンサによるバックアップは、小容量のコンデ
ンサを電源ユニットに内蔵し、短時間（例えば、１０ms
程度）のバックアップ専用に用いられていた。

【０００８】一方、バッテリーによりバックアップする
回路では、長時間のバックアップが出来るが、バッテリ
ーが大型で高価なため、外付けユニットとしてオプショ
ンで用いられていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従って、電源遮断に備
え回線制御装置の様なデータ転送を行う装置に付加した
り、瞬断に備え中央処理装置や記憶装置に付加するに
は、バッテリーを用いた電源バックアップ回路は高価で
大型であり、コンデンサを用いた電源バックアップ回路
ではバックアップ時間が短い（もし、２００ms電源バッ
クアップができれば、瞬断の８０％は救済できる）とい
う問題があった。

【００１０】更に、コンデンサを電源バックアップのた
めの外付けユニットにした場合は、取り外して保守を行
う際に保守員が誤って触れても感電しないように、安全
電圧（例えば、６０ＶＤＣ以下）で且つ安全エネルギー
（例えば、２０Ｊ以下）になる様に放電するため、抵抗
値の小さい放電抵抗をコンデンサと並列に接続する必要
がある。その場合、図１０に示す如く、コンデンサは突
入電流防止抵抗と直列に接続され、両極間に印加される
電圧はＡＣ−ＤＣ変換回路の両極間の電位差を放電抵抗
と抵抗分割した値となり、回路保護のために突入電流防
止抵抗の抵抗値を大きく、安全確保のために放電抵抗の
抵抗値を小さくすると、コンデンサの両極間にかかる電
圧が低くなり、大容量のコンデンサを接続しても多量の
電荷を蓄えることができず、必要時間だけのバックアッ
プが困難という問題があった。

【００１１】そこで本発明は、コンデンサを用いて電源
遮断に対し十分に対処できる電源バックアップ回路を提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の第１の
原理説明図である。尚、以下の説明において、同一部位
については同一番号を付す。図１において、１０は、装
置に供給されたＡＣを整流・平滑し、高電圧の直流に変
換してＤＣ−ＤＣ変換回路に分配するＡＣ−ＤＣ変換回
路である。

【００１３】１１は、ＡＣ−ＤＣ変換回路から分配され
た高電圧の直流を安定化し、負荷回路の定格電圧に変換
して負荷回路に供給するＤＣ−ＤＣ変換回路である。１
２は、回線制御装置，中央処理装置，記憶装置等の情報
処理を行う、低電圧で動作する負荷回路である。

【００１４】２は、放電抵抗付コンデンサ回路と直列に
接続され、該放電抵抗付コンデンサ回路と共にＡＣ─Ｄ
Ｃ変換回路１０とＤＣ−ＤＣ変換回路１１との間に、Ｄ
Ｃ−ＤＣ変換回路１１と並列に接続され、該放電抵抗付
コンデンサ回路に、電源が供給されている間一定の電流
を流し、電源の供給が遮断すると逆方向に電流を流す定
電流回路である。

【００１５】１６は、定電流回路２と直列に接続され、
該定電流回路と共にＡＣ─ＤＣ変換回路１０とＤＣ−Ｄ
Ｃ変換回路１１との間に、ＤＣ−ＤＣ変換回路１１と並
列に接続され、電源が供給されている間はコンデンサを
充電し、電源が遮断された場合はコンデンサから放電す
る、コンデンサと放電抵抗が並列に接続された放電抵抗
付コンデンサ回路である。なお、定電流回路２と放電抵
抗付コンデンサ回路１６の位置が入れ替わってもよい。

【００１６】図２は、本発明の第２の原理説明図であ
る。図２において、１５は、放電抵抗切断機能付コンデ
ンサ回路と直列に接続され、該放電抵抗切断機能付コン
デンサ回路と共にＡＣ─ＤＣ変換回路１０とＤＣ−ＤＣ
変換回路１１との間に、ＤＣ−ＤＣ変換回路１１と並列
に接続され、電源投入時該放電抵抗切断機能付コンデン
サ回路に突入電流が流れることを防止し、電源の供給が
遮断すると逆方向に電流を流す突入電流防止回路であ
る。

【００１７】１７は、突入電流防止回路１５と直列に接
続され、該突入電流防止回路と共にＡＣ─ＤＣ変換回路
１０とＤＣ−ＤＣ変換回路１１との間に、ＤＣ−ＤＣ変
換回路１１と並列に接続され、ＡＣが遮断されると内部
の放電抵抗を接続し、コンデンサに充電された電荷を放
電する放電抵抗切断機能付コンデンサ回路である。８２
は、ＡＣが供給されている間放電抵抗切断機能付コンデ
ンサ回路１７に直流を供給する直流電源である。

【００１８】

【作用】第１の原理説明図を参照しながら本発明につい
て説明する。ＡＣが供給されるとＡＣ−ＤＣ変換回路１
０の出力端子間に電位差が生じ、ＤＣ−ＤＣ変換回路１
１を通して負荷回路１２に電力が供給される。この時、
定電流回路２をとおして一定の電流が放電抵抗付コンデ
ンサ回路１６を流れ、放電抵抗付コンデンサ回路１６の
中のコンデンサが充電される。

【００１９】ＡＣの供給が遮断されると、放電抵抗付コ
ンデンサ回路１６の中のコンデンサが放電し、ＤＣ−Ｄ
Ｃ変換回路１１を通して負荷回路１２に電力が供給され
る。放電抵抗付コンデンサ回路１６の中のコンデンサの
両極間の電位差は抵抗分割されないため、ＡＣ−ＤＣ変
換回路１０の出力端子の電圧とほぼ等しく、該コンデン
サに容量の大きいものを使用することにより、電源遮断
時において十分な電源バックアップが出来る。

【００２０】次に、第２の原理説明図を参照しながら本
発明について説明する。ＡＣが供給されるとＡＣ−ＤＣ
変換回路１０の出力端子間に電位差が生じ、ＤＣ−ＤＣ
変換回路１１を通して負荷回路１２に電力が供給され
る。この時、直流電源８２から放電抵抗切断機能付コン
デンサ回路１７にＤＣが流れ、放電抵抗切断機能付コン
デンサ回路１７の中にあり、コンデンサと並列に接続さ
れている放電抵抗が切り離されるため、ＡＣ−ＤＣ変換
回路１０の両極間の電位差は突入電流防止回路１５と直
列に接続された放電抵抗切断機能付コンデンサ回路１７
の中のコンデンサに印加される電圧となって、該コンデ
ンサが充電される。

【００２１】この場合も、放電抵抗切断機能付コンデン
サ回路１７の中のコンデンサの両極間の電位差は、抵抗
分割されないため、ＡＣ−ＤＣ変換回路１０の出力端子
間の電位差とほぼ等しくなり、容量の大きいコンデンサ
を用いることにより十分な電源バックアップが出来る。
従って、何れの場合もＡＣ−ＤＣ変換回路１０の出力端
子間に生じる電位差がそのままコンデンサの両端子間の
電圧となって充電されるため、コンデンサを用いて比較
的長時間の電源バックアップが行える。

【００２２】

【実施例】以下、定電流回路を用いて充電時の突入電流
を防止し、かつコンデンサをＡＣ−ＤＣ変換回路の出力
電圧で充電する実施例について図を参照しながら説明す
る。図３は、本発明の第１の実施例回路図である。図３
において、６は電源をバックアップするための大容量の
コンデンサである。

【００２３】１は、コンデンサ６と並列に接続された放
電抵抗で、コンデンサ６と共に放電抵抗付コンデンサ回
路１６をなすものである。４３は、からへ向けて流
れる充電電流の電流値を検出する抵抗である。６１は、
ゲート電圧が変動するとドレインからソースへ流れる電
流が変動する特性を持ち、からへ向けて流れる充電
電流を一定に保持する電界効果トランジスタである。

【００２４】７１は、カソードからアノードへ流れる電
流の多寡によらず、リファレンス端子に加えられた電圧
をカソードの電圧として出力する特性を持ち、抵抗４３
と、電界効果トランジスタ６１と共にフィードバックル
ープを構成するシャントレギュレータである。３は、
からへ充電電流を流すダイオードである。

【００２５】４は、からへ放電電流を流すダイオー
ドで、抵抗４３，４４と、電界効果トランジスタ６１
と、シャントレギュレータ７１と、ダイオード３，と共
に定電流回路ををなすものである。８１は、電池または
ＡＣ─ＤＣ変換回路１０から作られ、常時またはＡＣが
供給されている間定電流回路２にＤＣを供給し定電流回
路２を駆動する直流電源である。

【００２６】ＡＣが供給されると直流電源８１の＋極か
ら−極へ向け、抵抗４４，シャントレギュレータ７１の
順に電流が流れ、電界効果トランジスタ６１のゲートに
電圧がかかる。一方、ＡＣ−ＤＣ変換回路１０の出力端
子間に生じた電位差により、からへ向け電界効果ト
ランジスタ６１のドレインからソース、電流検出用抵抗
４３の順に電流が流れる。この時、電流検出用抵抗４３
の両端子間に生じる電位差（即ち、シャントレギュレー
タ７１のリファレンスの入力電圧）として電流が検出さ
れ、シャントレギュレータ７１のカソードの電圧（即
ち、電界効果トランジスタ６１のゲート電圧）としてフ
ィードバックされる。このように、からへ流れる電
流は常に一定となり、電源バックアップ用のコンデンサ
６を充電する際も突入電流が流れることはない。

【００２７】ＡＣの供給が遮断されると、ＡＣ−ＤＣ変
換回路１０からの電力の供給が遮断され、コンデンサ６
に蓄えられている電荷が唯一の電力源となる。このと
き、ダイオード４と直列に接続されたＤＣ−ＤＣ変換回
路１１に印加される電圧は、ダイオード４とＤＣ−ＤＣ
変換回路１１が直列に接続され、かつ、放電抵抗１に対
して並列に接続されているため、コンデンサ６の両端子
間の電圧とほぼ等しくなる。

【００２８】次に、図４，図５，図６を参照しながらソ
フトスタート回路を付加した定電流回路について説明す
る。図４は、ソフトスタート回路を付加した定電流回路
の１例であり、図５は、ソフトスタート回路を付加した
場合の時間─電流の第１の関係図であり、図６は、ソフ
トスタート回路を付加した場合の時間─電流の第２の関
係図で、２段階に渡り段階をおって徐々に一定の電流に
達する場合を示す図である。

【００２９】図４において、３２は、直流電源８１によ
り印加される電圧を抵抗４４，４５，４６により抵抗分
割された電圧になる様徐々に充電され、オペアンプの正
相入力端子に規準電圧を与えるコンデンサである。６３
は、タイマ等の時限制御回路に接続されたの端子を制
御することによりコンデンサ３２に印加される電圧を変
え、２段階にわたって徐々に充電電流を一定値に近づけ
るトランジスタである（トランジスタ６３と、抵抗４４
が無い場合、段階をおわずに徐々に充電電流が一定値に
近づく）。

【００３０】１８は、トランジスタ６３に接続され、Ａ
Ｃ供給後一定時間トランジスタ６３をオンとしその後オ
フとする時限制御回路である。５は、互いに並列に接続
された、抵抗４６と、コンデンサ３２と、直列に接続さ
れたトランジスタ６３と抵抗４４からなる回路と、これ
らの並列に接続された回路と直列に接続された抵抗４５
から構成され、オペアンプ７２の正相入力端子に徐々に
増加する電圧を印加して定電流回路２を流れる充電電流
を徐々に一定電流に近づけて、充電電流を一定になるよ
う直接制御するトランジスタのコレクタ，エミッタ間に
過大な電力がかかることを防止し、該トランジスタが常
に安全動作領域で動作し破損することのない様制御する
ソフトスタート回路である。

【００３１】６２は、からへ向けて流れる充電電流
を一定になるよう直接制御するトランジスタである。７
２は、電流検出用抵抗４３で電圧として検出した充電電
流を逆相入力端子にフィードバックし、正相入力端子に
入力された規準電圧との差異によりトランジスタ６２の
ベース電流を制御して、トランジスタ６２のコレクタ，
エミッタ間を流れる電流を一定にするオペアンプであ
る。

【００３２】図５は、図４においてトランジスタ６３，
抵抗４４が無い場合の時間─電流の関係を表した図であ
る。図６は、図４において電源投入直後からトランジス
タ６３をオンとしておき、タイマ等の時限制御回路によ
り一定時間後に端子をオフとした場合の時間─電流の
関係を表した図である。

【００３３】図４において、ＡＣが供給されると同時に
がオンとなり、トランジスタ６３のコレクタからエミ
ッタへ向けて電流が流れる。この時、オペアンプ７２の
正相端子にはコンデンサ３２の両極間の電位差が基準電
圧として印加され、図６の如く０から直流電源８１の電
圧を抵抗分割した値にまで徐々に増加する。但し、抵抗
４５の抵抗値は抵抗４４のそれに比べて十分に大きいた
め、この期間はあまり電流が流れない。ここで、タイマ
等の時限制御回路の制御によりがオフとなると、トラ
ンジスタ６３のコレクタからエミッタへ流れる電流が遮
断され、コンデンサ３２の両極間の電位差が増加しオペ
アンプ７２の正相入力端子に印加される規準電圧が高く
なるため、からへ流れる電流はがオフとなる点を
境としてリニアに増加し設定値に達する。

【００３４】次に、充電時に放電抵抗を切り離し、コン
デンサをＡＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧で充電する実施
例について図を参照しながら説明する。図７は、本発明
の第２の実施例発明図である。図７において、７は、突
入電流防止抵抗４２と並列に接続され、放電時突入電流
防止抵抗４２の替わりに電流を流すためのダイオードで
ある。

【００３５】４２は、電源バックアップ用のコンデンサ
６を充電する際生じる突入電流を防止する抵抗である。
１４は、ＡＣ−ＤＣ変換回路１０と、直流電源８２と、
ＤＣ−ＤＣ変換回路１１と、突入電流防止回路１５とか
ら構成され、ＡＣをＤＣに変換し負荷回路へ供給する電
源ユニットである。

【００３６】９１は、ＡＣが供給されると接点を切り離
し、ＡＣの供給が遮断されると接点を閉じる、ブレーク
接点を持つリレーである。５３は、リレー９１と並列に
接続され、直流電源８２から電力が供給されている状態
でリレー９１を切り離した時、リレー９１のインダクタ
ンスによる電圧の跳ね上がりを防止するダイオードであ
る。

【００３７】９２は、放電抵抗１と直列に接続され、放
電抵抗１と共に電源バックアップ用のコンデンサ６と並
列に接続されて放電時のみコンデンサ６と放電抵抗１の
閉ループを作る、リレー９１の接点である。１３は、リ
レー９１と、ダイオード５３と、コンデンサ６と、放電
抵抗１と、リレー９１の接点９２とから構成され、電源
ユニット１４に接続されて電源をバックアップする電源
バックアップユニットである。

【００３８】図７において、ＡＣが供給されると直流電
源８２からＤＣが供給され、リレ９１に電流が流れ、接
点９２が開放される。一方、ＡＣ−ＤＣ変換回路１０の
出力端子間に生じた電位差は、直列に接続された突入電
流防止抵抗５と電源バックアップコンデンサ６とに印加
され、電源バックアップコンデンサ６の両端子間の電圧
がＡＣ−ＤＣ変換回路１０の出力端子間に生じた電位差
と等しくなるまで電流が流れ充電される。尚、その際突
入電流は流れない。

【００３９】ＡＣの供給が遮断されると直流電源８２か
らのＤＣの供給も遮断され、リレー９１の電流が停止
し、接点９２が閉じて放電抵抗１が接続される。また、
電源バックアップコンデンサ６に蓄えられている電荷が
放電され、ＤＣ−ＤＣ変換回路１１を通して負荷回路１
２に電力が供給される。放電の途中でＡＣの供給が再開
すると直流電源８２からのＤＣの供給も再開し、リレー
９１に電流が流れ、接点９２が開放されて放電抵抗１が
切り離される。また、ＡＣ−ＤＣ変換回路１０から電力
が供給され、ＤＣ−ＤＣ変換回路１１を通して負荷回路
１２に対する電力の供給が再開すると共に、電源バック
アップコンデンサ６の充電が再開される。

【００４０】次に、ＡＣが供給された状態で誤って電源
バックアップユニット１３を電源ユニット１４から切り
離した場合、リレー９１を流れる電流が切断されるため
接点９２が閉じる。そのため、電源バックアップコンデ
ンサ６に蓄えられている電荷は放電抵抗１を通し放電さ
れ、保守員の安全が確保される。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、容量
の大きなコンデンサをＡＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧で
充電することにより、バックアップ用に多量の電荷を蓄
えることができる。従って、電源遮断時において、コン
デンサで比較的長時間の電力供給が行えるため、コスト
ダウンと信頼性の向上が図れるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の原理説明図

【図２】本発明の第２の原理説明図

【図３】本発明の第１の実施例回路構成図

【図４】ソフトスタート回路を付加した定電流回路の一
実施例

【図５】ソフトスタート回路を付加した場合の時間─電
流の第１の関係図

【図６】ソフトスタート回路を付加した場合の時間─電
流の第２の関係図

【図７】本発明の第２の実施例回路構成図

【図８】第１の従来例の回路構成図

【図９】第２の従来例の回路構成図

【図１０】第３の従来例の回路構成図

【符号の説明】

２ 定電流回路 １０ ＡＣ−ＤＣ変換回路 １１ ＤＣ−ＤＣ変換回路 １２ 負荷回路 １５ 突入電流防止回路 １６ 放電抵抗付コンデンサ回路 １７ 放電抵抗切断機能付コンデンサ回路 ８２ 直流電源

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＡＣ−ＤＣ変換回路と、該ＡＣ−ＤＣ変
   換回路のＤＣ出力を所望のＤＣに変換するＤＣ−ＤＣ変
   換回路とから構成される電源回路において、 放電抵抗付コンデンサ回路と、 該放電抵抗付コンデンサ回路と直列に接続された定電流
   回路とを有し、 前記ＡＣ−ＤＣ変換回路と前記ＤＣ−ＤＣ変換回路との
   間に、直列に接続された該放電抵抗付コンデンサ回路と
   該定電流回路とが該ＤＣ−ＤＣ変換回路に対し並列に接
   続されたことを特徴とする電源バックアップ回路。
2. 【請求項２】 電源投入後、前記放電抵抗付コンデンサ
   回路のコンデンサへの充電電流を一定値に達するまで徐
   々に増加させるソフトスタート回路を具備することを特
   徴とする、請求項１記載の電源バックアップ回路。
3. 【請求項３】 電源投入後、前記放電抵抗付コンデンサ
   回路のコンデンサへの充電電流を一定値に達するまで階
   段状に、また、その一段毎に徐々に増加させるソフトス
   タート回路と、該ソフトスタート回路に接続され、電源
   投入後一定時間たったことを該ソフトスタート回路に通
   知する時限制御回路とを具備することを特徴とする、請
   求項１記載の電源バックアップ回路。
4. 【請求項４】 ＡＣ−ＤＣ変換回路と、該ＡＣ−ＤＣ変
   換回路のＤＣ出力を所望のＤＣに変換するＤＣ−ＤＣ変
   換回路とから構成される電源回路において、放電抵抗切
   断機能付コンデンサ回路と、 前記ＡＣ−ＤＣ変換回路からのＤＣ供給に同期して該放
   電抵抗切断機能付コンデンサ回路に直流を供給する直流
   電源と、 該放電抵抗付コンデンサ回路と直列に接続された突入電
   流防止回路とを有し、 ＡＣ−ＤＣ変換回路とＤＣ−ＤＣ変換回路との間に、直
   列に接続された該放電抵抗切断機能付コンデンサ回路と
   該突入電流防止回路とが該ＤＣ−ＤＣ変換回路と並列に
   接続されたことを特徴とする電源バックアップ回路。
5. 【請求項５】 前記放電抵抗切断機能付コンデンサ回路
   を電源ユニットとは別の外付けのユニットとして分離し
   たことを特徴とする、請求項４記載の電源バックアップ
   回路。