JPH11225450A - 補助電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より長期に亘って負荷に対して補助電源を供
給することが可能な補助電源装置を提供する。 【解決手段】 主電源装置３，４から負荷６に対して供
給される主電源が遮断されまたは電圧低下したときにダ
イオード１３を介して一次電池部１１の補助電源を負荷
６に供給する補助電源装置１において、一次電池部１１
に並列接続され一次電池部１１の両端に印加される電圧
を所定電圧に制限する第１の電圧制限手段１４を備え、
ダイオード１３は、その順方向電圧が少なくともＰＮ接
合ダイオードの順方向電圧よりも低電圧の低順方向電圧
型ダイオードで構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主電源装置の主電
源が遮断されたときや電圧低下したときに一次電池部の
補助電源を負荷に供給する補助電源装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】この種の補助電源装置は、例えば、図４
に示す電源システムＳ２に従来から用いられている。こ
の電源システムＳ２は、商用交流電源２から入力された
商用交流を整流するダイオードブリッジ３と、ダイオー
ドブリッジ３によって整流された脈流を平滑するための
コンデンサ４と、補助電源部５とを備えている。ここ
で、補助電源部５は、例えばマンガン電池やアルカリ電
池などの公称電圧が１．５Ｖの一次電池１２ａ〜１２ｄ
（以下、区別しないときは「一次電池１２」という）を
複数直列接続して構成した一次電池部１１と、一次電池
部１１の補助電源を負荷に供給するためのＰＮ接合型の
シリコンダイオード２１とを備えて構成されている。

【０００３】この電源システムＳ２では、通常時には、
ダイオードブリッジ３およびコンデンサ４が、商用交流
電源２からの商用交流を整流および平滑することにより
直流電圧である主電源を生成し、その主電源を電子機器
である負荷６に供給する。この際に、シリコンダイオー
ド２１は、主電源に基づく電流の補助電源部５への流れ
込みを阻止することにより、一次電池１２に対する充電
を防止する。一方、商用交流電源２からの商用交流の供
給が遮断されたときや、商用交流の電源電圧が定格電圧
よりも低下したときには、ダイオードブリッジ３および
コンデンサ４によって生成される主電源の電圧値が低下
する。この際には、例えば、シリコンダイオード２１の
順方向電圧が０．７Ｖであるとすれば、一次電池部１１
から出力される補助電源の電圧値が６Ｖであるため、主
電源の電圧値が５．３Ｖよりも低下したときに、一次電
池部１１の補助電源がシリコンダイオード２１を介して
負荷６に供給される。これにより、商用交流の瞬断など
に起因する負荷６の作動停止が防止される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の補助
電源部５には、以下のような問題点がある。すなわち、
補助電源部５の一部を構成するシリコンダイオード２１
は、その順方向電圧が０．７Ｖと高電圧であるため、一
次電池部１１から負荷６に対して供給される補助電源の
電流値が値ＩO とすれば、順方向電圧（０．７Ｖ）に電
流値ＩO を乗算した分の電力を損失する。このため、商
用交流電源２の遮断や電圧低下の状態が継続すれば、補
助電源部５は、負荷６に対する補助電源の供給が短時間
で不能になってしまう。このため、頻繁に一次電池１２
を交換しなければならず、その交換作業が煩雑であると
いう問題点がある。

【０００５】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、より長期に亘って負荷に対して補助電源を
供給することが可能な補助電源装置を提供することを主
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく請
求項１記載の補助電源装置は、主電源装置から負荷に対
して供給される主電源が遮断されまたは電圧低下したと
きにダイオードを介して一次電池部の補助電源を負荷に
供給する補助電源装置において、一次電池部に並列接続
され一次電池部の両端に印加される電圧を所定電圧に制
限する第１の電圧制限手段を備え、ダイオードは、その
順方向電圧が少なくともＰＮ接合ダイオードの順方向電
圧よりも低電圧の低順方向電圧型ダイオードで構成され
ていることを特徴とする。

【０００７】この補助電源装置では、通常状態において
は、主電源装置が負荷に対して主電源を供給し、この際
には、低順方向電圧型ダイオードは、主電源に基づく電
流の一次電池部への流れ込みを阻止することにより、一
次電池部に対する充電を防止する。一方、主電源装置の
主電源が遮断されたときや電圧が低下したときには、低
順方向電圧型ダイオードを介して、補助電源装置から負
荷に対して補助電源が供給される。この場合、低順方向
電圧型ダイオードの順方向電圧が従来の電源システムＳ
２におけるシリコンダイオード２１と比較して低電圧で
あるため、補助電源供給の際の低順方向電圧型ダイオー
ドによる電力損失が低減されることにより、その分長期
に亘って補助電源を供給することが可能となる。一方、
低順方向電圧型ダイオードは、一般的には、若干の漏れ
電流があるため、主電源装置が正常に作動しているとき
には、低順方向電圧型ダイオードを介して一次電池部に
漏れ電流が流れ込み、これにより、一次電池部の一次電
池が充電されることがある。かかる場合、充電されて一
次電池の単位セル当たりの端子間電圧が２Ｖ程度に達す
ると、一次電池内で化学反応が起こり、これによって水
素ガスなどが発生する結果、一次電池内の安全弁が開い
て液漏れする。一方、この補助電源装置では、一次電池
部に並列接続された第１の電圧制限手段が、一次電池部
の両端電圧を化学反応が起きない程度の所定電圧に電圧
制限する。したがって、低順方向電圧型ダイオードを介
して流れ込む漏れ電流に起因する一次電池の液漏れを防
止することが可能となる。

【０００８】請求項２記載の補助電源装置は、請求項１
記載の補助電源装置において、一次電池部は、直列接続
された複数の一次電池と、複数の一次電池の各々に並列
接続され各々の一次電池の端子間に印加される電圧を所
定電圧にそれぞれ制限する複数の第２の電圧制限手段と
を備えていることを特徴とする。

【０００９】例えば、一次電池部を構成する一次電池が
４本の場合、そのうちの１本が逆極性に誤装着されたと
きには、等価的には、一次電池部は、２本の一次電池の
直列回路となる。この状態で、主電源装置の主電源が低
順方向電圧型ダイオードに印加されることによって一次
電池部に漏れ電流が流れ込むと、その２本の一次電池の
それぞれの端子間には、正常装着状態のときの２倍の電
圧が印加される。このため、漏れ電流によって充電され
る結果、一次電池が過充電状態となる。この補助電源装
置では、かかる場合において、第２の電圧制限手段は、
個々の一次電池の端子間に印加される電圧を化学反応が
起きない程度の所定電圧に電圧制限する。これにより、
個々の一次電池に対する過充電が防止される。

【００１０】請求項３記載の補助電源装置は、請求項２
記載の補助電源装置において、正常装着状態における一
次電池の正極端子からその一次電池の負極端子に向かう
向きの電流を第２の電圧制限手段を介して通過可能な一
方向性素子を備えていることを特徴とする。

【００１１】例えば、第２の電圧制限手段としてツェナ
ーダイオードを用いた場合において、一次電池が逆極性
に誤装着されると、その一次電池の出力電流が、その一
次電池の正極、ツェナーダイオードのアノードおよびカ
ソード、並びにその一次電池の負極からなる閉回路内を
流れことになり、一次電池が短絡状態になる。この補助
電源装置では、第２の電圧制限手段に直列接続された一
方向性素子が、その際に閉回路内において電流が流れる
のを阻止することにより、短絡に起因する一次電池の故
障を防止する。

【００１２】請求項４記載の補助電源装置は、請求項１
から３のいずれかに記載の補助電源装置において、低順
方向電圧型ダイオードは、ショットキーダイオードであ
ることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係る補助電源装置を用いた電源システムＳ１の実施
の形態について説明する。なお、従来の電源システムＳ
２と同一の構成要素については同一の符号を付して重複
した説明を省略する。

【００１４】図１に示すように、電源システムＳ１は、
本発明における補助電源装置に相当する補助電源部１
と、本発明における主電源装置を構成するダイオードブ
リッジ３およびコンデンサ４とを備えて構成されてい
る。

【００１５】補助電源部１は、例えば４本の一次電池１
２ａ〜１２ｄを直列接続して構成された一次電池部１１
と、例えばｎ型半導体および金属が互いに接触し合う構
造を有し順方向電圧が約０．４Ｖのショットキーダイオ
ード１３と、本発明における第１の電圧制限手段に相当
し一次電池部１１の両端電圧を例えば６．８Ｖに電圧制
限するツェナーダイオード１４とを備えて構成されてい
る。

【００１６】また、各一次電池１２の正極および負極間
には、ツェナーダイオード１５ａ（または１５ｂ〜１５
ｄ）（以下、区別しないときには「ツェナーダイオード
１５」という）およびダイオード１６ａ（または１６ｂ
〜１６ｄ）（以下、区別しないときには「ダイオード１
６」という）が直列接続されている。この場合、ツェナ
ーダイオード１５は、本発明における第２の電圧制限手
段に相当し、ツェナー電圧が約１Ｖ程度のものが用いら
れている。この場合、ツェナーダイオード１５は、ショ
ットキーダイオード１３を介して一次電池部１１に流れ
込む漏れ電流によって一次電池１２が充電されようとす
る際に、ダイオード１６と相俟って、一次電池１２の端
子間に印加される電圧を１．７Ｖに電圧制限する。この
ため、一次電池１２の端子間電圧の上昇が制限されるこ
とにより、一次電池１２内部での化学反応が抑制され、
これにより、水素ガスなどの発生が阻止される結果、安
全弁が開いてしまうのを確実に防止する。なお、ツェナ
ーダイオード１５のツェナー電圧は、必ずしも１Ｖであ
る必要はなく、そのツェナー電圧は、使用する一次電池
１２の種類に応じて適宜定めることができ、一般的に
は、公称電圧が１．５Ｖタイプの一次電池１２を用いる
ときには、その一次電池１２の端子間に印加される電圧
を２．０Ｖ程度以内に電圧制限できればよい。また、同
図においてダイオード１６を直列接続しない場合には、
ダイオード１６の順方向電圧（０．７Ｖ）分だけ高いツ
ェナー電圧にする必要があり、かかる場合には、２．０
Ｖ以下のツェナー電圧にすればよい。

【００１７】ダイオード１６は、一般的なシリコンダイ
オードが用いられ、図２に示すように、例えば、一次電
池１２ｃが逆極性に誤装着された際に、一次電池１２ｃ
の正極、ツェナーダイオード１５ｃおよび一次電池１２
ｃの負極からなる閉回路内を電流Ｉ1 が流れるのを阻止
する。これにより、一次電池１２ｃがツェナーダイオー
ド１５ｃによって短絡されることに起因しての短絡電流
が流れるのを阻止することにより、一次電池１２の破損
を防止する。

【００１８】また、負荷６は、特に限定されないが、こ
の実施の形態では、最低作動電圧が例えば４Ｖである通
信端末やＯＡ機器などの電子機器で構成されている。

【００１９】この電源システムＳ１では、通常時には、
負荷６に対し、ダイオードブリッジ３およびコンデンサ
４によって整流および平滑された例えば７Ｖの主電源が
供給される。この際には、ショットキーダイオード１３
は、主電源に基づく電流の一次電池部１１への流れ込み
を阻止する。ただし、ショットキーダイオード１３は、
通常数十マイクロアンペア程度の漏れ電流があり、特に
高温下では漏れ電流が更に増加する傾向がある。このた
め、商用交流電源２から正常電圧値の商用交流が出力さ
れているときには、ショットキーダイオード１３を介し
て一次電池部１１に漏れ電流が流れ込み、これにより、
一次電池１２が充電されることがある。かかる場合、一
次電池１２の単位セル当たりの端子間電圧が上昇する
が、一次電池１２に並列接続されているツェナーダイオ
ード１５およびダイオード１６の直列回路が、一次電池
１２の端子間に印加される電圧を１．７Ｖ程度に電圧制
限する。これにより、一次電池１２内部での化学反応を
抑制することができるため、過充電による一次電池１２
の液漏れが確実に防止される。

【００２０】一方、商用交流電源２の商用交流が遮断さ
れたときや主電源の電圧が５．６よりも低下したときに
は、主電源の電圧よりも、ショットキーダイオード１３
のカソードに出力される一次電池部１１の起電圧のほう
が高電圧となる。このため、主電源に代えて、補助電源
部１から負荷６に対して補助電源が供給される。この場
合、ショットキーダイオード１３の順方向電圧（約０．
４Ｖ）が従来の電源システムＳ２におけるシリコンダイ
オード２１の順方向電圧（０．７Ｖ）と比較して低電圧
であるため、補助電源供給の際のショットキーダイオー
ド１３による電力損失が４０％程度低減できる結果、そ
の分、長期に亘って補助電源を供給し続けることができ
る。

【００２１】具体的には、負荷６の最低作動電圧および
一次電池１２の起電圧を従来の電源システムＳ２と同一
の条件に設定して比較すれば、図３に示すように、従来
の電源システムＳ２では、補助電源部５による負荷６に
対する補助電源の供給が開始された時から、一次電池部
１１の出力電圧が４．７Ｖに低下して補助電源の供給が
不能になる時間ｔ1 までの供給可能期間は、期間Ｔ1 と
なる。これに対し、この補助電源部１によれば、一次電
池部１１の出力電圧が４．４Ｖに低下する時間ｔ2 の時
まで負荷６に対して補助電源を供給することができるた
め、供給可能期間は、期間Ｔ2 となる。このため、同図
で比較すれば明らかなように、従来の補助電源部５と比
較して、より長期に亘って補助電源を供給することがで
きる。

【００２２】また、例えば、１本の一次電池１２が逆極
性に誤挿入されたされた際には、ダイオード１６が、上
記したように、その一次電池１２およびその一次電池１
２に並列接続されたツェナーダイオード１５を含む閉回
路内において短絡電流が流れるのを阻止することによ
り、短絡に起因しての一次電池１２の故障を確実に防止
する。また、一次電池１２が故障に至らないまでも、１
本の一次電池１２が逆極性に誤装着されたときには、一
次電池部１１は、等価的には、２本の一次電池１２を直
列接続した回路となり、主電源の直流電圧（７Ｖ）が２
本の一次電池１２の端子間に印加されることになる。こ
の場合、その２本の一次電池１２のそれぞれの端子間に
は、正常装着状態のときの２倍の直流電圧が印加され
る。この際に、ツェナーダイオード１５は、ダイオード
１６と相俟って、２本の一次電池１２の個々の端子間に
印加される電圧を１．７Ｖに電圧制限することにより、
一次電池１２に対する過充電を防止する。

【００２３】なお、本発明は、上記した発明の実施の形
態に限定されず、適宜変更が可能である。例えば、本発
明の実施の形態では、本発明における低順方向電圧型ダ
イオードとしてショットキーダイオード１３を使用した
例について説明したが、これに限らず、一般的なシリコ
ンダイオードの順方向電圧（０．６Ｖ〜０．７Ｖ程度）
よりも低電圧タイプのダイオードであれば任意の種類の
ダイオードを使用することができる。また、第１および
第２の電圧制限手段についても、ツェナーダイオードに
限らず、ツェナーダイオードやトランジスタなどを組み
合わせて構成することもできる。さらに、本発明の実施
の形態では、一次電池部１１全体としての両端電圧を所
定電圧に電圧制限するためのツェナーダイオード１４を
配設しているが、複数の一次電池１２を直列接続して一
次電池部１１を構成するときには、ツェナーダイオード
１５およびダイオード１６の直列回路を一次電池１２の
各々にそれぞれ並列接続するだけでもよい。かかる場
合、直列接続された複数のツェナーダイオード１５，１
５，・・および複数のダイオード１６，１６，・・が全
体としてツェナーダイオード１４の機能を兼用するた
め、ツェナーダイオード１４を省略することができる。

【００２４】また、本発明の実施の形態では、４本の一
次電池１２を用いて一次電池部１１を構成した例につい
て説明したが、本発明はこれに限定されず、一次電池１
２の数は、１本以上であればよい。かかる場合、第１の
電圧制限手段によって電圧制限する所定電圧を一次電池
１２の数に応じて適宜変更すればよい。また、一次電池
部１１の種類についても、マンガン電池やアルカリ電池
に限らず、酸化銀電池、アルカリボタン電池、および空
気電池など種々のタイプの一次電池を用いることができ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の補助電源
装置によれば、補助電源供給の際の低順方向電圧型ダイ
オードによる電力損失を低減できるため、その分長期に
亘って負荷に補助電源を供給することができる共に、第
１の電圧制限手段が一次電池部の両端電圧を化学反応が
起きない程度の所定電圧に電圧制限するため、低順方向
電圧型ダイオードを介して流れ込む漏れ電流に起因する
一次電池の液漏れを確実に防止することができる。

【００２６】また、請求項２記載の補助電源装置によれ
ば、第２の電圧制限手段が一次電池の端子間に印加され
る電圧を所定電圧に制限することにより、低順方向電圧
型ダイオードを介して一次電池部に入力される漏れ電流
に起因しての一次電池の過充電を確実に防止することが
できる。

【００２７】さらに、請求項３記載の補助電源装置によ
れば、一次電池が逆極性に誤装着された際に、一方向性
素子によって一次電池の短絡状態が防止されるため、短
絡に起因する一次電池の故障を確実に防止することがで
きる。

【００２８】また、請求項４記載の補助電源装置によれ
ば、汎用のショットキーダイオードで低順方向電圧型ダ
イオードを構成したことにより、安価でありながら、補
助電源供給の際の電力損失を確実に低減することがで
き、この結果、より長期に亘って負荷に補助電源を供給
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る電源システムＳ１の
回路図である。

【図２】一次電池１２ｃが逆極性に誤装着された際のダ
イオード１６ｃの動作を説明するための回路図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る補助電源部１および
従来の補助電源部５によって補助電源が供給可能な期間
を説明するための図であって、一次電池部の出力電圧と
供給時間との関係を示す特性図である。

【図４】従来の電源システムＳ２の回路図である。

【符号の説明】

１ 補助電源部 ２ 商用交流電源 ３ ダイオードブリッジ ４ コンデンサ ６ 負荷 １１ 一次電池部 １２ａ〜１２ｄ 一次電池 １３ ショットキーダイオード １４ ツェナーダイオード １５ａ〜１５ｄ ツェナーダイオード １６ａ〜１６ｄ ダイオード

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主電源装置から負荷に対して供給される
   主電源が遮断されまたは電圧低下したときにダイオード
   を介して一次電池部の補助電源を当該負荷に供給する補
   助電源装置において、 前記一次電池部に並列接続され当該一次電池部の両端に
   印加される電圧を所定電圧に制限する第１の電圧制限手
   段を備え、前記ダイオードは、その順方向電圧が少なく
   ともＰＮ接合ダイオードの順方向電圧よりも低電圧の低
   順方向電圧型ダイオードで構成されていることを特徴と
   する補助電源装置。
2. 【請求項２】 前記一次電池部は、直列接続された複数
   の一次電池と、当該複数の一次電池の各々に並列接続さ
   れ当該各々の一次電池の端子間に印加される電圧を所定
   電圧にそれぞれ制限する複数の第２の電圧制限手段とを
   備えていることを特徴とする請求項１記載の補助電源装
   置。
3. 【請求項３】 正常装着状態における前記一次電池の正
   極端子から当該一次電池の負極端子に向かう向きの電流
   を前記第２の電圧制限手段を介して通過可能な一方向性
   素子を備えていることを特徴とする請求項２記載の補助
   電源装置。
4. 【請求項４】 前記低順方向電圧型ダイオードは、ショ
   ットキーダイオードであることを特徴とする請求項１か
   ら３のいずれかに記載の補助電源装置。