WO2016031098A1

WO2016031098A1 - 電源装置

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Publication number: WO2016031098A1
Application number: PCT/JP2015/001897
Authority: WO
Inventors: 勝行白澤; 良和板倉; 竜三杉原
Original assignee: 三洋電機株式会社
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2015-04-03
Publication date: 2016-03-03
Also published as: JP2017188967A

Abstract

　出力コネクタ（２）に、ＡＣアダプタ回路（１）と、二次電池（４）を電源とするＤＣ／ＤＣ変換回路（５）の両方から直流出力を供給する電源装置であって、ＤＣ／ＤＣ変換回路（５）と出力コネクタ（２）との間に接続している出力スイッチ（８）と、出力スイッチ（８）をオンオフに切り換える制御回路（９）と、商用電源の停電を検出する停電検出回路（６）とを備え、ＤＣ／ＤＣ変換回路（５）は通電状態と停電状態の両方で動作状態に保持され、停電を検出すると、出力スイッチ（８）をオンに切り換えて、ＤＣ／ＤＣ変換回路（５）から出力コネクタ（２）に直流電力を出力する。これにより、商用電源が停電した瞬間に二次電池から直流電圧を出力して、出力コネクタに常に安定して直流電力を出力することができる。

Description

電源装置

　本発明は、携帯電話機やスマートフォン等の電子機器に接続されて電子機器の内蔵電池を充電し、あるいは光回線の回線終端装置などの電子機器に接続されて動作電力を供給するＡＣアダプタ回路と二次電池とＤＣ／ＤＣ変換回路を備える電源装置に関し、とくに、停電していない通電状態では内蔵するＡＣアダプタから出力コネクタに電力を供給し、停電状態では二次電池からＤＣ／ＤＣ変換回路を介して出力コネクタに電力を供給する電源装置に関する。

　ＡＣアダプタ回路と二次電池とを内蔵し、ＡＣアダプタ又は二次電池からＤＣ／ＤＣ変換回路を介して電子機器の内蔵電池を充電する携帯端末用の電源装置は開発されている。（特許文献１参照）
　従来の電源装置は、ＡＣアダプタ回路から出力コネクタに直流電力を出力でき、また二次電池からもＤＣ／ＤＣ変換回路を介して出力コネクタに直流電力を出力できるので、停電時にも使用できる。この電源装置は、図８の回路図に示すように、ＡＣアダプタ回路１０１の出力側をパススルー回路１０３で出力コネクタ１０２に接続して、ＡＣアダプタ回路１０１から出力コネクタ１０２に直流電力を出力できる。また、二次電池１０４と出力コネクタ１０２との間にＤＣ／ＤＣ変換回路１０５を接続して、二次電池１０４から出力コネクタ１０２に出力できる。また、電源コンセントに接続する状態で商用電源が停電する時にも、二次電池１０４から出力コネクタ１０２に直流電力を供給できる。

　ＡＣアダプタ回路１０１を主電源としてこれから電力が供給されないときに、二次電池１０４から出力コネクタ１０２に出力する電源装置は、主電源の出力が停止される状態で、二次電池１０４の出力を安定化して出力するＤＣ／ＤＣ変換回路１０５を動作状態に切り換えて、二次電池１０４から出力コネクタ１０２に電圧を安定化した電力を供給する必要がある。

　たとえば、主電源から出力が無いときに、ＤＣ／ＤＣ変換回路を動作状態に切り換えて、二次電池から出力コネクタに直流電力を出力する電源装置は開発されている。（特許文献２参照）
　この電源装置は、図９の回路図に示すように、トランス１２１に２個の１次コイル１２１Ａ、１２１Ｂと、２次コイル１２１Ｃを設けている。２個の１次コイル１２１Ａ、１２１Ｂは、一方の１次コイル１２１Ａを、ＤＣ／ＤＣ変換回路に相当する主チョッパ回路１２３と主スイッチ１２４とを直列に接続している主電源１２２に接続して、他方の１次コイル１２１Ｂを、サブチョッパ回路１２６とサブスイッチ１２７とからなるサブ電源１２５に接続している。さらに、トランス１２１の２次コイル１２１Ｃには整流回路１２８を接続している。この電源装置は、主電源１２２とサブ電源１２５の何れかを動作状態として、２次コイル１２１Ｃの交流を整流回路１２８で直流に変換して出力する。

　この電源装置は、主バッテリーが正常な状態、すなわち主電源が正常に出力できる状態では、主スイッチをオン、主チョッパ回路を動作状態とし、サブスイッチをオフ、サブチョッパ回路の動作を停止して、主バッテリーから出力する。主電源が正常に出力できない状態になると、すなわち主バッテリーが放電されると、サブスイッチをオン状態に切り換えた後、サブチョッパ回路を動作状態に切り換えて、サブバッテリから出力コネクタに直流電力を出力する。

実用新案登録第３１２４５５４号公報特開平３－２７３８３６号公報

　従来の電源装置は、図８の回路図に示すように、主電源をＡＣアダプタ回路に置き換えて、主バッテリーに代わって、ＡＣアダプタ回路から直流を出力することができる。この電源装置は、ＡＣアダプタを電源コンセントに接続する状態では、ＡＣアダプタからパススルー回路を介して出力コネクタに直流電力を出力し、ＡＣアダプタが電源コンセントに接続されない状態、あるいは停電状態では、ＤＣ／ＤＣ変換回路を動作状態に切り換えて、二次電池から出力コネクタに安定化した直流電力を出力できる。

　しかしながら、従来の電源装置は、主電源から電力が供給されなくなった直後、速やかに出力コネクタに安定して直流を出力できない欠点がある。それは、図８に示す電源装置にあっては、ＤＣ／ＤＣ変換回路１０５が動作状態に切り換えられてから、所定の電圧が出力されるまでに時間遅れが発生し、また、図９に示す電源装置においても、サブスイッチ１２７をオンに切り換えてからサブチョッパ回路１２６を動作状態に切り換えて、サブチョッパ回路１２６から所定の電圧が出力されるまでに時間遅れが発生するからである。

　本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、主電源の交流電源が遮断された直後、極めて短時間に正常な直流電圧を出力することを実現して、出力コネクタには常に安定して、直流電力を出力できるＡＣアダプタ回路と二次電池とＤＣ／ＤＣ変換回路を備える電源装置を提供することにある。

　本発明の電源装置は、ＡＣアダプタ回路１と、ＡＣアダプタ回路１の出力側を出力コネクタ２に接続してなるパススルー回路３と、ＡＣアダプタ回路１の出力側に接続してなる充電回路７と、充電回路７で充電される二次電池４と、二次電池４の出力側に接続してなるＤＣ／ＤＣ変換回路５と、ＤＣ／ＤＣ変換回路５の出力側と出力コネクタ２との間に接続してなる出力スイッチ８と、出力スイッチ８をオンオフに切り換える制御回路９と、ＡＣアダプタ回路１から商用電力が入力されない停電状態を検出する停電検出回路６とを備える。本発明の電源装置は、ＤＣ／ＤＣ変換回路５を、停電検出回路６が商用電力の入力を検出する通電状態と、停電状態の両方で動作状態に保持する。停電検出回路６が通電状態を検出する状態では、パススルー回路３がＡＣアダプタ回路１から出力コネクタ２に直流電力を出力して、制御回路９が出力スイッチ８をオフ状態として、ＤＣ／ＤＣ変換回路５から出力コネクタ２への出力を遮断する。停電検出回路６が停電状態を検出する状態では、制御回路９が出力スイッチ８をオン状態に切り換えて、二次電池４がＤＣ／ＤＣ変換回路５を介して出力コネクタ２に電力を供給する。

　本発明の電源装置は、二次電池４を補充電する補充電回路３０を設け、通電状態で二次電池４の残容量が設定容量よりも低下する状態では、補充電回路３０で二次電池４を充電する回路構成とすることができる。

　本発明の電源装置は、補充電回路３０が、充電回路７の充電電流よりも小さい電流で二次電池４を補充電することができる。

　本発明の電源装置は、ＡＣアダプタ回路１が、商用電力を直流に変換する第１の整流回路１１と、第１の整流回路１１から出力される直流を所定の直流に変換するトランス１３と、トランス１３の２次側に接続し、平滑用コンデンサ２０を有する第２の整流回路１２とを備え、停電検出回路６は、トランス１３の２次側に接続している整流ダイオード１８と検出用コンデンサ１９とを有し、検出用コンデンサ１９が平滑用コンデンサ２０よりも静電容量が小さくする。

　本発明の電源装置は、停電検出回路６が、ＡＣアダプタ回路１の入力電圧の低下を検出して停電状態を検出することができる。

　本発明の電源装置は、停電検出回路６が、ＡＣアダプタ回路１の入力側に一次側を接続してなる検出トランス２３を備え、この検出トランス２３の二次側に誘導される電圧の低下を検出して停電状態を検出することができる。

　本発明の電源装置は、主電源の交流電源が遮断された後、極めて短時間に正常な直流電圧を出力する特徴がある。それは、本発明の電源装置が、停電を検出してＤＣ／ＤＣ変換回路を動作状態に切り換えるのではなく、ＤＣ／ＤＣ変換回路を動作状態に保持し、停電時には出力スイッチをオン状態に切り換えてＤＣ／ＤＣ変換回路の出力を出力コネクタに供給するからである。ＤＣ／ＤＣ変換回路は、通電状態においても動作状態に保持されるので、停電時を検出して、ＤＣ／ＤＣ変換回路を非動作状態から動作状態に切り換える必要がない。ＤＣ／ＤＣ変換回路は動作状態にあるので、停電を検出して出力スイッチをオン状態に切り換えて、出力コネクタに安定して出力できる。出力スイッチのオン状態の切換時間は、ＤＣ／ＤＣ変換回路の動作状態への切換時間に比較して極めて短い。ＤＣ／ＤＣ変換回路は、動作状態になると、トランジスタやＦＥＴを所定の周期でオンオフに切り換えて矩形波を入力し、インダクタンスに誘導される交流で平滑回路のコンデンサを充電して所定の電圧として出力するので、出力電圧が安定になるのに時間がかかる。これに対して出力スイッチは、オンに切り換えられて直ちに安定して出力できるので、切換時間遅れは極めて短く、オン状態に切り換えて直ちに安定して出力コネクタに出力できる。このため、本発明の電源装置は、停電を検出した後、直ちに二次電池から出力コネクタに安定して出力できる特徴がある。このことは、ＡＣアダプタ回路から出力コネクタに連続して出力する用途、たとえば、光回線の回線終端装置などの電子機器に好適に採用できる。それは、この種の電子機器は、瞬間的に停電して電力供給が一時的に遮断されると、安定な動作状態に保持できなくなるからである。本発明の電源装置は、商用電源が瞬間的に停電しても、出力コネクタからは安定して所定の電圧で出力できるので、これ等の用途においても電子機器には常に安定して商用電源と二次電池の両方から直流電力を出力できる特徴がある。

本発明の一実施例にかかる電源装置のブロック図である。本発明の他の実施例にかかる電源装置のブロック図である。停電検出回路の一例を示す回路図である。停電検出回路の他の一例を示す回路図である。停電検出回路の他の一例を示す回路図である。従来の電源装置における停電時に出力コネクタの電圧が変化する状態を示すグラフである。本発明の電源装置における停電時に出力コネクタの電圧が変化する状態を示すグラフである。従来の電源装置のブロック図である。従来の他の電源装置の回路図である。

　以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

　図１と図２に本発明の一実施の形態に係る電源装置を示す。図１及び図２に示す電源装置は、給電対象となる電子機器５０を出力コネクタ２に接続して、この電子機器５０に電力を供給する。ここで、電源装置に接続される電子機器５０として、パック電池、携帯電話機、スマートフォン、携帯音楽プレーヤ、携帯ゲーム機、デジタルカメラ、タブレット（スレート）型ＰＣ等の充電可能な内蔵電池を内蔵してなる電子機器、あるいは光回線の回線終端装置やハードディスク等のように、ＡＣアダプタから動作電力を供給する電気機器が使用できる。とくに、ＡＣアダプタから動作電力を供給する電子機器であって、停電や瞬間的に停電する瞬停で動作電力が一時的に遮断されることによる弊害が極めて大きい電子機器の電源装置として最適である。たとえば、光回線の回線終端装置は、瞬停によって正常な動作ができなくなり、ハードディスクは、アクセス途中の瞬停によってエアーフロート状態で高速回転しているディスクに接近しているヘッドがディスクに接触して損傷させる等の弊害が発生する。したがって、これ等の電子機器に動作電力を供給する電源装置は、商用電源の停電時に、いかに速やかに動作電力が供給できるかが大切である。

　図１と図２の回路図に示す電源装置は、ＡＣアダプタ回路１と、このＡＣアダプタ回路１の出力側を出力コネクタ２に接続してなるパススルー回路３と、ＡＣアダプタ回路１の出力側に接続している二次電池４の充電回路７と、この充電回路７で充電される二次電池４と、二次電池４の出力側に接続しているＤＣ／ＤＣ変換回路５と、ＡＣアダプタ回路１に入力される商用電源の停電状態を検出する停電検出回路６と、ＤＣ／ＤＣ変換回路５の出力側と出力コネクタ２との間に接続してなる出力スイッチ８と、出力スイッチ８をオンオフに切り換える制御回路９とを備える。

　本発明の電源装置は、停電検出回路６が商用電力の入力を検出する通電状態と、商用電力が入力されない停電状態の両方でＤＣ／ＤＣ変換回路５を動作状態に保持する。また、停電検出回路６が通電状態を検出する状態では、パススルー回路３でもって、ＡＣアダプタ回路１から出力コネクタ２に直流電力を出力する。この状態で、制御回路９は出力スイッチ８をオフ状態として、動作状態にあるＤＣ／ＤＣ変換回路５から出力コネクタ２への出力を遮断する。さらに、停電検出回路６が停電状態を検出すると、制御回路９は出力スイッチ８をオフ状態からオン状態に切り換えて、動作状態にあるＤＣ／ＤＣ変換回路５から出力コネクタ２に直流電力を出力する。この状態、すなわち停電状態では、二次電池４がＤＣ／ＤＣ変換回路５を介して出力コネクタ２に電力を供給する。

　ＡＣアダプタ回路１は、電源プラグから入力される商用電源、例えば周波数を５０Ｈｚ又は６０Ｈｚとし、電圧を１００Ｖとする交流を、接続する電子機器５０の定格電圧である直流５Ｖに変換して出力する。図１と図２のＡＣアダプタ回路１は、入力される交流を直流に変換する第１の整流回路１１と、第１の整流回路１１から出力される直流を所定の直流に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ回路１０とを備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１０は、商用電源の周波数よりも高い周波数の交流を高周波トランス１３に入力し、高周波トランス１３で電圧変換して、所定の電圧に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１０は、第１の整流回路１１から入力される直流をスイッチングするトランジスタやＦＥＴであるスイッチング素子１４と、このスイッチング素子１４を商用電源よりも高い周波数、たとえば、１００ｋＨｚよりも高い周波数でオンオフに切り換えるコントロール回路１５と、スイッチング素子１４に１次側を接続している高周波トランス１３と、高周波トランス１３の２次側に接続している第２の整流回路１２とを備える。このＤＣ／ＤＣコンバータ回路１０は、第１の整流回路１１から入力される直流を、スイッチング素子１４でオンオフに切り換えて高周波トランス１３に入力する。高周波トランス１３は、入力される周波数の高い交流を所定の電圧に降圧する。スイッチング素子１４は、コントロール回路１５でオンオフに切り換えられる。このＤＣ／ＤＣコンバータ回路１０は、出力電圧をコントロール回路１５にフィードバックして、スイッチング素子１４をオンオフに切り換えるデューティーを制御して、出力電圧を一定の電圧、すなわち定格電圧に保持する。

　充電回路７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１０から出力される直流で二次電池４を充電する。図１及び図２の充電回路７は、制御回路９のマイクロコンピュータに制御されて二次電池４を充電する。充電回路７は、二次電池４の残容量を検出して、残容量が設定容量よりも小さくなると充電を開始し、その後、二次電池４の満充電を検出して充電を停止する。充電回路７は、二次電池４に最適な電流と電圧とで充電する。二次電池４をリチウムイオン二次電池とする電源装置の充電回路７は、二次電池４を定電圧・定電流充電して満充電する。すなわち、二次電池４の電圧が設定電圧に上昇するまでは定電流充電し、設定電圧まで上昇した後は、設定電圧に保持して定電圧充電する。二次電池４をニッケル水素電池とする電源装置は、充電回路７で二次電池４を定電流して満充電する。充電回路７は、たとえば、０．２Ｉｔ～２Ｉｔの定格電流で二次電池４を充電する。

　二次電池４はリチウムイオン二次電池である。ただ、二次電池には、ニッケル水素電池など、他の充電できる全ての電池を使用できる。二次電池４は、好ましくはＡＣアダプタ回路１からの出力電圧で充電できるものが選択される。たとえば、ＡＣアダプタ回路１の定格電圧を５Ｖ、二次電池４をリチウムイオン二次電池とする電源装置は、１個のリチウムイオン二次電池、あるいは複数のリチウムイオン二次電池を並列に接続して二次電池４とする。

　ＤＣ／ＤＣ変換回路５は、二次電池４の電圧を安定化して出力コネクタ２に出力する。二次電池４は、残容量によって電圧が変動する。とくに、リチウムイオン二次電池は残容量によって出力電圧が相当に変化する。電源装置は、出力コネクタ２に一定の定格電圧を出力することが大切である。ＤＣ／ＤＣ変換回路５は、変動する二次電池４の電圧を定格電圧に安定化して出力する。ＤＣ／ＤＣ変換回路５は、ＡＣアダプタ回路１のＤＣ／ＤＣコンバータ回路１０と同じように、トランジスタやＦＥＴなどの半導体素子をオンオフに切り換えるデューティーをコントロールして、出力電圧を定格電圧に安定化して出力する。

　ＤＣ／ＤＣ変換回路５は、保護回路を内蔵するワンチップＩＣで、保護回路は遅延タイマである。保護回路の遅延タイマは、ＤＣ／ＤＣ変換回路５が安定な動作状態になるとタイムアップする遅延時間を設定している。このＤＣ／ＤＣ変換回路５は、動作状態になって安定して定格電圧の直流を出力できる状態になると、保護回路の遅延タイマがタイムアップして出力する。このＤＣ／ＤＣ変換回路５は、起動後に安定して定格電圧の直流を出力できるが、動作状態に切り換えられてから保護回路の遅延タイマがタイムアップするまで、すなわち動作状態に切り換えられてから遅れて定格電圧の直流を出力する。本発明の電源装置は、ＤＣ／ＤＣ変換回路５を動作状態に保持して、出力スイッチ８をオン状態に切り換えてＤＣ／ＤＣ変換回路５から出力コネクタ２に定格電圧の直流を出力するので、ＤＣ／ＤＣ変換回路５の遅延時間は問題にならない。したがって、遅延タイマの保護回路を内蔵するワンチップＩＣのＤＣ／ＤＣ変換回路５を使用して、停電時には時間遅れなく出力コネクタ２に定格電圧の直流を出力する。

　停電検出回路６は、ＡＣアダプタ回路１に入力される商用電力の停電を検出し、停電を検出する状態で停電信号を出力する。停電検出回路６は、停電をいかに速やかに検出できるかが大切である。図３ないし図５は停電検出回路６を示す。図４の停電検出回路６は、ＡＣアダプタ回路１に設けているＤＣ／ＤＣコンバータ回路１０の出力電圧の低下を検出して停電を検出し、図５の停電検出回路６は、ＡＣアダプタ回路１の入力電圧を検出して停電を検出する。

　図３の停電検出回路６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１０の高周波トランス１３に、検出用の２次コイル１６Ｂを設けている。したがって、高周波トランス１３は、出力用の２次コイル１６Ａ、検出用の２次コイル１６Ｂの２個の２次コイル１６を設けている。検出用の２次コイル１６Ｂに誘導される電圧は停電時に低下する。ＡＣアダプタ回路１の入力電圧が低下するからである。停電検出回路６は、検出用の２次コイル１６Ｂに誘導される電圧の低下を検出して停電を検出する。図３の停電検出回路６は、検出用の２次コイル１６Ｂの誘導電圧を直流に変換して停電検出電圧とし、この停電検出電圧をコンパレータ１７で基準電圧に比較して停電を検出する。停電検出電圧を直流とするために、検出用の２次コイル１６Ｂには整流ダイオード１８と検出用コンデンサ１９からなる停電検出用の整流回路２２を接続している。整流ダイオード１８は検出用の２次コイル１６Ｂの誘導電圧を整流し、検出用コンデンサ１９は整流ダイオード１８の出力電圧を平滑化してリップルを小さくする。

　検出用コンデンサ１９の静電容量は、停電の検出時間に影響を与える。静電容量が大きいと、コンデンサの放電に時間がかかって停電検出電圧が低下するのに時間がかかって停電の検出が遅れる。反対に静電容量が小さいと、整流ダイオード１８の出力をリップルの少ない直流に変換できなくなる。とくに、停電検出電圧を入力するコンパレータ１７やマイクロコンピュータは、入力インピーダンスが極めて大きく、相当に小さい静電容量の検出用コンデンサ１９でリップルを小さくできる。したがって、検出用コンデンサ１９の静電容量は、整流ダイオード１８の出力をリップルの少ない、いいかえると停電検出に誤差のない直流に平滑化できる最小の容量に設定される。

　検出用の２次コイル１６Ｂは負荷電流が極めて小さく、細い巻き線が使用される。出力用の２次コイル１６Ａは、第２の整流回路１２を接続して、第２の整流回路１２に平滑用コンデンサ２０を接続して直流に変換している。平滑用コンデンサ２０の静電容量は、出力コネクタ２に出力する直流のリップルを少なくするために、静電容量（１０００μＦ～５０００μＦ）を大きくしている。したがって、平滑用コンデンサ２０は、検出用コンデンサ１９の静電容量よりも大きく、言い換えると、検出用コンデンサ１９は、平滑用コンデンサ２０よりも静電容量（０．１μＦ～１０μＦ）を小さくして、停電の検出時間遅れを小さくしている。

　停電検出電圧は基準電圧に比較されて、基準電圧よりも低下する状態で停電と判定される。図１及び図２の停電検出回路６は、停電検出電圧を基準電圧に比較するコンパレータ１７を備える。コンパレータ１７は、マイナス側の入力に基準電圧を入力して、プラス側の入力に停電検出電圧を入力している。コンパレータ１７は、停電して、停電検出電圧が基準電圧よりも低下すると、”Ｌｏｗ”信号を停電信号として出力する。停電でない通電状態にあっては、停電検出電圧は基準電圧よりも高くなるので、コンパレータ１７は、”Ｈｉｇｈ”信号を通電信号として出力する。停電検出回路６は、コンパレータ１７で停電検出電圧を基準電圧に比較して停電を検出するが、停電検出回路は、アナログ信号の停電検出電圧をデジタル信号に変換し、デジタル信号の停電検出電圧をデジタル信号の基準電圧に比較して、停電を検出することもできる。この停電検出回路は、デジタル信号の停電検出電圧を基準電圧に比較して停電かどうかを判定するマイクロコンピュータを内蔵している。

　図４の停電検出回路６は、高周波トランス１３の２次コイル１６に、２個の整流ダイオード１８を接続して、出力用の整流回路２１と並列に停電検出用の整流回路２２を設けている。２個の整流ダイオード１８は、出力側をプラスとする方向に接続している。この停電検出回路６も、図３の停電検出回路６と同じように、停電検出用の整流回路２２に接続している検出用コンデンサ１９の静電容量を、出力用の整流回路２１に接続している平滑用コンデンサ２０よりも小さくして、停電を速やかに検出するようにしている。この停電検出回路６は、停電して、２次コイル１６の電圧が低下することを検出して停電を検出する。停電して２次コイル１６の電圧が低下すると、２個の整流回路の電圧も低下するが、出力用の整流回路２１は大容量（１０００μＦ～５０００μＦ）の平滑用コンデンサ２０を接続しているので電圧低下は緩やかであるが、停電検出用の整流回路２２は、検出用コンデンサ１９の静電容量（０．１μＦ～１０μＦ）を小さくして、２次コイル１６の誘導電圧が低下すると直ちに電圧が低下するようにしているので、停電すると停電検出電圧は速やかに低下する。したがって、この停電検出回路６は、図３と同じように、停電検出電圧をコンパレータ１７やマイクロコンピュータで基準電圧に比較して停電を検出できる。この停電検出回路は、高周波トランス１３に２次コイル１６を２個も設ける必要がなく、高周波トランス１３を安価にできる。

　図５の停電検出回路６は、ＡＣアダプタ回路１の入力側に、すなわち電源プラグ（図示せず）と並列に検出トランス２３を接続している。検出トランス２３は、１次コイル２４を電源プラグに接続している。検出トランス２３は、２次コイル２５に停電検出用の整流回路２２を接続して、停電検出用の整流回路２２の出力側に検出用コンデンサ１９（０．１μＦ～１０μＦ）を接続して、検出用コンデンサ１９（０．１μＦ～１０μＦ）の両端の電圧を停電検出電圧とする。停電検出電圧は、図３と図４に示す回路と同じように基準電圧に比較されて停電かどうかが判定される。したがって、この停電検出回路６も、図３と図４の停電検出回路６と同じように、コンパレータ１７やマイクロコンピュータで停電検出電圧を基準電圧に比較し、停電検出電圧が基準電圧よりも低くなると停電と判定する。

　この停電検出回路６は、停電検出の時間遅れを極めて短くして、停電をより速やかに検出できる。それは、ＡＣアダプタ回路１の第１の整流回路１１の出力電圧が、電解コンデンサ２７を放電して低下するよりも速く停電を検出できるからである。図３と図４の停電検出回路６は、第１の整流回路１１の出力電圧が低下して、高周波トランス１３の出力電圧が低下して停電を判定するので、第１の整流回路１１の出力電圧が低下した後に停電を検出する。第１の整流回路１１は、出力側に大容量（１０μＦ～５０μＦ）の電解コンデンサ２７を接続しているが、電解コンデンサ２７は停電した後、次第に放電されて電圧が徐々に低下するので、停電した直後には電圧が低下しない。電解コンデンサ２７の電圧が低下して停電を検出する回路は、電解コンデンサ２７の放電に時間がかかるので、停電の検出に時間遅れが発生する。ただ、停電して、電解コンデンサ２７の電圧が低下するまで、出力コネクタ２には定格電圧に近い電圧が出力される。すなわち、停電後に電解コンデンサ２７を放電して出力コネクタ２に直流を出力するので、停電後においても電解コンデンサ２７の電圧が低下するまでは、出力コネクタ２に直流を出力する。このため、電解コンデンサ２７の電圧が低下しない状態で停電を検出できない電源装置は、その後に速やかに停電を検出し、停電を検出した後、極めて短時間に二次電池４からＤＣ／ＤＣ変換回路５を介して出力コネクタ２に定格電圧を出力して、接続する電子機器５０に安定して電力を供給できる。ただ、停電検出回路６は、より速やかに停電を検出することで、停電した後、より安定して定格電圧の直流を出力できる。

　出力スイッチ８は、停電時にオン状態に切り換えられて、ＤＣ／ＤＣ変換回路５の出力を出力コネクタ２に出力する。出力スイッチ８はトランジスタやＦＥＴなどの半導体スイッチング素子で、極めて短時間にオフ状態からオン状態に切り換えられる。トランジスタやＦＥＴの切換時間は、ナノ秒ないしマイクロ秒のオーダーと極めて短く、ほとんど瞬時に時間遅れなくオフ状態からオン状態に切り換えられる。したがって、停電を検出して出力スイッチ８がオフ状態からオン状態に切り換えられると、ＤＣ／ＤＣ変換回路５の出力は、瞬時に出力コネクタ２に出力される。ＤＣ／ＤＣ変換回路５は通電状態においても動作状態にあるので、出力スイッチ８がオン状態に切り換えられると、電源装置は直ちに出力コネクタ２に定格電圧の直流を出力する。

　図１と図２の電源装置は、出力スイッチ８をオンオフに制御するスイッチ制御回路２８と、ＤＣ／ＤＣ変換回路５を制御するマイクロコンピュータ２９とで制御回路９を構成する。すなわち、制御回路９が、スイッチ制御回路２８とマイクロコンピュータ２９とを備える。スイッチ制御回路２８は、停電検出回路６から入力される停電信号で出力スイッチ８をオン状態に切り換える。マイクロコンピュータ２９は、ＤＣ／ＤＣ変換回路５を停電状態と通電状態の両方で動作状態に保持し、さらに充電回路７を制御する。マイクロコンピュータ２９は、二次電池４の残容量や電圧を検出して充電回路７を制御する。マイクロコンピュータ２９は、充電回路７を制御して、二次電池４をあらかじめ設定している残容量、たとえば８０％ないし満充電状態に保持する。

　図２の電源装置においては、さらに、マイクロコンピュータ２９は、二次電池４の補充電回路３０も制御する。補充電回路３０は、二次電池４を充電回路７の充電電流よりも小さい電流（０．００２Ｉｔ～０．２Ｉｔ）で補充電して、二次電池４の残容量が放電終了電圧よりも高い所定の設定値よりも小さくなるのを防止する。

　図１と図２の電源装置は、通電状態においてもＤＣ／ＤＣ変換回路５を常に動作状態に保持する。通電状態において、パススルー回路３を介して出力コネクタ２にはＡＣアダプタ回路１から電力が供給され、ＤＣ／ＤＣ変換回路５から出力コネクタ２に電力は供給されない。したがって、ＤＣ／ＤＣ変換回路５は動作状態にあるが出力コネクタ２には出力しないので、この動作状態においてＤＣ／ＤＣ変換回路５は小さいアイドル電流を消費する。アイドル電流は、たとえば２ｍＡ～３０ｍＡと非常に小さい。しかしながら、アイドル電流は、二次電池４から出力コネクタ２に電力を供給しない状態においても二次電池４を放電するので、時間が経過するにしたがって、二次電池４の残容量は次第に減少する。二次電池４の残容量が減少する状態で停電すると、二次電池４から出力コネクタ２に供給できる総電力量が小さくなる。

　この弊害を防止するために、図２の電源装置は、二次電池４の残容量が低下すると、これを補充電して残容量を設定値以上とするために補充電回路３０を設けている。補充電回路３０は、充電回路７よりも小さい微少電流、たとえば０．００２Ｉｔ～０．２Ｉｔで二次電池４を補充電する。ＤＣ／ＤＣ変換回路５の消費電力で残容量の低下した二次電池４を微少電流で補充電する電源装置は、充電回路７が定格電力で二次電池４を補充電する装置に比較して、二次電池４の劣化を少なくしながら残容量を設定値以上に保持できる。また、通電状態においてＡＣアダプタ回路１のトータル消費電力を小さくできる。それは、通電状態において、ＡＣアダプタ回路１は出力コネクタ２に電力を供給しながら、二次電池４を充電するので、トータル消費電力が出力コネクタ２の供給電力と二次電池４を充電する電力の加算電力となるからである。

　制御回路９のマイクロコンピュータ２９は補充電回路３０を制御して、二次電池４を設定残容量に保持する。マイクロコンピュータ２９は、二次電池４の電圧や残容量を検出して、二次電池４の電圧や残容量が充電開始値まで低下することを検出する。この状態を検出すると、マイクロコンピュータ２９は補充電回路３０を充電状態に切り換えて微少電流で二次電池４を充電する。充電される二次電池４の残容量があらかじめ設定している充電停止値まで上昇すると、マイクロコンピュータ２９はこの状態を検出して、補充電回路３０を制御して二次電池４の充電を停止する。

　本発明の電源装置は、以下の動作をして出力コネクタ２に直流電力を出力する。
Ａ．商用電源が停電していない通電状態
　この状態で、ＡＣアダプタ回路１はパススルー回路３を介して出力コネクタ２に定格電圧の直流を出力する。パススルー回路３から出力コネクタ２に出力するので、二次電池４の電力をＤＣ／ＤＣ変換回路５で安定化して出力コネクタ２に出力する必要はない。出力コネクタ２に電力供給しないＤＣ／ＤＣ変換回路５は、この通電状態においても動作状態に保持される。動作状態にあるＤＣ／ＤＣ変換回路５から出力コネクタ２への電力供給を遮断するために、出力スイッチ８はオフ状態に保持される。

　通電状態において、動作させる必要のないＤＣ／ＤＣ変換回路５は動作状態に保持される。動作状態にあるＤＣ／ＤＣ変換回路５から出力コネクタ２に電力供給しないために、ＤＣ／ＤＣ変換回路５の出力側はオフ状態の出力スイッチ８を接続している。出力スイッチ８はＤＣ／ＤＣ変換回路５と出力コネクタ２との間にあって、これがオフ状態ではＤＣ／ＤＣ変換回路５の出力を出力コネクタ２に供給しない。したがって、通電状態においては、ＤＣ／ＤＣ変換回路５は動作状態に保持されるが、出力スイッチ８はオフ状態に保持される。

　動作状態にあるＤＣ／ＤＣ変換回路５はアイドル電流で二次電池４を放電する。放電される二次電池４は、次第に残容量や電圧が低下する。二次電池４の残容量が低下すると、補充電回路３０が二次電池４を補充電する。したがって、動作状態のＤＣ／ＤＣ変換回路５は二次電池４を小さい電流で放電して二次電池４の残容量を減少させるが、補充電回路３０が補充電して、二次電池４の残容量を設定値に保持する。したがって、通電状態において、二次電池４の残容量が大きく低下することはない。二次電池４は、停電時にはＤＣ／ＤＣ変換回路５を介して出力コネクタ２に充分な電力を供給できる状態に保持される。
Ｂ．商用電源が停電している停電状態
　商用電源が停電すると、ＡＣアダプタ回路１からは直流電力を出力できなくなる。したがって、パススルー回路３から出力コネクタ２に定格電圧の直流は出力されなくなる。二次電池４から出力コネクタ２に定格電圧の直流を出力するために、停電検出回路６は停電を検出して停電信号を制御回路９に出力し、制御回路９は停電信号で出力スイッチ８をオフ状態からオン状態に切り換える。出力スイッチ８がオン状態に切り換えられると、動作状態に保持しているＤＣ／ＤＣ変換回路５から直ちに出力コネクタ２に定格電圧の直流が供給される。ＤＣ／ＤＣ変換回路５は動作状態に保持されている。したがって、ＤＣ／ＤＣ変換回路５を起動するのに必要な時間遅れは発生せず、出力スイッチ８がオンに切り換えられた直後から出力コネクタ２に定格電圧の直流は出力される。半導体スイッチング素子の出力スイッチ８がオン状態に切り換えられる切換時間は、ＤＣ／ＤＣ変換回路５をスタートして安定に動作するまでの起動時間とは比較にならないほど短い。このため、本発明の電源装置は、ＤＣ／ＤＣ変換回路５の起動時間遅れを皆無にして、速やかに定格電圧の直流電力を出力する。

　従来及び本発明の電源装置における停電時に出力コネクタの電圧が変化する状態を図６及び図７で示す。グラフの横軸を時間、縦軸を電圧としている。出力コネクタの出力電圧を実線で、ＡＣアダプタ回路から出力コネクタへの出力電圧を破線Ａで、ＤＣ／ＤＣ変換回路から出力コネクタへの出力電圧を一点鎖線Ｂで示している。

　図６は従来の電源装置の出力が停電時に一時的に遮断される状態を示す。図６に示すように、従来の電源装置は、停電してＡＣアダプタ回路の出力が次第に低下するが、ＤＣ／ＤＣ変換回路が起動して安定に定格電圧を出力するまでに時間遅れがあるので、出力コネクタの出力電圧が一時的に低下する。

　図７は、本発明の電源装置の出力特性を示す。図７に示すように、停電してＡＣアダプタ回路１の出力電圧は破線Ａで示すように次第に低下するが、停電を検出して出力スイッチ８がオン状態に切り換えられると、一点鎖線Ｂで示すように直ちにＤＣ／ＤＣ変換回路５から定格電圧の直流が出力される。ＤＣ／ＤＣ変換回路５は動作状態に保持しているので、出力スイッチ８がオン状態に切り換えられると直ちに定格電圧の直流が出力される。ＡＣアダプタ回路１は出力側に平滑用コンデンサ２０を接続しているので、停電した後、出力コネクタの出力電圧は瞬時には低下せず、平滑用コンデンサ２０が放電されて次第に低下する。本発明の電源装置は、停電を速やかに検出して、すなわち、ＡＣアダプタ回路１の出力電圧が低下するよりも速く停電を検出することで、出力スイッチ８をオン状態に切り換えて定格電圧を出力する時間を、平滑用コンデンサ２０が放電されて電圧が低下するよりも速くすることもできるので、図７に示すように、停電時に出力電圧を低下させることなく、連続して定格電圧の直流を出力することができる。さらに、本発明の電源装置は、ＡＣアダプタ回路１の平滑用コンデンサ２０の静電容量が小さく、またＡＣアダプタ回路１の電圧低下を検出して停電の検出時間が遅くなっても、出力スイッチ８をオン状態に切り換えた後、直後にＤＣ／ＤＣ変換回路５から定格電圧の直流を出力できるので、停電時に出力コネクタ２から出力される電圧が低下する時間を相当に短くできる。

　本発明の電源装置は、接続する電子機器に、商用電源と二次電池の両方から安定して直流電力を供給でき、また停電時にも出力コネクタの出力電圧が低下する時間を短くして安定に定格電圧の直流を供給できるので、停電や瞬停による弊害の大きい用途に特に便利に使用される。

　　１…ＡＣアダプタ回路
　　２…出力コネクタ
　　３…パススルー回路
　　４…二次電池
　　５…ＤＣ／ＤＣ変換回路
　　６…停電検出回路
　　７…充電回路
　　８…出力スイッチ
　　９…制御回路
　１０…ＤＣ／ＤＣコンバータ回路
　１１…第１の整流回路
　１２…第２の整流回路
　１３…高周波トランス
　１４…スイッチング素子
　１５…コントロール回路
　１６…２次コイル
１６Ａ…出力用の２次コイル
１６Ｂ…検出用の２次コイル
　１７…コンパレータ
　１８…整流ダイオード
　１９…検出用コンデンサ
　２０…平滑用コンデンサ
　２１…出力用の整流回路
　２２…停電検出用の整流回路
　２３…検出トランス
　２４…１次コイル
　２５…２次コイル
　２７…電解コンデンサ
　２８…スイッチ制御回路
　２９…マイクロコンピュータ
　３０…補充電回路
　５０…電子機器

Claims

　ＡＣアダプタ回路と、
　前記ＡＣアダプタ回路の出力側を出力コネクタに接続してなるパススルー回路と、
　前記ＡＣアダプタ回路の出力側に接続してなる充電回路と、
　前記充電回路で充電される二次電池と、
　前記二次電池の出力側に接続してなるＤＣ／ＤＣ変換回路と、
　前記ＤＣ／ＤＣ変換回路の出力側と前記出力コネクタとの間に接続してなる出力スイッチと、
　前記出力スイッチをオンオフに切り換える制御回路と、
　前記ＡＣアダプタ回路から商用電力が入力されない停電状態を検出する停電検出回路とを備え、
　前記ＤＣ／ＤＣ変換回路が、前記停電検出回路が商用電力の入力を検出する通電状態と、前記停電状態の両方で動作状態に保持され、
　前記停電検出回路が前記通電状態を検出する状態で、前記パススルー回路が前記ＡＣアダプタ回路から出力コネクタに直流電力を出力して、前記制御回路が前記出力スイッチをオフ状態として、前記ＤＣ／ＤＣ変換回路から前記出力コネクタへの出力を遮断し、
　前記停電検出回路が前記停電状態を検出する状態では、前記制御回路が前記出力スイッチをオン状態に切り換えて、前記二次電池が前記ＤＣ／ＤＣ変換回路を介して前記出力コネクタに電力を供給するようにしてなる電源装置。
　請求項１に記載される電源装置であって、
　前記二次電池を補充電する補充電回路を備え、前記通電状態で前記二次電池の残容量が設定容量よりも低下する状態で、前記補充電回路が前記二次電池を充電するようにしてなる電源装置。
　請求項２に記載される電源装置であって、
　前記補充電回路が、前記充電回路の充電電流よりも小さい微少電流で前記二次電池を補充電するようにしてなる電源装置。
　請求項１ないし３のいずれかに記載される電源装置であって、
　前記ＡＣアダプタ回路は、商用電力を直流に変換する第１の整流回路と、
　前記第１の整流回路から出力される直流を所定の直流に変換するトランスと、
　前記トランスの２次側に接続し、平滑用コンデンサを有する第２の整流回路とを備え、
　前記停電検出回路は、前記トランスの２次側に接続している整流ダイオードと検出用コンデンサとを有し、前記検出用コンデンサが前記平滑用コンデンサよりも静電容量が小さいことを特徴とする電源装置。
　請求項１ないし４のいずれかに記載される電源装置であって、
　前記停電検出回路が前記ＡＣアダプタ回路の入力電圧の低下を検出して前記停電状態を検出することを特徴とする電源装置。
　請求項５に記載される電源装置であって、
　前記停電検出回路が、前記ＡＣアダプタ回路の入力側に一次側を接続してなる検出トランスを備え、この検出トランスの二次側に誘導される電圧の低下を検出して前記停電状態を検出することを特徴とする電源装置。