WO2023181612A1

WO2023181612A1 - バックアップ電源

Info

Publication number: WO2023181612A1
Application number: PCT/JP2023/001563
Authority: WO
Inventors: 修大橋
Original assignee: パナソニックエナジー株式会社
Priority date: 2022-03-23
Filing date: 2023-01-19
Publication date: 2023-09-28

Abstract

バックアップ電源は、電池モジュールとＭＰＵと、電池モジュールからＭＰＵにスイッチング素子を介して電源電圧を供給する第１の電源回路と、外部負荷の主電源から供給される外部電力を電源電圧に変換してＭＰＵに供給する第２の電源回路と、外部電力の入力を検出してスイッチング素子を制御する電源切換回路とを備える。電源切換回路は、外部電力が供給される入力期間において、スイッチング素子をオフ状態にして、第１の電源回路からの電源電圧の供給を遮断して第２の電源回路からＭＰＵに電源電圧を供給し、外部電力が供給されない非入力期間において、スイッチング素子をオン状態にして、第１の電源回路からＭＰＵに電源電圧を供給する。

Description

バックアップ電源

　本開示は、電池モジュールを内蔵するバックアップ電源に関し、とくに電池モジュールの状態を管理するＭＰＵを備えるバックアップ電源に関する。

　電池モジュールを内蔵する電源装置は、電池モジュールの過充電や過放電を防止し、さらに電池モジュールの劣化度などを判定するためにＭＰＵ（Micro-Processing Unit）を内蔵している。（特許文献１参照）本明細書においてＭＰＵはＭＣＵ（Micro Controller Unit）を含む意味に使用する。

　バックアップ電源は、停電時に接続している外部負荷に電力を供給して動作状態に維持する電池モジュールを備えている。バックアップ電源は、停電時には電池モジュールから外部負荷に安定して電源電圧を供給できる健全性が要求される。電池モジュールを管理して健全に保持するために、電池モジュールの状態を監視するＭＰＵを備えている。ＭＰＵは電池モジュールから電源電圧が供給されて動作状態に保持されるので、ＭＰＵが電池モジュールを放電して残容量を低下させる原因となる。バックアップ電源は、常に外部負荷を接続しているので、外部負荷に設けている主電源から電源電圧をＭＰＵに供給することで、電池モジュールの電力消費を少なくできる。バックアップ電源は、停電時に限って外部負荷に電力を供給するが、停電して外部負荷に電力を供給するタイミングは極めて少ないので、停電していないノーマル状態では主電源からＭＰＵに電源電圧を供給することで、電池モジュールからの電力のうちのＭＰＵの消費電力を削減できる。

　電池モジュールと主電源の両方からＭＰＵに電源電圧を供給するバックアップ電源は、主電源の電圧と電池モジュールの電圧を調整してＭＰＵの電源電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバーターなどの電源回路を備える。このようなバックアップ電源では、長時間の停電時にも外部負荷を駆動できるように、電池モジュールの電力のうちのバックアップ電源自体の消費電力は小さくすることが望まれる。

特開２０１８－１６９２３８号公報

　本開示のある態様に係るバックアップ電源は、複数の電池セルからなる電池モジュールと、電池モジュールに接続してなるＭＰＵ（Micro-Processing Unit）と、電池モジュールからＭＰＵに電源電圧を供給する第１の電源回路と、第１の電源回路からＭＰＵに電源電圧を供給するスイッチング素子と、接続する外部負荷の主電源から供給される外部電力をＭＰＵの電源電圧に変換してＭＰＵに供給する第２の電源回路と、外部負荷の主電源からの外部電力の入力を検出して、スイッチング素子を制御する電源切換回路とを備えている。電源切換回路は、外部負荷から外部電力が供給される入力期間において、スイッチング素子をオフ状態にして、第１の電源回路からＭＰＵへの電源電圧の供給を遮断して、第２の電源回路からＭＰＵに電源電圧を供給し、外部負荷から外部電力が供給されない非入力期間において、スイッチング素子をオン状態にして、第１の電源回路からＭＰＵに電源電圧を供給する。

　以上のバックアップ電源は、電池モジュールの電力消費を削減しながら、電池モジュールと主電源の両方から効率よくＭＰＵに電源電圧を供給できる。

図１は、比較例のバックアップ電源の回路図である。図２は、本開示の一実施形態にかかるバックアップ電源の回路図である。

　図１は、電池モジュール９１と主電源９９からＭＰＵ９２に電圧調整して供給する比較例のバックアップ電源９０の回路図を例示する。このバックアップ電源９０は、電池モジュール９１の電圧を調整してＭＰＵ９２に供給する第１の電源回路をＡＦＥ（Analog Front End）９３に内蔵して、主電源９９から入力される外部電力を電圧調整してＭＰＵ９２に供給するために第２の電源回路９５を設けている。このバックアップ電源９０は、第１の電源回路９４と第２の電源回路９５をダイオード９６を介してＭＰＵ９２の電源端子９２ａに接続している。

　図１のバックアップ電源９０は、第１の電源回路９４と第２の電源回路９５の両方からＭＰＵ９２に電源電圧が供給される状態では、第２の電源回路９５からＭＰＵ９２に電源電圧が供給できるように、第１の電源回路９４は出力側に２個のダイオード９６を直列に接続して、第２の電源回路９５は１個のダイオード９６を介してＭＰＵ９２に電源電圧を供給している。ダイオードの電圧降下は、約０．６～０．７Ｖとなるので、２個直列のダイオード９６の電圧降下は１．２～１．４Ｖと大きくなる。外部電力が供給される期間では、第１の電源回路９４と第２の電源回路９５の両方から電源電圧が供給されるが、ダイオード９６の電圧降下の小さい第２の電源回路９５からＭＰＵ９２に電源電圧が供給される。外部電力が供給されない期間では、第２の電源回路９５からは電源電圧が出力されず、第１の電源回路９４からＭＰＵ９２に電源電圧が供給される。

　バックアップ電源９０は、外部電力が供給されない期間では第１の電源回路からＭＰＵに電源電圧を供給し、外部電力が供給されて第２の電源回路が電源電圧を出力する期間では、第１の電源回路からはＭＰＵに電源電圧を供給することなく、第２の電源回路からＭＰＵに電源電圧を供給する。外部電力が供給される期間において、ダイオードが電源回路を切り換えて、第２の電源回路からＭＰＵに電源電圧を供給する。この回路構成は、電源回路の供給をダイオードの個数で選択できる簡単な回路構成にできるが、ダイオードの電圧降下が大きくなってダイオードが無駄に電力を消費する。第２の電源回路からＭＰＵに電源電圧を供給する期間においても、ダイオードは無駄に電力を消費する。

　本開示の一実施態様のバックアップ電源は、複数の電池セルからなる電池モジュールと、電池モジュールに接続してなるＭＰＵ（Micro-Processing Unit）と、電池モジュールからＭＰＵに電源電圧を供給する第１の電源回路と、第１の電源回路からＭＰＵに電源電圧を供給するスイッチング素子と、接続する外部負荷の主電源から供給される外部電力をＭＰＵの電源電圧に変換してＭＰＵに供給する第２の電源回路と、外部負荷の主電源からの外部電力の入力を検出して、スイッチング素子を制御する電源切換回路とを備え、電源切換回路が、外部負荷から外部電力が供給される入力期間において、スイッチング素子をオフ状態にして、第１の電源回路からＭＰＵへの電源電圧の供給を遮断して、第２の電源回路からＭＰＵに電源電圧を供給し、外部負荷から外部電力が供給されない非入力期間において、スイッチング素子をオン状態にして、第１の電源回路からＭＰＵに電源電圧を供給する。

　以上のバックアップ電源では、電源切換回路は、外部電力が供給される入力期間においては、外部電力を第２の電源回路で電圧調整してＭＰＵに電源電圧を供給し、第１の電源回路からＭＰＵに電源電圧を供給するスイッチング素子をオフ状態にして第１の電源回路からＭＰＵへの電源電圧の供給を遮断し、外部電力が供給されない非入力期間においては、スイッチング素子をオン状態にして、第１の電源回路からＭＰＵに電源電圧を供給してＭＰＵを動作状態に維持する。以上のバックアップ電源は、外部負荷から外部電力が供給される入力期間においては、外部負荷から供給される外部電力を第２の電源回路で電圧調整してＭＰＵに供給して、この期間における電池モジュールの消費電力を抑制する。外部電力が入力されない非入力期間においては、電池モジュールの出力を第１の電源回路で電圧調整してＭＰＵに供給することで、ＭＰＵを常に動作状態に維持する。

　以上のバックアップ電源は、ＭＰＵの電源電圧の供給を切り換えるために、従来のように第１の電源回路と第２の電源回路からダイオードを介してＭＰＵに電源電圧を供給する必要がなく、外部負荷と電池モジュールの一方からＭＰＵに電源電圧を効率よく供給できる特長がある。さらに、外部負荷から外部電力が供給される入力期間においては、電池モジュールからＭＰＵに電源電圧を供給する必要がなく、電池モジュールの電力消費を大幅に削減しながら、ＭＰＵを動作状態に維持できる特長がある。とくに、バックアップ電源は、ほとんどの時間帯において外部負荷から外部電力が供給される入力期間となるので、電池モジュールからＭＰＵに電源電圧を供給する時間帯は極めて短く、ＭＰＵを常に動作状態に維持しながら、電池モジュールの電力消費を著しく削減できる。

　本開示の他の実施態様のバックアップ電源は、電源切換回路がスイッチング素子をオフに切り換える起動信号で、第２の電源回路からＭＰＵへの電源電圧の出力を開始することができる。

　以上のバックアップ電源は、第１の電源回路からＭＰＵへの電源電圧の供給を制御するスイッチング素子をオフ状態に切り換える起動信号で、第２の電源回路がＭＰＵに電源電圧の出力を開始するので、第１の電源回路と第２の電源回路の切り換えタイミングにおいて、両方が同時にＭＰＵに電源電圧を供給するのを防止して、いずれか一方の電源回路がＭＰＵに電源電圧を供給できる。第１の電源回路と第２の電源回路は、完全に出力電圧を同一にはできず、比較例のバックアップ電源９０では、出力電圧が低い電源回路の出力側に、出力よりも高い電圧が供給される弊害が発生する。上記他の実施態様のバックアップ電源は、第１の電源回路の出力を遮断するスイッチング素子の起動信号で、第２の電源回路が出力を開始するので、第１の電源回路と第２の電源回路の両方が同時にＭＰＵに電源電圧を供給することがなく、第１の電源回路と第２の電源回路は、出力よりも高い電圧が入力される弊害を解消できる。

　本開示の他の実施態様のバックアップ電源は、電源切換回路が、外部電力の電圧が閾値を超えるタイミングで起動信号を出力するトリガー回路を備え、トリガー回路が出力する起動信号でスイッチング素子をオフに切り換えて、第２の電源回路からＭＰＵへの電源電圧の供給を開始することができる。

　以上のバックアップ電源は、電圧上昇に時間遅れのある外部電力が第２の電源回路に入力されても、外部電力が所定の電圧になった後、第２の電源回路からＭＰＵへの電源電圧の供給を開始するので、第２の電源回路からは規定の電源電圧をＭＰＵに供給し、同時にスイッチング素子を遮断して第１の電源回路からＭＰＵへの電力供給を遮断できる特長がある。

　本開示の他の実施態様のバックアップ電源は、第２の電源回路が、外部負荷の主電源から供給される外部電力が供給されて動作状態となるＤＣ／ＤＣコンバーターと、起動信号が入力されてＤＣ／ＤＣコンバーターの出力をＭＰＵに供給する制御端子とを備え、制御端子に入力される起動信号でＤＣ／ＤＣコンバーターからＭＰＵに電源電圧の出力を開始し、この起動信号でスイッチング素子をオフ状態に切り換えることができる。

　以上のバックアップ電源は、外部電力が供給される期間でＤＣ／ＤＣコンバーターを動作状態として出力電圧を次第に上昇し、その後、制御端子に起動信号が入力されて、第２の電源回路がＭＰＵに電源電圧を供給するので、電圧上昇に時間遅れのある外部電力が入力される状態においても、第２の電源回路のＤＣ／ＤＣコンバーターはＭＰＵに規定の電源電圧を供給できる特長がある。

　本開示の他の実施態様のバックアップ電源は、電源切換回路が、外部電力の電圧が閾値以下となるタイミングで停止信号を出力するトリガー回路を備え、停止信号でスイッチング素子をオフからオンに切り換えて、第１の電源回路からＭＰＵに電源電圧を供給することができる。

　以上のバックアップ電源は、入力期間から非入力期間に切り換えられるタイミングにおいて、第２の電源回路の出力電圧が所定の電圧まで低下した状態で、第１の電源回路からＭＰＵに電源電圧を出力できるので、両方の電源回路がほぼ等しい電圧差のある電源電圧をＭＰＵに供給する弊害を防止できる。

　本開示の他の実施態様のバックアップ電源は、第２の電源回路の出力側に接続されたコンデンサーを備えて、第２の電源回路からＭＰＵに供給する電源電圧の変化をコンデンサーで抑制することができる。

　以上のバックアップ電源は、第１の電源回路と第２の電源回路の切り換えタイミングにおいて、ＭＰＵの電源電圧の変化をコンデンサーで抑制して、ＭＰＵに安定して電源電圧を供給できる特長がある。

　本開示の他の実施態様のバックアップ電源は、コンデンサーの静電容量を０．４５μＦ以上としてもよい。

　本開示の他の実施態様のバックアップ電源は、電源切換回路を、外部電力を電源電圧として動作させることができる。

　以上のバックアップ電源は、電源切換回路を外部電力で動作させるので、電源切換回路が電池モジュールの電力を消費するのを防止しながら、ＭＰＵの電源電圧を電池モジュールと外部電力に切り換えできる特長がある。

　本開示の他の実施態様のバックアップ電源は、第１の電源回路と第２の電源回路からＭＰＵに供給する電源電圧を５Ｖとしてもよい。

　以下、図面に基づいて本開示を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。

　さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。

　（実施の形態１）
　図２のバックアップ電源１００は、複数の電池セル１からなる電池モジュール１０と、電池モジュール１０に接続しているＡＦＥ（Analog Front End）３及びＭＰＵ（Micro-Processing Unit）２と、電池モジュール１０からＭＰＵ２に電源電圧を供給する第１の電源回路４と、第１の電源回路４からＭＰＵ２に電源電圧を供給するスイッチング素子６と、外部に接続される外部負荷２０から供給される外部電力をＭＰＵ２の電源電圧に変換して、ＭＰＵ２に供給する第２の電源回路５と、外部負荷２０の主電源２１からの外部電力の入力を検出して、スイッチング素子６を制御する電源切換回路７とを備える。電源切換回路７は、外部負荷２０から外部電力が供給される入力期間においては、スイッチング素子６をオフ状態にして、第１の電源回路４からＭＰＵ２への電源電圧の供給を遮断して、第２の電源回路５からＭＰＵ２に電源電圧を供給し、外部負荷２０から外部電力が供給されない非入力期間においては、スイッチング素子６をオン状態にして、第１の電源回路４からＭＰＵ２に電源電圧を供給する。具体的には、電源切換回路７は、外部負荷２０から外部電力が供給され始めるタイミングにおいては、スイッチング素子６をオン状態からオフ状態に切り換えて、第１の電源回路４からＭＰＵ２への電源電圧の供給を遮断して、第２の電源回路５からＭＰＵ２に電源電圧を供給する。さらに、電源切換回路７は、外部負荷２０から外部電力が供給されなくなるタイミングにおいては、スイッチング素子６をオフ状態からオン状態に切り換えて、第１の電源回路４からＭＰＵ２に電源電圧を供給する。

　（電池モジュール１０）
　電池モジュール１０は、複数の電池セル１を直列や並列に接続している。バックアップ電源１００は、例えばサーバー等の外部負荷２０に接続されて、停電時に主電源２１から外部負荷２０に電力が供給されない状態で電力を供給して動作状態に保持する用途に使用される。バックアップ電源１００が、停電時にサーバー等の外部負荷２０を動作状態に保持する時間は、エンジン発電機が起動する時間よりも長く、あるいはサーバーを正常に終了処理できる時間よりも長く設定される。電池モジュール１０は、直流に接続する電池セル１の数で出力電圧を調整し、並列に接続する個数で出力電流や全体の充放電容量を調整する。電池モジュール１０は、例えば外部負荷２０に数分間連続して電源電圧を供給できる容量に設定される。電池セル１は、リチウムイオン二次電池が使用できる。リチウムイオン二次電池は、充放電容量を大きくできるが、本開示は電池セル１を特定するものでなく、全個体電池など、他の全ての２次電池も使用できる。

　（ＭＰＵ２、ＡＦＥ３）
　ＭＰＵ２は、電池モジュール１０の電圧、電流、温度などの電池情報をデジタル処理して監視するマイクロプロセッサーを内蔵する集積回路で、例えば電池モジュール１０の残容量や劣化度を検出して電池モジュール１０を健全に維持するように充放電をコントロールする。ＡＦＥ３は、電池モジュール１０の電圧、電流、温度などに応じたアナログ信号を検出して、電池モジュール１０の充放電を制御する充電スイッチング素子１１と放電スイッチング素子１２をオンオフに制御する。

　ＡＦＥ３は、検出するアナログ信号をデジタル信号に変換してＭＰＵ２に送り、ＭＰＵ２はＡＦＥ３から入力されるデジタル信号を演算してＡＦＥ３に出力し、さらに残容量や劣化度などの情報を外部負荷２０に出力する。ＭＰＵ２は、電池モジュール１０を監視するために外部負荷２０の状態にかかわらず常に動作状態に維持される。ＭＰＵ２は、電池モジュール１０と外部負荷２０の主電源２１のいずれか一方から電源電圧が供給されて、電源電圧で駆動されることで常に動作状態に維持される。

　（第１の電源回路４）
　第１の電源回路４は、電池モジュール１０の出力電圧をＭＰＵ２の電源電圧に調整してＭＰＵ２に供給する。第１の電源回路４は、外部電力の入力期間と非入力期間において、電池モジュール１０の電圧をＭＰＵ２の電源電圧に変換して出力している。第１の電源回路４は、スイッチング素子６を介してＭＰＵ２に電源電圧を供給し、スイッチング素子６は外部電力が供給されない非入力期間においてオン状態に切り換えられて第１の電源回路４からＭＰＵ２に電源電圧を供給する。図２のバックアップ電源１００は、集積回路のＡＦＥ３に第１の電源回路４を設けているが、第１の電源回路４は、必ずしもＡＦＥ３に内蔵する必要はなく、ＡＦＥ３の外部回路として設けることもできる。第１の電源回路４は、電池モジュール１０の出力電圧をＭＰＵ２の電源電圧として常時出力している。

　（第２の電源回路５）
　第２の電源回路５は、外部負荷２０の主電源２１から供給される外部電力の電圧を、ＭＰＵ２の電源電圧に変更して出力する。第２の電源回路５は、外部電力が入力される電源端子５ａと、ＭＰＵ２に電源電圧を供給する出力端子５ｂと、電源端子５ａからＭＰＵ２に電源電圧を出力する期間を制御する制御端子５ｃとを備えている。第２の電源回路５は、外部電力の電圧をＭＰＵ２の電源電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバーター９を内蔵する。ＤＣ／ＤＣコンバーター９は、電源端子５ａから外部電力が入力されて外部電力で駆動されて動作状態となる。ＤＣ／ＤＣコンバーター９の出力は、制御端子５ｃに入力される起動信号で制御される。起動信号は、”Ｈｉｇｈ”と”Ｌｏｗ”の一方を起動信号としてＭＰＵ２に電源電圧を供給し、”Ｈｉｇｈ”と”Ｌｏｗ”の他方を起動しない信号としてＭＰＵ２に電源電圧を供給しない状態に切り換える。

　図２に示すバックアップ電源１００は、第２の電源回路５の出力側にコンデンサー１３を備えている。このコンデンサー１３は、第２の電源回路５がＭＰＵ２に供給する電源電圧の急激な変化を抑制する。この構造のバックアップ電源は、第１の電源回路４と第２の電源回路５とを切り換えるタイミングにおいて、ＭＰＵ２に供給する電源電圧の変化をコンデンサー１３で抑制することで、ＭＰＵに安定して電源電圧を供給できる。このコンデンサー１３は、例えば、静電容量を０．４５μＦ以上として、第１の電源回路と第２の電源回路の切り換えタイミングにおける電圧の変化を理想的に抑制して、ＭＰＵへの電源電圧を安定供給できる。

　（スイッチング素子６）
　スイッチング素子６は半導体スイッチング素子で、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が適しているがバイポーラトランジスタも使用できる。ＦＥＴはゲートの入力電圧でオンオフに切り換えられる。スイッチング素子６は、オン状態で第２の電源回路５からＭＰＵ２に電源電圧を供給し、オフ状態で第２の電源回路５からＭＰＵ２に電源電圧を供給するのを停止する。

　（電源切換回路７）
　電源切換回路７は、外部負荷２０の主電源２１から外部電力が供給される入力期間と、外部電力が供給されない非入力期間を判定して、スイッチング素子６と第２の電源回路５を制御する。電源切換回路７は、入力期間においては、ＭＰＵ２の電源電圧を供給する第１の電源回路４と第２の電源回路５のうちの第２の電源回路５のみから電源電圧を供給するようにし、非入力期間においては、ＭＰＵ２の電源電圧を第１の電源回路４と第２の電源回路５のうちの第１の電源回路４のみから供給するように制御する。

　電源切換回路７は、入力される外部電力の電圧が閾値を超えるタイミングで起動信号を出力するトリガー回路８を備える。このトリガー回路８を備える電源切換回路７は、電圧上昇に時間遅れのある外部電力が入力されて、スイッチング素子６と第２の電源回路５を理想的なタイミングで切り換えできる。外部電力は、外部負荷２０に内蔵される主電源２１から供給されるが、主電源２１は、第２の電源回路５に供給する外部電力の電圧が設定値（例えば１２Ｖ）に上昇するまでに時間遅れが発生することがある。時間遅れは、例えば、主電源２１の出力側や入力側に接続している大きな静電容量のコンデンサーの充電時間などが原因で発生する。電圧が次第に上昇する外部電力は、電圧が閾値を超えるタイミングを入力期間の起動タイミングとすることで、第２の電源回路５からＭＰＵ２に安定して電源電圧を供給できる。

　たとえば、電圧が次第に上昇する外部電力の電圧が設定電圧に上昇するまでの時間遅れが２ｍｓｅｃ、閾値を超えるまでに１ｍｓｅｃと仮定する回路構成において、以下の期間でスイッチング素子６と第２の電源回路５がＭＰＵ２に電源電圧を供給する。

　［外部電力の電圧が閾値以下の期間］
　この期間において、外部電力は入力されるが、外部電力の電圧が閾値まで上昇していない。この期間で第２の電源回路５のＤＣ／ＤＣコンバーター９は動作状態になるが、ＤＣ／ＤＣコンバーター９の出力はＭＰＵ２に供給されない。

　［外部電力の電圧が閾値を超える期間］
　外部電力の電圧が閾値を超える電圧まで上昇すると、トリガー回路８は起動信号を出力する。起動信号はスイッチング素子６をオフ状態に切り換えて第１の電源回路４からＭＰＵ２への電力供給を停止して、第２の電源回路５からＭＰＵ２に電源電圧を供給する。

　さらに、トリガー回路８は、入力期間から非入力期間に切り換えるタイミングにおいて、外部電力の電圧が閾値以下になると停止信号を出力する。外部負荷２０の主電源２１から入力される外部電力は、例えば停電などで外部負荷２０の主電源２１に電力が供給されない状態になると、外部電力の電圧が次第に低下する。この状態において第２の電源回路５はＭＰＵ２に電源電圧を供給できなくなるので、ＭＰＵ２には第１の電源回路４から電源電圧を供給する必要がある。トリガー回路８は、外部電力の電圧が次第に低下して閾値よりも低くなることを検出して停止信号を出力することで、外部電力が次第に低下するタイミングで、第２の電源回路５とスイッチング素子６を、第２の電源回路５からＭＰＵ２に電源電圧を安定に供給できている理想的なタイミングで切り換えて、ＭＰＵ２の電源電圧の供給を第２の電源回路５から第１の電源回路４に切り換えできる。トリガー回路８は、次第に低下する外部電力の電圧が閾値以下になるタイミングで停止信号を出力して、スイッチング素子６をオフからオンに切り換えて、第２の電源回路５の出力電圧が第１の電源回路４の出力電圧よりも低下する期間で、ＭＰＵ２に電源電圧を供給できる。

　たとえば、電圧が次第に上昇する外部電力の電圧が設定電圧に上昇するまでの時間遅れが２ｍｓｅｃ、外部電力の電圧が閾値以下になる１ｍｓｅｃと仮定する回路構成において、以下の期間でスイッチング素子６と第２の電源回路５がＭＰＵ２に電源電圧を供給する。

　［外部電力の電圧が閾値まで低下していない期間］
　停電などで主電源２１から入力される外部電力の電圧が次第に低下するが、閾値まで低下していない期間において、第２の電源回路５はＭＰＵ２に電源電圧を供給している。

　［外部電力の電圧が閾値よりも低下する期間］
　外部電力の電圧が閾値以下に低下すると、トリガー回路８は停止信号を出力する。停止信号はスイッチング素子６をオフからオンに切り換えて、第１の電源回路４からＭＰＵ２に電源電圧を供給する。第２の電源回路５は主電源２１から供給される外部電力の電圧が閾値よりも低くなって出力電圧が低下している。したがって、第２の電源回路５はＭＰＵ２に電源電圧よりも低い電圧を供給しているので、第１の電源回路４の出力側に高電圧を供給する弊害は解消される。

　本開示のバックアップ電源は、商用電源等の停電時において、接続している外部負荷に電力を供給して動作状態に維持するバックアップ用の電源として好適に使用できる。

１００　　バックアップ電源
１　　電池セル
２　　ＭＰＵ
３　　ＡＦＥ
４　　第１の電源回路
５　　第２の電源回路
５ａ　　電源端子
５ｂ　　出力端子
５ｃ　　制御端子
６　　スイッチング素子
７　　電源切換回路
８　　トリガー回路
９　　ＤＣ／ＤＣコンバーター
１０　　電池モジュール
１１　　充電スイッチング素子
１２　　放電スイッチング素子
１３　　コンデンサー
２０　　外部負荷
２１　　主電源
９０　　バックアップ電源
９１　　電池モジュール
９２　　ＭＰＵ
９２ａ　　電源端子
９３　　ＡＦＥ
９４　　第１の電源回路
９５　　第２の電源回路
９６　　ダイオード
９９　　主電源

Claims

主電源を有する外部負荷に接続されるように構成されたバックアップ電源であって、
　複数の電池セルからなる電池モジュールと、
　前記電池モジュールに接続されたＭＰＵ（Micro-Processing Unit）と、
　前記電池モジュールから前記ＭＰＵを駆動する電源電圧を前記ＭＰＵに供給する第１の電源回路と、
　前記第１の電源回路から前記ＭＰＵに前記電源電圧を供給するスイッチング素子と、
　接続する外部負荷の主電源から供給される外部電力を前記電源電圧に変換して前記ＭＰＵに供給する第２の電源回路と、
　前記外部負荷の前記主電源からの前記外部電力の前記バックアップ電源への入力を検出して、前記スイッチング素子を制御する電源切換回路とを備え、
　前記電源切換回路が、
　　前記外部負荷から前記外部電力が供給される入力期間において、前記スイッチング素子をオフ状態にして、前記第１の電源回路から前記ＭＰＵへの前記電源電圧の供給を遮断して、前記第２の電源回路から前記ＭＰＵに前記電源電圧を供給し、
　　前記外部負荷から前記外部電力が供給されない非入力期間において、前記スイッチング素子をオン状態にして、前記第１の電源回路から前記ＭＰＵに前記電源電圧を供給する
バックアップ電源。
　請求項１に記載のバックアップ電源であって、
　前記電源切換回路が前記スイッチング素子をオフに切り換える起動信号で、前記第２の電源回路が前記ＭＰＵに前記電源電圧の出力を開始するバックアップ電源。
　請求項１又は２に記載のバックアップ電源であって、
　前記電源切換回路が、前記外部電力の電圧が閾値を超えるタイミングで起動信号を出力するトリガー回路をさらに備え、
　前記トリガー回路が出力する前記起動信号で前記スイッチング素子をオフに切り換えて、前記第２の電源回路が前記ＭＰＵへの前記電源電圧の供給を開始するバックアップ電源。
　請求項３に記載のバックアップ電源であって、
　前記第２の電源回路が、
　　前記外部負荷の前記主電源から供給される前記外部電力が供給されて動作状態となるＤＣ／ＤＣコンバーターと、
　　前記起動信号が入力されて前記ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力を前記ＭＰＵに供給する制御端子とを備え、
　前記ＤＣ／ＤＣコンバーターが、前記制御端子に入力される前記起動信号で前記ＭＰＵに前記電源電圧の出力を開始して、
　前記スイッチング素子が前記起動信号でオフ状態に切り換えられるバックアップ電源。
　請求項１ないし４のいずれか一項に記載のバックアップ電源であって、
　前記電源切換回路が、前記外部電力の電圧が閾値以下となるタイミングで停止信号を出力するトリガー回路をさらに備え、
　前記スイッチング素子が前記停止信号でオフからオンに切り換えられて、前記第１の電源回路が前記ＭＰＵに前記電源電圧を供給するバックアップ電源。
　請求項１ないし５のいずれか一項に記載のバックアップ電源であって、
　前記第２の電源回路の出力側に接続されてなるコンデンサーをさらに備え、
　前記コンデンサーが、前記第２の電源回路が前記ＭＰＵに供給する前記電源電圧の変化を抑制するバックアップ電源。
　請求項６に記載のバックアップ電源であって、
　前記コンデンサーの静電容量が０．４５μＦ以上であるバックアップ電源。
　請求項１ないし７のいずれか一項に記載のバックアップ電源であって、
　前記電源切換回路が、外部電力で駆動されて動作するバックアップ電源。
　請求項１ないし８のいずれか一項に記載のバックアップ電源であって、
　前記第１の電源回路と前記第２の電源回路から前記ＭＰＵに供給する前記電源電圧が５Ｖであるバックアップ電源。