JP2000014043A - 無停電電源装置 - Google Patents

無停電電源装置

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JP2000014043A JP10157662A JP15766298A JP2000014043A JP 2000014043 A JP2000014043 A JP 2000014043A JP 10157662 A JP10157662 A JP 10157662A JP 15766298 A JP15766298 A JP 15766298A JP 2000014043 A JP2000014043 A JP 2000014043A
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power supply
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battery
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Noboru Furukawa
登 古川
Keiji Suzuki
啓治 鈴木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 商用電源で動作するコンピュータのための内
蔵型無停電電源装置を提供する。 【解決手段】 本発明は、第１の直流電圧12V+および該
第１の直流電圧より低い第２の直流電圧12V-で動作する
第１の負荷202に常用電源から電力を供給し、前記常用
電源の特性が規定値から外れたときにバッテリィ電源36
から前記第１の負荷へ電力の供給を継続する無停電電源
装置に関する。前記第１の負荷に接続可能な出力を備
え、前記常用電源の電圧を前記第１の直流電圧に変換し
て出力する電源供給ユニット32と、前記バッテリィに接
続可能な入力と前記第１の負荷に接続可能な出力とを備
え、前記バッテリィの出力電圧を前記第２の直流電圧に
変換して出力する第１の電圧変換器44を備える。第１の
電圧変換器44は常用電源が規定値以内にあれば無負荷状
態で待機する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子機器に内蔵する
無停電電源装置に関し、特に常用電源を変換して生成し
た直流電圧を電圧変換器を介在しないで直接印加して動
作させる負荷に電力を供給し、常用電源に異常があった
ときにその直流電圧をバッテリィ等の常用電源とは別異
の電源でバックアップする無停電電源装置（ＵＰＳ）に
関する。
【０００２】
【従来の技術】デスクトップ・コンピュータ（以下本明
細書では単にコンピュータという。）は比較的大きな電
力を消費するため、一般に常用電源として交流の商用電
源を使用する。コンピュータの内部で動作するプロセッ
サ、メモリ、ディスク装置等の多くの電子機器要素は、
交流を整流して生成した直流電圧で動作する。コンピュ
ータが動作している間、指定された作業を実行するため
にプログラムおよびデータがメイン・メモリ（ＲＡＭ）
に一時的に格納される。コンピュータの作業により作成
されたデータはすべて一旦メイン・メモリに格納される
が、メイン・メモリは電源が喪失すると記憶データを維
持することができない。したがって、コンピュータの作
業が終了しコンピュータの電源を切る前には、メモリに
記憶しているデータを磁気ディスクまたはフロッピー・
ディスク等に格納しておく必要がある。さらに、多数の
プログラムが動作している場合にコンピュータを停止す
るには、プログラムを所定の順序で終了していくことが
好ましい。
【０００３】コンピュータの電子機器要素に供給する直
流電圧は、交流の商用電源を整流して生成するため停
電、瞬間的な電圧低下、および周波数の変動等の影響を
受けて変動する。コンピュータの各電子機器要素は、正
常な動作を維持するために直流電圧の変動に対してそれ
ぞれ所定の許容値を有しており、コンピュータを正常に
動作させるために、これらの電子機器要素に許容値を満
たす電圧を供給し続ける必要がある。したがって商用電
源に生ずる突如の電圧や周波数の異常は、電子機器要素
に誤動作を生じさせたり作業中のデータをメモリから喪
失させてしまうことがあり、ユーザに多大な損失をもた
らす。
【０００４】この問題に対処するため従来は特に重要な
コンピュータを対象に、商用電源とコンピュータとの間
にＵＰＳを設けていた。このようなＵＰＳは、充電式の
バッテリ、充電器、および直流を交流に変換するインバ
ータを備え、商用電源を利用することができるときは、
商用電源を一度直流に変換しその出力をインバータでさ
らに交流に変換してコンピュータに供給し、さらに充電
器はバッテリィの自然放電を補充するために補充電を行
っている。停電になるとバッテリィの直流電圧がインバ
ータを経由して交流に変換されコンピュータに供給され
る。バッテリィ端子は常にインバータの入力に接続され
ているため、インバータに対する電源の供給が商用電源
からバッテリィに切り替わる瞬間でもインバータの出力
は何等影響を受けない。コンピュータを動作させるため
にバッテリィに要求される容量は、コンピュータまたは
操作者が停電を検知してから作業中のコンピュータを所
定の手順で停止させるためのオフ・シーケンスを終了で
きるまでの時間を満たす分だけ必要である。
【０００５】ＵＰＳを使用した従来のコンピュータの電
源系統図を図１に示す。商用電源１２にバッテリィを内
蔵したＵＰＳ１４が接続され、ＵＰＳ１４にコンピュー
タ１０の電源回路が接続されている。ＵＰＳ１４で生成
した交流電圧１００は、コンピュータ内部に収納された
電源供給ユニット１６で直流電圧１２Ｖに変換され、そ
の直流電圧は安定するように制御されている。直流電圧
１２Ｖの一部はＤＣ／ＤＣステップダウン・コンバータ
１８に供給されて安定した直流電圧５Ｖおよび直流電圧
３．３Ｖに変換され、メモリおよび各種駆動回路を含む
５Ｖ／３．３Ｖ負荷２２に供給される。直流電圧１２Ｖ
の他の一部はＤＣ／ＤＣステップダウン・コンバータ２
０に供給されて安定した直流電圧２Ｖに変換され、ＣＰ
Ｕからなる２Ｖ負荷２４に供給される。直流電圧１２Ｖ
の他の一部はコンバータを介在させないでハード・ディ
スク、液晶表示パネル等の１２Ｖ負荷２６に直接供給さ
れる。電源供給ユニット１６は電圧を安定化させる機能
を備えているため、１２Ｖ負荷にコンバータを介在させ
ないで直接電源供給ユニットの出力電圧を供給しても支
障はなくむしろインバータでの損失が発生しないので効
率的である。
【０００６】特開平９−３２２４３３（特願平８−１３
７８７９）は、主電源部およびＵＰＳ電源部の両者から
所定比率で直流電力を負荷に並列供給し、効率を改善す
るとともにいずれか一方の故障や停電時に他方が即座に
電力を供給することにより信頼性を高めたＵＰＳ内蔵電
源装置が開示されている。しかし、この発明は主電源部
の直流出力電圧およびＵＰＳ電源部の直流出力電圧を相
互に接続して並列運転することを特徴とし、また、ＵＰ
Ｓ電源部を構成するＤＣ／ＤＣコンバータは常時負荷に
対し所定の比率の電力を供給している。
【０００７】実開平５−２０１４２（実願平３−６７１
２５）は、商用電源が通電している間に負荷に電力を供
給する回路と、停電時に電力を供給するバッテリィから
のバックアップ回路とを負荷に対して並列にＡ／Ｄ変換
部の二次側に設ける。バックアップ回路はさらにリチウ
ム電池等の一次電池の回路とコンデンサ等の二次電池の
回路が負荷に対して並列に接続されている。商用電源、
一次電池、または二次電池のいずれの電源系統から負荷
に電力を供給するかは、それぞれの系統相互間の電圧の
高低により定められる。しかし、この考案はＡ／Ｄ変換
部の出力電圧を安定化させる電圧変換器を使用していな
いためバックアップ素子（負荷）が許容する電圧変動の
範囲が２Ｖないし５Ｖと大きく、厳しい電圧の許容範囲
をもつ負荷には適さない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図１に示した従来のコ
ンピュータの電源系統のように外部にＵＰＳを設けて商
用電源の突然の変動に対処することは、ＵＰＳに必要な
スペースおよび費用の面で得策ではない。このようなＵ
ＰＳは、商用電源の電圧を一旦直流電圧に変換し再度交
流電圧に変換するため、一般に装置の寸法が大きくな
り、かつ電圧の変換過程でエネルギーを浪費しコストも
高い。また、図１の回路においてＵＰＳ１４を使用せず
に電源ユニット１６の二次側に充電器と充電式バッテリ
ィからなるバックアップ電源を設け、充電式バッテリィ
の出力をＤＣ１２Ｖラインに接続すると、商用電源が停
止したときはバッテリィの出力電圧を直接１２Ｖ負荷２
６にも供給することになり、バッテリィの出力電圧の変
動範囲は１２Ｖ負荷の許容変動範囲を外れてしまうので
１２Ｖ負荷の誤動作を招来する。ここで、バッテリィで
電力を供給する際の１２Ｖ負荷への供給電圧の安定化を
図るために、バックアップ電源に加えてさらに１２Ｖ負
荷専用の１２Ｖ／１２Ｖのコンバータすなわち電圧変換
器を設けたとしても、１２Ｖ負荷に対しては常時商用電
源から電圧変換器を経由して電源を供給することにな
り、電圧変換器に生ずる電力損失の観点から得策ではな
い。また、ＤＣ１２Ｖ／ＤＣ１２Ｖの電圧変換器の製作
は技術的に困難な面がある。
【０００９】したがって本発明の目的は、商用電源等の
常用電源で動作するデスクトップ・コンピュータ等の電
子機器のための簡易な無停電電源装置を提供することに
ある。さらに具体的に本発明の目的は、ＤＣ／ＤＣコン
バータを経由しないで電力の供給を行う電子機器要素を
含む電子機器内において、各機器要素に供給する直流電
圧をバッテリィ等の常用電源とは別異の電源でバックア
ップし、ＤＣ／ＤＣコンバータを経由しない負荷に対し
ても常用電源の異常に対して安定した電圧を供給でき、
かつ効率の良い無停電電源装置を提供することにある。
さらに本発明の目的は、上記無停電電源装置を備えるこ
とにより、常用電源に突然異常が生じて内部の直流電圧
が変動しても所定の時間安定した電圧を維持することが
でき、オフ・シーケンスを完了させた後に電子機器要素
に供給する電源を停止することができるデスクトップ・
コンピュータ等の電子機器を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、第１の直流電
圧および該第１の直流電圧より低い第２の直流電圧で動
作する第１の負荷に第１の電源である常用電源から電力
を供給し、前記常用電源の特性が規定値から外れたとき
に前記常用電源とは別異の第２の電源から前記第１の負
荷へ電力の供給を継続する無停電電源装置を提供する。
上記無停電電源装置に係る本発明の第１の態様において
は、（ａ）前記第１の負荷に接続可能な出力を備え、前
記常用電源の電圧を前記第１の直流電圧に変換して出力
する電源供給ユニットと、（ｂ）前記第２の電源に接続
可能な入力と前記第１の負荷に接続可能な出力とを備
え、前記第２の電源の出力電圧を前記第２の直流電圧に
変換して出力する第１の電圧変換器という構成を有す
る。
【００１１】ここに「常用電源の特性が規定値から外れ
たとき」とは、電源供給ユニットの二次側の電圧が規定
値からはずれるほど電源供給ユニットの入力電源の特性
が変動することを意味し、電圧、周波数、および歪率等
が規定値からはずれた場合に相当する。また「常用電
源」とは、電子機器を使用する際に電力を供給する電源
であって、商用電源または大規模な交流または直流の自
家用電源等をいう。「第２の電源から前記第１の負荷へ
電力の供給を継続する」とは、電力供給源を第２の電源
に切り替える際に、負荷に供給する電圧が負荷の許容変
動範囲を越えることがない状態を維持しながら電力の供
給を継続できることを意味する。また、電源供給ユニッ
トが生成する第１の直流電圧および第１の電圧変換器が
生成する第２の直流電圧の値にそれぞれ所定の変動範囲
がある場合は、第１の直流電圧の変動幅の最低値は第２
の直流電圧の変動幅の最大値より大きい値にする。本発
明の無停電電源装置に使用する第２の電源としては、無
停電電源装置との接続および切り離しが容易なバッテリ
ィを使用することができる。
【００１２】次に、上記無停電電源装置に第１の負荷と
第２の電源としてのバッテリィを接続した状態での本発
明の作用について説明する。常用電源の特性が規定値以
内にあるときは電源供給ユニットが生成した第１の直流
電圧を経由して第１の負荷に供給することができる。第
１の電圧変換器の出力である第２の直流電圧は、第１の
直流電圧より電圧が低いため、第１の電圧変換器は電流
を出力せず無負荷の状態で待機できる。第１の電圧変換
器は、第１の負荷が常用電源から電力の供給を受けてい
る間無負荷状態にありその電力損失はほとんど無視でき
る程度に小さい。常用電源の特性が規定値から外れると
電源供給ユニットからの電力供給は停止する。常用電源
が周波数変動等の停電以外の条件で規定値から外れる場
合は、周知の方法で強制的に常用電源の供給を停止させ
ることができる。常用電源の停止により電源供給ユニッ
トから供給していた第１の直流電圧の値が低下してい
き、第２の直流電圧の値に到達すると、無負荷で待機し
ていた第１の電圧変換器は第１の負荷に電流を出力し始
め、第１の負荷に供給する電圧を第２の直流電圧に維持
する。電力の供給源が常用電源からバッテリィに切替わ
る瞬間であっても、第１の電圧変換器は無負荷状態で待
機しているため、第１の負荷に供給する電圧は第２の直
流電圧以下に低下しない。第１の負荷は第１の直流電圧
および第２の直流電圧のいずれの電圧でも動作するの
で、本発明に係る無停電電源装置に接続した負荷は、電
圧の変動で誤動作することはない。
【００１３】本発明はさらに、第１の直流電圧および該
第１の直流電圧より低い第２の直流電圧の両方の電圧で
動作する第１の負荷と、第３の直流電圧で動作する第２
の負荷とに常用電源から電力を供給し、前記常用電源の
特性が規定値から外れたときにバッテリィ電源から前記
第１の負荷および前記第２の負荷へ電力の供給を継続す
る無停電電源装置を提供する。上記無停電電源装置に係
る本発明の第２の態様においては、（ａ）前記常用電源
の電圧を前記第１の直流電圧に変換して出力する電源供
給ユニットと、（ｂ）前記電源供給ユニットの出力に接
続した一方の端子と、前記第１の負荷に接続可能な他方
の端子とを備えた第１の整流素子と、（ｃ）前記バッテ
リィに接続可能な入力と前記第１の負荷に接続可能な出
力とを備え、前記バッテリィの出力電圧を前記第２の直
流電圧に変換して出力する第１の電圧変換器と、（ｄ）
前記電源供給ユニットの出力に接続した入力と前記第２
の負荷に接続可能な出力とを備え、前記第１の直流電圧
を前記第３の直流電圧に変換して出力する第２の電圧変
換器と、（ｅ）前記バッテリィに接続可能な一方の端子
と前記第２の電圧変換器の入力に接続した他方の端子と
を備えた第２の整流素子とを構成に含む。
【００１４】上記構成を備える無停電電源装置に常用電
源、第１の負荷、第２の負荷、およびバッテリィを接続
した状態における本発明の作用を、第２の負荷への電力
の供給に関する部分について説明する。第１の負荷に関
しては、第１または第２の態様で説明したのとほぼ同様
の作用で、電力の供給を継続する。常用電源の特性が規
定値以内にあるときは電源供給ユニットが生成した第１
の直流電圧を第２の電圧変換器を経由して第２の負荷に
供給する。第２の整流素子は、常用電源で電力を供給し
ている場合にオフ状態で、第１の直流電圧がバッテリィ
および第１の電圧変換器の入力に供給されるのを防止す
る。常用電源の特性が規定値から外れて電源供給ユニッ
トからの電力供給が停止すると、第２の電圧変換器の入
力電圧の値が第１の直流電圧の値から低下し始め、つい
にバッテリィの出力電圧より低下する。その瞬間第２の
整流素子はオンになり、第２の電圧変換器の入力電圧が
バッテリィの出力電圧以下に低下するのを防止する。従
って、第２の電圧変換器の入力電圧の許容変動範囲にバ
ッテリィの出力電圧が入るようにしておけば、電力の供
給源が常用電源からバッテリィに切り替わる瞬間であっ
ても、第２の負荷は電圧変動が許容値の範囲を越えるこ
とに起因して誤動作することはない。
【００１５】
【発明の実施の形態】図２は、本発明の実施例であるＵ
ＰＳ３０を説明するために主要な構成要素を示した概略
ブロック配線図である。ＡＣ／ＤＣ電源供給ユニット３
２は、電源プラグ５２を経由して受け取ったＡＣ１００
Ｖの商用電源を整流して１２Ｖの直流電圧に変換する。
電源供給ユニット３２は入力電圧が所定の範囲で変動し
ても一定の変動範囲の出力電圧を生成できる定電圧機能
を備え、出力電圧はＤＣ１２．０ＶないしＤＣ１２．６
Ｖ（ＤＣ１２Ｖ：−０％，＋５％）の範囲で維持され
る。電源供給ユニット３２の出力には整流素子としての
ダイオード４０のアノードを接続し、ダイオード４０の
カソードにはＤＣ／ＤＣステップダウン・コンバータ４
６の入力を接続する。コンバータ４６は、ＤＣ６Ｖない
しＤＣ２０Ｖの範囲で供給された入力電圧をＤＣ４．８
５ＶないしＤＣ５．１５Ｖ（ＤＣ５Ｖ：−３％，＋３
％）の安定した電圧に変換し５Ｖ負荷２００に供給す
る。５Ｖ負荷２００は、電圧がＤＣ４．８５ＶないしＤ
Ｃ５．１５Ｖの許容変動範囲で安定して動作する。
【００１６】電源供給ユニット３２の出力はさらにバッ
テリィ・ユニット３６の入力に接続する。バッテリィ・
ユニット３６は、充電制御回路４８と充電式バッテリィ
５０を含む。バッテリィはニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）
電池を６個直列に接続したバッテリィ・パックで、バッ
テリィ・ユニットに対して着脱可能に装着することがで
きる。バッテリィ・ユニット３６は、電源供給ユニット
３２から充電制御回路４８が電力の供給を受けている間
バッテリィを充電し、電源供給ユニットからの電力の供
給が停止したとき、バッテリィに蓄積した電力を負荷に
供給する。ニッケル水素電池は満充電状態で１個あたり
１．６Ｖになり、放電させるときには寿命および放電電
圧特性等の観点から出力電圧が１Ｖになるまで使用す
る。したがって、バッテリィ・パック全体としての出力
電圧は、ＵＰＳ使用状態でＤＣ６ＶないしＤＣ９．６Ｖ
の範囲になる。
【００１７】充電制御回路４８およびバッテリィ５０
は、ＤＣ／ＤＣステップアップ・コンバータ４４の入力
およびダイオード４２のアノードに接続する。コンバー
タ４４の出力は１２Ｖ負荷２０２に接続し、ダイオード
４２のカソードはコンバータ４６の入力に接続する。１
２Ｖ負荷は電圧がＤＣ１１．４ＶないしＤＣ１２．６Ｖ
の許容範囲で安定して動作する。コンバータ４４は、Ｄ
Ｃ６ＶないしＤＣ９．６Ｖの範囲でバッテリィから供給
された入力電圧をＤＣ１１．４ＶないしＤＣ１２．０Ｖ
（ＤＣ１２Ｖ：−５％，＋０％）の範囲で安定した電圧
に変換する。電源ユニット３２の出力をさらにダイオー
ド３８のアノードに接続し、カソードをコンバータ４４
の出力すなわち１２Ｖ負荷２０２に接続する。
【００１８】次に上記構成を備える図２のＵＰＳの動作
を説明する。 〔動作の概要〕安定した商用電源を電源供給ユニット３
２に供給しているときは、電源供給ユニット３２はダイ
オード４０およびコンバータ４６を経由して、５Ｖ負荷
２００に電力を供給する。またダイオード３８を経由し
て１２Ｖ負荷２０２に電力を供給し、さらに充電制御回
路４８に電力を供給してバッテリィ５０の充電をする。
バッテリィが放電して過放電状態にあるときは、充電制
御回路４８がトリクル充電モードに入って比較的小電流
でバッテリィ５０を充電する。ある程度の充電が終了す
ると充電制御回路は急速充電モードに入りバッテリィを
満充電にし、その後充電回路は間欠充電モードに入っ
て、バッテリィの自然放電を補いながら満充電状態を維
持する。商用電源が停止したときバッテリィ・ユニット
３６は、ダイオード４２を経由してコンバータ４６に電
力を供給し、さらにコンバータ４４を経由して１２Ｖ負
荷に電力を供給する。商用電源からバッテリィ電源への
切り替え時の動作については以下に詳細に説明する。こ
こで、本発明の実施例に係るＵＰＳは、商用電源を電源
供給ユニットで整流して生成した直流電圧と、バッテリ
ィ電源の電圧をインバータ４４で変換して生成した直流
電圧の双方の電圧を１２Ｖ負荷２０２に供給しているこ
とに注意されたい。１２Ｖ負荷２０２に印加する電圧
は、負荷を安定して動作させるためにいずれの電源を供
給源にする場合でも所定の許容変動範囲に入るように制
御されている必要がある。
【００１９】〔コンバータの設定電圧〕ここで、１２Ｖ
負荷に供給する電圧を詳細に説明するために図３を参照
する。図３には、商用電源でＵＰＳを動作させていると
きの、点Ａにおける電源供給ユニットの出力電圧の変動
範囲６０、コンバータ４４の出力電圧の変動範囲６４、
および点Ｄにおける１２Ｖ負荷の電圧の許容変動範囲６
２の比較を示している。図３に示すように電源供給ユニ
ットの出力電圧の変動範囲６０は、コンバータ４４の出
力電圧の変動範囲６４より常に高くなるように設定す
る。さらに電源供給ユニットの出力電圧の最大値１２．
６Ｖとコンバータ４６の出力電圧の最小値１１．４Ｖ
は、１２Ｖ負荷の電圧の許容変動範囲に入るように設定
する。
【００２０】〔商用電源給電中の動作〕したがって、商
用電源から負荷に電力を供給しているとき点Ｂの電圧は
６．０Ｖないし９．６Ｖの範囲にあり、点Ｄのコンバー
タ４６の入力電圧は常に点Ｂの電圧より高いため、ダイ
オード４２を経由してバッテリィからコンバータ４６へ
電流が流れることはない。また、コンバータ４４の出力
電圧は、ダイオード３８の電圧降下を無視すれば、図３
に示したように点Ａの電圧より常に低く、コンバータ４
４から点Ｃに向かって電流が流れ出すことはない。従っ
て、電源供給ユニットだけがダイオード３８を経由して
１２Ｖ負荷に電力を供給する。このときコンバータ４４
は入力側にはバッテリィから電圧が印加されているが、
その出力側からは電流を出力しない状態、すなわち無負
荷で待機している状態になっている。この無負荷待機状
態は、商用電源供給時のコンバータ４４の損失を軽減す
ると同時に、次に説明する停電時の切り換え動作に対し
て１２Ｖ負荷へ大きな電圧の変動を与えないという効果
を奏する。
【００２１】〔商用電源からバッテリィへの切替わり時
の動作〕次に、商用電源が停止しバッテリィに切り替わ
るときの動作を詳細に説明する。商用電源が停止すると
短い時間の間に点Ａの電圧は低下していく。停電前には
バッテリィ５０が満充電状態になっており電圧が９．６
Ｖに維持されていると想定すると、充電制御回路からは
極微小電流がコンバータ４４の無負荷電流として流れ出
している。点Ｄの電圧は点Ａの電圧の低下に伴って徐々
に低下しやがて点Ｂの電圧と等しくなる。この瞬間にダ
イオード４２はオンになり点Ｂから点Ｄに向かって電流
が流れはじめる。バッテリィおよびダイオード４２はコ
ンバータ４６およびそれに接続される５Ｖ負荷に対して
十分な容量に選定されているため、電源の供給源が商用
電源からバッテリィに切り替わる瞬間でも点Ｄの電圧は
コンバータ４６の入力電圧の許容変動範囲に収まり、コ
ンバータ４６は５Ｖ負荷に安定した出力電圧を供給し続
けることができる。
【００２２】停電前の点Ｃの電圧は、ダイオード３８の
電圧降下分を無視すれば点Ａの電圧に等しいが、停電に
なった瞬間から点Ｃの電圧は低下し始め、コンバータ４
４の出力電圧と等しくなった瞬間にコンバータ４４は点
Ｃを経由して１２Ｖ負荷に電流を供給し始める。停電前
にコンバータ４４は無負荷待機状態になっていたため、
コンバータ４４が電流を供給するか否かは電源供給ユニ
ットの出力電圧で決定されるＣ点の電圧とインバータの
出力電圧との相互関係だけにより定まり、１２Ｖ負荷へ
の電源の供給源が商用電源からバッテリィ電源に切り替
わる瞬間でもＣ点の電圧はコンバータ４４の出力電圧以
下に低下することはない。 〔図２の他の態様〕次に、図２に示した回路の他の態様
について説明する。ダイオード４２は、電源供給ユニッ
トからコンバータ４６に電圧を供給している間、その電
圧がバッテリィ５０に印加されるのを防止する。また、
ダイオード３８はバッテリィからコンバータ４４に電圧
を供給している間、コンバータ４４の出力電流が電源供
給ユニット３２に逆流するのを防止する。従って、ダイ
オード４２またはダイオード３８は、商用電源が停電し
てバッテリィ電源に切替わる条件を示す信号に応じて動
作するＦＥＴ等のスイッチで置換することができる。ま
た、ダイオード４０は常用電源が停止している間に、バ
ッテリィの出力電圧が電源供給ユニット３２に印加され
るのを防止する。ダイオード４０は、電源供給ユニット
の内部またはその出力の直後に設けてもよい。
【００２３】図４に本発明に係るＵＰＳを搭載したデス
クトップ・コンピュータ３００の外形を示す。図４のコ
ンピュータ３００は、システム本体３０２、キーボード
３０４、マウス３０６が相互に接続され、さらにシステ
ム本体の一部に液晶表示パネル３０８とＣＤ−ＲＯＭ装
置３１０が組み込まれている。システム本体にはさら
に、商用電源に接続するためのプラグ付きの電源ケーブ
ル（図示せず。）が接続されており、コンピュータ３０
０は常に商用電源で動作する。システム本体の内部には
コンピュータ３００を構成する電子機器要素が多数収納
されている。本発明に係るＵＰＳをシステム本体に組み
込み、これらの電子機器要素に電源を供給してコンピュ
ータを作動させることができる。
【００２４】システム本体に組み込んでいる電子機器要
素のうち、公称電圧ＤＣ５Ｖで動作する５Ｖ負荷には、
通信用のＥｔｈｅｒｎｅｔカード、Ｉ／Ｏカード、ハー
ドディスク・ＣＤ−ＲＯＭ・フロッピーディスク等のＩ
ＤＥ（Integrated Device Electronics）カード含む。
公称電圧ＤＣ３．３Ｖで動作する３．３Ｖ負荷には、メ
モリ、ＣＰＵバス・カード、ビデオ・カード、およびカ
ードバス・コントローラ等を含む。公称電圧ＤＣ２Ｖで
動作する２Ｖ負荷にはＣＰＵを含む。公称電圧１２Ｖで
動作する１２Ｖ負荷にはハードディスクおよび液晶表示
パネルを含む。
【００２５】図５に、図４のコンピュータ３００に適用
したＵＰＳの実施例７０のブロック配線図を示す。図５
に示した要素のうち図２と同じ機能を発揮するものには
同一参照番号を付してその説明を省略するか簡略化す
る。 〔図５の回路構成〕ライン２５２を通じて商用電源から
供給されたＡＣ１００Ｖの入力電圧は、電源供給ユニッ
ト３２でＤＣ１２Ｖに変換されてライン２５４に出力さ
れた後、ライ２５６を通じてバッテリ系統へ、ライン２
５８を通じて１２Ｖ負荷２０２系統へ、ライン２６０を
通じて５Ｖ／３．３Ｖ／２Ｖ負荷２００、２０４、２０
６系統にそれぞれ供給される。各負荷系統２００、２０
４、２０６、および２０２に含まれる電子機器要素は、
システムで制御される電源スイッチに接続されており、
ライン２９０、２９２、２９４、および２８６に電圧が
印加された後にシステムの命令に従ってスイッチが入り
動作を開始する。
【００２６】電源供給ユニット３２の出力は、停電検出
回路７４の抵抗７６の一方の端子および演算増幅器８０
の第１入力端子に接続される。抵抗７６の他方の端子
は、演算増幅器８０の第２の入力端子、演算増幅器７８
の第１の入力端子、および停電切換回路８４のＰチャネ
ルＭＯＳ ＦＥＴ８５（以下ＰＭＯＳという。）のドレ
インに接続される。演算増幅器７８の第２の入力端子に
は電圧低下の基準値を定める基準電圧源が接続される。
演算増幅器７８および演算増幅器８０の出力端子は、そ
れぞれＯＲ論理回路８２の第１および第２の入力端子に
接続される。ＯＲ論理回路８２の出力端子は、トランジ
スタ８６のベース、トランジスタ１００のベース、およ
びＮＯＴ論理回路８８の入力に接続される。トランジス
タ１００のエミッタはアースに接続され、コレクタは抵
抗を介して＋５Ｖの電圧源に接続され、ライン２７６に
よりコンピュータ・システムに停電信号を出力する。Ｎ
ＯＴ論理回路８８の出力はライン２８２によりトランジ
スタ９４のベースに接続される。
【００２７】ＰＭＯＳ８５のソースは、ＤＣ／ＤＣステ
ップダウン・コンバータ９６の入力端子、ＤＣ／ＤＣス
テップダウン・コンバータ９８の入力端子、およびＰＭ
ＯＳ９２のソースに接続される。コンバータ９６はＤＣ
６ＶないしＤＣ１２Ｖの範囲の入力電圧を公称ＤＣ５Ｖ
および公称ＤＣ３．３Ｖの電圧にそれぞれ変換し、負荷
端子２９１、２９３を経由してそれぞれ５Ｖ負荷２００
および３．３Ｖ負荷２０４に電力を供給する。コンバー
タ９８も同様にＤＣ６ＶないしＤＣ１２Ｖの範囲の入力
電圧を公称２Ｖの電圧に変換し、負荷端子２９５を経由
して２Ｖ負荷２０６に電力を供給する。コンバータ９６
およびコンバータ９８は、それぞれの負荷電圧の許容変
動範囲を満たすように、公称値出力電圧値に対して−３
％ないし＋３％の範囲で安定した電圧を供給する。
【００２８】ＰＭＯＳ８５にはドレインからソースに導
通する方向に寄生ダイオードが形成されており、これは
本実施例で使用する他のＰＭＯＳについても同様のこと
がいえるので、以下の各ＰＭＯＳの説明においては寄生
ダイオードは図面でのみ示して説明を省略する。ＰＭＯ
Ｓ８５のゲートはＰＭＯＳ９０のゲートおよびトランジ
スタ８６のコレクタに接続されている。トランジスタ８
６のエミッタはアースに接続されている。ＰＭＯＳ９２
のドレインはＰＭＯＳ１０４のドレインおよび演算増幅
器１０２の第１の入力端子に接続される。演算増幅器１
０２の第２の入力端子はバッテリィの電圧が確立したこ
とを判断する基準電圧に接続され、出力端子は＋５Ｖの
電圧源に接続されてライン２７４を経由してコンピュー
タ・システムにバッテリィ状態信号を出力する。トラン
ジスタ９４のコレクタはＰＭＯＳ９２のゲートに接続さ
れ、エミッタはアースに接続される。ＰＭＯＳ９０のド
レインは電源供給ユニット３２の出力に接続され、ソー
スは負荷端子２０３に接続される。
【００２９】電源供給ユニット３２の出力にはさらに定
電流装置７２の入力が接続され、その出力がバッテリィ
・ユニット３６に接続される。定電流装置７２は充電制
御回路４８がトリクル充電または急速・間欠充電を行っ
ている間、それぞれの充電にとって適切な一定の値の電
流を充電制御回路に供給し、バッテリィの寿命を短縮さ
せないように機能する。充電制御回路３６に接続される
バッテリ・パック５０は、ＵＰＳ７０に対して着脱可能
となるようにシステム本体３０２に装着し、劣化して蓄
電容量が低下したときには交換することができる。バッ
テリィ５０の端子は、ＰＭＯＳ１０４のソースに接続さ
れ、ＰＭＯＳ１０４のドレインはＤＣ／ＤＣステップア
ップ・コンバータ４４の入力に接続される。コンバータ
４４の出力は１２Ｖ負荷に接続され、負荷に公称ＤＣ１
２Ｖの電力を供給する。ＰＭＯＳ１０４のゲートには、
ライン２７２を通じてシステムから制御信号が供給され
る。
【００３０】図５のブロック配線図で示したＵＰＳの動
作を図６のタイミング・チャートを用いて説明する。 〔商用電源による回路動作〕時刻ｔ０で電源プラグ５２
を商用電源に接続すると電源供給ユニット３２が動作
し、ライン２５４にはＤＣ１２．０Ｖ〜ＤＣ１２．６Ｖ
の電圧が生じる。ライン２５４の電圧はライン２６０を
通じて演算増幅器７８により検出され、ＯＲ論理回路８
２の出力がハイになり、トランジスタ８６を動作させて
ライン２６４をローにする。このとき、負荷２００、２
０４、２０６、および２０２はまだ動作しておらず、抵
抗７６には電圧が生じないので演算増幅器８０の出力は
ローの状態である。ＯＲ論理回路８２の出力がハイにな
った結果ＰＭＯＳ８５およびＰＭＯＳ９０はオンにな
り、ライン２６２およびライン２８６には公称１２Ｖの
電圧が生じる。ステップダウン・コンバータ９６を通じ
てライン２９０およびライン２９２に電圧が印加され、
ステップダウン・コンバータ９８を通じてライン２９４
に電圧が印加され、ＰＭＯＳ９０を通じてライン２８６
に電圧が印加される。
【００３１】ＰＭＯＳ９２およびＰＭＯＳ１０４はこの
時点ではまだオフの状態にある。次に時刻ｔ１でコンピ
ュータを動作させるためにシステム本体３０２に付属す
る電源スイッチをオンにすると、システムはライン２７
２にローの信号を供給し、ＰＭＯＳ１０４をオンにする
と共に、コンピュータはＲＯＭに記憶された起動プログ
ラムを自動的に読み出してセット・アップ・シーケンス
を実行し、所定の手順で各系統の負荷の動作を開始させ
る。バッテリ５０が満充電状態にあるとすれば、ライン
２６８の電圧はＤＣ９．６Ｖになっており、この電圧は
ライン２７０を経由してコンバータ４４に印加され、そ
の出力にＤＣ１１．４Ｖ〜ＤＣ１２．０Ｖの電圧を生ず
る。しかし、ライン２６６またはライン２８６の電圧は
コンバータ４４の出力電圧に比べて高いため、ライン２
８８にはコンバータ４４から電流が流出せず、またコン
バータ４４には逆電流防止回路を組み込んでいるためラ
イン２６６からコンバータ４４へ電流は流入しない。さ
らに、ライン２８０の電圧もライン２６８の電圧と等し
くなり、演算増幅器１０２はライン２８０の電圧が基準
電圧より上昇したことを検出してライン２７４を通じて
システムにバッテリィによるバックアップ可能状態が完
了したことを通知する。システム側では、この信号をコ
ンピュータの表面に設けた表示器に送り操作者に知らせ
ることができる。
【００３２】〔停電時の切替動作〕時刻ｔ２で商用電源
が喪失しライン２５２の電圧が低下すると、電源供給ユ
ニット３２はライン２５４の電圧を所定の値に維持する
ことができなくなり、これに応じてライン２６０の電圧
が低下しライン２６０を流れている電流が減少する。従
って、抵抗７６を流れる電流が減少して演算増幅器８０
の出力がローになり、演算増幅器７８の第１の入力が演
算増幅器７８の第２の入力に接続された基準電圧源の電
圧より低下してその出力もローになる結果、ＯＲ論理回
路８２の出力がハイからローに変化する。演算増幅器８
０は、電源供給ユニットの出力電圧が変動してもステッ
プダウン・コンバータ９６の入力電圧の許容変動範囲で
あれば、抵抗７６に電流が流れている限り、ＯＲ論理回
路８２が動作しないように作用する。このＯＲ論理回路
８２の出力信号はライン２８４を通じてトランジスタ１
００を動作させ、ライン２７６によりコンピュータ・シ
ステムに停電信号として供給される。システムは、停電
信号を受け取った後作業中のジョブを中断し、メモリに
格納されているデータをハードディスクに格納し、コン
ピュータを停止するための所定のオフ・シーケンスを開
始する。
【００３３】またトランジスタ８６がオフになるためラ
イン２６４の信号がハイになり、ＰＭＯＳ８５およびＰ
ＭＯＳ９０は共にオフになり、ＮＯＴ論理回路８８のハ
イの出力がライン２８２を経由してトランジスタ９４に
供給されるのでトランジスタ９４がオンになりＰＭＯＳ
９２がオンになる。時刻ｔ２の瞬間ライン２６２の電圧
は低下し始めるが、ライン２７８の電圧がライン２８０
の電圧と等しくなったとき電圧の低下は停止し、ライン
２６２への電力の供給源が電源供給ユニット３２からバ
ッテリィ５０に切り替わる。時刻ｔ２で停電が発生して
からＰＭＯＳ９２がオンになるまで多少の時間を要する
が、この間ライン２６２の電圧の低下を防止するために
ＰＭＯＳ９２のドレイン／ソース間に形成された寄生ダ
イオードがライン２６２に電流を流す。ＰＭＯＳ９２の
寄生ダイードを通じてライン２８０からライン２７８へ
長時間電流を流すことは、電圧降下が大きくまた電流容
量の不足もあるので困難であるが、ＰＭＯＳ９２が若干
の時間遅れの後にオンになるのでこの問題は解決でき
る。
【００３４】時刻ｔ２で停電するとライン２６６の電圧
も低下する。ライン２６６またはライン２８６の電圧が
コンバータ４４の出力電圧より低くなると、コンバータ
４４はライン２８８に電流を供給し始め、ライン２８８
の電圧を１１．４Ｖ〜１２．０Ｖの範囲に維持する。ラ
イン２６８のバッテリの電圧は、バッテリが電力を供給
するに伴って低下していくが、ライン２８６の電圧およ
びライン２９０、２９２、および２９４の電圧はそれぞ
れのコンバータにより所定の範囲に維持される。
【００３５】システムがオフ・シーケンスを実行してい
る間、各負荷系統に含まれる電子機器要素の電圧はバッ
テリィを電源としてコンバータ９６、９８、４４により
維持されているので、システムはトラブルを生じること
なくオフ・シーケンスを完了できる。データおよびプロ
グラムが所定の手順でハードディスクに格納された後、
システムは時刻ｔ３でライン２７２にハイの制御信号を
送り、ＰＭＯＳ１０４をオフにしてバッテリィによる電
力の供給を停止する。本実施例による停電シーケンス
は、マイクロソフト社により提供されるＷｉｎｄｏｗｓ
９５または９８のＯＳを使用すると最大３分間を見込む
ことが好ましく、従ってバッテリィは３分間以上負荷に
電力を供給できる容量を選定する。商用電源の電圧が回
復すると充電制御回路４８は、バッテリィ５０の充電を
開始し次回の停電に備える。
【００３６】以上、本発明の実施例に係るＵＰＳをデス
クトップ・コンピュータに適用した例として説明した
が、本発明はデスクトップ・コンピュータ以外の電子機
器一般にも適用できることは当業者には明らかであろ
う。本発明が適用できる電子機器は、商用電源等の常用
電源動作タイプであって、少なくとも電子機器要素の一
部に電源供給ユニットで商用電源から整流して生成した
直流電圧をコンバータを介在させないで直接供給する負
荷を含んでいればよい。
【００３７】
【発明の効果】本発明により、商用電源等の常用電源で
動作するデスクトップ・コンピュータ等の電子機器のた
めの簡易な無停電電源装置を提供することができた。さ
らに本発明により、ＤＣ／ＤＣコンバータを経由しない
で電力の供給を行う電子機器要素を含む電子機器内にお
いて、各機器要素に供給する直流電圧をバッテリィ等の
第２の電源でバックアップし、ＤＣ／ＤＣコンバータを
経由しない負荷に対しても常用電源の異常に対して安定
した電圧を供給でき、かつ効率の良い無停電電源装置を
提供することができた。さらに本発明により、上記無停
電電源装置を備えることにより、常用電源に突然異常が
生じて内部の直流電圧が変動しても所定の時間安定した
電圧を維持することができ、オフ・シーケンスを完了さ
せた後に電子機器要素に供給する電源を停止することが
できるデスクトップ・コンピュータ等の電子機器を提供
することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のＵＰＳを使用したコンピュータの電源
系統の概略ブロック配線図である。
【図２】 本発明の実施例であるＵＰＳを説明するため
に主要な構成要素を示した概略ブロック配線図である
【図３】 本発明のＵＰＳの実施例で使用するコンバー
タの設定電圧を説明する図である。
【図４】 本発明のＵＰＳを搭載したデスクトップ・コ
ンピュータの外形図である。
【図５】 本発明の実施例であるＵＰＳを説明するため
のブロック配線図である。
【図６】 図５のＵＰＳの動作を示すタイミング・チャ
ートである。
【符合の説明】
３０ 無停電電源装置 ３２ ＡＣ／ＤＣ電源供給ユニット ３４、４０、４２ ダイオード ３６ バッテリィ・ユニット ４４ ステップアップ・コンバータ ４６、９６、９８ ステップダウン・コンバータ ４８ 充電制御回路 ５０ 充電式バッテリィ ７２ 定電流装置 ７４ 停電検出回路 ８４ 停電切換回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 啓治 神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本ア イ・ビー・エム株式会社 大和事業所内 Ｆターム(参考） 5G015 FA10 GB02 HA02 HA16 JA06 JA53 JA55 KA03 5H730 AA14 AA15 AA20 AS21 BB81 CC01 CC13 CC16 CC17 FD11 XX02 XX13 XX22 XX33 XX41

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の直流電圧および該第１の直流電圧
    より低い第２の直流電圧で動作する第１の負荷に第１の
    電源である常用電源から電力を供給し、前記常用電源の
    特性が規定値から外れたときに前記第１の電源とは別異
    の第２の電源から前記第１の負荷へ電力の供給を継続す
    る無停電電源装置であって、 前記第１の負荷に接続可能な出力を備え、前記常用電源
    の電圧を前記第１の直流電圧に変換して出力する電源供
    給ユニットと、 前記第２の電源に接続可能な入力と前記第１の負荷に接
    続可能な出力とを備え、前記第２の電源の出力電圧を前
    記第２の直流電圧に変換して出力する第１の電圧変換器
    とを有する無停電電源装置。
  2. 【請求項２】 前記第１の電源とは別異の第２の電源
    が、バッテリィ電源である請求項１記載の無停電電源装
    置。
  3. 【請求項３】 第１の直流電圧および該第１の直流電圧
    より低い第２の直流電圧で動作する第１の負荷に常用電
    源から電力を供給し、前記常用電源の特性が規定値から
    外れたときにバッテリィ電源から前記第１の負荷へ電力
    の供給を継続する無停電電源装置であって、 前記常用電源の電圧を前記第１の直流電圧に変換して出
    力する電源供給ユニットと、 前記電源供給ユニットの出力に接続した一方の端子と前
    記第１の負荷に接続可能な他方の端子を備え、前記常用
    電源の特性が規定値から外れたことを示す信号に応答し
    て動作するスイッチと、 前記バッテリィに接続可能な入力と前記第１の負荷に接
    続可能な出力とを備え、前記バッテリィの出力電圧を前
    記第２の直流電圧に変換して出力する第１の電圧変換器
    とを有する無停電電源装置。
  4. 【請求項４】 第１の直流電圧および該第１の直流電圧
    より低い第２の直流電圧の両方の電圧で動作する第１の
    負荷と、第３の直流電圧で動作する第２の負荷とに常用
    電源から電力を供給し、前記常用電源の特性が規定値か
    ら外れたときにバッテリィ電源から前記第１の負荷およ
    び前記第２の負荷へ電力の供給を継続する無停電電源装
    置であって、 前記常用電源の電圧を前記第１の直流電圧に変換して出
    力する電源供給ユニットと、 前記電源供給ユニットの出力に接続した一方の端子と、
    前記第１の負荷に接続可能な他方の端子とを備えた第１
    の整流素子と、 前記バッテリィに接続可能な入力と前記第１の負荷に接
    続可能な出力とを備え、前記バッテリィの出力電圧を前
    記第２の直流電圧に変換して出力する第１の電圧変換器
    と、 前記電源供給ユニットの出力に接続した入力と前記第２
    の負荷に接続可能な出力とを備え、前記第１の直流電圧
    を前記第３の直流電圧に変換して出力する第２の電圧変
    換器と、 前記バッテリィに接続可能な一方の端子と前記第２の電
    圧変換器の入力に接続した他方の端子とを備えた第２の
    整流素子とをを有する無停電電源装置。
  5. 【請求項５】 前記第１の整流素子に代えて、前記常用
    電源の特性が規定値から外れたことを示す信号に応答し
    て動作するスイッチを使用した請求項４記載の無停電電
    源装置。
  6. 【請求項６】 前記第２の整流素子に代えて、前記常用
    電源の特性が規定値から外れたことを示す信号に応答し
    て動作するスイッチを使用した請求項５記載の無停電電
    源装置。
  7. 【請求項７】 第１の直流電圧および該第１の直流電圧
    より低い第２の直流電圧の両方の電圧で動作する第１の
    負荷と、第３の直流電圧で動作する第２の負荷とに常用
    電源から電力を供給し、前記常用電源の特性が規定値か
    ら外れたときにバッテリィ電源から前記第１の負荷およ
    び前記第２の負荷へ電力の供給を継続する無停電電源装
    置であって、 前記常用電源の電圧を前記第１の直流電圧に変換し出力
    する電源供給ユニットと、 前記電源供給ユニットの出力に接続したドレインと、前
    記第１の負荷に接続可能なソースと、前記常用電源の特
    性が規定値から外れたことを表示する信号を受け取るゲ
    ートとを備えた第１のＦＥＴと、 前記バッテリィに接続可能な入力と前記第１の負荷に接
    続可能な出力とを備え、前記バッテリィの出力電圧を前
    記第２の直流電圧に変換して出力する第１の電圧変換器
    と、 前記電源供給ユニットの出力に接続した入力と前記第２
    の負荷に接続可能な出力とを備え、前記第１の直流電圧
    を前記第３の直流電圧に変換して出力する第２の電圧変
    換器と、 前記バッテリィに接続可能なドレインと、前記第２の電
    圧変換器の入力に接続したソースと、前記常用電源の特
    性が規定値から外れたことを表示する信号を受け取るゲ
    ートとを備えた第２のＦＥＴと、 前記電源供給ユニットに接続した入力と前記バッテリィ
    端子に接続可能な出力とを備えたバッテリィ充電制御回
    路とを備える無停電電源装置。
  8. 【請求項８】 さらに前記第１の直流電圧を検出し基準
    電圧に対する電圧の大小に応じて信号を発生する停電検
    出回路を備えた請求項７記載の無停電電源装置。
  9. 【請求項９】 第１の直流電圧および該第１の直流電圧
    より低い第２の直流電圧で動作する第１の負荷と、動作
    中に常用電源の電力受け取って前記第１の負荷に電力を
    供給し前記常用電源の特性が規定値から外れたときにバ
    ッテリィ電源から前記第１の負荷へ電力の供給を継続す
    る無停電電源装置とを含む電子機器であって、 前記無停電電源装置が請求項２または請求項３のいずれ
    かに記載の無停電電源装置である電子機器。
  10. 【請求項１０】 第１の直流電圧および該第１の直流電
    圧より低い第２の直流電圧の両方の電圧で動作する第１
    の負荷と、第３の直流電圧で動作する第２の負荷と、動
    作中に常用電源から電力受け取って前記第１の負荷およ
    び前記第２の負荷に電力を供給し前記常用電源の特性が
    規定値から外れたときにバッテリィ電源から前記第１の
    負荷および前記第２の負荷へ電力の供給を継続する無停
    電電源装置とを含む電子機器であって、 前記無停電電源装置が請求項４ないし請求項８のいずれ
    かに記載の無停電電源装置である電子機器。
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