JPH04140018A - 無停電電源装置とその放電終止検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要］ 商用交流入力の停電特等ムこバッテリーから電力を供給
することにより動作を継続させるための無停ｔｔ電源装
置関し、 バッテリー漏れ電流の発生を防止し、かつハ。

テリー電圧が高い場合にも放電終止電圧を確実に検出で
きる高倍転性・低コストの無停電電源装置を提供するこ
とを目的とし、 充放電可能なバッテリーと、該バッテリーを充電するた
めの定電流垂下特性を有する充電用電源を備え、該充電
用電源からダイオードを介して前記バッテリーに充電す
るようにした無停電Ｎ源装置において、停電時に前記ハ
・ンテリーの出力を前記充電用電源に供給する供給手段
と、該供給手段を介して供給される前記バッテリーの出
力により動作する前記充電用電源の出力が放電終止電圧
になったことを検出する検出手段とを具備したものであ
る。

〔産業上の利用分野］ 本発明は、商用交流入力の停電特等ムこバッテリーから
電力を供給することにより給電を継続させる無停電ｉｉ
電源装置関し、特に放電時のバッテリー電圧を検出する
手段の改良に関する。

近年、様々な規模の電子計算機、パーソナルコンピュー
タ、ファクシミリなどの普及により商用電源の瞬断や停
電による被害が増大している。

そこで、停電対策として無停電電源装置を使用すること
が多くなってきた。現実乙こ、ここ数年、無停ｉｉ　を
源装置の市場は年率３０％以上の勢いで伸びている。

このような無停電電源装置を導入するにあたっては、該
無停電電源装置を装置外部に接続することが一般的であ
ったが、屈近では始めから装置に内蔵させ、商用電源の
瞬断や停電による被害を確実に防止しようとするものも
出現している。

無停電を源装置は、通常は、商用を源を負荷装置（１）
子計算機など）に適した電圧に変換して該負荷装置に供
給すると同時に、無停電ｔｆｉ装置の内部に備えたバッ
テリーを充電しておき、停電が発生すると内部のバッテ
リーから電力を供給して給電を継続するようになってい
る。

かかる目的に使用されるバッテリーは、充放電可能なパ
ンテリー（ｒ二次電池Ｊと呼ばれる）であるが、放電に
よりバッテリー電圧がある規定値（放電終止電圧）以下
番こなるとバッテリーが劣化し、バッテリー寿命に影響
を与える場合がある。

したがって、放電中のバッテリー電圧を監視し、放電に
よりバッテリー電圧が放電終止電圧まで低下した時、バ
ッテリーからの電力供給を停止する必要がある。

〔従来の技術〕

第６図は従来の無停を電源装置の代表的な構成を示す図
である。

図において、１はバッテリー、２は充電用電源、４ａは
比較器、ＳＷＩ、ＳＷ２はスイッチ、ＤＩＤ２はダイオ
ード、Ｒ１，Ｒ２は抵抗である。

バッテリー１としては、充放電可能な二次電池が用いら
れている。

充電用を源２は、バッテリー１を充電するためのｆｉ＃
であり、例えばスイノチンダレギュレータ等により構成
される。

この充電用を源２は、第２図に示すような過電流垂下特
性を有する。

また、充電用量＃２は、第３図に示すように、充電開始
直後であってバッテリー１がほとんど空の時は、大きな
充電電流が流れようとするため過電流垂下により定電流
充電を行い、ある程度充電が進むと充を電流が過電流垂
下点より下がるため定電圧充電を行う。

比較器４ａは、オペアンプで構成されるものでバッテリ
ー１の出力電圧を抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した電圧と基！
１！電圧Ｖｒｅｆ　とを比較し、抵抗Ｒ１Ｒ２により分
圧した電圧が基準電圧Ｖ　ｒｅｆより小さくなった時に
、放電終止検出信号を出力するものである。

次に、上記構成の無停ｉｔ　を源装置の動作について説
明する。

通常時は、入出力端子Ｔから充電のための電力が供給さ
れる。この電力はダイオードＤ１に遮られて直接バッテ
リー１には供給されず、スイッチＳＷ２を通して、バッ
テリー１の充電用ｉｔ源２を動作させる。この充電用電
源２の出力電圧はダイオードＤ２を通してバッテリー１
に印加され、これによりバッテリー１の充電が行われる
。

停電時は、入出力端子Ｔからの電力供給がなくなり、バ
ッテリー１からダイオードＤ１、スイッチＳＷＩ及び入
出力端子Ｔを通して放電が行われ、負荷に電力を供給す
る。このとき充電用電源２は動作する必要がないので、
スイッチＳＷ２を開放するのが一般的である。また、ダ
イオードＤ２によりバッテリー１から充電用電源２へ電
流が流れることはない。

放電終止電圧の検出は、バッテリー１の正極電圧を検出
することにより行われる。即ち、バッテリー１の出力電
圧を抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧して比較器４ａに入力し、基
準電圧Ｖｒｅｆ　と比較する。

バッテリー電圧が低下し放電終止電圧になると、比較器
４ａの出力が反転し、放電終止検出信号が出力される。

これにより、スイッチＳＷＩが切断されてバッテリー１
からの放電が停止され、過放電が防止されるようになっ
ている。

しかしながら、上記構成では、放電を停止した後や無停
ｉｔｔ源装置を使用していない場合であっても、抵抗Ｒ
１，Ｒ２を通して漏れ電流が流れることで僅かずつバッ
テリー１の放電が継続している。したがって、かかる状
態を長期間放置するとバッテリー電圧が放電終止電圧以
下となることは避けられない。

抵抗Ｒ１，Ｒ２を数１０ＯＫΩ以上にすると漏れ電流は
減少するが、湿度やノイズ等の影響を受けやすくなり、
放電終止電圧の検出が困難になるので、漏れ電流を少な
くするには限度がある。

このような従来装置の欠点を解消するものとして、第７
図に示すように、インピーダンス変換器５を用いてバッ
テリー電圧を検出するものがある。

これは、バッテリ−１の出力電圧を、インピーダンス変
換器５を介在させて抵抗Ｒ１，Ｒ２に供給することを除
けば第４図で説明したものと同しである。

インピーダンス変換器５は高入力インピーダンス・低出
力インピーダンスという特性を有する回路であり、これ
によりバッテリー１からの漏れ電流を少なくすることが
できる。インピーダンス変換器５の具体的な例としては
、第８図に示すように、オペアンプをボルテージフォロ
ワ接続して用いる場合が多い。

しかし、この場合、バッテリー電圧が高いとオペアンプ
の部品耐圧が不足し使用できないという問題がある。ま
た、その他のインピーダンス変換器を用いると、部品点
数が増えて信転性が低下するとともにコスト高になると
いう問題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、バッテリー電圧を抵抗で分圧して基準電圧
と比較することにより放電終止電圧を検出するものは、
放電を停止した後や無停電電源装置を使用していない場
合にバッテリー漏れ電流が発生し、放電が継続発生する
ことを避けられない。

これを避けるために、インピーダンス変換器を介在させ
てバッテリー電圧を取り出し、これを抵抗で分圧して基
準電圧と比較することにより放電終止電圧を検出するも
のは、インピーダンス変換器の耐圧が低く、この耐圧を
高くできるインピーダンス変換器は部品点数が増加し、
信転性が低下するとともにコスト高になるという欠点が
あった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、バッテ
リー漏れ電流の発生を防止し、かつバッテリー電圧が高
い場合にも放電終止電圧を確実に検出できる高信鯨性・
低コストの無停電電源詰装置提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明を原理的に説明するための図である。即
ち、本発明の無停を電源装置は、上記目的を達成するた
めに、充放電可能なバッテリー１と、該バッテリー１を
充電するための定を洟垂下特性を有する充電用を源２を
備え、該充電用電源２からダイオードＤ２を介して前記
バッテリー１に充電するようにした無停電電源装置にお
いて、停電時に前記バッテリー１の出力を前記充電用電
源２に供給する供給手段３と、該供給手段３を介して供
給される前記バッテリー１の出力により動作する前記充
電用電源２の出力が放電終止電圧になったことを検出す
る検出手段４とを備えたものである。

〔作用〕

通常時は、入出力端子Ｔから充電のために電力が供給さ
れる。この電力は供給手段３に設けられたダイオードＤ
１に遮られ、バッテリー１には直接供給されず、ハンテ
リー１の充電用量＃２に供給される。これにより充電用
；源２が駆動される。

充電用量ａ２の出力電圧はダイオードＤ２を通してバッ
テリー１に印加され、これによりバッテリー１への充電
がおこなわれる。

ここで、充電用’Ｗ　ｆ１２は、第２図に示すように、
過電流垂下特性を有し、第３図に示すように、バッテリ
−１がほとんど空の時は、大きな充Ｗ　’Ｗ流が流れよ
うとするため過ｔｆＬ垂下により定電流充電を行い、あ
る程廣充電が進むと充電電流が過電流垂下点より下がる
ため定電圧充電を行うようになっている。

停電時は、入出力端子Ｔからの電力供給がなくなり、バ
ッテリ−１からの放電がダイオードＤ１及びスイッチＳ
ＷＩを通して行われる。このとき、充電用電源２に至る
経路には電力供給を阻害するものはないので、充電用電
源２はバッテリー１の出力を受けて動作しつづけている
。

なお、ダイオードＤ２によりバッテリー１から充電用を
源２へｔ流が流れ込むことはない。

放電中における放電終止電圧の検出は、充電用を源２の
出力電圧を、検出手段４を構成する抵抗Ｒ１，Ｒ２で分
圧して比較器４ａに入力し、基準電圧Ｖｒｅｆ　と比較
することムこより行われる。

停電が発生し、バッテリー１から負荷（入出力端子Ｔ）
及び充電用ｔｆｉ２に電力が供給されると、充電用電源
２が動作を停止しないため、この充電用電源２からも負
荷へ電力供給が行われる。

この際、充電用を源２は、第２図に示すように、過電流
垂下特性を持つため、出力が垂下し「バッテリー電圧 十ダイオードＤ２の順方向電圧鋒下」 まで低下する。したがって、この電圧をＲ１，Ｒ２で分
圧し検出することでバッテリー電圧を監視することがで
きる。

このような構成によれば、放電を停止した後や無停電電
源装置を使用していない場合には、ダイオードＤ２が充
電用電源方向への電流の流れを阻止するため、バッテリ
ー１の出力が抵抗Ｒ１，Ｒ２を通して漏洩することはな
く、長期間放置してもバッテリー電圧が放を終止電圧以
下となることはない。

また、インピーダンス変換器等を必要としないため、部
品点数が減少し、高信較性・低コストで実現できる。

さらに、バッテリー電圧が高い場合でも、Ｒ１Ｒ２で分
圧することができるので、耐圧の低い素子を用いて放電
終止電圧を検出するための比較器を構成することができ
る。

［実施例〕 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第４図は、本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。図中、第１図に示したものと同−又は相当部分には
同一符号を付して説明する。

図において、１０は基板であり、この基板１０の上に無
停電電源装置（ＵＰＳ）を構成する各種ハードウェアが
搭載されるようになっている。

この基板１０の端部には２つのコネクタＣＮＩＣＮ２が
設けられている。

コネクタＣＮＩは、第１図に示した入出力端子Ｔとして
用いられるものであって、「充電＋３１ＶＪラインと「
０■」のラインが設けられている。

「充電＋３１■」ラインは、通常時は外部から充電用の
直流電圧＋３１ＶＤＣが供給され、停電時はバッテリー
１から直流電圧＋２５〜＋２０ＶＤＣを出力する。

コネクタＣＮ２は、本無停電電源装置と他のユニットと
の間の各種制御信号を送受するものである。この制御信
号には、ＵＰＳ有効信号、停電発生信号、アラーム信号
、放電終止信号等がある。

ＵＰＳ有効信号は、外部ユニットから与えられる信号で
あり、本無停電電源装置を有効にすることを指示するも
のである。

停電発生信号も外部装置から与えられる信号であり、停
電が発生した旨を本無停電電源装置に知らせるものであ
る。上記ＵＰＳ有効信号が有意であり、且つ、この停電
発生信号が有意になったときにバッテリー１の電力が外
部に出力されることになる。

アラーム信号は本無停電電源装置の異常を外部装置に知
らせるものであり、例えばバッテリー１から過電流が供
給されたときに出力されるものである。

放電終止信号は、本無停電電源装置のバッテリー１から
出力される電圧が放電終止電圧になったことを外部ユニ
ットに知らせる信号である。

１はバッテリーであり、充放電可能な二次電池である。

このバッテリー１は、例えば、６ｖモノブロック×８個
（１モノブロツクは３セルより成る）で構成され、＋２
５ｖ〜＋２０Ｖの直流電圧を出力するものである。

２は充電用電源としての充電回路であり、バッテリー１
を充電するために用いられる。この充電回路２は、例え
ば外部からの＋３１ＶＤＣの電力を入力して内部の充電
回路を動作させるようになっている。

この充電回路２はリンギングチョークコンバータ（ＲＣ
Ｉ方式のスイッチングレギュレータであり、＋３１　Ｖ
ＤＣが入力されたことにより動作を開始する。充電回路
２は、定電圧充電時は、＋２８．２ＶＤＣ（２，３５ｘ
ｌ　２セル）を出力する。また、通電流検出点（ＯＣＰ
）は１〜２Ａに設定されているので、これを越える充ａ
ｔ流が流れるときは過電流垂下特性により出力電圧が低
下する。

抵抗Ｒ１，Ｒ２は、充電回路２から出力される充１）Ｔ
＆圧を分圧するもので、これら抵抗Ｒ１及びＲ２の接続
点から取り出された電圧がバッテリー電圧検出回路４ａ
に供給されるようになっている。

４ａはバッテリー電圧検出回路であり、第１図に示した
ように、抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧された電圧を一方の入力
とし、図示しない基準電圧発生回路から発生される基準
電圧Ｖｒｅｆを他方の入力として、これらを比較するオ
ペアンプ（比較器）から構成される。このパンテリー電
圧検出回路４ａは、バッテリー１の出力電圧を抵抗Ｒ１
，Ｒ２で分圧した電圧と基準電圧Ｖｒｅｆ　とを比較し
、分圧した電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより小さくなった時
に、放電終止検出信号を出力するものである。

そして、上記オペアンプの出力が放電終止信号として、
コネクタＣＮ２を介して外部に出力されるようになって
いる。

ＳＷＩは放電回路であり、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ等の半
導体スイッチで構成される。この放電回路ＳＷＩは、Ｕ
ＰＳ有効信号及び停電発生信号の両信号が有意になるこ
とによりオン状態になるものである。この放電回路ＳＷ
Ｉがオン状態になることにより、バッテリー１からの放
電が開始されるようになっている。

６はノンヒユーズブレーカ（ＮＦＢ）であり、例えば５
０Ａの電流が該回路に流れると自動的に電流を遮断する
ものである。

７は異常検出回路であり、ＮＦＢ６により回路が切断さ
れたことを検出してアラーム信号を出力するものである
。

次に上記構成の無停電電源装置の動作について説明する
。なお、以下の例では、ＵＰＳ有効信号は予め有意にさ
れているものとする。

通常時は、コネクタＣＮＩから充電のために十３　］　
ＶＤＣの直流電力が供給される。この電力は、停電発生
信号が有意でなく、したがって放電回路ＳＷＩがオフ状
態になっているので、該放電回路ＳＷＩに遮られて直接
バッテリー１には供給されない、したがって、＋３１Ｖ
ＤＣの直流電力は充電回路２のみに供給され、バッテリ
ー１の充電回路２を動作させる。

この充電回路２の出力はダイオードＤ２を通してバッテ
リー１に印加され、これによりパンテリーＩへの充電が
行われる。

一方、停電が発生すると停電発生信号が有意になり、放
電回路ＳＷＩがオン状態になる。この際、コネクタＣＮ
Ｉからの＋３１ＶＤＣの電力供給はなくなっており、バ
ッテリー１から放電回路ＳＷ１、コネクタＣＮＩを通し
て放電が行われ、負荷及び充電回路２に電力を供給する
。なお、ダイオードＤ２によりパンテリー１から充電回
路２の出力端子へ電流が流れることはない。

バッテリー２の出力を受けた充電回路２は動作を継続す
る。そして、その出力は、バッテリー電圧にダイオード
Ｄ２の順方向電圧陸上を加えた値となる。

放電終止電圧の検出は、この充電回路２の出力を監視す
ることにより行われる。即ち、バッテリー１の出力電圧
を抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧してバッテリー電圧検出回路４
ａに入力し、該回路４ａ内部で生成される基１！電圧Ｖ
ｒｅｆ　と比較する。バッテリー電圧が低下し放電終止
電圧になると、バッテリー電圧検出回路４ａはその旨を
示す放電終止検出信号を出力する。この放電終止検出信
号を受は取った外部装置は、ＵＰＳ有効信号を無効にす
ることにより、放電回路ＳＷＩを開放する。これにより
、バッテリー１からの放電が停止され、電源の供給は停
止されることになる。

第５図は、本発明の応用例であり、電子計算機の停電対
策として内部に無停電電源装置を有する電子計算機の一
例を示している。

図において、２１はフィルタ、２２はメインラインスイ
ッチ、２３はプレレギュレータ（ＰＤＬ１）、２４は無
停電！＃、装置（ＵＰＳ）、２５はＤＣ−ＤＣコンバー
タ、２６はプリント板ユニット等、２７は制御部である
。

フィルタ２１は商用電源１００　ＶＡＣをフィルタリン
グしてノイズ等を除去するものである。

ラインメインスイッチ２２は、電子計’ｘｍ本体の電源
を投入するスイッチである。

プレレギュレータ２３は、商用ｔｉｆｉｌｏＯＶＡＣを
入力し、＋３１ＶＤＣの直流に変換して出力するもので
ある。この＋３１ＶＤＣの直流電力は無停電電源装置２
４及びＤＣ−ＤＣコンバータ２５に供給されるようにな
っている。

また、このプレレギュレータ２３は停電検出機構（図示
しない）を有しており、停電を検出した場合は停電発生
信号を出力するようになっている。

この停電発生信号は無停ａｔ電源置２４に供給されるよ
うになっている。

無停電電源装置２４は上述したものと同しものであり、
ここでは説明を省略する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２６は、プレレギュレータ２３が
出力する＋３１ＶＤＣ又は無停電電源装置２４が出力す
る＋２５　ＶＤＣ〜＋２０ＶＤＣの直流を変換し、＋５
ＶＤＣ，＋１２ＶＤＣ等の通常のロジック回路で使用す
る直流電圧を生成するものである。このＤＣ−ＤＣコン
バータ２５の出力がプリント板ユニット等２６に供給さ
れるようになっている。

プリント板ユニット等２６は、電力を消費するロジック
回路、その他の負荷である。

制御部２７は、電子計算機全体を制御するものであり、
この制御部２７からはＵＰＳ有効信号が出力され、無停
ｔｔ電源置２４に供給されるようになっている。また、
制御部２７には、無停電電源装置２４から放電終止信号
が供給されるようになっている。

次に、上記構成において、停電発生時の動作を主体に説
明する。

先ず、メインラインスイッチ２２が投入されると、電子
計算機には、商用電ｆｉ１００ＶＡｃが供給される。こ
れを−旦プレレギュレータ２３によって＋３１　ＶＤＣ
に変換して無停電電源装置２４の入力として使用する。

一方、この電圧＋３１ＶＤＣは、ＤＣ−ＤＣコンバータ
２５に供給され、該ＤＣ−ＤＣＣ−式−タ２５により＋
５Ｖ、　±１２Ｖ等の通常のロジック回路で使用する電
圧が生成され、負荷であるプリント板ユニット等２６に
供給される。

無停ａｔ源装Ｗ２４は、上述したように、＋３１　ＶＤ
Ｃを入力として内部の充電回路を動作させる。ＵＰＳ有
効信号、停電発生信号は、無体ｔｔ電源置２４内の放電
回路ＳＷＩに接続され、制御部２７からＵＰＳ有効信号
が来ているときに、プレレギュレータ２３から停電発生
信号が来ることにより、つまり停電が発生することによ
り放電を開始する。

かかる状態でバッテリー電圧検出回路４ａは充電回路２
の出力、即ちバッテリーで電圧を監視し、バッテリー電
圧が放電終止電圧以下となると、放電終止信号が制御部
２７へ出力される。制御部２７はこの信号を受は取ると
システムを正常に終了させた後、ＵＰＳ有効信号を無効
にすることにより無停ａｔ電源置２４内の放電回路ＳＷ
Ｉをオフ状態にして放電を停止させ、電源遮断にして全
ての動作を停止する。

〔発明の効果〕

以上詳述したようにこの発明によれば、バッテリー漏れ
ｔ流の発生を防止し、かつバッテリー電圧が高い場合に
も放電終止電圧を確実に検出できる高倍転性・低コスト
の無停を電源装置を従供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は充電用電源の過電流垂下特性を説明するための
図、 第３図はハソテリー充電電流特性を説明するための図、 第４図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、 第５図は本発明の応用例の構成を示すブロック図、 第６図は従来の無停電電源装置の第１の例を示すブロッ
ク図、 第７図は従来の無停ｘｉｔｓ装置の第２の例を示すブロ
ック図、 第８図は第７図に示すインピーダンス変換器の一例を示
す図である。 図において、 １・・・バッテリー ２・・・充電用電源（充電回路）、 ３・・・供給手段、 ４・・・検出手段、 ４ａ・・・比較器、 Ｒ１，Ｒ２・・・抵抗、 ＤＩ、Ｄ２・・・ダイオード、 ＳＷＩ・・・スイッチ手段（放電回路）。 図中、同一符号は同−又は相当部を示す。 出願人　　冨士通株式会社　　７／−、。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）充放電可能なバッテリー（１）と、該バッテリー
   （１）を充電するための定電流垂下特性を有する充電用
   電源（２）を備え、該充電用電源（２）からダイオード
   （Ｄ２）を介して前記バッテリー（１）に充電するよう
   にした無停電電源装置において、 停電時に前記バッテリー（１）の出力を前記充電用電源
   （２）に供給する供給手段（３）と、 該供給手段（３）を介して供給される前記バッテリー（
   １）の出力により動作する前記充電用電源（２）の出力
   が放電終止電圧になったことを検出する検出手段（４）
   と を具備したことを特徴とする無停電電源装置。
2. （２）前記供給手段（３）は、前記バッテリー（１）に
   直列に設けられたダイオード（Ｄ１）で構成されること
   を特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
3. （３）前記検出手段（４）は、前記充電用電源（２）の
   出力電圧を分圧して比較器（４ａ）に供給し、該比較器
   （４ａ）で基準電圧（Ｖｒｅｆ）と比較することにより
   放電終止電圧を検出することを特徴とする請求項１記載
   の無停電電源装置。
4. （４）前記供給手段（３）は、前記バッテリー（１）に
   直列に設けられたスイッチ手段（ＳＷ１）を有し、前記
   検出手段（４）で放電停止電圧を検出した際に、該スイ
   ッチ手段（ＳＷ１）を開放することを特徴とする請求項
   １記載の無停電電源装置。
5. （５）充放電可能なバッテリー（１）と、該バッテリー
   （１）を充電するための定電流垂下特性を有する充電用
   電源（２）を備え、該充電用電源（２）からダイオード
   （Ｄ２）を介して前記バッテリー（１）に充電するよう
   にした無停電電源装置において、 通常時は外部から供給される電力により動作する充電用
   電源（２）により前記バッテリー（１）を充電し、停電
   時は前記バッテリー（１）を放電して外部に出力すると
   ともに前記充電用電源（２）に電力を供給し、このバッ
   テリー（１）で駆動される充電用電源（２）の出力を基
   準電圧（Ｖｒｅｆ）と比較することにより放電終止電圧
   になったことを検出する無停電電源装置の放電終止検出
   方法。