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技術 無停電電源装置及びその起動方法

出願人 日本電気株式会社
発明者 武藤孝典
出願日 1997年9月1日 (23年1ヶ月経過) 出願番号 1997-235850
公開日 1999年3月30日 (21年6ヶ月経過) 公開番号 1999-089114
状態 特許登録済
技術分野 予備電源装置 DC‐DCコンバータ
主要キーワード 阻止動作 起動制御回路 防止状態 放電停止状態 ワンショットマルチバイブレータ 回路形態 電圧安定化回路 防止動作
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1999年3月30日)のものです。
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図面 (7)

課題

起動スイッチの操作を行うことなく、放電停止となったバッテリ満充電状態のバッテリと交換するだけでDC/DCコンバータを起動させ、バッテリ交換時の操作性を改善する。同時に過放電防止機能によるバッテリ放電停止後に起動、停止を繰り返すといった誤動作の発生も未然にふ防ぐ。

解決手段

商用電源から変換された第1の直流電源voと、商用電源から充電器3を介して充電される第2の直流電源(バッテリ)4と、それらの切り替え手段2、5と、切り替え手段を通過後の直流電源を入力として動作する電圧安定化回路6と、電圧安定化回路の入力電圧監視してその電圧安定化回路に起動制御信号S1を出力する電圧監視回路7と、電圧安定化回路の入力電圧立ち上がり検出信号S2を電圧監視回路7に出力する電圧立上がり検出回路8を有する構成とした。

概要

背景

概要

起動スイッチの操作を行うことなく、放電停止となったバッテリ満充電状態のバッテリと交換するだけでDC/DCコンバータを起動させ、バッテリ交換時の操作性を改善する。同時に過放電防止機能によるバッテリ放電停止後に起動、停止を繰り返すといった誤動作の発生も未然にふ防ぐ。

商用電源から変換された第1の直流電源voと、商用電源から充電器3を介して充電される第2の直流電源(バッテリ)4と、それらの切り替え手段2、5と、切り替え手段を通過後の直流電源を入力として動作する電圧安定化回路6と、電圧安定化回路の入力電圧監視してその電圧安定化回路に起動制御信号S1を出力する電圧監視回路7と、電圧安定化回路の入力電圧立ち上がり検出信号S2を電圧監視回路7に出力する電圧立上がり検出回路8を有する構成とした。

目的

本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、従来技術において必要であった起動スイッチの操作を行うことなく、放電停止となったバッテリを満充電状態のバッテリと交換するだけでDC/DCコンバータを起動させることにより、バッテリ交換時の操作性を改善することができる技術を提供することを目的とする。さらに、この際には過放電防止機能によるバッテリ放電停止後に起動、停止を繰り返すといった誤動作の発生も未然にふ防ぐことができる技術を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
4件

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請求項1

商用電源から変換された第1の直流電源と、商用電源から充電器を介して充電される第2の直流電源と、それら第1及び第2の直流電源の切り替え手段と、前記切り替え手段を通過後の直流電源を入力として動作する電圧安定化回路と、前記電圧安定化回路の入力電圧監視してその電圧安定化回路に起動制御信号を出力する電圧監視回路とを有する無停電電源装置において、前記電圧安定化回路の入力電圧立ち上がり検出信号を前記電圧監視回路に出力する電圧立上がり検出回路を有することを特徴とする、無停電電源装置。

請求項2

前記電圧監視回路は、前記電圧安定化回路に起動制御信号を出力するコンパレータを備え、そのコンパレータに対して前記電圧立ち上がり検出信号が入力されたときに電圧安定化回路を起動させることを特徴とする、請求項1に記載の無停電電源装置。

請求項3

前記電圧立ち上がり検出回路は、その電圧立ち上がり検出信号を前記電圧監視回路の動作制御信号として一定時間出力するマルチバイブレータと、そのマルチバイブレータに対して前記電圧安定化回路の入力電圧を分圧して印可する分圧抵抗と、その分圧抵抗を、前記入力電圧立ち上がり時にのみ過渡的に短絡させることによりマルチバイブレータの動作に必要な電圧を供給するためのコンデンサとを含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の無停電電源装置。

請求項4

前記電圧監視回路が、前記電圧立ち上がり検出回路を含むことを特徴とする、請求項1に記載の無停電電源装置。

請求項5

前記分圧抵抗が前記コンデンサにより短絡されたときの電圧を前記コンパレータに印可する構成としたことを特徴とする、請求項2〜4の何れかに記載の無停電電源装置。

請求項6

商用電源を変換した第1の直流電源を電圧安定化回路へ入力する系と、バッテリからの第2の直流電源を前記電圧安定化回路へ入力する系とを、商用電源の停電時及び復旧時に切り替えて起動する無停電電源装置の起動方法であって、放電停止状態となったバッテリを満充電状態のバッテリと交換した際に生じる、前記電圧安定化回路へ入力される電圧の急峻な立ち上がりを検出し、その立ち上がり検出信号に基づいて前記電圧安定化回路を起動させることを特徴とする、無停電電源装置の起動方法。

請求項7

前記放電停止状態となったバッテリを満充電状態のバッテリと交換する過程では、前記放電停止状態となったバッテリの他に予め組み込んでおいた満充電バッテリへ手動操作自動操作により切り替える過程を含むことを特徴とする、請求項6に記載の無停電電源装置の起動方法。

請求項8

前記バッテリの過放電停止機能を含むことを特徴とする、請求項6又は7に記載の無停電電源装置の起動方法。

技術分野

0001

本発明は、無停電電源装置及びその起動方法に関し、特に商用電源停電状態において、起動スイッチの操作なしに予備電源であるバッテリからの起動が可能な無停電電源装置及びその起動方法に関する。

0002

従来の技術について図6を用いて説明する。従来、このような無停電電源装置においては、商用電源を直流電圧に変換するAC/DCコンバータ1からの直流電圧voと、商用電源から充電器3を介して充電されるバッテリ4からの直流電圧vbとをダイオード2、4で結合し、出力電圧を安定化するDC/DCコンバータ6に入力する構成となっている。

0003

商用電源が正常時にはAC/DCコンバータ1から、停電時にはバッテリ4からそれぞれ電力供給が行われるよう、AC/DCコンバータの出力電圧voはバッテリ電圧vbよりも高くなるよう設定されており、停電によってvoが低下したときのみバッテリ4から電力供給が行われる。

0004

また、過放電によるバッテリの劣化を防ぐため、DC/DCコンバータの入力電圧viを監視する電圧監視回路7によりバッテリ電圧vbの低下を検出し、バッテリ電圧vbが設定電圧以下となった場合にはDC/DCコンバータ6に停止信号S1を送出してDC/DCコンバータ6の動作を停止するという過放電防止機能を有している。

0005

過放電防止機能の動作によってバッテリ4からの電力供給が停止されると、停止直前に比べてバッテリ電圧vbが上昇するため、この電圧上昇によって再度、DC/DCコンバータが動作を開始する可能性がある。このようなこと防ぐために、電圧監視回路7の停止電圧起動電圧との間にヒステリシスを設け、停止電圧よりも一定電圧以上高い電圧が印加されない限り、DC/DCコンバータが起動しないように設定されている。

発明が解決しようとする課題

0006

上述の従来技術においては、DC/DCコンバータ6の起動電圧が、商用電源の復旧後にAC/DCコンバータ1の出力が正常となったときに起動するよう設定されているため、放電停止となったバッテリ4を満充電状態のバッテリと交換した場合でもDC/DCコンバータは起動しない。そのため、満充電状態のバッテリ交換で起動可能とするためには、電圧監視回路7に起動スイッチSUを設ける必要がある。

0007

また、起動スイッチSUなしでDC/DCコンバータ6が起動可能なように起動電圧を設定した場合には、例えば起動電圧と停止電圧との電圧差を僅かな差に設定した場合には、過放電防止動作後のバッテリ電圧上昇によりDC/DCコンバータの起動←→停止を繰り返すといった誤動作を誘発する可能性が極めて高くなる。

0008

本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、従来技術において必要であった起動スイッチの操作を行うことなく、放電停止となったバッテリを満充電状態のバッテリと交換するだけでDC/DCコンバータを起動させることにより、バッテリ交換時の操作性を改善することができる技術を提供することを目的とする。さらに、この際には過放電防止機能によるバッテリ放電停止後に起動、停止を繰り返すといった誤動作の発生も未然にふ防ぐことができる技術を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

前記課題を解決するため、本発明では、商用電源から変換された第1の直流電源と、商用電源から充電器を介して充電される第2の直流電源(バッテリ)と、それら第1及び第2の直流電源の切り替え手段と、切り替え手段を通過後の直流電源を入力として動作する電圧安定化回路(DC/DCコンバータ)と、電圧安定化回路の入力電圧を監視してその電圧安定化回路に起動制御信号を出力する電圧監視回路とを有する無停電電源装置において、電圧安定化回路の入力電圧立ち上がり検出信号を電圧監視回路に出力する電圧立上がり検出回路を有する構成とした。その場合、電圧監視回路は、電圧安定化回路に起動制御信号を出力するコンパレータを備え、そのコンパレータに対して電圧立ち上がり検出信号が入力されたときに電圧安定化回路を起動させる構成とすることもできる。また、電圧立ち上がり検出回路は、その電圧立ち上がり検出信号を電圧監視回路の動作制御信号として一定時間出力するマルチバイブレータと、そのマルチバイブレータに対して電圧安定化回路の入力電圧を分圧して印可する分圧抵抗と、その分圧抵抗を、入力電圧立ち上がり時にのみ過渡的に短絡させることによりマルチバイブレータの動作に必要な電圧を供給するためのコンデンサとを含む構成とすることもできる。また、電圧監視回路が、電圧立ち上がり検出回路を含む構成とするこおもできる。さらに、分圧抵抗がコンデンサにより短絡されたときの電圧をコンパレータに印可する構成とすることもできる。一方、本発明の方法では、商用電源を変換した第1の直流電源を電圧安定化回路へ入力する系と、バッテリからの第2の直流電源を前記電圧安定化回路へ入力する系とを、商用電源の停電時及び復旧時に切り替えて起動する無停電電源装置の起動方法であって、放電停止状態となったバッテリを満充電状態のバッテリと交換した際に生じる、電圧安定化回路へ入力される電圧の急峻な立ち上がりを検出し、その立ち上がり検出信号に基づいて電圧安定化回路を起動させる方法を採用した。その場合、放電停止状態となったバッテリを満充電状態のバッテリと交換する過程では、放電停止状態となったバッテリの他に予め組み込んでおいた満充電バッテリへ手動操作自動操作により切り替える過程を含むようにすることもできる。また、この場合の無停電電源装置としては、バッテリの過放電停止機能を含む構成としておくのも大変好適である。

0010

本発明の無停電電源装置では、DC/DCコンバータ入力電圧の立ち上がりを検出する電圧立ち上がり検出回路と、電圧立ち上がり検出回路からの検出信号及びDC/DCコンバータの入力電圧監視によりDC/DCコンバータに起動/停止信号を送出する電圧監視回路とを有している。したがて、バッテリの取り外しによってDC/DCコンバータの入力電圧が、一旦、0Vとなった後に、満充電状態のバッテリを接続すると、その電圧立ち上がりを検出してDC/DCコンバータが起動する。

0011

即ち、電圧立ち上がり検出回路は、過放電防止による電力供給停止後のバッテリ電圧上昇では機能しないが、放電停止後のバッテリを取り外すことによってDC/DCコンバータの入力電圧が一旦0Vとなり、その後に満充電状態のバッテリを接続するとその電圧立ち上がりを検出して起動制御回路に立ち上がり検出信号を送出する。立ち上がり検出信号が入力された電圧監視回路はDC/DCコンバータの入力電圧が起動電圧以下であっても、DC/DCコンバータに対して起動信号を送出し、コンバータは動作を開始する。

0012

DC/DCコンバータが起動して一定時間経過後もDC/DCコンバータへの入力電圧が停止電圧以上であれば、電圧監視回路はそのまま起動信号送出を継続するが、停止電圧以下の場合には停止信号を送出する。これにより、満充電バッテリが接続された場合にはそのまま動作を継続、放電済みのバッテリが接続された場合には、一旦起動するもののすぐに動作を停止するといった動作を行い、放電済みバッテリの過放電防止機能は働く。

発明を実施するための最良の形態

0013

以下、本発明の好適な実施の形態について、図1図5を参照して詳細に説明する。図1は本発明の実施の形態に係る無停電電源装置のブロック図であり、図2は電圧監視回路及び電圧立ち上がり検出回路の具体例を示す回路図、図3図2同様の他の実施の形態を示す回路図、図4は商用電源復旧時の起動動作を示すタイムチャート図5はバッテリ交換時の起動動作を示すタイムチャートを示している。なお、これらの図において、図6と基本的に同一構成要素については同一符号を付してある。

0014

本実施の形態に係る無停電電源装置は、図1に示すように、商用電源から直流電源(第1直流電源)に変換するAC/DCコンバータ1と、商用電源から充電器3を介して充電されるバッテリ(第2直流電源)4と、それら第1及び第2直流電源の切り替え手段として用いるダイオード2、5と、切り替え手段を通過後の直流電源を入力として動作するDC/DCコンバータ(電圧安定化回路)6と、DC/DCコンバータ6の入力電圧を監視してそのDC/DCコンバータ6に起動制御信号S1を出力する電圧監視回路7と、DC/DCコンバータ6への入力電圧立ち上がり検出信号S2を電圧監視回路7に出力する電圧立ち上がり検出回路8を含む構成としている。

0015

次いで、これらの詳細について説明する。図1において、AC/DCコンバータ1で商用電源の交流入力電圧VIから変換された直流電圧voは、ダイオード2を介してDC/DCコンバータ6の入力に印加される。AC/DCコンバータ1と充電器3を介して商用電源から充電されるバッテリ4の直流電圧vbはダイオード5を介してDC/DCコンバータ6の入力に印加される。voはvbよりも高く設定されており、商用電源運転中はダイオード2、5の阻止動作によりvoがDC/DCコンバータ6の入力に印加される。

0016

電圧監視回路7はDC/DCコンバータ6の入力電圧viを監視し、起動、停止条件にもとづきDC/DCコンバータ6に起動制御信号S1を送出する。電圧立ち上がり検出回路8は同様にDC/DCコンバータ6の入力電圧viを監視して電圧監視回路7に立ち上がり検出信号S2を送出する。この立ち上がり検出信号S2によって電圧監視回路7はDC/DCコンバータ6に起動信号S1を送出する。

0017

次に、本発明の実施の形態に係る無停電電源装置の動作について、図4及び図5を参照して詳細に説明する。図4バッテリバックアップ中→過放電防止状態→商用電源運転中の動作を示す。バッテリバックアップ動作中、DC/DCコンバータ6の入力にはバッテリ電圧vbが印加されている。放電によりバッテリ4の電圧が低下して、電圧監視回路7の停止電圧VL以下にバッテリ電圧が低下すると、電圧監視回路7の出力信号S1が起動信号から停止信号にかわり、DC/DCコンバータ6の動作が停止して過放電防止状態となる。

0018

放電停止によってバッテリ電圧がVLよりも上昇しても、ヒステリシスによって起動電圧VHよりも低いため、電圧監視回路7から起動信号が出力されることはなく、DC/DCコンバータ6の起動→停止の繰り返し誤動作は発生しない。また、この間、電圧立ち上がり検出回路8の出力は非検出状態を継続している。

0019

次に、図5(1)に過放電状態→満充電バッテリへの交換時の動作を示す。過放電防止動作までは図4と同様である。その後、バッテリ4の取り外しによって、一旦、DC/DCコンバータ6の入力電圧が0Vに低下後、バッテリ4の接続による入力電圧viの立ち上がりを検出すると、電圧立ち上がり検出回路8は検出信号S2を送出するため、バッテリ電圧vbが起動電圧VHよりも低いにも関わらず電圧監視回路7は起動信号を送出し、DC/DCコンバータ6は動作を開始する。満充電バッテリ電圧vbは放電を開始しても停止電圧VLよりも高いため、そのままバッテリバックアップ動作を継続する。

0020

次に図5(2)に過放電状態→放電済みバッテリへの交換時の動作を示す。バッテリ交換接続までは図5(1)と同様であるが。その後、電圧監視回路7からの起動信号S2でDC/DCコンバータ6が動作を開始すると、放電によってバッテリ電圧vbが直ちに停止電圧VL以下となり、電圧監視回路7から今度は停止信号S2が送出されDC/DCコンバータ6が停止する。その後、再びバッテリ電圧vbが上昇するが、起動電圧VHよりも低いため、過放電防止状態が継続される。

0021

図2は電圧監視回路7及び電圧立ち上がり検出回路8の具体例を示す回路図である。電圧立ち上がり検出回路8は、分圧抵抗81、82、コンデンサ83、ワンショットマルチバイブレータ84で構成される。

0022

DC/DCコンバータの入力電圧viは分圧抵抗82、83で分圧されてワンショットマルチバイブレータ84に入力される。コンデンサ83は分圧抵抗81の両端に接続される。ワンショットマルチバイブレータ84の出力は電圧監視回路7に出力される。

0023

また、電圧監視回路7は、分圧抵抗71、72、帰還抵抗73、コンパレータ74、基準電源75、トランジスタ76で構成される。DC/DCコンバータの入力電圧viは分圧抵抗71、72で分圧されてコンパレータ74の入力に印加される。トランジスタ76のコレクタエミッタは分圧抵抗71の両端に接続されており、ベースには電圧立ち上がり検出回路8の出力が接続される。

0024

基準電源75はコンパレータ74に入力され、帰還抵抗73はコンパレータ74の入力と出力に接続され、コンパレータ74の起動制御信号S1はDC/DCコンバータ6に出力される。

0025

次に、この回路図を参照し、その動作について説明する。バッテリ4の交換時にDC/DCコンバータ6の入力電圧viが0Vから急峻に立ち上がると、コンデンサ83が抵抗81の両端を過渡的に短絡することによりワンショットマルチバイブレータ84の入力電圧が見かけ上高く検出されるため、ワンショットマルチバイブレータ84の出力から電圧立ち上がり検出信号S2が一定時間だけ出力される。

0026

この電圧立ち上がり検出信号S2が入力されると、電圧監視回路7のトランジスタ76のベース電圧上昇によりトランジスタ76がオンとなり、分圧抵抗71の両端が短絡される。これによりコンパレータ74の入力電圧が見かけ上高く検出されるため、コンパレータ74からの起動制御信号S1は起動信号となり、DC/DCコンバータ6が動作を開始する。これらの動作については、図4について説明した動作と同等である。

0027

バッテリ4の過放電防止動作時には、コンデンサ83が充電された状態からの電圧上昇であるため、抵抗81が過渡的に短絡されることがなく、従ってマルチバイブレータ84からS2が出力されることはない。

0028

また、分圧抵抗81、82を高い動作電圧に設定することにより、マルチバイブレータ84の動作は急峻なviの変化のみを検出し、通常のviではS2が出力されることがないような設定が実現できる。

0029

本発明の他の実施形態として、電圧立ち上がり検出回路8の機能を包含した電圧監視回路7’という一つの回路形態で実現する手段を講じることが可能である。この場合の例を図3に示す。

0030

電圧監視回路7’の入力回路において、分圧抵抗71の両端にコンデンサ77を接続することにより、DC/DCコンバータ6の入力電圧viの急峻な立ち上がりによってコンパレータ74からの起動制御信号S1を起動信号とすることができる。この構成により、電圧立ち上がり検出回路8を設けることなくほぼ同等の機能を実現することができる。この場合の動作については、上述の動作説明から容易に類推できるため、詳細な動作の説明は省略する。

発明の効果

0031

以上説明したとおり、本発明では電圧立ち上がり検出回路でDC/DCコンバータの入力電圧の急峻な立ち上がりを検出することにより、起動スイッチの操作を行うことなく、バッテリの交換のみでバックアップ動作が開始でき、バッテリ交換時の操作性を改善することができる。

図面の簡単な説明

0032

図1本発明の実施の形態に係る無停電電源装置のブロック図である。
図2本発明の実施の形態に係る電圧監視回路及び電圧立ち上がり検出回路の具体例を示す回路図である。
図3本発明の他の実施の形態に係る図2同様の回路図である。
図4本発明の実施の形態に係る商用電源復旧時の起動動作を示すタイムチャートである。
図5本発明の実施の形態に係るバッテリ交換時の起動動作を示すタイムチャートである。
図6従来の無停電電源装置のブロック図である。

--

0033

1 AC/DCコンバータ
2、5ダイオード(切替手段)
3充電器
4バッテリ
6 DC/DCコンバータ(電圧安定化回路)
7、7′電圧監視回路
8電圧立ち上がり検出回路
S1起動制御信号
S2立ち上り検出信号
71、72分圧抵抗
73帰還抵抗
74コンパレータ
75基準電源
76トランジスタ
81、82 分圧抵抗
83コンデンサ
84 ワンショットマルチバイブレータ

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