(57)【要約】  【課題】２次電池と電気２重層キャパシタとを用途に応じて交換し使用可能にした。  【解決手段】交流電源ＡＣは、フィルタ回路ＦＩを介して全波整流回路Ｄ１で交流を直流に変換し、その直流電圧（ＤＣ）をコイルＬ２、トランジスタＱ１とダイオードＤ２からなるアクティブフィルタ回路、電解コンデンサＣ８により平滑する。平滑した後のＤＣは、ダイオードＤ３、トランスＴ１の主巻線Ｎｓ１、トランジスタＱ２、コンデンサＣ８で構成するスイッチング電源の主回路と、電気２重層キャパシタＳＣ１を含むトランジスタＱ３〜Ｑ５、コイルＬ３、ダイオードＤ４・Ｄ５、トランスＴ１の補助巻線Ｎｓ３等で構成する停電補償回路に供給される。トランスＴ１の出力巻線Ｎｓ２には整流回路ＲＥＣが接続され、その整流回路ＲＥＣのＤＣ電圧は電圧検出・フィードバック回路ＤＦＢ、フォトカプラＰＨＣを介してＰＷＭ制御・駆動回路ＰＷＤに供給される。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主巻線、補助巻線及び出力巻線を有し、各巻線間が各々絶縁されたトランスと、
交流電源に入力側が接続され、出力側に整流平滑出力を得る直流回路と、
前記主巻線に接続され、前記直流回路の出力をスイッチングしてトランスの主巻線に供給する第１スイッチング素子と、
前記直流回路の充電電流により充電される充電素子と、
前記交流電源の停電時に前記充電素子からの蓄電出力をスイッチングしてトランスの補助巻線に供給する第２スイッチング素子と、
前記出力巻線に接続され、負荷に直流電源を供給する整流出力回路と、
この整流出力回路の出力電圧に応じて、前記第１、第２スイッチング素子を制御する出力を得るＰＷＭ制御・駆動回路とからなることを
特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
前記直流回路と前記充電素子との充電電流路に介挿された一対のスイッチング素子を有し、前記充電素子が電気２重層キャパシタか、２次電池かをバックパップ電源制御回路で判断してどちらか一方のスッチング素子を選択することを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コンピュータ装置等に接続されて瞬時停電時等にバックアップ電源として機能する無停電電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ装置は、ＯＳを含むソフトウェアやメモリの大容量化に伴い、システム停止時にシャットダウン処理が必要となる装置が増加して来ている。この場合、通常のシステム停止処理では問題とはならないが、不意の停電が発生した場合、大切なデータを損なうばかりでなく、再起動ができなくなる畏れがある。
【０００３】
このような問題を解決するため、ＵＰＳ等、無停電電源装置をコンピュータ装置に接続して使用するのが一般的に行われている。また、コンピュータ装置内部に無停電電源（ＵＰＳ）機能を有するスイッチング電源を搭載するコンピュータ装置も存在する。このように、コンピュータ装置内部に無停電電源機能を有するスイッチング電源の場合には、通常は、鉛シール電池等のバッテリを用いて、ＤＣ−ＤＣ変換回路によりＤＣ５Ｖ・ＤＣ＋１２Ｖ等、出力電圧を生成するのが一般的である。
【特許文献１】特開平１１−１４６６３９号公報
【特許文献２】特開２００２−１９９７２４号公報
【特許文献３】特開２００４−２８２８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コンピュータ装置を無停電電源装置に接続して使用する場合、無停電電源装置が常時インバータ方式では、ＡＣから一旦ＤＣ電圧に変換し、バッテリと付け合わせた後、再度ＡＣに変換して、コンピュータ装置にＡＣ電源を供給する構成を用いている。そして、コンピュータ装置のＡＣ電源は、ＡＣ−ＤＣ変換回路により各種ＤＣ出力に変換されてコンピュータ装置側に供給されている。
【０００５】
上記の場合、電圧変換が、ＡＣ→ＤＣ→ＡＣ→ＤＣと３回行われるため、非常に効率が悪く、また、無停電電源装置をコンピュータ装置の外部に設置する必要があるため、システム全体が大型化してしまう問題がある。
【０００６】
このため、コンピュータ装置内部に無停電電源機能を有したスイッチング電源を搭載すると、システム全体を比較的小型化できる利点を持っている。しかし、鉛シール電池や小型２次電池など温度や環境に影響を受けるデバイスをコンピュータ装置内に実装することになり、コンピュータ装置の温度や寿命などが電池によって左右されることになる。従って、このようなコンピュータ装置に無停電電源を搭載したシステムでは、電池の交換などを含めたメンテナンス性も十分考慮しなければならなくなってくる。
【０００７】
その場合、最近開発が進んでいる電気２重層コンデンサなど高エネルギー密度の高い素材を用いた電気２重層キャパシタが開発されてきているので、電気２重層キャパシタを無停電電源装置に使用することが考えられる。しかし、電気２重層キャパシタの大容量化に伴う電源起動時の電圧立ち上がり対策及び高電圧での使用が問題となってくる。また、電池に比べると蓄電能力に限りがあり、両方を併せ持つ無停電電源装置は、現在のところ存在しないのが現状である。
【０００８】
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、２次電池と、高エネルギー密度の高い素材を使用した電気２重層キャパシタとを用途に応じて交換し使用可能にしたバックアップ電源回路を構成できるようにした無停電電源装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、上記の課題を達成するために、第１発明は、主巻線、補助巻線及び出力巻線を有し、各巻線間が各々絶縁されたトランスと、交流電源に入力側が接続され、出力側に整流平滑出力を得る直流回路と、前記主巻線に接続され、前記直流回路の出力をスイッチングしてトランスの主巻線に供給する第１スイッチング素子と、前記直流回路の充電電流により充電される充電素子と、前記交流電源の停電時に前記充電素子からの蓄電出力をスイッチングしてトランスの補助巻線に供給する第２スイッチング素子と、前記出力巻線に接続され、負荷に直流電源を供給する整流出力回路と、この整流出力回路の出力電圧に応じて、前記第１、第２スイッチング素子を制御する出力を得るＰＷＭ制御・駆動回路とからなることを特徴とするものである。
【００１０】
第２発明は、前記直流回路と前記充電素子との充電電流路に介挿された一対のスイッチング素子を有し、前記充電素子が電気２重層キャパシタか、２次電池かをバックパップ電源制御回路で判断してどちらか一方のスッチング素子を選択することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上述べたように、この発明によれば、バックアップ電源の手段として２次電池及び電気２重層キャパシタの両方をその都度、交換使用できるようにして、無停電電源装置の可用性の向上を図るとともに、その装置の小型化を図ってコストダウンできるようにした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態を示す電気２重層キャパシタを用いたコンデンサ方式及び２次電池等のバッテリ方式兼用の瞬停対策機能付き無停電電源装置の回路構成図で、図１において、図中斜線で囲んだ部分が、コンデンサ方式では電気２重層コンデンサ等に代表される電気２重層キャパシタで、バッテリ方式では２次電池などのバッテリに相当する。
【００１３】
図１において、電源１次側の交流電源ＡＣは、ヒューズＦＵとコイルＬ１，コンデンサＣ１〜Ｃ４からなるフィルタ回路ＦＩを介して全波整流回路Ｄ１で交流を直流に変換し、その直流電圧をコイルＬ２、トランジスタＱ１とダイオードＤ２からなるアクティブフィルタ回路、電解コンデンサＣ８により平滑する。
【００１４】
平滑した後の直流電圧は、ダイオードＤ３、トランスＴ１の主巻線Ｎｓ１、第１スイッチング素子であるトランジスタＱ２、コンデンサＣ８で構成するスイッチング電源の主回路と、電気２重層キャパシタＳＣ１を含む第２スイッチング素子であるトランジスタＱ３、トランジスタＱ４・Ｑ５、コイルＬ３、ダイオードＤ４・Ｄ５、トランスＴ１の補助巻線Ｎｓ３等で構成する電気２重層キャパシタ付き停電補償スイッチング電源の補助回路に供給される。
【００１５】
なお、スイッチング電源の補助回路には、ダイオードＤ４〜Ｄ７と抵抗Ｒ１〜Ｒ３等が有機的に接続されている。また、前記トランスＴ１には、主巻線Ｎｓ１、出力巻線Ｎｓ２及び補助巻線Ｎｓ３を有し、これら巻線は、各々絶縁されてトランスＴ１に巻回されている。
【００１６】
トランスＴ１の出力巻線Ｎｓ２にはダイオードＤ８からなる整流回路ＲＥＣが接続され、その整流回路ＲＥＣの正側は、コイルＬ４を介して出力端子ＯＵＴ１に、その負側は出力端子ＯＵＴ２に接続される。Ｃ１０はコンデンサである。出力端子ＯＵＴ１，２間の電圧は、電圧検出・フィードバック回路ＤＦＢで検出されてフォトカプラＰＨＣを介してＰＷＭ制御・駆動回路ＰＷＤに供給される。なお、ＢＵＣはバックアップ電源制御回路、ＡＣＦはアクティブフィルタ制御回路である。
【００１７】
次に、上記実施の形態の動作を述べる。まず、予め図中の斜線部分には、電気２重層キャパシタＳＣ１か、２次電池かの充電素子のどちらが接続されたかを、バックアップ電源制御回路ＢＵＣに知らせる。電源が起動すると、交流電源ＡＣは全波整流回路Ｄ１、コイルＬ２、トランジスタＱ１、ダイオードＤ２からなるアクティブフィルタ回路を介して直流電圧（ＤＣ）約３８０Ｖの電圧がスイッチング電源の主回路側のコンデンサＣ８に印加される。
【００１８】
この電圧を基に主回路側よりトランジスタＱ２がＯＮ／ＯＦＦすることにより負荷側の出力端子ＯＵＴ１，２に出力電圧が供給される。このとき、停電補償回路側は、バックアップ電源制御回路ＢＵＣの設定に従い、電気２重層キャパシタ方式では、トランジスタＱ４、コイルＬ３、ダイオードＤ５，Ｄ６によってＤＣ約３８０Ｖから電気２重層キャパシタＳＣ１の使用電圧を考慮した低い電圧（約ＤＣ２４Ｖ等）に変換し、その電荷を電気２重層キャパシタＳＣ１に充電する。
【００１９】
また、この停電補償回路側のトランジスタＱ３は、主回路側と同一の電圧検出・フィードバック回路ＤＦＢからの信号で制御されるＰＷＭ制御・駆動回路ＰＷＤの駆動信号によりＯＮ／ＯＦＦを繰り返すが、ＡＣ電源がアクティブの間は、トランスＴ１の巻線比により、トランスＴ１の出力側（２次側）には絶えず主回路側の電圧の方が高くなるように設定されているため、停電補償回路側からは負荷側への出力供給はない（ダイオードＤ４が逆極性）。
【００２０】
なお、電気２重層キャパシタ方式の場合は、トランジスタＱ５はＯＦＦのままであるが、２次電池を使用する場合は、トランジスタＱ５がＯＮし、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ７により、使用の２次電池に応じたトリクル充電、間欠充電、急速充電など電流制御により２次電池に充電が行われる。そして、この場合には、トランジスタＱ４はＯＦＦのままである。
【００２１】
その後、停電が発生すると、主回路側のコンデンサＣ８に蓄えられていた電荷によって、暫くは主回路側より出力を供給しているが、徐々にコンデンサＣ８の電圧が低下してくる。そして、この電圧の低下により、やがては停電補償回路側の供給電圧の方が高くなると、ダイオードＤ４がＯＮする。すると、電気２重層キャパシタＳＣ１に蓄電した電荷により一定時間負荷側（出力端子ＯＵＴ１，２）に出力電圧を供給することができる。
【００２２】
また、電気２重層キャパシタＳＣ１によるバックアップ動作中にＡＣが復電した場合は、起動時と同様主回路側の方の電圧が高くなるので、自動的に主回路からの出力電圧供給に切り替わる。
【００２３】
上記実施の形態において、電気２重層キャパシタＳＣ１に代えて２次電池を使用しても同様な動作を行うので、その詳細な説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態を示す構成図。
【符号の説明】
【００２５】
Ｃ８…コンデンサ
Ｄ１…全波整流回路
Ｄ２〜Ｄ８…ダイオード
Ｌ１〜Ｌ４…コイル
Ｑ１〜Ｑ５…トランジスタ
Ｔ１…トランス
Ｎｓ１…主巻線
Ｎｓ２…補助巻線
Ｎｓ３…出力巻線
ＳＣ１…電気２重層キャパシタ
ＤＦＢ…電圧検出・フィードバック回路
ＰＷＤ…ＰＷＭ制御・駆動回路
ＢＵＣ…バックアップ電源制御回路
ＡＣＦ…アクティブフィルタ制御回路
ＲＥＣ…整流回路
【図１】
2008172937.tif 000003