(57)【要約】【課題】少ないキャパシタでも負荷を駆動可能な非常用電源装置を提供することを目的とする。【解決手段】キャパシタ１を削減するとともに、出力電圧が既定の経時的な出力電圧特性となるように、または、出力電圧がキャパシタ電圧検出回路の出力特性に対応した電圧となるように、または、出力電圧がキャパシタ電流検出回路の出力とキャパシタから電流を出力した経過時間から求めたキャパシタの電流時間積に対応した電圧となるように、昇圧回路９をフィードバック制御するものであり、少ないキャパシタ１で長時間の電力供給が得られるようになるため、キャパシタ１の数量を削減できる。【選択図】図１
2007060822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と負荷の間に接続された非常用電源装置において、
前記直流電源の電力を充電するキャパシタと、
前記キャパシタへの充電を制御する充電制御回路と、
前記キャパシタに接続された昇圧回路と、
前記昇圧回路に接続された、前記直流電源または前記キャパシタの出力電圧検出回路と、
回路全体を制御する制御部からなり、
前記出力電圧検出回路に前記負荷が接続されるとともに、
前記制御部は、前記キャパシタの電力を出力する際に、前記出力電圧検出回路の出力電圧が既定の経時的な出力電圧特性となるように前記昇圧回路をフィードバック制御する非常用電源装置。
【請求項２】
直流電源と負荷の間に接続された非常用電源装置において、
前記直流電源の電力を充電するキャパシタと、
前記キャパシタへの充電を制御する充電制御回路と、
前記キャパシタの電圧を検出するキャパシタ電圧検出回路と、
前記キャパシタ電圧検出回路に接続された昇圧回路と、
前記昇圧回路に接続された、前記直流電源または前記キャパシタの出力電圧検出回路と、
回路全体を制御する制御部からなり、
前記出力電圧検出回路に前記負荷が接続されるとともに、
前記制御部は、前記キャパシタの電力を出力する際に、前記出力電圧検出回路の出力電圧が前記キャパシタ電圧検出回路の出力特性に対応した電圧となるように前記昇圧回路をフィードバック制御する非常用電源装置。
【請求項３】
直流電源と負荷の間に接続された非常用電源装置において、
前記直流電源の電力を充電するキャパシタと、
前記キャパシタへの充電を制御する充電制御回路と、
前記キャパシタに接続された昇圧回路と、
前記昇圧回路に接続された、前記直流電源または前記キャパシタの出力電圧検出回路と、
前記キャパシタの電力出力経路に設けたキャパシタ電流検出回路と、
回路全体を制御する制御部からなり、
前記出力電圧検出回路に前記負荷が接続されるとともに、
前記制御部は、前記キャパシタの電力を出力する際に、前記出力電圧検出回路の出力電圧が、前記キャパシタ電流検出回路の出力と前記キャパシタから電流を出力した経過時間から求めた前記キャパシタの電流時間積に対応した電圧となるように前記昇圧回路をフィードバック制御する非常用電源装置。
【請求項４】
温度センサを設け、温度出力により昇圧回路の出力電圧を調整する請求項１から３のいずれかに記載の非常用電源装置。
【請求項５】
制御部の駆動電源をキャパシタの出力または昇圧回路の出力のいずれかから得る請求項１から３のいずれかに記載の非常用電源装置。
【請求項６】
キャパシタと昇圧回路の間に外部から制御可能なスイッチを設け、出力電圧検出回路で検出された直流電源の電圧が正常であれば前記スイッチを切るように制御部が制御する請求項１から３のいずれかに記載の非常用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直流電源を利用した電子機器の非常用電源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッドカーや電気自動車の開発が急速に進められており、それに伴い車両の制動についても、従来の機械的な油圧制御から電気的な油圧制御への各種の提案がなされてきている。
【０００３】
一般に車両の油圧制御を電気的に行うためには、電源としてバッテリが用いられるが、その場合バッテリだけでは何らかの原因で電力の供給が断たれると油圧制御ができなくなり、車両の制動が不可能になる可能性がある。
【０００４】
そこで、バッテリとは別に非常用補助電源として大容量キャパシタ等を搭載することにより非常時の対応ができるような提案がなされている。
【０００５】
また、特にパーソナルコンピュータの普及により、停電時のデータ消失を防止するための非常用電源に対する需要も高まってきており、例えば大容量キャパシタ等に電力を蓄えておき、万一の停電時には前記大容量キャパシタ等からの電力を瞬時にパーソナルコンピュータに供給する非常用電源装置も提案されている。
【０００６】
なお、この出願に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００４−３２２９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような非常用電源装置の一例として、以下、車両制動用の非常用電源装置について説明する。
【０００８】
図７は前記非常用電源装置の回路部分の簡単なブロック図を示す。
【０００９】
キャパシタ１は電気二重層コンデンサを６個直列に接続してある。キャパシタ１の１個当たりの定格電圧は２Ｖなので、６個直列とすることにより充電後に車両用電源として必要な１２Ｖが得られるようになっている。
【００１０】
キャパシタ１には直流電源としてのバッテリ２の電力を充電するための充電制御回路３が接続されている。また、キャパシタ１にはその電力出力をオンオフするための外部から制御可能なスイッチ４も接続されている。
【００１１】
スイッチ４にはダイオード５ａを介して出力電圧検出回路６が接続され、さらに車両制動制御を行う負荷７に接続されている。
【００１２】
充電制御回路３、スイッチ４、出力電圧検出回路６には制御部としてのマイクロコンピュータ８が接続されている。
【００１３】
このようにして非常用電源装置１００はバッテリ２と負荷７の間に接続されている。
【００１４】
また、バッテリ２と負荷７の間には非常用電源装置１００と並列にダイオード５ｂが接続されている。
【００１５】
次に動作について説明する。
【００１６】
車両のイグニションをオンにすると、マイクロコンピュータ８は充電制御回路３を介してバッテリ２の電力をキャパシタ１に充電する。同時にバッテリ２からはダイオード５ｂを介して負荷７に電力を供給する。これにより電気的な油圧制御による車両制動が可能となる。
【００１７】
ここで、万一バッテリ２の電圧が負荷７を駆動するのに必要な最低電圧Ｖｍｉｎを下回れば、その事実を出力電圧検出回路６が検出しマイクロコンピュータ８に伝達する。
【００１８】
マイクロコンピュータ８は直ちにスイッチ４をオンにしてキャパシタ１の電力を負荷７に供給する。これにより、車両制動が可能となり、安全に車両を停車できる。
【００１９】
この時の出力電圧と負荷電流の経時的特性を図８に示す。図８において横軸は時間、縦軸は図８（ａ）が電圧、図８（ｂ）が負荷電流をそれぞれ示す。
【００２０】
車両を制動する際に、例えば負荷７は図８（ｂ）に示したような定電流パターンの負荷電流（ある定電流を２回流す）を必要としたとする。
【００２１】
この際、出力電圧検出回路６で検出されるキャパシタ１の出力電圧は図８（ａ）に示すようになる。すなわち、時間ｔ０で負荷電流を流すとそれに応じてキャパシタ１の出力電圧は下がり、負荷電流を中断するとその時の電圧を維持する。
【００２２】
このようにして２回の負荷電流を流した後（時間ｔ２）のキャパシタ電圧は図８（ａ）より負荷７の最低駆動電圧Ｖｍｉｎ（図中に細線で示した）を上回っているため、負荷７は正常に動作することができるのである。
【００２３】
従って、正常に動作させるためには負荷７が必要とする負荷電流を流した後でもキャパシタ電圧はＶｍｉｎを上回っていなければならない。そのため、従来はＶｍｉｎ以上の電圧を維持するために、多数（６個）のキャパシタ１を必要としていた。
【００２４】
これに対し、少ないキャパシタ１で昇圧回路を併用することによって必要な電圧を確保する構成が考えられる。そのブロック回路図の一例を図９に示す。ここで、図７と同一構成のものは同一番号を付し、違いのみを説明する。
【００２５】
図９において、図７との違いはキャパシタ１を４個とし、キャパシタ電圧の低下を補うためにダイオード５ａの部分に昇圧回路９を設けたことである。なお、昇圧回路９の内部には後述する実施の形態で述べるようにダイオード５ａを含むため、図９では省略している。
【００２６】
図９の非常用電源装置を動作させたときの出力電圧と負荷電流の経時的特性を図１０（ａ）、（ｂ）に示す。図１０の各軸の意味は図８と同じである。
【００２７】
図１０（ｂ）において時間ｔ０で負荷７へ負荷電流を流すと、それに応じて図１０（ａ）の点線で示したようにキャパシタ電圧は下がっていく。しかし、昇圧回路９で一定電圧に昇圧されているので、負荷７には一定の出力電圧（実線）が印加され続ける。
【００２８】
このように動作させ続けると、実線で示した出力電圧はＶｍｉｎより高い電圧で安定しているので、Ｖｍｉｎを下回ることはない。
【００２９】
しかし、定電流で駆動する負荷７にとって印加されている電圧は必要以上に高いので、その分の電力は昇圧回路９や負荷７で熱として損失してしまう。
【００３０】
その結果、キャパシタ電圧は図１０（ａ）の点線で示すように急峻に下がり続け、ついに時間ｔ１で昇圧回路９を駆動できなくなる電圧Ｖｌｉｍに至る。この時点で昇圧回路９は停止し、出力電圧も負荷電流も得られなくなる。
【００３１】
そのため、本来、図８（ｂ）に示したように時間ｔ２まで２回の負荷電流を流さなければならないのに、時間ｔ１で負荷７に電流を供給できなくなり、単にキャパシタ１を削減して、その分の電圧降下を昇圧回路９で昇圧して必要電圧を得るだけの構成では車両制動を十分に行えないという課題があった。
【００３２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、少ないキャパシタでも負荷を駆動可能な非常用電源装置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】
【００３３】
前記従来の課題を解決するために、本発明の非常用電源装置はキャパシタを削減するとともに、出力電圧が既定の経時的な出力電圧特性となるように、または、出力電圧がキャパシタ電圧検出回路の出力特性に対応した電圧となるように、または、出力電圧がキャパシタ電流検出回路の出力とキャパシタから電流を出力した経過時間から求めたキャパシタの電流時間積に対応した電圧となるように、昇圧回路をフィードバック制御するものである。
【００３４】
本構成によって必要な電力のみが得られるように昇圧できるので熱損失が低減でき、その分、長く電力供給が可能となる。その結果、前記目的を達成することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の非常用電源装置によれば、少ないキャパシタで長時間の電力供給が得られるようになるため、キャパシタの数量を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。なお、ここでも例として車両制動用の非常用電源装置について説明する。
【００３７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における非常用電源装置のブロック回路図である。図２は本発明の実施の形態１における非常用電源装置の第１の経時的な出力特性図で、（ａ）は電圧特性図、（ｂ）は負荷電流特性図である。図３は本発明の実施の形態１における非常用電源装置の第２の経時的な出力特性図で、（ａ）は電圧特性図、（ｂ）は負荷電流特性図である。
【００３８】
なお、図１において、従来例の図７、図９と同じ構成要素については同じ符号を用いて説明する。
【００３９】
図１において、複数のキャパシタ１（本実施の形態１では４個直列とし、従来より約３割削減した）は定格電圧２Ｖの電気二重層コンデンサからなり、直流電源としてのバッテリ２の電力を充電する。この際、両者の間に接続された充電制御回路３によってキャパシタ１への充電が制御される。
【００４０】
キャパシタ１にはさらにスイッチ４が接続されている。このスイッチ４は外部からオンオフ制御可能な構造となっている。
【００４１】
スイッチ４の他方には昇圧回路９の入力側端子９ａに接続されている。
【００４２】
昇圧回路９は２個のコンデンサ１０、インダクタ１１、ダイオード５ａ、および昇圧回路スイッチ１２から構成され、図１の点線内部に示したように配線されている。
【００４３】
なお、昇圧回路スイッチ１２はスイッチ４と同様に外部からオンオフ制御可能な構造となっている。
【００４４】
また、ダイオード５ａは外部からオンオフ制御可能な構造のスイッチに置き換えてもよい。
【００４５】
昇圧回路９の出力側端子９ｂには出力電圧検出回路６が接続されている。この出力電圧検出回路６はダイオード５ａ、５ｂ（後述）により、バッテリ２の電圧またはキャパシタ１の昇圧回路９で昇圧された後の電圧のいずれか高い方の電圧を検出する。
【００４６】
出力電圧検出回路６には車両制動制御を行う負荷７が接続されている。
【００４７】
また、キャパシタ１の近傍にはサーミスタからなる温度センサ１３が配されている。
【００４８】
このようにして非常用電源装置１００はバッテリ２と負荷７の間に接続されている。
【００４９】
この非常用電源装置１００と並列に、通常の配線経路としてバッテリ２と負荷７が接続されているが、両者の間にはダイオード５ｂが接続されている。これは万一バッテリ２の電圧が下がり、キャパシタ１の電圧が出力された時にキャパシタ１からバッテリ２へ電流が流れないようにするためである。
【００５０】
なお、ダイオード５ｂはリレーなどのスイッチでもよい。この場合はリレーのコイルをバッテリ２に接続しておけば、万一バッテリ２の電圧が下がるとコイルが動作しなくなりリレーのスイッチが切れるので、ダイオード５ｂと同じ役割を果たすことができる。
【００５１】
充電制御回路３、スイッチ４、出力電圧検出回路６、昇圧回路スイッチ１２、温度センサ１３はいずれも制御部としてのマイクロコンピュータ８が接続されており、これにより回路全体を制御している。
【００５２】
マイクロコンピュータ８および温度センサ１３の駆動電源Ｖｃｃはキャパシタ１の出力、または昇圧回路９の出力のいずれかから得るように配線されている。
【００５３】
具体的には、両方の配線にそれぞれダイオード５ｃ、５ｄが接続されているので、いずれか高い方の電圧が電源レギュレータ５ｅに入力される。これにより、電源レギュレータ５ｅは定電圧Ｖｃｃをマイクロコンピュータ８と温度センサ１３に供給している。
【００５４】
このように構成することで、バッテリ２からの電源供給がなくなってもマイクロコンピュータ８や温度センサ１３を正常に駆動させることができる。
【００５５】
なお、電源レギュレータ５ｅに入力される電圧をキャパシタ１の出力、または昇圧回路９の出力のいずれかとしたので、キャパシタ１の電圧が負荷７で電力消費されることにより電源レギュレータ５ｅの入力に必要な電圧より下がってしまった場合に、昇圧回路９の出力を電源レギュレータ５ｅに入力することでマイクロコンピュータ８や温度センサ１３を駆動させ続けられる。
【００５６】
次に図１の非常用電源装置の動作について説明する。
【００５７】
車両のイグニションをオンにすると、マイクロコンピュータ８は充電制御回路３を介してバッテリ２の電力をキャパシタ１に充電する。同時にバッテリ２からはダイオード５ｂを介して負荷７に電力を供給する。これにより正常時の電気的な油圧制御による車両制動が可能となる。
【００５８】
この際、出力電圧検出回路６で検出された直流電源の電圧は正常なのでマイクロコンピュータ８はスイッチ４を切るように制御している。その結果、昇圧回路９は非作動となり、待機電力をカットすることができる。
【００５９】
ここで、万一バッテリ２の電圧が負荷７を駆動するのに必要な最低電圧Ｖｍｉｎを下回れば、その事実を出力電圧検出回路６が検出しマイクロコンピュータ８に伝達する。
【００６０】
マイクロコンピュータ８は直ちにスイッチ４をオンにするとともに昇圧回路スイッチ１２を制御して昇圧回路９を駆動する。その結果、１個当たりの定格電圧２Ｖのキャパシタ１が４個直列に接続されているのでキャパシタ１の出力電圧は８Ｖにしかならないが、昇圧回路９により１２Ｖに昇圧している。
【００６１】
このキャパシタ１の電力を負荷７に供給することで、車両制動が可能となり、安全に車両を停車できる。
【００６２】
この時の出力電圧と負荷電流の経時的特性を図２に示す。図２において横軸は時間、縦軸は図２（ａ）が電圧、図２（ｂ）が負荷電流をそれぞれ示す。
【００６３】
ここで、車両を制動する際に必ず同一の定電流パターンの負荷電流（例えば図２（ｂ）に示したようなある定電流を２回流す）を流す場合を考える。
【００６４】
キャパシタ１の出力を昇圧して負荷７に供給する電圧Ｖは、
Ｖ＝ａ・（Ｖ０−Ｉ・ｔ／Ｃ）                                （１）
で表される。ここで、ａは昇圧比、Ｖ０はキャパシタ１の初期電圧、Ｉは電流、ｔは電流Ｉを流した時間、Ｃはキャパシタ１の容量である。
【００６５】
今、図２（ｂ）に示すように定電流を負荷７に流すのでＩは一定、キャパシタ１の容量Ｃおよび初期電圧Ｖ０も一定であるので、Ｖはａとｔの関数として表される。
【００６６】
従って、図２（ｂ）の定負荷電流Ｉの経時的なパターンに対して、理想的に昇圧比ａが一定であると仮定した時の出力電圧Ｖはｔのみの関数としてあらかじめ求めることができる。
【００６７】
その例を図２（ａ）の実線で示す。なお、点線はキャパシタ１の出力電圧である。ａを一定としたので、出力電圧はキャパシタ電圧をａ倍増幅した形になる。この時、時間ｔ２であっても出力電圧ＶがＶｍｉｎ（図中に細線で示した）を上回るようにａを設定したので、負荷７は正常に動作することができる。
【００６８】
このようにして得られた理想的な出力電圧Ｖの経時変化はあらかじめマイクロコンピュータ８に内蔵したＲＯＭに記憶しておく。
【００６９】
なお、（１）式および図２の実線に示したように、出力電圧Ｖは時間とともに下がるか一定になるしかなく、上昇することはない。これは、非常用電源装置１００がキャパシタ１に蓄えた電力を出力するか止めるかの２通りの制御しかできないからである。
【００７０】
今、バッテリ２の電圧がＶｍｉｎを下回り、キャパシタ１の電力を負荷７に供給しているが、その時の昇圧回路９の出力電圧が図２（ａ）の実線になるようにマイクロコンピュータ８は昇圧回路９を制御している。
【００７１】
具体的には、まずマイクロコンピュータ８は昇圧回路９の出力電圧Ｖｍを出力電圧検出回路６により取り込む。さらに、スイッチ４をオンにすると同時にスタートしたタイマーの値から現在の理想的な出力電圧ＶをＲＯＭより求める。
【００７２】
次にＶｍとＶを比較し、ＶｍがＶになるように昇圧回路スイッチ１２をフィードバック制御する。これにより昇圧比ａ等の変動因子を補正できるので、より正確な出力電圧を得ることができる。
【００７３】
このように、時間ｔ２まで出力電圧検出回路６の出力電圧Ｖｍが既定の経時的な出力電圧特性Ｖとなるように昇圧回路９をフィードバック制御することで、少ないキャパシタ１でも蓄えられた電力を有効に使用できるので、キャパシタ１の削減が可能となる。
【００７４】
なお、負荷７への出力電圧を図２（ａ）に示すように経時的に変化させるのではなく、図３（ａ）に示すように段階的に下げて定電圧を出力するようにしてもよい。この場合、図３（ｂ）に示すように負荷電流のパターンが図２（ｂ）と同じ場合、負荷電流が流れ出す時間になれば出力電圧を下げるように昇圧回路スイッチ１２を制御すればよい。
【００７５】
これにより、図２（ａ）のような出力電圧特性を全てＲＯＭに記憶する必要がなく、負荷電流が流れ出す時間における出力電圧のみを記憶すればよいので、マイクロコンピュータ８の制御が極めて簡素化される。
【００７６】
また、本実施の形態１ではキャパシタ１の近傍に温度センサ１３を設けている。これにより、出力電圧が負荷７に至るまでに温度により変動しても、あらかじめ求めた温度変動データを基にして、温度センサ１３の出力から昇圧回路スイッチ１２を調整することにより、温度特性を低減した出力電圧を得ることが可能となる。
【００７７】
なお、温度センサ１３は非常用電源装置１００の内部であればどこに設置しても構わない。
【００７８】
以上の構成、動作により、必要な電力のみが得られるように昇圧できるので熱損失が低減でき、その分、長く電力供給が可能となるため、従来より少ないキャパシタで負荷を十分駆動することのできる非常用電源装置を得ることができた。
【００７９】
特に本実施の形態１では負荷が必要とする電圧特性が経時的に決まっている用途の場合、時間管理だけの極めてシンプルな動作でキャパシタの削減を実現できた。
【００８０】
なお、本実施の形態１で用いた昇圧回路９はチャージポンプ方式などの他の回路でもよい。
【００８１】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２における非常用電源装置のブロック回路図である。図５は本発明の実施の形態２における非常用電源装置の出力特性図で、（ａ）は電圧特性図、（ｂ）は負荷電流特性図である。
【００８２】
なお、図４において、実施の形態１と同じ構成要素については同じ符号を用いて説明を省略する。
【００８３】
本実施の形態２の特徴となる部分は、図４においてキャパシタ１の電圧を検出するためのキャパシタ電圧検出回路１４を設けた点である。この際、より正確にキャパシタ１の電圧を検出するために、キャパシタ電圧検出回路１４はできるだけキャパシタ１の近傍に設けた。
【００８４】
このような構成の非常用電源装置の動作について実施の形態１と異なる部分を説明する。
【００８５】
今、バッテリ２の電圧がＶｍｉｎを下回り、キャパシタ１から電力を負荷７に供給する状況にあるとする。
【００８６】
この時の出力電圧と負荷電流の経時的特性を図５に示す。図５における各軸の意味は図２と同じである。
【００８７】
ここで、負荷７が必要とする定電流パターンは図５（ｂ）に示すように実施の形態１と同じであるとする。
【００８８】
キャパシタ１の出力を昇圧して負荷７に供給する電圧Ｖは実施の形態１で説明したように（１）式で表されるが、キャパシタ電圧Ｖｃは
Ｖｃ＝Ｖ０−Ｉ・ｔ／Ｃ                                      （２）
なので、（１）式に代入して、
Ｖ＝ａ・Ｖｃ                                                （３）
と簡単な式で表される。
【００８９】
この結果から、本実施の形態２ではマイクロコンピュータ８により以下のようにして出力電圧Ｖを制御して負荷７に出力している。
【００９０】
まず、キャパシタ電圧Ｖｃをキャパシタ電圧検出回路１４で検出する。
【００９１】
次に、（３）式よりＶｃをａ倍して、図５（ａ）の矢印で示したように目標とするＶを計算する。
【００９２】
この時の昇圧回路９の実際の出力電圧Ｖｍを出力電圧検出回路６で検出する。
【００９３】
次にＶｍとＶを比較し、ＶｍがＶになるように昇圧回路スイッチ１２をフィードバック制御する。これにより昇圧比ａ等の変動因子を補正できるので、実施の形態１と同様により正確な出力電圧を得ることができる。
【００９４】
このような制御を行う最大の特徴は実施の形態１のように負荷電流パターンが必ず一定である必要がないことである。すなわち、負荷電流の大きさや流す時間が任意に変わったとしても、キャパシタ電圧Ｖｃがその変化に追従するため、（３）式より出力電圧Ｖも負荷の変動に対応して得ることができる。
【００９５】
このように、出力電圧検出回路６の出力電圧Ｖｍがキャパシタ電圧検出回路１４の出力Ｖｃの特性に対応して求めた電圧Ｖとなるように昇圧回路９をフィードバック制御することにより少ないキャパシタ１でも任意の負荷変動に対応した非常用電源装置を得ることができる。
【００９６】
なお、本実施の形態２でも実施の形態１と同様に温度センサ１３を設けているので、出力電圧が負荷７に至るまでに温度により変動しても、昇圧回路スイッチ１２を調整することにより、温度特性を低減した出力電圧を得ることが可能となる。
【００９７】
以上の構成、動作により、必要な電力のみが得られるように昇圧できるので熱損失が低減でき、その分、長く電力供給が可能となるため、従来より少ないキャパシタで負荷を十分駆動することのできる非常用電源装置を得ることができた。
【００９８】
特に本実施の形態２ではキャパシタ電圧検出回路が必要になるものの、負荷電流が任意に変動しても、それに追従した出力電圧が得られるという効果を有しつつキャパシタの削減を実現できた。
【００９９】
（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３における非常用電源装置のブロック回路図である。
【０１００】
なお、図６において、実施の形態１と同じ構成要素については同じ符号を用いて説明を省略する。
【０１０１】
本実施の形態３の特徴となる部分は、図６においてキャパシタの電力出力経路、すなわち、キャパシタ１からスイッチ４、昇圧回路９、出力電圧検出回路６を通って負荷７に至る配線経路にキャパシタ電流検出回路１５を設けた点である。この際、キャパシタ電流検出回路１５は前記電力出力経路のどこに設けてもよい。
【０１０２】
このような構成の非常用電源装置の動作について実施の形態１、２と異なる部分を説明する。
【０１０３】
今、バッテリ２の電圧がＶｍｉｎを下回り、キャパシタ１から電力を負荷７に供給する状況にあるとする。
【０１０４】
この時の出力電圧と負荷電流の経時的特性は図５と同様である。
【０１０５】
ここで、負荷７が必要とする定電流パターンは図５（ｂ）に示すように実施の形態１と同じであるとする。
【０１０６】
キャパシタ１の出力電圧Ｖｃは実施の形態２で説明したように（２）式で表される。
【０１０７】
ここで、本実施の形態３ではキャパシタ電流検出回路１５で電流Ｉを求める事ができ、またその経時的変化はマイクロコンピュータ８内部で電流Ｉの大きさと流れている時間（経過時間）ｔを積算することで、（２）式のＩ・ｔ（電流時間積）を求めることができる。
【０１０８】
従って、キャパシタ初期電圧Ｖ０、キャパシタ容量Ｃは一定であるので、キャパシタ電流検出回路１５から求めたＩを基にマイクロコンピュータ８で求めた電流時間積Ｉ・ｔを（２）式に代入するとＶｃが計算できる。
【０１０９】
Ｖｃがわかれば（３）式より目標とする昇圧回路９の出力電圧Ｖを求めることができる。
【０１１０】
この結果から、本実施の形態３ではマイクロコンピュータ８により以下のようにして出力電圧Ｖを制御して負荷７に出力している。
【０１１１】
まず、電流Ｉをキャパシタ電流検出回路１５で検出する。
【０１１２】
同時に、電流Ｉが流れている時間ｔをマイクロコンピュータ８がカウントする。
【０１１３】
次に、電流時間積Ｉ・ｔを計算し、（２）式に代入してキャパシタ電圧Ｖｃを求める。
【０１１４】
次に、（３）式よりＶｃをａ倍して、目標とするＶを計算する。
【０１１５】
この時の昇圧回路９の実際の出力電圧Ｖｍを出力電圧検出回路６で検出する。
【０１１６】
次にＶｍとＶを比較し、ＶｍがＶになるように昇圧回路スイッチ１２をフィードバック制御する。これにより昇圧比ａ等の変動因子を補正できるので、実施の形態１、２と同様により正確な出力電圧を得ることができる。
【０１１７】
このような制御を行っても、実施の形態２と同様に負荷電流の大きさや流す時間が任意に変わった時に出力電圧Ｖを負荷の変動に対応して得ることができる。
【０１１８】
これは実施の形態２ではＶｃを直接求めていたが、本実施の形態３では電流時間積Ｉ・ｔでＶｃを計算している違いだけで、本質的な制御の考え方は同じだからである。
【０１１９】
本実施の形態３の最大の特長はキャパシタ電流検出回路１５を電力出力経路のどこに設けてもよいという点である。
【０１２０】
すなわち、実施の形態２のキャパシタ電圧検出回路１４は誤差をできるだけ低減するためにキャパシタ１の近傍に設ける必要があり、非常用電源装置の回路構成に制約がある。
【０１２１】
一方、負荷電流は昇圧回路９の内部以外の電力出力経路であれば、どこでも同じであり、また、昇圧回路９の内部では昇圧回路スイッチ１２のスイッチングによるパルス状の電流が流れるものの、このパルス電流を時間で積算すれば、（２）式で必要な電流時間積Ｉ・ｔを求めることができるので、結局、電力出力経路のどこにキャパシタ電流検出回路１５を設けてもよいことになる。
【０１２２】
従って、実施の形態２に比べ非常用電源装置の回路構成に設計自由度が増すという効果が得られる。
【０１２３】
以上のように、出力電圧検出回路６の出力電圧Ｖｍが、キャパシタ電流検出回路１５の出力とキャパシタ１から電流を出力した経過時間ｔから計算したキャパシタの電流時間積Ｉ・ｔに対応して求めた電圧Ｖとなるように昇圧回路９をフィードバック制御することにより、少ないキャパシタ１でも任意の負荷変動に対応した非常用電源装置を得ることができる。
【０１２４】
なお、本実施の形態３でも実施の形態１、２と同様に温度センサ１３を設けているので、出力電圧が負荷７に至るまでに温度により変動しても、昇圧回路スイッチ１２を調整することにより、温度特性を低減した出力電圧を得ることが可能となる。
【０１２５】
以上の構成、動作により、必要な電力のみが得られるように昇圧できるので熱損失が低減でき、その分、長く電力供給が可能となるため、従来より少ないキャパシタで負荷を十分駆動することのできる非常用電源装置を得ることができた。
【０１２６】
特に本実施の形態３ではキャパシタ電流検出回路が必要になるものの、その回路配置上の設計自由度が増す効果を有するとともに、負荷電流が任意に変動しても、それに追従した出力電圧が得られるという効果を有しつつキャパシタの削減を実現できた。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明にかかる非常用電源装置は、必要なキャパシタの数量を削減することが可能になるので、特に車両の制動を電気的に行う電子ブレーキシステム等やパーソナルコンピュータ等の停電時に利用される非常用電源等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明の実施の形態１における非常用電源装置のブロック回路図
【図２】本発明の実施の形態１における非常用電源装置の第１の経時的な出力特性図であり、（ａ）電圧特性図、（ｂ）負荷電流特性図
【図３】本発明の実施の形態１における非常用電源装置の第２の経時的な出力特性図であり、（ａ）電圧特性図、（ｂ）負荷電流特性図
【図４】本発明の実施の形態２における非常用電源装置のブロック回路図
【図５】本発明の実施の形態２における非常用電源装置の出力特性図であり、（ａ）電圧特性図、（ｂ）負荷電流特性図
【図６】本発明の実施の形態３における非常用電源装置のブロック回路図
【図７】従来の第１の非常用電源装置のブロック回路図
【図８】従来の第１の非常用電源装置の経時的な出力特性図であり、（ａ）電圧特性図、（ｂ）負荷電流特性図
【図９】従来の第２の非常用電源装置のブロック回路図
【図１０】従来の第２の非常用電源装置の経時的な出力特性図であり、（ａ）電圧特性図、（ｂ）負荷電流特性図
【符号の説明】
【０１２９】
１  キャパシタ
２  バッテリ
３  充電制御回路
４  スイッチ
６  出力電圧検出回路
７  負荷
８  マイクロコンピュータ
９  昇圧回路
１３  温度センサ
１４  キャパシタ電圧検出回路
１５  キャパシタ電流検出回路
１００  非常用電源装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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