JPH09261956A

JPH09261956A - 無停電性スイッチングレギュレータ

Info

Publication number: JPH09261956A
Application number: JP8098979A
Authority: JP
Inventors: Setsuo Sakai; 節雄酒井
Original assignee: NIPPON PUROTEKUTAA KK
Current assignee: NIPPON PUROTEKUTAA KK
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1996-03-18
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】高周波トランスに対して並列に設けられた２つ
のコンバータを有する無停電性のスイッチングレギュレ
ータにおいて、２つのコンバータのスイッチング素子の
パルス波形を最適化し、二次電池への充電効率を高くす
ること。【解決手段】一次側回路のスイッチング素子と、三次側
スイッチング素子の寄生容量の差による同期運転の位相
ずれを補正するため、一次側スイッチング素子の駆動回
路においてはＯＦＦ時よりもＯＮ時の電流を多く、三次
側スイッチング素子の駆動回路においてはこれとは逆に
ＯＮ時よりもＯＦＦ時の電流を多くするよう回路定数を
設定すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波トランスに対し
て並列に設けられた２つのコンバータを有する無停電性
のスイッチングレギュレータにおいて、２つのコンバー
タのスイッチング素子のパルス波形を最適化し、二次電
池への充電効率を高くすることのできる回路技術に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】最近のＯＡ化の進展から、情報の保全と
して、情報機器用の無停電電源の需要が高まりつつあ
る。そしてこのような情報機器の直流電源としては、無
停電性スイッチングレギュレータが普及しつつある。こ
の従来の無停電性スイッチングレギュレータの基本回路
は、図１４に示すようなものである。以下、簡単に説明
する。商用電源１からの電流は、整流回路２によって全
波正弦波脈流に整流され、一次側平滑コンデンサー３に
よって平滑化された直流電圧を入力として、一次側スイ
ッチング素子８によってチョッピングされて高周波トラ
ンス４の一次巻線４ａに流れる。これによって二次巻線
４ｃには誘起電圧が発生し、この誘起電圧が高速整流ダ
イオード１９、転流ダイオード２０、平滑コイル２１、
二次側平滑コンデンサー２３によって平滑化され、直流
出力となって負荷２４に供給される。一方、高周波トラ
ンス４の三次側に設けられた三次巻線の一方４ｄには、
平滑コイル８１、高速整流ダイオード８２、転流ダイオ
ード８３によって構成されるチョークインプット方式の
整流回路と定電圧定電流回路８０を介して二次電池１４
が直列に接続されて充電回路が形成され、前記一次巻線
４ａを流れる高周波電流によるパルス電流によって二次
電池１４が充電されるようになっている。また、他方の
三次巻線４ｂには、商用電源１が停電の際、二次電池１
４を入力として一次側スイッチング素子８と同期して作
動するゲート信号で駆動される三次側スイッチング素子
１１によってチョッピングされた電流による励磁電流が
流れ、商用電源１に代わって二次電池を入力エネルギー
として、高周波トランスを介して二次側回路に供給され
る。従って、無停電性が発揮される。ここで、各矢印は
電流を、各白ヌキ矢印はそれぞれの電流に対応する誘起
電圧を表している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、一次側
スイッチング素子８と三次側スイッチング素子１１とは
同期作動し、一次側回路から商用電源１を入力として二
次側回路に出力している間は、三次側回路においては、
二次電池１４への充電が行われている。この時には、図
示しないＰＷＭスイッチング制御回路の同一の発信源か
ら、一次側および三次側スイッチング素子８，１１のそ
れぞれに対応する、一次側ゲート回路および三次側ゲー
ト回路（図示せず）を通して、前記それぞれのスイッチ
ング素子８，１１が制御されている。しかしながら、主
として各スイッチング素子８，１１の寄生容量には大き
な差があるため、スイッチング制御電圧（ここではＦＥ
Ｔのゲート電圧）波形に位相差が生じてしまう。この位
相差は図７（イ）に示すように、一次側コンバータの出
力波形（図中のＡ）が、三次側コンバータの出力波形
（図中のＢ）よりも遅れる（図中のφ_１分）場合におい
て問題となる。これは、三次側スイッチング素子１１の
ＯＮ時電流が立ち上がりが、一次側スイッチング素子８
の立ち上がりよりも、φ_１だけ早くなることを意味して
おり、商用電源１の正常入力時、すなわち二次電池１４
への充電モードの時に、図中の斜線部分で表している分
だけ、二次電池１４からの放電が発生することになる。
すなわち極論すれば、充電量よりφ_１の差分による放電
量が大きくなる結果、二次電池１４は充電されずに逆に
放電されることもあり得る、ということである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】これを防止するため、本
発明者は、図７（ロ）に示すように、一次側コンバータ
の出力波形（図中のＡ）の立ち上がりを三次側コンバー
タの出力波形（図中のＢ）の立ち上がりよりも早めると
ともに（図中のφ_１分）、一次側コンバータの出力波形
の立ち下がりを、三次側コンバータの出力波形の立ち下
がりよりも遅らせること（図中のφ_２分）を案出した。

【０００５】このような懸案の無停電性スイッチングレ
ギュレータは、具体的に、交流電源からの交流を整流す
る整流回路と、この整流回路の出力側に高周波トランス
の一次巻線と一次側スイッチング素子とを直列に接続
し、高周波トランスに対して高周波パルス電庄を発生さ
せるための一次側回路と、前記高周波トランスの二次巻
線に整流、平滑回路を接続して、負荷に対して直流出力
電力を供給する二次側回路と、高周波トランスの三次巻
線と二次電池とを直列に接続するとともに、二次電池の
両極間に充電用定電圧定電流制御回路を設けた充電回路
と、前記三次巻線と二次電池の間であって、前記充電回
路の充電電流路の外側に設けた、一次側スイッチング素
子と同期して作動する三次側スイッチング素子とを備え
た三次側充放電回路とを備え、前記一次側回路のスイッ
チング素子と、三次側スイッチング素子の寄生容量の差
による同期運転の位相ずれを補正するため、一次側スイ
ッチング素子の駆動回路においてはＯＦＦ時よりもＯＮ
時の電流を多く、三次側スイッチング素子の駆動回路に
おいてはこれとは逆にＯＮ時よりもＯＦＦ時の電流を多
くするよう回路定数を設定した構成とすることで実現で
きる。すなわち本発明の考え方は、同期作動する一次側
スイッチング素子と三次側スイッチング素子それぞれの
持つ寄生容量への充電時間を、一次側においては早く三
次側においては遅くし、また同放電時間については一次
側において遅く三次側において早くして、三次側スイッ
チング波形を一次側スイチング波形の内側となるように
することで、二次電池への充電中の放電成分を完全に無
くす、というものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明の無停電性スイッチ
ングレギュレータの回路例を表している。商用電源１か
ら供給される交流を受ける整流回路２と、この整流回路
２の出力側に高周波トランス４の一次巻線４ａとＦＥＴ
よりなる一次側スイッチング素子８とが直列に接続さ
れ、一次側回路１ａが構成されている。この一次側回路
１ａは、一次側スイッチング素子８のチョッピング動作
によって、高周波トランス４に対して高周波パルス電圧
を発生する。高周波トランス４の二次巻線４ｃには、高
速整流ダイオード１９、転流ダイオード２０、平滑コイ
ル２１、二次側平滑コンデンサー２３による整流、平滑
回路が接続され、負荷２４に対して直流出力電力を供給
する二次側回路２ａが構成されている。さらに高周波ト
ランス４の三次巻線４ｂには、定電流検出抵抗１６と直
列ドロッパー制御用素子１７と逆流防止ダイオード１８
と二次電池１４とが直列に接続され、かつ二次電池１４
の両極間に充電用定電圧定電流制御回路１５が設けら
れ、これらにより、前記直列ドロッパー制御用素子１７
の抵抗を変化させて充電中の定電圧定電流制御を行うと
ころの、充電回路３ｃが構成されている。ここで、定電
流検出抵抗１６と直列ドロッパー制御用素子１７と逆流
防止用ダイオード１８の作用については後述する。ま
た、前記三次巻線４ｂと二次電池１４の間であって、前
記充電回路３ｃの充電電流路の外側には、三次側スイッ
チング素子１１が設けられて放電回路３ｄが構成され、
これら２つによって三次側充放電回路３ａが構成されて
いる。一次側および三次側のスイッチング素子８，１１
は、負荷側の電圧を検出してＰＷＭスイッチング制御回
路２２の制御に基づき、それぞれのゲート回路１２，１
３の制御によってそのスイッチングパルス幅が制御さ
れ、負荷２４に対して定電圧の制御が行われる。そし
て、図７（ロ）に示すような、一次側コンバータ７１の
出力波形（図中のＡ）の立ち上がりを三次側コンバータ
７２の出力波形（図中のＢ）の立ち上がりよりも早める
とともに（図中のφ_１）、一次側コンバータ７１の出力
波形の立ち下がりを、三次側コンバータ７２の出力波形
の立ち下がりよりも遅らせるためには、一次側回路１ａ
のスイッチング素子制御回路における一次側スイッチン
グ素子８のスイッチング信号経路の抵抗を、スイッチン
グ素子８のＯＮ時の方がＯＦＦ時よりも低く、また、前
記放電回路３ｄのスイッチング素子制御回路の三次側ス
イッチング素子１１のスイッチング信号経路の抵抗を、
スイッチング素子１１のＯＦＦ時の方がＯＮ時よりも低
くなるように回路定数を設定すればよい。そして、これ
を実現するためのゲート回路の具体例を、図５に示して
いる。

【０００７】図示するように、ゲート回路１２，１３内
のダイオード５０とダイオード５１を互いに逆向きにす
ることで、一方ではスイッチング素子８のＯＮ時電流の
立ち上がりを早めるように、また他方では、スイッチン
グ素子１１のＯＮ時電流の立ち上がりを遅らせるように
それぞれ作用する。以下、詳細に説明する。

【０００８】図５に基づいた、一次側スイッチング素子
８のＯＮ時の等価回路は図８のようになり、ＩＧ１＋Ｉ
Ｇ２＝ＩＧ３が、一次側スイッチング素子８の寄生容量
の充電電流となるので、この電流ＩＧ３が大きいほど、
また抵抗５２，５４，５８，６４の抵抗値が低いほど、
図１２の，で示すパルス立ち上がり、すなわち一次
側スイッチング素子８の立ち上がり時期が早くなる。こ
の効果を得るためには、図５に示したように、ダイオー
ド５０を順方向に接続しつつ、かつ抵抗５２の抵抗値を
低く設定しておけばよい。なお図１２のは一次側スイ
ッチング素子８（ＦＥＴ）のゲート電圧とゲート電圧ス
レッショルドレベルＶ_ｔｈ、は一次側スイッチング素
子８のＯＮパルス波形、すなわちＯＮ電流の流れる区間
をそれぞれ表している。これに対して、二次側スイッチ
ング素子１１のＯＮ時の等価回路は、図５において示し
たダイオード５１がドライブトランス４７の二次正出力
ＥＰに対して逆方向になるので図１０のようになり、抵
抗５５，５９，６５が全て直列となってインピーダンス
が大きくなる結果、図８のＩＧ３＞ＩＧ５となって図１
２の，に示すとおり、立ち上がり時期が同，に
対して遅れることになる。ここで図１２のは三次側ス
イッチング素子１１（ＦＥＴ）のゲート電圧とゲート電
圧スレッショルドレベルＶ_ｔｈ、は三次側スイッチン
グ素子１１のＯＮパルス波形、すなわちＯＮ電流の流れ
る区間をそれぞれ表している。次に一次側スイッチング
素子８のＯＦＦ時の等価回路は図９のようになり、一次
側スイッチング素子８の寄生容量に蓄えられた電荷を、
ドライブトランス４６の反転電圧ＥＮによって、放電用
トランジスター６２のベース電圧を抵抗５４を通して引
き込むことになる。こにで電流ＩＧＤ１は、この時のベ
ース電流を表している。三次側スイッチング素子１１が
ＯＦＦ時の等価回路は図１１のようになり、ダイオード
５１が、ドライブトランス４７の反転電圧ＥＮに対して
順方向となるように接続されているため、ＩＧＤ４＝Ｉ
ＧＤ２＋ＩＧＤ３となる。従って、電流ＩＧＤ１に比べ
て電流ＩＧＤ２の分が大きくなり、放電用トランジスタ
ー６３のコレクタ電流は、ＩＧＤ４×放電用トランジス
ター６３のｈ_ＦＥとなる結果、三次側スイッチング素子
１１の寄生容量に蓄えられていた電荷は一次側スイッチ
ング素子８のそれよりもより早く放電され、図１２の
，のように、三次側スイッチング素子１１のＯＮ期
間は、一次側スイッチング素子８のＯＮ期間の内側に入
ることになる。従って、無駄のない効率的な二次電池１
４への充電動作が可能となる。

【０００９】またこのような本発明の構成以外にも、情
報機器用の無停電性スイッチングレギュレータとしての
何点かの効果的な付加事項が考えられる。以下、それら
について順に説明する。第一には、二次電池への充電時
における高精度の定電圧定電流制御の為の回路構成が挙
げられる。この回路構成は図１中に示され、以下図面を
参照しつつ詳細に説明する。共通の鉄芯磁路を有する高
周波トランス４の一次巻線４ａに印加されるところの、
交流入力の整流平滑後入力によって三次巻線４ｂに誘起
される三次巻線電圧の巻き始め極性側と、充電すべき二
次電池１４の正極側を接続し、その接続点６８を充電用
定電圧定電流制御回路１５の入力の一つとし、二次電池
１４の負極側については三次側スイッチング素子１１の
カソード側を接続し、その接続点６９より、充電用定電
圧定電流制御回路１５の入力のもう一方としている。接
続点６９からは、定電流検出抵抗１６と、トランジスタ
よりなる直列ドロッパー制御用素子１７を直列に接続
し、これを逆流防止ダイオード１８のアノード側に直列
接続する。また、三次巻線４ｂの巻き終わり極性側と、
二次電池１４の放電回路３ｄにおける三次側コンバータ
７２における逆流防止ダイオード９のアノードとを接続
する。そして、定電流検出端となる定電流検出抵抗１６
と直列ドロッパー制御用素子１７のコレクタ端の接続点
を充電用定電圧定電流制御回路１５の定電流検出端とし
て接続する。さらに、直列ドロッパー制御用素子１７の
エミッタとダイオード１８の接続点に、充電用定電圧定
電流制御回路１５の他の出力端が接続される。

【００１０】次に、図１および図２、図３により、本回
路の作用について説明する。商用電源１の交流入力電圧
がある時には、平滑コンデンサー３には、整流回路２に
よって整流された直流電圧が蓄えられ、この直流電圧を
入力として、一次側コンバータ７１は動作する。商用電
源１の電圧が正常範囲内にある時には、二次電池１４の
電圧に対して一次側回路１ａが優先するよう、一次巻線
４ａと三次巻線４ｂの関係を決めておく。すなわち、一
次巻線４ａの巻き数をＮ１、三次巻線４ｂの巻き数をＮ
２、平滑コンデンサー３の両端電圧をＥ１、二次電池１
４の電圧をＥ２とすれば、式；Ｅ１の最小値／Ｎ１＞Ｅ２の最大値／Ｎ２ …１の関係にしておく。このようにすれば、一次側回路７１
の一次側スイッチング素子８のＯＮ時に流れるドレイン
電流によって誘起される電圧Ｅ３は、Ｅ１−ＶＦ５−Ｖ
ＤＳ８となる。ここで、ＶＦ５は逆流防止ダイオード５
の順方向電圧、ＶＤＳ８は、一次側スイッチング素子８
のＯＮ電圧降下である。三次巻線４ｂには、一次側スイ
ッチング素子８の動作によって流れる励磁電流により、
Ｅ４＝Ｅ３×（Ｎ２／Ｎ１）なる電圧が誘起し、Ｅ１は
Ｅ３とほぼ等しいことと上記式の関係より、Ｅ４＞Ｅ
２となる。従って、三次側コンバータ７２は、一次側コ
ンバータ７１と同一ゲート信号による同期運転であって
も、三次側スイッチング素子１１には、それがＯＮ状態
でも、逆流防止ダイオード９によって電流は流れない。
これより、一次側スイッチング素子８がＯＮ時に発生す
る三次巻線４ｂに誘起される電圧Ｅ４は、二次電池の電
圧Ｅ２よりも高いため、充電電流が流れる。そしてこれ
を定電流にする必要があるが、その値は定電流検出抵抗
１６とツェナーダイオード４０ａによって決まり、Ｅ４
と同期したＩＣＰなる電流が、図３に示すように二次電
池１４の充電電流として流れ、その平均値がＩＣＡとな
る。

【００１１】すなわちこの充電電流ＩＣＡは、式；ＩＣＡ＝（Ｔ_ＯＮ／Ｔ）×ＩＣＰ … で表される平均充電電流であり、二次電池のアンペア・
アワー（ＡＨ）で表される容量から決まる定格充電電流
として定められる。ＩＣＰの値は、ツェナーダイオード
４０ａのツェナー電圧Ｖ_Ｚ４０および逆流防止ダイオー
ド４０ｂの順方向電圧Ｖ_Ｆ４０ｂと、ＰＮＰトランジス
タ４４のベースエミッタ電圧Ｖ_ＢＥ４４より、式：ＩＣＰ＝（Ｖ_Ｚ４０＋Ｖ_Ｆ４０ｂ−Ｖ_ＢＥ４４）／Ｒ
_１６…として決まる。ここでＲ_１６は、定電流検出抵
抗１６の抵抗値である。そして、充電用定電圧定電流制
御回路１５は定電流動作を行うと同時に、充電末期には
過充電となることを防止する必要上、定電圧運転をする
必要がある。そこで本発明では、トランジスタ４１によ
って増幅されたシャントレギュレータ３８のカソード電
流がそのコレクタ電流となって流れ、抵抗４２ａ，４２
ｂを流れてトランジスタ４４のベース電流を制御し、こ
れにより直列ドロッパー制御用素子１７のベース電圧が
変化し、定電流制御が行われる。すなわち充電電流ＩＣ
Ａは、三次巻線４ｂによって誘起する電圧Ｅ４により、
三次巻線４ｂの巻き始め端より二次電池１４の正極から
負極を通り、定電流検出抵抗１６と直列ドロッパー制御
用素子１７と順方向の逆流防止ダイオード１８を経由し
て、三次巻線４ｂの巻き終わり端に戻るように流れる。

【００１２】次に、商用電源１の電圧が低下もしくは停
止すると、一次側コンバータ７１からのエネルギーは低
下もしくは無くなるため、充電されて待機状態にある二
次電池１４のＥ２なる直流電圧が三次側コンバータ７２
の入力源となり、それまで空運転であった三次側スイッ
チング素子１１が、アクティブ状態となる。そうする
と、二次電池１４の正極から、三次巻線４ｂの巻き始め
から巻き終わり方向に向かう電流が、逆流防止ダイオー
ド９、ヒューズ１０を経由して、三次側スイッチング素
子１１を通って二次電池１４の負極に流れ、Ｅ４’なる
電圧を誘起する。そして、二次巻線４ｃにＥ５なる電圧
を誘起し、交流電圧の供給時と同様、無瞬断で二次電池
１４から負荷２４に対して、安定化出力が供給されるこ
とになる。この時は、逆流防止ダイオード１８のカソー
ド側が、逆流防止ダイオード９および三次側スイッチン
グ素子１１の順電圧降下によって二次電池１４の負極に
対して逆極性になるため、充電回路３ｃは自動的に停止
し、充電は行われないことになる。

【００１３】第二として、図１において一次側および三
次側コンバータ７１，７２の逆流防止ダイオード５，９
とそれぞれのスイッチング素子８，１１の間に、ヒュー
ズよりなる回路遮断手段６，１０を接続する点である。
以下、この回路遮断手段６，１０の作用について説明す
る。仮に一次側および三次側のスイッチング素子８，１
１のいずれかが短絡破壊すると、高周波トランス４の二
次側短絡と同じ状態となるため、正常動作を行っている
コンバータ７１または７２の過電流保護機能（図示せ
ず）が働き、出力電圧の低下を来してしまう。このよう
な状態になると、信頼性を必要とする無停電性スイッチ
ングレギュレータの目的が果たせず、その価値が低下し
てしまう。そこで、一次側および三次側の各コンバータ
７１，７２のスイッチング素子８，１１の主電流が流れ
る部分、図の例では各スイッチング素子８，１１のドレ
イン側にヒューズ６，１０を挿入し、破壊回路に流れる
異常電流によってヒューズ６または１０を溶断し、破壊
回路を強制的に切り離せるようにしている。従って、例
え一次側または三次側コンバータ７１，７２のいずれか
が短絡破壊されたとしても、正常な方のコンバータ７１
または７２によって出力低下の無い正常運転を行うこと
ができる。ここで、各ヒューズ６，１０の溶断エネルギ
ーは、例えば一次側のヒューズ６については商用電源１
のダイレクト入力、三次側のヒューズ１０については二
次電池１４の容量によって断となるよう、保護協調を取
っておけばよい。

【００１４】第三として、図１において示すように、一
次側回路１ａにおける逆流防止ダイオード５と並列に接
続される還流抵抗７が挙げられる。これは二次電池１４
の入力が停電した時の出力保持時間の確保の為のもので
ある。以下、この還流抵抗７の作用について説明する。
図１において、商用電源１からの入力がある時には、平
滑コンデンサー３がある為に、停電事故の際には数十ミ
リ秒程度の出力保持時間を有している。しかしながら三
次側充放電回路３ａの入力部には、平滑コンデンサー３
に相当するコンデンサーは存在しない。これは、コスト
やスペースの関係で、省略せざるを得ないためである。
従って、万が一商用電源１の停電時に二次電池１４に電
池異常等の直流側停電事故が発生すると、従来のように
前記還流抵抗７が無いと、全く出力保持時間を確保する
ことはできない。本発明の無停電性スイッチングレギュ
レータは、主としてパソコンを始めとする情報機器に使
用することを前提としており、停電発生時には、ＣＰＵ
処理内容の内部バックアップメモリーへの退避時間とし
て停電発生後の数ミリ秒程度、出力保持時間が必要とな
る。

【００１５】以下、図４を用いてさらに詳細に説明す
る。商用電源１が正常な時には、Ｉａなる電流が平滑コ
ンデンサー３に交直変換電流として流れ、同コンデンサ
ー３に充電された直流電圧を入力源としてスイッチング
された高周波パルス電流が、一次巻線４ａおよび逆流防
止ダイオード５を経由し、ヒューズ６を経て一次側スイ
ッチング素子８のドレインからソースへと流れ、平滑コ
ンデンサー３に戻るように流れる。この電流ＩＡ１によ
るエネルギーが、二次巻線４ｃからＩＡ２となり、負荷
２４に出力される。これと同時に、前述のように、三次
巻線４ｂにＥ４なる起電圧が誘起され、電流ＩＡ３とな
って二次電池１４を充電し、定電流検出抵抗１６および
直列ドロッパー制御用素子１７、逆流防止ダイオード１
８の順方向を経由し、三次巻線４ｂの巻き終わり端に戻
るように流れる。次に、商用電源１が停電すると電流Ｉ
ａは直ちに消滅し、電流ＩＡ１も平滑コンデンサー３の
放電とともに消滅し、同時に電流ＩＡ３も消滅する。そ
の結果、二次電池１４の電圧が電圧Ｅ４に勝るため、高
周波スイッチング電流ＩＤ３が電流ＩＡ３と逆方向に流
れて三次側スイッチング素子１１がアクティブ状態とな
って、三次巻線４ｂから逆流防止ダイオード９の順方向
を経由し、三次側スイッチング素子１１から二次電池１
４の負極側へと流れる。この高周波スイッチング電流Ｉ
Ｄ３により、二次巻線４ｃへの出力側には、電流ＩＡ２
に代わってＩＤ２が負荷２４に全く無瞬断として流れ、
停電のバックアップが行われる。この時には、一次巻線
４ａには電圧Ｅ３’が図中の方向に発生し、一次巻線４
ａの巻き始め端から平滑コンデンサー３、一次側スイッ
チング素子８の内蔵ダイオード８ａの順方向およびヒュ
ーズ６、さらに還流抵抗７を経由して、一次巻線４ａの
巻き終わり端から平滑コンデンサー３に戻る充電電流Ｉ
Ｄ１が流れる。ここで、一次側スイッチング素子８と三
次側スイッチング素子１１は同期して作動しており、一
方がアクティブ状態の時は、他方は空運転となる。但し
クロスオーバー点では、両者ともアクティブ状態になる
領域が僅かに存在はするが、便宜上この説明については
省略する。

【００１６】従って、電流ＩＤ１が図中の矢印方向に流
れている時には、逆流防止ダイオード５に対して逆方向
電圧となるので、一次側スイッチング素子８は空運転状
態を持続する。このように、仮に還流抵抗７が無ければ
電流ＩＤ１は流れず、平滑コンデンサー３には、還流エ
ネルギーは蓄積されない。また、この還流抵抗７に低い
抵抗値のものを使用すると、一度平滑コンデンサー３が
充電されると殆ど電流は流れないので、効率に影響を与
えることはない。このような構成において、何らかのト
ラブルによって二次電池１４からの放電回路が急に断に
なるようなＤＣ停電が発生し、かつその時に商用電源１
が停電であったとしても、平滑コンデンサー３に蓄積さ
れているＣＶ^２で表されるエネルギーを入力源として、
一次側スイッチング素子８がアクティブ状態となり、負
荷２４に対する出力電圧を、数十ミリ秒程度は保持する
ことができる。従って前述のような、バックアップメモ
リーへの退避時間を稼ぐことが可能となり、いかなる停
電においても、情報保護という無停電性スイッチングレ
ギュレータの機能を完全に果たすことができる。なお、
この還流抵抗７の代わりに、リアクターを使用すること
もできる。

【００１７】第四として、商用電源の疑似停電とそれに
よる二次電池運転試験機能の付加が挙げられる。これ
は、二次電池によってバックアップしていても、過充電
か過放電のために電池不良となっており、電源機能は異
常無くとも、停電バックアップ補償ができないことが、
従来の交流無停電装置の事故例として問題視されている
からである。第四の付加事項は、このような事故を未然
に防止し、負荷側のコンピュータ機器からのソフトウェ
アによる実行命令により、簡単に二次電池の試験が行え
る、というものである。すなわち、図６を用いて説明す
ると、一次側回路１ａ側の一次側スイッチング素子８
を、例えばコンピュータソフト上の実行命令等に基づく
外部命令によって停止させることにより、二次電池１４
を入力源とした放電回路３ｄに自動的に切り替えるもの
である。二次電池１４の試験基準となる電池放電エネル
ギーについては、例えば、予めコンピュータソフト上で
定めた負荷モードで決まる放電量と経過時間によって設
定しておけばよい。具体的には、放電によって二次電池
１４の電圧が低下し、９０％放電の終端電圧に到達した
時に電池電圧低下信号を発し、この信号を再度コンピュ
ータ側で受けて電池残量確認試験を終了する、と言った
適用例が考えられる。併せて、コンピュータディスプレ
イ上に二次電池１４の良否判定結果を表示すればよい。

【００１８】この回路例としては、例えば図１３に示す
構成が考えられる。本図は、図６における一次側スイッ
チング素子８とゲート回路１２の近傍のみを描いたもの
である。図のように、コンピュータ側からＨ／Ｌ信号を
発してＨ時にフォトカプラをＯＮにしてＦＥＴ７５をＯ
ＦＦとすると、スイッチング専用ＩＣ７３によってスイ
ッチング動作するＦＥＴ７４のカソード側にＦＥＴ７５
は直列に入るため、ドライブトランス４６の入力が絶た
れて、一次側スイッチング素子８を停止させることがで
きる。従って、ソフト上の簡単な処理によって、コンピ
ュータの動作中に二次電池１４の確認を行うことができ
る。この確認処理は、例えばコンピュータの一定使用時
間毎に行うようにしておくことが好ましい。

【００１９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、同期作動する一次側スイッチング素子と三次側スイ
ッチング素子それぞれのもつ寄生容量への充電時間を、
一次側においては早く三次側においては遅くし、また同
放電時間については一次側において遅く三次側において
早くして、三次側スイッチング波形を一次側スイチング
波形の内側となるようにすることで、二次電池への充電
中の放電成分を完全に無くすことができる。従って、極
めて高い効率で二次電池への充電ができ、無停電性スイ
ッチングレギュレータとして優れたものとなる。また、
説明したような四つの付加的事項を加えることで、定
電流検出抵抗と直列ドロッパー制御用素子と逆流防止用
ダイオードによる充電回路全体の抵抗成分の変化から、
従来にない極めて精度の高い充電制御が可能となるこ
と、一次側および三次側それぞれのスイッチング素子
のいずれかが短絡破壊しても、正常な側での過電流保護
機能が働いてしまうことなく正常な動作を行うこと、
二次電池の入力が停電した時の出力保持時間を確保する
ことが可能となり、コンピュータ等におけるバックアッ
プメモリーへの退避時間を確保することができる。従っ
て、特にリアルタイム情報の保全に大きく貢献できるこ
と、ソフトウェア上の実行命令等、外部信号による二
次電池の電池残量確認試験を行うことができること、と
言った、特に情報機器用として数々の優れた機能を付加
することができ、情報機器用の無停電性スイッチングレ
ギュレータとして、非常に優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を表す説明用回路図

【図２】本発明の実施例における充放電回路部分を表す
説明図

【図３】本発明の実施例における充電電流波形の一例を
表す説明図

【図４】本発明の実施例における電流の流れを表す説明
図

【図５】本発明の実施例におけるスイッチング素子の駆
動回路部を表す説明図

【図６】本発明の実施例を表す説明用回路図

【図７】スイッチングパルス波形の位相ずれとその改善
波形を表す説明図

【図８】一次側スイッチング素子がＯＮ時のスイッチン
グ素子駆動回路の等価回路を表す説明図

【図９】一次側スイッチング素子がＯＦＦ時のスイッチ
ング素子駆動回路の等価回路を表す説明図

【図１０】三次側スイッチング素子がＯＮ時のスイッチ
ング素子駆動回路の等価回路を表す説明図

【図１１】三次側スイッチング素子がＯＦＦ時のスイッ
チング素子駆動回路の等価回路を表す説明図

【図１２】ドライブトランスの二次出力および各スイッ
チング素子のゲート電圧波形とスイッチングパルス波形
を表す説明図

【図１３】商用電源の疑似停電のための制御回路例を表
す説明図

【図１４】従来の無停電性スイッチングレギュレータの
回路図

【符号の説明】

１商用電源１ａ一次側回路２整流回路２ａ二次側回路３ａ三次側充放電回路３ｃ充電回路３ｄ放電回路３，２３平滑コンデンサー４高周波トランス４ａ一次巻線４ｂ三次巻線４ｃ二次巻線４ｄ充電回路用三次巻線５，９，１８，４３，５６，５７逆流防止ダイオード６，１０回路遮断手段７還流抵抗８一次側スイッチング素子１１三次側スイッチング素子１２，１３ゲート回路１４二次電池１５充電用定電圧定電流制御回路１６定電流検出用抵抗１７直列ドロッパー制御用素子１９高速整流ダイオード２０転流ダイオード２１平滑コイル２２ＰＷＭスイッチング制御回路２４負荷２５制御用補助電源２６ゲート回路ＯＮ／ＯＦＦ制御回路２７ＰＷＭ制御用回路２８ホトカプラ２９感度調整抵抗３０制限抵抗３１発振防止用位相補正コンデンサ３２シャントレギュレータ３３振動防止抵抗３４出力電圧検出用分圧抵抗３５出力電圧検出用抵抗３６充電電圧調整用抵抗３７充電電圧検出用抵抗３９トランジスタ４１のベース／エミッタ間抵抗４０ａツェナーダイオード４０ｂ逆流防止ダイオード４１増幅用トランジスタ４２ａ，４２ｂ出力抵抗４４コンプリメンタリ接続ＰＮＰダイオード４５トランジスタ１７のベース／エミッタ間抵抗４６，４７ドライブトランス４８ゲートＯＮスピードアップ用回路４９ゲートＯＦＦスピードアップ用回路５０，５１高速ダイオード５２ＯＮスピードアップ調整用抵抗５３ＯＦＦスピードアップ調整用抵抗５４，５５ベース電流引き込み抵抗５８，５９ベース抵抗６０，６１分圧抵抗６２，６３残存電圧放電用トランジスタ６４，６５ＦＥＴゲート抵抗６６，６７ゲート／カソード間抵抗６８，６９，７０接続点７１一次側コンバータ７２三次側コンバータ７３スイッチング制御用ＩＣ７４ドライブトランス駆動用ＦＥＴ７５ゲート回路ＯＮ／ＯＦＦ用ＦＥＴ７６ゲートバイアス抵抗７７ゲート／カソード間抵抗７８ホトカプラ７９入力抵抗８０定電圧定電流制御回路８１チョークコイル８２整流用ダイオード８３転流ダイオード８４電池電圧低下検出回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源からの交流を整流する整流回路
と、この整流回路の出力側に高周波トランスの一次巻線と一
次側スイッチング素子とを直列に接続し、高周波トラン
スに対して高周波パルス電圧を発生させるための一次側
回路と、前記高周波トランスの二次巻線に整流、平滑回路を接続
して、負荷に対して直流出力電力を供給する二次側回路
と、高周波トランスの三次巻線と二次電池とを直列に接続す
るとともに、二次電池の両極間に充電用定電圧定電流制
御回路を設けた充電回路と、前記三次巻線と二次電池の
間であって、前記充電回路の充電電流路の外側に設け
た、一次側スイッチング素子と同期して作動する三次側
スイッチング素子とを備えた三次側充放電回路と、を備
え、前記一次側回路のスイッチング素子と、三次側スイッチ
ング素子の寄生容量の差による同期運転の位相ずれを補
正するため、一次側スイッチング素子の駆動回路におい
てはＯＦＦ時よりもＯＮ時の電流を多く、三次側スイッ
チング素子の駆動回路においてはこれとは逆にＯＮ時よ
りもＯＦＦ時の電流を多くするよう回路定数を設定し
た、無停電性スイッチングレギュレータ。