JP2002199619A

JP2002199619A - 無停電電源装置

Info

Publication number: JP2002199619A
Application number: JP2000400242A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Mori; 森　　和也; Kikuo Tsuruga; 紀久夫敦賀
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2002-07-12

Abstract

(57)【要約】【課題】電気二重層キャパシタの特性を考慮した回路
構成とした、効率のよい無停電電源装置を得る。【解決手段】直流電源２から電子機器１に電力を供給
する出力から電気二重層キャパシタに充電を行う充電回
路４と、前記直流電源２からの電力供給の有無を判断す
る電源出力検知回路５と、電気二重層キャパシタ３と、
前記電気二重層キャパシタ３から前記電子機器１に電力
を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ６ａとを備えた無停電
電源装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源から電力の供
給がなくなっても電子機器を動作させる無停電電源装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】情報端末などの電子機器は、停電が起こ
ると不正な動作の終了が起こるため、データの破壊や装
置本体の故障の原因になる。そのような問題を防ぐため
の装置として、停電時に通常の電源の代わりに電力を供
給する無停電電源装置が広く用いられている。

【０００３】従来の無停電電源装置は、鉛電池に代表さ
れる重金属を用いた電池を使用しており、装置の廃却に
おいて、環境に対して問題があり、また充放電の繰り返
しや温度変化などによって、電池が劣化して、いざとい
う停電の時に安定な動作ができないなどの問題があっ
た。そこで、電池として前記の鉛電池のような二次電池
の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることが提案
されている。

【０００４】図８は、従来の電気二重層キャパシタを用
いた無停電電源装置の構成を示す図である。図８の無停
電電源装置の動作について、以下に説明する。即ち、通
常の状態では、直流電源２から電子機器１に電力を供給
し、直流電源２のもうひとつの出力を用いて電気二重層
キャパシタ３に充電を行う。直流電源内で、その出力の
有無を判断して停電を検知する。

【０００５】例えば、直流電源２が交流電力から電源を
供給している場合、該交流電力の有無を電源出力検知回
路５が判断して停電を検知すると、電気二重層キャパシ
タ３の電力をＤＣ／ＤＣコンバータ６ａから電子機器１
に供給するようにスイッチ回路１１ｂをＯＮにする。停
電が復帰して直流電源２から電力が供給されるようにな
ると、復帰したことを電源出力検知回路５が判断してス
イッチ回路１１ｂをＯＦＦにし、電気二重層キャパシタ
３からの電力供給を止める。その時、再び電気二重層キ
ャパシタ３に充電が行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、従来の電気二
重層キャパシタを用いた無停電電源装置では、以下の問
題点があった。即ち、二次電池に比べて電気二重層キャ
パシタはエネルギ密度が低いために、従来のように二次
電池を用いた無停電電源と同じ方式で動作をすると信頼
性が低くなるという問題点があった。また、電気二重層
キャパシタは、貯蔵されている電力量によって電圧が大
きく変動するために、直流電源に出力を二系統用意して
電子機器に充電する出力とは別の出力で充電する必要が
ある。

【０００７】さらに、停電が起こっても直流電源の出力
が通常の状態と同じように保たれるために、直流電源内
部から検知出力を取り出す必要があった。そのため、既
にある直流電源システムに後付で無停電電源を設置する
のが困難で、電気二重層キャパシタを用いるためにシス
テム全体の変更を検討する必要があった。

【０００８】従って、本発明の目的は、電気二重層キャ
パシタの特性を考慮した回路構成とした、効率のよい無
停電電源装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の無停電電源装置
は、充放電サイクル寿命が、ほぼ無限である電気二重層
キャパシタをエネルギ貯蔵装置として用いることによっ
て、信頼性の高い無停電電源を提供するものであり、二
次電池に比べて電力量が少ないことと、貯蔵電力量に応
じて電圧が変動することが問題とならないように、新規
な機能を有した無停電電源装置を提供するものである。

【００１０】本発明の無停電電源装置は、直流電源の出
力が電圧変動しないような充電回路を設けて該出力から
電気二重層キャパシタを直接充電し、前記直流電源から
前記電子機器に電力が供給されているかどうかを判断す
る電源出力検知回路を備え、該電源出力検知回路からの
信号を受けて前記電気二重層キャパシタから前記電子機
器に電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータを備えたこと
を特徴とする無停電電源装置を提供する。

【００１１】また、本発明は、前記の無停電電源装置に
おいて、前記電気二重層キャパシタからの出力電流を測
定して前記直流電源からの電力供給の有無を判断する電
源出力検知回路を備えたこと、もしくは、電圧保持回路
で保持された電圧と前記直流電源の低下した電圧とを比
較することにより、前記直流電源からの電力供給の有無
を判断する電源出力検知回路を備えたこと、もしくは、
前記電気二重層キャパシタの電圧を測定して、その電圧
の変化量を検知して前記直流電源からの電力供給の有無
を判断する電源出力検知回路を備えたこと、もしくは前
記３つの電源出力検知回路のいずれか２つ以上を備えた
ことを特徴とする無停電電源装置を提供する。

【００１２】また、本発明は、前記の無停電電源装置に
おいて、前記電気二重層キャパシタを充電するための抵
抗器とスイッチ回路を直列に接続した回路もしくは定電
流回路とスイッチ回路を直列に接続した回路を備えたこ
とを特徴とする無停電電源を提供する。

【００１３】また、本発明は、前記の無停電電源装置に
おいて、電力量を多くするために複数の電気二重層キャ
パシタを用い、該電気二重層キャパシタを並列接続およ
び直列接続を切り換えるスイッチ回路を有し、充電の時
には直列接続の数を任意に多くして並列接続の数を任意
に少なくして電圧を高くでき、放電の時には直列接続の
数を任意に少なくして並列接続の数を任意に多くして電
圧を低くできる制御回路を備えたことを特徴とする無停
電電源装置を提供する。

【００１４】また、本発明は、前記の無停電電源装置に
おいて、電力量を多くするために複数の電気二重層キャ
パシタを用い、電圧のばらつきを少なくするために、全
ての電気二重層キャパシタを並列接続して充電する機能
を備えるか、各電気二重層キャパシタに電圧制限回路を
備えるか、電気二重層キャパシタに電圧平準化装置を備
えたことを特徴とする無停電電源装置を提供する。

【００１５】また、本発明は、前記の無停電電源装置に
おいて、前記電気二重層キャパシタから供給された電流
とその電流が供給された時間を計測、もしくは前記電気
二重層キャパシタの電圧を計測して残りの電力量を算出
する制御回路を備えたことを特徴とする無停電電源装置
を提供する。

【００１６】また、本発明は、前記の無停電電源装置に
おいて、一度前記直流電源からの電力供給がなくなって
から、再度供給が始まったときに、前記電気二重層キャ
パシタからの電力供給を終了させる制御回路を備えたこ
とを特徴とする無停電電源装置を提供する。

【００１７】また、本発明は、前記の無停電電源装置に
おいて、前記電気二重層キャパシタの残りの電力量が少
なくなると電子機器を自動的に電子機器装置を終了させ
る制御回路を備え、終了時の前記電子機器の状態を記録
して次に該電子機器を動作させるときに同じ状態を再現
できるようにする制御回路を備えたことを特徴とする無
停電電源装置を提供する。

【００１８】また、本発明は、前記の無停電電源装置に
おいて、電子機器の消費する電力を自動的に最小限に抑
える制御回路を備えることを特徴とする無停電電源装置
を提供する。

【００１９】また、本発明は、前記の無停電電源装置に
おいて、前記電子機器が前記直流電源から電圧の異なる
複数の電力を供給している場合に、前記電気二重層キャ
パシタは一つ以上の電源ラインから充電を行い、前記直
流電源からの電力が供給されなくなった時に前記複数の
電源ラインに電力を供給できるようにＤＣ／ＤＣコンバ
ータに複数の出力を備えたことを特徴とする無停電電源
装置を提供する。

【００２０】

【実施例】本発明の実施例による無停電電源装置につい
て、以下に説明する。

【００２１】（実施例１）図１に、本発明の実施例１に
よる無停電電源装置の回路図を示す。図１の無停電電源
装置の回路は、直流電源から電子機器に電力を供給する
出力から電気二重層キャパシタに充電を行う充電回路４
と、前記直流電源２からの電力供給の有無を判断する電
源出力検知回路５と、電気二重層キャパシタ３と、前記
電気二重層キャパシタ３から前記電子機器１に電力を供
給するＤＣ／ＤＣコンバータ６ａとで構成されている。

【００２２】本発明の無停電電源装置の動作は、以下の
ごとくである。通常は直流電源２から電子機器１に電力
を供給して、充電回路４により電気二重層キャパシタ３
に充電を行う。停電や故障などの原因により直流電源２
の出力から電力が供給されなくなると、電源出力検知回
路５によって電力の供給がなくなったことを判断して制
御回路７が充電回路４の動作を止め、ＤＣ／ＤＣコンバ
ータ６ａによって電気二重層キャパシタ３から電子機器
１に電力を供給する。

【００２３】前記電気二重層キャパシタ３から電力を供
給している間に直流電源２からの電力供給が復帰する
と、電源出力検知回路５によって電力の供給が復帰した
ことを判断してＤＣ／ＤＣコンバータ６ａの動作を止め
る。電気二重層キャパシタ３の電力をある程度消費して
も、まだ直流電源２の出力が復帰しない場合は、電源出
力検知回路５によって電子機器１の電源スイッチをＯＦ
Ｆにして、電子機器の動作を安全に止める。また、直流
電源２からの電力供給がなくなった時には、電気二重層
キャパシタ３の電力量を考慮して、制御回路７によって
電子機器１が消費する電力を最小限になるような状態に
強制的に切り換えても構わない。

【００２４】（実施例２）図２に、本発明の実施例２に
よる無停電電源装置の回路図を示す。図２の無停電電源
装置の回路では、電気二重層キャパシタ３の充電が完了
した状態でスイッチ回路１１ａをＯＦＦにしておき、電
流検知回路９を用いて電気二重層キャパシタ３の出力電
流を測定する。直流電源２から電力が供給されている場
合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６ａからの出力電力が非常
に少なくなるために、電流検知回路９で計測される電流
は小さく、直流電源２から電力が供給されていない場合
は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６ａからの出力電力が非常に
多くなるために、電流検知回路９で計測される電流は大
きくなる。直流電源２からの電力供給の有無を判断する
と、図１と同様の動作を電源出力検知回路５によって行
うことができる。

【００２５】また、本発明の無停電電源装置では、充電
回路４を抵抗器１０とスイッチ回路１１ａを直列接続し
た構成になっており、電圧検知回路８によって電気二重
層キャパシタ３の充電が完了したことを認識できる。さ
らに、本無停電電源装置では、電流検知回路９によって
電気二重層キャパシタ３から供給された電力量を測定し
て電気二重層キャパシタ３に残された電力量を算出する
ことが可能であり、電圧検知回路８によって電気二重層
キャパシタ３の電圧を測定して電気二重層キャパシタ３
に残された電力量を算出することもできる。

【００２６】（実施例３）図３に、本発明の実施例３に
よる無停電電源装置の回路図を示す。本発明の無停電電
源装置の回路では、電気二重層キャパシタ３の充電が完
了した状態でスイッチ回路１１ａをＯＦＦにしておき、
直流電源２の出力電圧をコンデンサ１５で保持し、その
保持された電圧と出力電圧に比例した電圧とをコンパレ
ータ１４によって比較する。直流電源２から電力が供給
されている場合は、コンパレータ１４に入力される２つ
の電圧は、ほぼ同じ電圧であり、直流電源２から電力が
供給されていない場合は、コンパレータ１４に入力され
ている２つの電圧に差が生じる。

【００２７】また、電圧検知回路８によって電気二重層
キャパシタ３の電圧を測定し、その変化量を算出する。
直流電源２から電力が供給されている場合は、電圧の変
化量が非常に小さくなり、直流電源２から電力が供給さ
れていない場合は、電圧の変化量が非常に大きくなる。
直流電源２からの電力供給の有無を判断すると、図１と
同様の動作を電源出力検知回路５によって行う。また、
本回路では、電気二重層キャパシタ３から電力を供給す
る時はスイッチ回路１１ａをＯＦＦに、スイッチ回路１
１ｂをＯＮにする。電気二重層キャパシタ３から電力を
供給しない時は、スイッチ回路１１ａをＯＮに、スイッ
チ回路１１ｂをＯＦＦにする。

【００２８】（実施例４）図４に、本発明の実施例４に
よる無停電電源装置の回路図を示す。本発明の無停電電
源装置の回路では、電流検知回路９とコンパレータが内
蔵された電源出力検知回路５を用いて図３の無停電電源
装置と同じ動作をする。また、本回路では、貯蔵できる
電力量を大きくするために、２個の電気二重層キャパシ
タ３を用い、電気二重層キャパシタ３から電力を供給す
る時は、スイッチ回路１１ｄをＯＮに、スイッチ回路１
１ｃおよび１１ｅをＯＦＦにして、２個の電気二重層キ
ャパシタ３を直列接続にして、利用できる電力量を大き
くする。電気二重層キャパシタ３から電力を供給しない
時は、スイッチ回路１１ｄをＯＦＦに、スイッチ回路１
１ｃおよび１１ｅをＯＮにして、電気二重層キャパシタ
３を並列接続とし、それぞれの電気二重層キャパシタ３
の電圧がばらつかないようにして充電を行う。

【００２９】（実施例５）図５に、本発明の実施例５に
よる無停電電源装置の回路図を示す。本発明の無停電電
源装置の回路では、貯蔵できる電力量を大きくするため
に、５個の電気二重層キャパシタ３を用い、スイッチ回
路１１ｃ、１１ｄ、１１ｅを制御して、図４の無停電電
源装置と同じ動作をする。また、５個全てを一度に直列
にする必要はなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ６ａの入力条
件によって、少しずつ直列数を多くして構わないし、い
くつかの電気二重層キャパシタ３を並列接続したままで
も構わない。

【００３０】また、本回路では、充電回路にＤＣ／ＤＣ
コンバータ６ｂを用い、電気二重層キャパシタ３の状態
に併せて任意の電圧で充電を行うことができる。さら
に、本回路では、電気二重層キャパシタ３が満充電状態
になったことを検知しなくてもスイッチ回路１１ａをＯ
Ｎにした状態で通常時に待機していても構わない。ま
た、前記電気二重層キャパシタの充電時と放電時の動作
電圧範囲が異なると、充電時にＤＣ／ＤＣコンバータ６
ａが動作しなければ損失とならないために、スイッチ回
路１１ｂをＯＮにしたままでも構わない。

【００３１】図６に、本発明の実施例６による無停電電
源装置の回路図を示す。本発明の無停電電源装置の回路
では、貯蔵できる電力量を大きくするために５個の電気
二重層キャパシタ３を用い、全て直列に接続した。複数
の電気二重層キャパシタ３を直列に接続する場合、それ
ぞれの電圧がばらつき、充電の際に耐電圧を越える電気
二重層キャパシタ３が存在するようになる。そのような
状態では、電気二重層キャパシタ３は劣化し、システム
全体のパフォーマンスが下がる。そのために、電圧制限
回路としてツェナーダイオード１６をそれぞれの電気二
重層キャパシタ３に並列に接続した。

【００３２】また、本回路では、電気二重層キャパシタ
３の残りの電力量を測定するための電流検出回路９およ
び電圧検出回路８を省略した。消費電力が一定の電子機
器１に応用する場合には、電気二重層キャパシタ３が電
力を供給する時間によって電力量を推測しても構わな
い。さらに、本回路では、複数の電源ラインをもつ電子
機器１および直流電源２にも適用できる。複数の電源ラ
インの中でコンパレータによって直流電源の状態を検出
するためだけの電源ラインがある場合には、直流電源２
からの電力供給の有無を前記コンパレータだけで判断し
ても構わない。

【００３３】図７に、本発明の実施例７による無停電電
源装置の回路図を示す。本発明の無停電電源装置の回路
では、５個直列に接続した電気二重層キャパシタ３の電
圧のばらつきを抑えるために平準化回路１７を配置し
た。平準化回路１７にそれぞれの電気二重層キャパシタ
３の電圧を測定する回路を備えた場合には、図７のよう
に、電圧検知回路を省略し、電圧検知動作を平準化回路
１７に行わせても構わない。

【００３４】

【発明の効果】以上、本発明によれば、電気二重層キャ
パシタの特性を考慮した回路構成とした、効率のよい無
停電電源装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１による無停電電源装置の回路
図。

【図２】本発明の実施例２による無停電電源装置の回路
図。

【図３】本発明の実施例３による無停電電源装置の回路
図。

【図４】本発明の実施例４による無停電電源装置の回路
図。

【図５】本発明の実施例５による無停電電源装置の回路
図。

【図６】本発明の実施例６による無停電電源装置の回路
図。

【図７】本発明の実施例７による無停電電源装置の回路
図。

【図８】従来の無停電電源装置の構成図。

【符号の説明】

１電子機器２直流電源３電気二重層キャパシタ４充電回路５電源出力検知回路６ａ，６ｂ，６ｃＤＣ／ＤＣコンバータ７制御回路８電圧検知回路９電流検知回路１０抵抗器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅスイッチ
回路１２定電流回路１３ダイオード１４コンパレータ１５コンデンサ１６ツェナーダイオード１７平準化回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源から電子機器に電力を供給する
出力から電気二重層キャパシタに充電を行う充電回路
と、前記直流電源からの電力供給の有無を判断する電源
出力検知回路と、電気二重層キャパシタと、前記電気二
重層キャパシタから前記電子機器に電力を供給するＤＣ
／ＤＣコンバータとを備えたことを特徴とする無停電電
源装置。
【請求項２】前記電気二重層キャパシタの出力に電流
検知回路を備え、前記電気二重層キャパシタの出力電流
から前記直流電源の電力供給の有無を判断する電源出力
検知回路を備えた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】前記無停電電源装置において、電源出力
検知回路が、前記直流電源からの出力の電圧を保持する
保持回路と、該保持回路で保持された電圧と直流電源の
電力供給がなくなることにより低下した電圧とを比較す
るコンパレータとで構成され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４】前記無停電電源装置において、前記電気
二重層キャパシタの出力に電圧検知回路を備え、前記電
気二重層キャパシタの電圧の変化量から前記直流電源の
電力供給の有無を判断する電源出力検知回路を備えたこ
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】請求項２に記載の電源出力検知回路およ
び前記請求項３に記載の電源出力検知回路および前記請
求項４に記載の電源出力検知回路のいずれか２つ以上を
備えた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６】請求項１乃至５のいずれかに記載の無停
電電源装置において、前記直流電源からの出力と前記電
気二重層キャパシタの入力との間に、抵抗器とスイッチ
回路を直列に接続して構成した充電回路を備えたことを
特徴とする無停電電源装置。
【請求項７】請求項１乃至５のいずれかに記載の無停
電電源装置において、前記直流電源からの出力と前記電
気二重層キャパシタの入力との間に、定電流回路とスイ
ッチ回路を直列に接続して構成した充電回路を備えたこ
とを特徴とする無停電電源装置。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかに記載の無停
電電源装置において、電気二重層キャパシタを複数備
え、該電気二重層キャパシタを並列接続および直列接続
を切り換えるスイッチ回路を有し、直列接続の数を任意
に多くして並列接続の数を任意に少なくでき、もしくは
直列接続の数を任意に少なくして並列接続の数を任意に
多くできる制御回路を備えたことを特徴とする無停電電
源装置。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかに記載の無停
電電源装置において、電気二重層キャパシタを複数備
え、各電気二重層キャパシタに電圧制限回路を備えたこ
とを特徴とする無停電電源装置。
【請求項１０】請求項１乃至８のいずれかに記載の無
停電電源装置において、電気二重層キャパシタを複数備
え、電気二重層キャパシタに電圧平準化回路を備えたこ
とを特徴とする無停電電源装置。
【請求項１１】請求項１乃至１０のいずれかに記載の
無停電電源装置において、前記電気二重層キャパシタか
ら供給された電流と該電流が供給された時間を計測して
残りの電力量を算出する制御回路を備えたことを特徴と
する無停電電源装置。
【請求項１２】請求項１乃至１０のいずれかに記載の
無停電電源装置において、前記電気二重層キャパシタの
電圧を計測して残りの電力量を算出する制御回路を備え
たことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項１３】請求項１乃至１２のいずれかに記載の
無停電電源装置において、前記直流電源からの電力供給
が止まっている状態で前記電気二重層キャパシタから電
力が供給されている場合に、前記電気二重層キャパシタ
の残りの電力量が少なくなると電子機器を自動的に終了
させる制御回路を備えたことを特徴とする無停電電源装
置。
【請求項１４】請求項１３に記載の無停電電源装置に
おいて、前記電子機器を自動的に終了させる際に、その
時の前記電子機器の状態を記録して次に該電子機器を動
作させるときに同じ状態を再現できるようにする制御回
路を備えたことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項１５】請求項１乃至１４のいずれかに記載の
無停電電源装置において、前記電気二重層キャパシタか
ら前記電子機器に電力を供給している間に前記直流電源
からの電力供給が再度行われるようになった場合に、前
記電気二重層キャパシタからの電力供給を終了させる制
御回路を備えたことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項１６】請求項１乃至１５のいずれかに記載の
無停電電源装置において、前記電気二重層キャパシタか
ら前記電子機器に電力を供給している間に前記電子機器
が消費する電力量を最小限に抑える制御回路を備えたこ
とを特徴とする無停電電源装置。
【請求項１７】請求項１乃至１６のいずれかに記載の
無停電電源装置において、電圧の異なる複数の電源ライ
ンに前記電気二重層キャパシタから電力を供給できるよ
うにＤＣ／ＤＣコンバータに複数の出力を備えたことを
特徴とする無停電電源装置。