JP4033197B2 - 電源バックアップ回路 - Google Patents

Description

本発明は、電源バックアップ回路に関し、消費電流が小さく長時間バックアップすることができる電源バックアップ回路に関するものである。

商用電源から電力の供給を受ける電子機器においては、電源スイッチを遮断した場合に、その電子機器に備えられている時計や揮発性メモリ（ＲＡＭ）等の機能を持続するために電力を供給する電源バックアップ回路が知られている（特許文献１）。

図４において、バッテリまたは商用電源等の主電源から電源電圧ＶＣＣが供給される。電源電圧ＶＣＣは、ダイオードＤ１の正極（アノード）に接続され、ダイオードＤ１の負極（カソード）は、抵抗Ｒ３を介してバックアップ電源であるコンデンサＣ１の正極に接続され、コンデンサＣ１の負極は、接地されている。このコンデンサＣ１は、電気二重層コンデンサである。

ＲＴＣ回路３の入力端子は、コンデンサＣ１の正極と抵抗Ｒ３との接続点に接続され、ＲＴＣ回路３の接地端子は、接地されている。ＲＴＣ回路３は、時刻をリアルタイムに計時し、その時刻を記憶する回路であり、図示しないＣＰＵなどに接続されて、計時した時刻が読み取られる。

電源電圧ＶＣＣが所定の電圧より大きい場合には、電源電圧ＶＣＣは、ダイオードＤ１および抵抗Ｒ３を介してＲＴＣ回路３の入力端子に供給されるとともに、コンデンサＣ１に供給される。また、コンデンサＣ１は、電源電圧ＶＣＣにより充電される。

電源電圧ＶＣＣが、何らかの理由により下降した場合は、コンデンサＣ１に蓄電された電圧がＲＴＣ回路３に入力される。また、コンデンサＣ１に蓄電された電力が消費されると、ＲＴＣ回路３へ電圧が供給されなくなる。

図５（ａ）は、ＲＴＣ電源電圧に対する消費電流を示すグラフであり、図５（ｂ）は、電源から電力の供給が停止された際に、コンデンサＣ１によりＲＴＣ回路３へ供給される電圧（ＲＴＣ電源電圧）および消費電流の変化を示すグラフである。

図５（ａ）に示すグラフは、横軸をＲＴＣ電源電圧、単位をＶ（ボルト）とし、縦軸を消費電流、単位をμＡ（マイクロアンペア）として表すものである。このグラフから分かるようにＲＴＣ電源電圧の値が大きくなるにしたがって、消費電流が大きくなる右肩あがりの特性を示している。例えば、ＲＴＣ電源電圧が１．２Ｖの場合の消費電流は、約３μＡであり、ＲＴＣ電源電圧が１．５Ｖの場合の消費電流は、約６μＡであり、ＲＴＣ電源電圧が１．８Ｖの場合の消費電流は、約１０μＡである。

ＲＴＣ回路３は、ＲＴＣ電源電圧が１．８Ｖ以上の場合は、ＲＴＣ回路３に接続されるＣＰＵなどにより計時している時刻を読み取ることができる。ＲＴＣ回路３に供給されるＲＴＣ電源電圧が、この電圧１．８Ｖより低く、１．２Ｖより高い場合は、ＲＴＣ回路３にアクセスすることはできないが、計時は行われるようになっている。

図５（ｂ）は、図４に示す従来の電源バックアップ回路１０における、電源を遮断（ＯＦＦ）した場合の、時間経過に従って変化するＲＴＣ回路３の入力電圧と、ＲＴＣ回路３における消費電流とを示すグラフである。このグラフは、横軸を時間とし、縦軸を電圧、単位をＶ、および消費電流、単位をμＡとし、ＲＴＣ回路３の入力電圧を実線、ＲＴＣ回路３の消費電流を一点鎖線でそれぞれ示すものである。

時間「２」で示される時刻に電源が遮断され、電源電圧ＶＣＣに代りコンデンサＣ１の電圧がＲＴＣ回路３の入力電圧に供給された場合を示し、電源が遮断された時のＲＴＣ回路３の入力電圧は、１．８Ｖである。この１．８Ｖが、ＲＴＣ回路３に供給され、その時のＲＴＣ回路３の消費電流は、図５（ａ）を参照して、約１０μＡである。

その後、電流が消費されることによりコンデンサＣ１の電圧が下がり、ＲＴＣ回路３の入力電圧も徐々に下降する。

電源遮断後の約４時間後（時間「６」で示す）には、ＲＴＣ回路３の出力電圧値が１．２Ｖを下回ることになりＲＴＣ回路３の機能は、停止することになる。
特開２００１−４５６７８号公報

特許文献１に開示されている電源バックアップ回路は、コンデンサＣ１の正極がＲＴＣ回路３の入力端子に直結している為、長時間バックアップすることができないという問題点があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、長時間バックアップすることができる電源バックアップ回路を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、請求項１記載の電源バックアップ回路は、電子素子に電圧を供給する電源と、その電源により供給される電圧が低下した場合に前記電源に代わって前記電子素子に電圧を供給する蓄電手段とを備えたものであって、前記電源から前記蓄電手段へ電流を供給し逆流を防止する逆流防止手段と、その逆流防止手段と前記蓄電手段との接続点を入力とし第１の電圧値またはその第１の電圧値より低い第２の電圧値である安定化された一定の電圧を出力する単一のレギュレータと、前記電源の電圧値に基づいて、前記電源の電圧値が所定の電圧値より大きい場合は、前記レギュレータの出力電圧を第１の電圧値とし、前記電源の電圧が前記所定の電圧より低い場合は、前記レギュレータの出力電圧を第２の電圧値に切り替える切替手段とを備えている。

請求項２記載の電源バックアップ回路は、請求項１記載の電源バックアップ回路において、前記第２の電圧値は、前記電子素子の所定の機能を維持することができるほぼ最低の電圧値である。

請求項３記載の電源バックアップ回路は、請求項１または２記載の電源バックアップ回路において、前記レギュレータは、前記第１の電圧値またはその第１の電圧値より低い第２の電圧値の電圧を出力する出力端子と、その出力端子の電圧を制御する出力制御端子とを有し、前記切替手段は、前記出力制御端子と前記出力端子とを接続する第１の抵抗素子と、前記出力制御端子に一端を接続される第２の抵抗素子と、前記電源の電圧値に基づいて、前記第２の抵抗素子の他端と接地との接続を開閉するスイッチ手段とを備えている。

請求項４記載の電源バックアップ回路は、請求項３記載の電源バックアップ回路において、前記出力制御端子に接続され接地される第３の抵抗素子を備えている。

請求項１記載の電源バックアップ回路によれば、電源から蓄電手段へ電流を供給し逆流を防止する逆流防止手段と、その逆流防止手段と蓄電手段との接続点を入力とし第１の電圧値またはその第１の電圧値より低い第２の電圧値である安定化された一定の電圧を出力する単一のレギュレータと、電源の電圧値に基づいて、電源の電圧値が所定の電圧値より大きい場合は、レギュレータの出力電圧を第１の電圧値とし、電源の電圧が前記所定の電圧より低い場合は、レギュレータの出力電圧を第２の電圧値に切り替える切替手段とを備えているので、消費電流を少なくし長時間バックアップすることができるという効果がある。

請求項２記載の電源バックアップ回路によれば、請求項１記載の電源バックアップ回路の奏する効果に加え、第２の電圧値は、電子素子の所定の機能を維持することができるほぼ最低の電圧値であるので、より消費電流を少なくすることができ、より長くバックアップすることができるという効果がある。

請求項３記載の電源バックアップ回路によれば、請求項１または２記載の電源バックアップ回路の奏する効果に加え、レギュレータは、第１の電圧値またはその第１の電圧値より低い第２の電圧値の電圧を出力する出力端子と、その出力端子の電圧を制御する出力制御端子とを有し、切替手段は、出力制御端子と出力端子とを接続する第１の抵抗素子と、出力制御端子に一端を接続される第２の抵抗素子と、電源の電圧値に基づいて、第２の抵抗素子の他端と接地との接続を開閉するスイッチ手段とを備えているので、簡単な構成で第１の電圧値と第２の電圧値を形成するとともに、切替えることができる。よって、電源バックアップ回路の製造コストを低減することができるという効果がある。

請求項４記載の電源バックアップ回路によれば、請求項３記載の電源バックアップ回路の奏する効果に加え、出力制御端子に接続され接地される第３の抵抗素子を備えているので、レギュレータの出力制御端子により規定される電圧に依らずに、第１および第２の電圧を設定することができるという効果がある。

以下、本発明の好ましい第１の実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の電源バックアップ回路１の回路図である。この第１の実施形態では、従来の電源バックアップ回路１０と同一部分については、同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分について説明する。

レギュレータ２は、出力端子Ｖｏｕｔの出力電圧を設定することができるアジャストタイプのレギュレータであって、レギュレータ２の入力端子Ｖｉｎは、コンデンサＣ１の正極と抵抗Ｒ３との接続点に接続されている。レギュレータ２の出力端子Ｖｏｕｔは、ＲＴＣ回路３に接続されるとともに、レギュレータ２のＡＤＪ端子と抵抗Ｒ１を介して接続され、抵抗Ｒ１とＡＤＪ端子とは、抵抗Ｒ２を介してトランジスタＱ１のコレクタに接続されている。また、トランジスタＱ１の、ベースは、抵抗Ｒ４を介して電源に接続され、トランジスタＱ１のエミッタは、接地されている。なお、レギュレータ２の接地端子（ＧＮＤ）は、接地されている。

レギュレータ２のＡＤＪ端子は、電圧が一定値Ｖｒｅｆ（定電圧）に維持されるものであり、トランジスタＱ１がオンの場合は、抵抗Ｒ２の一端が接地され、抵抗Ｒ２に流れる電流Ｉは、Ｖｒｅｆ／Ｒ２である（トランジスタＱ１の飽和電圧を無視するものとする）。ＡＤＪ端子に流れる電流は、無視できる程度であるので、この電流は、抵抗Ｒ１に流れる電流と同一になり、出力端子Ｖｏｕｔの電圧ＶＴ１（第１の電圧値）は、
ＶＴ１＝（１＋Ｒ１／Ｒ２）・Ｖｒｅｆとなる。

一方、電源電圧ＶＣＣが低下してトランジスタＱ１のベース電位が下がり、トランジスタＱ１がオフした場合は、抵抗Ｒ２に電流が流れなくなる。したがって、抵抗Ｒ１にも電流が流れなくなり、レギュレータ２の出力電圧ＶＴ２（第２の電圧値）は、ＡＤＪ端子の電圧Ｖｒｅｆと等しくなる。

例えば、電源電圧ＶＣＣが正常に供給されている場合は、Ｖｒｅｆを１．２Ｖとし、Ｒ２を１ｋΩ、Ｒ１を５００Ωとすると、出力電圧ＶＴ１は、１．８Ｖに設定される。電源電圧ＶＣＣの電圧が低下してトランジスタＱ１のベース電位が下がり、トランジスタＱ１がオフした場合は、出力電圧ＶＴ２は１．２Ｖに設定される。上述の通り１．２Ｖは、ＲＴＣ回路３の計時機能を維持することができる最低電圧である。

したがって、電源ＶＣＣの電圧が、何らかの理由により低下した場合は、コンデンサＣ１により電力が供給されるが、電源ＶＣＣが正常である場合の電圧１．８Ｖに比べ、低い電圧である１．２ＶをＲＴＣ回路３に供給することになる。

図２は、電源バックアップ回路１において、電源を遮断（ＯＦＦ）した場合の、時間経過に従って変化するレギュレータ２の入力電圧と、レギュレータ２の出力電圧と、ＲＴＣ回路３における消費電流とを示すグラフである。このグラフは、横軸を時間とし、縦軸を電圧（単位Ｖ）、および消費電流（単位μＡ）とし、レギュレータ２の入力電圧を実線、レギュレータ２の出力電圧を破線、ＲＴＣ回路３の消費電流を一点鎖線でそれぞれ示すものである。

電源の電圧ＶＣＣが正常な場合（遮断される前）は、レギュレータ２の入力電圧は、３Ｖであり、レギュレータ２の出力電圧ＶＴ１は１．８Ｖである。この１．８Ｖが、ＲＴＣ回路３に供給され、その時のＲＴＣ回路３の消費電流は、図５（ａ）を参照して、約１０μＡである。

時間「２」で示される時刻に電源が遮断されると、トランジスタＱ１がオフになり、ＲＴＣ回路３に供給する電圧は、１．２Ｖ（ＶＴ２）に変更設定される。

よって、消費電流は、約２．４μＡとなり、図５（ｂ）に示す従来の場合に比べ小さい値になる。したがって、コンデンサＣ１の電圧でありレギュレータ２の入力電圧Ｖｉｎの経過時間に対する減少の割合が小さくなり、長時間バックアップできることになる。

なお、第１の実施形態では、電源の電圧ＶＣＣが降下した場合の、レギュレータ２の出力電圧ＶＴ１を、ＲＴＣ回路３の計時を行うことができる最低の電圧値である１．２Ｖに設定したが、この値に限らず電源の電圧ＶＣＣが正常な場合にレギュレータ２の出力電圧ＶＴ１より低く設定すれば、消費電流が減少し、図５（ｂ）に示す従来の場合に比べ、長い時間バックアップすることができる。電源電圧ＶＣＣが、レギュレータ２の出力電圧ＶＴ２を下まわった場合は、レギュレータ２の出力電圧ＶＴ２も電源圧ＶＣＣの下降に従って下降することは、従来の場合と同様である。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、電源が正常に供給されている場合には、電源バックアップ装置１は、１．８Ｖの電圧を供給するので、ＲＴＣ回路３が計数する時刻の値に対して、他の回路からアクセスすることができる。一方、電源が遮断されるなどの理由により電源の電圧が低下した場合には、コンデンサＣ１から供給される電圧を、１．２ＶにしてＲＴＣ回路３へ供給するので、他の回路からアクセスすることはできないが、ＲＴＣ回路３は、時刻を計時することができるとともに、消費電流が少ないので、ＲＴＣ回路３を長時間バックアップすることができる。

次に、第２の実施形態の電源バックアップ回路１１について図３を参照して説明する。なお、前記した第１の実施形態の電源バックアップ回路１と同一の部分には、同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。第１の実施形態では、電源の電圧ＶＣＣが低下した場合は、レギュレータ２に設定されているＡＤＪ端子の電圧Ｖｒｅｆの値が出力端子Ｖｏｕｔの電圧に等しくなるが、第２の実施形態では、電源の電圧ＶＣＣが低下した場合のレギュレータ２の出力電圧ＶＴ２が、Ｖｒｅｆの値とは異なる電圧値になるように設定するものである。

第２の実施形態の第１の実施形態と異なる点は、ＡＤＪ端子に、Ｒ２、Ｑ１と並列に抵抗Ｒ５が接地されている点と、バックアップ電源としてコンデンサＣ１に代わり、二次電池Ｂ１を用いている点である。

電源が正常な電圧を供給し、トランジスタＱ１がオンである場合は、レギュレータ２の出力電圧ＶＴ１は、
ＶＴ１＝（１＋Ｒ１・（Ｒ２＋Ｒ５）／（Ｒ２・Ｒ５））・Ｖｒｅｆ
となり、電源の電圧が低下し、トランジスタＱ１がオフである場合は、
ＶＴ２＝（１＋Ｒ１／Ｒ５）・Ｖｒｅｆとなる。

例えば、Ｖｒｅｆを１．０Ｖ、Ｒ１を１ｋΩ、Ｒ２を、１．６ｋΩ、Ｒ５を５ｋΩとすると、電源が正常な電圧の場合のレギュレータ２の出力電圧ＶＴ１は、１．８２５Ｖであり、電源の電圧が低下した場合の出力電圧ＶＴ２は、１．２Ｖとなる。

また、バックアップ電源として二次電池Ｂ１であるリチウム電池などを用いると、コンデンサに比べ、長時間バックアップすることができる。

以上説明したように、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、電源の電圧が正常な場合は、約１．８Ｖの電圧を供給し、電源が遮断された場合は、１．２Ｖの低い電圧をＲＴＣ回路３に供給する。よって、電源が遮断され、バックアップ電源によりバックアップを行う際には消費電流が小さいので、ＲＴＣ回路３を長時間バックアップすることができる。また、第１の実施形態では、電源が遮断された場合の出力電圧は、ＡＤＪ端子に設定されている電圧により規定されたが、この第２の実施形態では、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ５の値を設定することにより、任意の値に設定することができる。

以上、上記実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

例えば、上記第１の実施形態では、蓄電手段をコンデンサＣ１としたが、二次電池としてもよく、第２の実施形態では、蓄電手段を二次電池Ｂ１としたが、コンデンサとしてもよい。

本発明の第１の実施形態における電源バックアップ回路の回路図である。 レギュレータの入力電圧と出力電圧と消費電流との時間変化を示すグラフである。 第２の実施形態における電源バックアップ回路の回路図である。 従来の技術における電源バックアップ回路を示す回路図である。 （ａ）は、ＲＴＣ電源電圧に対する消費電流を示すグラフであり、（ｂ）は、従来の技術におけるＲＴＣ回路の入力電圧と消費電流との時間変化を示すグラフである。

符号の説明

１ 電源バックアップ回路
２ レギュレータ
Ｖｏｕｔ 出力端子
ＡＤＪ ＡＤＪ端子（出力制御端子）
Ｂ１ バッテリ（蓄電手段）
Ｃ１ コンデンサ（蓄電手段）
Ｄ１ ダイオード（逆流防止手段）
Ｑ１ トランジスタ（スイッチ手段）
Ｒ１ 抵抗（第１の抵抗素子）
Ｒ２ 抵抗（第２の抵抗素子）
Ｒ５ 抵抗（第３の抵抗素子）
ＶＣＣ 電源電圧

Claims (4)

1. 電子素子に電圧を供給する電源と、その電源により供給される電圧が低下した場合に前記電源に代わって前記電子素子に電圧を供給する蓄電手段とを備えた電源バックアップ回路において、
   前記電源から前記蓄電手段へ電流を供給し逆流を防止する逆流防止手段と、
   その逆流防止手段と前記蓄電手段との接続点を入力とし第１の電圧値またはその第１の電圧値より低い第２の電圧値である安定化された一定の電圧を出力する単一のレギュレータと、
   前記電源の電圧値に基づいて、前記電源の電圧値が所定の電圧値より大きい場合は、前記レギュレータの出力電圧を第１の電圧値とし、前記電源の電圧が前記所定の電圧より低い場合は、前記レギュレータの出力電圧を第２の電圧値に切り替える切替手段とを備えていることを特徴とする電源バックアップ回路。
2. 前記第２の電圧値は、前記電子素子の所定の機能を維持することができるほぼ最低の電圧値であることを特徴とする請求項１記載の電源バックアップ回路。
3. 前記レギュレータは、前記第１の電圧値またはその第１の電圧値より低い第２の電圧値の電圧を出力する出力端子と、その出力端子の電圧を制御する出力制御端子とを有し、
   前記切替手段は、前記出力制御端子と前記出力端子とを接続する第１の抵抗素子と、
   前記出力制御端子に一端を接続される第２の抵抗素子と、
   前記電源の電圧値に基づいて、前記第２の抵抗素子の他端と接地との接続を開閉するスイッチ手段とを備えていることを特徴とする請求項１または２記載の電源バックアップ回路。
4. 前記出力制御端子に接続され接地される第３の抵抗素子を備えていることを特徴とする請求項３記載の電源バックアップ回路。
   

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