CN102449876B - 不间断供电电源装置 - Google Patents

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Abstract

在本不间断供电电源装置中，设置对逆变器(3)的输出电力进行整流的整流电路(7)，在逆变器(3)第1次启动时，将整流电路(7)的输出电力提供给双电层电容器(10)，在逆变器(3)第2次以上启动时，选择性地将整流器(1)和整流电路(7)中的任一方的输出电力提供给双电层电容器(10)。因而，通过控制逆变器(3)，能利用简单的结构来容易进行双电层电容器(10)的预充电。

Description

不间断供电电源装置
技术领域
本发明涉及不间断供电电源装置，特别涉及利用双电层电容器作为蓄电装置的不间断供电电源装置。
背景技术
以往，作为用于向计算机系统等重要负载稳定地提供交流电力的电源装置，广泛使用不间断供电电源装置。例如日本专利特开2001-61238号公报(专利文献1)所示的那样，不间断供电电源装置一般包括：整流器，该整流器将交流电力转换为直流电力；逆变器，该逆变器将直流电力转换为交流电力；及蓄电装置，该蓄电装置储存直流电力。通常，整流器将来自商用交流电源的交流电力转换为直流电力，一边对蓄电装置进行充电，一边向逆变器提供直流电力。逆变器将直流电力转换为交流电力以提供给负载。在商用交流电源停电的情况下，将来自蓄电装置的电力提供给逆变器，从而逆变器继续向负载提供交流电力。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2001-61238号公报
发明内容
本发明要解决的技术问题
作为蓄电装置，使用蓄电池、双电层电容器等。从环境保护、寿命的观点来看，双电层电容器优于蓄电池。但是，与蓄电池不同，双电层电容器在停电时间较长的情况下，放电至0V。因而，在使用双电层电容器的情况下，除利用整流器进行正常充电以外，在装置启动时或有长时间的停电时，需要将双电层电容器从0V预充电到规定电压。
作为进行预充电的方法，可考虑如下方法：在整流器与双电层电容器之间设置双向斩波电路，通过控制双向斩波电路来使得从整流器流到双电层电容器的电流缓缓增大。但是，在该方法中，存在会导致装置尺寸大型化、装置结构复杂化的问题。
因此，本发明的主要目的在于提供一种能利用简单的结构来容易进行双电层电容器的预充电的不间断供电电源装置。
用于解决技术问题的技术方案
本发明所涉及的不间断供电电源装置包括整流器、双电层电容器、逆变器、整流电路、及充电电路。整流器将来自商用交流电源的第1交流电力转换成直流电力。双电层电容器储存直流电力。逆变器将来自整流器及双电层电容器的直流电力转换成第2交流电力。整流电路将第2交流电力转换成直流电力。充电电路在逆变器第1次启动时，将整流电路的输出电力提供给双电层电容器，在逆变器第2次以上启动时，选择性地将整流器和整流电路中的任一方的输出电力提供给双电层电容器。
发明的效果
在本发明所涉及的不间断供电电源装置中，设置将逆变器的输出电力转换成直流电力的整流电路，在逆变器第1次启动时，将整流电路的输出电力提供给双电层电容器，在逆变器第2次以上启动时，选择性地将整流器和整流电路中的任一方的输出电力提供给双电层电容器。因而，通过控制逆变器，能利用简单的结构来容易进行双电层电容器的预充电。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的不间断供电电源装置的结构和旁路供电模式的电路框图。
图2是表示图1所示的不间断供电电源装置启动时的动作的时序图。
图3是表示图1所示的不间断供电电源装置的EDLC预充电模式的电路框图。
图4是表示图1所示的不间断供电电源装置的EDLC充电模式的电路框图。
图5是表示图1所示的不间断供电电源装置的逆变器供电模式的电路框图。
图6是表示图1所示的不间断供电电源装置的动作的流程图。
图7是表示与图1所示的控制电路中的逆变器的软启动相关联的部分的电路框图。
图8是表示图7所示的软启动电路的动作的时序图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一个实施方式所涉及的不间断供电电源装置包括开关SW1～SW6、整流器1、电容器2、5、逆变器3、变压器4、STS6、整流电路7、电流检测电路8、控制电路9、及双电层电容器10。
开关SW1的一个端子接收来自商用交流电源的交流电压VAC1，其另一端子与整流器1相连接。开关SW1由控制电路9进行控制，在接通不间断供电电源装置的电源的情况下导通。整流器1由控制电路9进行控制，通过开关SW1将从商用交流电源提供的交流电压VAC1转换成直流电压，并输出到电源节点N1。电容器2连接在电源节点N1与基准电压GND的线路之间，对电源节点N1的电压进行滤波。
逆变器3由控制电路9进行控制，将电源节点N1的直流电压转换成商用频率的交流电压VAC2。变压器4将逆变器3的输出电压VAC2传送到开关SW2的一个端子。电容器5连接在变压器4的输出节点与基准电压GND的线路之间。变压器4及电容器4构成将由逆变器3等产生的噪声去除的输出滤波器。
开关SW2的另一端子与计算机系统之类的重要负载11相连接。开关SW2由控制电路9进行控制，在将逆变器3的输出电压VAC2提供给负载11的逆变器供电模式时导通，在将来自商用交流电源的交流电压VAC1通过旁路用的开关SW3、SW4提供给负载11的旁路供电模式时不导通。
开关SW3的一个端子接收来自商用交流电源的交流电压VAC1，其另一端子通过开关SW4与负载11相连接。当使用不间断供电电源装置时，使开关SW3处于导通状态。开关SW4由控制电路9进行控制，在逆变器供电模式时不导通，在旁路供电模式时导通。STS6与开关SW4并联连接。STS6由控制电路9进行控制，在逆变器供电模式时在逆变器3发生故障的情况下导通，将来自商用交流电源的交流电力VAC1瞬间提供给负载11。
开关SW5的一个端子与变压器4的输出节点相连接，其另一端子与整流电路7的输入节点相连接。开关SW5由控制电路9进行控制，在进行双电层电容器10的预充电的EDLC(Electric Double-Layer Capacitor：双电层电容器)预充电模式时导通，在除此以外的期间内不导通。
在EDLC预充电模式时，整流电路7将通过开关SW5提供来的交流电压VAC2进行整流，以生成直流电压。双电层电容器10的正极与整流电路7的输出节点10相连接，其负极与基准电压GND的线路相连接。双电层电容器10储存直流电力。
开关SW6连接在双电层电容器10的正极与电源节点N1之间。开关SW6由控制电路9进行控制，在EDLC预充电模式时不导通，在除此以外的期间内导通。
电流检测电路8对从整流电路7流到双电层电容器10的直流电流进行检测，将表示检测值的信号提供给控制电路9。控制电路9基于来自商用交流电源的交流电压VAC1及电流检测电路8的输出信号，对整个不间断供电电源装置进行控制。
接下来，对不间断供电电源装置的动作进行说明。图2是表示逆变器3第1次启动时的动作的时序图。在初始状态，如图1所示，开关SW3、SW4导通，同时开关SW1、SW2、SW5、SW6不导通，来自商用交流电源的交流电压VAC1通过开关SW3、SW4提供给负载1。
若在某一时刻t0接通不间断供电电源装置的电源，则在时刻t1，开关SW1导通，在时刻t2，整流器1被激活。接下来，在时刻t3，逆变器3被激活，且开关SW5导通，如图3所示，开始EDLC预充电模式。为了防止变压器4的偏磁，控制逆变器3，使得输出电压VAC2缓缓上升。逆变器3的输出电压VAC2经由变压器4及开关SW5提供给整流电路7。整流电路7对逆变器3的输出电压VAC2进行整流，以提供给双电层电容器10。因此，双电层电容器10的端子间电压VDC也缓缓上升。
此时，在由电流检测电路8检测出的整流电路7的输出电流超过阈值电流的情况下，控制电路9使逆变器3的输出电压VAC2暂时停止上升。在整流电路7的输出电流低于阈值电流的情况下，控制电路9使逆变器3的输出电压VAC2再次上升。
接下来，在时刻t4，若逆变器3的输出电压VAC2达到规定电压，双电层电容器10的端子间电压VDC达到规定电压，则开关SW5不导通，且开关SW6导通，如图4所示，开始EDLC充电模式。整流器1的输出电压通过开关SW6提供给双电层电容器10，对双电层电容器10进行充电。
接下来，在图4中，开关SW2导通，逆变器3的输出电压VAC2通过变压器4及开关SW2提供给负载11。此时，由于开关SW3、SW4也导通，因此，对负载11提供来自商用交流电源的交流电压VAC1和逆变器3的输出电压VAC2这两者。
接下来，如图5所示，开关SW4不导通，实现逆变器供电模式。在逆变器供电模式中，在从商用交流电源提供交流电压VAC1的正常动作时，整流器1将来自商用交流电源的交流电力转换成直流电力，以提供给逆变器3及双电层电容器10。在停止提供来自商用交流电源的交流电压VAC1的停电时，整流器1停止驱动，储存在双电层电容器10中的直流电力提供给逆变器3。逆变器3将直流电力转换为交流电力，以提供给负载11。因而，即使在停电时，也能对负载11提供交流电力，以对负载11进行驱动。在停电时间较短的情况下，继续图5的逆变器供电模式，在停电时间较长的情况下，由于需要对双电层电容器10进行预充电，因此，返回至图1的旁路供电模式。
图6是表示该不间断供电电源装置的动作的流程图。在图6中，若接通电源，则在步骤S1中，控制电路9执行旁路供电模式，将来自商用交流电源的交流电力通过开关SW3、SW4提供给负载11。在步骤S2中，控制电路9执行EDLC预充电模式，使开关SW1、SW5导通，并使逆变器3的输出电力缓缓上升。由此，逆变器3的输出电力由整流电路7进行整流，以转换成直流电力，双电层电容器10的端子间电压VDC缓缓上升。
在步骤S3中，控制电路9执行EDLC充电模式，使开关SW5不导通且使开关SW6导通，将整流器1的输出电力提供给双电层电容器10，以代替整流电路7的输出电力。在步骤S4中，控制电路9执行逆变器供电模式，使开关SW4不导通且使开关SW2导通，将逆变器3的输出电力提供给负载11，以代替来自商用交流电源的交流电力。
在步骤S5中，控制电路9判别是否有停电，在有停电的情况下，在步骤S6中，判别停电时间Tb是否比预先确定的时间T0要长。在控制电路9判别为停电时间Tb比预先确定的时间T0要短的情况下，由于无需进行双电层电容器10的预充电，因此，返回至步骤S4。此外，在控制电路9判别为停电时间Tb比预先确定的时间T0要长的情况下，由于需要再次进行双电层电容器10的预充电，因此，返回至步骤S1。
另外，在停电时，储存在双电层电容器10中的直流电力提供给逆变器3，停电时间Tb越长，双电层电容器10的充电电平越低。因而，判别停电时间Tb是否比预先确定的时间T0要长相当于判别双电层电容器10的充电电平是否比预先确定的阈值电平要低。作为判别双电层电容器10的充电电平是否比预先确定的阈值电平要低的方法，有判别双电层电容器10的端子间电压VDC是否比预先确定的阈值电压要低的判别方法。
图7是表示与控制电路9中的逆变器3的软启动相关联的部分的电路框图。在图7中，控制电路9包括与门20、或门21、触发器22、比较电路23、及软启动电路24。
与门20将信号F1～F3的逻辑与信号提供给触发器22的置位端子(S)。信号F1是在开关SW1导通的情况下成为“H”电平的信号。信号F2是在发出指令执行逆变器供电模式的情况下成为“H”电平的信号。信号F3是在逆变器3的输出电压VAC2达到目标电压的情况下成为“H”电平的信号。若信号F1～F3均成为“H”电平，则与门20的输出信号上升为“H”电平，触发器22被置位，触发器22的输出信号
Figure BPA00001476440200061
成为“H”电平。因而，在触发器22的输出信号
Figure BPA00001476440200062
成为“H”电平的情况下，结束双电层电容器10的预充电。
或门21将信号F4、F5的逻辑或信号提供给触发器22的复位端子(R)。信号F4是在发生严重故障的情况下成为“H”电平的信号。信号F5是在不间断供电电源装置发生故障而被复位的情况下成为“H”电平的信号。若信号F4及信号F5中的至少一个信号成为“H”电平，则或门21的输出信号上升为“H”电平，触发器22被复位，触发器22的输出信号
Figure BPA00001476440200071
成为“L”电平。因而，在触发器22的输出信号成为“L”电平的情况下，需要进行双电层电容器10的预充电。
比较电路23将由电流检测电路8检测出的整流电路7的输出电流I与预先确定的阈值电流ITH进行比较，并输出与比较结果相对应的电平的信号
Figure BPA00001476440200073
在整流电路7的输出电流I比阈值电流ITH要高的情况下，信号
Figure BPA00001476440200074
成为“H”电平。在整流电路7的输出电流I比阈值电流ITH要低的情况下，信号成为“L”电平。软启动电路24按照信号
Figure BPA00001476440200076
使逆变器3的输出电压指令值VC从0缓缓上升到目标电压指令值VT。逆变器3的输出电压VAC2按照输出电压指令VC，缓缓上升到目标电压。
图8是举例表示软启动电路24的动作的时序图。图8中的曲线A表示信号
Figure BPA00001476440200077
均为“L”电平的情况下逆变器3的输出电压指令值VC的时间变化。在此情况下，由于需要进行双电层电容器10的预充电，因此，软启动电路24使逆变器3的输出电压指令值VC例如用600秒从0缓缓上升到目标电压指令值VT。由此，能使双电层电容器10的端子间电压VDC从0V缓缓上升到规定电压，从而能防止整流电路7中流过过电流，且防止变压器4的偏磁。
此外，图8中的曲线B表示信号分别为“H”电平和“L”电平的情况下逆变器3的输出电压指令值VC的时间变化。在此情况下，由于进行了一次双电层电容器10的预充电，因此，在双电层电容器10中残留有电荷。因而，软启动电路24使逆变器3的输出电压指令值VC以比信号
Figure BPA00001476440200079
为“L”电平的情况要快的速度进行上升。即，软启动电路24使逆变器3的输出电压指令值VC例如用1秒从0缓缓上升到目标电压指令值VT。由此，能使双电层电容器10的端子间电压VDC较快地上升到规定电压。
此外，图8中的曲线C表示信号
Figure BPA000014764402000710
为“H”电平时、信号
Figure BPA000014764402000711
多次(图8中为3次)从“L”电平变化到“H”电平的情况下逆变器3的输出电压指令值VC的时间变化。在此情况下，由于进行了一次双电层电容器10的预充电，因此，在双电层电容器10中残留有电荷。因而，软启动电路24使逆变器3的输出电压指令值VC以比信号
Figure BPA000014764402000712
为“L”电平的情况要快的速度进行上升。
但是，在整流电路7的输出电流I超过阈值电流ITH的情况下，软启动电路24使逆变器3的输出电压指令值VC暂时停止上升，等待整流电路7的输出电流I小于阈值电流ITH。在整流电路7的输出电流低于阈值电流ITH的情况下，软启动电路24使逆变器3的输出电压指令值VC再次上升。在此情况下，逆变器3的输出电压指令值VC用1秒与600秒之间的时间tx从0变化到目标电压指令值VT。这样，通过重复使逆变器3的输出电压指令值VC上升、或使其暂时停止上升，从而能防止流过过电流，并迅速对双电层电容器10进行充电。
在该实施方式中，为了防止变压器4的偏磁，利用一直以来设置的逆变器3的软启动功能来进行双电层电容器10的预充电。因而，与另外设置预充电电路的情况相比，能利用简单的结构来容易进行双电层电容器10的预充电。
应该认为这里所揭示的实施方式在所有方面都是举例表示，而不是限制性的。可以认为本发明的范围并不是由上述说明来示出，而是由权利要求的范围来示出，且包含与权利要求的范围同等的含义及范围内的所有变更。
标号说明
SW1～SW6开关
1整流器
2、5电容器
3逆变器
4变压器
6STS(Static Transfer Switch：静态转换开关)
7整流电路
8电流检测电路
9控制电路
10双电层电容器
11负载
20与门
21或门
22触发器
23比较电路
24软启动电路

Claims (7)

1.一种不间断供电电源装置，其特征在于，包括：
整流器(1)，该整流器(1)将来自商用交流电源的第1交流电力转换成直流电力；
双电层电容器(10)，该双电层电容器(10)储存直流电力；
逆变器(3)，该逆变器(3)将来自所述整流器(1)及所述双电层电容器(10)的直流电力转换成第2交流电力；
整流电路(7)，该整流电路(7)将所述第2交流电力转换成直流电力；
第1开关(SW5)，该第1开关(SW5)的一个端子接收所述第2交流电力，另一端子与所述整流电路(7)的输入节点相连接；
第2开关(SW6)，该第2开关(SW6)连接在所述整流器(1)的输出节点与所述双电层电容器(10)之间；及
控制电路(9)，该控制电路(9)在所述逆变器(3)第1次启动时，使所述第1开关(SW5)导通，将所述整流电路(7)的输出电力提供给所述双电层电容器(10)，在所述逆变器(3)第2次以上启动时，使所述第1开关或第2开关(SW5，SW6)导通，选择性地将所述整流器(1)和所述整流电路(7)中的任一方的输出电力提供给所述双电层电容器(10)。
2.如权利要求1所述的不间断供电电源装置，其特征在于，
所述控制电路(9)在所述逆变器第2次以上启动时，在判别为所述双电层电容器的充电电平低于预先确定的阈值电平的第1情况下，使所述第1开关(SW5)导通，将所述整流电路(7)的输出电力提供给所述双电层电容器(10)，在判别为所述双电层电容器(10)的充电电平高于所述预先确定的阈值电平的第2情况下，使所述第2开关(SW6)导通，将所述整流器(1)的输出电力提供给所述双电层电容器(10)。
3.如权利要求2所述的不间断供电电源装置，其特征在于，
所述控制电路(9)在所述商用交流电源的停电时间比预先确定的时间要长的情况下，判别为所述双电层电容器(10)的充电电平低于所述预先确定的阈值电平，在所述商用交流电源的停电时间比所述预先确定的时间要短的情况下，判别为所述双电层电容器(10)的充电电平高于所述预先确定的阈值电平。
4.如权利要求2所述的不间断供电电源装置，其特征在于，
所述控制电路(9)在所述双电层电容器(10)的端子间电压低于预先确定的电压的情况下，判别为所述双电层电容器(10)的充电电平低于所述预先确定的阈值电平，在所述双电层电容器(10)的端子间电压高于所述预先确定的电压的情况下，判别为所述双电层电容器(10)的充电电平高于所述预先确定的阈值电平。
5.如权利要求2所述的不间断供电电源装置，其特征在于，
还包括切换电路(9，SW2，SW4)，该切换电路(9，SW2，SW4)接收所述第1交流电力及第2交流电力，随着所述逆变器(3)的第1次启动结束而将所述第2交流电力提供给负载(11)，当所述商用交流电源有停电时，在所述第1情况下，将所述第1交流电力提供给所述负载(11)，在所述第2情况下，将所述第2交流电力提供给所述负载(11)。
6.如权利要求1所述的不间断供电电源装置，其特征在于，
还包括软启动电路(24)，该软启动电路(24)在所述逆变器(3)第1次启动时，使所述逆变器(3)的输出电压以第1速度上升至目标电压，在所述逆变器(3)第2次以上启动时，使所述逆变器(3)的输出电压以比所述第1速度要快的第2速度上升至目标电压。
7.如权利要求6所述的不间断供电电源装置，其特征在于，
还包括对所述整流电路(7)的输出电流进行检测的电流检测电路(8)，
所述软启动电路(24)在所述电流检测电路(8)的检测值低于预先确定的阈值电流的情况下，使所述逆变器(3)的输出电压以所述第1速度或第2速度上升，在所述电流检测电路(8)的检测值高于所述预先确定的阈值电流的情况下，使所述逆变器(3)的输出电压暂时停止上升。
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