CN105322650A - 电力变换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个实施方式所涉及的电力变换装置的特征在于，具有：停电检测电路，其检测多个电源系统各自的停电状态；第一切换部，其具备与多个电源系统连接的多个触点以及一个输出端子，在停电检测电路检测出多个电源系统中的至少一个电源系统的停电时，该第一切换部切换成将其它电源系统中的一个电源系统所连接的触点与输出端子连接；第二切换部，其具备抑制来自多个电源系统的涌流的充电电路，并具备与第一切换部的输出端子连接的一个输入端子，该第二切换部与第一切换部中的电源系统的切换同步地，切换成将输入端子与充电电路的输入侧的触点连接固定的期间；以及电力变换电路。

Description

电力变换装置
技术领域
本发明涉及一种电力变换装置，特别涉及一种在发生停电时切换电源系统来继续向负载供给电力的电力变换装置。
背景技术
作为在使用电力变换电路的电源装置中抑制在电源系统与平滑电容器出现电压差的情况下产生的向平滑电容器的涌流的方法，已知进行绕路以使涌流不流向电力变换电路的方法(例如，日本专利公开公报，特开2011-135758号公报(JP2011-135758A))。
图1中示出了以往的电力变换装置的结构图。电源系统60是交流电源，经由电抗器L1和L2向电力变换电路40供给交流电力。作为电力变换电路40的输出的直流电力被提供到平滑电容器70，平滑化后的电力被提供到负载50。
在上述的以往技术中，在电源系统60与平滑电容器70出现电压差的情况下，首先断开与电力变换电路40连接的开关SW1。这样一来涌流经由二极管D1～D4流动，因此涌流不会流入电力变换电路40。然而，需要准备能够承受涌流的二极管D1～D4。另外，在电源系统60是3相交流的情况下，需要总计6个二极管，在成本和小型化上存在问题。
在使用电力变换电路的电源装置中，为了即使在发生停电时也继续向负载供给电力，已知一种除了主要的电源系统以外还具有多个备用电源系统的装置。图2中示出了以往的电源装置的结构。作为电源系统，构成为将第一电源系统60-1、第二电源系统60-2、…、第n电源系统60-n这总计n个电源系统并联连接。n个电源系统分别与停电检测电路10连接。停电检测电路10检测n个电源系统各自是否发生停电。另外，第一电源系统60-1、第二电源系统60-2、…、第n电源系统60-n上分别连接有第一充电电路30-1、第二充电电路30-2、…、第n充电电路30-n。并且，第一充电电路30-1、第二充电电路30-2、…、第n充电电路30-n的输出侧分别与电源系统的切换开关20的触点x、y、…、z连接。
停电检测电路10检测n个电源系统是否发生停电，基于检测结果来切换电源系统的切换开关20。例如，设最初电源系统的切换开关20将输入侧的触点x与输出侧的端子OUT20连接，将来自第一电源系统60-1的电力供给到电力变换电路40。此时，若停电检测电路10检测出第一电源系统60-1发生停电，则停电检测电路10对电源系统的切换开关20进行控制来切换成将输入侧的触点y与输出侧的端子OUT20连接，以从第二电源系统60-2供给电力。同样地，若停电检测电路10检测出第二电源系统60-2发生停电，则停电检测电路10对电源系统的切换开关20进行控制来切换成将输入侧的触点z与输出侧的端子OUT20连接，以从第n电源系统60-n(n≥3)供给电力。
在图2所示的以往的电源装置中，在从发生停电的电源系统向未发生停电的没有故障的电源系统切换时，电源系统的切换开关20中的切换动作存在延迟。因此，存在以下情况：电力变换电路40内的平滑电容器41被放电，在电源系统与平滑电容器41之间出现电位差。此时，若在出现电位差的状态下切换电源系统，则存在以下问题：涌流流向平滑电容器，使电力变换电路40内的开关元件等损坏。
在此，使用图3的时序图来说明随着电源系统的切换而流向平滑电容器的涌流。图3示出了伴随停电的发生而切换电源系统时的平滑电容器的电压以及向平滑电容器的涌流的时间性变化。首先，设到时刻t10为止，从第一电源系统60-1供给电力，电力变换电路40内的平滑电容器41被充电到电压V0。接着，当设在时刻t10发生了停电时，平滑电容器41中充入的电压被逐渐放电，平滑电容器41的电压随着时间而降低。
如图2所示，当第一电源系统60-1发生停电时，停电检测电路10检测出停电，对电源系统的切换开关20进行控制以选择第二电源系统60-2。然而，从检测出停电到电源系统的切换开关20进行开关动作为止需要规定的时间，因此到切换为第二电源系统60-2的时间点即时刻t11为止平滑电容器41的电压降低到V1。当在时刻t11电源系统从第一电源系统60-1切换为第二电源系统60-2时，与作为平滑电容器41的电压降低量的电位差(＝V0-V1)的大小相应地对平滑电容器41进行充电，涌流流向平滑电容器41。此时，如果设对平滑电容器41的充电在时刻t12完成，则从切换为第二电源系统60-2的时刻t11到时刻t12的时间越短，就会有越大的涌流流向平滑电容器41。设该涌流的最大值为I0max。
如图2所示，一般已知如下的方法：与电源系统60-1、60-2、…、60-n串联地设置充电电路30-1、30-2、…、30-n，来抑制电源系统切换时的涌流。然而，多个电源系统各自都需要充电电路，在成本和小型化上存在问题。
另外，如图4所示，在电源系统从已停电的第一电源系统60-1切换为未发生停电的没有故障的第二电源系统60-2、并通过第二充电电路30-2抑制了向平滑电容器的涌流之后，也继续经由充电电路供给电力。因此，存在以下问题：由于构成充电电路的限流电阻、电感等部件，电源系统发生电压下降，电力变换效率变差。并且，由于部件自身发热，因此存在对元件的寿命、周围的电路产生影响的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够在避免部件数量的增加、电源系统的电压下降、电力变换装置的发热增加的同时稳定地进行发生停电时的电源系统的切换的电力变换装置。
本发明的一个实施方式所涉及的电力变换装置的特征在于，具有：停电检测电路，其与多个电源系统连接，检测多个电源系统各自的停电状态；第一切换部，其具备与多个电源系统连接的多个触点以及一个输出端子，在停电检测电路检测出多个电源系统中的至少一个电源系统的停电时，该第一切换部根据停电检测电路的停电检测结果，切换成将除了被检测出停电的电源系统以外的其它电源系统中的一个电源系统所连接的触点与输出端子连接；第二切换部，其具备抑制来自多个电源系统的涌流的充电电路，并具备与第一切换部的输出端子连接的一个输入端子，该第二切换部与第一切换部中的电源系统的切换同步地，切换成将输入端子与充电电路的输入侧的触点连接固定的期间；以及电力变换电路，其与第二切换部的输出端子连接。
附图说明
本发明的目的、特征以及优点通过与附图相关联的以下实施方式的说明会变得更进一步明确。在该附图中，
图1是以往的电力变换装置的结构图，
图2是具备充电电路的以往的电力变换装置的结构图，
图3是以往的电力变换装置中的平滑电容器的电压和涌流的时序图，
图4是具备充电电路的以往的电力变换装置的结构图，
图5是本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的结构图，
图6是本发明的实施例1所涉及的电力变换装置中的平滑电容器的电压、涌流以及充电电路切换信号的时序图，
图7是用于说明本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的动作过程的流程图，
图8是本发明的实施例2所涉及的电力变换装置的结构图，以及
图9是用于说明本发明的实施例2所涉及的电力变换装置的动作过程的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明所涉及的电力变换装置。其中，需要注意的是，本发明的技术范围并不限定于这些实施方式，而涵盖权利要求书所记载的发明及其等同发明。
[实施例1]
首先，使用附图来说明本发明的实施例1所涉及的电力变换装置。图5是本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的结构图。本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的特征在于，具有：停电检测电路1，其与多个电源系统60-1、60-2、…、60-n连接，检测多个电源系统各自的停电状态；第一切换部2，其具备与多个电源系统连接的多个触点a、b、…、c以及一个输出端子OUT2，在停电检测电路1检测出多个电源系统中的至少一个电源系统的停电时，该第一切换部2根据停电检测电路1的停电检测结果，切换成将除了被检测出停电的电源系统以外的其它电源系统中的一个电源系统所连接的触点与输出端子OUT2连接；第二切换部3，其具备抑制来自多个电源系统的涌流的充电电路31，并具备与第一切换部2的输出端子OUT2连接的一个输入端子IN3，该第二切换部3与第一切换部2中的电源系统的切换同步地，切换成将输入端子IN3与充电电路的输入侧的触点“e”连接固定的期间；以及电力变换电路4，其与第二切换部3的输出端子连接。
在第一电源系统60-1中发生停电、并由停电检测电路1检测出了停电的情况下，将与第一切换部2的输出端子OUT2连接的触点从触点“a”切换为触点“b”。与此同步地，将与第二切换部3的输入端子IN3连接的触点从触点“d”切换为触点“e”，使充电电路31有效。即，形成使充电电路31连接于电源系统与电力变换电路4之间的状态。若在通过第一切换部2的切换而从第一电源系统60-1向第二电源系统60-2切换时产生动作延迟时间，则平滑电容器41的电荷减少，平滑电容器41的两端电压降低。由此，第二电源系统60-2与平滑电容器41的两端电压出现电位差。然而，由于充电电路31变为有效，因此不会有大的涌流流向平滑电容器41，能够安全地将平滑电容器41充电到第二电源系统60-2的电位。在此，能够使用电阻(充电电阻)来构成充电电路31。
在通过第二切换部3使充电电路31有效了固定的期间之后，将与第二切换部3的输入端子IN3连接的触点从触点“e”切换为触点“d”来使充电电路31无效。即，不使充电电路介于电源系统与电力变换电路4之间而将电源系统与电力变换电路4直接连接。由此能够防止充电电路31引起的电压下降、充电电路自身的发热。
并且，在第二电源系统60-2中也发生停电的情况下，通过上述过程从第二电源系统60-2向第n电源系统60-n(n≥3)切换。由此，能够将一个充电电路31与多个电源系统连接，从而能够以少的部件来抑制向平滑电容器的涌流。
对各电源系统的停电状态进行监视的停电检测电路1也可以位于电力变换装置101的外部。或者，也可以例如将通用的停电检测器等的信号输入到电力变换装置来控制第一切换部2和第二切换部3。
电源系统可以是单相交流电源、3相交流电源、或者直流电源、以双电层电容器为代表的能量蓄积元件。
第二切换部3通过具有与充电电路31并联地配置的、将触点d和输出端子OUT3直接连接的直接连接部，能够以一次开关动作使充电电路有效/无效。因此，能够减少切换的次数，从而能够防止开关噪声。
如上所述，在本发明的实施例1所涉及的电力变换装置中，在固定的期间内从电源系统经由充电电路向电力变换电路供给电力。接着，对连接充电电路的“固定的期间”进行说明。图6中示出了本发明的实施例1所涉及的电力变换装置中的平滑电容器的电压、向平滑电容器的涌流以及充电电路切换信号的时序图。在此，充电电路切换信号是从停电检测电路1针对第二切换部3送出到布线12的、用来切换输入端子IN3与触点“d”或“e”的连接以切换充电电路31的连接的信号。
首先，设到时刻t0为止，从第一电源系统60-1供给电力，电力变换电路4内的平滑电容器41被充电到电压V0。接着，当设在时刻t0发生了停电时，平滑电容器41中充入的电压被逐渐放电，平滑电容器41的电压随着时间而降低。
如图5所示，当第一电源系统60-1发生停电时，停电检测电路1检测出停电，对电源系统的切换开关2进行控制以选择第二电源系统60-2。然而，从检测出停电到电源系统的切换开关20进行开关动作为止需要规定的时间，因此到切换为第二电源系统60-2的时间点即时刻t1为止平滑电容器41的电压降低到V1。当在时刻t1切换为第二电源系统60-2时，与作为平滑电容器41的电压的降低量的电位差(＝V0-V1)的大小相应地对平滑电容器41进行充电，涌流流向平滑电容器41。此时，如果设对平滑电容器41的充电在时刻t2完成，则在切换为第二电源系统60-2的时刻t1到时刻t2的期间内涌流流向平滑电容器41。设该涌流的最大值为Imax。
在本发明的实施例1所涉及的电力变换装置中，使电流在固定的期间内经由充电电路31从电源系统流向电力变换电路4。即，在从第一电源系统60-1切换为第二电源系统60-2的时刻t1到向平滑电容器41的充电完成的时刻t2的期间，使从停电检测电路1向第二切换部3发送的充电电路切换信号从低电平(Lowlevel)变为高电平(Highlevel)。其结果，在时刻t1到t2的期间，能够通过充电电路31来消耗电流，因此能够抑制过大的涌流。即，能够使经由充电电路31流向电力变换电路4内的平滑电容器41的电流Imax比不经由充电电路时流动的电流I0max(参照图3)小。在此，能够使“固定的期间”为时刻t1到t2的期间。另外，能够根据电源系统切换时的延迟时间以及平滑电容器的容量来计算时刻t1到t2的期间。
并且，在本发明的实施例1所涉及的电力变换装置中，在向平滑电容器41的充电完成的时刻t2将充电电路切换信号从高电平切换为低电平以解除充电电路31的连接。即，通过从停电检测电路1经由布线12对第二切换部3送出的充电电路切换信号，将输入端子IN3与触点“e”的连接切换为输入端子IN3与触点“d”的连接。其结果，在向平滑电容器41的充电完成之后，从电源系统流向电力变换电路4的电流不经由充电电路31，因此能够避免因充电电路31而出现的稳定的电压下降、发热的发生。
接着，使用图7所示的流程图来说明本发明的实施例1所涉及的电力变换装置的动作过程。首先，在步骤S101中，判断停电检测电路1是否在第一电源系统60-1中发生了停电。在未检测出停电的情况下，返回到步骤S101来继续进行停电的检测。
另一方面，在停电检测电路1检测出在第一电源系统60-1中发生了停电的情况下，在步骤S102中将电源系统切换为第二电源系统60-2。具体地说，如图5所示，从停电检测电路1经由布线11向第一切换部2发送信号，来将与输出端子OUT2连接的触点从触点“a”切换为触点“b”。此外，还设想了第二电源系统60-2也停电的情况，在该情况下只要切换为第n电源系统60-n(n≥3)即可。
接着，在步骤S103中，停电检测电路1对第二切换部3进行控制，以将充电电路31与第二电源系统60-2连接。具体地说，如图5所示，从停电检测电路1借助布线12使第二切换部3将与输入端子IN3连接的触点从触点“d”切换为触点“e”。
接着，在步骤S104中，停电检测电路1在将电源系统从第一电源系统60-1切换第二电源系统60-2后，判断是否经过了使充电电路31介于第二电源系统60-2与电力变换电路4之间的“固定的期间”。在此，“固定的期间”也可以预先存储在设置于停电检测电路1的存储部(未图示)中。此外，如上所述，连接充电电路的“固定的期间”是与稳定状态相比大的电流流向平滑电容器41的期间。
在步骤S104中停电检测电路1判断为未经过固定的期间的情况下，返回到步骤S104，继续进行是否经过了固定的期间的判断。
另一方面，在步骤S104中停电检测电路1判断为经过了固定的期间的情况下，在步骤S105中，停电检测电路1解除第二电源系统60-2与充电电路31的连接。具体地说，如图5所示，从停电检测电路1借助布线12使第二切换部3将与输入端子IN3连接的触点从触点“e”切换为触点“d”。
如以上那样，本发明的实施例1所涉及的电力变换装置并不是如以往那样对应于每个电源系统设置充电电路，而是仅设置一个充电电路。并且，为了抑制由于从已停电的电源系统向未停电的没有故障的电源系统切换所流动的向平滑电容器的涌流而使充电电路有效固定的期间，之后使充电电路无效、即解除充电电路的连接，由此能够防止充电电路处的电压下降、充电电路自身的发热。
[实施例2]
接着，说明本发明的实施例2所涉及的电力变换装置。图8中示出了本发明的实施例2所涉及的电力变换装置的结构图。本发明的实施例2所涉及的电力变换装置102与实施例1所涉及的电力变换装置101的不同点在于，还具备检测从第二切换部3流向电力变换电路4的电流的电流检测电路5，停电检测电路1基于电流检测电路5所检测出的电流来控制第二切换部3，由此决定连接充电电路31的固定的期间。实施例2所涉及的电力变换装置102的其它结构与实施例1所涉及的电力变换装置101的结构相同，因此省略详细的说明。
在实施例1所涉及的电力变换装置101中，在比稳定状态大的电流流向平滑电容器41的固定的期间，在电源系统与电力变换电路4之间连接充电电路31来抑制大的涌流流向平滑电容器41，该固定的期间被停电检测电路1预先存储。另一方面，在本发明的实施例2所涉及的电力变换装置102中，在第二切换部3与电力变换电路4之间设置了电流检测电路5来检测从第二切换部3流向电力变换电路4的电流。与电流检测电路5所检测出的电流有关的数据被发送到停电检测电路1，停电检测电路1基于电流检测电路5所检测出的电流来控制第二切换部3，对第二切换部3中的输入端子IN3与触点“d”或触点“e”的连接进行切换。
例如，在第一电源系统60-1中检测出停电的情况下，停电检测电路1将与第一切换部2的输出端子OUT2连接的触点从触点“a”切换为触点“b”，由此将电源系统从第一电源系统60-1切换为第二电源系统60-2。与此同时，停电检测电路1经由布线12向第二切换部3发送充电电路切换信号来将与输入端子IN3连接的触点从触点“d”切换为触点“e”。该时间点是连接充电电路31的固定的期间的开始时间点。
当电源系统从发生停电的第一电源系统60-1切换为未发生停电的第二电源系统60-2时，比稳定状态大的电流流向电力变换电路4内的平滑电容器41以对平滑电容器41充电。然而，当平滑电容器41的充电完成时，电流的值恢复为稳定状态。电流检测电路5监视流向平滑电容器41的电流，将与检测出的电流有关的数据发送到停电检测电路1。当停电检测电路1检测出电流的大小从比稳定状态大的状态恢复为稳定状态时，停电检测电路1经由布线12向第二切换部3发送充电电路切换信号来将与输入端子IN3连接的触点从触点“e”切换为触点“d”。该时间点是连接充电电路31的固定的期间的结束时间点。
接着，使用图9所示的流程图来说明本发明的实施例2所涉及的电力变换装置的动作过程。首先，在步骤S201中，停电检测电路1判断在第一电源系统60-1中是否发生了停电。在未检测出停电的情况下，返回到步骤S201来继续进行停电的检测。
另一方面，在停电检测电路1检测出在第一电源系统60-1中发生了停电的情况下，在步骤S202中，将电源系统从第一电源系统60-1切换为第二电源系统60-2。具体地说，如图7所示，从停电检测电路1经由布线11向第一切换部2发送信号，将与输出端子OUT2连接的触点从触点“a”切换为触点“b”。此外，还设想了第二电源系统60-2也停电的情况，在该情况下只要切换为第n电源系统60-n(n≥3)即可。
接着，在步骤S203中，停电检测电路1对第二切换部3进行控制，以将充电电路31与第二电源系统60-2连接。具体地说，如图7所示，从停电检测电路1借助布线12使第二切换部3将与输入端子IN3连接的触点从触点“d”切换为触点“e”。
接着，在步骤S204中，停电检测电路1基于电流检测电路5所检测出的电流的值来判断向电力变换电路4内的平滑电容器41的电流是否为阈值以下。在此，能够将阈值设为稳定状态下的流向平滑电容器41的电流的值。
在步骤S204中判断为向平滑电容器41的电流不是阈值以下的情况下，返回到步骤S204，继续进行向平滑电容器41的电流是否为阈值以下的判断。
另一方面，在步骤S204中停电检测电路1判断为向平滑电容器41的电流为阈值以下的情况下，在步骤S205中，停电检测电路1解除第二电源系统60-2与充电电路31的连接。具体地说，如图7所示，从停电检测电路1借助布线12使第二切换部3将与输入端子IN3连接的触点从触点“e”切换为触点“d”。
如以上那样，在本发明的实施例2所涉及的电力变换装置中，直接检测流向平滑电容器41的电流。因此，在比稳定状态大的电流流向平滑电容器41的期间，能够可靠地插入充电电路31，因此能够抑制流向平滑电容器41的电流。与此同时，在流向平滑电容器41的电流恢复为稳定状态后不再插入充电电路31，因此能够避免充电电路31中的发热等。
如以上所说明的那样，根据本发明的实施例所涉及的电力变换装置，能够在避免部件数量的增加、电源系统的电压下降、电力变换装置的发热增加的同时稳定地进行发生停电时的电源系统的切换。

Claims (3)

1.一种电力变换装置，其特征在于，具有：
停电检测电路，其与多个电源系统连接，检测多个电源系统各自的停电状态；
第一切换部，其具备与多个电源系统连接的多个触点以及一个输出端子，在上述停电检测电路检测出多个电源系统中的至少一个电源系统的停电时，该第一切换部根据上述停电检测电路的停电检测结果，切换成将除了被检测出停电的电源系统以外的其它电源系统中的一个电源系统所连接的触点与上述输出端子连接；
第二切换部，其具备抑制来自多个电源系统的涌流的充电电路，并具备与上述第一切换部的输出端子连接的一个输入端子，该第二切换部与上述第一切换部中的电源系统的切换同步地，切换成将上述输入端子与上述充电电路的输入侧的触点连接固定的期间；以及
电力变换电路，其与上述第二切换部的输出端子连接。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
上述第二切换部具有与上述充电电路并联地配置的直接连接部。
3.根据权利要求1或2所述的电力变换装置，其特征在于，
还具备检测从上述第二切换部流向上述电力变换电路的电流的电流检测电路，
上述停电检测电路基于上述电流检测电路所检测出的电流来控制上述第二切换部，由此决定连接上述充电电路的上述固定的期间。
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