CN107408835B

CN107408835B - 不间断电源装置及使用了其的不间断电源系统

Info

Publication number: CN107408835B
Application number: CN201580078219.6A
Authority: CN
Inventors: 西村一辉; 益永博史; 木下雅博
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2020-09-29
Anticipated expiration: 2035-04-01
Also published as: JP6527225B2; US20180076656A1; JPWO2016157469A1; WO2016157469A1; US10263457B2; CN107408835A

Abstract

在不间断电源装置(60)中，没有用于连接双向斩波器(24)和中性点(NP)之间的布线。双向斩波器(24)包含第一电容器及第二电容器(C11、C12)、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管及第四晶体管(Q11～Q14)、及正常模式电抗器(50)。控制装置63在放电模式时，使第二晶体管及第三晶体管(Q12、Q13)交替地导通，且对第二晶体管及第三晶体管(Q12、Q13)的各个的导通时间进行控制，以使第一电容器及第二电容器(C11、C12)的端子间电压(V11、V12)一致。

Description

不间断电源装置及使用了其的不间断电源系统

技术领域

本发明涉及不间断电源装置及使用了其的不间断电源系统，特别是涉及三相4线式的不间断电源装置和使用了其的不间断电源系统。

背景技术

在(日本)特开2010-187431号公报(专利文献1)中，公开了对负载供应三相交流电压及中性点电压的三相4线式的不间断电源系统。不间断电源系统具备相对于负载并联连接的多个不间断电源装置。各不间断电源装置包含：转换器，将来自交流电源的三相交流电压转换为直流电压；电容器，将直流电压平滑化；桥臂(arm)，基于直流电压而生成中性点电压；以及逆变器，将直流电压转换为三相交流电压。在电容器上，连接有在停电时将直流电压供应给桥臂及逆变器的电池。

在(日本)特开2011-142705号公报(专利文献2)中，公开了具备相对于负载并联连接的多个不间断电源装置的不间断电源系统。多个不间断电源装置共用电池。各不间断电源装置包含转换器、逆变器、及双向斩波器。转换器将来自交流电源的交流电力转换为直流电力。逆变器将直流电力转换为交流电力而供应给负载。在被交流电源供应交流电力的通常时，双向斩波器将由转换器生成的直流电力的一部分积蓄于电池，在来自交流电源的交流电力的供应停止的停电时，将电池的直流电力供应至负载。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2010-187431号公报

专利文献2：(日本)特开2011-142705号公报

发明内容

发明要解决的课题

在三相4线式的不间断电源系统中，多个不间断电源装置的中性点被相互连接。在各不间断电源装置的双向斩波器与中性点连接的情况下(参照图2)，若双向斩波器故障而电池和中性点被短路，则从电池经由中性点向负载及其他不间断电源装置流过电流，存在负载及其他不间断电源装置故障的顾虑。

因此，本发明的主要目的在于，提供能够防止在双向斩波器故障的情况下负载及其他不间断电源装置故障的不间断电源装置和使用了其的不间断电源系统。

用于解决课题的手段

本发明所涉及的不间断电源装置是将三相交流电压及中性点电压供应给负载的三相4线式的不间断电源装置，其中，具备：转换器，将从商用交流电源供应的三相交流电压转换为第一直流电压、第二直流电压及第三直流电压而分别输出至第一直流母线、第二直流母线及第三直流母线；第一电容器，连接到第一直流母线和第三直流母线之间；第二电容器，连接到第三直流母线和第二直流母线之间；逆变器，将经由第一直流母线、第二直流母线及第三直流母线供应的第一直流电压、第二直流电压及第三直流电压转换为三相交流电压而供应至负载；以及双向斩波器，连接到第一直流母线和电力储藏装置之间以及第二直流母线和电力储藏装置之间。第一直流电压比第二直流电压高，第三直流电压是第一直流电压及第二直流电压的中间电压，作为中性点电压而被供应给负载，双向斩波器包含：第三电容器及第四电容器，串联连接到第一直流母线和第二直流母线之间；第一晶体管及第二晶体管，串联连接到第一直流母线和第一节点之间，所述第一节点在第三电容器和第四电容器之间；第三晶体管及第四晶体管，串联连接到第一节点和第二直流母线之间；第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管，分别与第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管及第四晶体管反并联连接；以及正常模式电抗器，具有连接到第二节点与电力储藏装置的正极之间的第一线圈和连接到电力储藏装置的负极与第三节点之间的第二线圈，所述第二节点在第一晶体管和第二晶体管之间，所述第三节点在第三晶体管和第四晶体管之间。不间断电源装置还具备控制装置，在从商用交流电源供应三相交流电压的通常时，所述控制装置执行使第一晶体管及第四晶体管交替地导通而对电力储藏装置进行充电的充电模式，在来自商用交流电源的三相交流电力的供应停止的停电时，所述控制装置执行使第二晶体管及第三晶体管交替地导通而使电力储藏装置进行放电的放电模式。控制装置在放电模式时，对第二晶体管及第三晶体管之中的至少其中一方的晶体管的导通时间进行控制，以使第三电容器及第四电容器的端子间电压一致。

发明效果：

在本发明所涉及的不间断电源装置中，双向斩波器没有与第三直流母线连接，因此即使在第二晶体管故障而成为短路状态的情况下，也不会发生从电池向负载及其他不间断电源装置流过电流而负载及其他不间断电源装置故障的情况。进而，在放电模式时，对第二晶体管及第三晶体管之中的至少其中一方的晶体管的导通时间进行控制，以使第三电容器及第四电容器的端子间电压一致，因此也不会发生第三电容器及第四电容器之中的一方的电容器的端子间电压变得过大的情况。

附图说明

图1是表示成为本发明的比较例的不间断电源系统的结构的电路框图。

图2是表示图1所示的不间断电源装置的结构的电路图。

图3是表示图2所示的电力转换器的结构的电路框图。

图4是表示用于控制图3所示的逆变器的PWM信号的波形的时间图。

图5是表示图2所示的双向斩波器的结构的电路框图。

图6是表示本发明的一实施方式的不间断电源系统中包含的不间断电源装置的结构的电路图。

图7是表示与图6所示的双向斩波器及其控制相关联的部分的电路框图。

图8是表示图7所示的控制装置之中的与电池的放电关联的部分的框图。

图9是表示图7及图8所示的控制装置的放电模式时的动作的流程图。

具体实施方式

[比较例]

为了易于理解本发明，在说明实施方式前，首先说明本发明的比较例。图1是表示成为本发明的比较例的三相4线式的不间断电源系统的结构的电路框图。在图1中，该不间断电源系统具备N台(N为2以上的整数)的不间断电源装置(UPS)U1～UN和电池(电力储藏装置)3。

不间断电源装置U1～UN并联连接到商用交流电源1和负载2之间，共用一个电池3。商用交流电源1以三相3线式将三相交流电力供应给各个不间断电源装置U1～UN。各个不间断电源装置U1～UN以三相4线式将三相交流电力供应给负载2。三相3线式是使用被施加了三相交流电压的3根布线来供应三相交流电力的供电方式。三相4线方式是使用被施加了三相交流电压及中性点电压的4根布线来供应三相交流电力的供电方式。

换言之，商用交流电源1将商用频率的三相交流电压VU、VV、VW供应给各个不间断电源装置U1～UN。各个不间断电源装置U1～UN从商用交流电源1接受三相交流电压VU、VV、VW，将商用频率的三相交流电压VR、VS、VT和中性点电压VN输出至负载2。

选择不间断电源装置U1～UN的台数N，例如使得即使在1台不间断电源装置故障的情况下，也能够通过剩余的(N-1)台不间断电源装置继续负载2的运转。电池3积蓄直流电力。也可以代替电池3而连接有电容器。

在从商用交流电源1正常地供应三相交流电力的通常时，各个不间断电源装置U1～UN将从商用交流电源1以三相3线式供应的三相交流电力转换为直流电力，将该直流电力供应给电池3，并且该直流电力转换为三相交流电力而供应给负载2。负载2由从不间断电源装置U1～UN以三相4线式供应的三相交流电力驱动。负载2的消耗电流由N台不间断电源装置U1～UN均等地分担。

在来自商用交流电源1的三相交流电力的供应停止的停电时，各个不间断电源装置U1～UN将电池3的直流电力转换为三相交流电力而供应给负载2。从而，在电池3中积蓄有直流电力的期间能够继续负载2的运转。

图2是表示不间断电源装置U1的结构的电路图。不间断电源装置U1～UN是相同的结构。在图2中，不间断电源装置U1具备输入端子TIa、TIb、TIc、输出端子TOa、TOb、TOc、TOd、及电池端子TBP、TBN。输入端子TIa、TIb、TIc分别接受来自商用交流电源1的商用频率的三相交流电压VU、VV、VW。不间断电源装置U1～UN的输入端子TIa被相互连接，它们的输入端子TIb被相互连接，它们的输入端子TIc被相互连接。

输出端子TOa、TOb、TOc、TOd设置为对负载2分别输出商用频率的三相交流电压VR、VS、VT和中性点电压VN。不间断电源装置U1～UN的输出端子TOa被相互连接，它们的输出端子TOb被相互连接，它们的输出端子TOc被相互连接，它们的输出端子TOd被相互连接。

电池端子TBP、TBN与电池3的正极及负极分别连接。不间断电源装置U1～UN的电池端子TBP被相互连接，它们的电池端子TBN被相互连接。

不间断电源装置U1进而具备开关S1～S8、输入滤波器10、电流检测器CD1～CD6、电力转换器21～23、双向斩波器24、及输出滤波器30。开关S1～S3的一个端子分别与输入端子TIa、TIb、TIc连接，它们的另一个端子与输入滤波器10连接。开关S1～S3通常为导通，例如在不间断电源装置U1的维护时被断开。

输入滤波器10包含电抗器11～13及电容器14～16。电抗器11～13的一个端子与开关S1～S3的另一个端子分别连接，电抗器11～13的另一个端子与电力转换器21～23的输入端子21a～23a分别连接。电容器14～16的一个端子与电抗器11～13的一个端子分别连接，电容器14～16的另一个端子都与中性点NP连接。

电抗器11～13及电容器14～16构成低通滤波器。输入滤波器10使来自商用交流电源1的商用频率的三相交流电力通过电力转换器21～23，防止由电力转换器21～23产生的开关频率的信号通过商用交流电源1侧。

电流检测器CD1～CD3分别检测从商用交流电源1流过电力转换器21～23的输入端子21a～23a的电流的瞬时值，将表示检测值的信号输出至控制装置(未图示)。控制装置(未图示)例如对电力转换器21～23进行控制，以使交流电压VU、VV、VW的相位和由电流检测器CD1～CD3检测到的电流的相位一致，即以使功率因数成为1.0。

在从商用交流电源1供应三相交流电力的通常时，电力转换器21～23将从商用交流电源1给予输入端子21a～23a的三相交流电力转换为直流电力，将该直流电力经由双向斩波器24供应至电池3，且将该直流电力转换为三相交流电力而输出至输出端子21b～23b。

在来自商用交流电源1的三相交流电力的供应停止的停电时，电力转换器21～23将从电池3经由双向斩波器24供应的直流电力转换为三相交流电力而输出至输出端子21b～23b。

换言之，电力转换器21～23在通常时，将从商用交流电源1给予输入端子21a～23a的三相交流电压VU、VV、VW转换为直流电压V1～V3，且将这些直流电压V1～V3转换为三相交流电压V4a～V4c而输出至输出端子21b～23b。电力转换器21～23在停电时将由从双向斩波器24给予的直流电力生成的直流电压V1～V3转换为三相交流电压V4a～V4c而输出至输出端子21b～23b。

双向斩波器24包含5个端子T1～T5。端子T1～T3分别接受由电力转换器21～23生成的直流电压V1～V3。开关S7、S8的一个端子分别与端子T4、T5连接，开关S7、S8的另一个端子与电池端子TBP、TBN分别连接。电池端子TBP、TBN与电池3的正极及负极分别连接。开关S7、S8通常为导通，例如在不间断电源装置U1或电池3的维护时被断开。

在从商用交流电源1供应三相交流电力的通常时，双向斩波器24将由电力转换器21～23生成的直流电力积蓄于电池3，在来自商用交流电源1的三相交流电力的供应停止的停电时，将电池3的直流电力给予电力转换器21～23。

换言之，双向斩波器24在通常时，对由电力转换器21～23生成的直流电压VDC(＝V1-V2)进行降压而给予电池3，对电池3进行充电。双向斩波器24在停电时，对电池3的端子间电压VB进行升压而生成直流电压VDC，将该直流电压VDC供应给电力转换器21～23，使电池3放电。

电流检测器CD4～CD6分别检测电力转换器21～23的输出电流的瞬时值。电流检测器CD4～CD6的检测值被给予控制装置(未图示)。控制装置(未图示)与其他不间断电源装置U2～UN进行通信，基于电流检测器CD4～CD6的检测值，对电力转换器21～23进行控制，以使负载电流由不间断电源装置U1～UN均等地负担。

输出滤波器30包含电抗器31～33及电容器34～36。电抗器31～33 的一个端子与电力转换器21～23的输出端子21b～23b分别连接。电容器34～36的一个端子分别与电抗器31～33的另一个端子连接，电容器34～36的另一个端子都与中性点NP连接。中性点NP与输出端子TOd连接，且经由布线LN而与端子T3连接。从而，直流电压V3作为中性点电压VN而被输出至输出端子TOd。电抗器31～33及电容器34～36构成低通滤波器。

输出滤波器30使由电力转换器21～23生成的商用频率的三相交流电力通过负载2，防止由电力转换器21～23产生的开关频率的信号通过负载2的情况。换言之，输出滤波器30将由电力转换器21～23生成的交流电压V4a～V4c转换为正弦波状的三相交流电压VR、VS、VT而供应给负载2。

开关S4～S6的一个端子分别与电抗器31～33的另一个端子连接，开关S4～S6的另一个端子分别与输出端子TOa～TOc连接。开关S4～S6通常为导通，例如，在不间断电源装置U1的维护时被断开。

图3是表示电力转换器21的结构的电路框图。在图3中，电力转换器21包含输入端子21a、转换器40、直流正母线L1、直流负母线L2、直流中性点母线L3、电容器C1、C2、保险丝F1～F3、逆变器41、及输出端子21b。电力转换器21由控制装置42控制。

控制装置42基于被给予输入端子21a的交流电压VU的瞬时值、母线L1～L3的直流电压V1～V3的瞬时值、输出端子TOa的电压VO的瞬时值、电流检测器CD1、CD4的检测值等，生成用于控制转换器40及逆变器41的PWM(脉宽调制(pulse width modulation))信号

转换器40包含晶体管Q1～Q4及二极管D1～D4。各个晶体管Q1～Q4例如是IGBT(绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor))。晶体管Q1的集电极与直流正母线L1连接，其发射极与输入端子21a连接。二极管D1的阳极与输入端子21a连接，其阴极与直流正母线L1连接。即，二极管D1与晶体管Q1反并联连接。

晶体管Q2的集电极与输入端子21a连接，其发射极与直流负母线L2连接。二极管D2的阳极与直流负母线L2连接，其阴极与输入端子21a连接。即，二极管D2与晶体管Q2反并联连接。

晶体管Q3、Q4的集电极被相互连接，晶体管Q3、Q4的发射极分别与输入端子21a及直流中性点母线L3连接。二极管D3、D4的阴极都与晶体管Q3、Q4的发射极连接，它们的阳极分别与输入端子21a及直流中性点母线L3连接。即，二极管D3、D4分别与晶体管Q3、Q4反并联连接。晶体管Q3、Q4及二极管D3、D4构成双方向开关。

晶体管Q1～Q4的栅极接受来自控制装置42的PWM信号

与交流电压VU同步生成PWM信号

PWM信号

具有比交流电压VU充分高的频率。PWM信号

和

是相互补偿的信号，PWM信号

和

是相互补偿的信号。

例如，在交流电压VU为正电压的情况下，PWM信号

交替地设为“H”电平，且PWM信号

分别固定为“L”电平及“H”电平。从而，晶体管Q1、Q4交替地导通，且晶体管Q2、Q3分别固定为断开状态及导通状态。

在交流电压VU为负电压的情况下，PWM信号

交替地设为“H”电平，且PWM信号

分别固定为“L”电平及“H”电平。从而，晶体管Q2、Q3交替地导通，且晶体管Q1、Q4分别固定为断开状态及导通状态。

PWM信号在1个周期内，被设为“H”电平的时间和PWM信号的1个周期的时间之比称为占空比。控制装置42与交流电压VU同步地控制PWM信号

的占空比，使交流电压VU转换为直流电压V1～V3。直流电压V1～V3分别被给予直流正母线L1、直流负母线L2、及直流中性点母线L3。V1＞V3＞V2，V3＝(V1+V2)/2。另外，若将直流中性点母线L3接地，则直流电压V1～V3分别成为正电压、负电压、及0V。

在从商用交流电源1供应交流电压VU的通常时，控制装置42对转换器40的晶体管Q1～Q4进行控制而使交流电压VU转换为直流电压V1～V3，在来自商用交流电源1的交流电压VU的供应停止的停电时，使晶体管Q1～Q4固定为断开状态而使转换器40的运转停止。

保险丝F1～F3的一个端子分别与母线L1～L3连接。保险丝F1、F2的另一个端子分别与双向斩波器24的端子T1、T2连接，保险丝F3的另一个端子与中性点NP连接。在该比较例中，中性点NP与输出端子TOd连接，且经由布线LN而与双向斩波器24的端子T3连接。

保险丝F1～F3分别在母线L1及端子T1间、母线L2及端子T2间、母线L3及中性点NP间流过过电流的情况下被熔断(blow)，保护不间断电源装置U1。电容器C1连接到保险丝F1、F3的另一个端子之间，使母线L1、L3之间的直流电压平滑化及稳定化。电容器C2连接到保险丝F3、F2的另一个端子之间，使母线L3、L2之间的直流电压平滑化及稳定化。

逆变器41包含晶体管Q5～Q8及二极管D5～D8。各个晶体管Q5～Q8例如是IGBT。晶体管Q5的集电极与直流正母线L1连接，其发射极与输出端子21b连接。二极管D5的阳极与输出端子21b连接，其阴极与直流正母线L1连接。

晶体管Q6的集电极与输出端子21b连接，其发射极与直流负母线L2连接。二极管D6的阳极与直流负母线L2连接，其阴极与输出端子21b连接。即，二极管D5、D6分别与晶体管Q5、Q6反并联连接。

晶体管Q7、Q8的集电极被相互连接，晶体管Q7、Q8的发射极分别与直流中性点母线L3及输出端子21b连接。二极管D7、D8的阴极都与晶体管Q7、Q8的集电极连接，它们的阳极分别与直流中性点母线L3及输出端子21b连接。即，二极管D7、D8分别与晶体管Q7、Q8反并联连接。晶体管Q7、Q8及二极管D7、D8构成双方向开关。

接着，说明该逆变器41的动作。晶体管Q5～Q8的栅极接受来自控制装置42的PWM信号

图4(a)～(e)是表示PWM信号

的制作方法及波形的图。特别是，图4(a)表示正弦波指令值信号CM、正侧三角波载波信号CA1、及负侧三角波载波信号CA2的波形，图4(b)～(e)分别表示PWM信号

的波形。

在图4(a)～(e)中，正弦波指令值信号CM的频率例如是商用频率。正弦波指令值信号CM与交流电压VU同步。载波信号CA1、CA2的周期及相位是相同的。载波信号CA1、CA2的周期与正弦波指令值信号CM的周期相比充分小。

正弦波指令值信号CM的电平和正侧三角波载波信号CA1的电平的高低被比较。在正弦波指令值信号CM的电平比正侧三角波载波信号CA1的电平高的情况下，PWM信号

分别被设为“H”电平及“L”电平。在正弦波指令值信号CM的电平比正侧三角波载波信号CA1的电平低的情况下，PWM信号

分别被设为“L”电平及“H”电平。

从而，在正弦波指令值信号CM的电平为正的期间，PWM信号

和

与载波信号CA1同步而交替地被设为“H”电平，晶体管Q5和Q7交替地导通。此外，在正弦波指令值信号CM的电平为负的期间，PWM信号

分别固定为“L”电平及“H”电平，晶体管Q5固定为断开状态，且晶体管Q7固定为导通状态。

正弦波指令值信号CM的电平和负侧三角波载波信号CA2的电平的高低被比较。在正弦波指令值信号CM的电平比负侧三角波载波信号CA2的电平高的情况下，PWM信号

分别被设为“L”电平及“H”电平。在正弦波指令值信号CM的电平比负侧三角波载波信号CA2的电平低的情况下，PWM信号

分别被设为“H”电平及“L”电平。

从而，在正弦波指令值信号CM的电平为正的期间，PWM信号

分别固定为“L”电平及“H”电平，晶体管Q6固定为断开状态，且晶体管Q8固定为导通状态。此外，在正弦波指令值信号CM的电平为负的期间，PWM信号

和

与载波信号CA2同步而交替地被设为“H”电平，晶体管Q6和Q8交替地导通。

PWM信号在1个周期内被设为“H”电平的时间和PWM信号的1个周期的时间之比被称为占空比。在正弦波指令值信号CM的电平为正的期间，PWM信号

的占空比在正弦波指令值信号CM的正峰(90度)附近成为最大，随着从峰偏离而减少，在0度附近和180度附近成为0。在正弦波指令值信号CM的电平为负的期间，PWM信号

的占空比固定为0。PWM信号

是PWM信号

的补偿信号。

在正弦波指令值信号CM的电平为正的期间，PWM信号

的占空比固定为0。PWM信号

的占空比在正弦波指令值信号CM的负峰(270度)附近成为最大，随着从峰偏离而减少，在180度附近和360度附近成为0。PWM信号

是PWM信号

的补偿信号。

例如，在交流电压VU为正电压的情况下，PWM信号

交替地被设为“H”电平，且PWM信号

分别固定为“L”电平及“H”电平。从而，晶体管Q5、Q7交替地导通，且晶体管Q6、Q8分别固定为断开状态及导通状态。

在交流电压VU为负电压的情况下，PWM信号

交替地被设为“H”电平，且PWM信号

分别固定为“L”电平及“H”电平。从而，晶体管Q6、Q8交替地导通，且晶体管Q5、Q7分别固定为断开状态及导通状态。控制装置42与交流电压VU同步地控制PWM信号

的占空比，使直流电压V1～V3转换为3电平的交流电压V4a。

电力转换器22、23的结构与电力转换器21的结构相同。其中，电力转换器22与交流电压VV同步地被控制，将与交流电压VV同步的交流电压V4b输出至输出端子22b。电力转换器23与交流电压VW同步地被控制，将与交流电压VW同步的交流电压V4c输出至输出端子23b。

输入滤波器10和电力转换器21～23的转换器40构成将从商用交流电源1供应的三相交流电压VU、VV、VW转换为直流电压V1～V3的三相转换器。电力转换器21～23的逆变器41和输出滤波器30构成将直流电压V1～V3转换为三相交流电压VR、VS、VT而供应给负载2的三相逆变器。

图5是表示双向斩波器24的结构的电路框图。在图5中，双向斩波器24包含端子T1～T5、电容器C11、C12、晶体管Q11～Q14、二极管D11～D14、正常模式电抗器50、及保险丝F11、F12。正常模式电抗器50包含两个线圈51、52。

双向斩波器24由控制装置53控制。控制装置53基于端子T1、T2间(即母线L1、L2间)的直流电压VDC(＝V1-V2)的瞬时值、电池3的端子间电压VB等，生成用于对晶体管Q11～Q14进行控制的PWM信号

端子T1、T2与各个电力转换器21～23的直流正母线L1及直流负母线L2分别连接。端子T3经由布线LN而与中性点NP连接。中性点NP与各个电力转换器21～23的直流中性点母线L3连接，且与输出端子TOd连接。端子T4经由开关S7及电池端子TBP而与电池3的正极连接。端子T5经由开关S8及电池端子TBN而与电池3的负极连接。

电容器C11连接到端子T1、T3之间，使端子T1、T3之间的电压平滑化及稳定化。电容器C12连接到端子T3、T2之间，使端子T3、T2之间的电压平滑化及稳定化。电容器C11、C12被充电到与电力转换器21～23的电容器C1、C2分别相同的电压。

各个晶体管Q11～Q14例如是IGBT。晶体管Q11、Q12串联连接到端子T1、T3之间，晶体管Q13、Q14串联连接到端子T3、T2之间。二极管D11～D14分别与晶体管Q11～Q14反并联连接。

线圈51的一个端子与晶体管Q11、Q12之间的节点N1连接，其另一个端子经由保险丝F11而与端子T4连接。线圈52的一个端子经由保险丝F12而与端子T5连接，其另一个端子与晶体管Q13、Q14之间的节点N2连接。保险丝F11、F12在流过了过电流的情况下被熔断，保护电池3、双向斩波器24等。

在从商用交流电源1供应三相交流电力的通常时，从电容器C1、C2经由双向斩波器24向电池3供应直流电力，电池3被充电。在该情况下，晶体管Q12、Q13固定为断开状态，晶体管Q11、Q14交替地导通。

此时，PWM信号

的占空比被控制，以使电池3的端子间电压VB成为规定的目标电压VBT。若增大PWM信号

的占空比，则从电容器C11、C12流过电池3的电流增大，若减小PWM信号

的占空比，则从电容器C11、C12流过电池3的电流减少。

即，在第一电池充电模式中，PWM信号

被设为“L”电平而晶体管Q12～Q14断开，且PWM信号

被设为“H”电平而晶体管Q11导通。由此，从端子T1经由晶体管Q11、线圈51、保险丝F11、开关S7、电池3、开关S8、保险丝F12、线圈52、及二极管D13向端子T3流过电流，电容器C1、C11放电而电池3被充电。

此外，在第二电池充电模式中，PWM信号

被设为“L”电平而晶体管Q12、Q13断开，且PWM信号

被设为“H”电平而晶体管Q11、Q14导通。由此，从端子T1经由晶体管Q11、线圈51、保险丝F11、开关S7、电池3、开关S8、保险丝F12、线圈52、及晶体管Q14向端子T2流过电流，电容器C1、C2、C11、C12放电而电池3被充电。

在第三电池充电模式中，PWM信号

被设为“L”电平而晶体管Q11～Q13断开，且PWM信号

被设为“H”电平而晶体管Q14导通。由此，从端子T3经由二极管D12、线圈51、保险丝F11、开关S7、电池3、开关S8、保险丝F12、线圈52、及晶体管Q14向端子T2流过电流，电容器C2、C12放电而电池3被充电。

交替地进行第一电池充电模式和第三电池充电模式。在第一电池充电模式和第三电池充电模式之间的期间，PWM信号

被设为“L”电平而晶体管Q11～Q14断开，在线圈51、52中积蓄的电磁能量被释放，在二极管D12、线圈51、保险丝F11、开关S7、电池3、开关S8、保险丝F12、线圈52、及二极管D13的路径中流过电流，电池3被充电。第二电池充电模式是第一电池充电模式和第三电池充电模式重叠的模式。

在来自商用交流电源1的三相交流电力的供应停止的情况下，从电池3经由双向斩波器24向电容器C1、C2、C11、C12供应直流电力，电池3放电而电容器C1、C2、C11、C12被充电。在该情况下，晶体管Q11、Q14固定为断开状态，晶体管Q12、Q13交替地导通。

此时，PWM信号

的占空比被控制，以使端子T1、T2之间的直流电压VDC(＝V1-V2)成为规定的目标电压VDCT。若增大PWM信号

的占空比，则从电池3流过电容器C11、C12的电流增大，若减小PWM信号

的占空比，则从电池3流过电容器C11、C12的电流减少。

即，在第一电池放电模式中，PWM信号

被设为“L”电平而晶体管Q11、Q13、Q14断开，且PWM信号

被设为“H”电平而晶体管Q12导通。由此，从电池3的正极经由开关S7、保险丝F11、线圈51、晶体管Q12、电容器C2、C12、二极管D14、线圈52、保险丝F12、及开关S8向电池3的负极流过电流，电池3放电而电容器C2、C12被充电。

在第二电池放电模式中，PWM信号

被设为“L”电平而晶体管Q11～Q14断开。由此，从电池3的正极经由开关S7、保险丝F11、线圈51、二极管D11、电容器C1、C2、C11、C12、二极管D14、线圈52、保险丝F12、及开关S8向电池3的负极流过电流，在线圈51、52中积蓄的电磁能量释放且电池3放电，从而电容器C1、C2、C11、C12被充电。

在第三电池放电模式中，PWM信号

被设为“L”电平而晶体管Q11、Q12、Q14断开，且PWM信号

被设为“H”电平而晶体管Q13导通。由此，从电池3的正电极经由开关S7、保险丝F11、线圈51、二极管D11、电容器C1、C11、晶体管Q13、线圈52、保险丝F12、及开关S8向电池3的负电极流过电流，电池3放电而电容器C1、C11被充电。

交替地进行第一电池放电模式和第三电池放电模式。在第一电池放电模式和第三电池放电模式之间的期间中，端子T1、T2之间的电压V1-V2低于电池3的端子间电压VB的情况下，进行第二电池放电模式。

接着，说明图1～图5所示的不间断电源装置U1的动作。在从商用交流电源1正常地供应三相交流电力的通常时，来自商用交流电源1的三相交流电压VU、VV、VW经由开关S1～S3及输入滤波器10被供应给电力转换器21～23。三相交流电压VU、VV、VW通过电力转换器21～23的转换器40被转换为直流电压V1～V3。

在各个电力转换器21～23中，由转换器40生成的直流电力经由双向斩波器24及开关S7、S8被积蓄于电池3且被供应给逆变器41，通过逆变器41被转换为商用频率的交流电力。由电力转换器21～23的逆变器41生成的三相交流电压V4a～V4c通过输出滤波器30被转换为正弦波状的三相交流电压VR、VS、VT，经由开关S4～S6被供应给负载2。进而，由电力转换器21～23生成的直流电压V3作为中性点电压VN而被供应给负载2。负载2由三相交流电压VU、VV、VW及中性点电压VN、即以三相4线式供应的交流电力驱动。

在来自商用交流电源1的三相交流电力的供应停止的停电时，停止电力转换器21～23的转换器40的运转，且电池3的直流电力经由开关S7、S8及双向斩波器24被供应至电力转换器21～23的逆变器41，由电力转换器21～23的逆变器41转换为商用频率的三相交流电力。

由电力转换器21～23的逆变器41生成的三相交流电压V4a～V4c被输出滤波器30转换为正弦波状的三相交流电压VR、VS、VT，经由开关S4～S6被供应给负载2。进而，电力转换器21～23的直流中性点母线L3的直流电压V3作为中性点电压VN而被供应给负载2。负载2由三相交流电压VR、VS、VT及中性点电压VN、即以三相4线式供应的交流电力驱动。

从而，即使在产生了停电的情况下，只要在电池3中积蓄有直流电力，负载2的运转就继续。在重新开始供应来自商用交流电源1的交流电力的情况下，重新开始电力转换器21～23的转换器40的运转。在各个电力转换器21～23中，由转换器40生成的直流电力经由双向斩波器24及开关S7、S8被供应给电池3，且被供应给逆变器41，返回到原来的状态。其他各个不间断电源装置U2～UN的结构及动作与不间断电源装置U1相同，因此不重复其说明。

在此，说明比较例的不间断电源系统的问题。例如设为不间断电源装置U1的双向斩波器24的晶体管Q12故障而成为短路状态。在该情况下，从电池3的正极经由开关S7、保险丝F11、线圈51、晶体管Q12、布线LN、中性点NP、及输出端子TOd向负载2及其他各个不间断电源装置U2～UN流过电流。

例如，流入至不间断电源装置U2的输出端子TOd的电流经由中性点NP、布线LN、双向斩波器24的电容器C12、二极管D14、线圈52、保险丝F12、及开关S8流过电池3的负极。从而，存在电池3的直流电力被放电、负载2及其他不间断电源装置U2～UN故障的顾虑。在本发明中，谋求该问题的解决。

[实施方式]

图6是表示本发明的一实施方式的不间断电源系统中包含的不间断电源装置60的结构的电路图，是与图2对比的图。本实施方式的不间断电源系统是将图1所示的各个不间断电源装置U1～UN置换为不间断电源装置60而成的不间断电源系统。

在比较例的不间断电源装置U1中，中性点NP和双向斩波器24的端子T3之间由布线LN连接(参照图2)，但在本实施方式的不间断电源装置60中，没有用于连接中性点NP和双向斩波器24的端子T3之间的布线(参照图6)。从而，即使双向斩波器24的晶体管Q12故障而成为短路状态的情况下，也不会发生从电池3经由故障的晶体管Q12向负载2及其他不间断电源装置60流过电流的情况。

其中，在仅简单地去除双向斩波器24的端子T3和中性点NP之间的布线LN的情况下，存在如下顾虑：对电池3的直流电力进行放电时电容器C11、C12没有被均等地充电，一方的电容器C11或C12的端子间电压成为过大，电容器C11或C12损坏。因此，在本实施方式中，对晶体管Q12、Q13的导通时间进行控制，以使在放电时电容器C11的端子间电压V11和电容器C12的端子间电压V12一致。

图7是表示与双向斩波器24及其控制关联的部分的电路框图，是与图5对比的图。在图7中，为了控制双向斩波器24而设置有控制装置63和电压检测器61、62。电压检测器61检测电容器C11的端子间电压V11的瞬时值，将表示该检测值的信号给予控制装置63。电压检测器62检测电容器C12的端子间电压V12的瞬时值，将表示该检测值的信号给予控制装置63。

控制装置63与比较例的控制装置53同样地，在向电池3充电直流电力的充电模式时将PWM信号

交替地设为“H”电平而使晶体管Q11、Q14交替地导通，在使电池3的直流电力放电的放电模式时将PWM信号

交替地设为“H”电平而使晶体管Q12、13交替地导通。

其中，控制装置63在以下方面与比较例的控制装置53不同。即，比较例的控制装置53对PWM信号

的占空比进行控制，以使在放电模式时端子T1、T2之间的直流电压VDC成为目标电压VDCT。在比较例中，PWM信号

的占空比成为相同的值。

相对于此，本实施方式的控制装置63对PWM信号

的占空比进行控制，以使在放电模式时端子T1、T2之间的直流电压VDC成为目标电压VDCT，并且电容器C11的端子间电压V11和电容器C12的端子间电压V12一致。在本实施方式中，在V11＝V12的情况下PWM信号

的占空比成为相同的值，但在V11≠V12的情况下PWM信号

的占空比不成为相同的值。

图8是表示控制装置63之中的与电池3的放电关联的部分的结构的框图。在图8中，控制装置63包含减法器70、71、75、控制器(PI)72、73、加法器74、三角波产生器76、77、及比较器78、79。

减法器70从端子T1、T2之间的直流电压VDC的目标值VDCT减去直流电压VDC＝V11+V12的检测值而生成电流指令值IC1。控制器72对电流指令值IC1施加例如PI控制(比例及积分控制)而生成电压指令值VC1。

减法器71从电容器C11的端子间电压V11的检测值减去电容器C12的端子间电压V12的检测值而生成电流指令值IC2。控制器73对电流指令值IC2施加例如PI控制(比例及积分控制)而生成电压指令值VC2。

加法器74将电压指令值VC1和电压指令值VC2进行相加而生成电压指令值VC11。减法器75从电压指令值VC1减去电压指令值VC2而生成电压指令值VC12。

三角波产生器76生成频率与商用频率相比充分高的三角波信号CA11。三角波产生器77生成与三角波信号CA11相同的频率的三角波信号CA12。三角波信号CA11、CA12的相位相互偏差180度。

比较器78对电压指令值VC11和三角波信号CA11的电平的高低进行比较，在VC11＞CA11的情况下，将PWM信号

设为“H”电平，在VC11＜CA11的情况下，将PWM信号

设为“L”电平。

比较器79对电压指令值VC12和三角波信号CA12的电平的高低进行比较，在VC12＞CA12的情况下，将PWM信号

设为“H”电平，在VC12＜CA12的情况下，将PWM信号

设为“L”电平。

从而，在电容器C11、C12被均等地充电而V11＝V12的情况下，成为IC2＝0，VC2＝0，VC1＝VC11＝VC12，PWM信号

的占空比成为相同的值。在该情况下，晶体管Q12的每1周期的导通时间和晶体管Q13的每1周期的导通时间成为相同的时间。

在电容器C11、C12没有被均等地充电而成为V11＞V12的情况下，成为VC2＞0，VC11＞VC12，PWM信号

的占空比大于PWM信号

的占空比。从而，晶体管Q12的每1周期的导通时间比晶体管Q13的每1周期的导通时间长，晶体管Q12、Q13被控制以使V11减少且V12增大，V11和V12之差降低。

在电容器C11、C12没有被均等地充电而成为V11＜V12的情况下，成为VC2＜0，VC11＜VC12，PWM信号

的占空比小于PWM信号

的占空比。从而，晶体管Q12的每1周期的导通时间比晶体管Q13的每1周期的导通时间短，晶体管Q12、Q13被控制以使V11增大且V12减少，V11和V12之差降低。

在成为V11＝V12，且直流电压VDC＝V11+V12的检测值达到目标电压VDCT的情况下，成为VC1＝0，VC2＝0，VC11＝0，VC12＝0，PWM信号

的占空比成为0，电池3的放电停止。

控制装置63在步骤ST3中判断是否VDC＜VDCT，在是VDC＜VDCT的情况下，前进至步骤ST4，在不是VDC＜VDCT的情况下，前进至步骤ST5。在步骤ST4中，控制装置63使PWM信号

的占空比

增大。由此，晶体管Q12、Q13的每1周期的导通时间增大，直流电压VDC上升而接近目标电压VDCT。在步骤ST5中，控制装置63使PWM信号

的占空比

减少。由此，晶体管Q12、Q13的每1周期的导通时间减少，直流电压VDC下降而接近目标电压VDCT。

接着，控制装置63在步骤ST6中判断电压V11、V12的检测值之差的绝对值|V11-V12|是否比阈值Vβ大，在不是|V11-V12|＞Vβ的情况下(即V11≈V12的情况下)，返回步骤ST1，在是|V11-V12|＞Vβ的情况下(即V11≠V12的情况下)，返回步骤ST7。Vβ被设定为与V11、V12相比充分小的值。

控制装置63在步骤ST7中判断是否V11＜V12，在是V11＜V12的情况下，前进至步骤ST8，在是V11＜V12的情况下，前进至步骤ST9。在步骤ST8中控制装置63使PWM信号

的占空比

减少且使PWM信号

的占空比

增大，返回步骤ST1。由此，晶体管Q12的每1周期的导通时间减少且晶体管Q13的每1周期的导通时间增大，电压V11增大且电压V12减少，电压V11和V12之差降低。

在步骤ST9中控制装置63使PWM信号

的占空比

增大且使PWM信号

的占空比

减少，返回至步骤ST1。由此，晶体管Q12的每1周期的导通时间增大且晶体管Q13的每1周期的导通时间减少，电压V11减少且电压V12增大，电压V11和V12之差被降低。通过重复进行步骤ST1～ST5，能够设为VDC≈VDCT，V11≈V12。

另外，在步骤ST4、ST5中，也可以使PWM信号

的占空比

增大或减少一定值，也可以根据VDCT和VDC之差而变更使PWM信号

的占空比

增大或减少的值。

同样，在步骤ST8、ST9中，也可以使PWM信号

的占空比

增大或减少一定值，也可以根据V11和V12之差而变更使PWM信号

的占空比

增大或减少的值。

在本实施方式中，在各不间断电源装置60中，没有用于连接中性点NP和双向斩波器24的端子T3之间的布线LN，因此即使在双向斩波器24的晶体管Q12故障而成为短路状态的情况下，也不会发生从电池3经由故障的晶体管Q12向负载2及其他不间断电源装置60流过电流的情况。从而，即使在双向斩波器24的晶体管Q12故障而成为短路状态的情况下，也不会发生由于电池3的电流而负载2及其他不间断电源装置60故障的情况。

进而，在停电时对电池3的直流电力进行放电的情况下，对晶体管Q12、Q13的各个导通时间进行控制，以使电容器C11的端子间电压V11和电容器C12的端子间电压V12一致。从而，能够对电容器C11、C12均等地进行充电，能够防止一方的电容器C11或C12的端子间电压V11或V12成为过大而电容器C11或C12损坏。

另外，在本实施方式中，在V11≠V12的情况下使双向斩波器24的晶体管Q12、Q13之中的一方的晶体管的导通时间增大且使另一方的晶体管的导通时间减少，以便成为V11＝V12，但并不仅限于此，也可以使晶体管Q12、Q13之中的一方的晶体管的导通时间增大或减少且维持另一方的晶体管的导通时间，以便成为V11＝V12。

应认为此次公开的实施方式的所有方面都是例示，并非限制性的存在。本发明的范围并不是上述说明的内容，而是由权利要求书所示，意图包含权利要求书和均等的含义及范围内的全部变更。

标号说明

1 商用交流电源，2 负载，3 电池，U1～UN 不间断电源装置，TIa～TIc 输入端子，TOa～TOd 输出端子，TBP、TBN 电池端子，S1～S8 开关，10 输入滤波器，11～13、31～33 电抗器，14～15、34～36、C1、C2、C11、C12 电容器，CD1～CD6 电流检测器，21～23 电力转换器，24 双向斩波器，30 输出滤波器，40 转换器，41 逆变器，42、53、63 控制装置，Q1～Q8、Q11～Q14 晶体管，D1～D8、D11～D14 二极管，L1 直流正母线，L2 直流负母线，L3 直流中性点母线，F1～F3、F11、F12 保险丝，50 正常模式电抗器，51、52 线圈，T1～T5 端子，61、62电压检测器，70、71、75 减法器，72、73 控制器，74 加法器，76、77 三角波产生器，78、79 比较器。

Claims

1.一种不间断电源装置，是将三相交流电压及中性点电压供应给负载的三相4线式的不间断电源装置，其中，具备：

转换器，将从商用交流电源供应的三相交流电压转换为第一直流电压、第二直流电压及第三直流电压而分别输出至第一直流母线、第二直流母线及第三直流母线；

第一电容器，连接到所述第一直流母线和第三直流母线之间；

第二电容器，连接到所述第三直流母线和第二直流母线之间；

逆变器，将经由所述第一直流母线、第二直流母线及第三直流母线供应的所述第一直流电压、第二直流电压及第三直流电压转换为三相交流电压而供应至所述负载；以及

双向斩波器，连接到所述第一直流母线和电力储藏装置之间以及第二直流母线和电力储藏装置之间，

所述第一直流电压比所述第二直流电压高，所述第三直流电压是所述第一直流电压及第二直流电压的中间电压，并且作为所述中性点电压而被供应给所述负载，

所述双向斩波器没有与所述第三直流母线连接，

所述双向斩波器包含：

第三电容器及第四电容器，串联连接到所述第一直流母线和第二直流母线之间；

第一晶体管及第二晶体管，串联连接到所述第一直流母线和第一节点之间，所述第一节点在所述第三电容器和第四电容器之间；

第三晶体管及第四晶体管，串联连接到所述第一节点和所述第二直流母线之间；

第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管，分别与所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管及第四晶体管反并联连接；以及

电抗器，具有连接到第二节点与所述电力储藏装置的正极之间的第一线圈和连接到所述电力储藏装置的负极与第三节点之间的第二线圈，所述第二节点在所述第一晶体管和第二晶体管之间，所述第三节点在所述第三晶体管和第四晶体管之间，

所述不间断电源装置还具备控制装置，在从所述商用交流电源供应三相交流电压的通常时，所述控制装置执行使所述第一晶体管及第四晶体管交替地导通而对所述电力储藏装置进行充电的充电模式，在来自所述商用交流电源的三相交流电力的供应停止的停电时，所述控制装置执行使所述第二晶体管及第三晶体管交替地导通而使所述电力储藏装置进行放电的放电模式，

所述控制装置在所述放电模式时，对所述第二晶体管及第三晶体管之中的至少其中一方的晶体管的导通时间进行控制，以使所述第三电容器及第四电容器的端子间电压一致。

2.如权利要求1所述的不间断电源装置，其中，还具备：

第一电压检测器，检测所述第三电容器的端子间电压；以及

第二电压检测器，检测所述第四电容器的端子间电压，

所述控制装置在所述放电模式时，对所述第二晶体管及第三晶体管之中的至少其中一方的晶体管的导通时间进行控制，以使所述第一电压检测器及第二电压检测器的检测值一致。

3.如权利要求2所述的不间断电源装置，其中，

所述控制装置将所述第一电压检测器及第二电压检测器的检测值进行比较，在所述第一电压检测器的检测值比所述第二电压检测器的检测值小的情况下，减少所述第二晶体管的导通时间且增大所述第三晶体管的导通时间，在所述第一电压检测器的检测值比所述第二电压检测器的检测值大的情况下，增大所述第二晶体管的导通时间且减少所述第三晶体管的导通时间。

4.一种不间断电源系统，其中，

具备多个权利要求1所述的不间断电源装置，

多个所述不间断电源装置相对于负载并联连接，且共用所述电力储藏装置。