CN108141140B - 不间断电源装置 - Google Patents

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Abstract

在该不间断电源装置中，分别设有直流电压生成用的第1转换器(2)和电力再生用的第2转换器(5)，利用母排(B1～B3)将直流母线(L1～L3)、第2转换器(5)以及双向斩波器(6)之间连接。由复合母排(24)构成母排(B1～B3)，将第2转换器(5)所含的第1半导体模块(M1d、M2d)与双向斩波器(6)所含的第2半导体模块(M1a～M1c、M2a～M2c)分别搭载于复合母排(24)而连接于母排(B1～B3)。将母排(B1～B3)与第1以及第2半导体模块(M1a～M1d，M2a～M2d)构成为一体的转换器单元(7)。

Description

不间断电源装置
技术领域
本发明涉及一种不间断电源装置，特别是涉及在停电时将蓄电装置的直流电压转换为交流电压而向负载供给的不间断电源装置。
背景技术
以往，不间断电源装置具备转换器、逆变器、以及双向斩波器。在从交流电源供给交流电压的通常时期，来自交流电源的交流电压由转换器转换为直流电压，该直流电压由双向斩波器向蓄电装置供给，并且由逆变器转换为交流电压而向负载供给。在停止从交流电源供给交流电压的停电时期，蓄电装置的直流电压经由双向斩波器向逆变器供给，转换为交流电压而向负载供给。
日本特开2014－73033号公报(专利文献1)中公开了一种具备整流二极管、逆变器、以及再生转换器的电力转换装置。从交流电源供给的交流电压由整流二极管转换为直流电压，该直流电压由逆变器转换为交流电压而向感应电动机供给。感应电动机产生的再生电力由逆变器转换为直流电压。在直流电压超过上限值的情况下，直流电压由再生转换器转换为交流电压而向交流电源返回。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014－73033号公报
发明内容
发明要解决的课题
以往的不间断电源装置的转换器具有将交流电压转换为直流电压而向逆变器供给的功能、以及在因负载所产生的再生电力导致直流电压过大的情况下将直流电压转换为交流电压而向交流电源返回的功能。因此，转换器的控制变得复杂。
因此，考虑用专利文献1的整流二极管以及再生转换器替换不间断电源装置的转换器，从而实现转换器的控制的简化。但是，若利用整流二极管以及再生转换器替换不间断电源装置的转换器，则存在装置尺寸大型化的问题。
因此，该发明的主要目的在于，提供一种能够实现控制的简化与装置尺寸的小型化的不间断电源装置。
用于解决课题的手段
该发明的不间断电源装置具备：第1转换器，将从交流电源供给的交流电压转换为直流电压；逆变器，将直流电压转换为交流电压而向负载供给；直流母线，连接在第1转换器与逆变器之间，用于传递直流电压；母排，连接于直流母线，用于传递直流电压；第2转换器，连接于母排，在直流母线的直流电压超过上限值的情况下，使从母排接收到的直流电压转换为交流电压而向交流电源返回；双向斩波器，连接于母排，在从交流电源供给交流电压的通常时期，将从母排接收到的直流电压向蓄电装置供给，在停止从交流电源供给交流电压的停电时期，将蓄电装置的直流电压经由母排向逆变器供给；以及电路基板，包含母排。第2转换器包含第1半导体装置，双向斩波器包含第2半导体装置以及电抗器，第1以及第2半导体装置分别搭载于电路基板而连接于母排。
发明效果
在该发明的不间断电源装置中，由于分别设有直流电压生成用的第1转换器与电力再生用的第2转换器，因此能够实现控制的简化。并且，利用母排将直流母线与第2转换器以及双向斩波器之间连接，设置包含母排的电路基板，将第2转换器的第1半导体装置与双向斩波器的第2半导体装置分别搭载于电路基板而连接于母排。因此，能够将第1以及第2半导体装置与母排构成为一体的单元，能够实现装置尺寸的小型化。
附图说明
图1是表示该发明的一实施方式的不间断电源装置的构成的电路框图。
图2是表示图1所示的转换器以及逆变器的构成的电路图。
图3是用于说明图2所示的转换器的控制方法的时序图。
图4是用于说明图2所示的逆变器的控制方法的时序图。
图5是表示图1所示的再生转换器的构成的电路图。
图6是表示图1所示的双向斩波器的构成的电路图。
图7是表示图1所示的转换器单元的构成的图。
图8是图7的VIII－VIII线剖面图。
图9是表示图7所示的复合母排的构成的剖面图。
图10是表示图8所示的半导体模块的构成的电路图。
图11是示意地表示图7～图10所示的复合母排、电容器C1a，C2a、以及半导体模块M1a、M2a的连接关系的图。
图12是示意地表示图7～图10所示的复合母排、电容器C1e、C2e、以及半导体模块M1d、M2d的连接关系的图。
具体实施方式
图1是表示该发明的一实施方式的不间断电源装置的构成的电路框图。在图1中，不间断电源装置具备输入滤波器1、转换器2、直流正母线L1、直流负母线L2、直流中性点母线L3、逆变器3、输出滤波器4、母排B1～B3、平滑电容器C1、C2、再生转换器5、以及双向斩波器6。
母排B1～B3、平滑电容器C1、C2、再生转换器5所含的半导体模块、双向斩波器6所含的半导体模块构成了一个转换器单元7。此外，为了简化附图以及说明，省略了对转换器2、逆变器3、再生转换器5、以及双向斩波器6进行控制的控制装置的图示。
输入滤波器1包含电抗器11～13以及电容器14～16。电抗器11～13的一端子分别接收从商用交流电源51供给的商用频率的三相交流电压VU、VV、VW，它们的另一端子连接于转换器2的3个输入端子。电容器14～16的一方电极连接于电抗器11～13的一端子，它们的另一方电极均连接于中性点NP。
电抗器11～13以及电容器14～16构成低通滤波器。输入滤波器1使来自商用交流电源51的三相交流电力向转换器2通过，并且防止由转换器2产生的载波频率的信号向商用交流电源51侧通过。
如图2所示，转换器2包含输入端子T0a～T0c、输出端子T1～T3、二极管D1a～D1c、D2a～D2c、以及双向开关S1a～S1c。输入端子T0a～T0c分别接收从商用交流电源51经由输入滤波器1供给的三相交流电压VU、VV、VW。
二极管D1a～D1c的阳极分别连接于输入端子T0a～T0c，它们的阴极均连接于输出端子T1。二极管D2a～D2c的阳极均连接于输出端子T2，它们的阴极分别连接于输入端子T0a～T0c。
双向开关S1a～S1c的一端子分别连接于输入端子T0a～T0c，的另一端子均连接于输出端子T3。双向开关S1a～S1c分别包含二极管D3～D6以及N沟道MOS晶体管Q1。
二极管D3的阳极以及二极管D5的阴极均连接于输入端子T0a(或者T0b、或者T0c)。二极管D4的阳极以及二极管D6的阴极均连接于输出端子T3。二极管D3、D4的阴极相互连接，二极管D5、D6的阳极相互连接。晶体管Q1的漏极连接于二极管D3、D4的阴极，晶体管Q1的源极连接于二极管D5、D6的阳极。
输入端子T0a、输出端子T1～T3、二极管D1a、D2a、以及双向开关S1a构成了将U相的交流电压VU转换为直流电压V1～V3而向输出端子T1～T3输出的U相转换器。输入端子T0b、输出端子T1～T3、二极管D1b、D2b、以及双向开关S1b构成了将V相的交流电压VV转换为直流电压V1～V3而向输出端子T1～T3输出的V相转换器。
输入端子T0c、输出端子T1～T3、二极管D1c、D2c、以及双向开关S1c构成了将W相的交流电压VW转换为直流电压V1～V3而向输出端子T1～T3输出的W相转换器。转换器2将三相交流电压VU、VV、VW转换为直流电压V1～V3而向输出端子T1～T3输出。
若详细说明，双向开关S1a～S1c的晶体管Q1分别由来自控制装置(未图示)的PWM(pulse width modulation)信号φ1a、φ1b、φ1c控制。PWM信号φ1a、φ1b、φ1c的相位分别与三相交流电压VU、VV、VW的相位同步，各错开120度。
图3(a)～(d)是表示U相转换器用的PWM信号φ1a的制作方法以及波形的图。特别是，图3(a)示出正弦波指令值信号CM、正侧三角波载波信号CA1、以及负侧三角波载波信号CA2的波形，图3(b)～(d)分别示出PWM信号φ1A、φ1B、φ1a的波形。
在图3(a)～(d)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的相位例如与商用频率的交流电压VU的相位相同。载波信号CA1、CA2的周期以及相位相同。载波信号CA1、CA2的周期充分小于正弦波指令值信号CM的周期。
比较正弦波指令值信号CM的电平(level)与正侧三角波载波信号CA1的电平的高低。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φ1B被设为“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φ1B被设为“H”电平。
因此，在正弦波指令值信号CM的电平为正的期间，PWM信号φ1B与载波信号CA1同步地被设为“H”电平以及“L”电平，在正弦波指令值信号CM的电平为负的期间，PWM信号φ1B被固定为“H”电平。
比较正弦波指令值信号CM的电平与负侧三角波载波信号CA2的电平的高低。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φ1A被设为“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φ1A被设为“L”电平。
因此，在正弦波指令值信号CM的电平为正的期间，PWM信号φ1A被固定为“H”电平。在正弦波指令值信号CM的电平为负的期间，PWM信号φ1A与载波信号CA2同步地被设为“H”电平以及“L”电平。PWM信号φ1a成为PWM信号φ1A、φ1B的逻辑积信号。PWM信号φ1a与载波信号CA1、CA2同步地被设为“H”电平以及“L”电平。
将PWM信号在1个周期内成为“H”电平的时间与PWM信号的1个周期的时间之比称作占空比。对于PWM信号φ1a的占空比而言，在正弦波指令值信号CM的电平为正的期间，在正弦波指令值信号CM的正的峰值(90度)附近达到最小，随着远离峰值而增大，在0度附近与180度附近达到最大。对于PWM信号φ1a的占空比而言，在正弦波指令值信号CM的电平为负的期间，在正弦波指令值信号CM的负的峰值(270度)附近达到最小，随着远离峰值而增大，在180度附近与360度附近达到最大。
接下来，对流经U相转换器的二极管D1a、D2a、D3～D6以及晶体管Q1的每一个的电流进行说明。功率因数为1.0，正弦波指令值信号CM与交流电压VU的相位一致。在正弦波指令值信号CM的电平为正的期间，在晶体管Q1截止时，与交流电压VU的电平相应的电平的电流I1从输入端子T0a经由二极管D1a流向输出端子T1，在晶体管Q1导通时，在从输入端子T0a经由二极管D3、晶体管Q1、以及二极管D6到达输出端子T3的路径中流过补充电流I1的水平(level)的电流I1A。
在正弦波指令值信号CM的电平为负的期间，在晶体管Q1截止时，与交流电压VU的电平相应的电平的电流I2从输出端子T2经由二极管D2a流向输入端子T0a，在晶体管Q1导通时，在从输出端子T3经由二极管D4、晶体管Q1、以及二极管D5到达输入端子T0a的路径中流过补充电流I2的水平的电流I2A。V相转换器以及W相转换器分别与U相转换器相同，因此不重复其说明。
在从商用交流电源51正常地供给三相交流电力的通常时期，转换器2将从商用交流电源51经由输入滤波器1供给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6向电池53(蓄电装置)供给，并且向逆变器3供给。电池53储存直流电力。也可以取代电池53而连接有电容器。
换言之，转换器2通过从控制装置(未图示)赋予的PWM信号φ1a、φ1b、φ1c来进行控制，基于从商用交流电源51经由输入滤波器1供给的三相交流电压VU、VV、VW生成直流电压V1～V3，并将生成的直流电压V1～V3分别向输出端子T1～T3赋予。
直流电压V1是比直流电压V2高的电压。直流电压V3是直流电压V1以及直流电压V2的中间电压。只要将输出端子T3接地，则直流电压V1～V3分别成为正电压、负电压、0V。在停止从商用交流电源51供给交流电力的停电时，晶体管Q1被固定为截止状态，转换器2的运转停止。
此外，转换器2不能使电力从输出端子T1～T3侧向输入端子T0a～T0c侧返回。因此，在该不间断电源装置中，根据需要而另外设有使电力从输出端子T1～T3侧向输入端子T0a～T0c侧返回的再生转换器5。相反，与能够进行电力供给与电力再生这两方的类型的转换器相比，转换器2的控制被简化。
如图2所示，直流正母线L1、直流负母线L2、以及直流中性点母线L3的一端子分别连接于转换器2的输出端子T1～T3，它们的另一端子分别连接于逆变器3的输入端子T11～T13。
逆变器3包含输入端子T11～T13、输出端子T14a～T14c、N沟道MOS晶体管Q11a～Q11c、Q12a～Q12c、二极管D11a～D11c、D12a～D12c、以及双向开关S2a～S2c。
晶体管Q11a～Q11c的漏极均连接于输入端子T11，它们的源极分别连接于输出端子T14a～T14c。晶体管Q12a～Q12c的漏极分别连接于输出端子T14a～T14c，它们的源极均连接于输入端子T12。二极管D11a～D11c、D12a～D12c分别与晶体管Q11a～Q11c、Q12a～Q12c反向并联连接。
双向开关S2a～S2c的一端子均连接于输入端子T13，它们的另一端子分别连接于输出端子T14a～T14c。双向开关S2a～S2c分别包含晶体管Q13、Q14以及二极管D13、D14。晶体管Q13、Q14分别是例如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)。
晶体管Q13、Q14的集电极相互连接，晶体管Q13的发射极连接于输入端子T13，晶体管Q14的发射极连接于输出端子T14a(或者T14b，或者T14c)。二极管D13、D14分别与晶体管Q13、Q14反向并联连接。
晶体管Q11a～Q11c分别由来自控制装置(未图示)的PWM信号φ11a、φ11b、φ11c控制。PWM信号φ11a、φ11b、φ11c的相位分别与三相交流电压VU、VV、VW的相位同步，各错开120度。
晶体管Q12a～Q12c分别由来自控制装置(未图示)的PWM信号φ12a、φ12b、φ12c控制。PWM信号φ12a、φ12b、φ12c的相位分别与三相交流电压VU、VV、VW的相位同步，各错开120度。
双向开关S2a～S2c的晶体管Q13分别由来自控制装置(未图示)的PWM信号φ13a、φ13b、φ13c控制。PWM信号φ13a、φ13b、φ13c分别是PWM信号φ11a、φ11b、φ11c的互补信号。
双向开关S2a～S2c的晶体管Q14分别由来自控制装置(未图示)的PWM信号φ14a、φ14b、φ14c控制。PWM信号φ14a、φ14b、φ14c分别是PWM信号φ12a、φ12b、φ12c的互补信号。
即，输入端子T11～T13、输出端子T14a、晶体管Q11a、Q12a、二极管D11a、D12a、以及双向开关S2a构成了将直流电压V1～V3转换为交流电压V4a而向输出端子T14a输出的R相逆变器。
输入端子T11～T13、输出端子T14b、晶体管Q11b、Q12b、二极管D11b、D12b、以及双向开关S2b构成了将直流电压V1～V3转换为交流电压V4b而向输出端子T14b输出的S相逆变器。
输入端子T11～T13、输出端子T14c、晶体管Q11c、Q12c、二极管D11c、D12c、以及双向开关S2c构成了将直流电压V1～V3转换为交流电压V4c而向输出端子T14c输出的T相逆变器。交流电压V4a～V4c与三相交流电压VU、VV、VW同步地变化，交流电压V4a～V4c的相位各错开了120度。
图4(a)～(e)是表示R相逆变器用的PWM信号φ11a～φ14a的制作方法以及波形的图。特别是，图4(a)示出正弦波指令值信号CM、正侧三角波载波信号CA1、以及负侧三角波载波信号CA2的波形，图4(b)～(e)分别示出PWM信号φ11a、φ14a、φ13a、φ12a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。载波信号CA1、CA2的周期以及相位相同。载波信号CA1、CA2的周期充分地小于正弦波指令值信号CM的周期。
比较正弦波指令值信号CM的电平与正侧三角波载波信号CA1的电平的高低。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φ11a、φ13a分别被设为“H”电平以及“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φ11a、φ13a分别被设为“L”电平以及“H”电平。
因此，在正弦波指令值信号CM的电平为正的期间，PWM信号φ11a与φ13a和载波信号CA1同步地交替成为“H”电平，晶体管Q11a与Q13交替地导通。另外，在正弦波指令值信号CM的电平为负的期间，PWM信号φ11a、φ13a分别被固定为“L”电平以及“H”电平，晶体管Q11a被固定为截止状态，并且晶体管Q13被固定为导通状态。
比较正弦波指令值信号CM的电平与负侧三角波载波信号CA2的电平的高低。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φ12a、φ14a分别被设为“L”电平以及“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φ12a、φ14a分别被设为“H”电平以及“L”电平。
因此，在正弦波指令值信号CM的电平为正的期间，PWM信号φ12a、φ14a分别被固定为“L”电平以及“H”电平，晶体管Q12a被固定为截止状态，并且晶体管Q14被固定为导通状态。另外，在正弦波指令值信号CM的电平为负的期间，PWM信号φ12a与φ14a和载波信号CA2同步地交替成为“H”电平，晶体管Q12a与Q14被交替地导通。
PWM信号在1个周期内成为“H”电平的时间与PWM信号的1个周期的时间之比被称作占空比。对于PWM信号φ11a的占空比而言，在正弦波指令值信号CM的电平为正的期间，在正弦波指令值信号CM的正的峰值(90度)附近达到最大，随着远离峰值而减少，在0度附近与180度附近达到0。对于PWM信号φ11a的占空比而言，在正弦波指令值信号CM的电平为负的期间，被固定为0。PWM信号φ13a是PWM信号φ11a的互补信号。
PWM信号φ12a的占空比在正弦波指令值信号CM的电平为正的期间，被固定为0。PWM信号φ12a的占空比在正弦波指令值信号CM的负的峰值(270度)附近达到最大，随着远离峰值而减少，在180度附近与360度附近达到0。PWM信号φ12a的占空比在正弦波指令值信号CM的电平为正的期间，被固定为0。PWM信号φ14a是PWM信号φ12a的互补信号。
S相逆变器用的PWM信号φ11b～φ14b以及T相逆变器用的PWM信号φ11c～φ14c分别与R相逆变器用的PWM信号φ11a～φ14a相同，因此不重复其说明。
逆变器3在从商用交流电源51正常地供给三相交流电力的通常时期，将转换器2中生成的直流电力转换为三相交流电力，在停止从商用交流电源51供给交流电力的停电时期，将从电池53经由双向斩波器6供给的直流电力转换为三相交流电力。
换言之，逆变器3在通常时基于从转换器2经由母线L1～L3供给的直流电压V1～V3生成三相交流电压V4a～V4c，在停电时基于从电池53经由双向斩波器6以及母线L1～L3供给的直流电压V1～V3生成三相交流电压V4a～V4c。
返回图1，输出滤波器4包含电抗器21～23以及电容器24～26。电抗器21～23的一端子分别连接于逆变器3的输出端子T14a～T14c，它们的另一端子连接于负载52。电容器24～26的一方电极分别连接于电抗器21～23的另一端子，它们的另一方电极均连接于中性点NP。电抗器21～23以及电容器24～26构成低通滤波器。
输出滤波器4使从逆变器3输出的交流电力中的商用频率的交流电力通过负载52，并且防止逆变器3中产生的载波频率的信号向负载52侧通过。换言之，输出滤波器4将逆变器3的输出电压V4a～V4c转换为商用频率的正弦波的三相交流电压VR、VS、VT而向负载52供给。负载52由三相交流电压VR、VS、VT驱动。
母排B1～B3的一端分别连接于母线L1～L3，它们的另一端经由双向斩波器6连接于电池53。平滑电容器C1连接在母排B1、B3之间，使母排B1、B3间的直流电压V1－V3平滑化。平滑电容器C2连接在母排B3、B2之间，使母排B3、B2间的直流电压V3－V2平滑化。母排B1、B3经由再生转换器5连接于商用交流电源51。
如图5所示，再生转换器5包含输入端子T21、T22、输出端子T23、T24、晶体管Q21～Q24、以及二极管D21～D24。晶体管Q21～Q24分别是例如IGBT。输入端子T21、T22分别连接于母排B1、B2。输出端子T23连接于商用交流电源51的V相的交流电压VV的线路，输出端子T24连接于商用交流电源51的W相的交流电压VW的线路。
晶体管Q21、Q23的集电极均连接于输入端子T21，它们的发射极分别连接于输出端子T23、T24。晶体管Q22、Q24的集电极分别连接于输出端子T23、T24，它们的发射极均连接于输入端子T22。二极管D21～D24分别与晶体管Q21～Q24反向并联连接。
晶体管Q21～Q24的栅极分别接收来自控制装置(未图示)的PWM信号。在母线L1、L2间的直流电压V1－V2比上限值VH低的情况下，晶体管Q21～Q24被固定为截止状态。在负载52中产生再生电力且电池53为满电状态的情况下，在直流正母线L1以及直流负母线L2间的直流电压V1－V2超过上限值VH的情况下，晶体管Q21～Q24分别在规定的定时被开启/截止，平滑电容器C1、C2的直流电力转换为交流电力而向商用交流电源51返回。
即，再生转换器5是从输入端子T21、T22侧观察时将直流电压V1－V2转换为交流电压而向输出端子T23、T24输出的逆变器。若使晶体管Q21、Q24导通并且使晶体管Q22、Q23截止，则在从输入端子T21经由晶体管Q21、输出端子T23、商用交流电源51、输出端子T24、以及晶体管Q24到达输入端子T22的路径中流过电流，正电压被输出到输出端子T23、T24间。
若使晶体管Q22、Q23导通并且使晶体管Q21、Q24截止，则在从输入端子T21经由晶体管Q23、输出端子T24、商用交流电源51、输出端子T23、以及晶体管Q22到达输入端子T22的路径中流过电流，负电压被输出到输出端子T23、T24间。因此，通过使晶体管Q21～Q24在规定的定时被开启/截止，能够将直流电压V1－V2转换为交流电压而向输出端子T23、T24间输出。
V相的交流电压VV与W相的交流电压VW的相位错开120度，交流电压VV与VW之差也成为交流电压VVW。通过使再生转换器5中生成的交流电压的相位先于交流电压VVW，能够使电力从输入端子T21、T22侧向输出端子T23、T24侧返回，能够使母线L1、L2间的直流电压V1－V2降低。在母线L1、L2间的直流电压V1－V2比上限值VH低的情况下，晶体管Q21～Q24被固定为截止状态，电力向商用交流电源51的返还被停止。
双向斩波器6在从商用交流电源51供给三相交流电力的情况下，从电容器C1、C2向电池53供给直流电力，在停止了从商用交流电源51供给三相交流电力的情况下，即停电时，从电池53向电容器C1、C2供给直流电力。
即，如图6所示，双向斩波器6包含端子T31～T37、晶体管Q31～Q34、二极管D31～D34、以及普通模式电抗器(直流电抗器)30。晶体管Q31～Q34分别是例如IGBT。端子T31～T33分别连接于母排B1～B3。端子T36、T37分别连接于电池53的正极以及负极。
晶体管Q31、Q32的集电极分别连接于端子T31、T34，它们的发射极分别连接于端子T34、T33。晶体管Q33、Q34的集电极分别连接于端子T33、T35，它们的发射极分别连接于端子T35、T32。二极管D31～D34分别与晶体管Q31～Q34反向并联连接。普通模式电抗器30包含连接在端子T34、T36之间的线圈31、以及连接在端子T37、T35之间的线圈32。
在从商用交流电源51供给三相交流电力的情况下，从电容器C1、C2经由双向斩波器6向电池53供给直流电力，电池53被充电。在该情况下，晶体管Q32、Q33被固定为截止状态，晶体管Q31、Q34交替地被导通。
即，在第1电池充电模式下，晶体管Q32～Q34截止，并且晶体管Q31导通。由此，从端子T31经由晶体管Q31、线圈31、电池53、线圈32、以及二极管D33向端子T33流过电流，电容器C1被放电，电池53被充电。
另外，在第2电池充电模式下，晶体管Q32、Q33截止，并且晶体管Q31、Q34导通。由此，从端子T31经由晶体管Q31、线圈31、电池53、线圈32、以及晶体管Q34向端子T32流过电流，电容器C1、C2被放电，电池53被充电。
在第3电池充电模式下，晶体管Q31～Q33截止，并且晶体管Q34导通。由此，从端子T33经由二极管D32、线圈31、电池53、线圈32、以及晶体管Q34向端子T32流过电流，电容器C2被放电，电池53被充电。
第1电池充电模式与第3电池充电模式被交替地进行。在第1电池充电模式与第3电池充电模式之间的期间，储存于线圈31、32的电磁能量被释放，电流流经二极管D32、线圈31、电池53、线圈32、以及二极管D33的路径，电池53被充电。第2电池充电模式是第1电池充电模式和第3电池充电模式重叠的模式。
在停止从商用交流电源51供给三相交流电力的情况下，从电池53经由双向斩波器6向电容器C1、C2供给直流电力，电容器C1、C2被充电。在该情况下，晶体管Q31、Q34被固定为截止状态，晶体管Q32、Q33交替地导通。
即，在第1电池放电模式下，晶体管Q31、Q33、Q34截止，并且晶体管Q32导通。由此，从电池53的正电极经由线圈31、晶体管Q32、电容器C2、二极管D34、以及线圈32向电池53的负电极流过电流，电池53被放电，电容器C2被充电。
在第2电池放电模式下，晶体管Q31～Q34截止。由此，从电池53的正电极经由线圈31、二极管D31、电容器C1、C2、二极管D34以及线圈32向电池53的负电极流过电流，电池53被放电，电容器C1、C2被充电。
在第3电池放电模式下，晶体管Q31、Q32、Q34截止，并且晶体管Q33导通。由此，从电池53的正电极经由线圈31、二极管D31、电容器C1、晶体管Q33、以及线圈32向电池53的负电极流过电流，电池53被放电，电容器C1被充电。
第1电池放电模式与第3电池放电模式被交替地进行。在第1电池放电模式与第3电池放电模式之间的期间，在端子T31、T32间的电压比电池53的电压下降的情况下，进行第2电池放电模式。
控制装置(未图示)一边监视来自商用交流电源51的三相交流电压VU、VV、VW、向负载52输出的三相交流电压VR、VS、VT、直流电压V1～V3、电池53的端子间电压等，一边供给PWM信号，从而控制转换器2、逆变器3、再生转换器5、以及双向斩波器6。
接下来，对该不间断电源装置的动作进行说明。在从商用交流电源51正常地供给三相交流电力的通常时期，来自商用交流电源51的交流电力经由输入滤波器1向转换器2供给，由转换器2转换为直流电力。转换器2中生成的直流电力经由双向斩波器6储存于电池53，并且向逆变器3供给，由逆变器3转换为商用频率的三相交流电力。逆变器3中生成的三相交流电力经由输出滤波器4向负载52供给，负载52运转。
在负载52中消耗了额定电力的情况下，母线L1、L2间的直流电压V1－V2被维持为额定电压VDC，电池53的端子间电压被维持为恒定电压VB。在负载52中产生再生电力而母线L1、L2间的直流电压V1－V2超过比额定电压VDC高的上限值VH、并且电池53为满电状态的情况下，平滑电容器C1、C2的直流电力由再生转换器5转换为交流电力，向商用交流电源51返回，母线L1、L2间的直流电压V1－V2向额定电压VDC返回。
在停止从商用交流电源51供给交流电力的停电时期，转换器2的运转停止，并且电池53的直流电力经由双向斩波器6向逆变器3供给，由逆变器3转换为商用频率的三相交流电力。逆变器3中生成的三相交流电力经由输出滤波器4向负载52供给，负载52的运转继续。
因此，即使在产生了停电的情况下，只要电池53中储存有直流电力，负载52的运转就会继续。在再次开始从商用交流电源51供给交流电力的情况下，转换器2的运转再次开始，转换器2中生成的直流电力经由双向斩波器6向电池53供给，并且向逆变器3供给，返回到原始的状态。
接下来，对转换器单元7的构成进行说明。图7(a)～(c)分别是表示转换器单元7的构成的主视图、俯视图、以及侧视图。图8是图7(a)的VIII－VIII线剖面图。在图7(a)～(c)以及图8中，转换器单元7包含四边形的支承板40、2张侧板41、42、长方形的散热板43、10个电容器C1a～C1e、C2a～C2e、8个半导体模块M1a～M1d、M2a～M2d、以及四边形的复合母排44。
散热板43的宽度(图中的Y方向(深度方向)的长度)为支承板40的宽度的一半左右。侧板41、42的下端固定于支承板40的侧面，侧板41、42的上端部向内侧弯折。散热板43固定于侧板41、42的弯折部的下表面。支承板40与散热板43平行地配置。
在支承板40的表面的跟前的区域，以5行2列的方式配置有10个电容器C1a～C1e，C2a～C2e。电容器C1a～C1e沿支承板40的跟前侧的1边而在图中的X方向(左右方向)上配置成1列，并联连接而构成平滑电容器C1。电容器C2a～C2e与电容器C1a～C1e邻接地在X方向上配置成1列，并联连接而构成平滑电容器C2。电容器C1a～C1e、C2a～C2e分别以2个端子为上方，并且2个端子以沿Y方向排列的方式配置。
在散热板43的表面以4行2列的方式配置有8个半导体模块M1a～M1d、M2a～M2d。在散热板43的下表面设有多个散热片(未图示)。半导体模块M1a～M1d、M2a～M2d中产生的热量经由散热板43向空气中扩散。
半导体模块M1a～M1d沿散热板43的里侧的1边而在X方向上配置成1列。半导体模块M2a～M2d与半导体模块M1a～M1d邻接地在X方向上配置成1列。半导体模块M1a～M1d、M2a～M2d分别以3个端子TA、TC、TB为上方，并且3个端子TA、TC、TB以沿Y方向排列的方式配置。半导体模块M1a～M1d与半导体模块M2a～M2d反向地配置，半导体模块M1a～M1d的端子TB与半导体模块M2a～M2d的端子TB邻接地配置。
复合母排44以覆盖电容器C1a～C1e、C2a～C2e以及半导体模块M1a～M1d、M2a～M2d的方式配置。从复合母排44的图中的左侧端部突出有3个端子TP、TO、TN。3个端子TP、TO、TN分别连接于直流正母线L1、直流中性点母线L3、以及直流负母线L2。
并且，在复合母排44的表面设有沿X方向延伸的带状的电极EL1～EL4。电极EL1设于半导体模块M1a～M1c的端子TB的上方，电极EL2设于半导体模块M2a～M2c的端子TB的上方。电极EL3设于半导体模块M1d的端子TB的上方，电极EL4设于半导体模块M2d的端子TB的上方。
图9是表示复合母排44的构成的剖面图。在图9中，复合母排44包含层叠的3枚导体层ME1～ME3以及4枚绝缘膜F1～F4。3枚导体层ME1～ME3设于4枚绝缘膜F1～F4之间，相互电绝缘。3枚导体层ME1～ME3分别被用作母排B1、B3、B2，分别连接于端子TP、TO、TN。
在复合母排44中开有与电容器C1a～C1e、C2a～C2e以及半导体模块M1a～M1d、M2a～M2d的各端子对应的孔。各端子经由对应的孔，通过螺丝、焊接等电连接于对应的导体层ME或者电极EL。即，电容器C1a～C1e、C2a～C2e以及半导体模块M1a～M1d、M2a～M2d被搭载于复合母排44。通过使用复合母排44，减少母排B1～B3各自的电感，并且实现了布线处理的简化、装置尺寸的小型化。
图10是表示半导体模块M1a的构成的电路图。在图10中，半导体模块M1a包含2个晶体管QA、QB、2个二极管DA、DB、3个端子TA、TB、TC、以及长方体状的封装PA。晶体管QA、QB以及二极管DA、DB被封入到封装PA内。3个端子TA、TB、TC在封装PA的表面露出。端子TA、TB、TC分别配置于封装PA的表面的一侧端部、另一侧端部、以及中央部。
晶体管QA、QB分别是例如IGBT。晶体管QA的集电极以及发射极分别连接于端子TA、TB，晶体管QB的集电极以及发射极分别连接于端子TB、TC。二极管DA、DB分别与晶体管QA、QB反向并联地连接。
此外，在半导体模块M1a也设有用于使晶体管QA、QB分别开启/截止的多个端子，但为了附图以及说明的简化，省略了这些端子的图示。其他半导体模块M1b～M1d、M2a～M2d分别为与半导体模块M1a相同的构成。
半导体模块M1a～M1c被并联连接，构成图6所示的双向斩波器6的晶体管Q31、Q32以及二极管D31、D32。半导体模块M2a～M2c被并联连接，构成图6所示的双向斩波器6的晶体管Q33、Q34以及二极管D33、D34。半导体模块M1d、M2d构成图5所示的再生转换器5的晶体管Q21、Q22以及二极管D21、D22。
图11是示意地表示复合母排44、电容器C1a、C2a、以及半导体模块M1a、M2a之间的连接关系的图。在图11中，复合母排44的导体层ME1～ME3分别由实线记载，绝缘膜F1～F4分别由虚线记载。导体层ME1～ME3分别构成母排B1、B3、B2，分别连接于端子TP、TO、TN。
在绝缘膜F1之上形成电极EL1、EL2，电极EL1、EL2分别连接于图6的端子T34、T35。在绝缘膜F4之下配置电容器C1a、C2a以及半导体模块M1a、M2a。电容器C1a的2个端子分别连接于导体层ME1、ME2。电容器C1b～C1e各自的2个端子也与电容器C1a相同地连接。电容器C2a的2个端子分别连接于导体层ME2、ME3。电容器C2b～C2e各自的2个端子也与电容器C2a相同地连接。电容器C的各端子经由复合母排44的孔连接于对应的导体层ME。
半导体模块M1a的端子TA、TC、TB分别连接于导体层ME1、ME2以及电极EL1。半导体模块M1b、M1c各自的端子TA、TC、TB也与半导体模块M1a相同地连接。半导体模块M2a的端子TA、TC、TB分别连接于导体层ME2、ME3以及电极EL2。半导体模块M2b、M2c各自的端子TA、TC、TB也与半导体模块M2a相同地连接。半导体模块M的各端子T经由复合母排44的孔连接于对应的导体层ME或者电极EL。半导体模块M1a～M1c、M2a～M2c构成双向斩波器6所含的第2半导体装置。
图12是示意地表示复合母排44、电容器C1e、C2e、以及半导体模块M1d、M2d之间的连接关系的图。在图12中，复合母排44的导体层ME1～ME3分别由实线记载，绝缘膜F1～F4分别由虚线记载。导体层ME1～ME3分别构成母排B1、B3、B2，分别连接于端子TP、TO、TN。
在绝缘膜F1之上形成电极EL3、EL4，电极EL3、EL4分别连接于图5的端子T23、T24。在绝缘膜F4之下配置电容器C1e、C2e以及半导体模块M1d、M2d。电容器C1e的2个端子如上述那样与电容器C1a相同地连接。电容器C2e的2个端子如上述那样与电容器C2a相同地连接。
半导体模块M1d的端子TA、TC、TB分别连接于导体层ME1、ME3以及电极EL3。半导体模块M2d的端子TA、TC、TB分别连接于导体层ME1、ME3以及电极EL4。半导体模块M的各端子T经由复合母排44的孔连接于对应的导体层ME或者电极EL。半导体模块M1d、M2d构成再生转换器5所含的第1半导体装置。
在该实施方式中，由于分别设有直流电压生成用的转换器2与电力再生用的转换器5，因此能够实现控制的简化。并且，在母线L1～L3与再生转换器5以及双向斩波器6之间连接母排B1～B3，由复合母排44构成母排B1～B3，将再生转换器5以及双向斩波器6所含的半导体模块M1a～M1d、M2a～M2d分别搭载于复合母排44而将各端子连接于母排B1、B2或者B3。因此，能够将半导体模块M1a～M1d、M2a～M2d与母排B1～B3构成为一体的单元，能够实现装置尺寸的小型化。
此外，在该实施方式中，对本申请发明应用于具备3条母线L1～L3的3电平的不间断电源装置的情况进行了说明，但并不限定于此，本申请发明也能够应用于仅具备2条母线L1、L2的2电平的不间断电源装置。在2电平的不间断电源装置中，设有将来自商用交流电源51的交流电压转换为直流电压V1、V2的转换器、将直流电压V1、V2转换为交流电压而向负载52供给的逆变器、用于传递直流电压V1、V2的2条母排B1、B2、连接在母排B1、B2之间的平滑电容器、将母排B1、B2间的直流电压转换为交流电压而向商用交流电源51返回的再生转换器、以及在母排B1、B2与电池53之间收发直流电力的双向斩波器。母排B1、B2由复合母排构成。再生转换器所含的半导体模块、双向斩波器所含的半导体模块、以及平滑电容器被搭载于复合母排。
应该这样认为：此次公开的实施方式在全部的点上都是例示而不具有限制性。本发明的范围不是上述的说明而是由权利要求书表示，意图包含与权利要求书等同的含义以及范围内的全部变更。
附图标记说明
1输入滤波器，2转换器，L1直流正母线，L2直流负母线，L3直流中性点母线，3逆变器，4输出滤波器，B1～B3母排，C1、C2平滑电容器，5再生转换器，6双向斩波器，7转换器单元，11～13、21～23电抗器，14～16、24～26、C1a～C1e、C2a～C2e电容器、T0a～T0c、T11～T13、T21、T22输入端子，T1～T3、T14a～T14c、T23、T24输出端子，T31～T37、TP、TN、TO、TA～TC端子，Q1、Q11a～Q11c、Q12a～Q12c、Q13、Q14、Q21～Q24、Q31～Q34、QA、QB晶体管，D1a～D1c、D2a～D2c、D3～D6、D11a～D11c、D12a～D12c、D13、D14、D21～D24、D31～D34、DA、DB二极管，S1a～S1c、S2a～S2c双向开关，30普通模式电抗器，31、32线圈，40支承板，41、42侧板、43散热板，M1a～M1d、M2a～M2d半导体模块，44复合母排，EL1～EL4电极，PA 封装，51商用交流电源，52负载，53电池。

Claims (4)

1.一种不间断电源装置，具备：
第1转换器，将从交流电源供给的交流电压转换为直流电压；
逆变器，将直流电压转换为交流电压而向负载供给；
直流母线，连接在上述第1转换器与上述逆变器之间，用于传递直流电压；
母排，连接于上述直流母线，用于传递直流电压；
第2转换器，连接于上述母排，在上述直流母线的直流电压超过上限值的情况下，使从上述母排接收到的直流电压转换为交流电压而向上述交流电源返回；
双向斩波器，连接于上述母排，在从上述交流电源供给交流电压的通常时期，将从上述母排接收到的直流电压向蓄电装置供给，在停止从上述交流电源供给交流电压的停电时期，将上述蓄电装置的直流电压经由上述母排向上述逆变器供给；
电路基板，包含上述母排；以及
平滑电容器，搭载于上述电路基板并连接于上述母排，
上述电路基板具有连接于上述直流母线的端子，
上述母排连接于上述端子，
上述第2转换器包含第1半导体装置，
上述双向斩波器包含第2半导体装置以及电抗器，
上述第1半导体装置以及第2半导体装置分别搭载于上述电路基板而连接于上述母排，
上述电路基板包含复合母排，
上述复合母排包含相互绝缘的多个导体层，
上述多个导体层构成了上述母排。
2.如权利要求1所述的不间断电源装置，其中，还具备：
第1电极，搭载于上述电路基板，连接于上述第1半导体装置并且连接于上述交流电源；以及
第2电极，搭载于上述电路基板，连接于上述第2半导体装置，并且经由上述电抗器而连接于上述蓄电装置。
3.一种不间断电源装置，具备：
第1转换器，将从交流电源供给的交流电压转换为第1直流电压～第3直流电压；
逆变器，将第1直流电压～第3直流电压转换为交流电压而向负载供给；以及
第1直流母线～第3直流母线，连接在上述第1转换器与上述逆变器之间，分别用于传递第1直流电压～第3直流电压，
上述第1直流电压比上述第2直流电压高，上述第3直流电压是上述第1直流电压以及第2直流电压的中间电压，
上述不间断电源装置还具备：
第1母排～第3母排，分别连接于上述第1直流母线～第3直流母线，分别用于传递第1直流电压～第3直流电压；
第2转换器，连接于上述第1母排以及第2母排，在上述第1直流母线以及第2直流母线间的直流电压超过上限值的情况下，将上述第1母排以及第2母排间的直流电压转换为交流电压而向上述交流电源返回；
双向斩波器，连接于上述第1母排～第3母排，在从上述交流电源供给交流电压的通常时期，将从上述第1母排～第3母排接收到的第1直流电压～第3直流电压转换为第4直流电压而向蓄电装置供给，在停止从上述交流电源供给交流电压的停电时期，将上述蓄电装置的第4直流电压转换为第1直流电压～第3直流电压，并经由上述第1母排～第3母排向上述逆变器供给；
电路基板，包含上述第1母排～第3母排；
第1平滑电容器，搭载于上述电路基板，连接在上述第1母排以及第3母排之间；以及
第2平滑电容器，搭载于上述电路基板，连接在上述第3母排以及第2母排之间，
上述电路基板具有分别连接于上述第1直流母线～第3直流母线的第1端子～第3端子，
第1母排～第3母排分别连接于上述第1端子～第3端子，
上述第2转换器包含第1半导体装置，上述双向斩波器包含第2半导体装置以及电抗器，
上述第1半导体装置搭载于上述电路基板而连接于上述第1母排以及第2母排，
上述第2半导体装置搭载于上述电路基板而连接于上述第1母排～第3母排，
上述电路基板包含复合母排，
上述复合母排包含相互绝缘的第1导体层～第3导体层，
上述第1导体层～第3导体层分别构成了上述第1母排～第3母排。
4.如权利要求3所述的不间断电源装置，其中，还具备：
第1以及第2电极，搭载于上述电路基板，连接于上述第1半导体装置，并且连接于上述交流电源；以及
第3以及第4电极，搭载于上述电路基板，连接于上述第2半导体装置，并且经由上述电抗器而连接于上述蓄电装置。
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