JP2005192353A

JP2005192353A - 電源異常検出装置及びこれを使用した電力供給装置

Info

Publication number: JP2005192353A
Application number: JP2003432523A
Authority: JP
Inventors: Osamu Iyama; 井山　　治; Masao Sugawara; 雅男菅原
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】無停電電源装置における電源電圧異常を正確且つ容易に検出することが困難であった。
【解決手段】交流電源端子の電圧を検出する電源電圧検出手段１１を設ける。交流電源電圧のピークを含む一部を抽出する検出範囲抽出手段１２を設ける。下限及び上限検出基準値発生手段１３ａ〜１３ｅと比較手段Ｃ50〜Ｃ115 を設ける。下限検出基準値Ｖ50、Ｖ75、Ｖ85の大きさに対応して変化する時間を計測する下限基準時間タイマＴ1 〜Ｔ3 を設ける。上限検出基準値Ｖ110 、Ｖ115 の大きさの変化と反対に変化する時間を計測する上限基準時間タイマＴ4 、Ｔ5 を設ける。基準時間タイマＴ1 〜Ｔ5 を使用して電源電圧の異常継続時間を検出し、異常を判定する。
【選択図】図３

Description

本発明は交流無停電電源装置に好適な電源異常検出装置及びこれを使用した電力供給装置に関する。

従来の代表的な交流無停電電源装置は、例えば後記特許文献１等から明らかなように、商用交流電源端子と負荷との間に接続された交流スイッチと、交流スイッチを介して商用交流電源端子に接続されていると共に交流スイッチを介さないで負荷に接続された双方向電力変換器と、双方向電力変換器の直流端子に接続された蓄電池と、商用交流電源端子の電圧の異常を検出して交流スイッチをオフ制御する電源異常検出装置とを有している。

この種の無停電電源装置における従来の電源異常検出装置は、電源電圧検出値が所定下限基準電圧を一定時間以上下回った時に停電を示す出力を発生して交流スイッチをオフ制御し、また、電源電圧検出値が所定上限基準電圧を一定時間以上上回った時に過電圧を示す出力を発生して交流スイッチをオフ制御する。交流スイッチがオフ制御された期間には蓄電池から双方向電力変換器を介して負荷に電力が供給される。

ところで、電源異常を検出するための一定時間を短く設定すると、電源電圧の短時間の変動によって交流スイッチがオン・オフし、蓄電池の放電が頻繁に繰り返され、蓄電池の寿命が短くなるという問題が生じる。また、電源異常を検出するための一定時間を長く設定すると、停電時又は過電圧時に迅速に商用交流電源を遮断して蓄電池からの電力供給を迅速に開始することができないという問題が生じる。
特開２０００−３４１８８１号公報

そこで、本発明が解決しようとする課題は、従来の方法では電源異常を合理的に検出することができないということである。

上記課題を解決するための本発明は、電源端子と負荷との間に接続されたスイッチを電源電圧異常時にオフ制御するために使用する電源異常検出装置であって、
前記電源端子から前記負荷に供給する電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、
前記電源電圧の異常低下を検出するために互いに値の異なる複数の下限検出基準値を発生する下限検出基準値発生手段と、
前記複数の下限検出基準値と前記電源電圧の検出値とをそれぞれ比較して前記電源電圧の検出値が前記複数の下限検出基準値よりも低いか否かをそれぞれ判定する電圧レベル判定手段と、
前記複数の下限検出基準値に対応して複数の下限基準時間情報を有し、前記複数の下限基準時間情報は前記複数の下限検出基準値が低くなるに従って短くなる時間情報であり、前記電源電圧の検出値が前記下限検出基準値よりも低いことを示す前記電圧レベル判定手段の出力が前記下限基準時間情報が示す時間以上継続的に発生しているか否かを判定し、継続的に発生している時に前記スイッチをオフ制御するための出力を発生する異常継続判定手段とを備えていることを特徴とする電源異常検出装置に係わるものである。
なお、本願各請求項における前記電圧レベル判定手段の出力の継続的発生には、前記電圧レベル判定手段の出力が連続的に発生することのみでなく、所定のサンプリング周期を有して断続的に発生すること、及び所定の検出休止期間（非抽出期間）を介して継続的に発生すること等も含まれている。

なお、請求項２に示すように、電源端子と負荷との間に接続されたスイッチを電源電圧異常時にオフ制御するために使用する電源異常検出装置であって、
前記電源端子から前記負荷に供給する電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、
前記電源電圧の異常上昇を検出するために互いに値の異なる複数の上限検出基準値を発生する上限検出基準値発生手段と、
前記複数の上限検出基準値と前記電源電圧の検出値とをそれぞれ比較して前記電源電圧の検出値が前記複数の上限検出基準値よりも高いか否かをそれぞれ判定する電圧レベル判定手段と、
前記複数の上限検出基準値に対応して複数の上限基準時間情報を有し、前記複数の上限基準時間情報は前記複数の上限検出基準値が高くなるに従って短くなる時間情報であり、前記電源電圧の検出値が前記上限検出基準値よりも高いことを示す前記電圧レベル判定手段の出力が前記上限基準時間情報が示す時間以上継続的に発生しているか否かを判定し、継続的に発生している時に前記スイッチをオフ制御するための出力を発生する異常継続判定手段とを備えていることが望ましい。
また、請求項３に示すように、電源端子と負荷との間に接続されたスイッチを電源電圧異常時にオフ制御するために使用する電源異常検出装置であって、
前記電源端子から前記負荷に供給する電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、
前記電源電圧の異常低下を検出するために互いに値の異なる複数の下限検出基準値を発生する下限検出基準値発生手段と、
前記電源電圧の異常上昇を検出するために互いに値が異なり且つ前記下限検出基準値よりも高い値を有している複数の上限検出基準値を発生する上限検出基準値発生手段と、
前記複数の下限検出基準値及び前記複数の上限検出基準値と前記電源電圧の検出値とをそれぞれ比較して前記電源電圧の検出値が前記複数の下限検出基準値よりも低いか否かをそれぞれ判定し、且つ前記電源電圧の検出値が前記複数の上限検出基準値よりも高いか否かをそれぞれ判定する電圧レベル判定手段と、
前記複数の下限検出基準値に対応して複数の下限基準時間情報を有し、前記複数の下限基準時間情報は前記複数の下限検出基準値が低くなるに従って短くなる時間情報であり、前記複数の上限検出基準値に対応して複数の上限基準時間情報を有し、前記複数の上限基準時間情報は前記複数の上限検出基準値が高くなるに従って短くなる情報であり、前記電源電圧の検出値が前記下限検出基準値よりも低いことを示す前記電圧レベル判定手段の出力が前記下限基準時間情報が示す時間以上継続的に発生しているか否かを判定し、継続的に発生している時に前記スイッチをオフ制御するための出力を発生し、且つ前記電源電圧の検出値が前記上限検出基準値よりも高いことを示す前記電圧レベル判定手段の出力が前記上限基準時間情報が示す時間以上継続的に発生しているか否かを判定し、継続的に発生している時に前記スイッチをオフ制御するための出力を発生する異常継続判定手段とを備えていることが望ましい。
また、請求項４に示すように、前記下限検出基準値は、前記負荷の許容電圧範囲の下限値と同一又はこれよりも少し高い値に対応する値を有していることが望ましい。
また、請求項５に示すように、前記上限検出基準値は、前記負荷の許容電圧範囲の上限値と同一又はこれよりも少し低い値に対応する値を有していることが望ましい。
また、請求項６に示すように、前記電源端子は正弦波交流電圧を供給するものであり、前記下限検出基準値は定格電圧の正弦波又はこの整流波形の振幅を所定の割合で低減した波形の一部又は全部を示す値であることが望ましい。
また、請求項７に示すように、前記電源端子は正弦波交流電圧を供給するものであり、前記上限検出基準値は定格電圧の正弦波又はこの整流波形の振幅を所定の割合で増大した波形の一部又は全部を示す値であることが望ましい。
また、請求項８に示すように、前記電源端子は正弦波交流電圧を供給するものであり、前記電源電圧検出手段は、前記電源端子から供給される正弦波交流電圧の正の半波期間中の正のピークを含む一部の区間及び負の半波期間中の負のピークを含む一部の区間の波形のみを抽出してこれ等を検出値とするものであることが望ましい。
また、請求項９に示すように、前記異常継続判定手段は、前記電源電圧の検出値が前記下限検出基準値よりも低いことを示す前記電圧レベル判定手段の出力に応答して前記下限基準時間情報が示す時間を計測するタイマと、前記タイマが前記時間の計測を終了した時点又はこれよりも後において、前記電源電圧の検出値が前記下限検出基準値よりも低いことを示す出力が前記電圧レベル判定手段から発生しているか否かを判定する論理回路とから成ることが望ましい。
また、請求項１０に示すように、前記異常継続判定手段は、前記電源電圧の検出値が前記上限検出基準値よりも高いことを示す前記電圧レベル判定手段の出力に応答して前記上限基準時間情報が示す時間を計測するタイマと、前記タイマが前記時間の計測を終了した時点又はこれよりも後において、前記電源電圧の検出値が前記上限検出基準値よりも高いことを示す出力が前記電圧レベル判定手段から発生しているか否かを判定する論理回路とから成ることが望ましい。
また、請求項１１，１２，１３に示すように電力供給装置を構成し、この電力供給装置に請求項１〜１０に記載された電源異常検出装置を使用することが望ましい。

本発明によれば電源電圧の変化の状態に応じて電源電圧の異常低下又は異常上昇又はこれ等の両方の検出条件を変えるので、電源異常を合理的に検出することができる。例えば、本発明の電源異常検出装置を無停電電源装置に使用した場合において、電源電圧の大幅な変化によって異常が明らかな時には迅速に電源スイッチがオフ制御され、蓄電池からの電力供給が開始する。これにより実質的に無瞬断切替が可能になる。また、電源電圧が極端に変化しない場合には、電源電圧の変化の継続を考慮して異常を検出する。従って、電源を遮断することが必要な異常か否かの判定を正確に行うことが可能になり、電源遮断の回数を減らすことが可能になる。このため蓄電池の放電の頻繁な繰り返しを防ぎ、蓄電池の寿命の低下を防ぐことができる。
また、請求項４及び５の発明によれば、余裕を有して異常を検出することができる。
また、請求項６及び７の発明によれば、検出基準値が正弦波に対応して変化するので、正確且つ合理的な異常検出が可能になる。
また、請求項８の発明によれば、正弦波のピークを含む一部を検出して異常を検出するので、検出処理が容易になり且つ検出精度を高めることができる。
また、請求項９及び１０の発明によれば、異常検出を簡単な構成で容易に達成することができる。
また、請求項１１〜１３の発明によれば、電力供給における電源異常時の電源遮断を正確且つ合理的に達成することができる。

次に、本発明の実施形態を図１〜図７を参照して説明する。

図１に示す本発明の実施例１に係わる交流無停電電源装置は、２００Ｖの３相の商用交流電源に接続される交流電源端子１と、３相の交流スイッチ２と、電源ライン３と、３相の双方向電力変換器４と、３００〜４００Ｖの蓄電池５と、電源異常検出装置６とから成り、負荷７に実質的に無停電で電力を供給するように構成されている。双方向電力変換器４の交流側端子は交流スイッチ２を介して交流電源端子１に接続されていると共に負荷７に接続されている。双方向電力変換器４の直流側端子は蓄電池５に接続されている。電源異常検出装置６は交流電源端子１に接続され、交流電源電圧の低下及び過電圧の異常を検出し、これが検出された時に交流スイッチ２をオフ制御し且つ双方向電力変換器４をインバータ制御する。これにより、蓄電池５の直流電圧が双方向電力変換器４のインバータによって交流に変換され、これが負荷７に供給される。なお、電源電圧が正常の時には交流スイッチ２がオン制御状態に保たれ且つ双方向電力変換器４がＡＣ−ＤＣ変換器として動作し、蓄電池が充電される。

図２は本発明の実施例に従う図１の電源異常検出装置を詳しく示すブロック図である。この電源異常検出装置６は、図１の交流電源端子１に接続された電源電圧検出手段１１と、この電源電圧検出手段１１に接続された検出範囲抽出手段１２と、検出基準値発生手段１３と、検出範囲抽出手段１２と検出基準値発生手段１３とに接続された電圧レベル判定手段１４と、この電圧レベル判定手段１４に接続された異常継続判定手段１５とから成る。

電源電圧検出手段１１は３相交流電源端子１の各線間電圧を検出するものであって、サンプリング回路１１ａ及びＡ−Ｄ変換器１１ｂを内蔵し、交流電圧の周期よりも十分に短く且つ後述するタイマの基準時間よりも十分に短い周期で交流電圧を検出し、これをＡ−Ｄ変換即ちアナログ・ディジタル変換する。従って、本実施例の電源異常検出装置6の電源電圧検出手段11の出力段はマイクロコンピュータ又はディジタル信号処理回路によって構成されている。しかし、図2及び図3には電源異常検出装置6がアナログ類推又は等価的又は機能的に示されている。なお、本発明に従う電源異常検出装置６はアナログ回路とディジタル回路とのいずれによっても構成可能である。

検出範囲抽出手段１２は、正弦波交流電源電圧のピークを含む所定角度例えば３０°〜１５０°、２１０°〜３３０°を抽出するものである。図２及び図３ではアナログ・ディジタル変換器１１ｂを含む電源電圧検出手段１１の後段に配置されているが、この代りに電源電圧検出手段１１のアナログ・ディジタル変換器１１ｂの前段に配置することも可能である。また、電源電圧検出手段１１と検出範囲抽出手段１２とを一体化することも可能である。

検出基準値発生手段１３は、下限検出基準値発生手段と上限検出基準値発生手段とを含む。
下限検出基準値発生手段は、電源電圧の異常低下を検出するために互いに値の異なる複数の下限検出基準値を発生する。
上限検出基準値発生手段は、電源電圧の異常上昇を検出するために互いに値が異なり且つ下限検出基準値よりも高い値を有している複数の上限検出基準値を発生する。

電圧レベル判定手段１４は、複数の下限検出基準値及び複数の上限検出基準値と電源電圧の検出値とをそれぞれ比較して電源電圧の検出値が下限検出基準値よりも低いか否かをそれぞれ判定し、且つ電源電圧の検出値が上限検出基準値よりも高いか否かをそれぞれ判定する。

異常継続判定手段１５は、複数の下限検出基準値に対応して複数の下限基準時間情報を有し且つ複数の上限検出基準値に対応して複数の上限基準時間情報を有する。複数の下限基準時間情報は複数の下限検出基準値が低くなるに従って短くなる時間情報である。複数の上限基準時間情報は複数の上限検出基準値が高くなるに従って短くなる時間情報である。この異常継続判定手段は、電源電圧の検出値が下限検出基準値よりも低いことを示す電圧レベル判定手段１４の出力が下限基準時間情報が示す時間以上継続的に発生しているか否かを判定し、継続的に発生している時に交流スイッチ２をオフ制御するための出力を発生し、且つ電源電圧の検出値が上限検出基準値よりも高いことを示す電圧レベル判定手段１４の出力が上限基準時間情報が示す時間以上継続的に発生しているか否かを判定し、継続的に発生している時に交流スイッチ２をオフ制御するための出力を発生する。

図３は図２を更に詳しく示すものである。検出範囲抽出手段１２は図２と同一構成の電源電圧検出手段１１に接続された正弦波電圧の３０〜１５０度の範囲を抽出する第１の抽出手段１２ａと２１０〜３３０度の範囲を抽出する第２の抽出手段１２ｂとこれ等の出力を加算する加算手段１２ｃとから成る。この実施例では電源電圧検出手段１１に全波整流器が含まれており、正弦波交流電源電圧が全波整流されているので、２１０〜３３０度検出手段１２ｂと加算手段１２ｃとを省くこともできる。勿論、全波整流する前の状態で３０〜１５０度、２１０〜３３０度等のピークを含む所定範囲を抽出することもできる。検出範囲抽出手段１２は正弦波の正ピーク及び負ピークを含む部分を抽出するので、電圧変化を大きな感度を有して正確に検出することができる。

検出基準値発生手段１３は下限検出基準値発生手段と上限検出基準値発生手段とを有する。下限検出基準値発生手段は５０％下限検出基準値Ｖ50を発生する第１の下限検出基準値発生手段１３ａと、７５％下限検出基準値Ｖ75の発生する第２の下限検出基準値発生手段１３ｂと、８５％下限検出基準値Ｖ85を発生する第３の下限検出基準値発生手段１３ｃとから成る。上限検出基準値発生手段は、１１０％上限検出基準値Ｖ110 を発生する第１の上限検出基準値発生手段１３ｄと、１１５％上限検出基準値Ｖ115 を発生する第２の上限検出基準値発生手段１３ｅとから成る。なお上限検出基準値発生手段として１４０％上限検出基準値発生手段を追加して設けることもできる。５０％、７５％及び８５％の下限検出基準値Ｖ50、Ｖ75、Ｖ85、並びに１１０％及び１１５％上限検出基準値Ｖ110 、Ｖ115 は、交流電源端子１の正常即ち定格交流電圧を基準の１００％として示されている。各検出基準値Ｖ50、Ｖ75、Ｖ85、Ｖ110 、Ｖ115 は一定の値とすることもできるが、電源異常の検出精度を高めるために交流電源電圧の波形に応じて正弦波状に変化する波形データとしてメモリに格納されており、電源電圧の波形変化に同期して読み出されるものである。即ち、各検出基準値Ｖ50、Ｖ75、Ｖ85、Ｖ110 、Ｖ115 は図５〜図７で点線で示すように１００％の標準正弦波Ｖ100 に相似の波形を有する。なお、図５〜図７には、理解を容易にするために各検出基準値が０〜１８０度又は０〜３６０度の範囲の全体に示されているが、実際には正弦波の３０〜１５０度区間の波形、又は３０〜１５０度及び２１０〜３３０度区間の波形のみがメモリに格納されている。

電圧レベル判定手段１４は、コンパレータとして機能する５０％比較手段Ｃ50、７５％比較手段Ｃ75、８５％比較手段Ｃ85、１１０％比較手段Ｃ110 、１１５％比較手段Ｃ115 から成る。５０％、７５％及び８５％比較手段Ｃ50、Ｃ75、Ｃ85の負入力端子は検出範囲抽出手段１２にそれぞれ接続され、正入力端子は第１、第２及び第３の下限検出基準値発生手段１３ａ、１３ｂ、１３ｃに接続されている。従って、交流電源電圧の検出値が各下限検出基準値Ｖ50、Ｖ75、Ｖ85よりも低くなると、各比較手段Ｃ50、Ｖ75、Ｃ85から正の出力が発生する。１１０％及び１１５％比較手段Ｃ110 、Ｃ115 の正入力端子は検出範囲抽出手段１２に接続され、負入力端子は第１及び第２の上限検出基準値発生手段１３ｄ、１３ｅに接続されている。従って、交流電源電圧の検出値が各上限検出基準値Ｖ110 、Ｖ115 を上回った時に各比較手段Ｃ110 、Ｃ115 から正の出力が発生する。各比較手段Ｃ50、Ｃ75、Ｃ85、Ｃ110 、Ｃ115 の正の出力は電源電圧の異常又は異常の可能性を示している。

異常継続判定手段１５は、第１、第２及び第３の下限基準時間タイマＴ1 、Ｔ2 、Ｔ3 と、第１及び第２の上限基準時間タイマＴ4 、Ｔ5 と、第１、第２、第３、第４及び第５のＮＯＴ回路Ｎ1 、Ｎ2 、Ｎ3 、Ｎ4 、Ｎ5 と、第１、第２、第３、第４及び第５のＡＮＤ回路（論理積回路）Ａ1 、Ａ2 、Ａ3 、Ａ4 、Ａ5 と、第１、第２及び第３のＯＲ回路（論理和回路）ＯＲ1 、ＯＲ2 、ＯＲ3 とから成る。第１、第２、第３、第４及び第５のＡＮＤ回路Ａ1 、Ａ2 、Ａ3 、Ａ4 、Ａ5 の一方の入力端子は比較手段Ｃ50、Ｃ75、Ｃ85、Ｃ110 及びＣ115 の出力端子にそれぞれ接続され、他方の入力端子はＮＯＴ回路Ｎ1 、Ｎ2 、Ｎ3 、Ｎ4 、Ｎ5を介して基準時間タイマＴ1 、Ｔ2 、Ｔ3 、Ｔ4 、Ｔ5 にそれぞれ接続されている。基準時間タイマＴ1 、Ｔ2 、Ｔ3 、Ｔ4 、Ｔ5 は比較手段Ｃ50、Ｃ75、Ｃ85、Ｃ110 、Ｃ115 にそれぞれ接続され、これ等から得られる低レベル出力から高レベル出力への転換時点に応答して２ｍｓ、１０ｍｓ、２００ｍｓ、２００ｍｓ、２ｍｓを計測する。第１、第２及び第３の下限基準時間タイマＴ1 、Ｔ2 、Ｔ3 が計測する第１、第２及び第３の下限基準時間２ｍｓ、１０ｍｓ、２００ｍｓは、第１、第２及び第３の下限検出基準値Ｖ50、Ｖ75、Ｖ85の増大に応じて増大している。第１及び第２の上限基準時間タイマＴ4 、Ｔ5 が計測する第１及び第２の上限基準時間２００ｍｓ、２ｍｓは第１及び第２の上限検出基準値Ｖ110 、Ｖ115 の増大に応じて逆に減少している。

図３において、第１のＡＮＤ回路Ａ1 と第１のＮＯＴ回路Ｎ1 と第１の下限基準時間タイマＴ1 とによって第１の下限異常継続判定手段２１が構成されている。第２のＡＮＤ回路Ａ2 と第２のＮＯＴ回路Ｎ2 と第２の下限基準時間タイマＴ2 とによって第２の下限異常継続判定手段２２が構成されている。第３のＡＮＤ回路Ａ3 と第３のＮＯＴ回路Ｎ3 と第３の下限基準時間タイマＴ3 とによって第３の下限異常継続判定手段２３が構成されている。第４のＡＮＤ回路Ａ4 と第４のＮＯＴ回路Ｎ4 と第１の上限基準時間タイマＴ4 とによって第１の上限異常継続判定手段２４が構成されている。第５のＡＮＤ回路Ａ5 と第５のＮＯＴ回路Ｎ5 と第２の上限基準時間タイマＴ5 とによって第２の上限異常継続判定手段２５が構成されている。

第１、第２及び第３のＡＮＤ回路Ａ1 、Ａ2 、Ａ3 の出力は第１のＯＲ回路ＯＲ1 を介して第３のＯＲ回路ＯＲ3 に入力している。第４及び第５のＡＮＤ回路Ａ4 、Ａ5 の出力は第２のＯＲ回路ＯＲ2 を介して第３のＯＲ回路ＯＲ3 に入力している。図３には３つのＯＲ回路ＯＲ1 、ＯＲ2 、ＯＲ3 が設けられているが、これ等を１つのＯＲ回路に変形し、１つのＯＲ回路に第１〜第５のＡＮＤ回路Ａ1 〜Ａ5 の全てを入力させる構成にしても差し支えない。第１〜第５のＡＮＤ回路Ａ1 〜Ａ5 のいずれか１つから高レベル出力が発生すると、交流スイッチ２がオフ制御され、且つ双方向電力変換器４にインバータ切替指令が与えられ、双方向電力変換器４はDC―AC変換器として動作する。

図４は検出基準値Ｖ50、Ｖ75、Ｖ85、Ｖ110 、Ｖ115 と異常継続判定手段１５における基準時間タイマＴ1 〜Ｔ5 で設定される基準時間との関係を概念的に示すものである。図４の斜線が付されていない領域は一般にＩＴＩカーブ（情報設備許容電圧）を示す。本実施例の下限検出基準値Ｖ50、Ｖ75、Ｖ85及び上限検出基準値Ｖ110 、Ｖ115 は情報設備許容電圧の範囲内又は境界上に設定されている。従って、交流電源端子１から負荷７に情報設備許容電圧に収まるように電圧が供給される。なお、図４のV140は過電圧検出のために追加して設けることができる上限検出基準値を示す。
対数目盛で示されている時間軸の長さと各検出基準値との関係から明らかなように、交流電源電圧の変動が大きい時にはこの変動の短い継続時間で交流スイッチ２がオフ制御され、交流電源電圧の変動が小さい時にはこの変動状態が長く継続した時にのみ交流スイッチ２がオフ制御される。

図５は交流電源電圧Ｖinが急激に低下即ち停電した時の図３の各部の状態を示す。図５のｔ2 まで標準レベルＶ100 に保たれていた交流電源電圧の検出値Ｖinがｔ2 で急激に低下すると、ｔ3 、ｔ4 、ｔ5 時点で下限検出基準値Ｖ85、Ｖ75、Ｖ50を順次に横切り、図５（Ｈ）（Ｋ）（Ｎ）に示すように比較手段Ｃ85、Ｃ75、Ｃ50の出力が低レベル（第１の信号）から高レベル（第２の信号）に転換する。これ等に同期して図５（Ｉ）（Ｌ）（Ｏ）に示すように基準時間タイマＴ3 、Ｔ2 、Ｔ1 の出力も低レベルから高レベルに転換し、所定の下限基準時間２００ｍｓ、１０ｍｓ、２ｍｓの計測を開始する。ｔ6 時点になると最も短い時間（２ｍｓ）の下限基準時間タイマＴ1 の出力が低レベルに戻る。図５（Ｉ）（Ｌ）の基準時間タイマＴ3 、Ｔ2 の出力はｔ6 後も高レベルに保たれているので、図５（Ｊ）（Ｍ）のＡＮＤ回路Ａ3 、Ａ2 の出力は低レベルに保たれる。これにより、図５（Ｐ）に示すように第１のＡＮＤ回路Ａ1 の出力がｔ6 時点で高レベルに転換し、この高レベル信号が第１及び第３のＯＲ回路ＯＲ1 、ＯＲ3 を介して交流スイッチ２に対してオフ制御信号として送られる。この実施例では交流スイッチ２のオフ制御信号を高レベルとしたが、これを低レベルとし、オン制御信号を高レベルとすることもできる。また、基準時間タイマＴ1 〜Ｔ5 から所定計測時間だけ低レベルの出力が得られるように変形し、ＮＯＴ回路Ｎ1 〜Ｎ5 を省くこともできる。また、基準時間タイマＴ1 〜Ｔ5 、ＮＯＴ回路Ｎ1 〜Ｎ5 、ＡＮＤ回路Ａ1 〜Ａ5 、ＯＲ回路ＯＲ1 〜ＯＲ3 をこれ等と同様な機能を有する別の回路又は別の論理回路に置き換えることができる。
図５において、交流電源電圧の検出値Ｖinは上限検出基準値Ｖ110 、Ｖ115 を横切っていないので、図５（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）（Ｇ）に示すように比較手段Ｃ115 、上限基準時間タイマＴ5 、ＡＮＤ回路Ａ5 、比較手段Ｃ110 、上限基準時間タイマＴ4 、ＡＮＤ回路Ａ4 の出力はそれぞれ零即ち低レベルに保たれている。
また、図５において、ｔ0 〜ｔ1 の０〜３０度区間及びｔ7 〜ｔ8 の１５０〜１８０度区間、図示が省略されている１８０〜２１０度区間及び３３０〜３６０度区間の交流電源電圧の検出値Ｖinは検出範囲抽出手段１２で抽出されない。従って、比較手段Ｃ50、Ｃ75、Ｃ85、Ｃ110 、Ｃ115 の入力電圧が零になるが、この実施例では非抽出期間には各比較手段の比較動作を停止し、抽出期間の最後の出力を保持して出力している。

図５から明らかなように、交流電源電圧の検出値Ｖinが５０％レベルの下限検出基準値Ｖ50に達した時点ｔ5 から２ｍｓ後に交流スイッチ２がオフ制御され、且つ双方向電力変換器４がインバータ制御に切替えられるので、実質的に無瞬断で負荷７に電力を提供することができる。

図６は交流電源電圧Ｖinの低下状態が１０ｍｓ以上継続した時の図３の各部の状態を図５と同様に示す。図６では、図６（Ａ）に示すように交流電源電圧の検出値Ｖinがｔ2 、ｔ3 時点で下限検出基準値Ｖ85、Ｖ75を横切り、その後２つの下限検出基準値Ｖ50とＶ75との間に保持されている。このため、図６（Ｈ）（Ｋ）に示す比較手段Ｃ85、Ｃ75の出力はｔ2 、ｔ3 で順次に高レベルに転換し、図６（Ｉ）（Ｌ）に示す基準時間タイマＴ3 、Ｔ2 の出力も高レベルに転換する。図６のｔ3 時点から本実施例において異常継続時間とみなしている１５０〜２１０度の非抽出期間を介して１０ｍｓ経過したｔ7 時点で下限基準時間タイマＴ2 の出力がｔ7 時点で低レベルに戻る。このｔ7 時点で交流電源電圧の検出値Ｖinが下限検出基準値Ｖ50とＶ75との間にまだ位置していれば、図６（Ｍ）に示すようにＡＮＤ回路Ａ2 の出力がｔ7 で高レベルに転換し、交流スイッチ２がオフ制御され、且つ双方向電力変換器４がインバータ制御される。これにより、交流電源電圧の低い状態での負荷７への電力供給が禁止される。なお、図６のｔ7 時点よりも前に交流電源電圧の検出値Ｖinが下限検出基準値Ｖ75よりも上に戻ると、ｔ7 時点での交流スイッチ２のオフ制御は延期される。

図７は過電圧時の図３の各部の状態を示す。図７（Ａ）に示すように交流電源電圧の検出値Ｖinがｔ2 時点で上限検出基準値Ｖ110 を横切り、更にｔ3 時点で上限検出基準値Ｖ115 を横切ると、図７（Ｅ）（Ｂ）に示すように比較手段Ｃ110 、Ｃ115 の出力が高レベルに転換し、図７（Ｆ）（Ｃ）に示すように基準時間タイマＴ4 、Ｔ5 の出力が高レベルに転換する。上限基準時間タイマＴ5 が２ｍｓの計測をｔ4 で終了すると、この出力が低レベルに戻る。ｔ4 及びこの直後まで比較器Ｃ115 の出力は遅れを有して高レベルに保たれているので、図７（Ｄ）に示すＡＮＤ回路Ａ5 の出力がｔ4 〜ｔ5 期間に高レベルになり、これが交流スイッチ２のオフ制御信号として機能する。これにより、交流スイッチ２を介して過電圧の負荷７に対する供給を禁止することができる。

本実施例は次の効果を有する。
（１）電源電圧の変化の状態に応じて電源電圧の異常低下又は異常上昇又はこれ等の両方の検出条件を変えるので、電源異常を合理的に検出することができる。即ち、図５に示すように電源電圧の大幅な変化によって異常が明らかな時には迅速に交流スイッチ２がオフ制御され、蓄電池５からの電力供給が開始する。これにより実質的に無瞬断切替が可能になる。これとは別に電源電圧が図６に示すように極端に変化しない場合には電源電圧の変化の継続を考慮して異常が検出される。従って、電源を遮断することが必要な異常か否かの判定を正確に行うことが可能になり、電源遮断の回数を減らすことが可能になる。このため蓄電池５の放電の頻繁な繰り返しを防ぎ、蓄電池５の寿命の低下を防ぐことができる。
（２）下限及び上限検出基準値Ｖ50、Ｖ75、Ｖ85、Ｖ110 、Ｖ115 がＩＴＩカーブの内側に設定されるので、余裕を有して異常を検出することができる。
（３）下限及び上限検出基準値Ｖ50、Ｖ75、Ｖ85、Ｖ110 、Ｖ115 が正弦波に対応して変化するので、正確且つ合理的な異常検出が可能になる。
（４）正弦波のピークを含む一部即ち３０〜１５０度、２１０〜３３０度を抽出して異常を検出するので、検出処理が容易になり且つ検出精度を高めることができる。
（５）基準時間タイマＴ1 〜Ｔ5 とＡＮＤ回路Ａ1 〜Ａ5 との組み合せよる簡単な構成で異常検出を容易に達成することができる。
（６）電源電圧検出手段１１にＡ−Ｄ変換器１１ｂを含め、検出範囲抽出手段１２、検出基準値発生手段１３、電圧レベル判定手段１４及び異常継続判定手段１５をマイクロコンピュータによって構成しているので、異常検出条件を容易に変更できる。即ち検出基準値発生手段１３ａ〜１３ｅの内容の書き換え、基準時間タイマＴ1 〜Ｔ5 の計測時間の設定変更によって、例えば、周知のＳＥＭＩＦ４７（半導体製造装置の電源仕様）、又はＭＩＬ−ＳＴＤ−７０４Ｅ（航空機電源の仕様）、又はＩＥC６２０４０−３クラス２の仕様に従うように自由に異常検出条件を変えることができる。

本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１）実施例では電源異常検出装置６をマイクロコンピュータを使用して構成したが、アナログ回路で構成すること、又はアナログ回路とディジタル回路との組み合せで構成することができる。
（２）蓄電池５の代りに、電解コンデンサ、電気二重層などの蓄積器、サイクル用蓄積装置等の電力貯蔵装置を使用することができる。
（３）無停電電源装置以外の電力供給装置の電源異常検出装置にも本発明を適用できる。
（４）交流電源電圧を全波整流しないで電源異常検出する構成に変形することができる。
（５）電源電圧の低下又は停電の検出のみ、又は過電圧検出のみに本発明を適用することができる。

本発明は電力供給装置に利用できる。

本発明の実施例１に従う無停電電源装置を示すブロック図である。図１の電源異常検出装置を示すブロック図である。図２の電源異常検出装置を更に詳しく示すブロック図である。実施例１に従う検出基準値と異常継続時間との関係を示す図である。停電時の図３の各部の状態を概略的に示す波形図である。電源電圧低下時の図３の各部の状態を概略的に示す波形図である。過電圧時の図３の各部の状態を概略的に示す波形図である。

符号の説明

６電源異常検出装置
１１電源電圧検出手段
１２検出範囲抽出手段
１３検出基準値発生手段
１４電圧レベル判定手段
１５異常継続判定手段
１３ａ〜１３ｅ検出基準値発生手段
Ｔ1 〜Ｔ5 基準時間タイマ

Claims

電源端子と負荷との間に接続されたスイッチを電源電圧異常時にオフ制御するために使用する電源異常検出装置であって、
前記電源端子から前記負荷に供給する電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、
前記電源電圧の異常低下を検出するために互いに値の異なる複数の下限検出基準値を発生する下限検出基準値発生手段と、
前記複数の下限検出基準値と前記電源電圧の検出値とをそれぞれ比較して前記電源電圧の検出値が前記複数の下限検出基準値よりも低いか否かをそれぞれ判定する電圧レベル判定手段と、
前記複数の下限検出基準値に対応して複数の下限基準時間情報を有し、前記複数の下限基準時間情報は前記複数の下限検出基準値が低くなるに従って短くなる時間情報であり、前記電源電圧の検出値が前記下限検出基準値よりも低いことを示す前記電圧レベル判定手段の出力が前記下限基準時間情報が示す時間以上継続的に発生しているか否かを判定し、継続的に発生している時に前記スイッチをオフ制御するための出力を発生する異常継続判定手段と
を備えていることを特徴とする電源異常検出装置。
電源端子と負荷との間に接続されたスイッチを電源電圧異常時にオフ制御するために使用する電源異常検出装置であって、
前記電源端子から前記負荷に供給する電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、
前記電源電圧の異常上昇を検出するために互いに値の異なる複数の上限検出基準値を発生する上限検出基準値発生手段と、
前記複数の上限検出基準値と前記電源電圧の検出値とをそれぞれ比較して前記電源電圧の検出値が前記複数の上限検出基準値よりも高いか否かをそれぞれ判定する電圧レベル判定手段と、
前記複数の上限検出基準値に対応して複数の上限基準時間情報を有し、前記複数の上限基準時間情報は前記複数の上限検出基準値が高くなるに従って短くなる時間情報であり、前記電源電圧の検出値が前記上限検出基準値よりも高いことを示す前記電圧レベル判定手段の出力が前記上限基準時間情報が示す時間以上継続的に発生しているか否かを判定し、継続的に発生している時に前記スイッチをオフ制御するための出力を発生する異常継続判定手段と
を備えていることを特徴とする電源異常検出装置。
電源端子と負荷との間に接続されたスイッチを電源電圧異常時にオフ制御するために使用する電源異常検出装置であって、
前記電源端子から前記負荷に供給する電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、
前記電源電圧の異常低下を検出するために互いに値の異なる複数の下限検出基準値を発生する下限検出基準値発生手段と、
前記電源電圧の異常上昇を検出するために互いに値が異なり且つ前記下限検出基準値よりも高い値を有している複数の上限検出基準値を発生する上限検出基準値発生手段と、
前記複数の下限検出基準値及び前記複数の上限検出基準値と前記電源電圧の検出値とをそれぞれ比較して前記電源電圧の検出値が前記複数の下限検出基準値よりも低いか否かをそれぞれ判定し、且つ前記電源電圧の検出値が前記複数の上限検出基準値よりも高いか否かをそれぞれ判定する電圧レベル判定手段と、
前記複数の下限検出基準値に対応して複数の下限基準時間情報を有し、前記複数の下限基準時間情報は前記複数の下限検出基準値が低くなるに従って短くなる時間情報であり、前記複数の上限検出基準値に対応して複数の上限基準時間情報を有し、前記複数の上限基準時間情報は前記複数の上限検出基準値が高くなるに従って短くなる情報であり、前記電源電圧の検出値が前記下限検出基準値よりも低いことを示す前記電圧レベル判定手段の出力が前記下限基準時間情報が示す時間以上継続的に発生しているか否かを判定し、継続的に発生している時に前記スイッチをオフ制御するための出力を発生し、且つ前記電源電圧の検出値が前記上限検出基準値よりも高いことを示す前記電圧レベル判定手段の出力が前記上限基準時間情報が示す時間以上継続的に発生しているか否かを判定し、継続的に発生している時に前記スイッチをオフ制御するための出力を発生する異常継続判定手段と
を備えていることを特徴とする電源異常検出装置。
前記下限検出基準値は、前記負荷の許容電圧範囲の下限値と同一又はこれよりも少し高い値に対応する値を有していることを特徴とする請求項１又は３記載の電源異常検出装置。
前記上限検出基準値は、前記負荷の許容電圧範囲の上限値と同一又はこれよりも少し低い値に対応する値を有していることを特徴とする請求項２又は３記載の電源異常検出装置。
前記電源端子は正弦波交流電圧を供給するものであり、
前記下限検出基準値は定格電圧の正弦波又はこの整流波形の振幅を所定の割合で低減した波形の一部又は全部を示す値であることを特徴とする請求項１又は３記載の電圧異常検出装置。
前記電源端子は正弦波交流電圧を供給するものであり、
前記上限検出基準値は定格電圧の正弦波又はこの整流波形の振幅を所定の割合で増大した波形の一部又は全部を示す値であることを特徴とする請求項２又は３記載の電圧異常検出装置。
前記電源端子は正弦波交流電圧を供給するものであり、
前記電源電圧検出手段は、前記電源端子から供給される正弦波交流電圧の正の半波期間中の正のピークを含む一部の区間及び負の半波期間中の負のピークを含む一部の区間の波形のみを抽出してこれ等を検出値とするものであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の電源異常検出装置。
前記異常継続判定手段は、
前記電源電圧の検出値が前記下限検出基準値よりも低いことを示す前記電圧レベル判定手段の出力に応答して前記下限基準時間情報が示す時間を計測するタイマと、
前記タイマが前記時間の計測を終了した時点又はこれよりも後において、前記電源電圧の検出値が前記下限検出基準値よりも低いことを示す出力が前記電圧レベル判定手段から発生しているか否かを判定する論理回路と
から成ることを特徴とする請求項１又は３記載の電源異常検出装置。
前記異常継続判定手段は、
前記電源電圧の検出値が前記上限検出基準値よりも高いことを示す前記電圧レベル判定手段の出力に応答して前記上限基準時間情報が示す時間を計測するタイマと、
前記タイマが前記時間の計測を終了した時点又はこれよりも後において、前記電源電圧の検出値が前記上限検出基準値よりも高いことを示す出力が前記電圧レベル判定手段から発生しているか否かを判定する論理回路と
から成ることを特徴とする請求項２又は３記載の電源異常検出装置。
負荷に電力を供給するための電源端子と、前記電源端子と前記負荷との間に接続されたスイッチと、前記スイッチを電源電圧異常時にオフ制御するために使用する電源異常検出装置とを有する電力供給装置であって、前記電源異常検出装置が、
前記電源端子から前記負荷に供給する電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、
前記電源電圧の異常低下を検出するために互いに値の異なる複数の下限検出基準値を発生する下限検出基準値発生手段と、
前記複数の下限検出基準値と前記電源電圧の検出値とをそれぞれ比較して前記電源電圧の検出値が前記複数の下限検出基準値よりも低いか否かをそれぞれ判定する電圧レベル判定手段と、
前記複数の下限検出基準値に対応して複数の下限基準時間情報を有し、前記複数の下限基準時間情報は前記複数の下限検出基準値が低くなるに従って短くなる時間情報であり、前記電源電圧の検出値が前記下限検出基準値よりも低いことを示す前記電圧レベル判定手段の出力が前記下限基準時間情報が示す時間以上継続的に発生しているか否かを判定し、継続的に発生している時に前記スイッチをオフ制御するための出力を発生する異常継続判定手段と
から成ることを特徴とする電力供給装置。
負荷に電力を供給するための電源端子と、前記電源端子と前記負荷との間に接続されたスイッチと、前記スイッチを電源電圧異常時にオフ制御するために使用する電源異常検出装置とを有する電力供給装置であって、前記電源異常検出装置が、
前記電源端子から前記負荷に供給する電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、
前記電源電圧の異常上昇を検出するために互いに値の異なる複数の上限検出基準値を発生する上限検出基準値発生手段と、
前記複数の上限検出基準値と前記電源電圧の検出値とをそれぞれ比較して前記電源電圧の検出値が前記複数の上限検出基準値よりも高いか否かをそれぞれ判定する電圧レベル判定手段と、
前記複数の上限検出基準値に対応して複数の上限基準時間情報を有し、前記複数の上限基準時間情報は前記複数の上限検出基準値が高くなるに従って短くなる時間情報であり、前記電源電圧の検出値が前記上限検出基準値よりも高いことを示す前記電圧レベル判定手段の出力が前記上限基準時間情報が示す時間以上継続的に発生しているか否かを判定し、継続的に発生している時に前記スイッチをオフ制御するための出力を発生する異常継続判定手段と
から成ることを特徴とする電力供給装置。
負荷に電力を供給するための電源端子と、前記電源端子と前記負荷との間に接続されたスイッチと、前記スイッチを電源電圧異常時にオフ制御するために使用する電源異常検出装置とを有する電力供給装置であって、前記電源異常検出装置が、
電源端子と負荷との間に接続されたスイッチを電源電圧異常時にオフ制御するために使用する電源異常検出装置であって、
前記電源端子から前記負荷に供給する電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、
前記電源電圧の異常低下を検出するために互いに値の異なる複数の下限検出基準値を発生する下限検出基準値発生手段と、
前記電源電圧の異常上昇を検出するために互いに値が異なり且つ前記下限検出基準値よりも高い値を有している複数の上限検出基準値を発生する上限検出基準値発生手段と、
前記複数の下限検出基準値及び前記複数の上限検出基準値と前記電源電圧の検出値とをそれぞれ比較して前記電源電圧の検出値が前記複数の下限検出基準値よりも低いか否かをそれぞれ判定し、且つ前記電源電圧の検出値が前記複数の上限検出基準値よりも高いか否かをそれぞれ判定する電圧レベル判定手段と、
前記複数の下限検出基準値に対応して複数の下限基準時間情報を有し、前記複数の下限基準時間情報は前記複数の下限検出基準値が低くなるに従って短くなる時間情報であり、前記複数の上限検出基準値に対応して複数の上限基準時間情報を有し、前記複数の上限基準時間情報は前記複数の上限検出基準値が高くなるに従って短くなる情報であり、前記電源電圧の検出値が前記下限検出基準値よりも低いことを示す前記電圧レベル判定手段の出力が前記下限基準時間情報が示す時間以上継続的に発生しているか否かを判定し、継続的に発生している時に前記スイッチをオフ制御するための出力を発生し、且つ前記電源電圧の検出値が前記上限検出基準値よりも高いことを示す前記電圧レベル判定手段の出力が前記上限基準時間情報が示す時間以上継続的に発生しているか否かを判定し、継続的に発生している時に前記スイッチをオフ制御するための出力を発生する異常継続判定手段と
から成ることを特徴とする電力供給装置。