JP2006020431A

JP2006020431A - 無停電電源装置

Info

Publication number: JP2006020431A
Application number: JP2004196229A
Authority: JP
Inventors: Hironobu Miura; 啓伸三浦
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2006-01-19

Abstract

【課題】起動時並びに復旧時にラッシュカレント、およびそれによるノイズを発生させない無停電電源装置を提供する。
【解決手段】この発明の無停電電源装置１０は、充電制御装置を商用電源認識部１３と、充電制御部１８と、出力制御部２１とから構成し、商用電源認識部が商用交流電源の供給または供給停止を認識し、商用電源認識部の認識に基づいて、充電制御部がバッテリ２０への充電を緩やかに行うように制御し、出力制御部２１が商用電源認識部の認識に基づいて、バッテリから整流器１４への放電を負荷装置２３への交流電源ＭＡの供給に不足がないように制御する。したがって、整流器出力にラッシュカレントを発生させず、負荷装置２３への交流電源に重畳されるノイズを低減することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、無停電電源装置に関し、特に、第１の交流電源からの交流を整流するとともに、バッテリからの直流をも受けて直流の整流器出力を出力する整流器と、整流器出力を受け、その整流器出力を再び交流に変換し、変換した交流を第２の交流電源として負荷装置に供給するインバータと、整流器出力の一部分を利用してバッテリを充電する充電器とを有する無停電電源装置に関する。

図７は、この種の無停電電源装置の従来例を示す構成図である。図７の無停電電源装置５０は、商用電源プラグ５１と、フィルタ５２と、整流器５４と、インバータ５５と、フィルタ５６と、交流電源コンセント５７と、充電器５８と、ヒューズ５９と、バッテリ６０とを有する。無停電電源装置５０は、実際の使用に際しては、商用電源プラグ５１は、不図示の商用電源コンセントに挿入接続され、商用交流電源（商用電源）の供給を受け、交流電源コンセント５７には、負荷装置６３に接続された交流電源プラグ６２が挿入接続され、負荷装置６３に交流電源を供給する。

交流電源プラグ５１に供給された商用交流電源は、フィルタ５２を通過する際にノイズが除去されて整流器５４に引き渡される。整流器５４は、フィルタ５２からの商用交流電源を整流するとともに、バッテリ６０からの直流を受けて、直流電源を出力する。整流器５４の出力は、主にインバータ５５に与えられるが、一部分は充電器５８に与えられ、バッテリ６０の充電に用いられる。インバータ５５は、与えられた直流電源を交流電源に変換し、フィルタ５６と、交流電源コンセント５７と、交流電源プラグ６２を介して交流電源を負荷装置６３に供給する。
次に、無停電電源装置５０の起動時と、商用交流電源の供給停止時と、復旧時とにおける動作について図８ないし図１０を参照して説明する。電源スイッチ（不図示）が図１０に示されるように、時刻ｔ２０に“オン”にされると、整流器５４の直流出力は、図８に示されるように、インバータ５５およびフィルタ５６などを通って交流電源ＭＢとして負荷装置６３に与えられるとともに、充電器５８を通って、消費された電荷を補充するための充電電流ＳＢとしてバッテリ６０に流れ込み（図８，図１０の太い実線）、時刻ｔ２０〜ｔ２１の間にラッシュカレントを発生させる。このラッシュカレントは、フィルタ５６の能力を超えて交流電源ＭＢにノイズを重畳させることとなる。

その後、時刻ｔ２３において、何らかの原因で商用交流電源の供給が停止されると、バッテリ６０から整流器５４へ放電電流ＤＢが供給され、整流器出力として出力される（図９の太い実線）。時刻ｔ２５に商用交流電源が復旧されると、商用交流電源に基づく整流器５４の出力は、図８に示されるように、再び交流電源ＭＢとして負荷装置６３に与えられるとともに、充電器５８を通って、消費された電荷を補充するための充電電流ＳＢとしてバッテリ６０に供給される。したがって、時刻ｔ２５〜ｔ２７の間において、ラッシュカレントを発生させ、このラッシュカレントがフィルタ５６の能力を超えて交流電源ＭＢにノイズを重畳させる恐れがある。

なお、このように一つの装置のラッシュカレントに係わるものではないが、出力トランジスタへの悪影響を避けるために、出力上昇を遅延させる技術が下記の特許文献１に、複数の機器のラッシュカレントを低減するために、複数の機器の一部分ずつに順次電源を供給する技術が下記の特許文献２，３にそれぞれ提案されている。
特開平６−４１５７号公報（要約、第１図）特開２０００−１９７２６７号公報（要約、第１図）特開平５−２３６６７４号公報（第２―３頁、第１図）しかしながら、無停電電源装置という単独の装置の中でラッシュカレントを防止あるいは低減するための技術には応用が困難である。

上述の従来の無停電電源装置は、起動時および復旧時にインバータおよび充電器に対して短時間に多大な電流を供給しなければならず、ラッシュカレントを発生させ、負荷装置に供給する交流電源に対して、ラッシュカレントを原因とするノイズを重畳させてしまい、ひいては、電子回路に誤動作などを発生させる恐れがある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、無停電電源装置の起動時並びに復旧時にラッシュカレントを発生させず、ひいては、負荷装置に供給する交流電源にラッシュカレントによるノイズを重畳させない無停電電源装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る無停電電源装置は、第１の交流電源からの交流を整流するとともに、バッテリからの直流をも受けて直流の整流器出力を出力する整流器と、前記整流器の出力を受け、該整流器出力を再び交流に変換し、変換した交流を第２の交流電源として負荷装置に供給するインバータと、前記整流器の出力の一部分を利用してバッテリを充電する充電器と、前記充電器がバッテリへの充電を開始する時には、充電電流を緩やかな傾斜をもって増加させるように充電器を制御する充電制御装置とを有する。

このような構成によれば、起動時や復旧時に充電制御装置は、バッテリへの充電を開始する時に、充電電流を緩やかな傾斜をもって増加させるように充電器を制御するので、ラッシュカレントは発生せず、負荷装置に供給される交流電源に重畳されるノイズが軽減される。

前記充電制御装置は、第１の交流電源の供給または供給停止を認識することができる商用電源認識部と、商用電源認識部の認識に基づいて、充電器によるバッテリへの充電を制御する充電制御部と、商用電源認識部の認識に基づいて、バッテリから整流器への放電を制御する出力制御部とを有し、商用電源認識部が第１の交流電源の供給開始を認識した場合、商用電源認識部はその旨を充電制御部と出力制御部とに通知し、通知を受けた充電制御部は第１の遅延時間が経過した後に充電器による充電を開始させ、充電開始後は緩やかな第１の傾斜をもって充電電流を増加させ、通知を受けた出力制御部はバッテリからの放電を停止させ、商用電源認識部が、供給されていた第１の交流電源が停止されたことを認識した場合、商用電源認識部は、第２の遅延時間が経過した後に、その旨を充電制御部と出力制御部とに通知し、通知を受けた充電制御部は第１の遅延時間が経過した後に充電器による充電を開始させ、充電開始後は緩やかな第１の傾斜をもって充電電流を増加させ、通知を受けた出力制御部はバッテリからの放電を停止させるように構成することが好ましい。

以上に詳述したように本発明によれば、起動時や復旧時にバッテリへの充電を開始する時に、充電制御装置は充電電流を緩やかな傾斜をもって増加させるように充電器を制御するので、ラッシュカレントは発生せず、負荷装置に供給される交流電源に重畳されるノイズが軽減される。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施の形態の無停電電源装置を示すブロック図、図２は、図１の無停電電源装置の起動時の動作を示すブロック図、図３は、図１の無停電電源装置の商用交流電源の供給が停止された場合の動作を示すブロック図、図４は、図１の無停電電源装置の復旧時の初期の動作を示すブロック図、図５は、図１の無停電電源装置の復旧時の図４の動作に続く動作を示すブロック図、図６は、図１の無停電電源装置の起動時から復旧時までの時系列の動作を示すグラフである。

図１の無停電電源装置１０は、商用電源プラグ１１と、フィルタ１２と、商用電源認識部１３と、整流器１４と、インバータ１５と、フィルタ１６と、交流電源コンセント１７と、充電器１８ａを含む充電制御部１８と、ヒューズ１９と、バッテリ２０と、出力制御部２１とを有する。実際の使用に際しては、商用電源プラグ１１は、不図示の商用電源コンセントに挿入接続され、商用交流電源の供給を受け、交流電源コンセント１７には、負荷装置２３に接続された交流電源プラグ２２が挿入接続され、負荷装置２３に交流電源を供給する。

次に、無停電電源装置１０の動作について図２ないし図６を参照して説明する。図２に示されるように、交流電源プラグに供給された商用交流電源は、フィルタ１２を通過する際にノイズが除去され、商用電源認識部１３を経て整流器１４に引き渡される。商用電源認識部１３は、フィルタ１２から出力される商用交流電源の状態に基づいて、制御信号Ｃ１を充電制御部１８に、制御信号Ｃ２を出力制御部２１にそれぞれ与える。整流器１４は、商用電源認識部１３からの商用交流電源を整流して直流電源を出力するとともに、出力制御部２１からバッテリ２０の直流電源を与えられる場合には、そのバッテリ直流電源をも出力する。整流器１４の出力は、主にインバータ１５に与えられるが、一部分は充電制御部１８に与えられる。

インバータ１５は、整流器１４の直流出力を用いて交流電源を生成する。フィルタ１６は、インバータ１５が生成した交流電源からノイズを除去し、交流電源コンセント１７および交流電源プラグ２２を介して負荷装置２３に交流電源を供給する。充電制御部１８は、整流器１４の直流出力を用い、過電流防止のヒューズ１９を介してバッテリ２０を充電する。この場合、後述するように、充電制御部１８は、制御信号Ｃ１に応じて、ラッシュカレントを抑えるようにバッテリ２０を充電する。また、出力制御部２１は、制御信号Ｃ２に応じて、ラッシュカレントを抑えるようにバッテリ２０から整流器への直流供給を制御する。

上述の充電制御部１８および出力制御部２１の制御動作について図６を参照して更に詳しく説明する。無停電電源装置１０の電源スイッチ（不図示）が時刻ｔ０に“オン”にされると、無停電電源装置１０に商用交流電源が供給される。商用交流電源が供給されると、商用電源認識部１３は、商用交流電源が供給された旨を制御信号Ｃ１，Ｃ２として充電制御部１８および出力制御部２１にそれぞれ伝達する。充電制御部１８は、時刻ｔ０に制御信号Ｃ１を受けると、時刻ｔ０〜ｔ１の間は、遅延時間ΔＴ１として充電器１８ａの充電動作開始を遅延させる。出力制御部２１は、時刻ｔ０に制御信号Ｃ２を受けると、バッテリ２０から整流器１４への直流電源供給を開始させない。したがって、時刻ｔ０〜ｔ１においては、商用交流電源は主に、整流器１４，インバータ１５，フィルタ１６を介して交流電源ＭＡ（図２）として負荷装置２３に供給され、バッテリ２０の充電電流ＳＡとしてはほとんど使用されず、バッテリ２０へのラッシュカレントも発生しない。したがって、交流電源ＭＡに重畳されるラッシュカレントによるノイズも発生しない。

時刻ｔ１が経過すると、充電制御部１８は、充電器１８ａを制御し、実線で示されるように、徐々に充電電流ＳＡを大きくし、時刻ｔ３に規定の充電電流値ＣＲに到達したら、その充電電流ＳＡの値を維持する。時刻ｔ１〜ｔ３において、充電電流ＳＡの立ち上がりは、従来の場合よりも緩やかな傾きを有しているのでラッシュカレントを発生させることがないので交流電源ＭＡに重畳されるラッシュカレントによるノイズも軽減される。時刻ｔ５において、異常が発生し商用交流電源の供給が停止されると、商用電源認識部１３は、商用交流電源の供給が停止されたことを認識し、その旨を制御信号Ｃ１，Ｃ２として充電制御部１８および出力制御部２１にそれぞれ伝達する。

充電制御部１８は時刻ｔ５において、商用交流電源の供給が停止された旨の制御信号Ｃ１を受け取ると、時刻ｔ５〜ｔ７の間に充電電流ＳＡを０（ゼロ；図３）にする。他方、出力制御部２１は、商用交流電源の供給が停止された旨の制御信号Ｃ２を受け取ると、時刻ｔ５〜ｔ７の間に放電電流ＤＡを規定の放電電流値まで立ち上げる。したがって、図３に示されるように、整流器１４からは、商用交流電源を整流した直流電源の代わりに、バッテリ２０から供給された放電電流が用いられ、整流器１４から直流電源として出力され、インバータ１５によって交流電源ＭＡに変換され、負荷装置２３に供給されることとなる。

時刻ｔ９において、それまで停止されていた商用交流電源の供給が復旧されると、商用電源認識部１３は、この商用交流電源の復旧を認識する。この復旧を認識した商用電源認識部１３は、時刻ｔ９〜ｔ１１の遅延時間ΔＴ２だけ遅延させた後に、商用交流電源の供給が復旧されたことを制御信号Ｃ１，Ｃ２として充電制御部１８および出力制御部２１にそれぞれ伝達する。すなわち、時刻ｔ１１において、充電制御部１８および出力制御部２１は、商用交流電源の供給が復旧された旨の制御信号Ｃ１，Ｃ２をそれぞれ受け取る。したがって、時刻ｔ９〜ｔ１１においては、図４に示されるように、充電制御部１８による充電は停止されているが、出力制御部２１による整流器１４へのバッテリ放電は継続され、整流器１４は、商用交流電源とバッテリ２０からの直流電源とを使用して直流電源をインバータ１５に供給する。

時刻ｔ１１において、商用交流電源の供給が復旧された旨の制御信号Ｃ１を受け取った充電制御部１８は、時刻ｔ１１〜ｔ１３の遅延時間ΔＴ１だけ遅延させた後に、時刻ｔ１３が経過した時点より充電器１８ａを制御してバッテリ２０への充電を開始させ、時刻ｔ１５迄に充電電流ＳＡを立ち上げる。この場合、図５に示されるように、時刻ｔ１３〜ｔ１５の充電電流の立ち上げは、時刻ｔ１〜ｔ３の場合と同様に、従来の場合よりも緩やかな傾きを有しているのでラッシュカレントを発生させることがない。また、出力制御部２１は、充電電流の立ち上がりとは逆になるように、時刻ｔ１３に開始したバッテリ２０から整流器１４への放電電流を徐々に小さくして行き、時刻ｔ１５に停止する。この場合、時刻ｔ１１〜ｔ１３の間（ΔＴ１）においては、時刻ｔ９〜ｔ１１（ΔＴ２）の場合と同様な動作が行われ、合計で時刻ｔ９〜ｔ１３（ΔＴ１＋ΔＴ２）の間においては、商用交流電源とバッテリ直流電源とが過渡状態として並列で整流器１４に供給されることとなる。

本発明の無停電電源装置の実施の形態の一例を示すブロック図である。図１の無停電電源装置の起動時の動作を示すブロック図である。図１の無停電電源装置の商用交流電源の供給が停止された場合の動作を示すブロック図である。図１の無停電電源装置の復旧時の初期の動作を示すブロック図である。図１の無停電電源装置の復旧時の図４の動作に続く動作を示すブロック図である。図１の無停電電源装置の起動時から復旧時までの時系列の動作を示すグラフである。無停電電源装置の従来例を示すブロック図である。図７の無停電電源装置の起動時の動作を示すブロック図である。図７の無停電電源装置の商用交流電源の供給が停止された場合の動作を示すブロック図である。図７の無停電電源装置の起動時から復旧時までの時系列の動作を示すグラフである。

符号の説明

１０無停電電源装置、１１，２２交流電源プラグ、１２，１６フィルタ、１３商用電源認識部、１４整流器、１５インバータ、１７交流電源コンセント、１８充電制御部、１８ａ充電器、１９ヒューズ、２０バッテリ、２１出力制御部、２３負荷装置。

Claims

第１の交流電源からの交流を整流するとともに、バッテリからの直流をも受けて直流の整流器出力を出力する整流器と、
前記整流器の出力を受け、該整流器出力を再び交流に変換し、変換した交流を第２の交流電源として負荷装置に供給するインバータと、
前記整流器の出力の一部分を利用してバッテリを充電する充電器と、
前記充電器がバッテリへの充電を開始する時には、充電電流を緩やかな傾斜をもって増加させるように充電器を制御する充電制御装置と、
を有することを特徴とする無停電電源装置。