JP2006340517A - Power supply unit and power supply control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源装置および電源制御方法に関する。 The present invention relates to a power supply device and a power supply control method.
例えば、無停電電源装置等の電源装置では、特許文献1に示すように、商用電源の停電時には、二次電池に蓄えられている直流電力をインバータにより交流電力に変換して負荷に供給するように構成されている。
For example, in a power supply device such as an uninterruptible power supply device, as shown in
図6は、従来の電源装置の構成を示すブロック図である。この図に示すように、従来の電源装置は、二次電池1a、三角波発生回路1b、基準電圧生成回路1c、スイッチング回路1d、PWM(Pulse Width Modulation)回路1e、補償回路1f、減算回路1g、インダクタ1h、キャパシタ1i、および、負荷1jによって構成されている。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a conventional power supply apparatus. As shown in this figure, the conventional power supply device includes a secondary battery 1a, a triangular
ここで、二次電池1aは、例えば、鉛蓄電池等によって構成され、通常時には図示せぬ商用電源によって充電され、停電時には直流電力をスイッチング回路1dに供給する。 Here, the secondary battery 1a is composed of, for example, a lead storage battery, and is normally charged by a commercial power source (not shown), and supplies DC power to the switching circuit 1d at the time of a power failure.
三角波発生回路1bは、PWM用の三角波を発生してPWM回路1eに供給する。基準電圧生成回路1cは、出力電圧Voを定めるための基準電圧を生成して減算回路1gに供給する。スイッチング回路1dは、PWM回路1eから供給される駆動信号に応じて二次電池1aからの直流電力をスイッチングし、交流電力に変換して出力する。
The triangular
PWM回路1eは、補償回路1fから供給される正弦波と、三角波発生回路1bから出力される三角波を比較し、その大小に応じたスイッチング信号を生成し、スイッチング回路1dに供給する。補償回路1fは、所定の伝達関数を有しており、制御が適正になされるように減算回路1gの出力信号を調整する。インダクタ1hおよびキャパシタ1iは、ローパスフィルタを構成しており、スイッチング回路1dからの出力信号に含まれている高調波信号を減衰する。負荷1jは、例えば、サーバコンピュータ等であり、交流電力を供給する対象である。
The PWM circuit 1e compares the sine wave supplied from the
以上のような従来の電源装置では、二次電池1aの直流電圧Vdと、交流出力電圧Voとの間には以下の式(1)ような関係が成立する。ただし、Mは変調率であり、Vsを補償回路1fから出力される正弦波の振幅とし、Vtを三角波発生回路1bから出力される三角波の振幅とする。また、M=Vs/Vtとする。
In the conventional power supply apparatus as described above, the following relationship (1) is established between the DC voltage Vd of the secondary battery 1a and the AC output voltage Vo. However, M is a modulation rate, Vs is the amplitude of the sine wave output from the
Vo∝M・Vd ・・・(式1) Vo∝M · Vd (Formula 1)
したがって、直流電圧Vdの変動に対して、変調率Mを制御することにより、交流出力電圧Voを一定の電圧に保つことができる。 Therefore, the AC output voltage Vo can be maintained at a constant voltage by controlling the modulation factor M with respect to the fluctuation of the DC voltage Vd.
図7は、三角波Vt、正弦波Vs、および、スイッチング回路1dの出力Vpの時間的な変化を示す図である。図7(A)は、変調率M≦1である場合を示している。横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。また、図7(A)の上側の図は正弦波Vsと三角波Vtを示し、下側の図はスイッチング回路1dの出力Vpを示している。図7(A)に示すように、変調率M≦1である場合には、三角波Vtの最大振幅≧正弦波Vsの最大振幅となり、スイッチング回路1dの出力Vpは正弦波Vsの振幅に応じてパルス幅が増減する信号(PWM信号)となっている。 FIG. 7 is a diagram illustrating temporal changes in the triangular wave Vt, the sine wave Vs, and the output Vp of the switching circuit 1d. FIG. 7A shows a case where the modulation factor M ≦ 1. The horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates voltage. The upper diagram in FIG. 7A shows the sine wave Vs and the triangular wave Vt, and the lower diagram shows the output Vp of the switching circuit 1d. As shown in FIG. 7A, when the modulation factor M ≦ 1, the maximum amplitude of the triangular wave Vt ≧ the maximum amplitude of the sine wave Vs, and the output Vp of the switching circuit 1d depends on the amplitude of the sine wave Vs. It is a signal (PWM signal) whose pulse width increases or decreases.
一方、図7(B)は、M>1の場合を示している。この場合、三角波Vtの最大振幅<正弦波Vsの最大振幅となる。スイッチング回路1dの出力Vpは、正弦波の出力が正の最大値付近ではパルスがハイの状態を維持し、負の最大値付近ではローの状態を維持している。すなわち、出力Vpはこの付近において波形が歪んだ状態となっている。このような状態になると、出力電圧Voには低次の高調波が含まれた状態となって、負荷1jに対する影響が無視できない。また、この場合、スイッチング回路1dは、オンまたはオフの状態を維持し続けるので、制御が外れた状態となる。その結果、例えば、負荷に供給される電圧が正常な範囲を逸脱する場合が生じる。また、図6に示す電源装置を複数並列接続して並列運転を行う場合、制御が外れた状態となったときは、負荷の分担が適切でなくなることが想定される。 On the other hand, FIG. 7B shows a case where M> 1. In this case, the maximum amplitude of the triangular wave Vt <the maximum amplitude of the sine wave Vs. The output Vp of the switching circuit 1d maintains a high pulse state near the positive maximum value of the sine wave output, and maintains a low state near the negative maximum value. That is, the waveform of the output Vp is distorted in the vicinity thereof. In such a state, the output voltage Vo includes a low-order harmonic, and the influence on the load 1j cannot be ignored. Further, in this case, the switching circuit 1d continues to maintain the on or off state, and thus is out of control. As a result, for example, the voltage supplied to the load may deviate from the normal range. Further, when performing parallel operation by connecting a plurality of power supply devices shown in FIG. 6, it is assumed that load sharing is not appropriate when the control is lost.
したがって、変調率MはM≦1の範囲において制御を行う必要がある。このため、従来の電源装置では、直流電圧Vdが一定の電圧以下に低下した場合には、M>1の範囲となって上述の問題が発生することを回避するために、装置の動作を停止している。 Therefore, the modulation factor M needs to be controlled in the range of M ≦ 1. For this reason, in the conventional power supply device, when the DC voltage Vd drops below a certain voltage, the operation of the device is stopped in order to avoid the above-mentioned problem due to the range of M> 1. is doing.
ところで、このように直流電圧Vdが一定以下に低下した場合に、装置の動作を停止するように制御すると、二次電池には十分に電力が残っている状態で動作が停止されてしまう。そのため、二次電池の電力を十分に利用することができないという問題点がある。 By the way, if the control of the device is stopped when the DC voltage Vd drops below a certain level in this way, the operation is stopped with sufficient power remaining in the secondary battery. Therefore, there is a problem that the power of the secondary battery cannot be fully utilized.
また、二次電池の電力を十分に利用しないで動作を停止することから、動作時間を確保するためには、二次電池の容量の大きいものを使用する必要があり、コストが高くつくとともに、装置のサイズが大型化してしまうという問題点がある。 In addition, since the operation is stopped without fully using the power of the secondary battery, in order to ensure the operation time, it is necessary to use a secondary battery having a large capacity, which increases the cost. There is a problem that the size of the apparatus is increased.
本発明は、上記の事情に基づきなされたもので、その目的とするところは、二次電池に蓄えられた電力を十分に活用することが可能な電源装置および電源制御方法を提供しよう、とするものである。 The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a power supply device and a power supply control method capable of fully utilizing the power stored in the secondary battery. Is.
上述の目的を達成するため、本発明の電源装置は、直流電力を出力する二次電池と、二次電池から供給される直流電力を交流電力に変換する変換手段と、変換手段から出力される交流電力の電圧が所定の目標値になるように制御する制御手段と、を有し、制御手段は、二次電池の残量が所定量よりも少なくなった場合には、目標値を減少させるようにしている。 In order to achieve the above-described object, the power supply device of the present invention outputs a secondary battery that outputs DC power, conversion means that converts DC power supplied from the secondary battery into AC power, and output from the conversion means. Control means for controlling the voltage of the AC power to be a predetermined target value, and the control means decreases the target value when the remaining amount of the secondary battery becomes less than the predetermined amount. Like that.
このため、二次電池に蓄えられた電力を十分に活用することが可能な電源装置を提供することができる。 For this reason, the power supply device which can fully utilize the electric power stored in the secondary battery can be provided.
また、他の発明の電源装置は、上述の発明に加えて、制御手段が、二次電池の電力の残量が所定量以上の場合には目標値を一定とし、所定量以下になった場合には目標値を減少させるようにしている。このため、二次電池の電力の残量が十分な場合には、一定電圧の交流電力を出力し、残量が少なくなった場合には電圧を減少させることにより歪みのない出力することができるとともに、二次電池に蓄えられた電力を有効に利用できる。 In addition to the above-described invention, the power supply device according to another aspect of the invention may be configured such that when the remaining power of the secondary battery is equal to or greater than a predetermined amount, the control unit keeps the target value constant and falls below the predetermined amount. In order to reduce the target value. For this reason, when the remaining amount of power of the secondary battery is sufficient, AC power with a constant voltage can be output, and when the remaining amount is low, the voltage can be decreased to output without distortion. At the same time, the electric power stored in the secondary battery can be used effectively.
また、他の発明の電源装置は、上述の発明に加えて、制御手段が、二次電池の電力の残量が所定量よりもさらに少ない他の所定量よりも少なくなった場合には、変換手段からの交流電力の出力を停止するようにしている。このため、出力電圧に歪みが発生することを防止できるとともに、二次電池に蓄えられた電力を有効に利用できる。 Further, in addition to the above-described invention, the power supply device according to another aspect of the invention may convert the control unit when the remaining amount of power of the secondary battery is smaller than another predetermined amount that is smaller than the predetermined amount. The output of AC power from the means is stopped. For this reason, it is possible to prevent the output voltage from being distorted and to effectively use the power stored in the secondary battery.
また、他の発明の電源装置は、上述の発明に加えて、制御手段が、二次電池の電力の残量が所定量よりも少なくなった場合には、目標値を二次電池の残量に応じて徐々に減少させるようにしている。このため、出力電圧を徐々に減少させることにより、出力電圧に歪みが発生することを防止できるとともに、二次電池に蓄えられた電力を有効に利用できる。 In addition to the above-described invention, the power supply device of another invention may be configured such that the control means sets the target value to the remaining amount of the secondary battery when the remaining amount of power of the secondary battery is less than a predetermined amount. It is made to decrease gradually according to. For this reason, by gradually decreasing the output voltage, it is possible to prevent the output voltage from being distorted and to effectively use the power stored in the secondary battery.
また、他の発明の電源装置は、上述の発明に加えて、制御手段が、二次電池の電力の残量が所定量よりも少なくなった場合には、目標値を二次電池の残量に応じて段階的に減少させるようにしている。このため、出力電圧を段階的に減少させることにより、出力電圧に歪みが発生することを防止できるとともに、二次電池に蓄えられた電力を有効に利用できる。 In addition to the above-described invention, the power supply device of another invention may be configured such that the control means sets the target value to the remaining amount of the secondary battery when the remaining amount of power of the secondary battery is less than a predetermined amount. It is made to decrease in steps according to. For this reason, by decreasing the output voltage stepwise, it is possible to prevent the output voltage from being distorted and to effectively use the power stored in the secondary battery.
また、他の発明の電源装置は、上述の発明に加えて、制御手段が、二次電池の電力の残量が所定量よりも少なくなった場合には、目標値を所定の値まで急激に減少させるようにしている。このため、出力電圧を急激に減少させることにより、出力電圧に歪みが発生することを防止できるとともに、二次電池に蓄えられた電力を有効に利用できる。 In addition to the above-described invention, the power supply device according to another aspect of the invention may be configured such that when the remaining power of the secondary battery is less than a predetermined amount, the control unit rapidly increases the target value to a predetermined value. I try to decrease. For this reason, by rapidly decreasing the output voltage, it is possible to prevent the output voltage from being distorted and to effectively use the power stored in the secondary battery.
また、本発明の電源制御方法は、二次電池から供給される直流電力を交流電力に変換し、変換によって得られた交流電力の電圧が所定の目標値になるように制御し、二次電池の電力の残量が所定量よりも少なくなった場合には、目標値を減少させるようにしている。 Further, the power supply control method of the present invention converts the DC power supplied from the secondary battery into AC power, and controls so that the voltage of the AC power obtained by the conversion becomes a predetermined target value. When the remaining amount of power becomes less than a predetermined amount, the target value is decreased.
このため、二次電池に蓄えられた電力を十分に活用することが可能な電源制御方法を提供することができる。 For this reason, the power supply control method which can fully utilize the electric power stored in the secondary battery can be provided.
本発明によれば、二次電池に蓄えられた電力を十分に活用することが可能な電源装置および電源制御方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power supply device and power supply control method which can fully utilize the electric power stored in the secondary battery can be provided.
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係る電源装置の構成例を示す図である。この図に示すように、本発明の実施の形態に係る電源装置は、コンバータ回路20、二次電池30、インバータ回路40、および、スイッチ50,60を主要な構成要素としている。スイッチ50およびコンバータ回路20には、商用電源10が接続され、スイッチ50,60には負荷70が接続される。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a power supply device according to an embodiment of the present invention. As shown in this figure, the power supply device according to the embodiment of the present invention includes a
ここで、商用電源10は、例えば、100Vまたは200V等の交流電力を供給する電源である。なお、以下では、商用電源10から出力される交流電圧をVacとする。
Here, the
コンバータ回路20は、商用電源10から供給される交流電力を直流電力に変換する回路であり、例えば、整流回路等によって構成されている。
The
二次電池30は、例えば、鉛蓄電池等によって構成され、通常時はコンバータ回路20から出力される直流電力によって充電され、停電時にはインバータ回路40に対して直流電力を供給する。なお、以下では、二次電池30から出力される直流電圧をVdとする。
The
インバータ回路40は、二次電池30から供給される直流電力を交流電力に変換して出力する。インバータ回路40の詳細な構成例については、図2を参照して後述する。なお、以下では、インバータ回路40から出力される交流電圧をVoとする。
The
スイッチ50,60は、図示せぬ制御回路によって制御され、通常時は、スイッチ50がオンの状態とされ、スイッチ60がオフの状態とされて商用電源10からの交流電力が負荷70に供給される。停電時は、スイッチ50がオフの状態とされ、スイッチ60がオンの状態とされてインバータ回路50からの交流電力が負荷70に供給される。
The
負荷70は、例えば、サーバコンピュータ等によって構成され、通常時は商用電源10から交流電力が供給され、停電時はインバータ回路40から交流電力が供給される。この結果、停電中であっても動作を継続することができる。なお、以下では、負荷70に印加される交流電圧をVlとする。
The
図2は、図1に示すインバータ回路40の詳細な構成例を示す図である。この図に示すように、インバータ回路40は、入力端子40a,40b、基準電圧決定回路40c、三角波発生回路40d、基準電圧生成回路40e、スイッチング回路40f、PWM回路40g、補償回路40h、減算回路40i、インダクタ40j、キャパシタ40k、出力端子40l,40mを主要な構成要素としている。
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration example of the
ここで、入力端子40a,40bは、二次電池30のプラス端子およびマイナス端子にそれぞれ接続されるとともに、コンバータ回路20のプラス側出力端子およびマイナス側出力端子にそれぞれ接続される。
Here, the
制御手段の一部としての基準電圧決定回路40cは、停電時において、二次電池30から電力の供給が開始された場合に、二次電池30の出力電圧Vdの電圧に応じた基準電圧を生成するためのレベル信号Vr0を基準電圧生成回路40eに供給する。
The reference voltage determination circuit 40c as a part of the control unit generates a reference voltage corresponding to the output voltage Vd of the
図3(A)は、基準電圧決定回路40cの動作を説明するための図である。この図において、横軸は基準電圧決定回路40cに入力される直流電圧Vdを示している。縦軸は、基準電圧決定回路40cから出力されるレベル信号Vr0を示している。この図に示すように、基準電圧決定回路40cに入力される電圧が所定量としての第1の閾値E1以上である場合には、出力信号のレベルは“1”で一定となる。また、第1の閾値E1以下になると、出力信号のレベルは入力電圧に応じて減少する。そして、電圧が他の所定量としての第2の閾値E2以下になると、図示せぬ制御回路により、スイッチング回路40fの動作が停止され、交流電力の供給が停止される。
FIG. 3A is a diagram for explaining the operation of the reference voltage determination circuit 40c. In this figure, the horizontal axis indicates the DC voltage Vd input to the reference voltage determination circuit 40c. The vertical axis represents the level signal Vr0 output from the reference voltage determination circuit 40c. As shown in this figure, when the voltage input to the reference voltage determination circuit 40c is equal to or higher than the first threshold E1 as a predetermined amount, the level of the output signal is “1” and constant. In addition, when the first threshold value E1 or less is reached, the level of the output signal decreases according to the input voltage. When the voltage falls below the second threshold value E2 as another predetermined amount, the control circuit (not shown) stops the operation of the
なお、基準電圧決定回路40cとしては、例えば、直流電圧VdをA/D(Analog to Digital)変換してディジタルデータとして入力する。そして、当該ディジタルデータの値と、出力信号との対応関係を示すテーブルを予め準備しておき、入力されたディジタルデータに対応する値を出力するようにすればよい。また、当該回路を、例えば、オペアンプ等を利用してアナログ回路として構成することも可能である。 As the reference voltage determination circuit 40c, for example, the DC voltage Vd is A / D (Analog to Digital) converted and input as digital data. Then, a table indicating the correspondence relationship between the value of the digital data and the output signal may be prepared in advance, and a value corresponding to the input digital data may be output. In addition, the circuit can be configured as an analog circuit using an operational amplifier or the like, for example.
三角波発生回路40dは、PWM用の三角波(図7参照)を生成し、PWM回路40gに供給する。なお、以下では三角波をVtで表す。
The triangular
基準電圧生成回路40eは、基準電圧決定回路40cから出力されるレベル信号Vr0に応じた正弦波信号としての基準電圧Vrを生成して出力する。具体的には、レベル信号Vr0の信号レベルが“1”である場合には、定格電圧を出力するための基準電圧が出力され、信号レベルが“0.9”である場合には、定格電圧の90%の電圧を出力するための基準電圧が出力される。
The reference
変換手段としてのスイッチング回路40fは、PWM回路40gから供給される駆動信号に応じてスイッチング動作を行い、直流電力を交流電力に変換して出力する。
The
制御手段の一部としてのPWM回路40gは、三角波発生回路40dから出力される三角波Vtと、補償回路40hから出力される正弦波Vsとを比較し、例えば、三角波Vt≦正弦波Vsの場合にはハイのレベル信号を出力し、三角波Vt>正弦波Vsの場合にはローのレベル信号を出力する。このようにしてPWM回路40gから出力された信号は、スイッチング回路40fに駆動信号として供給される。
The PWM circuit 40g as a part of the control means compares the triangular wave Vt output from the triangular
補償回路40hは、減算回路40iの出力信号に対して所定の伝達関数を有する補償をかけることにより、制御系の特性が所望の特性となるように調整する。
The
減算回路40iは、基準電圧生成回路40eの出力Vrから出力電圧Voを減算した結果を補償回路40hに出力する。
The
インダクタ40jおよびキャパシタ40kは、ローパスフィルタを構成しており、スイッチング回路40fから出力されたPWM信号に含まれている高調波成分を減衰することにより、出力電圧波形が正弦波に近くなるようにする。
The
出力端子40l,40mは、スイッチ60および負荷70に接続される。
The output terminals 40l and 40m are connected to the
つぎに、以上の実施の形態の動作について説明する。 Next, the operation of the above embodiment will be described.
通常動作時においては、スイッチ50がオンの状態とされ、また、スイッチ60がオフの状態とされる。さらに、インバータ回路40の動作は停止した状態とされる。その結果、負荷70には商用電源10からの交流電力が供給される。このとき、コンバータ回路20は動作状態とされるので、商用電源10から供給された交流電力の一部は、直流電力に変換され、二次電池30を充電する。
During normal operation, the
このような動作状態において、停電が発生すると、インバータ回路40が動作を開始する。具体的には、基準電圧決定回路40cは、二次電池30から供給される直流電圧Vdを入力し、図3(A)に示す表に対応する値を出力する。いまの例では、二次電池30は未使用であり、満充電の状態であるので、直流電圧Vdとしては第1の閾値E1よりも十分に大きい値が出力されていることから、基準電圧決定回路40cからは“1”が出力される。
In such an operating state, when a power failure occurs, the
基準電圧生成回路40eは、基準電圧決定回路40cからの出力信号Vr0に対応した基準電圧を生成して出力する。具体的には、基準電圧決定回路40cの出力が“1”である場合には商用電源10の定格電圧(例えば、100V)に対応した基準電圧(正弦波)を出力する。また、基準電圧決定回路40cの出力が“0.9”である場合には、定格電圧の90%の電圧(例えば、90V)の電圧に対応した基準電圧を出力する。
The reference
減算回路40iは、基準電圧生成回路40eからの基準電圧Vrから出力電圧Voを減算して得られた値を出力する。補償回路40hは、減算回路40iから出力された信号に所定の伝達関数を有する補償をかけ、得られた信号を正弦波信号Vsとして出力する。
The
PWM回路40gは、三角波発生回路40dから出力された三角波信号Vtと、補償回路40hから出力される正弦波信号Vsとを比較し、図7(A)の上側の図に示すように、三角波Vt≦正弦波Vsの場合にはハイのレベル信号を出力し、三角波Vt>正弦波Vsの場合にはローのレベル信号を出力する。
The PWM circuit 40g compares the triangular wave signal Vt output from the triangular
スイッチング回路40fは、PWM回路40gから供給された駆動信号に基づいて、二次電池30から出力される直流電力をスイッチングする。その結果、図7(A)の下側に示す図のようなPWM信号が出力される。
The
スイッチング回路40fから出力されたPWM信号は、インダクタ40jおよびキャパシタ40kによって構成されるローパスフィルタによって高調波成分が減衰される。その結果、ローパスフィルタからは、正弦波信号に近い信号が出力される。
The harmonic component of the PWM signal output from the switching
ローパスフィルタから出力された交流電圧Voは、減算回路40iに供給され、基準電圧生成回路40eから出力される基準電圧Vrとの差分が計算される。補償回路40hおよびPWM回路40gは、当該差分を相殺するように出力電圧Voを制御するので、結果として、出力電圧Voは、商用電源10の定格電圧とほぼ等しくなる。
The AC voltage Vo output from the low-pass filter is supplied to the
インバータ回路40から交流電力の出力が開始されると、図示せぬ制御回路は、スイッチ50をオフの状態にし、また、スイッチ60をオンの状態にする。その結果、インバータ回路40から出力される交流電力が負荷70に供給される。なお、商用電源10が停電してから、インバータ回路40からの電力の給電が開始されるまでの時間は、十分に短い時間に設定されているので、負荷70は誤動作等を生じることなく動作を継続する。
When the output of AC power from the
停電状態が持続した場合、二次電池30からの電力の供給が継続する。二次電池30は、例えば、40Ah(40アンペアの電流を1時間連続して出力可能)のように、継続して出力できる電流(電力)の容量が決まっており、電力の残容量が少なくなると、出力される電圧が減少する。これは、例えば、鉛蓄電池の場合、1セルあたりの電圧が、例えば、満充電時に2Vであるものが、残量が少なくなってくると、例えば、1.6V〜1.7V程度に減少する。
When the power failure state continues, the supply of power from the
その結果、例えば、直流電圧Vdが第1の閾値であるE1以下になったとすると、基準電圧決定回路40cから出力されるレベル信号Vr0は、直流電圧Vdに応じてその値が小さくなる。なお、第1の閾値であるE1としては、例えば、変調率Mが“1”に近くなる電圧(例えば、M=0.99となる電圧)とする。 As a result, for example, if the DC voltage Vd becomes equal to or lower than the first threshold value E1, the level signal Vr0 output from the reference voltage determination circuit 40c decreases in accordance with the DC voltage Vd. The first threshold value E1 is, for example, a voltage at which the modulation factor M is close to “1” (for example, a voltage at which M = 0.99).
基準電圧決定回路40cからのレベル信号Vr0の値が“1”から減少すると、基準電圧生成回路40eから出力される基準電圧Vrもレベル信号に応じて減少する。例えば、レベル信号Vr0の値が“0.95”になった場合には、基準電圧生成回路40eから出力される基準電圧Vrも定格の95%の出力電圧Voに応じた値となる。その結果、インバータ回路40の出力電圧Voは、商用電源10の定格電圧の95%の電圧が出力されることになる。
When the value of the level signal Vr0 from the reference voltage determination circuit 40c decreases from “1”, the reference voltage Vr output from the reference
直流電圧Vdが変調率Mが“1”に近くなる第1の閾値E1以下になった場合、従来であれば、図7(B)に示すように出力電圧Voに歪みが生じることになる。しかしながら、本発明の実施の形態では、直流電圧Vdが第1の閾値E1以下になると、出力電圧Voも直流電圧Vdに応じて低下するように制御される。このため、変調率Mは“1”以上になることなく推移するので、歪み波形が出力されることはない。 When the DC voltage Vd is equal to or lower than the first threshold value E1 at which the modulation factor M is close to “1”, the output voltage Vo is distorted as shown in FIG. However, in the embodiment of the present invention, when the DC voltage Vd becomes equal to or lower than the first threshold value E1, the output voltage Vo is controlled so as to decrease according to the DC voltage Vd. For this reason, since the modulation factor M changes without becoming “1” or more, a distortion waveform is not output.
ところで、商用電源10の品質としては、定格電圧のプラスマイナス10%程度は許容されている。したがって、負荷70についても、商用電源の電圧が当該範囲で変動した場合であっても正常に動作するように設計されている。本発明の実施の形態では、出力電圧Voは、図3(A)に示すように、最大で定格の90%程度まで減少するが、これは許容範囲に収まっている。このため、二次電池30の残容量が少なくなって、インバータ回路40の出力電圧Voが減少した場合であっても、負荷70は正常に動作することができる。
By the way, as the quality of the
停電状態がさらに継続すると、二次電池30の残量が低下し、直流電圧Vdは第2の閾値であるE2以下になる。ここで、E2としては、例えば、二次電池30が過放電状態とならない最低の電圧に設定する。具体的には、鉛蓄電池の場合、1つのセルあたりの電圧が1.6V程度になる電圧に設定する(例えば、12Vの出力の鉛蓄電池の場合は、9.6V(=1.6×6)に設定する)。直流電圧Vdが第2の閾値E2以下になると、図示せぬ制御回路がこれを検出し、スイッチング回路40fの動作を停止する。その結果、負荷70への交流電力の供給が停止される。なお、直流電圧Vdが第2の閾値E2以下になった場合に、スイッチング回路40fの動作を停止することにより、二次電池30が過放電状態となることを防止できる。
When the power failure state continues further, the remaining amount of the
図3(B)は、直流電圧Vdと出力電圧Voとの関係を示している。この図に示すように、直流電圧Vdと第1の閾値E1との関係がVd≧E1である場合には、出力電圧Voは定格電圧Vnとなる。また、E2<Vd<E1である場合には、出力電圧Voは直流電圧Vdに応じて定格電圧VnからVn×0.9まで減少する。さらに、Vd≦E2の状態になると、インバータ回路40の動作が停止され、二次電池30が過放電の状態になることを防止する。
FIG. 3B shows the relationship between the DC voltage Vd and the output voltage Vo. As shown in this figure, when the relationship between the DC voltage Vd and the first threshold value E1 is Vd ≧ E1, the output voltage Vo is the rated voltage Vn. When E2 <Vd <E1, the output voltage Vo decreases from the rated voltage Vn to Vn × 0.9 according to the DC voltage Vd. Furthermore, when Vd ≦ E2, the operation of the
従来においては、図4に示すように変調率Mが“1”にほぼ等しくなる第1の閾値E1となった場合には、歪み波が出力されることを防止するため、インバータ回路を停止するようにしていた。このため、二次電池に蓄積されている電力を十分に使用しない状態で、インバータ回路が停止される。一方、本発明の実施の形態では、第2の閾値E2まで運転を継続することができるので、二次電池30に蓄積された電力を十分に利用することができる。
Conventionally, as shown in FIG. 4, when the modulation factor M reaches the first threshold value E1 that is substantially equal to “1”, the inverter circuit is stopped in order to prevent the distortion wave from being output. It was like that. For this reason, the inverter circuit is stopped in a state where the electric power stored in the secondary battery is not sufficiently used. On the other hand, in the embodiment of the present invention, since the operation can be continued up to the second threshold value E2, the electric power stored in the
以上に説明したように、本発明の実施の形態では、二次電池30の直流電圧Vdが第1の閾値E1以下になった場合には、出力電圧Voが直流電圧Vdに応じて減少するようにした。このため、出力電圧Voが歪まない範囲を拡大し、二次電池30に蓄積された電力を十分に利用することが可能になる。
As described above, in the embodiment of the present invention, when the DC voltage Vd of the
この結果、従来に比較して、同一の容量の二次電池30を利用した場合には、負荷70への給電時間を長くすることができる。例えば、二次電池30として鉛蓄電池を使用した場合、通常であれば1.7V程度に設定されている動作停止電圧を、過放電となる1.6V付近まで低下させることにより、従来よりも10%程度、動作時間を長くすることが可能になる。また、同じ給電時間である場合には、二次電池30の容量を少なくすることにより、装置の製造コストを低減するとともに、装置全体のサイズを縮小することが可能になる。
As a result, when the
また、本発明の実施の形態では、出力電圧Voの歪みが発生しない二次電池30の出力電圧の範囲、すなわち、制御が確実に行われている範囲を拡大することができる。このため、本発明の実施の形態の電源装置を並列接続して運転を行う場合、二次電池30の電圧の広い範囲で、並列運転を確実に行うことが可能になる。
Further, in the embodiment of the present invention, the range of the output voltage of the
また、例えば、電源装置を二重定格(例えば、200Vおよび220V)とした場合、一般的に、220Vについては200Vよりも歪みなく動作できる範囲が狭くなる。しかし、本発明の実施の形態を適用すれば、電圧を下げて運転することにより、当該範囲を広くすることができる。 Further, for example, when the power supply apparatus is set to a double rating (for example, 200 V and 220 V), generally, the range in which 220 V can operate without distortion is narrower than 200 V. However, if the embodiment of the present invention is applied, the range can be widened by operating at a reduced voltage.
なお、以上の実施の形態は、一例であって、これ以外にも種々の変形実施態様が存在する。例えば、以上の実施の形態では、通常時は商用電源10から負荷70に電力を供給するとともに二次電池30を充電する常時商用給電方式の電源装置を例に挙げて説明したが、インバータ回路40からの出力を負荷70に常に供給する常時インバータ方式の電源装置に本発明を適用することも可能である。その場合、通常動作時は、コンバータ回路20からの出力により二次電池30を充電するとともに、インバータ回路40から負荷70に電力を供給する。そして、停電発生時には、コンバータ回路20の動作を停止し、インバータ回路40から負荷70への電力の供給を継続して行うようにすればよい。
The above embodiment is merely an example, and there are various other modified embodiments. For example, in the above-described embodiment, the description has been given by taking as an example the power supply device of the constant commercial power supply system that normally supplies power from the
また、以上の実施の形態では、二次電池30の出力電圧Vdが第1の閾値E1以下になった場合には、二次電池30の電圧に応じて出力電圧Voを直線的に減少させるようにした。しかし、この他にも、例えば、図5(A)に示すように、段階的に減少させるようにしたり、図5(B)に示すように急激に減少するようにしたりしてもよい。なお、図5(B)に示すように急減に減少させると、出力電圧Voが急激に減少するため、負荷70にストレスが加わる場合も考えられるので、できれば緩やかに減少させる方が望ましい。
In the above embodiment, when the output voltage Vd of the
また、以上の実施の形態では、二次電池30として、鉛蓄電池を使用する場合を例に挙げて説明したが、その他の二次電池、例えば、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウム電池等を使用することも可能である。また、場合によっては、一次電池を使用してもよい。
In the above embodiment, the case where a lead storage battery is used as the
また、以上の実施の形態では、第1の閾値E1は、変調率Mが“1”に近くなる電圧としたが、これ以外の電圧でもよい。例えば、変調率Mが、“0.9”になる電圧としてもよい。なお、第2の閾値E2については、二次電池30の劣化を防止するために、二次電池30が過放電状態にならない範囲に設定する必要がある。
In the above embodiment, the first threshold value E1 is a voltage at which the modulation factor M is close to “1”, but may be a voltage other than this. For example, the voltage at which the modulation factor M becomes “0.9” may be used. Note that the second threshold value E2 needs to be set in a range in which the
また、以上の実施の形態では、第2の閾値E2における出力電圧Voを定格電圧の90%となるようにしたが、これ以外にも、例えば、95%であったり、85%であったりしてもよい。負荷70が正常に動作する範囲であればよい。
Further, in the above embodiment, the output voltage Vo at the second threshold value E2 is set to 90% of the rated voltage, but other than this, for example, it may be 95% or 85%. May be. It may be in a range where the
また、以上の実施の形態の回路構成は、一例であって、本発明がこのような場合にのみ限定されるものではないことはいうまでもない。 Further, the circuit configurations of the above embodiments are merely examples, and it goes without saying that the present invention is not limited only to such cases.
本発明の電源装置は、二次電池を有する無停電電源装置に使用することができる。 The power supply device of the present invention can be used for an uninterruptible power supply device having a secondary battery.
30 二次電池、40 インバータ回路、40c 基準電圧決定回路(制御手段の一部)、40d 三角波発生回路(制御手段の一部)、40e 基準電圧生成回路(制御手段の一部)、40f スイッチング回路(電力変換手段)、40g PWM回路(制御手段の一部)、40h 補償回路(制御回路の一部)、40i 減算回路(制御回路の一部)、70 負荷 30 secondary battery, 40 inverter circuit, 40c reference voltage determination circuit (part of control means), 40d triangular wave generation circuit (part of control means), 40e reference voltage generation circuit (part of control means), 40f switching circuit (Power conversion means), 40g PWM circuit (part of control means), 40h compensation circuit (part of control circuit), 40i subtraction circuit (part of control circuit), 70 load
Claims (7)
上記二次電池から供給される直流電力を交流電力に変換する変換手段と、
上記変換手段から出力される交流電力の電圧が所定の目標値になるように制御する制御手段と、を有し、
上記制御手段は、上記二次電池の残量が所定量よりも少なくなった場合には、上記目標値を減少させることを特徴とする電源装置。 A secondary battery that outputs DC power;
Conversion means for converting DC power supplied from the secondary battery into AC power;
Control means for controlling the voltage of the AC power output from the conversion means to be a predetermined target value,
The power supply apparatus according to claim 1, wherein the control unit decreases the target value when the remaining amount of the secondary battery is less than a predetermined amount.
変換によって得られた交流電力の電圧が所定の目標値になるように制御し、
上記二次電池の電力の残量が所定量よりも少なくなった場合には、上記目標値を減少させることを特徴とする電源制御方法。 Converts DC power supplied from the secondary battery into AC power,
Control the voltage of the AC power obtained by the conversion to a predetermined target value,
A power control method, wherein the target value is decreased when the remaining amount of power of the secondary battery is less than a predetermined amount.
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JP2011029010A (en) * | 2009-07-27 | 2011-02-10 | Ntt Facilities Inc | Lithium ion secondary battery system and power supply method to management device |
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JPH10285990A (en) * | 1997-03-31 | 1998-10-23 | Mitsubishi Electric Corp | Motor controller and compressor |
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- 2005-06-02 JP JP2005162888A patent/JP2006340517A/en active Pending
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