JP2008228481A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無停電電源装置に内蔵されるバッテリの寿命を延ばすために、瞬間的な停電や電圧低下におけるバッテリの無駄な放電を防ぐことが出来る、無停電電力供給システムを提供する。
【解決手段】電力被供給機器の電源回路におけるコンデンサに残存する電力が常時モニタされる。コンデンサの残存電力が閾値を下回った時、無停電電源装置がその旨を通知されて、バッテリの放電が開始する。したがって、コンデンサに十分な電力が残っているうちに停電または電圧低下が復帰した場合には、バッテリの放電は行なわれず、その分だけバッテリの寿命が延びる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電源の停電時または電圧低下時に電力の供給を継続して負荷機器の動作を継続させる無停電電源装置に係り、特に、内蔵バッテリーからの無駄な放電が防がれる無停電電源装置の発明に関する。

無停電電源装置は、商用交流電源の停電や瞬時電圧低下発生時のコンピュータなどの接続機器の情報保護や、一時的な動作保証のために用いられている。

上記に関連して、特許文献１には、交流無停電電源装置に係る発明が開示されている。
特許文献１発明の交流無停電電源装置は、常用電源の電圧低下もしくは停電時に、蓄電池を電源としたインバータにより負荷装置へ継続して電力を供給する交流無停電電源装置において、負荷電流を検出する装置と電流の有無を判定する回路を具備し、この判定結果をインバータの動作条件の一つにしている。

また、特許文献２には、無停電電源装置に係る発明が開示されている。
特許文献２発明の交流入力電源は、停電したときに蓄電池から電力を供給する無停電電源装置である。また、特許文献２発明の交流入力電源は、負荷電流検出手段と、停電検出手段と、停止信号発生手段とを備えている。ここで、負荷電流検出手段は、負荷電流を検出する。停電検出手段は、交流入力の停電を検出する。停止信号発生手段は、停電検出手段で停電を検出し、負荷電流検出手段で検出した負荷電流が零になったときに電源装置の運転停止信号を送り出す。

また、特許文献３には、無停電電源装置に係る発明が開示されている。
特許文献３発明の無停電電源装置は、直流変換器と、インバータと、バッテリーとを備える。ここで、直流変換器は、交流入力電源を直流に変換する。インバータは、直流変換器の出力を交流に変換し被供給装置へ電力を供給する。バッテリーは、直流変換器の出力で充電され交流入力電源が停電のときインバータへ電力を供給する。また、特許文献３発明の無停電電源装置は、制御装置と、切替装置とを設けている。ここで、制御装置は、被供給装置の稼動開始信号によりインバータを起動させる。切替装置は、被供給装置の稼動停止信号により交流入力電源から電力を被供給装置に供給し、稼動開始信号によりインバータから電力を上記被供給装置に供給する。

また、特許文献４には、無停電電源装置及び無停電電源装置を備えたコンピュータシステムに係る発明が開示されている。
特許文献４発明の無停電電源装置は、整流回路と、充電回路と、インバータ回路と、スイッチ回路と、通信手段と、制御手段とを具備する。ここで、整流回路は、交流電源から供給される交流を直流に整流する。充電回路は、整流回路からの直流出力により蓄電池を充電する。インバータ回路は、整流回路からの直流出力または蓄電池からの直流出力を交流に変換する。スイッチ回路は、交流電源から供給される交流またはインバータ回路の出力を複数の負荷に個々に出力できるように構成されている。通信手段は、外部との通信を行う。制御手段は、停電が発生すると蓄電池を電源としてインバータ回路から負荷に交流を出力させ且つ停電発生後に負荷への電力の供給が不要になったときにはスイッチ回路を動作させて負荷への電力の供給を停止させる。また、特許文献４発明の無停電電源装置は、負荷がコンピュータ及びコンピュータの周辺機器であるときに、停電事故が発生するとコンピュータがシャットダウン動作を行うのに必要な電力とコンピュータの周辺機器が停止動作を行うのに必要な電力とをコンピュータ及び周辺機器にそれぞれ供給する。さらに、制御手段は、停電が発生した後の電源の使用可能時間または蓄電池の残存容量を演算する演算部を具備する。制御手段は、停電が発生すると通信手段を用いて停電が発生したこと及び使用可能時間または残存容量を前記コンピュータに通知し、通信手段を通してコンピュータから通知される指令に応じてスイッチ回路を動作させてコンピュータ及び周辺機器への電力の供給を停止する。

また、特許文献５には、電力供給装置に係る発明が開示されている。
特許文献５発明の電力供給装置は、交流入力端子と、交流出力端子と、交流スイッチと、双方向電力変換器と、第１の蓄電装置と、第２の蓄電装置と、異常検出回路と、交流スイッチ制御回路と、変換器制御回路と、直流スイッチ制御回路とを備えている。ここで、交流入力端子は、交流電源を接続するためのものである。交流出力端子は、負荷を接続するためのものである。交流スイッチは、交流入力端子と交流出力端子との間に接続されている。双方向電力変換器は、交流端子と直流端子とを有し、交流端子が交流スイッチを介して交流入力端子に接続されていると共に交流スイッチを介さずに交流出力端子に接続されている。第１の蓄電装置は、双方向電力変換器の直流端子に接続されている。第２の蓄電装置は、双方向電力変換器の直流端子に直流スイッチを介して接続され且つ第１の蓄電装置よりも低い充放電耐久性を有している。異常検出回路は、交流入力端子から交流スイッチを介して供給する交流電源電圧が異常であるか否かを検出する。交流スイッチ制御回路は、異常検出回路から異常を示す出力が発生した時に交流スイッチをオフ制御する。変換器制御回路は、交流スイッチのオン期間に双方向電力変換器を交流−直流変換動作させ、交流スイッチのオフ期間に双方向電力変換器を直流−交流変換動作させる。直流スイッチ制御回路は、異常検出回路から異常を示す出力が発生した時に直流スイッチをオフ制御し、このオフ制御の開始時点から所定時間後又は双方向電力変換器が要求している電力を第１の蓄電装置から供給することが困難又は不可能になった時に直流スイッチをオン制御する。

特開平１−２５２１３３号公報 実開平４−１１４７３３号公報 特開平８−５１７８２号公報 特開平１１−１５５２４３号公報 特開２００５−２９５６６６号公報

バッテリは、放電すればするほど、たとえその後に充電されても、その寿命が縮められる。すなわち、充放電可能な容量などの能力が低下してしまう。したがって、バッテリの無駄な放電は可能な限り避けることが好ましい。特に、商用電源において瞬間的な停電または電圧低下が発生した場合に、従来の無停電電源装置は無条件にバッテリの放電を始めるが、実際にはバッテリからの電力供給が必要とされないほどに停電時間が短い場合も少なくない。
本発明の目的は、無停電電源装置に内蔵されるバッテリの寿命を延ばすために、バッテリの無駄な放電を防ぐ無停電電力供給システムを提供することである。
本発明の他の目的は、バッテリの無駄な放電が無い切り替えシステムが用いられる無停電電源装置を提供することである。

以下に、（発明を実施するための最良の形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための最良の形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による無停電電力供給システムは、複数の動作モードを有する無停電電源装置（１）と、無停電電源装置（１）から電力を供給される電源回路（３）と、電源回路（３）から無停電電源装置（１）への信号を仲介する通信回路（２１）とを具備する。無停電電源装置（１）は、電力を供給されるために、一方では交流電力を供給する外部交流電源に接続されて、もう一方では直流電力を充放電するバッテリ部（１３）を具備する。無停電電源装置（１）の複数の動作モードは、通常モードと、待機モードと、停電モードとを含む。ここで、通常モードでは、外部交流電源が電力を安定供給している場合に、外部交流電源から供給される電力が電源回路（３）に供給される。待機モードでは、外部交流電源が停電状態または電圧低下状態で、かつ、電源回路（３）に十分な電力が残っている場合に、バッテリ部（１３）の放電が保留される。停電モードでは、外部交流電源が停電状態または電圧低下状態で、かつ、電源回路（３）に十分な電力が残っていない場合に、バッテリ部（１３）の電力が供給される。

本発明による無停電電力供給システムにおいて、電源回路（３）と通信回路（２１）とは、無停電電源装置（１）に接続された電力被供給機器（２）に具備される。

本発明による無停電電力供給システムにおいて、電源回路（３）は、無停電電源装置（１）から供給される交流電力を直流電力に整流する整流回路部（３１）と、整流された直流電力を平滑化する平滑コンデンサ（３７）と、平滑コンデンサ（３７）の電圧をモニタする電圧検出回路（３６）とを具備する。

本発明による無停電電力供給システムにおいて、電源回路（３）は、力率改善回路部（３２）と、制御回路部（３３）と、電圧変換回路部（３５）とをさらに具備する。ここで、力率改善回路部（３２）は、整流回路部（３１）と平滑コンデンサ（３７）との間に接続されて、整流された直流電力の高調波電流を抑制して出力する。制御回路部（３３）は、力率改善回路部（３２）を制御する。電圧変換回路部（３５）は、平滑コンデンサ（３７）に接続されて、平滑化された直流電力の電圧を変換して出力する。

本発明による無停電電力供給システムにおいて、無停電電源装置（１）は、入力電圧検出回路部（１１）と、モード制御回路部（１５）とをさらに具備する。ここで、入力電圧検出回路部（１１）は、外部交流電源の電圧をモニタする。モード制御回路部（１５）は、外部交流電源の電圧と、平滑コンデンサ（３７）の電圧とに応じて、無停電電源装置（１）の複数の動作モードを切り替える。

本発明による無停電電力供給システムにおいて、無停電電源装置（１）は、インバータ回路部（１２）と、出力切替回路部（１４）とをさらに具備する。ここで、インバータ回路部（１２）は、モード制御回路部（１５）による制御に応じて、バッテリ部（１３）から放電される直流電力を交流電力に変換して出力する。出力切替回路部（１４）は、モード制御回路部（１５）による制御に応じて、外部交流電源またはインバータ回路部（１２）のいずれかを電源回路（３）に切替接続する。

本発明による無停電電力供給システムにおける無停電電源装置（１）。

本発明による無停電電力供給システムにおける電源回路（３）。

本発明による無停電電力供給システムにおける通信回路（２１）。

本発明による無停電電力供給システムにおける電力被供給機器（２）。

本発明による無停電電力供給方法は、（ａ）停電時において、電力被供給機器（２）内部の残存電力が所定の値を下回った場合に、無停電電源装置（１）のバッテリ部（１３）が放電を開始して電力被供給機器（２）に電力を供給することと、（ｂ）無停電電源装置（１）が、外部交流電源から交流電力を安定供給されている場合に、外部交流電源から安定供給される交流電力を電力被供給機器（２）に向けて出力することと、（ｃ）無停電電源装置（１）が、外部交流電源の電圧低下または外部交流電源の停電が発生した場合に、電力被供給機器内部（２）の残存電力が所定の値を下回るか、または外部交流電源からの交流電力供給が再開するかのいずれかが発生するまで、バッテリ部（１３）の放電を保留して待機することと、（ｄ）外部交流電源からの交流電力供給が復帰することなく電力被供給機器（２）内部の残存電力が所定の値を下回った場合に、無停電電源装置（１）が、バッテリ部から放電される直流電力をインバータ回路部（１２）で交流電力に変換した上で、電力被供給機器（２）に供給することとを具備する。

本発明による無停電電力供給方法において、ステップ（ｂ）は、（ｂ−１）出力切替回路部（１４）が、外部交流電源と電力被供給機器（２）とを接続し、インバータ回路部（１２）と電力被供給機器（２）とを絶縁することと、（ｂ−２）インバータ回路部（１２）の動作とバッテリ部（１３）からの放電とが、停止状態に保たれることと、（ｂ−３）外部交流電源の電圧低下または外部交流電源の停電が発生した場合に、出力切替回路部（１４）が、外部交流電源と電力被供給機器（２）との接続を、インバータ回路部（１２）と電力被供給機器（２）との接続に切り替えることとを具備する。

本発明による無停電電力供給方法において、ステップ（ｃ）は、（ｃ−１）出力切替回路部（１４）が、インバータ回路部（１２）と電力被供給機器（２）とを接続し、外部交流電源と電力被供給機器（２）とを絶縁することと、（ｃ−２）インバータ回路部（１２）の動作が停止状態に保たれ、バッテリ部（１３）からの放電も停止状態に保たれることと、（ｃ−３）外部交流電源からの交流電力供給が安定状態に復帰することなく電力被供給機器（２）内部の残存電力が所定の値を下回った場合に、インバータ回路部（１２）の動作が開始し、その結果、バッテリ部（１３）の放電が開始することと、（ｃ−４）電力被供給機器（２）内部の残存電力が所定の値を下回ることなく外部交流電源からの交流電力供給が安定状態に復帰した場合に、出力切替回路部（１４）が、インバータ回路部（１２）と電力被供給機器（２）との接続を、外部交流電源と電力被供給機器（２）との接続に切り替えることとを具備する。

本発明による無停電電力供給方法において、ステップ（ｄ）は、（ｄ−１）インバータ回路部（１２）が動作を開始することと、（ｄ−２）インバータ回路部（１２）の動作開始によって、バッテリ部（１３）が放電を開始することと、（ｄ−３）外部交流電源からの交流電力供給が安定状態に復帰した場合に、出力切替回路部（１４）が、インバータ回路部（１２）と電力被供給機器（２）との接続を、外部交流電源と電力被供給機器（２）との接続に切り替えて、インバータ回路部（１２）の動作とバッテリ部（１３）の放電とが停止することとを具備する。

本発明の無停電電源システムでは、電力被供給機器に残存する電力がモニタされて、本当に必要な場合にのみ無停電電源装置のバッテリが放電される。したがって、バッテリの無駄な放電が無く、それだけバッテリの寿命が延びる。

添付図面を参照して、本発明による無停電電源装置を実施するための最良の形態を以下に説明する。

本発明による無停電電源システムを説明する前に、まずは従来の無停電電源装置１０について説明する。
図１は、従来の無停電電源装置１０のブロック図である。
従来の無停電電源装置１０は、入力電圧検出回路部１１と、インバータ回路部１２と、バッテリ部１３と、出力切替回路部１４と、制御回路部１５０とを具備している。なお、省略のために図示されていないが、無停電電源装置１０は充電回路部をさらに具備することが好ましい。

従来の無停電電源装置１０において、入力電圧検出回路部１１は、外部交流電源に接続されている。出力切替回路部１４も、外部交流電源に接続されている。入力電圧検出回路部１１はさらに、制御回路部１５に接続されている。制御回路部１５はさらに、インバータ回路部１２と出力切替回路部１４とに接続されている。インバータ回路部１２はさらに、バッテリ部１３と、出力切替回路部１４とに接続されている。出力切替回路部１４はさらに、無停電電源装置の交流出力部を介して電力被供給機器２の電源回路３に接続されている。なお、バッテリ部１３は、図示されない充電回路部を介して、外部交流電源とさらに接続されていることが好ましい。

従来の無停電電源装置１０において、外部交流電源から交流電力が問題無く供給されている通常モードでは、出力切替回路部１４は外部交流電源のみから交流電力を受け取り、これを電力被供給機器２０の電源回路３０に供給する。この時、バッテリ部１３は放電を行わなず、インバータ回路部も動作していない。入力電圧検出回路部１１は、外部交流電源の電圧を常時モニタしている。なお、必要に応じて、バッテリ部１３は図示されない充電回路部を介して外部交流電源によって充電されることが好ましい。

外部交流電源における停電が発生し、すなわち交流電力が外部交流電源から供給されなくなると、外部交流電源の電圧がゼロまで下がる。この変化を、入力電圧検出回路部１１が検出して、停電検出信号を制御回路部１５０に向けて発信する。停電検出信号を受け取った制御回路部１５は、出力切替回路部１４とインバータ回路部１２とを制御することで、無停電電源装置１０を停電モードにする。すなわち、出力切替回路部１４は電力供給源を外部交流電源からインバータ回路部１２に切り替える。また、同時に、インバータ回路部１２は動作を始める。その結果、インバータ回路部１２に接続されているバッテリ部１３はインバータ回路部１２に向けて直流電力を供給するために放電を開始する。バッテリ部１３から供給される直流電力はインバータ回路部１２によって直流電力に変換され、出力切替回路部１４を介して電力被供給機器２０に供給される。

外部交流電源における停電が終わり、すなわち外部交流電源からの交流電力の供給が再開すると、外部交流電源の電圧が復帰する。この変化を、入力電圧検出回路部１１が検出して、復帰検出信号を制御回路部１５０に向けて発信する。復帰検出信号を受け取った制御回路部１５０は、出力切替回路部１４とインバータ回路部１２とを制御して、無停電電源装置を通常モードに戻す。すなわち、出力切替回路部１４は電力供給源をインバータ回路部１２から外部交流電源に切り替える。また、インバータ回路部１２は動作を停止する。その結果、インバータ回路部１２に接続されているバッテリ部１３は放電を停止し、インバータ回路部１２に向けた直流電力の供給が停止する。

ここで、従来の無停電電源装置１０において、停電時間が極めて短かった場合、すなわち停電が発生した後すぐに復帰した場合には、バッテリの放電が不要であることを説明する。
図２は、従来の無停電電源装置１０が電力から供給される一般的な電力被供給機器２０における電源回路３０の詳細なブロック図である。
電源回路３０は、整流回路部３１と、力率改善回路部３２と、制御回路部３３と、平滑回路部３４０と、電圧変換回路部３５とを具備している。ここで、平滑回路部３４は、平滑コンデンサ３７０を具備する。

整流回路部３１は、無停電電源装置１０の出力切替回路部１４から交流電力を供給される。整流回路部３１はさらに、力率改善回路部３２に接続されている。力率改善回路部３２はさらに、制御回路部３３と、平滑回路部３４０とに接続されている。平滑回路部３４０はさらに、電圧変換回路部３５に接続されている。電圧変換回路部３５はさらに、電力被供給機器２０の内部に直流電力を供給するために接続されている。

まず、通常モードにおける電源回路３０の動作を説明する。
整流回路部３１は、無停電電源装置１０から供給される交流電力を整流する。力率改善回路部３２は、制御回路部３３に制御されて、整流された電力の力率を改善する。すなわち、力率改善回路部３２は、入力された高調波電流を抑制して、整流された電力における力率を改善する。平滑回路部３４０は、平滑コンデンサ３７０を用いて、整流された電力の波形を平滑化する。電圧変換回路部３５は、平滑化された直流電力を、その電圧を所定の値に変換した上で、電力被供給機器２０の内部に供給する。

ここで、停電時における平滑コンデンサ３７０に注目する。
図３は、従来の無停電電源システムの停電時における動作を説明するためのタイムチャートである。
外部交流電源の交流電圧が低下を始めると、無停電電源装置１０の出力電圧、すなわち電力被供給機器２０の電源回路３０の入力電圧も低下する。しかし、電源回路３０の内部に含まれる力率改善回路３２が昇圧動作を行うので、平滑回路部３４０に含まれる平滑コンデンサ３７０の電圧は一定に保たれている。停電が長引けば、平滑コンデンサ３７０の電圧も徐々に下がり始めるが、電圧変換回路部３５は一般的に、平滑コンデンサ３７０の電圧がある一定値Ｖ１以上である限り、一定の出力電圧を保持するように設計されている。したがって、平滑コンデンサ３７０の電圧が下がり続けて電圧変換回路部３５が停止してしまうまでに、無視できないタイムラグ、すなわち停電保証時間Ｔが存在する。すなわち、停電発生直後に、電圧変換回路部３５が停止しないために十分な電圧が平滑コンデンサ３７０に残っている間は、実は無停電電源装置１０のバッテリ部１３が放電を始める必要が無い。そして無駄な放電はバッテリ部１３の寿命を縮めることに繋がっている。

なお、電圧変換回路３５が一定の出力電圧を保持できるための閾値電圧Ｖ１は、機器によって異なる。また、平滑コンデンサ３７の容量も、機器の能力によって異なる。さらに、停電時に電圧変換回路３５が一定の出力電圧を保持し続けられる時間、すなわち停電保証時間Ｔは、電源回路３０から出力される電流の大小によってその長さが変化する。つまり、電源回路３０からの出力電流が大きい場合は、図３の破線が示すように、平滑コンデンサ３７の電圧は早く低下して停電保証時間Ｔが短くなる。反対に、電源回路３からの出力電流が小さい場合は、図３の実線が示すように、平滑コンデンサ３７の電圧はゆっくり低下して停電保証時間Ｔが長くなる。また、この電源回路３０からの出力電流は、電力被供給機器２０の動作状態によって変化する。したがって、停電保証時間Ｔは、電力被供給機器２０の構成、その動作状態、さらには電源回路３０の設計によっても変化する。このように、多くの要素によって変化してしまうため、停電保証時間Ｔを予想することは難しい。そこで、従来技術においては、停電が検出されると瞬時に、無停電電源装置１０が通常モードから停電モードに切り替えられていた。

次に、本発明による無定電電源システムについて説明する。
図４は、本発明による無停電電源システム全体のブロック図である。
本発明による無停電電源システムは、無停電電源装置１と、電力被供給機器２に含まれる電源回路３と、同じく電力被供給機器２に含まれる通信回路２１とを具備する。
本発明による無停電電源装置１は、入力電圧検出回路部１１と、インパータ回路部１２と、バッテリ部１３と、出力切替回路部１４と、制御回路部１５とを具備する。すなわち、上記の従来の無停電電源装置１０とほぼ同じ構成だが、本発明による制御回路部１５の動作が従来の制御回路部１５０と異なる。

まず、本発明による無停電電源装置１における構成要素の接続関係は、上記の従来の無停電電源装置１０の場合と同じであるので割愛する。
次に、電力被供給機器２において、電源回路３は、無停電電源装置１の出力切替回路部１４、すなわち交流出力に接続されている。電源回路３はさらに、通信回路２１に接続されている。通信回路２１はさらに、無停電電源装置１の出力切替回路部１４に接続されている。

本発明による無停電電源装置１において、外部交流電源から交流電力が問題無く供給されている通常モードでは、出力切替回路部１４は外部交流電源のみから交流電力を受け取り、これを電力被供給機器２の電源回路３に供給する。この時、バッテリ部１３は放電を行わなず、インバータ回路部も動作していない。入力電圧検出回路部１１は、外部交流電源の電圧を常時モニタしている。なお、必要に応じて、バッテリ部１３は図示されない充電回路部を介して外部交流電源によって充電されることが好ましい。ここまでは従来の無停電電源装置１０の動作と同じである。

外部交流電源において停電が発生し、すなわち交流電力が外部交流電源から供給されなくなると、外部交流電源の電圧がゼロまで下がる。この変化を、入力電圧検出回路部１１が検出して、停電検出信号を制御回路部１５に向けて発信する。停電検出信号を受け取った制御回路部１５は、出力切替回路部１４を制御することで、無停電電源装置１０を待機モードにする。すなわち、出力切替回路部１４は電力供給源を外部交流電源からインバータ回路部１２に切り替える。しかし、インバータ回路部１２はまだ動作を始めない。したがって、インバータ回路部１２に接続されているバッテリ部１３はまだインバータ回路部１２に向けて直流電力を供給せず、バッテリ部１３の放電も始まらない。

外部交流電源の停電が発生し、本発明による無停電電源装置１が待機モードに移行した時の、電力被供給機器２の電源回路３における動作について説明する。
図５は、本発明による電源回路３の詳細なブロック図である。
本発明による電源回路３は、整流回路部３１と、力率改善回路部３２と、制御回路部３３と、平滑回路部３４と、電圧変換回路部３５と、電圧検出回路３６とを具備する。ここで、平滑回路部３４は、平滑コンデンサ３７を具備する。

整流回路部３１は、無停電電源装置１の出力切替回路部１４から交流電力を供給される。整流回路部３１はさらに、力率改善回路部３２にも接続されている。力率改善回路部３２はさらに、制御回路部３３と、平滑回路部３４とに接続されている。平滑回路部３４はさらに、電圧変換回路部３５に接続されている。電圧変換回路部３５はさらに、電力被供給機器２の内部に、直流電力を供給するために接続されている。また、平滑回路部３４に含まれる平滑コンデンサ３７は、電圧検出回路３６に接続されている。電圧検出回路３６はさらに、通信回路２１に接続されている。

まず、通常モードにおける電源回路３の動作を説明する。
整流回路部３１は、無停電電源装置１から供給される交流電力を整流する。力率改善回路部３２は、制御回路部３３に制御されて、整流された電力の力率を改善する。すなわち、力率改善回路部３２は、入力された高調波電流を抑制して、整流された電力における力率を改善する。平滑回路部３４は、平滑コンデンサ３７を用いて、整流された電力の波形を平滑化する。電圧変換回路部３５は、平滑化された直流電力を、その電圧を所定の値に変換した上で、電力被供給機器２０の内部に供給する。電圧検出回路３６は、平滑コンデンサ３７の電圧を常時モニタしている。

ここで、停電時における平滑コンデンサ３７に注目する。
図６は、本発明による無停電電源システムの停電時における動作を説明するためのタイムチャートである。
外部交流電源の交流電圧が低下を始めると、無停電電源装置１の出力電圧、すなわち電力被供給機器２の電源回路３の入力電圧も低下する。しかし、電源回路３の内部に含まれる力率改善回路３２が昇圧動作を行うので、平滑回路部３４に含まれる平滑コンデンサ３７の電圧は一定に保たれている。停電が長引けば、平滑コンデンサ３７の電圧も徐々に下がり始めるが、電圧変換回路部３５は一般的に、平滑コンデンサ３７の電圧がある一定値Ｖ２以上である限り、一定の出力電圧を保持するように設計されている。したがって、平滑コンデンサ３７の電圧が下がり続けて電圧変換回路部３５が停止してしまうまでに、無視できないタイムラグ、すなわち停電保証時間Ｔが存在する。そこで、本発明では、停電発生直後に、電圧変換回路部３５が停止しないために十分な電圧が平滑コンデンサ３７に残っている間、無停電電源装置１のインバータ回路部１２を動作せず、バッテリ部１３にも放電しない。このように、バッテリ部１３の無駄な放電が減ることは、バッテリ部１３の寿命が延びることに繋がる。

なお、停電保証時間Ｔが多くの要素によって変化してしまうのは、本発明も上記従来例と同じである。そこで、本発明では、電圧変換回路部３５が停止してしまう閾値電圧Ｖ１の直前に、別の閾値電圧Ｖ２が設定される。停電状態が続き、平滑コンデンサ３７の電圧が下がり続け、閾値Ｖ２を下回ると、これをモニタしていた電圧検出回路３６が電圧低下信号を通信回路２１に向けて発信する。電圧低下信号を受け取った通信回路２１は、制御回路部１５に向けて電力供給要求信号を発信する。電力供給要求信号を受け取った制御回路部１５は、インバータ回路部１２を制御して、無停電電源装置１を停電モードにする。すなわち、ここで初めてインバータ回路部１２が動作を始め、その結果、バッテリ部１３は直流電力をインバータ回路部１２に供給するために放電を始める。バッテリ部１３から供給される直流電力はインバータ回路部１２によって直流電力に変換され、出力切替回路部１４を介して電力被供給機器２に供給される。

外部交流電源における停電が終わると、無停電電源装置１は通常モードに戻るが、これは上記の従来例と同じなので説明を割愛する。

待機モードにおいて、電力被供給機器は平滑コンデンサ内に残存する電力を消費する。平滑コンデンサ内に電力が残存する限り、電力被供給機器の動作は継続される。この時間は、一般的には、およそ４０ミリ秒程度である。したがって、停電が瞬間的であって、平滑コンデンサ内に電力が残存している間に停電が回復したなら、バッテリ部が放電する必要は無い。つまり、待機モードにおいて、平滑コンデンサの電圧がＶ２の値を下回る前に停電が復帰した場合は、無停電電源装置は停電モードに移行することなく直接通常モードに戻ることになる。
このように、停電が発生しても、電力被供給機器２の平滑コンデンサ３７における電圧が低下して閾値Ｖ１に近付くまでバッテリ部１３の放電を保留することで、バッテリ部１３の寿命が可能な限り延長される。

なお、ここでは電力被供給機器２が単独である場合について説明したが、本発明による無停電電源装置１が１台で複数の電力被供給機器２，２に電力を供給しても構わない。この場合、複数の電力被供給機器２，２の通信回路２１，２１が１台の無停電電源装置１の出力切替回路部に接続される。また、複数の電力被供給機器２，２のそれぞれについて、閾値電圧Ｖ２が設定されるが、いずれかの平滑コンデンサ３７の電圧が対応する閾値電圧Ｖ２を下回った時点でバッテリ部１３が放電を開始すれば良い。

本発明において、通常モードから待機モードに移行する際にまず出力切替回路部が動作し、次に待機モードから停電モードに移行する際にインバータ回路部の動作が開始する。従来ならば同時に発生する２つの動作が段階的に行なわれることで、停電保証時間Ｔの大部分において、バッテリ部の放電を防ぐことが可能になった。したがって、上記の２つの動作は逆の順番に行なわれても構わないことになる。すなわち、通常モードから待機モードに移行する際にまずインバータ回路部の動作が開始し、次に待機モードから停電モードに移行する際に出力切替回路部が動作しても、バッテリ部の放電を節約することは可能である。
しかし、インバータ回路部が電子回路として動作する一方で、出力切替回路部には一般的にはリレースイッチが用いられるために、モード制御回路部から制御信号を受け取ってから動作が完了するまでのタイムラグは、出力切替回路部の方がずっと長い。したがって、先に出力切替回路部が動作する方が、バッテリ部の放電を節約する意味で望ましい。

ここで、外部交流電源における電圧低下について説明する。外部電源には、電力の安定供給が求められる。具体的には、安定した電圧で電力が供給されることが求められる。しかし実際には、停電とは別に、外部電源電圧が定格電圧を下回ってしまう場合が多々ある。無停電電源装置１は、外部交流電源における電圧低下を、停電に順ずる現象として捉える。すなわち、電力被供給機器２にとって十分な電力が外部交流電源から供給されない場合は、無停電電源装置１はバッテリ部１３からの電力供給に切り換える判断を行なう。したがって、入力電圧検出回路部１１が外部電源電圧をモニタし、外部電源電圧が所定の閾値を下回った場合に、停電時同様、出力切換回路部１４が作動する。

ただし、やはり停電時同様、外部交流電源における電圧低下は瞬時に回復する場合が多々ある。いずれの場合も、電力被供給機器２の平滑コンデンサ３７に十分な電力が残っている場合は、無停電電源装置１のバッテリ部１３の放電は温存され得る。したがって、外部交流電源において停電ではなく電圧低下が発生した場合でも、平滑コンデンサ３７の残存電力が所定の閾値を下回ったことが電圧検出回路３６によって検出されるまで、バッテリ部１３の放電は始まらない。

なお、外部交流電源における電圧低下状態が多少長引いたとしても、平滑コンデンサ３７の電圧は基本的には一定に保たれる。これは、電源回路３が有する力率改善回路３３が、入力電流の高調波成分を抑制するために、入力電圧の昇圧動作を行なうためである。ただし、外部交流電源における電圧低下が力率改善回路３３の能力を超える程に電圧が低下し、またその期間が長引けば、平滑コンデンサ３７の電圧も低下を始めるが、この先の説明は停電時と同じとなるので省略する。

図１は、従来の無停電電源システムのブロック図である。 図２は、図１における電源回路３０の詳細ブロック図である。 図３は、従来の無停電電源システムの停電時における動作を説明するためのタイムチャートである。 図４は、本発明による無停電電源システムのブロック図である。 図５は、図４における電源回路３の詳細ブロック図である。 図６は、本発明による無停電電源システムの停電時における動作を説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

１ 無停電電源装置
１１ 入力電圧検出回路部
１２ インバータ回路部
１３ バッテリ部
１４ 出力切替回路部
１５ モード制御回路部
２ 電力被供給機器
２１ 通信回路
３ 電源回路
３１ 整流回路部
３２ 力率改善回路部
３３ 制御回路部
３４ 平滑回路部
３５ 電圧変換回路部
３６ 電圧検出回路
３７ 平滑コンデンサ
１０ 無停電電源装置
１５０ モード制御回路部
２０ 電力被供給機器
３０ 電源回路
３４０ 平滑回路部
３７０ 平滑コンデンサ

Claims (14)

1. 複数の動作モードを有する無停電電源装置と、
   前記無停電電源装置から電力を供給される電源回路と、
   前記電源回路から前記無停電電源装置への信号を仲介する通信回路と
   を具備し、
   前記無停電電源装置は、電力を供給されるために、一方では交流電力を供給する外部交流電源に接続されて、もう一方では直流電力を充放電するバッテリ部を具備し、
   前記無停電電源装置の複数の動作モードは、
   前記外部交流電源が電力を安定供給している場合に、前記外部交流電源から供給される電力が前記電源回路に供給される通常モードと、
   前記外部交流電源が停電状態または電圧低下状態で、かつ、前記電源回路に十分な電力が残っている場合に、前記バッテリ部の放電が保留される待機モードと、
   前記外部交流電源が停電状態または電圧低下状態で、かつ、前記電源回路に十分な電力が残っていない場合に、前記バッテリ部の電力が供給される停電モードと
   を含む
   無停電電力供給システム。
2. 請求項１記載の無停電電力供給システムにおいて、
   前記電源回路と前記通信回路とは、前記無停電電源装置に接続された電力被供給機器に具備される
   無停電電力供給システム。
3. 請求項１または２に記載の無停電電力供給システムにおいて、
   前記電源回路は、
   前記無停電電源装置から供給される交流電力を直流電力に整流する整流回路部と、
   前記整流された直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、
   前記平滑コンデンサの電圧をモニタする電圧検出回路と
   を具備する
   無停電電力供給システム。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の無停電電力供給システムにおいて、
   前記電源回路は、
   前記整流回路部と前記平滑コンデンサとの間に接続されて、前記整流された直流電力の高調波電流を抑制して出力する力率改善回路部と、
   前記力率改善回路部を制御する制御回路部と、
   前記平滑コンデンサに接続されて、前記平滑化された直流電力の電圧を変換して出力する電圧変換回路部と
   をさらに具備する
   無停電電力供給システム。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の無停電電力供給システムにおいて、
   前記無停電電源装置は、
   前記外部交流電源の電圧をモニタする入力電圧検出回路部と、
   前記外部交流電源の電圧と、前記平滑コンデンサの電圧とに応じて、前記無停電電源装置の複数の動作モードを切り替えるモード制御回路部
   をさらに具備する
   無停電電力供給システム。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の無停電電力供給システムにおいて、
   前記無停電電源装置は、
   前記モード制御回路部による制御に応じて、前記バッテリ部から放電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部と、
   前記モード制御回路部による制御に応じて、前記外部交流電源または前記インバータ回路部のいずれかを前記電源回路に切替接続する出力切替回路部と
   をさらに具備する
   無停電電力供給システム。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の無停電電力供給システムにおける
   無停電電源装置。
8. 請求項１〜６のいずれかに記載の無停電電力供給システムにおける
   電源回路。
9. 請求項１〜６のいずれかに記載の無停電電力供給システムにおける
   通信回路。
10. 請求項２〜６のいずれかに記載の無停電電力供給システムにおける
    電力被供給機器。
11. （ａ）停電時において、電力被供給機器内部の残存電力が所定の値を下回った場合に、無停電電源装置のバッテリ部が放電を開始して前記電力被供給機器に電力を供給することと、
    （ｂ）無停電電源装置が、外部交流電源から交流電力を安定供給されている場合に、前記外部交流電源から安定供給される交流電力を電力被供給機器に向けて出力することと、
    （ｃ）無停電電源装置が、前記外部交流電源の電圧低下または前記外部交流電源の停電が発生した場合に、前記電力被供給機器内部の残存電力が所定の値を下回るか、または前記外部交流電源からの交流電力供給が再開するかのいずれかが発生するまで、前記バッテリ部の放電を保留して待機することと、
    （ｄ）前記外部交流電源からの交流電力供給が復帰することなく前記電力被供給機器内部の残存電力が所定の値を下回った場合に、無停電電源装置が、前記バッテリ部から放電される直流電力を前記インバータ回路部で交流電力に変換した上で、前記電力被供給機器に供給することと
    を具備する
    無停電電力供給方法。
12. 請求項１１記載の無停電電力供給方法において、
    前記ステップ（ｂ）は、
    （ｂ−１）前記出力切替回路部が、前記外部交流電源と前記電力被供給機器とを接続し、前記インバータ回路部と前記電力被供給機器とを絶縁することと、
    （ｂ−２）インバータ回路部の動作とバッテリ部からの放電とが、停止状態に保たれることと、
    （ｂ−３）前記外部交流電源の電圧低下または前記外部交流電源の停電が発生した場合に、前記出力切替回路部が、前記外部交流電源と前記電力被供給機器との接続を、前記インバータ回路部と前記電力被供給機器との接続に切り替えることと
    を具備する
    無停電電力供給方法。
13. 請求項１１または１２に記載の無停電電力供給方法において、
    前記ステップ（ｃ）は、
    （ｃ−１）前記出力切替回路部が、前記インバータ回路部と前記電力被供給機器とを接続し、前記外部交流電源と前記電力被供給機器とを絶縁することと、
    （ｃ−２）インバータ回路部の動作が停止状態に保たれ、バッテリ部からの放電も停止状態に保たれることと、
    （ｃ−３）前記外部交流電源からの交流電力供給が安定状態に復帰することなく前記電力被供給機器内部の残存電力が所定の値を下回った場合に、前記インバータ回路部の動作が開始し、その結果、前記バッテリ部の放電が開始することと、
    （ｃ−４）前記電力被供給機器内部の残存電力が前記所定の値を下回ることなく前記外部交流電源からの交流電力供給が安定状態に復帰した場合に、前記出力切替回路部が、前記インバータ回路部と前記電力被供給機器との接続を、前記外部交流電源と前記電力被供給機器との接続に切り替えて、前記インバータ回路部の動作と前記バッテリ部の放電とが停止することと
    を具備する
    無停電電力供給方法。
14. 請求項１１〜１３のいずれかに記載の無停電電力供給方法において、
    前記ステップ（ｄ）は、
    （ｄ−１）前記インバータ回路部が動作を開始することと、
    （ｄ−２）前記インバータ回路部の動作開始によって、前記バッテリ部が放電を開始することと、
    （ｄ−３）前記外部交流電源からの交流電力供給が安定状態に復帰した場合に、前記出力切替回路部が、前記インバータ回路部と前記電力被供給機器との接続を、前記外部交流電源と前記電力被供給機器との接続に切り替えることと
    を具備する
    無停電電力供給方法。

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