JP2009504118A - 直流電源補償用無停電電源供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、直流電源補償用無停電電源供給装置に関するものである。
【解決手段】本発明による直流電源補償用無停電電源供給装置は、直流エネルギーを供給する直流電源２と前記直流エネルギーによって動作する出力負荷３との間に並列に接続されて、ａ）前記直流電源２からの余分のエネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵素子２００と、ｂ）前記直流電源２からの余分の直流エネルギーを前記エネルギー貯蔵素子２００に充電する充電回路１００と、ｃ）充放電を制御する制御回路４００と、ｄ）前記エネルギー貯蔵素子２００からの直流エネルギーを前記出力負荷３に伝達する放電回路３００とを含み、ここで前記放電回路３００は、エネルギー貯蔵素子２００の充電電圧に比例する直流エネルギーを出力負荷に出力するリレー３０１と、瞬間停電またはリレー障害時に出力負荷に定電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータ３０２で構成された二重出力構造を有して、前記リレーと前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、並列に配置される。
【選択図】図２

Description

技術分野
本発明は、無停電電源供給装置に関するもので、より具体的には、直流電源補償用無停電電源供給装置に関するものである。

背景技術
無停電電源供給装置は、停電や瞬間的な電力の不安定時に生産設備や装備に安定的な電力を供給する装置であり、詳細には図１に示したように充電回路を通じて入力電源から余分の電気エネルギーをエネルギー貯蔵素子に貯蔵して、停電あるいは瞬間的な電力の不安定時に制御回路の制御下に、前記エネルギー貯蔵素子に貯蔵された電気エネルギーを放電回路を通じて出力負荷に供給する装置である。

無停電電源供給装置は、交流電源補償方式と直流電源補償方式に分けられる。交流電源補償方式とは、交流電源からの交流入力を変圧器とＡＣ／ＤＣコンバータを使用して特定電圧を有した直流に変換させてエネルギー貯蔵素子に余分の電気エネルギーを貯蔵して、停電や瞬間的な電力不安定時にエネルギー貯蔵所からの直流入力をＤＣ／ＡＣインバーターを使用して交流に変換して、交流電源から供給される交流入力と同じ交流を出力負荷に供給する装置である。この方式は、交流電源からの交流入力と同じ電源を供給することができるので、一つの無停電電源供給装置で同時に多数の出力負荷に対して電源補償が可能で、また交流電源を使用するモーターなどの多様な出力負荷に電源補償が可能であるという長所を有する。しかし、交流電源補償方式は、変圧器、ＡＣ／ＤＣインバーター等の装置構成に必要な回路素子の体積が大きくて重量が重くて、またＤＣ／ＡＣインバーターで発生するエネルギー損失によってエネルギー効率が低く、要求される電気化学キャパシターの体積が大きくて重量が大きいという問題点を有している。

一方、直流電源補償方式は、直流電源からの余分の直流エネルギーをエネルギー貯蔵素子に貯蔵して、停電あるいは瞬間的な電圧降下のような入力直流電源の不安定時に、前記エネルギー貯蔵素子のエネルギーを直流電圧を必要とする電子装備に供給する装置である。直流電源補償方式は、交流電源補償方式に比べて回路構成が簡単であるため、設備が容易で、小型化及び軽量化に有利であるという長所を有している。

日本公開特許公報第５−１２２８７１号は、直流電源補償用無停電電源供給装置の一例を開示している。前記特許によると、前記直流電源に直列に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータを放電回路に使用する。このような場合、簡単な回路構成が可能であり少ない体積及び重量で無停電電源供給装置の構成が可能になる。しかし、このような回路構成は、ＤＣ／ＤＣコンバータの連続使用を基本とするので、それ自体の劣化が進行する。さらに、出力負荷の瞬間的な過負荷によって、ＤＣ／ＤＣコンバータに電気的衝撃が加えられることがあり得、これは内部素子の故障を誘発させ得る。したがって、前記の無停電電源供給装置は、瞬間的な過負荷などによって安定的な電力供給が阻害され得るため、電力補償の信頼性を減少させる。

このような問題点を解決する方案として、日本公開特許公報第２００２−１９９６１９号は、また他の直流電源補償用無停電電源供給装置を開示している。前記特許による直流電源補償用無停電電源供給装置は、充電回路を通じて電気化学キャパシターに電気エネルギーを貯蔵して、電源出力感知回路及び制御回路を通じて入力電源の停電時にのみＤＣ／ＤＣコンバータを作動させることを特徴とする。このような場合、ＤＣ／ＤＣコンバータの使用を入力電源の不安定時にだけ限定することができるので、回路素子の寿命を縮める劣化現象を最小化でき、またＤＣ／ＤＣコンバータに内部故障が発生しても入力電源が出力負荷に電力を供給するので、電力中断という信頼性の問題点は生じない。しかし、このような回路構成は、入力電源の不安定性に焦点を合わせてＤＣ／ＤＣコンバータを制御するので、瞬間的な過負荷あるいは出力負荷変動のような出力負荷によって発生する入力電源の不安定性には対応が難しいという短所を有している。

発明の説明
技術的な問題点
本発明の目的は、前記のような問題点を解決するためのもので、瞬間停電に対して出力負荷に安定的な電力を供給すると同時に、出力負荷で発生する瞬間過負荷に対する入力電源の保護機能を提供し、また回路の内部故障にも正常な電力供給を遂行する高い信頼性を有する直流電源補償用無停電電源供給装置を提供することである。

技術的解決法
本発明の好ましい具体例によると、直流エネルギーを供給する直流電源と該直流エネルギーによって電気的動作を遂行する出力負荷との間に並列に接続されて、ａ）前記直流電源からの余分のエネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵素子と、ｂ）前記直流電源からの余分の直流エネルギーを前記エネルギー貯蔵素子に充電する充電回路と、ｃ）充放電を制御する制御回路と、ｄ）前記エネルギー貯蔵素子からの直流エネルギーを前記出力負荷に伝達する放電回路を含み、ここで前記放電回路は、エネルギー貯蔵素子の充電電圧に比例する直流エネルギーを出力負荷に出力するリレーと、瞬間停電またはリレーの障害時の出力負荷に定電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータで構成された二重出力構造を有し、前記リレーと前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、並列に配置された直流電源補償用無停電電源供給装置が提供される。本発明による直流電源補償用無停電電源供給装置は、二重出力構造の放電回路を含む。一番目の放電回路（以下、第１放電回路）は、リレーである。二番目の放電回路（以下、第２放電回路）は、ＤＣ／ＤＣコンバータである。第１放電回路と第２放電回路は、前記エネルギー貯蔵素子に並列で接続される。出力負荷で瞬間過負荷が発生した時、前記エネルギー貯蔵素子に貯蔵された直流エネルギーは、第１放電回路であるリレーを通じて、出力負荷に伝達される。リレーを通じた、エネルギー貯蔵素子に貯蔵された直流エネルギーの供給は、瞬間過負荷のような急激な負荷変動に能動的に対処するようにする。瞬間過負荷が発生した時、入力直流電源の代わりをしてリレーを通じた出力負荷に対応する電力供給は、入力直流電源を保護する。第２放電回路であるＤＣ／ＤＣコンバータは、制御回路の制御下に、瞬間停電時の出力負荷に定電圧を出力する。これは、入力直流電源の非正常的障害が発生した時、出力負荷が正常に作動するようにする。一方、前記第１放電回路と前記第２放電回路の並列的配置は、いずれか一方の放電回路に異常が発生した時、もう一方の放電回路を通じてエネルギー貯蔵素子に貯蔵されたエネルギーが出力負荷に伝達され、これは補償用電力供給の信頼性を高める。

本発明の他の好ましい具体例によると、前記エネルギー貯蔵素子が電気化学キャパシターであることを特徴とする、無停電電源供給装置が提供される。

本発明のまた他の好ましい具体例によると、前記充電回路が前記直流電源と同一電圧で余分の直流エネルギーを前記電気化学キャパシターに充電する電流制限回路と、前記直流電源から前記電流制限回路への入力電圧と前記電気化学キャパシターの出力電圧を感知する電圧感知回路を含んで成ることを特徴とする、無停電電源供給装置が提供される。

本発明のまた他の好ましい具体例によると、前記リレーが逆電流防止ダイオードを通じて前記直流電源と前記出力負荷との間に接続されたことを特徴とする、無停電電源供給装置が提供される。

効果
本発明による直流電源補償用無停電電源供給装置は、下記の効果を提供する。

（１）瞬間停電のような直流電源の不安定にもかかわらず、出力負荷に安定的な電力供給を遂行する。

（２）出力負荷に瞬間過負荷が発生しても、入力直流電源の電圧降下を全く発生させない。したがって、入力直流電源の安定的保護が確保される。

（３）二重的出力構造は、いずれか一方の放電回路に障害が発生しても非常電源供給が可能で、これは無停電電源供給装置の信頼性を高める。

（４）電気化学キャパシターをエネルギー貯蔵素子に採用することで、無停電電源供給装置の維持補修に必要となる費用を充分に減少させることができる。

（５）逆電流防止ダイオードを通じて、第１放電回路であるリレーを直流電源と出力負荷に接続させることで、第２放電回路であるＤＣ／ＤＣコンバータのエネルギー効率が上昇され、これは補償時間を増加させる。また、同一補償時間を充足するための、エネルギー貯蔵素子の重量及び体積が減少される。

（６）ＤＣ／ＤＣコンバータは、瞬間停電または第１放電回路の障害時にのみ作動する。したがって、自己劣化が防止される。

図面の簡単な説明
図１は、従来技術による無停電電源供給装置の概略的な構成を示したブロック図である。図２は、本発明による直流電源補償用無停電電源供給装置の好ましい具現例を示したブロック図である。図３は、本発明による直流電源補償用無停電電源供給装置のまた他の好ましい具現例を示したブロック図である。図４は、本発明による無停電電源供給装置に使用される電気化学キャパシターの放電電圧特性と、瞬間停電時の無停電電源供給装置の出力電圧特性を示したグラフである。図５は、実験１による瞬間停電時の無停電電源供給装置の出力電圧特性を示したグラフであり、（ａ）は直流電源の入力電圧、（ｂ）出力負荷に伝達された出力電圧である。図６は、実験例２による直流電源補償用無停電電源供給装置の瞬間過負荷時の出力電圧特性を示したグラフであり、（ａ）無停電電源供給装置がない状態での瞬間過負荷時の直流電源の電圧特性、（ｂ）本発明による無停電電源供給装置を具備した状態での瞬間過負荷時の直流電源の電圧特性を示している。
発明の態様
前記のように、従来の直流電源補償用無停電電源供給装置での問題点は、停電時に出力負荷に安定的な電源を供給して、出力負荷の瞬間過負荷による入力電源の保護と内部故障による信頼性確保などを同時に提供することができないという短所を有している。

本発明者等は、従来の直流電源補償用無停電電源供給装置の問題点を解決するため、リレーで構成された第１放電回路とＤＣ／ＤＣコンバータで構成された第２放電回路を通じて、エネルギー貯蔵素子に貯蔵された直流エネルギーを出力負荷に提供した。このような構成を有する放電回路は、瞬間停電のように入力直流電源に障害が発生した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータを通じて一定の電圧を有する良質の電力を出力負荷に提供することができ、出力負荷で発生する瞬間過負荷時にエネルギー貯蔵素子に貯蔵された高出力電気エネルギーをリレーを通じて提供して直流入力電源を保護する。また、二重出力構造によって、いずれか一方の放電回路に障害が発生しても、他の放電回路を通じて最小限の非常電源供給ができることで、高い信頼性を有する直流電源補償用無停電電源供給装置を提供し得ることを見いだした。

したがって、本発明による直流電源補償用無停電電源供給装置は、直流エネルギーを供給する直流電源と前記直流エネルギーによって電気的動作を遂行する出力負荷との間に並列に接続されて、ａ）前記直流電源からの余分のエネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵素子と、ｂ）前記直流電源からの余分の直流エネルギーを前記エネルギー貯蔵素子に充電する充電回路と、ｃ）充放電を制御する制御回路と、ｄ）前記エネルギー貯蔵素子からの直流エネルギーを前記出力負荷に伝達する放電回路とを含み、ここで前記放電回路は、エネルギー貯蔵素子の充電電圧に比例する直流エネルギーを出力負荷に出力するリレーと、瞬間停電またはリレーの障害時に出力負荷に定電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータで構成された二重出力構造を有し、前記リレーと前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、並列に配置される。

ここで、前記エネルギー貯蔵素子として、電気化学キャパシターが好ましい。現在、無停電電源供給装置のエネルギー貯蔵素子に使用されている代表的な例としては、電池と電気化学キャパシターを挙げることができる。電池は、エネルギー密度が２０〜１２０Ｗｈ／ｋｇであり、エネルギー密度が高いという長所があるが、出力密度が５０〜２５０Ｗ／ｋｇと低くて、サイクル寿命特性が５００回と低いという短所がある。そのため、電池を使用する無停電電源供給装置は、高いエネルギー密度によって長期間の電源供給には卓越した特性を有するが、寿命特性が低いため、定期的な維持補修費用が発生するという問題点を有している。これに反して、電気化学キャパシターは、電池に比べてエネルギー密度が１〜５Ｗｈ／ｋｇと低いが、出力密度が１０００〜２０００Ｗ／ｋｇと非常に高く、サイクル寿命がほとんど半永久的という長所を有している。そのため、電気化学キャパシターをエネルギー貯蔵素子に使用する無停電電源供給装置は、エネルギー密度が低いため、長期間の電源供給には限界性があるが、寿命特性が優秀なため、維持補修費用を最小化することができて瞬間停電などの短時間の電源不安定に適合するという長所を有している。

本発明は、また前記電気化学キャパシターへの充電が前記直流電源と同一電圧で遂行される。そのために電流制限回路が採用される。また前記直流電源から前記電流制限回路への入力電圧と前記電気化学キャパシターの出力電圧が、電圧感知回路によって感知される。前記電圧感知回路によって感知された電圧情報は、制御回路に伝達されて、前記制御回路は前記電圧感知回路で感知された電圧情報に基づいて前記電気化学キャパシターに貯蔵されたエネルギーの放電を制御するようになる。

本発明のより好ましい無停電電源供給装置によると、前記リレーが逆電流防止ダイオードを通じて前記出力負荷に並列に接続される。このような構成は、瞬間停電によって、ＤＣ／ＤＣコンバータで構成された第２放電回路を通じて出力負荷にエネルギーが伝達される時、第２放電回路からの出力が出力負荷側に限定される。したがって、電気化学キャパシターに貯蔵された電気エネルギーの効率を上昇させて、結局エネルギー貯蔵素子の重量及び体積を減少させる。

以下、添付された図面を参照して本発明をより具体的に説明する。

図２は、本発明による直流電源補償用無停電電源供給装置の好ましい具現例を示したブロック図である。図２に図示したように、本発明による直流電源補償用無停電電源供給装置１は、直流電源２と出力負荷３に並列に接続され、充電回路１００、エネルギー貯蔵素子２００、放電回路３００、制御回路４００を含む。ここで、前記放電回路３００はリレー３０１で構成された第１放電回路３０１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２で構成された第２放電回路を含んで構成される。

リレー３０１で構成された前記第１放電回路は、エネルギー貯蔵素子２００の充電電圧に比例する直流エネルギーを出力負荷３に出力する。これは、エネルギー貯蔵素子２００の高出力特性を活用することができ、直流電源２の出力特性を補う。一般的に出力負荷（電子機器）３で瞬間過負荷あるいは急激な負荷変動が発生すると、入力直流電源２は瞬間的に電力不足現象によって定格電圧が減少する電力の不安定性をもたらすようになり、これは過電流を発生させて入力直流電源２の損傷を生じさせて、このような入力直流電源２の損傷は、出力負荷３の正常な作動を妨害する。出力負荷３側で瞬間過負荷が発生した時、本発明による無停電電源供給装置１は、第１放電回路であるリレー３０１を通じてエネルギー貯蔵素子２００に貯蔵された直流エネルギーを出力負荷３に伝達する。すなわち、前記エネルギー貯蔵素子２００に貯蔵された余分の電気エネルギーは、出力負荷３の瞬間過負荷時、入力直流電源２の補助エネルギー供給源として作用する。したがって、前記無停電電源供給装置１は、出力負荷３の瞬間過負荷または急激な負荷変動に対応して、入力直流電源２を補って出力負荷３に対応する電力を供給し、それは入力直流電源２を保護する機能を遂行する。瞬間過負荷から第１放電回路であるリレー３０１による入力直流電源２の保護に対するより詳細な内容は、図６を参照して後述する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２で構成された第２放電回路は、停電時に出力負荷の正常作動に必要なエネルギーを供給する。図４は、エネルギー貯蔵素子２００である電気化学キャパシターの放電特性とＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を通じた放電特性を示したグラフである。図４に図示したように、エネルギー貯蔵素子２００である電気化学キャパシターは、放電時に電圧が一定の傾きで減少する電気的特性を有している。したがって、入力直流電源２側で瞬間停電が発生した場合、電気化学キャパシターのようなエネルギー貯蔵素子２００から第１放電回路であるリレー３０１を通じたエネルギー放電は、徐々に減少する電圧を出力負荷３に供給する。これは、出力負荷３の安定的な作動を妨害する。このような瞬間停電が発生した場合、前記エネルギー貯蔵素子２００からの電気エネルギーは、第２放電回路であるＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を通じて出力負荷３に伝達される。したがって、瞬間停電が発生した場合、定電圧を出力負荷に提供する。図４は、瞬間停電によってエネルギー貯蔵素子２００である電気化学キャパシターによる出力電圧が徐々に減少しても、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２による出力電圧は一定な電圧を維持することを示している。これは、本発明による直流電源補償用無停電電源供給装置が停電時に出力負荷の正常作動に必要な良質の電力を安定的に提供する放電回路を含んでいることを意味する。

前記第１放電回路３０１と第２放電回路３０２で構成された二重構造の放電回路３００は、内部故障に対して高い信頼性を提供する。本発明で提供する無停電電源供給装置１は、放電回路構成上、第１放電回路３０１と第２放電回路３０２の二重組み合わせになっていて、それぞれの放電回路３０１、３０２が、出力負荷３に並列に接続されている構造を有する。このような場合、一方の放電回路が内部故障を誘発しても残りの放電回路を通じて最小限の電源供給が可能であり、二つの放電回路が故障を誘発する最悪の条件でも、入力電源と出力負荷が接続されていて正常な電源供給が可能な、高信頼性を有した無停電電源供給装置を提供することができる。

本発明による直流電源補償用無停電電源供給装置１に使用されるエネルギー貯蔵素子２００は、電気化学キャパシターが好ましい。電気化学キャパシターの例としては、二つの電極がすべてカーボン活物質（好ましくは、活性炭）で製造された電気二重層キャパシター、二つの電極の中で一方の電極ではファラデー反応が起きて、他方の電極では非ファラデー反応が進行される疑似キャパシター（ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒ）、二つの電極の中で一方の電極は、ファラデー反応によって非ファラデー反応が活性化にして、他方の電極は、非ファラデー反応が進行される疑似キャパシターを挙げることができる。本発明では、電気二重層キャパシターを使用したが、これは説明のためのもので例示的なものである。

前記充電回路１００は、前記直流電源２と同一電圧で余分の直流エネルギーを前記エネルギー貯蔵素子２００に充電する電流制限回路１０１と、前記直流電源２から前記電流制限回路１０１への入力電圧と前記エネルギー貯蔵素子２００の出力電圧を感知する電圧感知回路１０２を含むことが好ましい。具体的に、前記無停電電源供給装置１は、入力直流電源２からの余分の電気エネルギーを電流制限回路１０１を通じてエネルギー貯蔵素子２００、具体的には電気化学キャパシターを充電して、前記電気化学キャパシターは、電気的特性上、電気エネルギー提供を受けると電圧が一定の傾きで上昇する特性を示すようになる。一方、前記電圧感知回路１０２は、入力直流電源から電流制限回路に入力される電圧と、前記電気化学キャパシターの出力電圧を感知して、感知された電圧情報を制御回路４００に伝達する。

前記制御回路４００による充放電の制御は、下記のように遂行される。まず、前記制御回路４００は、前記電圧感知回路１０２によって感知された電気化学キャパシターの出力電圧（または充電電圧）が入力直流電源の出力電圧の７０％〜１００％範囲の場合、第１放電回路であるリレー３０１を作動させて電気化学キャパシターを出力負荷に並列に連結する。それと同時に、前記制御回路４００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２で構成された第２放電回路を通じて前記リレー３０１に並列に連結する。初期セットアップが正常に作動した場合、前記制御回路４００は、前記電圧感知回路１０２で感知された前記直流電源２から前記電流制限回路１０１への入力電圧が急激に減少したり、リレー３０１を通じた電気エネルギーの供給が遂行されない場合にのみ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を通じて電気エネルギーを供給するようにする。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を通じた電気エネルギー供給は、瞬間停電または第１放電回路３０１の異常によってのみ遂行される。これは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２の自己劣化を顕著に減少させる。瞬間過負荷または定常状態で、前記制御回路４００は、第１放電回路３０１を通じて電気エネルギーが供給されるようにする。

図３は、本発明による直流電源補償用無停電電源供給装置のより好ましい具現例を示したブロック図である。図３に図示したように、本発明のより好ましい具現例によると、前記リレー３０１が逆電流防止ダイオード３０３を通じて前記入力直流電源２と出力負荷３の間に接続される。前記逆電流防止ダイオード３０３は、瞬間停電時に第２放電回路であるＤＣ／ＤＣコンバータ３０２のエネルギー効率を高める。本発明で提供する無停電電源供給装置１は、第１放電回路３０１と第１放電回路３０２が出力負荷３に並列に接続されている。したがって、第２放電回路３０２から出力される電力は、出力負荷３だけでなく第１放電回路３０１を再充電させる非効率的な電力流れを生じさせ得る。これは、エネルギー貯蔵素子２００に貯蔵された電気エネルギーの活用度を減少させて、高い用量のエネルギー貯蔵素子２００を要求するようになる。前記逆電流防止ダイオード３０３は、瞬間停電時、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２からの電気エネルギーが第１放電回路３０１に流入する電力流れを遮断する。これは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２からの電力流れを出力負荷３方向に限定することができるということを意味する。このような作用を通じて、エネルギー貯蔵素子２００に貯蔵されたエネルギーの効率が向上して、エネルギー貯蔵素子２００の体積及び重量を減少させることができる。逆電流防止ダイオード３０３の具体的効果は、図５を参照して後述する。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲がこれらの範囲に制限されるものではない。
実施例１
図２に図示したような直流電源補償用無停電電源供給装置を構成した。エネルギー貯蔵素子２００として、エノレンド社の２．５Ｖ、９０Ｆ電気二重層キャパシターを１１直列１並列に構成して、耐圧２７．５Ｖ、容量８．１Ｆを有するモジュールを使用した。電流制限回路１０１は、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と抵抗の組み合わせで構成し、電流を０．６Ａ以下に制限した。第１放電回路として、リレー３０１を使用し、基準電圧素子で構成された電圧感知回路３０２とＣＰＵで構成された制御回路４００の制御下に、電気化学キャパシター２００の充電電圧が０〜２３Ｖ範囲では電気化学キャパシターが電流制限回路１０１と連結させて、電気化学キャパシター２００の充電電圧が２３Ｖ以上の場合、リレー３０１を作動させて出力負荷３に並列に連結した。第２放電回路として、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を使用して出力電圧２４Ｖに設定して構成した。
実施例２
図３に図示したような直流電源補償用無停電電源供給装置を構成した。逆電流防止ダイオード３０３を通じて、リレー３０１を直流電源２と出力負荷３に接続させたことを除き、すべての回路構成を実施例１と同一にした。
実験例１：直流電源補償用無停電電源供給装置の停電試験
前記実施例１と２による直流電源補償用無停電電源供給装置の停電時の電源供給特性を比較するため、ファインセントロニクス社の直流電源装置（モデル：ＥＳＦ１５０−２４、定格出力電圧２４Ｖ、定格出力電流６Ａ）を入力直流電源１に使用して、出力負荷３に正格電力１ＫＷ、６Ω抵抗を使用して、入力直流電源からのエネルギー供給が中断した時、実施例１と２による直流電源補償用無停電電源供給装置の出力電圧特性を測定し、その結果を図５と表１に示した。図５の（ａ）は、入力直流電源２の出力電圧を示したグラフであり、瞬間停電または長期間の停電が任意に誘発された。図５の（ｂ）から分かるように、実施例１と２の無停電電源供給装置は、瞬間停電によって入力直流電源２からのエネルギー供給が中断しても、出力負荷３に定電圧を安定的に供給した。これは、本発明で提供する直流電源補償用無停電電源供給装置が、入力直流電源２の不安定時にも、出力負荷を正常に動作させるのに必要な電源を安定的に供給することができることを意味する。また図５及び表１に提示したように、最大停電補償時間を比較すると、同一の電気化学キャパシターを使用しても、実施例２による無停電電源供給装置の最大停電補償時間が実施例１に提示されたものと比べて約３０％さらに増加した。これは、逆電流防止ダイオード３０３を通じて前記リレー３０１を直流電源２と出力負荷３との間に接続することによって、第２放電回路３０２の効率を上昇させられることを意味する。]

実験例２：直流電源補償用無停電電源供給装置の出力特性試験
前記実施例１と２による直流電源補償用無停電電源供給装置の瞬間過負荷時の出力特性を詳しく見るために、ファインセントロニクス社の直流電源装置（モデル：ＥＳＦ１５０−２４、定格出力電圧２４Ｖ、定格出力電流６Ａ）を使用して入力直流電源１を設定して、出力負荷３に正格電力１ＫＷ、３Ω抵抗を使用して、突然の出力負荷３の連結時の出力電圧特性を測定して、その結果を図６に示した。図６から分かるように、瞬間的な電流上昇に対して本発明で提供される無停電電源供給装置を装着しない入力直流電源２は、急激な電圧降下が発生したが、実施例１と２による本発明の無停電電源供給装置を装着した場合、電圧降下が感知されないことが分かる。これは、本発明で提供する無停電電源供給装置が直流入力電源の出力特性を高めると同時に出力負荷３で発生する瞬間過負荷に対して入力直流電源２を保護する機能を提供することを意味する。

従来技術による無停電電源供給装置の概略的な構成を示したブロック図である。 本発明による直流電源補償用無停電電源供給装置の好ましい具現例を示したブロック図である。 本発明による直流電源補償用無停電電源供給装置のまた他の好ましい具現例を示したブロック図である。 本発明による無停電電源供給装置に使用される電気化学キャパシターの放電電圧特性と、瞬間停電時の無停電電源供給装置の出力電圧特性を示したグラフである。 実験１による瞬間停電時の無停電電源供給装置の出力電圧特性を示したグラフであり、（ａ）は直流電源の入力電圧、（ｂ）出力負荷に伝達された出力電圧である。 実験例２による直流電源補償用無停電電源供給装置の瞬間過負荷時の出力電圧特性を示したグラフであり、（ａ）無停電電源供給装置がない状態での瞬間過負荷時の直流電源の電圧特性、（ｂ）本発明による無停電電源供給装置を具備した状態での瞬間過負荷時の直流電源の電圧特性を示している。

Claims (5)

1. 直流エネルギーを供給する直流電源と前記直流エネルギーによって動作する出力負荷との間に並列に接続されて、
   ａ）前記直流電源からの余分のエネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵素子と、
   ｂ）前記直流電源からの余分の直流エネルギーを前記エネルギー貯蔵素子に充電する充電回路と、
   ｃ）充放電を制御する制御回路と、
   ｄ）前記エネルギー貯蔵素子からの直流エネルギーを前記出力負荷に伝達する放電回路と、を含み、
   前記放電回路は、エネルギー貯蔵素子の充電電圧に比例する直流エネルギーを出力負荷に出力する第１放電回路と、瞬間停電またはリレー障害時に出力負荷に定電圧を出力する第２放電回路で構成された二重出力構造を有し、前記第１放電回路と前記第２放電回路は、前記エネルギー貯蔵素子を基準に並列に配置されたことを特徴とする、直流電源補償用無停電電源供給装置。
2. 第１放電回路がリレーで、前記第２放電回路がＤＣ／ＤＣコンバータであることを特徴とする、請求項１に記載の直流電源補償用無停電電源供給装置。
3. 前記エネルギー貯蔵素子が、電気化学キャパシターであることを特徴とする、請求項１に記載の直流電源補償用無停電電源供給装置。
4. 前記充電回路が、前記直流電源と同一電圧で余分の直流エネルギーを前記エネルギー貯蔵素子に充電する電流制限回路と、前記直流電源から前記電流制限回路への入力電圧と前記エネルギー貯蔵素子の出力電圧を感知する電圧感知回路を含むことを特徴とする、請求項１に記載の直流電源補償用無停電電源供給装置。
5. 前記第１放電回路が、逆電流防止ダイオードを通じて、前記直流電源と前記出力負荷との間に接続されたことを特徴とする、請求項１に記載の直流電源補償用無停電電源供給装置。

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