JP2011050231A - 省電力ラインインタラクティブ無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 省電力ラインインタアラクティブ無停電電源装置を提供することにある。
【解決手段】 省電力ラインインタラクティブ無停電電源装置は、電力切換器と、低頻度トランスと、フルブリッジ回路と、主制御器と、充放電制御器と、再充電可能のバッテリーと、高頻度充電回路とを含む。高頻度充電回路は、交流電力を直流電力に変換してバッテリーに充電するように、交流電力入力端子とバッテリーとの間に配置されている。これにより、交流電力が正常に供給されており、バッテリーが満充電でないと、高頻度充電回路は、低頻度充電トランス及びフルブリッジ切換回路を介することなく、バッテリーに充電して、全体的な電力消費を低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無停電電源装置（uninterruptible power system=UPS）に関し、特に省電力ラインインタラクティブ無停電電源装置（power-saving line interactive UPS）に関する。

図４を参照するに、従来のラインインタラクティブ無停電電源装置（line interactive UPS）は、電力切換器５０と、低頻度トランス５１と、フルブリッジ切換回路(full-bridge switching circuit)５２と、主制御器５３と、充放電モード制御器５４と、充電可能のバッテリー５５とを有する。

電力切換器５０は、交流電力源と負荷との間に直列に接続されており、また交流電力源が負荷に電力を供給しているか否かを決定する。

低頻度トランス５１は、２つのコイル、すなわち巻線５１１ａ，５１１ｂを有する。一方の巻線５１１ａは、負荷に接続されていると共に、電力切換器５０を介して交流電力源に接続されている。

フルブリッジ切換回路５２は、２つの半ブリッジ切換回路(half-bridge switching circuit)５２１，５２２を有する。２つの半ブリッジ切換回路５１１，５２２の直列接続点は、低頻度トランス５１の他のコイル５１１ｂに接続されている。

主制御器５３は、電力切換器５０に接続されている。

充放電モード制御器５４は、主制御器５３とフルブリッジ切換回路５２とに接続されており、また主制御器５３からの充電指令又は放電指令にしたがって充電モード又は放電モードに入るように、フルブリッジ切換回路５２を作動させる。

充電可能のバッテリー５５は、フルブリッジ切換回路５２に接続されており、またフルブリッジ切換回路５２を介して充電又は放電をする。

上記のラインインタラクティブ無停電電源装置において、主制御器５３は、バッテリー５５の電力量（蓄電量）と現在の交流電力源の状態とを決定し、充電指令又は放電指令を充放電モード制御器５４に出力する。これにより、充放電モード制御器５４は、充電モード又は放電モードを実行することを決定する。

交流電力源からの電力が正常に供給されていると、主制御器５３は、交流電力が負荷と低頻度トランス５１とに直接入力されるように、オン又はオフに切り換えるべく電力切換器５２を制御する。バッテリー５５の電力蓄積量がこの間に低下していると判断すると、主制御器５３は、交流電力を直流電力に変換するようにフルブリッジ切換回路５２を制御して、バッテリー５５が満充電になるまで、充放電制御器５４を介してバッテリー５５に充電させる。

しかし、電力不足や停電のような交流電力の異常が一度検出されると、主制御器５３は、電力切換器５０を直ちにオフに切り換えて、放電指令を充放電モード制御器５４に出力する。これにより、充放電モード制御器５４は、無停電電力を発生させるべく、バッテリー５５に蓄積されている直流電力を交流電力に変換して、その交流電力を負荷に供給するように、フルブリッジ切換回路５２を動作させる。

この無停電電源装置は、これが負荷に常に接続されているから、ラインインインタラクテブ無停電電源装置と称されている。そのような無停電電源装置は、バッテリーを満充電状態に維持することは可能であるが、バッテリーへの充電は低頻度トランス５１とフルブリッジ切換回路５２とにおける変換を介して実行される。その結果、バッテリーを満充電状態に維持することは、電力をより消費することになる。

本発明の目的は、交流電力が常に供給されていると、高頻度充電ループが、再充電可能のバッテリーに充電して、そのバッテリーを満充電状態に維持するように、作用する、省電力ラインインタアラクティブ無停電電源装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る省電力ラインインタアラクティブ無停電電源装置は、電力切換器と、低頻度トランスと、フルブリッジ切換回路と、主制御器と、充放電モード制御器と、再充電可能のバッテリーと、高頻度充電回路とを有する。

電力切換器は、交流電力源に接続するように適合された交流入力端子に接続されて、交流電力が負荷に供給されているか否かを決定する。

低頻度トランスは、２つの巻線を有する。１つの巻線は、負荷と交流電力源とに接続されるように適合されている。

フルブリッジ切換回路は、低頻度トランスの他の巻線に接続された直列接続結節点を有する２つの半ブリッジ切換回路を有する。

主制御器は、電力切換器に接続されている。

充放電モード制御器は、主制御器とフルブリッジ切換回路とに接続されており、また主制御器からの充電指令又は放電指令に応じて充電モード又は放電モードになるように、フルブリッジ切換回路を作動させる。

再充電可能のバッテリーは、フルブリッジ切換回路に接続されており、またフルブリッジ切換回路を介して充電又は放電を行うことができる。

高頻度充電回路は、交流電力入力端子とバッテリーとの間に接続されており、また交流電力をバッテリーに充電する直流電力に変換する。

交流電力源の電力が常に供給されていると、高頻度充電器は、バッテリーが満充電でないか否かを検出するように適合されている。高頻度充電回路の整流器から出力される直流電流は、特定の電圧を有する直流電力に変換されて、バッテリーを満充電に維持する。

それゆえに、本発明に係るラインインタラクティブ無停電電源装置は、フルブリッジ切換回路と低頻度トランスとを介することなく、バッテリーに充電することができ、付加的な電力消費を効果的に防止することになる。

本発明に係るラインインタラクティブ無停電電源装置の第１の実施例を示すブロック図。 本発明に係るラインインタラクティブ無停電電源装置の第２の実施例を示すブロック図。 小電流充電モードのときの図２に示す実施例のブロック図。 大電流充電モードのときの図２に示す実施例のブロック図。 従来のラインインタラクティブ無停電電源装置を示すブロック図。

図１を参照するに、本発明に係るラインインタラクティブ無停電電源装置の第１の実施例は、電力切換器１０と、低頻度トランス１１と、フルブリッジ切換回路(full-bridge switching circuit)１２と、主制御器１３と、充放電モード制御器１４と、再充電可能のバッテリー１５と、高頻度充電回路１６とを有する。

電力切換器１０は、交流電力入力端子ＡＣ，ＩＮに接続されている。交流電力入力端子ＡＣ，ＩＮは、商用交流電力源に接続される。

電力切換器１０は、交流電力が負荷（図示せず）に供給されているか否かを決定する。この実施例においては、電力切換器１０の一方の端子は交流電力入力端子ＡＣ，ＩＮに接続され、他方の端子Ｖoutは交流入力端子ＡＣ，ＩＮと負荷との間に直列に接続されている。換言すれば、電力切換器１０は、交流電力入力端子ＡＣ，ＩＮと負荷とに直列接続されている。

低頻度トランス１１は、２つのコイル、すなわち巻線１１ａ，１１ｂを有しており、また充電のための作動回数が少ない。一方の巻線１１ａは負荷に接続されていると共に、電力切換器１０を介して交流電力源に接続されている。

フルブリッジ切換回路１２は、２つの半ブリッジ切換回路(half-bridge switching circuit)１２１，１２２に接続されている。２つの半ブリッジ切換回路１２１，１２２に直列的に接続された２つの接続点は、低頻度トランス１１の他の巻線１１ｂに接続されている。

主制御器１３は、電力切換器１０に接続されている。

充放電モード制御器１４は、主制御器１３とフルブリッジ切換回路１２とに接続されており、また主制御器１３からの充電指令又は放電指令に応じて充電モード又は放電モードに入るように、フルブリッジ切換回路１２を作動させる。

再充電可能のバッテリー１５は、フルブリッジ切換回路１２を介して充電又は放電をするように、フルブリッジ切換回路１２に接続されている。

高頻度充電回路１６は、交流電力を直流電流に変換してバッテリー１５に頻繁に充電するように、交流電力入力端子ＡＣ，ＩＮとバッテリー１５との間に接続されている。この実施例においては、高頻度充電回路１６は、整流器１６１と高頻度充電器１６２とを有する。

このラインインタラクティブ無停電電源装置は、作動回数の多い高頻度充電回路１６を交流電力入力端子ＡＣ，ＩＮとバッテリー１５との間に付加している。交流電力源の電力が正常に供給されていると、高頻度充電回路１６は、バッテリー１５が満充電でないか否かを検出する。

整流器１６１から出力される直流電力は、バッテリー１５に供給するための特定の電圧を有する直流電力に変換されて、バッテリー１５に充電されかつそのバッテリー１５を満充電に維持する。その結果、ラインインタラクティブ無停電電源装置は、低頻度トランス１１とフルブリッジ切換回路１２とを介することなく、バッテリー１５に充電することができ、付加的な電力損失を効果的に回避することができる。

図２を参照するに、本発明に従う他のラインインタラクティブ無停電電源装置は、切換器１７を付加していることを除いて、図1に示すラインインタラクティブ無停電電源装置とほぼ同じ構造を有する。切換器１７は、低頻度トランス１１の巻線１１１ａと電力切換器１０との間に直列的に接続されており、また充放電モード制御器１４によりオン又はオフに切り換えるように制御される。

図３Ａを参照するに、バッテリー１５の充電量が満充電であることを示す信号を主制御器１３が充放電モード制御器１４に出力すると、充放電モード制御器１４は、低頻度トランス１１を交流電力源と負荷とから切り離すように、切換器１７をオフにする。この実施例において、切換器１７は、リレー、メタル・オキサイド型の電界効果トランジスタ(MOSFET)、双方向サイリスタ(TRIAC)、絶縁ゲートハイポーラトランジスタ(IGBT)等の１つとすることができる。

一般に、バッテリーの蓄電量は、満充電後、僅かに低下する。そのようなバッテリーの蓄電量の僅かな低下が検出されると、主制御器は充放電制御器に小電流充電モード指令を出力する。これにより充放電モード制御器は、切換器をオフに切り換えて、低頻度トランスを交流電力源及び負荷から切り離した状態に維持する。その間、高頻度充電回路は、交流電力を直流電流に直接変換して、バッテリーに充電するように、作用する。

図３Ｂを参照するに、無停電電力装置のバッテリー１５の電力は、交流電力の停電時間が短い場合に負荷に供給するための交流電力に変換されて、低下する。このため、バッテリー１５の蓄電量は大きく低下する。これにより、主制御器は、大電流充電モード指令を充放電モード制御器１４に出力する。

それにより充放電制御器１４は、低頻度トランス１１を交流電力源と負荷とに接続するように、切換器１７をオンに維持する。その結果、交流電力源は、バッテリー１５が満充電になるまで、低頻度トランス１１とフルブリッジ切換回路１２とを介して、バッテリー１５を大直流電力で速やかに充電することに用いられる。

これにより、正常な交流電力の時間が異常電力供給時間又は停電時間より長いことから、本発明は、バッテリーの充電のために低変換効率の低頻度トランスを採用することにより生じる電力損失を回避するために、高頻度充電回路を付加している。またこの実施例においては、通常の交流電力が検出されたとき、低頻度トランスは、余分な電力消費を避けるために交流電力源から切り離される。上記のような回路構成において、本発明に係る無停電電源装置は、正常の交流電力に対し０．５Ｗを消費するにすぎず、それにより電力節約効果に達成する。

本発明に関して、上記のような種々の特徴及び利点を発明の構成及び機能と共に述べたが、それらは実施例についての説明である。本発明は，特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限り、種々変更することができる。

１０ 電力切換器
１１ 低頻度トランス
１２ フルブリッジ切換回路
１３ 主制御器
１４ 充放電モード制御器
１５ 再充電可能のバッテリー
１６ 高頻度充電回路
１１１ａ，１１１ｂ 巻線
１２１，１２２ 半ブリッジ切換回路

Claims (7)

1. 交流電力源の電力が負荷に供給されているか否かを決定すべく、交流電力源に接続される交流電力入力端子に接続された電力切換器と、
   ２つの巻線を有する低頻度トランスであって、一方の巻線が前記負荷と前記交流電力源とに接続される低頻度トランスと、
   前記低頻度トランスの他方の巻線に接続された直列接続点を有する２つの半ブリッジ切換回路を有するフルブリッジ切換回路と、
   前記電力切換器に接続された主制御器と、
   前記主制御器と前記フルブリッジ切換回路とに接続された充放電モード制御器であって、前記主制御器からの充電指令又は放電指令にしたがって充電モード又は放電モードに入るように前記フルブリッジ切換回路を作動させる充放電モード制御器と、
   前記フルブリッジ切換回路に接続された、再充電可能のバッテリーであって、前記フルブリッジ切換回路を介して充放電を実行するバッテリーと、
   前記交流電力入力端子と前記バッテリーとの間に接続された高頻度充電回路であって、前記交流電力を直流電力に変換する高頻度充電回路とを含む、省電力ラインインタラクティブ無停電電源装置。
2. 前記高頻度充電回路は、整流器と高頻度充電器とを含む、請求項１に記載の省電力ラインインタラクティブ無停電電源装置。
3. さらに、前記低頻度トランスの２つの巻線と前記電力切換器との間に直列に接続されて、オン又はオフに切り換るように前記充放電モード制御器により制御される切換器を含む、請求項１又は２に記載の省電力ラインインタラクティブ無停電電源装置。
4. 前記切換器は、リレーである、請求項３に記載の省電力ラインインタラクティブ無停電電源装置。
5. 前記切換器は、メタル・オキサイド型の電界効果トランジスタである、請求項３に記載の省電力ラインインタラクティブ無停電電源装置。
6. 前記切換器は、双方向サイリスタである、請求項３に記載の省電力ラインインタラクティブ無停電電源装置。
7. 前記切換器は、絶縁ゲートハイポーラトランジスタである、請求項３に記載の省電力ラインインタラクティブ無停電電源装置。

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