JP2893232B2 - 昇圧型無停電電源装置 - Google Patents

昇圧型無停電電源装置

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JP2893232B2
JP2893232B2 JP5248639A JP24863993A JP2893232B2 JP 2893232 B2 JP2893232 B2 JP 2893232B2 JP 5248639 A JP5248639 A JP 5248639A JP 24863993 A JP24863993 A JP 24863993A JP 2893232 B2 JP2893232 B2 JP 2893232B2
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勝 西塚
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、昇圧型の無停電電源装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、上記の昇圧型無停電電源装置に
は、例えば図2に示すようなものがある。この無停電電
源装置は、商用交流電源に接続される入力端子10,1
2を有し、入力端子10が入力端子12より電位が高い
正の半波のとき、高周波ノイズ除去コイル14及び限流
抵抗器16を介してコンデンサ18を充電する。例え
ば、商用交流電源の電圧が実効値100Vのとき、14
0Vに充電する。充電が完了すると、限流抵抗器16に
並列に接続されているトライアック20が図示しない制
御回路からゲート信号を受けて導通し、限流抵抗器16
を短絡する。
【0003】上記正の半波の期間中、例えばIGBT等
のスイッチング素子22に例えば15乃至20kHzの
周波数のゲート信号が図示しない制御回路から供給され
て、このスイッチング素子22は、このゲート信号に応
じてオン・オフを繰り返す。スイッチング素子22がオ
ンの状態では、交流電源,入力の一方の端子,高周波ノ
イズ除去コイル,トライアック,リアクトル26,スイ
ッチング素子22を介してコンデンサ28に流れ、この
コンデンサ28を逆充電叉は放電する。
【0004】スイッチング素子22がオフの状態では、
リアクトル26に矢印で示す方向の電圧が発生し、この
リアクトル26から電流がスイッチング素子22と直列
に接続されているIGBT等のスイッチング素子29
に、逆並列に接続されているダイオード30を介して、
コンデンサ28と直列に接続されているコンデンサ32
に流れ、さらに高周波ノイズ除去コイル,他方の入力端
子に流れる。このとき、コンデンサ32は図2に示す極
性に充電され、その最大電圧は、交流電源電圧にリアク
トル26の逆起電力との和の電圧、通常200Vに昇圧
される。
【0005】一方、端子10の電位が端子12の電位よ
り低い負の半波では、入力端子12,高周波ノイズ除去
コイル14,コンデンサ18,トライアック20,高周
波ノイズ除去コイル14を介して入力端子10に電流が
流れ、コンデンサ18が充電される。また、入力端子1
2,高周波ノイズ除去コイル14,コンデンサ28,ス
イッチングトランジスタ22に逆並列に接続されている
ダイオード46,リアクトル26,トライアック20,
高周波ノイズ除去コイル14,入力端子10と電流が流
れコンデンサ28が充電される。
【0006】この負の半波の期間中、スイッチング素子
29がスイッチング素子22と同様に、図示しない制御
回路から供給される例えば15乃至20kHzの周波数
のゲート信号によってオン・オフを繰り返す。スイッチ
ング素子29がオンの状態では、交流電源,入力の他方
の端子12高周波ノイズ除去コイル14からコンデンサ
32,スイッチング素子29,リアクトル26への電流
が流れ、コンデンサ32は逆充電または放電される。
【0007】スイッチング素子29がオフの状態では、
リアクトル26には矢印と逆向きの電圧が発生し、リア
クトル26からトライアック20,高周波ノイズ除去コ
イル14,交流電源,高周波ノイズ除去コイル14,コ
ンデンサ28,ダイオード46を介してリアクトル26
に電流が流れ、コンデンサ28は図2に示す極性に充電
され、その最大電圧は交流電源電圧とリアクトル20の
逆起電力との和の電圧に昇圧、通常200Vに昇圧され
る。
【0008】そして、コンデンサ32,28間に直列に
接続されているIGBT等のスイッチング素子34,3
6のうち、スイッチング素子34を、図示しない制御回
路からのゲート信号によって一定の期間だけ導通させ
る。これにより、コンデンサ32の電荷が、このスイッ
チング素子34,出力リアクトル38,高周波ノイズ除
去コイル40,出力端子42,図示しない負荷,出力端
子44,高周波ノイズ除去コイル40を介してコンデン
サ32に流れ、負荷に交流出力が供給される。
【0009】また、一定時間、スイッチング素子36を
オンさせると、コンデンサ28から高周波ノイズ除去コ
イル40,出力端子44,図示しない負荷,出力端子4
2,高周波ノイズ除去コイル40,出力リアクトル3
8,スイッチング素子36を介してコンデンサ28に電
流が流れ、負荷に交流出力が供給される。
【0010】なお、48,50はスイッチング素子3
4,36に逆並列に接続されたダイオードである。
【0011】ところで、図2の電源装置では、コンデン
サ28,32の間にスイッチング素子52,蓄電池54
の直列回路が接続されており、これら両者の接続点は、
ダイオード56を介してコンデンサ32とスイッチング
素子34との接続点に接続されている。このスイッチン
グ素子52は商用交流電源が給電している期間、図示し
ていない制御回路からのゲート信号によってオン状態と
され、蓄電池54を充電さている。
【0012】そして、商用交流電源が停電した状態で
は、ダイオード56を介して蓄電池54の電圧がスイッ
チング素子34,36の両端間に印加され、スイッチン
グ素子34,36が上述したのと同様に、スイッチング
素子34が正の半波に相当する期間の所定時間オンし、
スイッチング素子36が負の半波に相当する期間の所定
時間オンすることを繰り返し、停電であっても負荷に停
電前と同様に交流出力を供給する。
【0013】なお、58は高周波ノイズ除去コイル1
4,40間に接続されたトライアック叉はサイリスタが
逆並列接続されたスイッチ回路で、上述したスイッチン
グ素子22,29,34,36,コンデンサ28,32
等で構成された昇圧型のインバータ回路を保守点検する
際にオンとされて、商用交流電源を高周波ノイズ除去コ
イル14,40を介して負荷に供給するためのものであ
る。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
無停電電源装置では、コンデンサ28,32の電圧がそ
れぞれ最大400Vになるので、蓄電池54には400
V以上の電圧を発生することができるものを使用しなけ
ればならず、装置が大型になるという問題点があった。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、直列に接続された第1及び第2のス
イッチング素子と、第1及び第2のスイッチング素子に
同一の方向性で逆並列に接続された第1及び第2のダイ
オードと、第1及び第2のスイッチング素子間に直列に
接続された第1及び第2のコンデンサと、これら第1及
び第2のコンデンサ間の接続されたインバータと、第1
及び第2のスイッチング素子の接続点と交流電源の一方
の端子間に接続された第1のリアクトルと、第1のスイ
ッチング素子と逆並列に接続された第2のリアクトルと
第3のスイッチング素子と蓄電池との直列回路と、第1
及び第2のコンデンサの接続点に接続された他方の入力
端子とを具備し、第1のスイッチング素子は、上記交流
電源が一方の極性のときと上記交流電源が停電のときに
周期的にオン・オフされ、第2のスイッチング素子は、
上記交流電源が他方の極性のとき周期的にオン・オフさ
れ、第3のスイッチング素子は、上記交流電源が停電の
ときオンとされるものである。
【0016】
【作用】本発明によれば、交流電源が一方の極性では、
第1のスイッチング素子が、オン・オフを繰り返し、オ
ン状態において交流電源から第1のリアクトルに電流が
流れる。第1のスイッチング素子がオフ状態では、リア
クトルに逆起電力が発生し、この第1のリアクトルから
第2のコンデンサ、交流電源に電流が流れ、第2のコン
デンサの電圧は、交流電源電圧と第1のリアクトルの逆
起電力との和である電圧となる。即ち、第2のコンデン
サの電圧は、交流電源の電圧よりも昇圧された電圧とな
る。
【0017】また、交流電源が他方の極性では、第2の
スイッチング素子がオン・オフを繰り返し、オン状態に
おいて、交流電源から第1のリアクトルに正の極性のと
きは反対方向に電流が流れ、この第1のリアクトルに電
流が流れる。第2のスイッチング素子がオフ状態におい
て、第1のリアクトルに逆起電力が発生し、この逆起電
力と交流電源電圧とが第1のコンデンサに印加され、第
1のコンデンサの電圧は、交流電源の電圧よりも昇圧さ
れる。
【0018】交流電源が停電すると、第3のスイッチン
グ素子がオン状態となり、第1のスイッチング素子がオ
ン・オフを繰り返す。第1のスイッチング素子がオンと
なると、第2のリアクトルに蓄電池から電流が流れる。
そして、第1のスイッチング素子がオフ状態となると、
第2のリアクトルに逆起電力が発生する。この電圧と蓄
電池の電圧とが加算されて、第1及び第2のコンデンサ
間に印加される。即ち、蓄電池の電圧が昇圧されて、第
1及び第2のコンデンサ間に印加される。
【0019】
【実施例】この発明による無停電電源装置の1実施例を
図1に示す。なお、図2に示した従来のものと同等部分
には同一符号を付して、その説明を省略する。
【0020】この実施例では、蓄電池60とサイリスタ
等の電子スイッチング素子62と第2のリアクトル68
との直列回路が、第1のスイッチング素子22と逆並列
に接続されている。さらに、スイッチング素子62と蓄
電池60との接続点が、NPNトランジスタ等のスイッ
チング素子64とダイオード66との直列回路を介して
スイッチング素子29とコンデンサ32との接続点に接
続されている。
【0021】この実施例では、入力端子10,12に商
用交流電源が電圧を印加している状態では図2に関連し
て説明したのと同様にして、負荷に交流出力が供給され
る。このとき、図示しない制御回路からの制御信号に基
づいて、スイッチング素子64がオンしており、蓄電池
60は充電されている。
【0022】この状態で停電が生じると、この停電状態
を図示しない検出器が検出し、図示しない制御回路がス
イッチング素子62にゲート信号を供給し、これをオン
状態とする。これによってコンデンサ18が蓄電池60
によって充電される。
【0023】また、図示しない制御回路は、同時にスイ
ッチング素子22に15kHz乃至20kHzの周波数
のゲート信号を供給し、スイッチング素子22をオン・
オフさせる。なお、商用交流電源が給電している状態で
は、スイッチング素子22に供給されるゲート信号は、
正の極性に対応する期間だけに発生したが、停電状態で
は停電が復旧するまでの期間、連続的に発生する。
【0024】スイッチング素子22がオンの状態では、
第2リアクトル68に蓄電池60から電流が供給され
る。そして、スイッチング素子22がオフの状態では、
リアクトル68に図1に矢印で示す方向に逆起電力が発
生し、ダイオード30,コンデンサ32,28,蓄電池
60に電流が流れ、コンデンサ32,28間には第2の
リアクトル68の電圧と蓄電池60の電圧とを加算した
電圧、即ち蓄電池60の電圧を昇圧した電圧が印加され
る。コンデンサ32,28間の電圧が、スイッチング素
子34,36によってオン・オフ制御され、即ちインバ
ータ制御され、負荷に供給される。
【0025】そして、停電が復旧すると、入力端子10
の電位が入力端子12の電位よりも高いときに、サイリ
スタであるスイッチング素子62に逆電圧が印加され、
スイッチング素子62はオフ状態となる。以下、従来の
ものと同様に動作する。
【0026】上記の実施例では、スイッチング素子2
2,29,34,36にIGBTを用いたが、他にFE
Tやバイポーラトランジスタ等も使用することができ
る。また、上記実施例では、コンデンサ18を設けてい
たが、除くこともできる。さらに、第1リアクトルと第
2リアクトルは別々に設けているが、同一鉄心の別の脚
に巻回し、第1リアクトルと第2リアクトルを粗結合さ
せて使用することもできる。
【0027】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、第1の
スイッチング素子と逆並列に停電時にオンとなる第3の
スイッチング素子と蓄電池と第2リアクトルとを直列に
接続しているので、第1のスイッチング素子をオン・オ
フさせることによって、蓄電池の電圧を昇圧して、第1
及び第2のコンデンサ間に印加することができる。従っ
て、蓄電池として交流電源が給電時に第1または第2の
コンデンサに印加される電圧よりも低い電圧を発生する
ものを使用することができる、この無停電電源装置を小
型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による無停電電源装置の一実施例の回路
図である。
【図2】従来の無停電電源装置の回路図である。
【符号の説明】
18 (入力)コンデンサ 22 (第1の)スイッチング素子 26 (第1の)リアクトル 28 (第1の)コンデンサ 29 (第2の)スイッチング素子 30 ダイオード 32 (第2の)コンデンサ 34 スイッチング素子(インバータ) 36 スイッチング素子(インバータ) 46 ダイオード 60 蓄電池 62 (第3の)スイッチング素子 68 (第2の)リアクトル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 手島 聖治 (56)参考文献 特開 平2−84070(JP,A) 特開 平2−168867(JP,A) 特開 平7−59362(JP,A) 特開 平7−59361(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02M 7/00 - 7/98 H02M 3/00 - 3/44 H02J 7/00 H02J 7/34 - 7/36

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直列に接続された第1及び第2のスイッ
    チング素子と、第1及び第2のスイッチング素子に同一
    の方向性で逆並列に接続された第1及び第2のダイオー
    ドと、第1及び第2のスイッチング素子間に直列に接続
    された第1及び第2のコンデンサと、これら第1及び第
    2のコンデンサ間の接続されたインバータと、第1及び
    第2のスイッチング素子の接続点と交流電源の一方の端
    子間に接続された第1のリアクトルと、第1のスイッチ
    ング素子と逆並列に接続された第2のリアクトルと第3
    のスイッチング素子と蓄電池との直列回路と、第1及び
    第2のコンデンサの接続点に接続された他方の入力端子
    を具備し、第1のスイッチング素子は、上記交流電源
    が一方の極性のときと上記交流電源が停電のときに周期
    的にオン・オフされ、第2のスイッチング素子は、上記
    交流電源が他方の極性のとき周期的にオン・オフされ、
    第3のスイッチング素子は、上記交流電源が停電のとき
    オンとされる昇圧型無停電電源装置。
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