JP3038652B2 - 無停電電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、通信機器などの電
子機器に使用されて無停電運転を保証する無停電電源装
置に関する。
子機器に使用されて無停電運転を保証する無停電電源装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２は、無停電電源装置の第一の従来例
である。
である。
【０００３】図中、符号２０１は商用交流入力電源、２
０２は整流平滑回路、２０３は第一のＤＣ−ＤＣコンバ
ータ、２０４はバッテリー、２０５はバッテリー電圧を
所望の電圧に変換する第二のＤＣ−ＤＣコンバータであ
る。この場合、バッテリー２０４は、商用交流入力電源
２０１が正常な場合、第一のＤＣ−ＤＣコンバータ２０
３でバッテリー２０４を充電すると同時に、第二のＤＣ
−ＤＣコンバータ２０５で所望の電圧へ変換し、負荷２
０６へエネルギーを供給する。
０２は整流平滑回路、２０３は第一のＤＣ−ＤＣコンバ
ータ、２０４はバッテリー、２０５はバッテリー電圧を
所望の電圧に変換する第二のＤＣ−ＤＣコンバータであ
る。この場合、バッテリー２０４は、商用交流入力電源
２０１が正常な場合、第一のＤＣ−ＤＣコンバータ２０
３でバッテリー２０４を充電すると同時に、第二のＤＣ
−ＤＣコンバータ２０５で所望の電圧へ変換し、負荷２
０６へエネルギーを供給する。
【０００４】この方式の場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ
が、２段直列に接続される構成の為、損失が大きく、か
つ回路構成が複雑になるので、サイズが大きく、かつコ
ストも高くなるという欠点があった。
が、２段直列に接続される構成の為、損失が大きく、か
つ回路構成が複雑になるので、サイズが大きく、かつコ
ストも高くなるという欠点があった。
【０００５】図３は、特開平３−９８４３１号公報にて
開示された第２の従来例である。
開示された第２の従来例である。
【０００６】図中、符号３０１は商用交流入力電源、３
０２は整流器、３０３は平滑用コンデンサ、３０４はト
ランス、３０４ａは１次巻線、３０４ｂ及び３０４ｃは
２次巻線、３０４ｄはバックアップ巻線、３０５は第一
のスイッチングトランジスタ、３２０は第二のスイッチ
ングトランジスタ、３２６はＰＷＭ変調回路である。
０２は整流器、３０３は平滑用コンデンサ、３０４はト
ランス、３０４ａは１次巻線、３０４ｂ及び３０４ｃは
２次巻線、３０４ｄはバックアップ巻線、３０５は第一
のスイッチングトランジスタ、３２０は第二のスイッチ
ングトランジスタ、３２６はＰＷＭ変調回路である。
【０００７】この場合、商用交流入力電源３０１が正常
な場合、第一のスイッチングトランジスタ３０５でトラ
ンス３０４を駆動し、整流平滑後負荷へ電力を供給する
と同時に、バックアップ巻き線３０４ｄに発生するパル
ス電圧を電圧制御回路３２２を介してバッテリー３１８
に充電する。商用交流入力電源３０１が停電すると停電
検出回路３２８からの信号により第二のスイッチングト
ランジスタ３２０を駆動しバッテリー３１８のエネルギ
ーをトランス３０４を介して２次巻線３０４ｂ、３０４
ｃに伝達し、負荷へ供給する。
な場合、第一のスイッチングトランジスタ３０５でトラ
ンス３０４を駆動し、整流平滑後負荷へ電力を供給する
と同時に、バックアップ巻き線３０４ｄに発生するパル
ス電圧を電圧制御回路３２２を介してバッテリー３１８
に充電する。商用交流入力電源３０１が停電すると停電
検出回路３２８からの信号により第二のスイッチングト
ランジスタ３２０を駆動しバッテリー３１８のエネルギ
ーをトランス３０４を介して２次巻線３０４ｂ、３０４
ｃに伝達し、負荷へ供給する。
【０００８】この方式の場合、第二のスイッチングトラ
ンジスタ３２０は、商用交流入力電源３０１が停電した
場合のみ動作すること、その為、停電検出回路３２８と
切り替えスイッチ３２７を必要とすること、また、停電
時にバッテリー３１８のエネルギーは、トランス３０４
を介して、負荷へ供給される。
ンジスタ３２０は、商用交流入力電源３０１が停電した
場合のみ動作すること、その為、停電検出回路３２８と
切り替えスイッチ３２７を必要とすること、また、停電
時にバッテリー３１８のエネルギーは、トランス３０４
を介して、負荷へ供給される。
【０００９】図４は、特開平７−８７６８６号公報にて
開示された第３の従来例である。
開示された第３の従来例である。
【００１０】図中、符号４３５はチョッパリアクトル、
４０７はバッテリー、４３１は第一のトランジスタ、４
３２は第一のフリーホイールダイオード、４３３は第二
のトランジスタ、４３４は第二のフリーホイールダイオ
ード、４１４は停電検出器を示す。
４０７はバッテリー、４３１は第一のトランジスタ、４
３２は第一のフリーホイールダイオード、４３３は第二
のトランジスタ、４３４は第二のフリーホイールダイオ
ード、４１４は停電検出器を示す。
【００１１】この場合、交流電源４０２が正常な場合、
第一のトランジスタ４３１のみを駆動させ、バッテリー
４０７に充電しておく。もし、停電検出器４１４が、停
電を検出すると第一のトランジスタ４３１の駆動を停止
し、第二のトランジスタ４３３を駆動し、バッテリー４
０７のエネルギーを負荷４０９側へ伝達する。
第一のトランジスタ４３１のみを駆動させ、バッテリー
４０７に充電しておく。もし、停電検出器４１４が、停
電を検出すると第一のトランジスタ４３１の駆動を停止
し、第二のトランジスタ４３３を駆動し、バッテリー４
０７のエネルギーを負荷４０９側へ伝達する。
【００１２】本方式も、停電検出器４１４により、第一
のトランジスタ４３１と第二のトランジスタ４３３を切
り替えている点で第２の従来例と同様である。
のトランジスタ４３１と第二のトランジスタ４３３を切
り替えている点で第２の従来例と同様である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】第一の従来例の場合、
ＤＣ−ＤＣコンバータが、２段直列に接続される構成の
為、損失が大きく、かつ回路構成が複雑になるので、サ
イズが大きく、かつコストも高くなるという欠点があっ
た。
ＤＣ−ＤＣコンバータが、２段直列に接続される構成の
為、損失が大きく、かつ回路構成が複雑になるので、サ
イズが大きく、かつコストも高くなるという欠点があっ
た。
【００１４】第二、第三の従来例の場合、商用交流入力
電源が正常な場合、第一のスイッチングトランジスタを
動作させ、停電した場合、第二のスイッチングトランジ
スタを動作させる為の停電検出回路と切り替えスイッチ
が必要となる為、回路構成が複雑になること、また第二
の従来例の場合、バッテリーを充電する為に電圧制御回
路が必要となるので、損失が大きくなる欠点がある。
電源が正常な場合、第一のスイッチングトランジスタを
動作させ、停電した場合、第二のスイッチングトランジ
スタを動作させる為の停電検出回路と切り替えスイッチ
が必要となる為、回路構成が複雑になること、また第二
の従来例の場合、バッテリーを充電する為に電圧制御回
路が必要となるので、損失が大きくなる欠点がある。
【００１５】本発明の目的は、低損失で回路構成の簡単
な無停電電源装置を提供することにある。
な無停電電源装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の無停電電源回路
は、入力の商用交流電圧を整流及び平滑し、得られた直
流電圧をスイッチングしてトランスの１次巻線を駆動す
る第一のスイッチング素子と、トランスの２次巻線から
所望のレベルに変換されたパルス電圧を取り出し、パル
ス電圧を整流及び平滑して直流電圧に変換して負荷へ出
力する電圧変換機構とをそなえ、さらにトランスにバッ
テリー充電用巻線を設け、整流用の第一の整流素子と平
滑用コンデンサとにより整流平滑された直流電圧によ
り、商用交流電圧が正常時にバックアップ用バッテリー
を充電する無停電電源装置において、第一の整流素子と
並列に、かつ、逆方向に第二のスイッチング素子を接続
し、さらに、第一のスイッチング素子に並列に、かつ、
逆方向に第二の整流素子を接続し、第一のスイッチング
素子と第二のスイッチング素子とは、互いに逆位相でス
イッチングを行い、商用交流入力電源が正常な場合、商
用交流入力電源から負荷、及びバッテリーへ、エネルギ
ーを供給し、商用交流入力電源が停電した場合、バッテ
リーからトランスの１次側へエネルギーを回生し、エネ
ルギーを、負荷へ伝達する手段を有する。
は、入力の商用交流電圧を整流及び平滑し、得られた直
流電圧をスイッチングしてトランスの１次巻線を駆動す
る第一のスイッチング素子と、トランスの２次巻線から
所望のレベルに変換されたパルス電圧を取り出し、パル
ス電圧を整流及び平滑して直流電圧に変換して負荷へ出
力する電圧変換機構とをそなえ、さらにトランスにバッ
テリー充電用巻線を設け、整流用の第一の整流素子と平
滑用コンデンサとにより整流平滑された直流電圧によ
り、商用交流電圧が正常時にバックアップ用バッテリー
を充電する無停電電源装置において、第一の整流素子と
並列に、かつ、逆方向に第二のスイッチング素子を接続
し、さらに、第一のスイッチング素子に並列に、かつ、
逆方向に第二の整流素子を接続し、第一のスイッチング
素子と第二のスイッチング素子とは、互いに逆位相でス
イッチングを行い、商用交流入力電源が正常な場合、商
用交流入力電源から負荷、及びバッテリーへ、エネルギ
ーを供給し、商用交流入力電源が停電した場合、バッテ
リーからトランスの１次側へエネルギーを回生し、エネ
ルギーを、負荷へ伝達する手段を有する。
【００１７】また、第二のスイッチング素子には駆動回
路からの信号をインバータで反転して入力し、第一のス
イッチング素子と第二のスイッチング素子とは、同一ス
イッチング周期で互いに逆位相でオン、オフを行う手段
を有してもよい。
路からの信号をインバータで反転して入力し、第一のス
イッチング素子と第二のスイッチング素子とは、同一ス
イッチング周期で互いに逆位相でオン、オフを行う手段
を有してもよい。
【００１８】従って、第二のスイッチング素子は、常時
第一のスイッチング素子と逆位相で動作させること、ま
た、停電時には、バッテリーのエネルギーは、１旦、１
次側の平滑用コンデンサに回生されることにより、低損
失で回路構成の簡単な無停電電源装置を実現することが
できる。
第一のスイッチング素子と逆位相で動作させること、ま
た、停電時には、バッテリーのエネルギーは、１旦、１
次側の平滑用コンデンサに回生されることにより、低損
失で回路構成の簡単な無停電電源装置を実現することが
できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】図１において、第一のスイッチング素子１
と第二のスイッチング素子２は、同一スイッチング周期
で互いに逆位相でオン、オフを行う為、第二のスイッチ
ング素子２には駆動回路１６からの信号をインバータ１
７で反転して入力している。もし、商用交流入力電源３
が正常な場合、整流・平滑された直流電圧は第一のスイ
ッチング素子１で高周波に変換され、トランス６を介し
てトランスの１次巻線６ａと、トランスの２次巻線６ｂ
とから所望のレベルに変換されたパルス電圧を取り出
し、２次側に伝達される。負荷１２には第三の整流素子
９及びフライホイールダイオード１３、インダクタ１
０、及び平滑用コンデンサ１１により整流、平滑された
直流電圧が供給される。
と第二のスイッチング素子２は、同一スイッチング周期
で互いに逆位相でオン、オフを行う為、第二のスイッチ
ング素子２には駆動回路１６からの信号をインバータ１
７で反転して入力している。もし、商用交流入力電源３
が正常な場合、整流・平滑された直流電圧は第一のスイ
ッチング素子１で高周波に変換され、トランス６を介し
てトランスの１次巻線６ａと、トランスの２次巻線６ｂ
とから所望のレベルに変換されたパルス電圧を取り出
し、２次側に伝達される。負荷１２には第三の整流素子
９及びフライホイールダイオード１３、インダクタ１
０、及び平滑用コンデンサ１１により整流、平滑された
直流電圧が供給される。
【００２１】また、トランス６を介してトランスの１次
巻線６ａと、トランスの２次巻線であるバッテリー充電
用巻線６ｃとから所望のレベルに変換されたパルス電圧
を取り出し、バッテリー１５には第一の整流素子７と平
滑用コンデンサ１４で整流、平滑された直流電圧で充電
が行われる。
巻線６ａと、トランスの２次巻線であるバッテリー充電
用巻線６ｃとから所望のレベルに変換されたパルス電圧
を取り出し、バッテリー１５には第一の整流素子７と平
滑用コンデンサ１４で整流、平滑された直流電圧で充電
が行われる。
【００２２】ここで、商用交流入力電源３が停電した場
合、バッテリー１５に蓄積されていたエネルギーは第二
のスイッチング素子２により高周波に変換され、トラン
ス６の１次側に伝達され、第二の整流素子８を介して、
商用交流平滑用コンデンサ５に回生されると同時に、第
三の整流素子９、及びフライホイールダイオード１３、
インダクタ１０、及びコンデンサ１１で整流、平滑され
負荷に伝達される。
合、バッテリー１５に蓄積されていたエネルギーは第二
のスイッチング素子２により高周波に変換され、トラン
ス６の１次側に伝達され、第二の整流素子８を介して、
商用交流平滑用コンデンサ５に回生されると同時に、第
三の整流素子９、及びフライホイールダイオード１３、
インダクタ１０、及びコンデンサ１１で整流、平滑され
負荷に伝達される。
【００２３】本発明の実施の形態の回路によれば、第二
のスイッチング素子２は、常時第一のスイッチング素子
１と逆位相で動作させること、また、停電時には、バッ
テリー１５のエネルギーは、１旦、１次側の平滑用コン
デンサ５に回生される。これらの点で、本発明と第二の
従来例とは根本的に構成が異なる。
のスイッチング素子２は、常時第一のスイッチング素子
１と逆位相で動作させること、また、停電時には、バッ
テリー１５のエネルギーは、１旦、１次側の平滑用コン
デンサ５に回生される。これらの点で、本発明と第二の
従来例とは根本的に構成が異なる。
【００２４】また、第三の従来例は、停電検出器４１４
により、第一のトランジスタ４３１と第二のトランジス
タ４３３を切り替えている点で本発明の実施の形態の回
路とは、構成が全く異なる。
により、第一のトランジスタ４３１と第二のトランジス
タ４３３を切り替えている点で本発明の実施の形態の回
路とは、構成が全く異なる。
【００２５】ここで、駆動回路１６からの駆動信号パル
スのＤＵＴＹをＤとし、商用交流平滑用コンデンサ５の
両端の電圧をＥ、トランス６の１次巻線６ａの巻数をＮ
ｐ、２次巻線６ｂの巻数をＮｓ１、２次巻線であるバッ
テリー充電用巻線６ｃの巻数をＮｓ２、負荷１２の両端
の電圧をＶ１、バッテリー１５の両端電圧をＶｂとする
と商用交流入力電源３が正常な場合、Ｖ１、Ｖｂは Ｖ１＝Ｅ×Ｄ×Ｎｓ１／Ｎｐ−−−−−−−−−−−−（１） Ｖｂ＝Ｅ×Ｄ／（１−Ｄ）×（Ｎｓ２／Ｎｐ）−−−−（２） の関係が成立するので所望の電圧Ｖ１、Ｖｂとなるよう
に、Ｄ、Ｎｐ、Ｎｓ１、Ｎｓ２を決定する。
スのＤＵＴＹをＤとし、商用交流平滑用コンデンサ５の
両端の電圧をＥ、トランス６の１次巻線６ａの巻数をＮ
ｐ、２次巻線６ｂの巻数をＮｓ１、２次巻線であるバッ
テリー充電用巻線６ｃの巻数をＮｓ２、負荷１２の両端
の電圧をＶ１、バッテリー１５の両端電圧をＶｂとする
と商用交流入力電源３が正常な場合、Ｖ１、Ｖｂは Ｖ１＝Ｅ×Ｄ×Ｎｓ１／Ｎｐ−−−−−−−−−−−−（１） Ｖｂ＝Ｅ×Ｄ／（１−Ｄ）×（Ｎｓ２／Ｎｐ）−−−−（２） の関係が成立するので所望の電圧Ｖ１、Ｖｂとなるよう
に、Ｄ、Ｎｐ、Ｎｓ１、Ｎｓ２を決定する。
【００２６】このとき、負荷電圧Ｖ１とバッテリー電圧
Ｖｂの間には、（１）式、（２）式より Ｖ１＝（Ｎｓ１／Ｎｓ２）×Ｖｂ×（１−Ｄ）−−−−（３） の関係が成り立っている。
Ｖｂの間には、（１）式、（２）式より Ｖ１＝（Ｎｓ１／Ｎｓ２）×Ｖｂ×（１−Ｄ）−−−−（３） の関係が成り立っている。
【００２７】もし、商用交流入力電源３が停電した場
合、Ｅには Ｅ＝（Ｎｐ／Ｎｓ２）×Ｖｂ×（１−Ｄ）／Ｄ−−−−（４） で表される電圧がバッテリー１５に蓄積されたエネルギ
ーにより発生し、負荷の電圧Ｖ１は（１）式のＶ１＝Ｅ
×Ｄ×Ｎｓ１／Ｎｐより（４）式を代入すれば Ｖ１＝（Ｎｓ１／Ｎｓ２）×Ｖｂ×（１−Ｄ） となる。
合、Ｅには Ｅ＝（Ｎｐ／Ｎｓ２）×Ｖｂ×（１−Ｄ）／Ｄ−−−−（４） で表される電圧がバッテリー１５に蓄積されたエネルギ
ーにより発生し、負荷の電圧Ｖ１は（１）式のＶ１＝Ｅ
×Ｄ×Ｎｓ１／Ｎｐより（４）式を代入すれば Ｖ１＝（Ｎｓ１／Ｎｓ２）×Ｖｂ×（１−Ｄ） となる。
【００２８】これより、商用交流入力電源３が正常な場
合の（３）式と同じ関係が成立することから、商用交流
入力電源３が停電時にも所望の電圧が負荷に供給される
ことが分かる。
合の（３）式と同じ関係が成立することから、商用交流
入力電源３が停電時にも所望の電圧が負荷に供給される
ことが分かる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、第二のス
イッチング素子は、常時第一のスイッチング素子と逆位
相で動作させること、また、停電時には、バッテリーの
エネルギーは、１旦、１次側の平滑用コンデンサに回生
されることにより、低損失で回路構成の簡単な無停電電
源装置を実現することができるという効果がある。
イッチング素子は、常時第一のスイッチング素子と逆位
相で動作させること、また、停電時には、バッテリーの
エネルギーは、１旦、１次側の平滑用コンデンサに回生
されることにより、低損失で回路構成の簡単な無停電電
源装置を実現することができるという効果がある。
【図１】本発明の実施の形態を示す図である。
【図２】第一の従来例を示す図である。
【図３】第二の従来例を示す図である。
【図４】第三の従来例を示す図である。
１ 第一のスイッチング素子 ２ 第二のスイッチング素子 ３、２０１、３０１ 商用交流入力電源 ４ 商用交流整流素子 ５ 商用交流平滑用コンデンサ ６、３０４ トランス ６ａ、３０４ａ １次巻線 ６ｂ、３０４ｂ、３０４ｃ ２次巻線 ６ｃ バッテリー充電用巻線 ７ 第一の整流素子 ８ 第二の整流素子 ９ 第三の整流素子 １０ インダクタ １１、１４、３０３、３１３、３１４、４０５、４３６
平滑用コンデンサ １２、２０６、４０９ 負荷 １３ フライホイールダイオード １５、２０４、３１８、４０７ バッテリー １６ 駆動回路 １７、４０８ インバータ ２０２ 平滑回路 ２０３ 第一のＤＣ−ＤＣコンバータ ２０５ 第二のＤＣ−ＤＣコンバータ ３０２ 整流器 ３０４ｄ バックアップ用巻き線 ３０５ 第一のスイッチングトランジスタ ３２０ 第二のスイッチングトランジスタ ３０６、３２１ 制御回路 ３０７〜３１０、３２３ ダイオード ３２２ 電圧制御回路、 ３２５ 電圧検出回路 ３２６ ＰＷＭ変調回路 ３２７ 切替スイッチ ３２８ 停電検出回路 ４０２ 交流電源 ４０３ 整流器 ４０４ 直流中間回路 ４１４ 停電検出器 ４３１ 第一のトランジスタ ４３２ 第一のフリーホイールダイオード ４３３ 第二のトランジスタ ４３４ 第二のフリーホイールダイオード ４３５ チョッパリアクトル ４３７ 第１ゲート駆動 ４３８ 第２ゲート駆動
平滑用コンデンサ １２、２０６、４０９ 負荷 １３ フライホイールダイオード １５、２０４、３１８、４０７ バッテリー １６ 駆動回路 １７、４０８ インバータ ２０２ 平滑回路 ２０３ 第一のＤＣ−ＤＣコンバータ ２０５ 第二のＤＣ−ＤＣコンバータ ３０２ 整流器 ３０４ｄ バックアップ用巻き線 ３０５ 第一のスイッチングトランジスタ ３２０ 第二のスイッチングトランジスタ ３０６、３２１ 制御回路 ３０７〜３１０、３２３ ダイオード ３２２ 電圧制御回路、 ３２５ 電圧検出回路 ３２６ ＰＷＭ変調回路 ３２７ 切替スイッチ ３２８ 停電検出回路 ４０２ 交流電源 ４０３ 整流器 ４０４ 直流中間回路 ４１４ 停電検出器 ４３１ 第一のトランジスタ ４３２ 第一のフリーホイールダイオード ４３３ 第二のトランジスタ ４３４ 第二のフリーホイールダイオード ４３５ チョッパリアクトル ４３７ 第１ゲート駆動 ４３８ 第２ゲート駆動
Claims (2)
- 【請求項１】 入力の商用交流電圧を整流及び平滑し、
得られた直流電圧をスイッチングしてトランスの１次巻
線を駆動する第一のスイッチング素子と、前記トランス
の２次巻線から所望のレベルに変換されたパルス電圧を
取り出し、該パルス電圧を整流及び平滑して直流電圧に
変換して負荷へ出力する電圧変換機構とをそなえ、さら
に前記トランスにバッテリー充電用巻線を設け、整流用
の第一の整流素子と平滑用コンデンサとにより整流平滑
された直流電圧により、前記商用交流電圧が正常時にバ
ックアップ用バッテリーを充電する無停電電源装置にお
いて、 前記第一の整流素子と並列に、かつ、逆方向に第二のス
イッチング素子を接続し、さらに、前記第一のスイッチ
ング素子に並列に、かつ、逆方向に第二の整流素子を接
続し、前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッ
チング素子とは、互いに逆位相でスイッチングを行い、 商用交流入力電源が正常な場合、該商用交流入力電源か
ら前記負荷、及び前記バッテリーへ、エネルギーを供給
し、 前記商用交流入力電源が停電した場合、前記バッテリー
から前記トランスの１次側へエネルギーを回生し、該エ
ネルギーを、前記負荷へ伝達する手段を有することを特
徴とする無停電電源装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の無停電電源装置におい
て、 前記第二のスイッチング素子には駆動回路からの信号を
インバータで反転して入力し、前記第一のスイッチング
素子と前記第二のスイッチング素子とは、同一スイッチ
ング周期で互いに逆位相でオン、オフを行う手段を有す
ることを特徴とする無停電電源装置。
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