JP3599070B2

JP3599070B2 - 無停電電源装置

Info

Publication number: JP3599070B2
Application number: JP28267495A
Authority: JP
Inventors: 誠坂根
Original assignee: Yuasa Corp
Current assignee: Yuasa Corp
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2015-10-31
Also published as: JPH09130994A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無停電電源装置に関するもので、さらに詳しく言えば、商用給電時は商用電源からの交流電力を直接または整流回路によって整流された直流電力を重畳させて負荷に供給し、停電時は交流バックアップ回路からの交流電力を整流回路およびスイッチング回路を介して前記負荷に供給するようにした無停電電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無停電電源装置には、常時は商用電源からの交流電力を負荷に供給し、停電時は蓄電池からの直流電力をインバータで交流電力に変換して前記負荷に供給するようにした常時商用給電型のものがある。
【０００３】
このような無停電電源装置は、蓄電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータの出力電圧を商用電源電圧程度にすることができるので、蓄電池のセル数を少なくすることができる。
【０００４】
上記した無停電電源装置の従来のものは図６に示したようなもので、商用電源１からの交流電力が入力されて蓄電池の充電電力を出力する充電器２、この充電器２からの充電電力によって充電される蓄電池３、この蓄電池３からの直流電力を交流電力に変換するインバータ４からなる交流バックアップ回路１０を有し、商用電源１の受電時はその交流電力をフィルタリアクトル５１、フィルタコンデンサ５２からなるフィルタ５を介して負荷６に供給し、停電時は前記交流バックアップ回路１０からの交流電力を前記フィルタ５を介して負荷６に供給するようにしたものである。
【０００５】
前記交流バックアップ回路１０のインバータ４は２組のスイッチング素子の直列接続回路４１Ａ、４１Ｂからなり、前記スイッチング素子の直列接続回路４１Ａはスイッチング素子４１Ａ−１、４１Ａ−２を有し、前記スイッチング素子の直列接続回路４１Ｂはスイッチング素子４１Ｂ−１、４１Ｂ−２を有し、停電時に前記スイッチング素子４１Ａ−１、４１Ｂ−２と前記スイッチング素子４１Ｂ−１、４１Ａ−２とを商用電源１の周波数と同じ周波数または商用電源１の周波数より高い周波数でその波高値に比例したパルス幅で交互にオン、オフさせることによって前記負荷６に交流電力を供給している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の無停電電源装置は、構成を簡素化することができるが、商用電源１の受電時に負荷６がその電圧変動の影響を受けるため、高い入力電圧精度が要求される負荷には適用できないという問題があった。
【０００７】
また、商用電源１の受電時に、瞬時電圧低下や瞬時停電が頻繁に発生すると、その都度蓄電池３が放電するため、蓄電池３の寿命が短くなるという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、商用電源からの交流電力を整流する、第１コンデンサと第２コンデンサとの直列接続回路を備えた整流回路と、この整流回路の直流側に接続された、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との直列接続回路を備えたスイッチング回路と、前記整流回路の第１コンデンサと第２コンデンサとの直列接続点と前記スイッチング回路の第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との直列接続点との間に介挿された、第１制御用トランジスタと第１制御用ダイオードとの並列接続回路および第２制御用トランジスタと第２制御用ダイオードとの並列接続回路の直列回路からなる制御スイッチと、前記交流電力を蓄電池の充電電力に変換する充電器、この充電器からの充電電力によって充電される蓄電池およびこの蓄電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータからなる交流バックアップ回路と、商用電源電圧が許容範囲内にあるかどうかを検出する電圧検出回路と、商用電源の停電を検出する停電検出回路と、前記スイッチング回路、制御スイッチおよび交流バックアップ回路のインバータの動作を制御する制御回路とを有し、商用給電時に、検出された商用電源電圧が許容範囲内の場合、前記制御スイッチをオンさせて商用電源からの交流電力を出力させ、検出された商用電源電圧が許容範囲外の場合、商用電源電圧が正の半サイクルにおいて、前記スイッチング回路の第１スイッチング素子と前記制御スイッチの第１制御用トランジスタおよび第２制御用トランジスタとを、または第２スイッチング素子と第１制御用トランジスタおよび第２制御用トランジスタとを、商用電源の周波数より高い周波数で、その波高値に比例したパルス幅で交互にオン、オフさせて、商用電源からの交流電力に前記第１コンデンサの電圧を正方向または負方向に重畳させ、商用電源電圧が負の半サイクルにおいて、前記スイッチング回路の第２スイッチング素子と前記制御スイッチの第１制御用トランジスタおよび第２制御用トランジスタとを、または第１スイッチング素子と第１制御用トランジスタおよび第２制御用トランジスタとを、商用電源の周波数より高い周波数で、その波高値に比例したパルス幅で交互にオン、オフさせて、商用電源からの交流電力に第２コンデンサの電圧を負方向または正方向に重畳させ、停電時に、前記交流バックアップ回路からの交流電力を前記整流回路、制御スイッチおよびスイッチング回路に入力するようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本発明の無停電電源装置の実施の形態を示す回路図で、図６と同じ機能を有する部分には同じ符号を付している。
【００１１】
本発明の特徴は、図１に示した如く、整流回路７を、第１ダイオード７１−１と第２ダイオード７１−２との直列接続回路および第１コンデンサ７２−１と第２コンデンサ７２−２との直列接続回路の並列回路で構成するとともに、前記第１コンデンサ７２−１と第２コンデンサ７２−２との直列接続点を商用電源１の一端に接続し、前記第１ダイオード７１−１と第２ダイオード７１−２との直列接続点を商用電源１の他端に接続するように構成し、スイッチング回路８を、帰還ダイオード８２−１が逆並列に接続された第１スイッチング素子８１−１と帰還ダイオード８２−２が逆並列に接続された第２スイッチング素子８１−２との直列接続回路で構成するとともに、この直列接続回路を前記第１ダイオード７１−１と第２ダイオード７１−２との直列接続回路および前記第１コンデンサ７２−１と第２コンデンサ７２−２との直列接続回路と並列に接続するように構成し、制御スイッチ９を、前記整流回路７の第１コンデンサ７２−１と第２コンデンサ７２−２との直列接続点と、前記スイッチング回路８の第１スイッチング素子８１−１と第２スイッチング素子８１−２との直列接続点との間に介挿された、第１制御用トランジスタ９１−１と第１制御用ダイオード９２−１との並列接続回路および第２制御用トランジスタ９１−２と第２制御用ダイオード９２−２との並列接続回路の直列回路で構成したものである。
【００１２】
そして、商用電源電圧が許容範囲内であるかどうかを検出する電圧検出回路１１と、商用電源１の停電を検出する停電検出回路１２と、前記スイッチング回路８、制御スイッチ９、交流バックアップ回路１０のインバータ４の動作を制御する制御回路２０を設けたものである。
【００１３】
次に、上記した本発明の無停電電源装置の動作を図２、図３、図４および図５により説明する。
【００１４】
図２は、商用給電時に、商用電源電圧が許容範囲内である場合の各部の動作波形図で、スイッチング回路８の第１スイッチング素子８１−１と第２スイッチング素子８１−２とをオフしておいて制御スイッチ９の第１制御用トランジスタ９１−１と第２制御用トランジスタ９１−２とをオンし、商用電源１からの交流電力が制御スイッチ９、フィルタ５のフィルタリアクトル５１とフィルタコンデンサ５２を介して負荷６に供給できるようにしている。
【００１５】
図３は、商用給電時に、商用電源電圧が許容範囲以下である場合の各部の動作波形図で、その正の半サイクルではスイッチング回路８の第１スイッチング素子８１−１と制御スイッチ９の第１制御用トランジスタ９１−１および第２制御用トランジスタ９１−２とを、その周波数より高い周波数で、その波高値に比例したパルス幅で交互にオン、オフさせ、その負の半サイクルではスイッチング回路８の第２スイッチング素子８１−２と制御スイッチ９の第１制御用トランジスタ９１−１および第２制御用トランジスタ９１−２とを、その周波数より高い周波数で、その波高値に比例したパルス幅で交互にオン、オフさせている。
【００１６】
すなわち、商用電源電圧が正の半サイクルでは、商用電源１→第２コンデンサ７２−２→第２ダイオード７１−２→商用電源１なる経路▲１▼に電流が流れるとともに、第１、第２制御用トランジスタ９１−１，９１−２がオン、第１スイッチング素子８１−１がオフの場合には商用電源１→第１制御用ダイオード９２−１→第２制御用トランジスタ９１−２→フィルタリアクトル５１→フィルタコンデンサ５２および負荷６→商用電源１なる経路▲２▼に電流が流れ、第１、第２制御用トランジスタ９１−１，９１−２がオフ、第１スイッチング素子８１−１がオンの場合には第１コンデンサ７２−１→第１スイッチング素子８１−１→フィルタリアクトル５１→フィルタコンデンサ５２および負荷６→商用電源１→第１コンデンサ７２−１なる経路▲３▼に電流が流れるので、フィルタ５の入力側の電圧に前記第１コンデンサ７２−１の電圧が正方向に重畳され、負荷６に印加される交流電圧を高くすることができる。
【００１７】
同様に、商用電源電圧が負の半サイクルでは、商用電源１→第１ダイオード７１−１→第１コンデンサ７２−１→商用電源１なる経路▲４▼に電流が流れるとともに、第１、第２制御用トランジスタ９１−１，９１−２がオン、第２スイッチング素子８１−２がオフの場合には商用電源１→フィルタコンデンサ５２および負荷６→フィルタリアクトル５１→第２制御用ダイオード９２−２→第１制御用トランジスタ９１−１→商用電源１なる経路▲５▼に電流が流れ、第１、第２制御用トランジスタ９１−１，９１−２がオフ、第２スイッチング素子８１−２がオンの場合には第２コンデンサ７２−２→商用電源１→フィルタコンデンサ５２および負荷６→フィルタリアクトル５１→第２スイッチング素子８１−２→第２コンデンサ７２−２なる経路▲６▼に電流が流れるので、フィルタ５の入力側の電圧に前記第２コンデンサ７２−２の電圧が負方向に重畳され、負荷６に印加される交流電圧を高くすることができる。
【００１８】
図４は、商用給電時に、商用電源電圧が許容範囲以上である場合の各部の動作波形図で、その正の半サイクルではスイッチング回路８の第２スイッチング素子８１−２と制御スイッチ９の第１制御用トランジスタ９１−１および第２制御用トランジスタ９１−２とを、その周波数より高い周波数で、その波高値に比例したパルス幅で交互にオン、オフさせ、その負の半サイクルではスイッチング回路８の第１スイッチング素子８１−１と制御スイッチ９の第１制御用トランジスタ９１−１および第２制御用トランジスタ９１−２とを、その周波数より高い周波数で、その波高値に比例したパルス幅で交互にオン、オフさせている。
【００１９】
すなわち、商用電源電圧が正の半サイクルでは、前述した経路▲１▼に電流が流れるとともに、第１、第２制御用トランジスタ９１−１，９１−２がオン、第２スイッチング素子８１−２がオフの場合には前述した経路▲２▼に電流が流れ、第１、第２制御用トランジスタ９１−１，９１−２がオフ、第２スイッチング素子８１−２がオンの場合にはフィルタ５の入力側の電位が第２コンデンサ７２−２の負側の電位と同電位になるので、フィルタ５の入力側の電圧に前記第２コンデンサ７２−２の電圧が負方向に重畳され、負荷６に印加される交流電圧を低くすることができる。
【００２０】
同様に、商用電源電圧が負の半サイクルでは、前述した経路▲４▼に電流が流れるとともに、第１、第２制御用トランジスタ９１−１，９１−２がオン、第１スイッチング素子８１−１がオフの場合には前述した経路▲５▼に電流が流れ、第１、第２制御用トランジスタ９１−１，９１−２がオフ、第１スイッチング素子８１−１がオンの場合にはフィルタ５の入力側の電位が第１コンデンサ７２−１の正側の電位と同電位になるので、フィルタ５の入力側の電圧に前記第１コンデンサ７２−１の電圧が正方向に重畳され、負荷６に印加される交流電圧を低くすることができる。
【００２１】
図５は、停電時の各部の動作波形図で、交流バックアップ回路１０のインバータ４のスイッチング素子４１Ａ−１、４１Ｂ−２がオン、スイッチング素子４１Ｂ−１、４１Ａ−２がオフ、スイッチング回路８の第１スイッチング素子８１−１がオンの場合は第２コンデンサ７２−２を充電するとともに、第１コンデンサ７２−１→第１スイッチング素子８１−１→フィルタリアクトル５１→フィルタコンデンサ５２および負荷６→スイッチング素子４１Ｂ−２→蓄電池３→スイッチング素子４１Ａ−１→第１コンデンサ７２−１なる経路（７）に電流が流れ、フィルタ５の入力側に第１コンデンサ７２−１の電圧と蓄電池３の電圧の和が印加され、交流バックアップ回路１０のインバータ４のスイッチング素子４１Ａ−１、４１Ｂ−２がオン、スイッチング素子４１Ｂ−１、４１Ａ−２がオフ、スイッチング回路８の第１スイッチング素子８１−１がオフの場合は第２コンデンサ７２−２を充電するとともに、フィルタリアクトル５１→フィルタコンデンサ５２および負荷６→スイッチング素子４１Ｂ−２→蓄電池３→スイッチング素子４１Ａ−１→第２コンデンサ７２−２→帰還ダイオード８２−２なる経路（８）に電流が流れ、フィルタ５の入力側に印加される電圧は零になるので、第１スイッチング素子８１−１のオン、オフ比を商用電源１の電圧の波高値に比例するように制御すると、フィルタコンデンサ５２の端子間に正の半サイクルを出力させることができる。同様に、交流バックアップ回路１０のインバータ４のスイッチング素子４１Ａ−１、４１Ｂ−２がオフ、スイッチング素子４１Ｂ−１、４１Ａ−２がオンの場合は、スイッチング回路８の第２スイッチング素子８１−２のオン、オフ比を制御して負の半サイクルを出力させることができる。これによって負荷６に無停電の交流電力を供給することができる。
【００２２】
上記した動作は図１の電圧検出回路１１、停電検出回路１２および制御回路２０によって実現することができる。
【００２３】
すなわち、電圧検出回路１１は、電圧検出信号として商用電源電圧が許容範囲、たとえば１００Ｖ系であれば９５Ｖ〜１０５Ｖの場合にＬレベル信号を送出し、９５Ｖ以下または１０５Ｖ以上の場合にＨレベル信号を送出するようにしたものである。
【００２４】
また、停電検出回路１２は、受電停電信号として、商用電源１の停電時にＬレベル信号を送出し、それによって商用電源１を切り離すとともに、商用電源１の受電時にＨレベル信号を送出し、それによって商用電源１を接続するようにしたものである。
【００２５】
また、制御回路２０は、負荷６に印加される交流電圧と基準電圧とを誤差増幅して誤差信号を送出する誤差増幅器２１、この誤差信号と正側三角波とを比較して正側比較信号を送出する正側比較器２２、前記誤差信号と負側三角波とを比較して負側比較信号を送出する負側比較器２３、前記正側比較信号および負側比較信号をそれぞれ反転させた反転正側比較信号および反転負側比較信号と前記受電停電信号とを入力して論理積信号を送出する論理積回路２４、前記正側比較信号と前記電圧検出信号との論理積からスイッチング回路８の第１スイッチング素子８１−１の制御信号を作成する第１スイッチング素子制御信号作成回路２５、前記負側比較比較信号と前記電圧検出信号との論理積からスイッチング回路８の第２スイッチング素子８１−２の制御信号を作成する第２スイッチング素子制御信号作成回路２６および前記論理積信号と前記電圧検出信号を反転させた反転電圧検出信号との論理和から制御スイッチ９の第１、第２制御用トランジスタ９１−１，９１−２の制御信号を作成する制御用トランジスタ制御信号作成回路２７からなる。なお、２８、２９は前記各制御信号を駆動信号に変換する駆動回路である。
【００２６】
上記した実施例では、交流バックアップ回路１０、制御スイッチ９、スイッチング回路８のスイッチング素子および制御用トランジスタをＩＧＢＴで図示しているが、ＦＥＴやバイポーラトランジスタなどのＩＧＢＴ以外の他のものを用いてもよいことは言うまでもない。
【００２７】
また、制御スイッチ９は制御用トランジスタと制御用ダイオードとの並列接続回路を直列に接続したものを用いているが、他の双方向性素子を用いてもよいことは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
上記した如く、本発明は、商用電源から負荷に供給される交流電力の電圧変動を小さくすることができるので、常時商用給電型の無停電電源装置の性能の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無停電電源装置の回路図である。
【図２】本発明の無停電電源装置の、商用電源電圧が許容範囲内である場合の各部の動作波形図である。
【図３】本発明の無停電電源装置の、商用電源電圧が許容範囲以下である場合の各部の動作波形図である。
【図４】本発明の無停電電源装置の、商用電源電圧が許容範囲以上である場合の各部の動作波形図である。
【図５】本発明の無停電電源装置の、停電時の各部の動作波形図である。
【図６】従来の無停電電源装置の回路図である。
【符号の説明】
１商用電源
２充電器
３蓄電池
４インバータ
５フィルタ
６負荷
７整流回路
８スイッチング回路
９制御スイッチ
１０交流バックアップ回路
１１電圧検出回路
１２停電検出回路
２０制御回路

Claims

商用電源からの交流電力を整流する、第１コンデンサと第２コンデンサとの直列接続回路を備えた整流回路と、この整流回路の直流側に接続された、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との直列接続回路を備えたスイッチング回路と、前記整流回路の第１コンデンサと第２コンデンサとの直列接続点と前記スイッチング回路の第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との直列接続点との間に介挿された、第１制御用トランジスタと第１制御用ダイオードとの並列接続回路および第２制御用トランジスタと第２制御用ダイオードとの並列接続回路の直列回路からなる制御スイッチと、前記交流電力を蓄電池の充電電力に変換する充電器、この充電器からの充電電力によって充電される蓄電池およびこの蓄電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータからなる交流バックアップ回路と、商用電源電圧が許容範囲内にあるかどうかを検出する電圧検出回路と、商用電源の停電を検出する停電検出回路と、前記スイッチング回路、制御スイッチおよび交流バックアップ回路のインバータの動作を制御する制御回路とを有し、商用給電時に、検出された商用電源電圧が許容範囲内の場合、前記制御スイッチをオンさせて商用電源からの交流電力を出力させ、検出された商用電源電圧が許容範囲外の場合、商用電源電圧が正の半サイクルにおいて、前記スイッチング回路の第１スイッチング素子と前記制御スイッチの第１制御用トランジスタおよび第２制御用トランジスタとを、または第２スイッチング素子と第１制御用トランジスタおよび第２制御用トランジスタとを、商用電源の周波数より高い周波数で、その波高値に比例したパルス幅で交互にオン、オフさせて、商用電源からの交流電力に前記第１コンデンサの電圧を正方向または負方向に重畳させ、商用電源電圧が負の半サイクルにおいて、前記スイッチング回路の第２スイッチング素子と前記制御スイッチの第１制御用トランジスタおよび第２制御用トランジスタとを、または第１スイッチング素子と第１制御用トランジスタおよび第２制御用トランジスタとを、商用電源の周波数より高い周波数で、その波高値に比例したパルス幅で交互にオン、オフさせて、商用電源からの交流電力に第２コンデンサの電圧を負方向または正方向に重畳させ、停電時に、前記交流バックアップ回路からの交流電力を前記整流回路、制御スイッチおよびスイッチング回路に入力するようにしたことを特徴とする無停電電源装置。