JP4138497B2 - 電力供給システムの力率改善方法、電力供給システム、スイッチング電源装置および無停電電源装置 - Google Patents
電力供給システムの力率改善方法、電力供給システム、スイッチング電源装置および無停電電源装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用交流電源などの交流電源と、コンピュータ本体などの負荷機器との間に接続される電力供給システムの力率改善方法、電力供給システム、スイッチング電源装置および無停電電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
事務機器や家庭内などで使用する電気機器は、一般的に、その内部にマイクロコンピュータチップなどの直流電力で動作する回路が組み込まれている。そのため、電気機器には、スイッチング電源装置などの直流電力を出力する電源装置が利用されている。特に、コンピュータなどでは、負荷機器としてのコンピュータ本体が複数の直流電圧を利用するため、スイッチング電源装置が広く利用されている。スイッチング電源装置は、たとえば特許文献に開示されている。
【０００３】
特許文献に開示されているスイッチング電源装置では、交流電源に力率改善回路としてのＰＦＨＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路が接続されている。ＰＦＨＣ回路は、交流電源から供給される交流電力を直流電力へ変換する。ＰＦＨＣ回路で生成された直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータのトランスに入力される。ＤＣ／ＤＣコンバータは、トランスと直列に接続されているスイッチング素子をスイッチング制御することで、出力端子から、所望の直流電圧を有する直流電力を出力する。この直流電力が負荷機器へ供給される。
【０００４】
なお、ＰＦＨＣ回路は、交流電源から供給される交流電力に含まれる高調波電流成分を抑制しながら、直流電力を生成する。これにより、交流電力をダイオードブリッジで直流電力へ変換し、この直流電力をトランスへ供給する場合に比べて、効率よく電力を負荷機器へ供給することができる。
【０００５】
ところで、コンピュータなどの負荷機器では、停電などが発生し、負荷機器に対して直流電力が供給されなくなってしまうと、その直流電力で保持していたデータなどが消失してしまう。このデータの消失などを防止するために、無停電電源装置が用いられる。
【０００６】
無停電電源装置は、交流電源と、スイッチング電源装置との間の電力供給経路に設けられる。そして、停電などによって交流電力が供給されなくなると、内部の蓄電部材に蓄電しておいた蓄電電力をスイッチング電源装置へ供給する。これにより、停電が発生しているにもかかわらず、負荷機器は安全に動作し続けることができる。
【０００７】
【特許文献】
特開２００２−２６２５７２号 （図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにスイッチング電源装置と交流電源との間の電力供給経路に無停電電源装置を設けると、以下の問題が生じる。
【０００９】
交流電源から見た場合、無停電電源装置と、スイッチング電源装置と、負荷機器とが直列に接続されている。無停電電源装置と、スイッチング電源装置とは、交流電源から供給される交流電力で動作する。その分、交流電源の消費出力は、増加する。その結果、交流電源から供給される電力の利用効率は、低下する。
【００１０】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、スイッチング電源装置と交流電源との間の電力供給経路に無停電電源装置を接続したとしても、交流電源から供給される電力の利用効率の低下を抑制することができる電力供給システムの力率改善方法、電力供給システム、スイッチング電源装置および無停電電源装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電力供給システムの力率改善方法は、無停電電源装置とスイッチング電源装置とを、交流電源と負荷機器との間に接続することで、負荷機器へ電力を安定的に供給する電力供給システムの力率改善方法であって、スイッチング装置の電力入力端子とＤＣ／ＤＣ変換回路との間に接続されている力率改善回路によるスイッチング動作を停止して、あるいは、力率改善回路をバイパスして、電力入力端子から入力される電力をＤＣ／ＤＣ変換回路で所定の電圧の電力へ変換するものである。
【００１２】
この方法を採用すれば、無停電電源装置から出力される交流電力は、スイッチング電源装置の力率改善回路において交直変換のためにスイッチング動作をされることなく、ＤＣ／ＤＣ変換回路へ供給される。あるいは、スイッチング電源装置の力率改善回路をバイパスして、ＤＣ／ＤＣ変換回路へ供給される。これにより、力率改善回路におけるスイッチング制御時の電力ロス、あるいは、力率改善回路による電力ロスを生じることなく、負荷機器へ電力を供給することができる。その結果、スイッチング電源装置と交流電源との間の電力供給経路に無停電電源装置を接続したことによる効率の低下を、効果的に抑制することができる。
【００１３】
本発明に係る電力供給システムの力率改善方法は、さらに、無停電電源装置は、インバータによるスイッチング動作を停止して、あるいは、インバータをバイパスして、スイッチング電源装置へ直流電力を供給するものである。
【００１４】
この方法を採用すれば、無停電電源装置は、インバータによるスイッチング動作を停止して、あるいは、インバータをバイパスして、スイッチング電源装置へ直流電力を供給する。これにより、インバータにおけるスイッチング制御時の電力ロス、あるいは、インバータによる電力ロスを生じることなく、スイッチング電源装置へ電力を供給することができる。その結果、スイッチング電源装置と交流電源との間の電力供給経路に無停電電源装置を接続したことによる効率の低下を、効果的に抑制することができる。
【００１５】
本発明に係る電力供給システムの力率改善方法は、さらに、無停電電源装置が故障した場合には、無停電電源装置は、そのコンバータおよびインバータをバイパスして交流電源からの交流電力をスイッチング電源装置へ供給し、スイッチング電源装置は、力率改善回路によるスイッチング動作を開始するものである。
【００１６】
この方法を採用すれば、無停電電源装置が故障した場合には、無停電電源装置は、交流電源からの交流電力をスイッチング電源装置へ供給する。また、スイッチング電源装置は、力率改善回路をスイッチング動作させる。その結果、無停電電源装置が故障したとしても、適切な電力を負荷機器へ供給することができる。
【００１７】
本発明に係る電力供給システムは、交流電源と負荷機器との間に接続される無停電電源装置とスイッチング電源装置とを備える電力供給システムにおいて、スイッチング装置の電力入力端子とＤＣ／ＤＣ変換回路との間に接続されている力率改善回路によるスイッチング動作を停止して、あるいは、力率改善回路をバイパスして、電力入力端子から入力される電力をＤＣ／ＤＣ変換回路で所定の電圧の電力へ変換するものである。
【００１８】
この構成を採用すれば、無停電電源装置から出力される交流電力は、スイッチング電源装置の力率改善回路において交直変換のためにスイッチング動作をされることなく、ＤＣ／ＤＣ変換回路へ供給される。あるいは、スイッチング電源装置の力率改善回路をバイパスして、ＤＣ／ＤＣ変換回路へ供給される。これにより、力率改善回路におけるスイッチング制御時の電力ロス、あるいは、力率改善回路による電力ロスを生じることなく、負荷機器へ電力を供給することができる。その結果、スイッチング電源装置と交流電源との間の電力供給経路に無停電電源装置を接続したことによる効率の低下を、効果的に抑制することができる。
【００１９】
本発明に係るスイッチング電源装置は、電力入力端子と、電力入力端子に接続される力率改善回路と、力率改善回路に接続されるＤＣ／ＤＣ変換回路と、力率改善回路およびＤＣ／ＤＣ変換回路へスイッチングパルスを出力するスイッチング電源制御回路と、を備えるスイッチング電源装置において、スイッチング電源制御回路に信号入力端子あるいは入力設定スイッチを接続し、力率改善回路を、電力入力端子に接続される半波整流回路と、半波整流回路に接続される昇圧コンデンサと、半波整流回路と昇圧コンデンサとの間に接続される昇圧コイルと、昇圧コンデンサと並列に接続されるとともにスイッチングパルスで制御されるスイッチング素子と、で構成し、スイッチング電源制御回路は、信号入力端子あるいは入力設定スイッチが所定の状態に制御されると、スイッチング素子へスイッチングパルスを出力しないものである。
【００２０】
この構成を採用すれば、電力入力端子に無停電電源装置を接続した場合には、信号入力端子あるいは入力設定スイッチを所定の状態に制御する。これにより、無停電電源装置から出力される交流電力は、スイッチング電源装置の力率改善回路において交直変換のためにスイッチング動作をされることなく、ＤＣ／ＤＣ変換回路へ供給される。つまり、力率改善回路におけるスイッチング制御時の電力ロスを生じることなく、負荷機器へ電力を供給することができる。その結果、スイッチング電源装置と交流電源との間の電力供給経路に無停電電源装置を接続したことによる効率の低下を、効果的に抑制することができる。
【００２１】
本発明に係るスイッチング電源装置は、さらに、スイッチング電源制御回路は、信号入力端子あるいは他の信号入力端子から所定の信号が入力されると、力率改善回路へのスイッチングパルスの出力を再開するものである。
【００２２】
この構成を採用すれば、信号入力端子あるいは他の信号入力端子から所定の信号が入力されると、力率改善回路へのスイッチングパルスの出力が再開される。これにより、力率改善回路は動作する。その結果、たとえば無停電電源装置が故障した場合には、この信号入力端子あるいは他の信号入力端子へ所定の信号を入力させるだけで、無停電電源装置が故障したとしても、適切な電力を負荷機器へ供給することができる。
【００２３】
本発明に係る無停電電源装置は、電力入力端子と、電力入力端子に接続されるコンバータと、コンバータに接続されるインバータと、インバータに接続される電力出力端子と、コンバータとインバータとの間に接続されるＵＰＳコンデンサと、コンバータおよびインバータへスイッチングパルスを出力する無停電電源制御回路と、を備える無停電電源装置において、無停電電源制御回路に信号入力端子あるいは出力設定スイッチを接続し、インバータを、ＵＰＳコンデンサと電力出力端子との間に接続される放電コイルと、ＵＰＳコンデンサと放電コイルとの間に接続されるとともにスイッチングパルスで制御されるスイッチング素子と、で構成し、無停電電源制御回路は、信号入力端子あるいは出力設定スイッチが所定の状態に制御されると、スイッチング素子を常にオン状態に制御するものである。
【００２４】
この構成を採用すれば、電力出力端子にスイッチング電源装置を接続した場合には、信号入力端子あるいは出力設定スイッチを所定の状態に制御することで、無停電電源装置は、インバータによるスイッチング動作を停止して、スイッチング電源装置へ直流電力を供給する。これにより、インバータにおけるスイッチング制御時の電力ロスを生じることなく、スイッチング電源装置へ電力を供給することができる。その結果、スイッチング電源装置と交流電源との間の電力供給経路に無停電電源装置を接続したことによる効率の低下を、効果的に抑制することができる。
【００２５】
本発明に係る無停電電源装置は、さらに、コンバータからインバータまでの回路をバイパスするバイパス配線と、バイパス配線およびインバータの中のいずれか一方を選択して電力出力端子へ接続する切替スイッチと、信号出力端子と、を備え、無停電電源制御回路は、コンバータからインバータまでの回路が故障したら、切替スイッチにバイパス配線を選択させるとともに、信号出力端子から所定の信号を出力するものである。
【００２６】
この構成を採用すれば、コンバータからインバータまでの回路が故障したら、無停電電源装置は、バイパス配線を選択する。これにより、無停電電源装置は、故障しているにもかかわらず、交流電力を電力出力端子から出力することができる。しかも、無停電電源装置は、信号出力端子から所定の信号を出力する。これにより、たとえば、無停電電源装置に接続されているスイッチング電源装置が、力率改善のために、その力率改善回路をバイパスしているような状況であっても、所定の信号に基づいて力率改善回路を動作させることができる。その結果、無停電電源装置が故障したとしても、適切な電力を負荷機器へ供給することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る電力供給システムの力率改善方法、電力供給システム、スイッチング電源装置２および無停電電源装置１を、図面に基づいて説明する。なお、電力供給システムの力率改善方法は、電力供給システムの動作の一部として説明する。
【００２８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力供給システムを示すシステム構成図である。
【００２９】
電力供給システムは、無停電電源装置１と、スイッチング電源装置２とで構成されている。無停電電源装置１の一対の電力出力端子１３，１４は、スイッチング電源装置２の一対の電力入力端子１５，１６に接続されている。無停電電源装置１の一対の電力入力端子１１，１２には、交流電源３が接続されている。スイッチング電源装置２の一対の電力出力端子１７，１８には、負荷機器４が接続されている。なお、負荷機器４がコンピュータ本体である場合、このスイッチング電源装置２は、コンピュータ本体と共通の筐体に組み込まれることが多い。
【００３０】
無停電電源装置１の一方の電力入力端子１１は、コンバータ２１が接続されている。コンバータ２１には、一対のレール配線２２，２３が接続されている。一対のレール配線２２，２３の間には、一対のＵＰＳコンデンサ２４，２５が接続されている。一対のレール配線２２，２３は、インバータ２６に接続されている。インバータ２６は、一方の電力出力端子１３に接続されている。また、コンバータ２１およびインバータ２６には、無停電電源制御回路２７が接続されている。
【００３１】
なお、無停電電源装置１の他方の電力入力端子１２は、グランド２８に接続されている。一対のＵＰＳコンデンサ２４，２５の他方の端子はそれぞれ、グランド２８に接続されている。他方の電力出力端子１４は、グランド２８に接続されている。
【００３２】
コンバータ２１は、一方の電力入力端子１１に接続される充電コイル３１と、充電コイル３１と一方のレール配線２２との間に接続されるスイッチング素子としてのマイナス充電トランジスタ３２と、マイナス充電トランジスタ３２と並列に接続されるプラス充電ダイオード３３と、充電コイル３１と他方のレール配線２３との間に接続されるスイッチング素子としてのプラス充電トランジスタ３４と、プラス充電トランジスタ３４と並列に接続されるマイナス充電ダイオード３５と、を備える。
【００３３】
プラス充電トランジスタ３４がオン状態とオフ状態との間で切り替わると、充電コイル３１に電気エネルギーが蓄積される。この電気エネルギーで、一方のＵＰＳコンデンサ２４は、プラスの電圧に充電される。逆に、マイナス充電トランジスタ３２がオン状態とオフ状態との間で切り替わると、充電コイル３１に電気エネルギーが蓄積される。この電気エネルギーで、他方のＵＰＳコンデンサ２５は、マイナスの電圧に充電される。
【００３４】
インバータ２６は、一方の電力出力端子１３に接続される放電コイル４１と、一方のレール配線２２と放電コイル４１との間に接続されるプラス放電トランジスタ４２と、プラス放電トランジスタ４２と並列に接続される保護ダイオード４３と、他方のレール配線２３と放電コイル４１との間に接続されるマイナス放電トランジスタ４４と、マイナス放電トランジスタ４４と並列に接続される他の保護ダイオード４５と、を備える。
【００３５】
プラス放電トランジスタ４２がオン状態になると、一方のＵＰＳコンデンサ２４が放電コイル４１を介して一方の電力出力端子１３に接続される。これにより、一対の電力出力端子１３，１４からは、プラスの電圧が出力される。マイナス放電トランジスタ４４がオン状態になると、他方のＵＰＳコンデンサ２５が放電コイル４１を介して一方の電力出力端子１３に接続される。これにより、一対の電力出力端子１３，１４からは、マイナスの電圧が出力される。
【００３６】
無停電電源制御回路２７は、その動作を開始すると、信号出力端子２９をローレベルに制御する。
【００３７】
また、無停電電源制御回路２７は、プラス充電トランジスタ３４、マイナス充電トランジスタ３２、プラス放電トランジスタ４２およびマイナス放電トランジスタ４４へ、スイッチングパルスを出力する。これらのトランジスタ３２，３４，４２，４４は、スイッチングパルスが入力されると、オフ状態からオン状態へ変化し、スイッチングパルスが無くなると、オン状態からオフ状態へ変化する。
【００３８】
具体的には、無停電電源制御回路２７は、プラス充電トランジスタ３４と、マイナス充電トランジスタ３２とに、互いに逆相で変化するスイッチングパルスを連続的に出力する。これにより、充電コイル３１には電気エネルギーが蓄積され、この電気エネルギーで、一対のＵＰＳコンデンサ２４，２５を所望の電圧に充電することができる。また、各スイッチングパルスのパルス幅を広くすれば、それに従って充電コイル３１に蓄電される電気エネルギーも大きくなるので、一対のＵＰＳコンデンサ２４，２５の充電電圧の絶対値も大きくなる。
【００３９】
無停電電源制御回路２７は、プラス放電トランジスタ４２と、マイナス放電トランジスタ４４とへ、交互にスイッチングパルスを出力する。これにより、プラス放電トランジスタ４２がオン状態になるとプラスの電圧が一対の電力出力端子１３，１４から出力され、マイナス放電トランジスタ４４がオン状態になるとマイナスの電圧が一対の電力出力端子１３，１４から出力される。つまり、交流電圧が一対の電力出力端子１３，１４から出力される。なお、各放電トランジスタ４２，４４へ供給するパルスをＰＷＭ（Ｐｕｌｔｈ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御することで、任意の電力を、一対の電力出力端子１３，１４から出力することができる。
【００４０】
スイッチング電源装置２の一方の電力入力端子１５は、力率改善回路としてのＰＦＨＣ回路５１が接続されている。ＰＦＨＣ回路５１は、ＤＣ／ＤＣ変換回路５２に接続されている。ＤＣ／ＤＣ変換回路５２は、一方の電力出力端子１７に接続されている。また、ＰＦＨＣ回路５１およびＤＣ／ＤＣ変換回路５２には、スイッチング電源制御回路５３が接続されている。
【００４１】
なお、スイッチング電源装置２の他方の電力入力端子１６は、グランド５４に接続されている。他方の電力出力端子１８は、グランド５４に接続されている。
【００４２】
ＰＦＨＣ回路５１は、一方の電力入力端子１５とグランド５４との間に接続されるダイオードブリッジ回路６１を備える。ダイオードブリッジ回路６１は、グランド５４の電位、すなわち他方の電力入力端子１６の電位を基準として、一対の電力入力端子１５，１６から入力される交流電圧を半波整流する。
【００４３】
この半波整流電圧は、昇圧コイル６２および逆流防止ダイオード６３を介して昇圧コンデンサ６４に印加される。これにより、昇圧コンデンサ６４は、半波整流電圧に充電される。
【００４４】
逆流防止ダイオード６３および昇圧コンデンサ６４の全体と並列に、スイッチング素子としての充電トランジスタ６５が接続されている。この充電トランジスタ６５をオン状態とオフ状態との間でスイッチングすると、昇圧コイル６２には電気エネルギーが蓄積される。そして、昇圧コンデンサ６４には、半波整流電圧による電気エネルギーに加え、この昇圧コイル６２に蓄積された電気エネルギーが供給される。これにより、昇圧コンデンサ６４は、半波整流電圧よりも高い電圧に充電される。以下、この電圧を励起電圧と記載する。
【００４５】
ＤＣ／ＤＣ変換回路５２は、ＰＦＨＣ回路５１の昇圧コンデンサ６４と並列に一次側コイルが接続されるトランス７１と、一次側コイルと直列に接続されるスイッチングトランジスタ７２と、トランス７１の二次側コイルと並列に接続される出力コンデンサ７３と、二次側コイルとトランス７１とを含む電流ループに接続される逆流防止ダイオード７４と、を備える。そして、出力コンデンサ７３の両端が、一対の電力出力端子１７，１８に接続される。
【００４６】
スイッチングトランジスタ７２をオン状態とオフ状態との間でスイッチングすると、トランス７１の一次側コイルには誘導電圧が発生する。また、この一次側コイルの誘導電圧を妨げるように、トランス７１の二次側コイルにも電圧が誘導される。
【００４７】
トランス７１の二次側コイルに誘導される電圧は、逆流防止ダイオード７４を介して出力コンデンサ７３に印加される。出力コンデンサ７３は、トランス７１の二次側コイルに誘導される電圧まで充電される。この出力コンデンサ７３の充電電圧は、一次側コイルに印加される電圧をＶｉｎ、一次側コイルに対する二次側コイルの巻数比を１：ｎとした場合、下記式１に求まる電圧となる。但し、下記式１において、Ｖｏｕｔは出力コンデンサ７３の充電電圧であり、Ｔｏｎはスイッチングトランジスタ７２のオン期間であり、Ｔｏｆｆはスイッチングトランジスタ７２のオフ期間である。そして、この出力コンデンサ７３の充電電圧Ｖｏｕｔが、一対の電力出力端子１７，１８から出力される。
【００４８】
Ｖｏｕｔ ＝ ｎ×Ｖｉｎ×（Ｔｏｎ／Ｔｏｆｆ） ・・・式１
【００４９】
スイッチング電源制御回路５３には、信号入力端子５５と、入力設定スイッチ５６とが接続されている。信号入力端子５５は、無停電電源装置１の信号出力端子２９に接続される。
【００５０】
そして、この信号入力端子５５の入力レベルがハイレベルあるいは、入力設定スイッチ５６がハイレベル（スイッチ５６のオフ状態）である場合、スイッチング電源制御回路５３は、充電トランジスタ６５およびスイッチングトランジスタ７２へ、スイッチングパルスを出力する。これらのトランジスタ６５，７２は、スイッチングパルスが入力されると、オフ状態からオン状態へ変化し、スイッチングパルスが無くなると、オン状態からオフ状態へ変化する。したがって、ＰＦＨＣ回路５１の昇圧コンデンサ６４は、半波整流電圧よりも高い電圧の励起電圧に充電される。ＤＣ／ＤＣ変換回路５２は、この励起電圧を基準として所望の電圧を生成する。
【００５１】
また、信号入力端子５５の入力レベルがローレベルあるいは、入力設定スイッチ５６がローレベル（スイッチ５６のオン状態）になると、スイッチング電源制御回路５３は、スイッチングトランジスタ７２のみへ、スイッチングパルスを出力する。充電トランジスタ６５はオフ状態に維持される。
【００５２】
スイッチングトランジスタ７２のみに供給されるスイッチングパルスは、充電トランジスタ６５およびスイッチングトランジスタ７２の両方へ出力するスイッチングパルスと比べた場合、単位時間当たりのオン期間が長くなるように、高い周期あるいは広いパルス幅になっている。したがって、ＰＦＨＣ回路５１の昇圧コンデンサ６４は、半波整流電圧に充電される。ＤＣ／ＤＣ変換回路５２は、この半波整流電圧を基準として所望の電圧を生成する。
【００５３】
次に、実施の形態１に係る電力供給システムの全体の動作について説明する。
【００５４】
無停電電源装置１の一対の電力入力端子１１，１２に交流電源３を接続し、無停電電源装置１の一対の電力出力端子１３，１４とスイッチング電源装置２の一対の電力入力端子１５，１６とを接続し、スイッチング電源装置２の一対の電力出力端子１７，１８に負荷機器４を接続する。また、無停電電源装置１の信号出力端子２９と、スイッチング電源装置２の信号入力端子５５とを接続する。
【００５５】
これらの結線を完了した状態で、無停電電源装置１およびスイッチング電源装置２を起動する。
【００５６】
無停電電源装置１が起動されると、無停電電源制御回路２７は、一対の電力入力端子１１，１２に入力される交流電力を監視し、この交流電力が正常な状態である場合には、信号出力端子２９をローレベルに制御するとともに、プラス充電トランジスタ３４と、マイナス充電トランジスタ３２とに、互いに逆相で変化するスイッチングパルスを連続的に出力する。また、無停電電源制御回路２７は、プラス放電トランジスタ４２と、マイナス放電トランジスタ４４を交互にオン状態に制御する。これにより、一対のＵＰＳコンデンサ２４，２５は所定の直流電圧に充電され、一対の電力出力端子１３，１４から交流電力が出力される。
【００５７】
なお、交流電源３が停電などの異常な状態にある場合には、無停電電源装置１は、プラス充電トランジスタ３４と、マイナス充電トランジスタ３２とに対するスイッチングパルスを停止する。これにより、図示外のバッテリからの電力で一対のＵＰＳコンデンサ２４，２５は所定の直流電圧に充電され、一対の電力出力端子１３，１４から交流電力が出力される。
【００５８】
スイッチング電源装置２が起動されると、スイッチング電源制御回路５３は、信号入力端子５５の入力レベルあるいは、入力設定スイッチ５６のレベルを検出する。そして、無停電電源装置１が信号出力端子５５をローレベルに制御しているので、スイッチング電源制御回路５３は、スイッチングトランジスタ７２のみへ、スイッチングパルスを出力する。
【００５９】
これにより、スイッチング電源装置２のＰＦＨＣ回路５１は、一対の電力入力端子１５，１６から入力される交流電力を単に半波整流する。ＤＣ／ＤＣ変換回路５２は、この単に半波整流された直流電力に基づいて、所望の直流電圧の直流電力を生成する。この直流電力は、一対の電力出力端子１７，１８から負荷機器４へ供給される。
【００６０】
この実施の形態１によれば、無停電電源装置１から出力される交流電力は、スイッチング電源装置２のＰＦＨＣ回路５１において交直変換のためにスイッチング動作をされることなく、ＤＣ／ＤＣ変換回路５２へ供給される。これにより、ＰＦＨＣ回路５１におけるスイッチング制御時の電力ロスを生じることなく、負荷機器４へ電力を供給することができる。その結果、スイッチング電源装置２と交流電源３との間の電力供給経路に無停電電源装置１を接続したことによる効率の低下を、効果的に抑制することができる。
【００６１】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る電力供給システムを示すシステム構成図である。なお、実施の形態１と同一部材または同一機能部材には、実施の形態１と同一符号を付することとし、その機能などについての説明を省略または簡素化する。
【００６２】
スイッチング電源装置２は、ＰＦＨＣ回路５１とＤＣ／ＤＣ変換回路５２との間に設けられるＰＦＨＣスイッチ８１と、ＰＦＨＣ回路５１およびＰＦＨＣスイッチ８１をバイパスして一方の電力入力端子１５とＤＣ／ＤＣ変換回路５２とを直接に接続するバイパス配線８２と、バイパス配線８２上に設けられるバイパススイッチ８３と、を備える。
【００６３】
ＰＦＨＣスイッチ８１とバイパススイッチ８３とは、スイッチング電源制御回路５３に制御される。スイッチング電源制御回路５３は、ＰＦＨＣスイッチ８１とバイパススイッチ８３とを択一的にオン状態に制御する。ＰＦＨＣスイッチ８１がオン状態に制御されると、ＰＦＨＣ回路５１がＤＣ／ＤＣ変換回路５２に接続される。バイパススイッチ８３がオン状態に制御されると、一方の電力入力端子１５がＤＣ／ＤＣ変換回路５２に接続される。
【００６４】
スイッチング電源制御回路５３は、信号入力端子５５の入力レベルがハイレベルあるいは、入力設定スイッチ５６がハイレベルである場合、ＰＦＨＣスイッチ８１をオン状態に制御し、バイパススイッチ８３をオフ状態に制御するとともに、充電トランジスタ６５およびスイッチングトランジスタ７２へ、スイッチングパルスを出力する。これにより、ＰＦＨＣ回路５１から出力される電圧がＤＣ／ＤＣ変換回路５２へ入力され、ＤＣ／ＤＣ変換回路５２はこのＰＦＨＣ回路５１から出力される電圧に基づいて、所望の電圧を生成する。
【００６５】
信号入力端子５５の入力レベルがローレベルあるいは、入力設定スイッチ５６がローレベルになると、スイッチング電源制御回路５３は、バイパススイッチ８３を択一的にオン状態に制御するとともに、スイッチングトランジスタ７２のみへスイッチングパルスを出力する。これにより、一対の電力入力端子１５，１６から入力される電圧がＤＣ／ＤＣ変換回路５２へ入力され、ＤＣ／ＤＣ変換回路５２はこの一対の電力入力端子１５，１６から入力される電圧に基づいて、所望の電圧を生成する。
【００６６】
なお、スイッチングトランジスタ７２のみに供給されるスイッチングパルスは、充電トランジスタ６５およびスイッチングトランジスタ７２の両方へ出力されるスイッチングパルスと比べた場合、単位時間当たりのオン期間が長くなるように、高い周期あるいは広いパルス幅になっている。単位時間当たりのオン期間を調整することで、ＤＣ／ＤＣ変換回路５２は、ＰＦＨＣ回路５１にて昇圧された電圧が入力された場合と同じ電圧を生成することができる。
【００６７】
これ以外の各構成要素およびその動作は、実施の形態１に示す電力供給システムの同名の構成要素と同じものであり、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６８】
次に、実施の形態２における電力供給システムの全体の動作について説明する。
【００６９】
交流電源３と無停電電源装置１とを接続し、無停電電源装置１とスイッチング電源装置２とを接続し、スイッチング電源装置２と負荷機器４とを接続した状態で、無停電電源装置１およびスイッチング電源装置２を起動する。
【００７０】
無停電電源装置１が起動されると、無停電電源制御回路２７は、信号出力端子２９をローレベルに制御するとともに、プラス充電トランジスタ３４と、マイナス充電トランジスタ３２とに、互いに逆相で変化するスイッチングパルスを連続的に出力する。これにより、無停電電源装置１からは、所望の交流電力が出力される。
【００７１】
また、無停電電源装置１の信号出力端子２９から出力されるローレベルの信号は、スイッチング電源装置２の信号入力端子５５に入力される。
【００７２】
スイッチング電源装置２が起動されると、スイッチング電源制御回路５３は、信号入力端子５５にローレベルの信号が入力されているので、バイパススイッチ８３をオン状態に制御し、ＰＦＨＣスイッチ８１をオフ状態に制御するとともに、スイッチングトランジスタ７２のみへスイッチングパルスを出力する。これにより、スイッチング電源装置２の一対の電力入力端子１５，１６に入力される交流電力はＤＣ／ＤＣ変換回路５２へ入力され、ＤＣ／ＤＣ変換回路５２はこの一対の電力入力端子１５，１６から入力される電圧に基づいて、所望の直流電圧の直流電力を生成する。この直流電力は、一対の電力出力端子１７，１８から負荷機器４へ供給される。
【００７３】
この実施の形態２によれば、無停電電源装置１から出力される交流電力は、スイッチング電源装置２のＰＦＨＣ回路５１をバイパスして、ＤＣ／ＤＣ変換回路５２へ供給される。これにより、ＰＦＨＣ回路５１による電力ロスを生じることなく、負荷機器４へ電力を供給することができる。その結果、スイッチング電源装置２と交流電源３との間の電力供給経路に無停電電源装置１を接続したことによる効率の低下を、効果的に抑制することができる。
【００７４】
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３に係る電力供給システムを示すシステム構成図である。なお、実施の形態１と同一部材または同一機能部材には、実施の形態１と同一符号を付することとし、その機能などについての説明を省略または簡素化する。
【００７５】
無停電電源装置１は、信号入力端子９１と、出力設定スイッチ９２とを備える。信号入力端子９１と、出力設定スイッチ９２とは、無停電電源制御回路２７に接続される。スイッチング電源装置２は、信号出力端子９３を備える。信号出力端子９３は、スイッチング電源制御回路５３に接続されている。また、スイッチング電源装置２の信号出力端子９３は、無停電電源装置１の信号入力端子９１に接続されている。
【００７６】
スイッチング電源制御回路５３は、スイッチング電源装置２が起動されると、信号出力端子９３からローレベルの信号を出力する。その後、スイッチング電源制御回路５３は、信号入力端子５５に入力される信号レベルに応じて、ＰＦＨＣ回路５１およびＤＣ／ＤＣ変換回路５２へスイッチングパルスを出力する。
【００７７】
無停電電源制御回路２７は、信号入力端子９１の入力レベルがハイレベルあるいは、出力設定スイッチ９２がハイレベルである場合、プラス充電トランジスタ３４と、マイナス充電トランジスタ３２とへ、スイッチングパルスを出力する。また、無停電電源制御回路２７は、プラス放電トランジスタ４２と、マイナス放電トランジスタ４４を交互にオン状態に制御する。これにより、無停電電源装置１の一対の電力出力端子１３，１４からは、交流電力が出力される。
【００７８】
信号入力端子９１の入力レベルがローレベルあるいは、出力設定スイッチ９２がローレベルである場合、無停電電源制御回路２７は、信号出力端子２９をローレベルに制御した後、プラス充電トランジスタ３４と、マイナス充電トランジスタ３２とへ、スイッチングパルスを出力する。また、無停電電源制御回路２７は、プラス放電トランジスタ４２をオン状態に制御し、マイナス放電トランジスタ４４をオフ状態に制御する。これにより、無停電電源装置１の一対の電力出力端子１３，１４からは、プラスの直流電圧が出力される。
【００７９】
これ以外の各構成要素およびその動作は、実施の形態１に示す電力供給システムの同名の構成要素と同じものであり、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８０】
次に、実施の形態３に係る電力供給システムの全体の動作について説明する。
【００８１】
交流電源３と無停電電源装置１とを接続し、無停電電源装置１とスイッチング電源装置２とを接続し、スイッチング電源装置２と負荷機器４とを接続した状態で、無停電電源装置１およびスイッチング電源装置２を起動する。
【００８２】
無停電電源装置１が起動されると、無停電電源制御回路２７は、プラス充電トランジスタ３４と、マイナス充電トランジスタ３２とに、互いに逆相で変化するスイッチングパルスを連続的に出力する。これにより、無停電電源装置１からは、所望の交流電力が出力される。
【００８３】
スイッチング電源装置２は、この無停電電源装置１から供給される交流電力で動作を開始する。スイッチング電源制御回路５３は、信号出力端子９３の出力レベルをローレベルに制御するとともに、ＰＦＨＣ回路５１およびＤＣ／ＤＣ変換回路５２へスイッチングパルスを出力する。これにより、一対の電力出力端子１７，１８からは所定の電圧の直流電力が出力される。この直流電力で負荷機器４は動作を開始する。
【００８４】
スイッチング電源制御回路５３が信号出力端子９３の出力レベルをローレベルに制御すると、無停電電源装置１の信号入力端子９１もローレベルに制御される。無停電電源装置１の信号入力端子９１がローレベルに制御されると、無停電電源制御回路２７は、信号出力端子２９をローレベルに制御し、プラス放電トランジスタ４２をオン状態に制御し、マイナス放電トランジスタ４４をオフ状態に維持する。これにより、無停電電源装置１の一対の電力出力端子１３，１４からは、交流電力の替わりに、プラスの直流電圧が出力される。
【００８５】
無停電電源装置１が信号出力端子２９をローレベルに制御すると、スイッチング電源装置２の信号入力端子５５もローレベルに制御される。スイッチング電源装置２の信号入力端子５５がローレベルに制御されると、スイッチング電源制御回路５３は、スイッチングトランジスタ７２のみへ、スイッチングパルスを出力する。
【００８６】
これにより、スイッチング電源装置２のＰＦＨＣ回路５１は、一対の電力入力端子１５，１６から入力される直流電力をそのままＤＣ／ＤＣ変換回路５２へ出力する。ＤＣ／ＤＣ変換回路５２は、この直流電力に基づいて、所望の直流電圧の直流電力を生成する。この直流電力は、一対の電力出力端子１７，１８から負荷機器４へ供給される。
【００８７】
この実施の形態３によれば、無停電電源装置１は、インバータ２６によるスイッチング動作を停止して、スイッチング電源装置２へ直流電力を供給する。これにより、インバータ２６におけるスイッチング制御時の電力ロスを生じることなく、スイッチング電源装置２へ直流電力を供給することができる。
【００８８】
また、無停電電源装置１から出力される直流電力は、スイッチング電源装置２のＰＦＨＣ回路５１において交直変換のためにスイッチング動作をされることなく、ＤＣ／ＤＣ変換回路５２へ供給される。これにより、ＰＦＨＣ回路５１におけるスイッチング制御時の電力ロスを生じることなく、負荷機器４へ電力を供給することができる。
【００８９】
その結果、スイッチング電源装置２と交流電源３との間の電力供給経路に無停電電源装置１を接続したことによる効率の低下を、効果的に抑制することができる。
【００９０】
なお、この実施の形態３では、無停電電源装置１のインバータ２６によるスイッチング動作を停止させ、且つ、スイッチング電源装置２のＰＦＨＣ回路５１によるスイッチング動作を停止させている。この他にもたとえば、無停電電源装置１のインバータ２６によるスイッチング動作を停止させるとともに、実施の形態２のように、スイッチング電源装置２のＰＦＨＣ回路５１をバイパスさせるようにしても、同様の効果を期待することができる。さらにたとえば、無停電電源装置１のインバータ２６をバイパスするとともに、実施の形態２のように、スイッチング電源装置２のＰＦＨＣ回路５１をバイパスさせるようにしても、同様の効果を期待することができる。
【００９１】
実施の形態４．
図４は、本発明の実施の形態４に係る電力供給システムを示すシステム構成図である。なお、実施の形態１と同一部材または同一機能部材には、実施の形態１と同一符号を付することとし、その機能などについての説明を省略または簡素化する。
【００９２】
無停電電源装置１は、インバータ２６と一方の電力出力端子１３との間に設けられる切替スイッチとしての二入力スイッチ１０１と、コンバータ２１からインバータ２６までをバイパスするように、一方の電力入力端子１１と二入力スイッチ１０１とを接続するバイパス配線１０２と、を備える。
【００９３】
無停電電源制御回路２７は、コンバータ２１およびインバータ２６を監視する。そして、コンバータ２１およびインバータ２６が故障した場合には、無停電電源制御回路２７は、二入力スイッチ１０１をインバータ２６側からバイパス配線１０２側へ切り替えるとともに、信号出力端子２９をハイレベルに制御する。
【００９４】
これ以外の各構成要素およびその動作は、実施の形態３に示す電力供給システムの同名の構成要素と同じものであり、同一の符号を付して説明を省略する。
【００９５】
次に、実施の形態４に係る電力供給システムの全体の動作について説明する。
【００９６】
無停電電源装置１およびスイッチング電源装置２を起動すると、実施の形態３と同様の手順で、無停電電源装置１はプラスの直流電圧を出力し、スイッチング電源装置２は、そのプラスの直流電圧に基づいて所望の直流電圧の直流電力を生成する。この直流電力は、一対の電力出力端子１７，１８から負荷機器４へ供給される。なお、このときスイッチング電源装置２は、その信号出力端子９３をローレベルに制御している。無停電電源装置１は、その信号出力端子２９をローレベルに制御している。
【００９７】
無停電電源制御回路２７は、コンバータ２１およびインバータ２６を監視する。そして、コンバータ２１およびインバータ２６が故障すると、無停電電源制御回路２７は、二入力スイッチ１０１をインバータ２６側からバイパス配線１０２側へ切り替える。これにより、無停電電源制御回路２７の一対の電力入力端子１１，１２に入力される交流電力をそのまま、一対の電力出力端子１３，１４から出力する。
【００９８】
また、無停電電源制御回路２７は、信号出力端子２９をハイレベルに制御する。信号出力端子２９がハイレベルに制御されると、スイッチング電源装置２の信号入力端子５５もハイレベルとなる。スイッチング電源制御回路５３は、ＰＦＨＣ回路５１およびＤＣ／ＤＣ変換回路５２へスイッチングパルスを出力する。これにより、スイッチング電源装置２は、交流電力に基づいて所定の電圧の直流電力が出力される。この直流電力で負荷機器４は動作し続けることができる。
【００９９】
この実施の形態４によれば、無停電電源装置１のコンバータ２１やインバータ２６が故障した場合には、無停電電源装置１は、交流電源３からの交流電力をスイッチング電源装置２へ供給し、スイッチング電源装置２は、ＰＦＨＣ回路５１をスイッチング動作させる。その結果、無停電電源装置１が故障したとしても、適切な電力を負荷機器４へ供給することができる。
【０１００】
以上の各実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の例であるが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。
【０１０１】
上記実施の形態では、スイッチング電源装置２の動作状態を、ＰＦＨＣ回路５１によるスイッチング動作を停止させたり、ＰＦＨＣ回路５１をバイパスさせたりするために、無停電電源装置１が出力する信号と、スイッチング電源装置２のＰＦＨＣ回路５１を動作させるために無停電電源装置１が出力する信号とは、同一の信号出力端子２９から出力されている。この他にもたとえば、これら２つの信号を別々の信号出力端子から出力するようにしてもよい。この場合、スイッチング電源装置２にも、ＰＦＨＣ回路５１によるスイッチング動作を停止させたり、ＰＦＨＣ回路５１をバイパスさせたりするための信号が入力される信号入力端子と、スイッチング電源装置２のＰＦＨＣ回路５１を動作させるための信号が入力される他の信号入力端子と、が別々に必要となる。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明では、スイッチング電源装置と交流電源との間の電力供給経路に無停電電源装置を接続したことによる効率の低下を、抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る電力供給システムを示すシステム構成図である。
【図２】 本発明の実施の形態２に係る電力供給システムを示すシステム構成図である。
【図３】 本発明の実施の形態３に係る電力供給システムを示すシステム構成図である。
【図４】 本発明の実施の形態４に係る電力供給システムを示すシステム構成図である。
【符号の説明】
１ 無停電電源装置
２ スイッチング電源装置
３ 交流電源
４ 負荷機器
１１，１２ 電力入力端子（無停電電源装置の電力入力端子）
１３，１４ 電力出力端子（無停電電源装置の電力出力端子）
１５，１６ 電力入力端子（スイッチング電源装置の電力入力端子）
１７，１８ 電力出力端子（スイッチング電源装置の電力出力端子）
２１ コンバータ
２６ インバータ
２４，２５ ＵＰＳコンデンサ
２７ 無停電電源制御回路
２９ 信号出力端子
４１ 放電コイル
４２ プラス放電トランジスタ（スイッチング素子）
４４ マイナス放電トランジスタ（スイッチング素子）
５１ ＰＦＨＣ回路（力率改善回路）
５２ ＤＣ／ＤＣ変換回路
５３ スイッチング電源制御回路
５５ 信号入力端子
５６ 入力設定スイッチ
６１ 半波整流回路
６２ 昇圧コイル
６４ 昇圧コンデンサ
６５ 充電トランジスタ（スイッチング素子）
９１ 信号入力端子
９２ 出力設定スイッチ
１０１ 二入力スイッチ（切替スイッチ）
１０２ バイパス配線
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用交流電源などの交流電源と、コンピュータ本体などの負荷機器との間に接続される電力供給システムの力率改善方法、電力供給システム、スイッチング電源装置および無停電電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
事務機器や家庭内などで使用する電気機器は、一般的に、その内部にマイクロコンピュータチップなどの直流電力で動作する回路が組み込まれている。そのため、電気機器には、スイッチング電源装置などの直流電力を出力する電源装置が利用されている。特に、コンピュータなどでは、負荷機器としてのコンピュータ本体が複数の直流電圧を利用するため、スイッチング電源装置が広く利用されている。スイッチング電源装置は、たとえば特許文献に開示されている。
【０００３】
特許文献に開示されているスイッチング電源装置では、交流電源に力率改善回路としてのＰＦＨＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路が接続されている。ＰＦＨＣ回路は、交流電源から供給される交流電力を直流電力へ変換する。ＰＦＨＣ回路で生成された直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータのトランスに入力される。ＤＣ／ＤＣコンバータは、トランスと直列に接続されているスイッチング素子をスイッチング制御することで、出力端子から、所望の直流電圧を有する直流電力を出力する。この直流電力が負荷機器へ供給される。
【０００４】
なお、ＰＦＨＣ回路は、交流電源から供給される交流電力に含まれる高調波電流成分を抑制しながら、直流電力を生成する。これにより、交流電力をダイオードブリッジで直流電力へ変換し、この直流電力をトランスへ供給する場合に比べて、効率よく電力を負荷機器へ供給することができる。
【０００５】
ところで、コンピュータなどの負荷機器では、停電などが発生し、負荷機器に対して直流電力が供給されなくなってしまうと、その直流電力で保持していたデータなどが消失してしまう。このデータの消失などを防止するために、無停電電源装置が用いられる。
【０００６】
無停電電源装置は、交流電源と、スイッチング電源装置との間の電力供給経路に設けられる。そして、停電などによって交流電力が供給されなくなると、内部の蓄電部材に蓄電しておいた蓄電電力をスイッチング電源装置へ供給する。これにより、停電が発生しているにもかかわらず、負荷機器は安全に動作し続けることができる。
【０００７】
【特許文献】
特開２００２−２６２５７２号 （図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにスイッチング電源装置と交流電源との間の電力供給経路に無停電電源装置を設けると、以下の問題が生じる。
【０００９】
交流電源から見た場合、無停電電源装置と、スイッチング電源装置と、負荷機器とが直列に接続されている。無停電電源装置と、スイッチング電源装置とは、交流電源から供給される交流電力で動作する。その分、交流電源の消費出力は、増加する。その結果、交流電源から供給される電力の利用効率は、低下する。
【００１０】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、スイッチング電源装置と交流電源との間の電力供給経路に無停電電源装置を接続したとしても、交流電源から供給される電力の利用効率の低下を抑制することができる電力供給システムの力率改善方法、電力供給システム、スイッチング電源装置および無停電電源装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電力供給システムの力率改善方法は、無停電電源装置とスイッチング電源装置とを、交流電源と負荷機器との間に接続することで、負荷機器へ電力を安定的に供給する電力供給システムの力率改善方法であって、スイッチング装置の電力入力端子とＤＣ／ＤＣ変換回路との間に接続されている力率改善回路によるスイッチング動作を停止して、あるいは、力率改善回路をバイパスして、電力入力端子から入力される電力をＤＣ／ＤＣ変換回路で所定の電圧の電力へ変換するものである。
【００１２】
この方法を採用すれば、無停電電源装置から出力される交流電力は、スイッチング電源装置の力率改善回路において交直変換のためにスイッチング動作をされることなく、ＤＣ／ＤＣ変換回路へ供給される。あるいは、スイッチング電源装置の力率改善回路をバイパスして、ＤＣ／ＤＣ変換回路へ供給される。これにより、力率改善回路におけるスイッチング制御時の電力ロス、あるいは、力率改善回路による電力ロスを生じることなく、負荷機器へ電力を供給することができる。その結果、スイッチング電源装置と交流電源との間の電力供給経路に無停電電源装置を接続したことによる効率の低下を、効果的に抑制することができる。
【００１３】
本発明に係る電力供給システムの力率改善方法は、さらに、無停電電源装置は、インバータによるスイッチング動作を停止して、あるいは、インバータをバイパスして、スイッチング電源装置へ直流電力を供給するものである。
【００１４】
この方法を採用すれば、無停電電源装置は、インバータによるスイッチング動作を停止して、あるいは、インバータをバイパスして、スイッチング電源装置へ直流電力を供給する。これにより、インバータにおけるスイッチング制御時の電力ロス、あるいは、インバータによる電力ロスを生じることなく、スイッチング電源装置へ電力を供給することができる。その結果、スイッチング電源装置と交流電源との間の電力供給経路に無停電電源装置を接続したことによる効率の低下を、効果的に抑制することができる。
【００１５】
本発明に係る電力供給システムの力率改善方法は、さらに、無停電電源装置が故障した場合には、無停電電源装置は、そのコンバータおよびインバータをバイパスして交流電源からの交流電力をスイッチング電源装置へ供給し、スイッチング電源装置は、力率改善回路によるスイッチング動作を開始するものである。
【００１６】
この方法を採用すれば、無停電電源装置が故障した場合には、無停電電源装置は、交流電源からの交流電力をスイッチング電源装置へ供給する。また、スイッチング電源装置は、力率改善回路をスイッチング動作させる。その結果、無停電電源装置が故障したとしても、適切な電力を負荷機器へ供給することができる。
【００１７】
本発明に係る電力供給システムは、交流電源と負荷機器との間に接続される無停電電源装置とスイッチング電源装置とを備える電力供給システムにおいて、スイッチング装置の電力入力端子とＤＣ／ＤＣ変換回路との間に接続されている力率改善回路によるスイッチング動作を停止して、あるいは、力率改善回路をバイパスして、電力入力端子から入力される電力をＤＣ／ＤＣ変換回路で所定の電圧の電力へ変換するものである。
【００１８】
この構成を採用すれば、無停電電源装置から出力される交流電力は、スイッチング電源装置の力率改善回路において交直変換のためにスイッチング動作をされることなく、ＤＣ／ＤＣ変換回路へ供給される。あるいは、スイッチング電源装置の力率改善回路をバイパスして、ＤＣ／ＤＣ変換回路へ供給される。これにより、力率改善回路におけるスイッチング制御時の電力ロス、あるいは、力率改善回路による電力ロスを生じることなく、負荷機器へ電力を供給することができる。その結果、スイッチング電源装置と交流電源との間の電力供給経路に無停電電源装置を接続したことによる効率の低下を、効果的に抑制することができる。
【００１９】
本発明に係るスイッチング電源装置は、電力入力端子と、電力入力端子に接続される力率改善回路と、力率改善回路に接続されるＤＣ／ＤＣ変換回路と、力率改善回路およびＤＣ／ＤＣ変換回路へスイッチングパルスを出力するスイッチング電源制御回路と、を備えるスイッチング電源装置において、スイッチング電源制御回路に信号入力端子あるいは入力設定スイッチを接続し、力率改善回路を、電力入力端子に接続される半波整流回路と、半波整流回路に接続される昇圧コンデンサと、半波整流回路と昇圧コンデンサとの間に接続される昇圧コイルと、昇圧コンデンサと並列に接続されるとともにスイッチングパルスで制御されるスイッチング素子と、で構成し、スイッチング電源制御回路は、信号入力端子あるいは入力設定スイッチが所定の状態に制御されると、スイッチング素子へスイッチングパルスを出力しないものである。
【００２０】
この構成を採用すれば、電力入力端子に無停電電源装置を接続した場合には、信号入力端子あるいは入力設定スイッチを所定の状態に制御する。これにより、無停電電源装置から出力される交流電力は、スイッチング電源装置の力率改善回路において交直変換のためにスイッチング動作をされることなく、ＤＣ／ＤＣ変換回路へ供給される。つまり、力率改善回路におけるスイッチング制御時の電力ロスを生じることなく、負荷機器へ電力を供給することができる。その結果、スイッチング電源装置と交流電源との間の電力供給経路に無停電電源装置を接続したことによる効率の低下を、効果的に抑制することができる。
【００２１】
本発明に係るスイッチング電源装置は、さらに、スイッチング電源制御回路は、信号入力端子あるいは他の信号入力端子から所定の信号が入力されると、力率改善回路へのスイッチングパルスの出力を再開するものである。
【００２２】
この構成を採用すれば、信号入力端子あるいは他の信号入力端子から所定の信号が入力されると、力率改善回路へのスイッチングパルスの出力が再開される。これにより、力率改善回路は動作する。その結果、たとえば無停電電源装置が故障した場合には、この信号入力端子あるいは他の信号入力端子へ所定の信号を入力させるだけで、無停電電源装置が故障したとしても、適切な電力を負荷機器へ供給することができる。
【００２３】
本発明に係る無停電電源装置は、電力入力端子と、電力入力端子に接続されるコンバータと、コンバータに接続されるインバータと、インバータに接続される電力出力端子と、コンバータとインバータとの間に接続されるＵＰＳコンデンサと、コンバータおよびインバータへスイッチングパルスを出力する無停電電源制御回路と、を備える無停電電源装置において、無停電電源制御回路に信号入力端子あるいは出力設定スイッチを接続し、インバータを、ＵＰＳコンデンサと電力出力端子との間に接続される放電コイルと、ＵＰＳコンデンサと放電コイルとの間に接続されるとともにスイッチングパルスで制御されるスイッチング素子と、で構成し、無停電電源制御回路は、信号入力端子あるいは出力設定スイッチが所定の状態に制御されると、スイッチング素子を常にオン状態に制御するものである。
【００２４】
この構成を採用すれば、電力出力端子にスイッチング電源装置を接続した場合には、信号入力端子あるいは出力設定スイッチを所定の状態に制御することで、無停電電源装置は、インバータによるスイッチング動作を停止して、スイッチング電源装置へ直流電力を供給する。これにより、インバータにおけるスイッチング制御時の電力ロスを生じることなく、スイッチング電源装置へ電力を供給することができる。その結果、スイッチング電源装置と交流電源との間の電力供給経路に無停電電源装置を接続したことによる効率の低下を、効果的に抑制することができる。
【００２５】
本発明に係る無停電電源装置は、さらに、コンバータからインバータまでの回路をバイパスするバイパス配線と、バイパス配線およびインバータの中のいずれか一方を選択して電力出力端子へ接続する切替スイッチと、信号出力端子と、を備え、無停電電源制御回路は、コンバータからインバータまでの回路が故障したら、切替スイッチにバイパス配線を選択させるとともに、信号出力端子から所定の信号を出力するものである。
【００２６】
この構成を採用すれば、コンバータからインバータまでの回路が故障したら、無停電電源装置は、バイパス配線を選択する。これにより、無停電電源装置は、故障しているにもかかわらず、交流電力を電力出力端子から出力することができる。しかも、無停電電源装置は、信号出力端子から所定の信号を出力する。これにより、たとえば、無停電電源装置に接続されているスイッチング電源装置が、力率改善のために、その力率改善回路をバイパスしているような状況であっても、所定の信号に基づいて力率改善回路を動作させることができる。その結果、無停電電源装置が故障したとしても、適切な電力を負荷機器へ供給することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る電力供給システムの力率改善方法、電力供給システム、スイッチング電源装置２および無停電電源装置１を、図面に基づいて説明する。なお、電力供給システムの力率改善方法は、電力供給システムの動作の一部として説明する。
【００２８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力供給システムを示すシステム構成図である。
【００２９】
電力供給システムは、無停電電源装置１と、スイッチング電源装置２とで構成されている。無停電電源装置１の一対の電力出力端子１３，１４は、スイッチング電源装置２の一対の電力入力端子１５，１６に接続されている。無停電電源装置１の一対の電力入力端子１１，１２には、交流電源３が接続されている。スイッチング電源装置２の一対の電力出力端子１７，１８には、負荷機器４が接続されている。なお、負荷機器４がコンピュータ本体である場合、このスイッチング電源装置２は、コンピュータ本体と共通の筐体に組み込まれることが多い。
【００３０】
無停電電源装置１の一方の電力入力端子１１は、コンバータ２１が接続されている。コンバータ２１には、一対のレール配線２２，２３が接続されている。一対のレール配線２２，２３の間には、一対のＵＰＳコンデンサ２４，２５が接続されている。一対のレール配線２２，２３は、インバータ２６に接続されている。インバータ２６は、一方の電力出力端子１３に接続されている。また、コンバータ２１およびインバータ２６には、無停電電源制御回路２７が接続されている。
【００３１】
なお、無停電電源装置１の他方の電力入力端子１２は、グランド２８に接続されている。一対のＵＰＳコンデンサ２４，２５の他方の端子はそれぞれ、グランド２８に接続されている。他方の電力出力端子１４は、グランド２８に接続されている。
【００３２】
コンバータ２１は、一方の電力入力端子１１に接続される充電コイル３１と、充電コイル３１と一方のレール配線２２との間に接続されるスイッチング素子としてのマイナス充電トランジスタ３２と、マイナス充電トランジスタ３２と並列に接続されるプラス充電ダイオード３３と、充電コイル３１と他方のレール配線２３との間に接続されるスイッチング素子としてのプラス充電トランジスタ３４と、プラス充電トランジスタ３４と並列に接続されるマイナス充電ダイオード３５と、を備える。
【００３３】
プラス充電トランジスタ３４がオン状態とオフ状態との間で切り替わると、充電コイル３１に電気エネルギーが蓄積される。この電気エネルギーで、一方のＵＰＳコンデンサ２４は、プラスの電圧に充電される。逆に、マイナス充電トランジスタ３２がオン状態とオフ状態との間で切り替わると、充電コイル３１に電気エネルギーが蓄積される。この電気エネルギーで、他方のＵＰＳコンデンサ２５は、マイナスの電圧に充電される。
【００３４】
インバータ２６は、一方の電力出力端子１３に接続される放電コイル４１と、一方のレール配線２２と放電コイル４１との間に接続されるプラス放電トランジスタ４２と、プラス放電トランジスタ４２と並列に接続される保護ダイオード４３と、他方のレール配線２３と放電コイル４１との間に接続されるマイナス放電トランジスタ４４と、マイナス放電トランジスタ４４と並列に接続される他の保護ダイオード４５と、を備える。
【００３５】
プラス放電トランジスタ４２がオン状態になると、一方のＵＰＳコンデンサ２４が放電コイル４１を介して一方の電力出力端子１３に接続される。これにより、一対の電力出力端子１３，１４からは、プラスの電圧が出力される。マイナス放電トランジスタ４４がオン状態になると、他方のＵＰＳコンデンサ２５が放電コイル４１を介して一方の電力出力端子１３に接続される。これにより、一対の電力出力端子１３，１４からは、マイナスの電圧が出力される。
【００３６】
無停電電源制御回路２７は、その動作を開始すると、信号出力端子２９をローレベルに制御する。
【００３７】
また、無停電電源制御回路２７は、プラス充電トランジスタ３４、マイナス充電トランジスタ３２、プラス放電トランジスタ４２およびマイナス放電トランジスタ４４へ、スイッチングパルスを出力する。これらのトランジスタ３２，３４，４２，４４は、スイッチングパルスが入力されると、オフ状態からオン状態へ変化し、スイッチングパルスが無くなると、オン状態からオフ状態へ変化する。
【００３８】
具体的には、無停電電源制御回路２７は、プラス充電トランジスタ３４と、マイナス充電トランジスタ３２とに、互いに逆相で変化するスイッチングパルスを連続的に出力する。これにより、充電コイル３１には電気エネルギーが蓄積され、この電気エネルギーで、一対のＵＰＳコンデンサ２４，２５を所望の電圧に充電することができる。また、各スイッチングパルスのパルス幅を広くすれば、それに従って充電コイル３１に蓄電される電気エネルギーも大きくなるので、一対のＵＰＳコンデンサ２４，２５の充電電圧の絶対値も大きくなる。
【００３９】
無停電電源制御回路２７は、プラス放電トランジスタ４２と、マイナス放電トランジスタ４４とへ、交互にスイッチングパルスを出力する。これにより、プラス放電トランジスタ４２がオン状態になるとプラスの電圧が一対の電力出力端子１３，１４から出力され、マイナス放電トランジスタ４４がオン状態になるとマイナスの電圧が一対の電力出力端子１３，１４から出力される。つまり、交流電圧が一対の電力出力端子１３，１４から出力される。なお、各放電トランジスタ４２，４４へ供給するパルスをＰＷＭ（Ｐｕｌｔｈ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御することで、任意の電力を、一対の電力出力端子１３，１４から出力することができる。
【００４０】
スイッチング電源装置２の一方の電力入力端子１５は、力率改善回路としてのＰＦＨＣ回路５１が接続されている。ＰＦＨＣ回路５１は、ＤＣ／ＤＣ変換回路５２に接続されている。ＤＣ／ＤＣ変換回路５２は、一方の電力出力端子１７に接続されている。また、ＰＦＨＣ回路５１およびＤＣ／ＤＣ変換回路５２には、スイッチング電源制御回路５３が接続されている。
【００４１】
なお、スイッチング電源装置２の他方の電力入力端子１６は、グランド５４に接続されている。他方の電力出力端子１８は、グランド５４に接続されている。
【００４２】
ＰＦＨＣ回路５１は、一方の電力入力端子１５とグランド５４との間に接続されるダイオードブリッジ回路６１を備える。ダイオードブリッジ回路６１は、グランド５４の電位、すなわち他方の電力入力端子１６の電位を基準として、一対の電力入力端子１５，１６から入力される交流電圧を半波整流する。
【００４３】
この半波整流電圧は、昇圧コイル６２および逆流防止ダイオード６３を介して昇圧コンデンサ６４に印加される。これにより、昇圧コンデンサ６４は、半波整流電圧に充電される。
【００４４】
逆流防止ダイオード６３および昇圧コンデンサ６４の全体と並列に、スイッチング素子としての充電トランジスタ６５が接続されている。この充電トランジスタ６５をオン状態とオフ状態との間でスイッチングすると、昇圧コイル６２には電気エネルギーが蓄積される。そして、昇圧コンデンサ６４には、半波整流電圧による電気エネルギーに加え、この昇圧コイル６２に蓄積された電気エネルギーが供給される。これにより、昇圧コンデンサ６４は、半波整流電圧よりも高い電圧に充電される。以下、この電圧を励起電圧と記載する。
【００４５】
ＤＣ／ＤＣ変換回路５２は、ＰＦＨＣ回路５１の昇圧コンデンサ６４と並列に一次側コイルが接続されるトランス７１と、一次側コイルと直列に接続されるスイッチングトランジスタ７２と、トランス７１の二次側コイルと並列に接続される出力コンデンサ７３と、二次側コイルとトランス７１とを含む電流ループに接続される逆流防止ダイオード７４と、を備える。そして、出力コンデンサ７３の両端が、一対の電力出力端子１７，１８に接続される。
【００４６】
スイッチングトランジスタ７２をオン状態とオフ状態との間でスイッチングすると、トランス７１の一次側コイルには誘導電圧が発生する。また、この一次側コイルの誘導電圧を妨げるように、トランス７１の二次側コイルにも電圧が誘導される。
【００４７】
トランス７１の二次側コイルに誘導される電圧は、逆流防止ダイオード７４を介して出力コンデンサ７３に印加される。出力コンデンサ７３は、トランス７１の二次側コイルに誘導される電圧まで充電される。この出力コンデンサ７３の充電電圧は、一次側コイルに印加される電圧をＶｉｎ、一次側コイルに対する二次側コイルの巻数比を１：ｎとした場合、下記式１に求まる電圧となる。但し、下記式１において、Ｖｏｕｔは出力コンデンサ７３の充電電圧であり、Ｔｏｎはスイッチングトランジスタ７２のオン期間であり、Ｔｏｆｆはスイッチングトランジスタ７２のオフ期間である。そして、この出力コンデンサ７３の充電電圧Ｖｏｕｔが、一対の電力出力端子１７，１８から出力される。
【００４８】
Ｖｏｕｔ ＝ ｎ×Ｖｉｎ×（Ｔｏｎ／Ｔｏｆｆ） ・・・式１
【００４９】
スイッチング電源制御回路５３には、信号入力端子５５と、入力設定スイッチ５６とが接続されている。信号入力端子５５は、無停電電源装置１の信号出力端子２９に接続される。
【００５０】
そして、この信号入力端子５５の入力レベルがハイレベルあるいは、入力設定スイッチ５６がハイレベル（スイッチ５６のオフ状態）である場合、スイッチング電源制御回路５３は、充電トランジスタ６５およびスイッチングトランジスタ７２へ、スイッチングパルスを出力する。これらのトランジスタ６５，７２は、スイッチングパルスが入力されると、オフ状態からオン状態へ変化し、スイッチングパルスが無くなると、オン状態からオフ状態へ変化する。したがって、ＰＦＨＣ回路５１の昇圧コンデンサ６４は、半波整流電圧よりも高い電圧の励起電圧に充電される。ＤＣ／ＤＣ変換回路５２は、この励起電圧を基準として所望の電圧を生成する。
【００５１】
また、信号入力端子５５の入力レベルがローレベルあるいは、入力設定スイッチ５６がローレベル（スイッチ５６のオン状態）になると、スイッチング電源制御回路５３は、スイッチングトランジスタ７２のみへ、スイッチングパルスを出力する。充電トランジスタ６５はオフ状態に維持される。
【００５２】
スイッチングトランジスタ７２のみに供給されるスイッチングパルスは、充電トランジスタ６５およびスイッチングトランジスタ７２の両方へ出力するスイッチングパルスと比べた場合、単位時間当たりのオン期間が長くなるように、高い周期あるいは広いパルス幅になっている。したがって、ＰＦＨＣ回路５１の昇圧コンデンサ６４は、半波整流電圧に充電される。ＤＣ／ＤＣ変換回路５２は、この半波整流電圧を基準として所望の電圧を生成する。
【００５３】
次に、実施の形態１に係る電力供給システムの全体の動作について説明する。
【００５４】
無停電電源装置１の一対の電力入力端子１１，１２に交流電源３を接続し、無停電電源装置１の一対の電力出力端子１３，１４とスイッチング電源装置２の一対の電力入力端子１５，１６とを接続し、スイッチング電源装置２の一対の電力出力端子１７，１８に負荷機器４を接続する。また、無停電電源装置１の信号出力端子２９と、スイッチング電源装置２の信号入力端子５５とを接続する。
【００５５】
これらの結線を完了した状態で、無停電電源装置１およびスイッチング電源装置２を起動する。
【００５６】
無停電電源装置１が起動されると、無停電電源制御回路２７は、一対の電力入力端子１１，１２に入力される交流電力を監視し、この交流電力が正常な状態である場合には、信号出力端子２９をローレベルに制御するとともに、プラス充電トランジスタ３４と、マイナス充電トランジスタ３２とに、互いに逆相で変化するスイッチングパルスを連続的に出力する。また、無停電電源制御回路２７は、プラス放電トランジスタ４２と、マイナス放電トランジスタ４４を交互にオン状態に制御する。これにより、一対のＵＰＳコンデンサ２４，２５は所定の直流電圧に充電され、一対の電力出力端子１３，１４から交流電力が出力される。
【００５７】
なお、交流電源３が停電などの異常な状態にある場合には、無停電電源装置１は、プラス充電トランジスタ３４と、マイナス充電トランジスタ３２とに対するスイッチングパルスを停止する。これにより、図示外のバッテリからの電力で一対のＵＰＳコンデンサ２４，２５は所定の直流電圧に充電され、一対の電力出力端子１３，１４から交流電力が出力される。
【００５８】
スイッチング電源装置２が起動されると、スイッチング電源制御回路５３は、信号入力端子５５の入力レベルあるいは、入力設定スイッチ５６のレベルを検出する。そして、無停電電源装置１が信号出力端子５５をローレベルに制御しているので、スイッチング電源制御回路５３は、スイッチングトランジスタ７２のみへ、スイッチングパルスを出力する。
【００５９】
これにより、スイッチング電源装置２のＰＦＨＣ回路５１は、一対の電力入力端子１５，１６から入力される交流電力を単に半波整流する。ＤＣ／ＤＣ変換回路５２は、この単に半波整流された直流電力に基づいて、所望の直流電圧の直流電力を生成する。この直流電力は、一対の電力出力端子１７，１８から負荷機器４へ供給される。
【００６０】
この実施の形態１によれば、無停電電源装置１から出力される交流電力は、スイッチング電源装置２のＰＦＨＣ回路５１において交直変換のためにスイッチング動作をされることなく、ＤＣ／ＤＣ変換回路５２へ供給される。これにより、ＰＦＨＣ回路５１におけるスイッチング制御時の電力ロスを生じることなく、負荷機器４へ電力を供給することができる。その結果、スイッチング電源装置２と交流電源３との間の電力供給経路に無停電電源装置１を接続したことによる効率の低下を、効果的に抑制することができる。
【００６１】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る電力供給システムを示すシステム構成図である。なお、実施の形態１と同一部材または同一機能部材には、実施の形態１と同一符号を付することとし、その機能などについての説明を省略または簡素化する。
【００６２】
スイッチング電源装置２は、ＰＦＨＣ回路５１とＤＣ／ＤＣ変換回路５２との間に設けられるＰＦＨＣスイッチ８１と、ＰＦＨＣ回路５１およびＰＦＨＣスイッチ８１をバイパスして一方の電力入力端子１５とＤＣ／ＤＣ変換回路５２とを直接に接続するバイパス配線８２と、バイパス配線８２上に設けられるバイパススイッチ８３と、を備える。
【００６３】
ＰＦＨＣスイッチ８１とバイパススイッチ８３とは、スイッチング電源制御回路５３に制御される。スイッチング電源制御回路５３は、ＰＦＨＣスイッチ８１とバイパススイッチ８３とを択一的にオン状態に制御する。ＰＦＨＣスイッチ８１がオン状態に制御されると、ＰＦＨＣ回路５１がＤＣ／ＤＣ変換回路５２に接続される。バイパススイッチ８３がオン状態に制御されると、一方の電力入力端子１５がＤＣ／ＤＣ変換回路５２に接続される。
【００６４】
スイッチング電源制御回路５３は、信号入力端子５５の入力レベルがハイレベルあるいは、入力設定スイッチ５６がハイレベルである場合、ＰＦＨＣスイッチ８１をオン状態に制御し、バイパススイッチ８３をオフ状態に制御するとともに、充電トランジスタ６５およびスイッチングトランジスタ７２へ、スイッチングパルスを出力する。これにより、ＰＦＨＣ回路５１から出力される電圧がＤＣ／ＤＣ変換回路５２へ入力され、ＤＣ／ＤＣ変換回路５２はこのＰＦＨＣ回路５１から出力される電圧に基づいて、所望の電圧を生成する。
【００６５】
信号入力端子５５の入力レベルがローレベルあるいは、入力設定スイッチ５６がローレベルになると、スイッチング電源制御回路５３は、バイパススイッチ８３を択一的にオン状態に制御するとともに、スイッチングトランジスタ７２のみへスイッチングパルスを出力する。これにより、一対の電力入力端子１５，１６から入力される電圧がＤＣ／ＤＣ変換回路５２へ入力され、ＤＣ／ＤＣ変換回路５２はこの一対の電力入力端子１５，１６から入力される電圧に基づいて、所望の電圧を生成する。
【００６６】
なお、スイッチングトランジスタ７２のみに供給されるスイッチングパルスは、充電トランジスタ６５およびスイッチングトランジスタ７２の両方へ出力されるスイッチングパルスと比べた場合、単位時間当たりのオン期間が長くなるように、高い周期あるいは広いパルス幅になっている。単位時間当たりのオン期間を調整することで、ＤＣ／ＤＣ変換回路５２は、ＰＦＨＣ回路５１にて昇圧された電圧が入力された場合と同じ電圧を生成することができる。
【００６７】
これ以外の各構成要素およびその動作は、実施の形態１に示す電力供給システムの同名の構成要素と同じものであり、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６８】
次に、実施の形態２における電力供給システムの全体の動作について説明する。
【００６９】
交流電源３と無停電電源装置１とを接続し、無停電電源装置１とスイッチング電源装置２とを接続し、スイッチング電源装置２と負荷機器４とを接続した状態で、無停電電源装置１およびスイッチング電源装置２を起動する。
【００７０】
無停電電源装置１が起動されると、無停電電源制御回路２７は、信号出力端子２９をローレベルに制御するとともに、プラス充電トランジスタ３４と、マイナス充電トランジスタ３２とに、互いに逆相で変化するスイッチングパルスを連続的に出力する。これにより、無停電電源装置１からは、所望の交流電力が出力される。
【００７１】
また、無停電電源装置１の信号出力端子２９から出力されるローレベルの信号は、スイッチング電源装置２の信号入力端子５５に入力される。
【００７２】
スイッチング電源装置２が起動されると、スイッチング電源制御回路５３は、信号入力端子５５にローレベルの信号が入力されているので、バイパススイッチ８３をオン状態に制御し、ＰＦＨＣスイッチ８１をオフ状態に制御するとともに、スイッチングトランジスタ７２のみへスイッチングパルスを出力する。これにより、スイッチング電源装置２の一対の電力入力端子１５，１６に入力される交流電力はＤＣ／ＤＣ変換回路５２へ入力され、ＤＣ／ＤＣ変換回路５２はこの一対の電力入力端子１５，１６から入力される電圧に基づいて、所望の直流電圧の直流電力を生成する。この直流電力は、一対の電力出力端子１７，１８から負荷機器４へ供給される。
【００７３】
この実施の形態２によれば、無停電電源装置１から出力される交流電力は、スイッチング電源装置２のＰＦＨＣ回路５１をバイパスして、ＤＣ／ＤＣ変換回路５２へ供給される。これにより、ＰＦＨＣ回路５１による電力ロスを生じることなく、負荷機器４へ電力を供給することができる。その結果、スイッチング電源装置２と交流電源３との間の電力供給経路に無停電電源装置１を接続したことによる効率の低下を、効果的に抑制することができる。
【００７４】
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３に係る電力供給システムを示すシステム構成図である。なお、実施の形態１と同一部材または同一機能部材には、実施の形態１と同一符号を付することとし、その機能などについての説明を省略または簡素化する。
【００７５】
無停電電源装置１は、信号入力端子９１と、出力設定スイッチ９２とを備える。信号入力端子９１と、出力設定スイッチ９２とは、無停電電源制御回路２７に接続される。スイッチング電源装置２は、信号出力端子９３を備える。信号出力端子９３は、スイッチング電源制御回路５３に接続されている。また、スイッチング電源装置２の信号出力端子９３は、無停電電源装置１の信号入力端子９１に接続されている。
【００７６】
スイッチング電源制御回路５３は、スイッチング電源装置２が起動されると、信号出力端子９３からローレベルの信号を出力する。その後、スイッチング電源制御回路５３は、信号入力端子５５に入力される信号レベルに応じて、ＰＦＨＣ回路５１およびＤＣ／ＤＣ変換回路５２へスイッチングパルスを出力する。
【００７７】
無停電電源制御回路２７は、信号入力端子９１の入力レベルがハイレベルあるいは、出力設定スイッチ９２がハイレベルである場合、プラス充電トランジスタ３４と、マイナス充電トランジスタ３２とへ、スイッチングパルスを出力する。また、無停電電源制御回路２７は、プラス放電トランジスタ４２と、マイナス放電トランジスタ４４を交互にオン状態に制御する。これにより、無停電電源装置１の一対の電力出力端子１３，１４からは、交流電力が出力される。
【００７８】
信号入力端子９１の入力レベルがローレベルあるいは、出力設定スイッチ９２がローレベルである場合、無停電電源制御回路２７は、信号出力端子２９をローレベルに制御した後、プラス充電トランジスタ３４と、マイナス充電トランジスタ３２とへ、スイッチングパルスを出力する。また、無停電電源制御回路２７は、プラス放電トランジスタ４２をオン状態に制御し、マイナス放電トランジスタ４４をオフ状態に制御する。これにより、無停電電源装置１の一対の電力出力端子１３，１４からは、プラスの直流電圧が出力される。
【００７９】
これ以外の各構成要素およびその動作は、実施の形態１に示す電力供給システムの同名の構成要素と同じものであり、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８０】
次に、実施の形態３に係る電力供給システムの全体の動作について説明する。
【００８１】
交流電源３と無停電電源装置１とを接続し、無停電電源装置１とスイッチング電源装置２とを接続し、スイッチング電源装置２と負荷機器４とを接続した状態で、無停電電源装置１およびスイッチング電源装置２を起動する。
【００８２】
無停電電源装置１が起動されると、無停電電源制御回路２７は、プラス充電トランジスタ３４と、マイナス充電トランジスタ３２とに、互いに逆相で変化するスイッチングパルスを連続的に出力する。これにより、無停電電源装置１からは、所望の交流電力が出力される。
【００８３】
スイッチング電源装置２は、この無停電電源装置１から供給される交流電力で動作を開始する。スイッチング電源制御回路５３は、信号出力端子９３の出力レベルをローレベルに制御するとともに、ＰＦＨＣ回路５１およびＤＣ／ＤＣ変換回路５２へスイッチングパルスを出力する。これにより、一対の電力出力端子１７，１８からは所定の電圧の直流電力が出力される。この直流電力で負荷機器４は動作を開始する。
【００８４】
スイッチング電源制御回路５３が信号出力端子９３の出力レベルをローレベルに制御すると、無停電電源装置１の信号入力端子９１もローレベルに制御される。無停電電源装置１の信号入力端子９１がローレベルに制御されると、無停電電源制御回路２７は、信号出力端子２９をローレベルに制御し、プラス放電トランジスタ４２をオン状態に制御し、マイナス放電トランジスタ４４をオフ状態に維持する。これにより、無停電電源装置１の一対の電力出力端子１３，１４からは、交流電力の替わりに、プラスの直流電圧が出力される。
【００８５】
無停電電源装置１が信号出力端子２９をローレベルに制御すると、スイッチング電源装置２の信号入力端子５５もローレベルに制御される。スイッチング電源装置２の信号入力端子５５がローレベルに制御されると、スイッチング電源制御回路５３は、スイッチングトランジスタ７２のみへ、スイッチングパルスを出力する。
【００８６】
これにより、スイッチング電源装置２のＰＦＨＣ回路５１は、一対の電力入力端子１５，１６から入力される直流電力をそのままＤＣ／ＤＣ変換回路５２へ出力する。ＤＣ／ＤＣ変換回路５２は、この直流電力に基づいて、所望の直流電圧の直流電力を生成する。この直流電力は、一対の電力出力端子１７，１８から負荷機器４へ供給される。
【００８７】
この実施の形態３によれば、無停電電源装置１は、インバータ２６によるスイッチング動作を停止して、スイッチング電源装置２へ直流電力を供給する。これにより、インバータ２６におけるスイッチング制御時の電力ロスを生じることなく、スイッチング電源装置２へ直流電力を供給することができる。
【００８８】
また、無停電電源装置１から出力される直流電力は、スイッチング電源装置２のＰＦＨＣ回路５１において交直変換のためにスイッチング動作をされることなく、ＤＣ／ＤＣ変換回路５２へ供給される。これにより、ＰＦＨＣ回路５１におけるスイッチング制御時の電力ロスを生じることなく、負荷機器４へ電力を供給することができる。
【００８９】
その結果、スイッチング電源装置２と交流電源３との間の電力供給経路に無停電電源装置１を接続したことによる効率の低下を、効果的に抑制することができる。
【００９０】
なお、この実施の形態３では、無停電電源装置１のインバータ２６によるスイッチング動作を停止させ、且つ、スイッチング電源装置２のＰＦＨＣ回路５１によるスイッチング動作を停止させている。この他にもたとえば、無停電電源装置１のインバータ２６によるスイッチング動作を停止させるとともに、実施の形態２のように、スイッチング電源装置２のＰＦＨＣ回路５１をバイパスさせるようにしても、同様の効果を期待することができる。さらにたとえば、無停電電源装置１のインバータ２６をバイパスするとともに、実施の形態２のように、スイッチング電源装置２のＰＦＨＣ回路５１をバイパスさせるようにしても、同様の効果を期待することができる。
【００９１】
実施の形態４．
図４は、本発明の実施の形態４に係る電力供給システムを示すシステム構成図である。なお、実施の形態１と同一部材または同一機能部材には、実施の形態１と同一符号を付することとし、その機能などについての説明を省略または簡素化する。
【００９２】
無停電電源装置１は、インバータ２６と一方の電力出力端子１３との間に設けられる切替スイッチとしての二入力スイッチ１０１と、コンバータ２１からインバータ２６までをバイパスするように、一方の電力入力端子１１と二入力スイッチ１０１とを接続するバイパス配線１０２と、を備える。
【００９３】
無停電電源制御回路２７は、コンバータ２１およびインバータ２６を監視する。そして、コンバータ２１およびインバータ２６が故障した場合には、無停電電源制御回路２７は、二入力スイッチ１０１をインバータ２６側からバイパス配線１０２側へ切り替えるとともに、信号出力端子２９をハイレベルに制御する。
【００９４】
これ以外の各構成要素およびその動作は、実施の形態３に示す電力供給システムの同名の構成要素と同じものであり、同一の符号を付して説明を省略する。
【００９５】
次に、実施の形態４に係る電力供給システムの全体の動作について説明する。
【００９６】
無停電電源装置１およびスイッチング電源装置２を起動すると、実施の形態３と同様の手順で、無停電電源装置１はプラスの直流電圧を出力し、スイッチング電源装置２は、そのプラスの直流電圧に基づいて所望の直流電圧の直流電力を生成する。この直流電力は、一対の電力出力端子１７，１８から負荷機器４へ供給される。なお、このときスイッチング電源装置２は、その信号出力端子９３をローレベルに制御している。無停電電源装置１は、その信号出力端子２９をローレベルに制御している。
【００９７】
無停電電源制御回路２７は、コンバータ２１およびインバータ２６を監視する。そして、コンバータ２１およびインバータ２６が故障すると、無停電電源制御回路２７は、二入力スイッチ１０１をインバータ２６側からバイパス配線１０２側へ切り替える。これにより、無停電電源制御回路２７の一対の電力入力端子１１，１２に入力される交流電力をそのまま、一対の電力出力端子１３，１４から出力する。
【００９８】
また、無停電電源制御回路２７は、信号出力端子２９をハイレベルに制御する。信号出力端子２９がハイレベルに制御されると、スイッチング電源装置２の信号入力端子５５もハイレベルとなる。スイッチング電源制御回路５３は、ＰＦＨＣ回路５１およびＤＣ／ＤＣ変換回路５２へスイッチングパルスを出力する。これにより、スイッチング電源装置２は、交流電力に基づいて所定の電圧の直流電力が出力される。この直流電力で負荷機器４は動作し続けることができる。
【００９９】
この実施の形態４によれば、無停電電源装置１のコンバータ２１やインバータ２６が故障した場合には、無停電電源装置１は、交流電源３からの交流電力をスイッチング電源装置２へ供給し、スイッチング電源装置２は、ＰＦＨＣ回路５１をスイッチング動作させる。その結果、無停電電源装置１が故障したとしても、適切な電力を負荷機器４へ供給することができる。
【０１００】
以上の各実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の例であるが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。
【０１０１】
上記実施の形態では、スイッチング電源装置２の動作状態を、ＰＦＨＣ回路５１によるスイッチング動作を停止させたり、ＰＦＨＣ回路５１をバイパスさせたりするために、無停電電源装置１が出力する信号と、スイッチング電源装置２のＰＦＨＣ回路５１を動作させるために無停電電源装置１が出力する信号とは、同一の信号出力端子２９から出力されている。この他にもたとえば、これら２つの信号を別々の信号出力端子から出力するようにしてもよい。この場合、スイッチング電源装置２にも、ＰＦＨＣ回路５１によるスイッチング動作を停止させたり、ＰＦＨＣ回路５１をバイパスさせたりするための信号が入力される信号入力端子と、スイッチング電源装置２のＰＦＨＣ回路５１を動作させるための信号が入力される他の信号入力端子と、が別々に必要となる。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明では、スイッチング電源装置と交流電源との間の電力供給経路に無停電電源装置を接続したことによる効率の低下を、抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る電力供給システムを示すシステム構成図である。
【図２】 本発明の実施の形態２に係る電力供給システムを示すシステム構成図である。
【図３】 本発明の実施の形態３に係る電力供給システムを示すシステム構成図である。
【図４】 本発明の実施の形態４に係る電力供給システムを示すシステム構成図である。
【符号の説明】
１ 無停電電源装置
２ スイッチング電源装置
３ 交流電源
４ 負荷機器
１１，１２ 電力入力端子（無停電電源装置の電力入力端子）
１３，１４ 電力出力端子（無停電電源装置の電力出力端子）
１５，１６ 電力入力端子（スイッチング電源装置の電力入力端子）
１７，１８ 電力出力端子（スイッチング電源装置の電力出力端子）
２１ コンバータ
２６ インバータ
２４，２５ ＵＰＳコンデンサ
２７ 無停電電源制御回路
２９ 信号出力端子
４１ 放電コイル
４２ プラス放電トランジスタ（スイッチング素子）
４４ マイナス放電トランジスタ（スイッチング素子）
５１ ＰＦＨＣ回路（力率改善回路）
５２ ＤＣ／ＤＣ変換回路
５３ スイッチング電源制御回路
５５ 信号入力端子
５６ 入力設定スイッチ
６１ 半波整流回路
６２ 昇圧コイル
６４ 昇圧コンデンサ
６５ 充電トランジスタ（スイッチング素子）
９１ 信号入力端子
９２ 出力設定スイッチ
１０１ 二入力スイッチ（切替スイッチ）
１０２ バイパス配線
Claims (8)
- 無停電電源装置とスイッチング電源装置とを、交流電源と負荷機器との間に接続することで、上記負荷機器へ電力を安定的に供給する電力供給システムの力率改善方法であって、
上記スイッチング電源装置の電力入力端子とＤＣ／ＤＣ変換回路との間に接続されている力率改善回路によるスイッチング動作を停止して、あるいは、上記力率改善回路をバイパスして、上記電力入力端子から入力される電力を上記ＤＣ／ＤＣ変換回路で所定の電圧の電力へ変換することを特徴とする電力供給システムの力率改善方法。 - 前記無停電電源装置は、インバータによるスイッチング動作を停止して、あるいは、上記インバータをバイパスして、前記スイッチング電源装置へ直流電力を供給することを特徴とする請求項１記載の電力供給システムの力率改善方法。
- 前記無停電電源装置が故障した場合には、前記無停電電源装置は、そのコンバータおよびインバータをバイパスして前記交流電源からの交流電力を前記スイッチング電源装置へ供給し、前記スイッチング電源装置は、前記力率改善回路によるスイッチング動作を開始することを特徴とする請求項１または２記載の電力供給システムの力率改善方法。
- 交流電源と負荷機器との間に接続される無停電電源装置とスイッチング電源装置とを備える電力供給システムにおいて、
上記スイッチング電源装置の電力入力端子とＤＣ／ＤＣ変換回路との間に接続されている力率改善回路によるスイッチング動作を停止して、あるいは、上記力率改善回路をバイパスして、上記電力入力端子から入力される電力を上記ＤＣ／ＤＣ変換回路で所定の電圧の電力へ変換することを特徴とする電力供給システム。 - 電力入力端子と、
上記電力入力端子に接続される力率改善回路と、
上記力率改善回路に接続されるＤＣ／ＤＣ変換回路と、
上記力率改善回路および上記ＤＣ／ＤＣ変換回路へスイッチングパルスを出力するスイッチング電源制御回路と、を備えるスイッチング電源装置において、
上記スイッチング電源制御回路に信号入力端子あるいは入力設定スイッチを接続し、
上記力率改善回路を、
上記電力入力端子に接続される半波整流回路と、
上記半波整流回路に接続される昇圧コンデンサと、
上記半波整流回路と上記昇圧コンデンサとの間に接続される昇圧コイルと、
上記昇圧コンデンサと並列に接続されるとともに上記スイッチングパルスで制御されるスイッチング素子と、で構成し、
上記スイッチング電源制御回路は、上記信号入力端子あるいは上記入力設定スイッチが所定の状態に制御されると、上記スイッチング素子へスイッチングパルスを出力しないことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記スイッチング電源制御回路は、前記信号入力端子あるいは他の信号入力端子から所定の信号が入力されると、前記力率改善回路へのスイッチングパルスの出力を再開することを特徴とする請求項５記載のスイッチング電源装置。
- 電力入力端子と、
上記電力入力端子に接続されるコンバータと、
上記コンバータに接続されるインバータと、
上記インバータに接続される電力出力端子と、
上記コンバータと上記インバータとの間に接続されるＵＰＳコンデンサと、
上記コンバータおよび上記インバータへスイッチングパルスを出力する無停電電源制御回路と、を備える無停電電源装置において、
上記無停電電源制御回路に信号入力端子あるいは出力設定スイッチを接続し、
上記インバータを、
上記ＵＰＳコンデンサと上記電力出力端子との間に接続される放電コイルと、
上記ＵＰＳコンデンサと上記放電コイルとの間に接続されるとともに上記スイッチングパルスで制御されるスイッチング素子と、で構成し、
上記無停電電源制御回路は、上記信号入力端子あるいは上記出力設定スイッチが所定の状態に制御されると、上記スイッチング素子を常にオン状態に制御することを特徴とする無停電電源装置。 - 前記コンバータから前記インバータまでの回路をバイパスするバイパス配線と、
上記バイパス配線および前記ＤＣ／ＡＣ変換回路の中のいずれか一方を選択して前記電力出力端子へ接続する切替スイッチと、
信号出力端子と、を備え、
前記無停電電源制御回路は、前記コンバータから前記インバータまでの回路が故障したら、上記切替スイッチにバイパス配線を選択させるとともに、上記信号出力端子から所定の信号を出力することを特徴とする請求項７記載の無停電電源装置。
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