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 PDF

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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

Claims (8)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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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