JP6155935B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、通常時には商用電源から供給される交流電圧を負荷に出力して、商用電源の停電時には蓄電池から供給される直流電圧を交流電圧に変換して負荷に出力する電源装置（いわゆる無停電電源装置）に関するものである。

無停電電源装置においては、例えば、図６に示すように、停電の発生タイミングによっては回復時に供給される正弦波の正または負の部分が停電前の波形と同極に一時的に連続して負荷に出力される場合がある。この場合、例えば、負荷の入力側にトランスやコイル等、コアに巻回されたコイル部品が接続されているときには、偏磁現象により磁気飽和に達したコイル部品に過電流が流れて負荷の故障を招き得るおそれがある。

このため、例えば、下記特許文献１に開示される「無停電電源装置」では、商用電源の停電時の終端位相を検出し、正極または負極の半波がピークに達する前の位相であれば同相の波形を、また正極または負極の半波がピークに達した後の位相であれば逆相の波形を、それぞれ出力し得るようにインバータを制御する。これにより、商用電源からインバータに出力を切り替える際に、負荷が備えるトランスの磁気飽和を回避可能にしている（特許文献１；段落００２２）。

特開２００１−２５１７８５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示される「無停電電源装置」によると、商用電源の停電時の終端位相を検出し、その半波がピークに達する前の位相であるか否かを判断してインバータの出力波形を制御する。つまり、停電の発生タイミングに対して位相のπ／２の精度で位相制御をしているに過ぎない。そのため、正負でアンバランスな波形を厳密な位相制御によって打ち消すことはできないという問題がある。仮に、厳密な位相制御によってアンバランスな波形をほぼ確実に打ち消す構成を採ると、終端位相に基づく判断処理が非常に複雑になることから、制御部の過剰な増加を招き得る。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、停電の発生タイミングにかかわらず、トランス等のコイル部品を含む負荷の故障を防止し得る電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載された請求項１の電源装置の発明は、通常時には商用電源から供給される交流電圧を負荷に出力して、前記商用電源の停電時には蓄電池から供給される直流電圧を交流電圧に変換して前記負荷に出力する電源装置であって、前記蓄電池から供給される直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記インバータの出力電圧を商用電源周波数の正弦波に近似するようにＰＷＭ制御するインバータ制御部と、前記交流電圧の出力元を前記商用電源または前記インバータに切り替えるスイッチと、前記商用電源の交流電圧を検出する電圧センサと、前記商用電源の停電時に生じる電圧低下を前記電圧センサにより検出した場合、前記スイッチを前記インバータに切り替えるスイッチ制御部と、を備え、前記インバータ制御部は、前記スイッチ制御部による前記スイッチの切替後、所定時間経過後に、前記スイッチの切替時点における前記商用電源周波数の正弦波の位相に連続して続く位相で前記ＰＷＭ制御を開始することを技術的特徴とする。

請求項１の発明では、インバータ制御部は、インバータの出力電圧を商用電源周波数の正弦波に近似するようにＰＷＭ制御する。また、スイッチ制御部は、商用電源の停電時に生じる電圧低下を電圧センサにより検出した場合、スイッチをインバータに切り替える。そのため、インバータ制御部が、スイッチ制御部によるスイッチの切替後、所定時間経過後に、スイッチの切替時点における商用電源周波数の正弦波の位相に連続して続く位相でインバータのＰＷＭ制御を開始することにより、蓄電池から供給される直流電圧を交流電圧に変換するインバータは、スイッチにより切り替えられた直後の商用電源周波数の正弦波の位相に引き続いて交流電圧を負荷に出力する。これにより、停電の発生タイミングにかかわらず、正負でバランスのとれた正弦波による交流電圧を負荷に出力することが可能になるため、偏磁現象が生じ得る波形が出力されない。

また、特許請求の範囲に記載された請求項２の電源装置の発明は、請求項１に記載の電源装置において、前記インバータ制御部は、正弦波をなす基準波形のデータを所定タイミングごとに順次読み出して前記インバータの出力電圧をＰＷＭ制御し、前記スイッチの切替時においては前記切替時点に読み出した前記データを記憶し、前記スイッチの切替後においては前記記憶した前記データを読み出して前記ＰＷＭ制御を行うことを技術的特徴とする。
また、特許請求の範囲に記載された請求項３の電源装置の発明は、請求項１または２に記載の電源装置において、前記スイッチ制御部は、前記商用電源周波数の正弦波電圧に同期して変化する閾値電圧に基づいて前記電圧低下を判断し、前記インバータ制御部は、前記正弦波電圧の波形に同期かつ類似した基準正弦波に基づいて、前記ＰＷＭ制御を行うとともに前記スイッチの切替後の前記ＰＷＭ制御を開始することを技術的特徴とする。

請求項２の発明では、スイッチの切替時においては切替時点に読み出したデータを記憶し、スイッチの切替後においては記憶したデータを読み出してＰＷＭ制御を行う。
請求項３の発明では、スイッチ制御部は、商用電源周波数の正弦波電圧に同期して変化する閾値電圧に基づいて電圧低下を判断し、インバータ制御部は、正弦波電圧の波形に同期かつ類似した基準正弦波に基づいて、ＰＷＭ制御を行うとともにスイッチの切替後のＰＷＭ制御を開始する。これにより、スイッチの切替時点における商用電源周波数の正弦波の位相は、インバータ制御部がインバータの出力電圧をＰＷＭ制御するために用いる商用電源周波数の正弦波に近似する基準正弦波に基づいて特定される。これにより、特に複雑なアルゴリズムを用いることなく、比較的簡易な構成により、正負でバランスのとれた正弦波による交流電圧を負荷に出力することが可能になる。

さらに、特許請求の範囲に記載された請求項４の電源装置の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源装置において、前記スイッチ制御部は、前記商用電源周波数の正弦波電圧がゼロクロスする前後においては前記電圧低下を検出しない不感区間を設定することを技術的特徴とする。「ゼロクロスする」とは、正弦波電圧（交流電圧）が０Ｖ（ゼロボルト）になることを意味する。

請求項４の発明では、スイッチ制御部は、商用電源周波数の正弦波電圧がゼロクロスする前後の不感区間においては電圧低下を検出しない。これにより、商用電源の停電の判断が困難なゼロクロスする前後における停電の誤検出を防止することが可能になる。

本発明の電源装置では、停電の発生タイミングにかかわらず、偏磁現象が生じることなく磁気飽和を回避するため、トランス等のコイル部品が入力側に接続された負荷の故障を防止することができる。

本発明の電源装置を適用した無停電電源装置のハードウェア構成の例を示すブロック図である。 本実施形態の無停電電源装置を構成するインバータの制御に使用される正弦波テーブルに対応する基準波形の例である。 本実施形態に係る無停電電源装置のコントローラにより実行される電源回復制御処理の流れを示すフローチャートである。 図３に示す電源回復制御処理において使用される瞬停テーブルに対応する判定波形の例を示す説明図である。 本実施形態の無停電電源装置により電源回復前後に供給される交流電圧波形の例を示す説明図である。 従来の無停電電源装置により電源回復前後に供給される交流電圧波形の例を示す説明図である。

以下、本発明の電源装置を無停電電源装置に適用した一実施形態について図を参照して説明する。まず、本実施形態に係る無停電電源装置２０のハードウェア構成を図１に基づいて説明する。図１には、無停電電源装置２０のブロック図が図示されている。

図１に示すように、無停電電源装置２０は、主に、コントローラ２１、バッテリ２２、昇圧コンバータ２３、充電器２４、インバータ２５、切替スイッチ２６、電圧センサ２７等により構成されている。無停電電源装置２０は、通常時には商用電源１０から供給される交流電圧を負荷５０に出力して、商用電源１０の停電時にはバッテリ２２から供給される直流電圧を交流電圧に変換して負荷５０に出力する電源装置である。

商用電源１０は、通常時において、例えば、電圧１００Ｖまたは２００Ｖ（周波数５０Hzもしくは６０Hz）の交流電圧を供給する交流電圧源である。商用電源１０は、典型的には、図略の電力ケーブル等を介して無停電電源装置２０の入力端子２８に接続されて交流電圧を当該無停電電源装置２０に入力する。

負荷５０は、無停電電源装置２０から交流電力の供給を受けて所定の動作を行う機器装置であり、例えば、電源ラインの入力側にトランスやコイル等、コアに巻回されたコイル部品が接続されているものである。例えば、入力電圧をトランスで降圧するドロッパ電源を内蔵するものがこれに相当し得る。負荷５０も、典型的には、図略の電力ケーブル等を介して無停電電源装置２０の出力端子２９に接続される。

コントローラ２１は、充電器２４、インバータ２５や切替スイッチ２６を制御する制御装置であり、例えば、マイクロコンピュータ（演算処理装置）、メモリ（半導体記憶装置）、システムバス、入出力インタフェース、Ａ／Ｄ変換器等により構成されている（以下、コントローラ２１に内蔵されるマイクロコンピュータのことを「マイコン」といい、また同様に内蔵されているメモリのことを単に「メモリ」という）。コントローラ２１は、後述するように、昇圧コンバータ２３やインバータ２５のＰＷＭ制御を行ったり、切替スイッチ２６の切替制御を行ったりする。なお、これらの各制御処理は、コンバータＰＷＭ制御プログラム、インバータＰＷＭ制御プログラムおよび電源回復制御プログラムとしてメモリに予め記憶されている。また、インバータ２５のＰＷＭ制御で使用する正弦波テーブルや切替スイッチ２６の切替制御で使用する瞬停テーブルもメモリに記憶されている。

バッテリ２２は、鉛蓄電池やニッケルカドミウム蓄電池等の二次電池からなる直流電圧源（蓄電池）であり、例えば直流電圧５０Ｖ前後を発生する。バッテリ２２は、通常時においては充電器２４により充電されて、商用電源１０の停電時において昇圧コンバータ２３に直流電力を供給する。なお、バッテリ２２の充電状態は、充電器２４またはコントローラ２１により監視されている。

昇圧コンバータ２３は、バッテリ２２から入力される直流電圧を所定電圧に昇圧する直流電圧変換器である。本実施形態では、コントローラ２１から出力されるＰＷＭ制御信号に従って出力電圧を制御し得るようにコントローラ２１に接続されており、例えば、バッテリ２２の出力電圧である約５０Ｖをその３倍の１５０Ｖ前後の規定電圧に昇圧する。昇圧コンバータ２３は商用電源１０の停電時に起動される。そのため、通常時においては、昇圧コンバータ２３はホットスタンバイの状態で待機しており、コントローラ２１から出力される起動信号を受信すると昇圧を開始して数ミリ秒後に規定電圧を出力する。

充電器２４は、バッテリ２２を充電するバッテリチャージャである。本実施形態では、商用電源１０から入力される交流電圧をバッテリ２２を充電可能に降圧するとともに直流電圧に変換してバッテリ２２を充電する。なお、図１においては、充電器２４の出力と昇圧コンバータ２３の入力とを直接接続しているように表現しているが、これは便宜的なもので、実際には、両者はダイオードやスイッチング素子等を介して接続されている。

インバータ２５は、バッテリ２２から昇圧コンバータ２３を介して入力される直流電圧を交流電圧に変換する装置である。本実施形態では、バッテリ２２の出力電圧が低いため、昇圧コンバータ２３により昇圧した後、インバータ２５で交流電圧に変換しているが、バッテリ２２の出力電圧を昇圧する必要がない場合にはバッテリ２２の出力電圧を直接、インバータ２５によって交流電圧に変換してもよい。直流を交流に変換する回路方式には種々のものあるが、本実施形態では、基準電圧（０Ｖ）を中心に、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子を正側（アッパーアーム側）と負側（ロアーアーム側）の両方に備え、一方がオン状態のときには他方がオフ状態に制御される相補型のＰＷＭ回路を構成する。

インバータ２５は、コントローラ２１によりＰＷＭ制御される。このＰＷＭ制御は、前述したメモリに記憶されているインバータＰＷＭ制御プログラムをマイコンが実行することにより行われる。例えば、図２に示すように正弦波をなす基準波形に対応したＰＷＭのデューティ比データが正弦波テーブルに格納されているため、このデューティ比データを所定のタイミングで読み出してそれに従ったＰＷＭ制御をインバータ２５に対して行う。

具体的には、例えば、ＰＷＭ制御の割り込みが５０マイクロ秒ごとに発生する場合、この割り込みタイミングでカウントを進める基本カウンタを用いる。これにより、基本カウンタは、商用電源１０の交流波形の１周期に４００カウント（交流周波数が５０Hzの場合）または３３３カウント（交流周波数が６０Hzの場合）するため、この基本カウンタのタイミングで正弦波テーブルに格納されているデューティ比データを読み出す。読み出すデータは、正弦波テーブルのインデックスに対応付けられている。

このインデックスは、正弦波テーブルに関連づけられたテーブルアドレスに相当するもので、正弦波テーブルに対応する基準波形の位相角にも相当し得る。本実施形態では、例えば、インデックスは０〜１０２３の値を持っている（インデックス［０］〜インデックス［１０２３］。そのため、インデックス［０］を基準波形の位相角０度に対応させた場合には、インデックス［１０２３］は同波形の位相角３５９．６５度に対応する。このようにインデックスの最大値は、基本カウンタの最大値よりも大きい。そのため、読み出す正弦波テーブルのインデックスは、基本カウンタの上限値に対する読み出し時のカウンタ値の割合をインデックスの最大値に乗ずることにより算出することができる。つまり、基本カウンタの値からインデックス［ｎ］の値ｎを得ることができる。

本実施形態では、例えば、図２に示す基準波形が商用電源１０の交流波形に同期するように、基本カウンタをカウントしている。即ち、図２に示す０度（または３６０度）において基本カウンタの値がゼロにリセットされるようにインバータＰＷＭ制御プログラムが構成されている。例えば、電圧センサ２７から得られる電圧情報に基づいて、商用電源１０から出力される交流波形の０度または３６０度を検出しそれをトリガにしてカウンタをリセットする。

切替スイッチ２６は、２入力のうち１入力を選択する外部制御可能なリレースイッチであり、例えば、半導体リレーやメカニカルリレーである。本実施形態では、商用電源１０から供給される交流電圧と、インバータ２５により生成される交流電圧と、のいずれか一方をコントローラ２１により選択して出力端子２９に繋げる。また、本実施形態では、切替スイッチ２６は、後述する電源回復制御処理により切替え制御可能にコントローラ２１に接続されている。切替スイッチ２６は、切替制御信号が入力されると切替動作を開始するが、切り替えの完了にミリ秒オーダの時間を要する場合がある。

電圧センサ２７は、交流電圧を検出する交流電圧検出器であり、商用電源１０から入力される交流電圧を検出してその電圧情報をコントローラ２１に出力する。電圧センサ２７は、例えば、電圧検出トランスとＡ／Ｄ変換器の組み合わせにより実現される。本実施形態では、コントローラ２１がＡ／Ｄ変換器を内蔵している。そのため、商用電源１０から入力される交流電圧に応じて変動する交流電圧信号をコントローラ２１のＡ／Ｄ変換器によりディジタル値に変換することにより、商用電源１０の交流電圧の電圧情報を取得することが可能になる。

このように構成することによって、本実施形態の無停電電源装置２０では、コントローラ２１により電源回復制御処理を実行する。この処理のフローチャートが図３に図示されているので、ここからは図３を参照して説明する。またこのフローチャートの説明と併せて、瞬停テーブルに対応する判定波形の例（図４）や、電源回復前後に供給される交流電圧波形の例（図５）についても説明するので、図３に加えて図４および図５も参照されたい。なお、図４には、図３に示す電源回復制御処理において使用される瞬停テーブルに対応する判定波形の例を示す説明図が図示されている。また図５には、無停電電源装置２０により電源回復前後に供給される交流電圧波形の例を示す説明図が図示されている。

この電源回復制御処理は、無停電電源装置２０の起動後に、前述したメモリに記憶されている電源回復制御プログラムをマイコンが実行することにより実現される。

図３に示すように、電源回復制御処理では、まずステップＳ１０１により初期化処理が行われる。この処理では、メモリの作業領域やカウンタ等をクリアしたり昇圧コンバータ２３やインバータ２５を初期状態に設定したりする。また、この初期化処理では、電圧センサ２７の電圧情報に基づいて検出される交流電圧の位相角のうちの、０度または３６０度をトリガにして前述した基本カウンタをスタートさせる（カウント処理の開始）。

次に、ステップＳ１０３によりインデックス算出処理が行われる。この処理は、基本カウンタの値に対する正弦波テーブルのインデックスを算出するものである。このインデックスは、前述したように、正弦波テーブルに対応する基準波形の位相角にも相当し得る。またこの基準波形は、商用電源１０から入力される交流波形に同期している。そのため、このインデックスに基づいて商用電源１０の交流波形の位相角を取得することができる。

続くステップＳ１０５では不感区間判断処理が行われる。即ち、ステップＳ１０３により算出したインデックスに基づいて商用電源１０の交流波形がゼロクロス（電圧が０Ｖになる位相角（０度（３６０度）前後または１８０度前後））する、不感区間に該当するか否かをこのステップにより判断する。本実施形態では、ゼロクロスすると判断される可能性のある範囲（所定角の幅（例えば１０度））の不感区間を設定している。そのため、位相角がこのような不感区間に入る場合（例えば、３５５度以上５度以下である場合、または１７５度以上１８５度以下である場合）には、不感区間に該当していると判断をする。なお、この不感区間は、実際には、商用電源１０の特性に応じて、実験や計算機シミュレーション等により予め定められる。

ステップＳ１０５により商用電源１０の交流電圧の位相が不感区間に該当する（交流波形がゼロクロスする）と判断した場合には（Ｓ１０５；Ｙｅｓ）、その電圧は０Ｖ前後であり、それが交流自体の電圧の振れによるものであるか、停電現象の前兆によるものであるか、を判断することができない。そのため、次のタイミングで商用電源１０の出力電圧値を確認するため、再度、ステップＳ１０３に処理を戻してインデックスの算出を行う。これに対して、不感区間に該当すると判断しない（不感区間に該当しない）場合には（Ｓ１０５；Ｎｏ）、商用電源１０からは、停電現象の前兆の判断が可能な交流電圧が入力されているはずであるので、続くステップＳ１０７に処理を移行する。

ステップＳ１０７では電圧情報取得処理が行われる。この処理では、現在、商用電源１０から入力されている交流電圧の電圧情報として、電圧センサ２７からＡ／Ｄ変換器を介して電圧情報を取得する。これにより、商用電源１０による入力電圧、つまり商用電源１０の出力電圧値を把握することができる。

続くステップＳ１０９では瞬停判断処理が行われる。ステップＳ１０７により取得した電圧情報に基づいて商用電源１０の出力電圧値がわかるため、この電圧値を瞬停判定値と比較することによって、停電現象の前兆によって商用電源１０から入力される交流電圧が降下しているか否かを判断する。なお、本明細書では、停電現象の前兆による電圧降下のことを便宜的に「瞬停」と表現する。

本実施形態では、例えば図４に示すように、基準波形よりも下回る電圧をなす判定波形に対応する瞬停テーブルが設定されている。基準波形よりも下回る電圧として、例えば、基準波形のピーク時点においては、基準波形のピーク電圧よりも約６０Ｖ低い８０Ｖ前後に判定波形が設定されている。図４からわかるように、このようなピーク電圧を境に基準波形の電圧が低下するほど、基準波形と判定波形の電圧差が小さくなるように判定波形の電圧値が設定されている。なお、この判定波形は、例示であり、実際には、商用電源１０から入力される交流波形の特性に応じて、実験や計算機シミュレーション等により予め定められる。または商用電源１０から入力される交流波形の特性に応じて、ひな形となる基準判定波形に基づいて自動生成してもよい。

この瞬停テーブルにも、前述した正弦波テーブルと同様のインデックスが関連づけられており、それぞれのインデックスに対応した瞬停判定閾値（商用電源周波数の正弦波に同期して変化する閾値電圧）がメモリに記憶されている。この判定波形は、同図に示すように基準波形に同期しているため、ステップＳ１０３により算出したインデックスに基づいて、そのインデックスに対応する瞬停判定閾値を得ることができる。

ステップＳ１０９により、商用電源１０の出力電圧値が瞬停判定閾値未満であると判断した場合には（Ｓ１０９；Ｙｅｓ）、計時カウンタをスタートさせて、次のステップＳ１１１による計時カウント処理でこのカウンタによる計時を進める。計時カウンタは、商用電源１０の出力電圧値が瞬停判定閾値未満である期間を測定するためのものである。一方、瞬停判定閾値未満であると判断しない場合には（Ｓ１０９；Ｎｏ）、停電現象の前兆がないため、ステップＳ１０３に処理を戻してインデックスの算出を行う。

ステップＳ１１３では瞬停確定処理が行われる。ステップＳ１０９によりスタートさせた計時カウンタは、商用電源１０の出力電圧値が瞬停判定閾値未満である期間中、ステップＳ１１１によりカウントが進む。そのため、このステップＳ１１３により計時カウンタが所定時間（例えば１ミリ秒）を超えてカウントをしているか否か、つまり商用電源１０の出力電圧値が所定時間を超えて瞬停判定閾値未満であるか否かを判断する。これにより、出力電圧値の低下が所定時間を超えている場合には（Ｓ１１３；Ｙｅｓ）、停電現象の前兆がある旨、つまり瞬停を確定させて、続くステップＳ１１５に処理を移す。

これに対して、計時カウンタが所定時間を超えてカウントをしていない場合には（Ｓ１１３；Ｎｏ）、例えば、ノイズ等による一時的な電圧降下である可能性があり、停電現象の前兆でない可能性もある。そのため、次のタイミングで商用電源１０の出力電圧値を確認するため、再度、ステップＳ１０３に処理を戻してインデックスの算出を行う。

ステップＳ１１５ではスイッチ切替処理が行われる。この処理は、ステップＳ１１３により瞬停が確定した場合に、切替スイッチ２６を商用電源１０側からインバータ２５側に切り替えるものである。コントローラ２１から切替制御信号が切替スイッチ２６に出力されて切替スイッチ２６が切り替え動作を開始する。この切り替えとほぼ同時に、ステップＳ１１７によって基本カウンタを停止させる（カウント処理の中断）。

即ち、ステップＳ１１７によるインデックス記憶処理により、ステップＳ１０１の初期化処理によりカウントを開始した基本カウンタのカウントを切替スイッチ２６の切替タイミングで一時的に止めることによって、基本カウンタの値を当該基本カウンタに保持（記憶）する。前述したように、基本カウンタの値からインデックス［ｎ］の値ｎを得ることができるため、切替スイッチ２６の切替タイミングにおけるインデックスの値も、当該基本カウンタに保持（記憶）された基本カウンタの値から得ることができる。

このため、ステップＳ１１７では、切替タイミングにおけるインデックスの値を算出してメモリに記憶する。また、正弦波テーブルに対応する基準波形は、商用電源１０の交流波形に同期している。これにより、図５に示すように、切替スイッチ２６を切り替えたことによって、それまで負荷５０に出力されていた交流電圧が一時的に途絶えるポイントＰ、つまり瞬停時における交流波形の終端位相（終端位相角）が得られる。

なお、図５において、ポイントＰからポイントＱまでの間、波形による電圧が０Ｖの一定値に示しているのは、後述するステップＳ１１５により切替スイッチ２６がインバータ２５側に切り替えられて商用電源１０が入力電圧が断たれる一方で、インバータ２５を起動するステップＳ１２３に至るまではインバータ２５による交流電圧の生成がなされないからである。

次のステップＳ１１９では昇圧コンバータ２３を起動する処理が行われる。この処理によりコントローラ２１から昇圧コンバータ２３に起動信号が出力されると、昇圧コンバータ２３が起動するため、バッテリ２２から入力される直流電圧が昇圧コンバータ２３により昇圧されて昇圧開始後、数ミリ秒で所定の規定電圧がインバータ２５に出力される。

本実施形態では、このように昇圧コンバータ２３が所定の規定電圧を出力することができる状態になるまでには数ミリ秒の時間がかかる。また、切替スイッチ２６においても、ステップＳ１１５による切り替えの完了には、ミリ秒オーダの時間を要する場合がある。そのため、本実施形態では、切替え期間として、ステップＳ１２１により処理待ち時間（例えば、８ミリ秒〜１０ミリ秒）を設けている。なお、この処理待ち時間は、実際には、昇圧コンバータ２３、切替スイッチ２６やインバータ２５等の個々の特性に応じて、実験や計算機シミュレーション等により予め定められる。

ステップＳ１２１により切替え期間が経過したと判断されると（Ｓ１２１；Ｙｅｓ）、ステップＳ１２３によりインバータ２５を起動する処理が行われる。この処理では、インバータ２５から出力される交流電圧の波形が、切替スイッチ２６の切替タイミングにおけるインデックスの値に対応する位相から開始するように、インバータ２５に対するＰＷＭ制御を行う。具体的には、ステップＳ１１７により基本カウンタに保持（記憶）された基本カウンタの値から切替タイミングにおけるインデックスの値を算出し、このインデックスの値に基づいて正弦波テーブルに格納されているデューティ比データを読み出す。そして、この読み出したデューティ比データをインバータ２５に送出する。これ以降、これに続くインデックスで読み出したデューティ比データを逐次、インバータ２５に送る。

これにより、図５に示すように、インバータ２５は、切替スイッチ２６の切り替えより一時的に途絶えたポイントＰ（瞬停時における交流波形の終端位相（終端位相角））から続くポイントＱ（電源回復時における交流波形の始端位相（始端位相角））により、交流電圧の出力を開始する。つまり、インバータ２５からの交流波形は、瞬停時の位相に該当する位置（位相角）から始まるため、商用電源１０の瞬停時に入力されていた位置（位相）から連続して出力される。

以上説明したように、本実施形態に係る無停電電源装置２０によると、コントローラ２１（インバータ制御部）は、インバータ２５の出力電圧を商用電源周波数の正弦波に近似するようにＰＷＭ制御する。また、コントローラ２１（スイッチ制御部）は、商用電源１０の停電時に生じる電圧低下を電圧センサ２７により検出した場合（Ｓ１１３；Ｙｅｓ）、切替スイッチ２６をインバータ２５に切り替える（Ｓ１１５）。コントローラ２１（インバータ制御部）が、コントローラ２１（スイッチ制御部）による切替スイッチ２６の切替後、所定時間経過後に（Ｓ１２１；Ｙｅｓ）、切替スイッチ２６の切替時点における商用電源周波数の正弦波の位相に続く位相でインバータ２５のＰＷＭ制御を開始する（Ｓ１２３）。これにより、バッテリ２２から供給される直流電圧を交流電圧に変換するインバータ２５は、切替スイッチ２６により切り替えられた直後の商用電源周波数の正弦波の位相に引き続いて交流電圧を負荷５０に出力する。そのため、停電の発生タイミングにかかわらず、正負でバランスのとれた正弦波による交流電圧を負荷５０に出力することが可能になるため、偏磁現象が生じ得る波形が出力されない。したがって、磁気飽和を回避するため、トランス等のコイル部品が入力側に接続された負荷５０の故障を防止することができる。

また、コントローラ２１（スイッチ制御部）は、商用電源周波数の正弦波電圧に同期して変化する瞬停判定閾値（閾値電圧）に基づいて電圧低下を判断し（Ｓ１０９）、またコントローラ２１（インバータ制御部）は、正弦波電圧の波形に同期かつ類似した基準波形（基準正弦波）に基づいて、ＰＷＭ制御を行うとともに切替スイッチ２６の切替後（Ｓ１１５）のＰＷＭ制御を開始する（Ｓ１２３）。これにより、切替スイッチ２６の切替時点における商用電源周波数の正弦波の位相は、コントローラ２１（インバータ制御部）がインバータ２５の出力電圧をＰＷＭ制御するために用いる商用電源周波数の正弦波に近似する基準波形（基準正弦波）に基づいて特定される。これにより、特に複雑なアルゴリズムを用いることなく、比較的簡易な構成により、正負でバランスのとれた正弦波による交流電圧を負荷５０に出力することができる。

さらに、コントローラ２１（スイッチ制御部）は、商用電源周波数の正弦波電圧がゼロクロスする前後の不感区間においては電圧低下を検出しない（Ｓ１０５；Ｙｅｓ）。これにより、商用電源１０の停電の判断が困難なゼロクロスする前後における停電の誤検出を防止することができる。

なお、上述した無停電電源装置２０では、インバータ制御部とスイッチ制御部とを同じ制御装置（コントローラ２１）により構成したが、個別の制御装置でインバータ制御部とスイッチ制御部を構成してもよい。これにより、情報処理が２つの制御装置に分散されるので、１つの制御装置で構成した場合に比べて各制御装置の処理負担が軽くなる。

１０…商用電源
２０…無停電電源装置（電源装置）
２１…コントローラ（インバータ制御部、スイッチ制御部）
２２…バッテリ（蓄電池）
２３…昇圧コンバータ
２４…充電器
２５…インバータ
２６…切替スイッチ（スイッチ）
２７…電圧センサ
５０…負荷

Claims (4)

1. 通常時には商用電源から供給される交流電圧を負荷に出力して、前記商用電源の停電時には蓄電池から供給される直流電圧を交流電圧に変換して前記負荷に出力する電源装置であって、
   前記蓄電池から供給される直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
   前記インバータの出力電圧を商用電源周波数の正弦波に近似するようにＰＷＭ制御するインバータ制御部と、
   前記交流電圧の出力元を前記商用電源または前記インバータに切り替えるスイッチと、
   前記商用電源の交流電圧を検出する電圧センサと、
   前記商用電源の停電時に生じる電圧低下を前記電圧センサにより検出した場合、前記スイッチを前記インバータに切り替えるスイッチ制御部と、を備え、
   前記インバータ制御部は、前記スイッチ制御部による前記スイッチの切替後、所定時間経過後に、前記スイッチの切替時点における前記商用電源周波数の正弦波の位相に連続して続く位相で前記ＰＷＭ制御を開始することを特徴とする電源装置。
2. 前記インバータ制御部は、正弦波をなす基準波形のデータを所定タイミングごとに順次読み出して前記インバータの出力電圧をＰＷＭ制御し、
   前記スイッチの切替時においては前記切替時点に読み出した前記データを記憶し、
   前記スイッチの切替後においては前記記憶した前記データを読み出して前記ＰＷＭ制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記スイッチ制御部は、前記商用電源周波数の正弦波電圧に同期して変化する閾値電圧に基づいて前記電圧低下を判断し、
   前記インバータ制御部は、前記正弦波電圧の波形に同期かつ類似した基準正弦波に基づいて、前記ＰＷＭ制御を行うとともに前記スイッチの切替後の前記ＰＷＭ制御を開始することを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
4. 前記スイッチ制御部は、前記商用電源周波数の正弦波電圧がゼロクロスする前後においては前記電圧低下を検出しない不感区間を設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源装置。