JP6966005B2 - 無停電電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリと、コンバータ及びインバータを有する複数の無停電電源モジュールとを備え、商用電源の停電などが発生した際に負荷への電力供給源を商用電源からバッテリに切り替えて安定的に電力供給を継続する無停電電源装置に関する。

特許文献１には、互いに離れて設けられる主制御部及びゲート制御部がシリアル通信でキャリア同期を行い、ゲートパルス生成を行う技術が開示される。

特開２０１３−２２３３１３号公報

しかしながら、特許文献１に開示される技術を、メイン制御ユニットと複数のサブ制御ユニットである無停電電源モジュールとが１つのバッテリを共用する無停電電源装置に適用した場合、複数の無停電電源モジュールの電源投入のタイミングにずれが生じると、複数の無停電電源モジュールのそれぞれで生成されるチョッパキャリアの位相が１８０°ずれる場合がある。チョッパキャリアは、複数の無停電電源モジュールのそれぞれに設けられるチョッパのスイッチング素子を動作させるＰＷＭ信号の位相を設定するための三角波である。このようにチョッパキャリアの位相がずれると、異なる無停電電源モジュールのチョッパ間に電位差が生じて、横流と呼ばれる循環電流が発生するという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バッテリを共用する構成において横流の発生を抑制できる無停電電源装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る無停電電源装置は、バッテリと、交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータと、コンバータからの直流電圧を変換してバッテリを充電し、又はバッテリからの直流電圧を変換して出力するチョッパと、コンバータ又はチョッパから出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、コンバータの直流出力部とインバータの直流入力部とチョッパの直流出力部とが接続された直流部とを有する複数の無停電電源モジュールを備える。無停電電源装置は、チョッパ及びインバータのそれぞれに含まれるスイッチング素子のスイッチング動作のタイミングを制御する位相情報と電圧指令とを出力する第１制御部を備える。複数のコンバータの交流入力部は、互いに接続され、複数のインバータの交流出力部は、互いに接続され、複数のチョッパのバッテリへの充電出力部は、互いに接続され、複数の直流部は、互いに非接続である。複数の無停電電源モジュールのそれぞれは、位相情報と電圧指令とに基づき、インバータに含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第１三角波キャリアの山の位相に、チョッパに含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第２三角波キャリアの山又は谷の位相を同期させて、同期した第２三角波キャリアを用いてチョッパに含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御し、複数のチョッパ間に充電出力部を介して流れる電流を抑制する第２制御部を備える。

本発明によれば、バッテリを共用する構成において横流の発生を抑制できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る無停電電源装置の概要を示す図 図１に示される無停電電源装置の回路構成を示す図 図１に示されるチョッパの構成例を示す図 横流が生じる場合のチョッパキャリアの位相を示す図 本発明の実施の形態に係る無停電電源装置においてチョッパキャリアの山の位相を同期させる動作を説明するための第１フローチャート 本発明の実施の形態に係る無停電電源装置においてチョッパキャリアの山の位相を同期させる動作を説明するための第２フローチャート チョッパキャリアの山の位相が同期した状態を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る無停電電源装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は本発明の実施の形態に係る無停電電源装置の概要を示す図である。実施の形態に係る無停電電源装置１００は、商用電源である交流電源２００に停電などが発生した場合でも、負荷３００への電力供給源を交流電源２００からバッテリ１０に切り替えることによって、負荷３００への電力供給を継続する装置である。負荷３００は、例えばデータセンタなどに設置されるサーバである。

無停電電源装置１００は、バッテリ１０、メイン制御ユニット２０、第１無停電電源モジュール３１、第２無停電電源モジュール３２、第３無停電電源モジュール３３、及び第４無停電電源モジュール３４を備える。以下では、第１無停電電源モジュール３１、第２無停電電源モジュール３２、第３無停電電源モジュール３３、及び第４無停電電源モジュール３４のそれぞれを区別しない場合、無停電電源モジュールと称する場合がある。また、以下では、第１無停電電源モジュール３１、第２無停電電源モジュール３２、第３無停電電源モジュール３３、及び第４無停電電源モジュール３４を、複数の無停電電源モジュールと称する場合がある。

メイン制御ユニット２０と複数の無停電電源モジュールは、例えば互いに隣接して配列される複数の直方体状の筐体に収納されている。これらの筐体は、データセンタなどに設けられている。本実施の形態では、４つの無停電電源モジュールが無停電電源装置１００に設けられている。但し無停電電源モジュールの数は、４つに限定されず、４つ未満でもよいし、５つ以上でもよい。無停電電源モジュールの数は、負荷３００の電力容量に併せて調整され、例えば負荷３００の容量が小さいときには、２つの無停電電源モジュールが並列運転され、負荷３００の容量が大きいときには、３つ又は４つの無停電電源モジュールが並列運転される。

メイン制御ユニット１１にはメイン制御基板１が設けられる。メイン制御基板１には第１制御部２が設けられる。第１制御部２は、例えばＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）で構成される。なお第１制御部２は、ＦＰＧＡ以外にも、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）で構成されたものでもよいし、これらを組み合わせたものでもよい。第１制御部２は、複数の無停電電源モジュールのそれぞれが備えるチョッパ５及びインバータ４のスイッチング動作のタイミングを制御するための情報、例えば位相情報及び電圧指令が生成される。

複数の無停電電源モジュールのそれぞれは、交流電源２００から出力される交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータ（ＣＯＮ）３と、直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ（ＩＮＶ）４と、チョッパ（ＣＨＯＰ）５と、サブ制御基板６とを備える。コンバータ３は、例えば４つのダイオードで構成されるダイオードブリッジに平滑コンデンサを組み合わせた整流器である。インバータ４は、複数の半導体スイッチング素子を備え、これらの半導体スイッチング素子がスイッチング動作（オンオフ動作）することにより、直流電圧が交流電圧に変換される。インバータ４から出力される交流電圧は負荷３００に印加される。コンバータ３及びインバータ４の構成は公知のため、これらの構成の詳細な説明は割愛する。

サブ制御基板６には第２制御部７が設けられる。第２制御部７は、例えばＦＰＧＡで構成される。なお第２制御部７は、ＦＰＧＡ以外にも、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣで構成されたものでもよいし、これらを組み合わせたものでもよい。

複数の無停電電源モジュールのそれぞれに設けられる第２制御部７と、第１制御部２との接続トポロジーはスター接続である。すなわち複数の第２制御部７は、それぞれが１つの第１制御部２に対して、通信線４００を介して直接的に接続されている。

第２制御部７は、第１制御部２から出力される位相情報であるキャリアと電圧指令とに基づき、第１三角波キャリアであるインバータキャリアと、第２三角波キャリアであるチョッパキャリアとを生成する。インバータキャリアは、インバータ４に含まれる半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御するためのキャリアである。インバータキャリアの位相は、第１制御部２から出力される位相情報に同期している。チョッパキャリアは、チョッパ５に含まれる半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御するためのキャリアである。これらのチョッパキャリア、インバータキャリアなどを同期させる動作の説明については、後述する。なお、チョッパキャリアの位相は、インバータキャリアの位相に同期しており、チョッパキャリアの周期は、例えばインバータキャリアの周期のｎ倍（ｎは１以上の自然数）である。以下では、説明を簡単化するため、チョッパキャリアの周期はインバータキャリアの周期の２倍と仮定して説明するが、チョッパキャリアの周期はこれに限定されるものではない。

第２制御部７は、インバータキャリアと電圧指令とを比較することによって、インバータ４に含まれる半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御するための第１ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成する。第１ＰＷＭ信号は、インバータ４に含まれる半導体スイッチング素子を駆動可能な電圧に増幅され、第１駆動信号としてインバータ４に入力される。なお第１駆動信号は、インバータ４又は第２制御部７に設けられる駆動回路によって生成される。インバータ４に含まれる半導体スイッチング素子が第１駆動信号に従ってスイッチング動作することにより、コンバータ３又はチョッパ５から出力される直流電圧が、交流電圧に変換される。

また第２制御部７は、チョッパキャリアと電圧指令とを比較することによって、チョッパ５に含まれる半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御するための第２ＰＷＭ信号を生成する。第２ＰＷＭ信号は、チョッパ５に含まれる半導体スイッチング素子を駆動可能な電圧に増幅され、第２駆動信号としてチョッパ５に入力される。なお第２駆動信号は、チョッパ５又は第２制御部７に設けられる駆動回路によって生成される。チョッパ５に含まれる半導体スイッチング素子が第２駆動信号に従ってスイッチング動作することにより、チョッパ５が昇圧動作し、又は降圧動作する。例えば、交流電源２００が停電していない場合、コンバータ３から出力される直流電圧がチョッパ５に印加され、チョッパ５が降圧動作することによって当該直流電圧が降圧され、降圧された電圧がバッテリ１０に印加される。これにより、交流電源２００から供給される電力の一部を利用して、バッテリ１０が充電される。一方、交流電源２００が停電した場合、バッテリ１０から出力される直流電圧がチョッパ５に印加されているため、チョッパ５が昇圧動作を行うことによって、当該直流電圧が昇圧され、昇圧された電圧がインバータ４に印加される。これにより、バッテリ１０から供給される電力を利用して、負荷３００を継続して運転することができる。

実施の形態に係る無停電電源装置１００は、インバータキャリアの山の位相に、チョッパキャリアの山の位相を同期させて、同期したチョッパキャリアを用いてチョッパ５のスイッチング動作を制御するように構成されている。以下では、図２などを用いて、インバータキャリアの位相にチョッパキャリアの位相を同期させる理由、動作などを具体的に説明する。

図２は図１に示される無停電電源装置の回路構成を示す図である。図２では、説明を簡単化するために、図１に示される複数の無停電電源モジュールの内、第１無停電電源モジュール３１及び第２無停電電源モジュール３２のみが示される。図２に示される無停電電源装置１００は、第１無停電電源モジュール３１及び第２無停電電源モジュール３２に加えて、交流電源２００に伝達されるノイズを除去する第１ノイズフィルタ９と、負荷３００に伝達されるノイズを除去する第２ノイズフィルタ１２とを備える。

第１ノイズフィルタ９は、一端が交流電源２００に接続され他端がコンバータ３に接続されるインダクタ９ａと、一端が交流電源２００及びインダクタ９ａに接続され他端が接地されるコンデンサ９ｂとを備える。インダクタ９ａは、コンバータ３から交流電源２００に向かって伝達される高周波ノイズを反射させることにより、交流電源２００へのノイズの浸入を抑制する。コンデンサ９ｂは、当該高周波ノイズをグランドへ放出することにより、交流電源２００へのノイズの浸入を抑制する。

第２ノイズフィルタ１２は、一端がインバータ４に接続され他端が負荷３００に接続されるインダクタ１２ａと、一端がインダクタ１２ａ及び負荷３００に接続され他端が接地されるコンデンサ１２ｂとを備える。インダクタ１２ａは、インバータ４から負荷３００に向かって伝達される高周波ノイズを反射させることにより、負荷３００へのノイズの浸入を抑制する。コンデンサ１２ｂは、当該高周波ノイズをグランドへ放出することにより、負荷３００へのノイズの浸入を抑制する。

第１無停電電源モジュール３１及び第２無停電電源モジュール３２のそれぞれは、コンバータ３、インバータ、チョッパ及び第２制御部７に加えて、コンバータ３から出力される直流電圧を平滑する平滑コンデンサ８を備える。平滑コンデンサ８の一端は、正極側直流母線である第１母線Ｐに接続され、平滑コンデンサ８の他端は、負極側直流母線である第２母線Ｎに接続される。

図３は図１に示されるチョッパの構成例を示す図である。チョッパ５は、例えば半導体スイッチング素子７０ａと半導体スイッチング素子７０ｂとが直列に接続された直列接続体７０と、チョークコイル７１と、平滑コンデンサ７３とを備える。半導体スイッチング素子７０ａ及び半導体スイッチング素子７０ｂのそれぞれにはダイオードが逆並列接続される。半導体スイッチング素子７０ａ及び半導体スイッチング素子７０ｂのそれぞれは、スイッチング動作が可能なスイッチ手段であればよく、ＩＧＢＴ（Insurated Gate Bipolar Transistor）でもよいしＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor）でもよい。例えば、チョッパ５の容量が比較的低容量（低圧）の場合にはＭＯＳＦＥＴが利用され、大容量で耐圧を高める必要がある場合にはＩＧＢＴなどが用いられる。半導体スイッチング素子７０ａは、第１母線Ｐに接続される。半導体スイッチング素子７０ｂは、第２母線Ｎに接続される。

２つの半導体スイッチング素子７０ａ，７０ｂの接続点には、チョークコイル７１の一端が接続される。チョークコイル７１の他端は、平滑コンデンサ７３の一端とバッテリ１０の正極とに接続される。平滑コンデンサ７３の他端は、バッテリ１０の負極と半導体スイッチング素子７０ｂとに接続される。

降圧動作時は、半導体スイッチング素子７０ａが駆動信号に従ってオンオフ動作を繰り返すことにより、コンバータ３の出力電圧が低減され、バッテリ１０に印加される。昇圧動作時は、半導体スイッチング素子７０ｂが駆動信号に従ってオンオフ動作を繰り返すことにより、バッテリ１０の出力電圧が増幅され、インバータ４に印加される。なお、チョッパの構成は、図３に示す例に限定されず、非停電時にはコンバータ３の出力電圧を降圧することによりバッテリ１０を充電でき、かつ、停電時にはバッテリ１０の出力電圧を昇圧することによってバッテリ１０に蓄えられた電力をインバータ４へ供給できるように構成されたものであればよい。

このように構成される無停電電源装置１００では、第１無停電電源モジュール３１及び第２無停電電源モジュール３２の電源投入のタイミングにずれが生じると、チョッパキャリアの位相が同期せずに、第１無停電電源モジュール３１のチョッパ５と第２無停電電源モジュール３２のチョッパ５との間に電位差が生じて、図２に矢印で示されるようなルートで、循環電流が発生する。この循環電流は横流と呼ばれる。

図４は横流が生じる場合のチョッパキャリアの位相を示す図である。図４には、上から順に、メイン制御ユニット２０の第１制御部２で生成される位相情報であるキャリアの波形（Ａ）、インバータキャリアの波形（Ｂ−１）、チョッパキャリアの波形（Ｂ−２）と、インバータキャリアの波形（Ｃ−１）、チョッパキャリアの波形（Ｃ−２）とが示される。Ｂ−１のインバータキャリアは、第１制御部２で生成される位相情報と同期するように、第１無停電電源モジュール３１に設けられる第２制御部７で生成されるインバータ制御用の三角波である。Ｂ−２のチョッパキャリアは、Ｂ−１のインバータキャリアと同期するように、第１無停電電源モジュール３１に設けられる第２制御部７で生成されるチョッパ制御用の三角波である。Ｃ−１のインバータキャリアは、第１制御部２で生成される位相情報と同期するように、第２無停電電源モジュール３２に設けられる第２制御部７で生成されるインバータ制御用の三角波である。Ｃ−２のチョッパキャリアは、Ｃ−１のインバータキャリアと同期するように、第２無停電電源モジュール３２に設けられる第２制御部７で生成されるチョッパ制御用の三角波である。

第１制御部２から第２制御部７にシリアル通信で送信される情報には、キャリア情報と、キャリアの山又は谷を判別するための番号とが対応付けて送信される。そのため、第２制御部７は、キャリアの山又は谷を判別するための番号を利用することにより、第１制御部２で生成されるキャリアに、インバータキャリアを同期させることができる。そのため、Ｂ−１及びＣ−１に示されるインバータキャリアの山の位相は、Ａに示されるキャリアの山の位相と同期している。また第２制御部７は、キャリアの山又は谷の位相を判別することにより、キャリアの山又は谷の位相に、チョッパキャリアの位相を同期させることができる。図４では、Ｂ−２のチョッパキャリアの山の位相が、Ｂ−１のインバータキャリアの山の位相と同期している。また、Ｃ−２のチョッパキャリアの山の位相が、Ｃ−１のインバータキャリアの山の位相と同期している。

ところが、第１無停電電源モジュール３１及び第２無停電電源モジュール３２の電源投入のタイミングにずれが生じると、Ｃ−２に示されるチョッパキャリアの位相がＢ−２に示されるチョッパキャリアの位相と１８０°ずれてしまう。そのため、第１無停電電源モジュール３１のチョッパ５と第２無停電電源モジュール３２のチョッパ５との間に電位差が生じて、横流が発生する。従って、横流の発生を抑制するためには、Ｂ−２のチョッパキャリアの山の位相と、Ｃ−２のチョッパキャリアの山の位相とを同期させる、すなわち一致させる必要がある。

実施の形態に係る無停電電源装置１００は、複数の無停電電源モジュール間で電源投入のタイミングがずれた場合でも、複数の無停電電源モジュール間でチョッパキャリアの山の位相を同期させるように構成されている。図５から図７を用いて、チョッパキャリアの山の位相を同期させる動作について説明する。

図５は本発明の実施の形態に係る無停電電源装置においてチョッパキャリアの山の位相を同期させる動作を説明するための第１フローチャートである。図６は本発明の実施の形態に係る無停電電源装置においてチョッパキャリアの山の位相を同期させる動作を説明するための第２フローチャートである。図７はチョッパキャリアの山の位相が同期した状態を示す図である。図７には、図４に示される複数の波形と同様の波形が示される。図４の波形との相違点は、Ｂ−２の波形の山の位相とＣ−２の波形の山の位相が同期していることである。なおＢ−２，Ｃ−２の波形に重畳される一点鎖線は、第１制御部２から第２制御部７へ伝送される電圧指令Ｖｒｅｆである。電圧指令Ｖｒｅｆの大きさは昇圧動作又は降圧動作によって変更される。

複数の無停電電源モジュールの電源が投入されると、複数の無停電電源モジュールでは、インバータキャリアの生成動作が開始される（ステップＳ１）。インバータキャリアのタイマカウンタがアップカウントされ（ステップＳ２）、第２制御部７では、タイマカウンタのカウント値が上限値（例えば＋２０００）に達したか否かが判断される（ステップＳ３）。タイマカウンタのカウント値が上限値に達していない場合（ステップＳ３，Ｎｏ）、タイマカウンタのカウント値が上限値に達するまで、ステップＳ２，Ｓ３の動作が繰り返される。

タイマカウンタのカウント値が上限値に達した場合（ステップＳ３，Ｙｅｓ）、第２制御部７では、インバータキャリアの山又は谷を示す番号Ｎの値が「０」と等しいか否かが判断される（ステップＳ４）。無停電電源モジュールの電源が投入された直後の番号Ｎには、初期値を示す「０」が設定されている。番号Ｎの値は、タイマカウンタがアップカウントからダウンカウントに切り替えられるタイミングと、タイマカウンタがダウンカウントからアップカウントに切り替えられるタイミングとで、サイクリックカウンタによってサイクリックにカウントアップされる。

番号Ｎの値が「０」と等しい場合（ステップＳ４，Ｙｅｓ）、第２制御部７では、初期値「０」に「１」が加算されることによって、番号Ｎの値が更新される（ステップＳ５）。これにより、インバータキャリアの山に番号「１」が設定される。インバータキャリアの山に番号「１」が設定されると、インバータキャリアのタイマカウンタは、アップカウントからダウンカウントに切り替えられる（ステップＳ６）。その後、第２制御部７では、タイマカウンタのカウント値が下限値（例えば−２０００）に達したか否かが判断される（ステップＳ７）。タイマカウンタのカウント値が下限値に達していない場合（ステップＳ７，Ｎｏ）、タイマカウンタが下限値に達するまで、ステップＳ６，Ｓ７の動作が繰り返される。

タイマカウンタが下限値に達した場合（ステップＳ７，Ｙｅｓ）、第２制御部７では、番号Ｎに「１」が加算されることによって、番号Ｎの値が更新される。例えば、電源投入直後にステップＳ８で更新される番号Ｎの値は「２」となる。これにより、インバータキャリアの谷に番号「２」が設定される。インバータキャリアの谷に番号「２」が設定されると、インバータキャリアのタイマカウンタは、ダウンカウントからアップカウントに切り替えられる（ステップＳ９）。その後、ステップＳ２からステップＳ４の処理が繰り返される。

ステップＳ４において、番号Ｎの値が「０」以外である場合（ステップＳ４，Ｎｏ）、第２制御部７では、番号Ｎに「１」が加算されることによって、番号Ｎの値が更新される。例えば、ステップＳ１０の処理が実行される前の番号Ｎの値が「２」である場合、更新後の番号Ｎの値は「３」となる。これにより、インバータキャリアの山に番号「３」が設定される。ステップＳ１０の処理の後、再びステップＳ６の処理が実行され、インバータキャリアのタイマカウンタは、アップカウントからダウンカウントに切り替えられる。

このように、ステップＳ２からステップＳ１０までの処理が繰り返されることによって、インバータキャリアの山には「１」、「３」、「５」、「７」などの番号が設定され、インバータキャリアの谷には「２」、「４」、「６」、「８」などの番号が設定される。すなわち、インバータキャリアの山には奇数が設定され、インバータキャリアの谷には偶数が設定される。

第２制御部７では、ステップＳ２からステップＳ９までの処理と並行してチョッパキャリアの生成動作が実行されており、ステップＳ６で番号Ｎの値が「１」となったとき、ステップＳ２０以降の処理が実行される。ステップＳ２０では、インバータキャリアの山又は谷を示す番号Ｎの値が「１」と等しいか否かが判断される。例えば電源投入直後は、チョッパキャリアのタイマカウンタがアップカウントされているため、番号Ｎの値が「１」と等しい場合（ステップＳ２０，Ｙｅｓ）、チョッパキャリアのタイマカウンタがアップカウントからダウンカウントに切り替えられ、チョッパキャリアの山に番号「１」が設定される（ステップＳ２１）。チョッパキャリアに設定された番号「１」は、インバータキャリアキャリアに設定された番号「１」と等しいため、チョッパキャリアの山の位相は、インバータキャリアの山の位相と同期する。またステップＳ２０，Ｓ２１の処理の結果、複数の無停電電源モジュールのそれぞれに設けられる第２制御部７では、チョッパキャリアの山に、番号「１」が設定されるため、チョッパキャリア同士の位相も同期する。ステップＳ２１処理の後は、ステップＳ２２の処理が実行される。

ステップＳ２０において、番号Ｎが「１」以外である場合（ステップＳ２０，Ｎｏ）、ステップＳ２２の処理が実行される。

ステップＳ２２では、番号Ｎの値が２ｎ（ｎは１以上の自然数）と等しいか否かが判断される。番号Ｎの値が２ｎと等しい場合（ステップＳ２２，Ｙｅｓ）、例えばＮ＝２，４，６，８などである場合には、チョッパキャリアのタイマカウンタのカウント値がリセットされ（ステップＳ２３）、リセット後に再びチョッパキャリアのタイマカウンタのダウンカウントが継続される（ステップＳ２４）。ステップＳ２４の処理の後、ステップＳ２２の処理が実行される。カウント値をリセットすることによって、チョッパキャリアの山と谷の波形を対称な形にすることができる。

ステップＳ２２において、番号Ｎの値が２ｎ以外の値である場合（ステップＳ２２，Ｎｏ）、番号Ｎの値がＮ＝２ｎ＋１（ｎは１以上の自然数）と等しいか否かが判断される（ステップＳ２５）。すなわち、番号Ｎの値が３、５、７などと等しいか否かが判断される。番号Ｎの値がＮ＝２ｎ＋１と異なる場合（ステップＳ２５，Ｎｏ）、番号Ｎの値がＮ＝２ｎ＋１と等しくなるまで、ステップＳ２５の処理が継続される。番号Ｎの値がＮ＝２ｎ＋１と等しい場合（ステップＳ２５，Ｙｅｓ）、チョッパキャリアのタイマカウンタが、ダウンカウントからアップカウントに切り替えられ、さらにチョッパキャリアの谷には、例えば番号「３」が設定される（ステップＳ２６）。チョッパキャリアに設定された番号「３」は、インバータキャリアキャリアに設定された番号「３」と等しいため、チョッパキャリアの谷の位相は、インバータキャリアの山の位相と同期する。またステップＳ２５，Ｓ２６の処理の結果、複数の無停電電源モジュールのそれぞれに設けられる第２制御部７では、チョッパキャリアの谷に、番号「３」が設定されるため、チョッパキャリア同士の位相も同期する。ステップＳ２６処理の後は、ステップＳ２７の処理が実行される。

ステップＳ２７では、番号Ｎの値が２ｎ（ｎは１以上の自然数）と等しいか否かが判断される。番号Ｎの値が２ｎと異なる場合（ステップＳ２７，Ｎｏ）、番号Ｎの値が２ｎと等しくなるまで、ステップＳ２７の処理が継続される。番号Ｎの値が２ｎと等しい場合（ステップＳ２７，Ｙｅｓ）、例えばＮ＝４などである場合には、チョッパキャリアのタイマカウンタのカウント値がリセットされ（ステップＳ２８）、リセット後に再びチョッパキャリアのタイマカウンタのアップカウントが継続される（ステップＳ２９）。ステップＳ２９の処理の後、ステップＳ３０の処理が実行される。

ステップＳ３０では、番号Ｎの値が２ｎ＋１（ｎは１以上の自然数）と等しいか否かが判断される。すなわち、番号Ｎの値が５などと等しいか否かが判断される。番号Ｎの値がＮ＝２ｎ＋１と異なる場合（ステップＳ３０，Ｎｏ）、番号Ｎの値がＮ＝２ｎ＋１と等しくなるまで、ステップＳ２９，３０の処理が継続される。番号Ｎの値がＮ＝２ｎ＋１と等しい場合（ステップＳ３０，Ｙｅｓ）、チョッパキャリアのタイマカウンタがアップカウントからダウンカウントに切り替えられ、チョッパキャリアの山に、例えば番号「５」が設定される（ステップＳ３１）。チョッパキャリアに設定された番号「５」は、インバータキャリアに設定された番号「５」と等しいため、チョッパキャリアの山の位相は、インバータキャリアの山の位相と同期する。またステップＳ２７〜Ｓ３１の処理の結果、複数の無停電電源モジュールのそれぞれに設けられる第２制御部７では、チョッパキャリアの山に、番号「５」が設定されるため、チョッパキャリア同士の位相も一致する。ステップＳ３１の処理の後は、ステップＳ２２以降の処理が繰り返される。

以上に説明したように、本発明の実施の形態に係る無停電電源装置１００は、チョッパ５及びインバータ４のそれぞれのスイッチング動作のタイミングを制御する位相情報と電圧指令とを出力する第１制御部２と、複数の無停電電源モジュールのそれぞれに設けられる第２制御部７とを備える。そして、複数の無停電電源モジュールのそれぞれに設けられる第２制御部７は、位相情報と電圧指令とに基づき、インバータ４のスイッチング動作を制御する第１三角波キャリアの山の位相に、チョッパのスイッチング動作を制御する第２三角波キャリアの山の位相を同期させて、同期した第２三角波キャリアを用いてチョッパ５のスイッチング動作を制御するように構成されている。この構成により、複数のチョッパ５間に電位差が生じることがなくなり、横流を抑制することができる。従って、横流が生じることによって、例えばチョッパ５に含まれる半導体スイッチング素子７０ａ，７０ｂに過電流が流れて破損するなどの障害発生を抑制できる。その結果、横流発生時の過電流を抑制するための減衰器などの部品を追加する必要がなくなり、無停電電源装置１００の製造コストを低減できると共に、無停電電源装置１００の構造を簡素化できる。また無停電電源装置１００の構造が簡素化されることにより、無停電電源装置１００の信頼性の向上を図ることができる。

なお本実施の形態では、インバータキャリアの山の位相にチョッパキャリアの山の位相を同期させる構成例について説明したが、無停電電源装置１００は、インバータキャリアの谷の位相にチョッパキャリアの谷の位相を同期させるように構成してもよい。このように構成した場合でも、複数のチョッパ５間に電位差が生じることがなくなり、横流を抑制することができる。

また無停電電源装置１００では、複数の無停電電源モジュールのそれぞれに設けられる第２制御部７が第１制御部２にスター接続されているが、複数の第２制御部７がデイジーチェーン接続されている場合でも、インバータキャリアの山又は谷の位相に、チョッパキャリアの山又は谷の位相を同期させることは可能である。但し、デイジーチェーン接続の場合、第２制御部７同士を渡り配線で接続する必要があるため、サブ制御基板６に、渡り配線を接続するためのコネクタを追加で設ける必要がある。従って、サブ制御基板６の構造が複雑化して、製造コストが増加すると共に、サブ制御基板６に半導体部品を実装するためのスペースが相対的に狭くなるため、サブ制御基板６の面積を大きくしなければならず、無停電電源モジュールが大型化する。また無停電電源モジュールの数が増える程、渡り配線を接続する工数も増加する。またデイジーチェーン接続の場合、スター接続に比べて、複数の第２制御部７間の通信制御が複雑になるため、第２制御部７に設けられるＣＰＵ（Central Processing Unit）などの処理負担が増加する。これに対して、複数の第２制御部７が第１制御部２にスター接続される場合、サブ制御基板６への渡り配線接続用のコネクタが不要になり、サブ制御基板６の構造が簡素化されると共に、サブ制御基板６の製造コストを低減できる。またサブ制御基板６の構造が簡素化されるため、第２制御部７の信頼性が向上する。また複数の第２制御部７間の通信制御が簡素化され、処理能力が低い安価なＣＰＵを利用可能となる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

本国際特許出願は２０１８年９月２７日に出願した日本国特許出願第２０１８−１８１４７１号に基づきその優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１８−１８１４７１号の全内容を本願に援用する。

１ メイン制御基板、２ 第１制御部、３ コンバータ、４ インバータ、５ チョッパ、６ サブ制御基板、７ 第２制御部、８ 平滑コンデンサ、９ 第１ノイズフィルタ、９ａ インダクタ、９ｂ コンデンサ、１０ バッテリ、１１ メイン制御ユニット、１２ 第２ノイズフィルタ、１２ａ インダクタ、１２ｂ コンデンサ、２０ メイン制御ユニット、３１ 第１無停電電源モジュール、３２ 第２無停電電源モジュール、３３ 第３無停電電源モジュール、３４ 第４無停電電源モジュール、７０ 直列接続体、７０ａ，７０ｂ 半導体スイッチング素子、７１ チョークコイル、７３ 平滑コンデンサ、１００ 無停電電源装置、２００ 交流電源、３００ 負荷、４００ 通信線。

Claims (3)

1. バッテリと、
   交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータと、前記コンバータからの直流電圧を変換して前記バッテリを充電し、又は前記バッテリからの直流電圧を変換して出力するチョッパと、前記コンバータ又は前記チョッパから出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記コンバータの直流出力部と前記インバータの直流入力部と前記チョッパの直流出力部とが接続された直流部とを有する複数の無停電電源モジュールと、
   前記チョッパ及び前記インバータのそれぞれに含まれるスイッチング素子のスイッチング動作のタイミングを制御する位相情報と電圧指令とを出力する第１制御部と、
   を備え、
   複数の前記コンバータの交流入力部は、互いに接続され、
   複数の前記インバータの交流出力部は、互いに接続され、
   複数の前記チョッパの前記バッテリへの充電出力部は、互いに接続され、
   複数の前記直流部は、互いに非接続であり、
   複数の前記無停電電源モジュールのそれぞれは、前記位相情報と前記電圧指令とに基づき、前記インバータに含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第１三角波キャリアの山の位相に、前記チョッパに含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第２三角波キャリアの山又は谷の位相を同期させて、同期した前記第２三角波キャリアを用いて前記チョッパに含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御し、複数の前記チョッパ間に前記充電出力部を介して流れる電流を抑制する第２制御部を備える無停電電源装置。
2. バッテリと、
   交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータと、前記コンバータからの直流電圧を変換して前記バッテリを充電し、又は前記バッテリからの直流電圧を変換して出力するチョッパと、前記コンバータ又は前記チョッパから出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記コンバータの直流出力部と前記インバータの直流入力部と前記チョッパの直流出力部とが接続された直流部とを有する複数の無停電電源モジュールと、
   前記チョッパ及び前記インバータのそれぞれに含まれるスイッチング素子のスイッチング動作のタイミングを制御する位相情報と電圧指令とを出力する第１制御部と、
   を備え、
   複数の前記コンバータの交流入力部は、互いに接続され、
   複数の前記インバータの交流出力部は、互いに接続され、
   複数の前記チョッパの前記バッテリへの充電出力部は、互いに接続され、
   複数の前記直流部は、互いに非接続であり、
   複数の前記無停電電源モジュールのそれぞれは、前記位相情報と前記電圧指令とに基づき、前記インバータに含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第１三角波キャリアの谷の位相に、前記チョッパに含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第２三角波キャリアの谷の位相を同期させて、同期した前記第２三角波キャリアを用いて前記チョッパに含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御し、複数の前記チョッパ間に前記充電出力部を介して流れる電流を抑制する第２制御部を備える無停電電源装置。
3. 複数の前記無停電電源モジュールのそれぞれに設けられる前記第２制御部は、前記第１制御部にスター接続される請求項１又は２に記載の無停電電源装置。

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