JPH04281342A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、商用電源が停電・瞬断
或いは電圧低下状態となったときにバッテリから負荷へ
電力を供給するようにした無停電電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】無停電電源装置に限らず定周波数出力の
フルブリッジ形インバータの電流制御方式の多くは、従
来より高周波によるＰＷＭ制御が主であった。即ち、図
４に示すようにフルブリッジ形インバータ６１のスイッ
チング素子６２のスイッチング周波数が無停電電源装置
の如く低周波の場合は、４個のスイッチング素子６２を
有するブリッジの上段若しくは下段のどちらかを駆動回
路６３によって定時高周波で発振させ、更に制御回路６
４によって図５に示す如く基準信号と電流検出信号とを
比較して高周波発振部のスイッチングデューティを変化
させ、これにより全体的なインバータ出力電圧の低下を
図る方法である。

【０００３】その他の電流制御方法としては、図６に示
すように電流検出用抵抗６７とトランジスタ６８とを設
け、スイッチング素子６２をトランジスタ６８のオンに
よってスイッチング素子６２を強制的にオフさせるよう
にしていた。また、従来の無停電電源装置の過負荷時の
動作としては、負荷短絡時の異常に重い負荷以外の過負
荷時はインバータの出力電圧を負荷電流に応じて変化さ
せていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前者の場合
制御回路６４が必要な為、回路構成が複雑となり、使用
部品数も増え全体的なコストアップの要因ともなった。 また、インバータ６１での高周波発振により出力電流、
出力電圧に高周波リップ成分が含まれてしまうという問
題があった。

【０００５】また、後者の場合トランジスタ６８を使用
するため、スイッチング素子６２を完全にオフさせるこ
とが難しい。またスイッチング素子６２を強制的にオフ
した後再びオン状態に移るときにスイッチング素子６２
がリニア領域で動作することがあり、スイッチング素子
６２のＡＳＯ領域を越えてしまうこともあった。また、
スイッチング電源を含むパーソナルコンピュータが過負
荷となり、インバータ出力電圧が低下しはじめると、ス
イッチング電源は更に電流を引き込もうとする。その結
果、出力電圧は通常の５０％程度まで落ち込むこともあ
る。この時スイッチング電源から見た入力電流は、通常
の定格入力電圧時の電流値に対しかなり大きな電流値と
なり、最悪時にはスイッチング電源の入力部のヒューズ
を破壊してしまったり、整流器も破壊してしまう可能性
がある。更にスイッチング電源のスイッチング用の半導
体素子にも過大な電流が流れてしまい、やはり最悪時に
はこの半導体素子を破壊してしまう惧れがあった。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑み、回路構成が簡
単で使用部品点数も減少し、また出力に高周波リップル
成分が含まれなくなり、しかも負荷短絡の場合は、イン
バータを停止又は出力遮断することによって、インバー
タの保護或いはバッテリの不必要な放電を抑えるように
したものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この技術的課題を解決す
る本発明の第１の技術的手段は、商用電源が停電・瞬断
或いは電圧低下状態になったときに、バッテリの直流電
圧をインバータによって交流電圧に変換して負荷へ電力
を供給する無停電電源装置であって、インバータのスイ
ッチング素子に電流検出用抵抗を接続し、該電流検出用
抵抗の両端電圧が一定値以上になったときに、インバー
タのスイッチング素子を一時的にオフして、インバータ
の出力電流のピーク値を一定以下に抑えるようにした無
停電電源装置において、前記電流検出用抵抗の両端電圧
が一定電圧以上になったときオンするようにサイリスタ
を設け、該サイリスタのオンによってインバータのスイ
ッチング素子をオフするように低電圧を出力するコンパ
レータを設けた点にある。

【０００８】また、本発明の第２の技術的手段は、バッ
テリから負荷への電力供給中に過負荷状態が一定時間以
上続いたとき、出力電圧の実効値を低下させるべくイン
バータのスイッチングデューティを変化させ、かつその
後も過負荷状態が継続するときにインバータのスイッチ
ングを停止させる過負荷制御回路を設けた点にある。

【０００９】

【作用】フルブリッジ形インバータ１　にドレイン電流
　ＩＤが流れ、抵抗３９，４０　の両端に発生する電圧
が基準を越えると、この抵抗３９，４０　と接続された
スイッチング素子１９，２０　の　ＶＧＳをサイリスタ
２８，２９　とコンパレータ２５，２６　の半導体素子
を用いて強制的に低電位にさせて、スイッチング素子１
９，２０　のドレイン電流　ＩＤ　を遮断させる。ドレ
イン電流　ＩＤ　の遮断後、スイッチング素子１９，２
０　の　ＶＧＳの強制低電位状態を解除させて、スイッ
チング素子１９，２０　を再びオンさせる。このくり返
しによってインバータ１　の出力負荷が過負荷になって
も、インバータ１　のスイッチング素子１９，２０　に
は一定値以上のドレイン電流　ＩＤ　は流れずに、スイ
ッチング素子１９，２０　に過電流は流れない。

【００１０】この方法を用いると、フルブリッジ形イン
バータ１　の上段もしくは下段を常時高周波で発振させ
て、ＰＷＭ制御による過電流抑制をする必要がなく、結
果としてインバータ１　の出力電圧、出力電流に高周波
リップル成分も全く発生しなくなる。又コンパレータ２
５，２６　を用いることで、スイッチング素子１９，２
０　のＧＳ間電位は常に高電圧状態又は低電圧状態のど
ちらかであるから、スイッチング素子１９，２０　がリ
ニア動作を行なうことがなく、過電流時にＡＳＯ領域を
オーバーすることもない。

【００１１】上記動作は、インバータ１　の出力電流の
ピーク値を一定以下に抑える為のものであり、インバー
タ１　の負荷が短絡や整流器負荷を接続したときなどに
インバータ１　のスイッチング素子を過電流から保護す
る機能としては有効である。又、部品数もＰＷＭ制御方
式に比べ少なくコスト的にも安価に実現できる。次に、
インバータ１　の出力間にカレントトランス４５を設け
ており、カレントトランス４５により常時インバータ１
　の出力電流を電圧レベルに変換させ、この電圧レベル
に応じてインバータ１　の低周波発振のオン・オフデュ
ーティを変化させる。但し、このオン・オフデューティ
変化をさせる過電流保護回路８　は、通常は動作せずに
過電流が流れ始めてから一定時間後に動作モードに移る
。

【００１２】オン・オフデューティの変化は、インバー
タ１　の出力電圧が８０％程度までとしておき、過電流
のレベルが非常に大の場合はインバータ１　そのものの
発振を停止させる。つまり、過電流時にインバータ１の
出力電圧が８０％以下になると、インバータ１　の発振
を停止させて、出力電圧をＯＶとするのである。過電流
が流れ始めてから一定時間後にオン・オフデューティ変
化をさせる過電流保護回路８　を動作させることによっ
て、インバータ１　の負荷が、短絡状態か整流器負荷に
ラッシュ電流が流れている状態かを判定させる。即ち、
過電流状態になってから一定期間を過ぎても非常に大き
な電流が流れている場合は、負荷短絡と判断し、インバ
ータ１の発振を停止させる。こうすることで、バッテリ
４　からの放電もストップされる。ラッシュ電流の場合
、流れ始めてから一定期間後にはある程度電流値も小さ
くなっているので、過電流保護回路８　が動作すること
なく、インバータ１　の発振も停止せず、通常出力電圧
を保持させる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に従って説明す
ると、図３において、１　はフルブリッジ形インバータ
である。２　は停電検出回路で、商用電源入力の状態を
常時観測し、商用電源入力が停電或いは電圧低下状態と
なったとき停電信号を出力する。３　はバッテリ充電回
路で、商用電源の給電中に常時バッテリ４　を充電する
。５は出力部リレーで、通常時は可動接点５ａが固定接
点５ｂ側に倒れ、停電検出回路２から停電信号を入力す
るとき可動接点５ａが固定接点５ｃ側に倒れるようにな
っている。

【００１４】７　はチョッパー昇圧回路で、バッテリ４
　の電圧変動に対してインバータ１　の出力電圧の波高
値を一定にさせて、インバータ１の出力電圧の安定化を
図る。８　は過電流保護回路で、インバータ１　の出力
電流が定格以上になると、その電流値と比例した過電流
信号を出力する。１０はインバータ駆動回路で、停電検
出回路２　から停電信号が送られると、インバータ１　
を商用電源の周波数で発振させる。また、過電流保護回
路８　の過電流信号を入力すると、その信号レベルに応
じてインバータ１　の発振のオン・オフデューティを変
化させて、インバータ１　の出力電圧を低下させ、或い
はインバータ１の発振を停止させて、インバータ１　の
出力電圧をＯＶにする。なお、インバータ駆動回路１０
は図１に示すように４個の駆動部１１，１２，１３，１
４　を有している。

【００１５】前記フルブリッジ形インバータ１　は、図
１に示すように電界効果トランジスタにより構成した４
個のスイッチング素子１７，１８，１９，２０　、４個
のダイオード２１，２２，２３，２４　、コンパレータ
２５，２６　、サイリスタ２８，２９　、チョークコイ
ル３０，３１　、コンデンサ３２，３３　、抵抗３４，
３５，３６，３７　、電流検出用抵抗３９，４０　等を
有し、バッテリ４からチョッパー昇圧回路７　を介して
定電圧化された直流電圧を入力し、これを矩形状の交流
電圧に変換して、出力端子４１，４２　から出力するよ
うに構成されている。

【００１６】前記過電流保護回路８　は、図２に示すよ
うにカレントトランス４５、信号増幅部４６、第１比較
部４７、信号発生部４８、遅延部４９、第２比較部５０
を有する。次にインバータ１　の動作を説明する。バッ
テリ４　から負荷への電力供給中　（バックアップ中）
　の出力電流は、バッテリ４　、チョッパー昇圧回路７
　、スイッチング素子１８、チョークコイル３１、出力
端子４１，４２　、カレントトランス４５、チョークコ
イル３０、スイッチング素子１９、電流検出用抵抗３９
、チョッパー昇圧回路７　、バッテリ４　のループと、
バッテリ４　、チョッパー昇圧回路７　、スイッチング
素子１７、チョークコイル３０、カレントトランス４５
、出力端子４１，４２　、チョークコイル３１、スイッ
チング素子２０、電流検出用抵抗４０、チョッパー昇圧
回路７　、バッテリ４のループとを交互にくり返して流
れる。

【００１７】さて、出力端子４１，４２　に接続された
負荷が過負荷や短絡状態になった場合、電流検出用抵抗
３９，４０　の両端電圧が定格電流の時よりも大となる
。この両端電圧がサイリスタ２８，２９　のゲートトリ
ガ電圧よりも大となったときに、サイリスタ２８，２９
はオンし、サイリスタ２８，２９　のアノードカソード
間電位は低レベルになり、サイリスタ２８，２９　に接
続されたコンパレータ２５，２６　の入力も低レベルと
なる。コンパレータ２５，２６　の出力はスイッチング
素子１９，２０　のゲートと抵抗を介して接続されてい
るが、コンパレータ２５，２６　の入力が低レベルにな
ると出力も同様に低レベルとなる。通常、コンパレータ
２５，２６　の出力の低レベルは　０．５Ｖ以下である
。また、電流検出用抵抗３９，４０　の抵抗値は０．０
５Ω程度である為、コンパレータ２５，２６の出力電圧
はスイッチング素子１９，２０　のゲートしきい値電圧
よりも低くなり、スイッチング素子１９，２０　がオフ
すると、前記出力電流のループが途切れ、チョークコイ
ル３０，３１　に蓄えられたエネルギーが電流となって
出力端子４１，４２　から放出される。放出されるルー
プは、チョークコイル３０のエネルギー放出の場合、チ
ョークコイル３０、カレントトランス４５、出力端子４
１，４２　、チョークコイル３１、ダイオード２２、ス
イッチング素子１７、チョークコイル３０と、チョーク
コイル３０、ダイオード２１、スイッチング素子１８、
チョークコイル３１、出力端子４１，４２　、カレント
トランス４５、チョークコイル３０との２通りである。

【００１８】一方、サイリスタ２８，２９　のオン状態
は長くは続かず、駆動部１３，１４　の出力電流がサイ
リスタ２８，２９　の保持電流よりも小さい為に、サイ
リスタ２８，２９　はオンの直後すぐにオフ状態に移る
。また、コンパレータ２５，２６　の入力電圧はコンデ
ンサ３２，３３　の影響で徐々に上昇してゆく。入力電
圧がコンパレータ２５，２６　の基準電圧以上になると
、コンパレータ２５，２６　の出力電圧は低電圧から高
電圧になり、スイッチング素子１９，２０　は再びオン
状態に移る。

【００１９】これら一連の動作によってインバータ１　
の出力電流のピークが一定以下に抑えることが可能とな
る。尚、チョークコイル３０，３１　の働きは、出力が
短絡した瞬間に流れる電流を緩やかに上昇させる為の限
流用コイルとして用いる。又コンデンサ３２，３３　の
働きは、コンパレータ２５，２６　の入力信号の雑音防
止と、サイリスタ２８，２９　のゲートトリガ信号が入
力されたときにサイリスタ２８，２９　を完全にオンさ
せる為の電流源として用いられる。

【００２０】次に、過電流保護回路８　の動作を説明す
る。バックアップ中、チョッパー昇圧回路７　、インバ
ータ１　を経て出力される電流をカレントトランス４５
で検出し、その検出信号を信号増幅部４６で増幅させる
。増幅された検出信号は第１比較部４７、信号発生部４
８、遅延部４９に入力される。第１比較部４７に入力さ
れた信号が一定値即ちインバータ１　の出力定格電流値
以上の場合、第１比較部４７から信号発生部４８にセッ
ト信号が出力され、定格電流以下になるとセット信号が
リセット信号に変わる。 信号発生部４８は通常時は動作しておらず、第１比較部
４７からセット信号が入力され、更に遅延部４９から動
作開始信号が入力された状態中にのみ動作される。次に
遅延部４９によって、該遅延部４９が信号増幅部４６か
ら検出信号を入力した時点から約０．２　〜０．３　秒
後に動作開始信号が信号発生部４８に入力される。この
時第１比較部４７がセット信号を出力していれば、信号
増幅部４　の信号レベル　（すなわちインバータ１　の
出力電流値）　に応じて信号発生部４８から前記インバ
ータ駆動回路１０にインバータ１　のデューティ制御信
号が送られる。信号発生部４８のデューティ制御信号は
第２比較部５１へも出力されており、この制御信号が一
定値　（過電流保護設定値）　以上になると、第２比較
部５１からインバータ駆動回路１０へ停止信号が送られ
る。

【００２１】以上の動作によって、インバータ１　の負
荷が徐々に重くなり、過負荷状態になった時は、インバ
ータ１　のデューティ制御によりインバータ１　出力電
圧を低下させ、更に過負荷になった場合は、インバータ
１　の停止により出力電圧、電流をＯにする。又、負荷
が整流器負荷のように起動時にインバータ１　の出力定
格以上のラッシュ電流が流れた瞬間は、遅延部４９の影
響で過電流保持回路８　は動作しておらず、インバータ
１　は出力を保ちつづける。更に負荷短絡の場合、０．
２　〜０．３秒後信号発生部４８が動作を開始し、イン
バータ停止信号が発生し、インバータ１　は出力断とな
る。０．２　〜０．３　秒間短絡電流が流れるが、ピー
ク電流の抑制が働いているので、インバータ１　を構成
するスイッチング素子等は保護されている。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、電流検出用抵抗の両端
電圧が一定電圧以上になったときオンするようにサイリ
スタを設け、該サイリスタのオンによってインバータの
スイッチング素子をオフするように低電圧を出力するコ
ンパレータを設けたので、インバータを常時高周波で発
振させて、ＰＷＭ制御による過電流抑制をする必要がな
くなり、回路構成が簡単で使用部品点数も減少し、安上
りに製造し得、しかも出力電流、出力電圧に高周波リッ
プル成分が含まれなくなる。また、スイッチング素子１
９，２０　がリニア動作を行なうことがなく、過電流時
にＡＳＯ領域をオーバーすることもない。

【００２３】また、バッテリから負荷への電力供給中に
過負荷状態が一定時間以上続いたとき、出力電圧の実効
値を低下させるべくインバータのスイッチングデューテ
ィを変化させ、かつその後も過負荷状態が継続するとき
にインバータのスイッチングを停止させる過負荷制御回
路を設けたので、バッテリから負荷への電力供給時に、
スイッチング電源内蔵のパーソナルコンピュータ等整流
器負荷の起動の際に発生するラッシュ電流に対しては通
常の出力電圧を保持できると共に、負荷短絡の場合は、
インバータを停止又は出力遮断することによって、イン
バータの保護或いはバッテリの不必要な放電を抑えるこ
とができる。従って、バッテリから負荷へ電力供給中は
、負荷がいかなる状態にあっても、インバータを破壊、
故障させることなく、無停電電源装置を動作し、更に不
必要なバッテリの放電を抑えることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。

【図２】過負荷制御回路部分のブロック図である。

【図３】全体のブロック図である。

【図４】従来例を示す回路図である。

【図５】制御回路部分のブロック図である。

【図６】他の従来例を示す回路図である。

【符号の説明】

１　　フルブリッジ形インバータ ４　　バッテリ ８　　過電流保護回路 １７　　スイッチング素子 １８　　スイッチング素子 １９　　スイッチング素子 ２０　　スイッチング素子 ２５　　コンパレータ ２６　　コンパレータ ２８　　サイリスタ ２９　　サイリスタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　商用電源が停電・瞬断或いは電圧低下
   状態になったときに、バッテリの直流電圧をインバータ
   によって交流電圧に変換して負荷へ電力を供給する無停
   電電源装置であって、インバータのスイッチング素子に
   電流検出用抵抗を接続し、該電流検出用抵抗の両端電圧
   が一定値以上になったときに、インバータのスイッチン
   グ素子を一時的にオフして、インバータの出力電流のピ
   ーク値を一定以下に抑えるようにした無停電電源装置に
   おいて、前記電流検出用抵抗の両端電圧が一定電圧以上
   になったときオンするようにサイリスタを設け、該サイ
   リスタのオンによってインバータのスイッチング素子を
   オフするように低電圧を出力するコンパレータを設けた
   ことを特徴とする無停電電源装置。
2. 【請求項２】　　バッテリから負荷への電力供給中に過
   負荷状態が一定時間以上続いたとき、出力電圧の実効値
   を低下させるべくインバータのスイッチングデューティ
   を変化させ、かつその後も過負荷状態が継続するときに
   インバータのスイッチングを停止させる過負荷制御回路
   を設けたことを特徴とする請求項１記載の無停電電源装
   置。