JPH0865920A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】昇圧手段の最適設計を行い、信頼性があり、小
形、軽量、低コストの無停電電源装置を提供する。 【構成】通常時、商用電源１が、交流リアクトル２と切
替回路３を介し整流回路４に導かれ、整流回路４で交流
リアクトル２との相互作用で昇圧しつつ、直流に変換さ
れ、該直流電圧はインバータ６で交流に変換され、出力
フィルタ７を介して負荷８に供給される。一方、停電
時、バッテリ９の電源が、停電を検知した切替回路３で
切り替えられて、直流リアクトル１０を介し整流回路４
に入力される。整流回路４は、直流リアクトル１０との
相互作用で昇圧チョッパとしてチョッパ制御し、バッテ
リ９の電圧を昇圧する。そして、該直流電圧はインバー
タ６で交流に変換され、出力フィルタ７を介して負荷８
に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無停電電源装置に係
り、特に、小形、軽量化の無停電電源装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来技術の無停電電源装置としては、電
子技術（１９９２ Vol．３４ No．３Ｐ４１〜４５）
「アクティブフィルタのＵＰＳへの応用」に掲載された
ものがある。これによれば、通常時は、商用電源からの
交流電源が昇圧手段で昇圧され整流回路で直流に変換さ
れ、インバータで交流に変換されて、電力が負荷に供給
され、そして、停電時は、バッテリからの直流電源が直
接インバータで交流に変換されて、電力が負荷に供給さ
れる、該装置が示されている。

【０００３】このような無停電電源装置では、直流電源
を昇圧手段で昇圧しないので、対応電圧範囲が限定さ
れ、且つ、スイッチング素子の制約から、例えば交流電
圧１００Ｖを出力しようとすれば、直流電圧は３３０Ｖ
以上必要となり、多量のバッテリを用意する必要があっ
た。

【０００４】そのため、上記の問題を解消するものとし
て、特開平２−１６８８６７号公報に開示された無停電
電源装置がある。これによれば、昇圧手段の前に交流電
源と直流電源とを切り替える切替スイッチを設け、昇圧
手段を交直兼用しているものが記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような、昇圧手段の前に電源を切り替える切替スイッチ
を設け、昇圧手段を交直兼用している無停電電源装置に
おいては、（１）交直兼用している１個の昇圧手段が故
障した場合のバックアップに不安が残っている、（２）
昇圧手段を交流時と直流時の両方に兼用すると、直流時
の昇圧に昇圧手段としては無駄な部分が生じ、コスト
高、大形化するという問題がある。

【０００６】従って、本発明の目的は、無停電電源装置
の昇圧手段を最適化し、信頼性があり、且つ、小形、軽
量、低コストの無停電電源装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、交流電源
と、直流電源と、停電を検知し前記電源を切り替える切
替手段と、前記電源を昇圧する昇圧手段とを備え、停電
時に、前記切替手段により前記交流電源から前記直流電
源へ切り替えて、電力を供給する無停電電源装置におい
て、前記昇圧手段を、前記交流電源を昇圧する交流用昇
圧手段と、前記直流電源を昇圧する直流用昇圧手段とに
分設し、前記交流用昇圧手段は、前記交流電源と前記切
替手段との間に、前記直流用昇圧手段は、前記直流電源
と前記切替手段との間に設置されていることにより達成
される。

【０００８】また、交流電源と、直流電源と、停電を検
知し前記電源を切り替える切替手段と、前記電源を昇圧
する昇圧手段とを備え、前記交流電源から前記直流電源
へ切り替えて、電力を供給する無停電電源装置におい
て、前記交流電源をコンバータ制御する整流回路と、前
記直流電源をチョッパ制御するチョッパ回路とを設け、
停電時に、前記切替手段により、前記交流電源と昇圧手
段と整流回路とを結ぶ交流ラインから、前記直流電源と
昇圧手段とチョッパ回路とを結ぶ直流ラインへ、切り替
えることによっても達成される。

【０００９】

【作用】本発明の構成のように、昇圧手段を交流用と直
流用に専用化したものを２個設けるので、一方の昇圧手
段が故障した場合は、他方でバックアップすることがで
き、且つ、それぞれ専用の昇圧手段に対し最適設計が行
えるので、昇圧手段は、全体として小形、軽量、低コス
トにすることができる。

【００１０】また、交直兼用の昇圧手段の場合でも、直
流時専用のチョッパ回路を設けることにより、直流時の
昇圧作用の負担を減らし、昇圧手段の無駄部分を削減す
ることができるので、昇圧手段を小形、軽量、低コスト
にすることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
し説明する。図１は、本発明による一実施例の無停電電
源装置を示す回路図である。構成は次の通りである。

【００１２】交流電源としての商用電源１は、交流用昇
圧手段としての交流リアクトル２に接続される。直流電
源としてのバッテリ９は、その正側を、直流用昇圧手段
としての直流リアクトル１０に接続される。

【００１３】交流リアクトル２は、商用電源１と切替手
段としての切替回路３の間に設置される。一方、直流リ
アクトル１０は、バッテリ９と切替回路３の間に設置さ
れる。即ち、交流リアクトル２を介して入力された商用
電源１からの交流電源と、直流リアクトル１０を介して
入力されたバッテリ９からの直流電源とを、切替回路３
で切り替える構成である。

【００１４】この切替回路３は、停電を検知し、交流電
源から直流電源へ切り替える機能だけでなく、後述する
整流回路４の動作切り替え機能も、有している切替手段
である。

【００１５】そして、切替回路３は、整流回路４に接続
される。整流回路４は、直列接続されたスイッチング素
子４１，４２とそれぞれに逆並列接続されたダイオード
４３，４４とからなり、インバータ６に接続される。イ
ンバータ６は、直列接続されたスイッチング素子６１，
６２とそれぞれに逆並列接続されたダイオード６３，６
４とからなり、出力フィルタ７に接続される。Ｌ形の出
力フィルタ７は、フィルタリアクトル７１とフィルタコ
ンデンサ７２とからなり、負荷８に接続される。

【００１６】また、バッテリ９の負側は、整流回路４の
直流ラインの負側に接続される。さらに、整流回路４と
インバータ６との間には、直列接続されたコンデンサ５
１，５２が挿入される。

【００１７】図１の切替回路３は、半導体スイッチ回
路、機械スイッチおよび半導体スイッチの組合わせ回路
等から構成される。動作は、次の通りである。

【００１８】通常時は、商用電源１からの交流電源が、
交流用昇圧手段としての交流リアクトル２を介し切替回
路３に導かれる。導かれた交流電源は、切替回路３を介
して整流回路４に入力される。通常、切替回路３は交流
電源側にあり、切り替え動作は行われない。そして、整
流回路４は、正弦波入力コンバータとしてコンバータ制
御し、入力力率を高力率に保ちつつ、且つ、交流リアク
トル２との相互作用で昇圧しつつ、交流電圧を所定の直
流電圧に変換する定電圧制御を行っている。整流回路４
は、その使用される頻度を考え、通常時のコンバータ制
御用として主に設計されている。

【００１９】こうして得られた直流電圧はインバータ６
に供給され、ハーフ・ブリッジ構成のインバータ６はＰ
ＷＭ制御を行ってその直流電圧を所定の交流電圧に変換
し、出力フィルタ７を介して正弦波となった交流電圧
は、電力として負荷８に供給される。

【００２０】一方、停電時は、バッテリ９からの直流電
源が、直流用昇圧手段としての直流リアクトル１０を介
し切替回路３に導かれる。そして、直流リアクトル１０
を介した直流電源は、停電を検知した切替回路３で切り
替えられて、整流回路４に入力される。

【００２１】この場合、切替回路３は、コンバータ制御
用として主設計されている整流回路４を、チョッパ制御
を可能とするよう切り替える回路でもある。言い換えれ
ば、切替回路３は、整流回路４をコンバータ制御とチョ
ッパ制御とに兼用させる機能も有している。

【００２２】そして、整流回路４は、直流リアクトル１
０との相互作用で昇圧チョッパとしてチョッパ制御し、
バッテリ９の電圧を所定の電圧に昇圧し定電圧制御す
る。

【００２３】こうして得られた直流電圧はインバータ６
に供給され、インバータ６はＰＷＭ制御を行い、その直
流電圧を所定の交流電圧に変換し、出力フィルタ７を介
して正弦波となった交流電圧は、電力として負荷８に供
給される。このように無停電電源装置が作動し、停電に
よる弊害が防止される。

【００２４】上記構成のように、昇圧手段を交流用と直
流用に専用化し２個設けるので、交流用昇圧手段が故障
した場合は、直流用でバックアップすることができる。

【００２５】また、それぞれの昇圧手段に対し最適設計
が行えるので、兼用した場合の昇圧手段の無駄部分が削
減され、昇圧手段を全体として小形、軽量、低コストに
することができる。

【００２６】図２は、本発明による他の実施例の無停電
電源装置を示す回路図である。図１の構成との違いか
ら、図２の構成について説明する。

【００２７】違いは、直流時の昇圧のために、専用のチ
ョッパ回路１３を設けた点である。且つ、図１の切替回
路３の代わりに、整流回路４ならびにチョッパ回路１３
が有するスイッチング素子に切替手段を兼用させている
点である。

【００２８】図に示された回路では、商用電源１は、交
流リアクトル２を介しそのまま整流回路４に接続され
る。従って、整流回路４は、交流専用である。従って、
商用電源１と交流リアクトル２と整流回路４とを結ぶ交
流ラインが構成される。

【００２９】一方、バッテリ９の正側は、直流リアクト
ル１０に接続され、直流リアクトル１０は、昇圧チョッ
パ用スイッチング素子１１と昇圧チョッパ用サイリスタ
１２とから構成される直流専用のチョッパ回路１３に接
続される。従って、バッテリ９と直流リアクトル１０と
チョッパ回路１３とを結ぶ直流ラインが構成される。

【００３０】チョッパ回路１３の正側は、整流回路４の
正側に接続される。そして、バッテリ９の負側は、チョ
ッパ回路１３や整流回路４の負側に接続される構成であ
る。そして、停電を検知し、交流ラインと直流ラインと
を切り替える切替手段としての手段が、停電制御回路２
０である。そして、この停電制御回路２０は、整流回路
４ならびにチョッパ回路１３の駆動と停止を切替え制御
する手段でもある。

【００３１】動作は、次の通りである。通常時は、商用
電源１からの交流電源が、交流リアクトル２を介しその
まま整流回路４に導かれる。そして、整流回路４は、交
流リアクトル２との相互作用により昇圧しつつ、コンバ
ータ制御し、交流電圧を所定の直流電圧に変換する。得
られた直流電圧はインバータ６に供給され、インバータ
６で交流電圧に変換され、出力フィルタ７を介して負荷
８に供給される。

【００３２】停電時は、チョッパ回路１３が、停電制御
回路２０によって駆動させられ、バッテリ９の電圧は、
昇圧されインバータ６に供給される。以下は前述の図１
の動作と同じである。

【００３３】従って、停電制御回路２０は、昇圧チョッ
パ用スイッチング素子１１と昇圧チョッパ用サイリスタ
１２を、停電時に駆動し、通常時に停止させるようスイ
ッチングする。また、停電制御回路２０は、整流回路４
を停電時に停止し、通常時に駆動させるようスイッチン
グする。

【００３４】整流回路４もチョッパ回路１３もスイッチ
ング素子で構成されているので、上記のような逆スイッ
チング制御は容易である。これにより、通常時と停電
時、即ち交流時と直流時の切り替えができる。

【００３５】また、交流ラインと直流ラインとを切り替
える切替手段としてが、図示してない逆連動４接点スイ
ッチを用いることができる。そして、該切替手段は、交
流ラインの、商用電源１と交流リアクトル２との間、ま
たは交流リアクトル２と整流回路４との間、または整流
回路４の出力側、および、直流ラインの、バッテリ９と
直流リアクトル１０との間、または直流リアクトル１０
とチョッパ回路１３との間、またはチョッパ回路１３の
出力側、のうち少なくとも１ヵ所に設置されていれば、
無停電電源装置の回路は成立する。

【００３６】図２の実施例でも、交流用と直流用の２つ
の昇圧手段が設けられるので、故障時のバックアップが
できるし、昇圧手段の最適設計が行える。

【００３７】特に、直流専用のチョッパ回路１３を設け
たことにより、チョッパ制御のキャリアｆを最適に設定
することができ、図１の場合に比べ、 直流リアクトル
１０の最適設計が行え、寸法をさらに小さくできる。図
１の実施例では、整流回路４がコンバータとチョッパと
を兼用していたので、チョッパ制御のキャリアｆの設定
に制約があり、やや最適設計に欠くところがある。

【００３８】また、整流回路４およびチョッパ回路１３
のスイッチング素子を旨く利用し切り替えるので、切替
回路３の電子回路部分より、停電制御回路２０の電子回
路部分は小形化される。

【００３９】以上によって、さらに、無停電電源装置
は、小形、軽量、低コスト化に結び付けられる。

【００４０】図３は、本発明による別の実施例の無停電
電源装置を示す回路図である。

【００４１】構成は次の通りである。

【００４２】商用電源１、兼用リアクトル２２、停電制
御回路２０、バッテリ９、チョッパ回路１３、整流回路
４、コンデンサ５１，５２、インバータ６、出力フィル
タ７、負荷８等が、図のような回路で接続された構成で
ある。

【００４３】即ち、交直兼用の昇圧手段としての兼用リ
アクトル２２と、、昇圧補助手段としての昇圧チョッパ
用スイッチング素子１１と昇圧チョッパ用サイリスタ１
２とから構成されるチョッパ回路１３と、停電制御回路
２０とを導入した構成である。

【００４４】動作は、次の通りである。

【００４５】通常時は、商用電源１からの交流電源が、
兼用リアクトル２２を介し整流回路４に入力される。こ
こに、商用電源１と兼用リアクトル２２と整流回路４と
を結ぶ交流ラインが構成される。そして、整流回路４
は、兼用リアクトル２２との相互作用により、昇圧しつ
つコンバータ制御し、交流を直流に変換する。以下は前
述の図１の動作と同じである。

【００４６】停電時は、バッテリ９からの直流電源が、
兼用リアクトル２２を介しチョッパ回路１３に入力され
る。ここに、バッテリ９と兼用リアクトル２２とチョッ
パ回路１３とを結ぶ直流ラインが構成される。入力され
た直流電源は、チョッパ回路１３側でチョッパ制御さ
れ、バッテリ９の電圧が昇圧され、インバータ６に供給
される。以下は前述の図１の動作と同じである。

【００４７】この場合も、停電制御回路２０は、停電を
検知し、交流ラインと直流ラインとを切り替える切替手
段としての手段である。そしてまた、チョッパ回路１３
を、停電時に駆動し通常時に停止させるよう、あるい
は、整流回路４を、停電時に停止し通常時に駆動させる
よう逆スイッチング制御する手段である。

【００４８】上記構成にすれば、直流時のチョッパ回路
１３側のキャリアｆを自由に設定することができるの
で、その分、兼用リアクトル２２における無駄部分を削
減することができ、昇圧手段を小形にすることができ
る。

【００４９】半導体素子等からなるチョッパ回路１３の
分は増加するが、年々小型化している電子回路部分の増
加より、機械的構造からなる兼用リアクトル２２の削減
部分の方が大きく、無停電電源装置は、全体として、小
形、軽量、低コストになる。また、同じ電子回路である
整流回路４と一体に組み込むことができる。尚、図３の
停電制御回路２０内部に有する切替スイッチは、単一３
接点スイッチである。

【００５０】図４は、図３の実施例を少し変えた無停電
電源装置を示す回路図である。図３の構成との違いか
ら、図４の構成について説明する。違いは、兼用リアク
トル２２の出力側に、通常時即ち交流時と、停電時即ち
直流時とを切り替え、整流回路４とチョッパ回路１３と
を分離する、単一３接点スイッチの切替スイッチ２５を
設置した点である。

【００５１】また、図４の停電制御回路２０内部に有す
る切替スイッチを、単一２接点スイッチとした点であ
る。これは、停電時、交流電源が流れないので、その構
造を単一２接点スイッチにしたものである。勿論、単一
３接点スイッチでも可である。動作は、通常時も停電時
も、図３の動作と同じである。

【００５２】しかし違いは、切替スイッチ２５は、交流
時はＮＣ側にあり、直流時はＮＯ側にある。そして、整
流回路４とチョッパ回路１３とが、分離独立して動作す
る点である。尚、各々の切替スイッチは電子式でも機械
式でも可である。このような構成の場合、交流の廻り込
みが防止され、チョッパ回路１３に交流電圧が掛からな
いので、昇圧チョッパ用スイッチング素子１１の耐圧の
制約がなくなる。従って、その分低コストに結び付くも
のである。

【００５３】また、整流回路４とチョッパ回路１３に対
し、停電制御回路２０において、分離独立したスイッチ
ング制御が行えるので、その分回路部分が簡単になる。
尚、図４の場合、切替手段として、停電制御回路２０内
部に有する単一２接点スイッチと切替スイッチ２５とが
ある。即ち、切替手段は、各電源としての商用電源１お
よびバッテリ９と、昇圧手段としての兼用リアクトル２
２との間と、各回路としての整流回路４およびチョッパ
回路１３の入力側の、２ヵ所に設置されている。

【００５４】また、切替スイッチ２５があれば、スイッ
チング素子による逆スイッチング制御は、無くても可で
ある。更に、切替手段として、単一３接点スイッチを用
いれば、図３と図４を参考とし、（１）切替手段は、各
回路の入力側、または各回路の出力側のうち、少なくと
も１ヵ所に設置される、（２）切替手段は、各電源と昇
圧手段との間と、各回路の入力側あるいは出力側の、２
ヵ所に設置されることにより、無停電電源装置の回路が
成立する。

【００５５】そして、上記した本発明の無停電電源装置
は、特に、コンピュータ、通信機器、ネットワーク機器
等の、バックアップ電源として使用される無停電電源装
置に好適である。また、無停電電源装置と同様に、交流
入力電源と直流入力電源とを具備する電源装置に、例え
ば、商用電源と太陽電池とを入力電源とするエアコンデ
ィショナなどの電源装置にも適用することができる。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、昇圧手段を交流用と直
流用に専用化し２個設けるので、交流用昇圧手段が故障
した場合は、直流用でバックアップすることができる。

【００５７】また、それぞれの昇圧手段に対し最適設計
が行えるので、兼用した場合の昇圧手段の無駄部分を削
減することができる。即ち、信頼性があり、小形、軽
量、低コストの無停電電源装置を提供することできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の無停電電源装置を示す
回路図である。

【図２】本発明による他の実施例の無停電電源装置を示
す回路図である。

【図３】本発明による別の実施例の無停電電源装置を示
す回路図である。

【図４】図３の実施例を少し変えた無停電電源装置を示
す回路図である。

【符号の説明】

１…商用電源、２…交流リアクトル、３…切替回路、４
…整流回路、６…インバータ、７…出力フィルタ、８…
負荷、９…バッテリ、１０…直流リアクトル、１１…昇
圧チョッパ用スイッチング素子、１２…昇圧チョッパ用
サイリスタ、１３…チョッパ回路、２０…停電制御回
路、２２…兼用リアクトル、２５…切替スイッチ、４
１，４２，６１，６２…スイッチング素子、４３，４
４，６３，６４…ダイオード、５１，５２…コンデン
サ、７１…フィルタリアクトル、７２…フィルタコンデ
ンサ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源と、直流電源と、停電を検知し前
   記電源を切り替える切替手段と、前記電源を昇圧する昇
   圧手段とを備え、停電時に、前記切替手段により前記交
   流電源から前記直流電源へ切り替えて、電力を供給する
   無停電電源装置において、 前記昇圧手段を、前記交流電源を昇圧する交流用昇圧手
   段と、前記直流電源を昇圧する直流用昇圧手段とに分設
   し、 前記交流用昇圧手段は、前記交流電源と前記切替手段と
   の間に、前記直流用昇圧手段は、前記直流電源と前記切
   替手段との間に設置されていることを特徴とする無停電
   電源装置。
2. 【請求項２】交流電源と、直流電源と、停電を検知し前
   記電源を切り替える切替手段と、前記電源を昇圧する昇
   圧手段とを備え、前記交流電源から前記直流電源へ切り
   替えて、電力を供給する無停電電源装置において、 前記昇圧手段を、前記交流電源を昇圧する交流用昇圧手
   段と、前記直流電源を昇圧する直流用昇圧手段とに分設
   し、 前記交流電源をコンバータ制御する整流回路と、前記直
   流電源をチョッパ制御するチョッパ回路とを設け、 停電時に、前記切替手段により、前記交流電源と交流用
   昇圧手段と整流回路とを結ぶ交流ラインから、前記直流
   電源と直流用昇圧手段とチョッパ回路とを結ぶ直流ライ
   ンへ、切り替えることを特徴とする無停電電源装置。
3. 【請求項３】請求項２において、前記切替手段は、前記
   各電源と各昇圧手段との間、または前記各昇圧手段と各
   回路との間、または前記各回路の出力側のうち、少なく
   とも１ヵ所に設置されていることを特徴とする無停電電
   源装置。
4. 【請求項４】交流電源と、直流電源と、停電を検知し前
   記電源を切り替える切替手段と、前記電源を昇圧する昇
   圧手段とを備え、前記交流電源から前記直流電源へ切り
   替えて、電力を供給する無停電電源装置において、 前記交流電源をコンバータ制御する整流回路と、前記直
   流電源をチョッパ制御するチョッパ回路とを設け、 停電時に、前記切替手段により、前記交流電源と昇圧手
   段と整流回路とを結ぶ交流ラインから、前記直流電源と
   昇圧手段とチョッパ回路とを結ぶ直流ラインへ、切り替
   えることを特徴とする無停電電源装置。
5. 【請求項５】請求項４において、前記切替手段は、前記
   各回路の入力側、または各回路の出力側のうち、少なく
   とも１ヵ所に設置されていることを特徴とする無停電電
   源装置。
6. 【請求項６】請求項４において、前記切替手段は、前記
   各電源と昇圧手段との間と、前記各回路の入力側あるい
   は出力側との２ヵ所に設置されていることを特徴とする
   無停電電源装置。
7. 【請求項７】請求項２または請求項４において、前記切
   替手段は、前記整流回路および前記チョッパ回路のスイ
   ッチング素子を、逆スイッチング制御し切り替えること
   を特徴とする無停電電源装置。