JPH10225144A - 3アームupsのゲート制御方法 - Google Patents

3アームupsのゲート制御方法

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JPH10225144A
JPH10225144A JP9037021A JP3702197A JPH10225144A JP H10225144 A JPH10225144 A JP H10225144A JP 9037021 A JP9037021 A JP 9037021A JP 3702197 A JP3702197 A JP 3702197A JP H10225144 A JPH10225144 A JP H10225144A
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JP
Japan
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arm
converter
inverter
pwm
common
Prior art date
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Pending
Application number
JP9037021A
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English (en)
Inventor
Takeshi Uematsu
武 上松
Takumi Ikeda
巧 池田
Atsuyuki Hirao
敬幸 平尾
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Nippon Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Nippon Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 商用交流電源の周波数や位相の急変に対して
も出力電圧波形を崩れないようにすると共に、フィルタ
を小形化する。 【解決手段】 逆並列接続したダイオードを有するスイ
ッチング素子を2個直列接続して構成したコンバータ・
アーム,共用アーム,インバータ・アームより成る3ア
ームUPSにおいて、共用アームを交流入力電圧に同期
した信号によりPWM制御すると共に、コンバータ・ア
ームと共用アームがフルブリッジ方式のPWMコンバー
タとして動作するようにコンバータ・アームをPWM制
御し、さらに、インバータ・アームと共用アームがフル
ブリッジ方式のPWMインバータとして動作するように
インバータ・アームをPWM制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、商用交流電力を入
力して定電圧・定周波数の交流電力を出力する無停電電
源装置(以下、UPSという)のゲート制御方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来技術によるUPSの回路構成を図5
に示す。図5において、コンバータ回路Aは逆並列接続
したダイオードを有するスイッチング素子101と10
2を直列接続して形成されており、2つのスイッチング
素子同士の中間接続点は直列接続したリアクタ107を
介して商用交流電源108に接続されており、入力した
交流電力を直流電力に変換させる。コンバータ回路Aに
並列接続してあるコンデンサ109より成る平滑回路B
は、コンバータ回路Aが出力する直流電圧のリップル分
を数%以下に平滑する。平滑回路Bに並列接続してある
切換スイッチング回路Cは逆並列接続したダイオードを
有するスイッチング素子103と104を直列接続して
形成されており、2つのスイッチング素子同士の中間接
続点は商用交流電源108の一端に接続してある。ま
た、切換スイッチ回路Cに並列接続してあるインバータ
回路Dは、切換スイッチ回路Cと同一構成のスイッチン
グ素子105と106によって形成されており、2つの
スイッチング素子同士の中間接続点は負荷110の一方
の端子に接続してある。なお、負荷110の他方の端子
は商用交流電源108の一端に接続してある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術によ
るUPSにおいては、切換スイッチ回路Cのアームを形
成するスイッチング素子はコンバータ回路Aに入力する
商用交流電源108の入力電圧の零クロスのタイミング
に合わせて交互にオン・オフ制御されており、インバー
タ回路Dのスイッチング素子はコンバータ回路Aへ入力
する交流電圧に同期してPWM制御され、所定の電圧・
周波数の交流電力を出力するように構成してある。な
お、コンバータ回路Aのスイッチング素子を商用交流電
源の周波数より高い周波数でオン・オフ制御させると昇
圧した直流電圧を生成させることができる。
【0004】しかし乍ら、切換スイッチ回路Cは交流電
力の入力電圧の零点毎にオン・オフ制御されるものであ
るから、商用交流電源の周波数や位相が急変したときに
は、入力電流ii と出力電圧e0 の波形が著しく崩れる
場合があり、零クロス付近の波形にも滑らかさがない。
また、切換スイッチ回路Cを形成するスイッチング素子
は商用周波数で動作するスイッチング素子でよく、商用
交流電源の入力電圧の零点でオン・オフ制御されるもの
であるから、スイッチングに伴う発熱量は少ない。一
方、コンバータ回路Aとインバータ回路Dを形成するス
イッチング素子は、商用交流電源周波数より高い周波数
でオン・オフ制御されるものであるから、スイッチング
に伴う発熱量は切換スイッチ回路Cにおけるスイッチン
グ素子の発熱量よりも多い。従って、3アームより成る
スイッチング素子を実装する場合には、使用するスイッ
チング素子の相違に伴う配列の不具合や、発熱量が異な
ることによる熱的なアンバランスが生じ易い欠点があっ
た。
【0005】
【課題を解決するための手段】本願発明は上述した課題
を解決するためになされたものであって、逆並列接続し
たダイオードを有するスイッチング素子を2個直列接続
して構成したコンバータ・アーム,共用アーム,インバ
ータ・アームより成る3アームを備え、コンバータ・ア
ームにおけるスイッチング素子同士の中間接続点に直列
接続したリアクタと共用アームにおけるスイッチング素
子同士の中間接続点との間に交流入力端子を接続すると
共に、共用アームとインバータ・アームにおけるスイッ
チング素子同士の中間接続点間にリアクタと並列コンデ
ンサより成る交流フィルタを介して交流出力端子を接続
して構成した3アームUPSにおいて、共用アームのス
イッチング素子を交流入力電圧に同期した信号によりP
WM制御すると共に、コンバータ・アームと共用アーム
における夫々のスイッチング素子がフルブリッジ方式の
PWMコンバータとして動作して所定の直流電圧を生成
するように、コンバータ・アームのスイッチング素子を
PWM制御し、さらに、インバータ・アームと共用アー
ムにおける夫々のスイッチング素子がフルブリッジ方式
のPWMインバータとして動作して所定の交流出力電圧
を生成するようにインバータ・アームのスイッチング素
子をPWM制御するようにした。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しながら説明する。図1は、本発明による3アームU
PSの回路構成を示すブロック図である。図1におい
て、逆並列接続したダイオードを有するスイッチング素
子1と2を直列接続して構成したコンバータ・アームに
コンデンサ7より成る平滑回路が並列接続してあり、コ
ンバータ・アームと同一構成のスイッチング素子3と4
より成る共用アーム、およびスイッチング素子5と6よ
り成るインバータ・アームが平滑回路を介して並列接続
してあり、3アームより成るスイッチング回路を構成し
ている。
【0007】コンバータ・アームにおけるスイッチング
素子1と2の中間接続点に一端を接続したリアクタ8の
他端は商用交流電源11の一方の端子に接続してあり、
共用アームにおけるスイッチング素子3と4の中間接続
点は商用交流電源11の他方の端子と接続してある。ま
た、インバータ・アームにおけるスイッチング素子5と
6の中間接続点と共用アームにおけるスイッチング素子
3と4の中間接続点の間には、リアクタ9と並列コンデ
ンサ10より成る交流フィルタを介して交流出力端子1
2が接続してあり、コンバータ・アーム,共用アーム,
インバータ・アームにおける夫々のスイッチング素子は
制御回路13,14,15によって制御される。
【0008】次に、3アームUPSを構成するスイッチ
ング素子の制御方法を図2〜図4によって説明する。図
2から明らかなように、コンバータ・アーム,共用アー
ム,インバータ・アームを構成するスイッチング素子
は、コンバータ制御部21,同期制御部22,インバー
タ制御部23によって制御される。夫々の制御部から出
力される信号波u1 ,u2 ,u3 はPWM変調回路2
4,25,26に入力して変調され、ゲート信号y1
2 ,y3 を生成してドライブ回路27,28,29に
送出される。ドライブ回路27,28,29は、入力し
たゲート信号に基づいて夫々のアームを構成するスイッ
チング素子1と2,3と4,5と6を交互にオン・オフ
制御する。
【0009】コンバータ制御部21は、入力力率をほぼ
1にする入力力率制御系と所定の電圧値に制御する直流
電圧制御系を備えており、インバータ制御部23は、波
形整形を行う瞬時値制御系と出力電圧の実効値を所定の
値とする平均値制御系によって構成されている。同期制
御部22は、交流入力電圧の周波数に同期したコンバー
タ制御部21とインバータ制御部23の目標値、および
共用アームの操作量である信号波を生成する。
【0010】同期制御部22から交流入力電圧の周波数
に同期した信号波がコンバータ制御部21とインバータ
制御部23に送出されると、コンバータ制御部21はコ
ンバータ・アームと共用アームより成るフルブリッジ方
式のPWMコンバータとして動作するようにコンバータ
・アームを制御し、同様にして、インバータ制御部23
はインバータ・アームと共用アームより成るフルブリッ
ジ方式のPWMインバータとして動作するようにインバ
ータ・アームを制御する。
【0011】信号波ui の周波数に対して三角波(搬送
波)周波数が十分に高い場合には、サブハーモニックP
WM変調によりゲート信号yi が生成される。ゲート信
号yi が生成される状況は図3に示すようになる。
【0012】コンバータ・アームと共用アームのスイッ
チング素子がフルブリッジ方式のPWMコンバータとし
て動作し、制御部からの信号波u1 ,u2 と三角波(搬
送波)とによってゲート信号y1 ,y2 を生成し、所定
の直流電圧を発生させる状況を図4に示す。図1におけ
るコンバータ・アームにおけるA点と、共用アームにお
けるC点との間の電圧をVACとすると、VACは三角波
(搬送波)周波数の2倍の周波数となっており、スイッ
チング素子のスイッチング周波数は搬送波周波数と同じ
になっていることが判る。インバータ・アームと共用ア
ームとがフルブリッジ方式のPWMインバータとして動
作し、制御部からの信号波u3 ,u2 と三角波(搬送
波)とによってゲート信号y3 ,y2 を生成する説明は
全く類似したものであるので、説明は省略する。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による3ア
ームUPSのゲート制御方法によると、共用アームを交
流入力電圧の周波数に同期した信号によりPWM制御す
ると共に、共用アームを制御する同期制御部からの信号
波をコンバータ制御部とインバータ制御部に入力させ、
コンバータ・アームと共用アームおよびインバータ・ア
ームと共用アームを夫々フルブリッジ方式のPWMコン
バータおよびPWMインバータとして動作させる。従っ
て、商用交流電源の周波数や位相が急変した場合でも交
流出力の電圧波形が崩れることはなくなる。また、コン
バータ・アームと共用アーム間、およびインバータ・ア
ームと共用アーム間において生成される電圧の周波数は
搬送波周波数の2倍になる。従って、入力電流と出力電
圧に含まれる高調波成分の主成分の周波数が高くなるの
で、高調波成分を除去するためのフィルタ容量を小さく
することが可能となる。この結果、UPSの小形化の効
果をもたらすと共に、アームを構成するスイッチング素
子間のヒートバランスも改善される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による3アームUPSの回路構成を示す
ブロック図。
【図2】3アームUPSの制御回路の構成を示すブロッ
ク図。
【図3】ゲート信号の生成状況を示す波形図。
【図4】複数のゲート信号の生成状況を示す波形図。
【図5】従来技術によるUPSの回路構成を示すブロッ
ク図。
【符号の説明】
1〜6 スイッチング素子 7,10 コンデンサ 8,9 リアクタ 11 商用交流電源 12 交流出力端子 13,14,15 制御回路 21,22,23 制御部 24,25,26 PWM変調回路 27,28,29 ドライブ回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 逆並列接続したダイオードを有するスイ
    ッチング素子を2個直列接続して構成し、入力する交流
    電力を所定の直流電力に変換するコンバータ・アーム
    と、 該コンバータ・アームの出力する直流電力を平滑するコ
    ンバータ・アームに並列接続したコンデンサより成る平
    滑回路と、 逆並列接続したダイオードを有するスイッチング素子を
    2個直列接続して構成した2組のアームより成り、前記
    平滑回路により平滑された直流電力を所定の交流電力に
    変換する前記平滑回路に並列接続した共用アームおよび
    インバータ・アームを備え、 前記コンバータ・アームにおけるスイッチング素子同士
    の中間接続点に直列接続したリアクタと、共用アームに
    おけるスイッチング素子同士の中間接続点との間に交流
    入力端子を接続すると共に、前記インバータ・アームに
    おけるスイッチング素子同士の中間接続点と、共用アー
    ムにおけるスイッチング素子同士の中間接続点との間に
    リアクタと並列コンデンサより成る交流フィルタを介し
    て交流出力端子を接続して構成した3アームUPSにお
    いて、 共用アームを交流入力電圧に同期した信号によりPWM
    制御すると共に、 コンバータ・アームと共用アームがフルブリッジ方式の
    PWMコンバータとして動作して、所定の直流電圧を生
    成するようにコンバータ・アームをPWM制御し、 さらに、インバータ・アームと共用アームがフルブリッ
    ジ方式のPWMインバータとして動作して、所定の交流
    出力電圧を生成するようにインバータ・アームをPWM
    制御するように夫々のアームを制御することを特徴とす
    る3アームUPSのゲート制御方法。
  2. 【請求項2】 3アームUPSを構成するコンバータ・
    アーム,共用アーム,インバータ・アームを夫々制御す
    る制御回路を設け、 共用アームを制御する制御回路における同期制御部から
    出力する交流入力電圧に同期した信号により、共用アー
    ムにおけるスイッチング素子をPWM制御すると共に、 同期制御部からの同期信号をコンバータ制御回路を構成
    するコンバータ制御部に入力させることにより、コンバ
    ータ・アームと共用アームにおける夫々のスイッチング
    素子をフルブリッジ方式のPWMコンバータとして動作
    させ、所定の直流電圧を生成するようにコンバータ・ア
    ームにおけるスイッチング素子をPWM制御し、さら
    に、同期制御部からの同期信号をインバータ制御回路を
    構成するインバータ制御部に入力させることにより、イ
    ンバータ・アームと共用アームにおける夫々のスイッチ
    ング素子をフルブリッジ方式のPWMインバータとして
    動作させ、所定の交流出力電圧を生成するようにインバ
    ータ・アームにおけるスイッチング素子をPWM制御す
    ることを特徴とする請求項1に記載の3アームUPSの
    ゲート制御方法。
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Effective date: 20020108