JPS63242148A - Ｕｐｓの制御装置 - 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】 〔発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、商用電源を整流しチョッパ回路を介してコン
デンサを定電圧１こ充電し、この定電圧電源からＣＶＣ
Ｆ　（定電圧定周波数インバータ装置１１）を介して交
流出力を得ると共に、停電時にバックアップ動作するバ
ッテリを有するＵＰＳ（ｆｉ停電電源装置Ｉりの制御装
置にかかり、特に商用ｔａｗＸからの入力力率の改善と
バッテリの効率的な利用をはかったＵＰＳの制御装置に
関するものである。

（従来の技術） 小形のコンピュータやＯＡ機器の普及に伴って小容量の
ＵＰＳの利用が増大してきている。

従来のＵＰＳの回路構成の一例を第５図に示す。

第５図において、商用電源１は力率改善用リアクトル２
およびダイオードブリッジ３を介して直゛　流に変換さ
れ、コンデンサ４により平滑化されて直流電源となり、
商用電源が停電したときはバッテリ５からダイオード６
を介して直流電源を供給する。

バッテリ５は商用電源が存在するとき充電器７を介して
直流電源から充電される。

コンデンサ１２は直流電源力ζらリアクトル８、電流検
出器９、ＦＥＴｌ０およびダイオード１１から成る昇圧
チョッパを介して充電され、その充電電圧はスイッチン
グ用ＩＣ２９および駆動回路３０を介して制御される。

また充電電流は電流検出器９．で検出されてＩＣ２９に
帰還され、電流制限動作が行われる。

コンデンサ１２の電圧はＰＷＭ　（パルス幅変調）制御
されるインバータブリッジ１３を介して定電圧定周波数
の交流電圧に変換され、リアクトル１４およびコンデン
サ１５から成るフィルタを介してＵＰＳ電源として出力
される。

ＵＰＳの出力の位相と電圧の制御は次のように行われる
。

すなわち商用電源１の電圧位相を変圧器１６を介して検
出し、発振器１７の出力をカウンタ１９で分周した出力
とＰＬＬ回路を構成する同期回路１８を介して商用電源
に同期させ、メモリ２０に記憶された正弦波パターンを
Ｄ／Ａ変換器２１に入力して商用電源に同期した正弦波
電圧す１．を得ている。

Ｄ／Ａ変換器２１は掛算式のものであり、ＵＰＳの出力
電圧を変圧器２５を介して検出し整流回路２６で直流に
変換し、電圧設定器２７による電圧設定値と比較し、そ
の誤差を増幅器２８によって増幅したｖａｎをＤ／Ａ変
換器２１に入力し、これによってＤ／Ａ変換器２１の出
力として大きさがＷａＳに比例し商用電源に同期した正
弦波の電圧基準Ｖ２１を得ている。

電圧基準Ｖ８１は三角波発生器２２の出力す、□と比較
器２３で比較され、ＰＷＭ信号す、３を出力し、Ｖ、は
駆動回路２４を介してインバータブリッジ１３のＦＥＴ
を駆動し、電圧基準Ｖ、１に比例した交流出力を得てい
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記従来の回路では、ダイオードブリッジ
３とコンデンサ４から成るコンデンサインプット形の整
流回路で商用電源を整流しているので、電源の入力波形
が悪化し、力率が低下して入力容量が増大するという問
題があり、これを防ぐためにリアクトル２を挿入してい
るが、この値が大きすぎると直流電源回路の電圧が低下
して使用不能となる。

このため実用上支障のない程度のりアクドルしか挿入で
きず、例えばＵＰＳの出力容量１　ｋＶＡに対して商用
電源からの入力容量は２　ｋＶＡ程度に増大する。

これを防ぐため、コンデンサ４を接続せず、ＦＥＴｌ０
を正弦波でＰＷＭ制御して商用電源の入力電流を正弦波
にする方法が用いられているが、ＵＰＳではバッテリ５
の充放電回路の制御や、正弦波の電流基準の成形方法が
複雑となるので経済的な面で問題がある。

本発明は、商用電源からの入力電流を正弦波で力率をほ
ぼ１にすると共に、直流−交流変換部の直流側コンデン
サやバッテリに流れるリップル電流を少くし、さらに商
用電源が停電したときはバ　′ッテリの容量を最大限に
利用してバックアップ時間を長くできる合理的なＵＰＳ
の制御装置を提供することを目的としている。

（発明の構成〕 （問題点を解決するための手段と作用）本発明は、ｌＩ
流器、リアクトルを含む昇圧チョ　　゛ツバ、インバー
タブリッジ、バッテリ、その充電回路、および放電用サ
イリスタによってＵＰＳの主回路を構成すると共に、商
用電源に対する正弦波全波整流波形のチョッパ電流基準
およびバッテリ電源に対する平滑波形のチョッパ電流基
準を設け、さらに商用電源正常時と異常時に上記電流基
準を切換える切換回路を設け、商用電源正常時にはチ目
ツバ回路の電流基準値を正弦波の全波整流波形として商
用電源の入力電流をほぼ力率１の正弦波形に制御し、商
用電源の異常検出回路が停電検出を行ったときは、チ目
ツバ回路の電流基準を平坦な波形に切換えてバッテリか
ら流出する電流の実効値電流を減少させ、これによって
電源力率の改善とバッテリ容量の効率的な利用をはかっ
ている。

（実施例） 本発明の一実施例を第１図に示す、第５図と同一部分に
は同一番号を付し、その説明は省略している。

第１図において、商用電源１にフィルタ用コンデンサ４
１とダイオードブリッジ３を接続し、ダイオードブリッ
ジ３の直流側にリアクトル８とＦＥＴｌ０から成る昇圧
チョッパを接続し、その直流出力でコンデンサ１２を充
電する。

この場合チョッパ出力の電圧基準ＶＲに対するチョッパ
出力電圧ＶＣの誤差は増幅器３１で増幅されてインバー
タ電圧基準用Ｄ／Ａ変換器２１と並列に接続した掛算形
Ｄ／＾変換器３２のアナログ入力となり、Ｄ／Ａ変換器
３２の出力Ｖ０は両波整流回路３３を介して９３．に変
換され、切換器３４のａ接点３４ａを通ってチョッパ電
流基準ジ、として比較器３５に入力される。

一方、増幅器３１の出力す、１は切換器３４のｂ接点３
４ｂを通ってチョッパ電流基準Ｖ１となる。

上記電流基準す、と電流検出器９で検出したチ目ツバ電
流信号Ｖ、はヒステリシスを有する比較器３５で比較さ
れ、駆動回路３０を介してチョッパ用ＦＥＴｌ０をオン
オフする。

またバッテリ５の正側をサイリスタ３８を介してダイオ
ードブリッジ３の正側に接続し、停電検出器３６によっ
て商用電源の停電を検出すると点弧回路３７によってサ
イリスタ３８をオンさせ、チョッパ回路の電源としてバ
ッテリ５を接続する。

また停電検出信号はＯＲ回路３９を介して切換器３４を
オフさせ、ｂ接点３４ｂを閉じる。一方、同期はずれ検
出器４０は同期回路１８の電源との同期ずれを検出し、
ＯＲ回路３９を介して切換器３４をオフしてｂ接点３４
ｂを閉じる。

インバータ出力電圧基準Ｖ２□は、同期回路１８および
発振器１７によって商用電源に同期した正弦波を発生さ
せ、カウンタ１９でカウントし、さらにメモリ２０を介
して掛算形りへ変換器２１に入力したときの出力として
得られる。

電圧基準Ｖ８１は、電圧設定器２７の設定値に対するイ
ンバータ出力電圧の偏差を増幅器２８で増幅した出力を
掛算形Ｄ／Ａ変換器２１のアナログ入力として正弦波の
振幅を変えることによって変化する。

インバータの出力電圧、は電圧基準す、１と変調用三角
波発生器２２の出力する三角波とを比較器２３で比較し
てＰＷＭ信号を発生させる周知゛の回路を用いてインバ
ータブリッジ１３をＰＷＭ制御することによって制御す
ることができる。

一方、リアクトル８、ＦＥＴＩＧ、ダイオード１１およ
びコンデンサ１２から成る昇圧チョッパは、インバータ
ブリッジ１３に対して直流電源を供給しており、出力電
圧となるコンデンサ１２の電圧ｖ０はほぼ一定に制御さ
れる。

すなわちチョッパ出力電圧基準ＶＲに対するコンデンサ
電圧Ｖｃの偏差は増幅器３１で増幅され、その出力２３
１は掛算形Ｄ／Ａ変換器３２のアナログ入力となり、Ｄ
／Ａ変換器３２のディジタル入力と同じ入力が並列に入
力されるＤ／Ａ変換器２１の出力す、１と同相（従って
商用電源とも同相）で、その大きさが１ｒ１１に比例し
た出力ｖ３２がＤ／Ａ変換器３２から出力される。上記
出力信号Ｖ。は全波整流回路３３で整流され、その出力
ｖ３３は商用電源１が正常な場合は接点３４ａを介して
電流基準Ｖ□となり、電流検出器９の出力す、と比較＄
３５で比較され、　その出力がＰＷＭ信号としてＦＥＴ
ｌ０を駆動する電流マイナループを構成し、チョッパ電
流工。を電流基準Ｖ、に比例して制御している。

第２図において時点ｔ６〜ｔＬ間は商用電源が正常な期
間であり、電流基準す、は正弦波の全波整流波形となる
。なおチョッパ回路の入力電流にはスイッチングによる
富強波が含まれるが、コンデンサ４１がこの高周波分を
吸収している。

時点ｔ１に商用電源１が停電すると、停電検出器３６が
これを検出してサイリスタ３８をオンにし、バッテリ５
からチョッパ回路に電力が供給され、同時にＯＲ回路３
９を介して切換器３４が動作し、接点３４ｂが閉じる。

これによって電流基準Ｖ工は平滑な値に切換えられ、バ
ッテリ５からの電流はフラットな直流となる。

また商用電源１の周波数が異常になって商用電源とイン
バータとの同期がはずれると同期はずれ検出器４０がこ
れを検出し、ＯＲ回路３９を介して切換器３４を接点３
４ｂが閉となる側に切換え、商用電源１からの電流を方
形波状に制御し、商用電源１からの流入電流にビートが
発生しないようにしている。

ＵＰＳに使用されるバッテリの放電特性の一例を第３図
に示す、ＵＰＳのバックアップ時間は５〜１０分程度の
場合が多く、この近辺の放電電流に対して放電時間が急
速に下降する傾向がある。

これは、放電電流が増加すると化学反応が間に合わなく
なること、および内部抵抗による損失が増大することが
原因であり、放電時間１０分の前後では放電電流の自乗
にほぼ反比例した放電時間となり、第２図に示すように
全波整流状の電流とフラットな電流をバッテリから放電
させる場合、利用可能な電力はバッテリ電圧を一定と考
えれば電流の平均に比例し、放電時間は電流の実効値の
自乗に逆比例するので、１．〜ｔ１とｔ、〜ｔ１間の平
均値を同一とした時の実効値はｔ１〜ｔ２の期間がほぼ
０．９倍となり、放電時間がほぼ２割増加することにな
り、従ってバッテリが効率よく利用できる。

本発明の他の実施例を第４図に示す。第１図と同じ主回
路の部分は省略しである。

第１図では、チョッパ回路の電流基準Ｖ１はインバータ
出力電圧基準Ｖ２１と同相であり、′ｒｊｉ源周波数周
波数になったときはインバータ周波数を確保するために
商用電源とインバータ周波数の同期を保たない方法を採
用しているが、第４図においても、商用電源から流入す
る電流を正弦波状にするために、商用電源に同期したカ
ウンタ４２を設け、この出力で動作するメモリ４３に正
弦波の全波整流波形を記憶しておき、Ｄ／Ａ変換器３２
を介して余波整流波形を出力しており、第１図における
両波整流回路３３を省略している。

また、商用電源１が停電したときは、停電検出器３６で
これを検出し、メモリ４３の内容を全波整流波形から一
定値に切換えており、これによって第１図における切換
器３４を省略している。

なお、第４図では商用電源周波数異常時でも商用電源か
らの入力電流波形は正弦波状となるので、周波数変換器
としても利用できる。

なお本発明は、第１図のインバータ部が無い直流のＵＰ
Ｓに対してもそのまま適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、商用電源が正常な
ときは力率がほぼ１の正弦波電流を流入させて電源力率
の向上と電源波形歪の低下をはかり、商用電源異常時は
バッテリから流出する電流をフラットな直流にしてバッ
テリの容量を最大限に利用できるようにした経済的で小
形、軽量のＵＰＳの制御装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図および
第３図はそれぞれ第１図の動作を説明するための波形図
および特性図、第４図は本発明の他の実施例を示す回路
図、第５図は従来のＵＰＳの制御装置の一例を示す回路
図である。 １・・・商用電源、　　　２，８．１４・・・リアクト
ル。 ３・・・ダイオードブリッジ、 ４　、１２．１５．４１・・・コンデンサ。 ５・・・バッテリ、　　　　６．１１・・・ダイオード
、７・・・充電器、　　　　９・・・電流検出器、１０
・・・ＦＥＴ、　　　　　１３・・・インバータブリッ
ジ、１６、２５・・・変圧器、　　１７・・・発振器、
１８・・・同期回路、１９，４２・・・カウンタ、２０
、４３・・・メモリ、　　　２１．３２・・・Ｄ／Ａ変
換器、２２・・・三角波発生器、　２３．３５・・・比
較器、２６・・・整流回路、　　　２７・・・電圧設定
器、２８、３１・・・増幅器、　　２９・・・スイッチ
ング用ＩＣ１３３・・・全波整流回路、　３４・・・切
換器１．３６・・・停電検出器、　　３７・・・点弧回
路、３８・・・サイリスタ、　　３９・・・ＯＲ回路、
４０・・・同期はずれ検出器。 （８７３３）代理人弁理士　猪　股　祥　晃（ほか１名
）第　１　図 ｔｏ　　　ｔｌ　　　　ｔ２　　　＝を第　２　図 １１之電ｊＬ 第　３　区

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）商用電源を整流し、チョッパ回路を介してコンデ
   ンサを定電圧に充電し、これを定電圧電源として利用す
   ると共にバックアップ用のバッテリを充電し、商用電源
   停電時はバッテリから定電圧電源に電力を供給するＵＰ
   Ｓの制御装置において、上記チョッパ回路に電流マイナ
   制御ループを設け、商用電源から電力を供給するときは
   チョッパ回路への入力電流が商用電源に同期した正弦波
   で力率がほぼ１の波形となり、バッテリから電力を供給
   するときはチョッパ回路への入力電流がフラットな波形
   となるように電流基準を切換えることを特徴とするＵＰ
   Ｓの制御装置。
2. （２）上記定電圧電源に定電圧定周波数のインバータ装
   置を接続して商用電源と同期した交流出力を得るように
   した特許請求の範囲第１項記載のＵＰＳの制御装置。