JPWO2010100737A1

JPWO2010100737A1 - 無停電電源装置

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Publication number: JPWO2010100737A1
Application number: JP2010527679A
Authority: JP
Inventors: カズヒデエドワルド佐藤; 雅博木下; 山本　融真; 融真山本; 達明安保
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2029-03-05
Also published as: US8482154B2; US20110049991A1; CA2722263A1; TWI422119B; CA2722263C; CN102150342B; WO2010100737A1; CN102150342A; TW201041272A; KR101158455B1; JP5248615B2; KR20100111721A

Abstract

この無停電電源装置では、ノード（Ｎ１〜Ｎ３）からバッテリ（４０）の浮遊容量（４１）を介して接地電圧（ＧＮＤ）のラインに流れるコモンモード電流をコモンモードリアクトル（３１）で制限し、コモンモードリアクトル（３１）を通過した低レベルのコモンモード電流をコモンモードコンデンサ（３７）を介して仮想ニュートラル線（ＮＬ）に流す。したがって、コモンモード電流に起因するノイズのレベルを低減することができる。

Description

この発明は無停電電源装置に関し、特に、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation:パルス幅変調)コンバータとＰＷＭインバータと双方向チョッパ回路を備えた無停電電源装置に関する。

従来より、コンピュータシステム等の重要負荷に交流電力を安定的に供給するための電源装置として、無停電電源装置が広く用いられている。たとえば特開平７−２９８５１６号公報（特許文献１）に示されるように、無停電電源装置は一般に、商用交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、商用交流電圧の受電時はコンバータで生成された直流電圧をバッテリに与え、商用交流電圧の停電時はバッテリの直流電圧をインバータに与える双方向チョッパ回路とを備えている。
特開平７−２９８５１６号公報

しかし、従来の無停電電源装置では、コンバータ、インバータ、および双方向チョッパ回路のキャリア周波数のリプル電圧が直流電圧のラインに現れ、リプル電圧に基づくコモンモード電流が、直流電圧のラインから双方向チョッパ回路と、バッテリの浮遊容量を介して接地電圧のラインに流れ、ノイズが発生すると言う問題があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、ノイズが小さな無停電電源装置を提供することである。

この発明に係る無停電電源装置は、第１の交流電圧に基づき、直流電圧を生成して第１および第２のノード間に出力するＰＷＭコンバータと、第１および第２のノード間に接続された第１のコンデンサと、直流電圧を受けて第２の交流電圧を生成するＰＷＭインバータと、一方端子がバッテリの正電極および負電極にそれぞれ接続された第１および第２のコイルを有するコモンモードリアクトルと、第１および第２のノードに接続されるとともに第１および第２のコイルの他方端子に接続され、第１の交流電圧が供給されている場合は、第１のコンデンサからコモンモードリアクトルを介してバッテリに直流電力を供給し、第１の交流電圧の供給が停止されている場合は、バッテリからコモンモードリアクトルを介して第１のコンデンサに直流電力を供給する双方向チョッパ回路とを備えたものである。

また、この発明に係る他の無停電電源装置は、第１の交流電圧に基づき、直流電圧を生成して第１および第２のノード間に出力するＰＷＭコンバータと、第１および第２のノード間に接続された第１のコンデンサと、直流電圧を受けて第２の交流電圧を生成するＰＷＭインバータと、第１および第２のノードに接続され、第１の交流電圧が供給されている場合は、第１のコンデンサからバッテリに直流電力を供給し、第１の交流電圧の供給が停止されている場合は、バッテリから第１のコンデンサに直流電力を供給する双方向チョッパ回路と、バッテリの正電極と仮想ニュートラル線との間に接続された第２のコンデンサと、バッテリの負電極と仮想ニュートラル線との間に接続された第３のコンデンサとを備えたものである。

この発明に係る無停電電源装置では、双方向チョッパ回路とバッテリの間にコモンモードリアクトルを設けたので、双方向チョッパ回路とバッテリの間にコモンモード電流が流れるのを抑制することができ、ノイズを小さくすることができる。

この発明に係る他の無停電電源装置では、バッテリの電極と仮想ニュートラル線との間にコンデンサを接続し、コモンモード電流を仮想ニュートラル線に流すので、ノイズを小さくすることができる。

この発明の実施の形態１による無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。図１に示した双方向チョッパ回路のバッテリ充電モードを示す回路図である。図１に示した双方向チョッパ回路のバッテリ放電モードを示す回路図である。図１に示したノードＮ１〜Ｎ３に発生するリプル電圧を示す波形図である。コモンモードリアクトルとコモンモードコンデンサが無い場合のコモンモード電流を示す回路図である。図５に示した場合のバッテリ充電時における入力端子および出力端子の電圧を示す波形図である。図５に示した場合のバッテリ充電時におけるバッテリの負電極の電圧を示す波形図である。図５に示した場合のバッテリ放電時における入力端子および出力端子の電圧を示す波形図である。図５に示した場合のバッテリ放電時におけるバッテリの負電極の電圧を示す波形図である。コモンモードリアクトルを設けた場合のコモンモード電流を示す回路図である。図１０に示した場合のバッテリ充電時における入力端子および出力端子の電圧を示す波形図である。図１０に示した場合のバッテリ充電時におけるバッテリの負電極の電圧を示す波形図である。図１０に示した場合のバッテリ放電時における入力端子および出力端子の電圧を示す波形図である。図１０に示した場合のバッテリ放電時におけるバッテリの負電極の電圧を示す波形図である。コモンモードリアクトルとコモンモードコンデンサを設けた場合のコモンモード電流を示す回路図である。図１５に示した場合のバッテリ充電時における入力端子および出力端子の電圧を示す波形図である。図１５に示した場合のバッテリ充電時におけるバッテリの負電極の電圧を示す波形図である。図１５に示した場合のバッテリ放電時における入力端子および出力端子の電圧を示す波形図である。図１５に示した場合のバッテリ放電時におけるバッテリの負電極の電圧を示す波形図である。実施の形態１の変更例を示す回路図である。この発明の実施の形態２による無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。

１交流入力フィルタ、２，７，８，１４，２１，２２，３８，３９コンデンサ、３，１３リアクトル、４，５０ＰＷＭコンバータ、５，１１，２７〜３０，５３，５４
ダイオード、６，１０，２３〜２６ＩＧＢＴ素子、９，５１ＰＷＭインバータ、１２交流出力フィルタ、２０，５２双方向チョッパ回路、３１ノーマルモードリアクトル、３２，３３，３５，３６コイル、３４コモンモードリアクトル、３７コモンモードコンデンサ、４０バッテリ、４１浮遊容量、４２，４３抵抗素子、７１商用交流電源、７２負荷回路、Ｔ１入力端子、Ｔ２出力端子。

[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１による無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。図１において、この無停電電源装置は、入力端子Ｔ１、交流入力フィルタ１、ＰＷＭコンバータ４、コンデンサ７，８、ＰＷＭインバータ９、交流出力フィルタ１２、出力端子Ｔ２、双方向チョッパ回路２０、コモンモードリアクトル３４、コモンモードコンデンサ３７、およびバッテリー４０を備える。入力端子Ｔ１は、商用交流電源７１からの交流電圧を受ける。

交流入力フィルタ１は、コンデンサ２およびリアクトル３を含む。コンデンサ２の一方電極は入力端子Ｔ１に接続され、その他方電極は仮想ニュートラル線ＮＬに接続されている。リアクトル３の一方端子は入力端子Ｔ１に接続され、その他方端子はＰＷＭコンバータ４の入力端子に接続される。

交流入力フィルタ１は、交流電圧の周波数（たとえば、６０Ｈｚ）の信号を通過させ、ＰＷＭコンバータ４で発生するキャリア周波数（たとえば、１０ｋＨｚ）の信号を遮断する低域通過フィルタである。したがって、交流電圧は商用交流電源７１から交流入力フィルタ１を介してＰＷＭコンバータ４に伝達され、ＰＷＭコンバータ４で発生したキャリア周波数の電圧は交流入力フィルタ１で遮断される。これにより、商用交流電源７１がＰＷＭコンバータ４で発生したキャリア周波数の電圧の影響を受けることが防止される。

ＰＷＭコンバータ４は、複数組のダイオード５およびＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子６を含む周知のものであり、商用交流電源７１から交流入力フィルタ１を介して与えられる交流電圧に基づいて、正電圧、中性点電圧および負電圧を生成する。ＰＷＭコンバータ４の複数のＩＧＢＴ素子６の各々は、キャリア周波数でＰＷＭ制御され、入力電流を正弦波に保ち、入力力率を１に保ちながら、正電圧、中性点電圧および負電圧の各々を一定に保つ。上記キャリア周波数の電圧は、複数のＩＧＢＴ素子６のスイッチングに伴ってＰＷＭコンバータ４の入力端子に発生する。

ＰＷＭコンバータ４で生成された正電圧、中性点電圧および負電圧は、それぞれノードＮ１〜Ｎ３に与えられる。コンデンサ７は、ノードＮ１，Ｎ２間に接続され、正電圧と中性点電圧の差の電圧に充電される。コンデンサ８は、ノードＮ２，Ｎ３間に接続され、中性点電圧と負電圧の差の電圧に充電される。

ＰＷＭインバータ９は、複数組のＩＧＢＴ素子１０およびダイオード１１を含む周知のものであり、ノードＮ１〜Ｎ３の正電圧、中性点電圧および負電圧に基づいて、交流電圧を生成する。ＰＷＭインバータ９の複数のＩＧＢＴ素子１０の各々は、交流電圧の周波数（たとえば、６０Ｈｚ）よりも高いキャリア周波数（たとえば、１０ｋＨｚ）でＰＷＭ制御され、出力電圧を一定の正弦波電圧に保つ。ＰＷＭインバータ９でも、複数のＩＧＢＴ素子１０のスイッチングに伴ってキャリア周波数の電圧がＰＷＭインバータ９の出力端子に発生する。

交流出力フィルタ１２は、リアクトル１３およびコンデンサ１４を含む。リアクトル１３の一方端子はＰＷＭインバータ９の出力端子に接続され、その他方端子は出力端子Ｔ２に接続される。出力端子Ｔ２は、負荷回路（たとえば、コンピュータシステム）７２に接続される。コンデンサ１４の一方電極は出力端子Ｔ２に接続され、その他方電極は仮想ニュートラル線ＮＬに接続されている。

交流出力フィルタ１２は、交流電圧の周波数の信号を通過させ、ＰＷＭインバータ９で発生するキャリア周波数の信号を遮断する低域通過フィルタである。したがって、交流電圧はＰＷＭインバータ９から交流出力フィルタ１２を介して負荷回路７２に伝達され、ＰＷＭインバータ９で発生したキャリア周波数の電圧は交流出力フィルタ１２で遮断される。これにより、負荷回路７２がＰＷＭインバータ９で発生したキャリア周波数の電圧の影響を受けることが防止される。

双方向チョッパ回路２０は、商用交流電源７１から交流電圧が供給されている場合は、コンデンサ７，８からバッテリ４０に直流電力を供給し、商用交流電源７１から交流電圧の供給が停止された場合、すなわち停電時は、バッテリ４０からコンデンサ７，８に直流電力を供給する。

すなわち、双方向チョッパ回路２０は、コンデンサ２１，２２、ＩＧＢＴ素子２３〜２６、ダイオード２７〜３０、およびノーマルモードリアクトル（直流リアクトル）３１を含む。コンデンサ２１，２２は、それぞれコンデンサ７，８に並列接続される。ＩＧＢＴ素子２３，２４はノードＮ１，Ｎ２間に直列接続され、ＩＧＢＴ素子２５，２６はノードＮ２，Ｎ３間に直列接続される。ダイオード２７〜３０は、それぞれＩＧＢＴ素子２３〜２６に逆並列に接続される。

ノーマルモードリアクトル３１は、ＩＧＢＴ素子２３，２４間のノードＮ４とノードＮ６との間に接続されたコイル３２と、ノードＮ７とＩＧＢＴ素子２５，２６間のノードＮ５との間に接続されたコイル３３とを含む。ノーマルモードリアクトル３１は、ノーマルモード電流に対してリアクトルとして作用するが、コモンモード電流に対してリアクトルとして作用しないリアクトルである。

なお、ノーマルモード電流とは、コイル３２，３３に逆方向に流れる電流（たとえば、ノードＮ４からコイル３２を介してノードＮ６に流れるとともに、ノードＮ７からコイル３３を介してノードＮ５に流れる電流）を言う。また、コモンモード電流とは、コイル３２，３３に同じ方向に流れる電流（たとえば、ノードＮ４からコイル３２を介してノードＮ６に流れるとともに、ノードＮ５からコイル３３を介してノードＮ７に流れる電流）を言う。

図２（ａ）〜（ｃ）は、商用交流電源７１から交流電圧が供給されている場合における双方向チョッパ回路２０の動作を示す回路図である。ただし、コモンモードリアクトル３４およびコモンモードコンデンサ３７の図示は省略されている。

商用交流電源７１から交流電圧が供給されている場合、コンデンサ２１，２２からバッテリ４０に直流電力が供給され、バッテリ４０が充電される。この場合、ＩＧＢＴ素子２４，２５は非導通状態に固定され、ＩＧＢＴ素子２３，２６が交互に導通状態にされる。

すなわち、バッテリ充電モード１では、図２(ａ）に示すように、ＩＧＢＴ素子２４〜２６が非導通になるとともに、ＩＧＢＴ素子２３が導通する。これにより、ノードＮ１からＩＧＢＴ素子２３、コイル３２、バッテリ４０、コイル３３、およびダイオード２９を介してノードＮ２にノーマルモード電流が流れ、コンデンサ２１が放電されてバッテリ４０が充電される。

また、バッテリ充電モード２では、図２(ｂ）に示すように、ＩＧＢＴ素子２４，２５が非導通になるとともに、ＩＧＢＴ素子２３，２６が導通する。これにより、ノードＮ１からＩＧＢＴ素子２３、コイル３２、バッテリ４０、コイル３３、およびＩＧＢＴ素子２６を介してノードＮ３にノーマルモード電流が流れ、コンデンサ２１，２２が放電されてバッテリ４０が充電される。

また、バッテリ充電モード３では、図２(ｃ）に示すように、ＩＧＢＴ素子２３〜２５が非導通になるとともに、ＩＧＢＴ素子２６が導通する。これにより、ノードＮ２からダイオード２８、コイル３２、バッテリ４０、コイル３３、およびＩＧＢＴ素子２６を介してノードＮ３にノーマルモード電流が流れ、コンデンサ２２が放電されてバッテリ４０が充電される。

バッテリ充電モード１と３は、交互に行なわれる。バッテリ充電モード１と３の間の期間では、ノードＮ２からダイオード２８、コイル３２、バッテリ４０、コイル３３、およびダイオード２９を介してノードＮ２にノーマルモード電流が流れる。バッテリ充電モード２は、バッテリ充電モード１と３が重なっているモードである。

図３（ａ）〜（ｃ）は、商用交流電源７１からの交流電圧の供給が停止されている場合における双方向チョッパ回路２０の動作を示す回路図である。ただし、コモンモードリアクトル３４およびコモンモードコンデンサ３７の図示は省略されている。

商用交流電源７１からの交流電圧の供給が停止されている場合、バッテリ４０からコンデンサ２１，２２に直流電力が供給され、コンデンサ２１，２２が充電される。この場合、ＩＧＢＴ素子２３，２６は非導通状態に固定され、ＩＧＢＴ素子２４，２５が交互に導通状態にされる。

すなわち、バッテリ放電モード１では、図３(ａ）に示すように、ＩＧＢＴ素子２３，２５，２６が非導通になるとともに、ＩＧＢＴ素子２４が導通する。これにより、バッテリ４０の正電極からコイル３２、ＩＧＢＴ素子２４、コンデンサ２２、ダイオード３０、およびコイル３３を介してバッテリ４０の負電極にノーマルモード電流が流れ、バッテリ４０が放電されてコンデンサ２２が充電される。

また、バッテリ放電モード２では、図３(ｂ）に示すように、ＩＧＢＴ素子２３〜２６が非導通になる。これにより、バッテリ４０の正電極からコイル３２、ダイオード２７、コンデンサ２１，２２、ダイオード３０、およびコイル３３を介してバッテリ４０の負電極にノーマルモード電流が流れ、バッテリ４０が放電されてコンデンサ２１，２２が充電される。

また、バッテリ放電モード３では、図３(ｃ）に示すように、ＩＧＢＴ素子２３，２４，２６が非導通になるとともに、ＩＧＢＴ素子２５が導通する。これにより、バッテリ４０の正電極からコイル３２、ダイオード２７、コンデンサ２１、ＩＧＢＴ素子２５、およびコイル３３を介してバッテリ４０の負電極にノーマルモード電流が流れ、バッテリ４０が放電されてコンデンサ２１が充電される。

バッテリ放電モード１と３は、交互に行なわれる。バッテリ放電モード１と３の間の期間において、ノードＮ１，Ｎ３間の電圧がバッテリ４０の電圧よりも低下している場合は、バッテリ放電モード２が行なわれる。

ところで、図４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれノードＮ１〜Ｎ３の電圧ＶＮ１〜ＶＮ３を示す波形図である。図４（ａ）に示すように、ノードＮ１の電圧ＶＮ１は、正電圧に、ＰＷＭコンバータ４、ＰＷＭインバータ９、および双方向チョッパ回路２０で発生したキャリア周波数のリプル電圧が重畳した電圧となる。また、図４（ｂ）に示すように、ノードＮ２の電圧ＶＮ２は、中性点電圧に上記リプル電圧が重畳した電圧となる。また、図４（ｃ）に示すように、ノードＮ３の電圧ＶＮ３は、負電圧に上記リプル電圧が重畳した電圧となる。

また、図５に示すように、バッテリ４０の正電極および負電極の各々と接地電圧ＧＮＤのラインとの間には、浮遊容量４１が存在する。このため、コモンモードリアクトル３４およびコモンモードコンデンサ３７がない場合は、ノードＮ１〜Ｎ３からダイオード２７〜３０、ノーマルモードリアクトル３１、バッテリ４０、および浮遊容量４１を介して接地電圧ＧＮＤのラインにリプル電圧に基づくコモンモード電流が流れる。このため、コモンモード電流が流れる配線からノイズが発生する。

また、接地電圧ＧＮＤのラインに流入したコモンモード電流は、図１で示した無停電電源装置のあらゆる部分に存在する浮遊容量を介してノードＮ１〜Ｎ３に戻る。このため、入力端子Ｔ１、出力端子Ｔ２、およびバッテリ４０の電極に大きなリプル電圧が発生し、このリプル電圧は商用交流電源７１、負荷回路７２、およびバッテリ４０に悪影響を与える。

図６（ａ）（ｂ）は、それぞれバッテリ充電時における入力端子Ｔ１の電圧ＶＴ１および出力端子Ｔ２の電圧ＶＴ２を示す波形図であり、図７はバッテリ充電時におけるバッテリ４０の負電極の電圧ＶＢを示す波形図である。また、図８（ａ）（ｂ）は、それぞれバッテリ放電時における入力端子Ｔ１の電圧ＶＴ１および出力端子Ｔ２の電圧ＶＴ２を示す波形図であり、図９はバッテリ放電時におけるバッテリ４０の負電極の電圧ＶＢを示す波形図である。

図６（ａ）に示すように、バッテリ充電時における入力端子Ｔ１の電圧ＶＴ１は、商用交流電源７１から供給される交流電圧にリプル電圧が重畳した電圧となる。また、図６（ｂ）に示すように、バッテリ充電時における出力端子Ｔ２の電圧ＶＴ２は、ＰＷＭインバータ９で生成された交流電圧にリプル電圧が重畳した電圧となる。また、図７に示すように、バッテリ充電時におけるバッテリ４０の負電極の電圧ＶＢ（Ｖ）は０Ｖにリプル電圧が重畳した電圧となる。

また図８（ａ）に示すように、バッテリ放電時における入力端子Ｔ１の電圧ＶＴ１は、商用交流電源７１からの交流電圧の供給が停止されて０Ｖに固定される。また、図８（ｂ）に示すように、バッテリ放電時における出力端子Ｔ２の電圧ＶＴ２は、ＰＷＭインバータ９で生成された交流電圧にリプル電圧が重畳した電圧となる。また、図９に示すように、バッテリ放電時におけるバッテリ４０の負電極の電圧ＶＢ（Ｖ）は０Ｖにリプル電圧が重畳した電圧となる。

このように、コモンモードリアクトル３４およびコモンモードコンデンサ３７がない場合は、入力端子Ｔ１、出力端子Ｔ２、およびバッテリ４０の電極に大きなリプル電圧が発生し、このリプル電圧は商用交流電源７１、負荷回路７２、およびバッテリ４０に悪影響を与える。

図１に戻って、コモンモードリアクトル３４は、ノードＮ６とバッテリ４０の正電極との間に接続されたコイル３５と、ノードＮ７とバッテリ４０の負電極との間に接続されたコイル３６とを含む。コモンモードリアクトル３４は、コモンモード電流に対してリアクトルとして作用するが、ノーマルモード電流に対してリアクトルとして作用しないリアクトルである。

したがって、双方向チョッパ回路２０の動作に伴って流れるノーマルモード電流のレベルはコモンモードリアクトル３４によって抑制されず、ノードＮ１〜Ｎ３に発生したリプル電圧に基づいて流れるコモンモード電流のレベルはコモンモードリアクトル３４によって抑制される。

また、コモンモードコンデンサ３７は、バッテリ４０の正電極と仮想ニュートラル線ＮＬとの間に接続されたコンデンサ３８と、バッテリ４０の負電極と仮想ニュートラル線ＮＬとの間に接続されたコンデンサ３９とを含む。コモンモードコンデンサ３７は、コモンモードリアクトル３４によって制限された低レベルのコモンモード電流を仮想ニュートラル線ＮＬに流す。したがって、バッテリ４０の浮遊容量４１を介して接地電圧ＧＮＤのラインに流れるコモンモード電流を極めて低いレベルに抑制することができ、ノイズおよびリプル電圧のレベルを抑制することができる。

次に、コモンモードリアクトル３４およびコモンモードコンデンサ３７の効果について図面を用いて説明する。まず図１０に示すように、ノーマルモードリアクトル３１とバッテリ４０の間にコモンモードリアクトル３４のみを設け、入力端子Ｔ１の電圧ＶＴ１、出力端子Ｔ２の電圧ＶＴ２、およびバッテリ４０の負電極の電圧ＶＢを測定した。

図１１（ａ）（ｂ）は、それぞれバッテリ充電時における入力端子Ｔ１の電圧ＶＴ１および出力端子Ｔ２の電圧ＶＴ２を示す波形図であり、図１２はバッテリ充電時におけるバッテリ４０の負電極の電圧ＶＢを示す波形図である。また、図１３（ａ）（ｂ）は、それぞれバッテリ放電時における入力端子Ｔ１の電圧ＶＴ１および出力端子Ｔ２の電圧ＶＴ２を示す波形図であり、図１４はバッテリ放電時におけるバッテリ４０の負電極の電圧ＶＢを示す波形図である。

図１１（ａ）（ｂ）〜図１４では、図６（ａ）（ｂ）〜図９に比べてリプル電圧のうちの周波数の高い成分が減少していることが分かる。これは、コモンモードリアクトル３４によってコモンモード電流のうちの周波数の高い成分のレベルが抑制されたためと考えられる。

次に図１５に示すように、ノーマルモードリアクトル３１とバッテリ４０の間にコモンモードリアクトル３４とコモンモードコンデンサ３７の両方を設け、入力端子Ｔ１の電圧ＶＴ１、出力端子Ｔ２の電圧ＶＴ２、およびバッテリ４０の負電極の電圧ＶＢを測定した。

図１６（ａ）（ｂ）は、それぞれバッテリ充電時における入力端子Ｔ１の電圧ＶＴ１および出力端子Ｔ２の電圧ＶＴ２を示す波形図であり、図１７はバッテリ充電時におけるバッテリ４０の負電極の電圧ＶＢを示す波形図である。また、図１８（ａ）（ｂ）は、それぞれバッテリ放電時における入力端子Ｔ１の電圧ＶＴ１および出力端子Ｔ２の電圧ＶＴ２を示す波形図であり、図１９はバッテリ放電時におけるバッテリ４０の負電極の電圧ＶＢを示す波形図である。

図１６（ａ）（ｂ）〜図１９では、図１１（ａ）（ｂ）〜図１４に比べてリプル電圧が大幅に減少していることが分かる。これは、コモンモードリアクトル３４を通過したコモンモード電流の大部分がコモンモードコンデンサ３７を介して仮想ニュートラル線ＮＬに流れるためと考えられる。

この実施の形態１では、ノードＮ１〜Ｎ３からバッテリ４０の浮遊容量４１を介して接地電圧ＧＮＤのラインに流れるコモンモード電流をコモンモードリアクトル３４で制限するので、コモンモード電流に起因するノイズのレベルを低減することができる。

また、コモンモードリアクトル３４を通過した低レベルのコモンモード電流をコモンモードコンデンサ３７を介して仮想ニュートラル線ＮＬに流すので、入力端子Ｔ１、出力端子Ｔ２、バッテリ４０の電極などに現れるリプル電圧のレベルを低減することができる。したがって、商用交流電源７１、負荷回路７２、バッテリ４０などに及ぶリプル電圧の影響を小さくすることができる。

なお、図２０に示すように、コモンモードコンデンサ３７に抵抗素子４２，４３を追加してもよい。コンデンサ３８および抵抗素子４２はバッテリ４０の正電極と仮想ニュートラル線ＮＬとの間に直列接続され、コンデンサ３９および抵抗素子４３はバッテリ４０の負電極と仮想ニュートラル線ＮＬとの間に直列接続される。この場合は、仮想ニュートラル線ＮＬに流入するコモンモード電流を適値に調整することができる。

[実施の形態２]
図２１は、この発明の実施の形態２による無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図２１を参照して、この無停電電源装置が図１の無停電電源装置と異なる点は、ＰＷＭコンバータ４、ＰＷＭインバータ９、および双方向チョッパ回路２０がそれぞれＰＷＭコンバータ５０、ＰＷＭインバータ５１、および双方向チョッパ回路５２で置換されている点である。ノードＮ２は、ＰＷＭコンバータ５０、ＰＷＭインバータ５１、および双方向チョッパ回路５２から切り離されている。

ＰＷＭコンバータ５０は、複数組のダイオード５およびＩＧＢＴ素子６を含む周知のものであり、商用交流電源７１から交流入力フィルタ１を介して与えられる交流電圧に基づいて、正電圧および負電圧を生成する。ＰＷＭコンバータ５０で生成された正電圧および負電圧は、それぞれノードＮ１，Ｎ３に与えられる。なお、コンデンサ７，８を１つのコンデンサで置換してもよい。

ＰＷＭインバータ５１は、複数組のＩＧＢＴ素子１０およびダイオード１１を含む周知のものであり、ノードＮ１，Ｎ３の正電圧および負電圧に基づいて、交流電圧を生成する。双方向チョッパ回路７１は、商用交流電源７１から交流電圧が供給されている場合は、コンデンサ７，８からバッテリ４０に直流電力を供給し、商用交流電源７１から交流電圧の供給が停止された場合、すなわち停電時は、バッテリ４０からコンデンサ７，８に直流電力を供給する。

双方向チョッパ回路５２は、図１の双方向チョッパ回路２０からＩＧＢＴ素子２５，２６およびダイオード２９，３０を除去し、ダイオード５３，５４を追加したものである。ＩＧＢＴ素子２４はノードＮ４とＮ３の間に接続される。ノードＮ４は、コンデンサ２１，２２間のノードと切り離されている。ダイオード５３はノードＮ６，Ｎ１間に接続され、ダイオード５４はノードＮ７，Ｎ６間に接続される。

バッテリ４０を充電する場合は、ＩＧＢＴ素子２３が所定の周波数で導通および非導通状態（オン／オフ）にされる。ＩＧＢＴ素子２３が導通すると、ノードＮ１からＩＧＢＴ素子２３、コイル３２，３５、バッテリ４０、およびコイル３６，３３を介してノードＮ３に電流が流れ、コイル３２，３３，３５，３６に電磁エネルギが蓄えられるとともにバッテリ４０が充電される。ＩＧＢＴ素子２３が非導通になると、コイル３２，３５、バッテリ４０、コイル３６，３３、およびダイオード２８の経路、あるいはコイル３５、バッテリ４０、コイル３６、およびダイオード５４の経路に電流が流れ、コイル３２，３３，３５，３６の電磁エネルギが放出されてバッテリ４０が充電される。

バッテリ４０を放電する場合は、ＩＧＢＴ素子２４が所定の周波数で導通および非導通状態にされる。ＩＧＢＴ素子２４が導通すると、バッテリ４０からコイル３５，３２、ＩＧＢＴ素子２４、およびコイル３３，３６の経路で電流が流れ、コイル３２，３３，３５，３６に電磁エネルギが蓄えられる。ＩＧＢＴ素子２４が非導通になると、バッテリ４０からコイル３５，３２、ダイオード２７、コンデンサ７，８（およびコンデンサ２１，２２）、およびコイル３３，３６の経路で電流が流れ、コイル３２，３３，３５，３６の電磁エネルギが放出されてコンデンサ７，８（およびコンデンサ２１，２２）が充電される。他の構成および動作は実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

この実施の形態２でも、実施の形態１と同じ効果が得られる。
なお、この実施の形態２でも、図２０で示したように、コモンモードコンデンサ３７に抵抗素子４２，４３を追加してもよいことは言うまでもない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims

第１の交流電圧に基づき、直流電圧を生成して第１および第２のノード（Ｎ１，Ｎ３）間に出力するＰＷＭコンバータ（４，５０）と、
前記第１および第２のノード（Ｎ１，Ｎ３）間に接続された第１のコンデンサ（７，８）と、
前記直流電圧を受けて第２の交流電圧を生成するＰＷＭインバータ（９，５１）と、
一方端子がバッテリ（４０）の正電極および負電極にそれぞれ接続された第１および第２のコイル（３５，３６）を有するコモンモードリアクトル（３４）と、
前記第１および第２のノードに接続されるとともに前記第１および第２のコイルの他方端子に接続され、前記第１の交流電圧が供給されている場合は、前記第１のコンデンサ（７，８）から前記コモンモードリアクトルを介して前記バッテリ（４０）に直流電力を供給し、前記第１の交流電圧の供給が停止されている場合は、前記バッテリ（４０）から前記コモンモードリアクトルを介して前記第１のコンデンサ（７，８）に直流電力を供給する双方向チョッパ回路（２０，５２）とを備える、無停電電源装置。
さらに、前記バッテリ（４０）の正電極と仮想ニュートラル線（ＮＬ）との間に接続された第２のコンデンサ（３８）と、
前記バッテリ（４０）の負電極と前記仮想ニュートラル線（ＮＬ）との間に接続された第３のコンデンサ（３９）とを備える、請求の範囲第１項に記載の無停電電源装置。
さらに、前記バッテリ（４０）の正電極と前記仮想ニュートラル線（ＮＬ）との間に前記第２のコンデンサ（３８）と直列接続された第１の抵抗素子（４２）と、
前記バッテリ（４０）の負電極と前記仮想ニュートラル線（ＮＬ）との間に前記第３のコンデンサ（３９）と直列接続された第２の抵抗素子（４３）とを備える、請求の範囲第２項に記載の無停電電源装置。
さらに、前記仮想ニュートラル線（ＮＬ）と前記第１の交流電圧のラインとの間に接続された第４のコンデンサ（２）と、
前記仮想ニュートラル線（ＮＬ）と前記第２の交流電圧のラインとの間に接続された第５のコンデンサ（１４）とを備える、請求の範囲第２項または第３項に記載の無停電電源装置。
第１の交流電圧に基づき、直流電圧を生成して第１および第２のノード（Ｎ１，Ｎ３）間に出力するＰＷＭコンバータ（４，５０）と、
前記第１および第２のノード（Ｎ１，Ｎ３）間に接続された第１のコンデンサ（７，８）と、
前記直流電圧を受けて第２の交流電圧を生成するＰＷＭインバータ（９，５１）と、
前記第１および第２のノード（Ｎ１，Ｎ３）に接続され、前記第１の交流電圧が供給されている場合は、前記第１のコンデンサ（７，８）から前記バッテリ（４０）に直流電力を供給し、前記第１の交流電圧の供給が停止されている場合は、前記バッテリ（４０）から前記第１のコンデンサ（７，８）に直流電力を供給する双方向チョッパ回路（２０，５２）と、
前記バッテリ（４０）の正電極と仮想ニュートラル線（ＮＬ）との間に接続された第２のコンデンサ（３８）と、
前記バッテリ（４０）の負電極と前記仮想ニュートラル線（ＮＬ）との間に接続された第３のコンデンサ（３９）とを備える、無停電電源装置。
さらに、前記バッテリ（４０）の正電極と前記仮想ニュートラル線（ＮＬ）との間に前記第２のコンデンサ（３８）と直列接続された第１の抵抗素子（４２）と、
前記バッテリ（４０）の負電極と前記仮想ニュートラル線（ＮＬ）との間に前記第３のコンデンサ（３９）と直列接続された第２の抵抗素子（４３）とを備える、請求の範囲第５項に記載の無停電電源装置。
さらに、前記仮想ニュートラル線（ＮＬ）と前記第１の交流電圧のラインとの間に接続された第４のコンデンサ（２）と、
前記仮想ニュートラル線（ＮＬ）と前記第２の交流電圧のラインとの間に接続された第５のコンデンサ（１４）とを備える、請求の範囲第５項または第６項に記載の無停電電源装置。
前記第１のコンデンサ（７，８）は、
前記第１のノード（Ｎ１）と第３のノード（Ｎ２）との間に接続された第１の副コンデンサ（７）と、
前記第２のノード（Ｎ３）と前記第３のノード（Ｎ２）との間に接続された第２の副コンデンサ（８）とを含み、
前記ＰＷＭコンバータ（４）は、前記第１の交流電圧に基づき、正電圧、負電圧および中性点電圧を生成してそれぞれ前記第１〜第３のノード（Ｎ１，Ｎ３，Ｎ２）に出力し、
前記ＰＷＭインバータ（９）は、前記正電圧、前記負電圧および前記中性点電圧を受けて前記第２の交流電圧を生成し、
前記双方向チョッパ回路（２０）は、前記第１の交流電圧が供給されている場合は、前記第１および第２の副コンデンサ（７，８）から前記バッテリ（４０）に直流電力を供給し、前記第１の交流電圧の供給が停止されている場合は、前記バッテリ（４０）から前記第１および第２の副コンデンサ（７，８）に直流電力を供給し、
前記双方向チョッパ回路（２０）は、
前記第１および第３のノード（Ｎ１，Ｎ２）間に直列接続された第１および第２のスイッチング素子（２３，２４）と、
前記第３および第２のノード（Ｎ２，Ｎ３）間に直列接続された第３および第４のスイッチング素子（２５，２６）と、
それぞれ前記第１〜第４のスイッチング素子（２３〜２６）に逆並列に接続された第１〜第４のダイオード（２７〜３０）と、
前記第１および第２のスイッチング素子（２３，２４）間の第４のノード（Ｎ４）と前記第１のコイル（３５）の他方端子との間に接続された第３のコイル（３２）、および前記第２のコイル（３６）の他方端子と前記第３および第４のスイッチング素子（２５，２６）間の第５のノード（Ｎ５）との間に接続された第４のコイル（３３）とを有するノーマルモードリアクトル（３１）を含み、
前記第１および第４のスイッチング素子（２３，２６）は前記バッテリ（４０）の充電時に交互に導通状態にされ、前記第２および第３のスイッチング素子（２４，２５）は前記バッテリ（４０）の放電時に交互に導通状態にされる、請求の範囲第１項から請求の範囲第７項までのいずれかに記載の無停電電源装置。
前記双方向チョッパ回路（５２）は、
前記第１および第２のノード（Ｎ１，Ｎ２）間に直列接続された第１および第２のスイッチング素子（２３，２４）と、
それぞれ前記第１および第２のスイッチング素子（２３〜２６）に逆並列に接続された第１および第２のダイオード（２７，２８）と、
前記第１および第２のスイッチング素子（２３，２４）間の第４のノード（Ｎ４）と前記第１のコイル（３５）の他方端子との間に接続された第３のコイル（３２）、および前記第２のコイル（３６）の他方端子と前記第２のノード（Ｎ３）との間に接続された第４のコイル（３３）とを有するノーマルモードリアクトル（３１）を含み、
前記第１のスイッチング素子（２３）は前記バッテリ（４０）の放電時に所定の周波数で導通および非導通状態にされ、前記第２のスイッチング素子（２４）は前記バッテリ（４０）の充電時に所定の周波数で導通および非導通状態にされる、請求の範囲第１項から請求の範囲第７項までのいずれかに記載の無停電電源装置。