TWI333319B - Method of starting power-converting apparatus - Google Patents

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Description

1333319 ⑴ 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及用來從在不斷電電源裝置等中使用的交 電源向負載供給穩定的交流電壓的主電路構成，特別是 置的起動電路和起動方法。 【先前技術】 圖5示出了已在專利文獻1中公開了的現有的不斷 電源裝置（也叫做UPS )的電路方塊圖。該構成基本上 用電力變換器70將經由交流電源1和PWM變換器60 到的直流、或通過直流開關8 0從蓄電池6直接得的到 流，變換成規定的恆定電壓-恆定頻率的交流並進行輸 的裝置。因此，一般是把PWM變換器60的輸出直流電 和蓄電池6的直流電壓選擇爲大體上同一電位。另外， 電池6的充電電路省略了。 PWM變換器60的各個臂由二極體和與之逆並聯連 的開關元件（例如IGBT)構成，通常用PWM變換器 ，對從交流電源1通過由主開關21和電抗器35和電容 33構成的輸入濾波器和升壓用電抗器31輸入進來的交 電壓，進行整流-升壓，用電解電容器等的大容量的電 器4使之平滑後輸入給電力變換器70。在主開關21上 聯地連接有充電用開關22和充電用阻抗器1〇的串聯電 。PWM變換器60和電力變換器70用各自的控制裝置 行控制，但是在這裏已予以省略。 流 裝 電 是 得 直 出 壓 蓄 接 60 器 流 容 並 路 進 -4- (2) (2)1333319 爲了對主開關21、充電用開關22和直流開關80的 開閉，以及PWM變換器60的起動進行控制，還設置有起 動順序控制電路45。該控制電路45，接受起動指令，主 開關21和直流開關8 0在開路的狀態下，在電力變換器 70爲OFF狀態的時候，首先閉合充電用開關22，然後， 在延遲規定的時間後，使PWM變換器60起動，使電容器 4的電壓升壓，再延遲規定的時間後，使主開關21變成 爲閉路，採用這樣的控制辦法，電容器4就可以通過充電 φ 電阻進行初始充電，因而可以進行充電而不會流動過大的 衝擊電流。 在圖5的裝置中，在交流電源1正常時，直流開關 80開路，主開關2 1閉路，借助於變換器60把從交流電 源1通過主開關21和輸入濾波器輸入進來的交流電壓變 換成直流電壓，通過電容器4使其平滑，再由電力變換器 70將該平滑了的直流變換成交流，供往未圖示的負載。 在交流電源1的停電時，借助電容器4的充電電壓避免對 φ 負載的暫態停電，同時，使直流開關80變成爲閉路，確 保向電力變換器70輸入的輸入電壓，實現輸出的不間斷 化。 在這樣的構成中’爲了在起動時對電容器4充電而不 會流動過大的衝擊電流，與處於交流電源1和PWM變換 器60的交流輸入濾波器之間的主開關21並聯的充電用開 關22和充電用阻抗器是必要的，此外，用來控制這些 開關的起動順序控制電路4 5也是必要的，部件個數增多 -5- (3) (3)1333319 ，成爲裝置的低價格化和小型化的障礙。此外，蓄電池6 的直流電壓，由於要選擇與PWM變換器60的電壓大體上 相同的電壓，故在輸出容量小的裝置的情況下，蓄電池的 串聯連接數增加，對於裝置的低價格化和小型化是不利的
Q 作爲解決該課題的方法，如在專利文獻2中所示的那 樣，有在平滑用電容器和蓄電池之間設置升壓降壓型斬波 器（chopper )的方式。該方式由於交流電源在健全時使 升壓降壓型斬波器作爲降壓型斬波器動作以使蓄電池充電 ，在停電時則使升壓降壓型斬波器作爲升壓型斬波器動作 ，使蓄電池的電壓一直升壓到PWM變換器的輸出電壓電 位爲止後進行使用，故要把蓄電池電壓選擇得較低。也於 該電路構成的情況下，起動時的電容器的初始充電，使用 的也是在圖5中說明的構成。 [專利文獻1]特開平9-205740號公報（第5頁-圖 1、第6頁一圖2 ) [專利文獻2]特開2002-199620號公報（第16頁一 圖1 1 ) 【發明內容】 [發明欲解決之課題] 由以上的說明可知，在本發明中要解決的課題在於提 供可以實現衝擊電流小的電容器的初始充電而不會增加蓄 -6- (4) (4)1333319 電池的串聯個數，此外，也無需附加使用充電用阻抗器、 充電用開關等的電容器的初始充電電路的電力變換裝置。 [解決課題之方式] 第1方式是一種電力變換裝置的起動方法，在輸入交 流電源電壓的變動在規定的範圍內的情況下，使輸出交流 電壓保持恆定的電壓的電力變換裝置中，具備：用來把交 流電源和裝置輸入電切斷的切斷裝置；對交流電源進行整 流，變換成用電容器進行了平滑的直流後變換成交流的交 流-交流變換電路；蓄電池；和進行從上述蓄電池向上述 電容器的充電和從上述電容器向上述蓄電池充電的雙方向 或單方向的直流-直流變換電路。其特徵在於，接受起動 指令，在上述切斷裝置爲開路狀態下，用上述直流-直流 變換電路從上述蓄電池使上述電容器一直到充電到交流電 源的峰値附近以上的電壓爲止，然後使切斷裝置變成爲閉 路狀態。 第2方式是一種電力變換裝置的起動方法，在輸入交 流電源電壓的變動在規定的範圍內的情況下，使輸出交流 電壓保持恆定的電壓的電力變換裝置中，具備：用來把交 流電源和裝置輸入電切斷的切斷裝置；對交流電源進行整 流，變換成用電容器進行了平滑的直流後變換成交流的交 流-交流變換電路；蓄電池；進行從上述蓄電池向上述電 容器的充電和從上述電容器向上述蓄電池充電的雙方向或 單方向的直流-直流變換電路；和根據上述交流電源的電 (5) (5)1333319 壓決定上述電容器的預備充電電壓的充電電壓指令運算裝 置。其特徵在於，接受起動指令，在上述切斷裝置爲開路 狀態下，用上述直流-直流變換電路從上述蓄電池使上述 電容器一直到充電到由上述充電電壓指令運算裝置決定的 預備充電電壓爲止，然後使切斷裝置變成爲閉路狀態。 [發明效果] 根據本發明，在裝置的起動時，在閉合主開關之前， φ 用設置在交流-直流轉換器（變換器）的輸出上設置的平 滑用電容器和蓄電池之間的直流-直流變換器從蓄電池使 平滑用電容器充電，在使其充電電壓變成爲交流電源的峰 値附近以上之後，使主開關變成爲閉路狀態。 結果是可以得到這樣的效果：可以選擇少的蓄電池的 串聯連接數，此外，還可以實現衝擊電流小的電容器的初 始充電而無需附加使用充電用阻抗器、充電用開關的電容 器的初始充電電路，得益於部件個數的削減，可以實現裝 φ 置的低價格化和小型化。 【實施方式】 圖1示出了本發明的第1實施例。 由以下的部分構成：在通過主開關21輸入交流電源 1的電壓並進行了整流後，形成用電容器4平滑後的直流 ，從該直流產生交流的交流-交流變換器3 ;連接在該交 流一交流變換器3的輸出和交流電源1的一端之間的負載 -8 - (6) (6)1333319 2;由電容器4的直流電壓對蓄電池6進行充電或從蓄電 池6使電容器4充電的直流-直流變換器5;輸入來自交 流電源電壓檢測器1 1的交流電源電壓檢測値和來自直流 電壓檢測器41的直流電壓檢測値，根據起動指令向主開 關21、交流-交流變換器3和直流一直流變換器5輸出 ON · OFF指令和驅動信號的控制電路40。 圖2的圖示出了動作例。 當把起動指令輸入到控制電路40內後，直流-直流 變換器5開始動作，借助於升壓動作使電容器4慢慢充電 。在其充電電壓超過了交流電源電壓的峰値的規定的時刻 ，使主開關21變成爲ON，然後，在規定時間後，使交流 -交流變換器3動作。通過這樣地動作，在使主開關2 1 變成爲ON的那一時刻，電容器4的電壓將變得比交流電 源1的峰値還高，所以不會流動用來使電容器4充電的衝 擊電流。 圖4示出了圖1的交流-交流變換器3和直流一直流 變換器5的詳細電路例。該構成是與圖1的電路相對應地 畫出來的專利文獻2所講述的電路構成。 交流一交流變換器3用半導體開關元件S 1到S4進行 交流-直流變換，使電容器4充電，用半導體開關元件 S3到S6進行直流一交流變換。然後，用交流濾波器32 和3 4整形爲失真小的正弦波形後，向負載2供給交流電 源。直流-直流變換器5是以半導體開關元件S7、S8和 直流電抗器51構成的升壓降壓型斬波器電路。其動作如 -9- (7) (7)1333319 下：採用使半導體開關元件S7進行ON . OFF的辦法，使 蓄電池6充電，採用使半導體開關元件S8進行ON · OFF 的辦法，使蓄電池電壓升壓，使電容器4充電。 至於詳細動作，由於在專利文獻2中已有記載，故予 以省略。 圖3示出了本發明的第2實施例。 圖1和圖3的主電路部分的構成是相同的，同一部件 賦予同一標號，在此省略其說明。當輸入了起動指令後， 直流電壓指令運算部9 1，根據用交流電源檢測器1 1檢測 出來的交流電源電壓V in輸出變成爲預備充電結束電位的 直流電壓指令Vd*。計算該直流電壓指令Vd*，可使得例 如預備充電結束時的電容器4的電壓Vd變成爲交流電源 電壓的峰値。在這裏所計算的直流電壓指令Vd*，被輸入 給直流-直流變換器5和繼電器操作部92，直流-直流 變換器5根據直流電壓指令Vd*進行升壓動作，借助於蓄 電池6的直流電力使電容器4充電。此外，繼電器操作部 92 ’對用直流電壓檢測器4 1檢測出來的電容器的電壓Vd 和直流電壓指令Vd*進行比較，在電容器4的電壓Vd比 直流電壓指令Vd*大的情況下，就判斷爲預備充電結束， 對主開關21輸出ON指令Ry ON，使主開關21變成爲ON 〇 如上前述，採用在根據交流電源的電壓値決定預備充 電結束電位，用直流-直流變換器5使電容器4充電到預 備充電結束電位後，使主開關21變成爲ON的辦法，即 -10- (8) (8)1333319 便是在交流電源1的電壓發生了變動的情況下，也可以抑 制裝置起動時流向電容器4衝擊電流。 【圖式簡單說明】 圖1爲顯示本發明的第1實施例之構成圖。 圖2爲說明圖1的動作之圖。 圖3爲顯示本發明的第2實施例之構成圖。 圖4爲顯示圖1的細部之實施例電路圖。 圖5爲顯示先前的實施例之電路方塊圖。 【主要元件符號說明】 1 :交流電源 2 :負載 3 :交流一交流變換器 4 :電容器 5 :直流-直流變換器 6 :蓄電池 1 〇 :充電用阻抗器 1 1 :交流電壓檢測器 2 1 :主開關 2 2 :充電用開關 3 1 :交流電抗器 3 2 :交流電抗器 3 3 :電容器 -11 - (9) (9)1333319 34 :電容器 3 5 :交流電抗器 4 0 :控制電路 4 1 :直流電壓檢測器 4 5 :控制電路 5 1 :直流電抗器 60 : PWM變換器 70 :電力變換器 8 0 :直流開關 9 1 :直流電壓指令運算部 92 :繼電器操作部 S 1〜S 8 :半導體開關元件
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Claims (1)

  1. (1) (1)1333319 十、申請專利範圍 1· 一種電力變換裝置之起動方法，於輸入交流電源 電壓的變動在特定的範圍內的場合下，使輸出交流電壓保 持有一定的電壓；其特徵爲： 具備有：電氣切離交流電源與裝置輸入之切斷裝置； 和對交流電源進行整流、變換成用電容器進行平滑的直流 後、變換成交流之交流-交流變換電路；和蓄電池；和進 行雙方向或單方向從前述蓄電池向前述電容器的充電及從 前述電容器向前述蓄電池充電之直流一直流變換電路； 接受起動指令，在前述切斷裝置爲開路狀態下，從前 述蓄電池以前述直流-直流變換電路使前述電容器一直到 充電到交流電源的峰値附近以上的電壓爲止，然後使切斷 裝置變成爲閉路狀態。 2- 一種電力變換裝置之起動方法，於輸入交流電源 電壓的變動在特定的範圍內的場合下，使輸出交流電壓保 持有一定的電壓；其特徵爲： 具備有：電氣切離交流電源與裝置輸入之切斷裝置； 和對交流電源進行整流、變換成用電容器進行平滑的直流 後、變換成交流之交流-交流變換電路；和蓄電池；和進 行雙方向或單方向從前述蓄電池向前述電容器的充電及從 前述電容器向前述蓄電池充電之直流-直流變換電路；和 根據前述交流電源的電壓決定前述電容器的預備充電電壓 之充電電壓指令運算裝置； 接受起動指令，在前述切斷裝置爲開路狀態下，從前 -13- (2)1333319 述蓄電池以前述直流-直流變換電路使前述電容器一直到 充電到由前述充電電壓指令運算裝置所決定的預備充電電 壓爲止，然後使切斷裝置變成爲閉路狀態。
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