無停電電源装置、無停電電源装置用プログラム及び無停電電源装置の制御方法
【課題】昇圧チョッパ回路とＤＣ−ＡＣインバータの間のコンデンサの容量を可能な限り小さく抑え、かつ、装置全体が小型で安価なものを提供すること。
【解決手段】昇圧チョッパ回路と、直流電源回路と、ＤＣ−ＡＣインバータと、昇圧チョッパ回路とＤＣ−ＡＣインバータの間のコンデンサと、切り替え制御回路とを具備した無停電電源装置において、制御回路は、入力電圧検出回路の入力検出信号に基づく交流電源を回復させる信号により直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した昇圧チョッパ回路の再起動と、この昇圧チョッパ回路の再起動からＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまでの直流電源回路の継続動作とを制御する。
【解決手段】昇圧チョッパ回路と、直流電源回路と、ＤＣ−ＡＣインバータと、昇圧チョッパ回路とＤＣ−ＡＣインバータの間のコンデンサと、切り替え制御回路とを具備した無停電電源装置において、制御回路は、入力電圧検出回路の入力検出信号に基づく交流電源を回復させる信号により直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した昇圧チョッパ回路の再起動と、この昇圧チョッパ回路の再起動からＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまでの直流電源回路の継続動作とを制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源電圧が正常な範囲内に回復したときに、直流電圧を供給していた直流電源回路のオフするタイミングを制御することにより内部のコンデンサの容量を可能な限り小さくし、装置の小型化を図った無停電電源装置、無停電電源装置用プログラム及び無停電電源装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、図７に示す無停電の安定化電源装置をすでに提案している（特許文献１）。
この図７には、交流入力端子２、３と交流出力端子８、９のそれぞれの一方の端子３、９間を結合して共通ライン１６とし、この共通ライン１６と他方の入力端子２との間に入力される交流電圧に対して、昇圧チョッパ回路３２では制御回路４３の制御の下で昇圧チョッピングを行うことで共通ライン１６の正側と負側に昇圧した直流電圧を得、この正側と負側でそれぞれ安定化された直流電圧をさらにその後段のハーフブリッジ型ＤＣ−ＡＣインバータ３７によって交流電圧に変換して出力するようにした電源回路が示されている。
【０００３】
この電源回路において、昇圧チョッパ回路３２は、他方の入力端子２に接続されたリアクトル１１と共通ライン１６との間に設けられたスイッチング素子２３、２４と、正側ラインに設けた整流ダイオード２７と、負側ラインに設けた整流ダイオード２８と、前記正側ラインと共通ライン１６との間に設けたコンデンサ２９と、前記負側ラインと共通ライン１６との間に設けたコンデンサ３０とで構成したものである。なお、昇圧チョッパ回路３２は、直流出力電圧を位相調整した信号により、入力電流を入力電圧に相似した正弦波状にして力率改善用フィルタとして用いるようにしたものである。
【０００４】
また、バッテリ３８と逆流阻止スイッチ素子３９を直列に接続した直流電源回路を交流入力端子２、３間に設け、商用電源の停電等で正常範囲から外れた時に電力を供給する。すなわち、交流入力電圧が低くなり停電と判断すると逆流阻止スイッチ３９がＯＮしてバッテリ３８の電圧がスイッチ素子４０に加わり、スイッチ素子４０、リアクトル１１及びダイオード２７、２８で昇圧チョッパ回路３２を形成して、停電時もコンデンサ２９、３０に昇圧された電圧を蓄え、ＤＣ−ＡＣインバータ３７によって交流に変換して出力する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１５８１００号公報。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図７に示す従来回路では、図６に示すように、低下していた交流電圧がｔ１時に回復したときに、実効値を算出したｔ２時に回復検出信号を出力し、インバータ回路３７への直流電力の供給元を、バッテリ３８から交流電源１０に接続された昇圧チョッパ回路３２側に切り替える。しかし、昇圧チョッパ回路３２の出力が所望のレベルになるまでには、ある程度の時間が必要なために、バッテリ３８の停止と昇圧チョッパ回路３２の起動を同時に行うと、昇圧チョッパ回路３２からインバータ回路３７に必要な電圧が供給されない期間が生じる。その間、インバータ回路３７には、コンデンサ２９，３０に蓄えられた電荷が供給される必要がある。このコンデンサ２９，３０の容量が小さいと、図６のｔ２後の特性線ｎのように最終目標値を大きく下回ってしまうので回路の誤動作の原因となる。そのため、このコンデンサ２９，３０は、インバータ回路３７に特性線ｍのように最終目標値まで低下しないような電圧を供給することができるだけの十分な大容量のものを備えていなければならなかった。
【０００７】
本発明は、コンデンサの容量を可能な限り小さく抑え、かつ、装置全体が小型で安価なものを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による無停電電源装置は、交流電源から入力された交流電圧を予め設定した出力レベルの直流電圧に変換する昇圧チョッパ回路と、この昇圧チョッパ回路の出力端に接続されて交流電源の低下その他の異常な電圧のときに直流電圧を出力する直流電源回路と、前記昇圧チョッパ回路の出力端にコンデンサを直列に介在して安定化した電圧を出力するＤＣ−ＡＣインバータと、入力電圧検出回路で検出された交流電源の交流電圧が異常か否かの検出信号により昇圧チョッパ回路と直流電源回路を切り替え制御する制御回路とを具備した無停電電源装置において、前記制御回路は、前記入力電圧検出回路の入力検出信号に基づく交流電源を回復させる信号により前記直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した前記昇圧チョッパ回路の再起動と、この昇圧チョッパ回路の再起動から前記ＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまでの前記直流電源回路の継続動作とを制御するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
制御回路は、入力電圧検出回路の入力検出信号に基づき交流電源電圧の実効値を演算する実効値演算回路と、この実効値演算回路の実効値が設定された設定値内に回復したとき交流電源を回復させるための昇圧チョッパ回路の再起動信号を出力するとともに、昇圧チョッパ回路の再起動からＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまで直流電源回路を継続動作させる信号を出力する比較回路と、この比較回路の回復信号により前記直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した前記昇圧チョッパ回路の再起動を制御する昇圧チョッパ制御回路とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
比較回路に入力されて交流電源の実効値と比較するための信号は、昇圧チョッパ回路の動作を停止させ、かつ、直流電源回路の動作を開始させるための予め設定した一定の電圧とする。
また、出力電圧検出回路と出力電流検出回路からの出力電力に基づき状況によって時間毎に変化する電圧とすることもできる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、無停電電源装置において、制御回路は、入力電圧検出回路の入力検出信号に基づく交流電源を回復させる信号により直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した昇圧チョッパ回路が再起動するので、コンデンサの電圧がインバータの必要とする値を下回ることなく、かつ、コンデンサの電圧を上昇させるため、昇圧チョッパ回路を確実に動作させることができ、また、この昇圧チョッパ回路の再起動から前記ＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまでの前記直流電源回路の継続動作を制御するようにしたので、直流電源回路を停止させてもインバータへの電力供給が遮断せずに継続し、コンデンサの容量、体積を従来の１／２以下に出来るなど、可能な限り小さく抑え、かつ、装置全体が小型で安価なものを提供することができる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、制御回路は、入力電圧検出回路の入力検出信号に基づき交流電源の実効値を演算する実効値演算回路と、この実効値演算回路の実効値が設定された設定値内に回復したとき交流電源を回復させるための昇圧チョッパ回路の再起動信号を出力するとともに、昇圧チョッパ回路の再起動からＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまで直流電源回路を継続動作させる信号を出力する比較回路と、この比較回路の回復信号により前記直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した前記昇圧チョッパ回路の再起動を制御する昇圧チョッパ制御回路とを具備したので、単純な回路構成で正確に制御することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、昇圧チョッパ回路を構成する部品の定格を下げ、回路の小型化やコスト削減を図ることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、停電発生してから実効値の算出（最小で半周期）よりも速く昇圧チョッパ回路の動作を停止し、直流電源回路の動作を開始することができ、インバータへの電力供給の遮断時間を最小限に抑え、コンデンサの容量を可能な限り小さくできる。また、過電圧といった交流電源の異常から回路を保護することができる。
【００１５】
請求項５記載の発明によれば、コンピュータを、昇圧チョッパ手段、直流電源切り替え手段、ＤＣ−ＡＣインバータ手段、切り替え制御手段として機能させた無停電電源装置用プログラムにおいて、前記切り替え制御手段を、実効値演算手段、比較手段、昇圧チョッパ制御手段として機能させた無停電電源装置用プログラムを得ることができる。
【００１６】
請求項６記載の発明によれば、昇圧チョッパ回路と、直流電源回路と、ＤＣ−ＡＣインバータと、切り替え制御回路とを具備した無停電電源装置の制御方法において、実効値演算回路にて交流電源の実効値を演算する工程と、この実効値演算工程による実効値が設定された設定値内に回復したとき交流電源を回復させるための昇圧チョッパ回路の再起動信号を出力する工程と、昇圧チョッパ回路の再起動からＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまで直流電源回路を継続動作させる信号を出力する工程と、前記回復信号により前記直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した前記昇圧チョッパ回路の再起動を制御する工程とにより無停電電源装置の切り替えを制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による無停電電源装置の一実施例を示す電気回路図である。
【図２】図１における直流電源回路６１の電気回路図である。
【図３】図１における制御回路６２の電気回路図である。
【図４】本発明による無停電電源装置の動作タイミング図である。
【図５】本発明による無停電電源装置の出力波形図である。
【図６】従来の無停電電源装置の出力波形図である。
【図７】従来の無停電電源装置の電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、交流電源から入力された交流電圧を予め設定した出力レベルの直流電圧に変換する昇圧チョッパ回路と、この昇圧チョッパ回路の出力端に接続されて交流電源の低下、上昇などの異常な電圧のときに直流電圧を出力する直流電源回路と、前記昇圧チョッパ回路の出力端にコンデンサを直列に介在して安定化した電圧を出力するＤＣ−ＡＣインバータと、入力電圧検出回路で検出された交流電源の交流電圧が異常か否かの検出信号により昇圧チョッパ回路と直流電源回路を切り替え制御する制御回路とを具備した無停電電源装置に採用される。
この無停電電源装置において、前記制御回路は、前記入力電圧検出回路の入力検出信号に基づく交流電源を回復させる信号により前記直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した前記昇圧チョッパ回路の再起動と、この昇圧チョッパ回路の再起動から前記ＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまでの前記直流電源回路の継続動作とを制御する。
【００１９】
前記制御回路は、より具体的には、入力電圧検出回路の入力検出信号に基づき交流電源の実効値を演算する実効値演算回路と、この実効値演算回路の実効値が設定された設定値内に回復したとき交流電源を回復させるための昇圧チョッパ回路の再起動信号を出力するとともに、昇圧チョッパ回路の再起動からＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまで直流電源回路を継続動作させる信号を出力する比較回路と、この比較回路の回復信号により前記直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した前記昇圧チョッパ回路の再起動を制御する昇圧チョッパ制御回路とを具備して構成する。
【００２０】
比較回路に入力されて交流電源の実効値と比較するための信号は、昇圧チョッパ回路の動作を停止させ、かつ、直流電源回路の動作を開始させるための予め設定した一定の電圧としてもよいし、また、出力電圧検出回路と出力電流検出回路からの出力電力に基づき状況によって時間毎に変化する電圧とすることもできる。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明の実施例１を図面に基づき説明する。従来回路と同一部分には同一符号を付する。
図１において、２、３は、それぞれ交流電源１０の交流入力端子であり、８、９は、それぞれ安定化後の交流出力端子である。これらの入出力端子のうち一方の交流入力端子３と一方の交流出力端子９との間を共通ライン１６で接続し、また、他方の交流入力端子２と他方の交流出力端子９との間を直送ライン１と切替回路１４を介して接続することで直送回路を構成している。
【００２２】
前記交流入力端子２、３の間には、交流電源１０の入力電圧を検出する入力電圧検出回路１５が接続され、また、前記交流入力端子２の側には、交流電源１０の異常を前記入力電圧検出回路１５で検出したときに後述する制御回路６２からの指令で交流電源１０を切断するスイッチ回路６０が挿入され、前記交流入力端子３の側には、カレントトランスや抵抗からなる力率改善のための入力電流検出回路１７が挿入されている。
これら入力電圧検出回路１５、スイッチ回路６０、カレントトランス１７の後段には、昇圧チョッパ回路（兼力率改善用フィルタ）３２、ＤＣ−ＡＣインバータ３７、フィルタ回路９６、出力電圧検出回路１２、カレントトランスからなる出力電流検出回路１３が順次接続されている。
【００２３】
これらのうち、昇圧チョッパ回路３２、ＤＣ−ＡＣインバータ３７、フィルタ回路９６、出力電流検出回路１３は、図７におけるスイッチング素子４０を省いた従来回路と同様の回路構成である。さらに詳しくは、前記昇圧チョッパ回路３２は、入力端子２に接続されたリアクトル１１と、このリアクトル１１の出力側と共通ライン１６との間に設けられた互いに逆向きでかつ直列に接続されたフライホイールダイオード入りのＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子２３、２４と、前記リアクトル１１の出力側から分岐した正側ラインに設けた整流ダイオード２７と、前記リアクトル１１の出力側から分岐した負側ラインに設けた整流ダイオード２８と、前記正側ラインと共通ライン１６との間に設けたコンデンサ２９と、前記負側ラインと共通ライン１６との間に設けたコンデンサ３０とで構成されている。
【００２４】
この昇圧チョッパ回路３２は、共通ライン１６に対して正側と負側の両方において共通に使用される構成部分であり、正側と負側のそれぞれで昇圧を行う。これらのうち、スイッチング素子２３、２４のゲートは、後述する制御回路６２に接続されている。また、コンデンサ２９、３０には、フローティングされた正側の検出回路１９と負側の検出回路２０とがそれぞれ接続されており、これらの検出回路１９、２０の検出結果は、後述する制御回路６２に入力される。なお、この昇圧チョッパ回路３２の出力レベルは、効率を上げるため、昇圧率をむやみに高くせず、定常時は、入力電圧に比例した値に設定されている。
【００２５】
前記ＤＣ−ＡＣインバータ３７は、ＩＧＢＴからなるスイッチング素子３３、３４と、コンデンサ２９、３０とからなるハーフブリッジ型で構成されている。このコンデンサ２９、３０は、前記昇圧チョッパ回路３２の構成部品と共用している。これらのうち、スイッチング素子３３、３４のゲートは、後述する制御回路６２に接続されている。このＤＣ−ＡＣインバータ３７によって直流を交流に変換し、さらに後段のリアクトル３５とコンデンサ３６とからなるフィルタ回路９６によって、変換後の交流電圧の高調波成分を圧縮して出力する構成となっている。
【００２６】
６１は、直流電源回路で、この直流電源回路６１は、図２に示すように、バッテリ３８と、トランス６３と、このトランス６３の１次側に接続されたＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子６４、６５と、前記トランス６３の２次側に接続されたスイッチング素子としての整流ダイオード６６、６７、６８、６９と、リアクトル７０、７１とからなり、出力端子７２は、正側ラインの前記整流ダイオード２７のカソード側に接続され、出力端子７３は、負側ラインの整流ダイオード２８のアノード側に接続され、アース端子７４は、前記共通ライン１６に接続されている。
そして、これらの素子でＤＣ−ＤＣコンバータを構成している。
【００２７】
前記制御回路６２は、図３に示すように、入力電圧検出回路１５で検出した交流電源１０の入力電圧の少なくとも１サイクルに基づき交流回復時の実効値ａを演算する実効値演算回路７６と、この実効値演算回路７６からの交流回復時の実効値ａと入力電圧検出回路１５からの交流異常時の瞬時値ｂと設定値入力端子８０の設定値との比較信号により、スイッチ回路６０と直流電源制御回路８１を制御する比較回路７５と、カレントトランス１７からの出力に基づき力率改善の信号を出力する力率改善回路７９と、前記比較回路７５と力率改善回路７９の信号に基づき昇圧チョッパ回路３２のスイッチング素子２３、２４の制御信号を出力する昇圧チョッパ制御回路７７と、出力電圧検出回路１２と出力電流検出回路１３と正側の検出回路１９と負側の検出回路２０との信号に基づきＤＣ−ＡＣインバータ３７のスイッチング素子３３、３４の制御信号を出力するインバータ制御回路７８とを具備している。前記直流電源制御回路８１は、その出力で前記直流電源回路６１のスイッチング素子６４、６５の開閉を制御する。
なお、比較回路７５で実効値と比較する値は、設定値入力端子８０の設定値に代えて出力電圧検出回路１２と出力電流検出回路１３の電力から状況によって時間毎に変化させた値とすることができる。
【００２８】
次に以上のように構成された無停電電源装置の作用を説明する。
（１）交流電源１０が正常電圧のとき
昇圧チョッパ回路３２は、正側と負側で共通して作用するものであり、交流電源１０からの交流入力の正負によって動作する素子が若干異なるが、基本的には同じ原理に基づくものであるため、交流入力が正の場合について主に説明を行う。
制御回路６２の比較回路７５に接続された設定値入力端子８０には、交流電源１０の入力した実効値が異常か否かを検出するために、昇圧チョッパ回路３２の動作を停止させ、直流電源回路６１の動作を開始させる電圧下限値として一定値の設定信号を入力しておく。
【００２９】
図１において、交流入力端子２、３の間に交流電源１０が印加されると、入力電圧検出回路１５によって入力電圧が検出されて制御回路６２の実効値演算回路７６に検出結果が送られ、実効値ａが演算されて比較回路７５に送られる。また、比較回路７５には、入力電圧検出回路１５からの瞬時値ｂも送られている。この比較回路７５では、設定値入力端子８０の設定値と比較し、設定値の範囲内（正常範囲）であれば、スイッチ回路６０をオンし、かつ、昇圧チョッパ制御回路７７を介してスイッチング素子２３、２４のゲートをオン、オフさせる。ここでのゲートの開閉には２０kHzの高周波が用いられる。
ここで、交流入力が正側であった場合において、スイッチング素子２３、２４がオン状態となると、交流電源１０からスイッチ回路６０、リアクトル１１、スイッチング素子２３、２４、交流電源１０というループによって電流が流れ、リアクトル１１にエネルギが蓄えられる。
なお、比較回路７５が設定値の範囲内であれば、直流電源制御回路８１からの出力がなく、直流電源回路６１のスイッチング素子６４、６５へは信号が送られない。
【００３０】
次に、スイッチング素子２３、２４がオフ状態になると、リアクトル１１に蓄えられたエネルギが放出され、交流電源１０からスイッチ回路６０、リアクトル１１、ダイオード２７、コンデンサ２９、交流電源１０という経路で電流が流れて、昇圧された電圧がコンデンサ２９に蓄えられる。このようにしてコンデンサ２９に蓄えられた直流電圧は、ＤＣ−ＡＣインバータ３７のスイッチング素子３３のスイッチング動作によってパルス幅変調され、これに対してフィルタ回路９６によって高調波成分の圧縮を行ったものが、正側の交流電圧として交流出力端子８、９から出力される。
【００３１】
交流電源１０からの交流入力が負側の場合についても同様に、スイッチング素子２３、２４がオン状態となると、交流電源１０、スイッチング素子２４、２３、リアクトル１１、スイッチ回路６０、交流電源１０というループによって電流が流れ、リアクトル１１にエネルギが蓄えられ、スイッチング素子２３、２４がオフ状態となると、リアクトル１１に蓄えられたエネルギが放出され、交流電源１０、コンデンサ３０、ダイオード２８、リアクトル１１、スイッチ回路６０、交流電源１０という経路で電流が流れて、昇圧された電圧がコンデンサ３０に蓄えられ、このコンデンサ３０に蓄えられた直流電圧は、ＤＣ−ＡＣインバータ３７のスイッチング素子３４のスイッチング動作、及び、フィルタ回路９６の高調波成分の圧縮によって、負側の交流電圧として交流出力端子８、９から出力される。
以上の動作を繰り返して交流電源１０からの電力に基づき交流出力端子８、９から所望の交流電圧が出力される。
【００３２】
（２）交流電源１０の電圧が下限値を下回るなど正常範囲から外れたとき
入力電圧検出回路１５からの瞬時値ｂが下限値を下回ると、比較回路７５からの信号でスイッチ回路６０をオフし、かつ、昇圧チョッパ制御回路７７を介してスイッチング素子２３、２４をオフさせる。
同時に、比較回路７５からの信号で前記直流電源制御回路８１を動作させ、この直流電源制御回路８１の出力で直流電源回路６１のスイッチング素子６４、６５を交互にオン、オフする。すると、トランス６３、整流ダイオード６６〜６９、リアクトル７０、７１からなるＤＣ−ＤＣコンバータにより出力端子７２とアース端子７４間、アース端子７４と出力端子７３間に正負の交流出力が生じて昇圧チョッパ回路３２の正側のコンデンサ２９と、負側のコンデンサ３０に交互に電荷が蓄えられる。
【００３３】
正側では、コンデンサ２９に蓄えられた直流電圧は、ＤＣ−ＡＣインバータ３７のスイッチング素子３３のスイッチング動作によってパルス幅変調され、フィルタ回路９６によって高調波成分の圧縮を行ったものが、正側の交流電圧として交流出力端子８、９から出力される。
負側では、コンデンサ３０に蓄えられた直流電圧は、ＤＣ−ＡＣインバータ３７のスイッチング素子３４のスイッチング動作、及び、フィルタ回路９６の高調波成分の圧縮によって、負側の交流電圧として交流出力端子８、９から出力される。
【００３４】
前記実施例では、交流電源１０の電圧の瞬時値ｂが下限値を下回ったときについて説明したが、交流電源１０の電圧の瞬時値ｂが上限値を上回ったときについても同様にして制御することができる。
【００３５】
（３）本発明の最も特徴的な作用として、交流電源１０の電圧が下限値を下回るか又は上限値を上回るかにより正常範囲を外れると、交流電源１０が切断され、直流電源回路６１から直流電源が供給されていた状態から代わって交流電源１０が回復したときの作用を説明する。
交流電源１０の電圧は、常時入力電圧検出回路１５で検出され、図４（ａ）におけるｔ１時に実際に交流電源１０の電圧が回復したものとする。しかし、制御回路６２の比較回路７５では、実際に回復してから実効値演算のための少なくとも１サイクル後のｔ２時に実効値演算回路７６の実効値が設定値入力端子８０の設定値よりも高くなると、交流電源１０の電圧が回復したものと判断され、比較回路７５から（ｂ）に示すように回復検出信号が出力する。
【００３６】
この回復検出信号によりスイッチ回路６０がオンし、かつ、昇圧チョッパ制御回路７７を介して昇圧チョッパ回路３２のスイッチング素子２３、２４へ信号を送り、昇圧チョッパ回路３２がスイッチング動作を開始する。このｔ２時に、本発明の無停電電源装置では、直流電源回路６１が即座に遮断することはなく、図４（ｄ）のように、動作が安定すると考えられる予め設定された一定時間だけ直流電源回路６１の動作を継続し電力を供給し続ける。
このとき、直流電源回路６１の出力電圧の目標値を、交流電源１０の回復を検出する直前（ｔ２時）のコンデンサ２９、３０の電圧より高めに設定する。すると、コンデンサ２９、３０に、直流電源回路６１から電力を供給し続けつつ、交流電源１０から電力が供給され始めるので、図５のように、ｔ２時からｔ３時にかけて交流出力端子８、９間の電圧値が直流電源回路６１の出力電圧値よりやや上昇する。ｔ３時に図４（ｃ）のように昇圧チョッパ回路３２の動作が安定した後の設定されたｔ４時に図４（ｄ）のように比較回路７５からの指令により直流電源制御回路８１の出力がなくなり、直流電源回路６１のスイッチング素子６４、６５のスイッチング制御動作を停止し、このｔ４時から図５に示すように、直流出力電圧の目標値を通常時の値となるまで漸減して、昇圧チョッパ回路３２を安定に動作させたまま切り替え処理を完了する。
【００３７】
以上のように、本発明の無停電電源装置は、交流電源１０から入力される交流電圧の異常からの回復を受け、直流電源回路６１を動作させつつ同時に昇圧チョッパ回路３２を動作させるので、コンデンサ２９、３０を小容量とすることができ、装置の小型化ができる。
【００３８】
前記比較回路７５では、設定値入力端子８０で設定した設定値と実効値・瞬時値を比較するようにしたが、これに代えて、出力電圧検出回路１２と出力電流検出回路１３からの出力電力に基づき状況によって時間毎に変化する値と実効値・瞬時値を比較して切り替えの制御をするようにしてもよい。
【００３９】
前記実施例において、スイッチング素子２３、２４は、フライホイールダイオード内蔵のＭＯＳＦＥＴで構成したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、フライホイールダイオードを内蔵しないＭＯＳＦＥＴのみで構成してもよいし、また、これ以外の素子としてバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子で構成してもよく、このバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子の場合にはフライホイールダイオード内蔵のものが望ましい。さらに、スイッチング素子３３、３４も、ＩＧＢＴに限られるものではなく、バイポーラトランジスタ等のスイッチング素子を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１…直送ライン、２、３…交流入力端子、８、９…交流出力端子、１０…交流電源、１１…リアクトル、１２…出力電圧検出回路、１３…出力電流検出回路、１４…切換回路、１５…入力電圧検出回路、１６…共通ライン、１７…カレントトランス、１９…正側の検出回路、２０…負側の検出回路、２３、２４…スイッチング素子、２７、２８…整流ダイオード、２９、３０…コンデンサ、３２…昇圧チョッパ回路（兼力率改善用フィルタ）、３３、３４…スイッチング素子、３５…リアクトル、３６…コンデンサ、３７…ＤＣ−ＡＣインバータ、３８…バッテリ、３９…逆流阻止スイッチ素子、４０…スイッチング素子、４３…制御回路、６０…スイッチ回路、６１…直流電源回路、６２…制御回路、６３…トランス、６４、６５…スイッチング素子、６６、６７、６８、６９…整流ダイオード、７０、７１…リアクトル、７２…、７３…出力端子、７４…アース端子、７５…比較回路、７６…実効値演算回路、７７…昇圧チョッパ制御回路、７８…インバータ制御回路、７９…力率改善回路、８０…設定値入力端子、８１…直流電源制御回路、９６…フィルタ回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源電圧が正常な範囲内に回復したときに、直流電圧を供給していた直流電源回路のオフするタイミングを制御することにより内部のコンデンサの容量を可能な限り小さくし、装置の小型化を図った無停電電源装置、無停電電源装置用プログラム及び無停電電源装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、図７に示す無停電の安定化電源装置をすでに提案している（特許文献１）。
この図７には、交流入力端子２、３と交流出力端子８、９のそれぞれの一方の端子３、９間を結合して共通ライン１６とし、この共通ライン１６と他方の入力端子２との間に入力される交流電圧に対して、昇圧チョッパ回路３２では制御回路４３の制御の下で昇圧チョッピングを行うことで共通ライン１６の正側と負側に昇圧した直流電圧を得、この正側と負側でそれぞれ安定化された直流電圧をさらにその後段のハーフブリッジ型ＤＣ−ＡＣインバータ３７によって交流電圧に変換して出力するようにした電源回路が示されている。
【０００３】
この電源回路において、昇圧チョッパ回路３２は、他方の入力端子２に接続されたリアクトル１１と共通ライン１６との間に設けられたスイッチング素子２３、２４と、正側ラインに設けた整流ダイオード２７と、負側ラインに設けた整流ダイオード２８と、前記正側ラインと共通ライン１６との間に設けたコンデンサ２９と、前記負側ラインと共通ライン１６との間に設けたコンデンサ３０とで構成したものである。なお、昇圧チョッパ回路３２は、直流出力電圧を位相調整した信号により、入力電流を入力電圧に相似した正弦波状にして力率改善用フィルタとして用いるようにしたものである。
【０００４】
また、バッテリ３８と逆流阻止スイッチ素子３９を直列に接続した直流電源回路を交流入力端子２、３間に設け、商用電源の停電等で正常範囲から外れた時に電力を供給する。すなわち、交流入力電圧が低くなり停電と判断すると逆流阻止スイッチ３９がＯＮしてバッテリ３８の電圧がスイッチ素子４０に加わり、スイッチ素子４０、リアクトル１１及びダイオード２７、２８で昇圧チョッパ回路３２を形成して、停電時もコンデンサ２９、３０に昇圧された電圧を蓄え、ＤＣ−ＡＣインバータ３７によって交流に変換して出力する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１５８１００号公報。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図７に示す従来回路では、図６に示すように、低下していた交流電圧がｔ１時に回復したときに、実効値を算出したｔ２時に回復検出信号を出力し、インバータ回路３７への直流電力の供給元を、バッテリ３８から交流電源１０に接続された昇圧チョッパ回路３２側に切り替える。しかし、昇圧チョッパ回路３２の出力が所望のレベルになるまでには、ある程度の時間が必要なために、バッテリ３８の停止と昇圧チョッパ回路３２の起動を同時に行うと、昇圧チョッパ回路３２からインバータ回路３７に必要な電圧が供給されない期間が生じる。その間、インバータ回路３７には、コンデンサ２９，３０に蓄えられた電荷が供給される必要がある。このコンデンサ２９，３０の容量が小さいと、図６のｔ２後の特性線ｎのように最終目標値を大きく下回ってしまうので回路の誤動作の原因となる。そのため、このコンデンサ２９，３０は、インバータ回路３７に特性線ｍのように最終目標値まで低下しないような電圧を供給することができるだけの十分な大容量のものを備えていなければならなかった。
【０００７】
本発明は、コンデンサの容量を可能な限り小さく抑え、かつ、装置全体が小型で安価なものを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による無停電電源装置は、交流電源から入力された交流電圧を予め設定した出力レベルの直流電圧に変換する昇圧チョッパ回路と、この昇圧チョッパ回路の出力端に接続されて交流電源の低下その他の異常な電圧のときに直流電圧を出力する直流電源回路と、前記昇圧チョッパ回路の出力端にコンデンサを直列に介在して安定化した電圧を出力するＤＣ−ＡＣインバータと、入力電圧検出回路で検出された交流電源の交流電圧が異常か否かの検出信号により昇圧チョッパ回路と直流電源回路を切り替え制御する制御回路とを具備した無停電電源装置において、前記制御回路は、前記入力電圧検出回路の入力検出信号に基づく交流電源を回復させる信号により前記直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した前記昇圧チョッパ回路の再起動と、この昇圧チョッパ回路の再起動から前記ＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまでの前記直流電源回路の継続動作とを制御するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
制御回路は、入力電圧検出回路の入力検出信号に基づき交流電源電圧の実効値を演算する実効値演算回路と、この実効値演算回路の実効値が設定された設定値内に回復したとき交流電源を回復させるための昇圧チョッパ回路の再起動信号を出力するとともに、昇圧チョッパ回路の再起動からＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまで直流電源回路を継続動作させる信号を出力する比較回路と、この比較回路の回復信号により前記直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した前記昇圧チョッパ回路の再起動を制御する昇圧チョッパ制御回路とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
比較回路に入力されて交流電源の実効値と比較するための信号は、昇圧チョッパ回路の動作を停止させ、かつ、直流電源回路の動作を開始させるための予め設定した一定の電圧とする。
また、出力電圧検出回路と出力電流検出回路からの出力電力に基づき状況によって時間毎に変化する電圧とすることもできる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、無停電電源装置において、制御回路は、入力電圧検出回路の入力検出信号に基づく交流電源を回復させる信号により直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した昇圧チョッパ回路が再起動するので、コンデンサの電圧がインバータの必要とする値を下回ることなく、かつ、コンデンサの電圧を上昇させるため、昇圧チョッパ回路を確実に動作させることができ、また、この昇圧チョッパ回路の再起動から前記ＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまでの前記直流電源回路の継続動作を制御するようにしたので、直流電源回路を停止させてもインバータへの電力供給が遮断せずに継続し、コンデンサの容量、体積を従来の１／２以下に出来るなど、可能な限り小さく抑え、かつ、装置全体が小型で安価なものを提供することができる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、制御回路は、入力電圧検出回路の入力検出信号に基づき交流電源の実効値を演算する実効値演算回路と、この実効値演算回路の実効値が設定された設定値内に回復したとき交流電源を回復させるための昇圧チョッパ回路の再起動信号を出力するとともに、昇圧チョッパ回路の再起動からＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまで直流電源回路を継続動作させる信号を出力する比較回路と、この比較回路の回復信号により前記直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した前記昇圧チョッパ回路の再起動を制御する昇圧チョッパ制御回路とを具備したので、単純な回路構成で正確に制御することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、昇圧チョッパ回路を構成する部品の定格を下げ、回路の小型化やコスト削減を図ることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、停電発生してから実効値の算出（最小で半周期）よりも速く昇圧チョッパ回路の動作を停止し、直流電源回路の動作を開始することができ、インバータへの電力供給の遮断時間を最小限に抑え、コンデンサの容量を可能な限り小さくできる。また、過電圧といった交流電源の異常から回路を保護することができる。
【００１５】
請求項５記載の発明によれば、コンピュータを、昇圧チョッパ手段、直流電源切り替え手段、ＤＣ−ＡＣインバータ手段、切り替え制御手段として機能させた無停電電源装置用プログラムにおいて、前記切り替え制御手段を、実効値演算手段、比較手段、昇圧チョッパ制御手段として機能させた無停電電源装置用プログラムを得ることができる。
【００１６】
請求項６記載の発明によれば、昇圧チョッパ回路と、直流電源回路と、ＤＣ−ＡＣインバータと、切り替え制御回路とを具備した無停電電源装置の制御方法において、実効値演算回路にて交流電源の実効値を演算する工程と、この実効値演算工程による実効値が設定された設定値内に回復したとき交流電源を回復させるための昇圧チョッパ回路の再起動信号を出力する工程と、昇圧チョッパ回路の再起動からＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまで直流電源回路を継続動作させる信号を出力する工程と、前記回復信号により前記直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した前記昇圧チョッパ回路の再起動を制御する工程とにより無停電電源装置の切り替えを制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による無停電電源装置の一実施例を示す電気回路図である。
【図２】図１における直流電源回路６１の電気回路図である。
【図３】図１における制御回路６２の電気回路図である。
【図４】本発明による無停電電源装置の動作タイミング図である。
【図５】本発明による無停電電源装置の出力波形図である。
【図６】従来の無停電電源装置の出力波形図である。
【図７】従来の無停電電源装置の電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、交流電源から入力された交流電圧を予め設定した出力レベルの直流電圧に変換する昇圧チョッパ回路と、この昇圧チョッパ回路の出力端に接続されて交流電源の低下、上昇などの異常な電圧のときに直流電圧を出力する直流電源回路と、前記昇圧チョッパ回路の出力端にコンデンサを直列に介在して安定化した電圧を出力するＤＣ−ＡＣインバータと、入力電圧検出回路で検出された交流電源の交流電圧が異常か否かの検出信号により昇圧チョッパ回路と直流電源回路を切り替え制御する制御回路とを具備した無停電電源装置に採用される。
この無停電電源装置において、前記制御回路は、前記入力電圧検出回路の入力検出信号に基づく交流電源を回復させる信号により前記直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した前記昇圧チョッパ回路の再起動と、この昇圧チョッパ回路の再起動から前記ＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまでの前記直流電源回路の継続動作とを制御する。
【００１９】
前記制御回路は、より具体的には、入力電圧検出回路の入力検出信号に基づき交流電源の実効値を演算する実効値演算回路と、この実効値演算回路の実効値が設定された設定値内に回復したとき交流電源を回復させるための昇圧チョッパ回路の再起動信号を出力するとともに、昇圧チョッパ回路の再起動からＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまで直流電源回路を継続動作させる信号を出力する比較回路と、この比較回路の回復信号により前記直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した前記昇圧チョッパ回路の再起動を制御する昇圧チョッパ制御回路とを具備して構成する。
【００２０】
比較回路に入力されて交流電源の実効値と比較するための信号は、昇圧チョッパ回路の動作を停止させ、かつ、直流電源回路の動作を開始させるための予め設定した一定の電圧としてもよいし、また、出力電圧検出回路と出力電流検出回路からの出力電力に基づき状況によって時間毎に変化する電圧とすることもできる。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明の実施例１を図面に基づき説明する。従来回路と同一部分には同一符号を付する。
図１において、２、３は、それぞれ交流電源１０の交流入力端子であり、８、９は、それぞれ安定化後の交流出力端子である。これらの入出力端子のうち一方の交流入力端子３と一方の交流出力端子９との間を共通ライン１６で接続し、また、他方の交流入力端子２と他方の交流出力端子９との間を直送ライン１と切替回路１４を介して接続することで直送回路を構成している。
【００２２】
前記交流入力端子２、３の間には、交流電源１０の入力電圧を検出する入力電圧検出回路１５が接続され、また、前記交流入力端子２の側には、交流電源１０の異常を前記入力電圧検出回路１５で検出したときに後述する制御回路６２からの指令で交流電源１０を切断するスイッチ回路６０が挿入され、前記交流入力端子３の側には、カレントトランスや抵抗からなる力率改善のための入力電流検出回路１７が挿入されている。
これら入力電圧検出回路１５、スイッチ回路６０、カレントトランス１７の後段には、昇圧チョッパ回路（兼力率改善用フィルタ）３２、ＤＣ−ＡＣインバータ３７、フィルタ回路９６、出力電圧検出回路１２、カレントトランスからなる出力電流検出回路１３が順次接続されている。
【００２３】
これらのうち、昇圧チョッパ回路３２、ＤＣ−ＡＣインバータ３７、フィルタ回路９６、出力電流検出回路１３は、図７におけるスイッチング素子４０を省いた従来回路と同様の回路構成である。さらに詳しくは、前記昇圧チョッパ回路３２は、入力端子２に接続されたリアクトル１１と、このリアクトル１１の出力側と共通ライン１６との間に設けられた互いに逆向きでかつ直列に接続されたフライホイールダイオード入りのＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子２３、２４と、前記リアクトル１１の出力側から分岐した正側ラインに設けた整流ダイオード２７と、前記リアクトル１１の出力側から分岐した負側ラインに設けた整流ダイオード２８と、前記正側ラインと共通ライン１６との間に設けたコンデンサ２９と、前記負側ラインと共通ライン１６との間に設けたコンデンサ３０とで構成されている。
【００２４】
この昇圧チョッパ回路３２は、共通ライン１６に対して正側と負側の両方において共通に使用される構成部分であり、正側と負側のそれぞれで昇圧を行う。これらのうち、スイッチング素子２３、２４のゲートは、後述する制御回路６２に接続されている。また、コンデンサ２９、３０には、フローティングされた正側の検出回路１９と負側の検出回路２０とがそれぞれ接続されており、これらの検出回路１９、２０の検出結果は、後述する制御回路６２に入力される。なお、この昇圧チョッパ回路３２の出力レベルは、効率を上げるため、昇圧率をむやみに高くせず、定常時は、入力電圧に比例した値に設定されている。
【００２５】
前記ＤＣ−ＡＣインバータ３７は、ＩＧＢＴからなるスイッチング素子３３、３４と、コンデンサ２９、３０とからなるハーフブリッジ型で構成されている。このコンデンサ２９、３０は、前記昇圧チョッパ回路３２の構成部品と共用している。これらのうち、スイッチング素子３３、３４のゲートは、後述する制御回路６２に接続されている。このＤＣ−ＡＣインバータ３７によって直流を交流に変換し、さらに後段のリアクトル３５とコンデンサ３６とからなるフィルタ回路９６によって、変換後の交流電圧の高調波成分を圧縮して出力する構成となっている。
【００２６】
６１は、直流電源回路で、この直流電源回路６１は、図２に示すように、バッテリ３８と、トランス６３と、このトランス６３の１次側に接続されたＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子６４、６５と、前記トランス６３の２次側に接続されたスイッチング素子としての整流ダイオード６６、６７、６８、６９と、リアクトル７０、７１とからなり、出力端子７２は、正側ラインの前記整流ダイオード２７のカソード側に接続され、出力端子７３は、負側ラインの整流ダイオード２８のアノード側に接続され、アース端子７４は、前記共通ライン１６に接続されている。
そして、これらの素子でＤＣ−ＤＣコンバータを構成している。
【００２７】
前記制御回路６２は、図３に示すように、入力電圧検出回路１５で検出した交流電源１０の入力電圧の少なくとも１サイクルに基づき交流回復時の実効値ａを演算する実効値演算回路７６と、この実効値演算回路７６からの交流回復時の実効値ａと入力電圧検出回路１５からの交流異常時の瞬時値ｂと設定値入力端子８０の設定値との比較信号により、スイッチ回路６０と直流電源制御回路８１を制御する比較回路７５と、カレントトランス１７からの出力に基づき力率改善の信号を出力する力率改善回路７９と、前記比較回路７５と力率改善回路７９の信号に基づき昇圧チョッパ回路３２のスイッチング素子２３、２４の制御信号を出力する昇圧チョッパ制御回路７７と、出力電圧検出回路１２と出力電流検出回路１３と正側の検出回路１９と負側の検出回路２０との信号に基づきＤＣ−ＡＣインバータ３７のスイッチング素子３３、３４の制御信号を出力するインバータ制御回路７８とを具備している。前記直流電源制御回路８１は、その出力で前記直流電源回路６１のスイッチング素子６４、６５の開閉を制御する。
なお、比較回路７５で実効値と比較する値は、設定値入力端子８０の設定値に代えて出力電圧検出回路１２と出力電流検出回路１３の電力から状況によって時間毎に変化させた値とすることができる。
【００２８】
次に以上のように構成された無停電電源装置の作用を説明する。
（１）交流電源１０が正常電圧のとき
昇圧チョッパ回路３２は、正側と負側で共通して作用するものであり、交流電源１０からの交流入力の正負によって動作する素子が若干異なるが、基本的には同じ原理に基づくものであるため、交流入力が正の場合について主に説明を行う。
制御回路６２の比較回路７５に接続された設定値入力端子８０には、交流電源１０の入力した実効値が異常か否かを検出するために、昇圧チョッパ回路３２の動作を停止させ、直流電源回路６１の動作を開始させる電圧下限値として一定値の設定信号を入力しておく。
【００２９】
図１において、交流入力端子２、３の間に交流電源１０が印加されると、入力電圧検出回路１５によって入力電圧が検出されて制御回路６２の実効値演算回路７６に検出結果が送られ、実効値ａが演算されて比較回路７５に送られる。また、比較回路７５には、入力電圧検出回路１５からの瞬時値ｂも送られている。この比較回路７５では、設定値入力端子８０の設定値と比較し、設定値の範囲内（正常範囲）であれば、スイッチ回路６０をオンし、かつ、昇圧チョッパ制御回路７７を介してスイッチング素子２３、２４のゲートをオン、オフさせる。ここでのゲートの開閉には２０kHzの高周波が用いられる。
ここで、交流入力が正側であった場合において、スイッチング素子２３、２４がオン状態となると、交流電源１０からスイッチ回路６０、リアクトル１１、スイッチング素子２３、２４、交流電源１０というループによって電流が流れ、リアクトル１１にエネルギが蓄えられる。
なお、比較回路７５が設定値の範囲内であれば、直流電源制御回路８１からの出力がなく、直流電源回路６１のスイッチング素子６４、６５へは信号が送られない。
【００３０】
次に、スイッチング素子２３、２４がオフ状態になると、リアクトル１１に蓄えられたエネルギが放出され、交流電源１０からスイッチ回路６０、リアクトル１１、ダイオード２７、コンデンサ２９、交流電源１０という経路で電流が流れて、昇圧された電圧がコンデンサ２９に蓄えられる。このようにしてコンデンサ２９に蓄えられた直流電圧は、ＤＣ−ＡＣインバータ３７のスイッチング素子３３のスイッチング動作によってパルス幅変調され、これに対してフィルタ回路９６によって高調波成分の圧縮を行ったものが、正側の交流電圧として交流出力端子８、９から出力される。
【００３１】
交流電源１０からの交流入力が負側の場合についても同様に、スイッチング素子２３、２４がオン状態となると、交流電源１０、スイッチング素子２４、２３、リアクトル１１、スイッチ回路６０、交流電源１０というループによって電流が流れ、リアクトル１１にエネルギが蓄えられ、スイッチング素子２３、２４がオフ状態となると、リアクトル１１に蓄えられたエネルギが放出され、交流電源１０、コンデンサ３０、ダイオード２８、リアクトル１１、スイッチ回路６０、交流電源１０という経路で電流が流れて、昇圧された電圧がコンデンサ３０に蓄えられ、このコンデンサ３０に蓄えられた直流電圧は、ＤＣ−ＡＣインバータ３７のスイッチング素子３４のスイッチング動作、及び、フィルタ回路９６の高調波成分の圧縮によって、負側の交流電圧として交流出力端子８、９から出力される。
以上の動作を繰り返して交流電源１０からの電力に基づき交流出力端子８、９から所望の交流電圧が出力される。
【００３２】
（２）交流電源１０の電圧が下限値を下回るなど正常範囲から外れたとき
入力電圧検出回路１５からの瞬時値ｂが下限値を下回ると、比較回路７５からの信号でスイッチ回路６０をオフし、かつ、昇圧チョッパ制御回路７７を介してスイッチング素子２３、２４をオフさせる。
同時に、比較回路７５からの信号で前記直流電源制御回路８１を動作させ、この直流電源制御回路８１の出力で直流電源回路６１のスイッチング素子６４、６５を交互にオン、オフする。すると、トランス６３、整流ダイオード６６〜６９、リアクトル７０、７１からなるＤＣ−ＤＣコンバータにより出力端子７２とアース端子７４間、アース端子７４と出力端子７３間に正負の交流出力が生じて昇圧チョッパ回路３２の正側のコンデンサ２９と、負側のコンデンサ３０に交互に電荷が蓄えられる。
【００３３】
正側では、コンデンサ２９に蓄えられた直流電圧は、ＤＣ−ＡＣインバータ３７のスイッチング素子３３のスイッチング動作によってパルス幅変調され、フィルタ回路９６によって高調波成分の圧縮を行ったものが、正側の交流電圧として交流出力端子８、９から出力される。
負側では、コンデンサ３０に蓄えられた直流電圧は、ＤＣ−ＡＣインバータ３７のスイッチング素子３４のスイッチング動作、及び、フィルタ回路９６の高調波成分の圧縮によって、負側の交流電圧として交流出力端子８、９から出力される。
【００３４】
前記実施例では、交流電源１０の電圧の瞬時値ｂが下限値を下回ったときについて説明したが、交流電源１０の電圧の瞬時値ｂが上限値を上回ったときについても同様にして制御することができる。
【００３５】
（３）本発明の最も特徴的な作用として、交流電源１０の電圧が下限値を下回るか又は上限値を上回るかにより正常範囲を外れると、交流電源１０が切断され、直流電源回路６１から直流電源が供給されていた状態から代わって交流電源１０が回復したときの作用を説明する。
交流電源１０の電圧は、常時入力電圧検出回路１５で検出され、図４（ａ）におけるｔ１時に実際に交流電源１０の電圧が回復したものとする。しかし、制御回路６２の比較回路７５では、実際に回復してから実効値演算のための少なくとも１サイクル後のｔ２時に実効値演算回路７６の実効値が設定値入力端子８０の設定値よりも高くなると、交流電源１０の電圧が回復したものと判断され、比較回路７５から（ｂ）に示すように回復検出信号が出力する。
【００３６】
この回復検出信号によりスイッチ回路６０がオンし、かつ、昇圧チョッパ制御回路７７を介して昇圧チョッパ回路３２のスイッチング素子２３、２４へ信号を送り、昇圧チョッパ回路３２がスイッチング動作を開始する。このｔ２時に、本発明の無停電電源装置では、直流電源回路６１が即座に遮断することはなく、図４（ｄ）のように、動作が安定すると考えられる予め設定された一定時間だけ直流電源回路６１の動作を継続し電力を供給し続ける。
このとき、直流電源回路６１の出力電圧の目標値を、交流電源１０の回復を検出する直前（ｔ２時）のコンデンサ２９、３０の電圧より高めに設定する。すると、コンデンサ２９、３０に、直流電源回路６１から電力を供給し続けつつ、交流電源１０から電力が供給され始めるので、図５のように、ｔ２時からｔ３時にかけて交流出力端子８、９間の電圧値が直流電源回路６１の出力電圧値よりやや上昇する。ｔ３時に図４（ｃ）のように昇圧チョッパ回路３２の動作が安定した後の設定されたｔ４時に図４（ｄ）のように比較回路７５からの指令により直流電源制御回路８１の出力がなくなり、直流電源回路６１のスイッチング素子６４、６５のスイッチング制御動作を停止し、このｔ４時から図５に示すように、直流出力電圧の目標値を通常時の値となるまで漸減して、昇圧チョッパ回路３２を安定に動作させたまま切り替え処理を完了する。
【００３７】
以上のように、本発明の無停電電源装置は、交流電源１０から入力される交流電圧の異常からの回復を受け、直流電源回路６１を動作させつつ同時に昇圧チョッパ回路３２を動作させるので、コンデンサ２９、３０を小容量とすることができ、装置の小型化ができる。
【００３８】
前記比較回路７５では、設定値入力端子８０で設定した設定値と実効値・瞬時値を比較するようにしたが、これに代えて、出力電圧検出回路１２と出力電流検出回路１３からの出力電力に基づき状況によって時間毎に変化する値と実効値・瞬時値を比較して切り替えの制御をするようにしてもよい。
【００３９】
前記実施例において、スイッチング素子２３、２４は、フライホイールダイオード内蔵のＭＯＳＦＥＴで構成したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、フライホイールダイオードを内蔵しないＭＯＳＦＥＴのみで構成してもよいし、また、これ以外の素子としてバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子で構成してもよく、このバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子の場合にはフライホイールダイオード内蔵のものが望ましい。さらに、スイッチング素子３３、３４も、ＩＧＢＴに限られるものではなく、バイポーラトランジスタ等のスイッチング素子を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１…直送ライン、２、３…交流入力端子、８、９…交流出力端子、１０…交流電源、１１…リアクトル、１２…出力電圧検出回路、１３…出力電流検出回路、１４…切換回路、１５…入力電圧検出回路、１６…共通ライン、１７…カレントトランス、１９…正側の検出回路、２０…負側の検出回路、２３、２４…スイッチング素子、２７、２８…整流ダイオード、２９、３０…コンデンサ、３２…昇圧チョッパ回路（兼力率改善用フィルタ）、３３、３４…スイッチング素子、３５…リアクトル、３６…コンデンサ、３７…ＤＣ−ＡＣインバータ、３８…バッテリ、３９…逆流阻止スイッチ素子、４０…スイッチング素子、４３…制御回路、６０…スイッチ回路、６１…直流電源回路、６２…制御回路、６３…トランス、６４、６５…スイッチング素子、６６、６７、６８、６９…整流ダイオード、７０、７１…リアクトル、７２…、７３…出力端子、７４…アース端子、７５…比較回路、７６…実効値演算回路、７７…昇圧チョッパ制御回路、７８…インバータ制御回路、７９…力率改善回路、８０…設定値入力端子、８１…直流電源制御回路、９６…フィルタ回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から入力された交流電圧を予め設定した出力レベルの直流電圧に変換する昇圧チョッパ回路と、この昇圧チョッパ回路の出力端に接続されて交流電源の異常な電圧のときに直流電圧を出力する直流電源回路と、前記昇圧チョッパ回路の出力端にコンデンサを直列に介在して安定化した電圧を出力するＤＣ−ＡＣインバータと、入力電圧検出回路で検出された交流電源の交流電圧が異常か否かの検出信号により昇圧チョッパ回路と直流電源回路を切り替え制御する制御回路とを具備した無停電電源装置において、前記制御回路は、前記入力電圧検出回路の入力検出信号に基づく交流電源を回復させる信号により前記直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した前記昇圧チョッパ回路の再起動と、この昇圧チョッパ回路の再起動から前記ＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまでの前記直流電源回路の継続動作とを制御するようにしたことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
制御回路は、入力電圧検出回路の入力検出信号に基づき交流電源電圧の実効値を演算する実効値演算回路と、この実効値演算回路の実効値が設定された設定値内に回復したとき交流電源を回復させるための昇圧チョッパ回路の再起動信号を出力するとともに、昇圧チョッパ回路の再起動からＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまで直流電源回路を継続動作させる信号を出力する比較回路と、この比較回路の回復信号により前記直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した前記昇圧チョッパ回路の再起動を制御する昇圧チョッパ制御回路とを具備したことを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
【請求項３】
比較回路に入力されて交流電源の実効値と比較するための信号は、直流電源回路の動作を継続したまま昇圧チョッパ回路の動作を開始させるための出力検出回路と出力電流検出回路からの出力電圧に基づき状況によって時間毎に変化する電圧としたことを特徴とする請求項２記載の無停電電源装置。
【請求項４】
比較回路に入力されて交流電源電圧の瞬時値と比較するための信号は、昇圧チョッパ回路の動作を停止させ、かつ、直流電源回路の動作を開始させるための出力電圧検出回路と出力電流検出回路からの出力電力に基づき状況によって時間毎に変化する電圧としたことを特徴とする請求項２記載の無停電電源装置。
【請求項５】
コンピュータを、交流電源から入力された交流電圧を予め設定した出力レベルの直流電圧に変換する昇圧チョッパ手段と、この昇圧チョッパ手段の出力端に接続されて交流電源の異常な電圧のときに直流電源に切り替えて直流電圧を供給する直流電源切り替え手段と、前記昇圧チョッパ手段の出力端にコンデンサを直列に介在して安定化した電圧を出力するＤＣ−ＡＣインバータ手段と、前記昇圧チョッパ手段と直流電源の切り替えを制御する制御手段として機能させた無停電電源装置用プログラムにおいて、前記制御手段を、交流電源の入力検出信号に基づき実効値を演算する実効値演算手段と、この実効値演算手段の実効値が予め設定された設定値内に回復したとき昇圧チョッパ手段の再起動信号を出力するとともに、昇圧チョッパ手段の再起動からＤＣ−ＡＣインバータ手段のコンデンサの電圧が安定するまで直流電源切り替え手段を継続動作させる信号を出力する比較手段と、この比較手段の回復信号により直流電源の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した前記昇圧チョッパ手段の再起動を制御する昇圧チョッパ制御手段として機能させたことを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置のプログラム。
【請求項６】
交流電源から入力された交流電圧を予め設定した出力レベルの直流電圧に変換する昇圧チョッパ回路と、この昇圧チョッパ回路の出力端に接続されて交流電源の異常な電圧のときに直流電圧を出力する直流電源回路と、前記昇圧チョッパ回路の出力端にコンデンサを直列に介在して安定化した電圧を出力するＤＣ−ＡＣインバータと、入力電圧検出回路で検出された交流電源の交流電圧が異常か否かの検出信号により昇圧チョッパ回路と直流電源回路を切り替え制御する制御回路とを具備した無停電電源装置の制御方法において、実効値演算回路にて交流電源の実効値を演算する工程と、この実効値演算工程による実効値が設定された設定値内に回復したとき交流電源を回復させるための昇圧チョッパ回路の再起動信号を出力する工程と、昇圧チョッパ回路の再起動からＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまで直流電源回路を継続動作させる信号を出力する工程と、前記回復信号により前記直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した前記昇圧チョッパ回路の再起動を制御する工程とからなることを特徴とする無停電電源装置の制御方法。
【請求項１】
交流電源から入力された交流電圧を予め設定した出力レベルの直流電圧に変換する昇圧チョッパ回路と、この昇圧チョッパ回路の出力端に接続されて交流電源の異常な電圧のときに直流電圧を出力する直流電源回路と、前記昇圧チョッパ回路の出力端にコンデンサを直列に介在して安定化した電圧を出力するＤＣ−ＡＣインバータと、入力電圧検出回路で検出された交流電源の交流電圧が異常か否かの検出信号により昇圧チョッパ回路と直流電源回路を切り替え制御する制御回路とを具備した無停電電源装置において、前記制御回路は、前記入力電圧検出回路の入力検出信号に基づく交流電源を回復させる信号により前記直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した前記昇圧チョッパ回路の再起動と、この昇圧チョッパ回路の再起動から前記ＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまでの前記直流電源回路の継続動作とを制御するようにしたことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
制御回路は、入力電圧検出回路の入力検出信号に基づき交流電源電圧の実効値を演算する実効値演算回路と、この実効値演算回路の実効値が設定された設定値内に回復したとき交流電源を回復させるための昇圧チョッパ回路の再起動信号を出力するとともに、昇圧チョッパ回路の再起動からＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまで直流電源回路を継続動作させる信号を出力する比較回路と、この比較回路の回復信号により前記直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した前記昇圧チョッパ回路の再起動を制御する昇圧チョッパ制御回路とを具備したことを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
【請求項３】
比較回路に入力されて交流電源の実効値と比較するための信号は、直流電源回路の動作を継続したまま昇圧チョッパ回路の動作を開始させるための出力検出回路と出力電流検出回路からの出力電圧に基づき状況によって時間毎に変化する電圧としたことを特徴とする請求項２記載の無停電電源装置。
【請求項４】
比較回路に入力されて交流電源電圧の瞬時値と比較するための信号は、昇圧チョッパ回路の動作を停止させ、かつ、直流電源回路の動作を開始させるための出力電圧検出回路と出力電流検出回路からの出力電力に基づき状況によって時間毎に変化する電圧としたことを特徴とする請求項２記載の無停電電源装置。
【請求項５】
コンピュータを、交流電源から入力された交流電圧を予め設定した出力レベルの直流電圧に変換する昇圧チョッパ手段と、この昇圧チョッパ手段の出力端に接続されて交流電源の異常な電圧のときに直流電源に切り替えて直流電圧を供給する直流電源切り替え手段と、前記昇圧チョッパ手段の出力端にコンデンサを直列に介在して安定化した電圧を出力するＤＣ−ＡＣインバータ手段と、前記昇圧チョッパ手段と直流電源の切り替えを制御する制御手段として機能させた無停電電源装置用プログラムにおいて、前記制御手段を、交流電源の入力検出信号に基づき実効値を演算する実効値演算手段と、この実効値演算手段の実効値が予め設定された設定値内に回復したとき昇圧チョッパ手段の再起動信号を出力するとともに、昇圧チョッパ手段の再起動からＤＣ−ＡＣインバータ手段のコンデンサの電圧が安定するまで直流電源切り替え手段を継続動作させる信号を出力する比較手段と、この比較手段の回復信号により直流電源の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した前記昇圧チョッパ手段の再起動を制御する昇圧チョッパ制御手段として機能させたことを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置のプログラム。
【請求項６】
交流電源から入力された交流電圧を予め設定した出力レベルの直流電圧に変換する昇圧チョッパ回路と、この昇圧チョッパ回路の出力端に接続されて交流電源の異常な電圧のときに直流電圧を出力する直流電源回路と、前記昇圧チョッパ回路の出力端にコンデンサを直列に介在して安定化した電圧を出力するＤＣ−ＡＣインバータと、入力電圧検出回路で検出された交流電源の交流電圧が異常か否かの検出信号により昇圧チョッパ回路と直流電源回路を切り替え制御する制御回路とを具備した無停電電源装置の制御方法において、実効値演算回路にて交流電源の実効値を演算する工程と、この実効値演算工程による実効値が設定された設定値内に回復したとき交流電源を回復させるための昇圧チョッパ回路の再起動信号を出力する工程と、昇圧チョッパ回路の再起動からＤＣ−ＡＣインバータのコンデンサの電圧が安定するまで直流電源回路を継続動作させる信号を出力する工程と、前記回復信号により前記直流電源回路の出力電圧よりも高い電圧を出力レベルとして設定した前記昇圧チョッパ回路の再起動を制御する工程とからなることを特徴とする無停電電源装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２５２５７４（Ｐ２０１０−２５２５７４Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１００９９８（Ｐ２００９−１００９９８）
【出願日】平成２１年４月１７日（２００９．４．１７）
【出願人】（０００１３８５４３）株式会社ユタカ電機製作所 (18)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１７日（２００９．４．１７）
【出願人】（０００１３８５４３）株式会社ユタカ電機製作所 (18)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]