JP3620551B2

JP3620551B2 - 無停電電源装置

Info

Publication number: JP3620551B2
Application number: JP28216695A
Authority: JP
Inventors: 誠坂根
Original assignee: Yuasa Corp
Current assignee: Yuasa Corp
Priority date: 1995-10-30
Filing date: 1995-10-30
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2015-10-30
Also published as: JPH09130993A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無停電電源装置に関するもので、さらに詳しく言えば、商用電源の停電時に、蓄電池からの直流電力を昇圧してインバータに供給する昇圧回路を備えた無停電ラインを有する無停電電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無停電電源装置は、常時は商用電源からの交流電力を直送ラインを介して直接負荷に供給し、停電時は蓄電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータを有する無停電ラインを介して前記負荷に供給するようにしたもので、停電による負荷のトラブルを防止するためのものである。
【０００３】
このような無停電電源装置に用いられる蓄電池は、無停電ラインの出力に１００Ｖを得ようとした場合、その放電終止電圧が１７０Ｖ以上になるように設計する必要があり、蓄電池を多数直列に接続するのに代えて蓄電池の直流電圧を昇圧する昇圧回路を設けて低コスト化、軽量化を図ったものが多用されるようになってきている。
【０００４】
上記した昇圧回路を設けた従来の無停電電源装置は図３に示したようなもので、商用電源１からの交流電力が入力されて蓄電池の充電電力を出力する充電器２、この充電器２からの充電電力によって充電される蓄電池３、この蓄電池３からの直流電力を昇圧する昇圧回路４、この昇圧回路４によって昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ５およびこのインバータ５からの交流出力を波形整形するフィルタ６からなる無停電ライン１０と、前記商用電源１からの交流電力を直接出力する直送ライン２０とを有し、前記無停電ライン１０と直送ライン２０とが切替スイッチ３０によって相互に切り替えられるようにしたものである。
【０００５】
そして、前記昇圧回路４は蓄電池３の端子間に接続されたチョークコイル４１およびスイッチング素子４２の直列接続回路と、前記スイッチング素子４２に並列に接続されたダイオード４３、第１コンデンサ４４−１および第２コンデンサ４４−２の直列接続回路とからなり、前記インバータ５は前記ダイオード４３と前記第１コンデンサ４４−１との接続点と、前記第２コンデンサ４４−２と前記スイッチング素子４２との接続点との間に接続された第１スイッチング素子５１−１、第２スイッチング素子５１−２の直列接続回路からなり、前記フィルタ６は前記第１スイッチング素子５１−１と前記第２スイッチング素子５１−２との接続点と、前記第１コンデンサ４４−１と前記第２コンデンサ４４−２との接続点との間に接続されたフィルタリアクトル６１、フィルタコンデンサ６２の直列接続回路からなる。
【０００６】
次に、上記した従来の無停電電源装置の動作を図４により説明する。
【０００７】
図４に示した如く、昇圧回路４のスイッチング素子４２は商用電源１の周波数より高い周波数で、昇圧回路４の出力電圧がインバータ５の入力電圧として適当な値になるようなパルス幅でオン、オフさせ、インバータ５の第１スイッチング素子５１−１、第２スイッチング素子５１−２は商用電源１の１周期ごとに、商用電源１の周波数より高い周波数で、その波高値に比例したパルス幅で交互にオン、オフさせてフィルタ６のフィルタコンデンサ６２の端子間に商用電源１の周波数と同じ周波数の正弦波を出力させる。
【０００８】
すなわち、昇圧回路４のスイッチング素子４２がオンの場合は、蓄電池３→チョークコイル４１→スイッチング素子４２→蓄電池３なる経路▲１▼に電流が流れてチョークコイル４１にエネルギーを蓄積し、昇圧回路４のスイッチング素子４２がオフの場合は、蓄電池３→チョークコイル４１→ダイオード４３→第１コンデンサ４４−１→第２コンデンサ４４−２→蓄電池３なる経路▲２▼に電流が流れて第１コンデンサ４４−１、第２コンデンサ４４−２を充電する。
【０００９】
そして、インバータ５の第１スイッチング素子５１−１がオン、第２スイッチング素子５１−２がオフで、第１スイッチング素子５１−１のオンデューテイが５０％以上の場合は、前記経路▲１▼、▲２▼に電流が流れるとともに、第１コンデンサ４４−１→第１スイッチング素子５１−１→フィルタリアクトル６１→フィルタコンデンサ６２→第１コンデンサ４４−１なる経路▲３▼に電流が流れて第１コンデンサ４４−１が放電し、インバータ５の第１スイッチング素子５１−１がオフ、第２スイッチング素子５１−２がオンの場合は、前記経路▲１▼、▲２▼に電流が流れるとともに、フィルタリアクトル６１→フィルタコンデンサ６２→第２コンデンサ４４−２→第２スイッチング素子５１−２の寄生ダイオード→フィルタリアクトル６１なる経路▲４▼に電流が流れてフィルタコンデンサ６２の端子間に正の半サイクルが出力される。
【００１０】
また、インバータ５の第１スイッチング素子５１−１がオフ、第２スイッチング素子５１−２がオンで、第１スイッチング素子５１−１のオンデューテイが５０％以下の場合は、前記経路▲１▼、▲２▼に電流が流れるとともに、第２コンデンサ４４−２→フィルタコンデンサ６２→フィルタリアクトル６１→第２スイッチング素子５１−２→第２コンデンサ４４−２なる経路▲５▼に電流が流れて第２コンデンサ４４−２が放電し、インバータ５の第１スイッチング素子５１−１がオン、第２スイッチング素子５１−２がオフの場合は、前記経路▲１▼、▲２▼に電流が流れるとともに、フィルタリアクトル６１→第１スイッチング素子５１−１の寄生ダイオード→第１コンデンサ４４−１→フィルタコンデンサ６２→フィルタリアクトル６１なる経路▲６▼に電流が流れてフィルタコンデンサ６２の端子間に負の半サイクルが出力される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記した動作により、蓄電池３の直流電圧を昇圧してインバータ５に供給することはできるが、無停電ラインの出力に１００Ｖを得ようとすると、第１コンデンサ４４−１と第２コンデンサ４４−２との直列接続回路に約３４０Ｖの直流電圧が印加されることになり、昇圧回路４のスイッチング素子４２の耐圧およびインバータ５の第１スイッチング素子５１−１、第２スイッチング素子５１−２の耐圧を４００Ｖ級以上のものにしなければならず、それによってコストが上昇するという問題があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、商用電源からの交流電力が入力されて蓄電池の充電電力を出力する充電器、この充電器からの充電電力によって充電される蓄電池、この蓄電池からの直流電力を昇圧する昇圧回路、この昇圧回路によって昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータおよびこのインバータからの交流出力を波形整形するフィルタからなる無停電ラインと、前記商用電源からの交流電力を直接出力する直送ラインとを有するとともに、前記無停電ラインと直送ラインとを相互に切り替える切替スイッチを有する無停電電源装置において、前記昇圧回路は前記蓄電池の端子間に接続された２組のスイッチング素子の直列接続回路と、直列接続点が前記第１組のスイッチング素子の直列接続点に接続された第１、第２のコンデンサの直列接続回路と、直列接続点が前記第２組のスイッチング素子の直列接続点に接続された第１、第２のダイオードの直列接続回路とからなり、かつ前記第１、第２のコンデンサの直列接続回路と前記第１、第２のダイオードの直列接続回路が並列に接続されてなり、前記インバータは前記第１、第２のコンデンサの直列接続回路および前記第１、第２のダイオードの直列接続回路と並列に接続された、第１、第２のスイッチング素子の直列接続回路からなり、前記フィルタは前記第１、第２のスイッチング素子の直列接続点と前記第１、第２のダイオードの直列接続点との間に接続された、フィルタリアクトルとフィルタコンデンサとの直列接続回路からなることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本発明の無停電電源装置の実施の形態を示す回路図で、図３と同じ機能を有する部分には同じ符号を付している。
【００１５】
本発明の特徴は、図１に示した如く、昇圧回路４を、蓄電池３の端子間に接続された第１組のスイッチング素子４２Ａ−１，４２Ａ−２の直列接続回路４２Ａと第２組のスイッチング素子４２Ｂ−１，４２Ｂ−２の直列接続回路４２Ｂと、直列接続点が前記第１組のスイッチング素子４２Ａ−１，４２Ａ−２の直列接続点に接続された第１、第２のコンデンサ４４−１，４４−２の直列接続回路と、直列接続点が前記第２組のスイッチング素子４２Ｂ−１，４２Ｂ−２の直列接続点に接続された第１、第２のダイオード４３−１，４３−２の直列接続回路とからなるようにするとともに、かつ前記第１、第２のコンデンサ４４−１，４４−２の直列接続回路と前記第１、第２のダイオード４３−１，４３−２の直列接続回路が並列に接続されてなるようにし、インバータ５を、前記第１、第２のコンデンサ４４−１，４４−２の直列接続回路および前記第１、第２のダイオード４３−１，４３−２の直列接続回路と並列に接続された、第１、第２のスイッチング素子の直列接続回路とし、フィルタ６を、前記第１、第２のスイッチング素子の直列接続点と前記第１、第２のダイオード４３−１，４３−２の直列接続点との間に接続された、フィルタリアクトル６１とフィルタコンデンサ６２との直列接続回路としたものである。
【００１６】
次に、上記した本発明の無停電電源装置の動作を図２により説明する。
【００１７】
図２に示した如く、昇圧回路４の第１組のスイッチング素子４２Ａ−１，４２Ａ−２と第２組のスイッチング素子４２Ｂ−１，４２Ｂ−２とは、商用電源１の周波数と同じ周波数でスイッチング素子４２Ａ−１，４２Ｂ−２とスイッチング素子４２Ａ−２，４２Ｂ−１とをそれぞれ同時にオン、オフさせ、インバータ５の第１スイッチング素子５１−１、第２スイッチング素子５１−２は商用電源１の半周期ごとにその周波数より高い周波数で、その波高値に比例したパルス幅で交互にオン、オフさせるようにし、前記昇圧回路４のスイッチング素子４２Ａ−１，４２Ｂ−２をオンさせた時にインバータ５の第１スイッチング素子５１−１をオン、オフさせ、第２スイッチング素子５１−２をオフさせてフィルタ６のフィルタコンデンサ６２の端子間に正の半サイクルを出力させ、前記昇圧回路４のスイッチング素子４２Ａ−２，４２Ｂ−１をオンさせた時にインバータ５の第１スイッチング素子５１−１をオフ、第２スイッチング素子５１−２をオン、オフさせてフィルタ６のフィルタコンデンサ６２の端子間に負の半サイクルを出力させる。
【００１８】
すなわち、昇圧回路４のスイッチング素子４２Ａ−１，４２Ｂ−２をオン、スイッチング素子４２Ａ−２，４２Ｂ−１をオフさせておき、インバータ５の第１スイッチング素子５１−１がオン、第２スイッチング素子５１−２がオフの場合は、蓄電池３→スイッチング素子４２Ａ−１→第２コンデンサ４４−２→第２ダイオード４３−２→スイッチング素子４２Ｂ−２→蓄電池３なる経路（１）と、第１コンデンサ４４−１→第１スイッチング素子５１−１→フィルタリアクトル６１→フィルタコンデンサ６２→スイッチング素子４２Ｂ−２→蓄電池３→スイッチング素子４２Ａ−１→第１コンデンサ４４−１なる経路（２）とに電流が流れて第１コンデンサ４４−１が放電し、第２コンデンサ４４−２が充電されてフィルタリアクトル６１とフィルタコンデンサ６２との直列接続回路に第１コンデンサ４４−１の端子間電圧と蓄電池３の電圧の和が印加され、昇圧回路４のスイッチング素子４２Ａ−１，４２Ｂ−２をオン、スイッチング素子４２Ａ−２，４２Ｂ−１をオフさせておき、インバータ５の第１スイッチング素子５１−１、第２スイッチング素子５１−２がオフの場合は、上記経路（１）と、フィルタリアクトル６１→フィルタコンデンサ６２→スイッチング素子４２Ｂ−２→蓄電池３→スイッチング素子４２Ａ−１→第２コンデンサ４４−２→第２スイッチング素子５１−２の寄生ダイオード→フィルタリアクトル６１なる経路（３）とに電流が流れてフィルタリアクトル６１とフィルタコンデンサ６２との直列接続回路に印加される電圧は０になり、第１スイッチング素子５１−１、第２スイッチング素子５１−２のオン、オフ比を商用電源１の電圧の波高値に比例させるように制御すると、フィルタコンデンサ６２の端子間に正の半サイクルを出力させることができる。
【００１９】
また、昇圧回路４のスイッチング素子４２Ａ−１，４２Ｂ−２をオフ、スイッチング素子４２Ａ−２，４２Ｂ−１をオンさせておき、インバータ５の第１スイッチング５１−１がオフ、第２スイッチング素子５１−２がオンの場合は、蓄電池３→スイッチング素子４２Ｂ−１→第１ダイオード４３−１→第１コンデンサ４４−１→スイッチング素子４２Ａ−２→蓄電池３なる経路（４）と、第２コンデンサ４４−２→スイッチング素子４２Ａ−２→蓄電池３→スイッチング素子４２Ｂ−１→フィルタコンデンサ６２→フィルタリアクトル６１→第２スイッチング素子５１−２→第２コンデンサ４４−２なる経路（５）とに電流が流れて第２コンデンサ４４−２が放電し、第１コンデンサ４４−１が充電されてフィルタリアクトル６１とフィルタコンデンサ６２との直列接続回路に第２コンデンサ４４−２の端子間電圧と蓄電池３の電圧の和が印加され、昇圧回路４のスイッチング素子４２Ａ−１，４２Ｂ−２をオフ、スイッチング素子４２Ａ−２，４２Ｂ−１をオンさせておき、インバータ５の第１スイッチング素子５１−１、第２スイッチング素子５１−２がオフの場合は、上記経路（４）と、フィルタリアクトル６１→第１スイッチング素子５１−１の寄生ダイオード→第１コンデンサ４４−１→スイッチング素子４２Ａ−２→蓄電池３→スイッチング素子４２Ｂ−１→フィルタコンデンサ６２なる経路（６）とに電流が流れてフィルタリアクトル６１とフィルタコンデンサ６２との直列接続回路に印加される電圧は０になり、第１スイッチング素子５１−１、第２スイッチング素子５１−２のオン、オフ比を商用電源１の電圧の波高値に比例させるように制御すると、フィルタコンデンサ６２の端子間に負の半サイクルを出力させることができる。
【００２０】
上記した動作により、フィルタコンデンサ６２の端子間に正の半サイクルが出力される場合は、スイッチング素子４２Ａ−１のオンによって第１コンデンサ４４−１の負極側の電位が蓄電池３の直流電圧まで上昇するため、第２スイッチング素子５１−２には蓄電池３の直流電圧の２倍の電圧が印加され、フィルタコンデンサ６２の端子間に負の半サイクルが出力される場合は、スイッチング素子４２Ｂ−１のオンによって第２コンデンサ４４−２の正極側の電位に蓄電池３の直流電圧が加算されるため、第１スイッチング素子５１−１には蓄電池３の直流電圧の２倍の電圧が印加される。
【００２１】
従って、無停電ラインの出力に１００Ｖを得ようとすると、第１コンデンサ４４−１と第２コンデンサ４４−２との直列接続回路に約１７０Ｖの直流電圧が印加されるように蓄電池３の直流電圧を定めればよく、昇圧回路４のスイッチング素子４２Ａ−１，４２Ａ−２，４２Ｂ−１，４２Ｂ−２およびインバータ５の第１スイッチング素子５１−１、第２スイッチング素子５１−２の耐圧も２００Ｖ級のもので対応することができる。
【００２２】
【発明の効果】
上記した如く、本発明は、無停電電源装置の蓄電池の直流電圧を低くすることができるとともに、昇圧回路およびインバータに用いるスイッチング素子に高耐圧のものを用いなくてもよいので、さらに無停電電源装置の低コスト化、軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無停電電源装置の回路図である。
【図２】本発明の無停電電源装置の各部の動作波形図である。
【図３】従来の無停電電源装置の回路図である。
【図４】従来の無停電電源装置の各部の動作波形図である。
【符号の説明】
１商用電源
２充電器
３蓄電池
４昇圧回路
５インバータ
６フィルタ
１０無停電ライン
２０直送ライン
３０切替スイッチ

Claims

商用電源からの交流電力が入力されて蓄電池の充電電力を出力する充電器、この充電器からの充電電力によって充電される蓄電池、この蓄電池からの直流電力を昇圧する昇圧回路、この昇圧回路によって昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータおよびこのインバータからの交流出力を波形整形するフィルタからなる無停電ラインと、前記商用電源からの交流電力を直接出力する直送ラインとを有するとともに、前記無停電ラインと直送ラインとを相互に切り替える切替スイッチを有する無停電電源装置において、前記昇圧回路は前記蓄電池の端子間に接続された、商用電源の周波数でオン、オフさせる第１組および第２組のスイッチング素子の直列接続回路と、直列接続点が前記第１組のスイッチング素子の直列接続点に接続された第１、第２のコンデンサの直列接続回路と、直列接続点が前記第２組のスイッチング素子の直列接続点に接続された第１、第２のダイオードの直列接続回路とからなり、かつ前記第１、第２のコンデンサの直列接続回路と前記第１、第２のダイオードの直列接続回路が並列に接続されてなり、前記インバータは前記第１、第２のコンデンサの直列接続回路および前記第１、第２のダイオードの直列接続回路と並列に接続された、商用電源の周波数より高い周波数でオン、オフさせる第１、第２のスイッチング素子の直列接続回路からなり、前記フィルタは前記第１、第２のスイッチング素子の直列接続点と前記第１、第２のダイオードの直列接続点との間に接続された、フィルタリアクトルとフィルタコンデンサとの直列接続回路からなることを特徴とする無停電電源装置。