(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源から供給される第１の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータまたは電力貯蔵装置から供給される直流電力を商用周波数の第２の交流電力に変換するインバータと、
前記第２の交流電力に基づいて直流電源電圧を生成する直流電源と、
一方端子が前記第１の交流電力を受け、他方端子が負荷に接続される第１のスイッチと、
一方端子が前記第２の交流電力を受け、他方端子が前記負荷に接続される第２のスイッチと、
前記直流電源電圧によって駆動される制御回路とを備え、
前記制御回路は、
前記第１のスイッチを非導通にするとともに前記第２のスイッチを導通させ、前記コンバータおよび前記インバータを運転して前記第２の交流電力を前記負荷に供給する第１のモードと、
前記第１のスイッチを非導通にするとともに前記第２のスイッチを導通させ、前記コンバータの運転を停止するとともに前記インバータを運転して前記第２の交流電力を前記負荷に供給する第２のモードと、
前記第１および第２のスイッチを非導通にして前記負荷への電力供給を停止し、前記コンバータの運転を停止するとともに前記インバータを運転して前記第２の交流電力を前記直流電源に供給する第３のモードと、
前記第１のスイッチを導通させるとともに前記第２のスイッチを非導通にして前記第１の交流電力を前記負荷に供給する第４のモードとを有し、
前記商用交流電源から前記第１の交流電力が供給されている正常時は前記第１のモードを実行し、
前記商用交流電源からの前記第１の交流電力の供給が停止された停電時は前記第２のモードを実行し、
前記停電時に前記電力貯蔵装置の出力電圧が予め定められた第１の電圧に低下した放電終止時は前記第３のモードを実行し、
前記放電終止時に前記商用交流電源からの前記第１の交流電力の供給が再開された場合は、前記第４のモードを実行した後に前記第１のモードを実行する、無停電電源装置。
【請求項２】
前記制御回路は、
さらに、前記第１および第２のスイッチを導通させ、前記コンバータおよび前記インバータを運転して前記第１および第２の交流電力を前記負荷に供給する第５のモードを有し、
前記放電終止時に前記商用交流電源からの前記第１の交流電力の供給が再開された場合、前記第４のモード、前記第５のモード、および前記第１のモードを順次実行する、請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項３】
さらに、一方端子が前記第１の交流電力を受け、他方端子が前記コンバータの入力ノードに接続された第３のスイッチを備え、
前記制御回路は、前記第１のモードでは前記第３のスイッチを導通させ、前記第２および第３のモードでは前記第３のスイッチを非導通にする、請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項４】
さらに、前記コンバータの出力電圧を降圧して前記電力貯蔵装置に与える第１の動作と、前記電力貯蔵装置の出力電圧を昇圧して前記インバータに与える第２の動作と、前記電力貯蔵装置から前記インバータに正電流を流す第３の動作とのうちのいずれかの動作を選択的に行なうチョッパを備え、
前記制御回路は、前記第１のモードでは前記チョッパに前記第１の動作を行なわせ、前記第２のモードでは前記チョッパに前記第２の動作を行なわせ、前記第３のモードでは前記チョッパに前記第３の動作を行なわせる、請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項５】
前記チョッパは、
前記インバータの正側電源ノードおよび負側電源ノード間に接続されたコンデンサと、
前記インバータの正側電源ノードおよび負側電源ノード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と、
それぞれ前記第１および第２のスイッチング素子に逆並列に接続された第１および第２のダイオードと、
前記第１のダイオードのアノードと前記電力貯蔵装置の正極との間に接続された第１のインダクタと、
前記第２のダイオードのアノードと前記電力貯蔵装置の負極との間に接続された第２のインダクタと、
前記電力貯蔵装置の正極と前記インバータの正側電源ノードとの間に接続された第３のダイオードとを含み、
前記第１の動作では、前記第２のスイッチング素子が非導通状態に固定されるとともに前記第１のスイッチング素子が導通／非導通にされ、
前記第２の動作では、前記第１のスイッチング素子が非導通状態に固定されるとともに前記第２のスイッチング素子が導通／非導通にされ、
前記第３の動作では、前記第１および第２のスイッチング素子が非導通状態に固定される、請求項４に記載の無停電電源装置。
【請求項６】
前記チョッパは、
前記インバータの正側電源ノードと中間ノードとの間に接続された第１のコンデンサと、
前記中間ノードと前記インバータの負側電源ノードとの間に接続された第２のコンデンサと、
前記インバータの正側電源ノードと前記中間ノードとの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と、
前記中間ノードと前記インバータの負側電源ノードとの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と、
それぞれ前記第１〜第４のスイッチング素子に逆並列に接続された第１〜第４のダイオードと、
前記第１のダイオードのアノードと前記電力貯蔵装置の正極との間に接続された第１のインダクタと、
前記第３のダイオードのアノードと前記電力貯蔵装置の負極との間に接続された第２のインダクタとを含み、
前記第１の動作では、前記第２および第３のスイッチング素子が非導通状態に固定されるとともに前記第１および第４のスイッチング素子が交互に導通され、
前記第２の動作では、前記第１および第４のスイッチング素子が非導通状態に固定されるとともに前記第２および第３のスイッチング素子が交互に導通にされ、
前記第３の動作では、前記第１〜第４のスイッチング素子が非導通状態に固定される、請求項４に記載の無停電電源装置。
【請求項７】
前記第３のモードの実行中に前記電力貯蔵装置の出力電圧が前記予め定められた第１の電圧よりも低い第２の電圧に低下した場合は前記インバータの運転を停止させる、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は無停電電源装置に関し、特に、停電時でも負荷に電力供給を行なうことが可能な無停電電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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２００１−６１２３８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、商用交流電源からの第１の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を蓄える電力貯蔵装置と、コンバータまたは電力貯蔵装置から供給される直流電力を商用周波数の第２の交流電力に変換して負荷に供給するインバータとを備える。【０００３】
商用交流電源から第１の交流電力が供給されている正常時には、コンバータは第１の交流電力を直流電力に変換し、電力貯蔵装置を充電しながらインバータに直流電力を供給する。インバータは直流電力を第２の交流電力に変換して負荷に供給する。商用交流電源が停電した場合には、電力貯蔵装置からインバータに直流電力が供給され、インバータは負荷への第２の交流電力の供給を継続する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−６１２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の無停電電源装置では、停電時間が長くなって電力貯蔵装置の出力電圧が放電終止電圧に低下した場合、装置全体が停止し、負荷への電力供給が停止してしまう。その後に、商用交流電源からの電力供給が再開した場合は、手動により、無停電電源装置を起動させる必要があり、使い勝手が悪かった。【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、停電後に商用交流電源からの電力供給が再開された場合は自動的に起動する無停電電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る無停電電源装置は、商用交流電源から供給される第１の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、コンバータまたは電力貯蔵装置から供給される直流電力を商用周波数の第２の交流電力に変換するインバータと、第２の交流電力に基づいて直流電源電圧を生成する直流電源と、一方端子が第１の交流電力を受け、他方端子が負荷に接続される第１のスイッチと、一方端子が第２の交流電力を受け、他方端子が負荷に接続される第２のスイッチと、直流電源電圧によって駆動される制御回路とを備えたものである。制御回路は、第１のスイッチを非導通にするとともに第２のスイッチを導通させ、コンバータおよびインバータを運転して第２の交流電力を負荷に供給する第１のモードと、第１のスイッチを非導通にするとともに第２のスイッチを導通させ、コンバータの運転を停止するとともにインバータを運転して第２の交流電力を負荷に供給する第２のモードと、第１および第２のスイッチを非導通にして負荷への電力供給を停止し、コンバータの運転を停止するとともにインバータを運転して第２の交流電力を直流電源に供給する第３のモードと、第１のスイッチを導通させるとともに第２のスイッチを非導通にして第１の交流電力を負荷に供給する第４のモードとを有する。制御回路は、商用交流電源から第１の交流電力が供給されている正常時は第１のモードを実行し、商用交流電源からの第１の交流電力の供給が停止された停電時は第２のモードを実行し、停電時に電力貯蔵装置の出力電圧が予め定められた電圧に低下した放電終止時は第３のモードを実行し、放電終止時に商用交流電源からの第１の交流電力の供給が再開された場合は、第４のモードを実行した後に第１のモードを実行する。【０００８】
好ましくは、制御回路は、さらに、第１および第２のスイッチを導通させ、コンバータおよびインバータを運転して第１および第２の交流電力を負荷に供給する第５のモードを有し、放電終止時に商用交流電源からの第１の交流電力の供給が再開された場合、第４のモード、第５のモード、および第１のモードを順次実行する。【０００９】
また好ましくは、さらに、一方端子が第１の交流電力を受け、他方端子がコンバータの入力ノードに接続された第３のスイッチを備える。制御回路は、第１のモードでは第３のスイッチを導通させ、第２および第３のモードでは第３のスイッチを非導通にする。【００１０】
また好ましくは、さらに、コンバータの出力電圧を降圧して電力貯蔵装置に与える第１の動作と、電力貯蔵装置の出力電圧を昇圧してインバータに与える第２の動作と、電力貯蔵装置からインバータに正電流を流す第３の動作とのうちのいずれかの動作を選択的に行なうチョッパを備える。制御回路は、第１のモードではチョッパに第１の動作を行なわせ、第２のモードではチョッパに第２の動作を行なわせ、第３のモードではチョッパに第３の動作を行なわせる。【００１１】
また好ましくは、チョッパは、インバータの正側電源ノードおよび負側電源ノード間に接続されたコンデンサと、インバータの正側電源ノードおよび負側電源ノード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と、それぞれ第１および第２のスイッチング素子に逆並列に接続された第１および第２のダイオードと、第１のダイオードのアノードと電力貯蔵装置の正極との間に接続された第１のインダクタと、第２のダイオードのアノードと電力貯蔵装置の負極との間に接続された第２のインダクタと、電力貯蔵装置の正極とインバータの正側電源ノードとの間に接続された第３のダイオードとを含む。第１の動作では、第２のスイッチング素子が非導通状態に固定されるとともに第１のスイッチング素子が導通／非導通にされる。第２の動作では、第１のスイッチング素子が非導通状態に固定されるとともに第２のスイッチング素子が導通／非導通にされる。第３の動作では、第１および第２のスイッチング素子が非導通状態に固定される。【００１２】
また好ましくは、チョッパは、インバータの正側電源ノードと中間ノードとの間に接続された第１のコンデンサと、中間ノードとインバータの負側電源ノードとの間に接続された第２のコンデンサと、インバータの正側電源ノードと中間ノードとの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と、中間ノードとインバータの負側電源ノードとの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と、それぞれ第１〜第４のスイッチング素子に逆並列に接続された第１〜第４のダイオードと、第１のダイオードのアノードと電力貯蔵装置の正極との間に接続された第１のインダクタと、第３のダイオードのアノードと電力貯蔵装置の負極との間に接続された第２のインダクタとを含む。第１の動作では、第２および第３のスイッチング素子が非導通状態に固定されるとともに第１および第４のスイッチング素子が交互に導通される。第２の動作では、第１および第４のスイッチング素子が非導通状態に固定されるとともに第２および第３のスイッチング素子が交互に導通にされる。第３の動作では、第１〜第４のスイッチング素子が非導通状態に固定される。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係る無停電電源装置では、停電時間が長くなって負荷への電力供給を停止した後もインバータの運転を継続し、インバータの出力に基づいて直流電源電圧を生成し、その直流電源電圧によって制御回路を駆動させる。したがって、負荷への電力供給を停止している間に商用交流電源からの電力供給が再開された場合は、制御回路によって負荷への電力供給が自動的に再開される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の一実施の形態による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図である。
【図２】図１に示した無停電電源装置の要部を示すブロック図である。
【図３】図２に示したチョッパの構成を示す回路ブロック図である。
【図４】図１に示した制御回路のコンバータ／インバータ給電モードを示す回路ブロック図である。
【図５】図１に示した制御回路のバッテリ／インバータ給電モードを示す回路ブロック図である。
【図６】図１に示した制御回路の直流電源バックアップモードを示す回路ブロック図である。
【図７】図１に示した制御回路のバイパス給電モードを示す回路ブロック図である。
【図８】図１に示した制御回路のオーバーラップ給電モードを示す回路ブロック図である。
【図９】図１に示した無停電電源装置の動作を例示するタイムチャートである。
【図１０】実施の形態の変更例を示す回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本願の無停電電源システムは、図１に示すように、ブレーカＢ１〜Ｂ３、バッテリ１、および無停電電源装置２を備える。無停電電源装置２は、バイパス入力端子Ｔ１，交流入力端子Ｔ２、バッテリ端子Ｔ３、出力端子Ｔ４、スイッチＳ１〜Ｓ３、コンバータ３、チョッパ４、インバータ５、電圧センサ６〜８，１４、バイパス停電検出回路９、交流入力停電検出回路１０、トランス１１、直流電源１２、および制御回路１３を含む。出力端子Ｔ４には、負荷１５が接続される。
【００１６】
ブレーカＢ１の一方端子は商用交流電源からの交流電力を受け、その他方端子はバイパス入力端子Ｔ１に接続される。ブレーカＢ２の一方端子は商用交流電源からの交流電力を受け、その他方端子はバイパス入力端子Ｔ２に接続される。ブレーカＢ３の一方端子はバッテリ１の正極に接続され、その他方端子はバッテリ端子Ｔ３に接続される。ここでは、ブレーカＢ１〜Ｂ３は常時オンしているものとする。
【００１７】
スイッチＳ１〜Ｓ３の各々は、制御回路１３によって制御される。スイッチＳ１は、バイパス入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ４の間に接続され、バイパス給電モード時およびオーバーラップ給電モード時にオンする。スイッチＳ２は、インバータ５の出力ノードと出力端子Ｔ４との間に接続され、インバータ給電モード時およびオーバーラップ給電モード時にオンする。スイッチＳ３は、交流入力端子Ｔ２とコンバータ３の入力ノードとの間に接続され、商用交流電源から交流電力が供給されている正常時にオンし、商用交流電源からの交流電力の供給が停止されている停電時にオフする。図１では、スイッチＳ２，Ｓ３がオンし、スイッチＳ１がオフしている状態が示されている。
【００１８】
コンバータ３、チョッパ４、およびインバータ５の各々は、制御回路１３によって制御される。図１では図面の簡単化のため、コンバータ３およびチョッパ４は１つのブロックで示されているが、図２に示すように、コンバータ３とチョッパ４は別々に設けられている。図１に戻って、スイッチＳ３，コンバータ３、インバータ５、およびスイッチＳ２は、交流入力端子Ｔ２と出力端子Ｔ４の間に直列接続される。コンバータ３は、商用交流電源からブレーカＢ２，交流入力端子Ｔ２，およびスイッチＳ３を介して供給される交流電力を直流電力に変換する。
【００１９】
チョッパ４は、バッテリ端子Ｔ３とコンバータ３の出力ノード（すなわちインバータ５の入力ノード）との間に接続される。チョッパ４は、商用交流電源から交流電力が供給されている正常時は、コンバータ３の出力電圧を降圧してバッテリ１に与える。また、チョッパ４は、商用交流電源からの交流電力の供給が停止された停電時は、バッテリ１の出力電圧を昇圧してインバータ５に与える。また、チョッパ４は、停電時においてバッテリ１の出力電圧が放電終止電圧に低下した場合は、バッテリ１からダイオードを介してインバータ５に正電流を流す。
【００２０】
詳しく説明すると図３に示すように、チョッパ４は、ダイオード２０〜２３、インダクタ２４，２５、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor)２６，２７、およびコンデンサ２８，２９を含む。コンデンサ２８，２９は、インバータ５の正側電源ノード５ａおよび負側電源ノード５ｂ間に直列接続される。ＩＧＢＴ２６，２７は、インバータ５の正側電源ノード５ａおよび負側電源ノード５ｂ間に直列接続される。ＩＧＢＴ２６，２７の各々は、制御回路１３によってオン／オフ制御される。ダイオード２２，２３は、それぞれＩＧＢＴ２６，２７に逆並列に接続される。バッテリ１の正極は、ダイオード２０を介してインバータ５の正側電源ノード５ａに接続されるとともに、インダクタ２４を介してＩＧＢＴ２６のソースに接続される。バッテリ１の負極は、ダイオード２１を介してバッテリ１の正極に接続されるとともに、インダクタ２５を介してインバータ５の負側電源ノード５ｂに接続される。
【００２１】
チョッパ４は、降圧動作、昇圧動作、および整流動作のうちのいずれかの動作を選択的に行なう。整流動作では、ＩＧＢＴ２６，２７はオフ状態に固定され、図２中の点線で示すように、バッテリ１の正極からダイオード２０、インバータ５、およびインダクタ２５を介してバッテリ１の負極に電流が流れ、バッテリ１からインバータ５に直流電力が供給される。
【００２２】
昇圧動作では、ＩＧＢＴ２６がオフ状態に固定されるとともにＩＧＢＴ２７がオン／オフされる。ＩＧＢＴ２７がオンされると、バッテリ１の正極からインダクタ２４、ＩＧＢＴ２７、およびインダクタ２５を介してバッテリ１の負極に電流が流れ、インダクタ２４，２５に電磁エネルギーが蓄えられる。ＩＧＢＴ２７がオフされると、バッテリ１の正極からインダクタ２４、ダイオード２２、インバータ５、およびインダクタ２５を介してバッテリ１の負極に電流が流れ、インダクタ２４，２５の電磁エネルギーが放出される。このとき、インバータ５の電源ノード５ａ，５ｂ間には、バッテリ１の端子間電圧よりも高い電圧が印加される。
【００２３】
降圧動作では、ＩＧＢＴ２７がオフ状態に固定されるとともにＩＧＢＴ２６がオン／オフされる。コンデンサ２８，２９は、コンバータ３の出力電圧によって充電されている。ＩＧＢＴ２６がオンされると、コンデンサ２８の正極からＩＧＢＴ２６、インダクタ２４、バッテリ１、インダクタ２５、コンデンサ２９の負極の経路で電流が流れ、バッテリ１が充電されるとともに、インダクタ２４，２５に電磁エネルギーが蓄えられる。ＩＧＢＴ２６がオフされると、インダクタ２４、バッテリ１、インダクタ２５およびダイオード２３の経路で電流が流れ、バッテリ１が充電されるとともに、インダクタ２４，２５の電磁エネルギーが放出される。このとき、バッテリ１の端子間には、コンデンサ２８，２９の端子間電圧よりも低い電圧が印加される。
【００２４】
制御回路１３は、商用交流電源から交流電力が供給されている正常時は、チョッパ４に降圧動作を行なわせ、商用交流電源からの交流電力の供給が停止された停電時は、チョッパ４に昇圧動作を行なわせ、停電時においてバッテリ１の出力電圧が放電終止電圧に低下した場合は、チョッパ４に整流動作を行なわせる。
【００２５】
図１に戻って、インバータ５は、商用交流電源から交流電力が供給されている正常時は、コンバータ３によって生成された直流電力を商用周波数の交流電力に変換する。また、インバータ５は、停電時は、バッテリ１からチョッパ４を介して供給される直流電力を商用周波数の交流電力に変換する。インバータ５によって生成された交流電力は、スイッチＳ２および出力端子Ｔ４を介して負荷１５に供給されるとともに、トランス１１を介して直流電源１２に供給される。
【００２６】
また、図示していないが、入力端子Ｔ１，Ｔ２の各々は直流電源１２に接続されている。つまり、直流電源１２には、トランス１１の出力電圧と、バイパス入力端子Ｔ１の電圧と、交流入力端子Ｔ２の電圧とが並列に供給される。直流電源１２は、トランス１１および入力端子Ｔ１，Ｔ２を介して供給された交流電力に基づいて直流電源電圧を生成する。制御回路１３は、直流電源１２によって生成された直流電源電圧によって駆動され、無停電電源装置全体を制御する。
【００２７】
電圧センサ６は、バイアス入力端子Ｔ１の電圧を検出し、検出値を示す信号をバイパス停電検出回路９および制御回路１３に与える。バイパス停電検出回路９は、電圧センサ６の出力信号に基づいて、停電が発生したか否か、すなわち商用交流電源からの交流電力の供給が停止されているか否かを判別し、判別結果を示す信号を制御回路１３に与える。
【００２８】
電圧センサ７は、交流入力端子Ｔ２の電圧を検出し、検出値を示す信号を交流入力停電検出回路１０および制御回路１３に与える。交流入力停電検出回路１０は、電圧センサ７の出力信号に基づいて、停電が発生したか否か、すなわち商用交流電源からの交流電力の供給が停止されているか否かを判別し、判別結果を示す信号を制御回路１３に与える。
【００２９】
電圧センサ８は、バッテリ１の出力電圧を検出し、検出値を示す信号を制御回路１３に与える。電圧センサ１４は、インバータ５の出力電圧を検出し、検出値を示す信号を制御回路１３に与える。制御回路１３は、電圧センサ６〜８，１４、バイパス停電検出回路９、および交流入力停電検出回路１０の出力信号に基づいて、無停電電源装置全体を制御する。
【００３０】
すなわち制御回路１３は、コンバータ／インバータ給電モード、バッテリ／インバータ給電モード、直流電源バックアップモード、バイパス給電モード、およびオーバーラップ運転モードを有する。制御回路１３は、コンバータ／インバータ給電モードでは、図４に示すように、スイッチＳ１をオフするとともにスイッチＳ２，Ｓ３をオンし、コンバータ３を運転して直流電力を生成し、チョッパ４に降圧動作を行なわせてバッテリ１を充電し、インバータ５を運転して交流電力を生成し、その交流電力を負荷１５に供給する。
【００３１】
このとき、制御回路１３は、電圧センサ６，７によって検出された入力交流電圧と電圧センサ１４によって検出された出力交流電圧とを比較し、入力交流電圧と出力交流電圧の電圧値が一致し、かつ入力交流電圧と出力交流電圧の位相が一致するように、コンバータ３およびインバータ５を制御する。
【００３２】
また、制御回路１３は、バッテリ／インバータ給電モードでは、図５に示すように、スイッチＳ１，Ｓ３をオフするとともにスイッチＳ２をオンし、コンバータ３の運転を停止し、チョッパ４に昇圧動作を行なわせてバッテリ１からインバータ５に直流電力を供給し、インバータ５を運転して交流電力を生成し、その交流電力を負荷１５に供給する。
【００３３】
また、制御回路１３は、直流電源バックアップモードでは、図６に示すように、スイッチＳ１〜Ｓ３をオフして負荷１５への電力供給を停止し、コンバータ３の運転を停止し、チョッパ４に整流動作を行なわせてバッテリ１からインバータ１に直流電力を供給し、インバータ５を運転して交流電力を生成し、その交流電力を直流電源１２に供給する。
【００３４】
また、制御回路１３は、バイパス給電モードでは、図７に示すように、スイッチＳ１，Ｓ３をオンするとともにスイッチＳ２をオフして商用交流電源からの交流電力を負荷１５に直接供給する一方、コンバータ３を運転して直流電力を生成し、チョッパ４に降圧動作を行なわせてバッテリ１を充電し、インバータ５を運転して交流電力を生成する。
【００３５】
また、制御回路１３は、オーバーラップ運転モードでは、インバータ給電モードとバイパス給電モードを並列に行なう。すなわち制御回路１３は、オーバーラップ運転モードでは、図８に示すように、スイッチＳ１〜Ｓ３をオンして商用交流電源からの交流電力を負荷１５に直接供給するとともに、コンバータ３を運転して直流電力を生成し、チョッパ４に降圧動作を行なわせてバッテリ１を充電し、インバータ５を運転して交流電力を生成し、その交流電力を負荷１５に供給する。
【００３６】
制御回路１３は、停電検出回路９，１０の出力信号に基づいて停電が発生したか否かを判別し、電圧センサ８の出力信号に基づいてバッテリ１の出力電圧が放電終止電圧に低下したか否かを判別する。制御回路１３は、停電が発生していない正常時は、図４のコンバータ／インバータ給電モードを実行する。停電が発生した場合、制御回路１３は、まず図５のバッテリ／インバータ給電モードを実行し、バッテリ１の出力電圧が放電終止電圧に低下したときは図６の直流電源バックアップモードを実行する。また、制御回路１３は、直流電源バックアップモード時において商用交流電源からの交流電力の供給が再開された場合は、図７のバイパス給電モード、図８のオーバーラップ運転モード、および図４のコンバータ／インバータ給電モードを順次実行する。
【００３７】
図９は、無停電電源装置２の動作を例示するタイムチャートである。図９において、初期状態では、商用交流電源から正常に交流電力が供給されているものとする。この場合、制御回路１３によってコンバータ／インバータ給電モードが実行され、図４で示したように、スイッチＳ１がオフされるとともにスイッチＳ２，Ｓ３がオンされ、コンバータ３が運転されて直流電力が生成され、インバータ５が運転されて交流電力が生成され、その交流電力が負荷１５に供給される。図９では、バッテリ１の出力電圧ＶＢが目標電圧ＶＴに到達しているので、チョッパ４は停止されている。このとき、図３に示したチョッパ４では、ダイオード２０は逆バイアス状態になっており、ダイオード２０に電流は流れない。
【００３８】
時刻ｔ０において停電が発生すると、制御回路１３によってバッテリ／インバータ給電モードが実行され、図５で示したように、スイッチＳ１，Ｓ３がオフされるとともにスイッチＳ２がオンされ、コンバータ３の運転が停止され、チョッパ４によって昇圧動作が行なわれてバッテリ１からインバータ５に直流電力が供給され、インバータ５が運転されて交流電力が生成され、その交流電力が負荷１５に供給される。バッテリ１からインバータ５に直流電力が供給されると、バッテリ１の出力電圧ＶＢが所定の速度で低下する。
【００３９】
この無停電電源システムでは、停電が発生してからバッテリ１の出力電圧ＶＢが放電終止電圧ＶＥに低下するまでは、負荷１５に交流電力を供給して負荷１５の運転を継続することができる。なお、バッテリ１の出力電圧ＶＢが放電終止電圧ＶＥに低下する前に停電が終了した場合は、バッテリ／インバータ給電モードからコンバータ／インバータ給電モードに移行する。
【００４０】
時刻ｔ１においてバッテリ１の出力電圧ＶＢが放電終止電圧ＶＥに低下すると、制御回路１３によって直流電源バックアップモードが実行され、図６で示したように、スイッチＳ１〜Ｓ３がオフされて負荷１５への電力供給が停止される。また、コンバータ３の運転が停止され、チョッパ４によって整流動作が行なわれてバッテリ１からインバータ１に直流電力が供給され、インバータ５が運転されて交流電力が生成され、その交流電力が直流電源１２に供給される。したがって、停電後も制御回路１３は動作し続ける。なお、負荷１５への電力供給が停止されるとバッテリ１の出力電流が低下し、バッテリ１の内部抵抗による電圧降下が低減するので、時刻ｔ１においてバッテリ１の出力電圧ＶＢは若干上昇する。
【００４１】
時刻ｔ２において商用交流電源からの交流電力の供給が再開されると、制御回路１３によってバイパス給電モードが開始され、図７で示したように、スイッチＳ１，Ｓ３がオンされるとともにスイッチＳ２がオフされ、商用交流電源からの交流電力が負荷１５に直接供給される。また、時刻ｔ２の直後の時刻ｔ３において、コンバータ３の運転が再開されてて直流電力が生成され、チョッパ４によって降圧動作が行なわれてバッテリ１の充電が開始されるとともに、インバータ５が運転されて交流電力が生成される。
【００４２】
時刻ｔ４において、制御回路１３によってオーバーラップ運転モードが実行され、図７および図８で示したように、バイパス給電モードに加えてスイッチＳ２がオンされる。時刻ｔ５において、制御回路１３によってコンバータ／インバータ給電モードが実行され、図４および図８で示したように、オーバーラップ運転モードでオンされていたスイッチＳ１がオフされる。時刻ｔ６において、バッテリ１の出力電圧ＶＢが目標電圧ＶＴに到達すると、チョッパ４が停止され、初期状態に戻る。なお、停電が回復せずに、バッテリ１の出力電圧が放電終止電圧ＶＥよりも低い運転停止電圧に低下した場合は、インバータ５の運転も停止され、無停電電源装置２が停止する。
【００４３】
この実施の形態では、停電時間が長くなって負荷１５への電力供給が停止された後もインバータ５の運転を継続し、インバータ５の出力を直流電源１２に供給し、直流電源１２によって制御回路１３を駆動させる。したがって、負荷１５への電力供給が停止されている間に商用交流電源からの電力供給が再開された場合は、制御回路１３によって無停電電源装置２が起動され、負荷１５への電力供給が自動的に再開される。
【００４４】
図１０は、この実施の形態の変更例を示す回路図であって、図３と対比される図である。図１０において、この変更例では、チョッパ４がチョッパ３０で置換される。チョッパ３０は、インダクタ３１，３３、ＩＧＢＴ３３〜３６、ダイオード３７〜４０、およびコンデンサ４１，４２を含む。ＩＧＢＴ３３〜３６は、インバータ５の正側電源ノード５ａおよび負側電源ノード５ｂ間に直列接続される。ダイオード３７〜４０は、それぞれＩＧＢＴ３３〜３６に逆並列に接続される。インダクタ３１は、バッテリ１の正極とＩＧＢＴ３３のソースとの間に接続される。インダクタ３２は、バッテリ１の負極とＩＧＢＴ３９のソースとの間に接続される。コンデンサ４１，４２は、インバータ５の正側電源ノード５ａおよび負側電源ノード５ｂ間に直列接続される。コンデンサ４１，４２間の中間ノードＮ４１は、ＩＧＢＴ３４のソースに接続される。
【００４５】
チョッパ３０は、降圧動作、昇圧動作、および整流動作のうちのいずれかの動作を選択的に行なう。整流動作では、ＩＧＢＴ３３〜３６がオフ状態に固定され、図１０中の点線で示すように、バッテリ１の正極からインダクタ３１、ダイオード３７、インバータ５、ダイオード４０、およびインダクタ３２を介してバッテリ１の負極に至る経路で電流が流れ、バッテリ１からインバータ５に直流電力が供給される。
【００４６】
昇圧動作では、ＩＧＢＴ３４，３５が交互にオンされる。ＩＧＢＴ３４がオンされるとともにＩＧＢＴ３３，３５，３６がオフされると、バッテリ１の正極からインダクタ３１、ＩＧＢＴ３４、コンデンサ４２、ダイオード４０、およびインダクタ３２を介してバッテリ１の負極に至る経路で電流が流れ、コンデンサ４２が充電される。ＩＧＢＴ３３，３４，３６がオフされるとともにＩＧＢＴ３５がオンされると、バッテリ１の正極からインダクタ３１、ダイオード３７、コンデンサ４１、ＩＧＢＴ３５、およびインダクタ３２を介してバッテリ１の負極に至る経路で電流が流れ、コンデンサ４１が充電される。このとき、インバータ５の電源ノード５ａ，５ｂ間には、バッテリ１の端子間電圧よりも高い電圧が印加される。
【００４７】
降圧動作では、ＩＧＢＴ３３，３６が交互にオンされる。ＩＧＢＴ３３がオンされるとともにＩＧＢＴ３４〜３６がオフされると、コンデンサ４１の正極（ノード５ａ）からＩＧＢＴ３３、インダクタ３１、バッテリ１、インダクタ３２、およびダイオード３９を介してコンデンサ４１の負極（ノードＮ４１）に至る経路で電流が流れ、バッテリ１が充電される。ＩＧＢＴ３６がオンされるとともにＩＧＢＴ３３〜３５がオフされると、コンデンサ４２の正極（ノードＮ４１）からダイオード３８、インダクタ３１、バッテリ１、インダクタ３２、およびＩＧＢＴ３６を介してコンデンサ４２の負極（ノード５ｂ）に至る経路で電流が流れ、バッテリ１が充電される。このとき、バッテリ１の端子間には、コンデンサ４１の正極およびコンデンサ４２の負極間の電圧よりも低い電圧が印加される。この変更例でも、実施の形態と同じ効果が得られる。
【００４８】
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。
【符号の説明】
【００４９】
Ｂ１〜Ｂ３  ブレーカ、Ｔ１〜Ｔ４  端子、Ｓ１〜Ｓ３  スイッチ、１  バッテリ、２  無停電電源装置、３  コンバータ、４，３０  チョッパ、５  インバータ、６〜８，１４  電圧センサ、９  バイパス停電検出回路、１０  交流入力停電検出回路、１１  トランス、１２  直流電源、１３  制御回路、１５  負荷、２０〜２３，３７〜４０  ダイオード、２４，２５，３１，３２  インダクタ、２６，２７，３３〜３６  ＩＧＢＴ、２８，２９，４１，４２  コンデンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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