(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された正側のコンデンサおよび負側のコンデンサと、
交流電源および交流出力のそれぞれ一端と前記正側のコンデンサと前記負側のコンデンサとの相互接続点とを接続した共通線と、
前記交流電源の他端にリアクトルを介して接続され、前記交流電源の電圧の正の半サイクルから正の直流電圧を得て前記正側のコンデンサを充電し、負の半サイクルから負の直流電圧を得て前記負側のコンデンサを充電するチョッパ回路と、
前記正側のコンデンサおよび負側のコンデンサに充電された正負の直流電圧を交流電圧に再変換するインバータ回路と、
前記共通線に接続されたバッテリーとバッテリー用スイッチング素子との直列回路と、
を有し、
前記交流電源の停電が検出されたときには、前記リアクトルへの接続を前記交流電源から前記直列回路に切換え、前記バッテリー用スイッチング素子と前記チョッパ回路内のスイッチング素子のオン・オフ動作により、前記正側のコンデンサと前記負側のコンデンサをそれぞれ個別に充電することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
前記バッテリー用スイッチング素子をオン状態として前記チョッパ回路内のスイッチング素子のオン・オフ動作にて前記正側のコンデンサを充電し、前記チョッパ回路内のスイッチング素子をオン状態として前記バッテリー用スイッチング素子のオン・オフ動作にて前記負側のコンデンサを充電することを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項３】
前記バッテリー用スイッチング素子に対して直列に逆流防止用ダイオードが接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の無停電電源装置。
【請求項４】
直列接続された正側のコンデンサおよび負側のコンデンサと、
交流電源および交流出力のそれぞれ一端と前記正側のコンデンサと前記負側のコンデンサとの相互接続点とを接続した共通線と、
前記交流電源の他端に第１のリアクトルを介して接続され、前記交流電源の電圧の正の半サイクルから正の直流電圧を得て前記正側のコンデンサを充電し、負の半サイクルから負の直流電圧を得て前記負側のコンデンサを充電するチョッパ回路と、
前記正側のコンデンサおよび負側のコンデンサに充電された正負の直流電圧を交流電圧に再変換するインバータ回路と、
前記正側のコンデンサの正側端子と前記共通線の間に接続された負側コンデンサ充電用のスイッチング素子と第２のリアクトルとの直列回路と、
前記負側コンデンサ充電用のスイッチング素子と前記第２のリアクトルの相互接続点と前記負側のコンデンサの負側端子との間に接続されたダイオードと、
前記共通線に接続されたバッテリーと、
を有し、
前記交流電源の停電が検出されたときには、前記第１のリアクトルへの接続を前記交流電源から前記バッテリーに切換え、前記負側コンデンサ充電用のスイッチング素子と前記チョッパ回路内のスイッチング素子のオン・オフ動作により、前記正側のコンデンサと前記負側のコンデンサをそれぞれ個別に充電することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項５】
前記チョッパ回路内のスイッチング素子のオン・オフ動作にて前記バッテリーのエネルギーにより前記正側のコンデンサを充電し、前記負側コンデンサ充電用のスイッチング素子のオン・オフ動作にて前記正側のコンデンサのエネルギーにより前記負側のコンデンサを充電することを特徴とする請求項４に記載の無停電電源装置。
【請求項６】
直列接続された正側のコンデンサおよび負側のコンデンサと、
交流電源および交流出力のそれぞれ一端と前記正側のコンデンサと前記負側のコンデンサとの相互接続点とを接続した共通線と、
前記交流電源の他端に第１のリアクトルを介して接続され、前記交流電源の電圧の正の半サイクルから正の直流電圧を得て前記正側のコンデンサを充電し、負の半サイクルから負の直流電圧を得て前記負側のコンデンサを充電するチョッパ回路と、
前記正側のコンデンサおよび負側のコンデンサに充電された正負の直流電圧を交流電圧に再変換するインバータ回路と、
前記共通線に接続されたバッテリーと、
前記共通線と前記負側のコンデンサの負側端子の間に接続された第２のリアクトルとダイオードの直列回路と、
前記第２のリアクトルと前記ダイオードの相互接続点と前記バッテリーの正側端子との間に接続された負側コンデンサ充電用のスイッチング素子と、
を有し、
前記交流電源の停電が検出されたときには、前記第１のリアクトルへの接続を前記交流電源から前記バッテリーに切換え、前記負側コンデンサ充電用のスイッチング素子と前記チョッパ回路内のスイッチング素子のオン・オフ動作により、前記正側のコンデンサと前記負側のコンデンサをそれぞれ個別に充電することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項７】
前記チョッパ回路内のスイッチング素子のオン・オフ動作にて前記バッテリーのエネルギーにより前記正側のコンデンサを充電し、前記負側コンデンサ充電用のスイッチング素子のオン・オフ動作にて前記正側のコンデンサのエネルギーにより前記負側のコンデンサを充電することを特徴とする請求項６に記載の無停電電源装置。
【請求項８】
前記チョッパ回路内のスイッチング素子を双方向スイッチとしたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の無停電電源装置。
【請求項９】
前記交流電源が正常な場合には、前記第２のリアクトルに蓄積されたエネルギーの放出により前記バッテリーを充電することを特徴とする請求項６に記載の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無停電電源装置に関し、特に、交流電圧を直流電圧に変換したあと再び交流電圧に変換するインバータ回路とバッテリーを含む交流用の無停電電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として、図７に、特開平２−１６８８６７号公報に開示された無停電電源装置を示している。この無停電電源装置は、切換スイッチ２と、コンデンサ１１、１２と、補助電源であるバッテリー２０と、停電検出回路２３と、チョッパ回路１０４と、インバータ回路１０５と、フィルタ回路１０６とを有し、交流電源１の接地側の線がコンデンサ１１と１２の直列接続点に接続されている。
【０００３】
チョッパ回路１０４は、ダイオード１０２と１０３に逆並列に接続されたスイッチング素子１００と１０１の直列回路を有し、この直列回路がコンデンサ１１と１２の直列回路に対して並列接続され、スイッチング素子１００と１０１の直列接続点がリアクトル３に接続されてチョッパ回路を構成している。
【０００４】
インバータ回路１０５は、ダイオード１５と１６に逆並列に接続されたスイッチング素子１３と１４の直列回路を有し、この直列回路がコンデンサ１１と１２の直列回路に対して並列接続されてインバータ回路を構成している。インバータ回路１０５の出力電圧はスイッチング素子１３と１４の接続点とコンデンサ１１と１２の接続点間に発生し、この出力電圧がリアクトル１７とコンデンサ１８とから構成されたフィルタ回路１０６を介して負荷１９に加えられる。
【０００５】
切換スイッチ２には交流電源１とバッテリー２０が接続されており、停電検出回路２３からの指令により交流電源１とバッテリー２０を切換えていずれか一方をリアクトル３に接続する。バッテリー２０の負側はスイッチング素子１０１、１４およびコンデンサ１２に対して接続されている。
【０００６】
上述のような回路構成による無停電電源装置では、交流電源１が正常状態であると、切換スイッチ２は交流電源１側に切換えられている。
【０００７】
交流電源１の正の半サイクルの期間では、スイッチング素子１０１をオンさせることで、交流電源１−リアクトル３−スイッチング素子１０１−コンデンサ１２−交流電源１の経路に通電が行われ、リアクトル３にエネルギーが蓄積される。つぎに、スイッチング素子１０１をオフすると、リアクトル３に蓄積されたエネルギーがリアクトル３−ダイオード１０２−コンデンサ１１−交流電源１−リアクトル３の経路に放出され、コンデンサ１１の充電が行われる。交流電源１の負の半サイクルでは、スイッチング素子１００をオン・オフ制御することにより、同様に、コンデンサ１２の充電が行われる。
【０００８】
このようにしてリアクトル３に流れる電流を制御することにより、コンデンサ１１および１２の電圧は交流電源１の電圧よりも高い値の直流電圧となる。このコンデンサ１１および１２の直流電圧は、インバータ回路１０５内のスイッチング素子１３、１４のオン・オフ動作により、交流電圧に逆変換され、フィルタ回路１０６により高調波成分が除去されて負荷１９に加えられる。
【０００９】
交流電源１が停電すると、停電検出回路２３の指令により、切換スイッチ２がバッテリー２０側に切換えられ、バッテリー２０とリアクトル３とが接続される。このとき、チョッパ回路１０４は昇圧回路として動作し、バッテリー２０の電圧から所定の直流電圧を得る。
【００１０】
この場合、リアクトル３へのエネルギー蓄積は、スイッチング素子１０１をオンさせて、バッテリー２０−リアクトル３−スイッチング素子１０１−バッテリー２０の経路に通電することにより行われ、つぎに、スイッチング素子１０１をオフすることで、リアクトル３に蓄積されたエネルギーが、リアクトル３−ダイオード１０２−コンデンサ１１−コンデンサ１２−バッテリー２０−リアクトル３の経路に放出され、コンデンサ１１と１２とがバッテリー２０の直流電圧よりも高い値の直流電圧に充電される。
【００１１】
以降は、交流電源１が正常の時と同様に、インバータ回路１０５により交流電圧に変換され、フィルタ回路１０６を通して負荷１９に正弦波交流電圧が加えられる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の無停電電源装置は上述したように構成されているので、交流電源１が停電してバッテリー２０から電力が供給されているとき、負荷１９が正負不平衡な負荷であれば、コンデンサ１１、１２が同一の充電電流で充電されているにも拘わらず、二つのコンデンサ電圧がアンバランス状態、つまり、一方のコンデンサ電圧が高くなり、もう一方のコンデンサ電圧が低くなってしまうことがある。この場合、インバータ回路１０５の出力電圧が正負非対称となったり、最悪の場合には、過電圧トリップするという問題点があった。
【００１３】
この発明は上述のような問題点を解消するためになされたもので、負荷の不平衡にも拘らず、正側および負側のコンデンサ電圧を所定の値に保つことができ、出力電圧の正負非対称や過電圧トリップの発生を防止し、安定した出力を供給できる無停電電源装置を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による無停電電源装置は、直列接続された正側のコンデンサおよび負側のコンデンサと、交流電源および交流出力のそれぞれ一端と前記正側のコンデンサと前記負側のコンデンサとの相互接続点とを接続した共通線と、前記交流電源の他端にリアクトルを介して接続され、前記交流電源の電圧の正の半サイクルから正の直流電圧を得て前記正側のコンデンサを充電し、負の半サイクルから負の直流電圧を得て前記負側のコンデンサを充電するチョッパ回路と、前記正側のコンデンサおよび負側のコンデンサに充電された正負の直流電圧を交流電圧に再変換するインバータ回路と、前記共通線に接続されたバッテリーとバッテリー用スイッチング素子との直列回路とを有し、前記交流電源の停電が検出されたときには、前記リアクトルへの接続を前記交流電源から前記直列回路に切換え、前記バッテリー用スイッチング素子と前記チョッパ回路内のスイッチング素子のオン・オフ動作により、前記正側のコンデンサと前記負側のコンデンサをそれぞれ個別に充電するものである。
【００１５】
つぎの発明による無停電電源装置は、前記バッテリー用スイッチング素子をオン状態として前記チョッパ回路内のスイッチング素子のオン・オフ動作にて正側のコンデンサを充電し、前記チョッパ回路内のスイッチング素子をオン状態として前記バッテリー用スイッチング素子のオン・オフ動作にて前記負側のコンデンサを充電するものである。
【００１６】
つぎの発明による無停電電源装置は、前記バッテリー用スイッチング素子に対して直列に逆流防止用ダイオードが接続されているものである。
【００１７】
つぎの発明による無停電電源装置は、直列接続された正側のコンデンサおよび負側のコンデンサと、交流電源および交流出力のそれぞれ一端と前記正側のコンデンサと前記負側のコンデンサとの相互接続点とを接続した共通線と、前記交流電源の他端に第１のリアクトルを介して接続され、前記交流電源の電圧の正の半サイクルから正の直流電圧を得て前記正側のコンデンサを充電し、負の半サイクルから負の直流電圧を得て前記負側のコンデンサを充電するチョッパ回路と、前記正側のコンデンサおよび負側のコンデンサに充電された正負の直流電圧を交流電圧に再変換するインバータ回路と、前記正側のコンデンサの正側端子と前記共通線の間に接続された負側コンデンサ充電用のスイッチング素子と第２のリアクトルとの直列回路と、前記負側コンデンサ充電用のスイッチング素子と前記第２のリアクトルの相互接続点と前記負側のコンデンサの負側端子との間に接続されたダイオードと、前記共通線に接続されたバッテリーとを有し、前記交流電源の停電が検出されたときには、前記第１のリアクトルへの接続を前記交流電源から前記バッテリーに切換え、前記負側コンデンサ充電用のスイッチング素子と前記チョッパ回路内のスイッチング素子のオン・オフ動作により、前記正側のコンデンサと前記負側のコンデンサをそれぞれ個別に充電するものである。
【００１８】
つぎの発明による無停電電源装置は、前記チョッパ回路内のスイッチング素子のオン・オフ動作にて前記バッテリーのエネルギーにより前記正側のコンデンサを充電し、前記負側コンデンサ充電用のスイッチング素子のオン・オフ動作にて前記正側のコンデンサのエネルギーにより前記負側のコンデンサを充電するものである。
【００１９】
つぎの発明による無停電電源装置は、直列接続された正側のコンデンサおよび負側のコンデンサと、交流電源および交流出力のそれぞれ一端と前記正側のコンデンサと前記負側のコンデンサとの相互接続点とを接続した共通線と、前記交流電源の他端に第１のリアクトルを介して接続され、前記交流電源の電圧の正の半サイクルから正の直流電圧を得て前記正側のコンデンサを充電し、負の半サイクルから負の直流電圧を得て前記負側のコンデンサを充電するチョッパ回路と、前記正側のコンデンサおよび負側のコンデンサに充電された正負の直流電圧を交流電圧に再変換するインバータ回路と、前記共通線に接続されたバッテリーと、前記共通線と前記負側のコンデンサの負側端子の間に接続された第２のリアクトルとダイオードの直列回路と、前記第２のリアクトルと前記ダイオードの相互接続点と前記バッテリーの正側端子との間に接続された負側コンデンサ充電用のスイッチング素子とを有し、前記交流電源の停電が検出されたときには、前記第１のリアクトルへの接続を前記交流電源から前記バッテリーに切換え、前記負側コンデンサ充電用のスイッチング素子と前記チョッパ回路内のスイッチング素子のオン・オフ動作により、前記正側のコンデンサと前記負側のコンデンサをそれぞれ個別に充電するものである。
【００２０】
つぎの発明による無停電電源装置は、前記チョッパ回路内のスイッチング素子のオン・オフ動作にて前記バッテリーのエネルギーにより前記正側のコンデンサを充電し、負側コンデンサ充電用のスイッチング素子のオン・オフ動作にて前記正側のコンデンサのエネルギーにより前記負側のコンデンサを充電するものである。
【００２１】
つぎの発明による無停電電源装置は、前記チョッパ回路内のスイッチング素子を双方向スイッチとしたものである。
【００２２】
つぎの発明による無停電電源装置は、前記交流電源が正常な場合には、前記第２のリアクトルに蓄積されたエネルギーの放出により前記バッテリーを充電するものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照して、この発明にかかる無停電電源装置の実施の形態について詳細に説明する。なお、この発明の実施の形態について図７の従来例と同一の構成部分は、従来例に付した符号と同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００２４】
実施の形態１．
図１は、この発明による無停電電源装置の実施の形態１を示している。この無停電電源装置は、切換スイッチ２と、ダイオード４、５と、直列接続された正側のコンデンサ１１および負側のコンデンサ１２と、補助電源であるバッテリー２０と、停電検出回路２３と、スイッチング素子１３、１４、ダイオード１５、１６によるインバータ回路１０５と、リアクトル１７とコンデンサ１８とから構成されたフィルタ回路１０６と、ダイオード６〜９とスイッチング素子１０による双方向スイッチ１０７を有し、双方向スイッチ１０７がチョッパ回路として作用する。
【００２５】
ダイオード４と５とは直列接続され、この直列回路がコンデンサ１１と１２の直列回路に対して並列接続され、ダイオード４と５との直列接続点がリアクトル３に接続されている。直列接続された正側のコンデンサ１１と負側のコンデンサ１２は、正側の直流母線５１と負側の直流母線５２との間に接続され、直列接続点を交流電源１の片方の端子に接続された共通線５０に接続されている。
【００２６】
交流電源１の片方の端子に接続された共通線５０には、バッテリー２０の負側端子と、コンデンサ１１と１２の接続点と、双方向スイッチ１０７の片方の端子であるダイオード８と９の接続点と、フィルタ１０６を構成しているコンデンサ１８の片方の端子が接続されている。換言ずれば、共通線５０は交流電源１および交流出力のそれぞれ一端と正側のコンデンサ１１と負側のコンデンサ１２との相互接続点とを接続している。双方向スイッチ１０７のもう片方の端子であるダイオード６と７の接続点は、リアクトル３および直列接続されたダイオード４と５の接続点につながれている。
【００２７】
また、バッテリー２０の正側端子は、バッテリー用スイッチング素子２１のコレクタ側に接続され、また、バッテリー用スイッチング素子２１のエミッタ側は共通線５０に接続され、バッテリー用スイッチング素子２１と切換スイッチ２との接続点にはダイオード２２が接続され、ダイオード２２のアノード端子は負側の直流母線５２に接続されている。
【００２８】
切換スイッチ２には、交流電源１のもう一方の端子と、バッテリー用スイッチング素子２１を介したバッテリー２０が接続されており、切換スイッチ２は、停電検出回路２３からの指令により、交流電源１と、バッテリー用スイッチング素子２１を介したバッテリー２０とを切換えていずれか一方をリアクトル３に接続する。
【００２９】
双方向スイッチ１０７は、交流電源の他端にリアクトル３を介して接続され、内部のスイッチ素子１０のオン・オフにより、交流電源１の電圧の正の半サイクルから正の直流電圧を得て正側のコンデンサ１１を充電し、負の半サイクルから負の直流電圧を得て負側のコンデンサ１２を充電する。インバータ回路１０５は、正側のコンデンサ１１および負側のコンデンサ１２に充電された正負の直流電圧を交流電圧に再変換する。
【００３０】
つぎに、上述の構成による実施の形態１の動作について説明する。交流電源１が正常状態の時には、切換スイッチ２は交流電源１側に切換えられており、交流電源１とリアクトル３とが接続される。
【００３１】
交流電源１の正の半サイクル期間では、双方向スイッチ１０７内のスイッチング素子１０をオンさせることにより、交流電源１−リアクトル３−ダイオード７−スイッチング素子１０−ダイオード９−交流電源１の経路に通電され、リアクトル３にエネルギーが蓄積される。つぎに、スイッチング素子１０をオフすることで、リアクトル３に蓄積されたエネルギーがリアクトル３−ダイオード４−コンデンサ１１−交流電源１−リアクトル３の経路に放出され、正側のコンデンサ１１が充電される。
【００３２】
また、交流電源１の負の半サイクル期間では、交流電源１−ダイオード８−スイッチング素子１０−ダイオード６−リアクトル３−交流電源１の経路に通電され、リアクトル３にエネルギーが蓄積される。つぎに、スイッチング素子１０をオフすることで、リアクトル３に蓄積されたエネルギーがリアクトル３−交流電源１−コンデンサ１２−ダイオード５−リアクトル３の経路に放出され、負側のコンデンサ１２が充電される。
【００３３】
交流電源１が停電すると、停電検出回路２３の指令により、切換スイッチ２がバッテリー用スイッチング素子２１を介したバッテリー２０側に切換えられ、バッテリー用スイッチング素子２１とリアクトル３が接続される。この時、双方向スイッチ１０７内のスイッチング素子１０とバッテリー用スイッチング素子２１２１のオン・オフ動作により、正側のコンデンサ１１と負側のコンデンサ１２をそれぞれ個別に充電することができる。
【００３４】
まず、正側のコンデンサ１１の充電動作について説明する。バッテリー用スイッチング素子２１はオン状態としておき、双方向スイッチ１０７内のスイッチング素子１０をオンさせると、バッテリー２０−バッテリー用スイッチング素子２１−リアクトル３−ダイオード７−スイッチング素子１０−ダイオード９−バッテリー２０の経路に通電され、リアクトル３にエネルギーが蓄積される。つぎに、バッテリー用スイッチング素子２１はオン状態のまま、スイッチング素子１０がオフされることで、リアクトル３に蓄積されたエネルギーがリアクトル３−ダイオード４−コンデンサ１１−バッテリー２０−バッテリー用スイッチング素子２１−リアクトル３の経路に放出され、コンデンサ１１が充電される。
【００３５】
つぎに、負側のコンデンサ１２の充電について説明する。双方向スイッチ１０７内のスイッチング素子１０はオン状態としておき、バッテリー用スイッチング素子２１をオンさせると、上記と同じの経路で、リアクトル３にエネルギーが蓄積される。つぎに、スイッチング素子１０はオン状態のまま、バッテリー用スイッチング素子２１がオフされることで、リアクトル３に蓄積されたエネルギーがリアクトル３−ダイオード７−スイッチング素子１０−ダイオード９−コンデンサ１２−ダイオード２２−リアクトル３の経路に放出され、コンデンサ１２が充電される。
【００３６】
上述の動作により、コンデンサ１１および１２をバッテリー２０の電圧よりも高い電圧に充電することができる。コンデンサ１１および１２に充電された電圧は、従来例で示した図７の回路の場合と同様に、インバータ回路１０５のスイッチング素子１３および１４のオン・オフ動作により交流電圧に変換され、フィルタ回路１０６により高調波が除去されて負荷１９に正弦波交流電圧として加えられる。
【００３７】
バッテリー２０での動作時においては、上述のように、双方向スイッチ１０７内のスイッチング素子１０とバッテリー用スイッチング素子２１を交互にオン・オフして正側のコンデンサ１１と負側のコンデンサ１２をそれぞれ個別に充電することができ、負荷１９が正負不平衡の場合でも、正側のコンデンサ１１および負側のコンデンサ１２の電圧がそれぞれ所望の値になるように制御でき、不平衡負荷においても出力電圧の不平衡や過電圧トリップを生じることがない。
【００３８】
また、チョッパ部を双方向スイッチ１０７により構成することにより、スイッチング素子の数を減らすことができ、小型、安価に構成できる。
【００３９】
実施の形態２．
図２は、この発明による無停電電源装置の実施の形態１を示している。この実施の形態では、図１に示す実施の形態１において、切換スイッチ２の代わりにオン・オフスイッチ２４が使用され、バッテリー用スイッチング素子２１とバッテリー２０との間に、バッテリー用スイッチング素子２１に対して直列に逆流防止用ダイオード２５が設けられ、バッテリー用スイッチング素子２１とダイオード２２の接続点をリアクトル３とスイッチ２４との接続点に接続したものである。なお、図２において、図１と同一の符号を付したものは同一の動作を行うものであり、それの説明は省略する。
【００４０】
図２に示した回路では、交流電源１が正常状態の時、オン・オフスイッチ２４がオンし、バッテリー用スイッチング素子２１をオフにしておく。この状態では、バッテリー２０はスリープ状態になる。交流電源１が停電すると、停電検出回路２３の指令により、オン・オフスイッチ２４がオフし、交流電源１を切り離す。これ以外のコンデンサ１１および１２の充電動作は実施の形態１と同一である。
【００４１】
この実施の形態２においては、バッテリー用スイッチング素子２１と直列に逆流防止用ダイオード２５が設けられていることにより、図１に示した実施の形態１の切換スイッチ２の代わりに、オン・オフスイッチ２４が用いられても、正側のコンデンサ１１と負側のコンデンサ１２を交互に充電でき、スイッチ部分を安価に構成することができる。
【００４２】
実施の形態３．
図３は、この発明による無停電電源装置の実施の形態３を示している。この実施の形態は、図１に示す実施の形態１における双方向スイッチ１０７の代わりに、スイッチング素子２６、２７およびダイオード２８、２９で構成されたチョッパ回路１０８が用いられている。なお、図３においても、図１と同一の符号を付したものは同一の動作を行うものであり、それの説明は省略する。
【００４３】
つぎに、実施の形態３の動作について説明する。交流電源１が正常状態の時には、切換スイッチ２は交流電源１側に切換えられており、交流電源１とリアクトル３とが接続される。
【００４４】
交流電源１の正の半サイクル期間では、チョッパ回路１０８内のスイッチング素子２６をオンさせることにより、交流電源１−リアクトル３−ダイオード４−スイッチング素子２６−交流電源１の経路に通電され、リアクトル３にエネルギーが蓄積される。つぎに、チョッパ回路１０８内のスイッチング素子２６をオフすると、リアクトル３に蓄積されたエネルギーがリアクトル３−ダイオード４−ダイオード２８−コンデンサ１１−交流電源１−リアクトル３の経路に放出され、正側のコンデンサ１１が充電される。このとき、チョッパ回路１０８内のスイッチング素子２７はオフ状態を保持しておく。
【００４５】
交流電源１の負の半サイクル期間では、交流電源１−スイッチング素子２７−ダイオード５−リアクトル３−交流電源１の経路に通電してリアクトル３にエネルギーを蓄積する。つぎに、チョッパ回路１０８内のスイッチング素子２７をオフして、リアクトル３に蓄積されたエネルギーをリアクトル３−交流電源１−コンデンサ１２−ダイオード２９−ダイオード５−リアクトル３の経路に放出してコンデンサ１２を充電する。このとき、チョッパ回路１０８内のスイッチング素子２６はオフ状態を保持しておく。
【００４６】
交流電源１が停電すると、停電検出回路２３の指令により、切換スイッチ２がバッテリー用スイッチング素子２１を介したバッテリー２０側に切換えられ、バッテリー用スイッチング素子２１とリアクトル３が接続される。この時、チョッパ回路１０８内のスイッチング素子２６とバッテリー用スイッチング素子２１のオン・オフ動作により、正側のコンデンサ１１と負側のコンデンサ１２とを個別に充電することができる。なお、チョッパ回路１０８内のスイッチング素子２７はオフ状態を保持しておく。
【００４７】
まず、正側のコンデンサ１１の充電動作について説明する。バッテリー用スイッチング素子２１をオン状態としておき、チョッパ回路１０８内のスイッチング素子２６をオンさせると、バッテリー２０−バッテリー用スイッチング素子２１−リアクトル３−ダイオード４−スイッチング素子２６−バッテリー２０の経路に通電してリアクトル３にエネルギーが蓄積される。つぎに、バッテリー用スイッチング素子２１はオン状態のまま、スイッチング素子２６がオフされると、リアクトル３に蓄積されたエネルギーがリアクトル３−ダイオード４−ダイオード２８−コンデンサ１１−バッテリー２０−バッテリー用スイッチング素子２１−リアクトル３の経路に放出され、コンデンサ１１が充電される。
【００４８】
つぎに、負側のコンデンサ１２の充電について説明する。チョッパ回路１０８内のスイッチング素子２６はオン状態としておき、バッテリー用スイッチング素子２１がオンされると、上記と同様の経路で、リアクトル３にエネルギーが蓄積される。つぎに、スイッチング素子２６はオン状態のまま、バッテリー用スイッチング素子２１がオフされると、リアクトル３に蓄積されたエネルギーがリアクトル３−ダイオード４−スイッチング素子２６−コンデンサ１２−ダイオード２２−リアクトル３の経路に放出され、コンデンサ１２が充電される。
【００４９】
上述の動作により、コンデンサ１１および１２をバッテリー２０の電圧よりも高い電圧に充電することができる。コンデンサ１１および１２に充電された電圧は、従来例で示した図７の回路の場合と同様に、インバータ回路１０５のスイッチング素子１３および１４のオン・オフ動作により交流電圧に変換され、フィルタ回路１０６により高調波が除去されて負荷１９に正弦波交流電圧として加えられる。
【００５０】
バッテリー２０での動作時においては、上述のように、チョッパ回路１０８内のスイッチング素子２６とバッテリー用スイッチング素子２１を交互にオン・オフして正側のコンデンサ１１と負側のコンデンサ１２をそれぞれ個別に充電することができ、負荷１９が正負不平衡の場合でも、正側のコンデンサ１１および負側のコンデンサ１２の電圧がそれぞれ所望の値になるように制御でき、不平衡負荷においても出力電圧の不平衡や過電圧トリップを生じることがない。
【００５１】
実施の形態４．
図４は、この発明による無停電電源装置の実施の形態４を示している。この実施の形態では、図３に示す実施の形態３において、切換スイッチ２の代わりにオン・オフスイッチ２４が使用され、バッテリー用スイッチング素子２１とバッテリー２０との間に、バッテリー用スイッチング素子２１に対して直列に逆流防止用ダイオード２５が設けられ、バッテリー用スイッチング素子２１とダイオード２２の接続点をリアクトル３とスイッチ２４との接続点に接続したものである。なお、図４において、図３と同一の符号を付したものは同一の動作を行うものであり、それの説明は省略する。
【００５２】
図４に示した回路では、交流電源１が正常状態の時、オン・オフスイッチ２４がオンし、バッテリー用スイッチング素子２１をオフにしておく。この状態では、バッテリー２０はスリープ状態になる。交流電源１が停電すると、停電検出回路２３の指令により、オン・オフスイッチ２４がオフし、交流電源１を切り離す。これ以外のコンデンサ１１および１２の充電動作は実施の形態１と同一である。
【００５３】
この実施の形態４においては、バッテリー用スイッチング素子２１と直列に逆流防止用ダイオード２５が設けられていることにより、図３に示した実施の形態１の切換スイッチ２の代わりに、オン・オフスイッチ２４か用いられても、正側のコンデンサ１１と負側のコンデンサ１２を交互に充電でき、スイッチ部分を安価に構成することができる。
【００５４】
実施の形態５．
図５は、この発明による無停電電源装置の実施の形態５を示している。実施の形態５では、図１に示す実施の形態１におけるバッテリー用スイッチング素子２１およびダイオード２２を取り除き、代わりに、負側コンデンサ充電用のスイッチング素子３０とリアクトル（第２のリアクトル）３１の直列回路が正側の直流母線５１、換言すれば、正側のコンデンサ１１の正側端子と共通線５０に対して接続され、スイッチング素子３０とリアクトル３１の相互接続点と負側の直流母線５２、換言すれば、負側のコンデンサ１２の負側端子との間にダイオード３２が設けられている。バッテリー２０は共通線５０に接続されている。なお、図５において、図１と同一の符号を付したものは同一の動作を行うものであり、それの説明を省略する。
【００５５】
つぎに、実施の形態５の動作について説明する。交流電源１が正常状態の時、切換スイッチ２は交流電源１側に切換えられており、図１に示した実施の形態１と同様の動作により、コンデンサ１１と１２とが個別に充電される。
【００５６】
交流電源１が停電すると、停電検出回路２３の指令により、切換スイッチ２がバッテリー２０側に切換えられ、バッテリー２０とリアクトル（第１のリアクトル）３とが接続される。この実施の形態では、双方向スイッチ１０７のスイッチング素子１０のオン・オフ動作により、正側のコンデンサ１１をバッテリー２０のエネルギーによって充電し、さらにスイッチング素子３０のオン・オフ動作により、コンデンサ１１のエネルギーによって負側のコンデンサ１２を充電することができる。
【００５７】
正側のコンデンサ１１の充電動作については、図１に示した実施の形態１とほぼ同様であり、双方向スイッチ１０７のスイッチング素子１０をオンさせると、バッテリー２０−リアクトル３−ダイオード７−スイッチング素子１０−ダイオード９−バッテリー２０の経路に通電され、リアクトル３にエネルギーが蓄積される。つぎに、スイッチング素子１０をオフすることで、リアクトル３に蓄積されたエネルギーがリアクトル３−ダイオード４−コンデンサ１１−バッテリー２０−リアクトル３の経路に放出され、コンデンサ１１が充電される。
【００５８】
つぎに、負側のコンデンサ１２の充電について説明する。負側コンデンサ充電用のスイッチング素子３０をオンさせると、コンデンサ１１−スイッチング素子３０−リアクトル３１−コンデンサ１１の経路に通電してリアクトル３１にエネルギーを蓄積し、つぎに、スイッチング素子３０をオフして、リアクトル３１に蓄積されたエネルギーをリアクトル３１−コンデンサ１２−ダイオード３２の経路に放出してコンデンサ１２を充電する。
【００５９】
上述の動作により、コンデンサ１１および１２をバッテリー２０の電圧よりも高い電圧に充電することができる。コンデンサ１１および１２に充電された電圧は、従来例で示した図７の回路の場合と同様に、インバータ回路１０５のスイッチング素子１３および１４のオン・オフ動作により交流電圧に変換され、フィルタ回路１０６により高調波が除去されて負荷１９に正弦波交流電圧として加えられる。
【００６０】
バッテリー２０での動作時においては、上述のように、双方向スイッチ１０７内のスイッチング素子１０と負側コンデンサ充電用のスイッチング素子３０をオン・オフして正側のコンデンサ１１と負側のコンデンサ１２をそれぞれ個別に充電することができ、負荷１９が正負不平衡の場合でも、正側のコンデンサ１１および負側のコンデンサ１２の電圧がそれぞれ所望の値になるように制御でき、不平衡負荷においても出力電圧の不平衡や過電圧トリップを生じることがない。
【００６１】
また、実施の形態５においては、バッテリー２０よりも電圧が高い正側のコンデンサ１１の電圧から負側のコンデンサ１２を充電するため、負側コンデンサ充電用のスイッチング素子３０は、図１に示した実施の形態１のバッテリー用スイッチング素子２１より電流容量の小さなスイッチング素子を使用でき、スイッチング素子が安価に構成できる。
【００６２】
実施の形態６．
図６は、この発明による無停電電源装置の実施の形態６を示している。実施の形態６では、図１に示した実施の形態１におけるバッテリー用スイッチング素子２１およびダイオード２２を取り除き、代わりに、負側コンデンサ充電用のスイッチング素子４０、スイッチング素子４１と、これらスイッチング素子４０、４１のそれぞれに逆並列接続されたダイオード４２、４３およびリアクトル（第２のリアクトル）４４が設けられている。
【００６３】
ダイオード４３を逆並列接続されたスイッチング素子４１とリアクトル４４は直列接続されて共通線５０と負側の直流母線５２（負側のコンデンサ１２の負側端子）との間に接続されている。また、ダイオード４２を逆並列接続された負側コンデンサ充電用のスイッチング素子４０は、リアクトル４４とスイッチング素子４１、ダイオード４３との相互接続点とバッテリー２０の正側端子と間に接続されている。
【００６４】
なお、このような無停電電源装置において、リアクトル４４およびスイッチング素子４１、ダイオード４２は、バッテリー２０を充電するために通常設けられており、それを併用することによって実現できる。なお、図６において、図１と同一の符号を付したものは同一の動作を行うものであり、それの説明を省略する。
【００６５】
つぎに、実施の形態６の動作について説明する。交流電源１が正常状態の時、切換スイッチ２は交流電源１側に切換えられており、図１に示した実施の形態１と同様の動作により、コンデンサ１１と１２が個別に充電される。交流電源１が停電すると、停電検出回路２３の指令により、切換スイッチ２がバッテリー２０側に切換えられ、バッテリー２０とリアクトル（第１のリアクトル）３とが接続される。
【００６６】
実施の形態６では、双方向スイッチ１０７内のスイッチング素子１０のオン・オフ動作により、正側のコンデンサ１１を充電し、さらに負側コンデンサ充電用のスイッチング素子４０のオン・オフ動作により、コンデンサ１２を充電することができる。このとき、バッテリー２０を充電するために設けられているスイッチング素子４１はオフ状態とする。
【００６７】
正側のコンデンサ１１の充電動作は、図１に示した実施の形態１とほぼ同様であり、双方向スイッチ１０７内のスイッチング素子１０をオンさせると、バッテリー２０−リアクトル３−ダイオード７−スイッチング素子１０−ダイオード９−バッテリー２０の経路に通電され、リアクトル３にエネルギーが蓄積される。つぎに、スイッチング素子１０をオフさせると、リアクトル３に蓄積されたエネルギーがリアクトル３−ダイオード４−コンデンサ１１−バッテリー２０−リアクトル３の経路に放出され、コンデンサ１１が充電される。
【００６８】
つぎに、負側のコンデンサ１２の充電について説明する。負側コンデンサ充電用のスイッチング素子４０をオンさせると、バッテリー２０−スイッチング素子４０−リアクトル４４−バッテリー２０の経路に通電され、リアクトル４４にエネルギーが蓄積される。つぎに、負側コンデンサ充電用のスイッチング素子４０をオフすることで、リアクトル４４に蓄積されたエネルギーがリアクトル４４−コンデンサ１２−ダイオード４３の経路に放出され、コンデンサ１２が充電される。
【００６９】
上述の動作により、コンデンサ１１および１２をバッテリー２０の電圧よりも高い電圧に充電することができる。コンデンサ１１および１２に充電された電圧は、従来例で示した図７の回路の場合と同様に、インバータ回路１０５のスイッチング素子１３および１４のオン・オフ動作により交流電圧に変換され、フィルタ回路１０６により高調波が除去されて負荷１９に正弦波交流電圧として加えられる。
【００７０】
バッテリー２０での動作時においては、上述のように、双方向スイッチ１０７内のスイッチング素子１０と負側コンデンサ充電用のスイッチング素子４０をオン・オフして正側のコンデンサ１１と負側のコンデンサ１２をそれぞれ個別に充電することができ、負荷１９が正負不平衡の場合でも、正側のコンデンサ１１および負側のコンデンサ１２の電圧がそれぞれ所望の値になるように制御でき、不平衡負荷においても出力電圧の不平衡や過電圧トリップを生じることがない。
【００７１】
また、実施の形態６においては、従来、バッテリー２０を充電するために設けられているリアクトル４４を負側のコンデンサ１２の充電用として併用でき、小型、安価に構成できる。
【００７２】
なお、いずれの実施の形態においても、フィルタ回路１０６はリアクトル１７とコンデンサ１８からなるＬ型フィルタ回路の例で示したが、フィルタ回路１０６は、これに限定するものではない。
【００７３】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による無停電電源装置によれば、交流電源の停電が検出された時には、リアクトルへの接続を交流電源からバッテリーとバッテリー用スイッチング素子との直列回路に切換え、バッテリー用スイッチング素子とチョッパ回路内のスイッチング素子のオン・オフ動作により、正側のコンデンサと負側のコンデンサをそれぞれ個別に充電するから、交流出力に接続されている負荷が正負不平衡の場合でも正側および負側のコンデンサの電圧がそれぞれ所望の値になるように制御でき、不平衡負荷においても、出力電圧の不平衡や過電圧トリップのない無停電電源装置が得られるという効果がある。
【００７４】
つぎの発明による無停電電源装置によれば、バッテリー用スイッチング素子をオン状態としてチョッパ回路内のスイッチング素子のオン・オフ動作にて正側のコンデンサを充電し、チョッパ回路内のスイッチング素子をオン状態としてバッテリー用スイッチング素子のオン・オフ動作にて負側のコンデンサを充電するから、正側のコンデンサと負側のコンデンサをそれぞれ個別に充電でき、交流出力に接続されている負荷が正負不平衡の場合でも正側および負側のコンデンサの電圧がそれぞれ所望の値になるように制御でき、不平衡負荷においても、出力電圧の不平衡や過電圧トリップのない無停電電源装置が得られるという効果がある。
【００７５】
つぎの発明による無停電電源装置によれば、バッテリー用スイッチング素子に対して直列に逆流防止用ダイオードが接続されているから、交流電源とバッテリーとバッテリー用スイッチング素子との直列回路に切換えを簡単なオン・オフスイッチで構成することができ、スイッチ部分を安価に構成することができる。
【００７６】
つぎの発明による無停電電源装置によれば、交流電源の停電が検出された時には、第１のリアクトルへの接続を前記交流電源からバッテリーに切換え、負側コンデンサ充電用のスイッチング素子とチョッパ回路内のスイッチング素子のオン・オフ動作により、正側のコンデンサと前記負側のコンデンサをそれぞれ個別に充電するから、交流出力に接続されている負荷が正負不平衡の場合でも正側および負側のコンデンサの電圧がそれぞれ所望の値になるように制御でき、不平衡負荷においても、出力電圧の不平衡や過電圧トリップのない無停電電源装置が得られるという効果がある。
【００７７】
つぎの発明による無停電電源装置によれば、チョッパ回路内のスイッチング素子のオン・オフ動作にてバッテリーのエネルギーにより正側のコンデンサを充電し、負側コンデンサ充電用のスイッチング素子のオン・オフ動作にて正側のコンデンサのエネルギーにより負側のコンデンサを充電するから、正側のコンデンサと負側のコンデンサをそれぞれ個別に充電でき、交流出力に接続されている負荷が正負不平衡の場合でも正側および負側のコンデンサの電圧がそれぞれ所望の値になるように制御でき、不平衡負荷においても、出力電圧の不平衡や過電圧トリップのない無停電電源装置が得られ、しかも、バッテリーよりも電圧が高い正側のコンデンサの電圧から負側のコンデンサを充電するため、負側コンデンサ充電用のスイッチング素子として電流容量の小さなスイッチング素子が使用でき、スイッチング素子が安価に構成できる効果がある。
【００７８】
つぎの発明による無停電電源装置によれば、交流電源の停電が検出された時には、第１のリアクトルへの接続を交流電源からバッテリーに切換え、負側コンデンサ充電用のスイッチング素子とチョッパ回路内のスイッチング素子のオン・オフ動作により正側のコンデンサと負側のコンデンサを充電するから、正側のコンデンサと負側のコンデンサをそれぞれ個別に充電でき、交流出力に接続されている負荷が正負不平衡の場合でも正側および負側のコンデンサの電圧がそれぞれ所望の値になるように制御でき、不平衡負荷においても、出力電圧の不平衡や過電圧トリップのない無停電電源装置が得られるという効果がある。
【００７９】
つぎの発明による無停電電源装置は、チョッパ回路内のスイッチング素子のオン・オフ動作にて前記バッテリーのエネルギーにより正側のコンデンサを充電し、負側コンデンサ充電用のスイッチング素子のオン・オフ動作にて正側のコンデンサのエネルギーにより前記負側のコンデンサを充電するから、正側のコンデンサと負側のコンデンサをそれぞれ個別に充電でき、交流出力に接続されている負荷が正負不平衡の場合でも正側および負側のコンデンサの電圧がそれぞれ所望の値になるように制御でき、不平衡負荷においても、出力電圧の不平衡や過電圧トリップのない無停電電源装置が得られ、しかも、バッテリーよりも電圧が高い正側のコンデンサの電圧から負側のコンデンサを充電するため、負側コンデンサ充電用のスイッチング素子として電流容量の小さなスイッチング素子が使用でき、スイッチング素子が安価に構成できる効果がある。
【００８０】
つぎの発明による無停電電源装置によれば、チョッパ回路内のスイッチング素子を双方向スイッチとしたから、スイッチング素子の数を減らすことができ、小型、安価に構成できるという効果がある。
【００８１】
つぎの発明による無停電電源装置は、交流電源が正常な場合には、第２のリアクトルに蓄積されたエネルギーの放出によりバッテリーを充電するから、第２のリアクトルをバッテリー充電用と負側のコンデンサの充電用と併用でき、装置を小型、安価に構成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による無停電電源装置の実施の形態１を示す回路図である。
【図２】この発明による無停電電源装置の実施の形態２を示す回路図である。
【図３】この発明による無停電電源装置の実施の形態３を示す回路図である。
【図４】この発明による無停電電源装置の実施の形態４を示す回路図である。
【図５】この発明による無停電電源装置の実施の形態５を示す回路図である。
【図６】この発明による無停電電源装置の実施の形態６を示す回路図である。
【図７】従来における無停電電源装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１  交流電源、２  切換スイッチ、３  リアクトル（第１のリアクトル）、４〜９  ダイオード、１０  バッテリー用スイッチング素子、１１  正側のコンデンサ、１２  負側のコンデンサ、１３、１４  スイッチング素子、１５、１６  ダイオード、１７  リアクトル、１８  コンデンサ、１９  負荷、２０  バッテリー、２１  スイッチング素子、２２  ダイオード、２３  停電検出回路、２４オン・オフスイッチ、２５  逆流防止用ダイオード、２６、２７  スイッチング素子、２８、２９  ダイオード、３０  負側コンデンサ充電用のスイッチング素子、３１  リアクトル（第２のリアクトル）、３２  ダイオード、４０  負側コンデンサ充電用のスイッチング素子、４１  スイッチング素子、４２、４３  ダイオード、４４  リアクトル（第２のリアクトル）、５０  共通線、５１  正側の直流母線、５２  負側の直流母線、１００、１０１  スイッチング素子、１０２、１０３  ダイオード、１０４  チョッパ回路、１０５  インバータ回路、１０６  フィルタ回路、１０７  双方向スイッチ、１０８  チョッパ回路。
【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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