(57)【要約】  この無停電電源装置では、直流電圧生成用の第１のコンバータ（２）と電力回生用の第２のコンバータ（５）とを別々に設け、直流母線（Ｌ１〜Ｌ３）と第２のコンバータ（５）および双方向チョッパ（６）との間をブスバー（Ｂ１〜Ｂ３）によって接続する。ブスバー（Ｂ１〜Ｂ３）をラミネートブスバー（２４）で構成し、第２のコンバータ（５）に含まれる第１の半導体モジュール（Ｍ１ｄ，Ｍ２ｄ）と双方向チョッパ（６）に含まれる第２の半導体モジュール（Ｍ１ａ〜Ｍ１ｃ，Ｍ２ａ〜Ｍ２ｃ）との各々をラミネートブスバー（２４）に搭載してブスバー（Ｂ１〜Ｂ３）に接続する。ブスバー（Ｂ１〜Ｂ３）と第１および第２の半導体モジュール（Ｍ１ａ〜Ｍ１ｄ，Ｍ２ａ〜Ｍ２ｄ）とを一体のコンバータユニット（７）として構成する。
2017056209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する第１のコンバータと、
直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、
前記第１のコンバータと前記インバータとの間に接続され、直流電圧を伝達するための直流母線と、
前記直流母線に接続され、直流電圧を伝達するためのブスバーと、
前記ブスバーに接続され、前記直流母線の直流電圧が上限値を超えた場合に、前記ブスバーから受けた直流電圧を交流電圧に変換して前記交流電源に戻す第２のコンバータと、
前記ブスバーに接続され、前記交流電源から交流電圧が供給されている通常時は、前記ブスバーから受けた直流電圧を電力貯蔵装置に供給し、前記交流電源からの交流電圧の供給が停止された停電時は、前記電力貯蔵装置の直流電圧を前記ブスバーを介して前記インバータに供給する双方向チョッパと、
前記ブスバーを含む回路基板とを備え、
前記第２のコンバータは第１の半導体装置を含み、
前記双方向チョッパは第２の半導体装置およびリアクトルを含み、
前記第１および第２の半導体装置の各々は前記回路基板に搭載されて前記ブスバーに接続されている、無停電電源装置。
【請求項２】
さらに、前記回路基板に搭載され、前記第１の半導体装置に接続されるとともに前記交流電源に接続される第１の電極と、
前記回路基板に搭載され、前記第２の半導体装置に接続されるとともに前記リアクトルを介して前記電力貯蔵装置に接続される第２の電極とを備える、請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項３】
さらに、前記回路基板に搭載され、前記ブスバーに接続された平滑コンデンサを備える、請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項４】
前記回路基板はラミネートブスバーを含み、
前記ラミネートブスバーは互いに絶縁された複数の導体層を含み、
前記複数の導体層は前記ブスバーを構成している、請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項５】
交流電源から供給される交流電圧を第１〜第３の直流電圧に変換する第１のコンバータと、
第１〜第３の直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、
前記第１のコンバータと前記インバータとの間に接続され、それぞれ第１〜第３の直流電圧を伝達するための第１〜第３の直流母線とを備え、
前記第１の直流電圧は前記第２の直流電圧よりも高く、前記第３の直流電圧は前記第１および第２の直流電圧の中間電圧であり、
さらに、それぞれ前記第１〜第３の直流母線に接続され、それぞれ第１〜第３の直流電圧を伝達するための第１〜第３のブスバーと、
前記第１および第２のブスバーに接続され、前記第１および第２の直流母線間の直流電圧が上限値を超えた場合に、前記第１および第２のブスバー間の直流電圧を交流電圧に変換して前記交流電源に戻す第２のコンバータと、
前記第１〜第３のブスバーに接続され、前記交流電源から交流電圧が供給されている通常時は、前記第１〜第３のブスバーから受けた第１〜第３の直流電圧を第４の直流電圧に変換して電力貯蔵装置に供給し、前記交流電源からの交流電圧の供給が停止された停電時は、前記電力貯蔵装置の第４の直流電圧を第１〜第３の直流電圧に変換し、前記第１〜第３のブスバーを介して前記インバータに供給する双方向チョッパと、
前記第１〜第３のブスバーを含む回路基板とを備え、
前記第２のコンバータは第１の半導体装置を含み、
前記双方向チョッパは第２の半導体装置およびリアクトルを含み、
前記第１の半導体装置は前記回路基板に搭載されて前記第１および第２のブスバーに接続され、
前記第２の半導体装置は前記回路基板に搭載されて前記第１〜第３のブスバーに接続されている、無停電電源装置。
【請求項６】
さらに、前記回路基板に搭載され、前記第１の半導体装置に接続されるとともに前記交流電源に接続される第１および第２の電極と、
前記回路基板に搭載され、前記第２の半導体装置に接続されるとともに前記リアクトルを介して前記電力貯蔵装置に接続される第３および第４の電極とを備える、請求項５に記載の無停電電源装置。
【請求項７】
さらに、前記回路基板に搭載され、前記第１および第３のブスバー間に接続された第１の平滑コンデンサと、
前記回路基板に搭載され、前記第３および第２のブスバー間に接続された第２の平滑コンデンサとを備える、請求項５に記載の無停電電源装置。
【請求項８】
前記回路基板はラミネートブスバーを含み、
前記ラミネートブスバーは互いに絶縁された第１〜第３の導体層を含み、
前記第１〜第３の導体層はそれぞれ前記第１〜第３のブスバーを構成している、請求項５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、停電時に電力貯蔵装置の直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給する無停電電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、無停電電源装置は、コンバータ、インバータ、および双方向チョッパを備える。交流電源から交流電圧が供給されている通常時は、交流電源からの交流電圧がコンバータによって直流電圧に変換され、その直流電圧が双方向チョッパによって電力貯蔵装置に供給されるとともに、インバータによって交流電圧に変換されて負荷に供給される。交流電源からの交流電圧の供給が停止された停電時は、電力貯蔵装置の直流電圧が双方向チョッパを介してインバータに供給され、交流電圧に変換されて負荷に供給される。【０００３】
特開２０１４−７３０３３号公報（特許文献１）には、整流ダイオード、インバータ、および回生コンバータを備えた電力変換装置が開示されている。交流電源から供給される交流電圧は整流ダイオードによって直流電圧に変換され、その直流電圧がインバータによって交流電圧に変換されて誘導電動機に供給される。誘導電動機で発生した回生電力は、インバータによって直流電圧に変換される。直流電圧が上限値を超えた場合は、直流電圧が回生コンバータによって交流電圧に変換されて交流電源に戻される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−７３０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の無停電電源装置のコンバータは、交流電圧を直流電圧に変換してインバータに供給する機能と、負荷で発生した回生電力によって直流電圧が過大になった場合に直流電圧を交流電圧に変換して交流電源に戻す機能と有する。このため、コンバータの制御が複雑になっていた。【０００６】
そこで、無停電電源装置のコンバータを特許文献１の整流ダイオードおよび回生コンバータによって置換することにより、コンバータの制御の簡単化を図ることが考えられる。しかし、無停電電源装置のコンバータを整流ダイオードおよび回生コンバータによって置換すると、装置寸法が大型化するという問題がある。【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、制御の簡単化と装置寸法の小型化を図ることが可能な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】
【０００８】
この発明に係る無停電電源装置は、交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する第１のコンバータと、直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、第１のコンバータとインバータとの間に接続され、直流電圧を伝達するための直流母線と、直流母線に接続され、直流電圧を伝達するためのブスバーと、ブスバーに接続され、直流母線の直流電圧が上限値を超えた場合に、ブスバーから受けた直流電圧を交流電圧に変換して交流電源に戻す第２のコンバータと、ブスバーに接続され、交流電源から交流電圧が供給されている通常時は、ブスバーから受けた直流電圧を電力貯蔵装置に供給し、交流電源からの交流電圧の供給が停止された停電時は、電力貯蔵装置の直流電圧をブスバーを介してインバータに供給する双方向チョッパと、ブスバーを含む回路基板とを備えたものである。第２のコンバータは第１の半導体装置を含み、双方向チョッパは第２の半導体装置およびリアクトルを含み、第１および第２の半導体装置の各々は回路基板に搭載されてブスバーに接続されている。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る無停電電源装置では、直流電圧生成用の第１のコンバータと電力回生用の第２のコンバータとを別々に設けたので、制御の簡単化を図ることができる。さらに、直流母線と第２のコンバータおよび双方向チョッパとの間をブスバーによって接続し、ブスバーを含む回路基板を設け、第２のコンバータの第１の半導体装置と双方向チョッパの第２の半導体装置との各々を回路基板に搭載してブスバーに接続する。したがって、第１および第２の半導体装置とブスバーとを一体のユニットとして構成することができ、装置寸法の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の一実施の形態による無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】図１に示したコンバータおよびインバータの構成を示す回路図である。
【図３】図２に示したコンバータの制御方法を説明するためのタイムチャートである。
【図４】図２に示したインバータの制御方法を説明するためのタイムチャートである。
【図５】図１に示した回生コンバータの構成を示す回路図である。
【図６】図１に示した双方向チョッパの構成を示す回路図である。
【図７】図１に示したコンバータユニットの構成を示す図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】図７に示したラミネートブスバーの構成を示す断面図である。
【図１０】図８に示した半導体モジュールの構成を示す回路図である。
【図１１】図７〜図１０に示したラミネートブスバーとコンデンサＣ１ａ，Ｃ２ａと半導体モジュールＭ１ａ，Ｍ２ａとの接続関係を模式的に示す図である。
【図１２】図７〜図１０に示したラミネートブスバーとコンデンサＣ１ｅ，Ｃ２ｅと半導体モジュールＭ１ｄ，Ｍ２ｄとの接続関係を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、この発明の一実施の形態による無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。図１において、無停電電源装置は、入力フィルタ１、コンバータ２、直流正母線Ｌ１、直流負母線Ｌ２、直流中性点母線Ｌ３、インバータ３、出力フィルタ４、ブスバーＢ１〜Ｂ３、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２、回生コンバータ５、および双方向チョッパ６を備える。
【００１２】
ブスバーＢ１〜Ｂ３と、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２と、回生コンバータ５に含まれる半導体モジュールと、双方向チョッパ６に含まれる半導体モジュールとは、１つのコンバータユニット７を構成している。なお、図面および説明の簡単化のため、コンバータ２、インバータ３、回生コンバータ５、および双方向チョッパ６を制御する制御装置の図示は省略されている。
【００１３】
入力フィルタ１は、リアクトル１１〜１３およびコンデンサ１４〜１６を含む。リアクトル１１〜１３の一方端子は商用交流電源５１から供給される商用周波数の三相交流電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷをそれぞれ受け、それらの他方端子はコンバータ２の３つの入力端子に接続される。コンデンサ１４〜１６の一方電極はそれぞれリアクトル１１〜１３の一方端子に接続され、それらの他方電極はともに中性点ＮＰに接続される。
【００１４】
リアクトル１１〜１３およびコンデンサ１４〜１６は、低域通過フィルタを構成する。入力フィルタ１は、商用交流電源５１からの三相交流電力をコンバータ２に通過させるとともに、コンバータ２で発生するキャリア周波数の信号が商用交流電源５１側に通過するのを防止する。
【００１５】
コンバータ２は、図２に示すように、入力端子Ｔ０ａ〜Ｔ０ｃ、出力端子Ｔ１〜Ｔ３、ダイオードＤ１ａ〜Ｄ１ｃ，Ｄ２ａ〜Ｄ２ｃ、および双方向スイッチＳ１ａ〜Ｓ１ｃを含む。入力端子Ｔ０ａ〜Ｔ０ｃは、商用交流電源５１から入力フィルタ１を介して供給される三相交流電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷをそれぞれ受ける。
【００１６】
ダイオードＤ１ａ〜Ｄ１ｃのアノードは、それぞれ入力端子Ｔ０ａ〜Ｔ０ｃに接続され、それらのカソードはともに出力端子Ｔ１に接続される。ダイオードＤ２ａ〜Ｄ２ｃのアノードはともに出力端子Ｔ２に接続され、それらのカソードはそれぞれ入力端子Ｔ０ａ〜Ｔ０ｃに接続される。
【００１７】
双方向スイッチＳ１ａ〜Ｓ１ｃの一方端子はそれぞれ入力端子Ｔ０ａ〜Ｔ０ｃに接続され、それらの他方端子はともに出力端子Ｔ３に接続される。双方向スイッチＳ１ａ〜Ｓ１ｃの各々は、ダイオードＤ３〜Ｄ６およびＮチャネルＭＯＳトランジスタＱ１を含む。
【００１８】
ダイオードＤ３のアノードおよびダイオードＤ５のカソードはともに入力端子Ｔ０ａ（またはＴ０ｂ、またはＴ０ｃ）に接続される。ダイオードＤ４のアノードおよびダイオードＤ６のカソードはともに出力端子Ｔ３に接続される。ダイオードＤ３，Ｄ４のカソードは互いに接続され、ダイオードＤ５，Ｄ６のアノードは互いに接続される。トランジスタＱ１のドレインはダイオードＤ３，Ｄ４のカソードに接続され、トランジスタＱ１のソースはダイオードＤ５，Ｄ６のアノードに接続される。
【００１９】
入力端子Ｔ０ａ、出力端子Ｔ１〜Ｔ３、ダイオードＤ１ａ，Ｄ２ａ、および双方向スイッチＳ１ａは、Ｕ相の交流電圧ＶＵを直流電圧Ｖ１〜Ｖ３に変換して出力端子Ｔ１〜Ｔ３に出力するＵ相コンバータを構成している。入力端子Ｔ０ｂ、出力端子Ｔ１〜Ｔ３、ダイオードＤ１ｂ，Ｄ２ｂ、および双方向スイッチＳ１ｂは、Ｖ相の交流電圧ＶＶを直流電圧Ｖ１〜Ｖ３に変換して出力端子Ｔ１〜Ｔ３に出力するＶ相コンバータを構成している。
【００２０】
入力端子Ｔ０ｃ、出力端子Ｔ１〜Ｔ３、ダイオードＤ１ｃ，Ｄ２ｃ、および双方向スイッチＳ１ｃは、Ｗ相の交流電圧ＶＷを直流電圧Ｖ１〜Ｖ３に変換して出力端子Ｔ１〜Ｔ３に出力するＷ相コンバータを構成している。コンバータ２は、三相交流電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを直流電圧Ｖ１〜Ｖ３に変換して出力端子Ｔ１〜Ｔ３に出力する。
【００２１】
詳しく説明すると、双方向スイッチＳ１ａ〜Ｓ１ｃのトランジスタＱ１は、制御装置(図示せず)からのＰＷＭ（pulse  width  modulation）信号φ１ａ，φ１ｂ，φ１ｃによってそれぞれ制御される。ＰＷＭ信号φ１ａ，φ１ｂ，φ１ｃの位相は、それぞれ三相交流電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷの位相に同期しており、１２０度ずつずれている。
【００２２】
図３（ａ）〜（ｄ）は、Ｕ相コンバータ用のＰＷＭ信号φ１ａの作成方法および波形を示す図である。特に、図３（ａ）は正弦波指令値信号ＣＭ、正側三角波キャリア信号ＣＡ１、および負側三角波キャリア信号ＣＡ２の波形を示し、図３（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれＰＷＭ信号φ１Ａ，φ１Ｂ，φ１ａの波形を示している。
【００２３】
図３（ａ）〜（ｄ）において、正弦波指令値信号ＣＭの周波数は、たとえば商用周波数である。正弦波指令値信号ＣＭの位相は、たとえば商用周波数の交流電圧ＶＵの位相と同じである。キャリア信号ＣＡ１，ＣＡ２の周期および位相は同じである。キャリア信号ＣＡ１，ＣＡ２の周期は、正弦波指令値信号ＣＭの周期よりも十分に小さい。
【００２４】
正弦波指令値信号ＣＭのレベルと正側三角波キャリア信号ＣＡ１のレベルの高低が比較される。正弦波指令値信号ＣＭのレベルが正側三角波キャリア信号ＣＡ１のレベルよりも高い場合は、ＰＷＭ信号φ１Ｂが「Ｌ」レベルにされる。正弦波指令値信号ＣＭのレベルが正側三角波キャリア信号ＣＡ１のレベルよりも低い場合は、ＰＷＭ信号φ１Ｂが「Ｈ」レベルにされる。
【００２５】
したがって、正弦波指令値信号ＣＭのレベルが正である期間では、ＰＷＭ信号φ１Ｂがキャリア信号ＣＡ１に同期して「Ｈ」レベルおよび「Ｌ」レベルにされ、正弦波指令値信号ＣＭのレベルが負である期間では、ＰＷＭ信号φ１Ｂは「Ｈ」レベルに固定される。
【００２６】
正弦波指令値信号ＣＭのレベルと負側三角波キャリア信号ＣＡ２のレベルの高低が比較される。正弦波指令値信号ＣＭのレベルが負側三角波キャリア信号ＣＡ２のレベルよりも高い場合は、ＰＷＭ信号φ１Ａが「Ｈ」レベルにされる。正弦波指令値信号ＣＭのレベルが負側三角波キャリア信号ＣＡ２のレベルよりも低い場合は、ＰＷＭ信号φ１Ａが「Ｌ」レベルにされる。
【００２７】
したがって、正弦波指令値信号ＣＭのレベルが正である期間では、ＰＷＭ信号φ１Ａは「Ｈ」レベルに固定される。正弦波指令値信号ＣＭのレベルが負である期間では、ＰＷＭ信号φ１Ａはキャリア信号ＣＡ２に同期して「Ｈ」レベルおよび「Ｌ」レベルにされる。ＰＷＭ信号φ１ａは、ＰＷＭ信号φ１Ａ，φ１Ｂの論理積信号となる。ＰＷＭ信号φ１ａは、キャリア信号ＣＡ１，ＣＡ２に同期して「Ｈ」レベルおよび「Ｌ」レベルにされる。
【００２８】
ＰＷＭ信号が１周期内において「Ｈ」レベルにされる時間と、ＰＷＭ信号の１周期の時間との比はデューティ比と呼ばれる。ＰＷＭ信号φ１ａのデューティ比は、正弦波指令値信号ＣＭのレベルが正である期間では、正弦波指令値信号ＣＭの正のピーク（９０度）付近で最小になり、ピークから外れるに従って増大し、０度付近と１８０度付近で最大となる。ＰＷＭ信号φ１ａのデューティ比は、正弦波指令値信号ＣＭのレベルが負である期間では、正弦波指令値信号ＣＭの負のピーク（２７０度）付近で最小になり、ピークから外れるに従って増大し、１８０度付近と３６０度付近で最大となる。
【００２９】
次に、Ｕ相コンバータのダイオードＤ１ａ，Ｄ２ａ，Ｄ３〜Ｄ６およびトランジスタＱ１の各々に流れる電流について説明する。力率は１．０であり、正弦波指令値信号ＣＭと交流電圧ＶＵの位相は一致しているものとする。正弦波指令値信号ＣＭのレベルが正である期間では、トランジスタＱ１がオフされたときに交流電圧ＶＵのレベルに応じたレベルの電流Ｉ１が入力端子Ｔ０ａからダイオードＤ１ａを介して出力端子Ｔ１に流れ、トランジスタＱ１がオンされたときに入力端子Ｔ０ａからダイオードＤ３、トランジスタＱ１、およびダイオードＤ６を介して出力端子Ｔ３に至る経路で電流Ｉ１を補完するレベルの電流Ｉ１Ａが流れる。
【００３０】
正弦波指令値信号ＣＭのレベルが負である期間では、トランジスタＱ１がオフされたときに交流電圧ＶＵのレベルに応じたレベルの電流Ｉ２が出力端子Ｔ２からダイオードＤ２ａを介して入力端子Ｔ０ａに流れ、トランジスタＱ１がオンされたときに出力端子Ｔ３からダイオードＤ４、トランジスタＱ１、およびダイオードＤ５を介して入力端子Ｔ０ａに至る経路で電流Ｉ２を補完するレベルの電流Ｉ２Ａが流れる。Ｖ相コンバータおよびＷ相コンバータの各々は、Ｕ相コンバータと同様であるので、その説明は繰り返さない。
【００３１】
コンバータ２は、商用交流電源５１から三相交流電力が正常に供給されている通常時は、商用交流電源５１から入力フィルタ１を介して供給される三相交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を双方向チョッパ６を介してバッテリ５３（電力貯蔵装置）に供給するとともに、インバータ３に供給する。バッテリ５３は、直流電力を蓄える。バッテリ５３の代わりにコンデンサが接続されていても構わない。
【００３２】
換言すると、コンバータ２は、制御装置(図示せず)から与えられるＰＷＭ信号φ１ａ，φ１ｂ，φ１ｃによって制御され、商用交流電源５１から入力フィルタ１を介して供給される三相交流電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷに基づいて直流電圧Ｖ１〜Ｖ３を生成し、生成した直流電圧Ｖ１〜Ｖ３をそれぞれ出力端子Ｔ１〜Ｔ３に与える。
【００３３】
直流電圧Ｖ１は、直流電圧Ｖ２よりも高い電圧である。直流電圧Ｖ３は、直流電圧Ｖ１および直流電圧Ｖ２の中間電圧である。出力端子Ｔ３を接地すれば、直流電圧Ｖ１〜Ｖ３はそれぞれ正電圧、負電圧、０Ｖとなる。商用交流電源５１からの交流電力の供給が停止された停電時は、トランジスタＱ１はオフ状態に固定され、コンバータ２の運転は停止される。
【００３４】
なお、コンバータ２は、出力端子Ｔ１〜Ｔ３側から入力端子Ｔ０ａ〜Ｔ０ｃ側に電力を戻すことはできない。このため、この無停電電源装置では、必要に応じて出力端子Ｔ１〜Ｔ３側から入力端子Ｔ０ａ〜Ｔ０ｃ側に電力を戻す回生コンバータ５が別途設けられている。反面、電力供給と電力回生の両方を行なうことが可能なタイプのコンバータと比べ、コンバータ２の制御は簡単化されている。
【００３５】
図２に示すように、直流正母線Ｌ１、直流負母線Ｌ２、および直流中性点母線Ｌ３の一方端子はそれぞれコンバータ２の出力端子Ｔ１〜Ｔ３に接続され、それらの他方端子はそれぞれインバータ３の入力端子Ｔ１１〜Ｔ１３に接続される。
【００３６】
インバータ３は、入力端子Ｔ１１〜Ｔ１３、出力端子Ｔ１４ａ〜Ｔ１４ｃ、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１ａ〜Ｑ１１ｃ，Ｑ１２ａ〜Ｑ１２ｃ、ダイオードＤ１１ａ〜Ｄ１１ｃ，Ｄ１２ａ〜Ｄ１２ｃ、および双方向スイッチＳ２ａ〜Ｓ２ｃを含む。
【００３７】
トランジスタＱ１１ａ〜Ｑ１１ｃのドレインはともに入力端子Ｔ１１に接続され、それらのソースはそれぞれ出力端子Ｔ１４ａ〜Ｔ１４ｃに接続される。トランジスタＱ１２ａ〜Ｑ１２ｃのドレインはそれぞれ出力端子Ｔ１４ａ〜Ｔ１４ｃに接続され、それらのソースはともに入力端子Ｔ１２に接続される。ダイオードＤ１１ａ〜Ｄ１１ｃ，Ｄ１２ａ〜Ｄ１２ｃは、それぞれトランジスタＱ１１ａ〜Ｑ１１ｃ，Ｑ１２ａ〜Ｑ１２ｃに逆並列に接続される。
【００３８】
双方向スイッチＳ２ａ〜Ｓ２ｃの一方端子はともに入力端子Ｔ１３に接続され、それらの他方端子はそれぞれ出力端子Ｔ１４ａ〜Ｔ１４ｃに接続される。双方向スイッチＳ２ａ〜Ｓ２ｃの各々は、トランジスタＱ１３，Ｑ１４およびダイオードＤ１３，Ｄ１４を含む。トランジスタＱ１３，Ｑ１４の各々は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）である。
【００３９】
トランジスタＱ１３，Ｑ１４のコレクタは互いに接続され、トランジスタＱ１３のエミッタは入力端子Ｔ１３に接続され、トランジスタＱ１４のエミッタは出力端子Ｔ１４ａ（またはＴ１４ｂ、またはＴ１４ｃ）に接続される。ダイオードＤ１３，Ｄ１４は、それぞれトランジスタＱ１３，Ｑ１４に逆並列に接続されている。
【００４０】
トランジスタＱ１１ａ〜Ｑ１１ｃは、制御装置(図示せず)からのＰＷＭ信号φ１１ａ，φ１１ｂ，φ１１ｃによってそれぞれ制御される。ＰＷＭ信号φ１１ａ，φ１１ｂ，φ１１ｃの位相は、それぞれ三相交流電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷの位相に同期しており、１２０度ずつずれている。
【００４１】
トランジスタＱ１２ａ〜Ｑ１２ｃは、制御装置(図示せず)からのＰＷＭ信号φ１２ａ，φ１２ｂ，φ１２ｃによってそれぞれ制御される。ＰＷＭ信号φ１２ａ，φ１２ｂ，φ１２ｃの位相は、それぞれ三相交流電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷの位相に同期しており、１２０度ずつずれている。
【００４２】
双方向スイッチＳ２ａ〜Ｓ２ｃのトランジスタＱ１３は、制御装置(図示せず)からのＰＷＭ信号φ１３ａ，φ１３ｂ，φ１３ｃによってそれぞれ制御される。ＰＷＭ信号φ１３ａ，φ１３ｂ，φ１３ｃは、それぞれＰＷＭ信号φ１１ａ，φ１１ｂ，φ１１ｃの相補信号である。
【００４３】
双方向スイッチＳ２ａ〜Ｓ２ｃのトランジスタＱ１４は、制御装置(図示せず)からのＰＷＭ信号φ１４ａ，φ１４ｂ，φ１４ｃによってそれぞれ制御される。ＰＷＭ信号φ１４ａ，φ１４ｂ，φ１４ｃは、それぞれＰＷＭ信号φ１２ａ，φ１２ｂ，φ１２ｃの相補信号である。
【００４４】
すなわち、入力端子Ｔ１１〜Ｔ１３、出力端子Ｔ１４ａ、トランジスタＱ１１ａ，Ｑ１２ａ、ダイオードＤ１１ａ，Ｄ１２ａ、および双方向スイッチＳ２ａは、直流電圧Ｖ１〜Ｖ３を交流電圧Ｖ４ａに変換して出力端子Ｔ１４ａに出力するＲ相インバータを構成している。
【００４５】
入力端子Ｔ１１〜Ｔ１３、出力端子Ｔ１４ｂ、トランジスタＱ１１ｂ，Ｑ１２ｂ、ダイオードＤ１１ｂ，Ｄ１２ｂ、および双方向スイッチＳ２ｂは、直流電圧Ｖ１〜Ｖ３を交流電圧Ｖ４ｂに変換して出力端子Ｔ１４ｂに出力するＳ相インバータを構成している。
【００４６】
入力端子Ｔ１１〜Ｔ１３、出力端子Ｔ１４ｃ、トランジスタＱ１１ｃ，Ｑ１２ｃ、ダイオードＤ１１ｃ，Ｄ１２ｃ、および双方向スイッチＳ２ｃは、直流電圧Ｖ１〜Ｖ３を交流電圧Ｖ４ｃに変換して出力端子Ｔ１４ｃに出力するＴ相インバータを構成している。交流電圧Ｖ４ａ〜Ｖ４ｃは三相交流電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷに同期して変化し、交流電圧Ｖ４ａ〜Ｖ４ｃの位相は１２０度ずつずれている。
【００４７】
図４（ａ）〜（ｅ）は、Ｒ相インバータ用のＰＷＭ信号φ１１ａ〜φ１４ａの作成方法および波形を示す図である。特に、図４（ａ）は正弦波指令値信号ＣＭ、正側三角波キャリア信号ＣＡ１、および負側三角波キャリア信号ＣＡ２の波形を示し、図４（ｂ）〜（ｅ）はそれぞれＰＷＭ信号φ１１ａ，φ１４ａ，φ１３ａ，φ１２ａの波形を示している。
【００４８】
図４（ａ）〜（ｅ）において、正弦波指令値信号ＣＭの周波数は、たとえば商用周波数である。キャリア信号ＣＡ１，ＣＡ２の周期および位相は同じである。キャリア信号ＣＡ１，ＣＡ２の周期は、正弦波指令値信号ＣＭの周期よりも十分に小さい。
【００４９】
正弦波指令値信号ＣＭのレベルと正側三角波キャリア信号ＣＡ１のレベルの高低が比較される。正弦波指令値信号ＣＭのレベルが正側三角波キャリア信号ＣＡ１のレベルよりも高い場合は、ＰＷＭ信号φ１１ａ，φ１３ａがそれぞれ「Ｈ」レベルおよび「Ｌ」レベルにされる。正弦波指令値信号ＣＭのレベルが正側三角波キャリア信号ＣＡ１のレベルよりも低い場合は、ＰＷＭ信号φ１１ａ，φ１３ａがそれぞれ「Ｌ」レベルおよび「Ｈ」レベルにされる。
【００５０】
したがって、正弦波指令値信号ＣＭのレベルが正である期間では、ＰＷＭ信号φ１１ａとφ１３ａがキャリア信号ＣＡ１に同期して交互に「Ｈ」レベルにされ、トランジスタＱ１１ａとＱ１３が交互にオンされる。また、正弦波指令値信号ＣＭのレベルが負である期間では、ＰＷＭ信号φ１１ａ，φ１３ａはそれぞれ「Ｌ」レベルおよび「Ｈ」レベルに固定され、トランジスタＱ１１ａがオフ状態に固定されるとともにトランジスタＱ１３がオン状態に固定される。
【００５１】
正弦波指令値信号ＣＭのレベルと負側三角波キャリア信号ＣＡ２のレベルの高低が比較される。正弦波指令値信号ＣＭのレベルが負側三角波キャリア信号ＣＡ２のレベルよりも高い場合は、ＰＷＭ信号φ１２ａ，φ１４ａがそれぞれ「Ｌ」レベルおよび「Ｈ」レベルにされる。正弦波指令値信号ＣＭのレベルが負側三角波キャリア信号ＣＡ２のレベルよりも低い場合は、ＰＷＭ信号φ１２ａ，φ１４ａがそれぞれ「Ｈ」レベルおよび「Ｌ」レベルにされる。
【００５２】
したがって、正弦波指令値信号ＣＭのレベルが正である期間では、ＰＷＭ信号φ１２ａ，φ１４ａはそれぞれ「Ｌ」レベルおよび「Ｈ」レベルに固定され、トランジスタＱ１２ａがオフ状態に固定されるとともにトランジスタＱ１４がオン状態に固定される。また、正弦波指令値信号ＣＭのレベルが負である期間では、ＰＷＭ信号φ１２ａとφ１４ａがキャリア信号ＣＡ２に同期して交互に「Ｈ」レベルにされ、トランジスタＱ１２ａとＱ１４が交互にオンされる。
【００５３】
ＰＷＭ信号が１周期内において「Ｈ」レベルにされる時間と、ＰＷＭ信号の１周期の時間との比はデューティ比と呼ばれる。ＰＷＭ信号φ１１ａのデューティ比は、正弦波指令値信号ＣＭのレベルが正である期間では、正弦波指令値信号ＣＭの正のピーク（９０度）付近で最大になり、ピークから外れるに従って減少し、０度付近と１８０度付近で０となる。ＰＷＭ信号φ１１ａのデューティ比は、正弦波指令値信号ＣＭのレベルが負である期間では０に固定される。ＰＷＭ信号φ１３ａは、ＰＷＭ信号φ１１ａの相補信号である。
【００５４】
ＰＷＭ信号φ１２ａのデューティ比は、正弦波指令値信号ＣＭのレベルが正である期間では０に固定される。ＰＷＭ信号φ１２ａのデューティ比は、正弦波指令値信号ＣＭの負のピーク（２７０度）付近で最大になり、ピークから外れるに従って減少し、１８０度付近と３６０度付近で０となる。ＰＷＭ信号φ１２ａのデューティ比は、正弦波指令値信号ＣＭのレベルが正である期間では０に固定される。ＰＷＭ信号φ１４ａは、ＰＷＭ信号φ１２ａの相補信号である。
【００５５】
Ｓ相インバータ用のＰＷＭ信号φ１１ｂ〜φ１４およびＴ相インバータ用のＰＷＭ信号φ１１ｃ〜φ１４の各々は、Ｒ相インバータ用のＰＷＭ信号φ１１ａ〜φ１４ａと同様であるので、その説明は繰り返さない。
【００５６】
インバータ３は、商用交流電源５１から三相交流電力が正常に供給されている通常時は、コンバータ２で生成された直流電力を三相交流電力に変換し、商用交流電源５１からの交流電力の供給が停止された停電時は、バッテリ５３から双方向チョッパ６を介して供給される直流電力を三相交流電力に変換する。
【００５７】
換言すると、インバータ３は、通常時はコンバータ２から母線Ｌ１〜Ｌ３を介して供給される直流電圧Ｖ１〜Ｖ３に基づいて三相交流電圧Ｖ４ａ〜Ｖ４ｃを生成し、停電時はバッテリ５３から双方向チョッパ６および母線Ｌ１〜Ｌ３を介して供給される直流電圧Ｖ１〜Ｖ３に基づいて三相交流電圧Ｖ４ａ〜Ｖ４ｃを生成する。
【００５８】
図１に戻って、出力フィルタ４は、リアクトル２１〜２３およびコンデンサ２４〜２６を含む。リアクトル２１〜２３の一方端子はそれぞれインバータ３の出力端子Ｔ１４ａ〜Ｔ１４ｃに接続され、それらの他方端子は負荷５２に接続される。コンデンサ２４〜２６の一方電極はそれぞれリアクトル２１〜２３の他方端子に接続され、それらの他方電極はともに中性点ＮＰに接続される。リアクトル２１〜２３およびコンデンサ２４〜２６は低域通過フィルタを構成する。
【００５９】
出力フィルタ４は、インバータ３から出力される交流電力のうちの商用周波数の交流電力を負荷５２に通過させるとともに、インバータ３で発生するキャリア周波数の信号が負荷５２側に通過するのを防止する。換言すると、出力フィルタ４は、インバータ３の出力電圧Ｖ４ａ〜Ｖ４ｃを商用周波数の正弦波の三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴに変換して負荷５２に供給する。負荷５２は、三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴによって駆動される。
【００６０】
ブスバーＢ１〜Ｂ３の一方端はそれぞれ母線Ｌ１〜Ｌ３に接続され、それらの他方端は双方向チョッパ６を介してバッテリ５３に接続される。平滑コンデンサＣ１は、ブスバーＢ１，Ｂ３間に接続され、ブスバーＢ１，Ｂ２間の直流電圧Ｖ１−Ｖ３を平滑化させる。平滑コンデンサＣ２は、ブスバーＢ３，Ｂ２間に接続され、ブスバーＢ３，Ｂ２間の直流電圧Ｖ３−Ｖ２を平滑化させる。ブスバーＢ１，Ｂ３は、回生コンバータ５を介して商用交流電源５１に接続される。
【００６１】
回生コンバータ５は、図５に示すように、入力端子Ｔ２１，Ｔ２２、出力端子Ｔ２３，Ｔ２４、トランジスタＱ２１〜Ｑ２４、およびダイオードＤ２１〜Ｄ２４を含む。トランジスタＱ２１〜Ｑ２４の各々は、たとえばＩＧＢＴである。入力端子Ｔ２１，Ｔ２２は、それぞれブスバーＢ１，Ｂ２に接続される。出力端子Ｔ２３は商用交流電源５１のＶ相の交流電圧ＶＶのラインに接続され、出力端子Ｔ２４は商用交流電源５１のＷ相の交流電圧ＶＷのラインに接続される。
【００６２】
トランジスタＱ２１，Ｑ２３のコレクタはともに入力端子Ｔ２１に接続され、それらのエミッタはそれぞれ出力端子Ｔ２３，Ｔ２４に接続される。トランジスタＱ２２，Ｑ２４のコレクタはそれぞれ出力端子Ｔ２３，Ｔ２４に接続され、それらのエミッタはともに入力端子Ｔ２２に接続される。ダイオードＤ２１〜Ｄ２４は、それぞれトランジスタＱ２１〜Ｑ２４に逆並列に接続される。
【００６３】
トランジスタＱ２１〜Ｑ２４のゲートの各々は、制御装置(図示せず)からのＰＷＭ信号を受ける。母線Ｌ１，Ｌ３間の直流電圧Ｖ１−Ｖ２が上限値ＶＨよりも低い場合は、トランジスタＱ２１〜Ｑ２４はオフ状態に固定される。負荷５２において回生電力が発生し、かつバッテリ５３が満充電状態である場合において、直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２間の直流電圧Ｖ１−Ｖ２が上限値ＶＨを超えた場合は、トランジスタＱ２１〜Ｑ２４の各々が所定のタイミングでオン／オフされ、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の直流電力が交流電力に変換されて商用交流電源５１に戻される。
【００６４】
すなわち、回生コンバータ５は、入力端子Ｔ２１，Ｔ２２側から見れば、直流電圧Ｖ１−Ｖ２を交流電圧に変換して出力端子Ｔ２３，Ｔ２４に出力するインバータである。トランジスタＱ２１，Ｑ２４をオンさせるとともにトランジスタＱ２２，Ｑ２３をオフさせると、入力端子Ｔ２１からトランジスタＱ２１、出力端子Ｔ２３、商用交流電源５１、出力端子Ｔ２４、およびトランジスタＱ２４を介して入力端子Ｔ２２に至る経路で電流が流れ、出力端子Ｔ２３，Ｔ２４間に正電圧が出力される。
【００６５】
トランジスタＱ２２，Ｑ２３をオンさせるとともにトランジスタＱ２１，Ｑ２４をオフさせると、入力端子Ｔ２１からトランジスタＱ２３、出力端子Ｔ２４、商用交流電源５１、出力端子Ｔ２３、およびトランジスタＱ２２を介して入力端子Ｔ２２に至る経路で電流が流れ、出力端子Ｔ２３，Ｔ２４間に負電圧が出力される。したがって、トランジスタＱ２１〜Ｑ２４を所定のタイミングでオン／オフさせることにより、直流電圧Ｖ１−Ｖ２を交流電圧に変換して出力端子Ｔ２３，Ｔ２４間に出力することができる。
【００６６】
Ｖ相の交流電圧ＶＶとＷ相の交流電圧ＶＷとは位相が１２０度ずれており、交流電圧ＶＶとＶＷの差も交流電圧ＶＶＷとなる。回生コンバータ５で生成される交流電圧の位相を交流電圧ＶＶＷよりも進ませることにより、入力端子Ｔ２１，Ｔ２２側から出力端子Ｔ２３，Ｔ２４側に電力を戻すことができ、母線Ｌ１，Ｌ２間の直流電圧Ｖ１−Ｖ２を低下させることができる。母線Ｌ１，Ｌ３間の直流電圧Ｖ１−Ｖ２が上限値ＶＨよりも低くなった場合は、トランジスタＱ２１〜Ｑ２４はオフ状態に固定され、商用交流電源５１への電力の返還は停止される。
【００６７】
双方向チョッパ６は、商用交流電源５１から三相交流電力が供給されている場合は、コンデンサＣ１，Ｃ２からバッテリ５３に直流電力を供給し、商用交流電源５１から三相交流電力の供給が停止された場合、すなわち停電時は、バッテリ５３からコンデンサＣ１，Ｃ２に直流電力を供給する。
【００６８】
すなわち図６に示すように、双方向チョッパ６は、端子Ｔ３１〜Ｔ３７、トランジスタＱ３１〜Ｑ３４、ダイオードＤ３１〜Ｄ３４、およびノーマルモードリアクトル（直流リアクトル）１０を含む。トランジスタＱ３１〜Ｑ３４の各々は、たとえばＩＧＢＴである。端子Ｔ３１〜Ｔ３３は、それぞれブスバーＢ１〜Ｂ３に接続される。端子Ｔ３６，Ｔ３７は、それぞれバッテリ５３の正極および負極に接続される。
【００６９】
トランジスタＱ３１，Ｑ３２のコレクタはそれぞれ端子Ｔ３１，Ｔ３４に接続され、それらのエミッタはそれぞれ端子Ｔ３４，Ｔ３３に接続される。トランジスタＱ３３，Ｑ３４のコレクタはそれぞれ端子Ｔ３３，Ｔ３５に接続され、それらのエミッタはそれぞれ端子Ｔ３５，Ｔ３２に接続される。ダイオードＤ３１〜Ｄ３４は、それぞれトランジスタＱ３１〜Ｑ３４に逆並列に接続される。ノーマルモードリアクトル３０は、端子Ｔ３４，Ｔ３６間に接続されたコイル３１と、端子Ｔ３７，Ｔ３５間に接続されたコイル３２とを含む。
【００７０】
商用交流電源５１から三相交流電力が供給されている場合、コンデンサＣ１，Ｃ２から双方向チョッパ６を介してバッテリ５３に直流電力が供給され、バッテリ５３が充電される。この場合、トランジスタＱ３２，Ｑ３３はオフ状態に固定され、トランジスタＱ３１，Ｑ３４が交互にオンにされる。
【００７１】
すなわち、第１バッテリ充電モードでは、トランジスタＱ３２〜Ｑ３４がオフするとともに、トランジスタＱ３１がオンする。これにより、端子Ｔ３１からトランジスタＱ３１、コイル３１、バッテリ５３、コイル３２、およびダイオードＤ３３を介して端子Ｔ３３に電流が流れ、コンデンサＣ１が放電されてバッテリ５３が充電される。
【００７２】
また、第２バッテリ充電モードでは、トランジスタＱ３２，Ｑ３３がオフするとともに、トランジスタＱ３１，Ｑ３４がオンする。これにより、端子Ｔ３１からトランジスタＱ３１、コイル３１、バッテリ５３、コイル３２、およびトランジスタＱ３４を介して端子Ｔ３２に電流が流れ、コンデンサＣ１，Ｃ２が放電されてバッテリ５３が充電される。
【００７３】
第３バッテリ充電モードでは、トランジスタＱ３１〜Ｑ３３がオフするとともに、トランジスタＱ３４がオンする。これにより、端子Ｔ３３からダイオードＤ３２、コイル３１、バッテリ５３、コイル３２、およびトランジスタＱ３４を介して端子Ｔ３２に電流が流れ、コンデンサＣ２が放電されてバッテリ５３が充電される。
【００７４】
第１バッテリ充電モードと第３バッテリ充電モードは、交互に行なわれる。第１バッテリ充電モードと第３バッテリ充電モードの間の期間では、コイル３１，３２に蓄えられた電磁エネルギーが放出されて、ダイオードＤ３２、コイル３１、バッテリ５３、コイル３２、およびダイオードＤ３３の経路に電流が流れ、バッテリ５３が充電される。第２バッテリ充電モードは、第１バッテリ充電モードと第３バッテリ充電モードが重なっているモードである。
【００７５】
商用交流電源５１からの三相交流電力の供給が停止されている場合、バッテリ５３から双方向チョッパ６を介してコンデンサＣ１，Ｃ２に直流電力が供給され、コンデンサＣ１，Ｃ２が充電される。この場合、トランジスタＱ３１，Ｑ３４はオフ状態に固定され、トランジスタＱ３２，Ｑ３３が交互にオンにされる。
【００７６】
すなわち、第１バッテリ放電モードでは、トランジスタＱ３１，Ｑ３３，Ｑ３４がオフするとともに、トランジスタＱ３２がオンする。これにより、バッテリ５３の正電極からコイル３１、トランジスタＱ３２、コンデンサＣ２、ダイオードＤ３４、およびコイル３２を介してバッテリ５３の負電極に電流が流れ、バッテリ５３が放電されてコンデンサＣ２が充電される。
【００７７】
第２バッテリ放電モードでは、トランジスタＱ３１〜Ｑ３４がオフする。これにより、バッテリ５３の正電極からコイル３１、ダイオードＤ３１、コンデンサＣ１，Ｃ２、ダイオードＤ３４、およびコイル３２を介してバッテリ５３の負電極に電流が流れ、バッテリ５３が放電されてコンデンサＣ１，Ｃ２が充電される。
【００７８】
第３バッテリ放電モードでは、トランジスタＱ３１，Ｑ３２，Ｑ３４がオフするとともに、トランジスタＱ３３がオンする。これにより、バッテリ５３の正電極からコイル３１、ダイオードＤ３１、コンデンサＣ１、トランジスタＱ３３、およびコイル３２を介してバッテリ５３の負電極に電流が流れ、バッテリ５３が放電されてコンデンサＣ１が充電される。
【００７９】
第１バッテリ放電モードと第３バッテリ放電モードは、交互に行なわれる。第１バッテリ放電モードと第３バッテリ放電モードの間の期間において、端子Ｔ３１，Ｔ３２間の電圧がバッテリ５３の電圧よりも低下している場合は、第２バッテリ放電モードが行なわれる。
【００８０】
制御装置(図示せず)は、商用交流電源５１からの三相交流電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷ、負荷５２に出力される三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴ、直流電圧Ｖ１〜Ｖ３、バッテリ５３の端子間電圧などをモニタしながら、ＰＷＭ信号を供給することにより、コンバータ２、インバータ３、回生コンバータ５、および双方向チョッパ６を制御する。
【００８１】
次に、この無停電電源装置の動作について説明する。商用交流電源５１から三相交流電力が正常に供給されている通常時は、商用交流電源５１からの交流電力が入力フィルタ１を介してコンバータ２に供給され、コンバータ２によって直流電力に変換される。コンバータ２で生成された直流電力は、双方向チョッパ６を介してバッテリ５３に蓄えられるとともにインバータ３に供給され、インバータ３によって商用周波数の三相交流電力に変換される。インバータ３で生成された三相交流電力は、出力フィルタ４を介して負荷５２に供給され、負荷５２が運転される。
【００８２】
負荷５２で定格電力が消費されている場合は、母線Ｌ１，Ｌ２間の直流電圧Ｖ１−Ｖ２は定格電圧ＶＤＣに維持され、バッテリ５３の端子間電圧は一定電圧ＶＢに維持される。負荷５２で回生電力が発生して母線Ｌ１，Ｌ２間の直流電圧Ｖ１−Ｖ２が定格電圧ＶＤＣよりも高い上限値ＶＨを超え、かつバッテリ５３が満充電状態である場合は、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の直流電力が回生コンバータ５によって交流電力に変換されて商用交流電源５１に戻され、母線Ｌ１，Ｌ２間の直流電圧Ｖ１−Ｖ２が定格電圧ＶＤＣに戻される。
【００８３】
商用交流電源５１からの交流電力の供給が停止された停電時は、コンバータ２の運転が停止されるとともに、バッテリ５３の直流電力が双方向チョッパ６を介してインバータ３に供給され、インバータ３によって商用周波数の三相交流電力に変換される。インバータ３で生成された三相交流電力は、出力フィルタ４を介して負荷５２に供給され、負荷５２の運転が継続される。
【００８４】
したがって、停電が発生した場合でも、バッテリ５３に直流電力が蓄えられている限りは負荷５２の運転が継続される。商用交流電源５１からの交流電力の供給が再開された場合は、コンバータ２の運転が再開され、コンバータ２で生成された直流電力が双方向チョッパ６を介してバッテリ５３に供給されるとともにインバータ３に供給され、元の状態に戻る。
【００８５】
次に、コンバータユニット７の構成について説明する。図７（ａ）〜（ｃ）は、それぞれコンバータユニット７の構成を示す正面図、平面図、および側面図である。図８は、図７（ａ）のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。図７（ａ）〜（ｃ）および図８において、コンバータユニット７は、四角形の支持板４０、２枚の側板４１，４２、長方形の放熱板４３、１０個のコンデンサＣ１ａ〜Ｃ１ｅ，Ｃ２ａ〜Ｃ２ｅ、８個の半導体モジュールＭ１ａ〜Ｍ１ｄ，Ｍ２ａ〜Ｍ２ｄ、および四角形のラミネートブスバー４４を含む。
【００８６】
放熱板４３の幅（図中のＹ方向（奥行き方向）の長さ）は、支持板４０の幅の半分程度である。側板４１，４２の下端は支持板４０の側面に固定され、側板４１，４２の上端部は内側に折り曲げられている。放熱板４３は、側板４１，４２の折り曲げ部の下面に固定されている。支持板４０と放熱板４３は平行に配置される。
【００８７】
支持板４０の表面の手前の領域には、１０個のコンデンサＣ１ａ〜Ｃ１ｅ，Ｃ２ａ〜Ｃ２ｅが５行２列に配置されている。コンデンサＣ１ａ〜Ｃ１ｅは、支持板４０の手前側の１辺に沿って図中のＸ方向（左右方向）に１列に配置され、並列接続されて平滑コンデンサＣ１を構成する。コンデンサＣ２ａ〜Ｃ２ｅは、コンデンサＣ１ａ〜Ｃ１ｅに隣接してＸ方向に１列に配置され、並列接続されて平滑コンデンサＣ２を構成する。コンデンサＣ１ａ〜Ｃ１ｅ，Ｃ２ａ〜Ｃ２ｅの各々は、２つの端子を上にして、かつ２つの端子がＹ方向に並ぶように配置されている。
【００８８】
放熱板４３の表面には、８個の半導体モジュールＭ１ａ〜Ｍ１ｄ，Ｍ２ａ〜Ｍ２ｄが４行２列に配置されている。放熱板４３の下面には、複数の放熱フィン(図示せず)が設けられている。半導体モジュールＭ１ａ〜Ｍ１ｄ，Ｍ２ａ〜Ｍ２ｄで発生する熱は、放熱板４３を介して空気中に放散される。
【００８９】
半導体モジュールＭ１ａ〜Ｍ１ｄは、放熱板４３の奥側の１辺に沿ってＸ方向に１列に配置される。半導体モジュールＭ２ａ〜Ｍ２ｄは、半導体モジュールＭ１ａ〜Ｍ１ｄに隣接してＸ方向に１列に配置される。半導体モジュールＭ１ａ〜Ｍ１ｄ，Ｍ２ａ〜Ｍ２ｄの各々は、３つの端子ＴＡ，ＴＣ，ＴＢを上にして、かつ３つの端子ＴＡ，ＴＣ，ＴＢがＹ方向に並ぶように配置されている。半導体モジュールＭ１ａ〜Ｍ１ｄと半導体モジュールＭ２ａ〜Ｍ２ｄとは逆向きに配置されており、半導体モジュールＭ１ａ〜Ｍ１ｄの端子ＴＢと半導体モジュールＭ２ａ〜Ｍ２ｄの端子ＴＢとは、隣接して配置されている。
【００９０】
ラミネートブスバー４４は、コンデンサＣ１ａ〜Ｃ１ｅ，Ｃ２ａ〜Ｃ２ｅおよび半導体モジュールＭ１ａ〜Ｍ１ｄ，Ｍ２ａ〜Ｍ２ｄを覆うように配置される。ラミネートブスバー４４の図中の左側端部から、３つの端子ＴＰ，ＴＯ，ＴＮが突出している。３つの端子ＴＰ，ＴＯ，ＴＮは、それぞれ直流正母線Ｌ１、直流中性点母線Ｌ３、および直流負母線Ｌ２に接続される。
【００９１】
さらに、ラミネートブスバー４４の表面には、Ｙ方向に延在する帯状の電極ＥＬ１〜ＥＬ４が設けられている。電極ＥＬ１は半導体モジュールＭ１ａ〜Ｍ１ｃの端子ＴＢの上方に設けられ、電極ＥＬ２は半導体モジュールＭ２ａ〜Ｍ２ｃの端子ＴＢの上方に設けられている。電極ＥＬ３は半導体モジュールＭ１ｄの端子ＴＢの上方に設けられ、電極ＥＬ４は半導体モジュールＭ２ｄの端子ＴＢの上方に設けられている。
【００９２】
図９は、ラミネートブスバー４４の構成を示す断面図である。図９において、ラミネートブスバー４４は、積層された３枚の導体層ＭＥ１〜ＭＥ３および４枚の絶縁フィルムＦ１〜Ｆ４を含む。３枚の導体層ＭＥ１〜ＭＥ３は、４枚の絶縁フィルムＦ１〜Ｆ４の間に設けられており、互いに電気的に絶縁されている。３枚の導体層ＭＥ１〜ＭＥ３は、それぞれブスバーＢ１，Ｂ３，Ｂ２として使用され、それぞれ端子ＴＰ，ＴＯ，ＴＮに接続される。
【００９３】
ラミネートブスバー４４には、コンデンサＣ１ａ〜Ｃ１ｅ，Ｃ２ａ〜Ｃ２ｅおよび半導体モジュールＭ１ａ〜Ｍ１ｄ，Ｍ２ａ〜Ｍ２ｄの各端子に対応した孔が開けられている。各端子は、対応する孔を介して、対応する導体層ＭＥまたは電極ＥＬにネジ、半田などによって電気的に接続される。すなわち、コンデンサＣ１ａ〜Ｃ１ｅ，Ｃ２ａ〜Ｃ２ｅおよび半導体モジュールＭ１ａ〜Ｍ１ｄ，Ｍ２ａ〜Ｍ２ｄは、ラミネートブスバー４４に搭載されている。ラミネートブスバー４４を使用することにより、ブスバーＢ１〜Ｂ３の各々のインダクタンスを低減化するとともに、配線処理の簡単化、装置寸法の小型化を図っている。
【００９４】
図１０は、半導体モジュールＭ１ａの構成を示す回路図である。図１０において、半導体モジュールＭ１ａは、２つのトランジスタＱＡ，ＱＢと、２つのダイオードＤＡ，ＤＢと、３つの端子ＴＡ，ＴＢ，ＴＣと、直方体状のパッケージＰＡとを含む。トランジスタＱＡ，ＱＢおよびダイオードＤＡ，ＤＢは、パッケージＰＡ内に封入されている。３つの端子ＴＡ，ＴＢ，ＴＣは、パッケージＰＡの表面に露出している。端子ＴＡ，ＴＢ，ＴＣは、パッケージＰＡの表面の一方側端部、他方側端部、および中央部にそれぞれ配置されている。
【００９５】
トランジスタＱＡ，ＱＢの各々は、たとえばＩＧＢＴである。トランジスタＱＡのコレクタおよびエミッタはそれぞれ端子ＴＡ，ＴＢに接続され、トランジスタＱＢのコレクタおよびエミッタはそれぞれ端子ＴＢ，ＴＣに接続されている。ダイオードＤＡ，ＤＢは、それぞれトランジスタＱＡ，ＱＢに逆並列に接続される。
【００９６】
なお、半導体モジュールＭ１ａには、トランジスタＱＡ，ＱＢの各々をオン／オフさせるための複数の端子も設けられているが、図面および説明の簡単化のため、それらの端子の図示は省略されている。他の半導体モジュールＭ１ｂ〜Ｍ１ｄ，Ｍ２ａ〜Ｍ２ｄの各々は、半導体モジュールＭ１ａと同じ構成である。
【００９７】
半導体モジュールＭ１ａ〜Ｍ１ｃは、並列接続され、図６で示した双方向チョッパ６のトランジスタＱ３１，Ｑ３２およびダイオードＤ３１，Ｄ３２を構成する。半導体モジュールＭ２ａ〜Ｍ２ｃは、並列接続され、図６で示した双方向チョッパ６のトランジスタＱ３３，Ｑ３４およびダイオードＤ３３，Ｄ３４を構成する。半導体モジュールＭ１ｄ，Ｍ２ｄは、図５で示した回生コンバータ５のトランジスタＱ２１，Ｑ２２およびダイオードＤ２１，Ｄ２２を構成する。
【００９８】
図１１は、ラミネートブスバー４４とコンデンサＣ１ａ，Ｃ２ａと半導体モジュールＭ１ａ，Ｍ２ａとの接続関係を模式的に示す図である。図１１において、ラミネートブスバー４４の導体層ＭＥ１〜ＭＥ３の各々は実線で記載され、絶縁フィルムＦ１〜Ｆ４の各々は点線で記載されている。導体層ＭＥ１〜ＭＥ３は、それぞれブスバーＢ１，Ｂ３，Ｂ２を構成し、それぞれ端子ＴＰ，ＴＯ，ＴＮに接続されている。
【００９９】
絶縁フィルムＦ１の上に電極ＥＬ１，ＥＬ２が形成され、電極ＥＬ１，ＥＬ２はそれぞれ図６の端子Ｔ３４，Ｔ３５に接続される。絶縁フィルムＦ４の下に、コンデンサＣ１ａ，Ｃ２ａおよび半導体モジュールＭ１ａ，Ｍ２ａが配置される。コンデンサＣ１ａの２つの端子は、それぞれ導体層ＭＥ１，ＭＥ２に接続される。コンデンサＣ１ｂ〜Ｃ１ｅの各々の２つの端子も、コンデンサＣ１ａと同様に接続される。コンデンサＣ２ａの２つの端子は、それぞれ導体層ＭＥ２，ＭＥ３に接続される。コンデンサＣ２ｂ〜Ｃ２ｅの各々の２つの端子も、コンデンサＣ２ａと同様に接続される。コンデンサＣの各端子は、ラミネートブスバー４４の孔を介して対応する導体層ＭＥに接続されている。
【０１００】
半導体モジュールＭ１ａの端子ＴＡ，ＴＣ，ＴＢは、それぞれ導体層ＭＥ１，ＭＥ２および電極ＥＬ１に接続される。半導体モジュールＭ１ｂ，Ｍ１ｃの各々の端子ＴＡ，ＴＣ，ＴＢも、半導体モジュールＭ１ａと同様に接続される。半導体モジュールＭ２ａの端子ＴＡ，ＴＣ，ＴＢは、それぞれ導体層ＭＥ２，ＭＥ３および電極ＥＬ２に接続される。半導体モジュールＭ２ｂ，Ｍ２ｃの各々の端子ＴＡ，ＴＣ，ＴＢも、半導体モジュールＭ１ａと同様に接続される。半導体モジュールＭの各端子Ｔは、ラミネートブスバー４４の孔を介して対応する導体層ＭＥまたは電極ＥＬに接続されている。半導体モジュールＭ１ａ〜Ｍ１ｃ，Ｍ２ａ〜Ｍ２ｃは、双方向チョッパ６に含まれる第２の半導体装置を構成する。
【０１０１】
図１２は、ラミネートブスバー４４とコンデンサＣ１ｅ，Ｃ２ｅと半導体モジュールＭ１ｄ，Ｍ２ｄとの接続関係を模式的に示す図である。図１２において、ラミネートブスバー４４の導体層ＭＥ１〜ＭＥ３の各々は実線で記載され、絶縁フィルムＦ１〜Ｆ４の各々は点線で記載されている。導体層ＭＥ１〜ＭＥ３は、それぞれブスバーＢ１，Ｂ３，Ｂ２を構成し、それぞれ端子ＴＰ，ＴＯ，ＴＮに接続されている。
【０１０２】
絶縁フィルムＦ１の上に電極ＥＬ３，ＥＬ４が形成され、電極ＥＬ３，ＥＬ４はそれぞれ図５の端子Ｔ２３，Ｔ２４に接続される。絶縁フィルムＦ４の下に、コンデンサＣ１ｅ，Ｃ２ｅおよび半導体モジュールＭ１ｄ，Ｍ２ｄが配置される。コンデンサＣ１ｅの２つの端子は、上述の通り、コンデンサＣ１ａと同様に接続される。コンデンサＣ１ｅの２つの端子は、上述の通り、コンデンサＣ２ａと同様に接続される。
【０１０３】
半導体モジュールＭ１ｄの端子ＴＡ，ＴＣ，ＴＢは、それぞれ導体層ＭＥ１，ＭＥ３および電極ＥＬ３に接続される。半導体モジュールＭ２ｄの端子ＴＡ，ＴＣ，ＴＢは、それぞれ導体層ＭＥ１，ＭＥ３および電極ＥＬ４に接続される。半導体モジュールＭの各端子Ｔは、ラミネートブスバー４４の孔を介して対応する導体層ＭＥまたは電極ＥＬに接続されている。半導体モジュールＭ１ｄ，Ｍ２ｄは、回生コンバータ５に含まれる第１の半導体装置を構成する。
【０１０４】
この実施の形態では、直流電圧生成用のコンバータ２と電力回生用のコンバータ５とを別々に設けたので、制御の簡単化を図ることができる。さらに、母線Ｌ１〜Ｌ３と回生コンバータ５および双方向チョッパ６との間にブスバーＢ１〜Ｂ３を接続し、ブスバーＢ１〜Ｂ３をラミネートブスバー４４で構成し、回生コンバータ５および双方向チョッパ６に含まれる半導体モジュールＭ１ａ〜Ｍ１ｄ，Ｍ２ａ〜Ｍ２ｄの各々をラミネートブスバー４４に搭載して各端子をブスバーＢ１，Ｂ２またはＢ３に接続した。したがって、半導体モジュールＭ１ａ〜Ｍ１ｄ，Ｍ２ａ〜Ｍ２ｄとブスバーＢ１〜Ｂ３とを一体のユニットとして構成することができ、装置寸法の小型化を図ることができる。
【０１０５】
なお、この実施の形態では、本願発明が３本の母線Ｌ１〜Ｌ３を備えた３レベルの無停電電源装置に適用された場合について説明したが、これに限るものではなく、本願発明は２本の母線Ｌ１，Ｌ２のみを備えた２レベルの無停電電源装置にも適用可能である。２レベルの無停電電源装置では、商用交流電源５１からの交流電圧を直流電圧Ｖ１，Ｖ２に変換するコンバータと、直流電圧Ｖ１，Ｖ２を交流電圧に変換して負荷５２に供給するインバータと、直流電圧Ｖ１，Ｖ２を伝達する２本のブスバーＢ１，Ｂ２と、ブスバーＢ１，Ｂ２間に接続された平滑コンデンサと、ブスバーＢ１，Ｂ２間の直流電圧を交流電圧に変換して商用交流電源５１に戻す回生コンバータと、ブスバーＢ１，Ｂ２とバッテリ５３の間で直流電力を授受する双方向チョッパとが設けられる。ブスバーＢ１，Ｂ２は、ラミネートブスバーによって構成される。回生チョッパに含まれる半導体モジュールと、双方向チョッパに含まれる半導体モジュールと、平滑コンデンサとがラミネートブスバーに搭載される。
【０１０６】
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】
【０１０７】
１  入力フィルタ、２  コンバータ、Ｌ１  直流正母線、Ｌ２  直流負母線、Ｌ３  直流中性点母線、３  インバータ、４  出力フィルタ、Ｂ１〜Ｂ３  ブスバー、Ｃ１，Ｃ２  平滑コンデンサ、５  回生コンバータ、６  双方向チョッパ、７  コンバータユニット、１１〜１３，２１〜２３  リアクトル、１４〜１６，２４〜２６，Ｃ１ａ〜Ｃ１ｅ，Ｃ２ａ〜Ｃ２ｅ  コンデンサ、Ｔ０ａ〜Ｔ０ｃ，Ｔ１１〜Ｔ１３，Ｔ２１，Ｔ２２  入力端子、Ｔ１〜Ｔ３，Ｔ１４ａ〜Ｔ１４ｃ，Ｔ２３，Ｔ２４  出力端子、Ｔ３１〜Ｔ３７，ＴＰ，ＴＮ，ＴＯ，ＴＡ〜ＴＣ  端子、Ｑ１，Ｑ１１ａ〜Ｑ１１ｃ，Ｑ１２ａ〜Ｑ１２ｃ，Ｑ１３，Ｑ１４，Ｑ２１〜Ｑ２４，Ｑ３１〜Ｑ３４，ＱＡ，ＱＢ  トランジスタ、Ｄ１ａ〜Ｄ１ｃ，Ｄ２ａ〜Ｄ２ｃ，Ｄ３〜Ｄ６，Ｄ１１ａ〜Ｄ１１ｃ，Ｄ１２ａ〜Ｄ１２ｃ，Ｄ１３，Ｄ１４，Ｄ２１〜Ｄ２４，Ｄ３１〜Ｄ３４，ＤＡ，ＤＢ  ダイオード、Ｓ１ａ〜Ｓ１ｃ，Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃ  双方向スイッチ、３０  ノーマルモードリアクトル、３１，３２  コイル、４０  支持板、４１，４２  側板、４３  放熱板、Ｍ１ａ〜Ｍ１ｄ，Ｍ２ａ〜Ｍ２ｄ  半導体モジュール、４４  ラミネートブスバー、ＥＬ１〜ＥＬ４  電極、ＰＡ  パッケージ、５１  商用交流電源、５２  負荷、５３  バッテリ。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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