(57)【要約】この発明は、インラッシュ電流抑制抵抗３を使用しなくとも起動時の過大なインラッシュ電流を抑制することができる無停電電源装置を得るものである。
2003032466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、
起動時および停電時に電源として使用するバッテリと、
前記コンバータ部で変換した直流電圧または前記バッテリから供給された直流電圧を蓄えるコンデンサと、
前記コンデンサの直流電圧を交流電力に変換するインバータ部と、
起動時に前記バッテリを使用して前記コンデンサを充電し、前記コンデンサが所定電圧となった後に、前記バッテリから交流電源に切換える制御部と、を備えた無停電電源装置。
【請求項２】
直流電圧を交流電力に変換するインバータ部の直流電源となるコンデンサが無電荷状態である起動時において、
バッテリにより前記コンデンサを充電する段階と、
前記コンデンサが所定電圧となった後に交流電源と切換える段階と、を有することを特徴とする無停電電源装置の起動方法。
【請求項３】
交流電源の一端と交流出力の一端を結合した共通線と、
直列接続されたダイオードの接続点が前記交流電源の他端と接続され、この直列接続されたダイオードの両端に形成される直流の正極側となる正極側電圧線、直流の負極側となる負極側電圧線と、
前記共通線と前記正極側電圧線との間に接続される第１のコンデンサと、
前記共通線と前記負極側電圧線との間に接続される第２のコンデンサと、
負極側が前記共通線に接続されたバッテリと、
一端コレクタ側がこのバッテリの正極側に接続される負極側昇圧部半導体スイッチと、
この負極側昇圧部半導体スイッチの他端エミッタ側と前記共通線との間に接続される負極側昇圧部リアクトルと、
一端カソード側が前記負極側昇圧部半導体スイッチの他端エミッタ側と他端アノード側が前記負極電圧線との間に接続される負極側昇圧部ダイオードと、
前記正極電圧線と前記負極電圧線との間に直列接続されるバランス部第１の半導体スイッチ、バランス部第２の半導体スイッチと、
このバランス部第１の半導体スイッチ、バランス部第２の半導体スイッチのそれぞれと逆並列接続されるバランス部第１のダイオード、バランス部第２のダイオードと、
前記バランス部第１の半導体スイッチと前記バランス部第２の半導体スイッチとの接続点と前記共通線との間に接続されるバランス部リアクトルと、
前記負極側昇圧部半導体スイッチおよび前記バランス部第２の半導体スイッチをオン・オフ制御する制御部と、を備え、
起動時、前記負極側昇圧部半導体スイッチをオン・オフ制御して前記バッテリを使用して前記第２のコンデンサを充電した後、前記バランス部第２の半導体スイッチをオン・オフ制御して前記第２のコンデンサの電圧を利用して前記第１のコンデンサを充電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４】
前記制御部は前記第１のコンデンサの電圧および前記第２のコンデンサの電圧が平衡でかつ所定電圧となった後に交流電源と切換えるようにしたことを特徴とする請求項３記載の無停電電源装置。
【請求項５】
交流電源の一端と交流出力の一端とを結合した共通線と正極電圧線との間に接続される第１のコンデンサと、前記共通線と負極電圧線との間に接続される第２のコンデンサとが、無電荷状態である起動時において、
バッテリを使用して前記第２のコンデンサを所定値以上に充電する第１の段階と、
前記第２のコンデンサの電圧を利用して前記第１のコンデンサの電圧が前記第２のコンデンサの電圧と平衡になるまで前記第１のコンデンサを充電する第２の段階と、
前記第１のコンデンサの電圧および前記第２のコンデンサの電圧が所定値以上となるまで、前記第１の段階、前記第２の段階の処理を継続し、前記第１のコンデンサの電圧および前記第２のコンデンサの電圧が所定値以上となった時点で、バッテリ入力から交流電源との接続に切換える第３の段階と、を有することを特徴とする無停電電源装置の起動方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、バッテリを内蔵し、停電時にはこのバッテリから交流電力を作成し機器に供給する無停電電源装置および無停電電源装置の起動方法に関するものである。
背景技術
第４図は従来の無停電電源装置の概略構成を示す図である。
図において、１は交流電源、２は交流電源１と並列接続されるコンデンサ、３は突入電流を抑制するインラッシュ電流抑制抵抗、４はインラッシュ電流抑制抵抗３に並列に接続されたスイッチ、５は交流電源１と後述のバッテリと入力を切換える交流電源／バッテリ切換えスイッチ、６はコンデンサ２とフィルタを形成するリアクトルである。
交流電源１の一端と交流出力の一端を共通線で結合し、直列接続される後述の第１のコンデンサ１４と後述の第２のコンデンサ１５との接続点を共通線に接続する。また、交流電源１の他端にインラッシュ電流抑制抵抗３とインラッシュ電流抑制抵抗３に並列に接続されたスイッチ４とを接続する。交流電源／バッテリ切換えスイッチ５の接点ａはインラッシュ電流抑制抵抗３とスイッチ４との並列接続（交流電源入力時）と接続され、接点ｂは後述のバッテリ運転用スイッチ２７（バッテリ入力時）と接続され、また接点ｃはリアクトル６と接続される。
また、７，８，９，１０はダイオードブリッジを構成するダイオード、１１はこのダイオードブリッジと並列接続される第１の半導体スイッチである。ダイオード７，８，９，１０からなるダイオードブリッジとこのダイオードブリッジに並列接続される第１の半導体スイッチ１１とでコンバータ部を構成し、リアクトル６の一端と共通線との間に接続する。
また、１２は逆流阻止用第１のダイオード、１３は逆流阻止用第２のダイオード、１４はＰ電圧線と共通線間に接続された第１のコンデンサ、１５は共通線とＮ電圧線間に接続された第２のコンデンサである。
また、１６はインバータ部第１の半導体スイッチ、１７は半導体スイッチ１６と逆並列接続されるダイオード、１８はインバータ部第２の半導体スイッチ、１９は半導体スイッチ１８と逆並列接続されるダイオードである。半導体スイッチ１６と、ダイオード１７と、半導体スイッチ１８と、ダイオード１９とで、第１のコンデンサ１４および第２のコンデンサ１５からなる直流電源から直流電力を交流電力に変換するインバータ部を構成する。
また、２０はリアクトルおよびコンデンサで形成されるフィルタ、２１は負荷である。
また、２２はバランス部第１の半導体スイッチ、２３は半導体スイッチ２２と逆並列接続されるダイオード、２４はバランス部第２の半導体スイッチ、２５は半導体スイッチ２４と逆並列接続されるダイオード、２６はバランス部リアクトルである。
一端（図ではコレクタ側）がＰ電圧線と接続され、他端（図ではエミッタ側）がバランス部第２の半導体スイッチ２４の一端（図ではコレクタ側）およびバランス部リアクトル２６と接続されるバランス部第１の半導体スイッチ２２と、一端（図ではコレクタ側）がバランス部第１の半導体スイッチ２２の他端（図ではエミッタ側）およびバランス部リアクトル２６と接続され、他端（図ではエミッタ側）がＮ電圧線と接続されるバランス部第２の半導体スイッチ２４と、カソード側をバランス部第１の半導体スイッチ２２の一端（図ではコレクタ側）と接続され、アノード側をバランス部第１の半導体スイッチ２２の他端（図ではエミッタ側）と接続される逆流阻止用ダイオード２３と、カソード側をバランス部第２の半導体スイッチ２４の一端（図ではコレクタ側）と接続され、アノード側をバランス部第２の半導体スイッチ２４の他端（図ではエミッタ側）と接続される逆流阻止用ダイオード２５と、バランス部第１の半導体スイッチ２２とバランス部第２の半導体スイッチ２４との接続点と共通線間に接続されるバランス部リアクトル２６とで、Ｐ電圧線と共通線間に接続された第１のコンデンサ１４と、共通線とＮ電圧線間に接続された第２のコンデンサ１５との間で、電荷を移動させるバランス部を構成する。
また、２７はバッテリ運転用スイッチ、２８は停電時に電力を供給する電源としてのバッテリで、負極側を共通線と接続し、正極側をバッテリ運転用スイッチ２７および後述の負極側昇圧部半導体スイッチ２９の一端（図ではコレクタ側）と接続する。また、２９は負極側昇圧部半導体スイッチ、３０は負極側昇圧部ダイオード、３１は負極側昇圧部リアクトルである。
バッテリ２８と、一端（図ではコレクタ側）をバッテリ２８の正極側に接続し、他端（図ではエミッタ側）を負極側昇圧部リアクトル３１および負極側昇圧部ダイオード３０に接続した負極側昇圧部半導体スイッチ２９と、負極側昇圧部半導体スイッチ２９の他端（図ではエミッタ側）と共通線との間に接続された負極側昇圧部リアクトル３１と、負極側昇圧部半導体スイッチ２９の他端（図ではエミッタ側）とＮ電圧線との間に接続された負極側昇圧部ダイオード３０とで、Ｎ側昇圧部を構成する。
また、３２は第１のコンデンサ１４の電圧および第２のコンデンサ１５の電圧を検出する電圧検出器である。また、３３ｂはインラッシュ電流抑制抵抗３に並列に接続されたスイッチ４、交流電源／バッテリ切換えスイッチ５、バッテリ運転用スイッチ２７、第１の半導体スイッチ１１、インバータ部第１の半導体スイッチ１６、インバータ部第２の半導体スイッチ１８、バランス部第１の半導体スイッチ２２、バランス部第２の半導体スイッチ２４、負極側昇圧部半導体スイッチ２９を制御する制御回路である。
従来の無停電電源装置は、交流電源１（通常運転時）またはバッテリ２８（停電時）により第１のコンデンサ１４および第２のコンデンサ１５を充電し、インバータ部第１の半導体スイッチ１６、ダイオード１７、インバータ部第２の半導体スイッチ１８、ダイオード１９からなるインバータ部で、第１のコンデンサ１４、第２のコンデンサ１５からなる直流電源から直流電力を交流電力に変換し、負荷２１に交流電力を供給する。
また、第５図、第６図は従来の無停電電源装置における交流電源１による充電時の動作を説明する図である。図において、１、３〜１５は第４図と同様であり、その説明を省略する。
第４図、第５図および第６図により従来の無停電電源装置における通常運転時の充電動作を説明する。
交流電源１による通常運転の場合、起動時（交流電源／バッテリ切換えスイッチ５を接点ａ側とする）は、第１のコンデンサ１４と第２のコンデンサ１５とが無充電状態であり、第１のコンデンサ１４と第２のコンデンサ１５に流れるインラッシュ電流を抑制するために、インラッシュ電流抑制抵抗３に並列に接続されたスイッチ４を開放する。
交流電源１が正の場合、第１の半導体スイッチ１１をオンして、交流電源１→起動時はインラッシュ電流抑制抵抗３→交流電源／バッテリ切換えスイッチ５→リアクトル６→ダイオードブリッジのダイオード７→第１の半導体スイッチ１１→ダイオードブリッジのダイオード１０→交流電源１というルートで、リアクトル６にエネルギーを貯める（第５図（ａ））。続いて、第１の半導体スイッチ１１をオフして、リアクトル６→逆流阻止用第１のダイオード１２→第１のコンデンサ１４→交流電源１→インラッシュ電流抑制抵抗３→交流電源／バッテリ切換えスイッチ５→リアクトル６というルートで、リアクトル６に貯められたエネルギーを第１のコンデンサ１４に充電し、共通線に対しＰ電圧線を形成する（第５図（ｂ））。
また、交流電源１が負の場合、第１の半導体スイッチ１１をオンして、交流電源１→ダイオードブリッジのダイオード８→第１の半導体スイッチ１１→ダイオードブリッジのダイオード９→リアクトル６→交流電源／バッテリ切換えスイッチ５→インラッシュ電流抑制抵抗３→交流電源１というルートで、リアクトル６にエネルギーを貯める（第６図（ａ））。続いて、第１の半導体スイッチ１１をオフして、リアクトル６→交流電源／バッテリ切換えスイッチ５→ラッシュ電流抑制抵抗３→交流電源１→第２のコンデンサ１５→逆流阻止用第２のダイオード１３→リアクトル６というルートで、リアクトル６に貯められたエネルギーを第２のコンデンサ１５に充電し、共通線に対しＮ電圧線を形成する（第６図（ｂ））。
第１のコンデンサ１４の電圧と第２のコンデンサ１５の電圧が交流電源１の波高値より高い電圧（例えば、１００Ｖ運転時は１４１Ｖ、１２０Ｖ運転時は１８０Ｖ）になった場合、スイッチ４を短絡する。
交流電源１による通常運転の場合の、起動時で第１のコンデンサ１４の電圧と第２のコンデンサ１５の電圧が交流電源１の波高値より高い電圧になった以後は、上述のラッシュ電流抑制抵抗３をスイッチ４に置き換えたルートにより充電動作を実施する。
交流電源１が正の場合、第１の半導体スイッチ１１をオンして、交流電源１→スイッチ４→交流電源／バッテリ切換えスイッチ５→リアクトル６→ダイオードブリッジのダイオード７→第１の半導体スイッチ１１→ダイオードブリッジのダイオード１０→交流電源１というルートで、リアクトル６にエネルギーを貯める（第５図（ａ））。続いて、第１の半導体スイッチ１１をオフして、リアクトル６→逆流阻止用第１のダイオード１２→第１のコンデンサ１４→交流電源１→スイッチ４→交流電源／バッテリ切換えスイッチ５→リアクトル６というルートで、リアクトル６に貯められたエネルギーを第１のコンデンサ１４に充電し、共通線に対しＰ電圧線を形成する（第５図（ｂ））。
また、交流電源１が負の場合、第１の半導体スイッチ１１をオンして、交流電源１→ダイオードブリッジのダイオード８→第１の半導体スイッチ１１→ダイオードブリッジのダイオード９→リアクトル６→交流電源／バッテリ切換えスイッチ５→スイッチ４→交流電源１というルートで、リアクトル６にエネルギーを貯める（第６図（ａ））。続いて、第１の半導体スイッチ１１をオフして、リアクトル６→交流電源／バッテリ切換えスイッチ５→スイッチ４→交流電源１→第２のコンデンサ１５→逆流阻止用第２のダイオード１３→リアクトル６というルートで、リアクトル６に貯められたエネルギーを第２のコンデンサ１５に充電し、共通線に対しＮ電圧線を形成する（第６図（ｂ））。
また、第７図、第８図は従来の無停電電源装置のバッテリ２８による充電時の動作を説明する図である。図において、５〜７、１０〜１２、１４、１５、２７〜３１は第４図と同様であり、その説明を省略する。
第４図、第７図および第８図により従来の無停電電源装置における停電時のバッテリによる充電動作を説明する。
停電時は、交流電源／バッテリ切換えスイッチ５を接点ｂ側に切換え、バッテリ運転用スイッチ２７を短絡する。
第１の半導体スイッチ１１をオンして、バッテリ２８→バッテリ運転用スイッチ２７→交流電源／バッテリ切換えスイッチ５→リアクトル６→ダイオードブリッジのダイオード７→第１の半導体スイッチ１１→ダイオードブリッジのダイオード１０→バッテリ２８というルートでリアクトル６にエネルギーを貯める（第７図（ａ））。続いて、第１の半導体スイッチ１１をオフして、リアクトル６→逆流阻止用第１のダイオード１２→第１のコンデンサ１４→バッテリ２８→バッテリ運転用スイッチ２７→交流電源／バッテリ切換えスイッチ５→リアクトル６というルートで、リアクトル６に貯められたエネルギーを第１のコンデンサ１４に充電する（第７図（ｂ））。
また、負極側昇圧部半導体スイッチ２９をオンして、バッテリ２８→負極側昇圧部半導体スイッチ２９→負極側昇圧部リアクトル３１→バッテリ２８というルートで負極側昇圧部リアクトル３１にエネルギーを貯める（第８図（ａ））。続いて、負極側昇圧部半導体スイッチ２９をオフして、負極側昇圧部リアクトル３１→第２のコンデンサ１５→負極側昇圧部ダイオード３０→負極側昇圧部リアクトル３１というルートで、負極側昇圧部リアクトル３１に貯められたエネルギーを第２のコンデンサ１５に充電する（第８図（ｂ））。
また、上述によって充電された第１のコンデンサ１４と第２のコンデンサ１５の電圧を使用して、インバータ部で直流電力から交流電力に変換し、負荷２１に交流電力を供給するが、負荷２１の不平衡などにより、第１のコンデンサ１４の電圧と第２のコンデンサ１５の電圧とが不平衡になった場合には、Ｐ電圧線とＮ電圧線間に直列接続されたバランス部第１の半導体スイッチ２２およびバランス部第２の半導体スイッチ２４と、直列接続されたバランス部第１の半導体スイッチ２２とバランス部第２の半導体スイッチ２４の接続点と共通線との間に接続されたバランス部リアクトル２６とにより構成されるバランス部により、第１のコンデンサ１４と第２のコンデンサ１５の電荷を移動させる。
従来の無停電電源装置においては、第１のコンデンサ１４と第２のコンデンサ１５が無充電状態である起動時は、交流電源１と接続した場合に第１のコンデンサ１４と第２のコンデンサ１５に流れるインラッシュ電流を抑制するために、起動時にインラッシュ電流を抑制するインラッシュ電流抑制抵抗３を使用する必要があった。インラッシュ電流抑制抵抗３は、消費電力が大きいため部品寸法が大きく、また、インラッシュ電流抑制抵抗３は過大なインラッシュ電流を消費して発熱するため、無停電電源装置の小型化を妨げるという問題点があった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、インラッシュ電流抑制抵抗３を使用しなくとも起動時の過大なインラッシュ電流を抑制することができる無停電電源装置を得ることを目的とする。
発明の開示
この発明の無停電電源装置は、交流電源の交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、起動時および停電時に電源として使用するバッテリと、前記コンバータ部で変換した直流電圧または前記バッテリから供給された直流電圧を蓄えるコンデンサと、前記コンデンサの直流電圧を交流電力に変換するインバータ部と、起動時に前記バッテリを使用して前記コンデンサを充電し、前記コンデンサが所定電圧となった後に、前記バッテリから交流電源に切換える制御部と、を備えたので、
インラッシュ電流抑制抵抗を使用しなくとも起動時に無充電状態であるコンデンサにインラッシュ電流が流れないようにすることができる。
また、この発明の無停電電源装置の起動方法は、直流電圧を交流電力に変換するインバータ部の直流電源となるコンデンサが無電荷状態である起動時において、バッテリにより前記コンデンサを充電する段階と、前記コンデンサが所定電圧となった後に交流電源と切換える段階と、を有するようにしたので、
インラッシュ電流抑制抵抗を使用しなくとも起動時に無充電状態であるコンデンサにインラッシュ電流が流れないようにすることができる。
さらに、この発明の無停電電源装置は、交流電源の一端と交流出力の一端を結合した共通線と、直列接続されたダイオードの接続点が前記交流電源の他端と接続され、この直列接続されたダイオードの両端に形成される直流の正極側となる正極側電圧線、直流の負極側となる負極側電圧線と、前記共通線と前記正極側電圧線との間に接続される第１のコンデンサと、前記共通線と前記負極側電圧線との間に接続される第２のコンデンサと、負極側が前記共通線に接続されたバッテリと、一端コレクタ側がこのバッテリの正極側に接続される負極側昇圧部半導体スイッチと、この負極側昇圧部半導体スイッチの他端エミッタ側と前記共通線との間に接続される負極側昇圧部リアクトルと、一端カソード側が前記負極側昇圧部半導体スイッチの他端エミッタ側と他端アノード側が前記負極電圧線との間に接続される負極側昇圧部ダイオードと、前記正極電圧線と前記負極電圧線との間に直列接続されるバランス部第１の半導体スイッチ、バランス部第２の半導体スイッチと、このバランス部第１の半導体スイッチ、バランス部第２の半導体スイッチのそれぞれと逆並列接続されるバランス部第１のダイオード、バランス部第２のダイオードと、前記バランス部第１の半導体スイッチと前記バランス部第２の半導体スイッチとの接続点と前記共通線との間に接続されるバランス部リアクトルと、前記負極側昇圧部半導体スイッチおよび前記バランス部第２の半導体スイッチをオン・オフ制御する制御部と、を備え、
起動時、前記負極側昇圧部半導体スイッチをオン・オフ制御して前記バッテリを使用して前記第２のコンデンサを充電した後、前記バランス部第２の半導体スイッチをオン・オフ制御して前記第２のコンデンサの電圧を利用して前記第１のコンデンサを充電するようにしたので、
インラッシュ電流抑制抵抗の発熱を考える必要がなくなり、無停電電源装置の小型化が可能となる。
さらにまた、前記制御部は前記第１のコンデンサの電圧および前記第２のコンデンサの電圧が平衡でかつ所定電圧となった後に交流電源と切換えるようにしたので、
起動時のバッテリ入力から交流電源への切換えがスムースに行える無停電電源装置を得ることができる。
また、この発明の無停電電源装置の起動方法は、交流電源の一端と交流出力の一端とを結合した共通線と正極電圧線との間に接続される第１のコンデンサと、前記共通線と負極電圧線との間に接続される第２のコンデンサとが、無電荷状態である起動時において、バッテリを使用して前記第２のコンデンサを所定値以上に充電する第１の段階と、前記第２のコンデンサの電圧を利用して前記第１のコンデンサの電圧が前記第２のコンデンサの電圧と平衡になるまで前記第１のコンデンサを充電する第２の段階と、前記第１のコンデンサの電圧および前記第２のコンデンサの電圧が所定値以上となるまで、前記第１の段階、前記第２の段階の処理を継続し、前記第１のコンデンサの電圧および前記第２のコンデンサの電圧が所定値以上となった時点で、バッテリ入力から交流電源との接続に切換える第３の段階と、を有するようにしたので、
起動時のバッテリ入力から交流電源への切換えがスムースに行える。
発明を実施するための最良の形態
実施の形態１．
第１図はこの発明の実施の形態１に係る無停電電源装置の概略構成を示す図である。図において、１、２、５〜３２は第４図と同様であり、その説明を省略する。また、３３ａは交流電源／バッテリ切換えスイッチ５、第１の半導体スイッチ１１、インバータ部第１の半導体スイッチ１６、インバータ部第２の半導体スイッチ１８、バランス部第１の半導体スイッチ２２、バランス部第２の半導体スイッチ２４、バッテリ運転用スイッチ２７および負極側昇圧部半導体スイッチ２９を制御する制御回路である。
実施の形態１に係る無停電電源装置は、起動時にバッテリ２８を使用して、第１のコンデンサ１４および第２のコンデンサ１５を充電した後、交流電源を接続するようにしたものである。
第１図に示した実施の形態１に係る無停電電源装置の構成は、第４図に示した従来の無停電電源装置の構成から、突入電流を抑制するインラッシュ電流抑制抵抗３およびインラッシュ電流抑制抵抗３に並列に接続されたスイッチ４を削除し、制御回路３３ｂ（スイッチ４、交流電源／バッテリ切換えスイッチ５、バッテリ運転用スイッチ２７、第１の半導体スイッチ１１、インバータ部第１の半導体スイッチ１６、インバータ部第２の半導体スイッチ１８、バランス部第１の半導体スイッチ２２、バランス部第２の半導体スイッチ２４および負極側昇圧部半導体スイッチ２９を制御する）を制御回路３３ａ（交流電源／バッテリ切換えスイッチ５、バッテリ運転用スイッチ２７、第１の半導体スイッチ１１、インバータ部第１の半導体スイッチ１６、インバータ部第２の半導体スイッチ１８、バランス部第１の半導体スイッチ２２、バランス部第２の半導体スイッチ２４および負極側昇圧部半導体スイッチ２９を制御する）に置き換えたものである。
ただし、実施の形態１では交流電源／バッテリ切換えスイッチ５の接点ａは交流電源１と並列接続されるコンデンサ２（交流電源入力時）と、接点ｂはバッテリ運転用スイッチ２７（バッテリ入力時）と、また接点ｃはリアクトル６と接続される。
交流電源／バッテリ切換えスイッチ５を接点ａ側とする通常運転時（ただし、起動時を除く）における交流電源１による第１のコンデンサ１４および第２のコンデンサ１５に充電する動作は、従来例で示した第５図（ａ）、（ｂ）および第６図（ａ）、（ｂ）において、突入電流を抑制するインラッシュ電流抑制抵抗３およびインラッシュ電流抑制抵抗３に並列に接続されたスイッチ４を削除したものと同様である。
交流電源１が正の場合、第１の半導体スイッチ１１をオンして、交流電源１→交流電源／バッテリ切換えスイッチ５→リアクトル６→ダイオードブリッジのダイオード７→第１の半導体スイッチ１１→ダイオードブリッジのダイオード１０→交流電源１というルートで、リアクトル６にエネルギーを貯める。続いて、第１の半導体スイッチ１１をオフして、リアクトル６→逆流阻止用第１のダイオード１２→第１のコンデンサ１４→交流電源１→交流電源／バッテリ切換えスイッチ５→リアクトル６というルートで、リアクトル６に貯められたエネルギーを第１のコンデンサ１４に充電し、共通線に対しＰ電圧線を形成する。
また、交流電源１が負の場合、第１の半導体スイッチ１１をオンして、交流電源１→ダイオードブリッジのダイオード８→第１の半導体スイッチ１１→ダイオードブリッジのダイオード９→リアクトル６→交流電源／バッテリ切換えスイッチ５→交流電源１というルートで、リアクトル６にエネルギーを貯める。続いて、第１の半導体スイッチ１１をオフして、リアクトル６→交流電源／バッテリ切換えスイッチ５→交流電源１→第２のコンデンサ１５→逆流阻止用第２のダイオード１３→リアクトル６というルートで、リアクトル６に貯められたエネルギーを第２のコンデンサ１５に充電し、共通線に対しＮ電圧線を形成する。
また、停電時におけるバッテリ２８による第１のコンデンサ１４および第２のコンデンサ１５に充電する動作は、従来例で示した第７図（ａ）、（ｂ）および第８図（ａ）、（ｂ）と同様であり、説明を省略する。
また、第２図はこの発明の実施の形態１に係る無停電電源装置の起動時においてバッテリ２８による充電の動作を説明するフローチャートである。
実施の形態１に係る無停電電源装置において、起動時にバッテリ２８を使用して第２のコンデンサ１５を充電する動作は、従来例の第８図で示した停電時にバッテリ２８を使用して第２のコンデンサ１５を充電する動作と同様である。
また、第３図はこの発明の実施の形態１に係る無停電電源装置において第１のコンデンサ１４を充電する動作を説明する図である。図において、１４、１５、２３、２４、２６は第１図と同様であり、その説明を省略する。
起動時は第１のコンデンサ１４は無充電状態であり、停電時にバッテリ２８を使用して第１のコンデンサ１４を充電する動作を、起動時に使用すると、従来例の第７図（ｂ）で示したバッテリ２８→バッテリ運転用スイッチ２７→交流電源／バッテリ切換えスイッチ５→リアクトル６→逆流阻止用第１のダイオード１２→第１のコンデンサ１４→バッテリ２８というルートで、第１のコンデンサ１４に突入電流が流れ込むことになる。
したがって、停電時は、交流電源／バッテリ切換えスイッチ５を接点ｂ側に切換え、バッテリ運転用スイッチ２７を短絡するが、実施の形態１における無停電電源装置の起動時では、バッテリ運転用スイッチ２７を開放した状態としておき、バッテリ２８により第２のコンデンサ１５を充電した後、バランス部第１の半導体スイッチ２２と、ダイオード２３と、バランス部第２の半導体スイッチ２４と、ダイオード２５と、バランス部リアクトル２６とで、構成されるバランス部を使用して第２のコンデンサ１５から第１のコンデンサ１４に電荷を移動させることにより、第１のコンデンサ１４を充電する。
負極側が共通線に接続され、正極側が負極側昇圧部半導体スイッチ２９の一端（図ではコレクタ側）と接続されるバッテリ２８と、一端（図ではコレクタ側）がバッテリ２８の正極側と接続され、他端（図ではエミッタ側）が負極側昇圧部リアクトル３１および負極側昇圧部ダイオード３０のカソード側と接続される負極側昇圧部半導体スイッチ２９と、カソード側を負極側昇圧部半導体スイッチ２９の他端（図ではエミッタ側）と接続され、アノード側をＮ電圧線に接続される負極側昇圧部ダイオード３０と、負極側昇圧部半導体スイッチ２９の他端（図ではエミッタ側）と共通線間に接続される負極側昇圧部リアクトル３１とで、共通線とＮ電圧線間に接続された第２のコンデンサ１５を、充電、昇圧するＮ側昇圧部を構成する。
第１図から第３図および第８図により、実施の形態１における無停電電源装置の起動時の動作を説明する。
第１のコンデンサ１４と第２のコンデンサ１５が無電荷状態である起動時、制御回路３３ａは第１のスイッチ５を接点ｂ側に切換えるとともに、バッテリ運転用スイッチ２７を開放する。
制御回路３３ａは、ステップＳ１で、第８図に示すようにバッテリ２８を使用して負極側昇圧部半導体スイッチ２９をオン・オフ制御して、第２のコンデンサ１５を充電する。起動時のバッテリ２８を使用して第２のコンデンサを充電する動作は下記となる。
負極側昇圧部半導体スイッチ２９がオンしている間に、バッテリ２８→負極側昇圧部半導体スイッチ２９→負極側昇圧部リアクトル３１→バッテリ２８というルートで、負極側昇圧部リアクトル３１にエネルギーを貯める（第８図（ａ））。続いて、負極側昇圧部半導体スイッチ２９をオフして、負極側昇圧部リアクトル３１→第２のコンデンサ１５→負極側昇圧部ダイオード３０→負極側昇圧部リアクトル３１というルートで、負極側昇圧部リアクトル３１に貯められたエネルギーを第２のコンデンサ１５に充電する（第８図（ｂ））。
続いて、ステップＳ２で、第２のコンデンサ１５の電圧が所定値（例えば、１００Ｖ運転時は１４１Ｖ、１２０Ｖ運転時は１８０Ｖ）以上になったか判定し、所定値未満の場合はステップＳ１に戻り、バッテリ２８を使用して第２のコンデンサを充電する処理を実行する。バッテリ２８と負極側昇圧部半導体スイッチ２９と負極側昇圧部リアクトル３１と第２のコンデンサ１５と負極側昇圧部ダイオード３０とは反転チョッパ回路を構成しており、負極側昇圧部半導体スイッチ２９をオン・オフ制御することにより、第２のコンデンサ１５を任意の電圧まで昇圧を行う。
ステップＳ２で、第２のコンデンサ１５の電圧が所定値以上の場合は、続いて、ステップＳ３で、第３図に示すようにバランス部第２の半導体スイッチ２４をオン・オフ制御して、第２のコンデンサ１５から第１のコンデンサ１４を第２のコンデンサ１５と同電圧になるように充電する。第２のコンデンサ１５から第１のコンデンサ１４を充電する動作は下記となる。
バランス部第２の半導体スイッチ２４がオンしている間に、第２のコンデンサ１５→バランス部リアクトル２６→バランス部第２の半導体スイッチ２４→第２のコンデンサ１５というルートで、バランス部リアクトル２６にエネルギーを貯める（第３図（ａ））。続いて、バランス部第２の半導体スイッチ２４をオフしている間に、バランス部リアクトル２６→バランス部ダイオード２３→第１のコンデンサ１４→バランス部リアクトル２６というルートで、バランス部リアクトル２６に貯められたエネルギーを第１のコンデンサ１４に充電する（第３図（ｂ））。
バランス部第２の半導体スイッチ２４をオン・オフ制御することにより、第１のコンデンサ１４を任意の電圧まで昇圧を行う。
ステップＳ４で、制御回路３３ａは第１のコンデンサ１４の電圧および第２のコンデンサ１５の電圧が平衡になったか判定する。第１のコンデンサ１４の電圧および第２のコンデンサ１５の電圧が平衡でない場合は、ステップＳ３に戻り、第３図に示すようにバランス部第２の半導体スイッチ２４をオン・オフ制御して、第２のコンデンサ１５から第１のコンデンサ１４を充電する処理を実行する。
ステップＳ５で、制御回路３３ａは第１のコンデンサ１４の電圧および第２のコンデンサ１５の電圧が所定値以上（例えば、１００Ｖ運転時は１４１Ｖ、１２０Ｖ運転時は１８０Ｖ）になったか判定し、第１のコンデンサ１４の電圧および第２のコンデンサ１５の電圧が所定値未満の場合は、ステップＳ１〜ステップＳ４の処理を実行し、第２のコンデンサ１５および第１のコンデンサ１４を充電する。
ステップＳ５で、第１のコンデンサ１４の電圧および第２のコンデンサ１５の電圧が所定値以上の場合、制御回路３３ａはステップＳ６で交流電源／バッテリ切換えスイッチ５を接点ａに切換え、交流電源と接続し、交流電源１による運転をする（バッテリ運転用スイッチ２７は、起動時の開放した状態のままである）。
ところで、上記説明では、インバータ部を構成する直列接続された半導体スイッチの接続点を交流電源の一端と交流出力の一端を結合した共通線と接続し、インバータ部を構成する直列接続された半導体スイッチの両端を正極側電圧線、負極側電圧線間に接続したハーフブリッジ回路を使用した無停電電源装置の例を説明したが、フルブリッジ回路の場合にも利用できることはいうまでもない。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明の無停電電源装置は、インラッシュ電流抑制抵抗３を使用することなくインラッシュ電流を抑制することができるので、小型の無停電電源装置での対応が可能となり、事務所など省スペースの要求される条件において用いられるのに適している。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の実施の形態１に係る無停電電源装置の概略構成を示す図である。
第２図はこの発明の実施の形態１に係る無停電電源装置において起動時におけるバッテリ２８による充電の動作を説明するフローチャートである。
第３図はこの発明の実施の形態１に係る無停電電源装置において第１のコンデンサ１４を充電する動作を説明する図である。
第４図は従来の無停電電源装置の概略構成を示す図である。
第５図は従来の無停電電源装置における交流電源１による充電時の動作を説明する図である。
第６図は従来の無停電電源装置における交流電源１による充電時の動作を説明する図である。
第７図は従来の無停電電源装置のバッテリ２８による充電時の動作を説明する図である。
第８図は従来の無停電電源装置のバッテリ２８による充電時の動作を説明する図である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成14年9月20日(2002.9.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
削除
【請求項２】
削除
【請求項３】
交流電源の一端と交流出力の一端を結合した共通線と、
直列接続されたダイオードの接続点が前記交流電源の他端と接続され、この直列接続されたダイオードの両端に形成される直流の正極側となる正極側電圧線、直流の負極側となる負極側電圧線と、
前記共通線と前記正極側電圧線との間に接続される第１のコンデンサと、
前記共通線と前記負極側電圧線との間に接続される第２のコンデンサと、
負極側が前記共通線に接続されたバッテリと、
一端コレクタ側がこのバッテリの正極側に接続される負極側昇圧部半導体スイッチと、
この負極側昇圧部半導体スイッチの他端エミッタ側と前記共通線との間に接続される負極側昇圧部リアクトルと、
一端カソード側が前記負極側昇圧部半導体スイッチの他端エミッタ側と他端アノード側が前記負極電圧線との間に接続される負極側昇圧部ダイオードと、
前記正極電圧線と前記負極電圧線との間に直列接続されるバランス部第１の半導体スイッチ、バランス部第２の半導体スイッチと、
このバランス部第１の半導体スイッチ、バランス部第２の半導体スイッチのそれぞれと逆並列接続されるバランス部第１のダイオード、バランス部第２のダイオードと、
前記バランス部第１の半導体スイッチと前記バランス部第２の半導体スイッチとの接続点と前記共通線との間に接続されるバランス部リアクトルと、
前記負極側昇圧部半導体スイッチおよび前記バランス部第２の半導体スイッチをオン・オフ制御する制御部と、を備え、
起動時、前記負極側昇圧部半導体スイッチをオン・オフ制御して前記バッテリを使用して前記第２のコンデンサを充電した後、前記バランス部第２の半導体スイッチをオン・オフ制御して前記第２のコンデンサの電圧を利用して前記第１のコンデンサを充電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４】
前記制御部は前記第１のコンデンサの電圧および前記第２のコンデンサの電圧が平衡でかつ所定電圧となった後に交流電源と切換えるようにしたことを特徴とする請求項３記載の無停電電源装置。
【請求項５】
交流電源の一端と交流出力の一端とを結合した共通線と正極電圧線との間に接続される第１のコンデンサと、前記共通線と負極電圧線との間に接続される第２のコンデンサとが、無電荷状態である起動時において、
バッテリを使用して前記第２のコンデンサを所定値以上に充電する第１の段階と、
前記第２のコンデンサの電圧を利用して前記第１のコンデンサの電圧が前記第２のコンデンサの電圧と平衡になるまで前記第１のコンデンサを充電する第２の段階と、
前記第１のコンデンサの電圧および前記第２のコンデンサの電圧が所定値以上となるまで、前記第１の段階、前記第２の段階の処理を継続し、前記第１のコンデンサの電圧および前記第２のコンデンサの電圧が所定値以上となった時点で、バッテリ入力から交流電源との接続に切換える第３の段階と、を有することを特徴とする無停電電源装置の起動方法。
【国際調査報告】
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