(57)【要約】【課題】従来の無停電電源システムにあるモニタリング回路の欠点を克服し、安定した品質と安全とを有する無停電システムを提供することにある。【解決手段】本発明は、整流ユニットと、フィルタユニットと、バッテリユニットと、少なくとも一つの電圧調整ユニットと、少なくとも二つの電圧モニタリングユニットと、順で接続する無停電電源システムの電圧異常保護回路であって、そのうち、前記電圧調整ユニットは、少なくとも一つの降圧素子及び前記降圧素子に並列に接続するバイパススイッチユニットを含み、これ等電圧モニタリングユニットは、それぞれ前記電圧調整ユニットの入力側と出力側とに接続し、前記電圧調整ユニットの入力側と出力側との電圧をモニタリングするために用いることで、前記外部電源の一端に設ける整流ユニット、遮断器及びバイパススイッチユニットを制御している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源に接続する遮断器と、
前記遮断器に接続し、出力側に直流電圧を出力する整流ユニットと、
前記整流ユニットの出力側に接続するフィルタユニットと、
前記整流ユニットの出力側に接続し、前記フィルタユニットと並列に設置するバッテリユニットと、
少なくとも一つの降圧素子及び前記降圧素子に並列に接続するバイパススイッチユニットを含み、そのうち、前記降圧素子は前記バッテリユニットと負荷との間に直列に接続し、前記バイパススイッチユニットは並列に接続する少なくとも二つのバイパススイッチが少なくとも一つのバイパススイッチに直列に接続する少なくとも一つの電圧調整ユニットと、
前記電圧調整ユニットの入力側と出力側とにそれぞれ接続する少なくとも二つの電圧モニタリングユニットと、を包括することを特徴とする無停電電源システムの電圧異常保護回路。
【請求項２】
これ等電圧モニタリングユニットは、前記遮断器を個別に制御する駆動回路、前記整流ユニットを個別に制御する駆動回路、或いは各バイパススイッチを個別に制御する駆動回路をそれぞれ有することを特徴とする請求項１に記載の無停電電源システムの電圧異常保護回路。
【請求項３】
これ等電圧モニタリングユニットは、警報素子をそれぞれ有することを特徴とする請求項１に記載の無停電電源システムの電圧異常保護回路。
【請求項４】
これ等降圧素子は、ダイオードであって、これ等バイパススイッチはそれぞれ制御可能な電子式スイッチであって、前記遮断器はヒューズを直列に接続する制御可能な電子式スイッチであって、前記整流ユニットは制御可能な半導体スイッチであることを特徴とする請求項１に記載の無停電電源システムの電圧異常保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流給電機器の電圧異常保護システムであって、特に、直流給電機器が負荷にかかる電圧を制御するために用いる回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
商用電源が正常な状態において、無停電電源システムは商用電源に接続し、通常、ＳＣＲ（シリコン制御整流器）を整流器とすることで、負荷側に対して給電を行うことができると同時に、さらに高い電圧でバックアップバッテリに対して急速充電を行うことができるが、上述の高い電圧は、負荷側の需要に適する使用電圧にするため、ＤＣ／ＤＣ電力コンバータのような降圧装置をさらに介さなくてはならない。
【０００３】
商用電源に停電が発生した場合、無停電電源システムは自動転換を行うことで、負荷側はバックアップバッテリによる給電に切換わるが、もし、この時、バックアップバッテリが降圧装置を介して負荷側にも給電していると、バックアップバッテリの電力は継続的に消費され、負荷側も商用電源が停電した後、間もなく作動停止するという窮地に陥ってしまう。そのため、バックアップバッテリはバイパススイッチを増設し、これを介して負荷側に対して継続的に給電しなけらばならないが、単一のバイパススイッチのみ設置しただけでは、前記バイパススイッチが故障した場合、バイパスに導通することができず、給電することができなくなってしまう。
【０００４】
また、暫くの間停電して商用電源が復旧した場合、前記無停電電源システムは高い電圧でバックアップバッテリに対して急速充電を行い且つ負荷側に給電するが、もしバイパススイッチが商用電源の復旧に伴い適時にスイッチを切換えしていないと、バックアップバッテリの高い電圧がバイパススイッチを介し負荷側に対して直接給電され、負荷側の機器が破損し、また、前記無停電電源システムは過電圧保護機構をさらに作動させ、整流器を遮断することで、バックアップバッテリの電力消費をさらに加速させ、最後には長期的に給電することができなくなってしまう。
【０００５】
以上のことから、負荷側の設備は重要且つ高価で、バックアップバッテリも高コストな投資項目であるため、無停電電源システムにおいて、たとえ停電、復旧及び通常作動等の三種類の状況下にあっても、直流側は過電圧或いは低電圧の異常が発生する恐れがあり、周知において、これ等直流給電設備の電圧異常保護回路は、関連する異常状況に対して考慮されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
完備された保護回路は、停電時にバッテリの電力を十分に活用し、復旧時に負荷が過電圧にならないよう保護し、通常時に整流器の故障或いは外部電源の過電圧によって負荷及びバッテリが損傷することを防ぐものである。
【０００７】
本発明の目的は、従来の無停電電源システムにある対電圧異常の保護回路が不完全且つ信頼性が不足しているという欠点を克服することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明は、外部電源に接続する遮断器と、前記遮断器に接続し、出力側に直流電圧を出力する整流ユニットと、前記整流ユニットの出力側に接続するフィルタユニットと、前記整流ユニットの出力側に接続し、前記フィルタユニットと並列に設置するバッテリユニットと、少なくとも一つの降圧素子及び前記降圧素子に並列に接続するバイパススイッチユニットを含み、そのうち、前記降圧素子は前記バッテリユニットと負荷との間に直列に接続し、前記バイパススイッチユニットは並列に接続する少なくとも二つのバイパススイッチが少なくとも一つのバイパススイッチに直列に接続する少なくとも一つの電圧調整ユニットと、前記電圧調整ユニットの入力側と出力側とにそれぞれ接続する少なくとも二つの電圧モニタリングユニットと、を包括する無停電電源システムの電圧異常保護回路を提供している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の特徴は、電圧調整ユニット内の素子と電圧モニタリングユニットとをダブリングし、制御不能を防ぎ、全体のモニタリング機能の信用性を向上させ、過電圧によるバッテリ或いは負荷設備が焼損する、又は低電圧によるシャットダウンの事故が発生する、まで至らないように確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本発明を示す構成図である。
【図２】図２は本発明に係るモニタリングノードを示す回路模式図（一）である。
【図３】図３は本発明に係るモニタリングノードを示す回路模式図（二）である。
【図４】図４は本発明のもう一つの実施例に係るモニタリングを示す回路模式図である。
【図５】図５は本発明の第三実施例に係る二重式回路を示す回路模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
具体的な実施例により図面を参照しつつ、以下において、本発明の構成及びそれをどのように組合せ、使用するかを詳細に説明することで、本発明の目的、技術内容、特徴及びこれが達成する効果をより容易に理解できる。
【００１２】
図１及び図２で図示されているものを参照すると、本発明に係る無停電電源システムの電圧異常保護回路Ｅは、構成上、主に、整流ユニット１と、フィルタユニット２と、バッテリユニット３と、電圧調整ユニット４と、電圧モニタリングユニット５と、遮断器６とを包括している。
【００１３】
図１及び図２を参照しつつ、まず、本発明の電力を供給するための回路構成及び効果について説明すると、前記遮断器６は商用電源のような外部電源７の一端に接続し、且つ前記遮断器６は常時閉（Ｎｏｒｍａｌｌｙ  Ｃｌｏｓｅｄ，導通）に設定されており、そのうち、前記遮断器６はさらにヒューズ９を直列に接続して前記整流ユニット１に接続することもでき、これによって、前記遮断器６は過電圧のような重大な事故の遮断を制御することができ、また、前記遮断器６は電磁式或いはノンヒューズ（ＮＦＢ）のような制御可能な電子式遮断器であって、本実施例では、ノンヒューズ遮断器を用いて実施している。
【００１４】
前記整流ユニット１は、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）或いは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等の制御可能な半導体スイッチで実施し、前記遮断器６に接続し、出力側で直流電圧を出力しており、前記フィルタユニット２は、本実施例において、フィルタリングのため、コンデンサで前記整流ユニット１の出力側に並列に接続しており、前記バッテリユニット３は、前記整流ユニット１の出力側に接続し、前記フィルタユニット２と並列に呈して設置し、ノンヒューズ遮断器３１、ヒューズ３２及びバッテリ３３を直列に接続して実施しており、そのうち、前記フィルタユニット２の一端及び前記バッテリユニット３の一端には、手動負荷電流切換スイッチＳ１及びＳ２をそれぞれ有し、作業員が点検を容易に行えるようにするために絶縁することができ、前記手動負荷電流切換スイッチＳ１は前記バッテリユニット３の電力を絶縁するために用いられ、前記手動負荷電流切換スイッチＳ２は前記整流ユニット１の電力を絶縁するために用いられている。
【００１５】
次に、図３を併せて参照しつつ、本発明の電圧をモニタリングするための回路構成及び効果について説明すると、負荷８は常に高い起動電流を必要とするため、前記電圧調整ユニット４は、本実施例において、瞬間大電流を提供できないＤＣ／ＤＣ電力コンバータを用いず、複数の降圧素子４１ａ乃至４１ｎ及びこれ等降圧素子４１ａ乃至４１ｎに並列に接続するバイパススイッチユニット４２で実施し、これ等降圧素子４１ａ乃至４１ｎは直列に呈して前記バッテリユニット３と前記負荷８との間に設置し、前記バイパススイッチユニット４２はこれ等降圧素子４１ａ乃至４１ｎに並列に接続しており、本実施例における前記バイパススイッチユニット４２は、並列に接続する二つのバイパススイッチ４２ａ及び４２ｂに、直列に接続する二つのバイパススイッチ４２ｃ及び４２ｄを直列に接続することで実施しており、これ等バイパススイッチ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ及び４２ｄはそれぞれ電磁式スイッチのような制御可能な電子式スイッチで実施し、且つこれ等バイパススイッチ４２ａ及び４２ｂは常時開（Ｎｏｒｍａｌｌｙ  Ｏｐｅｎ，不導通）、これ等バイパススイッチ４２ｃ及び４２ｄは常時閉に設定することで、前記電圧調整ユニット４を前記負荷８の電圧調整として用いており、そのうち、前記電圧調整ユニット４の一端には、電圧調整ユニット４をその他の素子とを絶縁して作業員が点検を容易に行えるようにするため、手動負荷電流切換スイッチＳ３も有している。
【００１６】
前記整流器ユニット１の素子に故障或いは前記遮断器６の機構に故障が発生して機能しなくなり、さらに前記電圧モニタリングユニット５も図１のように、同時に故障していたとすると、前記外部電源７との接続が遮断できず、過電圧が発生し、前記バッテリユニット３或いは前記負荷８の設備に損傷を与えてしまうという状況を防ぐため、図２のように、二つの電圧モニタリングユニット５ａ及び５ｂを設置しており、そのうち、これ等電圧モニタリングユニット５ａ及び５ｂは、前記電圧調整ユニット４の入力側及び出力側、即ち、第一ノードａ及び第二ノードｂにそれぞれ設置することで、前記電圧調整ユニット４の入力側と出力側との電圧値をモニタリングしており、また、これ等電圧モニタリングユニット５ａ及び５ｂ内には、前記遮断器６と、前記整流器ユニット１と、これ等各バイパススイッチ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ及び４２ｄとを個別に制御する駆動回路（図示されていない）がそれぞれ備えられることで、適時に、前記遮断器６、前記整流ユニット１及び前記バイパススイッチユニット４２を制御し、且つ、これ等電圧モニタリングユニット５ａ及び５ｂがより正確に現在のこれ等バイパススイッチ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ及び４２ｄの状態を測定するため、さらにこれ等バイパススイッチ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ及び４２ｄの状態補助ノード（図示されていない）をこれ等電圧モニタリングユニット５ａ及び５ｂとの接続に盛り込むことによって、本発明の全体がさらに精確なモニタリング効果を達成することができる。
【００１７】
図１乃至３を続けて参照しつつ、本発明が異なる状況下における作業工程を以下において説明する。
【００１８】
前記無停電電源システムが、異常がない状態にあると、前記外部電源７は、前記整流ユニット１により前記バッテリユニット３に対して充電を行い、前記負荷８に対して給電を行っており、前記外部電源７に異常が発生して給電が停止すると、前記無停電電源システムは自動的に前記バッテリユニット３より前記電圧調整ユニット４を介して前記負荷８に電力を給電し、前記バッテリユニット３の電圧値が低く早期にその電力を消費してしまうことを防ぐため、これ等電圧モニタリングユニット５ａ及び５ｂは、前記第一ノードａの電圧を同時にモニタリングし、且つ前記第一ノードａが既定の臨界電圧値より低かった場合、これ等バイパススイッチ４２ａ及び４２ｂを同時に制御して適時に導通させており、これによって、前記バッテリユニット３の電力がこれ等バイパススイッチ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ及び４２ｄを介して前記負荷８に対して継続的に給電できるだけでなく、周知技術における単一のバイパススイッチしか設置しないために正常に作動できず、バッテリの電力を十分に発揮できないということを防止することもでき、その結果、前記バッテリユニット３は順調に蓄電され、停電後から前記外部電源７が復旧するまでの期間、前記負荷８に対して給電を行うことで、前記バッテリユニット３はバックアップ時に十分にその効果を発揮している。
【００１９】
前記外部電源７が復旧すると、これ等電圧モニタリングユニット５ａ及び５ｂは、すぐさまこれ等バイパススイッチ４２ａ及び４２ｂを遮断することで、前記外部電源７は高い電圧で前記バッテリユニット３に対して継続的に充電し、これ等降圧素子４１ａ乃至４１ｎを正常に介して前記負荷８に対して継続に給電している。
【００２０】
また、復旧後のこれ等バイパススイッチ４２ａ及び４２ｂが全部正常に遮断されないと、前記第一ノードａの高電圧が直接前記バイパススイッチユニット４２を介して前記負荷８に対して給電し、前記負荷８に過電圧が発生して前記負荷８の設備が損傷する恐れがあるため、本発明が提供するもう一つの効果は、これ等電圧モニタリングユニット５ａ及び５ｂが前記第二ノードｂの電圧を同時にモニタリングすることであって、前記第二ノードｂの電圧値が高いことを発見するとすぐさま制御し、常時閉に設定されていた前記バイパススイッチ４２ｃ及び４２ｄを遮断することで前記第二ノードｂが過電圧にならないように確保し、前記遮断器６或いは前記整流ユニット１を再度遮断することがないので、負荷の長時間停電を有効的に防ぎ、前記外部電圧７は、この時、これ等降圧素子４１ａ乃至４１ｎを安全且つ確実に介して前記負荷８に対して給電している。
【００２１】
また、これ等バイパススイッチ４２ｃ及び４２ｄの切換えにも失敗が生じ、正常に遮断ができなくなると、これ等電圧モニタリングユニット５ａ及び５ｂはすぐさま前記遮断器６及び前記整流ユニット１を遮断して前記負荷８の設備損傷しないように保護し、且つこれ等電圧モニタリングユニット５ａ及び５ｂ内にそれぞれ設ける警告ノードのような警報素子（図示されていない）を介し、信号を制御室に送信して警報を発したり、警報ランプを設置して点滅させたりすることで、すぐに点検するように作業員に通知している。
【００２２】
次に、図４のように、本発明に係る第二実施例は、電圧調整ユニット４をもう一つ増設しており、これ等電圧モニタリングユニット５ａ及び５ｂと本実施例において増設する前記電圧調整ユニット４との接続方式は、上述の実施例と類似しているが、その差異は二つの前記電圧調整ユニット４の間に第三ノードｃをさらに包括することであって、前記第三ノードｃもこれ等電圧モニタリングユニット５ａ及び５ｂにそれぞれ接続していることから、これ等電圧モニタリングユニット５ａ及び５ｂは、前記第一ノードａと前記第三ノードｃとをそれぞれ一つの前記電圧調整ユニット４の入力電圧及び出力電圧として同時且つ個別にモニタリングし、前記第三ノードｃと前記第二ノードｂとをそれぞれもう一つの前記電圧調整ユニット４の入力電圧及び出力電圧として同時且つ個別にモニタリングしている。
【００２３】
そのため、第二実施例の効果は、上述の実施例には単一の電圧調整ユニット４しか設置されてなく、前記切換え工程において大きい出力電圧の変化（例えば、出力電圧を一回の調整の切換えで起こる変動の幅はおよそ１０％に達する）が引き起こり、回路の制御及び安定性において、負荷に対して好ましくない影響を及ぼしているため、二つの電圧調整ユニット４を設置することによって、本発明は二段式の降圧制御として改善し、即ち、それぞれのノードの電圧臨界値をモニタリングし、ノード毎の臨界値に基づき、バイパススイッチユニット４２を前後してそれぞれオンにする（例えば、出力電圧を前後してそれぞれ調整することで起こる変動の幅は５％である）ことで、精確な出力電圧の制御を達しており、同じように、三つ以上の電圧調整ユニット４を設置することで、より精確な出力電圧の制御を達することもできる。
【００２４】
また、図５のように、本発明に係る第三実施例は、二つの無停電電源システムの電圧異常保護回路Ｅを包括する二重式（或いは多重式）で実施しており、これ等無停電電源システムの電圧異常保護回路Ｅは、前記外部電源７にそれぞれ接続し、且つ直流バスＦにそれぞれ接続して前記負荷８に対して給電している。この構成で実施する場合、出力側と前記負荷８との間に、直列に接続する少なくとも一つのダイオードと手動スイッチとをそれぞれ加えなければならず、本実施例では、直列に接続するダイオードＤ１及びＤ２と手動負荷電流切換スイッチＳ４及びＳ５とをそれぞれ設けることで実施しており、そのうち、これ等ダイオードＤ１及びＤ２は、これ等無停電電源システムの電圧異常保護回路Ｅ同士で循環電流が発生しないようにするためにそれぞれ用いられ、これ等手動負荷電流切換スイッチＳ４及びＳ５は、点検時に手動でオン／オフにして絶縁にするためにそれぞれ用いられている。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
以上のことから、無停電電源システムの電圧異常で起こる影響はそれぞれが関係しているため、本発明は全体の回路動作のリスクにより、対応を考慮して完備する保護回路であって、以下のような利点がある。
【００２６】
１．二重化したバイパススイッチユニット（並列に接続するバイパススイッチ４２ａ及び４２ｂと直列に接続するバイパススイッチ４２ｃ及び４２ｄ）によって、単一のスイッチが機能せずに導通或いは遮断できないため、バッテリバックアップの時効が有効に発揮できない、或いは過電圧が出力して負荷が破損するということを防ぐことができる。
【００２７】
２．二重化した電圧モニタリングユニット（電圧モニタリングユニット５ａ及び５ｂ）によって、個別且つ独立にそれぞれのスイッチ（整流ユニット１と、バイパススイッチ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ及び４２ｄと、遮断器６）を制御することで、過電圧及び低電圧が負荷の設備及びバッテリユニットに対する損傷を有効に防ぐことができ、無停電電源システムの給電品質及び安全を向上することができる。
【００２８】
３．過電圧或いは低電圧が発生すると警報が発せられるため、作業員が即座に点検することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１                整流ユニット
２                フィルタユニット
３                バッテリユニット
３１              ノンヒューズ遮断器
３２              ヒューズ
３３              バッテリ
４                電圧調整ユニット
４１ａ〜４１ｎ    降圧素子
４２              バイパススイッチユニット
４２ａ            バイパススイッチ
４２ｂ            バイパススイッチ
４２ｃ            バイパススイッチ
４２ｄ            バイパススイッチ
５                電圧モニタリングユニット
５ａ              電圧モニタリングユニット
５ｂ              電圧モニタリングユニット
６                遮断器
７                外部電圧
８                負荷
９                ヒューズ
ａ                第一ノード
ｂ                第二ノード
ｃ                第三ノード
Ｄ１              ダイオード
Ｄ２              ダイオード
Ｅ                無停電電源システムの電圧異常保護回路
Ｆ                直流バス
Ｓ１              手動負荷電流切換スイッチ
Ｓ２              手動負荷電流切換スイッチ
Ｓ３              手動負荷電流切換スイッチ
Ｓ４              手動負荷電流切換スイッチ
Ｓ５              手動負荷電流切換スイッチ
【図１】
2015002669.tif 000003
【図２】
2015002669.tif 000004
【図３】
2015002669.tif 000005
【図４】
2015002669.tif 000006
【図５】
2015002669.tif 000007