(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流のバッテリに蓄電された電力を交流の負荷に給電する電源装置であって、
交流電源から内部交流ラインに入力した交流電圧を直流電圧に変換し、前記バッテリに出力するインバータ部と、
前記インバータ部を構成するスイッチング素子の駆動を制御する制御部と、を備え、
前記インバータ部は、力率を高める力率改善制御を実施しており、
前記インバータ部から前記内部交流ラインに交流電圧極性が反転した電圧が出力されたことを検出した場合に、前記交流電源との電気的接続が切り離されたと判断することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置であって、
前記交流電源と前記インバータ部との間に挿入されたリレーを備え、
前記制御部は、前記リレーをオンして前記交流電源から入力した電力を前記負荷に給電するとともに前記バッテリに充電する商用給電モードと、前記リレーをオフして前記バッテリの電力を前記負荷に給電するバッテリ給電モードと、を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電源装置であって、
前記制御部は、前記内部交流ラインの交流電圧極性が反転したときに、前記バッテリ給電モードを開始することを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項２または３のいずれかに記載の電源装置であって、
前記制御部は、前記内部交流ラインの検出電圧値に基づいて前記バッテリ給電モードを開始するか否かを判定する停電検知ブロックを備え、
前記停電検知ブロックは、前記内部交流ラインの交流電圧極性が逆の場合には前記検出電圧値を所定値とする処理を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電源装置であって、
前記停電検知ブロックは、前記検出電圧値の全波整流電圧のフィルタリング値がしきい値を下回った場合に前記バッテリ給電モードを開始することを特徴とする電源装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の電源装置であって、
前記インバータ部は、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータと双方向ＤＣ−ＤＣコンバータとを備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電源装置であって、
前記双方向ＡＣ−ＤＣコンバータは、
第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子を直列接続した第１のスイッチングレッグと、
第３のスイッチング素子と第４のスイッチング素子を直列接続し、かつ前記第１のスイッチングレッグに並列接続した第２のスイッチングレッグと、
第１のコンデンサと第２のコンデンサを直列接続し、かつ前記第１のスイッチングレッグに並列接続した第１のコンデンサレッグと、
第３のコンデンサと第４のコンデンサを直列接続し、かつ前記第３、第４のコンデンサの接続点を前記第１、第２のコンデンサの接続点に接続された第２のコンデンサレッグと、
前記第１、第２のスイッチング素子の接続点と前記第２のコンデンサレッグの一端との間に接続された第１のインダクタと、
前記第３、第４のスイッチング素子の接続点と前記第２のコンデンサレッグの他端との間に接続された第２のインダクタと、を備え、
前記第１のコンデンサ若しくは前記第２のコンデンサ又は前記第１のコンデンサレッグの両端間から直流電力を入出力し、
前記第３のコンデンサの両端間若しくは前記第４のコンデンサの両端間又は前記第３のコンデンサ及び前記第４のコンデンサの両端間から交流電力を入出力することを特徴とする電源装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電源装置であって、
前記双方向ＡＣ−ＤＣコンバータは、
第５のスイッチング素子と第６のスイッチング素子を直列接続し、かつ前記第１のスイッチングレッグに並列接続した第３のスイッチングレッグと、
前記第５、第６のスイッチング素子の接続点と前記第１、第２のコンデンサの接続点との間に接続された第３のインダクタと、を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の電源装置と、
前記バッテリと、を備えた無停電電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流と交流の間で電力変換する電源装置及び当該電源装置を用いた無停電電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保全への意識の高まりから、バッテリや太陽電池、燃料電池などの直流電源を備えたシステムが開発されている。これらのシステムにおいては、直流電力を交流電力に変換して負荷や商用電源に供給する電源装置が必要になる。また、商用電源が停電してもバッテリを用いて負荷に給電を続ける場合には、バッテリを備えた無停電電源システムが必要である。
【０００３】
特許文献１には、インバータと充電・昇圧回路を介して、交流電源の健全時にバッテリを充電し、停電等のバックアップ運転時にバッテリから負荷に給電する無停電電源装置が開示されている。この無停電電源装置では、交流電源とインバータとの間にメカニカルスイッチと半導体スイッチが直列に挿入され、交流電源の電圧波形と目標波形との差が広がって電圧変動を検出すると、半導体スイッチをオフしてインバータから負荷に給電を開始する。このとき、交流電源の電圧極性急変を検出した場合には、インバータを停止するとともに、半導体スイッチをオンにする。これにより、半導体スイッチに印加される電圧を抑制し、半導体スイッチの耐圧を低減して高効率化することを目的としている。
【０００４】
特許文献２には、交流電源からバッテリを充電する充電器と、バッテリから負荷に給電するインバータを備えた無停電電源装置が開示されている。この無停電電源装置は、電源電圧を全波整流した電圧波形が設定電圧値を下回っている時間が、設定時間を超えた場合に停電と判断する。これにより、交流電源の電圧波形が不安定な場合おいても、誤検出を抑えて安定して停電検出することを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２５４１０２号公報
【特許文献２】特開２００１−０１３１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の無停電電源装置では、メカニカルスイッチより高速な半導体スイッチを併用することにより交流電源を高速に切り離すことが可能であり、交流電源の一瞬の電圧変動を検出した場合にもインバータを即座に動作させ、電圧変動が少ない交流電圧を負荷に給電できる。しかしながらこの方法では、交流電源の電圧波形の歪みが大きい場合には、交流電源から負荷に給電する商用給電モードを安定して継続することは難しい。また、半導体スイッチを併用することによる電力損失やコストアップも発生しやすい。
【０００７】
一方、特許文献２では、全波整流波形を用いた停電検出方法により、交流電源の電圧波形の歪みが大きい場合においても商用給電モードを安定して継続しやすい。しかしながらこの無停電電源装置では、インバータとは別に充電器を備えており、低コスト化が難しい要因になる。
【０００８】
本発明の目的は、交流電源の電圧波形の歪みが大きい場合においても商用給電モードを安定して継続でき、また交流電源が電気的に切り離された場合には速やかにバッテリ給電モードを開始し、かつ低コストな電源装置およびこれを用いた無停電電源システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために本発明の電源装置は、直流のバッテリに蓄電された電力を交流の負荷に給電する電源装置であって、交流電源から内部交流ラインに入力した交流電圧を直流電圧に変換し、前記バッテリに出力するインバータ部と、前記インバータ部を構成するスイッチング素子の駆動を制御する制御部と、を備え、前記インバータ部は、力率を高める力率改善制御を実施しており、前記インバータ部から前記内部交流ラインに交流電圧極性が反転した電圧が出力されたことを検出した場合に、前記交流電源との電気的接続が切り離されたと判断することを特徴とする
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、交流電源の電圧波形の歪みが大きい場合においても商用給電モードを安定して継続でき、また交流電源が電気的に切り離された場合には速やかにバッテリ給電モードを開始し、かつ低コストな電源装置およびこれを用いた無停電電源システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の電源装置１とこれを採用した無停電電源システム１００の概略構成図である。
【図２】実施例１の停電検知ブロック図である。
【図３】交流電源６との電気的接続が切り離されたときの停電検知動作を説明する図である。
【図４】交流電源６が停電したときの停電検知動作を説明する図である。
【図５】実施例２の電源装置１ａとこれを採用した無停電電源システム１００ａの回路構成図である。
【図６】実施例３の電源装置１ｂとこれを採用した無停電電源システム１００ｂの回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本実施形態の電源装置１とこれを採用した無停電電源システム１００の電源システムの概略構成図である。電源装置１は、リレー５と、インバータ部９と、制御部５０と、を備える。インバータ部９は、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２と、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３と、を備える。制御部５０は、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２及び双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３が備えたスイッチング素子およびリレー５を制御する。無停電電源システム１００は、電源装置１とバッテリ４とを備えている。
【００１４】
双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２の交流側は、リレー５とブレーカ８とを介して交流電源６に接続されるとともに、負荷７に接続されている。同図において、Ｖｓは交流電源６の電圧を示し、Ｖｕは交流電源６から入力した内部交流ラインの電圧を示している。双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２の直流側は、直流のリンク電圧Ｖｌｉｎｋに接続されている。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３は、リンク電圧Ｖｌｉｎｋとバッテリ４との間に接続されている。このような構成により、バッテリ４の充放電を行う。なお、バッテリ４の電圧変化範囲を双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２の直流側電圧範囲内として、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３を省略してもよい。
【００１５】
この電源装置１は、交流電源６が健全でブレーカ８がオンしている平常時には、商用給電モードで動作する。商用給電モードでは、リレー５をオンし、交流電源６から負荷７に給電される。そして、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２は、入力された交流電源６の電力を変換してリンク電圧Ｖｌｉｎｋを出力する。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３は、入力されたリンク電圧Ｖｌｉｎｋを変換してバッテリ４を充電する。この商用給電モードでは、交流電源６から負荷７へ電力変換回路を介さずに給電するため、電力損失が少なく効率が高い。このとき双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２は、交流電源６からの入力電流を正弦波状に制御して力率を高めるため、力率改善制御を実施している。
【００１６】
交流電源６の停電時やブレーカ８をオフしたときには、電源装置１はバッテリ給電モードで動作する。バッテリ給電モードでは、リレー５をオフし、バッテリ４から負荷７に給電される。すなわち、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３は、入力されたバッテリ４の放電電圧を変換してリンク電圧Ｖｌｉｎｋを出力し、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２は、入力されたリンク電圧Ｖｌｉｎｋを変換して負荷７に交流電力を供給する。これにより、交流電源６の停電時やブレーカ８をオフしたときにも負荷７への給電を継続する。
【００１７】
次に、図２および図３を用いてブレーカ８をオフしたときの停電検知動作を説明する。
【００１８】
図２は、制御部５０が備えた停電検知ブロックを示している。制御部５０は、交流電源６から入力した内部交流ライン電圧Ｖｕに基づき、商用給電モードからバッテリ給電モードに移行すべきか否かを判定する。
【００１９】
まず、逆電圧マスク処理５１において、交流電源６の位相ｐｈを参照して交流電源６が正の半周期か負の半周期かを判断する。そして、内部交流ライン電圧Ｖｕに対して逆電圧マスク処理を実施し、逆電圧マスク処理結果Ｖｕｚを出力する。
【００２０】
具体的に本実施例においては、逆電圧マスク処理結果Ｖｕｚは次の通りである。交流電源６が正の半周期のときに内部交流ライン電圧Ｖｕが負の場合は、逆電圧マスク処理結果Ｖｕｚは、所定値（本実施例ではゼロ）が出力される。また、交流電源６が負の半周期のときに内部交流ライン電圧Ｖｕが正の場合も、逆電圧マスク処理結果Ｖｕｚは、所定値（本実施例ではゼロ）が出力される。そして、交流電源６が正の半周期のときに内部交流ライン電圧Ｖｕが正の場合、若しくは交流電源６が負の半周期のときに内部交流ライン電圧Ｖｕが負の場合は、逆電圧マスク処理結果Ｖｕｚは、内部交流ライン電圧Ｖｕが出力される。
【００２１】
このように、逆電圧マスク処理５１は、内部交流ライン電圧Ｖｕが本来と逆極性の場合には、交流電源６からの入力電圧を無視するようにしている。ここで、交流電源６の位相ｐｈは、内部交流ライン電圧ＶｕからＰＬＬ（位相同期ループ）等により生成すればよい。
【００２２】
続いて、全波整流処理５２において、入力された逆電圧マスク処理結果Ｖｕｚの絶対値を取り、全波整流処理結果Ｖｕａを出力する。フィルタ処理５３においては、入力された全波整流処理結果Ｖｕａをフィルタリングし、フィルタ処理結果Ｖｕｆを出力する。停電判定処理５４においては、入力されたフィルタ処理結果Ｖｕｆをしきい値Ｖｔｈと比較する。そして、フィルタ処理結果Ｖｕｆがしきい値Ｖｔｈを下回ったときに停電判定処理結果Ｙを出力する。
【００２３】
図３は、ブレーカ８がオフしたときの停電検知動作の波形である。図３に示す波形は、図２に示した停電検知ブロックの各部波形を示している。Ｖｓは交流電源６の電圧を示し、期間ａ１、ａ３は交流電源６の正の半周期であり、期間ａ２、ａ４は交流電源６の負の半周期である。
【００２４】
図３において、時刻ｔ１にてブレーカ８がオフされると、通常の停電とは異なりインピーダンスが高くなるので、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２は、それまで実施していた力率改善制御により交流電源６と逆極性の電圧を交流側に出力する。リレー５はオン状態であるから、内部交流ライン電圧Ｖｕは極性が反転する。逆電圧マスク処理５１は逆極性の電圧をゼロとするため、逆電圧マスク処理結果Ｖｕｚはゼロになり、全波整流処理結果Ｖｕａもゼロになっている。このためフィルタ処理結果Ｖｕｆは時刻ｔ１以降低下していき、時刻ｔ２にてしきい値Ｖｔｈを下回ると、停電判定処理結果Ｙが出力されている。その後、電源装置１は、リレー５をオフしてバッテリ給電モードを開始する。
【００２５】
もちろん、交流電源６から電源装置１までの間で電力線が断線した場合など、交流電源６と内部交流ライン電圧Ｖｕとが電気的に切り離された場合においても、電源装置１から交流電源６を見たインピーダンスが高くなる前述のブレーカ８をオフしたときと同様の停電検知動作を得ることができる。
【００２６】
図４は、交流電源６が停電したときの停電検知動作の波形である。期間ｂ１、ｂ３は交流電源６の正の半周期であり、期間ｂ２、ｂ４は交流電源６の負の半周期である。
【００２７】
交流電源６が停電した場合には、前述のブレーカ８をオフしたときや電力線が断線したときとは異なり、交流電源６との電気的接続が保たれたまま、交流電源６の電圧Ｖｓが低下する。このため内部交流ライン電圧Ｖｕは、交流電源６の電圧Ｖｓに従い低下する。
【００２８】
時刻ｔ３にて交流電源６が停電（ここでは電圧１００％低下）すると、内部交流ライン電圧Ｖｕ、逆電圧マスク処理結果Ｖｕｚ、全波整流処理結果Ｖｕａはゼロになる。このためフィルタ処理結果Ｖｕｆも低下していき、時刻ｔ４にてしきい値Ｖｔｈを下回ると、停電判定処理結果Ｙが出力されている。その後、電源装置１は、リレー５をオフしてバッテリ給電モードを開始する。
【００２９】
このように本実施形態の電源装置１では、交流電源６との電気的接続が切り離されたときに、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２が内部交流ライン電圧Ｖｕの極性を反転させる。そして逆電圧マスク処理５１を用いた停電検知ブロックにより、内部交流ライン電圧、Ｖｕの交流電圧極性が反転したときにバッテリ給電モードを開始するようにした。これにより、交流電源６と電気的に切り離されたときの停電検知ブロックと、交流電源６が停電したときの停電検知ブロックとを共通化している。したがって、交流電源が電気的に切り離された場合や交流電源が停電した場合に、速やかにバッテリ給電モードを開始することができる。
【００３０】
また、この電源装置１で採用している全波整流処理５２とフィルタ処理５３を用いた停電検知ブロックには、負荷への影響が少ない短時間の停電、電圧低下や電圧変動に対して商用給電モードを継続するようにしやすいという特徴がある。もちろん、フィルタ処理５３（ローパスフィルタ）の時定数を短くすれば、停電検知の感度を高めることが可能である。
【００３１】
また、交流電源６の電圧歪が大きい場合にも、停電検知せずに商用給電モードを継続するようにしやすいという特徴がある。例えば、交流電源６として矩形波状の電圧波形を出力するインバータ装置を用いて動作させることが可能である。
【００３２】
なお、本実施例ではしきい値Ｖｔｈを一定としたが、交流電源６の停電発生時の位相による停電検知時間の変化を抑えるために、交流電源６の位相ｐｈを参照してしきい値Ｖｔｈを変化させるようにしてもよい。
【実施例２】
【００３３】
図５は、本発明の電源装置１ａとこれを採用した無停電電源システム１００ａの回路構成図である。この電源装置１ａは、リレー５ａと、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２ａと、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３ａと、これらを制御する制御部５０ａと、を備える。双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２ａは、交流側がリレー５ａ及びブレーカ８ａを介して交流電源６ａに接続される。双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２ａは、直流側がリンク電圧Ｖｌｉｎｋに接続される。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３ａは、リンク電圧Ｖｌｉｎｋとバッテリ４ａとの間に接続される。
【００３４】
交流電源６ａは単相３線式であり、１００Ｖ系を２系統と、２００Ｖ系を１系統とを供給可能である。なお、１００Ｖ系の電圧としては８５Ｖ〜１３２Ｖ程度が、２００Ｖ系の電圧としては１７０Ｖ〜２６５Ｖ程度の電圧が一般的に広く用いられている。
【００３５】
双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２ａは、直流端子１４−１５間に接続される直流のリンク電圧Ｖｌｉｎｋと、交流端子１１〜１３間に接続される交流ラインとの間で電力を授受する。直流端子１４−１５間には、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３ａを介してバッテリ４ａが接続されている。交流端子１１〜１３間には、リレー５ａ及びブレーカ８ａを介して交流電源６ａが接続されるとともに、負荷７ａが接続されている。
【００３６】
この双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２ａは、第１〜第３のスイッチングレッグと、第１〜第２のコンデンサレッグと、を備えている。第１のスイッチングレッグは、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２をノードＮｄ１で直列接続した構成である。第２のスイッチングレッグは、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４をノードＮｄ２で直列接続した構成である。第３のスイッチングレッグは、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６をノードＮｄ５で直列接続した構成である。第１のコンデンサレッグは、コンデンサＣ１、Ｃ２をノードＮｄ３で直列接続した構成である。第２のコンデンサレッグは、コンデンサＣ３、Ｃ４をノードＮｄ４で直列接続した構成である。
【００３７】
これらの第１〜第３のスイッチングレッグと、第１のコンデンサレッグは並列に接続されている。第２のコンデンサレッグの一端（コンデンサＣ３）とノードＮｄ１との間には、インダクタＬ１が接続される。第２のコンデンサレッグの他端（コンデンサＣ４）とノードＮｄ２との間には、インダクタＬ２が接続される。ノードＮｄ３とノードＮｄ５との間には、インダクタＬ３が接続される。ノードＮｄ３とノードＮｄ４は接続されている。
【００３８】
スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には、それぞれダイオードＤ１〜Ｄ６が逆並列接続されている。ここで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６としてＭＯＳＦＥＴを用いた場合は、ダイオードＤ１〜Ｄ６としてＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを利用できる場合がある。
【００３９】
第１のコンデンサレッグの両端間を直流端子１４−１５間とし、リンク電圧Ｖｌｉｎｋに接続されている。なお、本実施例では第１のコンデンサレッグの両端間にリンク電圧Ｖｌｉｎｋを接続しているが、コンデンサＣ１の両端間またはコンデンサＣ２の両端間にリンク電圧Ｖｌｉｎｋを接続することも可能である。
【００４０】
インダクタＬ１とコンデンサＣ３との接続点を交流端子１１とし、インダクタＬ２とコンデンサＣ４との接続点を交流端子１２とし、コンデンサＣ３、Ｃ４の接続点を交流端子１３とする。交流端子１１−１３間すなわちコンデンサＣ３の両端間をａ相とし、交流端子１３−１２間すなわちコンデンサＣ４の両端間をｂ相とし、交流端子１１−１２間すなわち第２のコンデンサレッグの両端間をａｂ相とする。また、交流端子１３に対する交流端子１１の電圧をａ相電圧Ｖａと定義し、交流端子１２に対する交流端子１３の電圧をｂ相電圧Ｖｂと定義し、交流端子１２に対する交流端子１１の電圧をａｂ相電圧Ｖａｂと定義する。
【００４１】
コンデンサＣ１、Ｃ２は、直流端子１４−１５間の電圧を分圧し、Ｎｄ３に直流端子１４−１５間の電圧の中間的な電圧を生成している。スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６、インダクタＬ３は、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６を制御することで、コンデンサＣ１、Ｃ２の電圧分担をバランスさせるものである。
【００４２】
交流端子１１〜１３間に入力した交流電源６ａの電力を直流に変換してリンク電圧Ｖｌｉｎｋを出力するＡＣ−ＤＣ動作時には、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を制御してインダクタＬ１に電流を流し、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を制御してインダクタＬ２に電流を流し、交流電源６ａから入力する電流を正弦波状に制御して力率が高くなるようにする。
【００４３】
直流端子１４−１５間に入力したリンク電圧Ｖｌｉｎｋを交流に変換して負荷７ａに供給するＤＣ−ＡＣ動作時には、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を制御してａ相電圧Ｖａを生成し、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を制御してｂ相電圧Ｖｂを生成する。
【００４４】
双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３ａは、コンデンサＣ７、Ｃ８と、スイッチング回路１８ａ、１９ａと、巻線Ｎ１、Ｎ２を磁気結合するトランスＴ１と、インダクタＬ４（平滑インダクタ）とを備える。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３ａは、コンデンサＣ７の両端間に接続されたリンク電圧Ｖｌｉｎｋと、コンデンサＣ８の両端間に接続されたバッテリ４ａとの間で電力を授受する。
【００４５】
スイッチング回路１８ａは、スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４をフルブリッジ接続している。スイッチング素子Ｈ１、Ｈ２を直列接続した第４のスイッチングレッグと、スイッチング素子Ｈ３、Ｈ４を直列接続した第５のスイッチングレッグと、は並列接続される。第４のスイッチングレッグの両端間（直流端子間）には、コンデンサＣ７を接続される。スイッチング素子Ｈ１、Ｈ２の接続点とスイッチング素子Ｈ３、Ｈ４の接続点との間（交流端子間）には、巻線Ｎ１を接続している。
【００４６】
スイッチング回路１９ａは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４をフルブリッジ接続している。スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２を直列接続した第６のスイッチングレッグと、スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４を直列接続した第７のスイッチングレッグと、は並列接続される。第６のスイッチングレッグの両端間（直流端子間）には、インダクタＬ４とコンデンサＣ８とを直列接続される。スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の接続点とスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４の接続点との間（交流端子間）には、巻線Ｎ２を接続している。
【００４７】
スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４、Ｓ１〜Ｓ４には、それぞれダイオードＤＨ１〜ＤＨ４、ＤＳ１〜ＤＳ４が逆並列接続されている。ここで、スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４、Ｓ１〜Ｓ４としてＭＯＳＦＥＴを用いた場合は、ダイオードＤＨ１〜ＤＨ４、ＤＳ１〜ＤＳ４としてＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを利用できる場合がある。
【００４８】
リンク電圧Ｖｌｉｎｋからバッテリ４ａに給電する充電動作時には、スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４をスイッチング動作させ、巻線Ｎ１に電圧を印加する。巻線Ｎ２に生じた電圧は、スイッチング回路１９ａにより整流され、インダクタＬ４及びコンデンサＣ８により平滑された電流がバッテリ４ａに供給される。
【００４９】
バッテリ４ａからリンク電圧Ｖｌｉｎｋに給電する放電動作時には、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４をスイッチング動作させ、インダクタＬ４に蓄積した電流を巻線Ｎ２に流す。巻線Ｎ１に誘導された電流は、スイッチング回路１８ａにより整流され、コンデンサＣ７により平滑された電圧がリンク電圧Ｖｌｉｎｋに供給される。
【００５０】
本実施例の電源装置１ａは、バッテリ４ａと合わせて、交流電源６ａが停電したり、交流電源６ａからの電力線が断線したりしても、負荷７ａへの給電が途絶えないようバックアップする無停電電源システム１００ａを構成している。停電等が起きていない平常時にはリレー５ａをオン状態にして、交流電源６ａの電力を負荷７ａに供給するとともにバッテリ４ａを充電する商用給電モードで動作する。交流電源６の停電や断線等の異常時にはリレー５ａをオフし、バッテリ４ａから負荷７ａに給電してバックアップするバッテリ給電モードで動作する。交流電源６ａから入力した内部交流ラインａ相電圧Ｖｕ１及び内部交流ラインｂ相電圧Ｖｕ２に基づいて、実施例１と同様に停電や断線等の異常を検知すればよい。
【実施例３】
【００５１】
図６は、本発明の電源装置１ｂとこれを採用した無停電電源システム１００ｂの回路構成図である。この電源装置１ｂは、リレー５ｂと、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２ｂと、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３ｂとを備える。双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２ｂは、交流側がリレー５ｂを介して交流電源６ｂに接続され、直流側がリンク電圧Ｖｌｉｎｋに接続される。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３ｂは、リンク電圧Ｖｌｉｎｋとバッテリ４ｂとの間に接続される。交流電源６ｂは、単相２線式である。
【００５２】
双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２ｂは、直流端子２４−２５間に接続される直流のリンク電圧Ｖｌｉｎｋと、交流端子２１−２２間に接続される交流ラインとの間で電力を授受する。直流端子２４−２５間には、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３ｂを介してバッテリ４ｂが接続されている。交流端子２１−２２間には、リレー５ｂを介して交流電源６ｂが接続されるとともに、負荷７ｂが接続されている。
【００５３】
この双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２ｂは、第１〜第２のスイッチングレッグと、コンデンサＣ５、Ｃ６と、インダクタＬ５、Ｌ６と、を備える。第１のスイッチングレッグは、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２をノードＮｄ１で直列接続した構成である。第２のスイッチングレッグは、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４をノードＮｄ２で直列接続した構成である。コンデンサＣ５は、第１、第２のスイッチングレッグに並列接続される。インダクタＬ５、Ｌ６、及びコンデンサＣ６は、ノードＮｄ１−Ｎｄ２間に直列接続される。コンデンサＣ５の両端間を直流端子２４−２５間とし、リンク電圧Ｖｌｉｎｋに接続されている。また、コンデンサＣ６の両端間を交流端子２１−２２間とする。
【００５４】
このように、本実施例の双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２ｂは単相２線式のフルブリッジインバータとなっており、実施例２の双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ２ａと比べ、部品点数を削減できる。
【００５５】
双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３ｂは、コンデンサＣ７、Ｃ８と、スイッチング回路１８ｂ、１９ｂと、巻線Ｎ３、Ｎ４を磁気結合するトランスＴ２と、共振インダクタＬｒ１、Ｌｒ２と、共振コンデンサＣｒ１、Ｃｒ２とを備える。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３ｂは、コンデンサＣ７の両端間に接続されたリンク電圧Ｖｌｉｎｋと、コンデンサＣ８の両端間に接続されたバッテリ４ｂとの間で電力を授受する。
【００５６】
スイッチング回路１８ｂ、１９ｂの構成は、実施例２のスイッチング回路１８ａ、１９ａと比べ、インダクタＬ４が削減され、巻線Ｎ３と直列に共振インダクタＬｒ１と共振コンデンサＣｒ１が挿入され、巻線Ｎ４と直列に共振インダクタＬｒ２と共振コンデンサＣｒ２が挿入された点が異なる。
【００５７】
このように、本実施例の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３ｂは共振形コンバータとなっており、実施例２の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ３ａと比べ、バッテリ４ｂの電圧が高い場合にも高い効率で充放電できる。
【００５８】
本実施例においても、実施例２と同様に本発明の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１、１ａ、１ｂ…電源装置、
２、２ａ、２ｂ…双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ、
３、３ａ、３ｂ…双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ、
４、４ａ、４ｂ…バッテリ、
５、５ａ、５ｂ…リレー、
６、６ａ、６ｂ…交流電源、
７、７ａ、７ｂ…負荷、
８、８ａ…ブレーカ、
９…インバータ部、
１１〜１３、２１、２２…双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの交流端子、
１４、１５、２４、２５…双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの直流端子、
１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂ…スイッチング回路、
５０…制御部、
５１…逆電圧マスク処理、
５２…全波整流処理、
５３…フィルタ処理、
５４…停電判定処理、
１００、１００ａ、１００ｂ…無停電電源システム、
Ｃ１〜Ｃ８…コンデンサ、
Ｃｒ１、Ｃｒ２…共振コンデンサ、
Ｄ１〜Ｄ６、ＤＨ１〜ＤＨ４、ＤＳ１〜ＤＳ４…ダイオード、
Ｌ１〜Ｌ６…インダクタ、
Ｌｒ１、Ｌｒ２…共振インダクタ、
Ｎ１〜Ｎ４…巻線、
Ｎｄ１〜Ｎｄ５…ノード
Ｑ１〜Ｑ６、Ｈ１〜Ｈ４、Ｓ１〜Ｓ４…スイッチング素子、
Ｔ１、Ｔ２…トランス、
Ｖｕ…内部交流ライン電圧、
Ｖｓ…交流電源６の電圧、
Ｖｌｉｎｋ…リンク電圧、
【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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