(57)【要約】【課題】蓄電池のセル数が少く、昇圧回路の構成が簡単で、体積が小さく、低コストの無停電電源装置（ＵＰＳ）を実現すること。【解決手段】二次電池９に昇圧回路８を接続し、整流回路５と力率改善コンバータ６との間にスイッチ１０を介して接続する。停電時にはスイッチ１０をオンし、昇圧回路８を動作させ、二次電池９のエネルギーを昇圧回路８→スイッチ１０→力率改善コンバータ６の経路で二段階に昇圧して負荷に供給する。【効果】バッテリーの電圧を低くでき、直列セル数が少なくて済む。ＵＰＳの体積を減らし、低コスト化できる。直列セル数の低減に伴って電池セルの故障に対する信頼性も向上する。【選択図】  図１
2004194408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を入力し、この交流電力を所望の電力に変換して負荷に供給するとともに、停電時に、エネルギー蓄積手段からの電力を前記所望の電力に変換して負荷に供給する無停電電源装置において、前記エネルギー蓄積手段からの電力を、直列に２つの昇圧手段を介した後に、前記所望の電力に変換して前記負荷に供給するように構成したことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
請求項１において、２つの前記昇圧手段のひとつは、前記エネルギー蓄積手段の出力を入力し、スイッチング制御により昇圧して他のひとつの昇圧手段の入力側に供給する昇圧チョッパであることを特徴とする無停電電源装置。
【請求項３】
請求項１において、２つの前記昇圧手段のひとつは、整流回路の出力を入力し、スイッチング制御により入力電流の高調波を抑制する昇圧形コンバータであることを特徴とする無停電電源装置。
【請求項４】
請求項３において、２つの前記昇圧手段の他のひとつは、前記エネルギー蓄積手段の出力を入力し、スイッチング制御により昇圧して前記昇圧形コンバータの入力側に供給する昇圧チョッパであることを特徴とする無停電電源装置。
【請求項５】
請求項１において、交流電源に接続された整流回路と、この整流回路の出力を昇圧する第１の昇圧手段と、この第１の昇圧手段の出力を複数の異なる直流電圧に変換し負荷に供給する多出力用コンバータと、停電時に前記エネルギー蓄積手段から前記第１の昇圧手段に給電する第２の昇圧手段とを備えたことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項６】
請求項５において、前記第１の昇圧手段は、前記整流回路の出力を入力し、スイッチング制御により入力電流の高調波を抑制する昇圧形コンバータであることを特徴とする無停電電源装置。
【請求項７】
請求項５において、前記第２の昇圧手段は、前記エネルギー蓄積手段の出力を入力し、スイッチング制御により昇圧して前記昇圧形コンバータの入力側に供給する昇圧チョッパであることを特徴とする無停電電源装置。
【請求項８】
交流電源に接続された整流回路と、この整流回路の出力を入力しスイッチング制御により入力電流の高調波を抑制する昇圧形コンバータと、この昇圧形コンバータの出力を所望の直流電圧に変換し負荷に供給する出力用コンバータと、エネルギー蓄積手段と、停電時にこのエネルギー蓄積手段から前記出力用コンバータに給電する昇圧手段を備えた無停電電源装置において、前記昇圧手段を、前記エネルギー蓄積手段からの電力を昇圧し、前記昇圧形コンバータの入力側へ給電するように構成したことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項９】
請求項８において、前記エネルギー蓄積手段は、二次電池，電気二重層キャパシタ，あるいは燃料電池であることを特徴とする無停電電源装置。
【請求項１０】
請求項８において、前記出力用コンバータは、前記昇圧形コンバータの出力を複数の異なる直流電圧に変換し負荷に供給することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項１１】
請求項１０において、前記エネルギー蓄積手段は、二次電池，電気二重層キャパシタ，あるいは燃料電池であることを特徴とする無停電電源装置。
【請求項１２】
交流電源に接続された整流回路と、この整流回路の出力を入力しスイッチング制御により入力電流の高調波を抑制する昇圧形コンバータと、この昇圧形コンバータの出力を所望の直流電圧に変換し負荷に供給する出力用コンバータと、エネルギー蓄積手段と、停電時にこのエネルギー蓄積手段から前記出力用コンバータに給電する昇圧手段を備えた無停電電源装置において、前記出力用コンバータの出力側の一部が前記昇圧手段の高圧側へ接続され、この昇圧手段は、逆方向への降圧動作が可能な双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記交流電源の健全時に降圧動作により前記エネルギー蓄積手段を充電し、前記交流電源の停電時に前記エネルギー蓄積手段からの電力を昇圧し、前記昇圧形コンバータの入力側への放電を制御するように構成したことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項１３】
請求項１２において、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの高圧側の電圧を、前記交流電源の健全時よりも停電時において高く設定したことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項１４】
請求項１２において、前記昇圧形コンバータの入力側と前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの高圧側との間にスイッチ手段を設け、前記交流電源の健全時に、前記スイッチ手段をオフした状態で、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを降圧運転して前記エネルギー蓄積手段に充電するとともに、前記交流電源の停電時に、前記スイッチ手段をオンし、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを昇圧運転し、前記エネルギー蓄積手段のエネルギーを前記スイッチ手段を介して前記昇圧形コンバータに供給することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項１５】
請求項１４において、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの高圧側の電圧を、前記交流電源の健全時よりも停電時において高く設定したことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項１６】
請求項１２において、前記出力用コンバータは、前記昇圧形コンバータの出力を複数の異なる直流電圧に変換し負荷に供給することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項１７】
請求項１６において、前記昇圧形コンバータの入力側と前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの高圧側との間にスイッチ手段を設け、前記交流電源の健全時に、前記スイッチ手段をオフした状態で、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを降圧運転して前記エネルギー蓄積手段に充電するとともに、前記交流電源の停電時に、前記スイッチ手段をオンし、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを昇圧運転し、前記エネルギー蓄積手段のエネルギーを前記スイッチ手段を介して前記昇圧形コンバータに供給することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項１８】
請求項１７において、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの高圧側の電圧を、前記交流電源の健全時よりも停電時において高く設定したことを特徴とする無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源の停電時にも負荷に安定した電力を供給する無停電電源装置（ＵＰＳ）の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サーバ、ルータ、ストレージ装置などのいわゆるネットワーク情報処理装置においては、停電によって、データ喪失などの被害発生が懸念される。このため、二次電池などのエネルギー蓄積手段を用いた無停電電源装置（ＵＰＳ）を設置し、停電対策を施している。ＵＰＳには、交流を出力するタイプと、直流を出力するタイプがある。ポピュラーなものは前者であり、商用交流電源と対象装置の間に無停電電源装置を挿入する。一方、後者は直流出力という特性上、対象装置内部のＡＣ／ＤＣコンバータの後段の直流ラインに接続される構成をとるのが一般的である。後者の例としては、特許文献１のほか、特開２００２−１７１６９２号公報がある。
【０００３】
これらの従来技術においては、交流電源から、整流回路及び力率改善回路を通して、直流出力用ＤＣ／ＤＣコンバータに接続し、この直流出力用ＤＣ／ＤＣコンバータで多数の異なる所望電圧の直流に変換して負荷に供給する。停電時には、バッテリーからバックアップ用コンバータを介して前記直流出力用ＤＣ／ＤＣコンバータの入力側に給電する構成である。交流電源の健全時に、バッテリーは、充電器により充電される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１１６０２９号公報（要約、そのほか全体）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来方式のバックアップ電源においては、停電時にはバッテリーからバックアップ用コンバータを介して、直流電圧、例えば３８０［Ｖ］を作る必要がある。バッテリーは、鉛蓄電池を使用することが多いと考えられ、そのセルあたりの電圧は約１２［Ｖ］である。しかし、最近では小型軽量化のために、より高エネルギー密度の二次電池であるニッケル水素（ＮｉＭＨ）電池や、リチウムイオン（Ｌｉイオン）電池などを使用する必要が生じてくると考えられる。これらの電池のセル電圧は、ＮｉＭＨ電池で１．２［Ｖ］、Ｌｉイオン電池で３．７［Ｖ］程度である。また、電気二重層キャパシタなどの高容量電荷蓄積手段、さらには今後実用化が進展する燃料電池を用いることも考えられる。
【０００６】
バックアップコンバータとして、比較的構成が簡単で小型であり、制御が容易な非絶縁タイプの昇圧チョッパ型コンバータを使用した場合を想定する。その高圧側電圧と低圧側電圧の比は、回路効率を考慮すると、１．２〜３倍程度の範囲に抑える必要がある。そこで、バッテリーのセル数は、ＮｉＭＨ電池で１０５〜２６４セル程度、Ｌｉイオン電池で３４〜８６セル程度が必要である。
【０００７】
しかしながら、このように電池の直列セル数が多くなると、セル間の充電容量ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）のばらつきや、セル短絡故障時における信頼性が問題となる。このため、直列セル数は、多くとも３０セル以内に抑えたいというシステム側からの要求がある。
【０００８】
しかし、バッテリーの直列セル数を低減するには、トランス絶縁形コンバータで高い昇圧率を確保するしかなく、その構成が複雑になるばかりでなく、コストが高く、大型となってしまう欠点があった。
【０００９】
本発明の目的は、バッテリー等のエネルギー蓄積手段の電圧を、比較的低く設定できる無停電電源装置を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、前述した高エネルギー密度の二次電池、高容量電荷蓄積手段、あるいは燃料電池を用いた場合にも、３０セル以下の適正な直列セル数でエネルギー蓄積手段を構成できる無停電電源装置を提供することである。
【００１１】
本発明の更に他の目的は、構成が比較的簡単・小型で、制御も容易な非絶縁タイプの昇圧形コンバータを使用できる無停電電源装置を提供することである。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、バッテリーの充電回路を簡単な構成あるいは不要にすることができる無停電電源装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明はその一面において、エネルギー蓄積手段からの電力を、直列に２つの昇圧手段を介して、所望の電力に変換して負荷に供給するように構成したことを特徴とする。
【００１４】
本発明は他の一面において、整流回路の出力を入力し、スイッチング制御により入力電流の高調波を抑制して出力用コンバータに給電する力率改善用の昇圧形コンバータと、停電時に、エネルギー蓄積手段の出力を昇圧して出力用コンバータに給電する昇圧手段を備えた無停電電源装置において、エネルギー蓄積手段からの電力を昇圧手段を介して、前記昇圧形コンバータの入力側に供給するように構成したことを特徴とする。
【００１５】
これにより、エネルギー蓄積手段の比較的低い電圧を、２段の昇圧手段によって所望の電圧まで昇圧できる。また、力率改善用の昇圧形コンバータを利用する場合には、必要な既存の昇圧手段を有効に活用でき、装置の簡素化、小型化及び低廉化に寄与する。
【００１６】
本発明は他の一面において、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側の一部が前記昇圧手段の高圧側へ接続され、この昇圧手段は、逆方向への降圧動作が可能な双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記交流電源の健全時に、その降圧動作によって前記エネルギー蓄積手段を充電し、前記交流電源の停電時に、その昇圧動作によって、前記昇圧形コンバータの入力側へのエネルギー蓄積手段からの放電を制御するように構成したことを特徴とする。
【００１７】
これにより、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを、交流電源の健全時と停電時の双方で充放電制御に活用でき、更なる装置の簡素化、小型化及び低廉化に寄与する。
【００１８】
本発明は更に他の一面において、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの高圧側の電圧は、交流電源の健全時よりも停電バックアップ時の方を高く設定することを特徴とする。
【００１９】
これにより、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを、停電時の放電に必要な昇圧率によって決まる装置の範囲内で、大型化することなく、充電時にも活用できる。
【００２０】
本発明のその他の目的及び特徴は、以下の実施形態の説明で明らかにする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態による無停電電源装置の構成を示すブロック図である。商用交流電源１は、無停電電源装置（ＵＰＳ）２を介して負荷３に給電している。無停電電源装置（ＵＰＳ）２の内部では、まず、交流電源１に接続されるノイズフィルタ４があり、このノイズフィルタ４の出力は全波整流回路５に入力される。全波整流回路５の出力点（ａ）は、力率改善コンバータ６に接続される。この力率改善コンバータ６は、スイッチング制御により入力電流の高調波を抑制する昇圧形コンバータであり、詳細は後述する。その出力点（ｂ）は、直流３８０［Ｖ］であり、多出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７に給電し、この多出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、負荷３へ多数の異なる電圧の直流を供給している。この例では、５［Ｖ］、１２［Ｖ］、及び３．３［Ｖ］を供給している。多出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、後述するダイオード７７を介するもうひとつの出力点（ｃ）を持ち、充放電回路８に接続している。この充放電回路８は、交流電源１の健全時には、多出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力点（ｃ）の電圧を降圧して二次電池９へ充電している。
【００２２】
また、充放電回路８の出力点（ｃ）には、スイッチ手段１０とダイオード１１が直列に接続され、力率改善コンバータ６の入力点（ａ）に接続されている。
【００２３】
この力率改善コンバータ６の入力点すなわち全波整流回路５の出力点（ａ）には、停電検出回路１２が接続され、その出力によりスイッチ手段１０をオンオフ制御し、また、充放電制御回路１３に制御指令を伝える。
【００２４】
この実施形態の動作の概略を述べる。まず、交流電源１が健全であるとき、その交流はノイズフィルタ４を介して全波整流回路５で整流され、力率改善コンバータ６に入力される。力率改善コンバータ６は、全波整流回路５の出力電圧振幅に比例した電流を流しながら、電圧を昇圧し、例えば直流３８０［Ｖ］を得る。力率改善コンバータ６の出力電圧３８０［Ｖ］は、多出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７に入力され、負荷３に対して、５［Ｖ］、１２［Ｖ］、及び３．３［Ｖ］の直流電圧を供給する。
【００２５】
また、多出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７のダイオード７７からの出力点（ｃ）は、充放電回路８に対して、４８［Ｖ］〜５４［Ｖ］程度の直流電圧を出力している。停電検出回路１２は、今は、停電を検出しておらず、スイッチ手段１０を開放したままである。一方、充放電制御回路１３に対して、充放電回路８を用いて二次電池９の充電制御を指示している。
【００２６】
図２は、本発明の一実施形態による停電検出回路の構成を示すブロック図である。図１に示したＵＰＳ２内の停電検出回路１２の構成例であり、図１の全波整流回路５の出力点（ａ）は、停電検出回路１２内部のヒステリシスコンパレータ１２０の反転入力に接続される。また、ヒステリシスコンパレータ１２０の非反転入力には基準電圧源１２１が接続される。ヒステリシスコンパレータ１２０の出力は、フィルタ１２２とカウンタ１２３のクリア端子に接続される。フィルタ１２２の出力はＲＳフリップフロップ回路１２４のリセット端子に入力される。一方、クロック１２５は、カウンタ１２３のクロック端子に接続され、カウンタ１２３の出力はＤ／Ａコンバータ１２６に入力される。Ｄ／Ａコンバータ１２６の出力は、コンパレータ１２７の非反転入力に接続される。また、基準電圧源１２８がコンパレータ１２７の反転入力に接続される。コンパレータ１２７の出力はＲＳフリップフロップ回路１２４のセット端子に入力される。ＲＳフリップフロップ回路１２４の出力Ｑは停電検出回路１２の外部に出力され、充放電制御回路１３およびスイッチ手段１０に接続される。
【００２７】
次に、図１と図２に記載した実施形態の動作を図３〜図４も参照して説明する。
【００２８】
まず、商用交流電源１が健全である場合、交流電源１の電力は、ノイズフィルタ４を介して全波整流回路５に入力され、整流される。
【００２９】
図３は、この実施形態における各部の電圧及び動作波形図である。全波整流回路５の出力点（ａ）の電圧は、力率改善コンバータ６に入力される。力率改善コンバータ６は、全波整流回路出力点（ａ）の電圧振幅に比例した電流を流しながら、昇圧動作を行い、出力点（ｂ）の出力波形は、図３に示すように、例えば、直流３８０［Ｖ］一定となる。この電圧３８０［Ｖ］は、多出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７に入力されて、負荷３に対し、５［Ｖ］，１２［Ｖ］及び３．３［Ｖ］を供給する。また、多出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７のもうひとつの出力点（ｃ）には、充放電回路８に対して、４８［Ｖ］〜５４［Ｖ］程度の直流電圧を出力する。
【００３０】
さて、このとき停電検出回路１２において、ヒステリシスコンパレータ１２０には、全波整流回路出力点（ａ）の電圧が入力される。実際の回路では、ヒステリシスコンパレータ１２０の耐圧は、数［Ｖ］〜１５［Ｖ］程度しかないため、分圧した電圧を印加するが、図２には模式的に示す。ヒステリシスコンパレータ１２０の非反転入力に印加される基準電圧源１２１の電圧は、全波整流回路出力点（ａ）の電圧のピーク値よりも低い値である。このため、ヒステリシスコンパレータ１２０の出力は、図３に示すように、交流電源周波数の２倍の周波数のパルス波形となる。一方、カウンタ１２３は、交流電源周波数よりも十分に高い周波数のクロック１２５がクロック端子ＣＲＫに入力され、カウントアップされる構成となっている。そして、ヒステリシスコンパレータ１２０の出力であるパルス波形が、カウンタ１２３のクリア端子ＣＬＲに入力されることにより、カウンタの出力はリセットされる。カウンタ１２３の出力は、Ｄ／Ａコンバータ１２６においてアナログ電圧に変換される。Ｄ／Ａコンバータ１２６の出力は、図３の「１２６出力」に示す波形となる。通常時、すなわち、商用交流電源１の健全時には、後段のコンパレータ１２７の基準電圧源１２８の電圧にカウントアップされるまでにリセットされるように設計されている。このため、通常時は、コンパレータ１２７の出力は常にＬｏｗレベルであって、ＲＳフリップフロップ回路１２４のセット入力Ｓは通常時は常にＬｏｗ、出力ＱもＬｏｗである。従って、通常時は、停電検出回路１２の出力は常にＬｏｗとなる。
【００３１】
停電検出回路１２の出力がＬｏｗのときには、スイッチ手段１０はオフとなっている。また、充放電制御回路１３は、二次電池９を充電制御する充電モードとなっている。そこで、充放電回路８は、その出力点（ｃ）の電圧４８［Ｖ］〜５４［Ｖ］を３０［Ｖ］〜３６［Ｖ］に降圧し、二次電池９を充電する。二次電池９は、例えばＮｉＭＨ電池を、２５〜３０セル直列に接続した形態が望ましい。この直列セル数は、充電時のセル電圧の最大値が充放電回路出力点（ｃ）の電圧を超過しないように、かつ、降圧率が小さくなるように設定する。
【００３２】
さて、ここで商用交流電源１が停電したとする。図２の停電検出回路１２において、全波整流回路出力点（ａ）の電圧が０になるため、ヒステリシスコンパレータ１２０の出力はＬｏｗレベルになる。そこで、カウンタ１２３のクリアＣＬＲ入力が無くなり、カウンタ１２３、Ｄ／Ａコンバータ１２６の出力が、基準電圧源１２８の基準電圧Ｖｒｅｆ１を超過し、コンパレータ１２７がＨｉｇｈに反転する。この結果、ＲＳフリップフロップ回路１２４の出力ＱがＨｉｇｈレベルになり、停電検出回路１２の出力がＨｉｇｈレベルになる。これをもって、停電検出回路１２が停電を検出したことになる。
【００３３】
停電を検出すると、図１の回路において、通常時はオフであったスイッチ手段１０をオンにする。また、充放電制御回路１３による充放電回路８の制御を、これまでの充電から放電に切り替える。
【００３４】
これにより、充放電回路８は、二次電池９のエネルギーを昇圧し、充放電回路出力点（ｃ）に出力する。この出力点（ｃ）の電圧は通常時よりも高くなるように、充放電回路８の電圧指令値を設定する。例えば、放電時の充放電回路出力点（ｃ）の電圧を直流１００［Ｖ］とする。また、この電圧は、ヒステリシスコンパレータ１２０の基準電圧源１２１の基準電圧ＶＨよりも低い値とする。
【００３５】
従って、このときには、充放電回路出力点（ｃ）の直流電圧１００［Ｖ］は、スイッチ手段１０、ダイオード１１を通って全波整流回路出力点（ａ）に印加され、力率改善コンバータ６において、直流３８０［Ｖ］に昇圧される。力率改善コンバータ６は、全波整流回路出力点（ａ）の電圧振幅に比例した電流指令値となるように制御されているので、停電時に全波整流回路出力点（ａ）の電圧が一定になると電流指令値を一定として動作する。
【００３６】
多出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、入力として安定した直流３８０［Ｖ］を受けて安定に動作を続け、負荷３に対して瞬断もなく電力を供給する。
【００３７】
このとき、充放電回路出力点（ｃ）の電圧は、充放電回路８によって、直流１００［Ｖ］に制御されているので、多出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力のうち、充放電回路出力点（ｃ）への出力は、逆バイアスとなって出力されないことになる。
【００３８】
このように、この実施形態では、充放電回路出力点（ｃ）の電圧を、停電時に上昇させることにより、充放電回路出力点（ｃ）→力率改善コンバータ６→多出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７→充放電回路出力点（ｃ）という循環を防止する。
【００３９】
また、復電時には、図２において、停電検出回路１２中のヒステリシスコンパレータ１２０において、停電時に印加される直流１００［Ｖ］よりも高い電圧が入力されることによって復電を判定し、カウンタ１２３をリセットする。同時に、フィルタ１２２を介して出力されるパルスをＲＳフリップフロップ回路１２４のリセット入力Ｒに加え、停電検出回路１２の出力をＬｏｗに反転させ、復電を検出する。復電を検出すると、スイッチ手段１０をオフし、充放電回路８を充電モードに変え、通常時の動作に戻す。
【００４０】
図４は、本発明の一実施形態による電気エネルギーの流れを示す図である。図４（ａ）は交流電源１の健全時であり、商用交流電源１から全波整流回路５、力率改善コンバータ６、多出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７を介して、負荷３に電力を供給している。また、多出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７から充放電回路８を介して二次電池９に充電している。
【００４１】
一方、図４（ｂ）は交流電源１の停電時を示したものであり、二次電池９から充放電回路８、力率改善コンバータ６、多出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７を介して負荷３に電力を供給する。
【００４２】
この実施形態の主要構成を要約すれば、次のようになる。まず、主回路として、交流電源１に接続された整流回路５と、その出力を入力しスイッチング制御により入力電流の高調波を抑制する昇圧形コンバータ６と、その出力を所望の直流電圧に変換し負荷３に供給する出力用コンバータ７を備えている。停電に備え、エネルギー蓄積手段（二次電池）９と、このエネルギー蓄積手段から出力用コンバータ７に給電する昇圧手段（充放電回路又は昇圧チョッパ）８を備えて無停電電源装置２を構成することを前提としている。ここで、昇圧手段８を、エネルギー蓄積手段９からの電力を昇圧し、昇圧形コンバータ６の入力側（ａ）へ給電するように配置している。
【００４３】
また、出力用コンバータ７の出力側の一部を昇圧手段８の高圧側（ｃ）へ接続し、この昇圧手段８に、逆方向への降圧動作が可能な双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを採用している。この双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、交流電源１の健全時に、降圧動作によりエネルギー蓄積手段９を充電し、他方、交流電源１の停電時には、エネルギー蓄積手段９からの電力を昇圧し、昇圧形コンバータ６の入力側（ａ）へ供給している。
【００４４】
更に、昇圧形コンバータ６の入力側（ａ）と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ８の高圧側（ｃ）との間にスイッチ手段１０を設けている。そして、交流電源１の健全時に、スイッチ手段１０をオフした状態で、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ８を降圧運転してエネルギー蓄積手段９に充電する。一方、交流電源１の停電時には、スイッチ手段１０をオンし、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ８を昇圧運転し、エネルギー蓄積手段９のエネルギーをスイッチ手段１０を介して昇圧形コンバータ６に供給する。
【００４５】
本実施形態では、二次電池９にＮｉＭＨ電池を用いているが、Ｌｉイオン電池や鉛蓄電池等の他の二次電池、あるいは、電気二重層キャパシタを用いることも可能である。また、停電検出回路１２は、商用交流電源１の電圧位相に同期させるＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）などの他の方式を用いても良い。スイッチ手段１０としては、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子を用いることができるが、それ以外、例えばリレーを用いても良い。また、ダイオード１１とスイッチ手段１０の代わりに、逆耐圧を持つ半導体スイッチングデバイスを用いてもよい。
【００４６】
図５は、本発明の一実施形態による無停電電源装置の具体的回路構成図である。商用交流電源１が、ＵＰＳ２内のノイズフィルタ４に接続される。ノイズフィルタ４は、コモンモードチョーク４１と、コンデンサ４２〜４５により構成される。ノイズフィルタ４の出力は、全波整流回路５に入力される。全波整流回路５は、ダイオード５１〜５４から成るブリッジ回路である。全波整流回路５の高電位側の出力点が全波整流回路出力点（ａ）であり、力率改善コンバータ６と、停電検出回路１２に接続される。力率改善コンバータ６は、チョークコイル６１と、パワーＭＯＳＦＥＴ６２、ダイオード６３、それに出力コンデンサ６４で構成される昇圧コンバータである。力率改善コンバータ出力点（ｃ）は、多出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７に接続され、このコンバータ７は、多巻線トランス７１の１次側にパワーＭＯＳＦＥＴ７２、２次側に整流平滑回路７３〜７６を持つ。整流平滑回路７３〜７５は、負荷３に接続され、それぞれ異なる電圧の直流を供給する。もうひとつの整流平滑回路７６は、図１で述べたダイオード７７を持ち、充放電回路８の出力点（ｃ）に接続される。
【００４７】
充放電回路８は、２象限コンバータ、あるいは双方向コンバータと呼ばれる構成のＤＣ／ＤＣコンバータであり、チョークコイル８１と、パワーＭＯＳＦＥＴ８２，８３及びコンデンサ８４で構成される昇降圧チョッパである。
【００４８】
この充放電回路８の低圧側には二次電池９が接続される。また、充放電回路８の出力点（ｃ）には、スイッチ手段１０として、ｐチャネルパワーＭＯＳＦＥＴのソースが接続され、そのドレインには、ダイオード１１のアノードが接続される。ダイオード１１のカソードは、全波整流回路出力点（ａ）に接続される。
【００４９】
図６は、本発明の他の実施形態による無停電電源装置の構成を示すブロック図である。図６において、他の図と同じ構成要素には同じ記号を付与し、重複説明は避ける。図１と異なる点は、エネルギー蓄積手段として、燃料電池９０１を用いており、充放電回路８に代えて放電回路（昇圧チョッパ）８０１、充放電制御回路１３に代えて放電制御回路１３１を用いていることである。これに付随して、多出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７からの充電用出力は無く、スイッチ手段１０も必要がない。商用交流電源１の健全時には、停電検出回路１２の出力はＬｏｗであり、このときには、昇圧チョッパ８０１は停止状態である。燃料電池９０１は、燃料を補給しておけば充電する必要がないため、交流電源の健全時においては、充電制御が無い点で第１の実施形態と異なる。また、停電時の動作は、先の実施形態と同様である。
【００５０】
この実施形態においては、多出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７の構成を簡単にできるほか、図１の充放電回路８すなわち双方向ＤＣ／ＤＣコンバータや、充電制御回路は不要である。
【００５１】
本実施形態においては、燃料電池の他、さまざまな種類の１次電池、太陽電池などを用いてもよい。
【００５２】
以上の本発明の実施形態によれば、従来のバックアップ機能付き多出力コンバータに比べて、バッテリーの直列セル数が少なくて済むというメリットがある。これにより、ＵＰＳの体積を減らすことができる他、低コスト化できる。直列セル数の低減に伴って、電池セルの故障に対する信頼性も向上する。また、電池の充放電回路として、簡単な構成の非絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることができ、回路を小型化、低価格化することができる。この結果、システム装置、情報処理装置、サーバなどの実装密度を向上することができる。
【００５３】
また、鉛蓄電池を廃止し、ニッケル水素電池の利用を可能にすることで、廃棄時の環境負荷を軽減し安全な装置を提供することができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、エネルギー蓄積手段の電圧を低下させることができる無停電電源装置（ＵＰＳ）を提供できる。従って、従来のバックアップ機能付き多出力コンバータに比べて、バッテリーの直列セル数を少なくでき、ＵＰＳの体積を減らし、低コスト化できる。直列セル数の低減に伴って電池セルの故障に対する信頼性も向上する。
【００５５】
また、電池の充放電回路として、簡単な構成の非絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることができ、小型化、低価格化することができる。この結果、システム装置、情報処理装置、サーバなどの実装密度を向上することができる。
【００５６】
更に、鉛蓄電池を廃止し、ニッケル水素電池の利用を可能にすることで、廃棄時の環境負荷を軽減し安全な装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による無停電電源装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施形態による停電検出回路の構成を示すブロック図。
【図３】本発明の一実施形態による各部の電圧及び動作波形図。
【図４】本発明の一実施形態による電気エネルギーの流れを示す図。
【図５】本発明の一実施形態による無停電電源装置の具体的回路構成図。
【図６】本発明の第２の実施形態による燃料電池を用いた無停電電源装置の構成図。
【符号の説明】
１…商用交流電源、２…無停電電源装置（ＵＰＳ）、３…負荷、４…ノイズフィルタ、５…全波整流回路、６…昇圧形（力率改善）コンバータ、７…多出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ、８…充放電回路（昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ）、８０１…放電回路（昇圧チョッパ）、９…エネルギー蓄積手段（二次電池）、９０１…燃料電池、１０…スイッチ手段、１１…ダイオード、１２…停電検出回路、１３…充放電制御回路、１３１…放電制御回路。
【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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