(57)【要約】【課題】  蓄電池を有する交流無停電電源装置の蓄電池の充放電の耐久性の向上が要求されている。【解決手段】  交流入力端子１に交流スイッチ２を介して負荷２０及び双方向電力変換器４を接続する。双方向電力変換器４の直流側ライン１７に電解コンデンサ５を接続する。双方向電力変換器４に直流スイッチ７を介して蓄電池６を接続する。電源異常で交流スイッチ２をオフにする時に直流スイッチ７もオフにして蓄電池６の放電を防ぐ。電解コンデンサ５の放電が所定値になったら直流スイッチ７をオンにする。【選択図】        図１
2005295666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を接続するための交流入力端子と、
負荷を接続するための交流出力端子と、
前記交流入力端子と前記交流出力端子との間に接続された交流スイッチと、
交流端子と直流端子とを有し、前記交流端子が前記交流スイッチを介して前記交流入力端子に接続されていると共に前記交流スイッチを介さずに前記交流出力端子に接続されている双方向電力変換器と、
前記双方向電力変換器の前記直流端子に接続された第１の蓄電装置と、
前記双方向電力変換器の前記直流端子に直流スイッチを介して接続され且つ前記第１の蓄電装置よりも低い充放電耐久性を有している第２の蓄電装置と、
前記交流入力端子から前記交流スイッチを介して供給する交流電源電圧が異常であるか否かを検出する異常検出回路と、
前記異常検出回路から異常を示す出力が発生した時に前記交流スイッチをオフ制御する交流スイッチ制御回路と、
前記交流スイッチのオン期間に前記双方向電力変換器を交流−直流変換動作させ、前記交流スイッチのオフ期間に前記双方向電力変換器を直流−交流変換動作させる変換器制御回路と、
前記異常検出回路から異常を示す出力が発生した時に前記直流スイッチをオフ制御し、このオフ制御の開始時点から所定時間後又は前記双方向電力変換器が要求している電力を前記第１の蓄電装置から供給することが困難又は不可能になった時に前記直流スイッチをオン制御する直流スイッチ制御回路と
を備えていることを特徴とする電力供給装置。
【請求項２】
前記直流スイッチ制御回路は、
前記第１の蓄電装置の電圧が所定電圧よりも低下した時点を検出する電圧低下検出手段と、
前記異常検出回路から異常を示す出力が発生した時に前記直流スイッチをオフ制御させるためのオフ制御信号の発生を開始し、前記電圧低下検出手段から前記第１の蓄電装置の電圧が所定電圧よりも低下した時点を示す信号が発生した時に前記オフ制御信号の発生を終了するスイッチ制御信号形成手段と
から成ることを特徴とする請求項１記載の電力供給装置。
【請求項３】
前記直流スイッチ制御回路は、前記異常検出回路から異常を示す出力が発生した時に一定時間幅のパルスを発生し、前記パルスによって前記直流スイッチをオフ制御するタイマから成ることを特徴とする請求項１記載の電力供給装置。
【請求項４】
前記直流スイッチ制御回路は、
前記異常検出回路から異常を示す出力が発生した時点に同期して前記第１の蓄電装置の放電量の計測又は演算する放電量検出回路と、
放電許容基準値を発生する放電許容基準値発生器と、
前記放電量検出回路の放電量を示す出力が前記放電許容基準値に収まっているか否かを判定するための比較手段と、
前記異常検出回路から異常を示す出力が発生した時点に同期して前記直流スイッチをオフ制御するためのオフ制御信号の発生を開始し、前記放電量を示す出力が前記放電許容基準値よりも大きくなったことを示す前記比較手段の出力に応答して前記オフ制御信号の発生を終了させるスイッチ制御信号形成手段と
から成ることを特徴とする請求項１記載の電力供給装置。
【請求項５】
前記直流スイッチ制御回路は、更に、
前記異常検出回路の出力が異常を示す状態から正常を示す状態に転換した時点に同期して前記直流スイッチを所定時間又は前記第１の蓄電装置の電圧が所定レベルまで上昇する期間だけオフ制御する機能を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電力供給装置。
【請求項６】
前記交流スイッチ制御回路は、前記異常検出回路から得られた異常を示す信号の発生に同期して前記交流スイッチのオフ制御を開始し、前記異常を示す信号の発生の終了時点よりも所定時間遅延した時点で前記交流スイッチのオフ制御を終了させてオン制御を開始するものであることを特徴とする請求項５記載の電力供給装置。
【請求項７】
交流電源を接続するための交流入力端子と、
負荷を接続するための交流出力端子と、
前記交流入力端子と前記交流出力端子との間に接続された交流スイッチと、
交流端子と直流端子とを有し、前記交流端子が前記交流スイッチを介して前記交流入力端子に接続されていると共に前記交流スイッチを介さずに前記交流出力端子に接続されている双方向電力変換器と、
前記双方向電力変換器の前記直流端子に接続された第１の蓄電装置と、
前記双方向電力変換器の前記直流端子に直流スイッチを介して接続され且つ前記第１の蓄電装置よりも低い充放電耐久性を有している第２の蓄電装置と、
前記交流入力端子から前記交流スイッチを介して供給する交流電源電圧が異常であるか否かを検出する異常検出回路と、
前記異常検出回路から異常を示す出力が発生した時に前記交流スイッチをオフ制御する交流スイッチ制御回路と、
前記交流スイッチのオン期間に前記双方向電力変換器を交流−直流変換動作させ、前記交流スイッチのオフ期間に前記双方向電力変換器を直流−交流変換動作させる変換器制御回路と、
前記異常検出回路から異常を示す出力が発生している期間中に前記直流スイッチを介して前記第２の蓄電装置から前記双方向電力変換器に直流電力を供給している状態で前記異常検出回路の出力が異常を示す状態から正常を示す状態に転換した時に前記直流スイッチを所定時間又は前記第１の蓄電装置の電圧が所定レベルまで上昇する期間だけオフ制御する機能を有してい直流スイッチ制御回路と
を備えていることを特徴とする電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコンデンサ又は蓄電池を含む交流無停電電源装置等の電力供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の代表的な交流無停電電源装置は、例えば、後記特許文献１に開示されているように商用交流電源端子と負荷との間に接続された交流スイッチと、交流スイッチを介して商用交流電源端子に接続されていると共に交流スイッチを介さないで負荷に接続された双方向電力変換器と、双方向電力変換器の直流端子に接続された蓄電池と、商用交流電源端子の電圧の異常を検出して交流スイッチをオフ制御する異常検出回路とを有している。
【０００３】
ところで、蓄電池等から成る蓄電装置は充放電の繰返し回数が多くなるに従って寿命が短くなるという欠点を有する。
【特許文献１】特開２０００−３４１８８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明が解決しようとする課題は、蓄電池等の蓄電装置の高寿命化が困難であるということである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための本発明は、
交流電源を接続するための交流入力端子と、
負荷を接続するための交流出力端子と、
前記交流入力端子と前記交流出力端子との間に接続された交流スイッチと、
交流端子と直流端子とを有し、前記交流端子が前記交流スイッチを介して前記交流入力端子に接続されていると共に前記交流スイッチを介さずに前記交流出力端子に接続されている双方向電力変換器と、
前記双方向電力変換器の前記直流端子に接続された第１の蓄電装置と、
前記双方向電力変換器の前記直流端子に直流スイッチを介して接続され且つ前記第１の蓄電装置よりも低い充放電耐久性を有している第２の蓄電装置と、
前記交流入力端子から前記交流スイッチを介して供給する交流電源電圧が異常であるか否かを検出する異常検出回路と、
前記異常検出回路から異常を示す出力が発生した時に前記交流スイッチをオフ制御、即ちオン制御を停止又は強制的にオフ制御等によってオフ状態にする交流スイッチ制御回路と、
前記交流スイッチのオン期間に前記双方向電力変換器を交流−直流変換動作させ、前記交流スイッチのオフ期間に前記双方向電力変換器を直流−交流変換動作させる変換器制御回路と、
前記異常検出回路から異常を示す出力が発生した時に前記直流スイッチをオフ制御し、このオフ制御の開始時点から所定時間後又は前記双方向電力変換器が要求している電力を前記第１の蓄電装置から供給することが困難又は不可能になった時に前記直流スイッチをオン制御する直流スイッチ制御回路と
を備えていることを特徴とする電力供給装置に係わるものである。
【０００６】
なお、請求項２示すように、前記直流スイッチ制御回路は、前記第１の蓄電装置の電圧が所定電圧よりも低下した時点を検出する電圧低下検出手段と、前記異常検出回路から異常を示す出力が発生した時に前記直流スイッチをオフ制御させるためのオフ制御信号の発生を開始し、前記電圧低下検出手段から前記第１の蓄電装置の電圧が所定電圧よりも低下した時点を示す信号が発生した時に前記オフ制御信号の発生を終了するスイッチ制御信号形成手段とから成ることが望ましい。
また、請求項３に示すように、前記直流スイッチ制御回路は、前記異常検出回路から異常を示す出力が発生した時に一定時間幅のパルスを発生し、前記パルスによって前記直流スイッチをオフ制御するタイマから成ることが望ましい。
また、請求項４に示すように、前記直流スイッチ制御回路は、前記異常検出回路から異常を示す出力が発生した時点に同期して前記第１の蓄電装置の放電量の計測又は演算する放電量検出回路と、放電許容基準値を発生する放電許容基準値発生器と、前記放電量検出回路の放電量を示す出力が前記放電許容基準値に収まっているか否かを判定するための比較手段と、前記異常検出回路から異常を示す出力が発生した時点に同期して前記直流スイッチをオフ制御するためのオフ制御信号の発生を開始し、前記放電量を示す出力が前記放電許容基準値よりも大きくなったことを示す前記比較手段の出力に応答して前記オフ制御信号の発生を終了させるスイッチ制御信号形成手段とから成ることが望ましい。
また、請求項５及び７に示すように、前記直流スイッチ制御回路は、前記異常検出回路の出力が異常を示す状態から正常を示す状態に転換した時点に同期して前記直流スイッチを所定時間又は前記第１の蓄電装置の電圧が所定レベルまで上昇する期間だけオフ制御する機能を有していることが望ましい。
また、請求項６に示すように、前記交流スイッチ制御回路は、前記異常検出回路から得られた異常を示す信号の発生に同期して前記交流スイッチのオフ制御を開始し、前記異常を示す信号の発生の終了時点よりも所定時間遅延した時点で前記交流スイッチのオフ制御を終了させてオン制御を開始するものであることが望ましい。
なお、前記直流スイッチは前記双方向電力変換器の直流側ライン即ち電力供給路をオン・オフ制御するスイッチを意味する。
【発明の効果】
【０００７】
各請求項の発明によれば、異常時において双方向電力変換器を直流−交流変換動作させるための第１及び第２の蓄電装置の両方が放電する可能性が低下する。即ち、蓄電池等の第２の蓄電装置は直流スイッチを介して双方向電力変換器に接続されており、直流スイッチは異常時に所望時間だけオフ制御される。このため、異常発生直後は充放電に対して比較的耐久性の高い電解コンデンサ等の第１の蓄電装置の放電によって直流電力が供給され、異常期間が比較的短い時には第２の蓄電装置の放電が生じない。この結果、第２の蓄電装置の充放電の回数を減らすことが可能になり、この寿命の低下を防ぐことができる。なお、充放電に対する耐久性の高い電解コンデンサ等の第１の蓄電装置のみで双方向電力変換器の直流電源を構成することはコスト、寸法等から困難であり、蓄電池等の第２の蓄電装置が必然的に必要になる。
また、請求項２〜４の発明によれば直流スイッチの所望の制御を容易に達成することができる。
また、請求項５及び７の発明によれば、異常検出回路の出力が正常を示す状態に転換した時に直流スイッチがオフ制御されて第２の蓄電装置が双方向電力変換器から切り離される。この結果、交流スイッチのオン状態への転換期間に電源電圧の瞬時変動が発生して異常状態が瞬間的に再び生じても、第２の蓄電装置の放電が生じない。このため、第２の蓄電装置の放電回数を低減することができる。また、双方向電力変換器が直流―交流変換動作から交流―直流変換動作に戻った時に、第１の蓄電装置に対して充電電流は流れるが第２の蓄電装置に対する充電電流の流入がないので、交流スイッチ及び直流スイッチの負担を軽減することができる。
また、請求項６の発明によれば、交流スイッチのターンオン前に直流スイッチのオフ制御を確実に達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、本発明の実施形態を図１〜図１４を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１に示す本発明の実施例１に係わる電力供給装置としての交流無停電電源装置は、例えば２００Ｖの３相の商用交流電源Eに接続される交流入力端子１と、３相の交流スイッチ２と、交流出力端子３と、３相の双方向電力変換器４と、第１の蓄電装置としての電解コンデンサ５と、第２の蓄電装置としての蓄電池６と、直流スイッチ７と、初期充電回路８と、異常検出回路９と、交流スイッチ制御回路１０と、変換器制御回路１１と、直流スイッチ制御回路１２と、入力スイッチ１３と、出力スイッチ１４と、蓄電池切り離しスイッチ１５とを有している。なお、ブロック表示の図１において全ての交流部分は３相に構成されている。
【００１０】
交流スイッチ２は交流入力端子１と交流出力端子３及び双方向電力変換器４との間に接続されている。更に詳細には、交流スイッチ２の入力端は例えば機械的スイッチ構成の入力スイッチ１３を介して交流入力端子１に接続され、交流スイッチ２の出力端は例えば機械的スイッチ構成の出力スイッチ１４を介して交流出力端子３に接続されている。交流スイッチ２は図２に詳しく示すように、ＧＴＯ（ゲートターンオフ）構成のサイリスタ又は一般的な構成のサイリスタから成る第１、第２、第３、第４、第５及び第６のサイリスタＳ1 、Ｓ2 、Ｓ3 、Ｓ4 、Ｓ5 、Ｓ6 から成る。第１及び第２のサイリスタＳ1 、Ｓ2 の逆方向並列回路は第１相電源ライン１ａに直列に接続され、第３及び第４のサイリスタＳ3 、Ｓ4 の逆方向並列回路は第２相電源ライン１ｂに直列に接続され、第５及び第６のサイリスタＳ5 、Ｓ6 の逆方向並列回路は第３相電源ライン１ｃに直列に接続されている。第１、第２及び第３相電源ライン１ａ、１ｂ、１ｃは図１の３相交流入力端子１に接続される。
【００１１】
交流スイッチ制御回路１０はライン９ａによって与えられる図１の異常検出回路９の異常検出出力に応答して第１〜第６のサイリスタＳ1 〜Ｓ6 をオフ制御し、電源正常時には第１〜第６のサイリスタＳ1 〜Ｓ6 をオン制御する。なお、本実施例では、図９（A）(B)から明らかなように異常検出回路９の出力V9が異常を示した時には直ちに交流スイッチ２がオフ制御され、異常が終了した時には僅かな遅延（ｔ2〜ｔ2´）を有して交流スイッチ２がオン制御されるように交流スイッチ制御回路１０が構成されている。勿論、交流スイッチ２のオンを遅延させないで、図９（A）の異常期間の終了に同期してオン制御することもできる。なお、本願での交流スイッチ２及び直流スイッチ７のオフ制御とは、オフ制御信号を供給するオフ制御のみならずオン制御の停止によってオフ状態に転換する制御も意味する。
【００１２】
図３は交流スイッチ２の変形例の１相分を示す。図３（Ａ）の交流スイッチ２ａはＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイホーラトランジスタ）Ｓ１´、Ｓ２´の逆並列回路によって構成され、各ＩＧＢＴＳ１´、Ｓ２´に直列に逆流阻止用ダイオードＤａ、Ｄｂが接続されている。
図３（Ｂ）に示す交流スイッチ２ｂは、ブリッジ接続された４つのダイオードＤａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄと、１つのサイリスタＳによって構成されている。
図３（Ｃ）に示す交流スイッチ２ｃは双方向制御が可能なトライアックＳ´によって構成されている。
図１の交流スイッチ２は、図２、及び図３に限定されるものでなく、交流電圧を高速でオン・オフできるものであれば、どのようなものでもよい。
【００１３】
図１の双方向電力変換器４は、交流−直流変換機能と直流−交流変換機能と波形改善機能とを有する。双方向電力変換器４の３相交流側ライン１６は初期電流回路８と交流スイッチ２と入力スイッチ１３を介して交流入力端子１に接続され且つ出力スイッチ１４を介して交流出力端子３にも接続されている。双方向電力変換器４の直流側ライン１７は電解コンデンサ５に直接に接続され且つ直流スイッチ７と蓄電池切り離しスイッチ１５とを介して蓄電池６に接続されている。
【００１４】
図４は図１の双方向電力変換器４と変換器制御回路１１とを詳しく示す。双方向電力変換器４は、スイッチ回路３０と、第１、第２及び第３のインダクタＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 と高周波成分除去用フィルタ３１とから成る。図４の双方向電力変換器４は、図１の交流側ライン１６から第１、第２及び第３相交流端子３５ａ、３５ｂ、３５ｃに供給される３相交流電圧を直流電圧に変換し、この直流電圧を一対の直流端子３６ａ、３６ｂから図１の直流側ライン１７に送出するＡＣ−ＤＣ変換機能と、一対の直流端子３６ａ、３６ｂ間の直流電圧を３相交流電圧に変換して第１、第２及び第３相交流端子３５ａ、３５ｂ、３５ｃに送出するＤＣ−ＡＣ変換機能とを有する。第１、第２及び第３相交流端子３５ａ、３５ｂ、３５ｃは図１の３相の交流側ライン１６に接続され、対の直流端子３６ａ、３６ｂは図１の直流側ライン１７に接続されている。従って、図１の電解コンデンサ５及び蓄電池６は図４の一対の直流端子３６ａ、３６ｂ間に接続されている。
【００１５】
スイッチ回路３０は、３相ブリッジ接続された第１、第２、第３、第４、第５及び第６のダイオードＤ1 、Ｄ2 、Ｄ3 、Ｄ4 、Ｄ5 、Ｄ6 と、第１〜第６のダイオードＤ1 〜Ｄ6 に対してそれぞれ逆方向並列に接続された変換用スイッチとしての第１、第２、第３、第４、第５及び第６のスイッチＱ1 、Ｑ2 、Ｑ3 、Ｑ4 、Ｑ5 及びＱ6 とから成る。図４では第１〜第６のスイッチＱ1 〜Ｑ6 が絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ即ちＩＧＢＴで示されているが、この代りにＦＥＴ、トランジスタ等の別の制御可能な半導体スイッチとすることができる。
【００１６】
第１〜第６のスイッチＱ1 〜Ｑ6 の制御端子（ゲート）は、変換器制御回路１１の第１〜第６の制御信号ライン３７、３８、３９、４０、４１、４２に図示が省略されているドライブ回路を介して接続される。スイッチ回路３０の第１及び第２のダイオードＤ1 、Ｄ2 の相互接続点４３、第３及び第４のダイオードＤ3 、Ｄ4 の相互接続点４４、第５及び第６のダイオードＤ5 、Ｄ6 の相互接続点４５は、第１、第２及び第３のインダクタＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 を介して第１、第２及び第３相交流端子３５ａ、３５ｂ、３５ｃにそれぞれ接続されている。第１、第３及び第５のダイオードＤ1 、Ｄ3 、Ｄ5 のカソードは一方の直流端子３６ａに接続され、第２、第４及び第６のダイオードＤ2 、Ｄ4 、Ｄ6 のアノードは他方の直流端子３６ｂに接続されている。
高周波成分除去用フィルタ３１はコンデンサＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 から成り、第１〜第６のスイッチＱ1 〜Ｑ6 の高周波（例えば２０〜１００kHz ）でのオン・オフに基づく高周波成分を除去する。３相電源ラインに直列に接続された第１、第２及び第３のインダクタＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 は、交流−直流変換時即ちＡＣ−ＤＣ変換動作時に力率改善用リアクトル及び昇圧リアクトルとして機能し、また直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）変換時即ちＤＣ−ＡＣ変換（インバータ）動作時に高周波成分除去リアクトルとして機能する。
【００１７】
変換器制御回路１１は、スイッチ回路３０を周知のＡＣ−ＤＣ変換動作及びＤＣ−ＡＣ変換動作させるために、ライン４６によって直流出力端子３６ａに接続され、且つ異常検出信号が入力するライン９ｂによって図１の異常検出回路９に接続され、且つライン４７ａ、４７ｂ、４７ｃによって電流検出器３２の第１、第２及び第３相出力端子３２ａ、３２ｂ、３２ｃに接続され、且つライン４８ａ、４８ｂ、４８ｃによって第１、第２及び第３相交流端子３５ａ，３５ｂ、３５ｃに接続されている。なお、変換器制御回路１１は交流スイッチ２のオン期間にAC―DC変換動作し、オフ期間にDC−AC変換動作するように構成されている。また、図１では一個で示されている３相の電流検出器３２は図４に示す第１、第２及び第３相出力端子３２ａ、３２ｂ、３２ｃを有する。
【００１８】
電流検出器３２の第１、第２及び第３相出力端子３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、交流スイッチを通って流れる電流に比例した電圧値を変換器制御回路１１に送る。
図４では３相分の電流検出器３２に接続された３本の電流検出ライン４７ａ、４７ｂ、４７ｃが設けられ、且つ３本の電圧検出ライン４８ａ、４８ｂ、４８ｃが設けられているが、３相から選択された２相の電流及び電圧を変換器制御回路１１に送り、これによって残りの１相の電流及び電圧を合成して形成してもよい。
【００１９】
電解コンデンサ５は、蓄電池６よりも小さい容量を有し且つ蓄電池６よりも速い応答性即ち充放電速度を有する。電解コンデンサ５の代りに別の形式のコンデンサ又は電気二重層等の蓄積器を使用することもできる。この電解コンデンサ５は直流スイッチ７を介さないで双方向電力変換器４に接続されている。
【００２０】
蓄電池６は蓄電池切り離しスイッチ１５及び直流スイッチ７を介して双方向電力変換器４に接続されている。蓄電池６の充放電耐久性は電解コンデンサ５のそれよりも低い。
【００２１】
直流スイッチ７は機械的構成の蓄電池切り離しスイッチ１５よりも応答速度の速い半導体スイッチから成り、蓄電池６と双方向電力変換器４との間を選択的に遮断する機能を有する。この直流スイッチ７は、例えば図３（Ａ）の交流スイッチ２ａと同様にＩＧＢＴＳ1 ′、Ｓ2 ′の逆並列接続回路から成る。なお、この直流スイッチ７を図５（Ａ）に示すサイリスタＳa とダイオードＤとを逆並列接続した構成の直流スイッチ７ａ、又は図５（Ｂ）に示す図５（Ａ）の回路に更に機械的スイッチＳm を並列接続した構成の直流スイッチ７ｂ、又は図３（Ｂ）及び（Ｃ）の構成のスイッチに変形できる。図５（Ａ）（Ｂ）のサイリスタＳa は蓄電池６の放電電流が流れる方向が順方向となるように接続されている。従って、サイリスタＳa がオフ制御されている期間は蓄電池６の放電が禁止される。
【００２２】
図１の直流スイッチ制御回路１２はライン９ｃによって異常検出回路９に接続され、ライン１８によって電解コンデンサ５に接続され、ライン１９によって直流スイッチ７の制御端子（ゲート）に接続されている。直流スイッチ制御回路１２は異常検出回路９で異常が検出されていない正常時に直流スイッチ７をオン制御し、異常が検出された時に所望時間だけオフ制御し、更に、異常検出が終了した時にも所望時間オフ制御するものである。
【００２３】
図６は図１の直流スイッチ制御回路１２の一例を示す。この直流スイッチ制御回路１２は、電解コンデンサ５の電圧低下を検出するための電圧低下検出手段を構成するために電圧検出回路２１と比較器２２と基準電圧源２３と第１のRSフリップフロップ２４と駆動回路２５と前縁検出回路６１と第１の後縁検出回路６２と第１のＯＲ回路６３とタイマ６４と第２のＯＲ回路６５と第２のRSフリップフロップ６６と第２の後縁検出回路６７とを有している。
電圧検出回路２１はライン１８よって図１の電解コンデンサ５に接続され、電解コンデンサ５の両端子間電圧を示す信号を検出する。比較器２２の一方の入力端子は電圧検出回路２１に接続され、他方の入力端子は基準電圧源２３に接続されている。基準電圧源２３は電解コンデンサ５のみで双方向電力変換器４を介して負荷２０に電力を供給することが望ましくない電解コンデンサ５の電圧レベルを示す基準電圧を発生する。従って、比較器2２の出力状態は電解コンデンサ５の両端子間電圧が許容範囲又はこの近くになった時に転換し、この転換を示すパルスが第２のOR回路６５を介して第１のRSフリップフロップ２４のリセット入力端子Rに送られ、且つ第２のRSフリップフロップ６６のセット入力端子Ｓにも送られる。
前縁検出回路６１は第１のRSフリップフロップ２４のトリガパルス形成手段とも呼ぶことができるものであって、ライン９cを介して図１の異常検出回路９に接続され、図９（Ａ）に示す異常検出回路９の出力信号Ｖ９の異常検出パルスの前縁を検出して図９（Ｅ）のｔ１，ｔ４に示すトリガパルスを含む信号Ｖ６１を形成する。この前縁検出回路６１は第１のOR回路６３を介して第１のRSフリップフロップ２４のセット入力端子Ｓに接続されている。従って、第１のRSフリップフロップ２４は図９（Ｄ）に示すように図９（Ｅ）のｔ１，ｔ４に示すトリガパルスに応答してセット状態になる。第１のRSフリップフロップ２４の出力端子は駆動回路２５とライン１９とを介して直流スイッチ７の制御端子に接続されている。駆動回路２５は第１のRSフリップフロップ２４の出力がセット状態の時に直流スイッチ７をオフ制御し、第１のRSフリップフロップ２４の出力がリセット状態の時に直流スイッチ７をオン制御する。
第１のRSフリップフロップ２４は比較器２２から図９（Ｈ）のｔ５〜ｔ６に示すパルスが出力した後の図９（Ａ）に示す異常検出回路９の出力信号Ｖ９の異常検出パルスの後縁時点ｔ７においてもセット状態になる。この詳細は後述する。
第１の後縁検出回路６２は第１及び第２のRSフリップフロップ２４，６６のリセットパルス形成手段の一部とも呼ぶことができるものであって、ライン９cを介して図１の異常検出回路９に接続され、図９（Ａ）に示す異常検出回路９の出力信号Ｖ９の異常検出パルスの後縁を検出して図９（Ｆ）のｔ２，ｔ７に示すトリガパルスを含む信号Ｖ６２を形成する。この後縁検出回路６２はタイマ６４と第２のOR回路６５を介して第１のRSフリップフロップ２４のリセット入力端子Ｒに接続され、また、第２のRSフリップフロップ６６のリセット入力端子Ｒに直接に接続されている。
タイマ６４は遅延回路と呼ぶこともできるものであって、図９（Ｆ）のｔ２，ｔ７に示す第１の後縁検出回路６２のトリガパルスに応答して一定時間Ｔｃを計測し、ｔ２，ｔ７よりも一定時間Ｔｃだけ遅れた図９（Ｇ）のｔ３，ｔ８においてリセットパルスを発生するものである。第１のRSフリップフロップ２４は図９（Ｇ）のｔ３，ｔ８におけるリセットパルスに応答して図９（Ｄ）に示すようにリセット状態に戻る。図６のタイマ６４における一定時間Ｔｃは、電源電圧が正常に戻った時点ｔ２，ｔ７から双方向電力変換器４による電解コンデンサ５の充電が開始し、この電圧が双方向電力変換器４が要求している電力をこの電解コンデンサ５から供給することが可能な所定レベルまで上昇する期間に相当することが望ましい。即ち、図６のタイマ６４における一定時間Ｔｃは、電解コンデンサ５を所定レベルまで充電するための所要時間であることが望ましい。
第１のRSフリップフロップ２４のリセット入力端子Ｒには第２のOR回路６５を介して比較器２２も接続されている。従って、図９（Ｈ）に示すようにｔ５時点で比較器２２からパルスが発生した時にも第１のRSフリップフロップ２４はリセット状態に戻る。        
第２のRSフリップフロップ６６と第２の後縁検出回路６７は図９のｔ７時点における第１のRSフリップフロップ２４のためのセットパルスを形成する手段である。第２のRSフリップフロップ６６のセット入力端子Ｓは比較器２２に接続され、リセット入力端子Ｒは第１の後縁検出回路６２に接続され、出力端子は第２の後縁検出回路６７を介して第１のＯＲ回路６３に接続されている。従って、第２のRSフリップフロップ６６は図９のｔ５〜ｔ７期間にセット状態となり、第２の後縁検出回路６７から図９（Ｊ）のｔ７に示す第１のRSフリップフロップ２４のためのセットパルスを得ることができる。このため、第１のRSフリップフロップ２４はｔ７時点からセット状態となり、直流スイッチ７がオフになる。
【００２４】
図１の交流入力端子１から交流電圧が正常に供給されている時には、図９のｔ1よりも前に示すように交流スイッチ２がオン状態に保たれ、且つ双方向電力変換器４がAC―DC変換制御される。従って、交流出力端子３に接続された負荷２０には交流入力端子１から交流スイッチ２を介して商用交流電圧が直接に供給される。また、双方向電力変換器４のAC−DC変換動作によって交流電圧が直流電圧に変換されるために、交流入力端子１、交流スイッチ２及び双方向電力変換器４の経路で電解コンデンサ５及び蓄電池６の充電電流が供給される。なお、初期充電回路８のスイッチ８cは電解コンデンサ５及び蓄電池６の初期充電の時にのみオンになり、スイッチ８cは初期充電後にオンになる。
【００２５】
異常検出回路９で電源異常が検出されると、図９（A）のｔ１〜ｔ２，ｔ４〜ｔ７に示すように異常検出回路９の出力V9が異常を示す例えば高レベルになり、図９（B）に示すようにｔ1時点で交流スイッチ２がオフになって交流入力端子１側への逆流が阻止される。また、双方向電力変換器４の動作が異常検出に応答してDC−AC変換動作に切り換わる。これと同時に図９（C）に示すように直流スイッチ７がオフになり、電解コンデンサ５のみが双方向電力変換器４の直流電源となる。
図９のｔ４時点から電解コンデンサ５の放電が進み、時間Ｔｏ後の図９のｔ５時点において電解コンデンサ５の両端子間電圧が所定レベルよりも低下すると、比較器２２から図９（Ｈ）に示すパルスが発生し、第１のRSフリップフロップ２４がリセットされ、直流スイッチ７がオンになり、蓄電池６から双方向電力変換器４に直流電力が供給される。
ところで、図９（A）のt１〜t２に示すように異常検出回路９の出力V9が異常を示す期間が短い場合には、電解コンデンサ５の両端子間電圧が所定レベルまで低下しない内に電源異常が解消され、正常状態に戻る。このような場合には異常中即ち停電中であっても、蓄電池６の放電が生じない。異常解消時点ｔ2又はこれよりも少し遅れたｔ2´時点で交流スイッチ２をオンにすると同時に直流スイッチ７をオンに制御することも可能であるが、ｔ4〜ｔ7に示す比較的長い異常期間後の交流スイッチ２のターンオン時の電源電圧瞬時変動による蓄電池６の放電を阻止するために、この実施例ではｔ７時点から一定時間Tcをタイマ６４で計測し、一定時間Tc後のｔ８時点で第１のRSフリップフロップ２４をリセットして直流スイッチ７をオンにしている。図９のｔ２時点で異常期間が終了した時もｔ７時点と同様な動作が必然的に生じる。
一定時間Tcを設けると次の効果も得られる。即ち、ｔ2´、ｔ7´にて交流スイッチ２がオンすると、双方向電力変換器４はAC−DC変換動作に切り換わるため、一定時間Tcの間に電解コンデンサ５が充電される。従って、電解コンデンサ５の電圧を蓄電池６の電圧と同一又はそれ以上とすることができ、直流スイッチ７のオン時の蓄電池６の放電を阻止できる。また、直流スイッチ７のオン時の過電流も減少できる。
図６では第１のRSフリップフロップ２４のセット入力端子Ｓに第１のＯＲ回路６３の２つの入力の両方が与えられているが、いずれか一方のみを与えるように変形できる。また、図６では第１のRSフリップフロップ２４のリセット入力端子Ｒに第２のＯＲ回路６５の２つの入力の両方が与えられているが、いずれか一方のみを与えるように変形できる。
【００２６】
本実施例によれば、第２の蓄電装置としての蓄電池６の放電前にまず第１の蓄電装置としての電解コンデンサ５が放電し、電解コンデンサ５のみで直流電力の供給が不可能な時にのみ蓄電池６から直流電力が供給される。この結果、電解コンデンサ５よりも充放電の耐久性の小さい蓄電池６の充放電の発生回数を減らすことが可能になる。この結果、蓄電地６の長寿命化を図ることができる。
また、t7時点に示すように異常状態から正常状態に戻る時に、直流スイッチ７がオフ状態に制御されるので、蓄電池６が双方向電力変換器４から切り離され、交流スイッチ２のターンオン時に電圧瞬時変動が生じても蓄電池６が放電しない。このため、蓄電池６の放電回数を更に少なくすることができ、この寿命が長くなる。
また、ｔ７〜ｔ８期間に直流スイッチ７をオフ制御すると、双方向電力変換器４が直流―交流変換動作から交流―直流変換動作に戻った時に、蓄電池６に対する充電電流の流入がないので、交流スイッチ２の負担を軽減することができる。
また、直流スイッチ７がオンするｔ3、ｔ8時点での直流スイッチ７の負担を軽減することができる。
また、交流スイッチ２のターンオン前に直流スイッチ７のオフ制御を確実に達成できる。
【実施例２】
【００２７】
次に、図７を参照して実施例２に従う変形された直流スイッチ制御回路１２aを説明する。但し、図７〜図１５において図６と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。また、図７〜図１５の説明において必要に応じて図１〜図５、図９を参照する。
図７の実施例２に従う変形された直流スイッチ制御回路１２aは図１の直流スイッチ制御回路１２の駆動回路２５の前段の部分をタイマ６４aに置き換えたものである。タイマ６４aはライン９cから与えられる図１の異常検出回路９の異常を示す出力パルスの立上り及び立下りの両方に応答して図９（Ｄ）の第１のRSフリップフロップ２４の出力に近似のパルスを形成し、このパルスを直流スイッチオフ制御信号として駆動回路２５に送る。タイマ６４aがパルスを発生している間は図１の直流スイッチ７がオフ状態に保たれ、蓄電池６の放電が阻止される。なお、タイマ６４aは再トリガ可能なモノマルチバイブレータ又はこれと同様な機能を有するものから成るので、図９のｔ４〜ｔ７に示すように異常検出期間が長い時には例えば図９のＴｃと同一の一定時間のパルスを直流スイッチ７のオフ制御信号として出力する。また、図９のｔ１〜ｔ２に示すように異常検出期間が一定時間Ｔｃよりも短い時にはＴｃ〜２Ｔｃの範囲のパルスを直流スイッチ７のオフ制御信号として出力する。  
実施例２では、実施例１の比較器２２に基づく効果以外の効果を有する。
なお、実施例２では、比較器２２によって電解コンデンサ５の放電状態が検出されていない。しかし、負荷２０の大きさがほぼ一定の場合には、演算で求めた電解コンデンサ５の放電可能時間と実測の放電可能時間との差は小さい。
なお、図７において、タイマ６４aを異常検出回路９の異常を示す出力パルスの立上り（前縁）にのみ又は立下り（後縁）のみに応答して一定時間Tcだけ直流スイッチ７をオフにする制御信号を発生するように変形できる。
【実施例３】
【００２８】
図８の実施例３に従う直流スイッチ制御回路１２bは、図６の実施例１に従う直流スイッチ制御回路１２を変形したものである。図８の直流スイッチ制御回路１２bは放電量検出回路２７を有している。この放電量検出回路２７は電解コンデンサ５に流れる電流を検出する電流検出器２６の出力を積算することによって放電量を検出している。即ち、放電量検出回路２７は、ライン９cから得られる異常検出に同期して電流検出器２６の出力を積算することによって放電量即ち放電エネルギ量に比例した電圧を出力する。比較手段としての比較器２８は基準電圧源２９から得られる放電許容基準値を示す基準電圧と放電量検出回路２７の出力電圧とを比較し、放電量を示す電圧が基準電圧を横切った時にリセット信号を第１のRSフリップフロップ２４のリセット入力端子Rに送る。図８の比較器２８よりも後段は図６と同一であるので、実施例３によっても実施例１と同一の効果を得ることができる。
【実施例４】
【００２９】
図１０に示す実施例４の直流スイッチ制御回路１２ｃは、実施例１の直流スイッチ制御回路１２から第１及び第２の後縁検出回路６２、６７と第１及び第２のＯＲ回路６３、６５とタイマ６４と第２のＲＳフリップフロップ６６とを省いたものに相当する。従って、ＲＳフリップフロップ２４は異常検出回路９から得られる異常検出パルスの前縁でセットされ、比較器２２から高レベルパルスが発生した時にリセットされる。これにより、異常が検出された時に直流スイッチ７がオフになり、電解コンデンサ５の電圧が所定レベルよりも低くなった時に直流スイッチ７がオンになる。この実施例４における異常検出時に直流スイッチ７がオフになることの効果は実施例１と同一である。
なお、図１０の電圧検出回路２１の代りに図８の放電量検出回路２７を設けることができる。また、比較器２２とＲＳフリップフロップ２４との間にトリガ回路を設けることができる。
【実施例５】
【００３０】
図１１の実施例５の直流スイッチ制御回路１２ｄは、図６から電圧検出回路２１と比較器２２と基準電圧源２３と第１及び第２の後縁検出回路６２、６７と第１及び第２のＯＲ回路６３，６５と第２のＲＳフリップフロップ６６とを省き、前縁検出回路６１とＲＳフリップフロップ２４のリセット入力端子Ｒとの間に一定時間Ｔｃのタイマ６４を接続したものに相当する。この図１１では図１０の比較器２２の出力に代って一定時間Ｔｃの経過を示すタイマ６４の出力でＲＳフリップフロップ２４がリセットされる。図１１の実施例５のタイマ６４の一定時間Ｔｃは、直流スイッチ７のオフ開始時点から双方向電力変換器４を電解コンデンサ５のみでDC−AC変換動作させることによって電解コンデンサ５の放電が進み、双方向電力変換器４が要求している電力を電解コンデンサ５から供給することが困難又は不可能になる時点までの時間長に相当することが望ましい。
図１１の実施例５によっても図１０の実施例４と同様な効果を得ることができる。
【実施例６】
【００３１】
図１２の実施例６の直流スイッチ制御回路１２ｅは、図１０の前縁検出回路６１の代りに後縁検出回路６２を接続し、且つ図１０の基準電圧源23の代りに電解コンデンサ５の電圧の所定レベルを示すための基準電圧源23ａを設け、且つ図１０の比較器２２の代りに電解コンデンサ５の電圧が所定レベル以上に上昇したことを検出するための比較器２２ａ及び前縁検出回路７０を設けたものに相当する。比較器２２ａは電圧検出回路２１の出力と基準電圧源23ａの基準電圧とを比較し、電解コンデンサ５の電圧が所定レベル即ち基準電圧以上に上昇したことを検出する。比較器２２ａは前縁検出回路７０を介してＲＳフリップフロップ２４のリセット入力端子Ｒに接続されている。基準電圧源23ａの基準電圧は、図９において電源電圧が正常に戻った時点ｔ２，ｔ７でＲＳフリップフロップ２４がセットされ、電源電圧が正常に戻った時点ｔ２，ｔ７から双方向電力変換器４による電解コンデンサ５の充電が開始し、この電圧が双方向電力変換器４が要求している電力をこの電解コンデンサ５から供給することが可能な所定レベルまで上昇する期間に相当することが望ましい。図１２の実施例６では、異常検出回路９から得られる異常検出パルスの後縁即ち図９に示す電源電圧が正常に戻った時点ｔ２，ｔ７でＲＳフリップフロップ２４がセットされて直流スイッチ４７がオフになり、その後、電解コンデンサ５が所定レベルまで充電された時に直流スイッチ４７がオンになる。この結果、実施例６によっても実施例１の異常検出終了時の効果と同様な効果を得ることができる。
なお、図１２の電圧検出回路２１の代りに図８の放電量検出回路２７又は充電量検出回路を設けることができる。
【実施例７】
【００３２】
図１３の実施例７の直流スイッチ制御回路１２ｆは、図１１の前縁検出回路６１の代りに後縁検出回路６２を接続したものに相当する。図１３の実施例７のタイマ６４における一定時間Ｔｃは、図９に示す電源電圧が正常に戻った時点ｔ２，ｔ７から双方向電力変換器４による電解コンデンサ５の充電が開始し、この電圧が双方向電力変換器４が要求している電力をこの電解コンデンサ５から供給することが可能な所定レベルまで上昇する期間に相当することが望ましい。即ち、図１３のタイマ６４における一定時間Ｔｃは、電解コンデンサ５を所定レベルまで充電するための所要時間であることが望ましい。
この実施例７によっても、図１２の実施例６と同様な効果を得ることができる。
【実施例８】
【００３３】
図１４の実施例８の直流スイッチ制御回路１２ｇは、図１１に後縁検出回路６２とＯＲ回路６３とを付加したものに相当する。前縁検出回路６１と後縁検出回路６２とはライン９ｃに接続され、異常検出パルスの前縁と後縁とを検出する。ＯＲ回路６３の入力端子は前縁検出回路６１と後縁検出回路６２とに接続され、出力端子はＲＳフリップフロップ２４のセット入力端子Ｓに接続されている。一定時間Ｔｃを計測するタイマ６４はＯＲ回路６３とＲＳフリップフロップ２４のリセット入力端子Ｒとの間に接続されている。図１４の実施例８のタイマ６４一定時間Ｔｃは、直流スイッチ７のオフ開始時点から双方向電力変換器４を電解コンデンサ５のみでDC−AC変換動作させることによって電解コンデンサ５の放電が進み、双方向電力変換器４が要求している電力を電解コンデンサ５から供給することが困難又は不可能になる時点までの第１の時間、又は図９に示す電源電圧が正常に戻った時点ｔ２，ｔ７から双方向電力変換器４による電解コンデンサ５の充電が開始し、この電圧が双方向電力変換器４が要求している電力をこの電解コンデンサ５から供給することが可能な所定レベルまで上昇する期間に相当する第２の時間との内の短い方の時間であることが望ましい。しかし、図１４の実施例８のタイマ６４の一定時間Ｔｃを、前記第１の時間及び第２の時間の内のいずれか一方とすることができる。また、図１４の実施例８のタイマ６４の一定時間Ｔｃを、前記第１の時間及び第２の時間の中間値とすることができる。
この図１４の実施例７によれば図７の実施例２と同様な効果が得られる。
【００３４】
本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１）  双方向電力変換器４は図４の回路に限定されるものではなく、AC−DC変換とDC−AC変換との両方が可能であればどのようなものでもよい。
（２）  異常検出回路９、交流スイッチ制御回路１０、変換器制御回路１１、及び直流スイッチ制御回路１２の一部又は全部をマイクロコンピュータやＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）等のディジタル演算手段によって構成してもよい。
（３）  交流電源、双方向電力変換器４及び負荷２０を単相とすることができる。
（４）  蓄電池６にサイクル用蓄積装置（サイクル用電池等）を接続することができる。
（５）  各実施例において、図９のｔ１，ｔ４の異常検出時に直流スイッチ７をオフ制御せずに、ｔ２、ｔ７の異常解消時にのみ所定時間オフ制御することができる。
（６）  一定時間Tｃをタイマで設定する代わりに、t2、ｔ7時点後における電解コンデンサ５の両端子間電圧があるレベルまで上昇する時点を検出して図９のｔ3、ｔ8時点に相当するタイミングを決定してもよい。例えば、図６及び図８のタイマ６４の代わりに、図１２の基準電圧源23ａ、比較器２２ａ、及び前縁検出回路７０を設け、前縁検出回路７０の出力パルスでＲＳフリップフロップ２４をリセットしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は交流無停電電源装置等の電力供給装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例１の交流無停電電源装置を示すブロック図である。
【図２】図１の交流スイッチ及び交流スイッチ制御回路を示す回路図である。
【図３】図１の交流スイッチの変形例を示す回路図である。
【図４】図１の双方向電力変換器及び変換器制御回路を詳しく示す回路図である。
【図５】図１の直流スイッチの変形例を示す回路図である。
【図６】図１の直流スイッチ制御回路を詳しく示す回路図である。
【図７】実施例２の直流スイッチ制御回路を示す回路図である。
【図８】実施例３の直流スイッチ制御回路を示す回路図である。
【図９】図１及び図６の各部の状態を示す波形図である。
【図１０】実施例４の直流スイッチ制御回路を示す回路図である。
【図１１】実施例５の直流スイッチ制御回路を示す回路図である。
【図１２】実施例６の直流スイッチ制御回路を示す回路図である。
【図１３】実施例７の直流スイッチ制御回路を示す回路図である。
【図１４】実施例８の直流スイッチ制御回路を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  交流入力端子
２  交流スイッチ
３  交流出力端子
４  双方向電力変換器
５  電解コンデンサ
６  蓄電池
７  直流スイッチ
９  異常検出回路
１０  交流スイッチ制御回路
１１  変換器制御回路
１２  直流スイッチ制御回路
【図１】
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【図２】
2005295666.tif 000004
【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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【図１３】
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【図１４】
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