(57)【要約】【目的】電力変換装置などに使用する制御電源の異常を、異常発生と同時に素早く検出できるようにすることにある。【構成】スイッチング素子2024のオン・オフ動作に伴って変圧器2023の二次側に現れるパルスの立ち上がり時点から次のパルスの立ち上がり時点までの時間や、パルスの立ち下がり時点から次のパルスの立ち下がり時点までの時間や、パルスの立ち上がり時点からそのパルスの立ち下がり時点までの時間を検出し、これらの検出時間がそれぞれに定めた時間範囲から外れた場合に異常と判定する。【選択図】            図１
2005210819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器の１次側巻線とスイッチング素子を直列に接続し、この直列回路に直流電力を印加し、前記スイッチング素子をオン・オフするパルスを制御することで、該変圧器の２次側巻線に接続した整流器と平滑コンデンサを介して得られる直流電圧を所定値に維持するパルス幅変調型直流電源の制御方法において、
前記変圧器の２次側巻線に現れるパルスの立ち上がりから次のパルスの立ち上がりまでの時間を監視し、この値が所定範囲から外れたことを検出すれば、異常と判定することを特徴とするパルス幅変調型直流電源の異常検出方法。
【請求項２】
変圧器の１次側巻線とスイッチング素子を直列に接続し、この直列回路に直流電力を印加し、前記スイッチング素子をオン・オフするパルスを制御することで、該変圧器の２次側巻線に接続した整流器と平滑コンデンサを介して得られる直流電圧を所定値に維持するパルス幅変調型直流電源の制御方法において、
前記変圧器の２次側巻線に現れるパルスの立ち下がりから次のパルスの立ち下がりまでの時間を監視し、この値が所定範囲から外れたことを検出すれば、異常と判定することを特徴とするパルス幅変調型直流電源の異常検出方法。
【請求項３】
変圧器の１次側巻線とスイッチング素子を直列に接続し、この直列回路に直流電力を印加し、前記スイッチング素子をオン・オフするパルスを制御することで、該変圧器の２次側巻線に接続した整流器と平滑コンデンサを介して得られる直流電圧を所定値に維持するパルス幅変調型直流電源の制御方法において、
前記変圧器の２次側巻線に現れるパルスの立ち上がりからこのパルスの立ち下がりまでの時間を監視し、この値が所定範囲から外れたことを検出すれば、異常と判定することを特徴とするパルス幅変調型直流電源の異常検出方法。
【請求項４】
変圧器の１次側巻線とスイッチング素子を直列に接続し、この直列回路に直流電力を印加し、前記スイッチング素子をオン・オフするパルスを制御することで、該変圧器の２次側巻線に接続した整流器と平滑コンデンサを介して得られる直流電圧を所定値に維持するパルス幅変調型直流電源の制御方法において、
前記変圧器の２次側巻線に現れるパルスの立ち下がりから次のパルスの立ち上がりまでの時間を監視し、この値が所定範囲から外れたことを検出すれば、異常と判定することを特徴とするパルス幅変調型直流電源の異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、変圧器の２次側巻線に現れるパルス波形各部の時間を監視することで、異常を検出するパルス幅変調型直流電源の異常検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタやサイリスタなどの半導体スイッチ素子で構成している電力変換装置では、各半導体スイッチ素子のオン・オフを適切に制御することにより、交流電力を直流電力へ変換することや、直流電力を交流電力へ変換することが自由に行えるのは周知である。しかしこの電力変換にあたっては、半導体スイッチ素子の制御するのに必要な制御電力を供給しなければならない。そこで電力変換装置としての無停電電源装置に使用する制御電源を例にして、本発明の詳細を以下で説明する。
商用電源は、落雷や地絡事故などのために、ごく短時間ではあるが停電することがあるが、この商用電源から交流電力の供給を受けている負荷の中には、コンピュータのようにごく短時間の停電でも不具合を発生してしまう装置がある。そこでこのような負荷には無停電電源装置を設置することにより、負荷への電力供給が断たれないようにしている。この無停電電源装置は、商用電源が停電していないとき（以下ではこの状態のときを通常時，あるいは常時と称することとする）の給電方法によって、常時インバータ給電式と常時商用給電式に大別できる。
【０００３】
図９は単相交流常時インバータ給電式無停電電源装置の従来例を簡略化して示したブロック回路図である。なお、以下では単相交流常時インバータ給電式無停電電源装置を常時インバータ給電式ＵＰＳと略記する。
この図９において、一定電圧・一定周波数の交流電力を供給するＣＶＣＦインバータ装置20は、商用電源としての単相交流電源10からの交流電力を直流電力に変換する交／直変換器201 と、この直流分に含まれる脈動分を除去して平滑にする平滑コンデンサ206 、およびこの平滑された直流電力を所望の一定電圧・一定周波数の単相交流電力に変換する直／交変換器203 で構成している。なお、交／直変換器201 と直／交変換器203 との間の直流中間回路には、バッテリーとこれを充電する充電器が存在するが、これらは本発明とは無関係なので、その図示は省略している。また、単相交流電源10と負荷40との間にはバイパス給電回路31が切り換えスイッチ30を介して敷設されている。常時インバータ給電式ＵＰＳでは通常時と停電時のいずれの場合も、負荷40へは直／交変換器203 が交流電力を供給するので、切り換えスイッチ30は常に直／交変換器203 側にあるが、この直／交変換器203 を保守・点検する際や、図示していないバッテリーを交換する際、あるいは後述する故障時には切り換えスイッチ30を切り換えて、バイパス給電回路31が負荷40へ交流電力を供給する。なお切り換えスイッチ30は、回路の切り換えを接点で行う構成で図示しているが、実際はサイリスタなどによる無接点切り換え構造であることが多い。
【０００４】
交／直変換器201 と直／交変換器203 は制御装置205 からの制御信号に基づいて電力変換動作を行うが、制御装置205 が必要とする電源電圧は、一般に直流中間回路電圧とは異なる。そこでこの直流中間回路に接続した制御電源202 で所望電圧の制御電力を発生させ、この制御電力を電源供給線210 を介して制御装置205 へ供給する。ところで、この常時インバータ給電式ＵＰＳは、通常時は無停止で運転を継続すると共に、停電時にはバッテリー容量に対応した時間は無停止で交流電力を負荷40へ供給し続けなければならない。ところが制御電源202 が故障すると、通常時でも制御装置205 の正常動作が阻害され、交／直変換器201 と直／交変換器203 による負荷40への安定した交流電力の供給ができなくなり、当該常時インバータ給電式ＵＰＳの使命が果たせない不具合が発生する。そこで制御電源202 の出力を監視する制御電源監視装置220 を設け、制御電源202 の出力に異常が生じたことを検出すれば、論理和回路207 を介して切り換えスイッチ30へ切り換え信号301 を送出すると共に、例えば負荷40へ異常通知信号208 を出力する。よって負荷40への交流電力の供給源が、直／交変換器203 から無停電でバイパス給電回路31へ切り換わる。
【０００５】
単相交流常時商用給電式無停電電源装置（以下では常時商用給電式ＵＰＳと略記する）では、切り換えスイッチ30は通常時はバイパス給電回路31に接続されており、負荷40へは交流単相電源10が給電しているから、この状態で制御電源202 が故障して直／交変換器203 の運転ができない状態であっても、前述した常時インバータ給電式ＵＰＳのように給電回路を切り換える必要は無い。しかし交流単相電源10が停電した場合は、バッテリーから直／交変換器203 を経て負荷40へ交流電力を供給することができないから、制御電源202 が故障したときは、やはり外部へ異常通知信号208 を出力する必要がある。
図１０は制御電源と制御電源監視回路の従来例を示したブロック回路図であって、この図１０に図示のパルス幅変調（以下ではＰＷＭと略記する）方式のスイッチング電源が、図１０に図示の制御電源202 として最も広く使用されている。
【０００６】
図１０において、制御電源202 は、図示していない目標電圧と、変圧器2023の２次側に接続した平滑コンデンサ2026から検出した電圧とを誤差増幅回路2027へ入力させることにより、差電圧を得る。これをＰＷＭスイッチング制御回路2022へフィードバックさせて、変圧器2023の１次巻線に直列接続しているスイッチング素子2024をオン・オフさせると共にそのパルス幅を制御する。このとき従来の制御電源監視装置220 は、前記平滑コンデンサ2026の電圧VCC を監視しており、この値が予め定めた電圧範囲を越えたときに、異常通知信号208 を出力する（例えば、非特許文献１参照。）。
【非特許文献１】佐藤守男，「専用ＩＣによる部分ディジタル制御電源」，トランジスタ技術ＳＰＥＣＩＡＬ，ＣＱ出版株式会社，２００１年４月１日，Ｎｏ．７４，ｐ．９５−１０５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
制御電源202 を構成しているスイッチング素子2024のオン・オフを制御することで、所望の電圧の制御用直流電力を得ているが、このスイッチング素子2024がオン・オフする際に大きな脈流を生じ、この脈流を平滑するために、当該制御電源202 には大容量の平滑コンデンサ2026を実装している。ところで従来の制御電源監視装置204 は図１０に図示のように、平滑コンデンサ2026の電圧VCC を監視しているので、制御電源202 の内部で故障が発生した場合に、その故障が原因で平滑コンデンサ2026の電圧VCC に変化が現れるまでには時間がかかる不具合がある。更に、切り換えスイッチ30の切り換え操作用電力も制御電源202 から供給される（図９参照）ように構成するのが一般的であるが、常時インバータ給電式ＵＰＳでは、バイパス給電回路31への切り換えには時間を要するため、制御電源202 の故障は早期に検出したい要求があるにもかかわらず、前述したように、故障検出に時間がかかっていた。
【０００８】
なお、制御電源202 の故障は、広義には大元の交流電源の停電などを含むこともあるが、本発明では制御電源202 自体の故障に限定する。
そこでこの発明の課題は、電力変換装置などに使用する制御電源の異常を、異常発生と同時に素早く検出できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するために、この発明のパルス幅変調型直流電源の異常検出方法は、  変圧器の１次側巻線とスイッチング素子を直列に接続し、この直列回路に直流電力を印加し、前記スイッチング素子をオン・オフするパルスを制御することで、該変圧器の２次側巻線に接続した整流器と平滑コンデンサを介して得られる直流電圧を所定値に維持するパルス幅変調型直流電源の制御方法において、
前記変圧器の２次側巻線に現れるパルスの立ち上がりから次のパルスの立ち上がりまでの時間を監視し、この値が所定範囲から外れたことを検出すれば異常と判定する。
または、前記変圧器の２次側巻線に現れるパルスの立ち下がりから次のパルスの立ち下がりまでの時間を監視し、この値が所定範囲から外れたことを検出すれば、異常と判定する。
【００１０】
または、前記変圧器の２次側巻線に現れるパルスの立ち上がりからこのパルスの立ち下がりまでの時間を監視し、この値が所定範囲から外れたことを検出すれば、異常と判定する。
または、前記変圧器の２次側巻線に現れるパルスの立ち下がりから次のパルスの立ち上がりまでの時間を監視し、この値が所定範囲から外れたことを検出すれば、異常と判定する。
【発明の効果】
【００１１】
従来の電力変換装置用制御電源としてスイッチング電源を使用することが多いが、このスイッチング電源の出力直流電力を平滑化するために、大容量の平滑コンデンサを使用している。従来は、この平滑コンデンサの電圧を検出して、これの変化から当該制御電源の異常を検出していたため、異常検出に時間遅れを生じる不都合があった。これに対して本発明では、前記平滑コンデンサの前段である変圧器の出力端子に現れるパルス波形のパルス幅やパルス間隔を検出し、この値が所定時間の範囲を越えれば異常と判定するようにしているので、従来に比べて異常検出を大幅に早めることができる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
変圧器の２次側巻線に現れるパルスの立ち上がり時点から次のパルスの立ち上がり時点までの時間、または前記パルスの立ち下がり時点から次のパルスの立ち下がり時点までの時間、または前記パルスの立ち上がり時点からそのパルスの立ち下がり時点までの時間、または前記パルスの立ち下がり時点から次のパルスの立ち上がり時点までの各時間を監視して、その値が所定範囲から外れれば異常と判定する。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明の第１実施例を表したブロック回路図であって、図１０で既述の従来例回路とは、制御電源202 の構成は同じであるが制御電源監視装置204 の構成が異なっている。この図１に図示の制御電源監視装置204 は、変圧器2023の二次巻線から取り出した電圧を、整流ダイオード2042を介してパルス間隔監視回路2043へ入力する。ＰＷＭスイッチング回路2022やスイッチング素子2024の異常が原因で当該制御電源202 の出力電圧に異常を生じるが、この出力電圧の変化に先立ってパルス間隔などに生じる異常が、これら整流ダイオード2042とパルス間隔監視回路2043により検出できる。
図２はＰＷＭパルス検出信号のどの部分に異常を生じたときに検出するかを説明するＰＷＭパルス波形図であって、Ａはパルスの立ち上がりエッジから次のパルスの立ち上がりエッジまでの時間を表し、Ｂはパルスの立ち下がりエッジから次のパルスの立ち下がりエッジまでの時間を表し、Ｃはパルスの立ち上がりエッジからそのパルスの立ち下がりエッジまでの時間（すなわちパルス幅）を表し、Ｄはパルスの立ち下がりエッジから次のパルスの立ち上がりエッジまでの時間を表している。
【００１４】
図３は、図１に記載の本発明の第１実施例であるパルス間隔監視回路の構成を表したブロック回路図であって、図２に図示のＡ（パルスの立ち上がりエッジから次のパルスの立ち上がりエッジまでの時間）に異常を生じたか否かを検出する場合を表している。
図３において、パルス間隔監視回路2043はタイマ20431 と異常判定回路20432 と３つの設定器20433 〜20435 で構成していて、整流ダイオード20423 （図１参照）から得られたＰＷＭパルス検出信号は、一定間隔でカウントするタイマ20431 へ入力するのであるが、ＰＷＭパルス検出信号の立ち上がりのエッジが当該タイマ20431 へ入力するたびにクリアとなる動作を繰り返す。なお、このタイマ20431 のカウントの間隔は、これへ入力するＰＷＭパルス検出信号のパルス間隔よりも十分に短いものとする。異常判定回路20432 へは設定器20433 が設定する設定値ＣT1と、設定器20434 が設定する設定値ＣT2と、設定器20435 が設定する設定値ＣT3を入力すると共に、タイマ20431 の出力信号とＰＷＭパルス検出信号とを入力しており、ＰＷＭパルス検出信号の立ち上がりエッジの間隔が設定値ＣT1より短くなった場合と、ＰＷＭパルス検出信号の立ち上がりエッジの間隔が設定値ＣT2より長くなった場合と、パルス幅が設定値ＣT3よりも長くなった場合に異常通知信号208 を発する。
【００１５】
図４はＰＷＭパルス検出信号の立ち上がりエッジ間隔が設定値よりも短くなった場合の動作を表した動作波形図であって、図４(1) はタイマ20432 の動作を表し、図４(2) はＰＷＭパルス検出信号の波形を表している。各パルスの立ち上がり時点ｔ1 〜ｔ4 ではパルス間隔が長いので、タイマ値は設定器20433 の設定値ＣT1を越える。よってタイマ20431 は各時点ｔ1 〜ｔ4 でリセットされるが、パルス間隔が短くなるとリセット時点でのタイマ値は設定値ＣT1に達しない（時点ｔ5 ，ｔ6 参照）ので、異常判定回路20432 が異常通知信号208 を出力する。
図５はＰＷＭパルス検出信号の立ち上がりエッジ間隔が設定値よりも長くなった場合の動作を表した動作波形図であって、図５(1) はタイマ20432 の動作を表し、図５(2) はＰＷＭパルス検出信号の波形を表している。各パルスの立ち上がり時点ｔ11〜ｔ13ではパルス間隔が短いので、タイマ値は設定器20434 の設定値ＣT2に達しないので、タイマ20431 は各時点ｔ11〜ｔ13でリセットされるが、パルス間隔が長くなると、タイマ値は設定値ＣT2を越える（時点ｔ14参照）ことになり、異常判定回路20432 が異常通知信号208 を出力する。
【００１６】
図６はＰＷＭパルス検出信号のパルス幅が設定値よりも長くなった場合の動作を表した動作波形図であって、図６(1) はタイマ20432 の動作を表し、図６(2) はＰＷＭパルス検出信号波形を表している。各パルスの立ち上がり時点ｔ21〜ｔ23ではパルス間隔が短いので、タイマ値は設定器20435 の設定値ＣT3に達しないので、タイマ20431 は各時点ｔ21〜ｔ23でリセットされるが、パルス幅が長くなって次のパルスの立ち上がりが到来しないと、タイマ値は設定値ＣT3を越える（時点ｔ24参照）ことになり、異常判定回路20432 が異常通知信号208 を出力する。
【実施例２】
【００１７】
制御電源204 の故障の中で最も多いのが、ＰＷＭスイッチング制御回路2022またはスイッチング素子2024の故障が原因で、オン・オフ動作が中断したり、パルスが歯抜け状態になる故障である。そこでこの特定な故障を簡便に検出するのが以下に説明する第２実施例回路である。
図７は本発明の第２実施例のパルス間隔監視回路を表したブロック回路図であって、図７に図示のパルス間隔監視回路2044は、リトリガブル回路20441 と調整回路20442 で構成しており、リトリガブル回路20441 へ入力するＰＷＭパルス検出信号の立ち上がりエッジの間隔が、調整回路20442 で設定した時間ＴA よりも長くなったときに、当該リトリガブル回路20441 は異常通知信号208 を発する。
図８は図７に図示のリトリガブル回路の動作を表した動作波形図であって、図８(1) はリトリガブル回路20441 の入力端子TRGIN へ入力するＰＷＭパルス検出信号であり、図８(2) はリトリガブル回路20441 の出力端子 *Ｑから出力する異常通知信号であり、各時点ｔ31〜ｔ34はＰＷＭパルス検出信号の立ち上がりエッジの入力時点である。
【００１８】
リトリガブル回路20441 は、ＰＷＭパルス検出信号の立ち上がりエッジの入力（ｔ31時点）によってトリガされ、 *Ｑ端子からの出力信号は、この時点で論理１信号から論理０信号に変わる。この状態で次のパルスの立ち上がりエッジが入力する時点ｔ32までの時間Ｔ31が、調整回路20442 で設定した時間ＴA よりも短ければ、 *Ｑ端子からの出力は論理０信号のままで変化しないが、例えばｔ34時点からの時間が設定時間ＴA よりも長くなると、ｔ35時点で *Ｑ端子からの出力は論理１信号に変化し、異常通知信号208 が発令される。なお、調整回路20442 の設定時間ＴA は任意の値に設定できるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施例を表したブロック回路図
【図２】ＰＷＭパルス検出信号のどの部分に異常を生じたときに検出するかを説明するＰＷＭパルス波形図
【図３】図１に記載の本発明の第１実施例であるパルス間隔監視回路の構成を表したブロック回路図
【図４】ＰＷＭパルス検出信号の立ち上がりエッジ間隔が設定値よりも短くなった場合の動作を表した動作波形図
【図５】ＰＷＭパルス検出信号の立ち上がりエッジ間隔が設定値よりも長くなった場合の動作を表した動作波形図
【図６】ＰＷＭパルス検出信号のパルス幅が設定値よりも長くなった場合の動作を表した動作波形図
【図７】本発明の第２実施例のパルス間隔監視回路を表したブロック回路図
【図８】図７に図示のリトリガブル回路の動作を表した動作波形図
【図９】単相交流常時インバータ給電式無停電電源装置の従来例を簡略化して示したブロック回路図
【図１０】制御電源と制御電源監視回路の従来例を示したブロック回路図
【符号の説明】
【００２０】
10           単相交流電源
20           ＣＶＣＦインバータ装置
30           切り換えスイッチ
31           バイパス給電回路
40           負荷
201           交／直変換器
202           制御電源
203           直／交変換器
204 ，220     制御電源監視装置
205           制御装置
206           平滑コンデンサ
207           論理和回路
208           異常通知信号
210           電源供給線
2022           ＰＷＭスイッチング回路
2023           変圧器
2024           スイッチング素子
2025 ，2042    整流ダイオード
2026           平滑コンデンサ
2027           誤差増幅回路
2043           パルス間隔監視回路
20431           タイマ
20432           異常判定回路
20433 〜20435   設定器
20441           リトリガブル回路
20442           調整回路
【図１】
2005210819.tif 000003
【図２】
2005210819.tif 000004
【図３】
2005210819.tif 000005
【図４】
2005210819.tif 000006
【図５】
2005210819.tif 000007
【図６】
2005210819.tif 000008
【図７】
2005210819.tif 000009
【図８】
2005210819.tif 000010
【図９】
2005210819.tif 000011
【図１０】
2005210819.tif 000012