(57)【要約】    【課題】  蓄電器の容量を増加させなくても、蓄電器からの電力を負荷に供給し続ける保持時間を簡単に延ばすことができる電圧低下保護装置を提供する。    【解決手段】  交流入力電圧ＶACiの正常時には、力率改善回路６により昇圧された直流入力電圧ＶDCiを蓄電器12に供給して、この蓄電器12を充電する一方で、交流入力電圧ＶACiの低下時には、蓄電器12の端子電圧ＶBを力率改善回路６の入力側に供給する。こうするだけで、負荷Ｌへの電力供給に伴ない蓄電器12の端子電圧ＶBが徐々に低くなっても、力率改善回路６は絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８よりも低い入力レンジで昇圧した直流入力電圧ＶDCiを出力できる。    【選択図】    図１
2005261118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流入力電圧を第１直流電圧に変換する第１電力変換回路と、前記第１直流電圧から高調波成分を取り除いて昇圧した第２直流電圧を得る昇圧チョッパ回路と、前記第２直流電圧を所要の出力電圧に変換して負荷に供給する第２電力変換回路と、充放電可能な蓄電器と、前記交流入力電圧の正常時に、前記昇圧チョッパ回路からの第２直流電圧を前記蓄電器に供給して当該蓄電器を充電する充電回路と、前記交流電圧の低下時に、前記第１直流電圧に代わって前記蓄電器の端子電圧を前記昇圧チョッパ回路の入力側に供給する電圧供給回路とにより構成されることを特徴とする電圧低下保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入力電圧の瞬間的若しくは継続的な低下（または停電）時に、前記入力電圧に代わって蓄電器からの電力を負荷に供給する電圧低下保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種の電圧低下保護装置は、入力電圧の低下若しくは停電時にも負荷に直流または交流電力を供給し続ける無停電電源装置や瞬時電圧低下保護装置として知られている。
【０００３】
例えば特許文献１では、商用交流電源から供給される交流入力電圧の正常時に、当該交流入力電圧を整流平滑回路により直流電圧に変換し、この直流電圧を第１のＤＣ−ＤＣコンバータで所定の直流出力電圧に変換した上で負荷に供給すると共に、第１のＤＣ−ＤＣコンバータからの直流出力電圧で蓄電器に相当する電気二重層コンデンサを充電する一方で、前記交流入力電圧の低下時に、電気二重層コンデンサからの直流電力を第２のＤＣ−ＤＣコンバータで所定の直流出力電圧に変換して、負荷にこの直流出力電圧を供給するようにした直流無停電電源装置が提案されている。
【０００４】
ここで、蓄電器として利用するコンデンサは、特許文献１で提案されるような電気二重層コンデンサに限らず、電解コンデンサなども知られている。電気二重層コンデンサは同等寸法の電解コンデンサよりも出力電圧の保持時間が長くなる反面、充電電圧が低いという特性を持つ。
【０００５】
図３は、本願出願人が先に特願２００３−３５４０９２号で提案した回路例を概略的に示したものである。同図において、ここでの電圧低下保護装置は、主電源部としてのスイッチング電源ユニット１と、バックアップ部としての瞬低バックアップユニット２とにより構成される。スイッチング電源ユニット１は、ＡＣ１００Ｖ系若しくはＡＣ２００Ｖ系の交流入力電圧ＶACiが商用交流電源３から印加される入力端子４と、この交流入力電圧ＶACiを整流した直流電圧を得る例えばダイオードブリッジ回路などの整流器５と、前記整流した直流電圧から高調波成分を取り除いて、昇圧した直流入力電圧ＶDCiを得る昇圧チョッパ回路からなる力率改善回路６と、力率改善回路６の出力側に発生する直流入力電圧ＶDCiを所要の直流出力電圧ＶDCoに変換して出力する絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８と、当該直流出力電圧ＶDCoを外部に出力する出力端子９とにより構成され、出力端子９には必要に応じて負荷Ｌが接続される。
【０００６】
力率改善回路６は周知のように、チョークコイル21と例えばＭＯＳ型ＦＥＴなどのスイッチ素子22とからなる直列回路に、前記整流器５からの整流した直流電圧が印加されると共に、スイッチ素子22のオフ時に前記チョークコイル21に蓄えられたエネルギーをダイオード23からコンデンサ24に送り出すように構成される。また絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、一次側と二次側とを絶縁するトランス31と、このトランス31の一次巻線31Ａに直流入力電圧ＶDCiを断続的に印加するスイッチング素子32と、トランス31の二次巻線31Ｂに接続される出力側整流平滑回路としての整流ダイオード33，転流ダイオード34，チョークコイル35およびコンデンサ36とにより構成され、トランス31の二次巻線31Ｂに誘起された電圧を、上記出力側整流平滑回路で整流平滑して、所要の直流出力電圧ＶDCoを取り出すようになっている。
【０００７】
一方、瞬低バックアップユニット２は、複数個の電解コンデンサ11を並列接続してなる蓄電器12と、交流入力電圧ＶACiが正常値である場合に、前記バックアップ入出力端子13を介して供給される直流入力電圧ＶDCiを蓄電器12に供給する充電回路としての抵抗15と、交流入力電圧ＶACiの低下時に導通して、前記電解コンデンサ11の端子電圧ＶBを抵抗15をバイパスしてバックアップ入出力端子13側に供給する放電素子としてのダイオード16とにより構成される。
【０００８】
そして上記構成では、商用交流電源３からの交流入力電圧ＶACiが、入力端子４を介してスイッチング電源ユニット１の整流器５に供給されると、この整流器５からは高調波成分を含む脈動した直流電圧が力率改善回路６に出力される。当該力率改善回路６では、スイッチ素子22のオン時に整流器５からの整流された直流電圧がチョークコイル21に印加され、このチョークコイル21にエネルギーが蓄えられる一方で、スイッチ素子22のオフ時には、チョークコイル21の両端間に発生する電圧と前記整流された直流電圧が重畳され、この整流された直流電圧よりも高い直流入力電圧ＶDCi（例えばＤＣ360Ｖ）が、コンデンサ24の両端間に発生する。その際、前記正弦波状の交流入力電圧ＶACiに、チョークコイル21を流れる電流波形が近づくように、スイッチ素子22をオン，オフ制御することで、高調波成分を取り除いた直流入力電圧ＶDCiがコンデンサ24の両端間に発生する。
【０００９】
ここで前記交流入力電圧ＶACiが正常に出力されている場合は、力率改善回路６から出力される昇圧した直流電圧が電解コンデンサ11の端子電圧ＶBよりも高く、ダイオード16は非導通となる。そのため蓄電器12は待機状態となり、スイッチング電源ユニット１の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、力率改善回路６ひいては商用交流電源３からの電力供給を受けて、所要の直流出力電圧ＶDCoを出力端子９に供給する。また、瞬低バックアップユニット２では、バックアップ入出力端子13に発生する直流入力電圧ＶDCiが抵抗15を介して電解コンデンサ11に与えられ、当該電解コンデンサ11が充電される。
【００１０】
これに対して、交流入力電圧ＶACiが低下して、力率改善回路６から出力される昇圧した直流電圧が電解コンデンサ11の端子電圧ＶBよりも低くなると、今度はダイオード16が導通し、電解コンデンサ11の端子電圧ＶBが絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８の一次側に印加される。そのため絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、蓄電器12からの電力供給を受けて、所要の直流出力電圧ＶDCoを出力端子９に供給し続けることができる。
【特許文献１】特開平６−３５１２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
通常、落雷などの交流入力電圧ＶACiの瞬時低下時には、蓄電器12からの電力を負荷Ｌに供給し続ける保持時間が300ｍＳ程度必要とされるが、商用交流電源３の系統切替時にはそれよりも長い700ｍＳ程度の保持時間が要求される。ところが、上記構成におけるスイッチング電源ユニット１の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、出力端子９に所要の直流出力電圧ＶDCoを供給できる入力電圧の範囲（入力レンジ）が、ＤＣ270Ｖ〜360Ｖ程度と比較的狭く、蓄電器12を構成する電解コンデンサ11のエネルギー効率が悪く、当該電解コンデンサ11の容量を大きくしなければ、要求された保持時間を確保することが困難であった。
【００１２】
本発明は上記の課題に着目してなされたもので、蓄電器の容量を増加させなくても、蓄電器からの電力を負荷に供給し続ける保持時間を簡単に延ばすことができる電圧低下保護装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の電圧低下保護装置は、交流入力電圧を第１直流電圧に変換する第１電力変換回路と、前記第１直流電圧から高調波成分を取り除いて昇圧した第２直流電圧を得る昇圧チョッパ回路と、前記第２直流電圧を所要の出力電圧に変換して負荷に供給する第２電力変換回路と、充放電可能な蓄電器と、前記交流入力電圧の正常時に、前記昇圧チョッパ回路からの第２直流電圧を前記蓄電器に供給して当該蓄電器を充電する充電回路と、前記交流電圧の低下時に、前記第１直流電圧に代わって前記蓄電器の端子電圧を前記昇圧チョッパ回路の入力側に供給する電圧供給回路とにより構成される。
【００１４】
この発明は、交流入力電圧の力率を改善するための昇圧チョッパ回路が、ＤＣ／ＤＣコンバータのような第２電力変換回路よりも、その入力レンジが広いことに着目してなされたものである。即ち、交流入力電圧の正常時には、昇圧チョッパ回路により昇圧された第２直流電圧を蓄電器に供給して、この蓄電器を充電する一方で、交流入力電圧の低下時には、蓄電器の端子電圧を第２電力変換回路にではなく、昇圧チョッパ回路の入力側に供給する。こうするだけで、負荷への電力供給に伴ない蓄電器の端子電圧が徐々に低くなっても、昇圧チョッパ回路は第２電力変換回路よりも低い入力レンジで昇圧した第２直流電圧を出力できるので、負荷に電力を供給し続ける保持時間を延ばすことができ、蓄電器の容量を増加させることなく、ユーザーの要求する保持時間を満足することが可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電圧低下保護装置によれば、蓄電器の容量を増加させなくても、蓄電器からの電力を負荷に供給し続ける保持時間を簡単に延ばすことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明における電圧低下保護装置の好ましい実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、前記従来例における図３と同一箇所には同一符号を付し、その共通する部分の説明は重複するため省略する。
【００１７】
装置全体の構成を示す図１において、ここでは瞬低バックアップユニット２が主電源部であるスイッチング電源ユニット１に内蔵されているが、スイッチング電源ユニット１そのものの各部の構成は、従来例に示すものと概ね共通している。即ちここでは、入力端子４に印加される商用交流電源３からの交流入力電圧ＶACiを、第１直流電圧である整流した直流電圧に変換する第１電力変換回路としての整流器５と、前記整流した直流電圧から高調波成分を取り除いて、昇圧した第２直流電圧としての直流入力電圧ＶDCiを得る力率改善回路６と、前記直流入力電圧ＶDCiを所要の出力電圧である直流出力電圧ＶDCoに変換し、出力端子９を経由して負荷Ｌに供給する第２電力変換回路としての絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８とを備えており、力率改善回路６は、チョークコイル21，スイッチ素子22，ダイオード23および平滑コンデンサ24からなる昇圧チョッパ回路により構成される。
【００１８】
一方、瞬低バックアップユニット２は、前記力率改善回路６から発生する直流入力電圧ＶDCiを、複数個の電解コンデンサ11からなる蓄電器12に供給して、当該蓄電器12を直流入力電圧ＶDCiと略同じ例えばＤＣ360Ｖで充電する充電回路としての抵抗15の他に、交流入力電圧ＶACiの低下時に、前記整流器５からの直流電圧に代わって蓄電器12の端子電圧ＶBを力率改善回路６の入力側に供給するバックアップ用の電圧供給回路41を備えている。この電圧供給回路41は、入力端子４から供給される交流入力電圧ＶACiが所定値に低下したか否か検出する停電検出回路42と、端子電圧ＶBが発生する蓄電器12の一端と整流器５から力率改善回路６に至る整流した直流電圧の供給ラインとの間に接続され、前記交流入力電圧ＶACiが所定値に低下したときに、停電検出回路42からの検出信号を受けてオフ状態からオンに切換わるスイッチ素子43とにより構成される。なお、ここでのスイッチ素子43は例えばトランジスタやＭＯＳ型ＦＥＴなどの半導体素子が好適である。
【００１９】
次に上記構成について、その作用を図２のグラフを参照しながら説明する。なお、この図２には、上記入力レンジと保持時間との関係が示されている。
【００２０】
同図において、商用交流電源３からの交流入力電圧ＶACiが正常、即ち停電検出回路42で設定した所定値を越えている場合、電圧供給回路41のスイッチ素子43はオフしており、端子電圧ＶBが発生する蓄電器12の一端は力率改善回路６への電圧供給ラインから切り離されている。したがって、スイッチング電源ユニット１および瞬低バックアップユニット２の各部の動作は、従来例と全く同一になり、力率改善回路６からの高調波成分を取り除いた所要の直流入力電圧ＶDCiが、抵抗15を介して電解コンデンサ11に与えられ、当該電解コンデンサ11が充電されると共に、スイッチング電源ユニット１の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、その一次側に力率改善回路６からの直流入力電圧ＶDCiが印加され、所要の直流出力電圧ＶDCoが出力端子９に供給される。
【００２１】
これに対して、交流入力電圧ＶACiが停電検出回路42で設定した所定値よりも低下すると、この停電検出回路42からの検出信号によりスイッチ素子43がオンし、端子電圧ＶBが発生する蓄電器12の一端が力率改善回路６への電圧供給ラインに接続される。こうなると、蓄電器12は待機状態からバックアップ動作に移行して、当該蓄電器12の端子電圧ＶBが力率改善回路６の入力側に印加され、この力率改善回路６から発生する直流入力電圧ＶDCiが絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８に与えられることにより、所要の直流出力電圧ＶDCoを出力端子９に供給し続けることができる。
【００２２】
ここで、力率改善回路６はその入力レンジが絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８よりも広く、入力電圧がＤＣ120Ｖ〜360Ｖの範囲で、出力側に所要の直流入力電圧ＶDCiを発生させることができる。即ち図２に示すように、従来は交流入力電圧ＶACiの低下時において、蓄電器12の端子電圧ＶBが、ＤＣ270Ｖ〜360Ｖの入力レンジを持つ絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８に入力されていたので、所要の直流出力電圧ＶDCoを供給し続ける保持時間Ｔ１は、蓄電器12の端子電圧ＶBがＤＣ270Ｖに低下するまでに限定されていた。その点、本実施例では、蓄電器12の端子電圧ＶBが絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８にではなく、力率改善回路６に入力されているので、蓄電器12の端子電圧ＶBがＤＣ120Ｖに低下する期間（保持時間Ｔ２）まで、所要の直流出力電圧ＶDCoを供給し続けることができ、同じ容量であっても電解コンデンサ11のエネルギーを有効に利用することができる。また、従来と同じ保持時間だけバックアップするのであれば、電解コンデンサ11の容量を約50％削減できる。
【００２３】
以上のように本実施例によれば、交流入力電圧ＶACiを第１直流電圧である整流した直流電圧に変換する第１電力変換回路としての整流器５と、前記整流した直流電圧から高調波成分を取り除いて、昇圧した第２直流電圧としての直流入力電圧ＶDCiを得る昇圧チョッパ回路としての力率改善回路６と、直流入力電圧ＶDCiを所要の直流出力電圧ＶDCoに変換し、出力端子９を経由して負荷Ｌに供給する第２電力変換回路としての絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８とをスイッチング電源ユニット１に備えると共に、瞬低バックアップユニット２は、充放電可能な蓄電器12と、交流入力電圧ＶACiの正常時に、力率改善回路６からの直流入力電圧ＶDCiを蓄電器12に供給して当該蓄電器12を充電する充電回路としての抵抗15と、交流入力電圧ＶACiの低下時に、前記整流された直流電圧に代わって蓄電器12の端子電圧ＶBを力率改善回路６の入力側に供給する電圧供給回路31とを備えている。
【００２４】
ここでは、交流入力電圧ＶACiの力率を改善するための力率改善回路６が、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８よりも、その入力レンジが広いことに着目してなされたものである。即ち、交流入力電圧ＶACiの正常時には、力率改善回路６により昇圧された直流入力電圧ＶDCiを蓄電器12に供給して、この蓄電器12を充電する一方で、交流入力電圧ＶACiの低下時には、蓄電器12の端子電圧ＶBを絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８にではなく、力率改善回路６の入力側に供給する。こうするだけで、負荷Ｌへの電力供給に伴ない蓄電器12の端子電圧ＶBが徐々に低くなっても、力率改善回路６は絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８よりも低い入力レンジで昇圧した直流入力電圧ＶDCiを出力できるので、負荷Ｌに電力を供給し続けて保持時間を延ばすことができ、蓄電器12の容量を増加させることなく、ユーザーの要求する保持時間を満足することが可能になる。
【００２５】
また、本実施例の電圧供給回路41は、交流入力電圧ＶACiの低下を検出する入力電圧検出回路としての停電検出回路42と、交流入力電圧ＶACiの低下時に、端子電圧ＶBを発生する蓄電器12の一端を力率改善回路６の入力側に繋ぐスイッチ素子43とにより構成される。このようにすれば、電圧供給回路41は、交流入力電圧ＶACiの低下を監視する停電検出回路42と、この停電検出回路42の検出結果を受けて動作するスイッチ素子43だけで実現でき、電圧供給回路41の回路構成を極力簡素化することができる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において種々の変形実施が可能である。例えば負荷に供給する出力電圧は交流であってもよく、第２電力変換回路は実施例に示すような絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータに限定されない。また、蓄電器12を充電するための充電回路も、実施例に示すような抵抗15に限定されない。さらに、電圧供給回路41に突入電流を抑制する機能を追加してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施例における電圧低下保護装置のブロック構成図である。
【図２】同上、入力レンジと保持時間との関係を示すグラフである。
【図３】従来例における電圧低下保護装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
５  整流器（第１電力変換回路）
６  力率改善回路（昇圧チョッパ回路）
８  絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（第２電力変換回路）
12  蓄電器
15  抵抗（充電回路）
41  電圧供給回路
【図１】
2005261118.tif 000003
【図２】
2005261118.tif 000004
【図３】
2005261118.tif 000005