(57)【要約】【課題】  １サイクル以上に渡る超過電流をオフセット電流が生じないように抑制すること。また、これにより一時的に負荷機器の消費電力がその定格電力を大きく超過してしまうような負荷機器に対しても、安定した電力を供給すること。【解決手段】  電流補償値演算手段１５７は、インバータ電流の絶対値が所定の電流値を超えている場合には、インバータ電流と所定の電流値との差に応じた電流補償値を演算する。乗算手段１５２は、交流電圧の実効値に応じた電圧指令値と所定の交流波形とを乗算する。減算手段１６２，１５３は、この演算結果から電流補償値および交流電圧の瞬時値を減算する。パルス生成手段１５５，１５６は、減算結果に応じたパルス幅のパルスをトランジスタのゲート信号として生成する。このパルスがトランジスタ６２，６１のゲートへ供給される。【選択図】  図３
2005143250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタがスイッチング制御されることで、直流電圧から交流電圧を生成するインバータ装置であって、
上記インバータ装置から出力されるインバータ電流の絶対値を演算する絶対値演算手段と、
上記インバータ電流の絶対値が所定の電流値を超えている場合には、上記インバータ電流の絶対値と上記所定の電流値との差に応じた電流補償値を演算する電流補償値演算手段と、
上記トランジスタにゲート信号としてパルスを供給し、上記電流補償値演算手段による電流補償値に応じて、インバータ電圧を低下させるようにパルス幅を調整する制御部と、
を有することを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
トランジスタがスイッチング制御されることで、直流電圧から交流電圧を生成するインバータ装置であって、
上記インバータ装置から出力されるインバータ電流の絶対値を演算する絶対値演算手段と、
上記インバータ電流の絶対値が所定の電流値を超えている場合には、上記インバータ電流の絶対値と上記所定の電流値との差に応じた電流補償値を演算する電流補償値演算手段と、
上記交流電圧の実効値に応じた電圧指令値と所定の交流波形とを乗算する乗算手段と、
上記乗算手段の演算結果から、上記電流補償値および上記交流電圧の瞬時値を減算する減算手段と、
上記減算手段の演算結果に応じたパルス幅のパルスを上記トランジスタのゲート信号として生成するパルス生成手段と、を有することを特徴とするインバータ装置。
【請求項３】
第一の交流電圧を直流電圧へ変換するレクチファイヤ装置と、
上記直流電圧を第二の交流電圧へ変換する請求項２記載のインバータ装置と、を有することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項４】
前記レクチファイヤ装置は、
前記第一の交流電圧を前記直流電圧へ変換するためにパルスによりスイッチング制御される他のトランジスタと、
前記直流電圧の所定の目標電圧に対する差分電圧に応じたパルス幅の上記パルスを生成し、前記直流電圧に所定の速度以上の速さで電圧低下が発生した場合には、上記パルス幅よりも広いパルス幅の上記パルスを生成するレクチュファイヤ制御手段と、を有することを特徴とする請求項３記載の無停電電源装置。
【請求項５】
直流電圧を交流電圧へ変換する請求項１または２記載のインバータ装置と、
切換制御信号を出力するモード制御手段と、
上記切換制御信号に応じて上記交流電圧と他の交流電圧との中の一方を選択して出力する切換回路と、
上記切換回路に所定の電流値以上の電流が流れている場合には、上記切換制御信号に応じた上記切換回路の切換動作を禁止する切換制御手段と、を有することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項６】
直流電圧から交流電圧を生成するトランジスタへ供給されるスイッチング制御用パルスを生成する方法であって、
上記トランジスタを介して出力される電流の絶対値を演算するステップと、
上記トランジスタを介して出力される電流の絶対値が所定の電流値を超えている場合には、上記トランジスタを介して出力される電流の絶対値と上記所定の電流値との差に応じた電流補償値を演算するステップと、
上記交流電圧の実効値に応じた電圧指令値と所定の交流波形とを乗算するステップと、
上記乗算手段の演算結果から、上記電流補償値および上記交流電圧の瞬時値を減算するステップと、
上記減算結果に応じたパルス幅のパルスを生成するステップと、を有することを特徴とするパルス生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧から交流電圧を生成するインバータ装置およびパルス生成方法、並びに、交流電源と負荷機器との間に接続される無停電電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、無停電電源装置が開示されている。この従来の無停電電源装置は、交流入力電源が接続されるＲＥＣ部と、ＲＥＣ部に接続されるインバータ部と、インバータ部に接続されるバイパス／インバータ切換スイッチ部と、インバータ部の交流出力端に設けた電流検出器と、電流検出器の出力信号が入力されるゲイン変更機能付電圧垂下回路と、ゲイン変更機能付電圧垂下回路の出力が入力されるインバータ部制御回路と、を有する。
【０００３】
また、ゲイン変更機能付電圧垂下回路は、電流検出器の出力信号を＋ｒｅｆの電圧と比較するための比較回路と、電流検出器の出力信号を−ｒｅｆの電圧と比較するための比較回路と、を有する。
【０００４】
この従来の無停電電源装置では、たとえば、電流検出器の出力信号が＋ｒｅｆ以上の場合には、ゲイン変更機能付電圧垂下回路からプラスの値が出力され、インバータ部制御回路は、インバータ部の電流を制限する。特に、入力電圧の異常時に、電流検出器の出力信号が＋ｒｅｆ以上になると、ゲイン変更機能付電圧垂下回路のゲインを上げて、瞬時の過負荷に対して出力電圧を垂下させる。
【０００５】
その結果、従来の無停電電源装置では、半サイクル程度の負荷装置の突入電流が生じたとしても、インバータ部から負荷へ電力を供給し続けることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１０３５７８号公報（特許請求の範囲、発明の詳細な説明、図面）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、無停電電源装置が電力を供給する負荷機器としては、たとえば、家電製品、コンピュータ、レーザプリンタなどがある。これらの負荷機器は、定格電力を有する。また、無停電電源装置も、様々な定格出力電力を有する。したがって、無停電電源装置を選択するにあたっては、これらの電力指標に基づいて、負荷機器の定格電力に応じた定格出力電力を有する無停電電源装置を選択することになる。
【０００８】
たとえば、家電製品、コンピュータなどの一般的な負荷機器の場合には、その消費電力の変動幅が比較的大きくない。消費電力が負荷機器の定格電力の３倍以上になってしまうことは一般的にない。そのため、このような一般的な負荷機器のための無停電電源装置の選択にあたっては、負荷機器の定格電力と同じ定格出力電力を有する無停電電源装置を選択すれば、無停電電源装置は負荷機器へ安定した電力を供給することができる。
【０００９】
これに対して、たとえばレーザプリンタなどの負荷機器の場合には、一般的に、消費電力が定格電力の５倍にもなってしまうことがある。具体的には、レーザプリンタの消費電力は、ヒータが発熱する期間において、レーザプリンタの定格電力の５倍にもなることがある。そして、レーザプリンタの定格電力と同じ定格出力電力を有する無停電電源装置を選択した場合には、このヒータの発熱期間においてレーザプリンタの消費電力が無停電電源装置の電力供給能力を超えてしまい、無停電電源装置は、電力を供給し続けることができなくなってしまう可能性が高い。そのため、レーザプリンタなどの負荷機器のための無停電電源装置の選択にあたっては、その一時的に発生する過大な消費電力のピークを基準として、負荷機器の定格電力よりも大きな定格出力電力を有する無停電電源装置を選択しなければ、無停電電源装置は負荷機器へ安定した電力を供給することができない。
【００１０】
このように、無停電電源装置の選択にあたっては、負荷機器の種類などに応じて異なる基準にて無停電電源装置を選択する必要がある。
【００１１】
しかしながら、この負荷機器の種類などに応じた異なる基準は、実際には各負荷機器毎に個別に検討しなければならず、無停電電源装置のユーザおよび販売者にとっては負担が大きすぎる。同一メーカの商品が負荷機器であったとしても、その回路構成や電源回路の違いによって、消費電力の変動の仕方や変動幅は異なってくる。
【００１２】
また、実際に使用している最中に、温度・湿度その他の要因で、負荷機器の消費電力が、無停電電源装置の電力供給能力を超えてしまうこともありえる。このような給電停止が発生すると、入念に無停電電源装置を選択したとしても不具合が生じ、ユーザが無停電電源装置の不良であると認識し、無停電電源装置は役に立たないと感じてしまうこともありえる。
【００１３】
このような負荷機器に応じた無停電電源装置の選択の難しさは、無停電電源装置の一般への普及を妨げる一因となる。
【００１４】
そこで、たとえば、特許文献１の電圧を垂下させる技術を利用して、負荷機器の消費電力の超過が瞬時的なものであるならば負荷機器の定格電力以上の電力を供給することが考えられる。無停電電源装置をこのように構成することで、瞬時的に消費電力が超過する負荷機器であっても、その他の一般的な負荷機器の場合と同様に、負荷機器の定格電力と同じ定格出力電力を有する無停電電源装置を選択すれば、無停電電源装置は負荷機器へ安定した電力を供給することができるようになると予測される。その結果、無停電電源装置の選択が容易となり、無停電電源装置の一般への更なる普及を期待することができる。
【００１５】
しかしながら、特許文献１の技術では、電流検出器の出力信号を＋ｒｅｆの電圧と比較するための比較回路と、電流検出器の出力信号を−ｒｅｆの電圧と比較するための比較回路とが、互いに独立した回路になっている。しかも、ヒータの発熱期間は、電源電圧の半サイクル以内に終了する負荷機器の突入電流とは異なり、１サイクル以上の期間に及ぶ。
【００１６】
その結果、特許文献１の電圧を垂下させる技術を利用してヒータの発熱に伴う超過電流に対応した場合、電流検出器の出力信号を＋ｒｅｆの電圧と比較するための比較回路の特性と、電流検出器の出力信号を−ｒｅｆの電圧と比較するための比較回路の特性とを正確に揃えておかなければ、出力電圧の正のサイクルにおける垂下量と、出力電圧の負のサイクルにおける垂下量との間に差が生じ、その差に応じたオフセット電流が流れてしまうことになる。
【００１７】
本発明は、オフセット電流が生じないように１サイクル以上に渡る超過電流を抑制することができるインバータ装置およびパルス生成方法を得ることを目的とする。
【００１８】
また、本発明は、１サイクル以上に渡る超過電流を抑制し、これにより一時的に負荷機器の消費電力がその定格電力を大きく超過してしまうような負荷機器に対しても、安定した電力を供給することができる無停電電源装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係るインバータ装置は、トランジスタがスイッチング制御されることで、直流電圧から交流電圧を生成するインバータ装置であって、インバータ装置から出力されるインバータ電流の絶対値を演算する絶対値演算手段と、インバータ電流の絶対値が所定の電流値を超えている場合には、インバータ電流の絶対値と所定の電流値との差に応じた電流補償値を演算する電流補償値演算手段と、トランジスタにゲート信号としてパルスを供給し、電流補償値演算手段による電流補償値に応じて、インバータ電圧を低下させるようにパルス幅を調整する制御部と、を有するものである。
【００２０】
この構成を採用すれば、１サイクル以上に渡る超過電流を抑制し、これにより一時的に負荷機器の消費電力がその定格電力を大きく超過してしまうような負荷機器に対しても、安定した電力を供給することができる。
【００２１】
本発明に係る他のインバータ装置は、トランジスタがスイッチング制御されることで、直流電圧から交流電圧を生成するインバータ装置であって、インバータ装置から出力されるインバータ電流の絶対値を演算する絶対値演算手段と、インバータ電流の絶対値が所定の電流値を超えている場合には、インバータ電流の絶対値と所定の電流値との差に応じた電流補償値を演算する電流補償値演算手段と、交流電圧の実効値に応じた電圧指令値と所定の交流波形とを乗算する乗算手段と、乗算手段の演算結果から、電流補償値および交流電圧の瞬時値を減算する減算手段と、減算手段の演算結果に応じたパルス幅のパルスをトランジスタのゲート信号として生成するパルス生成手段と、を有するものである。
【００２２】
この構成を採用すれば、インバータ電流の絶対値が所定の電流値を超えている場合には、乗算手段の演算結果からそれら電流同士の差分に応じた電流補償値を減算し、その減算手段の演算結果の目標値に応じたパルス幅のパルスがトランジスタのゲートに供給される。したがって、１サイクル以上に渡る超過電流が生じても、半サイクル毎に、その超過電流を抑制することができる。
【００２３】
また、インバータ電流の絶対値と所定の電流値とを比較しているので、出力電圧が正である期間のインバータ電流の絶対値と負である期間のインバータ電流の絶対値とが同じであれば、出力電圧が正の期間における電流補償値の大きさと、出力電圧の負の期間における電流補償値の大きさとは等しくなる。
【００２４】
本発明に係る無停電電源装置は、第一の交流電圧を直流電圧へ変換するレクチファイヤ装置と、直流電圧を第二の交流電圧へ変換する上述した他のインバータ装置と、を有するものである。
【００２５】
この構成を採用すれば、１サイクル以上に渡る超過電流が生じても、その超過電流を抑制することができ、一時的に負荷機器の消費電力がその定格電力を大きく超過してしまうような負荷機器に対しても、安定した電力を供給することができる。
【００２６】
本発明に係る無停電電源装置は、上述した発明の構成に加えて、レクチファイヤ装置が、第一の交流電圧を直流電圧へ変換するためにパルスによりスイッチング制御される他のトランジスタと、直流電圧の所定の目標電圧に対する差分電圧に応じたパルス幅のパルスを生成し、直流電圧に所定の速度以上の速さで電圧低下が発生した場合には、先のパルス幅よりも広いパルス幅のパルスを生成するレクチュファイヤ制御手段と、を有するものである。
【００２７】
この構成を採用すれば、負荷機器の消費電力がその定格電力を大きく超過してしまい、その結果として直流電圧に所定の速度以上の速さで電圧低下が発生した場合には、直流電圧の所定の目標電圧に対する差分電圧に応じたパルス幅よりも広いパルス幅のパルスにより、他のトランジスタはスイッチング制御される。これにより、直流電圧の急激な電圧低下が抑制される。
【００２８】
その結果、たとえば、レーザプリンタなどのようにヒータの発熱に伴う定格電力の５倍もの超過電流が数サイクルにわたって生じたとしても、安定した電力を供給することができる。
【００２９】
本発明に係る他の無停電電源装置は、直流電圧を交流電圧へ変換する上述した各インバータ装置と、切換制御信号を出力するモード制御手段と、切換制御信号に応じて交流電圧と他の交流電圧との中の一方を選択して出力する切換回路と、切換回路に所定の電流値以上の電流が流れている場合には、切換制御信号に応じた切換回路の切換動作を禁止する切換制御手段と、を有するものである。
【００３０】
この構成を採用すれば、１サイクル以上に渡る超過電流が生じても、その超過電流を抑制することができ、一時的に負荷機器の消費電力がその定格電力を大きく超過してしまうような負荷機器に対しても、安定した電力を供給することができる。
【００３１】
しかも、切換回路に所定の電流値以上の電流が流れている場合には、モード制御手段が出力する切換制御信号に応じた切換回路の切換動作を禁止するので、超過電流が流れている状態で切換回路が切換動作をしない。その結果、この超過電流が流れている状態での切換動作に伴う切換回路の破損を防止することができる。
【００３２】
本発明に係るパルス生成方法は、直流電圧から交流電圧を生成するトランジスタへ供給されるスイッチング制御用パルスを生成する方法であって、トランジスタを介して出力される電流の絶対値を演算するステップと、トランジスタを介して出力される電流の絶対値が所定の電流値を超えている場合には、トランジスタを介して出力される電流の絶対値と所定の電流値との差に応じた電流補償値を演算するステップと、交流電圧の実効値に応じた電圧指令値と所定の交流波形とを乗算するステップと、乗算結果から電流補償値および交流電圧の瞬時値を演算するステップと、この減算結果に応じたパルス幅のパルスを生成するステップと、を有するものである。
【００３３】
この方法を採用すれば、インバータ電流の絶対値が所定の電流値を超えている場合には、乗算手段の演算結果からそれら電流同士の差分に応じた電流補償値を減算し、その減算手段の演算結果に応じたパルス幅のパルスがトランジスタのゲートに供給される。したがって、１サイクル以上に渡る超過電流が生じても、半サイクル毎に、その超過電流を抑制することができる。
【００３４】
また、インバータ電流の絶対値と所定の電流値とを比較しているので、出力電圧が正である期間のインバータ電流の絶対値と負である期間のインバータ電流の絶対値とが同じであれば、出力電圧が正の期間における電流補償値の大きさと、出力電圧の負の期間における電流補償値の大きさとは等しくなる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明では、オフセット電流が生じないように１サイクル以上に渡る超過電流を抑制することができる。
【００３６】
また、本発明では、１サイクル以上に渡る超過電流を抑制し、これにより一時的に負荷機器の消費電力がその定格電力を大きく超過してしまうような負荷機器に対しても、安定した電力を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明を実施するための最良の形態に係るインバータ装置、無停電電源装置およびパルス生成方法を、図面に基づいて説明する。なお、インバータ装置は、無停電電源装置の構成の一部として説明する。パルス生成方法は、無停電電源装置の動作の一部として説明する。
【００３８】
図１は、本発明の実施の形態に係る無停電電源装置１を示すブロック図である。
【００３９】
この無停電電源装置１は、一対の入力端子２，３を有する。一対の入力端子２，３の間には、商用交流電源などの交流電源４が接続される。交流電源４は、たとえば５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚなどの所定の定格周波数の交流電圧を供給する。
【００４０】
一対の入力端子２，３の中の一方の入力端子２は、レクチファイヤ回路１１が接続されている。一対の入力端子２，３の中の他方の入力端子３は、グランド１２に接続されている。
【００４１】
図２は、レクチファイヤ回路１１およびレクチファイヤ回路１１を制御するレクチファイヤ制御部１０２などを示す詳細なブロック図である。レクチファイヤ回路１１およびレクチファイヤ制御部１０２にて、レクチファイヤ装置が構成される。レクチファイヤ回路１１は、入力コイル５１と、他のトランジスタとしての第一トランジスタ５２と、他のトランジスタとしての第二トランジスタ５３と、第一ダイオード５４と、第二ダイオード５５と、を有する。
【００４２】
入力コイル５１の一端は、一方の入力端子２に接続されている。第一トランジスタ５２のエミッタは、入力コイル５１の他端に接続されている。第二トランジスタ５３のコレクタは、入力コイル５１の他端に接続されている。第一ダイオード５４は、そのアノードが第一トランジスタ５２のエミッタに接続され、そのカソードが第一トランジスタ５２のコレクタに接続されている。第二ダイオード５５は、そのアノードが第二トランジスタ５３のエミッタに接続され、そのカソードが第二トランジスタ５３のコレクタに接続されている。
【００４３】
レクチュファイヤ回路１１の第一トランジスタ５２のコレクタは、一対のレール配線１３，１４の中のプラスレール配線１３に接続されている。レクチュファイヤ回路１１の第二トランジスタ５３のエミッタは、マイナスレール配線１４に接続されている。
【００４４】
プラスレール配線１３とグランド１２との間には、プラスコンデンサ１５が接続されている。マイナスレール配線１４とグランド１２との間には、マイナスコンデンサ１６が接続されている。
【００４５】
図１に戻り、プラスレール配線１３とマイナスレール配線１４とは、充放電回路１７に接続されている。充放電回路１７は、バッテリ１８に接続されている。
【００４６】
また、プラスレール配線１３とマイナスレール配線１４とは、インバータ回路１９に接続されている。図３は、インバータ回路１９およびインバータ回路１９を制御するインバータ制御部１０４などを示す詳細なブロック図である。インバータ回路１９およびインバータ制御部１０４にて、インバータ装置が構成される。インバータ回路１９は、トランジスタとしての第三トランジスタ６１と、トランジスタとしての第四トランジスタ６２と、第三ダイオード６３と、第四ダイオード６４と、を有する。
【００４７】
第三トランジスタ６１のコレクタは、プラスレール配線１３に接続されている。第三トランジスタ６１のエミッタは、第四トランジスタ６２のコレクタに接続されている。第三ダイオード６３は、そのアノードが第三トランジスタ６１のエミッタに接続され、そのカソードが第三トランジスタ６１のコレクタに接続されている。第四ダイオード６４は、そのアノードが第四トランジスタ６２のエミッタに接続され、そのカソードが第四トランジスタ６２のコレクタに接続されている。
【００４８】
インバータ回路１９の第三トランジスタ６１のエミッタは、ローパスフィルタ回路２０に接続されている。図３に示すように、ローパスフィルタ回路２０は、出力コイル７１と、出力コンデンサ７２と、を有する。出力コイル７１の一端は、第三トランジスタ６１のエミッタに接続されている。出力コンデンサ７２は、出力コイル７１の他端とグランド１２との間に接続されている。なお、定格周波数よりも高い周波数成分を除去し、定格周波数以下の周波数成分のみを出力するように、出力コイル７１および出力コンデンサ７２は選択されている。
【００４９】
ローパスフィルタ回路２０の出力コイル７１の他端は、切換回路２１に接続されている。図４は、切換回路２１および切換回路２１を制御する切換制御部１０５などを示す詳細なブロック図である。切換回路２１は、インバータ開閉器８１と、バイパス開閉器８２と、を有する。インバータ開閉器８１の一端は、ローパスフィルタ回路２０の出力コイル７１の他端に接続されている。バイパス開閉器８２の一端は、一方の入力端子２に接続されている。切換回路２１は、入力される信号のレベルに応じて、インバータ開閉器８１とバイパス開閉器８２とは、択一的に閉じる。
【００５０】
切換回路２１のインバータ開閉器８１の他端およびバイパス開閉器８２の他端は、一対の出力端子５，６の中の一方の出力端子５に接続されている。一対の出力端子５，６の中の他方の出力端子６は、グランド１２に接続されている。一対の出力端子５，６の間には、家電製品、コンピュータ、レーザプリンタなどの負荷機器７が接続される。負荷機器７は、この一対の出力端子５，６から供給される交流電力で動作する。
【００５１】
図１に戻り、この無停電電源装置１は、入力電圧検出器３１と、入力電流検出器３２と、プラスレール電圧検出器３３と、マイナスレール電圧検出器３４と、バッテリ電圧検出器３５と、インバータ電流検出器３６と、出力電流検出器３７と、出力電圧検出器３８と、を有する。
【００５２】
入力電圧検出器３１は、一対の入力端子２，３の電位差を検出し、これを検出入力電圧として出力する。入力電圧検出器３１は、グランド１２に接続されている他方の入力端子３を基準電位として、一方の入力端子２の電圧を検出し、これを検出入力電圧として出力する。
【００５３】
入力電流検出器３２は、一方の入力端子２とレクチファイヤ回路１１との間に流れる電流を検出し、これを検出入力電流として出力する。検出入力電流は、一方の入力端子２からレクチファイヤ回路１１に向かって電流が流れるとプラスの値となり、レクチファイヤ回路１１から一方の入力端子２に向かって電流が流れるとマイナスの値となる。
【００５４】
プラスレール電圧検出器３３は、プラスコンデンサ１５の充電電圧を検出し、これを検出プラスレール電圧として出力する。プラスレール電圧検出器３３は、グランド１２に接続されているプラスコンデンサ１５の他端を基準電位として、プラスコンデンサ１５の一端の電圧を検出する。
【００５５】
マイナスレール電圧検出器３４は、マイナスコンデンサ１６の充電電圧の絶対値を検出し、これを検出マイナスレール電圧として出力する。マイナスレール電圧検出器３４は、グランド１２に接続されているマイナスコンデンサ１６の他端を基準電位として、マイナスコンデンサ１６の一端の電圧を検出する。
【００５６】
バッテリ電圧検出器３５は、バッテリ１８の充電電圧を検出し、これを検出バッテリ電圧として出力する。
【００５７】
インバータ電流検出器３６は、ローパスフィルタ回路２０と切換回路２１との間に流れる電流を検出し、これを検出インバータ電流として出力する。検出インバータ電流は、ローパスフィルタ回路２０から切換回路２１に向かって電流が流れるとプラスの値となり、切換回路２１からローパスフィルタ回路２０に向かって電流が流れるとマイナスの値となる。
【００５８】
出力電流検出器３７は、切換回路２１と一方の出力端子５との間に流れる電流を検出し、これを検出出力電流として出力する。検出出力電流は、切換回路２１から一方の出力端子５に向かって電流が流れるとプラスの値となり、一方の出力端子５から切換回路２１に向かって電流が流れるとマイナスの値となる。
【００５９】
出力電圧検出器３８は、グランド１２に接続されている他方の出力端子６を基準電位として、ローパスフィルタ回路２０から出力される電圧を検出し、これを検出出力電圧として出力する。
【００６０】
これら入力電圧検出器３１、入力電流検出器３２、プラスレール電圧検出器３３、マイナスレール電圧検出器３４、バッテリ電圧検出器３５、インバータ電流検出器３６、出力電流検出器３７および出力電圧検出器３８は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）３９に接続されている。
【００６１】
ＤＳＰ３９は、第一ＡＤコンバータ９１と、第二ＡＤコンバータ９２と、第三ＡＤコンバータ９３と、第四ＡＤコンバータ９４と、第五ＡＤコンバータ９５と、第六ＡＤコンバータ９６と、第七ＡＤコンバータ９７と、第八ＡＤコンバータ９８と、を有する。これら８つのＡＤコンバータ９１，・・・，９８は、入力されるアナログ値を所定の周期でサンプリングしてデジタル値へ変換する。第一ＡＤコンバータ９１には、検出入力電圧が入力される。第二ＡＤコンバータ９２には、検出入力電流が入力される。第三ＡＤコンバータ９３には、検出プラスレール電圧が入力される。第四ＡＤコンバータ９４には、検出マイナスレール電圧が入力される。第五ＡＤコンバータ９５には、検出バッテリ電圧が入力される。第六ＡＤコンバータ９６には、検出インバータ電流が入力される。第七ＡＤコンバータ９７には、検出出力電流が入力される。第八ＡＤコンバータ９８には、検出出力電圧が入力される。
【００６２】
また、ＤＳＰ３９は、モード制御手段としてのモード制御部１０１と、レクチファイヤ制御部１０２と、充放電制御部１０３と、インバータ制御部１０４と、切換制御手段としての切換制御部１０５と、を有する。これら５つの制御部は、図示外の制御プログラムを、ＤＳＰ３９の図示外の中央処理装置が実行することで実現される。また、この制御プログラムは、ＤＳＰ３９の図示外のメモリに記憶されている。なお、この制御プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録されているものをメモリに読み込んでも、伝送媒体を介してメモリに読み込んでもよい。
【００６３】
モード制御部１０１は、８つのＡＤコンバータ９１，・・・，９８が変換したデジタルの検出値に基づいて無停電電源装置１の動作モードを選択し、その動作モードに応じてレクチファイヤ制御部１０２、充放電制御部１０３およびインバータ制御部１０４へ起動制御信号を出力し、切換制御部１０５へ切換制御信号を出力する。
【００６４】
レクチファイヤ制御部１０２は、図２に示すように、第一実効制御部１０２ａと、電流指令値レジスタ１０２ｂと、第一瞬時制御部１０２ｃと、を有する。
【００６５】
第一実効制御部１０２ａは、定格周波数の周期毎に電流指令値レジスタ１０２ｂの値を更新する。第一実効制御部１０２ａは、平均値演算器１１１と、目標レール電圧値レジスタ１１２と、第一実効減算器１１３と、電流指令演算器１１４と、リミッタ１１５と、固定電流電流指令値レジスタ１１６と、セレクタ１１７と、電圧降下検出器１１８と、を有する。
【００６６】
平均値演算器１１１は、検出プラスレール電圧と検出マイナスレール電圧との平均値を演算する。目標レール電圧値レジスタ１１２は、検出プラスレール電圧と検出マイナスレール電圧との平均値の目標値を記憶する。第一実効減算器１１３は、目標レール電圧値レジスタ１１２に記憶されている目標値から、平均値演算器１１１の演算結果を減算する。つまり、第一実効減算器１１３は、この目標値に対する平均値演算器１１１の演算結果の誤差を演算する。電流指令演算器１１４は、この誤差に応じた電流指令値を演算する。リミッタ１１５は、電流指令演算器１１４の演算結果がプラスの値である場合には、電流指令演算器１１４が演算した電流指令値をそのまま電流指令値レジスタ１０２ｂに書き込む電流指令値とし、電流指令演算器１１４の演算結果がマイナスの値である場合には、「０」を電流指令値レジスタ１０２ｂに書き込む電流指令値とする。
【００６７】
固定電流電流指令値レジスタ１１６は、固定電流指令値を記憶する。この固定電流指令値は、目標レール電圧値に基づいて電流指令演算器１１４が演算する最大の電流指令値と同じか、あるいは、その最大の電流指令値よりも大きな値である。
【００６８】
電圧降下検出器１１８は、検出プラスレール電圧の降下量および検出マイナスレール電圧の降下量と、所定の最大降下値とを比較し、いずれか一方が所定の最大降下値よりも大きい場合と、それ以外の場合とを判定する。なお、検出プラスレール電圧の降下量あるいは検出マイナスレール電圧の降下量は、たとえば、前回のレール電圧と今回のレール電圧との差分電圧を演算すればよい。また、所定の最大降下値は、目標レール電圧値に応じても異なるが、たとえば、８０〜１２０Ｖの電圧値とすればよい。
【００６９】
セレクタ１１７は、この電圧降下検出器１１８の判定結果に応じて、リミッタ１１５からの電流指令値と、固定電流電流指令値レジスタ１１６に記憶されている固定電流指令値の中の一方の電流指令値を選択する。具体的には、セレクタ１１７は、電圧降下検出器１１８が所定の最大降下値以上の電圧変化が生じたと判断した場合には、固定電流指令値を選択して電流指令値レジスタ１０２ｂに書き込む。また、セレクタ１１７は、電圧降下検出器１１８が所定の最大降下値以上の電圧変化が生じていないと判断した場合には、リミッタ１１５からの電流指令値を選択して電流指令値レジスタ１０２ｂに書き込む。なお、リミッタ１１５からの電流指令値と、固定電流電流指令値レジスタ１１６に記憶されている固定電流指令値とは、共にプラスの値である。したがって、電流指令値レジスタ１０２ｂには、プラスの値が記憶される。
【００７０】
第一瞬時制御部１０２ｃは、所定の周期毎にゲートパルスを、第一トランジスタ５２のゲートへ出力する。また、第一瞬時制御部１０２ｃが出力するゲートパルスは、第一反転回路４０で反転されて、第二トランジスタ５３のゲートへ出力される。この所定の周期は、たとえば定格周波数を整数倍にした周波数の周期であり、たとえば定格周波数を２００倍にした周波数の周期とすればよい。以下、この所定の周期を、パルス周期と記載する。第一瞬時制御部１０２ｃは、入力電圧正規化回路１２１と、第一瞬時乗算器１２２と、第一瞬時減算器１２３と、第一瞬時電流指令演算器１２４と、利用率演算器１２８と、第一瞬時加算器１２５と、第一瞬時三角波データ生成器１２６と、第一瞬時比較器１２７と、を有する。
【００７１】
入力電圧正規化回路１２１は、検出入力電圧を０〜１の範囲に正規化する。第一瞬時乗算器１２２は、正規化された検出入力電圧に、電流指令値レジスタ１０２ｂに記憶されている電流指令値を乗算する。これにより、第一瞬時乗算器１２２の演算結果は、検出入力電圧を、電流指令値の大きさに変換した値となる。第一瞬時減算器１２３は、第一瞬時乗算器１２２の演算結果から、検出入力電流を減算する。第一瞬時電流指令演算器１２４は、第一瞬時減算器１２３の演算結果に応じた瞬時電流指令値を演算する。
【００７２】
利用率演算器１２８は、レール電圧から入力電圧と同等の値を生成するための直流利用率ｋを、入力電圧正規化回路１２１により正規化された検出入力電圧に乗算する。第一瞬時加算器１２５は、利用率演算器１２８の出力に、第一瞬時電流指令演算器１２４の演算結果を加算する。第一瞬時加算器１２５の演算結果は、原則として、正規化された検出入力電圧の値に、電流指令値レジスタ１０２ｂに記憶されている電流指令値を補償するための値を加算した値となる。
【００７３】
第一瞬時三角波データ生成器１２６は、パルス周期毎の三角波に相当する三角波データを生成する。第一瞬時比較器１２７は、第一瞬時三角波データ生成器１２６からの三角波データが非反転入力に入力され、第一瞬時加算器１２５の演算結果が反転入力に入力され、これらの値の差に応じたパルス幅のパルスを生成する。第一瞬時比較器１２７は、具体的にはたとえば、三角波データを基準として、この三角波データに対する第一瞬時加算器１２５の演算結果の差を演算する。そして、第一瞬時比較器１２７は、この演算結果の値が大きいほどパルス幅が狭いパルスを生成し、この演算結果の値が小さいほどパルス幅が広いパルスを生成する。なお、第一瞬時三角波データ生成器１２６を、第一瞬時加算器１２５の演算結果とパルス幅のデータとを対応付けたテーブルとし、第一瞬時比較器１２７は、第一瞬時加算器１２５の演算結果を用いてこのテーブルを参照し、第一瞬時加算器１２５の演算結果に対応付けられたパルス幅のパルスを生成するようにしてもよい。
【００７４】
ＤＳＰ３９の充放電制御部１０３は、充電時には、検出バッテリ電圧を読み取り、この検出バッテリ電圧の目標バッテリ電圧に対する差分に応じたゲートパルスを、パルス周期毎に出力する。ＤＳＰ３９の充放電制御部１０３は、放電時には、検出レール電圧の平均値を読み取り、この検出レール電圧の平均値と目標レール電圧に対する差分に応じたゲートパルスを、パルス周期毎に出力する。このゲートパルスは、充放電回路１７の図示外の充放電用のトランジスタのゲートに入力される。
【００７５】
ＤＳＰ３９のインバータ制御部１０４は、図３に示すように、第二実効制御部１３１と、電圧指令値レジスタ１３２と、第二瞬時制御部１３３と、を有する。
【００７６】
第二実効制御部１３１は、定格周波数の周期毎に、電圧指令値レジスタ１３２の値を更新する。第二実効制御部１３１は、実効値演算器１４１と、目標実効電圧値レジスタ１４２と、第二実効減算器１４３と、第二実効電圧指令演算器１４６と、電圧振幅値レジスタ１４４と、第二実効加算器１４５と、を有する。実効値演算器１４１は、検出出力電圧の実効値を演算する。目標実効電圧値レジスタ１４２には、検出出力電圧の実効値の目標値が記憶されている。第二実効減算器１４３は、目標実効電圧値レジスタ１４２に記憶されている目標値から、実効値演算器１４１の演算結果を減算する。電圧振幅値レジスタ１４４には、目標実効電圧値レジスタ１４２に対応した電圧振幅値が記憶されている。第二実効電圧指令演算器１４６は、この第二実効減算器１４３の演算結果に応じた実効電圧指令値を演算する。第二実効加算器１４５は、電圧振幅値レジスタ１４４に記憶されている電圧振幅値に、第二実効電圧指令演算器１４６の演算結果を加算して、この加算による演算結果を電圧指令値レジスタ１３２へ書き込む。
【００７７】
第二瞬時制御部１３３は、パルス周期毎に、ゲートパルスを出力する。このゲートパルスは、第四トランジスタ６２のゲートに入力される。第二瞬時制御部１３３が出力したゲートパルスは、第二反転回路４１で反転されて、第三トランジスタ６１のゲートへ出力される。第二瞬時制御部１３３は、理想正弦波発生回路１５１と、乗算手段としての第二瞬時乗算器１５２と、減算手段の一部としての第二瞬時減算器１６２と、減算手段の一部としての第三瞬時減算器１５３と、第二瞬時電圧指令演算器１５４と、パルス生成手段の一部としての第二瞬時三角波データ生成器１５５と、パルス生成手段の一部としての第二瞬時比較器１５６と、を有する。また、第二瞬時制御部１３３は、電流補償値演算手段としてのインバータ電流補償演算器１５７および第二瞬時バッファ１６１と、を有する。
【００７８】
理想正弦波発生回路１５１は、振幅「１」で且つ定格周波数の正弦波を発生する。第二瞬時乗算器１５２は、この正弦波と電圧指令値レジスタ１３２に記憶されている電圧指令値とを、パルス周期毎に乗算する。第二瞬時減算器１６２は、この第二瞬時乗算器１５２の演算結果から、第八ＡＤコンバータ３８の検出出力電圧の瞬時値を減算する。
【００７９】
インバータ電流補償演算器１５７は、第六ＡＤコンバータ９６が出力するインバータ電流の検出電圧に基づいて、インバータ電流補償値を演算する。具体的にはたとえば、インバータ電流補償演算器１５７は、インバータ電流の検出電圧の絶対値を演算し、この絶対値が所定のインバータ超過電流値以下である場合には、「０」を出力し、この絶対値が所定のインバータ超過電流値よりも大きい場合には、その超過分に応じた「０」以外の値を演算する。なお、インバータ超過電流値は、無停電電源装置１の定格電流値よりも大きく、且つ、インバータ回路１９に流すことができる最大のカレントリミット電流値よりも小さい電流値であればよい。
【００８０】
第二瞬時バッファ１６１は、インバータ電流補償演算器１５７の出力値を用いて演算する。この第二瞬時バッファ１６１は、インバータ電流補償演算器１５７の出力値が大きいほど、大きな値を出力する。また、第二瞬時バッファ１６１は、インバータ電流補償演算器１５７の出力値が「０」である場合には、「０」を出力する。
【００８１】
第三瞬時減算器１５３は、第二瞬時減算器１６２の演算結果から、第二瞬時バッファ１６１の出力値を減算する。第二瞬時電圧指令演算器１５４は、第三瞬時減算器１５３の演算結果に応じた瞬時電圧指令値を演算する。
【００８２】
第二瞬時三角波データ生成器１５５は、パルス周期毎の三角波に相当する三角波データを生成する。第二瞬時比較器１５６は、この三角波データが非反転入力に入力され、第二瞬時電圧指令演算器１５４の演算結果が反転入力に入力され、これらの値の差に応じたパルス幅のパルスを生成する。第二瞬時比較器１５６は、具体的にはたとえば、三角波データを基準として、この三角波データに対する第二瞬時電圧指令演算器１５４の演算結果の差を演算する。そして、第二瞬時比較器１５６は、この演算結果の値が大きいほどパルス幅が広いパルスを生成し、この演算結果の値が小さいほどパルス幅が狭いパルスを生成する。なお、第二瞬時三角波データ生成器１５５を、第二瞬時電圧指令演算器１５４の演算結果とパルス幅のデータとを対応付けたテーブルとし、第二瞬時比較器１５６は、第二瞬時電圧指令演算器１５４の演算結果を用いてこのテーブルを参照し、第二瞬時電圧指令演算器１５４の演算結果に対応付けられたパルス幅のパルスを生成するようにしてもよい。
【００８３】
ＤＳＰ３９の切換制御部１０５は、図４に示すように、絶対値演算器１７５と、最大切換電流値レジスタ１７１と、切換減算器１７２と、判定器１７３と、出力制御部１７４と、を有し、定格周波数の周期毎に動作する。
【００８４】
最大切換電流値レジスタ１７１には、切換回路２１を動作させてもよい最大の電流値が最大切換電流値として記憶されている。一般的に、開閉器の接点は、その開閉器の最大許容電流以上の電流が流れているときに接離されると、溶けてしまうことがある。したがって、この最大切換電流値としては、たとえば、インバータ開閉器８１およびバイパス開閉器８２の最大許容電流あるいはその最大許容電流よりも小さい電流値を用いればよい。また、この最大切換電流値は、インバータ回路１９を保護するためのカレントリミット電流値よりも小さい値にする。
【００８５】
絶対値演算器１７５は、検出出力電流の絶対値を演算し、切換減算器１７２は、最大切換電流値レジスタ１７１に記憶されている最大切換電流値から、この検出出力電流の絶対値を減算する。判定器１７３は、切換減算器１７２の演算結果の符合を判定し、その符号判定結果に応じたレベル信号を出力する。具体的にはたとえば、判定器１７３は、切換減算器１７２の演算結果がプラスの値である場合には、ハイレベルの信号を出力し、切換減算器１７２の演算結果がマイナスの値である場合には、ローレベルの信号を出力する。
【００８６】
出力制御部１７４には、モード制御部１０１からの切換制御信号と、このレベル信号とが入力される。そして、出力制御部１７４は、レベル信号がハイレベルである状態では、切換制御信号が変化すると、その出力を切換制御信号と同じレベルへ変化させる。レベル信号がローレベルである状態では、出力制御部１７４は、切換制御信号が変化しても、その出力を直前の状態に維持し、レベル信号がハイレベルになった後に、その出力を切換制御信号と同じレベルへ変化させる。この出力制御部１７４の出力は、切換回路２１に入力される。
【００８７】
次に、以上の構成を有する無停電電源装置１の動作について説明する。
【００８８】
図１に示すように、一対の入力端子２，３の間に交流電源４が接続され、この交流電源４から交流電圧が出力されると、無停電電源装置１のＤＳＰ３９は動作を開始する。ＤＳＰ３９が動作を開始することで、モード制御部１０１が動作を開始する。なお、無停電電源装置１の動作モードとしては、通常モードと、バックアップモードと、給電停止モードと、がある。通常モードは、交流電源４から供給される交流電力を負荷機器７へ供給するモードであり、一般的に、常時インバータモードと、常時バイパスモードとがある。
【００８９】
常時インバータモードでの起動時には、モード制御部１０１は、レクチファイヤ制御部１０２へ起動制御信号を出力する。この起動制御信号によってレクチファイヤ制御部１０２が動作を開始すると、レクチファイヤ制御部１０２の第一瞬時比較器１２７から、パルスが出力される。第一瞬時比較器１２７は、パルス周期毎にパルスを出力する。このパルスのパルス幅は、検出入力電圧の位相にしたがって変化する。たとえば、検出入力電圧が正弦波波形であるとすると、第一瞬時比較器１２７から出力されるパルスのパルス幅は、正弦波の位相に沿って変化し、検出入力電圧の正弦波のプラスピークにおいて最小のパルス幅となり、検出入力電圧の正弦波のマイナスピークにおいて最大のパルス幅となる。
【００９０】
この第一瞬時比較器１２７から出力されるパルスは、レクチファイヤ回路１１の第一トランジスタ５２のゲートに入力される。このパルスが入力されると、第一トランジスタ５２はオン状態となり、パルスとパルスとの間においては、第一トランジスタ５２はオフ状態となる。また、第一瞬時比較器１２７から出力されるパルスは、第一反転回路４０において反転されて、レクチファイヤ回路１１の第二トランジスタ５３のゲートに入力される。この反転後のパルス（このパルスは、第一瞬時比較器１２７から出力されるパルスとパルスとの間の期間に相当する。）が入力されると、第二トランジスタ５３はオン状態となり、反転後のパルスと反転後のパルスとの間において、第二トランジスタ５３はオフ状態となる。これにより、第一トランジスタ５２と第二トランジスタ５３とは、第一瞬時比較器１２７から出力されるパルスに従って、交互にオン状態に制御される。
【００９１】
入力電圧が正の電圧であるときに、第二トランジスタ５３がオン状態になると、一方の入力端子２から入力コイル５１、第二トランジスタ５３およびマイナスコンデンサ１６を介して他方の入力端子３へのループに電流が流れ、第二トランジスタ５３がオフ状態になると、正の入力電圧にこの入力コイル５１の誘起電圧を加算したプラスの電圧が、第一ダイオード５４を介して、プラスコンデンサ１５に印加される。プラスコンデンサ１５は、このプラスの加算電圧に充電される。
【００９２】
入力電圧が負の電圧であるときに、第一トランジスタ５２がオン状態になると、他方の入力端子３からプラスコンデンサ１５、第一トランジスタ５２および入力コイル５１を介して一方の入力端子２へのループに電流が流れ、第一トランジスタ５２がオフ状態になると、負の入力電圧にこの入力コイル５１の誘起電圧を加算したマイナスの電圧が、第二ダイオード５５を介して、マイナスコンデンサ１６に印加される。マイナスコンデンサ１６は、このマイナスの加算電圧に充電される。
【００９３】
そして、プラスコンデンサ１５がプラスの電圧に充電されると、検出プラスレール電圧は上昇する。同様に、マイナスコンデンサ１６がマイナスの電圧に充電されると、検出マイナスレール電圧は上昇する。これにより、第一実効減算器１１３の演算結果は、その上昇した電圧の平均値の分だけ小さくなり、第一実効制御部１０２ａのリミッタ１１５が電流指令値レジスタ１０２ｂに書き込む電流指令値も小さくなる。
【００９４】
以上のような第一実効制御部１０２ａによる電流指令値レジスタ１０２ｂの更新処理が定格周期（＝定格周波数の逆数）毎に繰り返され、且つ、第一瞬時制御部１０２ｃによるパルスの生成処理がパルス周期毎に繰り返されることで、プラスコンデンサ１５の充電電圧およびマイナスコンデンサ１６の充電電圧は、目標レール電圧に収束するように制御される。
【００９５】
なお、入力電圧が正の電圧であるときの第二トランジスタ５３のオン期間が長くなると、より多くの電流が先のループに流れ、第二トランジスタ５３がオフ状態へ移行したときにより大きく電流値が変化し、より大きい誘起電圧が入力コイル５１に発生する。したがって、入力電圧が正の電圧であるときの第二トランジスタ５３のオン期間が長くなるように制御すると、つまり、電流指令値レジスタ１０２ｂに書き込まれる電流指令値が大きいほど、プラスコンデンサ１５へより多くの電流を流すことができ、その結果、プラスコンデンサ１５の充電電圧を上昇させようとする作用が強く働く。
【００９６】
また、入力電圧が負の電圧であるときの第一トランジスタ５２のオン期間が長くなると、より多くの電流が先のループに流れ、第一トランジスタ５２がオフ状態へ移行したときにより大きく電流値が変化し、より大きい誘起電圧が入力コイル５１に発生する。したがって、入力電圧が負の電圧であるときの第一トランジスタ５２のオン期間が長くなるように制御すると、つまり、電流指令値レジスタ１０２ｂに書き込む値が大きいほど、マイナスコンデンサ１６へより多くの電流を流すことができ、その結果、マイナスコンデンサ１６の充電電圧の絶対値を上昇させようとする作用が強く働く。
【００９７】
モード制御部１０１からの起動制御信号が入力されると、インバータ制御部１０４は、その動作を開始する。無停電電源装置１の起動時には、第二実効制御部１３１を動作させない状態で、第二瞬時制御部１３３を動作させる。第二実効制御部１３１が動作しないときには、電圧指令値レジスタ１３２には、電圧振幅値レジスタ１４４と同じ値が記憶される。電圧指令値レジスタ１３２には電圧振幅値レジスタ１４４と同じ値が記憶されているので、第二瞬時乗算器１５２は、理想正弦波発生回路１５１から出力される振幅「１」で且つ定格周波数の正弦波をそのままパルス周期毎に乗算する。これにより、第二瞬時乗算器１５２からは、電圧指令値を振幅とした正弦波が出力される。第二瞬時減算器１６２は、第二瞬時乗算器１５２の演算結果から、第八ＡＤコンバータ３８の検出出力電圧の瞬時値を減算する。また、無停電電源装置１の起動時には、負荷機器７が動作しておらず、負荷機器７への電流が流れていないので、インバータ電流補償演算器１５７は「０」を出力し、第二瞬時バッファ１６１も「０」を出力する。その結果、第三瞬時減算器１５３は、第二瞬時減算器１６２の演算結果を、そのまま出力する。
【００９８】
第二瞬時電圧指令演算器１５４は、第三瞬時減算器１５３の演算結果に応じた瞬時電圧指令値を演算する。第二瞬時比較器１５６は、第二瞬時三角波データ生成器１５５が生成する三角波データを基準として、この三角波データに対する第二瞬時電圧指令演算器１５４の演算結果の差を演算し、その演算結果に応じたパルス幅のパルスを生成する。この第二瞬時比較器１５６が生成するパルスのパルス幅は、理想正弦波発生回路１５１から出力される正弦波に従って変化し、その正弦波のプラスピークで最小のパルス幅となり、その正弦波のマイナスピークで最大のパルス幅となる。
【００９９】
第二瞬時比較器１５６から出力されたパルスは、インバータ回路１９の第四トランジスタ６２のゲートに入力される。第四トランジスタ６２がオン状態になると、マイナスコンデンサ１６が第四トランジスタ６２を介してローパスフィルタ回路２０に接続される。また、第二瞬時比較器１５６から出力されるパルスは、第二反転回路４１において反転されて、インバータ回路１９の第三トランジスタ６１のゲートに入力される。第三トランジスタ６１がオン状態になると、プラスコンデンサ１５が第三トランジスタ６１を介してローパスフィルタ回路２０に接続される。ローパスフィルタ回路２０は、定格周波数よりも高い周波数成分を除去し、定格周波数以下の周波数成分のみを出力する。したがって、ローパスフィルタ回路２０からは、理想正弦波発生回路１５１から出力される正弦波と略同相で、且つ、この正弦波と略相似している正弦波の交流電圧が出力される。
【０１００】
その後、理想正弦波発生回路１５１から出力される正弦波の１周期以上の時間が経過して正しい実効値を演算できる状態になったら、第二実効制御部１３１は、動作を開始する。そして、実効値演算器１４１は、ローパスフィルタ回路２０から出力されている正弦波の実効値を出力し、第二実効減算器１４３は、目標実効電圧値レジスタ１４２に記憶されている目標値から、この正弦波の実効値を減算し、第二実効電圧指令演算器１４６は、この第二実効減算器１４３の演算結果に応じた実効電圧指令値を演算する。また、第二実効加算器１４５は、電圧振幅値レジスタ１４４に記憶されている電圧振幅値に、この第二実効電圧指令演算器１４６の演算結果を加算する。電圧指令値レジスタ１３２の電圧指令値は、この第二実効加算器１４５の演算結果の値に書き換えられる。
【０１０１】
また、第二瞬時乗算器１５２は、理想正弦波発生回路１５１から出力される振幅「１」で且つ定格周波数の正弦波に、電圧指令値レジスタ１３２に記憶されている電圧指令値とをパルス周期毎に乗算する。これにより、第二瞬時乗算器１５２からは、電圧指令値を振幅とした正弦波が出力される。第二瞬時減算器１６２は、第二瞬時乗算器１５２の演算結果から、第八ＡＤコンバータ３８の検出出力電圧の瞬時値を減算する。したがって、この電圧指令値レジスタ１３２に書き込まれた電圧指令値に応じた分だけ、第二瞬時電圧指令演算器１５４の演算値は増減し、第二瞬時比較器１５６から出力されるパルスのパルス幅も増減する。その結果、ローパスフィルタ回路２０から出力される正弦波は、その実効値が所望の実効値となるように制御される。
【０１０２】
なお、モード制御部１０１が出力する切換制御信号は、切換制御部１０５に入力される。無停電電源装置１の起動時には、負荷機器７が動作していなので、検出出力電流は「０」である。したがって、切換減算器１７２は、最大切換電流値レジスタ１７１に記憶されている最大切換電流値をそのまま演算結果とし、判定器１７３は、切換減算器１７２の演算結果がプラスの値であるので、ハイレベルの信号を出力する。また、出力制御部１７４は、モード制御部１０１からの切換制御信号が変化すると、その出力を切換制御信号と同じレベルへ変化させる。その結果、無停電電源装置１の起動時には、モード制御部１０１がインバータ開閉器８１を閉じるために出力した切換制御信号と同じレベルの信号が、出力制御部１７４から出力され、この出力制御部１７４の出力に基づいて、切換回路２１は、インバータ開閉器８１を閉じる。
【０１０３】
このようにインバータ開閉器８１が閉じることで、ローパスフィルタ回路２０から出力される正弦波の交流電圧は、インバータ開閉器８１を介して一方の出力端子５に印加される。これにより、一対の出力端子５，６から負荷機器７へ交流電圧が出力されることになる。
【０１０４】
また、一対の出力端子５，６の間に交流電圧が印加されると、実効値演算器１４１は、その交流電圧の実効値を演算する。したがって、第二実効減算器１４３は、目標実効電圧値レジスタ１４２に記憶されている目標値からこの実効値を減算する。
【０１０５】
このような所望の交流電圧が一対の出力端子５，６から負荷機器７へ出力された状態で、負荷機器７を作動させると、負荷機器７は電力を消費する。負荷機器７の電力消費によって、プラスコンデンサ１５の充電電圧およびマイナスコンデンサ１６の充電電圧は低下するが、インバータ制御部１０４が出力電圧の実効値が所望の目標値となるように制御するので、一対の出力端子５，６から負荷機器７へ出力される交流電圧の実効値は、安定する。また、プラスコンデンサ１５の充電電圧およびマイナスコンデンサ１６の充電電圧が低下すれば、レクチファイヤ制御部１０２がその低下を補うように充電電圧を制御するので、プラスコンデンサ１５の充電電圧およびマイナスコンデンサ１６の充電電圧は、所望の電圧に維持される。
【０１０６】
以上のように、インバータ制御部１０４が、インバータ回路１９からローパスフィルタ回路２０を介して出力される出力電圧の実効値が所定の値になるように制御するとともに、レクチファイヤ回路１１が、プラスコンデンサ１５の充電電圧およびマイナスコンデンサ１６の充電電圧を所定の目標レール電圧に維持するように制御することで、無停電電源装置１は、良好な品質の交流電力を負荷機器７へ供給することができる。なお、実際の無停電電源装置１の起動時には、後述するバックアップモードで起動した後に、常時インバータモードへ切り換えるようにしてもよい。
【０１０７】
なお、通常モードとして常時バイパスモードが選択されている場合には、モード制御部１０１は、無停電電源装置１の起動時に、切換制御部１０５へバイパス開閉器８２を閉じるための切換制御信号を出力する。これにより、一方の入力端子２と一方の出力端子５とが直接に接続される。その結果、一対の入力端子２，３に入力される交流電圧がそのまま一対の出力端子５，６から負荷機器７へ出力され、負荷機器７は、この一対の出力端子５，６から供給される交流電力で動作することができる。
【０１０８】
また、無停電電源装置１の起動時に、検出入力電圧が正常な電圧波形ではない場合には、モード制御部１０１は、給電停止モードを選択する。給電停止モードでは、モード制御部１０１は、起動制御信号を出力しない。したがって、レクチファイヤ制御部１０２、充放電制御部１０３およびインバータ制御部１０４は停止している。また、給電停止モードでは、モード制御部１０１は、インバータ開閉器８１を閉じるための切換制御信号を出力する。これにより、たとえばバイパス開閉器８２が閉じた場合には、正常な電圧波形ではない入力電圧が、バイパス開閉器８２を介して負荷機器７へ供給されてしまうことになるが、そのような状況が発生しないようにすることができる。
【０１０９】
以上のような通常モードによる起動処理を行った後、モード制御部１０１は、定格周波数の周期毎に、無停電電源装置１の動作モードの選択処理を繰り返す。そして、検出入力電圧が正常な電圧波形でありつづける場合には、モード制御部１０１は、通常モードを選択しつづける。また、検出入力電圧が正常な電圧波形でなくなった場合には、モード制御部１０１は、通常モードに替えて、バックアップモードを選択する。
【０１１０】
バックアップモードでは、モード制御部１０１は、充放電制御部１０３およびインバータ制御部１０４へ起動制御信号を出力するとともに、切換制御部１０５へインバータ開閉器８１を閉じるための切換制御信号を出力する。また、レクチファイヤ制御部１０２への起動制御信号を停止する。
【０１１１】
モード制御部１０１からの起動制御信号が入力されると、充放電制御部１０３は、その動作を開始する。充放電制御部１０３は、定格周波数の周期毎に検出レール電圧を読み取り、この検出レール電圧の目標レール電圧に対する差分に応じたゲートパルスを、パルス周期毎に出力する。このゲートパルスは、充放電回路１７の図示外の充放電用のトランジスタのゲートに入力される。この充放電用のトランジスタがこのゲートパルスに従ってオン状態とオフ状態との間でスイッチング制御されることで、バッテリ１８の蓄電電圧から生成した放電電圧が、充放電回路１７から一対のレール配線１３，１４へ出力される。プラスコンデンサ１５およびマイナスコンデンサ１６は、この放電電圧に制御される。
【０１１２】
インバータ制御部１０４には、動作モードが通常モードからバックアップモードに切り替わったとしても、引き続き制御信号が入力される。したがって、インバータ回路１９の第三トランジスタ６１および第四トランジスタ６２は、交互にオン状態になるようにスイッチング制御され、これによりローパスフィルタ回路２０からは、所定の実効電圧であって且つ定格周波数である交流電圧が継続して出力される。
【０１１３】
このように、充放電制御部１０３が、プラスコンデンサ１５の充電電圧およびマイナスコンデンサ１６の充電電圧を放電電圧に制御し、インバータ制御部１０４が、インバータ回路１９からローパスフィルタ回路２０を介して出力される出力電圧の実効値が所定の値になるように制御することで、入力電圧が正常な電圧波形でない場合であっても、無停電電源装置１は、一対の出力端子５，６から負荷機器７へ所望の交流電力を供給することができる。
【０１１４】
バックアップモードを選択した後、検出入力電圧が正常な電圧波形でなくなった状態が所定の時間にわたって継続した場合には、モード制御部１０１は、給電停止モードを選択する。これにより、無停電電源装置１から負荷機器７への給電が停止する。また、この所定の時間でバックアップモードを終了することで、バッテリ１８が過放電状態にならず、バッテリ１８が保護される。
【０１１５】
なお、このバックアップモードにおいて所定の時間が経過する前に、検出入力電圧が正常な電圧波形の状態に戻ったら、モード制御部１０１は、バックアップモードに替えて、通常モードを選択する。これにより、検出入力電圧が異常な状態が一時的なものである場合には、その一時的な異常期間を含めて、無停電電源装置１は、一対の出力端子５，６から負荷機器７へ所望の交流電力を供給し続けることができる。
【０１１６】
また、モード制御部１０１は、通常モードで動作しているときには、周期的に検出バッテリ電圧に基づいてバッテリ１８の蓄電状態を判断する。そして、検出バッテリ電圧が所定の最低電圧以下になっていたら、モード制御部１０１は、充放電制御部１０３へ起動制御信号を出力する。これにより、充放電回路１７の充放電用のトランジスタがスイッチング制御され、一対のレール配線１３，１４の間の電圧に基づいて充放電回路１７から出力される充電電圧によってバッテリ１８が充電される。
【０１１７】
以上のように、この実施の形態に係る無停電電源装置１は、入力電圧が正常な状態であるときには、その入力電圧に基づく交流電圧を一対の出力端子５，６から負荷機器７へ供給し、入力電圧が正常な状態でなくなると、バッテリ１８の蓄電電圧に基づく電圧を負荷機器７へ供給する。また、無停電電源装置１は、バッテリ１８の蓄電電圧が低下すると、バッテリ１８を充電する。
【０１１８】
これにより、無停電電源装置１は、入力電圧の正常状態あるいは異常状態にかかわらず、その異常状態である期間を含めて負荷機器７へ交流電力を供給し続けることができる。その結果、たとえば家電製品やコンピュータなどの負荷機器７は、入力電圧の正常状態あるいは異常状態に左右されることなく、継続して安定した動作をすることができる。
【０１１９】
次に、この実施の形態に係る無停電電源装置１に、レーザプリンタを接続した場合の動作について、詳しく説明する。レーザプリンタは、感光体ドラムに形成した静電潜像をトナーで現像し、このトナーを用紙に転写し、トナーが静電気的に付着した用紙をヒータおよびローラで過熱加圧することで、用紙に画像を形成する。そして、このようなレーザプリンタでは、ヒータを所定の温度に維持する必要があり、そのヒータを発熱させる期間において、定格電力の３〜５倍の電力を消費しようとする。なお、近年のヒータは小型化されており、定格電力８００Ｗ程度のレーザプリンタでの１回のヒータの発熱期間は、数十ミリ秒程度である。
【０１２０】
以下の説明では、無停電電源装置１が常時インバータモードで動作しているときに、レーザプリンタのヒータが発熱動作する場合を例として説明する。
【０１２１】
レーザプリンタのヒータが発熱状態になると、レーザプリンタは瞬時にその定格電力の３〜５倍の電力を消費しようとし、その結果として、インバータ回路１９から出力されるインバータ電流も急増する。その結果、少なくとも出力電圧がピークになっている時のインバータ電流の絶対値は、その目標値よりも大きくなる。
【０１２２】
検出インバータ電流の絶対値がその目標値よりも大きくなると、インバータ電流補償演算器１５７は、その超過分に応じた「０」以外の値を演算する。第二瞬時バッファ１６１は、インバータ電流補償演算器１５７の出力値に応じた「０」以外の値を出力する。第三瞬時減算器１５３は、第二瞬時減算器１６２の演算結果から、第二瞬時バッファ１６１の出力値を減算する。これにより、第三瞬時減算器１５３の演算結果は、検出インバータ電流の絶対値がその目標値を超えていない場合よりも小さくなる。
【０１２３】
したがって、たとえば、出力電圧がプラスのピークとなる時あるいはその前後の時には、第二瞬時比較器１５６から第二反転回路４１へ出力されるパルスのパルス幅は、通常時のパルス幅よりも広くなり、第二反転回路４１から第三トランジスタ６１のゲートへ出力されるパルスのパルス幅は、通常時のパルス幅よりも狭くなる。そして、パルス幅が通常時よりも狭くなった分だけ、第三トランジスタ６１のオン期間が短くなり、出力電圧がプラスのピークとなる時あるいはその前後の時においてヒータのような抵抗負荷では第三トランジスタ６１を介して流れるインバータ電流は小さくなる。
【０１２４】
このようにレーザプリンタのヒータのような抵抗負荷では、出力電圧のピーク電圧を低くすることで、インバータ電流を小さくすることができる。つまり、過大なインバータ電流が流れないように制御した結果として、出力電圧は、一時的に垂下することになる。なお、先の例のレーザプリンタでは、一時的に出力電圧の振幅が約半分になっても、正常に動作し続ける。
【０１２５】
また、このように過大なインバータ電流を抑えたとしても、レーザプリンタのヒータが発熱状態であるときにレーザプリンタが消費しようとする電力は、通常時よりも大きく、且つ、このヒータが発熱状態は、電源電圧の１〜数サイクルの期間、つまり数十ミリ秒程度の期間にわたって継続する。そのため、プラスコンデンサ１５の蓄電電圧およびマイナスコンデンサ１６の蓄電電圧は、瞬く間に低下しはじめる。
【０１２６】
プラスコンデンサ１５の蓄電電圧およびマイナスコンデンサ１６の蓄電電圧が低下すると、レクチファイヤ制御部１０２の電圧降下検出器１１８は、これを判定する。セレクタ１１７は、この電圧降下検出器１１８の判定結果に基づいて、固定電流電流指令値レジスタ１１６に記憶されている固定電流指令値を選択し、固定電流指令値を電流電流指令値レジスタ１０２ｂに書き込む。この固定電流指令値は、検出プラスレール電圧と検出マイナスレール電圧との平均値に基づいて電流指令演算器１１４が演算することで得られる、通常時の最大の電流指令値と同じかあるいはそれよりも大きな値である。
【０１２７】
このように電流電流指令値レジスタ１０２ｂに書き込まれる電流指令値が、それまでの電流指令値に関係なく不連続に大きな値へ変更されると、第一瞬時比較器１２７は、それまでのパルス幅の制御とは不連続に、検出入力電圧が正である期間のパルス幅を通常よりも狭め、検出入力電圧が負である期間のパルス幅を通常よりも広げる。そのため、検出入力電圧が正である期間における第二トランジスタ５３のトータルのオン期間は最長となり、レクチファイヤ回路１１は、最大の電力をプラスコンデンサ１５へ供給しはじめる。また、検出入力電圧が負である期間における第一トランジスタ５２のトータルのオン期間は最長となり、レクチファイヤ回路１１は、最大の電力をマイナスコンデンサ１６へ供給しはじめる。
【０１２８】
その結果、プラスコンデンサ１５の蓄電電圧およびマイナスコンデンサ１６の蓄電電圧の低下は抑えられる。ヒータが発熱中であっても、プラスコンデンサ１５の蓄電電圧およびマイナスコンデンサ１６の蓄電電圧は、インバータ回路１９が動作可能な蓄電電圧を維持することができる。
【０１２９】
以上のインバータ制御部１０４による過大なインバータ電流の防止制御と、レクチファイヤ制御部１０２によるプラスコンデンサ１５およびマイナスコンデンサ１６の蓄電電圧の低下抑制制御との協調制御によって、無停電電源装置１は、レーザプリンタのヒータが発熱する数十ミリ秒にわたる期間においても、プラスコンデンサ１５の蓄電電圧およびマイナスコンデンサ１６の蓄電電圧をある電圧以上に維持し、且つ、過剰なインバータ電流が流れない程度の交流電圧を負荷機器７へ供給し続けることができる。
【０１３０】
また、レーザプリンタのヒータの発熱が終了した後には、レクチファイヤ制御部１０２およびインバータ制御部１０４による制御によって、プラスコンデンサ１５の蓄電電圧およびマイナスコンデンサ１６の蓄電電圧は、所望の目標レール電圧に制御され、一対の出力端子５，６から負荷機器７へは、所望の品質の交流電圧が供給される。
【０１３１】
ところで、インバータ制御部１０４は、レーザプリンタのヒータが発熱状態になるタイミングと、モード制御部１０１が切換制御部１０５への切換制御信号を切り換えるタイミングとは、非同期に発生する。したがって、切換制御信号に基づいて切換回路２１が、バイパス開閉器８２とインバータ開閉器８１との開閉状態を切り換えようとするタイミングにおいて、レーザプリンタのヒータが発熱を開始することもありえる。
【０１３２】
しかしながら、この実施の形態に係る無停電電源装置１では、最大切換電流値よりも絶対値が大きなインバータ電流が流れていると、切換減算器１７２は、マイナスの値を出力し、判定器１７３は、ローレベルの信号を出力する。そして、出力制御部１７４は、検出出力電流の絶対値が最大切換電流値以下になるまでは、その出力を切換制御信号に応じたレベルに変換させることがない。出力制御部１７４は、検出出力電流の絶対値が最大切換電流値以下になった後に、その出力を切換制御信号と同じレベルへ変化させる。
【０１３３】
したがって、この実施の形態に係る無停電電源装置１では、レーザプリンタのヒータが発熱し、バイパス開閉器８２やインバータ開閉器８１などを破損してしまう恐れがある大きな電流が流れている状態においては、つまり一時的にインバータ電流の絶対値が所定の電流値を超えているときには、バイパス開閉器８２の開閉状態およびインバータ開閉器８１の開閉状態を切り換えてしまうことはない。
【０１３４】
以上のように、この実施の形態に係る無停電電源装置１は、家電製品、コンピュータなどの負荷機器７に対して、連続して安定した交流電力を供給し続けることができるとともに、レーザプリンタに対して、そのヒータが動作したとしても、連続して交流電力を供給し続けることができる。しかも、この実施の形態に係る無停電電源装置１は、レーザプリンタのヒータが発熱している期間における切換回路２１の切換動作を防止しているので、レーザプリンタを負荷機器７として接続しつつ、無停電電源装置１の故障を防止することができる。
【０１３５】
特に、この実施の形態に係る無停電電源装置１では、インバータ電流の絶対値が所定の電流値を超えている場合には、第二瞬時乗算器１５２の演算結果からそれら電流同士の差分に応じた電流補償値を減算し、その第三瞬時減算器１５３の演算結果に応じたパルス幅のパルスが第三トランジスタ６１および第四トランジスタ６２のゲートに供給される。したがって、１サイクル以上に渡る超過電流が生じても、半サイクル毎に、その超過電流を抑制することができる。
【０１３６】
また、インバータ電流の絶対値と所定の電流値とを比較しているので、インバータ電流の絶対値が同じであれば、出力電圧の正のサイクルにおける電流補償値と、出力電圧の負のサイクルにおける電流補償値とは等しくなる。したがって、それら電流補償値同士が生じることはなく、オフセット電流が流れてしまうこともない。
【０１３７】
この実施の形態に係る無停電電源装置１では、負荷機器７の消費電力がその定格電力を大きく超過してしまい、その結果として直流電圧に急激な電圧低下が発生した場合には、直流電圧の所定の目標電圧に対する差分電圧に応じたパルス幅よりも広いパルス幅のパルスにより、第一トランジスタ５２および第二トランジスタ５３はスイッチング制御される。これにより、直流電圧の急激な電圧低下が抑制される。その結果、レーザプリンタなどのようにヒータの発熱に伴う定格電力の５倍もの超過電流が数サイクルにわたって生じたとしても、安定した電力を供給することができる。
【０１３８】
この実施の形態に係る無停電電源装置１では、切換回路２１に所定の電流値以上の電流が流れている場合には、モード制御部１０１が出力する切換制御信号に応じた切換回路２１の切換動作を禁止するので、超過電流が流れている状態で切換回路２１が切換動作をしない。その結果、この超過電流が流れている状態での切換動作に伴う切換回路２１の破損を防止することができる。
【０１３９】
以上の実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変形、変更が可能である。
【０１４０】
たとえば、上記実施の形態では、レクチファイヤ制御部１０２は、直流電圧に急激な電圧低下が発生した場合には、固定電流指令値を選択しているが、他にもたとえば、検出プラスレール電圧と検出マイナスレール電圧の平均値に基づいて電流指令演算器１１４が生成するパルス幅よりも広いパルス幅であればよい。
【０１４１】
上記実施の形態では、直流電圧の急激な電圧低下を、前回のレール電圧と今回のレール電圧との差分電圧に基づいて判定しているが、他にもたとえば、レール電圧の絶対値が通常ありえないほど低下しているかに基づいて判定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の実施の形態に係る無停電電源装置を示すブロック図である。
【図２】図１中のレクチファイヤ回路およびレクチファイヤ回路を制御するレクチファイヤ制御部などを示す詳細なブロック図である。
【図３】図１中のインバータ回路およびインバータ回路を制御するインバータ制御部などを示す詳細なブロック図である。
【図４】図１中の切換回路および切換回路を制御する切換制御部などを示す詳細なブロック図である。
【符号の説明】
【０１４３】
１  無停電電源装置
１１  レクチファイヤ回路（レクチファイヤ装置の一部）
１９  インバータ回路（インバータ装置の一部）
２１  切換回路
５２  第一トランジスタ（他のトランジスタ）
５３  第二トランジスタ（他のトランジスタ）
６１  第三トランジスタ（トランジスタ）
６２  第四トランジスタ（トランジスタ）
１０１  モード制御部（モード制御手段）
１０２  レクチファイヤ制御部（レクチュファイヤ制御手段、レクチファイヤ装置の一部）
１０４  インバータ制御部（インバータ装置の一部）
１０５  切換制御部（切換制御手段）
１３３  第二瞬時制御部（制御部）
１５２  第二瞬時乗算器（乗算手段）
１５３  第三瞬時減算器（減算手段の一部）
１５５  第二瞬時三角波データ生成器（パルス生成手段の一部）
１５６  第二瞬時比較器（パルス生成手段の一部）
１５７  インバータ電流補償演算器（電流補償値演算手段の一部）
１６１  第二瞬時バッファ（電流補償値演算手段の一部）
１６２  第二瞬時減算器（減算手段の一部）
【図１】
2005143250.tif 000003
【図２】
2005143250.tif 000004
【図３】
2005143250.tif 000005
【図４】
2005143250.tif 000006