(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から入力された交流電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路から出力された電圧を平滑化する平滑用電解コンデンサと、
前記平滑用電解コンデンサの一端に接続されたスイッチング部と、
一端が前記平滑用電解コンデンサの他端に接続され、他端が前記スイッチング部に接続された変圧器と、
前記平滑用電解コンデンサの両端に接続された降圧充電回路と、
前記降圧充電回路に対して並列に接続された昇圧回路と、
前記降圧充電回路と前記昇圧回路とに接続された電気二重層キャパシタと、
前記電気二重層キャパシタと降圧充電回路，昇圧回路との間に介挿された、抵抗素子を有する突入電流対策回路と、を備えた無停電電源装置であって、
前記交流電源からの入力が停止あるいは低下と判断された場合の運転動作時においては、前記電気二重層キャパシタに充電されていたエネルギーは前記昇圧回路により昇圧して前記平滑コンデンサに出力され、
満充電状態の前記電気二重層キャパシタを運転動作時ではない前記無停電電源装置に接続する際には、前記抵抗素子を介して接続することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
前記抵抗素子には、ヒューズが備えられていることを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
【請求項３】
前記突入電流抑制回路は、前記抵抗素子とスイッチ素子との並列接続構造で構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層キャパシタが蓄電素子として設けられた無停電電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源環境が悪く、安定した電源が供給できない環境、もしくは、停電時（または瞬低時）のシステムダウン等により被害を受け易いシステムでは、その被害を回避するための対策として、電源装置に無停電電源装置（ＵＰＳ）を備えたものが知られている。
【０００３】
最近では、無停電電源装置の応用製品として、完全に絶縁された交流（ＡＣ），直流（ＤＣ）の２つの入力電源と、２つのコンバータ（ＡＣ入力用コンバータとＤＣ入力用コンバータ）と、１つの高周波変圧器と、で構成され、高周波変圧器を介してＡＣ，ＤＣの２つの入力電源から２次側負荷へ電源供給を行う、並列コンバータ方式が用いられている。また、並列コンバータ方式の他に昇降圧コンバータ方式があり、該昇降圧コンバータ方式では、昇降圧ユニット（降圧充電回路と昇圧回路）と蓄電素子とが、ＡＣ入力用コンバータに接続され、並列コンバータ方式におけるＤＣ入力用コンバータおよび該ＤＣ入力用コンバータの出力に接続される高周波変圧器の１つの巻線分が省略される。
【０００４】
図２は、一般的な（並列コンバータ方式の）無停電電源装置の一例を示す回路構成図である。図２において、符号１は、交流入力電源（例えば、出力電圧が１００Ｖ〜２４０Ｖ程度の交流入力電源）を示し、該交流入力電源１はＡＣ入力用コンバータ２Ａを介して変圧器Ｔ１の１次巻線Ｎ１に接続され、１次巻線Ｎ１に近接された２次巻線Ｎ２は２次側負荷３に接続される。符号４は蓄電素子（例えば、鉛蓄電池やニッケル水素電池等）を示し、並列に接続されたＤＣ入力用コンバータ２Ｂと充電回路５とを介して、変圧器Ｔ１の３次巻線Ｎ３に接続されている。前記ＤＣ入力用コンバータ２Ｂと充電回路５とには、逆流防止のためにダイオード６ｂ，６ａが接続されている。
【０００５】
交流入力電源１が停止（停電）あるいは低下（例えば、瞬低）と判断されない通常の運転動作時においては、交流入力電力１から入力された電圧が、ＡＣ入力用コンバータ２Ａと変圧器Ｔ１とを介して２次側負荷３に供給され、その供給と同時に変圧器Ｔ１の３次巻線Ｎ３から充電回路５を介して蓄電素子４に充電される。また、前記交流入力電源１からの入力が停止（停電）あるいは低下（例えば、瞬低）と判断された場合の運転動作時においては、この不足した電圧を補完するために、蓄電素子４からエネルギーが出力され、ＤＣ入力用コンバータ２Ｂと変圧器Ｔ１とを介して、２次側負荷３に供給される。
【０００６】
図３は、一般的な無停電電源装置の他例（昇降圧コンバータ式）を示す回路構成図である。また、ここで説明する無停電電源装置は、電気二重層キャパシタが蓄電素子として設けられた無停電電源装置である。なお、図２に示したものと同様なものについては、同一符号等を用いて詳細な説明を適宜省略する。
【０００７】
図３において、符号１は、交流入力電源（例えば、出力電圧が１００Ｖ〜２４０Ｖ程度の交流入力電源）を示し、該交流入力電源１はＡＣ入力用コンバータ２Ａを介して変圧器Ｔ１の１次巻線Ｎ１に接続され、１次巻線Ｎ１に近接された２次巻線Ｎ２は２次側負荷３に接続される。ＡＣ入力用コンバータ２Ａは、整流回路９と平滑用電解コンデンサＣ１と、スイッチング部（例えば、図に示すようにＦＥＴで構成されたスイッチング部）ＳＷと、で構成されている。符号７は、昇圧回路を示し、降圧充電回路８に対して並列にＡＣ入力用コンバータ２Ａの平滑用電解コンデンサＣ１の一端（以下、接続点２Ａａと称する）と平滑用電解コンデンサＣ１の他端（以下、接続点２Ａｂと称する）に接続される。降圧充電器８には、ダイオード６ａのアノードが接続され、昇圧回路７にはダイオード６ｂのカソードが接続されている。ダイオード６ａのカソードとダイオード６ｂのアノードとには電気二重層キャパシタ１０が接続されている。
【０００８】
交流入力電源１が停止（停電）あるいは、低下（例えば、瞬低）と判断されない通常の運転動作時においては、交流入力電源１から入力された交流電圧（例えば１００Ｖ〜２４０Ｖ程度の交流電圧）は、整流回路９によって整流され、その整流後の直流電圧の脈流分は電解コンデンサＣ１によって平滑化され、スイッチング部ＳＷ，変圧器Ｔ１によって所望の電圧に制御されて２次側負荷３へ出力される。それと同時に、降圧充電回路８で電圧（約２５０Ｖの電圧）を降圧（７０〜１６０Ｖ程度まで降圧）して電気二重層キャパシタ１０に充電する。
【０００９】
交流入力電源１が停止（停電）あるいは低下（例えば、瞬低）と判断された場合の運転動作時においては、通常の運転動作時に電気二重層キャパシタ１０に蓄えられたエネルギーは、昇圧回路７で昇圧（２５０Ｖ程度まで昇圧）され、スイッチング部ＳＷ，変圧器Ｔ１で所望の電圧に制御されて２次側負荷３へ出力される。
【００１０】
従来は、図２のように鉛蓄電池やニッケル水素電池等が蓄電素子として利用されていたが、最近では図３のように電気二重層キャパシタが新しい蓄電素子として多く用いられている。電気二重層キャパシタは、短時間高出力機能および繰り返し充放電特性（サイクル特性）に優れる電力貯蔵デバイスであり、応答が速く大電流放電が可能，サイクル寿命が長い，補水等のメンテナンスが不要，主構成材に重金属を使用しないため回収規制なく環境にやさしい，従来コンデンサと比較して静電容量が大きい等，多くのメリットがある。
【特許文献１】特開２００２−１９９６１９号公報（段落［００２１］〜［００２３］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のような電気二重層キャパシタが蓄電素子として設けられた（昇降圧コンバータ方式の）無停電電源装置において、該無停電電源装置（電気二重層キャパシタ１０が接続されていない状態の無停電電源装置）と該電気二重層キャパシタ１０の接続（取付）は、交流入力電源１がオフの状態で行われる。しかしながら、交流入力電源１がオフの状態、且つ電解コンデンサＣ１が空の状態の場合において、満充電状態の電気二重層キャパシタ１０を無停電電源装置に接続（取付）をすると、通常ＡＣ入力用コンバータ２Ａ内に設けられた平滑用電解コンデンサＣ１は静電容量が大きい（例えば、昇圧回路７内に設けられた平滑コンデンサと比べて静電容量が大きい）ため、該接続時に平滑用電解コンデンサＣ１に大きな突入電流が流れ、過熱，焼損する可能性があり危険である。
【００１２】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、蓄電素子として電気二重層キャパシタを備えた無停電電源装置において、電気二重層キャパシタからの突入電流を抑制し、平滑用電解コンデンサが過熱，焼損することを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前記従来の問題に鑑み案出されたもので、請求項１記載の発明は、交流電源から入力された交流電圧を整流する整流回路と、前記整流回路から出力された電圧を平滑化する平滑用電解コンデンサと、前記平滑用電解コンデンサの一端に接続されたスイッチング部と、一端が前記平滑用電解コンデンサの他端に接続され、他端が前記スイッチング部に接続された変圧器と、前記平滑用電解コンデンサの両端に接続された降圧充電回路と、前記降圧充電回路に対して並列に接続された昇圧回路と、前記降圧充電回路と前記昇圧回路とに接続された電気二重層キャパシタと、前記電気二重層キャパシタと降圧充電回路，昇圧回路との間に介挿された、抵抗素子を有する突入電流対策回路と、を備えた無停電電源装置であって、前記交流電源からの入力が停止あるいは低下と判断された場合の運転動作時においては、前記電気二重層キャパシタに充電されていたエネルギーは前記昇圧回路により昇圧して前記平滑コンデンサに出力され、満充電状態の前記電気二重層キャパシタを運転動作時ではない前記無停電電源装置に接続する際には、前記抵抗素子を介して接続することを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記抵抗素子には、温度ヒューズが備えられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記突入電流抑制回路は、前記抵抗素子とスイッチ素子との並列接続構造で構成されたことを特徴とする。
【００１６】
請求項１乃至３記載の発明のような構成によれば、電気二重層キャパシタが蓄電素子として設けられた無停電電源装置において、満充電状態の電気二重層キャパシタを接続しても、抵抗素子で突入電流が抑制され、ＡＣ入力用コンバータに設けられた平滑用電解コンデンサに突入電流が流れることを抑制する。
【００１７】
請求項２記載の発明のような構成によれば、想定以上の突入電流が流れた場合でも、抵抗素子に付属された温度ヒューズが溶断されることにより、突入電流がより確実に遮断される。
【００１８】
請求項３記載の発明のような構成によれば、通常運転時は、突入電流抑制回路において、抵抗素子側でなくスイッチ素子側に充電電流が流れる。また、交流入力電源の入力が低下（瞬低）あるいは停止（停電）した時も、突入電流抑制回路において、抵抗素子側でなくスイッチ素子側に放電電流が流れる。
【発明の効果】
【００１９】
以上の説明で明らかなように、請求項１〜３記載の発明によれば、電気二重層キャパシタから電解コンデンサへの突入電流を抑制することにより、平滑用電解コンデンサを保護（過熱，焼損等が起きないように保護）することができる。
【００２０】
請求項２記載の発明によれば、想定以上の突入電流が流れても電流を遮断することによってより確実に平滑用電解コンデンサを保護することができる。
【００２１】
請求項３記載の発明によれば、電気二重層キャパシタに充電する時はスイッチ素子側に電流を流すことで、充電電流が抵抗素子により損失されることを防止することができる。その結果、効率的に充電することが可能となり、充電時間が短縮され、多重に発生した停電に対しての耐力が強化される。また、停電時や瞬低時も、電気二重層キャパシタからスイッチ素子側に電流を流すことにより、放電電流が抵抗素子により損失されることを防止する。その結果効率的に放電することが可能となり、バックアップ時間の長時間化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下本発明の実施の形態における無停電電源装置の回路図を、実施例に基づいて詳細に説明する。なお、図２，図３と同様なものについては同一符号等を用い、その詳細な説明を適宜省略する。
【００２３】
本実施の形態は、電気二重層キャパシタが蓄電素子として設けられた昇降圧コンバータ方式の無停電電源装置であって、前記電気二重層キャパシタと降圧充電回路，昇圧回路との間に、抵抗素子を備えた突入電流抑制回路を介挿したものである。前記突入電流抑制回路においては、例えば抵抗素子とスイッチ素子との並列接続構造で構成されたもの等が挙げられる。
【００２４】
［実施例］
図１は、本実施の形態における（昇降圧コンバータ方式の）無停電電源装置の一例を示す回路図であり、交流入力電源（例えば、出力電圧が１００〜２４０Ｖ程度の交流入力電源）１は、ＡＣ入力用コンバータ２Ａを介して変圧器Ｔ１の１次巻線Ｎ１に接続され、１次巻線Ｎ１に近接された２次巻線Ｎ２は２次側負荷３に接続される。また、ＡＣ入力用コンバータ２Ａの接続点２Ａａ，接続点２Ａｂには降圧充電回路８が接続され、該降圧充電回路８に対して昇圧回路７が並列に接続されている。また、前記降圧充電回路８にはダイオード６ａのアノードが接続され、前記昇圧回路７にはダイオード６ｂのカソードが接続されている。前記ダイオード６ａのカソードと前記ダイオード６ｂのアノードには、電気二重層キャパシタ１０が接続されている。さらに、前記ＡＣ入力用コンバータ２Ａは、整流回路９と、平滑用電解コンデンサＣ１と、スイッチング部ＳＷと、で構成される。
【００２５】
交流入力電源１からの交流電圧は、前記整流回路９によって整流され、該整流回路９より出力された電圧は平滑用電解コンデンサＣ１に蓄えられる。該平滑用電解コンデンサＣ１に蓄えられたエネルギーは、スイッチング部（例えば、図中に示すようにＦＥＴで構成されたスイッチング部）ＳＷによってスイッチング制御（例えば、ＰＷＭ制御）され、例えば、フォワードコンバータ方式のスイッチング電源では、スイッチング部ＳＷがオン制御のとき、前記１次巻線Ｎ１に印加された電力は、前記変圧器Ｔ１によって変圧され、該変圧器Ｔ１の２次巻線Ｎ２から２次側負荷３に出力される。
【００２６】
前記降圧充電回路８は、一端がＡＣ入力用コンバータ２Ａの接続点２Ａｂに接続されたスイッチング素子Ｔｒ１と、該スイッチング素子Ｔｒ１の他端に接続された変圧器Ｔ２と、変圧器Ｔ２の２次側巻線Ｎ５に接続されたダイオード６ｃと、該ダイオード６ｃのカソードに接続された平滑コンデンサＣ２と、で構成されている。
【００２７】
交流入力電源１から電気二重層キャパシタ１０に充電されるエネルギーは、整流回路９によって整流され、整流された電圧に含まれる脈流波形が平滑用電解コンデンサＣ１を介して平滑化され、前記降圧充電回路８に入力される。前記平滑用電解コンデンサＣ１に蓄えられたエネルギーは、該降圧充電回路８において、スイッチング素子Ｔｒ１によって高周波でスイッチング制御され、例えば、フォワードコンバータ方式のスイッチング電源では、スイッチング素子Ｔｒ１がオン制御の時のみ変圧器Ｔ２に接続されたダイオード６ｃに電流が印加される。スイッチング素子Ｔｒ１および変圧器Ｔ２を介することによって降圧されたのちに、整流回路（例えば、図に示すようにダイオード６ｃと平滑コンデンサＣ２とで構成された半波整流回路）により直流電圧に変換されている。
【００２８】
前記昇圧回路７は、ダイオード６ｂのカソード側に接続されたコイルＬと、コイルＬの出力側に接続されたダイオード６ｄと、ダイオード６ｄのカソード側に接続された平滑コンデンサＣ３と、コイルＬとダイオード６ｄとの間に介挿されたスイッチング素子（例えば、図中に示すようにＦＥＴ等）Ｔｒ２と、で構成されている。
【００２９】
この昇圧回路７に印加された直流電圧を、スイッチング素子Ｔｒ２が高周波でスイッチング制御することにより、スイッチング素子Ｔｒ２がオンの時に、コイルＬにエネルギーが蓄えられ、スイッチング素子Ｔｒ２がオフの時に、スイッチング素子がオンの時にコイルＬに蓄えられたエネルギーがダイオード６ｄ側へ出力されることにより、昇圧される。出力された交流電力は、ダイオード６ｄによって整流され、平滑コンデンサＣ３によって平滑化される。
【００３０】
前記降圧充電回路８（コンデンサＣ２）にはダイオード６ａのアノードが接続され、前記昇圧回路７（コイルＬ）にはダイオード６ｂのカソードが接続されている。前記ダイオード６ａのカソードと前記ダイオード６ｂのアノードには、電気二重層キャパシタ１０が接続されている。
【００３１】
本実施例では、前記のように構成された（昇降圧コンバータ方式の）無停電電源装置において、降圧充電回路８，昇圧回路７と電気二重層キャパシタとの間（ダイオード６ａ，６ｂを介して電気二重層キャパシタとの間）に、突入電流抑制回路１３が介挿される。前記突入電流抑制回路には、抵抗素子１１と、該抵抗素子１１に対して並列に接続されたスイッチ素子１２と、で構成されたものが適用される。
【００３２】
前記抵抗素子１１においては、例えば温度ヒューズを備えた抵抗素子１１が適用される。抵抗素子１１に温度ヒューズを備えたことによって、電気二重層キャパシタから想定以上の電流（抵抗素子１１で抑制しても平滑用電解コンデンサＣ１を保護できない程大きい電流）が抵抗素子１１に印加されても、その時に生じる発生熱によって温度ヒューズが溶断され、突入電流が遮断される。なお、前記温度ヒューズは、平滑用電解コンデンサＣ１の容量や抵抗素子１１の大きさ等に応じて、所定の温度で溶断されるものを適用する必要がある。
【００３３】
前記スイッチ素子１２においては、例えばトライアックが適用される。このトライアックを適用した場合、電気二重層キャパシタ１０に充電する時はトライアック側に電流を流すことで、充電電流が抵抗素子１１により損失されることを防止することができる。その結果、効率的に充電することが可能となり、充電時間が短縮され、多重に発生した停電に対しての耐力が強化される。また、停電時や瞬低時も、電気二重層キャパシタ１０からトライアック側に電流を流すことにより、放電電流が抵抗素子１１により損失されることを防止する。その結果効率的に放電することが可能となり、バックアップ時間の長時間化が可能となる。
【００３４】
本実施例における無停電電源装置において、交流入力電源が停止（停電）あるいは低下（例えば、瞬低）と判断されない通常の運転動作時においては、交流入力電源１から入力された交流電圧は、ＡＣ入力用コンバータ２Ａと変圧器Ｔ１とによって所望の電圧に制御されて２次側負荷３に出力される。これと同時に、交流入力電源１からＡＣ入力用コンバータ２Ａに入力された交流電圧は、整流回路９および電解コンデンサＣ１を介して直流電圧に変換され、降圧充電回路８に流れる。該降圧充電回路８を介することにより電圧（２５０Ｖ程度の電圧）が降圧（７０〜１６０Ｖ程度まで降圧）され、その後、ダイオード６ａを介して、突入電流抑制回路１３のスイッチ素子１２側を流れて電気二重層キャパシタ１０に充電される。
【００３５】
交流入力電源が停止（停電）あるいは低下（例えば、瞬低）と判断された場合の運転動作時においては、電気二重層キャパシタ１０に充電されたエネルギー（７０〜１６０Ｖ程度のエネルギー）は、突入電流抑制回路１３のスイッチ素子１２側を流れ、昇圧回路８によって昇圧（２５０Ｖ程度まで昇圧）され、ＡＣ入力用コンバータ２Ａ（スイッチング部ＳＷ）と変圧器Ｔ１とによって所望の電圧に制御されて、２次側負荷３に出力される。この時（通常の運転動作時に停電あるいは瞬低が起こった時）、平滑用電解コンデンサＣ１は、充電状態にあるため、抵抗素子１１で突入電流を抑制する必要はない。
【００３６】
また、満充電状態の電気二重層キャパシタ１０を無停電電源装置（電気二重層キャパシタ１０が取付けられていない状態の無停電電源装置）に接続（取付）する時は、スイッチ素子１２をオフ状態にし、電気二重層キャパシタに充電されていた電流を突入電流抑制回路１３の抵抗素子１１側に流す。該抵抗素子１１側に電流を流すことにより、突入電流が流れても、その電流は抵抗素子１１によって電流が抑制されるため、ＡＣ入力用コンバータ２Ａ内に設けられた平滑用電解コンデンサＣ１に突入電流が流れることはなく、平滑用電解コンデンサＣ１が過熱や焼損することを防止することができる。
【００３７】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【００３８】
例えば、本実施例では、特定の無停電電源回路について説明したが、電気二重層キャパシタが蓄電素子として設けられた昇降圧コンバータ式の無停電電源装置であれば、昇圧回路や降圧充電回路，整流回路等は種々の構成のものを適用したり、適宜省略しても、実施例と同様の効果を得られることができる。また、本実施例では、抵抗素子に温度ヒューズが備えられた抵抗を適用したが、替わりに電力ヒューズが備えられた抵抗でも良く、あるいはヒューズを備えていない抵抗であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例による無停電電源装置の回路図。
【図２】従来の並列コンバータ方式の無停電電源装置の回路構成図。
【図３】従来の昇降圧コンバータ方式の無停電電源装置の回路構成図。
【符号の説明】
【００４０】
２Ａ…ＡＣ入力用コンバータ
７…昇圧回路
８…降圧充電回路
９…整流回路
１０…電気二重層キャパシタ
１１…抵抗素子
１２…スイッチ素子
１３…突入電流抑制回路
Ｃ１…平滑用電解コンデンサ
Ｃ２，Ｃ３…平滑コンデンサ
ＳＷ…スイッチング部
Ｔ１，Ｔ２…変圧器
【図１】
0005262074.tif 000002
【図２】
0005262074.tif 000003
【図３】
0005262074.tif 000004