(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電源に並列接続したコンデンサ（１）と、トランス（２）の１次コイル（１２）と第１のスイッチ素子（３）より成る直列回路を前記コンデンサ（１）に並列接続して構成した１次入力回路と、
トランスの２次出力側にダイオード（４）より成る整流回路を設けるとともに、逆電流阻止回路（５）を備えたバッテリー（６）と、ダイオード（９）及びリアクタ（１０）及びコンデンサ（１１）より成る平滑回路と第２のスイッチ素子（８）とから構成した直流チョッパとを前記トランス（２）の２次コイル（１３）に並列接続し、当該トランスの正極性側にあるダイオード（４）のカソード側に前記バッテリーの一端側を接続するとともに、負極性側にあるダイオード（９）のアノード側に前記バッテリーの他端側を接続して構成した２次出力回路と、
前記１次入力回路の第１のスイッチ素子（３）と前記２次出力回路の第２のスイッチ素子（８）の発振周波数を同期させ、一括制御するＰＷＭ制御回路（７，１２）と、
によって構成した無停電電源装置であって、
平常運転時においては、第１と第２のスイッチ素子の発振周波数を同期させてトランスのパルス出力を直接ＰＷＭ制御すると共に、１次入力電源の停電時においては、バッテリーからの直流出力を第１のスイッチ素子に同期した第２のスイッチ素子のパルス導通幅を調整してＰＷＭ制御を継続させ、１次入力電源の有無に係わらず安定した電力供給を行うようにしたことを特徴とするバックアップ回路を備えた無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＡＣ／ＤＣコンバータより成る無停電電源装置のうちで、バッテリーによるバックアップ回路を備えた無停電電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交流入力電源が停電したときのバックアップ電源としてバッテリーを使用するＡＣ／ＤＣコンバータより成る無停電電源装置の回路構成は、図４と図５に示すブロック図の通りである。
【０００３】
図４において、トランス１０２の１次コイル１１６には並列コンデンサ１０１とスイッチ素子１０３が接続してあり、スイッチ素子１０３は制御回路１０４によってオン・オフ制御される。
２次コイル１１７には、整流回路を構成するダイオード１０５と、平滑回路を構成するダイオード１０６、リアクタ１０７およびコンデンサ１０８が接続してあり、さらに、逆電流阻止ダイオード１０９を備えたバッテリー１１０が並列接続してある。
また、スイッチ素子１１１と、ダイオード１１３、リアクタ１１２、コンデンサ１１４より成る平滑回路とによって構成した直流チョッパが２次出力端に設けてある。
交流入力電源が停電したときは、逆電流阻止ダイオード１０９を介してバッテリー１１０から直流電力が供給され、直流チョッパ１１１によって電圧制御された電力を負荷に供給する。
【０００４】
図５は、ＡＣ／ＤＣコンバータにおけるトランスに別巻線を設け、この別巻線にバッテリーを入力電源とするインバータ回路を構成し、交流入力電源の停電時のバックアップ回路とするものである。
即ち、トランス１２３の１次コイル１３９には、並列コンデンサ１２１とスイッチ素子１２４、およびダイオード１２６とトランジスタ１２７より成る逆電流阻止回路１２２が接続してある。
また、別巻線１３８には逆流阻止ダイオード１２８、バッテリー１２９、スイッチ素子１３１が接続してあって、交流入力停電時のバックアップ回路を構成している。
トランス１２３の２次コイル１４０には、整流ダイオード１３２と、スイッチ素子１３３およびダイオード１３５、リアクタ１３６、コンデンサ１３７より成る平滑回路によって構成した直流チョッパが設けてある。
交流入力電源が停電となると、バッテリー１２９の直流電力をスイッチ素子１３１を制御回路１２５と同期した信号によりオン・オフ制御することによってそのエネルギーを２次出力側に供給する。この際、１次コイル１３９にもエネルギーが逆流するので、逆流阻止回路１２２を設けて前記エネルギーの１次回路への注入を遮断する。また、平常運転時においては、１次入力回路に設けてあるスイッチ素子１２４のオン・オフ制御に伴って２次コイル１４０の他に別巻線１３８にもエネルギーが供給されるので、逆電流阻止ダイオード１２８によってバッテリー１２９への逆流を防いでいる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示す回路においては、直流チョッパ１１１の入力電圧はバッテリー１１０の電圧より高くしなければならずスイッチ素子１０３のスイッチングのオン・オフデューティが小さく制約され、効率が良くならない。
また、直流出力回路には２組の平滑回路が重複して設けてあるので、部品点数が増加し、統合効率も低下する。
【０００６】
図５に示す回路においては、ＡＣ／ＤＣコンバータのトランスにバッテリーとバッテリー電源を交流変換するインバータを有する別巻線を設けているので、トランスの大型化および回路構成が複雑になるばかりでなく、２組の逆電流阻止回路を必要とする。
また、図４に示す回路においては、１次回路に無関係にバッテリー以降の回路で独立して出力を供給することが可能であるが、図５の回路においては１次回路及びバッテリー側インバータの構成部品の破損によってシステム・ダウンとなる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
無停電電源装置を構成する２次出力回路に逆電流阻止ダイオードを備えたバッテリーと、スイッチ素子と平滑回路より成る直流チョッパとを並列接続して構成し、１次入力回路に設けてある第１のスイッチ素子と直流チョッパを構成する第２のスイッチ素子との発振周波数を同期させておき、１次入力電源が停電したときには、逆電流阻止ダイオードを介してバッテリーからの直流出力を直流チョッパによってＰＷＭ制御して安定した２次出力を供給できる。
また、１次入力電源が復帰したときも発振回路が同期して作動しているので、直流チョッパのパルス導通幅の調整により出力に影響を与えない。トランスの２次電圧は、バッテリー電圧より若干高く設定する程度でよく、１次入力電源駆動時、バッテリー駆動時共に、ほぼ同じデューティで使用でき、１次入力運転時のデューティは広くでき効率低下を避けられる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
図１はこの発明に係るバックアップ回路を備えた無停電電源装置の回路構成を示すブロック図であり、図２と図３は図１における各構成要素における電圧波形を示す。
【０００９】
図１において、トランス２の１次入力側には並列コンデンサ１と、１次コイル１２に直列接続した第１のスイッチ素子３が設けてある。
トランス２の２次出力側には整流ダイオード４、逆電流阻止ダイオード５を備えたバッテリー６、直流チョッパを構成する第２のスイッチ素子８、およびダイオード９、リアクタ１０、コンデンサ１１より成る平滑回路が設けてある。なお第２のスイッチ素子８および平滑回路から構成される直流チョッパと、逆電流阻止ダイオード５を備えたバッテリー６は、前記トランス２の２次コイルに並列接続され、当該トランスの正極性側にあるダイオード（４）のカソード側に前記バッテリーの一端側が接続され、負極性側にあるダイオード（９）のアノード側に前記バッテリーの他端側が接続されている。
なお、第１のスイッチ素子３と第２のスイッチ素子８の発振周波数は同期するように設定してあり、ＰＷＭ制御回路７と１２によって一括制御される。
【００１０】
次に、図１〜図３を参照しながら、この発明による無停電電源装置の動作特性を説明する。
入力電源が正常の場合においては、第１のスイッチ素子３と第２のスイッチ素子８の発振周期は同期しており、２次出力回路における〔Ａ〕点、〔Ｂ〕点〔Ｃ〕点および〔Ｄ〕点の電圧波形は図２（ａ）〜（ｄ）に示すようになる。
【００１１】
図２（ａ）は、第１のスイッチ素子３のオン・オフに伴って２次コイル１３の出力端〔Ａ〕における電圧波形であり、図２（ｂ）は、整流ダイオード４によって整流された〔Ａ〕点からの電圧波形と、逆電流阻止ダイオード５を介してバッテリー６からの出力電圧ＶDCの〔Ｂ〕点における合成電圧波形を示す。
図２（ｃ）は、第２のスイッチ素子８の出力端〔Ｃ〕における電圧波形を示しており、ton は第２のスイッチ素子８のオン期間を示す。
図２（ｄ）は、２次出力回路の出力端〔Ｄ〕における出力電圧Ｖ０を示しており、次式によって表わせる。
Ｖ０＝（ton ／Ｔ）・Ｖｉｎ
ここに、Ｔはスイッチング周期、Ｖｉｎはトランス２のプラス方向の出力電圧を示す。
【００１２】
次に、入力電源が停電した場合における２次出力電圧は、図３（ａ）〜（ｄ）に示すようになる。
２次コイル１３の出力端〔Ａ〕における電圧はゼロであって図３（ａ）のようになり、〔Ｂ〕点にはバッテリー６からの出力電圧ＶDCが現われる。
図３（ｃ）に示すように、第２のスイッチ素子８のオン期間をton ′で示すように広げると、〔Ｄ〕点における出力電圧Ｖ0 は
Ｖ0 ＝（ton ′／Ｔ）・ＶDC
となる。
入力電源の有無に係わらず２次出力電圧Ｖ0 を一定にするためには、第２のスイッチ素子８のオンの時比率を変更することによって達成できる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明による無停電電源装置では、入力電源が停電してもバッテリーからの直流電力の供給と直流チョッパのＰＷＭ制御により、常に安定した直流電力を供給できる。
また、ＡＣ／ＤＣ運転時においては、直流チョッパに入力されるスイッチング電圧波形の波高値をバッテリー電圧より若干高くにトランスの巻数比を設定できるので、効率の良い適正なデューティで使用できる。
なお、従来技術によるコンバータに設けられている重複した平滑回路や逆電流阻止回路が不要となり、システムダウンとなるトランス１次側回路部品の削減により回路構成が簡単で信頼性に優れた変換効率が高い回路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるバックアップ回路を備えた無停電電源装置の回路構成を示すブロック図。
【図２】波形図。
【図３】波形図。
【図４】従来技術による無停電電源装置の回路構成を示すブロック図。
【図５】従来技術による無停電電源装置の回路構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１，１１  コンデンサ
２        トランス
３，８    スイッチ素子
４，５，９  ダイオード
６        バッテリー
７，１２    ＰＷＭ制御回路
１０      リアクタ
【図１】
0003758910.tif 000002
【図２】
0003758910.tif 000003
【図３】
0003758910.tif 000004
【図４】
0003758910.tif 000005
【図５】
0003758910.tif 000006