JP2000224780A

JP2000224780A - 無停電電源装置

Info

Publication number: JP2000224780A
Application number: JP11026398A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Yui; 正俊油井
Original assignee: Takamisawa Cybernetics Co Ltd
Current assignee: Takamisawa Cybernetics Co Ltd
Priority date: 1999-02-03
Filing date: 1999-02-03
Publication date: 2000-08-11
Anticipated expiration: 2019-02-03
Also published as: JP3854418B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な構成で小型化が可能な無停電電源装置
を提供する。【解決手段】無停電電源装置１０は、ＦＥＴブリッジ
回路１２，コイル１４、ＭＯＳＦＥＴ１６、フライホイ
ールダイオード１８、昇降圧トランス２０、ＭＯＳＦＥ
Ｔ２２、平滑化回路２４、バッテリ２６及び整流ダイオ
ード２８を備えて構成される。充電時にＦＥＴブリッジ
回路１２によって整流された入力電圧は、コイル１４に
よって一旦昇圧され、ＭＯＳＦＥＴ１６のスイッチング
動作により昇降圧トランス２０に入力される。一方、放
電時は、ＭＯＳＦＥＴ１６に含まれる寄生ダイオード分
がフライホイールダイオードとして作用する。上記構成
により、トランスを昇圧用、降圧用に分けることなく、
一つの昇降圧トランス２０を用いるのみで無停電電源装
置１０を実現することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無停電電源装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】無停電電源装置は、通電時に入力電圧
（例えば１００Ｖ商用交流電圧）を降圧してバッテリを
充電しておき、停電時に当該バッテリに充電された充電
電圧を上記入力電圧に昇圧して出力する電源装置であ
り、電源の供給を停止することができない機器に接続し
て用いられる。

【０００３】かかる無停電電源装置の構成を図面を用い
て説明すると、以下の通りである。図５は無停電電源装
置のブロック図、図６は従来の一般的な無停電電源装置
の回路図である。無停電電源装置１００は、図５に示す
ように、ＦＥＴブリッジ回路１０２、スイッチング素子
１０４、降圧トランス１０６、整流ダイオード１０８、
平滑化回路１１０、バッテリ１１２、スイッチング素子
１１６、昇圧トランス１１８、整流ダイオード１２０、
フライホイールダイオード１２２及び平滑化コイル１２
４を備えて構成される。また、図６に示すように、ＦＥ
Ｔブリッジ回路１０２は４つのＭＯＳＦＥＴ１２８，１
３０，１３２，１３４をブリッジ型に接続して構成さ
れ、充電時にはＭＯＳＦＥＴ１２８，１３０，１３２，
１３４の寄生ダイオード分を利用した整流回路として作
用する。また、ＦＥＴブリッジ回路１０２は、放電時に
はインバータとして作用し、低周波インバータ制御回路
１３６を用いてＭＯＳＦＥＴ１２８，１３０，１３２，
１３４それぞれのゲート電圧を制御することで、直流交
流変換を可能とする。スイッチング素子１０４は、ＭＯ
ＳＦＥＴ１４０を備えて構成され、充電制御回路１４２
を用いてＭＯＳＦＥＴ１４０のゲート電圧を制御するこ
とでスイッチング動作を可能とする。平滑化回路１１０
はコイル１４４及びコンデンサ１４６とからなる。ま
た、スイッチング素子１１６は、ＭＯＳＦＥＴ１４８を
備えて構成され、昇圧制御回路１５０を用いてＭＯＳＦ
ＥＴ１４８のゲート電圧を制御することでスイッチング
動作を可能とする。

【０００４】かかる無停電電源装置１００の動作は以下
の通りである。すなわち、通電時に入力された入力電源
（例えば１００Ｖ商用交流電圧）はＦＥＴブリッジ回路
１０２によって整流され、コンデンサ１２６によって平
滑化される。ＦＥＴブリッジ回路１０２から出力され、
平滑化された電源は、スイッチング素子１０４によりピ
ーク電流値を制御され、降圧トランス１０６の２次側に
入力される。入力電圧は、降圧トランス１０６の作用に
よってその巻数比に応じて降圧され、降圧トランス１０
６の２次側から出力される。降圧トランス１０６の１次
側から出力された電圧は、整流ダイオード１０８、平滑
化回路１１０によって、整流、平滑化され、バッテリ１
１２を所定の充電電圧（例えば直流１２Ｖ）に充電す
る。

【０００５】一方、停電時は、バッテリ１１２から出力
された電圧が平滑化回路１１０によって平滑化されると
ともに、スイッチング素子１１６によってピーク値を制
御された電流が昇圧トランス１１８に入力される。バッ
テリ１１２の電圧は、昇圧トランス１１８の作用によっ
てその巻数比に応じて昇圧され、昇圧トランス１１８の
２次側から出力される。昇圧トランス１１８の２次側か
ら出力された電圧は整流ダイオード１２０によって整流
され、平滑化コイル１２４、平滑化コンデンサ１２６、
フライホイールダイオード１２２によって平滑される。
平滑された電圧はＥＦＴブリッジ回路１０２により直流
交流変換され、周波数及び実効値が入力電圧とほぼ等し
い疑似交流として出力される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
にかかる無停電電源装置１００は、入力電圧と充電電圧
間相互の電圧変換を行うべく、降圧トランス１０６と昇
圧トランス１１８との２つのトランスを備えているた
め、装置が複雑化、大型化し、製造コストも大きくなる
という問題点を有する。

【０００７】ここで、単一のトランスを昇降圧用に用い
ることなく、降圧トランス１０６と昇圧トランス１１８
との２つのトランスを備えている理由は以下の通りであ
る。すなわち、トランスの巻線比は昇圧を基準に決めら
れているため、例えば、バッテリ１１２の充電電圧を１
２Ｖ、入力電圧、すなわち停電時に出力する電圧を１４
１Ｖ（１００Ｖ商用交流電圧のピーク値）とすると、昇
圧トランス１１８の巻線比を１：１２とすることが必要
とされる。これに対して、バッテリ１１２をその充電電
圧（１２Ｖ）に充電するためには、充電電圧以上の電圧
（１７Ｖ以上）が必要とされる。従って、巻線比が１：
１２の昇圧トランス１１８を降圧用として用いても、バ
ッテリ１１２の充電に必要な電圧を得ることができず、
バッテリ１１２を十分充電することができない。ここ
で、昇圧時と降圧時とで巻線比を切り替えるトランスを
用いることも考えられるが、装置が複雑化、大型化し、
製造コストも大きくなるという問題点を有することは、
トランスを２つ備える場合と同様である。

【０００８】そこで、本発明は、簡易な構成で小型化が
可能な無停電電源装置を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の無停電電源装置は、入力電圧を降圧してバ
ッテリを充電するとともに、該バッテリに充電された充
電電圧を入力電圧に昇圧して出力する無停電電源装置で
あって、入力電圧を所定電圧に昇圧する昇圧回路と、昇
圧回路により昇圧された所定電圧をバッテリの充電に必
要な電圧に降圧するとともに、バッテリに充電された充
電電圧を入力電圧の形成に必要な電圧に昇圧する昇降圧
トランスとを備えたことを特徴としている。

【００１０】昇圧回路により入力電圧を所定電圧に昇圧
してトランスに入力することで、昇圧を基準に巻線比を
決定したトランスを用いてバッテリの充電に必要な電圧
を得ることができる。従って、トランスを昇圧用、降圧
用に分けることなく、一つの昇降圧トランスを用いるの
みで無停電電源装置を実現することが可能となる。

【００１１】また、本発明の無停電電源装置において
は、昇圧回路は、入力電圧を昇圧する昇圧コイルと、昇
圧コイルから昇降圧トランスに流入する電流を制御する
電流制御回路とを備えたことを特徴としてもよい。

【００１２】昇圧コイルと電流制御回路を用いること
で、昇圧回路を簡易に構成することができる。

【００１３】また、本発明の無停電電源装置において
は、電流制御回路は、ＭＯＳＦＥＴを備えて構成され、
ＭＯＳＦＥＴを用いて電流のスイッチング動作を行うこ
とを特徴としてもよい。

【００１４】ＭＯＳＦＥＴを用いることで、精度の高い
スイッチング動作が可能になる。また、充電時の降圧、
放電時の昇圧の際に、ＭＯＳＦＥＴに含まれる寄生ダイ
オード分をフライホイールダイオードとして利用するこ
とが可能となり、部品点数を削減できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係る無停電電
源装置について、図面を参照して説明する。まず、本実
施形態に係る無停電電源装置の構成について説明する。
図１は本実施形態に係る無停電電源装置のブロック図で
あり、図２は本実施形態にかかる無停電電源装置の回路
図である。

【００１６】本実施形態にかかる無停電電源装置１０
は、入力電圧を降圧してバッテリを充電するとともに、
当該バッテリに充電された充電電圧を上記入力電圧に昇
圧して出力する無停電電源装置であって、図１に示すよ
うに、ＦＥＴブリッジ回路１２，コイル１４、ＭＯＳＦ
ＥＴ１６、フライホイールダイオード１８、昇降圧トラ
ンス２０、ＭＯＳＦＥＴ２２、平滑化回路２４、バッテ
リ２６及び整流ダイオード２８を備えて構成される。以
下、図２に示す回路図をもちいて詳細に説明する。

【００１７】ＦＥＴブリッジ回路１２は、４つのＭＯＳ
ＦＥＴ３０，３２，３４，３６をブリッジ型に接続して
構成される。より詳細には、ＭＯＳＦＥＴ３０のドレイ
ンとＭＯＳＦＥＴ３４のドレイン、ＭＯＳＦＥＴ３０の
ソースとＭＯＳＦＥＴ３２のドレイン、ＭＯＳＦＥＴ３
４のソースとＭＯＳＦＥＴ３６のドレイン、ＭＯＳＦＥ
Ｔ３２のソースとＭＯＳＦＥＴ３６のソースがそれぞれ
接続されており、ＭＯＳＦＥＴ３２のソースとＭＯＳＦ
ＥＴ３６のソースは接地されている。また、ＭＯＳＦＥ
Ｔ３０のソースとＭＯＳＦＥＴ３４のソースとの間に
は、スイッチ３８を介して外部からの電圧入力（１００
Ｖ商用交流電圧）が可能となっており、また、外部への
電圧出力が可能となっている。

【００１８】ブリッジ型に接続されたＭＯＳＦＥＴ３
０，３２，３４，３６は、それぞれ寄生ダイオード分を
有しているため、ＦＥＴブリッジ回路１２は、入力され
た交流電圧を整流する整流回路として作用する。また、
ＭＯＳＦＥＴ３０，３２，３４，３６のゲート電圧は、
低周波インバータ制御回路４０により制御可能となって
おり、ＦＥＴブリッジ回路１２は直流交流変換を行うイ
ンバータとしても作用する。

【００１９】ＦＥＴブリッジ回路１２の後段には、当該
ＦＥＴブリッジ回路１２と並列に接続されたコンデンサ
４２が設けられている。ＦＥＴブリッジ回路１２によっ
て整流された電圧は、コンデンサ４２によって平滑化さ
れる。

【００２０】コンデンサ４２の後段には、昇降圧トラン
ス２０が設けられており、コンデンサ４２の＋側と昇降
圧トランス２０の２次側（ＦＥＴブリッジ回路１２側。
以下同じ）の一端とは、コイル１４を介して接続されて
おり、ＭＯＳＦＥＴ３０のドレインと昇降圧トランス２
０の２次側の他端はフライホイールダイオード１８を介
して接続されている。コイル１４は、充電時にはＦＥＴ
ブリッジ回路１２に入力された入力電圧を昇圧して昇降
圧トランス２０の２次側に入力するための昇圧コイルと
して作用し、放電時には昇降圧トランス２０から出力さ
れる電圧を平滑化する平滑化コイルとして作用する。ま
た、昇降圧トランス２０の巻線比は、入力電圧を１４１
Ｖ（１００Ｖ商用交流電圧のピーク値）、バッテリの充
電電圧を１２Ｖとして、１：１２としてある。

【００２１】昇降圧トランス２０の２次側の上記一端に
は、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ１６が接続さ
れている。ＭＯＳＦＥＴ１６のゲート電圧は、充電制御
回路４４によって制御可能となっている。すなわち、Ｍ
ＯＳＦＥＴ１６と充電制御回路４４とはコイル１４と合
わせて電流制御回路を構成し、ＭＯＳＦＥＴ１６のスイ
ッチング動作により、コイル１４から昇降圧トランス２
０の２次側に供給される電流のピーク値が制御される。
より詳細には、充電制御回路４４は、充電電流検出用に
設けられた抵抗４６の両端にかかる電圧値に基づいて、
上記電流を制御する。また、ＭＯＳＦＥＴ１６は寄生ダ
イオード分を有しており、かかる寄生ダイオード分は、
放電時にフライホイールダイオードとして作用する。

【００２２】昇降圧トランス２０の２次側の上記他端と
接地電位との間には、整流ダイオード２８が接続されて
いる。整流ダイオード２８は、放電時に昇降圧トランス
２０によって昇圧された電圧を整流する。

【００２３】昇降圧トランス２０の１次側（バッテリ２
６側。以下同じ。）の一端は、コンデンサ４８とコイル
５０とからなる平滑化回路２４を介してバッテリ２６
（のプラス端子）に接続されている。また、昇降圧トラ
ンス２０の１次側の他端には、ＭＯＳＦＥＴ２２（のド
レイン）が接続されている。ＭＯＳＦＥＴ２２が有する
寄生ダイオード分は整流ダイオードとして作用し、昇降
圧トランス２０の１次側から出力される電圧は、当該寄
生ダイオード分によって整流され、平滑化回路２４によ
って平滑化された後、バッテリ２６に充電される。ま
た、放電電流検出用の抵抗５２の両端にかかる電圧に基
づき、昇圧制御回路５４によってＭＯＳＦＥＴ２２のデ
ューティ比を変化させることにより、放電時に昇降圧ト
ランス２０の１次側に供給される電流のピーク値を制御
することができる。

【００２４】続いて、本実施形態にかかる無停電電源装
置の動作について説明する。まず、充電時の動作につい
て説明する。図３は、各点における充電時の電圧、電流
波形を示す図である。

【００２５】充電時（通電時）は、ＭＯＳＦＥＴ３０の
ソースとＭＯＳＦＥＴ３４のソースとの間（図２中Ａ）
に図３（１）に示すような１００Ｖ商用交流電圧が印加
される。かかる入力電圧は、ＦＥＴブリッジ回路１２に
よって整流され、コンデンサ４２によって平滑化され
る。従って、図２中のＢの電位は図３（２）に示すよう
になり、また、図２中のＣを流れる電流は、図３（３）
に示すようになる。

【００２６】コンデンサ４２によって平滑化された電圧
は、コイル１４によって昇圧され、昇降圧トランス２０
の２次側に入力される。その際、図３（４）に示すよう
な電圧がＭＯＳＦＥＴ１６のゲートを制御し、図３
（５）に示すような電流波形（図２中Ｅ）がＭＯＳＦＥ
Ｔ１６とコイル１４に流れる。昇降圧トランス２０の２
次側に入力される電圧（図２中Ｆ）、電流（図２中Ｇ）
は、それぞれ図３（６）、図３（７）に示すようにな
る。ここで、無停電電源装置１０においては、入力電圧
をコイル１４によって２１０Ｖ（所定電圧）まで昇圧
し、その後昇降圧トランス２０の２次側に入力してい
る。従って、昇降圧トランス２０の２次側に入力される
電圧（図３（６））は、ピーク値で約２１０Ｖとなって
いる。

【００２７】昇降圧トランス２０の巻線比によって降圧
され１次側から出力された電圧は、ＭＯＳＦＥＴ２２の
寄生ダイオード分によって整流され、平滑化回路２４に
よって平滑化された後、バッテリ２６に充電される。図
３（８）は、平滑化回路２４から出力された後（図２中
Ｈ）の電圧波形であるが、かかる電圧は、充電電圧１２
Ｖのバッテリを充電するために十分な１７Ｖ以上の電圧
となっている。

【００２８】続いて、放電時（停電時）の動作について
説明する。図４は、各点における放電時の電圧、電流波
形を示す図である。まず、図２中Ｈの電圧は、図４
（１）に示すように、バッテリ２６の充電電圧である直
流１２Ｖである。バッテリ２６から出力される電流は、
ＭＯＳＦＥＴ２２により制御され、平滑化回路２４によ
り平滑化されて昇降圧トランス２０の１次側に入力され
る。この際、ＭＯＳＦＥＴ２２のドレインの電位は図４
（２）に示すようになる。ここで、当該ドレインの電位
のピーク値は、充電電圧のほぼ２倍の２４Ｖとなる。

【００２９】バッテリ２６の充電電圧は、昇降圧トラン
ス２０によって昇圧され、昇降圧トランス２０の２次側
から出力される。昇降圧トランス２０の２次側から出力
される電圧、電流はそれぞれ、図４（３）、（４）に示
すような波形となる。ここで、昇降圧トランス２０の巻
線比が１：１２であることから、昇降圧トランス２０の
２次側から出力される電圧のピーク値は、入力電圧であ
る１００Ｖ商用交流電圧の形成に必要な１４１Ｖとな
る。

【００３０】昇降圧トランス２０の２次側から出力され
た電圧は、整流ダイオード２８によって整流され、コイ
ル１４、コンデンサ４２によって平滑化される。その
際、ＭＯＳＦＥＴ１６の寄生ダイオード分は、フライホ
イールダイオードとして作用する。その結果、図２中Ｂ
の電位及びＣの電流は、それぞれ図４（５）、図４
（６）に示すようになる。その後、低周波インバータ制
御回路４０を用いて、ＭＯＳＦＥＴ３０，３２，３４，
３６のゲート電圧を制御することにより、図４（７）の
電圧波形、図４（８）の電流波形に示すような、１００
Ｖ商用交流電圧、電流波形に類似する疑似交流電圧、電
流を出力することが可能となる。

【００３１】続いて、本実施形態にかかる無停電電源装
置の効果について説明する。本実施形態にかかる無停電
電源装置１０は、昇圧コイル１４により１４１Ｖ（ピー
ク値）の入力電圧を２１０Ｖまで一旦昇圧して昇降圧ト
ランス２０に入力する。従って、昇圧を基準に巻線比を
１：１２に決定した昇降圧トランス２０を用いてバッテ
リ２６の充電に必要な電圧である１７Ｖを得ることがで
きる。すなわち、トランスを昇圧用、降圧用に分けるこ
となく、一つの昇降圧トランス２０を用いるのみで無停
電電源装置を実現することが可能となる。その結果、無
停電電源装置１０を簡易な構成で製造することができる
とともに、無停電電源装置１０を小型化することが可能
となる。

【００３２】また、本実施形態にかかる無停電電源装置
１０においては、コイル１４とＭＯＳＦＥＴ１６という
シンプルな素子を用いて入力電圧の昇圧を実現すること
で、無停電電源装置１０の一層の小型化に寄与してい
る。さらに、放電時に平滑化コイルとして用いられるコ
イル１４を昇圧用にも用いることで、部品点数が増加す
ることもない。

【００３３】また、本実施形態にかかる無停電電源装置
１０においては、バッテリ２６の充電のために入力電圧
を一旦昇圧して昇降圧トランス２０に入力するために、
コイル１４とＭＯＳＦＥＴ１６を用いているが、ＭＯＳ
ＦＥＴ１６の寄生ダイオード分を（バッテリ２６からの
放電時による）昇圧時のフライホイールダイオードとし
ても利用している。従って、上記コイル１４を放電時の
平滑用と充電時の昇圧用とに共用することとも相まっ
て、部品点数の増加が生じない。その結果、極めて簡易
な構成の無停電電源装置１０が実現する。また、昇圧時
の電流制御にＭＯＳＦＥＴ１６を用いることで、極めて
高精度な制御が実現する。

【００３４】

【発明の効果】本発明の無停電電源装置は、昇圧回路に
より入力電圧を所定電圧に昇圧してトランスに入力する
ことで、昇圧を基準に巻線比を決定したトランスを用い
てバッテリの充電に必要な電圧を得ることができる。従
って、トランスを昇圧用、降圧用に分けることなく、一
つの昇降圧トランスを用いるのみで無停電電源装置を実
現することが可能となる。その結果、無停電電源装置を
簡易な構成かつ小型にすることが可能となる。

【００３５】また、本発明の無停電電源装置において
は、昇圧コイルと電流制御回路を用いて昇圧回路を構成
することで、昇圧回路の構成を簡易なものとすることが
できる。

【００３６】さらに、本発明の無停電電源装置において
は、ＭＯＳＦＥＴを用いて電流制御回路を構成すること
で、精度の高いスイッチング動作を可能にするととも
に、ＭＯＳＦＥＴに含まれる寄生ダイオード分を整流ダ
イオード及びフライホイールダイオードとして利用する
ことが可能となり、部品点数を削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】無停電電源装置のブロック図である。

【図２】無停電電源装置の回路図である。

【図３】充電時の電圧、電流波形を示す図である。

【図４】放電時の電圧、電流波形を示す図である。

【図５】無停電電源装置のブロック図である。

【図６】無停電電源装置の回路図である。

【符号の説明】

１０…無停電電源装置、１２…ＦＥＴブリッジ回路、１
４…コイル、１６，２２…ＭＯＳＦＥＴ、１８…フライ
ホイールダイオード、２０…昇降圧トランス、２４…平
滑化回路、２６…バッテリ、２８…整流ダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｍ 7/48 Ｈ０２Ｍ 7/48 ＥＦターム(参考） 5G003 AA01 BA01 CA01 CA11 CC02 DA05 GB04 5G015 FA10 GA04 HA03 JA01 JA26 JA35 JA53 JA55 5H007 BB05 CA02 CB05 CC12 DA06 5H030 AS03 BB09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力電圧を降圧してバッテリを充電する
とともに、該バッテリに充電された充電電圧を前記入力
電圧に昇圧して出力する無停電電源装置において、前記入力電圧を所定電圧に昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路により昇圧された前記所定電圧を前記バッ
テリの充電に必要な電圧に降圧するとともに、前記バッ
テリに充電された充電電圧を前記入力電圧の形成に必要
な電圧に昇圧する昇降圧トランスと、を備えたことを特
徴とする無停電電源装置。
【請求項２】前記昇圧回路は、前記入力電圧を昇圧する昇圧コイルと、前記昇圧コイルから前記昇降圧トランスに流入する電流
を制御する電流制御回路とを備えたことを特徴とする請
求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項３】前記電流制御回路は、ＭＯＳＦＥＴを備
えて構成され、該ＭＯＳＦＥＴを用いて前記電流のスイ
ッチング動作を行うことを特徴とする請求項２に記載の
無停電電源装置。