JP2012105497A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース、低コストの無停電電源装置を得る。
【解決手段】交流電源１が健全時、第１の電力変換部２により充電される、直列接続された正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４と、この正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４の接続点に正極又は負極の一端が接続されて充電される蓄電部７と、交流電源が健全でない時、蓄電部７から正極側コンデンサ又は負極側コンデンサのどちらか一方に充電する充放電部８とを設け、制御電源９は、充放電部８により電力供給されたコンデンサ又は交流電源１から電力の供給を受けるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、交流電源からの交流電力を負荷に供給すると共に、交流電源の停電時には、蓄電部に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して負荷へ供給する無停電電源装置に関するものである。

従来の無停電電源装置は、交流電源が正常な電圧範囲にあれば、交流電源から負荷に安定した電力を供給し、交流電源の電圧が設定値を下回るような電圧変動を検出したり、電力変換回路の動作電力を保有するコンデンサの電圧が所定値を下回る状況を検出すると交流電源の異常と判定し、蓄電部であるバッテリから電力変換回路を介して負荷へ交流電力を供給するものである。

これらの無停電運転を行なうためには、制御回路用の制御電源が必要になる。この制御電源には、バッテリとダイオードとを直列接続した回路と、交流電源を整流した直流出力回路とを並列接続して構成した直流電源を制御電源とし、バッテリ又は交流電源の内で電圧値のより高い方から電力供給する無停電電源装置の制御電源回路が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

実開平５−１１７５１号公報

上記のように従来の無停電電源装置においては、制御電源へは、バッテリ又は交流電源から電力供給することになる。ＡＣ１００Ｖを出力する無停電電源装置の場合、交流電源が例えばＡＣ８０ＶからＡＣ１２０Ｖの間で通常運転を行う必要があり、制御電源には、ＡＣ８０ＶからＡＣ１２０Ｖの交流電圧を整流した電圧（電圧の波高値で１１３Ｖから１７０Ｖ）が印加される。

交流電源が停電しバックアップ運転を行なっている時は、制御電源はバッテリから電力供給されることになるが、バッテリの電圧は一般にＤＣ２４ＶからＤＣ４８Ｖであり、この電圧が制御電源に印加される。特許文献１では、バッテリ電圧が１７０Ｖを越える例を示しているが、これは負荷電力が３５００Ｗを超えるような大容量の無停電電源装置に相当する。一般的な無停電電源装置としては５００Ｗから１０００Ｗのコンピュータをバックアップする小容量のものが多く使われている。これらの小容量の無停電電源装置用のバッテリとしては、２５０Ｗ程度の負荷を５分から１０分間バックアップするため定格電圧がＤＣ１２Ｖの鉛バッテリを直列接続して使用することが多く、ＤＣ１２Ｖで２５０Ｗのバッテリを２個から４個直列接続し、５００Ｗから１０００Ｗを供給させることから、バッテリの電圧は前述のＤＣ２４ＶからＤＣ４８Ｖが一般的である。

また、バッテリは経年劣化するため、無停電電源装置の使用者は定期的にバッテリを交換する。バッテリ交換時の感電の安全性を考慮すると、バッテリ電圧は低い電圧にする場合が多い。
以上のことから、制御電源としては、バッテリの２４Ｖから交流電源の１７０Ｖまでの広い電圧範囲で所定の性能を得る必要があり、制御電源回路が大型、高コストになる。
バッテリと交流電源の電圧差を小さくするために、バッテリの２４ＶをＤＣ／ＤＣ変換
器を設けて、交流電源の１７０Ｖ程度に昇圧する場合もあるが、別途ＤＣ／ＤＣ変換器のための回路スペースやコストが必要になるという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、交流電源、または電力変換器の動作電力を保有するコンデンサから制御電源へ電力を供給することで、小型、低コストの無停電電源装置を得ることを目的とするものである。

この発明による無停電電源装置は、交流電源に接続され、交流電力を直流電力に変換する第１の電力変換部と、交流電源が健全時、第１の電力変換部により充電される、直列接続された正極側コンデンサ及び負極側コンデンサと、正極側コンデンサ及び負極側コンデンサの直流電力を交流電力に変換する第２の電力変換部と、正極又は負極の一端が正極側コンデンサ及び負極側コンデンサとの接続点に接続され、交流電源が健全時に充電される蓄電部と、交流電源が健全でない時、蓄電部から正極側コンデンサ又は負極側コンデンサのどちらか一方に充電する充放電部と、第１の電力変換部と第２の電力変換部と充放電部とを制御する制御回路用の制御電源とを備え、制御電源は、充放電部により電力供給された側のコンデンサ又は交流電源から電力を供給されるものである。

この発明によれば、交流電源または電力変換器の動作電力を保有するコンデンサから制御電源へ電力を供給することで、小型、低コストの無停電電源装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１における無停電電源装置の全体構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置の第１の電力変換部を示す回路図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置の第２の電力変換部を示す回路図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置の充放電部を示す回路図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置の起動部を示す回路図である。 この発明の実施の形態２における無停電電源装置の全体構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３における無停電電源装置の全体構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態４における無停電電源装置の全体構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態４における無停電電源装置の起動部を示す回路図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１における無停電電源装置を図１〜図５に基づいて説明する。図１は無停電電源装置の全体構成を示すブロック図、図２は第１の電力変換部を示す回路図、図３は第２の電力変換部を示す回路図、図４は充放電部を示す回路図、図５は起動部を示す回路図である。

図１において、無停電電源装置１００は、交流電源１に接続され、交流電圧を直流電圧
に変換する第１の電力変換部２と、この第１の電力変換部２により所定値（例えばＤＣ１７０Ｖ）に充電される正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４と、この正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４に接続され、直流電圧を交流電圧（例えばＡＣ１００Ｖ）に変換し負荷６に電力を供給する第２の電力変換部５と、交流電源１が健全でない異常時に正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４に電力を供給するバッテリなどの蓄電部７と、交流電源１が健全時に負極側コンデンサ４からの電力を蓄電部７に充電し、交流電源１の異常時には蓄電部７の電力を放電し、負極側コンデンサ４に電力供給する充放電部８と、交流電源１の異常時に蓄電部７と第１の電力変換部２を閉接続する入力切換リレー１２と、交流電源１と負荷６を直結させる場合に、閉となるバイパスリレー１３と、負極側コンデンサ４の高電位側と交流電源１の一端２１との接続点に一端２２が接続され、他端２３は交流電源１の他端２０にダイオード１１とリレー１４を介して接続され、又他端２３は負極側コンデンサ４の低電位側にダイオード１０を介して接続された制御電源９と、蓄電部７に接続され、充放電部８に働きかけて負極側コンデンサ４に蓄電部７の電力を供給する起動部１５と、第２の電力変換器５の出力を負荷に出力する出力リレー１６を有している。
制御電源９は、第１の電力変換部２、第２の電力変換部５、充放電部８、およびリレー１２〜１４などを制御するための制御回路（図示省略）を動作させるための電源である。

第１の電力変換部２は、図２に示すように、リアクトル２ａと、ハーフブリッジダイオード２ｂと、ダイオードブリッジ２ｃを構成するダイオード２ｃ１、２ｃ２、２ｃ３、２ｃ４と、このダイオードブリッジ２ｃと並列接続されるトランジスタ２ｄとを有しており、交流電源１が健全時は交流電源１の交流電力をハーフブリッジダイオード２ｂにより直流電力に整流すると共に、リアクトル２ａ、ダイオードブリッジ２ｃ及びトランジスタ２ｄにより昇圧して正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４に電力供給する。交流電源１の異常時には、蓄電部７の直流電力をリアクトル２ａ、ハーフブリッジダイオード２ｂ、スイッチ２ｃにより昇圧して正極側コンデンサ３に電力供給する。

第２の電力変換部５は、図３に示すように、コレクタが正極側電圧線Ｐに接続された第１のトランジスタ５ａと、第１のトランジスタ５ａと逆並列接続されるダイオード５ｂと、コレクタが第１のトランジスタ５ａのエミッタに接続され、エミッタが負極側電圧線Ｎに接続された第２のトランジスタ５ｃと、第２のトランジスタ５ｃと逆並列接続されるダイオード５ｄと、第１のトランジスタ５ａと第２のトランジスタ５ｃとの接続点に接続され、リアクトル５ｅ１及びコンデンサ５ｅ２からなる交流フィルタ５ｅとを有している。

充放電部８は、図４に示すように、コレクタが蓄電部７の正極側に接続された第１のトランジスタ８ａと、第１のトランジスタ８ａと逆並列接続されるダイオード８ｂと、コレクタが第１のトランジスタ８ａのエミッタに接続され、エミッタが負極側電圧線Ｎに接続された第２のトランジスタ８ｃと、第２のトランジスタ８ｃと逆並列接続されるダイオード８ｄと、一端が第１のトランジスタ８ａのエミッタおよび第２のトランジスタ８ｃのコレクタに接続され、他端が共通線に接続されるリアクトル８ｅとを有している。
なお、トランジスタ２ｄ、５ａ、５ｃ、８ａ、８ｃは、自己消弧型半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴ以外にも、ＭＯＳＦＥＴ、ＧＣＴ、ＧＴＯ、トランジスタ等でも、また自己消弧機能がないサイリスタ等でも強制転流動作が可能であればよい。

蓄電部７は、例えば鉛バッテリなど、エネルギーを蓄えることが可能であればよい。
また、リレー１４は制御電源９が動作していないとき、接点が閉となるｂ接点を有する。

起動部１５は、図５に示すように、図５（ａ）と図５（ｂ）の２つの回路構成が考えられ、図５（ａ）は制御回路１５ａのみで構成したもの、図５（ｂ）は制御回路１５ｂとパ
ワートランジスタ１５ｃで構成したものである。
図５（ａ）の制御回路１５ａは、充放電部８のトランジスタ８ａをオンオフ制御する回路である。
図５（ｂ）の制御回路１５ｂは、パワートランジスタ１５ｃをオンオフ制御する回路である。

次に無停電電源装置１００の動作について説明する。
まず、無停電電源装置１００が動作を停止（制御電源９が動作を停止）した状態から、交流電源１を印加すると、制御電源９には、ダイオード１１、リレー１４を介して交流電源１からの電圧（交流電源１がＡＣ１００Ｖとすると電圧波高値１４１Ｖ）が印加され、制御電源９が動作を開始し、制御回路（図示せず）が動作を開始する。制御回路は交流電源１が健全時は、入力切換リレー１２が交流電源１と第１の電力変換部２を閉接続（端子ｂ−ｃ間接続）し、第１の電力変換部２は入力に印加された交流電源１の交流電圧を整流および昇圧し、正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４を所定電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）になるよう電力供給し充電する。

以下、正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４の充電動作を図２に基づき詳細に説明する。
交流電源１の電圧が正の場合、第１の電力変換部２のトランジスタ２ｄをオンして、交流電源１→入力切換リレー１２→リアクトル２ａ→ダイオードブリッジ２ｃのダイオード２ｃ１→トランジスタ２ｄ→ダイオードブリッジ２ｃのダイオード２ｃ４→交流電源１というルートで、リアクトル２ａにエネルギーを貯める。
続いて、トランジスタ２ｄをオフして、リアクトル２ａ→ハーフブリッシダイオード２ｂ→正極側コンデンサ３→交流電源１→入力切換リレー１２→リアクトル２ａというルートで、リアクトル２ａに貯められたエネルギーを正極側コンデンサ３に充電し、共通線に対し正極側電圧線Ｐを形成する。

交流電源１が負の場合、第１の電力変換部２のトランジスタ２ｄをオンして、交流電源１→ダイオードブリッジ２ｃのダイオード２ｃ２→トランジスタ２ｄ→ダイオードブリッジ２ｃのダイオード２ｃ３→リアクトル２ａ→入力切換リレー１２→交流電源１というルートで、リアクトル２ａにエネルギーを貯める。
続いて、トランジスタ２ｄをオフして、リアクトル２ａ→入力切換リレー１２→交流電源１→負極側コンデンサ４→ハーフブリッシダイオード２ｂ→リアクトル２ａというルートで、リアクトル２ａに貯められたエネルギーを負極側コンデンサ４に充電し、共通線に対し負極側電圧線Ｎを形成する。

第２の電力変換部５は、正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４の直流電圧を所定の交流電圧（例えばＡＣ１００Ｖ）に変換する。オンボタン（図示せず）操作などによる出力オン指令により出力リレー１６が閉となり負荷６に交流電力を供給する。

以下、第２の電力変換部５の電力変換動作を図３に基づき詳細に説明する。
第２の電力変換部５の第１のトランジスタ５ａがオンした時、正極側コンデンサ３→第１のトランジスタ５ａ→リアクトル５ｅ１→コンデンサ５ｅ２及び出力リレー１６を介した負荷６→正極側コンデンサ３というルートで負荷６に電力を供給する。
また、第２のトランジスタ５ｃがオンした時、負極側コンデンサ４→コンデンサ５ｅ２及び出力リレー１６を介した負荷６→リアクトル５ｅ１→第２のトランジスタ５ｃ→負極側コンデンサ４というルートで負荷６に電力を供給する。こうして正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４の直流電圧を所定の交流電圧に変換して負荷６に供給する。

充放電部８は、負極側コンデンサ４の電力により蓄電部７を所定電圧（例えばＤＣ２４
Ｖ）に充電する。
以下、充放電部８の動作を図４に基づき詳細に説明する。
充放電部８のトランジスタ８ｃがオンした時、負極側コンデンサ４→リアクトル８ｅ→トランジスタ８ｃ→負極側コンデンサ４と電流が流れ、トランジスタ８ｃがオフした時、その電流が、リアクトル８ｅ→ダイオード８ｂ→蓄電部７→リアクトル８ｅと流れ、蓄電部７を充電する。

以上の動作を以下、通常運転という。この時、制御電源９には、ダイオード１０を介して負極側コンデンサ４の両端電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）が印加される。
もし交流電源１の波高値が１７０Ｖより高い電圧の場合は、制御電源９には、交流電源１、ダイオード１１、リレー１４を介して電圧が印加される。即ち、制御電源９には、通常運転の場合は、負極側コンデンサ４または交流電源１のどちらか大きい電圧の方から電力供給を受けていることになる。

もし、交流電源１が所定の正常範囲（例えばＡＣ８０Ｖから１２０Ｖ）を逸脱した場合、交流電源１が瞬時電圧低下、停電などの異常状態になったと判定し、入力切換リレー１２を、第１の電力変換部２と蓄電部７を閉接続（端子ａ−ｃ間接続）するように切換し、蓄電部７の電力を第１の電力変換器２によりＤＣ／ＤＣ電力変換して正極側コンデンサ３へ供給し、正極側コンデンサ３の両端電圧を所定電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）に維持する。

蓄電部７の電力を第１の電力変換器２により電力変換して正極側コンデンサ３へ供給する場合の動作を図２に基づき詳細に説明する。
第１の電力変換器２のトランジスタ２ｄがオンした時、蓄電部７→入力切換リレー１２→リアクトル２ａ→ダイオード２ｃ１→トランジスタ２ｄ→ダイオード２ｃ４→蓄電部７と電流が流れ、トランジスタ２ｄがオフした時、その電流が、リアクトル２ａ→ダイオード２ｂ１→正極側コンデンサ３→蓄電部７→入力切換リレー１２→リアクトル２ａと流れ、正荷側コンデンサ３へ電力を供給する。

また、蓄電部７の電力を充放電部８により電力変換して負極側コンデンサ４へ供給し、負極側コンデンサ４の両端電圧を所定電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）に維持する。
蓄電部７の電力を充放電部８により電力変換して負極側コンデンサ４へ供給する場合の動作を図４に基づき詳細に説明する。
充放電部８のトランジスタ８ａがオンした時、蓄電部７→トランジスタ８ａ→リアクトル８ｅ→蓄電部７と電流が流れ、トランジスタ８ａがオフした時、その電流が、リアクトル８ｅ→負極側コンデンサ４→ダイオード８ｄ→リアクトル８ｅと流れ、負荷側コンデンサ４へ電力を供給する。
こうして、正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４の保有電力を、第２の電力変換部５により電力変換して負荷６に交流電圧（例えばＡＣ１００Ｖ）を出力する。
以上の動作を以下、バックアップ運転と言う。

バックアップ運転を継続すると、蓄電部７の電圧は徐々に減少し、蓄電部７の電圧が所定値（例えばＤＣ１９Ｖ）に達すると、蓄電部７の蓄積エネルギーが枯渇したとして負荷６への電力供給を停止し、制御電源９による制御回路の動作を停止し、無停電電源装置１００は動作を停止する。
また、バックアップ運転中に、交流電源１が所定の正常範囲（例えばＡＣ８０Ｖから１２０Ｖ）内に戻れば、瞬時電圧低下、停電などの異常状態が回復したと判定し通常運転に戻る。

次に交流電源１が停電している時に、無停電電源装置１００が動作を停止（制御電源９
が動作を停止）した状態から、蓄電部７の電力を使って、動作を開始させる場合を説明する。
起動部１５がオンボタン（図示せず）操作などにより起動指令を受けると、起動部１５の制御回路１５ａが動作し、充放電部８のトランジスタ８ａをオンオフ制御する。こうして蓄電部７の電力が充放電部８を介して負極側コンデンサ４に供給され、負極側コンデンサ４の両端電圧を増加させる。負極側コンデンサ４の両端電圧はダイオード１０を介して制御電源９に印加され、印加電圧が制御電源９の動作可能電圧（例えばＤＣ１００Ｖ）に達すると制御電源９は動作を開始する。

制御電源９が動作を開始すると、制御回路（図示せず）が動作を開始する。制御回路は蓄電部７の電力を充放電部８により負極側コンデンサ４へ供給し、負極側コンデンサ４の両端電圧を所定電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）に維持する。蓄電部７は入力切換リレー１２を介して第１の電力変換部２に接続されており、制御回路は、蓄電部７の電力を第１の電力変換部２により正極側コンデンサ３に供給し、正極側コンデンサ３の両端電圧を所定電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）に維持する。正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４の保有電力は第２の電力変換部５により電力変換され、出力リレー１６が閉となり、負荷６に交流電圧（例えばＡＣ１００Ｖ）を出力する。

この実施の形態１によれば、制御電源９が交流電源１又は負極側コンデンサ４から電力を供給されるようにし、起動部１５により、蓄電部７の電力を充放電部８により負極側コンデンサ４に供給するようにしたので、電圧差を調整するＤＣ／ＤＣ変換回路を用いることなく、省スペース、かつ、低コストの構成で制御電源９を動作させることができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２における無停電電源装置を図６に基づいて説明する。図６はこの発明の実施の形態２における無停電電源装置１０１の全体構成を示すブロック図である。
図６における無停電電源装置１０１は、第１の電力変換部２が、入力切換リレー１９の常閉（制御電源９が動作していない時、閉となる）接点により、交流電源１の一端２０に接続され、正極側コンデンサ３と負極側コンデンサ４の接続点と交流電源１の他端２１との間には抵抗１８と常開（制御電源９が動作していない時、開となる）接点の抵抗短絡リレー１７が並列接続され、制御電源９は負極側コンデンサ４に並列接続されている。入力切換リレー１９の常開（制御電源９が動作していない時、開となる）接点は、蓄電部７と第１の電力変換部２に接続されている。その他の構成は図１の実施の形態１と同じ構成につき、同じまたは相当部分には同じ符号を付して説明を省略する。

次に無停電電源装置１０１の動作について説明する。
まず、無停電電源装置１０１が動作を停止（制御電源９が動作を停止）した状態から、交流電源１を印加すると、交流電源１→入力切換リレー１９→第１の電力変換部２（リアクトル２ａとハーフブリッジダイオード２ｂ）→正極側コンデンサ３→抵抗１８→交流電源１という経路で正極側コンデンサ３が充電され、同時に交流電源１→抵抗１８→負極側コンデンサ４→第１の電力変換部２（リアクトル２ａとハーフブリッジダイオード２ｂ）→入力切換リレー１９→交流電源１という経路で負極側コンデンサ４が充電される。

ここで抵抗１８は、正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４を充電する過大な電流が流れ込むのを抑制する電流制限抵抗である。制御電源９は負極側コンデンサ４に並列接続されているので、負極側コンデンサ４の両端電圧が、制御電源９の動作可能電圧（例えばＤＣ１００Ｖ）に達すると制御電源９は動作を開始する。

制御電源９が動作を開始すると、制御回路（図示せず）が動作を開始する。制御回路は
交流電源１が健全時は、抵抗短絡リレー１７を閉じ、第１の電力変換部２により、正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４に電力供給し、両コンデンサ両端電圧を所定電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）に維持する。
交流電源１の交流電圧を、第１の電力変換部２が整流、昇圧して正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４を充電する動作は実施の形態１と同じである。

正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４の直流電圧を、第２の電力変換部５により所定の交流電圧に変換して、負荷６に交流電力を供給する動作、また交流電源１が電圧低下、停電などにより異常状態になった場合のバックアップ運転の動作は、実施の形態１と同じにつき説明を省略する。

次に交流電源１が停電している時に、無停電電源装置１０１が動作を停止（制御電源９が動作を停止）した状態から、蓄電部７の電力を使って、動作を開始させる場合を説明する。
起動部１５がオンボタン（図示せず）操作などにより起動指令を受けると、起動部１５の制御回路１５ａが動作し、充放電部８のトランジスタ８ａをオンオフ制御する。こうして蓄電部７の電力が充放電部８を介して負極側コンデンサ４に供給され、負極側コンデンサ４の両端電圧を増加させる。負極側コンデンサ４の両端電圧は制御電源９に印加され、印加電圧が制御電源９の動作可能電圧（例えばＤＣ１００Ｖ）に達すると制御電源９は動作を開始する。

制御電源９が動作を開始すると、制御回路（図示せず）が動作を開始する。制御回路は蓄電部７の電力を充放電部８により負極側コンデンサ４へ供給し、負極側コンデンサ４の両端電圧を所定電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）に維持する。制御回路は、蓄電部７と第１の電力変換部２を入力切換リレー１９により閉接続（端子ａ−ｃ間接続）し、蓄電部７の電力を第１の電力変換部２により正極側コンデンサ３に供給し、正極側コンデンサ３の両端電圧を所定電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）に維持する。その他の動作については、実施の形態１と同様なので、説明は省略する。

この実施の形態２によれば、制御電源９は負極側コンデンサ４から電力を供給されるようにし、起動部１５により、蓄電部７の電力を充放電部８により負極側コンデンサ４に供給するようにしたので、電圧差を調整するＤＣ／ＤＣ変換回路を用いることなく、省スペース、低コストの構成で制御電源９を動作させることができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３における無停電電源装置を図７に基づいて説明する。図７はこの発明の実施の形態３における無停電電源装置１０２の全体構成を示すブロック図である。
実施の形態２では、無停電電源装置１０１のＮ相が接地相ではなく、間違ってライブ相側に接続されたとすると、入力切換リレー１９、出力リレー１６、抵抗短絡リレー１７を開にしてもライブ相の電位がバッテリ端子に生じるという問題点がある。

そこで、この実施の形態３の無停電電源装置１０２は、図７に示すように、第１の電力変換部２は、入力切換リレー１９の常閉（制御電源９が動作していない時、閉となる）接点により、交流電源１の一端２０側に接続され、抵抗２４と常開リレー２５の並列体が入力切換リレー１９と直列接続されている。正極側コンデンサ３と負極側コンデンサ４との接続点と、交流電源１の他端２１との間には常閉（制御電源９が動作していない時、閉となる）接点のリレー２６が接続され、制御電源９は負極側コンデンサ４に並列接続されている。入力切換リレー１９の常開（制御電源９が動作していない時、開となる）接点は、蓄電部７と第１の電力変換部２に接続されている。その他の構成は図１の実施の形態１と
同じ構成につき、同じまたは相当部分には同じ符号を付して説明を省略する。

無停電電源装置１０２が動作を停止（制御電源９が動作を停止）した状態から、交流電源１を印加すると、交流電源１→抵抗２４→リレー１９→第１の電力変換部２（リアクトル２ａとハーフブリッジダイオード２ｂ）→正極側コンデンサ３→リレー２６→交流電源１という経路で正極側コンデンサ４が充電され、同時に交流電源１→リレー２６→負極側コンデンサ４→第１の電力変換部２（リアクトル２ａとハーフブリッジダイオード２ｂ）→リレー１９→抵抗２４→交流電源１という経路で負極側コンデンサ４が充電される。

ここで抵抗２４は、正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４を充電する過大な電流が流れ込むのを抑制している。制御電源９は負極側コンデンサ４に並列接続されているので、負極側コンデンサ４の両端電圧が、制御電源９の動作可能電圧（例えばＤＣ１００Ｖ）に達すると制御電源９は動作を開始する。
制御電源９が動作を開始すると、制御回路（図示せず）が動作を開始する。制御回路は交流電源１が健全時は、第１の電力変換部２により正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４に電力供給し、両コンデンサ両端電圧を所定電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）に維持する。
交流電源１の交流電圧を、第１の電力変換部２が整流、昇圧して正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４を充電する動作は実施の形態１と同じである。

正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４の直流電圧を、第２の電力変換部５により所定の交流電圧に変換して、負荷６に交流電力を供給する動作、また交流電源１が電圧低下、停電などにより異常状態になった場合のバックアップ運転の動作は、実施の形態１と同じにつき説明を省略する。

次に、交流電源１が停電している時に、無停電電源装置１０２が動作を停止（制御電源９が動作を停止）した状態から、蓄電部７の電力を使って、動作を開始する場合を説明する。
起動部１５がオンボタン（図示せず）操作などにより起動指令を受けると、起動部１５の制御回路１５ａが動作し、充放電部８のトランジスタ８ａをオンオフ制御する。こうして蓄電部７の電力が充放電部８を介して負極側コンデンサ４に供給され、負極側コンデンサ４の両端電圧を増加させる。負極側コンデンサ４の両端電圧は制御電源９に印加され、印加電圧が制御電源９の動作可能電圧（例えばＤＣ１００Ｖ）に達すると制御電源９は動作を開始する。

制御電源９が動作を開始すると、制御回路（図示せず）が動作を開始する。制御回路は蓄電部７の電力を充放電部８により負極側コンデンサ４へ供給し、負極側コンデンサ４の両端電圧を所定電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）に維持する。制御回路は、蓄電部７と第１の電力変換部２を入力切換リレー１９により閉接続（端子ａ−ｃ間接続）し、蓄電部７の電力を第１の電力変換部２により正極側コンデンサ３に供給し、正極側コンデンサ３の両端電圧を所定電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）に維持する。
交流電源１が健全な状態でバッテリ（蓄電部７）を交換する場合には、リレー１３を閉、リレー２５を開、リレー１９を交流電源１側とは開、リレー２６を開、リレー１６を開にすれば、蓄電部７に交流電源１の電位が生じることはない。その他の動作については、実施の形態１と同様なので、説明は省略する。

この実施の形態３によれば、制御電源９は負極側コンデンサ４から電力を供給されるようにし、起動部１５により、蓄電部７の電力を充放電部８により負極側コンデンサ４に供給するようにしたので、電圧差を調整するＤＣ／ＤＣ変換回路を用いることなく、省スペース、低コストの構成で制御電源９を動作させることができる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４における無停電電源装置を図８に基づいて説明する。図８はこの発明の実施の形態４における無停電電源装置１０３の全体構成を示すブロック図、図９は起動部を示す回路図である。
実施の形態１〜３では、蓄電部７の負極側が共通線Nに接続されて、蓄電部７が正極側
（共通線Nの上側）に設けられ、充放電部８は蓄電部７の電力を負極側コンデンサ４に供
給していた。実施の形態４の発明は、蓄電部７が負極側（共通線Nの下側）に設けられ、
充放電部８は蓄電部７の電力を正極側コンデンサ３に供給するようにしたものである。
即ち、この発明の充放電部８は、正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４のうち、少なくとも蓄電部７の接続側とは極性の異なる側のコンデンサに電力を供給してもよいものである。

図８において、無停電電源装置１０３は、交流電源１に接続され、交流電圧を直流電圧に変換する第１の電力変換部２と、この第１の電力変換部２により所定値（例えばＤＣ１７０Ｖ）に充電される正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４と、この正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４に接続され、直流電圧を交流電圧（例えばＡＣ１００Ｖ）に変換し負荷６に電力を供給する第２の電力変換部５と、交流電源１の異常時に正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４に電力を供給する蓄電部７と、交流電源１が健全時に正極側コンデンサ３からの電力を蓄電部７に充電し、交流電源１の異常時には蓄電部７の電力を放電し、正極側コンデンサ３に電力供給する充放電部８と、交流電源１の異常時に蓄電部７と第１の電力変換部２を閉接続する入力切換リレー１２と、交流電源１と負荷６を直結させる場合に、閉となるバイパスリレー１３と、正極側コンデンサ３の低電位側と交流電源１の一端２１との接続点に一端２２が接続され、他端２３は、交流電源１の他端２０にダイオード１１とリレー１４を介して接続され、又他端２３は正極側コンデンサ３の高電位側にダイオード１０を介して接続された制御電源９と、蓄電部７に接続され、充放電部８に働きかけて正極側コンデンサ３に蓄電部７の電力を供給する起動部２７と、第２の電力変換器５の出力を負荷に出力する出力リレー１６を有している。

なお、第１の電力変換部２、第２の電力変換部５および充放電部８の回路構成は、図２〜図４と同じである。起動部２７の回路構成は図９に示す。
起動部２７は、図９に示すように、図９（ａ）と図９（ｂ）の２つの回路構成が考えられ、図９（ａ）は制御回路２７ａのみで構成したもの、図９（ｂ）は制御回路２７ｂとパワートランジスタ２７ｃで構成したものである。
図９（ａ）の制御回路２７ａは、充放電部８のトランジスタ８ｃをオンオフ制御する回路である。
図９（ｂ）の制御回路２７ｂは、パワートランジスタ２７ｃをオンオフ制御する回路である。
しかし、第１の電力変換部２の動作は、交流電源１が健全時は実施の形態１と同様であるが、交流電源１の異常時には、蓄電部７の直流電力を第１の電力変換部２によりＤＣ／ＤＣ電力変換して負極側コンデンサ４に電力供給する。

また、充放電部８は、第１のトランジスタ８aのコレクタが正極側電圧線Pに接続され、第２のトランジスタ８ｃのエミッタが蓄電部７の負極側に接続され、リアクトル８ｅの他端が共通線に接続される構成となる。
即ち、エミッタが第２のトランジスタ８ｃのコレクタに接続され、コレクタが正極側電圧線に接続された第１のトランジスタ８aと、第１のトランジスタ８aと逆並列接続されるダイオード８ｂと、エミッタが蓄電部７の負極側に接続された第２のトランジスタ８ｃと、第２のトランジスタ８ｃと逆並列接続されるダイオード８ｄと、一端が第１のトランジスタ８ａのエミッタおよび第２のトランジスタ８ｃのコレクタに接続され、他端が共通線に接続されるリアクトル８ｅとを有した構成となる。

次に無停電電源装置１０３の動作について説明する。
まず、無停電電源装置１０３が動作を停止（制御電源９が動作を停止）した状態から、交流電源１を印加すると、制御電源９が動作を開始し、制御回路（図示せず）が動作を開始して通常運転を行なう。この通常運転の動作は実施の形態１と同様である。
この通常運転時、制御電源９には、ダイオード１０を介して正極側コンデンサ３の両端から供給される電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）と、ダイオード１１を介して交流電源１から供給される電圧のうち、高い電圧が印加される。

この通常運転時において、充放電部８は正極側コンデンサ３の電力により蓄電部７を所定電圧（例えばＤＣ２４Ｖ）に充電する。
以下、充放電部８の動作を図４に基づき詳細に説明する。
充放電部８のトランジスタ８ａがオンした時、正極側コンデンサ３→トランジスタ８ａ→リアクトル８ｅ→正極側コンデンサ３と電流が流れ、トランジスタ８ａがオフした時、その電流が、リアクトル８ｅ→蓄電部７→ダイオード８ｄ→リアクトル８ｅと流れ、蓄電部７を充電する。

バックアップ運転時は、蓄電部７の電力を第１の電力変換器２によりＤＣ／ＤＣ電力変換して負極側コンデンサ４へ供給し、負極側コンデンサ４の両端電圧を所定電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）に維持する。
蓄電部７の電力を第１の電力変換器２により電力変換して負極側コンデンサ４へ供給する場合の動作を図２に基づき詳細に説明する。
第１の電力変換器２のトランジスタ２ｄがオンした時、蓄電部７→ダイオード２ｃ２→トランジスタ２ｄ→ダイオード２ｃ３→リアクトル２ａ→入力切換リレー１２→蓄電部７と電流が流れ、トランジスタ２ｄがオフした時、その電流が、リアクトル２ａ→蓄電部７→負極側コンデンサ４→ダイオード２ｂ２→リアクトル２ａと流れ、負荷側コンデンサ４へ電力を供給する。

また、蓄電部７の電力を充放電部８によりＤＣ／ＤＣ電力変換して正極側コンデンサ３へ供給し、正極側コンデンサ３の両端電圧を所定電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）に維持する。
蓄電部７の電力を充放電部８により電力変換して正極側コンデンサ３へ供給する場合の動作を図４に基づき詳細に説明する。
充放電部８のトランジスタ８ｃがオンした時、蓄電部７→リアクトル８ｅ→トランジスタ８ｃ→蓄電部７と電流が流れ、トランジスタ８ｃがオフした時、その電流が、リアクトル８ｅ→ダイオード８ｂ→正極側コンデンサ３→リアクトル８ｅと流れ、正荷側コンデンサ３へ電力を供給する。
そして、正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４の保有電力を、第２の電力変換部５により電力変換して負荷６に交流電圧（例えばＡＣ１００Ｖ）を出力する。

次に交流電源１が停電している時に、無停電電源装置１０３が動作を停止（制御電源９が動作を停止）した状態から、蓄電部７の電力を使って、動作を開始させる場合を説明する。
起動部２７がオンボタン（図示せず）操作などにより起動指令を受けると、起動部１５は蓄電部７の電力を充放電部８により正極側コンデンサ３に供給し、正極側コンデンサ３の両端電圧を増加させる。正極側コンデンサ３の両端電圧はダイオード１０を介して制御電源９に印加され、印加電圧が制御電源９の動作可能電圧（例えばＤＣ１００Ｖ）に達すると制御電源９は動作を開始する。

制御電源９が動作を開始すると、制御回路（図示せず）が動作を開始する。制御回路は蓄電部７の電力を充放電部８により正極側コンデンサ３へ供給し、正極側コンデンサ３の両端電圧を所定電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）に維持する。蓄電部７は入力切換リレー１２を介して第１の電力変換部２に接続されており、制御回路は、蓄電部７の電力を第１の電力変換部２により負極側コンデンサ４に供給し、負極側コンデンサ４の両端電圧を所定電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）に維持する。第２の電力変換部５により、正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４の保有電力を電力変換し、出力リレー１６が閉となり、負荷６に交流電圧（例えばＡＣ１００Ｖ）を出力する。

この実施の形態４によれば、制御電源９が交流電源１又は正極側コンデンサ３から電力を供給されるようにし、起動部２７により、蓄電部７の電力を充放電部８により正極側コンデンサ３に供給するようにしたので、電圧差を調整するＤＣ／ＤＣ変換回路を用いることなく、省スペース、かつ、低コストの構成で制御電源９を動作させることができる。

１：交流電源、 ２：第１の電力変換部、
３：正極側コンデンサ、 ４：負極側コンデンサ、
５：第２の電力変換部、 ６：負荷、
７：蓄電部、 ８：充放電部、
９：制御電源、 １０：ダイオード、
１１：ダイオード、 １２：入力切換リレー、
１３：バイパスリレー、 １４：リレー、
１５：起動部、 １６：出力リレー、
１７：抵抗短絡リレー、 １８：抵抗、
１９：入力切換リレー、 ２４：抵抗、
２５：常閉リレー、 ２６：リレー、
２７：起動部、
１００、１０１、１０２、１０３：無停電電源装置。

Claims (6)

1. 交流電源に接続され、交流電力を直流電力に変換する第１の電力変換部と、
   前記交流電源が健全時、前記第１の電力変換部により充電される、直列接続された正極側コンデンサ及び負極側コンデンサと、
   前記正極側コンデンサ及び負極側コンデンサの直流電力を交流電力に変換する第２の電力変換部と、
   正極又は負極の一端が前記正極側コンデンサ及び負極側コンデンサとの接続点に接続され、前記交流電源が健全時に充電される蓄電部と、
   前記交流電源が健全でない時、前記蓄電部から前記正極側コンデンサ又は負極側コンデンサのどちらか一方に充電する充放電部と、
   前記第１の電力変換部と前記第２の電力変換部と前記充放電部とを制御する制御回路用の制御電源とを備え、
   前記制御電源は、前記充放電部により電力供給された側のコンデンサ又は前記交流電源から電力を供給されることを特徴とする無停電電源装置。
2. 前記充放電部は、前記正極側コンデンサ又は負極側コンデンサの内、少なくとも前記蓄電部の接続側とは極性の異なる側のコンデンサに前記蓄電部の電力を供給するようにした請求項１に記載の無停電電源装置。
3. 前記充放電部は、前記蓄電部の負極側が、直列接続された正極側コンデンサと負極側コンデンサの接続点に接続された場合は前記負極側コンデンサに電力を供給し、前記蓄電部の正極側が、直列接続された正極側コンデンサと負極側コンデンサの接続点に接続された場合は前記正極側コンデンサに電力を供給するようにした請求項２に記載の無停電電源装置。
4. 前記交流電源の一端と前記第１の電力変換部の間に直列接続された第１の入力切換リレーと、前記正極側コンデンサ及び負極側コンデンサの接続点と前記交流電源の他端との間に並列接続された抵抗及び抵抗短絡用リレーとを備え、
   前記第１の入力切換リレーは、前記制御電源が動作していないとき、前記交流電源と前記第１の電力変換部を閉接続することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の無停電電源装置。
5. 前記交流電源の一端と前記第１の電力変換部の間に直列接続された第２の入力切換リレーと、前記第２の入力切換リレーに直列接続された抵抗及び抵抗短絡用リレーの並列体と、前記正極側コンデンサ及び負極側コンデンサの接続点と前記交流電源の他端との間に接続された常閉リレーとを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の無停電電源装置。
6. 前記充放電部を制御する起動部を設け、前記交流電源が健全でなく、前記制御電源が動作していない時、前記起動部により前記充放電部を制御して、前記蓄電部の電力を前記蓄電部の接続側とは極性の異なる側のコンデンサに電力を供給するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の無停電電源装置。

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