JPH0223041A

JPH0223041A - 無停電電源装置

Info

Publication number: JPH0223041A
Application number: JP17290288A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Takeya; 竹谷　博行
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-07-12
Filing date: 1988-07-12
Publication date: 1990-01-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は構内交換機等に使用されている無停電電源装置
の改良に関する。

（従来の技術）構内交換機等のように商用電源の停電時にも動作するこ
とが要求される装置においては、そのシステム電源装置
内に蓄電池を持ち、通常は商用電源より所要の直流を生
成してシステム内に供給するとともに、この生成直流電
圧により蓄電池を充電し、商用電源の停電時にはその蓄
電池から電力を供するようにして無停電化を図るように
している。

第３図は構内交換機（以下、ＰＢＸと称する）における
従来の無停電電源装置の構成を示す回路であり、図中、
ＣＩＩＧは充電器で商用電源ＡＣよりシステム所要の直
流電圧を生成する回路であり、ここではＰＢＸが対象で
あるので−５４，６Ｖを生成する。Ｓｗはこの°充電器
ＣＨＧの商用電源入力スイッチである。また、ＢＡＴは
蓄電池で、この充電器ＣＯＧの出力側の端子間にリレー
ＲＬＩの常開接点ＲＬｌａを介して接続されている。Ｒ
１，Ｒ２は直列接続された抵抗であり、前記充電器ＣＯ
Ｇの出力側端子間に接続され端子間電圧Ｖｏｕｔ　−Ｇ
ＮＤを分圧している。ＲＬＩはリレー（励磁コイル側）
、ＴＲはＰＮＰ型のトランジスタであり、トランジスタ
ＴＲはそのベース側を前記抵抗１？１．　Ｒ２による分
圧点にまた、エミッタ側を充電器ＣＨＧのグランド側Ｇ
ＮＤ端子に、そして、コレクタ側をリレーＲＬＩを介し
て充電器ＣＨＧの−５４，８Ｖ側Ｖ　ｏｕｔ端子に接続
する。Ｖ　ｏｕｔとＧＮＤ側の端子はシステム側に接続
され、システムに電源を供給することになる。尚、蓄電
池ＢＡＴはここでは鉛蓄電池を２４個直列接続して一４
８Ｖの直流が得られるようにしであるケースを例にする
。

このような構成において、先ず第３図の商用電源スィッ
チＳＷをオンとすることにより充電器ＣＩＩＧに商用電
源ＡＣを印加すると、充電器ＣＩＩＧは蓄電池浮動充電
電圧である−５４．８　Ｖの直流を生成する。この直流
出力は出力端子側に出力され、システムに供給される（
第４図の時刻ＴＩ）。一方、この出力端子側聞電圧は抵
抗Ｒ１，Ｒ２により分圧されトランジスタＴＲのベース
電位として与えられており、充電器ＣＩＩＧの出力端子
電圧Ｖ　ｏｕｔが蓄電池ＢＡＴの放電限界電圧−４４Ｖ
以上でトランジスタＴＲが動作するように設定しである
ので、充電器ＣＩＩＧの出力端子電圧Ｖ　ｏｕｔが当該
放電限界電圧−４４Ｖ以上になると、トランジスタＴＲ
が動作し、リレー！？Ｌ１が付勢される。すなわち、５
５４図の場合はＶｏｕｔが一４４Ｖ以上になる時刻にリ
レー１？ＬＬは付勢される。その結果、リレーＲＬＩの
常開接点ＲＬＬａは閉成しく（時刻Ｔ２）時刻１２時と
なるのは動作の遅れ時間の影響である）、該常閉接点Ｒ
Ｌｌａを通して充電器ＣＩＩＧの出力が印加され、蓄電
池ＢＡＴは充電されることになる。

ここで、商用’Ｑ［ＡＣが第４図の時刻Ｔ３の時点で停
電したとする。すると、充電器ＣＩＩＧ自身の出力はＯ
ｖとなるが、蓄電池ＢＡＴの出力電圧−４８Ｖが接点Ｒ
Ｌｌａを通して出力端子側に供給され、システムには変
りなく電源が供給される。また、このとき、Ｖ　ｏｕｔ
は放電限界電圧−４４Ｖ以上であることから、トランジ
スタＴＲは動作を継続し、従って、リレーＲＬＩ　も付
勢されたままとなる。

従って、接点ＲＬｌａは閉成状態を維持されるので、リ
レーＲＬＩは以後も付勢されたままとなる。

そして、これにより蓄電池ＢＡＴの出力は接点ｔ？Ｌ１
ａを介してシステムに供給され続けることになる。

しかし、蓄電池ＢＡＴの放電が進み、やがて第４図のＴ
４の時点で蓄電池ＢＡＴの出力電圧が放電限界電圧−４
４Ｖを割るとトランジスタＴＲがオフとなり、これによ
ってリレーＲＬＩは消勢されるので、その接点ＲＬ１ａ
はオフとなり、蓄電池ＢＡＴは出力端子より切離されて
蓄電池ＢＡＴの過放電が防止される。

ところで、充電器ＣＨＧの出力電流と重力電圧の関係は
第５図に示すように、垂下特性となっている。尚、ここ
ではこの充電器ＣＨＧの最大出力電流がＬＯＡの例を示
している。

従って、この充電器ＣＩ（Ｇに蓄電池ＢＡＴを接続した
場合、もしこの蓄電池ＤＡＴが十分に充電されていれば
電池電圧は浮動充電電圧である−５４．６Ｖ（第５図の
Ａ点）となる。しかし、蓄電池ＢＡＴがある程度放電し
ている場合には充電器ＣＨＧから１０Ａの電流を流して
も蓄電池ＢＡＴの電池電圧は浮動充電電圧である−５４
．８　Ｖまで上がらないため、第５図のＢ点、０点のよ
うに浮動充電電圧を下回ることになり、甚だしい場合は
放電限界電圧である一４４Ｖを割ってしまう場合がある
。そして、蓄電池がある程度放電していて充電器を接続
しても、第５図のＢ点までしか上がらないような場合に
は、商用電源ＡＣ入力に対する直流出力電圧Ｖｏｕｔは
第６図のＶｏｕｔＢのようになる。

すなわち、第６図のＴ１時点で商用電源ＡＣの入力を充
電器ＣＨＧに印加すると、その時は直流出力電圧ｖ　ｏ
ｕｔは−５４，６Ｖになるが、これによって、トランジ
スタＴＲが動作し、リレーＲＬＩが付勢されると第６図
の１２時点で接点ＲＬｌａが閉成し、出力端子に蓄電池
ＢＡＴが接続されるので、その電池電圧までｖｏｕｔは
下がることになる。その後、蓄電池ＤＡＴの充電が進む
と、出力端子の電圧ＶＯｕｔは上昇し、最終的には浮動
充電電圧である−５４．６　Ｖで一定になる。

一方、蓄電池１３ＡＴが過放電している場合は電池電圧
は放電限界電圧−４４Ｖ以下であり、この場合、商用電
源ＡＣに対する直流出力電圧Ｖ　ｏｕｔは第６図のＶｏ
ｕｔＣのような変化となる。すなわち、第６図のＴ１時
点で商用電源ＡＣを充電器Ｃ）ＩＣに印加すると、充電
器ＣＩＩＧの直流出力電圧ｖ　ｏｕｔは−５４，８Ｖに
なるが、これによって、トランジスタＴＲが動作し、リ
レーＲＬＩが付勢されるので、第６図の１２時点で接点
ＲＬｌａが閉成し、出力端子に蓄電池ＢＡＴが接続され
、その電池電圧（０点の電圧）までＶｏｕｔは下がるこ
とになる。この０点の電圧は上記Ｂ点での電圧と異なり
、放電限界電圧−４４Ｖ以下であることから、トランジ
スタＴＲはオフとなり、リレーＲＬＩは消勢されて接点
ＲＬ１ａは開路する。ところが、これにより蓄電池ＤＡ
Ｔが切離されると充電器ＣＩＩＧからの出力である−５
４．８　Ｖに回復するため、再びトランジスタＴＪ？が
動作し、リレー　ＲＬＩが付勢されて第６図の接点ＲＬ
ｌａが閉成し、出力端子に蓄電池ＢＡＴが接続され、そ
の電池電圧までＶ　ｏｕｔは下がる。この電圧は放電限
界電圧−４４Ｖ以下であることから、トランジスタＴＲ
はオフとなり、リレーＲＬＬは消勢されて接点１？Ｌｌ
ａは開路する。そして、これにより蓄電池ＢＡＴが切離
されて充電器ＣＩＩＧからの出力である−５４．８　Ｖ
に回復する。そして、再びＴＲがオフし、蓄電池の電圧
に変わり、ＴＲがオフして、充電器の出力に変ると云っ
た動作をΔＴの周期で繰返すことなる。そして、その後
、蓄電池ＤＡＴの充電が進んで過放電電圧を越えると、
このようなリレーＲＬＩのオン／オフ繰返しの動作がな
くなり、接点ＲＬｌａは閉成され続けて、蓄電池ＤＡＴ
の充電の進行とともに出力端子の電圧ｖ　ｏｕｔは上昇
し、最終的には浮動充電電圧である−５４．８　Ｖで一
定になる。

（発明が解決しようとする課題）このように、ＰＢＸに使用される無停電電源装置は商用
電源より所定電圧の直流出力を生成し、これをシステム
に供給するとともに、リレーを介して蓄電池に接続して
蓄電池を充電し、また、リレーは無停電電源装置の出力
端子間電圧を監視して所定の放電限界電圧以上ではオン
制御し、放電限界電圧以下ではオフ制御する制御手段に
よりオン／オフして商用電源による生成電圧出力があり
、蓄電池の電池電圧が十分あるときは蓄電池を無停電電
源装置の出力端子に接続し、商用電源による生成電圧出
力が低下したり、停電したりした際に蓄電池の電池電圧
をシステムに供給してＰＢＸが正常に動作を続行するよ
うにしている。しかし、停電時に蓄電池が消耗して電池
電圧が放電限界電圧より低くなると蓄電池に悪影響があ
るので、蓄電池を保護するために電池電圧が放電限界電
圧より低くなるとリレーをオフし、蓄電池を切離すよう
にしている。

ところが、電池電圧の監視は無停電電源出力端子間の電
圧で行っており、また、この監視結果によるリレーのオ
ン／オフ制御動作には若干の動作遅れを伴うため、蓄電
池の充電が少なく電池電圧が放電限界電圧より低い場合
は、その蓄電池を装着後の商用電源投入当初において、
オフ状態にあるリレーにより蓄電池が切離されており、
従って、商用電源からの生成電圧を検出してリレーがオ
ンとなり、蓄電池に充電が始まるので無停電電源出力端
子間の電圧はこの充電により放電限界電圧より低くなり
、従って、リレーがオフとなり、これにより再び商用電
源からの生成電圧を検出してリレーがオンとなり、蓄電
池に充電が始まって無停電電源出力端子間の電圧はこの
充電により放電限界電圧より低くなり、従って、リレー
がオフとなり、これにより再び商用電源からの生成電圧
を検出してリレーがオンとなり・・・　と云った具合に
所定周期でリレーがオン／オフを繰返すことになる。従
って、リレーの寿命を縮めると云った１問題があり、ま
た、このようなパルス状の不安定な電圧を供給されるシ
ステム側も、電圧が安定するまで動作が不安定となり、
異常動作や故障の原因にもなる。

そこで、この発明の目的とするところは、放電した蓄電
池を使用した場合でも、蓄電池の接続制御用のリレーの
短い周期での長時間に亙る断続動作を防止してリレーの
保護を図り、また、パルス的な電圧出力が出ないように
してシステムに供給する電圧の安定化を図ることが出来
るようにした無停電電源装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明は次のように構成する
。すなわち、商用電源より所定電圧の直流出力を生成し
てシステムに供給するとともに、スイッチ手段を介して
蓄電池に接続して蓄電池の充電と電池出力のシステム側
への供給を可能し、また、システム供給電圧を監視して
所定の放電限界電圧以上では前記蓄電池を接続し、放電
限界電圧以下では切離すよう前記スイッチ手段を制御す
る制御手段にて前記蓄電池の充放電を制御するようにし
た無停電電源装置において、前記商用電源入力時に動作
して前記スイッチ手段を制御しｔ強制的に該直流出力を
前記蓄電池に接続する強制保持手段を設けて構成する。

（作用）このような構成において、商用電源よりシステム内所要
の直流出力を生成して供給するが、生成電圧出力が低下
したり、停電したりした際には蓄電池の電池電圧をシス
テムに供給してシステムの動作を保証する。そのため、
システム供給電圧を監視し、これが所定の放電限界電圧
以上では前記スイッチ手段を閉路させ、前記生成電圧出
力により蓄電池の充電と、システム供給ラインへの電池
出力印加態勢を保ち、蓄電池が過放電とならない範囲で
停電に対するバックアップをするが、本装置では商用電
源の印加時に強制保持手段により前記スイッチ手段を強
制的に閉路状態に保ち、充電／放電可能状態とする。従
って、蓄電池が放電限界電圧より低くなっていてもスイ
ッチ手段は継続的に閉路となり、システムに供給する電
圧も細かい変動がなくなる。商用電源が停電になると前
記スイッチ手段の強制的な閉路制御は解除され、前記蓄
電池の電池電圧による前記スイッチ手段の制御とシステ
ム電源供給に移る。蓄電池が消耗して過放電状態になる
と蓄電池に悪影響があるので蓄電池を保護すべく、制御
手段は電池電圧が放電限界電圧より低くなるとスイッチ
手段を開路し、蓄電池を切離す。このように、商用電源
が印加されている間は強制的に蓄電池を接続して充電状
態にし、停電になるとこれを解除して蓄電池の電池電圧
監視による過放電保護機能が稼働するようにしたので、
過放電した蓄電池を使用した場合でも、安定な充電動作
と出力電圧の安定化が図れ、スイッチ手段としてリレー
を用いた場合でもこのリレーの短い周期での長時間に亙
る断続動作を防止してリレーの保護を図り、また、パル
ス的な電圧出力が出ないようにしてシステムに供給する
電圧の安定化を図ることが出来るようにした無停電電源
装置を提供できる。

（実施例）以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。第１図は本装置の構成を回路図であり、図中ＣＩＩ
Ｇは充電器で商用電源ＡＣよりシステム所要の直流電源
を生成する回路であり、ここではＰＢＸが対象であるの
で−５４，６Ｖを生成する。

ＳＷはこの充電器ＣＩＩＧの商用電源入力スイッチであ
る。また、ＢＡＴは蓄電池で、この充電器ＣＩＩＧの出
力側の端子間にリレーＲＬＩの常閉接点ＲＬｌａを介し
て接続されている。Ｒ１，Ｒ２は直列接続された抵抗で
あり、前記充電器ＣＨＧの出力側端子間に接、続され端
子間電圧Ｖｏｕｔ　−ＧＮＤを分圧している。ＲＬＩは
リレー（励磁コイル側）　、ＴＲはＰＮＰ型のトランジ
スタであり、トランジスタＴＲはそのベース側を前記抵
抗Ｒ１，Ｒ２による分圧点にまた、エミッタ側を充電器
ＣＩＩＧのグランド側ＧＮＤ端子に、そして、コレクタ
側をリレーＲＬＩを介して充電器ＣＯＧの−５４，６Ｖ
側ｖ　ｏｕｔ端子に接続する。Ｖ　ｏｕｔとＧＮＤ側の
端子はシステム側に接続され、システムに電源を供給す
ることになる。尚、蓄電池ＤＡＴはここでは鉛蓄電池を
２４個直列接続して一４８Ｖの直流が得られるようにし
であるケースを例にする。

ここまでの構成は第３図で説明した従来例と同じである
。本装置では従来の構成に対し、更に商用電源入力側電
圧により動作する第２のリレー１？Ｌ２（励磁コイル）
を設け、この第２のリレーＲＬ２の常開接点ＲＬ２ａを
トランジスタＴＲのエミッターコレクタ間に接続して商
用電源ＡＣが正常な時にはトランジスタＴＩ？によるリ
レーＲＬＩの制御を停止させ、代わってこの第２のリレ
ーＲＬ２の常開接点ＲＬ２ａによりリレー１２Ｌｌを強
制的に付勢する構成とする。

このような構成において、先ず第３図の商用電源スィッ
チＳｗをオンとすることにより第２のリレーＲＬ２が励
磁され、この第２のリレー１？Ｌ２の常開接点ＲＬ２ａ
を閉じる。そして、商用電源スィッチＳＷのオンにより
充電器ＣＨＧに商用電源ＡＣが印加されると、充電器Ｃ
ＨＧは蓄電池浮動充電電圧である−５４．６Ｖの直流を
生成するので、この直流出力は出力端子側に出力され、
システムに供給される一方、リレーＲＬＩに供給され、
該リレーＲＬＩは付勢される。その結果、リレー１？Ｌ
ｌの常閉接点ＲＬｌａは閉成し、該常閉接点ＲＬ１ａを
通して充電器ＣｌＩＣの出力が印加され、蓄電池ＢＡＴ
は充電されることになる。このとき、若しも蓄電池ＢＡ
Ｔが過放電状態にあったとすると、無停電電源装置の出
力電圧ｖ　ｏｕｔは蓄電池ＢＡＴの充電のために放電限
界電圧以下になるが、ｊｌ＄２のリレーＲＬ２のために
リレーＲＬＩは付勢され続け、その常閉接点ＲＬｌａは
閉成状態を維持するので、第２図の（ｂ）に示すように
蓄電池ＢＡＴは充電されつづける。そして、充電が進む
につれて無停電電源装置の出力電圧Ｖ　ｏｕｔはゆっく
りと上昇して行き、−浮動充電電圧である−５４．８　
Ｖに達するとこの電圧に保たれる。

従って、蓄電池ＢＡＴが過放電状態にありたとしても、
従来のようにリレーＲＬＩが断続を短い周期で繰返すと
云ったことがなくなり、無停電電源装置の出力電圧Ｖｏ
ｕｔもゆっくりと上昇してパルス的な変化をすることが
なくなる。

ここで、商用電源ＡＣが停電したとする。すると、第２
のリレーＲＬ２は消勢されるので、第２のリレーＲＬ２
の接点ＲＬ２ａは開き、抵抗Ｒ１，Ｒ２による分圧電圧
に応じて動作するトランジスタＴＲによりリレーＲＬＩ
はオン／オフ制御されるようになる。

すなわち、停電により充電器Ｃ）ＩＧ自身の出力はＯｖ
となるが、蓄電池ＢＡＴの出力電圧−４８Ｖが接点ＲＬ
ｌａを通して出力端子側に供給され、システムには変り
なく電源が供給される。また、このとき、ｖ　ｏｕｔは
蓄電池ＢＡＴが放電限界電圧−４４Ｖ以上であれば、ト
ランジスタＴＲは動作を継続し、従うて、リレーＲＬＩ
も付勢されたままとなる。

従って、接点ＲＬ１ａは閉成状態を維持されるので、リ
レーＲＬＩは以後も付勢されたままとなる。

そして、これにより蓄電池ＢＡＴの出力は接点ＲＬ１ａ
を介してシステムに供給され続けることになる。

しかし、蓄電池ＢＡＴの放電が進み、やがて蓄電池ＢＡ
Ｔの出力電圧が放電限界電圧−４４Ｖを割るとトランジ
スタＴＲがオフとなり、これによってリレー１？Ｌ１は
消勢されるので、その接点ＲＬ１ａはオフとなり、蓄電
池ＢＡＴは出力端子より切離されて蓄電池ＢＡＴの過放
電が防止される。

このように、本装置は商用電源より法定電圧の直流出力
を生成してシステム°に供給するとともに、リレーを介
して蓄電池に接続して蓄電池の充電と電池出力のシステ
ム側への供給を可能し、また、前記リレーはシステム供
給電圧を監視して所定の放電限界電圧以上ではオン制御
し、放電限界電圧以下ではオフ制御する制御手段にてオ
ン／オフするようにした無停電電源装置において、前記
商用電源入力時に動作して前記リレーの強制付勢回路を
回路形成する強制保持回路を設けて強制的にオン制御す
る構成としたものである。

そして、商用電源よりシステム内所要の直流出力を生成
して供給し、生成電圧出力が低下したり、停電したりし
た際には蓄電池の電池電圧をシステムに供給してシステ
ムの動作を保証すべく、システム供給電圧を監視し、こ
れが所定の放電限界電圧以上では前記リレーをオンさせ
、前記生成電圧出力により蓄電池の充電と、システム供
給ラインへの電池出力印加態勢を保ち、蓄電池が過放電
とならない範囲で停電に対するバックアップをするが、
本装置では商用電源の印加時に動作する第２のリレーで
構成された強制保持回路により前記蓄電池接続用のリレ
ーを強制的にオン状態に保ち、充電／放電可能状態とし
、これにより蓄電池が放電限界電圧より低くても前記蓄
電池接続用のリレーは継続的にオンとして、頻繁に当該
リレーがオン／オフ動作するのを防止し、またシステム
に供給する電圧の細かい変動が生じないようにしたもの
である。そして、商用電源が停電になると前記蓄電池接
続用のリレーの強制的なオン制御を解除して、前記蓄電
池の電池電圧による前記蓄電池接続用のリレーの制御と
システム電源供給に移り、蓄電池が消耗して過放電状態
になると蓄電池に悪影響があるので蓄電池を保護すべく
、制御手段により電池電圧が放電限界電圧より低（なる
と前記蓄電池接続用のリレーをオフし、蓄電池を切離す
ものである。このように、商用電源が印加されている間
は強制的に蓄電池を充電状態にインターロックするよう
にし、停電になるとインターロックを解除して蓄電池の
電池電圧監視による過放電保護機能が稼働するようにし
たので、過放電した蓄電池を使用した場合でも、安定な
充電動作と出力電圧の安定化が図れ、リレーの短い周期
での長時間に亙る断続動作を防止してリレーの保護を図
り、また、パルス的な電圧出力が出ないようにしてシス
テムに供給する電圧の安定化を図ることが出来るように
なる。

尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定するこ
となくその要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施
し得るものであり、蓄電池接続用のリレーはトランジス
タ等の半導体スイッチ素子に置換えることもできる。

〔発明の効果〕

以上、詳述したように本発明に・よれば、過放電した蓄
電池を使用した場合でも、安定な充電動作と出力電圧の
安定化が図れ、スイッチ手段に負担をかけたり、システ
ム側にパルス的な電圧を供給して異常動作や不安定動作
を引き起す心配もなくなるなどの特徴を有する無停電電
源装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図はその
作用を示すタイムチャート、第３図は従来装置の構成を
示す回路図、第４図乃至第６図はその作用を説明するた
めの図である。ＡＣ・・・商用電源、ＣＨＧ・・・充電器、ＲＬ１１？
Ｌ２−・・リレー、ＲＬｌａ、　ＲＬ２ａ−”常開接点
、Ｒ１，Ｒ２−・・抵抗、ＴＲ・・・トランジスタ、Ｂ
ＡＴ・・・蓄電池、Ｓｖ・・・スイッチ。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

商用電源より所定電圧の直流出力を生成してシステムに
供給するとともに、スイッチ手段を介して蓄電池に接続
して蓄電池の充電と電池出力のシステム側への供給を可
能し、また、システム供給電圧を監視して所定の放電限
界電圧以上では前記蓄電池を接続し、放電限界電圧以下
では切離すよう前記スイッチ手段を制御する制御手段に
て前記蓄電池の充放電を制御するようにした無停電電源
装置において、前記商用電源入力時に動作して前記スイ
ッチ手段を制御し強制的に該直流出力を前記蓄電池に接
続する強制保持手段を設けて構成したことを特徴とする
無停電電源装置。