JPS60500889A - 停電のない電源（ｕｐｓ）に容易に変換可能な交流電圧安定器 - Google Patents

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】 停電のない電源（ｕｐｓ）に容易に変換可能な交流電圧安定器 発明の背景 現在市販されているすべての交流電圧安定器の中で、全電子式交流電圧安定器は 最も正確で迅速な調整を特徴とし、出力波形に対するひずみが最も小さい。しか しながら、従来の電子式交流安定器は成る程度複雑になる傾向があり、その結果 最も高価なものになり、しかもシステム自体の電力損失が大きいのでしはしは最 も効率の劣る安定手段になる。５０−程度もの低い総合効率さえ、実際上達成す るのが困難である。

発明の要旨 本発明によれは、交流電力を供給している配電用ネットワークが不安定でひずみ を起している場合においてさえも、安定した、「ひずみの無い（ｃｌｅａｎ）」 交流電力を供給する交流安定器が提供される。

この種の安定な正弦波電圧はコンピュータや他の種類の敏感な電子＠器用に非常 に推奨されるものである。

本発明による装置の基本的な部分は従来から用いられているダッシュプル電力増 幅器の出力側である。

本発明によれば、電力が特別な方法で前記出力側に印加される。この事は、従来 のプッシュプル出力側と本発明のものとが入力側に供給された正弦信号を育して いると仮定して、両者を比較することによって明らかになる。

第１図はフィルタ回路を面った、低リツプル供給直流電圧Ｖｓを受けるプッシュ プル電力出力側を示している。成る時点でいずれかのトランジスタＴ□又はＴ２ を曲る電圧は第２図の’Ｖｃｅの波形をしており、この波形はフィルタ回路を囮 った而、流重圧Ｖｓと出力側変圧器の対応する半分の両端間の電圧ｖＬとの間の 差である。この半サイクルの間他力のトランジスタは導卸しない。

前記変圧器の一次側の半分によってＮ２ＲＬに変成される抵抗負荷をＲＬとすれ ば、トランジスタＴ１及びＴ２を通る電流は半正弦波形を有し、ｖｔに比前記ト ランジスタのそれぞれの半サイクルの間における該トランジスタ円での電力損失 は第２図において曲線Ｐｔで示されている？　ＰｔＭａｘはこの半サイクルの期 間中での最大損失であり％ＶＳとｖｔとの間の差に依存する。この差は予備電圧 （Ｖ○ｌｔａｇｅｒｅｓ６ｒｖ６　）と貯はれる。実際上、非抵抗負荷が出力側 に接続され亡場合においてさえ、最大損失は半正弦六の傾斜部のどこかでその大 部分が起ることになる。非抵抗又は非線形負荷が与えられた場合は、トランジス タ電流はもはや変圧器の電圧Ｇ′ｃ比例せず、効率はさらに悪化することになる 。

本発明は出力側に全く違った供給電圧を用いている。この供給電圧は第４図に示 されており、一連の半正弦、波から成る波形を有し、以下「泡形′＊圧（ｂｕｂ ｂｌｅ　Ｖｏｌｔａｇｅ　’）　Ｊと呼ぶ。第４図において、＠紀泗形屯圧の完 全な１サイクルがＶＳ　として示され、変圧器の半分の両端間に生じる電圧がＶ ｊとして示されている。トランジスタの両端間にかかる電ＦＥ）Ｖ。ｅばＶｓと Ｖｔの差であって、それ故にやはり半正弦波でグる。ＶＣｅの値は前記予備電圧 に等しいかそれ以下であり、前記サイクルの間にこの値を越えることは決してな い。この事は、トランジスタ内での電力損失か、特Ｃで非線形又は非抵抗負荷の 場合、前記従来の出力側の電力損失よりずっと小さくなることを意味する（第１ 図及び第２図参照）。

理論上、本発明による前記出力側の効率はＶｓ　−ｖｔ　の場合１００％になり 得るが、実際においては欣の理由から１００チ未満になる。

第３図のトランジスタＴ１及びＴ２は、増幅器として作動するためには、それぞ れのコレクタ・エミッター間接合部の両端間に前記予備電圧を必要とする（第５ 図参照）。

前記旧形電圧が理想的な半正弦波でない場合、変圧器の１次側の両端間、従って 負荷の両端間にひずみのない電圧（ｃｌｅａｎ　ｖｏｌｔａｇｅ　）が必ず発生 するように若干の予備電圧がなけれはならない。この事は、トランジスタ内で若 干の散逸があることを意味している。

さらに、負荷の出力側変圧器へのバツクファイア反応を防止するためにゼロクロ ス点で成る程度の電圧を維持しておくことを勧める。従って、＠記泡形電圧がゼ ロになるの？防止するしきい値レベルの電圧を導入して、ゼロクロスで確実に有 限出力インピーダンスが得られるようＱでする（第６１ソ参照）０これらの措置 にＪす、浴形奄１＋：、の供給で出力ヅ１１の実際上の効率が約８５％に下るが 、それでもこの値は第１図の従来の直流給電の出力側の効率よりずっと高い０ そのような出力側での作動を良好にするための主たる条件は入力信号が固ｍ数及 び位相において供給されている潅形敲圧と等しいことであるから、信号発生器は 閉形電圧の周でシ数に位相ロックしなけたはならない。

本発明に係る回路０最も簡単な構成を第７図に示す。前り旧形電圧は、電圧をフ ィルタコンデンサで平滑にすることなく、ブ・リッジ（１）でネットワーク電圧 （必要ならは降圧変圧、器で降圧変成されＫもの）を全波整流することによって 簡単に得られる。ブリッジ（１）の出力信号はネットワーク泗形電圧と呼ばれる 。発振器（２）は位相ロック式ループ発振器で、ネットワーク固波数にロックさ れているので、給電側の入力信号である位相反転器（３）の出力信号は泗形電圧 （４）に一致した状態で供給され、この結果、抵抗負荷（５）の両端間に正弦波 出力電圧が得られるようになる。

■５がｖｔより高い場合、この出力電圧はＶＳの値には無関係である。

Ｖｓがｖｔのレベル以下では、増幅器の出力電圧はＶｓのレベルに直線的に追晒 してし古う。、従ってシステムは作動不能で、出力信号は泗形電圧Ｖｓと同じひ ずみを示す。前記交流安定器は、バッテリー用インターフェイス（６）を介して バッテリー（γ）を追加スることにより、停電のない電源としての、真のｕｐｓ Ｖこ変換することか出来る。このバッテリーインターフェイスに第８図Ｖこ示さ ｆしてＶ・る。１う〉ジスタ又はＳＣＲのような簡単な半導体デバイスでさえ、 ネ７）ワーク旧形電圧（ｎｅｔｗｏｒｋ　ｂｕｔ：＋ｂｌｅ）の−闇値が低くて も、出力側に対するインターフェイスとして機能出来るけれども、さらに情巧な 方決としてはネットワーク動作からバッテリー動作に切換えたりその反対に切換 えるときＣ・ζ不質的にスムースな動作が得られるＰＭＷ　（パルス幅変調）型 変換装置な選択するとよい。前記Ｐ　Ｍ　Ｗ型変換装置は余波ブリッジ整流器に よって発振器の正弦波信号の整流から得’ｅａ形電圧（ｂｕｂｂｌｅ　ｖｏｌｔ ａｇｅ）を基準電圧と。

して受ける。

前記バッテリーインターフェイスの電力はバッテリー旧形電圧に変えられるが、 このバッテリー泗形電圧はネットワーク旧形電圧と同じ位相であり、必安な電流 を増幅器出力側へ供給することが出来る。

バッテリー泡形亀…ＶＤＯのピーク値はネットワーク旧形電圧の最小値（低ネッ トワーク電圧におけるレベル）に等しくなる。（第９図参照。）低ネットワーク 電圧でＶＳが低くなりすぎてＶＤＯの値に到達すると直ちに、バッテリー氾ｊＣ 電圧Ｖ　Ｄ　Ｃが支配的になり、Ｖｔに影響を及はさない。この事は、出力増幅 器の出力″電圧が一定に維持されることを意味する。

バッテリーが支配的になり、その電流をバッテリ−インターフェイスを介して電 力増幅器へ供給する。

ｖＤＣとｖＬとの間の竜田差を出来ろだ０寸小さくして、バッテリ動作中６Ｃ＠ 実に効率を最大にする。ネットワーク動作中、ＶＳ　（ネットワーク泗形電圧） の値は適切であり、ＶｓとＶｔとの間の電圧差は増＠器出力任における損失を表 わす尺度となる。高いネットワーク電圧の場合、−力増幅器の効率は低い。それ でも、前述の従夾から用いられている電力増幅器の効率よりはるかに高い。ネッ トワーク旧形電圧を使用する上記の交流調整器／　ｕ　ｐ　ｓの制約はネットワ ーク鯛波数に同期させることが絶対必要な、ことである。バッテリー動作からネ ットワーク動作に復帰する際に位相ロック中にわずかな出力層波数の変動をひき 起し、こね、が同翅モータなどの負荷を乱すことがある。

上記の不都合をうけることのない構成を第１０図に示す。発振器がシステムを作 動させる周波数を決定するので、ネットワーク周＠数に同期させる必要はない。

最終的な降圧の後で、ネットワーク電圧は整流ブリッジ（１）で整流され、第１ ０図の点Ａにおける低リップルの平滑な直流電圧を得るためにフィルタコンデン サ（８）により緩衝される。バッテリー屯田はダイオードを介して醪記と同じ点 Ａに接−されてハロ。このダイオードは、ネットワークからの直流電圧かバッチ Ｊｍ圧より吐い場合は直ち（でバッテリーカ支配的になるのを許容するので、点 Ａにおいてバッテリーインターフェイスに給諷される停電しない直流電圧を発生 する。このバッテリーインターフェイスは明記直流電圧を発振器の制御下で旧形 電圧に変換しく第８図参照）、得られた旧形電圧が重力増幅器出力側に送られる っ 負荷がネットワーク＠波数への同期を必要とする場合はそのようにすることも可 能であるが、ネットワーク周波数への同１期を必ずしも絶対材要なものとしてい る訳ではない。実際８５％にもなることがあるＰＷＭバッテリーインターフェイ スの渇い効率により、油常のネットワークの条件下ではシステムの総合効率は余 り低下しない。高いネットワーク電圧では、バッテリー泗形システムは＠ｇ己の ネットワーク泗形システムより良好な効率を有する。詳細な回路図を第１１図に 示す。こ、ｈはｕｐｓ装置を有する完全な交流安定器であり、ネットワーク僧形 動作モードで機能する。このネットワーク電圧は約１７”／・ＡＣの値に降圧さ れ、約２４ボルトのピーク値（Ｖｓ−２４’）　を有する亀形電圧に全波整流さ れる０このネットワーク旧形宛王はダーリントン回路形に接続された２対のパワ ートランジスタカ）らぼするクラスＢ出力側に供給される。共にフィードバック ル−プに接続されている位相ロック形ループ（工ＣＩ）及びプログラム可能な発 振器（Ｉ　ＣＥ）とから成る発振器（２１が全実施態様に対する入力信゛号を発 生する。

この正弦信号は、光カプラ−ＯＣを介して、浮動）（ラフエイズ又はシーソー形 の位相反転器に送られる。

ネットワークへの同期は信号を変圧器の２次側力）ら取り、それを抵抗Ｒ４を介 して位相ロック形ルーフ′（工Ｃ１）に接続することによって達成される。

前記発振器から、分圧器（Ｐ、ｘ７／Ｒ４８）を通じて、信号がバッテリーイン タ７エイス用入力として得られる。この信号はＩＣ５、ＩＣ６及びダイオードＤ ３及びＤ４によって電子的に全波整流され、基準信号としてＰＷＭ変換器へ送ら れる（第８図）。

この基準信号は演算増幅器ＩＣ７によって増幅されてからＩＣ８へ印加されろ。

ＩＣ８はこの信号を、＋Ａ　ａｒｗａ　ａ−−−、−−二＋＋　／ＰＦｌ　４ｉ Ｃ−＋”−ｔ　＋　Ｉ　Ｗ　１７’ｌ　／＜　ワ　−　ト　ラ　ンジスタＴ５　 ／Ｔ　６ｔｔこ（５）加さ八る約２０　Ｋ　Ｒ２の７（ルス幅変調゛高周波数信 号に変換する。得られた信号はチョークフィルＴｒ　３及びコンデンサ０１８に よって積分されろ。得られる波形は、Ｒ５４／Ｃ１６を介してのフィードバック のお蔭で、安定は振１幅の泗形電圧（第９図ＧでおけるＶＤＯ）である。この大 きさはネットワーク泗形電圧（第９図におけるＶＳ　）の［低ネットワークｊ値 に等しい。糟常のネットワーブ条件下では、ネットワーク泡膜′酊圧ＶＳが）１ ツテリー泡形電圧ＶＤＧより高いので、クラスＢ出力側への電力はネットワーク 旧形砥圧Ｖｓから与えられ、後看はＶｓ　の裏にがくされた影としてしか利用さ れない。

図面の簡単な説明 浄書（内容に変更なし） ）口 手続補正書（方式） 昭和６０年　３月２７日 特許庁長官殿 １事件の表示 Ｐ　Ｃ，Ｔ　／　Ｎ　Ｌ　８４／　０００　！　２２発明の名称 停電のない電＠（ＵＰＳ）に容易ｉつ変換可能な交流電圧安定器 ３補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　オランダ国　２２７　’Ｉ　ＨＬ　ツー氏　名　シュテート　ヒントリ ック 国　籍　オランダ国 図面の翻認文 ７補正の内容 図面の翻訳文の浄書（内容に変更なし）８添付書類の目録 図面の囲訳文の浄書　１通

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）安定なひずみのない電力を負荷部に給電するための電子式交流安定器にし て、前記安定器に供給されているネットワーク電圧の全波整流によって得られる 全波整流正弦波電圧（以下ネットワーク泡形電圧と呼ぶ）を給電されるプッシュ プル電力増幅器出力側を含み、前記安定器の信号入力が、前記プッシュプル電力 増幅器出力側のトランジスタの両端間の電圧が前記泡形′亀圧と同期していて前 記電力出力側における電力損失が非常に小さくなるように、前記ネットワーク電 圧の周波数と同期している位相ロック式ループ発振器から供給されることを特徴 とする電子式交流安定器。
2. （２）半導体デバイスから成るバッテリーインターフェイスを介してバッテリー が前記プッシュプル電力増幅器出力側に接続され、前記デバイスは＠記ネットワ ーク電圧が成るレベル以下の時、前記安定器が停電のない電力源に変換されるよ うにトリガされて通電する特許請求の範囲第１項に記載の装置。
3. （３）前記ネットワーク泡形電圧と位相が一致しているが振幅がずっと小さいの で、印７記ネットワーク電源電圧が成るレベル以下の時、前記プッシュプル増幅 器出力側への供給電圧を代替する全波整流正弦波（バッテリー泡形電圧）に類似 した波形に＠記バッテリー直流電圧を変換するパルス幅変調変換器から成るバッ テリーインターフェイスを介して、バッテリーが前記プッシュプル電力増幅器出 力側に接続され、前記安定器が高効率無停電電源に変換されている特許請求の範 囲第１項記載の装置っ
4. （４）安定なひずみのない電力を負荷部へ給電するための電子式交流電力安定器 にして、＠記安定器に供給されているネットワーク電圧を余波整流及びろ波し、 得られる平滑直流電圧をパルス幅変調変換器によって得られる、全波整流正弦波 に似た波形を有する電圧（以下給寅泡形電圧と呼ぶ）を給電されるプッシュプル 電力増幅出力側を含み、前記変換器が、前記プッシュプル電力増幅器出力側の信 号入力部にも接続されている正弦波発振器からの正弦波信号を余波整流すること によって得られる基準信号を受け、前記電力増幅器の出力側における電力損失を 確実に非常に小さくすることを特徴とする電子式交流安定器０
5. （５）前記平滑直流電圧がバッテリー電圧より低い時、バッテリーが支配的にな るようにダイオードを介してバッテリーが前記平滑直流電圧に接続されてｐｚて 、前記安定器が高効率無停電電源に変換されてｌ／Ｎる特許請求の範囲第４項記 載の装置。