JP2001008462A

JP2001008462A - 無停電電源装置

Info

Publication number: JP2001008462A
Application number: JP11170190A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Nishimura; 司西村; Toshiyuki Nagahama; 利幸長浜
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd; GS EE Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd; GS EE Co Ltd
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 1999-06-16
Publication date: 2001-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】起動時に外部負荷に突入電流が流れ込むこと
を防ぐと共に、容量性の外部負荷に、高力率で電力を供
給可能な無停電電源装置を提供する。【解決手段】電源装置１０は、起動時には、インバー
タ１８及びバイパス回路１１のうちインバータ１８を外
部負荷に接続し、かつ、そのインバータ１８を制御回路
１９によって出力電圧の実行値が徐々に上昇するように
ソフトスタートさせる。これにより、外部負荷に大きな
突入電流が流れることを防止できる。しかも、インバー
タ１８から出力させる交流電圧を台形波にしたから、容
量性の外部負荷が接続されても、無効電流を抑えて力率
を改善することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部交流電源の停
電時にも蓄電池を電源としたインバータにより外部負荷
に連続給電可能な無停電電源装置の改良に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の無停電電源装置として、
図６に示した特開平６−１０５４８３号公報に掲載され
たものが知られている。同図において、無停電電源装置
は、整流器１、蓄電池２、インバータ３、スイッチ４、
バイパス回路５を備えてなり、無停電電源装置の入力端
子６には商用電源が接続される一方、出力端子７には外
部負荷が接続される。無停電電源装置の起動時には、切
替スイッチ４がバイパス回路５を外部負荷に接続し、商
用電源から出力された交流電圧が直接外部負荷に与えら
れる。そして、インバータ３が正常に立上がりかつ商用
電源と同期状態となってから、スイッチ４が作動して、
バイパス回路５と外部負荷とが切り離されかつインバー
タ３と外部負荷とが接続されて、インバータ３から外部
負荷に電力が供給される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の無停電電源装置では、起動時にバイパス回路５
から外部負荷に大きな突入電流が与えられ得るという問
題があった。また、これとは別の問題として、インバー
タは、出力電圧の波形を正弦波に近づけることを技術課
題として開発されてきたが、容量性の負荷を接続する
と、無効電流が多く流れて力率が低下するという問題が
ある。

【０００４】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その第１の目的は、起動時に外部負荷に突入電流が
流れ込むことを防ぐことが可能な無停電電源装置を提供
することであり、第２の目的は、容量性の外部負荷に、
高力率で電力を供給可能な無停電電源装置を提供するこ
とである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る無
停電電源装置は、外部交流電源に連なる整流器及び／又
は蓄電池から電力を受けて交流電圧を出力するインバー
タを備えた無停電電源装置において、外部負荷への電力
供給開始時には、インバータから給電すると共に、その
出力電圧の実効値を徐々に上昇させてソフトスタートを
行わせるインバータ制御手段とを備えたところに特徴を
有する。

【０００６】請求項２の発明は、請求項１記載のものに
おいて、インバータ制御手段は、インバータの出力電圧
波形を、台形波形とするところに特徴を有する。

【０００７】請求項３の発明に係る無停電電源装置は、
外部交流電源に連なる整流器及び／又は蓄電池から電力
を受けて交流電圧を出力するインバータを備えた無停電
電源装置において、インバータから出力される交流電圧
波形を台形波形にする台形波生成手段を備えたところに
特徴を有する。

【０００８】請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれ
かに記載のものにおいて、外部交流電源から受けた交流
電圧を直接又は変圧して出力するバイパス回路と、イン
バータの動作に異常が生じた場合にインバータからの給
電を遮断し、バイパス回路から給電するように出力を切
り替える切り替え手段とを備えたところに特徴を有す
る。

【発明の作用及び効果】請求項１の無停電電源装置は、
起動時には、インバータ及びバイパス回路のうちインバ
ータから外部負荷に給電し、かつ、そのインバータをイ
ンバータ制御手段によって出力電圧の実効値が徐々に上
昇するようにいわゆるソフトスタートさせているから、
外部負荷に突入電流が流れることを防止できる。

【０００９】請求項２及び請求項３の構成によれば、イ
ンバータから出力させる交流電圧波形を台形波にしたか
ら、容量性の負荷が接続されても、無効電流を抑えて力
率を改善することができる。また、この無停電電源装置
は、ＣＡＴＶ用伝送路上の増幅器用の無停電電源供給器
として特に好ましく、さらには、増幅器が容量性負荷で
ある場合に特に好ましく、無停電電源の間隔を長くする
場合に適している。

【００１０】請求項４の構成によれば、インバータが故
障したような場合等でも、バイパス回路から給電が行わ
れるため、電源としての信頼性を向上させることができ
る。また、バイパス回路を設ける場合には、バイパス回
路からの出力とインバータからの出力との位相が常に揃
うようにするのが好ましい。そのようにすれば、切り替
え時に位相ずれが生じなくなり、切り替え時に改めて位
相を揃える必要がなくなる。さらに、バイパス回路から
の出力とインバータからの出力との位相が常に揃うよう
にするには、インバータ出力の位相を外部交流電源の位
相に揃えると共に、バイパス回路出力の位相を、例えば
外部交流電源から受けた交流電圧を直接又は変圧して出
力することで、外部交流電源の位相に揃えればよい。

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る一実施形態を
図１〜図５を参照しながら説明する。本実施形態の無停
電電源装置１０（以下、適宜、「電源装置１０」とい
う）に備えた電力ラインＬ１（図１の太線参照）は、入
力側でバイパス回路１１と交流生成回路１２とに分岐さ
れている。電力ラインＬ１の入力端子１５には、本発明
の外部交流電源としての商用電源（図示せず）が接続さ
れ、これがバイパス回路１１と交流生成回路１２との分
岐部分に設けた図示しない変圧用コイルにより、ＡＣ１
００Ｖから例えば６０Ｖに降圧されて両回路１１，１２
に与えられており、バイパス回路１１は、この交流電力
をそのまま出力する。

【００１１】一方、交流生成回路１２は、整流器１６と
インバータ１８と蓄電池１７とを備え、インバータ１８
が、整流器１６と蓄電池１７の少なくとも一方から直流
電力を受けて、これを交流電力に変換して出力する。

【００１２】電源装置１０の電力ラインＬ１の出力側に
は、上記インバータ１８の出力とバイパス回路１１の出
力とを電源装置１０の出力端子１４に選択的に接続する
出力切替スイッチ１３が設けられている。この出力切替
スイッチ１３は、常には、インバータ１８を出力端子１
４に接続する一方、後述するようにインバータ１８に異
常が検出されたときに、バイパス回路１１を出力端子１
４に接続する。

【００１３】出力切替スイッチ１３とインバータ１８と
は、共に電源装置１０に備えた制御回路１９によって制
御される。制御回路１９は、図２に示すように、ＰＷＭ
信号生成回路２２に、三角波生成回路２３と基準波生成
回路２１とを連ねて備える。

【００１４】基準波生成回路２１は、図３に詳細が示さ
れており、反転増幅器３０を構成するオペアンプ３０Ａ
のマイナス入力に、計８個の抵抗３１を並列接続すると
共に、これら抵抗３１をマルチプレクサ３２に接続し
て、抵抗３１群のいずれかに選択的にバイアス電圧ＶC1
が印加される構成としてある。抵抗３１群は、例えば、
同図において下から３つ目までの各抵抗３１の抵抗値は
下から順に大きくなるように異ならせてあり、残りの５
つの各抵抗３１は抵抗値を全て同じにしてある。また、
反転増幅器３０の後段には、反転スイッチ回路３３が備
えられ、さらにその後段には図示しない平滑用のコンデ
ンサが備えられている。そして、マルチプレクサ３２
は、ＣＰＵ２４から与えられた同期パルスをカウントす
るカウント回路３４からの計数信号にに基づき抵抗３１
群のいずれかを有効化する。

【００１５】上記ＣＰＵ２４には、商用電源の出力とイ
ンバータ１８の出力とが、フェイズコンパレータ２５
Ａ，２５Ｂを通してパルス信号として入力されている。
また、上記インバータ１８の出力電圧は、ノッチフィル
ター２７を通して誤差増幅回路２６に取り込まれてい
る。誤差増幅回路２６は、図４の下段に示されており、
取り込んだインバータ１８の出力電圧と基準電圧Ｖrfと
の誤差電圧を反転増幅して、前記基準波生成回路２１の
バイアス電圧ＶC1として出力している。

【００１６】さて、上記誤差増幅回路２６の出力側に
は、ソフトスタート回路２８が接続されている。ソフト
スタート回路２８は、図４の上段に示されており、ＣＰ
Ｕ２４からの信号に基づいて作動するＣＲ積分回路３５
の出力をオペアンプ３７で非反転増幅している。オペア
ンプ３７の出力側には、ダイオードＤ１のカソードが接
続され、そのダイオードＤ１のアノードは誤差増幅回路
２６の出力に接続されている。

【００１７】また、制御回路１９には、インバータ１８
の出力と前記ＰＷＭ信号生成回路２２の出力とを取り込
んでインバータ１８の異常を検出するインバータ異常検
出回路４０が設けられている。インバータ異常検出回路
４０は、インバータ１８の異常を検出したときには、前
記出力切替スイッチ１３を駆動させる。

【００１８】以下、上記構成からなる電源装置１０の動
作について説明する。電源装置１０の出力端子１４に
は、外部負荷として例えばＣＡＴＶ（ケーブルテレビ）
用のケーブルに沿って所定の間隔に配置された中継増幅
器が接続される。この中継増幅器は、例えばＡＣ６０Ｖ
入力のスイッチング電源を備え、電源側からみて容量性
負荷となる。また、ここで、電源装置１０の出力切替ス
イッチ１３は、インバータ１８の出力を電源装置１０の
出力端子１４に接続している。

【００１９】電源装置１０の起動スイッチをオンする
と、制御回路１９と整流器１６とが立ち上がる。次い
で、制御回路１９が、以下のように動作してインバータ
１８を立ち上げる。即ち、制御回路１９では、ＣＰＵ２
４から基準波生成回路２１に設けたカウンタ回路３４に
同期パルスが送られ、同回路３４からの例えば３ビット
の計数信号に基づき、マルチプレクサ３２が、図３の下
側のから各抵抗３１に順次にバイアス電圧ＶC1を印加す
るように切り替えを行い、上まで行くと今度は下に向か
って順次に切り替えを行う。ここで、同図の下から３つ
目まで各抵抗３１の抵抗値は下から順に大きくなるよう
に異ならせてあり、それ以外の各抵抗３１は、同じ抵抗
値となっているから、これら各抵抗３１が並列接続され
た反転増幅器３０の増幅率は、「段階的に大きくな
り」、「一定期間同じ大きさに保持され」、「段階的に
小さくなる」という順序で変化させられる。そして、こ
れがインバータ１８が出力すべき交流の半周期毎に繰り
返される。これにより、反転増幅器３０から斜辺が段階
状となった複数の台形を連ねたような波形となる脈流電
圧が出力される。また、カウンタ回路３４からはインバ
ータ１８が出力すべき交流の半周期毎に、反転スイッチ
回路３３に信号が送られて、上記した複数の台形を１つ
おきに反転させ、さらに、これを図示しないコンデンサ
で平滑処理する。これにより、基準波生成回路２１か
ら、図５に示すような、ゼロクロス位相の前後で傾斜状
に変化し、それ以外の位相では平坦となる台形の交流電
圧が基準波としてＰＷＭ信号生成回路２２に出力され
る。

【００２０】ＰＷＭ信号生成回路２２は、前記基準波と
三角波生成回路２３から出力された例えば２０ＫＨｚの
三角波とから、通常の技術として知られているようにパ
ルス幅変調したドライブ信号を生成し、このドライブ信
号に基づいてインバータ１８の主回路に備えたスイッチ
群がオンオフされる。これにより、インバータ１８は、
ＰＷＭ制御され、基準波に対応したＰＷＭ波を出力す
る。ここで、このＰＷＭ波の実効値は基準波の波高に対
応しており、この基準波の波高は、基準波生成回路２１
に印加されるバイアス電圧ＶC1に対応している。

【００２１】さて、本実施形態では、基準波生成回路２
１のバイアス電圧ＶC1の入力ラインには、図２及び図４
に示すように、ソフトスタート回路２８と誤差増幅回路
２６と出力ラインを共通に接続されており、以下に詳説
するように、電源装置１０の起動時には基準波生成回路
２１のバイアス電圧ＶC1が徐々に昇圧され、定常運転と
なってからは、インバータ１８の出力電圧（これに対応
する検出電圧）が基準電圧Ｖrfと一致するようにバイア
ス電圧ＶC1がフィードバック制御される。

【００２２】以下、これを電源装置１０の起動時から順
に説明する。まず、電源装置１０の起動直後には、ソフ
トスタート回路２８に設けたトランジスタ３６はＣＰＵ
２４からの信号を受けてオンしている。従って、ソフト
スタート回路２８のオペアンプ３７の非反転入力端子に
は、電源電圧ＶCCを抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した値が印加
されている。

【００２３】一方、電源装置１０の起動直後はインバー
タ１８は動作していないから、誤差増幅回路２６の出力
は最大値に向かおうとする。ところが、上記ソフトスタ
ート回路２８のオペアンプ３７の出力レベルはその最大
値よりも低くなるように抵抗Ｒ１，Ｒ２等が設定されて
いるから、ダイオードＤ１が順バイアス状態となってオ
ンし、誤差増幅回路２６の出力電圧はソフトスタート回
路２８のオペアンプ３７の出力電圧にほぼ等しくなるよ
うに抑えられる。したがって、基準波生成回路２１に
は、ソフトスタート回路２８の抵抗Ｒ１，Ｒ２で決まる
初期電圧がバイアス電圧ＶC1として与えられている。

【００２４】この後、負荷への電力供給開始操作がされ
たとする。すると、ＣＰＵ２４から同期パルスが出力さ
れてＰＷＭ信号の生成が開始されてインバータ１８が動
作を始めるとともに、ＣＰＵ２４からの信号によってト
ランジスタ３６がオフされる。この時点で、基準波生成
回路２１に与えられているバイアス電圧ＶC1は初期電圧
であって低いから、ＰＷＭ信号発生回路２２に与えられ
る基準波としては、例えば図５の波形図ａに示すような
波高値が低い台形波となっており、したがってインバー
タ１８が出力する交流電圧の実効値は低いものとなる。

【００２５】また、トランジスタ３６がオンした後は、
コンデンサＣ１が電源電圧ＶCCに向かって充電されて端
子電圧を上昇させることになるから、ソフトスタート回
路２８のオペアンプ３７の出力電圧も徐々に上昇する。
このため、基準波生成回路２１に与えられるバイアス電
圧ＶC1も徐々に上昇し、これにより、基準波生成回路２
１から出力される基準波の波高値も徐々に高くなってイ
ンバータ１８の出力電圧の実効値が徐々に上昇する。

【００２６】ソフトスタート回路２８のオペアンプ３７
の出力電圧がさらに上昇して、ある値を越えると、ダイ
オードＤ１が逆バイアス状態となってオフする。この状
態では、誤差増幅回路２６の出力電圧が、そのままバイ
アス電圧ＶC1として基準波生成回路２１に与えられ、イ
ンバータ１８のソフトスタートが完了して定常運転とな
る。

【００２７】定常運転になると、前述したように、イン
バータ１８の出力電圧と基準電圧Ｖrfとの誤差に基づい
て、バイアス電圧ＶC1がフィードバック制御される。具
体的には、例えばインバータ１８の出力電圧の実効が目
標の値より低下したときには、これが誤差増幅回路２６
で反転増幅されて、バイアス電圧ＶC1が引き上げられ、
インバータ１８の出力電圧の実効値が目標の値まで上昇
される。

【００２８】一方、インバータ１８の出力は、フェイズ
コンパレータ２５Ｂを通してパルス信号としてＣＰＵ２
４に取り込まれる。ＣＰＵ２４は、やはりフェイズコン
パレータ２５Ａを通してパルス信号として取り込んだ商
用電源の出力と、前記インバータの出力とに位相差が生
じないように、前記基準波生成回路２１のマルチプレク
サ３２に同期パルスを出力する。これにより、商用電源
と同期した基準波が基準波生成回路２１から出力され
て、インバータ１８の出力電圧が商用電源電圧と同位相
となる。

【００２９】ところで、本実施形態の電源装置１０は、
通常は、整流器１６からの電力で蓄電池１７を充電しつ
つ、インバータ１８を運転して負荷であるＣＡＴＶ用の
中継増幅器に電力を供給する。ここで、本実施形態で
は、上記したようにインバータ１８から出力させる交流
電圧波形が台形波となるように制御しているから、負荷
が容量性であるという事情があっても、無効電流を抑え
て力率を改善することができる。

【００３０】インバータ１８に異常が発生した場合、制
御回路１９に備えたインバータ異常検出回路４０がイン
バータ１８の出力電圧の変化から異常を検出し、出力切
替スイッチ１３を駆動させて、インバータ１８を中継増
幅器から切り離し、かつ、バイパス回路１１を中継増幅
器に接続する。このとき、インバータ１８は商用電源に
同期させてあるから、突入電流が流れ込むことなく切り
替え動作が行われる。

【００３１】このように本実施形態の電源装置１０で
は、起動時には、インバータ１８及びバイパス回路１１
のうちインバータ１８を外部負荷（ＣＡＴＶ用の中継増
幅器）に接続し、かつ、インバータ１８を制御回路１９
によって出力電圧の実効値が徐々に上昇するようにいわ
ゆるソフトスタートされるから、大きな突入電流が流れ
ることを防止できる。しかも、インバータ１８から出力
させる交流電圧を台形波としたから、ＣＡＴＶの中継増
幅器のような容量性の負荷を接続した場合でも、無効電
流を抑えることができ、交流電圧を正弦波にして電力供
給するものに比べて力率を改善できる。

【００３２】＜他の実施形態＞本発明は、前記実施形態
に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するよ
うな実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、
下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実
施することができる。

【００３３】（１）前記実施形態の基準波生成回路２１
では、マルチプレクサ３２のスイッチ動作で台形波を生
成していたが、例えば、まず正弦波を生成して、そのピ
ーク部分をツェナダイオードを用いたリミッタ回路でカ
ットすることで、ピーク部分が平坦となった台形波を生
成してもよい。

【００３４】（２）前記実施形態のＰＷＭ信号生成回路
２２は、アナログ処理にてインバータ１８に与えるドラ
イブ信号を生成していたが、例えば、ＲＯＭからデジタ
ルデータを受け取り、これをデジタル処理してドライブ
信号を生成する構成としてもよい。

【００３５】（３）前記実施形態のマルチプレクサ３２
に連なる計８個の抵抗３１は、互いに抵抗値が異なるも
のとしてもよく、この場合、マルチプレクサ３２の切り
替えタイミングの長さを異ならせることで、台形の波形
を生成すればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る無停電電源装置の全
体構成を示すブロック図

【図２】無停電電源装置に備えた制御部の構成を示すブ
ロック図

【図３】基準電圧生成回路の回路図

【図４】ソフトスタート回路と誤差増幅回路の回路図

【図５】基準波を示すグラフ

【図６】従来の無停電電源装置の構成を示すブロック図

【符号の説明】

１０…無停電電源装置１１…バイパス回路１３…出力切替スイッチ１６…整流器１７…蓄電池１８…インバータ１９…制御回路（インバータ制御手段）２１…基準波生成回路（台形波生成手段）２８…ソフトスタート回路２４…ＣＰＵ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長浜利幸京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町１番地ジーエス・イーイー株式会社内Ｆターム(参考） 5G015 FA02 GA04 GA07 HA04 HA15 JA05 JA23 JA24 JA33 JA34 5H007 AA02 AA17 BB05 CC03 CC09 DA06 DB01 DB12 EA02 EA15 GA02 GA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部交流電源に連なる整流器及び／又は
蓄電池から電力を受けて交流電圧を出力するインバータ
を備えた無停電電源装置において、外部負荷への電力供給開始時には、前記インバータから
給電すると共に、その出力電圧の実効値を徐々に上昇さ
せてソフトスタートを行わせるインバータ制御手段とを
備えたことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】前記インバータ制御手段は、前記インバ
ータの出力電圧波形を、台形波形とすることを特徴とす
る請求項１記載の無停電電源装置。
【請求項３】外部交流電源に連なる整流器及び／又は
蓄電池から電力を受けて交流電圧を出力するインバータ
を備えた無停電電源装置において、前記インバータから出力される交流電圧波形を台形波形
にする台形波生成手段を備えたことを特徴とする無停電
電源装置。
【請求項４】前記外部交流電源から受けた交流電圧を
直接又は変圧して出力するバイパス回路と、前記インバ
ータの動作に異常が生じた場合に前記インバータからの
給電を遮断し、前記バイパス回路から給電するように出
力を切り替える切り替え手段とを備えたことを特徴とす
る請求項１〜３のいずれかに記載の無停電電源装置。