以下、本発明を実施するための最良の形態に係る給電装置および給電方法を、図面に基づいて説明する。なお、給電装置は、無停電電源装置を例に説明し、給電方法は、無停電電源装置の動作を例に説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る無停電電源装置1およびその無停電電源装置1に接続されている装置を示す接続図である。
無停電電源装置1は、一対の入力端子2,3を有する。一対の入力端子2,3には、商用交流電源などの交流電源装置4が接続されている。商用交流電源は、たとえば50Hzや60Hzなどの所定の周波数で振幅が約141Vの交流電圧を有する交流電力を出力する。一対の入力端子2,3には、この第一の電圧としての交流電圧を有する交流電力が供給される。
一対の入力端子2,3の中の一方の入力端子2は、第一変換回路としてのレクチュファイヤ回路11に接続されている。一対の入力端子2,3の中の他方の入力端子3は、無停電電源装置1のグランド8に接続されている。
レクチュファイヤ回路11は、入力コイル41と、第一トランジスタ42と、第二トランジスタ43と、第一ダイオード44と、第二ダイオード45と、を有する。第一トランジスタ42および第二トランジスタ43には、たとえば数十アンペア程度の電流をコレクタ−エミッタ間に流すことが可能なトランジスタを使用する。このような大電流を流すことができるトランジスタとしては、たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、サイリスタ、FET(Field Effect Transistor)などがある。また、第一ダイオード44および第二ダイオード45には、たとえば数十アンペア程度の電流をアノードからカソードに流すことが可能なダイオードを使用する。
入力コイル41の一端は、一方の入力端子2に接続されている。入力コイル41の他端は、第一トランジスタ42のエミッタと、第二トランジスタ43のコレクタとに接続されている。第一ダイオード44のアノードは、第一トランジスタ42のエミッタに接続され、第一ダイオード44のカソードは、第一トランジスタ42のコレクタに接続されている。第二ダイオード45のアノードは、第二トランジスタ43のエミッタに接続され、第二ダイオード45のカソードは、第二トランジスタ43のコレクタに接続されている。
レクチュファイヤ回路11の第一トランジスタ42のコレクタは、一対のレール配線12,14の中のプラスレール配線12に接続されている。プラスレール配線12は、プラスコンデンサ13の一端に接続されている。プラスコンデンサ13の他端は、グランド8に接続されている。第二トランジスタ43のエミッタは、マイナスレール配線14に接続されている。マイナスレール配線14は、マイナスコンデンサ15の一端に接続されている。マイナスコンデンサ15の他端は、グランド8に接続されている。
また、プラスレール配線12およびマイナスレール配線14は、充放電回路16に接続されている。充放電回路16は、図示外の充放電用のトランジスタを有する。また、充放電回路16は、バッテリ17に接続されている。
さらに、プラスレール配線12およびマイナスレール配線14は、第二変換回路としてのインバータ回路18に接続されている。インバータ回路18は、第三トランジスタ51と、第四トランジスタ52と、第三ダイオード53と、第四ダイオード54と、を有する。第三トランジスタ51および第四トランジスタ52には、たとえば数十アンペア程度の電流をコレクタ−エミッタ間に流すことが可能なトランジスタを使用する。また、第三ダイオード53および第四ダイオード54には、たとえば数十アンペア程度の電流をアノードからカソードに流すことが可能なダイオードを使用する。
第三トランジスタ51のコレクタは、プラスレール配線12に接続されている。第三トランジスタ51のエミッタは、第四トランジスタ52のコレクタに接続されている。第四トランジスタ52のエミッタは、マイナスレール配線14に接続されている。第三ダイオード53のアノードは、第三トランジスタ51のエミッタに接続され、第三ダイオード53のカソードは、第三トランジスタ51のコレクタに接続されている。第四ダイオード54のアノードは、第四トランジスタ52のエミッタに接続され、第四ダイオード54のカソードは、第四トランジスタ52のコレクタに接続されている。
インバータ回路18の第三トランジスタ51のエミッタおよび第三ダイオード53のアノードは、ローパスフィルタ回路19に接続されている。ローパスフィルタ回路19は、出力コイル61と、出力コンデンサ62と、を有する。出力コイル61には、数十アンペア程度の電流を低抵抗にて流すことができる太い配線のコイルを使用する。出力コンデンサ62には、大容量のものを使用する。
なお、ローパスフィルタ回路19は、出力コイル61のインダクタンス値と、出力コンデンサ62のキャパシタンス値とによって決まるカットオフ周波数を有する。そして、このカットオフ周波数以上の周波数の信号成分を、カットオフ周波数以下の周波数の信号成分に比べて大きく減衰させる特性を有する。この無停電電源装置1には、50Hzや60Hzなどの周波数の交流電圧の交流電力が一対の入力端子2,3に供給され、且つ、一対の出力端子5,6には、50Hzや60Hzなどの周波数の交流電圧の交流電力で動作する負荷機器7が接続されている。したがって、たとえば、50Hzあるいは60Hz以上の周波数成分を減衰させる特性となるように、出力コイル61のインダクタンス値と、出力コンデンサ62のキャパシタンス値とを決定すればよい。
ローパスフィルタ回路19の出力コイル61の一端は、インバータ回路18の第三トランジスタ51のエミッタに接続されている。出力コイル61の他端は、出力コンデンサ62の一端に接続されている。出力コンデンサ62の他端は、グランド8に接続されている。出力コイル61の他端は、切替回路20に接続される。
切替回路20は、開閉器としての第一開閉器71と、開閉器としての第二開閉器72と、を有する。第一開閉器71および第二開閉器72は、たとえば、固定接点と、この固定接点に対して接離するように可動する可動接点と、を有する機械式の開閉器で構成することができる。第一開閉器71および第二開閉器72は、ハイレベルの信号が入力されると、固定接点と可動接点とを接触させて閉じ、ローレベルの信号が入力されると、固定接点と可動接点とを離間させて開く。なお、第一開閉器71および第二開閉器72として使用することができる開閉器としては、他にもたとえば、トランジスタなどの半導体スイッチがある。
第一開閉器71の固定接点は、一方の入力端子2に接続されている。第一開閉器71の可動接点は、一対の出力端子5,6の中の一方の出力端子5に接続されている。一対の出力端子5,6の中の他方の出力端子6は、グランド8に接続されている。第二開閉器72の固定接点は、ローパスフィルタ回路19の出力コイル61の他端に接続されている。第二開閉器72の可動接点は、一対の出力端子5,6の中の一方の出力端子5に接続されている。なお、これらの固定接点と可動接点とは、それらの接続先が互いに入れ替わってもよい。
一対の出力端子5,6には、コンピュータ、レーザプリンタなどの負荷機器7が接続されている。負荷機器7は、たとえば50Hzや60Hzなどの所定の周波数の正弦波波形の交流電圧の交流電力が供給されることで、動作する。
以上のように、この実施の形態に係る無停電電源装置1は、一対の入力端子2,3と一対の出力端子5,6との間に、レクチュファイヤ回路11、一対のレール配線12,14、プラスコンデンサ13、マイナスコンデンサ15、充放電回路16、バッテリ17、インバータ回路18、ローパスフィルタ回路19、切替回路20が接続されている。これらの回路によって、一方の入力端子2と一方の出力端子5との間の電力供給経路が構成されている。これらの電力供給経路の回路には、たとえば数十アンペアなどのように、負荷機器7の消費電力に見合った電流あるいはそれ以上の電流が流れることになる。
また、この実施の形態に係る無停電電源装置1は、入力電圧検出器21と、入力電流検出器22と、第二の電圧としてのプラスレール電圧を検出するプラスレール電圧検出器23と、第二の電圧としてのマイナスレール電圧を検出するマイナスレール電圧検出器24と、バッテリ電圧検出器25と、出力電圧検出器26と、第二検出器あるいは検出器としてのインバータ電流検出器27と、第一検出器あるいは検出器としての出力電流検出器28と、を有する。
入力電圧検出器21は、他方の入力端子3の電圧レベル(=グランド8の電圧レベル)を基準として一方の入力端子2の電圧を検出し、その検出電圧の大きさに応じたレベルの電圧を検出入力電圧として出力する。
入力電流検出器22は、一方の入力端子2と入力コイル41との間に流れる電流を検出コイルなどで検出し、その電流にて検出コイルに励起される電圧を入力電流の検出電圧として出力する。
プラスレール電圧検出器23は、グランド8の電圧レベルを基準として、プラスレール配線12の電圧を検出し、その検出電圧の大きさに応じたレベルの電圧を検出プラスレール電圧として出力する。
マイナスレール電圧検出器24は、マイナスレール配線14の電圧を基準として、グランド8の電圧レベルを検出し、その検出電圧の大きさに応じたレベルの電圧を検出マイナスレール電圧として出力する。マイナスレール配線14の電圧の絶対値が大きくなるほど、マイナスレール電圧検出器24が出力する検出マイナスレール電圧も大きくなる。
バッテリ電圧検出器25は、バッテリ17の充電電圧を検出し、その検出電圧の大きさに応じたレベルの電圧を検出バッテリ電圧として出力する。
出力電圧検出器26は、グランド8を基準として、ローパスフィルタ回路19と切替回路20との間の電圧(すなわち第三の電圧)を検出し、その検出電圧の大きさに応じたレベルの電圧を検出出力電圧として出力する。
インバータ電流検出器27は、インバータ回路18から一方の出力端子5へ流れる電流を、ローパスフィルタ回路19と切替回路20との間において検出コイルなどで検出し、その電流にて検出コイルに励起される電圧をインバータ電流の検出電圧として出力する。インバータ回路18から一方の出力端子5へ流れる電流が大きくなるほど、インバータ電流検出器27が出力するインバータ電流の検出電圧も大きくなる。
出力電流検出器28は、一方の出力端子5から負荷機器7へ供給される電流を、切替回路20と一方の出力端子5との間において検出コイルなどで検出し、その電流にて検出コイルに励起される電圧を出力電流の検出電圧として出力する。一方の出力端子5から負荷機器7へ供給される電流が大きくなるほど、出力電流検出器28が出力する出力電流の検出電圧も大きくなる。
これら入力電圧検出器21、入力電流検出器22、プラスレール電圧検出器23、マイナスレール電圧検出器24、バッテリ電圧検出器25、出力電圧検出器26、インバータ電流検出器27、出力電流検出器28は、DSP(Digital Signal Processor:デジタル信号処理装置)31に接続されている。DSP31は、マイクロプロセッサの一種であり、デジタル信号処理によって各種の制御信号を生成するものである。
DSP31は、検出入力電圧を周期的にサンプリングして検出入力電圧のデジタル値を生成する第一ADコンバータ37Aと、入力電流の検出電圧を周期的にサンプリングして入力電流の検出電圧のデジタル値を生成する第二ADコンバータ37Bと、検出プラスレール電圧を周期的にサンプリングして検出プラスレール電圧のデジタル値を生成する第三ADコンバータ37Cと、検出マイナスレール電圧を周期的にサンプリングして検出マイナスレール電圧のデジタル値を生成する第四ADコンバータ37Dと、検出バッテリ電圧を周期的にサンプリングして検出バッテリ電圧のデジタル値を生成する第五ADコンバータ37Eと、検出出力電圧を周期的にサンプリングして検出出力電圧のデジタル値を生成する第六ADコンバータ37Fと、インバータ電流の検出電圧を周期的にサンプリングしてインバータ電流の検出電圧のデジタル値を生成する第七ADコンバータ37Gと、出力電流の検出電圧を周期的にサンプリングして出力電流の検出電圧のデジタル値を生成する第八ADコンバータ37Hと、を有する。
また、このDSP31は、レクチュファイヤ制御部32と、充放電制御部33と、インバータ制御部34と、制御手段としての切替回路制御部35と、切替信号生成手段としてのモード制御部36と、を有する。これらレクチュファイヤ制御部32、充放電制御部33、インバータ制御部34およびモード制御部36は、DSP31の図示外のマイクロプロセッサが、DSP31の図示外のメモリに記憶されている制御プログラムを実行することで、DSP31に実現されている。
図2は、図1中のレクチュファイヤ制御部32およびその周辺部を示す詳細なブロック図である。レクチュファイヤ制御部32は、実効制御部32Aと、瞬時制御部32Bと、を有する。
実効制御部32Aは、プラスフィルタ81と、マイナスフィルタ82と、加算器83および二分の一アンプ84からなる平均値演算器と、目標レール電圧レジスタ85と、実効減算器86と、電圧補償演算器87と、リミッタ88と、固定電流指令レジスタ89と、セレクタ90と、切換判定器91と、を有する。
プラスフィルタ81は、第三ADコンバータ37Cが出力する検出プラスレール電圧のノイズ成分を除去する。マイナスフィルタ82は、第四ADコンバータ37Dが出力する検出マイナスレール電圧のノイズ成分を除去する。加算器83は、フィルタリングされた検出プラスレール電圧と、フィルタリングされた検出マイナスレール電圧とを加算する。二分の一アンプ84は、加算器83の演算結果の値の二分の一を出力する。したがって、二分の一アンプ84は、検出プラスレール電圧と、検出マイナスレール電圧との平均値(以下、レール電圧の平均値と記載する。)を出力することになる。なお、プラスフィルタ81およびマイナスフィルタ82は、無くてもよい。
目標レール電圧レジスタ85には、レール電圧の平均値の目標値である目標レール電圧が記憶されている。実効減算器86は、目標レール電圧からレール電圧の平均値を減算する。電圧補償演算器87は、この差分電圧値に応じた電圧補償値を一次IIR(Infinite−duration Impulse Response)フィルタ演算処理にて演算する。リミッタ88は、電圧補償演算器87の演算結果である電圧補償値がマイナスの値である場合には、電圧補償値を「0」に置き換える。
固定電流指令レジスタ89には、所定の電流指令値が記憶されている。この電流指令値は、電圧補償演算器87が出力する最大の電圧補償値あるいはそれ以上の値の電圧補償値になっている。また、この固定電流指令レジスタ89の電流指令値は、特定の負荷機器7の定格消費電力に応じた値としてもよい。以下、この固定電流指令レジスタ89に記憶されている電流指令値を、固定電流指令値と記載する。
切換判定器91は、最低閾値電圧レジスタ92と、第一切換減算器93と、第二切換減算器94と、論理和演算器95と、ホールド用のバッファ96と、を有する。最低閾値電圧レジスタ92は、最低閾値電圧値を記憶する。最低閾値電圧値は、一対の入力端子2,3に入力される入力電圧のピーク電圧よりも高い電圧値になっている。
第一切換減算器93は、最低閾値電圧値から検出プラスレール電圧の値を減算する。第二切換減算器94は、最低閾値電圧値から検出マイナスレール電圧の値を減算する。論理和演算器95は、第一切換減算器93の演算結果の値および第二切換減算器94の演算結果の値の論理和を演算し、その出力をハイレベルまたはローレベルにする。ホールド用のバッファ96は、入力電圧の1周期に相当する期間毎に、そのときに論理和演算器95の出力レベルと同じレベルの信号を出力する。
したがって、切換判定器91は、検出プラスレール電圧および検出マイナスレール電圧の中のいずれか一方の電圧が、所定の最低閾値電圧値以下になったら、ハイレベルの信号を出力する。この信号は、検出入力電圧に基づいて判断される入力電圧の1周期に相当する期間の整数倍の期間、ハイレベルとなる。
セレクタ90は、切換判定器91からの信号を、検出入力電圧に基づいて判断される入力電圧の1周期の所定のタイミングで、切換判定器91からハイレベルの信号が出力されているか否かを確認する。そして、セレクタ90は、ハイレベルの信号が入力されないときは、リミッタ88から出力される電流指令値を選択し、ローレベルの信号が入力されるときには、固定電流指令レジスタ89に記憶されている固定電流指令値を選択する。なお、セレクタ90が切換判定器91からのハイレベルの信号の出力を確認するタイミングは、たとえば、検出入力電圧に基づいて判断される入力電圧がマイナスからプラスへ変化するゼロクロスのタイミングとすればよい。
瞬時制御部32Bは、正規化回路101と、増幅器102と、瞬時乗算器103と、瞬時減算器104と、電流補償演算器105と、瞬時加算器106と、レクチュファイヤ三角波発生器107と、レクチュファイヤ比較器108と、を有する。
正規化回路101は、第一ADコンバータ37Aが出力する検出入力電圧を、正規化する。増幅器102は、この正規化された検出入力電圧を所定の倍率で増幅する。
瞬時乗算器103は、実効制御部32Aのセレクタ90の出力値に、正規化された検出入力電圧の値を乗算する。瞬時減算器104は、瞬時乗算器103の出力値から、第二ADコンバータ37Bの出力値を減算する。電流補償演算器105は、瞬時減算器104の出力に応じた瞬時電流補償値を演算する。瞬時加算器106は、増幅器102の出力値に、瞬時電流補償値を加算する。レクチュファイヤ三角波発生器107は、三角波の波形にしたがった波形データを発生する。レクチュファイヤ比較器108は、瞬時加算器106から出力される値と、そのときの波形データの値とを比較し、その比較結果に応じたパルス幅のパルスを出力する。
なお、これら一連の実効制御部32Aおよび瞬時制御部32Bによるデジタル演算処理は、商用交流電力の交流電圧の周期よりも短い所定の周期毎に、繰り返して実行される。たとえば400k〜1MHz程度の周波数の1周期毎に繰り返して実行される。したがって、商用交流電力の交流電圧の1周期の間に、レクチュファイヤ制御部32は、複数のパルスからなるPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御用のゲート信号を出力することになる。このPWM制御用のゲート信号では、上述する周期毎に各パルスのパルス幅が制御されている。なお、上述する周期毎にパルスの有無を制御してもよい。パルスが出力されている期間において、ゲート信号はハイレベルとなり、パルスとパルスとの間の期間において、ゲート信号はローレベルとなる。このゲート信号は、レクチュファイヤ回路11の第一トランジスタ42のゲートと、第一反転回路39とに入力される。第一反転回路39は、ゲート信号のハイレベルとローレベルとを反転したゲート信号を、第二トランジスタ43のゲートに入力する。
また、DSP31における充放電制御部33は、充電用のゲート信号および放電用のゲート信号を出力する。これらのゲート信号は、充放電回路16の充放電用のトランジスタのゲートに入力する。
図3は、図1中のインバータ制御部34およびその周辺部を示す詳細なブロック図である。インバータ制御部34は、実効値演算器112と、目標出力電圧レジスタ113と、第一インバータ減算器114と、インバータ実効補償演算器126と、目標電圧振幅指令レジスタ116と、補償加算器117と、理想正弦波発生回路118と、インバータ乗算器115と、インバータ電流補償演算器119と、瞬時増幅器120と、第二インバータ減算器121と、第三インバータ減算器122と、インバータ瞬時補償演算器123と、インバータ三角波発生器124と、インバータ比較器125と、を有する。
実効値演算器112は、第六ADコンバータ37Fが出力する検出出力電圧の実効値を演算する。目標出力電圧レジスタ113には、検出出力電圧の実効値の目標値である目標出力電圧値が記憶されている。第一インバータ減算器114は、目標出力電圧値から、検出出力電圧の実効値を減算する。インバータ実効補償演算器126は、この第一インバータ減算器114の出力に応じた実効補償値を演算する。
目標電圧振幅指令レジスタ116には、検出出力電圧の瞬時値の最大値である目標出力電圧振幅値が記憶されている。補償加算器117は、この目標出力電圧振幅値に、インバータ実効補償演算器126から出力される実効補償値を加算する。
理想正弦波発生回路118は、振幅が「1」である正弦波を、入力電圧の周波数と略同じ周波数あるいは定格周波数にて出力する。なお、この理想正弦波発生回路118から出力される正弦波の周期は、検出入力電圧の周期と同期をとるようにしてもよい。インバータ乗算器115は、理想正弦波発生回路118から出力される正弦波と、補償加算器117の出力とを乗算する。
インバータ電流補償演算器119は、第七ADコンバータ37Gが出力するインバータ電流の検出電圧に基づいて、インバータ電流補償値を演算する。具体的にはたとえば、インバータ電流補償演算器119は、インバータ電流の検出電圧の絶対値を演算し、この絶対値が所定のインバータ超過電流値以下である場合には、「0」を出力し、この絶対値が所定のインバータ超過電流値よりも大きい場合には、その超過分に応じた「0」以外の値を演算する。なお、インバータ超過電流値は、無停電電源装置1の定格電流値よりも大きく、且つ、インバータ回路18に流すことができる最大のカレントリミット電流値よりも小さい電流値であればよい。瞬時増幅器120は、インバータ電流補償値を、所定の増幅率で増幅する。第二インバータ減算器121は、インバータ乗算器115の出力値から、瞬時増幅器120の出力値を減算する。第三インバータ減算器122は、第二インバータ減算器121の出力値から、第六ADコンバータ37Fが出力する検出出力電圧(瞬時値)を減算する。
インバータ瞬時補償演算器123は、第三インバータ減算器122の出力に応じた瞬時補償値を演算する。インバータ三角波発生器124は、三角波の波形にしたがった波形データを発生する。インバータ比較器125は、インバータ瞬時補償演算器123から出力される瞬時補償値と、波形データとを比較し、その比較結果に応じたパルス幅のパルスを出力する。
なお、これら一連のインバータ制御部34によるデジタル演算処理は、商用交流電力の交流電圧の周期よりも短い所定の周期毎に、たとえば400k〜1MHz程度の周波数の1周期毎に繰り返して実行される。したがって、商用交流電力の交流電圧の1周期の間に、インバータ制御部34は、複数のパルスからなる、PWM制御用のゲート信号を出力することになる。このPWM制御用のゲート信号では、上述する周期毎に各パルスのパルス幅が制御されている。なお、上述する周期毎にパルスの有無を制御してもよい。パルスが出力されている期間において、ゲート信号はハイレベルとなり、パルスとパルスとの間の期間において、ゲート信号はローレベルとなる。このゲート信号は、インバータ回路18の第三トランジスタ51のゲートと、第二反転回路40とに入力される。第二反転回路40は、このゲート信号のハイレベルとローレベルとを反転したゲート信号を、第四トランジスタ52のゲートへ出力する。
図4は、図1中の切替回路制御部35およびその周辺部を示す詳細なブロック図である。切替回路制御部35は、絶対値演算器131と、ピークホールド器132と、最大切替電流レジスタ133と、切替回路減算器134と、第一演算器135と、切替回路反転器136と、第二演算器137と、を有する。
絶対値演算器131は、第八ADコンバータ37Hが生成する出力電流の検出電圧のデジタル値の絶対値を演算する。ピークホールド器132は、検出入力電圧に基づいて判断される入力電圧の1周期に相当する期間の中における、出力電流の検出電圧の絶対値の最大値を保持する。最大切替電流レジスタ133は、最大切替電流値が記憶されている。この最大切替電流値は、切替回路20の第一開閉器71および第二開閉器72を損傷することなく切り替えることができる最大の電流値であり、後述する無停電電源装置1のカレントリミット電流値よりも小さく、且つ、無停電電源装置1の定格電流以上の所定の基準電流値である。この実施の形態1では、最大切替電流レジスタ133には、最大切替電流値として、無停電電源装置1の定格電流値の120%の電流値を記憶させている。切替回路減算器134は、最大切替電流レジスタ133に記憶されている最大切替電流値から、ピークホールド器132が保持する出力電流の検出電圧の絶対値の最大値を減算する。そして、切替回路減算器134は、演算結果が「0」以下である場合には、「0」を出力し、「0」よりも大きい場合には、「1」を出力する。
第一演算器135は、検出入力電圧に基づいて判断される入力電圧の1周期に相当する期間毎に、切替回路減算器134から出力される演算結果と、切替回路20の切替動作が必要なときにモード制御部36から出力される切替信号と、を乗算する。この第一演算器135の演算結果は、第一切替信号(切替信号)として第一開閉器71へ出力される。切替回路反転器136は、モード制御部36から出力される切替信号を反転する。第二演算器137は、検出入力電圧に基づいて判断される入力電圧の1周期に相当する期間毎に、切替回路減算器134から出力される演算結果と、切替回路反転器136から出力される反転された切替信号とを乗算する。この第二演算器137の演算結果は、第二切替信号(切替信号)として第二開閉器72へ出力される。
また、DSP31におけるモード制御部36は、これらレクチュファイヤ制御部32、充放電制御部33およびインバータ制御部34それぞれへ、起動信号を出力するとともに、切替回路制御部35へ、切替信号を出力する。レクチュファイヤ制御部32、充放電制御部33およびインバータ制御部34は、起動信号がハイレベルであると動作し、ローレベルであると停止する。
モード制御部36のモード制御に基づく動作モードには、通常動作モードとして、常時インバータモードと、常時商用モードとがある。なお、この常時インバータモードおよび常時商用モードの中のどちらを通常動作モードとするかは、図示外の通常モードレジスタやDIPスイッチにおいて設定されている。
次に、無停電電源装置1の動作について説明する。
無停電電源装置1の一対の入力端子2,3には、交流電源装置4が接続される。一対の出力端子5,6には、負荷機器7が接続される。DSP31の中央処理装置が制御プログラムを実行することで、レクチュファイヤ制御部32、充放電制御部33、インバータ制御部34、モード制御部36が実現される。
なお、無停電電源装置の起動時には、モード制御部36は、レクチュファイヤ制御部32への起動信号、充放電制御部33への起動信号およびインバータ制御部34への起動信号をローレベルに制御するとともに、切替回路制御部35への切替信号をローレベルに制御する。したがって、レクチュファイヤ制御部32、充放電制御部33およびインバータ制御部34は停止しており、これらの制御部32,33,34からゲート信号は出力されない。また、切替回路20の第二開閉器72は閉じており、第一開閉器71は開いている。これにより、起動直後には、一方の出力端子5には、停止しているインバータ制御部34が第二開閉器72を介して接続されることになる。そのため、無停電電源装置1は、一対の出力端子5,6から負荷機器7へ電力を供給していない。
モード制御部36は、通常モードレジスタやDIPスイッチに設定されている通常動作モードを確認する。ここでは、通常動作モードとして、常時インバータモードが設定されているものとする。
常時インバータモードが設定されている場合、モード制御部36は、第五ADコンバータ37Eの検出バッテリ電圧が所定の目標蓄電電圧以上の電圧であるか否かを判断する。そして、検出バッテリ電圧が所定の目標蓄電電圧以上である場合には、モード制御部36は、充放電制御部33への起動信号をハイレベルに制御する。
起動信号がハイレベルに制御されることで、充放電制御部33は、放電用のゲート信号を、充放電回路16の充放電用のトランジスタのゲートへ出力する。充放電用のトランジスタは、放電用のゲート信号のハイレベルが入力されるとオン状態となり、そのローレベルが入力されるとオフ状態となる、スイッチング動作をする。これにより、バッテリ17の蓄電電圧に基づく放電電圧は、充放電回路16からプラスレール配線12およびマイナスレール配線14へ出力される。プラスコンデンサ13およびマイナスコンデンサ15は、この放電電圧に充電される。
また、充放電制御部33は、検出プラスレール電圧および検出マイナスレール電圧の値を読み取り、検出プラスレール電圧と検出マイナスレール電圧との平均値と、所定の目標レール電圧とを比較する。そして、充放電制御部33は、目標レール電圧よりもこの平均値が低い場合には、放電用のゲート信号に含まれるパルスのパルス幅を広げ、目標レール電圧よりもこの平均値が高い場合には、放電用のゲート信号に含まれるパルスのパルス幅を狭める。これにより、充放電回路16が出力する放電電圧によって、プラスレール配線12の電圧は、目標レール電圧に制御され、マイナスレール配線14の電圧の大きさは、目標レール電圧に制御される。
充放電制御部33への起動信号をハイレベルに制御した後、モード制御部36は、第三ADコンバータ37Cの検出プラスレール電圧および第四ADコンバータ37Dの検出マイナスレール電圧に基づいて、一対のレール配線12,14の電位差が、所定のレールトゥレール電圧になっているか否かを判断する。そして、一対のレール配線12,14の電位差が所定のレールトゥレール電圧になっている場合には、モード制御部36は、インバータ制御部34への起動信号をハイレベルに制御する。
起動信号がハイレベルに制御されると、インバータ制御部34の実効値演算器112は、検出出力電圧の実効値を演算する。第一インバータ減算器114は、目標出力電圧レジスタ113に記憶されている目標出力電圧値から検出出力電圧の実効値を減算して、差分電圧値を演算し、インバータ実効補償演算器126は、実効補償値を演算し、補償加算器117は、この実効補償値と電圧振幅指令とを加算する。インバータ乗算器115は、理想正弦波発生回路118の出力と、補償加算器117の演算結果とを乗算し、第二インバータ減算器121は、インバータ乗算器115からの値から瞬時増幅器120の値を減算し、第三インバータ減算器122は、第二インバータ減算器121の演算結果から検出出力電圧の瞬時値を減算し、インバータ瞬時補償演算器123は、第三インバータ減算器122からの値に応じた瞬時補償値を演算する。そして、インバータ比較器125は、インバータ瞬時補償演算器123からの値と、インバータ三角波発生器124からの波形データとを比較し、その比較結果に応じたパルス幅のパルスを出力する。
このようにインバータ制御部34は、デジタル信号処理によって、所定の周期毎にPWM制御されたパルス列で構成されるゲート信号を、インバータ回路18の第三トランジスタ51へ出力する。また、第二反転回路40は、反転したゲート信号を、インバータ回路18の第四トランジスタ52へ出力する。
第三トランジスタ51および第四トランジスタ52は、スイッチング動作をする。ゲート信号によって第三トランジスタ51がオン状態になることで、プラスレール配線12がローパスフィルタ回路19に接続される。反転されたゲート信号によって第四トランジスタ52がオン状態になることで、マイナスレール配線14がローパスフィルタ回路19に接続される。
インバータ制御部34は、検出出力電圧を参照して、第三トランジスタ51がオン状態になる期間と、第四トランジスタ52がオン状態になる期間と、を制御する。
具体的にはたとえば、インバータ制御部34は、検出出力電圧がプラスの電圧となる期間においては、第三トランジスタ51がオン状態になるトータルの期間が、第四トランジスタ52がオン状態になるトータルの期間よりも長くなるように制御し、検出入力電圧がマイナスの電圧となる期間においては、第四トランジスタ52がオン状態になるトータルの期間が、第三トランジスタ51がオン状態になるトータルの期間よりも長くなるように制御する。
また、インバータ制御部34は、検出出力電圧を参照して、検出出力電圧と所定の目標値とを比較する。そして、インバータ制御部34は、目標値よりも検出出力電圧が低い場合には、検出出力電圧の正の半周期においては、第三トランジスタ51のオンデューティ比を増加させるとともに、第四トランジスタ52のオンデューティ比を減少させる。また、インバータ制御部34は、目標値よりも検出出力電圧が低い場合には、検出出力電圧の負の半周期においては、第三トランジスタ51のオンデューティ比を減少させるとともに、第四トランジスタ52のオンデューティ比を増加させる。逆に、インバータ制御部34は、目標値よりも検出出力電圧が高い場合には、検出出力電圧の正の半周期においては、第三トランジスタ51のオンデューティ比を減少させるとともに、第四トランジスタ52のオンデューティ比を増加させる。また、インバータ制御部34は、目標値よりも検出出力電圧が高い場合には、検出出力電圧の負の半周期においては、第三トランジスタ51のオンデューティ比を増加させるとともに、第四トランジスタ52のオンデューティ比を減少させる。
このようなゲート信号が第三トランジスタ51のゲートに供給され、且つ、反転されたゲート信号が第四トランジスタ52のゲートに供給されることで、インバータ回路18は、検出出力電圧がプラスの電圧となる期間には、トータルとしてプラスとなる電圧をローパスフィルタ回路19へ出力し、検出入力電圧がマイナスの電圧となる期間には、トータルとしてマイナスとなる電圧をローパスフィルタ回路19へ出力する。ローパスフィルタ回路19は、このインバータ回路18が出力する第二の交流電圧としての交流電圧の高調波成分を除去する。
したがって、ローパスフィルタ回路19からは、検出入力電圧の周波数と同一の周波数および目標出力電圧の振幅を有する交流電圧が、出力されることになる。この交流電圧を有する交流電力が、一対の出力端子5,6を介して負荷機器7へ供給される。負荷機器7は、この良好な電圧波形の交流電力で動作することができる。
なお、インバータ制御部34からのゲート信号が第三トランジスタ51のゲートに入力され、且つ、反転されたゲート信号が第四トランジスタ52のゲートに入力されることで、インバータ回路18から電流が出力される。第七ADコンバータ37Gは、このインバータ回路18から出力されるインバータ電流を検出する。インバータ電流補償演算器119は、このインバータ電流の検出電圧の絶対値に基づいて、インバータ電流補償値を演算する。負荷機器7による通常の負過電流は、インバータ超過電流値よりも小さいので、インバータ電流補償値は、「0」となり、瞬時増幅器120も「0」を出力し、第二インバータ減算器121は、インバータ乗算器115の演算結果をそのまま出力することになる。したがって、インバータ超過電流値よりも小さいインバータ電流が流れても、インバータ制御部34が出力するゲート信号は、変化しない。
引き続き、モード制御部36は、第一ADコンバータ37Aの検出入力電圧に基づいて、一対の入力端子2,3に供給される交流電力が正常な電力であるか否かを判断する。そして、一対の入力端子2,3に供給される交流電力が正常な電力である場合には、モード制御部36は、レクチュファイヤ制御部32への起動信号をハイレベルに制御する。
起動信号がハイレベルに制御されることで、レクチュファイヤ制御部32の実効制御部32Aでは、検出プラスレール電圧と検出マイナスレール電圧との平均値が演算され、目標レール電圧からレール電圧の平均値が減算されて、差分電圧値が演算される。そして、実効制御部32Aの電圧補償演算器87は、この差分電圧値に応じた電圧補償値を演算する。リミッタ88は、電圧補償値がプラスの値である場合にはそのまま出力し、マイナスの値である場合には電圧補償値を「0」に置き換えて出力する。通常の状態では、検出プラスレール電圧および検出マイナスレール電圧が共に最低閾値電圧よりも大きくなり、切換判定器91はハイレベルの信号を出力するので、セレクタ90は、リミッタ88の出力を選択する。
レクチュファイヤ制御部32の瞬時乗算器103は、リミッタ88から出力される電流指令値に、正規化された検出入力電圧を乗算する。この演算結果は、瞬時指令値である。瞬時減算器104は、瞬時乗算器103の演算結果から、第二ADコンバータ37Bの検出電流値を減算し、電流補償演算器105は、瞬時減算器104の演算結果に応じた瞬時電流補償値を演算する。したがって、電流補償演算器105は、検出電流値が瞬時指令値と等しくなるように、瞬時電流補償値を演算することになる。
瞬時加算器106は、増幅器102の出力に、この瞬時電流補償値を加算する。レクチュファイヤ比較器108は、瞬時加算器106の演算結果と、レクチュファイヤ三角波発生器107からの波形データとを比較し、その比較結果に応じたパルス幅のパルスを出力する。
したがって、レクチュファイヤ比較器108から出力される各パルスのパルス幅は、検出入力電圧が正の期間においては、増幅器102の出力とレクチュファイヤ三角波発生器107からの波形データとを比較した場合のパルス幅を基本とし、その基本のパルス幅を、瞬時電流補償値の大きさに応じた分だけ減少させたパルス幅となる。逆に、検出入力電圧が負の期間においては、レクチュファイヤ比較器108から出力される各パルスのパルス幅は、増幅器102の出力とレクチュファイヤ三角波発生器107からの波形データとを比較した場合のパルス幅を基本とし、その基本のパルス幅を、瞬時電流補償値の大きさに応じた分だけ増加させたパルス幅となる。
レクチュファイヤ制御部32は、このようにして所定の周期毎にPWM制御されたパルス列で構成されるゲート信号を、レクチュファイヤ回路11の第一トランジスタ42へ出力する。また、第一反転回路39は、反転したゲート信号を、レクチュファイヤ回路11の第二トランジスタ43へ出力する。
第一トランジスタ42は、ゲート信号によってスイッチング動作し、第二トランジスタ43は、反転されたゲート信号によってスイッチング動作する。第二トランジスタ43がスイッチング動作することで、入力コイル41には電気エネルギーが蓄積され、この蓄積されたエネルギーが第一ダイオード44を介してプラスレール配線12へ供給される。これにより、プラスコンデンサ13は、一対の入力端子2,3に入力されている入力電圧の正の振幅よりも大きなプラスの電圧に充電される。また、第一トランジスタ42がスイッチング動作することで、入力コイル41には電気エネルギーが蓄積され、この蓄積されたエネルギーが第二ダイオード45を介してマイナスレール配線14へ供給される。これにより、マイナスコンデンサ15は、一対の入力端子2,3に入力されている入力電圧の負の振幅よりも絶対値が大きいマイナスの電圧に充電される。
また、レクチュファイヤ制御部32は、検出プラスレール電圧および検出マイナスレール電圧の値を読み取り、この読取値に基づくレール電圧の平均値と所定の目標レール電圧とを比較する。そして、レクチュファイヤ制御部32は、目標レール電圧よりもこの平均値が低い場合には、入力電圧の正の半周期においては、第一トランジスタ42へのゲート信号のオンデューティ比を減少させるとともに、第二トランジスタ43へのゲート信号のオンデューティ比を増加させる。また、目標レール電圧よりもこの平均値が低い場合には、入力電圧の負の半周期においては、第一トランジスタ42へのゲート信号のオンデューティ比を増加させるとともに、第二トランジスタ43へのゲート信号のオンデューティ比を減少させる。逆に、目標レール電圧よりもこの平均値が高い場合には、入力電圧の正の半周期においては、レクチュファイヤ制御部32は、第一トランジスタ42へのゲート信号のオンデューティ比を増加させるとともに、第二トランジスタ43へのゲート信号のオンデューティ比を減少させる。また、目標レール電圧よりもこの平均値が高い場合には、入力電圧の負の半周期においては、第一トランジスタ42へのゲート信号のオンデューティ比を減少させるとともに、第二トランジスタ43へのゲート信号のオンデューティ比を増加させる。これにより、レクチュファイヤ回路11が出力する電圧に基づいて、プラスレール配線12の電圧は、目標レール電圧に制御され、マイナスレール配線14の電圧の大きさは、目標レール電圧に制御される。
レクチュファイヤ制御部32への起動信号をハイレベルに制御した後、モード制御部36は、第三ADコンバータ37Cの検出プラスレール電圧および第四ADコンバータ37Dの検出マイナスレール電圧に基づいて、一対のレール配線12,14の電位差が、所定のレールトゥレール電圧になっているか否かを判断する。そして、一対のレール配線12,14の電位差が所定のレールトゥレール電圧になっている場合には、モード制御部36は、充放電制御部33への起動信号をローレベルに制御する。起動信号がローレベルに制御されることで、充放電制御部33は、充放電回路16のトランジスタへのゲート信号の出力を停止する。
以上の一連の常時インバータモードでの起動処理によって、無停電電源装置1の一対の入力端子2,3に供給される交流電力は、レクチュファイヤ回路11およびインバータ回路18を介して、一対の出力端子5,6から負荷機器7へ供給される。また、負荷機器7へ供給される交流電力の電圧波形は、インバータ回路18およびローパスフィルタ回路19により整形されている。したがって、負荷機器7には、良好な交流電圧波形を有する交流電力が供給される。
なお、以上の一連の常時インバータモードでの起動処理において、検出バッテリ電圧が所定の目標蓄電電圧以上でない場合には、モード制御部36は、充放電制御部33への起動信号をローレベルに維持したまま、一対のレール配線12,14の電位差が所定のレールトゥレール電圧になっているか否かを判定することなく、一対の入力端子2,3に供給される交流電力が正常な電力であるか否かを判断する。
一対の入力端子2,3に供給される交流電力が正常な電力ではないと判断した場合には、さらに、その交流電力が正常な電力に戻っているか否かを周期的に判断する。そして、その周期的な判断において、一対の入力端子2,3に供給される交流電力が正常な電力に戻ったと判断したら、モード制御部36は、レクチュファイヤ制御部32への起動信号をハイレベルに制御する。
以上の一連の常時インバータモードでの起動処理が完了すると、モード制御部36は、第一ADコンバータ37Aの検出入力電圧を周期的に監視する。そして、検出入力電圧の値に基づいて入力電力が正常な状態ではないと判断すると、モード制御部36は、充放電制御部33への起動信号をハイレベルに制御するとともに、レクチュファイヤ制御部32への起動信号をローレベルに制御する。これにより、充放電回路16が出力する放電電圧が、プラスレール配線12とマイナスレール配線14とに供給され、プラスレール配線12とマイナスレール配線14との電位差は、維持される。その後、一対の入力端子2,3に供給される交流電力が正常な電力に戻ったと判断すると、モード制御部36は、レクチュファイヤ制御部32への起動信号をハイレベルに制御するとともに、充放電制御部33への起動信号をローレベルに制御する。これにより、レクチュファイヤ回路11は、レクチュファイヤ制御部32からのゲート信号に基づいて、一対の入力端子2,3に供給される交流電力の交流電圧を交直変換して、直流電圧を出力する。また、充放電回路16は、充放電制御部33からの放電用のゲート信号の出力が停止するので、出力を停止する。
このように、一対の入力端子2,3に供給される交流電力が正常ではないと判断される期間においては、バッテリ17の蓄電電力に基づく交流電力を負荷機器7へ供給することで、無停電電源装置1は、一対の入力端子2,3に供給される交流電力が異常な状態になっている期間においても、常時インバータモードにおいて、継続的に負荷機器7へ交流電力を供給し続けることができる。
また、モード制御部36は、第六ADコンバータ37Fの検出バッテリ電圧を周期的に監視する。そして、検出バッテリ電圧が所定の目標蓄電電圧以下になったと判断すると、レクチュファイヤ制御部32への起動信号がハイレベルになっていることを確認して、モード制御部36は、充放電制御部33への起動信号をハイレベルに制御する。
また、検出バッテリ電圧が所定の目標蓄電電圧よりも低くなると、モード制御部36は、充放電制御部33への起動信号をハイレベルに制御する。充放電制御部33は、充電用のゲート信号を、充放電回路16の充放電用のトランジスタのゲートへ出力する。充放電回路16は、プラスレール配線12とマイナスレール配線14との電位差に基づいて、バッテリ17へ充電電圧を出力する。この充電電圧によって、バッテリ17は目標蓄電電圧まで充電される。
このように、バッテリ17の蓄電電圧を所定の目標蓄電電圧以上に維持しつつ、一対の入力端子2,3に供給される交流電力が正常であると判断されない期間においては、バッテリ17の蓄電電力に基づく交流電力が負荷機器7へ供給される。
次に、無停電電源装置1が常時インバータモードで給電しているときに、通常モードレジスタやDIPスイッチに設定されている通常動作モードが、常時インバータモードから常時商用モードへ変更された場合の動作について説明する。通常動作モードが常時インバータモードから常時商用モードへ変更されると、モード制御部36は、切替回路制御部35への切替信号をハイレベルに制御する。
ローレベルからハイレベルに制御された切替信号は、切替回路制御部35の第一演算器135および切替回路反転器136に入力される。切替回路反転器136は、第二演算器137へローレベルの信号を出力する。
最大切替電流レジスタ133の最大切替電流値は定格電流以上の電流値に設定されており、通常の状態では、出力電流検出器28により検出される出力電流の1周期内のピーク値は定格電流(ピーク値)より低いため、切替回路減算器134の演算結果は「0」よりも大きくなり、切替回路減算器134は「1」を出力している。
したがって、第一演算器135は、切替信号がローレベルからハイレベルに制御されると、第一開閉器71へハイレベルの第一切替信号を出力する。これにより、第一開閉器71は、開状態から閉状態へ切り替わる。また、第二演算器137は、切替信号がローレベルからハイレベルに制御されると、第二開閉器72へローレベルの第二切替信号を出力する。第二開閉器72は、閉状態から開状態へ切り替わる。これにより、インバータ回路18はローパスフィルタ回路19とともに一方の出力端子5から切り離され、その換わりに、一方の出力端子5には、一方の入力端子2が接続されることになる。その結果、一対の入力端子2,3に供給される交流電力は、そのまま一対の出力端子5,6を介して負荷機器7へ供給される。
この常時商用モードでも、モード制御部36は、第一ADコンバータ37Aの検出入力電圧を周期的に監視する。そして、一対の入力端子2,3に供給される交流電力が正常な電力ではないと判断すると、モード制御部36は、充放電制御部33への起動信号およびインバータ制御部34への起動信号をハイレベルに制御するとともに、切替回路制御部35への切替信号をローレベルに制御する。これにより、インバータ回路18は、バッテリ17の蓄電電力に基づく交流電圧を有する交流電力を負荷機器7へ供給する。
その後、一対の入力端子2,3に供給される交流電力が正常な電力に戻ったと判断すると、モード制御部36は、充放電制御部33への起動信号およびインバータ制御部34への起動信号をローレベルに制御するとともに、切替回路制御部35への切替信号をハイレベルに制御する。
このように、一対の入力端子2,3に供給される交流電力が正常であると判断されない期間においては、バッテリ17の蓄電電力に基づく交流電力を負荷機器7へ供給することで、無停電電源装置1は、一対の入力端子2,3に供給される交流電力が異常な状態になっている期間においても、常時商用モードにおいて、継続的に負荷機器7へ交流電力を供給し続けることができる。
なお、この常時商用モードにおいて、バッテリ17の蓄電電圧が目標蓄電電圧よりも下がった場合の制御は、常時インバータモードにおける制御と同様であり、説明を省略する。
また、常時商用モードで給電している状態で、通常モードレジスタやDIPスイッチに設定されている通常動作モードが、常時商用モードから常時インバータモードへ変更されると、モード制御部36は、切替回路制御部35への切替信号をハイレベルに制御する。この場合には、第一演算器135が、第一開閉器71へローレベルの第一切替信号を出力することで、第一開閉器71が閉状態から開状態へ切り替わり、第二演算器137が第二開閉器72へハイレベルの第二切替信号を出力することで、第二開閉器72が開状態から閉状態へ切り替わる。これにより、無停電電源装置1は、常時インバータモードにて負荷機器7へ電力を供給することができる。
次に、たとえば、負荷機器7としてレーザプリンタなどの特定の負荷機器がこの実施の形態に係る無停電電源装置1に接続されている場合に特有の動作を説明する。
レーザプリンタは、所謂電子写真プロセスにて、用紙上に画像を形成するものである。電子写真プロセスでは、入力画像に応じた静電潜像を感光体上に形成した後、その静電潜像をトナーで現像し、そのトナーによる像を用紙に転写し、トナーが静電気的に付着している用紙を過熱ローラと加圧ローラとで過熱加圧することで、用紙上に画像を形成する。そして、レーザプリンタは、過熱ローラを所定の加熱温度に加熱するために、ヒータが間欠的にオンとなる。そして、ヒータがオンになっている期間においては、レーザプリンタの定格電力の3〜5倍程度の電力を消費する。
たとえば、無停電電源装置1は、常時インバータモードにおいて、レーザプリンタへ交流電力を供給しているものとする。そして、レーザプリンタにおいて画像の印刷ジョブがスタートすると、過熱ローラが所定の加熱温度よりも下がっている場合、ヒータがオン状態になる。
ヒータがオン状態になることに伴って、レーザプリンタがその定格電力の3〜5倍程度の電力を消費しようとすると、インバータ回路18から一方の出力端子5へは、通常時の3〜5倍程度の電流が流れる。
第七ADコンバータ37Gは、この通常時の3〜5倍程度の電流をインバータ電流として検出する。インバータ電流補償演算器119は、このインバータ電流の検出電圧の絶対値がインバータ超過電流値を越えているので、その超過分に応じた値を出力し、瞬時増幅器120は、この出力値を増幅する。第二インバータ減算器121は、インバータ乗算器115の演算結果から、増幅された演算結果を減算する。
したがって、インバータ電流補償演算器119が超過分に応じた値を出力した場合には、インバータ比較器125に入力される値の大きさは、増幅された演算結果の分だけ小さくなり、その分、検出出力電圧がプラスの電圧となる期間において、インバータ比較器125から第三トランジスタ51へ供給されるパルスのパルス幅が狭くなり、且つ、検出出力電圧がマイナスの電圧となる期間において、第二反転回路40から第四トランジスタ52へ供給されるパルスのパルス幅が狭くなる。
その結果、インバータ回路18からレーザプリンタへ供給する電力は減少する。無停電電源装置1は、レーザプリンタのヒータがオン状態になったとしても、過大なインバータ電流がながれてしまうことを防止することができる。
なお、インバータ比較器125に入力される値の大きさを、瞬時増幅器120によって増幅された演算結果の分だけ小さくするためには、他にもたとえば、瞬時増幅器120によって増幅された演算結果の分だけ目標出力電圧自体を垂下させてもよい。いずれにしても、インバータ回路に流れる電流に基づいて目標出力電圧を実質的に垂下させることになり、その結果として、インバータ電流を小さくすることができる。
また、インバータ回路18が負荷機器7へ供給する電力が増加すると、その分、一対のレール配線12,14の電圧は低下する。この電圧の低下により、検出プラスレール電圧および検出マイナスレール電圧の中の少なくとも一方の電圧が、所定の最低閾値電圧以下になると、レクチュファイヤ制御部32の切換判定器91は、ハイレベルの信号を出力し、セレクタ90は、固定電流指令レジスタ89に記憶されている固定電流指令値を選択する。固定電流指令値は、電圧補償演算器87が出力する最大の電圧補償値あるいはそれ以上の値の電圧補償値である。したがって、瞬時乗算器103が出力する瞬時指令値は、不連続的に大きな値へ変化し、電流補償演算器105が出力する瞬時電流指令値も、不連続的に大きな値へ変化する。
このように瞬時電流指令値が不連続的に大きな値へ変化すると、検出入力電圧が正の期間においては、レクチュファイヤ比較器108から出力される正パルスのパルス幅は、増幅器102の出力値とレクチュファイヤ三角波発生器107の波形データとを比較した場合のパルス幅の最大値以上のパルス幅となり、検出入力電圧が負の期間においては、負パルスのパルス幅は、増幅器102の出力値とレクチュファイヤ三角波発生器107の波形データとを比較した場合のパルス幅の最大値以上のパルス幅となる。そして、レクチュファイヤ回路11の第一トランジスタ42および第二トランジスタ43は、オン状態となる期間が最大の電流指令に対応した期間となり、レクチュファイヤ回路11は、それが供給することができる最大の電力を、プラスレール配線12およびマイナスレール配線14に供給することになる。
その結果、レクチュファイヤ回路11は、それが供給することができる最大の電力を一対のレール配線12,14へ供給することになるので、インバータ回路18からレーザプリンタへ供給される電力が無停電電源装置1の定格電力よりも増大したとしても、一対のレール配線12,14の電圧の低下を効果的に抑制し、一対のレール配線12,14の電圧を所望の電圧レベルに維持することができる。
なお、ヒータがオフ状態になると、インバータ電流の検出電圧の絶対値はインバータ超過電流値以下に戻り、インバータ電流補償演算器119が「0」を出力するので、インバータ比較器125から第三トランジスタ51へ供給されるパルスのパルス幅は通常の状態のパルス幅に戻り、第一反転回路から第四トランジスタ52へ供給されるパルスのパルス幅は通常の状態のパルス幅に戻る。また、一対のレール配線12,14の電圧も目標レール電圧に戻るので、通常の状態のパルス幅に戻る。
以上の制御により、無停電電源装置1は、無停電電源装置1の定格電力よりも通常時の消費電力は小さいが、ヒータがオン状態になる期間だけ無停電電源装置1の定格電力を超える消費電力を消費するレーザプリンタに対して、レーザプリンタが必要とする電力を供給し続けることができる。
なお、セレクタ90の切替動作から、検出入力電圧に基づいて判断される入力電圧の3周期分の時間(入力電圧の周波数が50Hzであるとすると約60ミリ秒、60Hzであるとすると約50ミリ秒)が経過したら、レクチュファイヤ制御部32の切換判定器91は、ハイレベルの信号の出力を停止する。セレクタ90は、リミッタ88が出力する電流指令値を選択する。これによっても、検出プラスレール電圧および検出マイナスレール電圧に基づくゲート信号がレクチュファイヤ回路11に供給され、通常の制御状態に復帰する。
ところで、このレーザプリンタのヒータがオン状態になるタイミングと、通常モードレジスタやDIPスイッチに設定される通常動作モードが変更されるタイミングとは、非同期に発生するものである。したがって、レーザプリンタのヒータがオン状態になっている期間において、モード制御部36が切替信号をローレベルからハイレベルあるいはハイレベルからローレベルへ切り替えてしまうことも有り得る。
そのような場合において、この実施の形態に係る無停電電源装置1の切替回路制御部35では、ピークホールド器132が、そのような負荷への大出力電流の絶対値の最大値を保持する。この値は、最大切替電流レジスタ133に記憶されている最大切替電流値より大きいため、切替回路減算器134は、「0」を出力する。これにより、レーザプリンタのヒータがオン状態になっているタイミングにおいては、第一演算器135から第一開閉器71へ第一切替信号は供給されず、且つ、第二演算器137から第二開閉器72へ第二切替信号は供給されない。その結果、第一開閉器71および第二開閉器72は、開閉動作しない。
また、ピークホールド器132は、検出入力電圧に基づいて判断される入力電圧の1周期に相当する期間の中における、出力電流の検出電圧の絶対値の最大値を保持するので、ピークホールド器132が保持する値は、ヒータのオン状態に伴う過大な消費電流がなくなってから、1周期に相当する期間が経過した後に、通常の値へ戻る。したがって、切替回路減算器134は、ヒータのオン状態に伴って過大な消費電流が流れている期間は少なくとも「0」を出力し続けている。
したがって、モード制御部36が切替信号を切り替えたときに、ヒータのオン状態に伴う過大な消費電流が流れている場合には、その過大な電流が流れなくなってから、第一開閉器71へ第一切替信号が、第二開閉器72へ第二切替信号が供給される。その結果、ヒータのオン状態に伴う過大な消費電流が流れている状態で、第一開閉器71および第二開閉器72が開閉動作してしまうことはなく、この過大な電流が流れている時の開閉動作に起因する、第一開閉器71および第二開閉器72の可動接点および固定接点の磨耗や劣化などの損傷は、効果的に防止される。
また、モード制御部36は、第七ADコンバータ37Gのインバータ電流の検出電圧と、カレントリミット電流値とを比較し、カレントリミット電流値を超えるインバータ電流が流れた場合には、インバータ制御部34への起動信号をローレベルに制御する。したがって、インバータ回路18からレーザプリンタへ電力を供給しているときに、レーザプリンタの電源内部のショートなどに起因して、ヒータのオン状態に伴う過大な消費電流以上の電流が流れると、レーザプリンタへの給電を停止することができる。
以上のように、この実施の形態に係る無停電電源装置1では、モード制御部36により切替信号が出力された場合に、出力電流検出器28による検出出力電流が無停電電源装置1の定格電流の120%以下であるときのみ、第一開閉器71および第二開閉器72は切替動作を行う。すなわち、モード制御部36により切替信号が出力された場合に、出力電流検出器28による検出出力電流が無停電電源装置1の定格電流の120%よりも大きいときには、第一開閉器71および第二開閉器72は切替動作を行わない。
これにより、オペレータの操作、装置の運転状態などのなんらかの事象により第一開閉器71および第二開閉器72の切替動作が必要になった場合でも、装置の定格電流よりも大きな電流が流れているときには、第一開閉器71および第二開閉器72が開閉動作してしまうことはなく、第一開閉器71および第二開閉器72の損傷を防止することができる。
しかも、第一開閉器71および第二開閉器72は、その後、検出出力電流が無停電電源装置1の定格電流の120%以下になると、切替動作を行う。
したがって、無停電電源装置1の定格電流よりも大きな電流が流れているときに開閉動作することで発生する第一開閉器71および第二開閉器72の損傷を防止しつつ、第一開閉器71および第二開閉器72を速やかに開閉動作させることができる。
特に、この実施の形態に係る無停電電源装置1では、インバータ回路18は、負荷機器7の消費電力の増加に応じてインバータ電流が無停電電源装置1の定格電流の120%を超えても、出力電圧を垂下させて電流を第二開閉器72に流す。したがって、インバータ回路18から無停電電源装置1の定格電流の120%以上の電流を必要とするレーザプリンタなどの負荷機器7へ給電することができるとともに、無停電電源装置1の定格電流の120%よりも大きな電流が流れているときに開閉動作することで発生してしまう、第一開閉器71および第二開閉器72の損傷を防止することができる。
以上の実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形、変更が可能である。
上記実施の形態では、無停電電源装置1の定格電流の120%を基準として、第一開閉器71および第二開閉器72からの切替信号の切替を制御している。この他にもたとえば、無停電電源装置1の定格電流を基準として切替を制御しても、あるいは、無停電電源装置1のカレントリミット電流値の90%を基準として切替を制御してもよい。
上記実施の形態では、第一開閉器71および第二開閉器72からの切替信号の切替を禁止するときの基準電流と、第一開閉器71および第二開閉器72からの切替信号の切替を許可するときの基準電流とは、共に、無停電電源装置1の定格電流の120%になっている。この他にもたとえば、第一開閉器71および第二開閉器72からの切替信号の切替を許可するときの基準電流を、第一開閉器71および第二開閉器72からの切替信号の切替を禁止するときの基準電流よりも低くしても、あるいは、高くしてもよい。
また、上記実施の形態では、一対の入力端子2,3に供給される交流電力の第一の交流電圧を直流電圧へ変換する交直変換回路としてのレクチュファイヤ回路11と、直流電圧を第二の交流電圧へ変換する直交変換回路としてのインバータ回路18と、第二の交流電圧を出力する一対の出力端子5,6と、を有する無停電電源装置1を例に説明している。この他にもたとえば、一対の入力端子2,3に供給される交流電力の第一の交流電圧を第二の交流電圧へ変換する第一の交交変換回路と、第二の交流電圧を第三の交流電圧へ変換する第二の交交変換回路と、第三の交流電圧を出力する一対の出力端子5,6と、を有する無停電電源装置であっても、無停電電源装置の定格電流あるいはその装置の定格電流より大きい所定の電流を基準として、切替信号に基づく第一開閉器71および第二開閉器72の切替を許可あるいは禁止することで、装置の定格電流よりも大きな電流が流れているときに開閉動作することによる、第一開閉器71および第二開閉器72の損傷を防止することができる。
上記実施の形態では、切替回路20は、第一開閉器71および第二開閉器72とで構成されている。この他にもたとえば、切替回路20は、二入力切替器で構成してもよい。この場合、二入力切替器の2つの入力接点は一方の入力端子2およびインバータ回路18に接続し、二入力切替器の出力接点は一方の出力端子5に接続すればよい。そして、二入力切替器は、切替信号に応じて一方の入力端子2およびインバータ回路18の中の一方を、一方の出力端子5に接続すればよい。