JP2761538B2 - Uninterruptible power system - Google Patents

Uninterruptible power system

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JP2761538B2
JP2761538B2 JP63280141A JP28014188A JP2761538B2 JP 2761538 B2 JP2761538 B2 JP 2761538B2 JP 63280141 A JP63280141 A JP 63280141A JP 28014188 A JP28014188 A JP 28014188A JP 2761538 B2 JP2761538 B2 JP 2761538B2
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、通信装置や電子計算機に無停電の交流電
力を供給するための無停電電源装置に関し、特にインバ
ータを充電器としても動作させ、装置の小形・軽量化、
経済化を図った無停電電源装置に関するものである。
The present invention relates to an uninterruptible power supply for supplying uninterruptible AC power to a communication device or a computer, and in particular, operates an inverter also as a charger, Small and lightweight equipment,
The present invention relates to an economical uninterruptible power supply.

「従来の技術」 従来、この種の無停電電源装置としては、第1図に示
す方式が提案されている(特公昭49−41734)。この図
において商用電源などの交流電源は開閉器2を介して負
荷7に接続され、充電可能な蓄電池4にインバータ5が
接続され、インバータ5は開閉器3を介して負荷に接続
され、開閉器3と並列にリアクタンス回路6が接続され
る。開閉器2は交流電源1が正常時はオン、停電時はオ
フとなり、開閉器3は開閉器2とは逆に動作する。すな
わち開閉器3は交流電源1の正常時はオフであり、停電
時はオンとなる。リアクタンス回路6はリアクトル、コ
ンデンサ又はリアクトルとコンデンサを主体に構成され
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an uninterruptible power supply of this type, a system shown in FIG. 1 has been proposed (Japanese Patent Publication No. 49-41734). In this figure, an AC power source such as a commercial power source is connected to a load 7 via a switch 2, an inverter 5 is connected to a rechargeable storage battery 4, and the inverter 5 is connected to the load via the switch 3, 3 is connected in parallel with a reactance circuit 6. The switch 2 is turned on when the AC power supply 1 is normal, and is turned off when the power failure occurs, and the switch 3 operates in the opposite direction to the switch 2. That is, the switch 3 is turned off when the AC power supply 1 is normal, and turned on when the power failure occurs. The reactance circuit 6 mainly includes a reactor, a capacitor, or a reactor and a capacitor.

この回路では、交流電源1の正常時には開閉器2はオ
ンであり、負荷7には交流電力が直送される。一方、イ
ンバータ5は、蓄電池4の電力を受電し、交流電源1の
電圧と同期した交流電圧を出力し、その出力側はリアク
タンス回路6を介して交流電源1と接続されている。こ
の時、開閉器3はオフである。ここで、インバータ5の
出力の位相を交流電源1より、遅らせることにより、交
流電源1よりインバータ5へ電力が流入し、インバータ
5は充電器として動作し、蓄電池4を充電する。
In this circuit, when the AC power supply 1 is normal, the switch 2 is on, and the AC power is directly sent to the load 7. On the other hand, the inverter 5 receives the power of the storage battery 4 and outputs an AC voltage synchronized with the voltage of the AC power supply 1, and its output side is connected to the AC power supply 1 via the reactance circuit 6. At this time, the switch 3 is off. Here, by delaying the phase of the output of the inverter 5 from the AC power supply 1, power flows from the AC power supply 1 to the inverter 5, and the inverter 5 operates as a charger and charges the storage battery 4.

交流電源1が停電すると、開閉器2をオフし、開閉器
3をオンすることにより、インバータ5の交流出力を負
荷7へ給電する。
When the AC power supply 1 fails, the switch 2 is turned off and the switch 3 is turned on, thereby supplying the AC output of the inverter 5 to the load 7.

一般に、2つの交流電源の出力側を接続し、相互間に
電圧差、又は位相差を与えると、その差分に応じて、一
方の電源から他方の電源へ電流が流れる。すなわち、横
流が発生する。
Generally, when the output sides of two AC power supplies are connected and a voltage difference or a phase difference is given between them, a current flows from one power supply to the other power supply according to the difference. That is, a cross flow occurs.

この従来例では、常時、交流電源1とインバータ5の
出力側を接続していることから、両電源間の位相差や電
圧差により流れる横流を抑制するため、リアクタンス回
路6が必須である。このリアクタンス回路6に使用され
るリアクタやコンデンサは商用周波数で動作するように
設計する必要があり、大きさ、重量とも大きくなる。ま
た、商用電源停電時、イバータ5から負荷7へ給電する
ため、リアスタンス回路6を短絡するための開閉器3が
必要となる。このように、従来の無停電電源装置では、
装置の大きさ、重量が大きくなったり、経済性が損なわ
れるという問題があった。
In this conventional example, since the AC power supply 1 and the output side of the inverter 5 are always connected, the reactance circuit 6 is indispensable to suppress a cross current flowing due to a phase difference or a voltage difference between the two power supplies. Reactors and capacitors used in the reactance circuit 6 need to be designed to operate at a commercial frequency, and are large in size and weight. In addition, in the event of a commercial power failure, a switch 3 for short-circuiting the rear stance circuit 6 is required to supply power from the inverter 5 to the load 7. Thus, in the conventional uninterruptible power supply,
There have been problems that the size and weight of the device are increased, and that economic efficiency is impaired.

この発明の目的は、これらの問題点を解決した、小形
・軽量で、経済的な無停電電源装置を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide a compact, lightweight, and economical uninterruptible power supply that solves these problems.

「課題を解決するための手段」 この発明によれば交流電源は開閉器を介して負荷に接
続され、また蓄電池がインバータ回路を介して負荷に接
続され、そのインバータ回路は直流フィルタ部、高周波
インバータ部、高周波トランス、周波数変換部、交流フ
ィルタ部及び制御回路部で構成され、その制御回路部は
インバータ回路を充電器モード、又はインバータモード
で制御し、その充電器モードでは周波数変換部により交
流電源の交流電力を高周波交流に変換し、高周波トラン
スで絶縁し、高周波インバータ部で直流に変換するよう
にし、インバータモードでは蓄電池の直流電力を高周波
インバータ部で高周波交流に変換し、高周波トランスで
絶縁し、周波数変換部で周波数変換して負荷に給電する
ようにし、停電検出回路で交流電源の有無を検出して、
開閉器を制御するとともに、前記2つの動作モードを切
り替える信号を制御回路部に与える。
According to the present invention, an AC power supply is connected to a load via a switch, and a storage battery is connected to a load via an inverter circuit. The inverter circuit includes a DC filter unit and a high-frequency inverter. , A high-frequency transformer, a frequency conversion unit, an AC filter unit, and a control circuit unit. The control circuit unit controls the inverter circuit in a charger mode or an inverter mode. AC power is converted to high-frequency AC, insulated by a high-frequency transformer, and converted to DC by a high-frequency inverter. In the inverter mode, the DC power of the storage battery is converted to high-frequency AC by a high-frequency inverter, and isolated by a high-frequency transformer. The frequency converter converts the frequency to supply power to the load, and the power failure detection circuit determines whether AC power is present. Detect
A switch is controlled and a signal for switching between the two operation modes is given to the control circuit unit.

前記充電器モードにおいては、前記周波数変換部で、
前記交流電源の電圧を前記高周波トランスに正方向に発
生させた後、前記高周波トランスの励磁電流を還流させ
る動作と、前記交流電源の電圧を前記高周波トランスに
負方向に発生させた後、前記高周波トランスの励磁電流
を還流させる動作を繰り返すことにより、前記交流電源
の電圧を高周波交流電圧に変換する場合と、 前記周波数変換部の交流フィルタのリアクタにエネル
ギーを蓄えた後、前記交流電源の電圧に前記交流フィル
タのリアクタの電圧を重畳させた電圧を前記高周波トラ
ンスに印加する動作と、前記交流フィルタのリアクタに
エネルギーを蓄えた後、前記交流電源の電圧に前記交流
フィルタのリアクタの電圧を重畳させた電圧を、前記高
周波トランスの印加電圧とは逆の極性で前記高周波トラ
ンスに印加する動作を繰り返すことにより、前記交流電
源の電圧を高周波交流電圧に変換する場合とがある。
In the charger mode, the frequency converter includes:
After the voltage of the AC power supply is generated in the high-frequency transformer in the positive direction, an operation of returning the exciting current of the high-frequency transformer is performed.After the voltage of the AC power supply is generated in the high-frequency transformer in the negative direction, the high-frequency When the voltage of the AC power supply is converted into a high-frequency AC voltage by repeating the operation of returning the exciting current of the transformer, and after storing energy in the reactor of the AC filter of the frequency conversion unit, the voltage of the AC power supply is reduced. An operation of applying a voltage obtained by superimposing a voltage of the reactor of the AC filter to the high-frequency transformer, and storing energy in the reactor of the AC filter, and then superimposing a voltage of the reactor of the AC filter on a voltage of the AC power supply. The operation of applying the applied voltage to the high-frequency transformer with a polarity opposite to the applied voltage of the high-frequency transformer is repeated. This may convert the voltage of the AC power supply into a high-frequency AC voltage.

「実施例」 第2図にこの発明の実施例を示す。第2図で、インバ
ータ50は、直流フィルタ51、高周波インバータ部52、高
周波トランス53、周波数変換部54、交流フィルタ55及び
制御回路56で構成される。また、停電検出回路8は交流
電源1の停電を検出する。その他の第1図と同一番号は
同一物を示す。
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention. 2, the inverter 50 includes a DC filter 51, a high frequency inverter 52, a high frequency transformer 53, a frequency converter 54, an AC filter 55, and a control circuit 56. The power failure detection circuit 8 detects a power failure of the AC power supply 1. The same numbers as those in FIG. 1 indicate the same items.

次にこの発明の動作を説明する。交流電源1が正常の
場合、開閉器2がオンし、負荷7へ電力を供給してい
る。また、インバータ50は開閉器2を通して、交流電源
1を入力として、充電器として動作している。すなわ
ち、交流電力は交流フィルタ55を通して、周波数変換部
54に入力され、高周波の交流電圧に変換される。この高
周波電圧は高周波トランス53により絶縁され、インバー
タ部52で整流され、直流電圧となる。この直流電圧に含
まれるリップル成分は直流フィルタ51により、低減さ
れ、蓄電池4を充電する。
Next, the operation of the present invention will be described. When the AC power supply 1 is normal, the switch 2 is turned on to supply power to the load 7. The inverter 50 operates as a charger with the AC power supply 1 as an input through the switch 2. That is, the AC power passes through the AC filter 55 and passes through the frequency converter.
It is input to 54 and converted to high frequency AC voltage. This high-frequency voltage is insulated by the high-frequency transformer 53, rectified by the inverter 52, and becomes a DC voltage. The ripple component included in the DC voltage is reduced by the DC filter 51 and charges the storage battery 4.

交流電源1が停電すると、停電検出回路8が信号を発
生し、開閉器2をオフにするとともに、制御回路56の動
作モードをインバータモードに切り替える。インバータ
モードでは、蓄電池4の直流電力が直流フィルタ51を通
してインバータ部52に入力され、高周波交流電圧に変換
される。この高周波電圧は高周波トランス53により絶縁
され、周波数変換部54に入力される。周波数変換部54で
は、高周波電圧をそのまま通過させるサブモード、正又
は負方向に切り替えるサブモードを別に発生させたパル
ス幅変調信号に従って一定周期内で繰り返すことによ
り、低周波交流電圧に周波数変換する。この交流電圧
は、高調波成分を交流フィルタ55により除去されたの
ち、負荷7へ給電される。
When the AC power supply 1 loses power, the power failure detection circuit 8 generates a signal, turns off the switch 2, and switches the operation mode of the control circuit 56 to the inverter mode. In the inverter mode, the DC power of the storage battery 4 is input to the inverter unit 52 through the DC filter 51 and is converted into a high-frequency AC voltage. This high-frequency voltage is insulated by the high-frequency transformer 53 and is input to the frequency conversion unit 54. The frequency conversion unit 54 performs frequency conversion into a low-frequency AC voltage by repeating a sub-mode for passing the high-frequency voltage as it is and a sub-mode for switching in the positive or negative direction within a predetermined cycle in accordance with a separately generated pulse width modulation signal. The AC voltage is supplied to the load 7 after the harmonic component is removed by the AC filter 55.

次に、インバータ50及び制御回路56の具体例を示し、
充電器モードとインバータモードの動作、及びモード切
替時の動作を詳細に説明する。
Next, a specific example of the inverter 50 and the control circuit 56 will be described.
The operation in the charger mode and the inverter mode, and the operation at the time of mode switching will be described in detail.

第3図にインバータ50の具体回路の一例を示す。高周
波インバータ部52において半導体スイッチS1,S2が直列
に接続され、半導体スイッチS3,S4が直列に接続され、
これら両直列接続が並列に接続されて、直流フィルタ51
に接続される。半導体スイッチS1,S2の接続点、S3,S4
接続点は高周波トランス53の一方の巻線に接続される。
半導体スイッチS1〜S4とそれぞれ逆並列にダイオードD1
〜D4が続される。周波数変換部54において半導体スイッ
チS11,S12が直列に接続され、半導体スイッチS13,S14
直列に接続され、これら両直列接続が並列に接続され
て、交流フィルタ55に接続され、半導体スイッチS11,S
12の接続点と、S13,S14の接続点とが高周波トランス53
の他方の巻線に接続される。半導体スイッチS11〜S
14は、例えば第4図に示すような両方向に制御が可能な
スイッチ素子である。また、第5図に制御回路の具体的
ブロック構成の例を示す。さらに、第6図には、充電器
モードのときの各半導体スイッチの駆動波形と主な電圧
波形(交流電源の極性が正方向時)の例、第7図には、
インバータモード時の各半導体スイッチの駆動波形の
例、第8図には、インバータモード時の主回路の主な部
分の電圧波形の例をそれぞれ示す。
FIG. 3 shows an example of a specific circuit of the inverter 50. In the high-frequency inverter 52, the semiconductor switches S 1 and S 2 are connected in series, the semiconductor switches S 3 and S 4 are connected in series,
These two series connections are connected in parallel to form a DC filter 51.
Connected to. A connection point between the semiconductor switches S 1 and S 2 and a connection point between S 3 and S 4 are connected to one winding of the high-frequency transformer 53.
Diode D 1 is connected in antiparallel with semiconductor switches S 1 to S 4 , respectively.
~D 4 is continued. In the frequency conversion unit 54, the semiconductor switches S 11 and S 12 are connected in series, the semiconductor switches S 13 and S 14 are connected in series, these two series connections are connected in parallel, connected to the AC filter 55, Switch S 11 , S
The connection point of 12 and the connection point of S 13 and S 14
Is connected to the other winding. Semiconductor switches S 11 to S
Reference numeral 14 denotes a switch element which can be controlled in both directions as shown in FIG. 4, for example. FIG. 5 shows an example of a specific block configuration of the control circuit. Further, FIG. 6 shows an example of the driving waveforms and the main voltage waveforms (when the polarity of the AC power supply is positive) in the charger mode, and FIG.
FIG. 8 shows an example of a drive waveform of each semiconductor switch in the inverter mode, and FIG. 8 shows an example of a voltage waveform of a main part of the main circuit in the inverter mode.

交流電源正常時の制御回路の動作を第5図を参照しな
がら説明すると、停電検出回路8の交流電源正常に対応
する信号は、NOT回路512をとおして、駆動回路514をオ
フとし、スイッチS1〜S4はオフ状態となる。また、停電
検出回路8の信号は切替回路511に入力され、切替回路5
11はフリップフロップ(FF)504、505の信号が駆動回路
513に出力されるように回路を切り替える。一方、基準
発振器502は、同期回路501により交流電源に同期した信
号を発生し、FF505に入力するとともに、移相回路503に
より、位相のずれた信号を発生させ、FF504に入力す
る。FF504の出力信号はFF505の信号とは位相がずれた信
号となり、これらの信号を切替回路511を通して駆動回
路513に入力し、スイッチS11〜S14の駆動信号(第6図S
11〜S14)を発生する。これらの駆動信号を受けて、周
波数変換部54では、第6図に示すように、半導体スイッ
チS11〜S14により次に示すサイクルによって、交流電圧
を高周波交流電圧V1に変換する。
The operation of the control circuit when the AC power supply is normal will be described with reference to FIG. 5. A signal corresponding to the AC power supply normal state of the power failure detection circuit 8 turns off the drive circuit 514 through the NOT circuit 512 and turns off the switch S. 1 ~S 4 is turned off. The signal of the power failure detection circuit 8 is input to the switching circuit 511,
11 is a flip-flop (FF) 504, 505 signal drive circuit
Switch the circuit so that it is output to 513. On the other hand, the reference oscillator 502 generates a signal synchronized with the AC power supply by the synchronizing circuit 501 and inputs the signal to the FF 505, and generates a signal with a phase shift by the phase shift circuit 503 and inputs the signal to the FF 504. The output signal of the FF504 is a signal phase is shifted from the signal of the FF505, these signals inputted to the drive circuit 513 through the switching circuit 511, the drive signal of the switch S 11 to S 14 (FIG. 6 S
11 ~S 14) to generate. In response to these drive signals, the frequency converter 54, as shown in FIG. 6, the cycle shown in the following by semiconductor switches S 11 to S 14, and converts the AC voltage to a high frequency AC voltage V 1.

スイッチS11,S14をオンさせることにより、高周波ト
ランス53に正方向の電圧を発生させる。
By turning on the switches S 11 and S 14 , a positive voltage is generated in the high-frequency transformer 53.

スイッチS11,S13をオンさせることにより、高周波ト
ランス53の励磁電流を還流させる。高周波トランス53に
電圧は発生しない。
By turning on the switches S 11 and S 13 , the exciting current of the high-frequency transformer 53 is returned. No voltage is generated in the high-frequency transformer 53.

スイッチS12,S13をオンさせることにより、高周波ト
ランス53の負方向の電圧を発生させる。
By turning on the switches S 12 and S 13 , a negative voltage of the high-frequency transformer 53 is generated.

スイッチS12,S14をオンさせることにより、高周波ト
ランス53の励磁電流を還流させる。高周波トランス53に
電圧は発生しない。
By turning on the switches S 12 and S 14 , the exciting current of the high-frequency transformer 53 is returned. No voltage is generated in the high-frequency transformer 53.

こうして得られた高周波交流電圧V1は高周波インバー
タ部52のダイオードD1〜D4により整流されてV2となり、
直流フィルタ51を通すことにより平滑され、蓄電池4を
充電する。
Thus obtained high-frequency AC voltages V 1 is rectified by the diode D 1 to D 4 of the high-frequency inverter unit 52 V 2, and the
It is smoothed by passing through the DC filter 51 and charges the storage battery 4.

次に、交流電源1が停電した場合の動作を第5図を参
照しなが説明すると、停電検出回路8の停電検出信号
は、NOT回路512をとおして、駆動回路514がFF504と505
に従ってスイッチS1〜S4のオン信号を発生するように
し、同時に切替回路511を動作させ、スイッチ決定論理
回路510の出力信号が駆動回路513に入力されるようにす
る。
Next, the operation when the AC power supply 1 is out of power will be described with reference to FIG. 5. The power outage detection signal of the power outage detection circuit 8 is transmitted through the NOT circuit 512 by the drive circuit 514 to the FFs 504 and 505.
, The on-signals of the switches S 1 to S 4 are generated, and at the same time, the switching circuit 511 is operated so that the output signal of the switch determination logic circuit 510 is input to the drive circuit 513.

一方、同期回路501の入力信号はなくなるから、基準
発振器502は独立した周波数で発振し、移相回路503、FF
504、505により、交流電源正常時と同じように信号を発
生する。これらの信号は、交流電源正常時とは異なり、
駆動回路514を通して、駆動信号S1〜S4(第7図S1
S4)となり、高周波インバータ部52のスイッチS1〜S4
駆動する。また、基準発振器502の信号は、PWM信号発生
回路506に入力され、正弦波発生回路507、キャリア三角
波発生回路508が基準発振器502に同期した正弦波及びキ
ャリア三角波を発生し、それらを比較量509で比較する
ことにより、PWM(パルス幅変調)信号を発生する。こ
のPWM信号と正弦波発生器507の出力をスイッチ決定論理
回路510に入力し、周波数変換部54の各スイッチの駆動
タイミングを決定する信号発生する。PWM信号は“0"レ
ベル又は“1"レベルをとる信号であるから、例えばPWM
信号が“0"レベルの時は、正弦発生器507の信号に関わ
らず、高周波交流電圧を通過させるサブモードとなるよ
うに駆動信号のタイミングを決定する信号を出力し、PW
M信号が“1"レベルで、正弦波発生器507の極性が正の時
は正方向に整流するサブモード、負の時は負方向に整流
するサブモードにそれぞれ駆動信号タイミングを決定す
る信号を出力する。これらの信号は切替回路511をとお
して駆動回路513に入力され、駆動信号S11〜S14(第7
図S11〜S14)となる。
On the other hand, since the input signal of the synchronization circuit 501 disappears, the reference oscillator 502 oscillates at an independent frequency, and the phase shift circuit 503, FF
Signals are generated by 504 and 505 in the same manner as when the AC power supply is normal. These signals are different from when the AC power supply is normal.
Through the drive circuit 514, drive signals S 1 to S 4 (FIG. 7 S 1 to S 4
S 4), and the drive switches S 1 to S 4 of the high-frequency inverter unit 52. The signal of the reference oscillator 502 is input to a PWM signal generation circuit 506, and a sine wave generation circuit 507 and a carrier triangular wave generation circuit 508 generate a sine wave and a carrier triangular wave synchronized with the reference oscillator 502, and compare them with a comparison amount 509. A PWM (pulse width modulation) signal is generated by the comparison. The PWM signal and the output of the sine wave generator 507 are input to the switch determination logic circuit 510, and a signal for determining the drive timing of each switch of the frequency converter 54 is generated. Since the PWM signal is a signal that takes “0” level or “1” level, for example,
When the signal is at the “0” level, regardless of the signal of the sine generator 507, a signal for determining the timing of the drive signal is output so as to be in a sub-mode for passing a high-frequency AC voltage.
When the M signal is at the “1” level and the polarity of the sine wave generator 507 is positive, the sub-mode rectifies in the positive direction when the polarity is positive, and the sub-mode rectifies in the negative direction when the polarity is negative. Output. These signals are input to the driving circuit 513 through the switching circuit 511, the drive signal S 11 to S 14 (7
Figure S 11 to S 14) it becomes.

以上の信号群S1〜S4、S11〜S14を受け、インバータ50
では、第7図に示すような次の動作を行う。高周波イン
バータ部52では次のようなサイクルにトランス53の1次
側に高周波交流電圧V3を発生させる。
Upon receiving the above signal groups S 1 to S 4 and S 11 to S 14 , the inverter 50
Then, the following operation as shown in FIG. 7 is performed. The high-frequency inverter unit 52 to generate a high frequency AC voltage V 3 to the primary side of the transformer 53 to the following cycle.

スイッチS1とS4をオンさせることにより、高周波トラ
ンス53に正方向の電圧を発生させる。
By turning on the switch S 1 and S 4, to generate a positive voltage to the high frequency transformer 53.

スイッチS1,S3をオンさせることにより、高周波トラ
ンス53の励磁電流を還流させる。高周波トランス53に電
圧は発生しない。
By turning on the switches S 1 and S 3 , the exciting current of the high-frequency transformer 53 is returned. No voltage is generated in the high-frequency transformer 53.

スイッチS2,S3をオンさせることにより、高周波トラ
ンス53に負方向の電圧を発生させる。
By turning on the switches S 2 and S 3 , a negative voltage is generated in the high-frequency transformer 53.

スイッチS2,S4をオンさせることにより、高周波トラ
ンス53の励磁電流を還流させる。高周波トランス53に電
圧は発生しない。
By turning on the switches S 2 and S 4 , the exciting current of the high-frequency transformer 53 is returned. No voltage is generated in the high-frequency transformer 53.

発生した高周波交流電圧V3は高周波トランス53を介し
て周波数変換部54に入力される。周波数変換部54は、高
周波交流電圧をそのまま通過させるサブモード、正方向
に同期整流するサブモード、及び負方向に同期整流する
サブモードの3つのサブモードで動作する。
High frequency AC voltage V 3 generated is input to the frequency converter 54 via the high-frequency transformer 53. The frequency converter 54 operates in three sub-modes: a sub-mode for passing the high-frequency AC voltage as it is, a sub-mode for synchronous rectification in the positive direction, and a sub-mode for synchronous rectification in the negative direction.

高周波交流電圧V3を正方向に同期整流させるサブモー
ドでは、周波数変換部54の半導体スイッチを次のように
動作させる。
In the sub-mode for synchronous rectification is a high frequency AC voltage V 3 in the positive direction, to operate the semiconductor switches of the frequency converter 54 as follows.

高周波インバータ部52の出力が正方向であるから、ス
イッチS11,S14をオンさせて、正方向に整流する。
Since the output of the high-frequency inverter 52 is in the positive direction, the switches S 11 and S 14 are turned on to rectify in the positive direction.

、高周波インバータ部52の出力が零電圧であるか
ら、スイッチS13,S14またはS11,S12をオンさせて、出力
電流を還流させる。
Since the output of the high-frequency inverter unit 52 is zero voltage, the switch S 13, S 14 or S 11, S 12 are turned on, is refluxed output current.

高周波インバータ部52の出力が負方向であるから、ス
イッチS12,S13をオンさせて、正方向に同期整流する。
Since the output of the high-frequency inverter 52 is in the negative direction, the switches S 12 and S 13 are turned on, and synchronous rectification is performed in the positive direction.

また、そのまま通過させるサブモードでは、 、高周波インバータ部52の出力が正方向または負方
向の電圧であるから、スイッチS11,S14またはS12,S13
オンさせて高周波交流電圧をそのまま通過させる。
In the sub-mode in which the high-frequency AC voltage is passed as it is, since the output of the high-frequency inverter 52 is a positive or negative voltage, the switches S 11 and S 14 or S 12 and S 13 are turned on to pass the high-frequency AC voltage as it is. Let it.

、高周波インバータ部52の出力が零電圧であるか
ら、スイッチS13,S14またはS11,S12をオンさせて、出力
電流を還流させる。
Since the output of the high-frequency inverter unit 52 is zero voltage, the switch S 13, S 14 or S 11, S 12 are turned on, is refluxed output current.

さらに、負方向に同期整流するサブモードでは、 高周波インバータ部52の出力が正方向であるから、ス
イッチS12,S13をオンさせて負方向に整流する。
Furthermore, in the sub-mode for synchronous rectification in the negative direction, since the output of the high-frequency inverter unit 52 is positive, it rectifies the negative direction by turning on the switch S 12, S 13.

、高周波インバータ部52の出力が零電圧であるか
ら、スイッチS13,S14またはS11,S12をオンさせて、出力
電流を還流する。
Since the output of the high-frequency inverter unit 52 is zero voltage, turns on the switch S 13, S 14 or S 11, S 12, is refluxed for output current.

高周波インバータ部52の出力が負方向であるから、ス
イッチS11,S14をオンさせて、負方向に整流する。
Since the output of the high-frequency inverter unit 52 is a negative direction, by turning on the switch S 11, S 14, it rectifies the negative direction.

これら3つのサブモードを、PWM信号発生回路506の出
力及び正弦波発生器507の出力信号に従って繰り返すこ
とにより、例えば第8図に示すように、高周波インバー
タ部52の周力V3はパルス幅変調された電圧波形V4にな
り、交流フィルタ55を通すことにより正弦波交流電圧V5
となる。正弦波発生器507の出力レベルを調整すること
によりインバータ50の出力レベルを調整することができ
る。
These three sub-modes, by repeating according to an output signal of the output and the sine wave generator 507 of PWM signal generating circuit 506, for example, as shown in FIG. 8, the circumferential force V 3 of the high-frequency inverter unit 52 pulse width modulation The voltage waveform V 4 becomes the sine wave AC voltage V 5
Becomes By adjusting the output level of the sine wave generator 507, the output level of the inverter 50 can be adjusted.

充電器モードとインバータモードの切替は、前述した
ように、停電検出回路8の信号により行われる。すなわ
ち、交流電源1が停電すると、第5図において、停電検
出回路8が信号を発生し、駆動回路514に信号を与え、
高周波インバータ部52のスイッチ駆動信号S1〜S4をオン
オフするとともに、切替回路511によりスイッチS11〜S
14の駆動シーケンスを、第6図から、第7図のシーケン
スに切り替える。この切替えは、第6図及び第7図から
明らかなように、高周波インバータ部52及び周波数変換
部54の動作周波数の1サイクル内に完了するから、イン
バータ50の出力は交流電源1の停電とほぼ同時に発生
し、負荷7には無瞬断で電力を供給できる。
Switching between the charger mode and the inverter mode is performed by the signal of the power failure detection circuit 8 as described above. That is, when the AC power supply 1 loses power, the power failure detection circuit 8 generates a signal in FIG.
The switch drive signals S 1 to S 4 of the high-frequency inverter 52 are turned on and off, and the switches S 11 to S
The drive sequence of FIG. 14 is switched from FIG. 6 to the sequence of FIG. This switching is completed within one cycle of the operating frequency of the high-frequency inverter unit 52 and the frequency conversion unit 54, as is clear from FIGS. 6 and 7, so that the output of the inverter 50 is almost equal to the power failure of the AC power supply 1. Simultaneously, power can be supplied to the load 7 without an instantaneous interruption.

また、交流電源1が回復した時も、やはり、停電検出
回路8が信号を発生し、同期回路501により、基準発振
器502、従ってインバータ50の出力を交流電源1に同期
する様に制御し、その後、第2図における開閉器2をオ
ンとするとともに、インバータ50の制御信号を第7図の
シーケンスから第6図のシーケンスに切り替える。この
時も切替も、周波数変換部54の動作周波数の1サイクル
内に完了する。従って、負荷7には無瞬断で電力を供給
できるとともに、蓄電池4の充電を即時に開始でき、充
電時間の短縮を図ることができる。
Also, when the AC power supply 1 recovers, the power failure detection circuit 8 again generates a signal, and the synchronization circuit 501 controls the reference oscillator 502, and thus the output of the inverter 50, to synchronize with the AC power supply 1, and thereafter, The switch 2 in FIG. 2 is turned on, and the control signal of the inverter 50 is switched from the sequence of FIG. 7 to the sequence of FIG. At this time, the switching is completed within one cycle of the operating frequency of the frequency conversion unit 54. Therefore, power can be supplied to the load 7 without interruption, and the charging of the storage battery 4 can be started immediately, so that the charging time can be shortened.

第9図に、第3図のインバータ50の充電器モードの制
御波形の第二の具体例を示す。なお、第9図の制御波形
は、第6図の第一の具体例の制御波形と同一で、制御対
象のスイッチ素子だけがことなる。従って、第9図の波
形を出力する制御回路は第5図の回路がそのまま適用で
きるので、第9図の制御波形を発生させるための制御回
路の構成と動作の説明は省略する。次に、第3図と第9
図により、この具体例の動作を説明する。この具体例で
は、インバータ50の充電器モードでは、インバータ50を
昇圧形の動作をさせている点に特徴がある。すなわち、
スイッチS11とS12を同時にオンさせて、交流フィルタの
リアクタにエネルギーを蓄え()、次いで、スイッチ
S12をオフし、S14をオンすることにより、交流電源1の
電圧に交流フィルタ55のリアクトルの電圧を重畳させて
高周波トランス53に印加する()。次に、スイッチS
11をオフし、S13をオンすることにより、再び、交流フ
ィルタ55のリアクトルにエネルギーを蓄え()、さら
にスイッチS14をオフし、S12をオンすることにより、前
とは逆極性の電圧を高周波トランス53に印加する
()。このような動作を繰り返すことにより、高周波
トランス53に印加される電圧は、交流電圧より電圧値の
高い交流電圧V1となり、この電圧V1は、高周波インバー
タ部52のダイオードD1〜D4により整流され、直流電圧と
なり、直流フィルタ51を通して蓄電池を充電する。イン
バータモードのときの動作は、第7図及び第8図に示す
第1の具体例と同じであるから省略する。また、インバ
ータモードと充電器モードの切替は第1の具体例と同じ
く、高周波インバータ部52及び高周波変換部54の動作周
波数の1サイクル内に完了するので、出力の無瞬断化が
可能である。この具体例では、交流電源1より高い電圧
V1、従って、高い直流電圧が得られるので、蓄電池電圧
が高い場合にも充電を行うことができ、さらに、蓄電池
4の充電を効率的に行なえる特徴がある。
FIG. 9 shows a second specific example of the control waveform of the inverter 50 of FIG. 3 in the charger mode. The control waveform of FIG. 9 is the same as the control waveform of the first specific example of FIG. 6, and only the switch element to be controlled is different. Therefore, the circuit shown in FIG. 5 can be applied as it is to the control circuit for outputting the waveform shown in FIG. 9, and the description of the configuration and operation of the control circuit for generating the control waveform shown in FIG. 9 is omitted. Next, FIG. 3 and FIG.
The operation of this specific example will be described with reference to the drawings. This specific example is characterized in that in the charger mode of the inverter 50, the inverter 50 operates in a step-up manner. That is,
The switch S 11 and S 12 are turned on simultaneously, storing energy in the reactor of AC filter (), then the switch
Off the S 12, by turning on the S 14, the voltage of the AC power supply 1 is superposed a voltage of the reactor of AC filter 55 is applied to the high-frequency transformer 53 (). Next, switch S
11 turned off, by turning on the S 13, again, storing energy in the reactor of AC filter 55 (), further turns off the switch S 14, by turning on the S 12, before and reverse polarity voltage Is applied to the high frequency transformer 53 (). By repeating this operation, the voltage applied to the high frequency transformer 53, a high voltage from the AC voltage AC voltages V 1, and this voltage V 1 was, by the diode D 1 to D 4 of the high-frequency inverter unit 52 The battery is rectified and becomes a DC voltage, and the storage battery is charged through the DC filter 51. The operation in the inverter mode is the same as that of the first specific example shown in FIGS. 7 and 8, and a description thereof will be omitted. Switching between the inverter mode and the charger mode is completed within one cycle of the operating frequency of the high-frequency inverter 52 and the high-frequency converter 54, as in the first specific example. . In this specific example, a voltage higher than the AC power supply 1
Since V 1 and therefore a high DC voltage can be obtained, the battery can be charged even when the storage battery voltage is high, and the storage battery 4 can be charged efficiently.

このように、この発明による無停電電源装置では、イ
ンバータ50は高周波で動作し、動作周波数の1サイクル
内にインバータモードと充電器モードを切り替えるので
出力の無瞬断化ができるとともに、低周波で動作する部
品を使用していないので装置の小形・軽量化が達成でき
る。さらに、インバータ50の入出力間は、高周波トラン
ス53により絶縁されているので、交流電源1の一線が接
地されている電路においても、蓄電池4を接地すること
ができ、特に高電圧の蓄電池4を使用する場合、人体保
安上、装置の安全性を極めて高くすることができる。
As described above, in the uninterruptible power supply according to the present invention, the inverter 50 operates at a high frequency and switches between the inverter mode and the charger mode within one cycle of the operating frequency. Since no moving parts are used, the device can be reduced in size and weight. Further, since the input and output of the inverter 50 are insulated by the high-frequency transformer 53, the storage battery 4 can be grounded even on the electric line where one line of the AC power supply 1 is grounded. When used, the safety of the device can be extremely enhanced for human safety.

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、高周波で動
作し、入出力間を絶縁したインバータを使用して無停電
電源装置を構成し、低周波で動作する部品を一切用いな
いので、出力が無瞬断で、人体保安上安全で、しかも小
形・計量、経済的な無停電電源装置を提供できる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, an uninterruptible power supply is configured using an inverter operating at a high frequency and having an input and output insulated, and all components operating at a low frequency are used. Therefore, it is possible to provide a compact, weighing, and economical uninterruptible power supply that is safe in terms of human body safety, has no output interruption, and is safe.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は従来の無停電電源装置を示す構成図、第2図は
この発明の無停電電源装置の実施例を示すブロック図、
第3図はインバータ回路の具体例を示す接続図、第4図
は両方向のスイッチの具体例を示す図、第5図は制御回
路の具体例を示すブロック図、第6図は第3図のインバ
ータ回路の充電器モード時の各半導体スイッチの駆動波
形と主要部の電圧波形図、第7図は第3図のインバータ
回路のインバータモード時の3つのサブモードにおける
各半導体スイッチの駆動波形と主要部の電圧波形図、第
8図は第3図のインバータ回路のインバータモード時の
主要部の電圧波形図、第9図は充電器モード時の各半導
体スイッチの駆動波形の第二の具体例と主要部の電圧波
形図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a conventional uninterruptible power supply, FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the uninterruptible power supply of the present invention,
FIG. 3 is a connection diagram showing a specific example of an inverter circuit, FIG. 4 is a diagram showing a specific example of a bidirectional switch, FIG. 5 is a block diagram showing a specific example of a control circuit, and FIG. FIG. 7 is a drive waveform of each semiconductor switch and a voltage waveform diagram of a main part of the inverter circuit in the charger mode of the inverter circuit. FIG. 7 is a drive waveform and main waveforms of each semiconductor switch in three sub-modes of the inverter circuit of FIG. FIG. 8 is a voltage waveform diagram of a main part of the inverter circuit of FIG. 3 in an inverter mode, and FIG. 9 is a second specific example of a drive waveform of each semiconductor switch in a charger mode. It is a voltage waveform diagram of a principal part.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】交流電源と負荷とを接続する開閉器と、蓄
電池と、その蓄電池を入力側とし、前記開閉器の負荷側
に出力端子を接続したインバータ回路と、停電検出回路
とを備え、 前記インバータ回路は直流フィルタ部、高周波インバー
タ部、高周波トランス、周波数変換部、交流フィルタ
部、及び制御回路部で構成され、 前記制御回路部は、前記インバータ回路を充電器モー
ド、またはインバータモードで制御し、 前記充電器モードでは、前記周波数変換部により前記交
流電源の交流電力を高周波交流に変換し、前記高周波ト
ランスで絶縁し、前記高周波インバータ部で直流に変換
するようにし、 前記インバータモードでは、前記蓄電池の直流電力を前
記高周波インバータ部で高周波交流に変換し、前記高周
波トランスで絶縁し、前記周波数変換部で周波数変換
し、前記負荷に給電するようにし、 前記停電検出回路は前記交流電源の有無を検出して、前
記開閉器を制御するとともに、前記2つの動作モードを
切り替える信号を前記制御回路部に与えることを特徴と
する無停電電源装置。
1. A switch for connecting an AC power supply to a load, a storage battery, an inverter circuit having the storage battery as an input side, and an output terminal connected to the load side of the switch, and a power failure detection circuit, The inverter circuit includes a DC filter unit, a high-frequency inverter unit, a high-frequency transformer, a frequency conversion unit, an AC filter unit, and a control circuit unit. The control circuit unit controls the inverter circuit in a charger mode or an inverter mode. In the charger mode, the frequency converter converts the AC power of the AC power supply into high-frequency AC, insulates it with the high-frequency transformer, and converts it into DC with the high-frequency inverter. The DC power of the storage battery is converted into high-frequency AC by the high-frequency inverter, and is insulated by the high-frequency transformer. The frequency converter converts the frequency, and supplies power to the load. The power failure detection circuit detects the presence or absence of the AC power supply, controls the switch, and controls the signal for switching the two operation modes. An uninterruptible power supply characterized by being provided to a circuit section.
【請求項2】請求項1記載の無停電電源装置において、
前記充電器モードでは、前記周波数変換部で、前記交流
電源の電圧を前記高周波トランスに正方向に発生させた
後、前記高周波トランスの励磁電流を還流させる動作
と、前記交流電源の電圧を前記高周波トランスに負方向
に発生させた後、前記高周波トランスの励磁電流を還流
させる動作を繰り返すことにより、前記交流電源の電圧
を高周波交流電圧に変換することを特徴とする無停電電
源装置。
2. The uninterruptible power supply according to claim 1,
In the charger mode, the frequency converter generates a voltage of the AC power supply in the high-frequency transformer in a positive direction, and then recirculates an exciting current of the high-frequency transformer. An uninterruptible power supply device wherein the voltage of the AC power supply is converted into a high-frequency AC voltage by repeating the operation of returning the exciting current of the high-frequency transformer after the voltage is generated in the transformer in the negative direction.
【請求項3】請求項1記載の無停電電源装置において、
前記充電器モードでは、前記周波数変換部の交流フィル
タのリアクタにエネルギーを蓄えた後、前記交流電源の
電圧に前記交流フィルタのリアクタの電圧を重畳させた
電圧を前記高周波トランスに印加する動作と、前記交流
フィルタのリアクタにエネルギーを蓄えた後、前記交流
電源の電圧に前記交流フィルタのリアクタの電圧を重畳
させた電圧を、前記高周波トランスの印加電圧とは逆の
極性で前記高周波トランスに印加する動作を繰り返すこ
とにより、前記交流電源の電圧を高周波交流電圧に変換
することを特徴とする無停電電源装置。
3. The uninterruptible power supply according to claim 1,
In the charger mode, after storing energy in the reactor of the AC filter of the frequency conversion unit, an operation of applying to the high-frequency transformer a voltage obtained by superimposing the voltage of the reactor of the AC filter on the voltage of the AC power supply, After storing energy in the reactor of the AC filter, a voltage obtained by superimposing the voltage of the reactor of the AC filter on the voltage of the AC power supply is applied to the high frequency transformer with a polarity opposite to the applied voltage of the high frequency transformer. An uninterruptible power supply device that converts the voltage of the AC power supply to a high-frequency AC voltage by repeating the operation.
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