JP4552385B2 - Uninterruptible power supply and on-line degradation judgment method for uninterruptible power supply battery - Google Patents

Uninterruptible power supply and on-line degradation judgment method for uninterruptible power supply battery Download PDF

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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用交流電源やジェネレータなどの交流電源から、コンピュータなどの負荷機器までの電力供給経路に設けられる無停電電源装置に関する。また、無停電電源装置のバッテリのオンライン劣化判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無停電電源装置は、交流電源からの交流電力の供給が停止した場合などにおいて、その交流電力の替わりにバッテリの蓄電電力に基づく交流電力を負荷機器へ供給するものである。
【０００３】
特許文献１には、無停電電源装置が開示されている。この無停電電源装置は、整流器と、整流器と交流電源との間に接続される開閉器と、インバータと、蓄電池と、整流器とインバータとの間の配線に蓄電池を接続する開閉器と、を有する。そして、バッテリの劣化判定の際には、整流器出力電圧を、蓄電池放電電圧に追従して変化させる制御を行う。これにより、放電試験開始時に、蓄電池から交流電源側に電力が回生しないようにすることができる。
【０００４】
特許文献２には、無停電電源装置が開示されている。この無停電電源装置は、ＡＣ／ＤＣ変換部と、ＤＣ／ＡＣ変換部と、ＡＣ／ＤＣ変換部とＤＣ／ＡＣ変換部との間の配線に接続されるバッテリと、を有する。そして、バッテリの劣化判定の際には、ＡＣ／ＤＣ変換部を電流制御型にして、ＡＣ／ＤＣ変換部から供給する電流が、負荷に供給する電流の１０％となるように制御する。これにより、バッテリから出力される電流の一部が、商用電源側へ逆流してしまうことを防止することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２０１４８５号公報（図面、発明の実施の形態）
【特許文献２】
特開２００１−６１２３７号公報（図面、発明の実施の形態）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これら特許文献１および特許文献２に開示される従来の無停電電源装置では、バッテリの劣化を判定する際に、整流器やＡＣ／ＤＣ変換部に対して、通常運転時とは異なる特殊な制御を実施する。これにより、バッテリの劣化を判定する際に、バッテリが劣化している場合には、整流器やＡＣ／ＤＣ変換部からインバータやＤＣ／ＡＣ変換部へ直流電圧を供給することができる。インバータやＤＣ／ＡＣ変換部は、この直流電圧を交流電圧へ変換して、交流電力を出力し続けることができる。
【０００７】
しかしながら、インバータやＤＣ／ＡＣ変換部に入力される直流電圧の急激な降下に対応するために、これら従来の無停電電源装置では、整流器やＡＣ／ＤＣ変換部の出力電圧を、バッテリの出力電圧よりも少しだけ低い電圧に維持されるように制御したり、あるいは、整流器やＡＣ／ＤＣ変換部の電流分担率が所定の割合に維持されるように制御したりしている。その結果、これら従来の無停電電源装置では、バッテリの劣化判定が完了するまで、整流器やＡＣ／ＤＣ変換部を、リアルタイムに且つ複雑に制御し続けなければならない。
【０００８】
その結果、これら従来の無停電電源装置では、バッテリの劣化判定を行うために、整流器やＡＣ／ＤＣ変換部に対して、通常運転時とは異なる特殊な制御を実施する制御手段を設ける必要がある。しかも、この制御手段は、バッテリの劣化判定が完了するまで、リアルタイムに且つ複雑に制御し続けなければならない。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、交直変換器に対して複雑な制御を行うことなく、直交変換器から交流電圧を出力するオンライン状態を維持し、しかも、その状態でバッテリの劣化を判定することができる無停電電源装置および無停電電源装置のバッテリのオンライン劣化判定方法を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る無停電電源装置は、交流電圧を直流電圧へ変換してレール配線へ供給する交直変換器と、レール配線に接続される第１のコンデンサであって、交直変換器により変換された電圧を蓄積する第１のコンデンサと、バッテリの蓄電電圧を直流電圧へ変換してレール配線へ供給する直直変換器と、レール配線の直流電圧から他の交流電圧を生成する直交変換器と、交直変換器から、交流電圧を整流した整流電圧を出力させるとともに、この整流電圧よりも高い直流電圧を出力するように直直変換器を制御し、この状態でのレール配線の電圧に基づいてバッテリの劣化を判定する制御手段とを有し、交直変換器は、交流電圧が入力される入力端子に接続される入力コイルと、入力コイルからレール配線までの経路に設けられ、交流電圧を直流電圧へ変換する交直用ダイオードと、スイッチング動作により入力コイルに電圧を発生させる交直用トランジスタとを有し、直直変換器は、バッテリに接続されるバッテリコイルと、スイッチング動作によりバッテリコイルに電圧を発生させる直直用トランジスタと、レール配線に接続される第２のコンデンサであって、バッテリコイルに発生した電圧を蓄電する第２のコンデンサとを有し、制御手段は、
交直用トランジスタのスイッチング動作を停止させるとともに、バッテリが所定の電圧以上の蓄電電圧を有している場合に直直変換器からの直流電圧が、交直用トランジスタのスイッチング動作が停止した後の整流電圧よりも高い電圧となる単位時間あたりのスイッチング回数で直直変換器の直直用トランジスタを動作させ、その状態でのレール配線の電圧に基づいてバッテリの劣化を判定し、交直用トランジスタをスイッチング動作させる場合には、バッテリの劣化判定の際に直直変換器から出力させようとする電圧よりも高い直流電圧が出力される単位時間あたりのスイッチング回数で交直変換器の交直用トランジスタを動作させることを特徴とする。
【００１１】
この構成を採用すると、バッテリ劣化判定を行っている際に、直交変換器は、少なくとも交直変換器から供給される整流電圧に基づいて、他の交流電圧を生成することができる。しかも、制御手段は、たとえば、レール配線の電圧が整流電圧であるか否かを確認することで、バッテリが寿命となっているか否かを判定することができる。
【００１２】
その結果、この方法を採用すれば、交直変換器を制御することなく、直交変換器から他の交流電圧を出力するオンライン状態を維持し、しかも、その状態でバッテリの劣化を判定することができる。
【００１４】
この無停電電源装置では、交直用トランジスタのスイッチング動作を停止した状態におけるコンデンサの電圧は、交直変換器に入力される交流電力を交直用ダイオードで整流した整流電圧と、直直変換器が直直用ダイオードあるいは直直用トランジスタを介して出力する直流電圧と、の中のいずれか高い方の電圧となる。そして、バッテリに寿命が来ている場合には、直直変換器が出力する直流電圧は、交直変換器が入力電圧に基づいて出力する整流電圧よりも低くなる。そのため、直流電圧検出器が検出する電圧は、整流電圧となる。したがって、たとえば、制御手段は、直流電圧検出器の検出電圧が整流電圧であるか否かを確認することで、バッテリが寿命となっているか否かを判定することができる。
【００１５】
しかも、交直用トランジスタのスイッチング動作を停止したとしても、レール配線は交直用ダイオードを介して入力端子に接続されている。そのため、レール配線の電圧は、低くても整流電圧となる。そのため、直交変換器は、この整流電圧を他の交流電圧へ変換し、この他の交流電圧を出力することができる。
【００１６】
その結果、この無停電電源装置では、交直変換器を制御することなく、直交変換器から他の交流電圧を出力するオンライン状態を維持し、しかも、その状態でバッテリの劣化を判定することができる。
【００１７】
本発明に係る他の無停電電源装置は、さらに、制御手段が、バッテリの劣化判定の際には、交直用トランジスタのスイッチング動作を停止させる前に直流電圧検出器が検出する電圧と、停止させた後に直流電圧検出器が検出する電圧との電圧差が所定の電圧差以上になったら、あるいは、停止させた後の直流電圧検出器が検出する電圧が所定の電圧以下になったら、バッテリが劣化していると判定するものである。
【００１８】
この無停電電源装置では、交直用トランジスタを停止した前後の直流電圧検出器の検出電圧同士の電圧差、あるいは、交直用トランジスタを停止した後の直流電圧検出器の検出電圧に基づいて、バッテリが劣化していると判定する。したがって、バッテリが寿命となって直直変換器から整流電圧よりも高い電圧が出力されないような場合には、直流電圧検出器の検出電圧のみに基づいて、バッテリが劣化していると簡単に判定することができる。
【００１９】
本発明に係る他の無停電電源装置は、さらに、制御手段が、交直用トランジスタを停止した前後の検出電圧の電圧差あるいは交直用トランジスタを停止した後の電圧に基づいてバッテリが劣化していると判定しなかった場合には、さらに、交直用トランジスタのスイッチング動作を停止したまま、直流電圧検出器が検出する電圧の変化に基づいて、バッテリの劣化を判定するものである。
【００２０】
この無停電電源装置では、さらに、直流電圧検出器が検出する電圧の変化に基づいて、バッテリの劣化を判定する。したがって、たとえば、直直変換器から整流電圧よりも高い電圧が出力されないほどには劣化していないけれども、交換が必要なほどに劣化しているバッテリの劣化を判定することができる。
【００２１】
本発明に係る他の無停電電源装置は、さらに、入力端子に入力される入力電圧を検出する入力電圧検出器を有し、制御手段が、入力電圧検出器の検出電圧に基づいて入力電力が正常であるか否かを判定し、入力電力が正常であると判定した場合には、交直用トランジスタを停止してバッテリの劣化判定を行い、入力電力が正常であると判定しない場合には、交直用トランジスタを停止せずバッテリの劣化判定を行わないものである。
【００２２】
この構成を採用すれば、入力電圧が所定の品質よりも低下しているなどの異常な状態になっているときに、バッテリの劣化判定のために交直用トランジスタを停止してしまうことを防止することができる。つまり、バッテリの劣化判定のために交直用トランジスタを停止したときに入力電圧の異常のために、レール配線の電圧が異常に低くあるいは無くなってしまうことをほぼ防止することができる。その結果、直交変換器から他の交流電圧を出力するオンライン状態を、ほぼ確実に維持することができる。
【００２３】
本発明に係る他の無停電電源装置は、さらに、制御手段が、バッテリの劣化判定の際には、交直用トランジスタのスイッチング動作を停止させる前に直流電圧検出器が検出する電圧と、停止させた後に直流電圧検出器が検出する電圧との電圧差が所定の電圧差以上になったら、あるいは、停止させた後の直流電圧検出器が検出する電圧が所定の電圧以下になったら、直交変換器に、直流電圧の低下を補償する処理を行わせるものである。
【００２４】
この無停電電源装置では、交直用トランジスタを停止した前後の直流電圧検出器の検出電圧同士の電圧差が所定の電圧差以上である場合には、直交変換器は、直流電圧の低下を補償する処理を行う。あるいは、交直用トランジスタを停止した後の直流電圧検出器の検出電圧が所定の電圧以下である場合には、直交変換器は、直流電圧の低下を補償する処理を行う。したがって、バッテリが劣化しているために、交直用トランジスタを停止することでレール配線の電圧が大きく変動してしまう場合であっても、直交変換器は、この変動に応じて直流電圧の低下を補償する処理を行う。その結果、直交変換器から出力される他の交流電圧は、安定した良好な品質のものとなる。
【００２５】
また、このようにレール配線の電圧が大きく変動するときに、直交変換器に、直流電圧の低下を補償する処理を行わせる。通常運転時には、このレール配線の電圧は、レクチュファイヤによって、こののような大きなレール配線の電圧の変動が生じないように制御されている。したがって、通常運転時における直交変換器は、その通常運転時の状況下で生じ得るレール配線の電圧変動に対して対応することができるように、最適に設定することができる。その結果、通常運転時での直交変換器の動作特性は、レール配線の電圧に含まれるノイズ成分などに対して過剰に反応してしまわないように設定することができ、通常の状況下での出力電圧の品質を向上することができる。
【００２６】
その結果、直交変換器は、バッテリの劣化判定をしている時も、通常の時も、安定した高品質の他の交流電圧を出力することができる。
【００２７】
本発明に係る、交流電圧を直流電圧へ変換してレール配線へ供給する交直変換器と、レール配線に接続される第１のコンデンサであって、交直変換器により変換された電圧を蓄積する第１のコンデンサと、バッテリの蓄電電圧を直流電圧へ変換してレール配線へ供給する直直変換器と、レール配線の直流電圧から他の交流電圧を生成する直交変換器とを有する無停電電源装置のバッテリのオンライン劣化判定方法において、交直変換器から、交流電圧を整流した整流電圧を出力させるとともに、この整流電圧よりも高い直流電圧を出力するように直直変換器を制御し、この状態でのレール配線の電圧に基づいてバッテリの劣化を判定する制御ステップとを含み、交直変換器は、交流電圧が入力される入力端子に接続される入力コイルと、入力コイルからレール配線までの経路に設けられ、交流電圧を直流電圧へ変換する交直用ダイオードと、スイッチング動作により入力コイルに電圧を発生させる交直用トランジスタとを有し、直直変換器は、バッテリに接続されるバッテリコイルと、スイッチング動作によりバッテリコイルに電圧を発生させる直直用トランジスタと、レール配線に接続される第２のコンデンサであって、バッテリコイルに発生した電圧を蓄電する第２のコンデンサとを有し、制御ステップは、交直用トランジスタのスイッチング動作を停止させるとともに、バッテリが所定の電圧以上の蓄電電圧を有している場合に直直変換器からの直流電圧が、交直用トランジスタのスイッチング動作が停止した後の整流電圧よりも高い電圧となる単位時間あたりのスイッチング回数で直直変換器の直直用トランジスタを動作させ、その状態でのレール配線の電圧に基づいてバッテリの劣化を判定し、交直用トランジスタをスイッチング動作させる場合には、バッテリの劣化判定の際に直直変換器から出力させようとする電圧よりも高い直流電圧が出力される単位時間あたりのスイッチング回数で交直変換器の交直用トランジスタを動作させることを特徴とする。
【００２８】
この方法を採用すると、バッテリ劣化判定を行っている際に、直交変換器は、少なくとも交直変換器から供給される整流電圧に基づいて、他の交流電圧を生成することができる。しかも、たとえばレール配線の電圧が整流電圧であるか否かを確認することで、バッテリが寿命となっているか否かを判定することができる。
【００２９】
その結果、この方法を採用すれば、交直変換器を制御することなく、直交変換器から他の交流電圧を出力するオンライン状態を維持し、しかも、その状態でバッテリの劣化を判定することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る無停電電源装置および無停電電源装置のバッテリのオンライン劣化判定方法を、図面に基づいて説明する。なお、無停電電源装置のバッテリのオンライン劣化判定方法は、無停電電源装置の動作の一部として説明する。
【００３１】
図１は、本発明の実施の形態に係る無停電電源装置１を示す回路図である。
【００３２】
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４，５とを有する。一対の入力端子２，３の間には、商用交流電源などの交流電源６が接続される。これにより、一対の入力端子２，３には、交流電圧が入力電圧として入力される。一対の出力端子４，５の間には、コンピュータなどの負荷機器７が接続される。
【００３３】
一対の入力端子２，３の中の一方の入力端子２は、交直変換器としてのレクチュファイヤ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、グランド１２に接続されている。
【００３４】
レクチュファイヤ１１は、一方の入力端子２が一端に接続される入力コイル３１と、入力コイル３１の他端にエミッタが接続される交直用トランジスタとしての第一トランジスタ３２と、第一トランジスタ３２のエミッタ−コレクタと並列に接続される交直用ダイオードとしての第一ダイオード３３と、入力コイル３１の他端にコレクタが接続される交直用トランジスタとしての第二トランジスタ３４と、第二トランジスタ３４のエミッタ−コレクタと並列に接続される交直用ダイオードとしての第二ダイオード３５と、を有する。第一ダイオード３３は、第一トランジスタ３２のエミッタからコレクタへ電流を流す向きに接続される。第二ダイオード３５は、第二トランジスタ３４のエミッタからコレクタへ電流を流す向きに接続される。
【００３５】
レクチュファイヤ１１の第一トランジスタ３２のコレクタは、レール配線としての第一レール配線１３に接続される。これにより、第一ダイオード３３は、入力コイル３１から第一レール配線１３までの経路に設けられることになる。また、第一レール配線１３とグランド１２との間に、コンデンサとしての第一コンデンサ１４が接続される。
【００３６】
このような接続関係の下で、第二トランジスタ３４をオン状態とオフ状態との間でスイッチング制御すると、このスイッチングによって入力コイル３１に電圧が励起される。一対の入力端子２，３に入力される電圧に、この入力コイル３１に励起される電圧を加算して得られる加算電圧は、第一ダイオード３３を介して、第一コンデンサ１４に印加される。第一ダイオード３３は、入力コイル３１から第一コンデンサ１４へ電流を流す向きに接続されている。したがって、この加算電圧で、第一コンデンサ１４は、入力電圧よりも絶対値が大きい正の電圧まで充電され得る。
【００３７】
なお、たとえば、第一コンデンサ１４に蓄電される電荷が一定量ずつ消費されている状態で、第二トランジスタ３４の単位時間あたりのスイッチング回数を増やすと、第一コンデンサ１４の充電電圧の絶対値は、大きくなる。第二トランジスタ３４の単位時間あたりのスイッチング回数を減らすと、第一コンデンサ１４の充電電圧の絶対値は、小さくなる。つまり、第二トランジスタ３４の単位時間あたりのスイッチング回数などを制御することで、第一コンデンサ１４の充電電圧の絶対値を制御することができる。
【００３８】
レクチュファイヤ１１の第二トランジスタ３４のエミッタは、レール配線としての第二レール配線１５に接続される。これにより、第二ダイオード３５は、入力コイル３１から第二レール配線１５までの経路に設けられることになる。また、第二レール配線１５とグランド１２との間に、コンデンサとしての第二コンデンサ１６が接続される。
【００３９】
このような接続関係の下で、第一トランジスタ３２をオン状態とオフ状態との間でスイッチング制御すると、このスイッチングによって入力コイル３１に電圧が励起される。一対の入力端子２，３に入力される電圧に、この入力コイル３１に励起される電圧を加算した電圧は、第二ダイオード３５を介して第二コンデンサ１６に印加される。第二ダイオード３５は、第二コンデンサ１６から入力コイル３１へ電流を流す向きに接続されている。したがって、この加算電圧によって、第二コンデンサ１６は、入力電圧よりも絶対値が大きい負の電圧まで充電される。
【００４０】
なお、たとえば、第二コンデンサ１６に蓄電される電荷が一定量ずつ消費されている状態で、第一トランジスタ３２の単位時間あたりのスイッチング回数を増やすと、第二コンデンサ１６の充電電圧の絶対値は、大きくなる。第一トランジスタ３２の単位時間あたりのスイッチング回数を減らすと、第二コンデンサ１６の充電電圧の絶対値は、小さくなる。つまり、第一トランジスタ３２の単位時間あたりのスイッチング回数などを制御することで、第二コンデンサ１６の充電電圧の絶対値を制御することができる。
【００４１】
以上のように、レクチュファイヤ１１は、一対の入力端子２，３に入力される交流電圧を、直流電圧へ変換する。
【００４２】
第一レール配線１３および第二レール配線１５は、直交変換器としてのインバータ１７に接続される。なお、第一レール配線１３と第二レール配線１５との間の電圧は、レールトゥレール電圧と呼ばれる。
【００４３】
インバータ１７は、第一レール配線１３がコレクタに接続される第三トランジスタ４１と、第三トランジスタ４１のエミッタ−コレクタと並列に接続される第三ダイオード４２と、第二レール配線１５がエミッタに接続される第四トランジスタ４３と、第四トランジスタ４３のエミッタ−コレクタと並列に接続される第四ダイオード４４と、第三トランジスタ４１のエミッタおよび第四トランジスタ４３のコレクタが一端に接続される出力コイル４５と、を有する。第三ダイオード４２は、第三トランジスタ４１のエミッタからコレクタへ電流を流す向きに接続される。第四ダイオード４４は、第四トランジスタ４３のエミッタからコレクタへ電流を流す向きに接続される。
【００４４】
出力コイル４５の他端は、一対の出力端子４，５の中の一方の出力端子４に接続されている。一対の出力端子４，５の中の他方の出力端子５は、グランド１２に接続されている。
【００４５】
第三トランジスタ４１をオン状態にすると、第三トランジスタ４１を介して、第一レール配線１３が一方の出力端子４に接続される。第一レール配線１３には、第一コンデンサ１４が接続されている。したがって、第三トランジスタ４１をオン状態にすると、一方の出力端子４には、正の電圧が印加される。
【００４６】
また、第三トランジスタ４１をオン状態とオフ状態との間でスイッチング制御すると、第三トランジスタ４１をオン状態となる期間のみに、間欠的に第一コンデンサ１４の充電電圧が一対の出力端子４，５から出力される。したがって、たとえば、オン時間の割合が時系列に沿って正弦分布に従った比率で変化するように第三トランジスタ４１のスイッチング制御を行うと、一対の出力端子４，５からは、瞬時電力が正弦分布に従って変化する正の電圧が出力される。
【００４７】
第四トランジスタ４３をオン状態にすると、第四トランジスタ４３を介して、第二レール配線１５は、一方の出力端子４に接続される。第二レール配線１５には、第二コンデンサ１６が接続されている。したがって、第四トランジスタ４３をオン状態にすると、一方の出力端子４には、負の電圧が印加される。
【００４８】
また、第四トランジスタ４３をオン状態とオフ状態との間でスイッチング制御すると、第四トランジスタ４３をオン状態となる期間のみに、間欠的に第二コンデンサ１６の充電電圧が一対の出力端子４，５から出力される。したがって、たとえば、オン時間の割合が時系列に沿って正弦分布に従った比率で変化するように第四トランジスタ４３のスイッチング制御を行うと、一対の出力端子４，５からは、瞬時電力が正弦分布に従って変化する負の電圧が出力される。
【００４９】
したがって、入力電圧の半周期に相当する期間毎に、第三トランジスタ４１および第四トランジスタ４３へ交互に、オン時間の割合が正弦分布に従った比率で変化するゲート信号を供給すると、一対の出力端子４，５からは、瞬時電力が正弦分布に従って変化する交流電圧（他の交流電圧）が出力される。つまり、インバータ１７は、レールトゥレール電圧から交流電圧を生成する。負荷機器７は、正常な交流電力が供給された場合と同様に、この品質の良い交流電圧にて動作する。
【００５０】
第一レール配線１３と第二レール配線１５との間には、直直変換器としてのＤＣ／ＤＣコンバータ１８が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１８には、バッテリ１９が接続されている。
【００５１】
図２は、図１中のＤＣ／ＤＣコンバータ１８の構成を示す回路図である。ＤＣ／ＤＣコンバータ１８は、コンデンサ５１と、コンデンサ５１と並列に接続される第一アームと、コンデンサ５１と並列に接続される第二アームと、第一コイル５２と、第二コイル５３と、を有する。
【００５２】
第一アームは、コンデンサ５１にコレクタが接続される正側トランジスタ５４と、アーム内で正側トランジスタ５４と直列に接続される負側トランジスタ５５と、正側トランジスタ５４と並列に接続される正側ダイオード５６と、負側トランジスタ５５と並列に接続される負側ダイオード５７と、を有する。ダイオード５６，５７は、トランジスタ５４，５５のエミッタからコレクタへ電流を流す向きにそれぞれ接続される。そして、正側トランジスタ５４と負側トランジスタ５５との間と、第一レール配線１３との間には、第一コイル５２が接続される。
【００５３】
第二アームは、コンデンサ５１にコレクタが接続される正側トランジスタ５８と、アーム内で正側トランジスタ５８と直列に接続される負側トランジスタ５９と、正側トランジスタ５８と並列に接続される正側ダイオード６０と、負側トランジスタ５９と並列に接続される負側ダイオード６１と、を有する。各ダイオード６０，６１は、トランジスタ５８，５９のエミッタからコレクタへ電流を流す向きに接続される。そして、正側トランジスタ５８と負側トランジスタ５９との間と、バッテリ１９の高圧側端子との間には、第二コイル５３が接続される。
【００５４】
なお、バッテリ１９の低圧側端子および第二レール配線１５は、各アームの負側トランジスタ５５，５９のエミッタに接続される。
【００５５】
第一アームの２つのトランジスタ５４，５５を、充電用のゲート信号で、スイッチング制御すると、レールトゥレール電圧を第一コイル５２で昇圧した電圧がコンデンサ５１に印加される。コンデンサ５１は、この電圧に充電される。コンデンサ５１が充電されている状態で第二アームの正側トランジスタ５８をオン状態にすると、コンデンサ５１の充電電圧が、バッテリ１９に印加される。バッテリ１９は、このコンデンサ５１の充電電圧まで充電される。これにより、バッテリ１９を、所望の蓄電電圧に充電することができる。
【００５６】
また、第二アームの２つのトランジスタ５８，５９を放電用のゲート信号でスイッチング制御すると、バッテリ１９の蓄電電圧を第二コイル５３で昇圧した電圧が、コンデンサ５１に印加される。コンデンサ５１は、この電圧に充電される。コンデンサ５１が充電されている状態で第一アームの正側トランジスタ５４をオン状態にすると、コンデンサ５１の充電電圧が、第一レール配線１３と第二レール配線１５との間に印加される。これにより、レールトゥレール電圧は、コンデンサ５１から放電される電圧になる。
【００５７】
なお、第二アームの２つのトランジスタ５８，５９の単位時間あたりのスイッチング回数を増やすと、コンデンサ５１の充電電圧は、高くなる。第二アームの２つのトランジスタ５８，５９の単位時間あたりのスイッチング回数を減らすと、コンデンサ５１の充電電圧は、低くなる。つまり、第二アームの２つのトランジスタ５８，５９の単位時間あたりのスイッチング回数などを制御することで、コンデンサ５１の充電電圧、ひいてはレールトゥレール電圧を制御することができる。
【００５８】
図１に戻り、無停電電源装置１は、さらに、一対の入力端子２，３から入力されている入力電圧を検出する入力電圧検出器としての第一検出器２０と、一対のレール配線１３，１５間のレールトゥレール電圧を検出する直流電圧検出器としての第二検出器２１と、一対の出力端子４，５から出力される出力電圧の実効値を検出する出力電圧検出器としての第三検出器２２と、これら入力電圧、レールトゥレール電圧および出力電圧の実効値が入力される制御手段としてのＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：デジタルシグナルプロセッサ）２３と、を有する。
【００５９】
ＤＳＰ２３は、レクチュファイヤ制御器７１を有する。レクチュファイヤ制御器７１は、第一トランジスタ３２のゲートへ、交直変換用のゲート信号を出力する。また、第二トランジスタ３４のゲートへ、それとは逆相で変化する交直変換用のゲート信号を出力する。各ゲート信号は、連続的な複数のゲートパルスで構成される。
【００６０】
レクチュファイヤ制御器７１は、入力電圧の周期と同期して、各ゲートパルスのパルス幅を制御する。また、レールトゥレール電圧がたとえば約４００Ｖになるように、パルス幅を制御する。この制御によって、レールトゥレール電圧は、約４００Ｖに安定する。
【００６１】
ＤＳＰ２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器７２を有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器７２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８ヘ２種類のゲート信号を出力する。２種類のゲート信号の中の一方の信号は、充電用のゲート信号である。この充電用のゲート信号が入力されることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８から所望の電圧の充電電圧がバッテリ１９へ出力される。
【００６２】
また、２種類のゲート信号の中の他方の信号は、放電用のゲート信号である。
ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器７２は、放電時には、レールトゥレール電圧がたとえば約３５０Ｖとなるように、ゲート信号の各ゲートパルスのパルス幅を制御する。
【００６３】
ＤＳＰ２３は、インバータ制御器７３を有する。インバータ制御器７３は、第三トランジスタ４１のゲートへ、直交変換用のゲート信号を出力する。また、第四トランジスタ４３のゲートへ、別の直交変換用のゲート信号を出力する。
【００６４】
図３は、図１中のインバータ制御器７３を示す回路図である。インバータ制御器７３は、具体的には、出力電圧の実効値を周期的にサンプリングするＡＤコンバータ８１と、ＡＤコンバータ８１による出力電圧の実効値のサンプリング値を記憶する出力電圧バッファ８２と、目標とする出力電圧の実効値を記憶する出力電圧レジスタ８３と、出力電圧バッファ８２に記憶されているサンプリング値から出力電圧レジスタ８３に記憶されている値を減算する減算手段８４と、を有する。減算手段８４からは、目標とする出力電圧の実効値に対する、実際の出力電圧の実効値の差分に相当する差分電圧値が出力される。
【００６５】
インバータ制御器７３は、通常時のフィードバック係数を記憶する第一フィードバック係数レジスタ８５と、緊急時のフィードバック係数を記憶する第二フィードバック係数レジスタ８６と、これら２つのレジスタ８５，８６の中の一方を選択するセレクタ８７と、セレクタ８７により選択されたレジスタに記憶されているフィードバック係数と減算手段８４から出力される差分電圧値とを乗算する乗算手段８８と、を有する。これにより、乗算手段８８は、差分電圧値に、選択されたフィードバック係数を乗算したフィードバック値を出力することになる。
【００６６】
なお、後述するように、第一フィードバック係数レジスタ８５には、正常時の制御安定性が確保でき、その結果出力電圧の品質を所望の品質に維持することができる程度に大きいフィードバック係数が記憶されている。第二フィードバック係数レジスタ８６には、第一フィードバック係数レジスタ８５よりも大きな値のフィードバック係数が記憶されている。
【００６７】
インバータ制御器７３は、さらに、乗算手段８８から出力されるフィードバック値に基づいて、ゲート信号データ列を生成するゲート信号生成手段８９と、ゲート信号データ列が書き込まれるゲート信号バッファ９０と、第三トランジスタ４１のゲートへ直交変換用のゲート信号を出力する第一ＤＡコンバータ９１と、第四トランジスタ４３のゲートへ直交変換用のゲート信号を出力する第二ＤＡコンバータ９２と、を有する。
【００６８】
ゲート信号生成手段８９は、入力電圧の半周期に相当する期間分のゲート信号データ列を生成する。このゲート信号データ列は、２値のビット列であって、たとえば「１０００１１００１１１０１１１０１１００１０００」のように、ビット「０」とビット「１」とで構成されるビット列である。
【００６９】
入力電圧の半周期に相当する時間分をＴとし、第一ＤＡコンバータ９１および第二ＤＡコンバータ９２によるデータの読み込み周期をｔとした場合、ゲート信号データ列のビット数は、［Ｔ／ｔ］ビットとなる。［］は、ガウス記号である。Ｘを実数、ｎを整数としたとき、ｎ≦Ｘ＜ｎ＋１ならば、［Ｘ］＝ｎとなる。
たとえば「Ｔ／ｔ」が２．１である場合、［Ｔ／ｔ］は２となる。なお、ゲート信号データ列のビット数は、「［Ｔ／ｔ］＋１」ビットであってもよい。
【００７０】
ここで、第一ＤＡコンバータ９１および第二ＤＡコンバータ９２がビット「１」を読み込んだときに、ゲート信号がハイレベルとなって、第三トランジスタ４１および第四トランジスタ４３がオン状態となるものとする。なお、第一ＤＡコンバータ９１および第二ＤＡコンバータ９２がビット「０」を読み込んだときに、ゲート信号がハイレベルとなるようにしてもよい。
【００７１】
ゲート信号生成手段８９は、フィードバック値に基づいて、ビット「１」の個数を演算する。フィードバック値が大きくなればなるほど、ビット「１」の個数は多くなる。なお、ビット「１」の個数とフィードバック値の範囲とを対応付けたテーブルを予め記憶手段（たとえばＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ：読出専用メモリ））などに記憶させておき、ゲート信号生成手段８９は、乗算手段８８から出力されるフィードバック値に基づいてテーブルを参照し、ビット「１」の個数をテーブルから選択するようにしてもよい。
【００７２】
また、ゲート信号生成手段８９は、所定のビット数のゲート信号データ列に、求めた個数のビット「１」を正弦分布にて分散して割り付ける。その結果、ビット列の中央寄りには、ビット列の両端寄りよりも多くのビット「１」が割り付けられることになる。なお、ビット「１」の個数とビット列を対応付けたテーブルを予め記憶手段などに記憶させておき、ゲート信号生成手段８９は、ビット「１」の個数に基づいてテーブルを参照し、所定のビット列を選択するようにしてもよい。
【００７３】
なお、以上の二段階の処理を高速化するために、フィードバック値の範囲とビット列とを対応付けたテーブルを、予め記憶手段などに記憶させておき、ゲート信号生成手段８９は、乗算手段８８から出力されるフィードバック値に基づいてこのテーブルを参照し、所定のビット列を選択するようにしてもよい。
【００７４】
以上のような演算処理にて生成されるゲート信号データ列は、ゲート信号バッファ９０に書き込まれる。
【００７５】
第一ＤＡコンバータ９１は、入力電圧が負の電圧から正の電圧へ変化するゼロクロスタイミングを基準として、ゲート信号バッファ９０に記憶されているゲート信号データ列の各ビットの読み込みを開始する。また、周期ｔ毎に、ゲート信号バッファ９０の次のビットの値を読み込む。そして、読み込んだビットが「０」である場合には、直交変換用のゲート信号をローレベルとし、「１」である場合には、直交変換用のゲート信号をハイレベルとする。これにより、第三トランジスタ４１のゲートには、オン時間の割合が正弦分布に従った比率で変化するゲート信号が入力される。その結果、入力電圧が正の電圧である期間には、インバータ１７から一対の出力端子４，５へ、正弦波の正の半周期に相当する波形の出力電圧が出力される。
【００７６】
また、第二ＤＡコンバータ９２は、入力電圧が正の電圧から負の電圧へ変化するゼロクロスタイミングを基準として、ゲート信号バッファ９０に記憶されているゲート信号データ列の各ビットの読み込みを開始する。また、周期ｔ毎に、ゲート信号バッファ９０の次のビットの値を読み込む。そして、読み込んだビットが「０」である場合には、直交変換用のゲート信号をローレベルとする。「１」である場合には、直交変換用のゲート信号をハイレベルとする。これにより、第四トランジスタ４３のゲートには、オン時間の割合が正弦分布に従った比率で変化するゲート信号が入力される。その結果、入力電圧が負の電圧である期間には、インバータ１７から一対の出力端子４，５へ、正弦波の負の半周期に相当する波形の出力電圧が出力される。
【００７７】
このように、インバータ制御器７３の制御によって、第三トランジスタ４１から正弦波の正の半周期に相当する波形の出力電圧を出力させ、第四トランジスタ４３から正弦波の負の半周期に相当する波形の出力電圧を出力させることができる。
【００７８】
また、インバータ制御器７３は、負荷機器７の消費電力の増加などに起因して、出力電圧バッファ８２に記憶されている出力電圧の実効値に対する、インバータ１７の実際の出力電圧の実効値の差分電圧値が大きくなると、この差分電圧値の増加を抑制するように、ゲート信号データ列に含まれるビット「１」の個数を調節する。
【００７９】
その結果、インバータ１７からは、入力電圧と同期する品質の良い、すなわち歪やノイズの少ない交流電圧を、出力電圧として出力することができる。
【００８０】
なお、負荷機器７の消費電力とインバータ１７の出力電力とが釣り合っている状態でのゲート信号データ列は、負荷機器７へ供給する電力の大きさに応じたものが選択される。負荷機器７には、第一コンデンサ１４および第二コンデンサ１６に蓄電されている電荷に基づく電力が供給される。したがって、負荷機器７が消費する電力と負荷機器へ供給しようとする電力とが釣り合って安定しているときには、ゲート信号データ列に含まれるビット「１」の個数は、負荷機器７の消費電力に応じた数になる。負荷機器７の消費電力が大きければ、ビット「１」の個数が多いゲート信号データ列にて、安定することになる。
【００８１】
また、第一コンデンサ１４および第二コンデンサ１６に蓄電されている電荷がインバータ１７を介して負荷機器７へ供給されると、第一コンデンサ１４および第二コンデンサ１６の蓄電電圧は小さくなる。第一コンデンサ１４および第二コンデンサ１６の蓄電電圧、すなわちレールトゥレール電圧が小さくなると、それに基づいてインバータ１７から出力される出力電圧の振幅も小さくなってしまう。このような出力電圧の変動を抑制するために、レクチュファイヤ制御器７１は、このレールトゥレール電圧がたとえば約４００Ｖに安定するように、レクチュファイヤ１１を制御する。また、インバータ制御器７３は、出力電圧の実効値が目標とする実効値となるように、インバータ１７を制御する。
【００８２】
第一フィードバック係数レジスタ８５に記憶されるフィードバック係数は、消費電力変動や入力電力の正常な範囲内での変動に起因してレールトゥレール電圧の変動が生じたとしても、出力電圧が安定するように、なるべく大きな値とするのが望ましい。ただし、フィードバック係数が大きすぎると、レールトゥレール電圧の変動に対して過剰に補正をかけてしまい、場合によっては発振してしまう。その結果、出力電圧の品質は、かえって低下してしまうことになる。それを防止するために、第一フィードバック係数レジスタ８５に記憶させるフィードバック係数は、そのような発振を生じない程度に大きな値になっている。
【００８３】
ＤＳＰ２３は、さらに、これらレクチュファイヤ制御器７１、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器７２およびインバータ制御器７３の動作を制御する制御本体７４と、時間を計測するタイマ７５と、を有する。無停電電源装置１は、バッテリ１９の劣化を報知するためのランプ２４を有する。制御本体７４には、入力電圧の検出値と、レールトゥレール電圧の検出値とが入力される。
【００８４】
次に、制御本体７４の制御に基づく、無停電電源装置１の全体の動作を説明する。
【００８５】
無停電電源装置１が起動されると、ＤＳＰ２３による制御が開始される。ＤＳＰ２３では、制御本体７４が入力電圧の監視を開始する。なお、起動時には、ＤＳＰ２３から各種のゲート信号は出力されていない。
【００８６】
制御本体７４は、入力電圧に基づいて一対の入力端子２，３に入力される交流電力が正常であると判断すると、レクチュファイヤ制御器７１に、交直変換用のゲート信号を出力させる。また、制御本体７４は、セレクタ８７に、第一フィードバック係数レジスタ８５を選択させるとともに、インバータ制御器７３に、直交変換用のゲート信号を出力させる。
【００８７】
レクチュファイヤ制御器７１は、レールトゥレール電圧がたとえば約４００Ｖに安定するように、レクチュファイヤ１１を制御する。
【００８８】
インバータ制御器７３は、出力電圧の実効値と目標出力電圧の実効値との差分に、通常時のフィードバック係数を乗算して、フィードバック値を生成する。また、フィードバック値に基づいてゲート信号データ列を生成し、このゲート信号データ列に基づくゲート信号を、第三トランジスタ４１および第四トランジスタ４３へ出力する。これにより、インバータ１７から出力される交流の出力電圧は、その実効値が目標出力電圧の実効値となるように制御される。
【００８９】
これにより、一対の入力端子２，３に入力される正常な交流電力は、レクチュファイヤ１１によってたとえば約４００Ｖの直流のレールトゥレール電圧へ変換された後、さらにインバータ１７によって所望の交流電圧へ変換される。この交流電圧が、一対の出力端子４，５から負荷機器７へ供給される。
【００９０】
また、図示外のバッテリ電圧検出器によって測定されるバッテリ１９の蓄電電圧が所望の電圧よりも低い場合には、制御本体７４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器７２に充電用のゲート信号を出力させる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１８は、レールトゥレール電圧を充電電圧へ変換する。これにより、一対の入力端子２，３に入力される正常な交流電力の中の一部の電力で、バッテリ１９を充電することができる。
【００９１】
以上の常時インバータ給電制御を実施する一方で、制御本体７４は、入力電圧を監視しつづける。そして、この入力電圧に基づいて一対の入力端子２，３に入力される交流電力が正常ではないと判断すると、制御本体７４は、レクチュファイヤ制御器７１からの交直変換用のゲート信号の出力を禁止する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器７２に、放電用のゲート信号を出力させる。
【００９２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器７２は、レールトゥレール電圧がたとえば約３５０Ｖに安定するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８を制御する。つまり、この場合、レールトゥレール電圧は、約４００Ｖから約３５０Ｖへ低下する。
【００９３】
インバータ制御器７３には、このレールトゥレール電圧の変動が、出力電圧の実効値の変動として入力される。インバータ制御器７３は、このレールトゥレール電圧の変動に追従して、第三トランジスタ４１および第四トランジスタ４３へ出力するゲート信号を変化させる。
【００９４】
これにより、レールトゥレール電圧がたとえば約４００Ｖから約３５０Ｖへ約５０Ｖ程度低下したとしても、インバータ１７から出力される出力電圧の実効値は、目標とする実効値に維持される。つまり、インバータ１７から出力される出力電圧は、安定している。
【００９５】
その結果、一対の入力端子２，３に入力される交流電力が正常ではなくなったとしても、一対の出力端子４，５から負荷機器７へは、バッテリ１９に蓄電されている蓄電電力に基づいて、安定した良好な品質の出力電圧が供給され続ける。
【００９６】
そして、入力電圧に基づいて一対の入力端子２，３に入力される交流電力が正常な状態に復帰した場合には、制御本体７４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器７２からの放電用のゲート信号の出力を禁止する。また、レクチュファイヤ制御器７１に、交直変換用のゲート信号を出力させる。常時インバータ給電制御へ切り替えた後も、制御本体７４は、入力電圧の監視を継続する。
【００９７】
これにより、無停電電源装置１は、主に、一対の入力端子２，３に入力される入力電力を負荷機器７へ供給することになる。その結果、バッテリ１９の蓄電電力を必要以上に消費しないようにすることができ、バッテリ１９の短寿命化を効果的に抑制することができる。
【００９８】
なお、制御本体７４は、一対の入力端子２，３に入力される交流電力が正常な状態に復帰した後、必要に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器７２に、充電用のゲート信号を出力させてもよい。
【００９９】
タイマ７５は、時間を計測する。このタイマ７５の計測時間は、制御本体７４に入力される。制御本体７４は、タイマ７５の計測時間が予め定めた期間になる度に、バッテリ１９のオンライン劣化判定モードを繰り返して実行する。
【０１００】
オンライン劣化判定モードでは、制御本体７４は、まず、入力電圧に基づいて判断される入力電力が正常であることを確認する。入力電力が正常ではない場合には、オンライン劣化判定モードへのモード切替を行わない。
【０１０１】
入力電力が正常であると判断すると、制御本体７４は、レクチュファイヤ制御器７１からの交直変換用のゲート信号の出力を禁止する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器７２に、放電用のゲート信号を出力させる。この放電用のゲート信号は、新品のバッテリ１９がフル充電されている場合には、約３５０Ｖの放電電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ１８から出力されるものである。
【０１０２】
したがって、フル充電の新品のバッテリ１９がＤＣ／ＤＣコンバータ１８に接続されている場合には、レールトゥレール電圧は、たとえば約３５０Ｖになる。
【０１０３】
そして、制御本体７４は、レールトゥレール電圧の検出値あるいは検出値の変化に基づいて、バッテリ１９の劣化状態を判定する。バッテリ１９が劣化していると判定したら、ランプ２４を点灯させる。
【０１０４】
ランプ２４が点灯することで、無停電電源装置１のユーザは、バッテリ１９が劣化して交換する時期に来ていることを知ることができる。なお、バッテリ１９が劣化していると判定した場合に、制御本体７４は、その旨をたとえば通信回線などを介して、ユーザへ通知するようにしてもよい。
【０１０５】
ところで、このような無停電電源装置１に用いられているバッテリ１９は、経時的に劣化する。たとえば、充放電を繰り返すと、バッテリ１９の容量は、次第に小さくなる。そのため、バッテリ１９のフル充電時の電圧は、使用期間が長くなるほど、次第に小さくなる。特に、寿命となったバッテリ１９は、充電しても全く蓄電しないので、バッテリ１９の出力電圧は、０Ｖに近い電圧となってしまう。
【０１０６】
このようにバッテリ１９が劣化していると、上述した放電用のゲート信号でＤＣ／ＤＣコンバータ１８を動作させても、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８から出力される電圧は、所望の電圧、たとえば約３５０Ｖにはならず、約３５０Ｖよりも低い電圧になる。特に、バッテリ１９の寿命が尽きている場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８から出力される電圧は、０Ｖあるいはそれに近い電圧になる。
【０１０７】
制御本体７４は、オンライン劣化判定モードを開始する際に、入力電力が正常であることを確認している。そのため、少なくともオンライン劣化判定モードを開始した直後には、レクチュファイヤ１１には、正常な入力電圧が入力されている可能性が高い。一方の入力端子２は、第一ダイオード３３を介して第一コンデンサ１４に接続されている。そのため、交直変換用のゲート信号が入力されていないにもかかわらず、レクチュファイヤ１１は、第一コンデンサ１４を、入力電圧の正の振幅値まで充電することができる。同様に、レクチュファイヤ１１は、第二コンデンサ１６を、入力電圧の負の振幅値まで充電することができる。
【０１０８】
したがって、バッテリ１９が劣化している場合、レクチュファイヤ１１の動作を停止し、且つ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８を動作させているにもかかわらず、レールトゥレール電圧は、レクチュファイヤ１１の出力電圧（整流電圧）となる。このときのレクチュファイヤ１１の出力電圧は、たとえば入力電圧の振幅が約１４０Ｖである場合には、その二倍の電圧である約２８０Ｖとなる。
【０１０９】
その結果、バッテリ１９が劣化している場合、オンライン劣化判定モードを開始すると、レールトゥレール電圧は、たとえば約４００Ｖから約２８０Ｖまで、瞬時に降下することになる。
【０１１０】
そのため、制御本体７４は、オンライン劣化判定モードに切り替えた直後から、レールトゥレール電圧の瞬時変化値を監視する。なお、レールトゥレール電圧の瞬時変化値は、たとえば、直前のレールトゥレール電圧をレジスタに記憶させるとともに、このレジスタの値から現在のレールトゥレール電圧を減算することで、得ることができる。
【０１１１】
そして、この瞬時変化値がたとえば１００Ｖ以上の値になったら、制御本体７４は、セレクタ８７に、第二フィードバック係数レジスタ８６を選択させる。第二フィードバック係数レジスタ８６には、第一フィードバック係数レジスタ８５よりも大きな値のフィードバック係数が記憶されている。
【０１１２】
したがって、乗算手段８８から出力されるフィードバック値は、上述したレールトゥレール電圧の急激な変化によって出力電圧の実効値が大きく変化してしまう前に、大きな値へ変化する。その結果、ゲート信号データ列に含まれるビット「１」の個数が増えて、インバータ１７は、より多くの直流電力を出力電力へ変換する。
【０１１３】
その結果、バッテリ１９が劣化していて、オンライン劣化判定モードへ切り替えた直後にレールトゥレール電圧がたとえば約４００Ｖから約２８０Ｖまで瞬時に降下することがあったとしても、その検出に基づいて直ちにフィードバック係数を大きな値に切り替えることができる。そのため、インバータ１７は、フィードフォワード的にレールトゥレール電圧の低下を補償するように制御されるので、出力電圧の実効値の変動を効果的に抑え込むことができる。そして、バッテリ１９が劣化している場合であっても、出力電圧の品質を所望の品質に維持することができる。
【０１１４】
また、オンライン劣化判定モードを中止する場合、制御本体７４は、セレクタ８７に第二フィードバック係数レジスタ８６を選択させるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御器７２からの放電用のゲート信号の出力を禁止し、レクチュファイヤ制御器７１に、交直変換用のゲート信号を出力させる。
【０１１５】
これにより、オンライン劣化判定モードは中止される。レクチュファイヤ１１から出力される直流電力で、レールトゥレール電圧は、元の電圧、たとえば約４００Ｖに復帰する。
【０１１６】
その際、セレクタ８７に第二フィードバック係数レジスタ８６を選択させてから、入力電圧の２サイクルに相当する時間を経過したら、制御本体７４は、セレクタ８７に第一フィードバック係数レジスタ８５を選択させる。
【０１１７】
これにより、オンライン劣化判定モードに切り替えてから、それを中断してレールトゥレール電圧が元の電圧、たとえば約４００Ｖに復帰するまでの期間においては、通常よりも大きな値の第二フィードバック係数レジスタ８６のフィードバック係数を使用することになる。その結果、インバータ１７は、この間に生じるレールトゥレール電圧の大きく且つ急激な低下および上昇に対応して、出力電圧の品質を維持することができる。
【０１１８】
しかも、レールトゥレール電圧が元の電圧、たとえば約４００Ｖに戻ってからは、第一フィードバック係数レジスタ８５のフィードバック係数を使用する。そのため、第二フィードバック係数レジスタ８６のフィードバック係数をそのまま利用することに起因して発生する出力電圧の発振を抑制することができる。また、正常時において、レールトゥレール電圧に含まれるノイズ成分に対して過剰に反応して、出力電圧が過敏に反応してしまわないようにすることができる。
【０１１９】
このように通常の動作モードへ復帰した後、制御本体７４は、バッテリ交換が必要であることを示すランプ２４を点灯させる。
【０１２０】
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、制御本体７４は、バッテリ１９のオンライン劣化判定モードを周期的に実行する。このバッテリ１９のオンライン劣化判定モードでは、レクチュファイヤ１１のトランジスタ３２，３４は、動作を停止し、入力電圧を整流したたとえば約２８０Ｖの整流電圧を出力する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８は、劣化していないバッテリ１９との組合せにおいて整流電圧よりも高いたとえば約３５０Ｖの電圧を出力する。
【０１２１】
そして、制御本体７４は、レクチュファイヤ１１のトランジスタ３２，３４の動作を停止する前後におけるレールトゥレール電圧の変化量に基づいて、バッテリ１９の劣化を判定する。これにより、バッテリ１９の寿命が尽きている場合、レクチュファイヤ１１のトランジスタ３２，３４の動作を停止した直後に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８の出力電圧が整流電圧よりも低くなってしまうほどに劣化したバッテリ１９について、劣化していると判定することができる。
【０１２２】
また、制御本体７４は、レクチュファイヤ１１のトランジスタ３２，３４の動作を停止する前後におけるレールトゥレール電圧の変化量に基づいてバッテリ１９が劣化していると判定しない場合には、さらに、そのレクチュファイヤ１１を停止した状態でのレールトゥレール電圧の変化に基づいてバッテリ１９の劣化を判定する。
【０１２３】
レールトゥレール電圧の変化量に基づいてバッテリ１９の劣化を判定する方法としては、たとえば、以下の方法がある。まず、バッテリ１９の出力電圧がバッテリ１９出力へ切り替えたときの電圧の５０％の電圧まで放電させる。そして、その放電がなされる放電時間をタイマ７５で測定する。放電時間が所定の時間よりも短い場合には、バッテリ１９が劣化していると判定する。他にもたとえば、以下の方法がある。バッテリ１９を、その出力電圧がバッテリ１９出力へ切り替えたときの電圧の７０％程度の電圧となるまで放電させる。その後、バッテリ１９から所定の電流値だけ放電させ、その前後のバッテリ１９の出力電圧を測定する。この前後のバッテリ１９の出力電圧の変化量を先の電流値で除算して、バッテリ１９の内部抵抗値を算出する。この算出した内部抵抗値が所定の抵抗値よりも大きい場合には、バッテリ１９が劣化していると判定する。
【０１２４】
これにより、レクチュファイヤ１１のトランジスタ３２，３４の動作を停止した直後にＤＣ／ＤＣコンバータ１８の出力電圧が整流電圧よりも低くなってしまうほどには劣化していないが、本来交換した方が良いほどに劣化しているバッテリ１９について、劣化していると判定することができる。
【０１２５】
また、レクチュファイヤ１１は整流電圧を出力しているので、バッテリ１９が劣化していてＤＣ／ＤＣコンバータ１８の出力電圧が低くなったとしても、レールトゥレール電圧は、最低でもこのレクチュファイヤ１１が出力する整流電圧に維持される。インバータ１７は、この整流電圧を交流電圧へ変換する。
【０１２６】
その結果、オンライン劣化判定モードでは、レクチュファイヤ１１のトランジスタ３２，３４を動作させないため、交流電源６側への回生電流を防止することができる。しかも、インバータ１７から出力電力を出力するオンライン状態を維持したまま、バッテリ１９の劣化判定を行うことができる。そして、バッテリ１９の寿命が尽きている場合、レクチュファイヤ１１のトランジスタ３２，３４を停止した直後に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８の出力電圧が整流電圧よりも低くなってしまうバッテリ１９と、そのような変化を生ずるほどは劣化していないバッテリ１９との両方について、バッテリ１９の劣化を判定することができる。
【０１２７】
また、この実施の形態に係る無停電電源装置１では、制御本体７４は、レクチュファイヤ１１による交直変換動作を停止した場合であって、その停止の前後におけるレールトゥレール電圧の変化量が所定の変化量以上である場合には、インバータ１７に、第二フィードバック係数レジスタ８６を選択させる。これにより、インバータ１７に、直流電圧低下に対する補償処理を行わせることができる。
【０１２８】
したがって、バッテリ１９が劣化していて、レクチュファイヤ１１のトランジスタ３２，３４の動作を停止した直後にレール配線の電圧が大きく変化しても、インバータ１７から出力される出力電圧の変化を効果的に抑制することができる。つまり、バッテリ劣化判定時において、出力電圧の安定性および品質を維持することができる。
【０１２９】
また、直流電圧低下補償処理をしない場合のインバータ１７の応答特性は、通常時にはセレクタ８７が第一フィードバック係数レジスタ８５を選択しているため、インバータ１７の出力電圧が発振しない程度の応答特性とすることができる。その結果、通常時のインバータ１７の応答特性は、出力電圧の安定性および品質を確保できる特性にすることができる。
【０１３０】
その結果、通常時およびバッテリ判定時の全体にわたって、出力電圧の安定性および品質を確保することができる。
【０１３１】
なお、制御本体７４が、レクチュファイヤ１１のトランジスタ３２，３４の動作を停止した場合に、その停止直後においてレールトゥレール電圧が所定の電圧（たとえば約３００Ｖ）以下になった場合には、インバータ１７に、直流電圧低下補償処理を行わせるようにしてもよい。この場合にも、同様の出力電圧の安定性の効果を期待することができる。
【０１３２】
また、この実施の形態に係る無停電電源装置１では、制御本体７４は、バッテリ１９の劣化を判定するためにレクチュファイヤ１１のトランジスタ３２，３４の動作を停止する前に、一対の入力端子２，３に入力される交流電力が正常であることを確認ている。そして、この交流電力が正常でない場合には、レクチュファイヤ１１のトランジスタ３２，３４の動作の停止をしない。
【０１３３】
したがって、レクチュファイヤ１１のトランジスタ３２，３４の動作を停止した場合には、その直前に入力電圧が正常であることを常に確認していることになるので、レール配線の電圧は、最低でも整流電圧を維持することになる。したがって、バッテリ１９が劣化していたとしても、インバータ１７は交流電力を出力し続けることができ、オンライン状態を維持することができる。
【０１３４】
この実施の形態に係る無停電電源装置１では、オンライン劣化判定モードにおいて、まず、入力電圧に基づいて判断される入力電力が正常であることを確認し、入力電力が正常ではない場合には、オンライン劣化判定モードへのモード切替を止めている。これにより、入力電圧が停電などの異常な状態になっているときに、バッテリ１９の劣化判定のために交直用トランジスタを停止してしまうことを防止することができる。つまり、バッテリ１９の劣化判定のために交直用トランジスタを停止したときに入力電圧の異常のために、レール配線の電圧が異常に低くあるいは無くなってしまうことをほぼ防止することができる。その結果、インバータ１７から交流電圧を出力するオンライン状態を、ほぼ確実に維持することができる。
【０１３５】
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、種々の変形、変更が可能である。
【０１３６】
たとえば、この実施の形態では、レールトゥレール電圧の電圧降下量に基づいて、バッテリ１９の劣化状態を判定している。この他にもたとえば、レールトゥレール電圧が、レクチュファイヤ１１の整流電圧であるか否かに基づいて、バッテリ１９が劣化しているか否かを判定してもよい。さらにたとえば、レクチュファイヤ１１のトランジスタ３２，３４の動作を停止した後のレールトゥレール電圧が、交換が不要なバッテリ１９ではありえない電圧以下、たとえば３００Ｖ以下であるか否かに基づいて、バッテリ１９が劣化しているか否かを判定してもよい。
【０１３７】
上記実施の形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８の正側トランジスタ５４を介して、バッテリ１９の充電電圧に基づく放電電圧を、一対のレール配線１３，１５へ供給している。この他にもたとえば、コンデンサ５１と第一レール配線１３との間に、直直用ダイオードとしてのダイオードを設け、このダイオードを介して、放電電圧を一対のレール配線１３，１５へ供給するようにしてもよい。
【０１３８】
【発明の効果】
本発明では、交直変換器に対して複雑な制御を行うことなく、直交変換器から交流電圧を出力するオンライン状態を維持し、しかも、その状態でバッテリの劣化を判定することがてきる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る無停電電源装置を示す回路図である。
【図２】 図１中のＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。
【図３】 図１中のインバータ制御器を示す回路図である。
【符号の説明】
２ 一方の入力端子（入力端子）
３ 他方の入力端子（入力端子）
１１ レクチュファイヤ（交直変換器）
１３ 第一レール配線（レール配線）
１４ 第一コンデンサ（コンデンサ）
１５ 第二レール配線（レール配線）
１６ 第二コンデンサ（コンデンサ）
１７ インバータ（直交変換器）
１８ ＤＣ／ＤＣコンバータ（直直変換器）
１９ バッテリ
２０ 第一検出器（入力電圧検出器）
２１ 第二検出器（直流電圧検出器）
２３ ＤＳＰ（制御手段）
３１ 入力コイル
３２ 第一トランジスタ（交直用トランジスタ）
３３ 第一ダイオード（交直用ダイオード）
３４ 第二トランジスタ（交直用トランジスタ）
３５ 第二ダイオード（交直用ダイオード）
５４ 正側トランジスタ（直直用トランジスタ）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an uninterruptible power supply provided in a power supply path from an AC power supply such as a commercial AC power supply or a generator to a load device such as a computer. The present invention also relates to an on-line deterioration determination method for an uninterruptible power supply battery.
[0002]
[Prior art]
The uninterruptible power supply device supplies AC power to load equipment instead of the AC power based on the stored power of the battery when the supply of AC power from the AC power supply is stopped.
[0003]
Patent Document 1 discloses an uninterruptible power supply. The uninterruptible power supply device includes a rectifier, a switch connected between the rectifier and the AC power supply, an inverter, a storage battery, and a switch that connects the storage battery to the wiring between the rectifier and the inverter. . When determining the deterioration of the battery, control is performed to change the rectifier output voltage following the storage battery discharge voltage. Thereby, it is possible to prevent power from being regenerated from the storage battery to the AC power supply side at the start of the discharge test.
[0004]
Patent Document 2 discloses an uninterruptible power supply. The uninterruptible power supply includes an AC / DC converter, a DC / AC converter, and a battery connected to a wiring between the AC / DC converter and the DC / AC converter. When determining the deterioration of the battery, the AC / DC conversion unit is set to a current control type, and the current supplied from the AC / DC conversion unit is controlled to be 10% of the current supplied to the load. Thereby, it can prevent that a part of electric current output from a battery flows backward to the commercial power source side.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-201485 A (drawings, embodiments of the invention)
[Patent Document 2]
JP 2001-61237 A (drawings, embodiments of the invention)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional uninterruptible power supply devices disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, special control different from that during normal operation is applied to the rectifier and the AC / DC converter when determining battery deterioration. carry out. Thereby, when determining the deterioration of the battery, if the battery is deteriorated, a DC voltage can be supplied from the rectifier or the AC / DC converter to the inverter or the DC / AC converter. The inverter and the DC / AC converter can convert this DC voltage into an AC voltage and continue to output AC power.
[0007]
However, in order to cope with a sudden drop in the DC voltage input to the inverter or the DC / AC converter, in these conventional uninterruptible power supplies, the output voltage of the rectifier or the AC / DC converter is used as the output voltage of the battery. The voltage is controlled to be maintained at a slightly lower voltage, or the current sharing ratio of the rectifier and the AC / DC conversion unit is controlled to be maintained at a predetermined ratio. As a result, in these conventional uninterruptible power supplies, the rectifier and the AC / DC converter must be controlled in real time and in a complex manner until the battery deterioration determination is completed.
[0008]
As a result, in these conventional uninterruptible power supplies, it is necessary to provide a control means for performing special control different from that during normal operation for the rectifier and the AC / DC converter in order to determine the deterioration of the battery. is there. In addition, this control means must continue to perform complex control in real time until the battery deterioration determination is completed.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and maintains an online state in which an AC voltage is output from an orthogonal converter without performing complicated control on the AC / DC converter. It is an object of the present invention to obtain an uninterruptible power supply capable of determining battery deterioration in a state and an on-line battery deterioration determination method for an uninterruptible power supply.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  The uninterruptible power supply according to the present invention isAn AC / DC converter that converts an AC voltage into a DC voltage and supplies it to the rail wiring; a first capacitor connected to the rail wiring that stores the voltage converted by the AC / DC converter; AC voltage is rectified from the DC / DC converter that converts the battery storage voltage to DC voltage and supplies it to the rail wiring, the orthogonal converter that generates other AC voltage from the DC voltage of the rail wiring, and the AC / DC converter And a control means for controlling the direct-to-serial converter so as to output a rectified voltage and a DC voltage higher than the rectified voltage, and determining deterioration of the battery based on the rail wiring voltage in this state. The AC / DC converter is provided in an input coil connected to an input terminal to which an AC voltage is input and a path from the input coil to the rail wiring, and the AC / DC converter converts AC voltage to DC voltage. And an AC / DC transistor for generating a voltage in the input coil by a switching operation, and the DC / DC converter includes a battery coil connected to the battery and a DC / DC transistor for generating a voltage in the battery coil by the switching operation. And a second capacitor connected to the rail wiring and storing a voltage generated in the battery coil, and the control means includes:
  When the switching operation of the AC / DC transistor is stopped, the DC voltage from the DC / DC converter when the battery has a stored voltage greater than or equal to a predetermined voltage becomes the rectified voltage after the switching operation of the AC / DC transistor stops. The direct transistor of the direct converter is operated at the number of switching times per unit time, which is higher than the voltage, and the battery deterioration is judged based on the rail wiring voltage in that state, and the alternating transistor is switched. When the battery deterioration is judged, operate the AC / DC converter transistor at the switching frequency per unit time that outputs a DC voltage higher than the voltage to be output from the DC / DC converter. It is characterized by.
[0011]
When this configuration is employed, the orthogonal converter can generate another AC voltage based on at least the rectified voltage supplied from the AC / DC converter when performing the battery deterioration determination. Moreover, the control means can determine whether or not the battery has reached the end of its life, for example, by checking whether or not the rail wiring voltage is a rectified voltage.
[0012]
As a result, by adopting this method, it is possible to maintain an online state in which another AC voltage is output from the orthogonal converter without controlling the AC / DC converter, and to determine the deterioration of the battery in that state. .
[0014]
In this uninterruptible power supply, the capacitor voltage when the switching operation of the AC / DC transistor is stopped is the rectified voltage obtained by rectifying the AC power input to the AC / DC converter with the AC / DC diode, and the DC / DC converter DC voltage output via the operating diode or the direct-transistor transistor, whichever is higher. When the battery has reached the end of its life, the DC voltage output from the DC / DC converter is lower than the rectified voltage output from the AC / DC converter based on the input voltage. Therefore, the voltage detected by the DC voltage detector is a rectified voltage. Therefore, for example, the control means can determine whether or not the battery has reached the end of life by confirming whether or not the detection voltage of the DC voltage detector is a rectified voltage.
[0015]
Moreover, even if the switching operation of the AC / DC transistor is stopped, the rail wiring is connected to the input terminal via the AC / DC diode. Therefore, even if the voltage of the rail wiring is low, it becomes a rectified voltage. Therefore, the orthogonal converter can convert the rectified voltage into another AC voltage and output the other AC voltage.
[0016]
As a result, in this uninterruptible power supply, it is possible to maintain an online state in which another AC voltage is output from the orthogonal converter without controlling the AC / DC converter, and to determine the deterioration of the battery in that state. .
[0017]
  In another uninterruptible power supply according to the present invention, the control means further determines the deterioration of the battery.When the voltage difference between the voltage detected by the DC voltage detector before stopping the switching operation of the AC / DC transistor and the voltage detected by the DC voltage detector after stopping the switching operation exceeds a predetermined voltage difference, or is stopped When the voltage detected by the DC voltage detector after being reduced is equal to or lower than a predetermined voltage, it is determined that the battery has deteriorated.
[0018]
In this uninterruptible power supply, the battery is connected based on the voltage difference between the detection voltages of the DC voltage detector before and after the AC / DC transistor is stopped, or the detection voltage of the DC voltage detector after the AC / DC transistor is stopped. Judge that it is deteriorated. Therefore, when the battery has reached the end of its life and no voltage higher than the rectified voltage is output from the DC / DC converter, it is easily determined that the battery has deteriorated based solely on the detection voltage of the DC voltage detector. can do.
[0019]
In another uninterruptible power supply according to the present invention, the battery further deteriorates based on the voltage difference between the detected voltages before and after the control unit stops the AC transistor or the voltage after the AC transistor is stopped. If not, the battery deterioration is further determined based on the change in voltage detected by the DC voltage detector while the switching operation of the AC / DC transistor is stopped.
[0020]
In this uninterruptible power supply, the deterioration of the battery is further determined based on the change in voltage detected by the DC voltage detector. Therefore, for example, it is possible to determine the deterioration of the battery that has not deteriorated to the extent that a voltage higher than the rectified voltage is not output from the direct-to-serial converter, but has deteriorated to the extent that replacement is necessary.
[0021]
Another uninterruptible power supply according to the present invention further includes an input voltage detector that detects an input voltage input to the input terminal, and the control means receives the input power based on the detection voltage of the input voltage detector. If it is determined whether the input power is normal, it is determined that the input power is normal, the AC / DC transistor is stopped and the battery deterioration is determined, and if the input power is not normal, The AC / DC transistor is not stopped and battery deterioration is not determined.
[0022]
By adopting this configuration, it is possible to prevent the AC / DC transistor from being stopped for battery deterioration determination when the input voltage is in an abnormal state such as being lower than a predetermined quality. be able to. That is, it is possible to substantially prevent the rail wiring voltage from being abnormally low or lost due to an abnormality in the input voltage when the AC / DC transistor is stopped for determining the deterioration of the battery. As a result, an on-line state in which another AC voltage is output from the orthogonal transformer can be maintained almost certainly.
[0023]
  In another uninterruptible power supply according to the present invention, the control means further determines the deterioration of the battery.When the voltage difference between the voltage detected by the DC voltage detector before stopping the switching operation of the AC / DC transistor and the voltage detected by the DC voltage detector after stopping the switching operation exceeds a predetermined voltage difference, or is stopped When the voltage detected by the direct-current voltage detector after being reduced is equal to or lower than a predetermined voltage, the orthogonal converter is caused to perform a process for compensating for a decrease in direct-current voltage.
[0024]
In this uninterruptible power supply, when the voltage difference between the detection voltages of the DC voltage detectors before and after the AC / DC transistor is stopped is greater than or equal to a predetermined voltage difference, the orthogonal converter compensates for a decrease in the DC voltage. Process. Alternatively, when the detection voltage of the DC voltage detector after the AC / DC transistor is stopped is equal to or lower than a predetermined voltage, the orthogonal converter performs a process for compensating for a decrease in the DC voltage. Therefore, even if the voltage of the rail wiring greatly fluctuates by stopping the AC / DC transistor because the battery has deteriorated, the orthogonal transformer reduces the DC voltage in response to this fluctuation. Perform compensation process. As a result, the other AC voltage output from the orthogonal transformer has a stable and good quality.
[0025]
Further, when the voltage of the rail wiring fluctuates greatly as described above, the orthogonal transformer is caused to perform a process for compensating for the drop in the DC voltage. During normal operation, the voltage of the rail wiring is controlled by the rectifier so that such a large voltage fluctuation of the rail wiring does not occur. Therefore, the orthogonal transformer during the normal operation can be optimally set so as to cope with the voltage fluctuation of the rail wiring that may occur under the condition during the normal operation. As a result, the operating characteristics of the orthogonal transformer during normal operation can be set so that it does not react excessively to noise components contained in the voltage of the rail wiring. The quality of the output voltage can be improved.
[0026]
As a result, the orthogonal transformer can output other stable and high-quality AC voltage both when performing battery deterioration determination and during normal operation.
[0027]
  An AC / DC converter according to the present invention, which converts an AC voltage into a DC voltage and supplies the same to a rail wiring, and a first capacitor connected to the rail wiring, the first capacitor storing the voltage converted by the AC / DC converter An uninterruptible power supply having a capacitor, a direct-current converter that converts a battery storage voltage into a DC voltage and supplies it to a rail wiring, and an orthogonal converter that generates another AC voltage from the DC voltage of the rail wiring In the battery online deterioration determination method, the AC / DC converter outputs a rectified voltage obtained by rectifying the AC voltage, and controls the DC / DC converter so as to output a DC voltage higher than the rectified voltage. The AC / DC converter includes an input coil connected to an input terminal to which an AC voltage is input, and an input. Provided in the path from the wiring to the rail wiring, and has an AC / DC diode for converting AC voltage to DC voltage and an AC / DC transistor for generating voltage in the input coil by switching operation. A battery coil to be connected, a straight-through transistor for generating a voltage in the battery coil by a switching operation, and a second capacitor connected to the rail wiring, the second capacitor for storing the voltage generated in the battery coil And the control step stops the switching operation of the AC / DC transistor, and the DC voltage from the DC / DC converter is applied to the AC / DC transistor when the battery has a storage voltage equal to or higher than a predetermined voltage. Switch-on per unit time when the voltage becomes higher than the rectified voltage after switching operation stops When the direct-current converter of the direct-to-direct converter is operated by the number of times, battery deterioration is determined based on the voltage of the rail wiring in that state, and when the AC-transistor is switched, The switching transistor of the AC / DC converter is operated at the number of times of switching per unit time at which a DC voltage higher than the voltage to be output from the DC / DC converter is output.
[0028]
When this method is adopted, the orthogonal converter can generate another AC voltage based on at least the rectified voltage supplied from the AC / DC converter when the battery deterioration determination is performed. In addition, for example, by checking whether or not the voltage of the rail wiring is a rectified voltage, it can be determined whether or not the battery has reached the end of its life.
[0029]
As a result, by adopting this method, it is possible to maintain an online state in which another AC voltage is output from the orthogonal converter without controlling the AC / DC converter, and to determine the deterioration of the battery in that state. .
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention and a battery online deterioration determination method for an uninterruptible power supply will be described with reference to the drawings. The on-line degradation determination method for the uninterruptible power supply battery will be described as part of the operation of the uninterruptible power supply.
[0031]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an uninterruptible power supply 1 according to an embodiment of the present invention.
[0032]
The uninterruptible power supply 1 has a pair of input terminals 2 and 3 and a pair of output terminals 4 and 5. An AC power source 6 such as a commercial AC power source is connected between the pair of input terminals 2 and 3. Thereby, an alternating voltage is input to the pair of input terminals 2 and 3 as an input voltage. A load device 7 such as a computer is connected between the pair of output terminals 4 and 5.
[0033]
One input terminal 2 of the pair of input terminals 2 and 3 is connected to a rectifier 11 as an AC / DC converter. The other input terminal 3 of the pair of input terminals 2 and 3 is connected to the ground 12.
[0034]
The rectifier 11 includes an input coil 31 having one input terminal 2 connected to one end, a first transistor 32 as an AC / DC transistor having an emitter connected to the other end of the input coil 31, A first diode 33 as an AC / DC diode connected in parallel to the emitter-collector, a second transistor 34 as an AC / DC transistor whose collector is connected to the other end of the input coil 31, and an emitter of the second transistor 34 And a second diode 35 as an AC / DC diode connected in parallel with the collector. The first diode 33 is connected in a direction in which a current flows from the emitter to the collector of the first transistor 32. The second diode 35 is connected in a direction in which a current flows from the emitter to the collector of the second transistor 34.
[0035]
The collector of the first transistor 32 of the rectifier 11 is connected to a first rail wiring 13 as a rail wiring. As a result, the first diode 33 is provided in the path from the input coil 31 to the first rail wiring 13. A first capacitor 14 as a capacitor is connected between the first rail wiring 13 and the ground 12.
[0036]
Under such a connection relationship, when the second transistor 34 is controlled to be switched between the on state and the off state, a voltage is excited in the input coil 31 by this switching. An added voltage obtained by adding the voltage excited by the input coil 31 to the voltage inputted to the pair of input terminals 2 and 3 is applied to the first capacitor 14 via the first diode 33. The first diode 33 is connected in a direction in which a current flows from the input coil 31 to the first capacitor 14. Therefore, with this added voltage, the first capacitor 14 can be charged to a positive voltage having an absolute value greater than the input voltage.
[0037]
For example, when the number of times of switching per unit time of the second transistor 34 is increased while a certain amount of charge stored in the first capacitor 14 is consumed, the absolute value of the charging voltage of the first capacitor 14 is ,growing. When the number of times of switching per unit time of the second transistor 34 is reduced, the absolute value of the charging voltage of the first capacitor 14 becomes smaller. That is, the absolute value of the charging voltage of the first capacitor 14 can be controlled by controlling the number of times the second transistor 34 is switched per unit time.
[0038]
The emitter of the second transistor 34 of the rectifier 11 is connected to a second rail wiring 15 as a rail wiring. As a result, the second diode 35 is provided in the path from the input coil 31 to the second rail wiring 15. A second capacitor 16 as a capacitor is connected between the second rail wiring 15 and the ground 12.
[0039]
Under such a connection relationship, when the first transistor 32 is controlled to be switched between the on state and the off state, a voltage is excited in the input coil 31 by this switching. A voltage obtained by adding the voltage excited by the input coil 31 to the voltage input to the pair of input terminals 2 and 3 is applied to the second capacitor 16 via the second diode 35. The second diode 35 is connected in a direction in which current flows from the second capacitor 16 to the input coil 31. Therefore, the second capacitor 16 is charged to a negative voltage having an absolute value larger than the input voltage by this added voltage.
[0040]
For example, when the number of times of switching per unit time of the first transistor 32 is increased while a certain amount of charge stored in the second capacitor 16 is consumed, the absolute value of the charging voltage of the second capacitor 16 is ,growing. When the number of times of switching per unit time of the first transistor 32 is reduced, the absolute value of the charging voltage of the second capacitor 16 becomes smaller. That is, the absolute value of the charging voltage of the second capacitor 16 can be controlled by controlling the number of times the first transistor 32 is switched per unit time.
[0041]
As described above, the rectifier 11 converts the AC voltage input to the pair of input terminals 2 and 3 into a DC voltage.
[0042]
The first rail wiring 13 and the second rail wiring 15 are connected to an inverter 17 as an orthogonal transformer. The voltage between the first rail wiring 13 and the second rail wiring 15 is called a rail-to-rail voltage.
[0043]
The inverter 17 includes a third transistor 41 having the first rail wiring 13 connected to the collector, a third diode 42 connected in parallel with the emitter-collector of the third transistor 41, and a second rail wiring 15 connected to the emitter. The fourth transistor 43, the fourth diode 44 connected in parallel with the emitter-collector of the fourth transistor 43, and the output coil 45 connected to one end of the emitter of the third transistor 41 and the collector of the fourth transistor 43. And having. The third diode 42 is connected in a direction in which current flows from the emitter to the collector of the third transistor 41. The fourth diode 44 is connected in a direction in which a current flows from the emitter to the collector of the fourth transistor 43.
[0044]
The other end of the output coil 45 is connected to one output terminal 4 of the pair of output terminals 4 and 5. The other output terminal 5 of the pair of output terminals 4 and 5 is connected to the ground 12.
[0045]
When the third transistor 41 is turned on, the first rail wiring 13 is connected to one output terminal 4 via the third transistor 41. A first capacitor 14 is connected to the first rail wiring 13. Therefore, when the third transistor 41 is turned on, a positive voltage is applied to one output terminal 4.
[0046]
Further, when the switching of the third transistor 41 is switched between the on state and the off state, the charging voltage of the first capacitor 14 is intermittently applied to the pair of output terminals 4 only during the period in which the third transistor 41 is on. 5 is output. Therefore, for example, when the switching control of the third transistor 41 is performed so that the ratio of the on-time changes at a ratio according to the sine distribution along the time series, the instantaneous power is sine from the pair of output terminals 4 and 5. A positive voltage that changes according to the distribution is output.
[0047]
When the fourth transistor 43 is turned on, the second rail wiring 15 is connected to one output terminal 4 via the fourth transistor 43. A second capacitor 16 is connected to the second rail wiring 15. Therefore, when the fourth transistor 43 is turned on, a negative voltage is applied to one output terminal 4.
[0048]
Further, when the fourth transistor 43 is controlled to be switched between the on state and the off state, the charging voltage of the second capacitor 16 is intermittently applied to the pair of output terminals 4 only during the period in which the fourth transistor 43 is on. 5 is output. Therefore, for example, when the switching control of the fourth transistor 43 is performed so that the ratio of the on-time changes at a ratio according to the sine distribution along the time series, the instantaneous power is sine from the pair of output terminals 4 and 5. A negative voltage that changes according to the distribution is output.
[0049]
Therefore, when a gate signal whose on-time ratio changes at a ratio according to a sine distribution is alternately supplied to the third transistor 41 and the fourth transistor 43 every period corresponding to a half cycle of the input voltage, a pair of outputs The terminals 4 and 5 output an alternating voltage (another alternating voltage) in which the instantaneous power changes according to a sine distribution. That is, the inverter 17 generates an AC voltage from the rail-to-rail voltage. The load device 7 operates with this high-quality AC voltage as in the case where normal AC power is supplied.
[0050]
Between the first rail wiring 13 and the second rail wiring 15, a DC / DC converter 18 serving as a direct-to-serial converter is connected. A battery 19 is connected to the DC / DC converter 18.
[0051]
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of DC / DC converter 18 in FIG. The DC / DC converter 18 includes a capacitor 51, a first arm connected in parallel with the capacitor 51, a second arm connected in parallel with the capacitor 51, a first coil 52, and a second coil 53. Have.
[0052]
The first arm includes a positive transistor 54 whose collector is connected to the capacitor 51, a negative transistor 55 connected in series with the positive transistor 54 in the arm, and a positive side connected in parallel with the positive transistor 54. A diode 56 and a negative side diode 57 connected in parallel with the negative side transistor 55 are included. The diodes 56 and 57 are connected in the direction in which current flows from the emitter to the collector of the transistors 54 and 55, respectively. The first coil 52 is connected between the positive side transistor 54 and the negative side transistor 55 and between the first rail wiring 13.
[0053]
The second arm includes a positive transistor 58 having a collector connected to the capacitor 51, a negative transistor 59 connected in series with the positive transistor 58 in the arm, and a positive side connected in parallel with the positive transistor 58. A diode 60 and a negative diode 61 connected in parallel with the negative transistor 59 are included. The diodes 60 and 61 are connected in such a direction that current flows from the emitters to the collectors of the transistors 58 and 59. A second coil 53 is connected between the positive side transistor 58 and the negative side transistor 59 and between the high voltage side terminal of the battery 19.
[0054]
The low voltage side terminal of the battery 19 and the second rail wiring 15 are connected to the emitters of the negative side transistors 55 and 59 of each arm.
[0055]
When switching control is performed on the two transistors 54 and 55 of the first arm with a gate signal for charging, a voltage obtained by boosting the rail-to-rail voltage by the first coil 52 is applied to the capacitor 51. The capacitor 51 is charged to this voltage. When the positive-side transistor 58 of the second arm is turned on while the capacitor 51 is charged, the charging voltage of the capacitor 51 is applied to the battery 19. The battery 19 is charged up to the charging voltage of the capacitor 51. Thereby, the battery 19 can be charged to a desired stored voltage.
[0056]
In addition, when the two transistors 58 and 59 of the second arm are switching-controlled with a gate signal for discharge, a voltage obtained by boosting the storage voltage of the battery 19 by the second coil 53 is applied to the capacitor 51. The capacitor 51 is charged to this voltage. When the positive-side transistor 54 of the first arm is turned on while the capacitor 51 is charged, the charging voltage of the capacitor 51 is applied between the first rail wiring 13 and the second rail wiring 15. Thereby, the rail-to-rail voltage becomes a voltage discharged from the capacitor 51.
[0057]
Note that when the number of times of switching per unit time of the two transistors 58 and 59 of the second arm is increased, the charging voltage of the capacitor 51 is increased. When the number of switching operations per unit time of the two transistors 58 and 59 of the second arm is reduced, the charging voltage of the capacitor 51 is lowered. That is, by controlling the number of switchings per unit time of the two transistors 58 and 59 of the second arm, the charging voltage of the capacitor 51, and hence the rail-to-rail voltage, can be controlled.
[0058]
Returning to FIG. 1, the uninterruptible power supply 1 further includes a first detector 20 as an input voltage detector that detects an input voltage input from the pair of input terminals 2 and 3, and a pair of rail wirings 13, A second detector 21 as a DC voltage detector for detecting a rail-to-rail voltage between 15 and a third as an output voltage detector for detecting an effective value of the output voltage output from the pair of output terminals 4 and 5. It has a detector 22 and a DSP (Digital Signal Processor) 23 as a control means to which the effective values of the input voltage, rail-to-rail voltage and output voltage are inputted.
[0059]
The DSP 23 has a rectifier controller 71. The rectifier controller 71 outputs a gate signal for AC / DC conversion to the gate of the first transistor 32. In addition, a gate signal for AC / DC conversion that changes in a phase opposite to that of the second transistor 34 is output. Each gate signal is composed of a plurality of continuous gate pulses.
[0060]
The rectifier controller 71 controls the pulse width of each gate pulse in synchronization with the period of the input voltage. Further, the pulse width is controlled so that the rail-to-rail voltage is about 400V, for example. By this control, the rail-to-rail voltage is stabilized at about 400V.
[0061]
The DSP 23 has a DC / DC converter controller 72. The DC / DC converter controller 72 outputs two types of gate signals to the DC / DC converter 18. One of the two types of gate signals is a charging gate signal. The charging voltage of a desired voltage is output from the DC / DC converter 18 to the battery 19 by inputting the gate signal for charging.
[0062]
The other of the two types of gate signals is a discharge gate signal.
The DC / DC converter controller 72 controls the pulse width of each gate pulse of the gate signal so that the rail-to-rail voltage becomes, for example, about 350 V during discharging.
[0063]
The DSP 23 has an inverter controller 73. The inverter controller 73 outputs a gate signal for orthogonal transformation to the gate of the third transistor 41. Further, another gate signal for orthogonal transformation is output to the gate of the fourth transistor 43.
[0064]
FIG. 3 is a circuit diagram showing the inverter controller 73 in FIG. Specifically, the inverter controller 73 includes an AD converter 81 that periodically samples the effective value of the output voltage, an output voltage buffer 82 that stores a sampling value of the effective value of the output voltage by the AD converter 81, a target, An output voltage register 83 that stores an effective value of the output voltage to be subtracted, and a subtracting means 84 that subtracts a value stored in the output voltage register 83 from a sampling value stored in the output voltage buffer 82. The subtracting means 84 outputs a differential voltage value corresponding to the difference between the effective value of the actual output voltage and the effective value of the target output voltage.
[0065]
The inverter controller 73 includes a first feedback coefficient register 85 that stores a normal feedback coefficient, a second feedback coefficient register 86 that stores an emergency feedback coefficient, and one of these two registers 85 and 86. A selector 87 to be selected; and a multiplying unit 88 that multiplies the feedback coefficient stored in the register selected by the selector 87 by the difference voltage value output from the subtracting unit 84. As a result, the multiplication unit 88 outputs a feedback value obtained by multiplying the differential voltage value by the selected feedback coefficient.
[0066]
As will be described later, the first feedback coefficient register 85 stores a feedback coefficient that is large enough to ensure normal control stability and, as a result, maintain the quality of the output voltage at a desired level. ing. The second feedback coefficient register 86 stores a feedback coefficient having a value larger than that of the first feedback coefficient register 85.
[0067]
The inverter controller 73 further includes a gate signal generation unit 89 that generates a gate signal data sequence based on the feedback value output from the multiplication unit 88, a gate signal buffer 90 in which the gate signal data sequence is written, A first DA converter 91 that outputs a gate signal for orthogonal transformation to the gate of the transistor 41; and a second DA converter 92 that outputs a gate signal for orthogonal transformation to the gate of the fourth transistor 43.
[0068]
The gate signal generation means 89 generates a gate signal data string for a period corresponding to a half cycle of the input voltage. This gate signal data string is a binary bit string, and is a bit string composed of bit “0” and bit “1”, for example, “1000011001110111011001000”.
[0069]
When the time corresponding to the half cycle of the input voltage is T and the data reading cycle by the first DA converter 91 and the second DA converter 92 is t, the number of bits of the gate signal data string is [T / t]. A bit. [] Is a Gaussian symbol. When X is a real number and n is an integer, [X] = n if n ≦ X <n + 1.
For example, when “T / t” is 2.1, [T / t] is 2. Note that the number of bits of the gate signal data string may be “[T / t] +1” bits.
[0070]
Here, when the first DA converter 91 and the second DA converter 92 read the bit “1”, the gate signal becomes high level, and the third transistor 41 and the fourth transistor 43 are turned on. To do. Note that the gate signal may be at a high level when the first DA converter 91 and the second DA converter 92 read the bit “0”.
[0071]
The gate signal generation unit 89 calculates the number of bits “1” based on the feedback value. The greater the feedback value, the greater the number of bits “1”. A table in which the number of bits “1” and the feedback value range are associated with each other is stored in advance in storage means (for example, ROM (Read Only Memory)), and the gate signal generation means 89 The number of bits “1” may be selected from the table by referring to the table based on the feedback value output from the multiplication unit 88.
[0072]
Further, the gate signal generation unit 89 assigns the obtained number of bits “1” to a predetermined number of bits of the gate signal data string in a sine distribution. As a result, more bits “1” are allocated near the center of the bit string than near both ends of the bit string. Note that a table in which the number of bits “1” and the bit string are associated with each other is stored in advance in a storage unit or the like, and the gate signal generation unit 89 refers to the table based on the number of bits “1” to determine a predetermined bit string. May be selected.
[0073]
In order to speed up the above two-stage processing, a table in which a feedback value range and a bit string are associated with each other is stored in advance in a storage unit or the like, and the gate signal generation unit 89 A predetermined bit string may be selected by referring to this table based on the output feedback value.
[0074]
The gate signal data string generated by the arithmetic processing as described above is written in the gate signal buffer 90.
[0075]
The first DA converter 91 starts reading each bit of the gate signal data string stored in the gate signal buffer 90 with reference to the zero cross timing at which the input voltage changes from a negative voltage to a positive voltage. Also, the value of the next bit in the gate signal buffer 90 is read at every period t. When the read bit is “0”, the gate signal for orthogonal transformation is set to a low level, and when it is “1”, the gate signal for orthogonal transformation is set to a high level. Thereby, a gate signal whose ON time ratio changes at a ratio according to a sine distribution is input to the gate of the third transistor 41. As a result, during a period in which the input voltage is a positive voltage, an output voltage having a waveform corresponding to a positive half cycle of a sine wave is output from the inverter 17 to the pair of output terminals 4 and 5.
[0076]
Further, the second DA converter 92 starts reading each bit of the gate signal data string stored in the gate signal buffer 90 with reference to the zero cross timing at which the input voltage changes from a positive voltage to a negative voltage. Also, the value of the next bit in the gate signal buffer 90 is read at every period t. When the read bit is “0”, the orthogonal transformation gate signal is set to the low level. In the case of “1”, the gate signal for orthogonal transformation is set to the high level. Thereby, a gate signal whose ON time ratio changes at a ratio according to a sine distribution is input to the gate of the fourth transistor 43. As a result, during a period in which the input voltage is a negative voltage, an output voltage having a waveform corresponding to the negative half cycle of the sine wave is output from the inverter 17 to the pair of output terminals 4 and 5.
[0077]
As described above, the output voltage having a waveform corresponding to the positive half cycle of the sine wave is output from the third transistor 41 and the fourth transistor 43 corresponds to the negative half cycle of the sine wave under the control of the inverter controller 73. A waveform output voltage can be output.
[0078]
Further, the inverter controller 73 causes the difference between the effective value of the actual output voltage of the inverter 17 and the effective value of the output voltage stored in the output voltage buffer 82 due to an increase in power consumption of the load device 7 or the like. When the voltage value increases, the number of bits “1” included in the gate signal data string is adjusted so as to suppress the increase in the differential voltage value.
[0079]
As a result, the inverter 17 can output, as an output voltage, an AC voltage that is synchronized with the input voltage and has good quality, that is, distortion and noise.
[0080]
The gate signal data string in a state where the power consumption of the load device 7 and the output power of the inverter 17 are balanced is selected according to the amount of power supplied to the load device 7. The load device 7 is supplied with electric power based on the electric charges stored in the first capacitor 14 and the second capacitor 16. Therefore, when the power consumed by the load device 7 and the power to be supplied to the load device are balanced and stable, the number of bits “1” included in the gate signal data string is equal to the power consumption of the load device 7. It becomes the number according. If the power consumption of the load device 7 is large, the gate signal data string having a large number of bits “1” is stabilized.
[0081]
Further, when the charges stored in the first capacitor 14 and the second capacitor 16 are supplied to the load device 7 via the inverter 17, the stored voltages of the first capacitor 14 and the second capacitor 16 are reduced. When the storage voltage of the first capacitor 14 and the second capacitor 16, that is, the rail-to-rail voltage is reduced, the amplitude of the output voltage output from the inverter 17 is also reduced based thereon. In order to suppress such fluctuations in the output voltage, the rectifier controller 71 controls the rectifier 11 so that the rail-to-rail voltage is stabilized at, for example, about 400V. Further, the inverter controller 73 controls the inverter 17 so that the effective value of the output voltage becomes the target effective value.
[0082]
The feedback coefficient stored in the first feedback coefficient register 85 is such that the output voltage is stable even if the fluctuation of the rail-to-rail voltage occurs due to the fluctuation of the power consumption or the fluctuation in the normal range of the input power. In addition, it is desirable to make the value as large as possible. However, if the feedback coefficient is too large, the fluctuation of the rail-to-rail voltage is excessively corrected, and oscillation may occur in some cases. As a result, the quality of the output voltage is degraded. In order to prevent this, the feedback coefficient stored in the first feedback coefficient register 85 has a large value that does not cause such oscillation.
[0083]
The DSP 23 further includes a control body 74 that controls operations of the rectifier controller 71, the DC / DC converter controller 72, and the inverter controller 73, and a timer 75 that measures time. The uninterruptible power supply 1 has a lamp 24 for notifying the deterioration of the battery 19. The control body 74 receives the input voltage detection value and the rail-to-rail voltage detection value.
[0084]
Next, the overall operation of the uninterruptible power supply 1 based on the control of the control body 74 will be described.
[0085]
When the uninterruptible power supply 1 is activated, control by the DSP 23 is started. In the DSP 23, the control main body 74 starts monitoring the input voltage. At the time of startup, various gate signals are not output from the DSP 23.
[0086]
When determining that the AC power input to the pair of input terminals 2 and 3 is normal based on the input voltage, the control main body 74 causes the rectifier controller 71 to output a gate signal for AC / DC conversion. The control body 74 also causes the selector 87 to select the first feedback coefficient register 85 and causes the inverter controller 73 to output a gate signal for orthogonal transformation.
[0087]
The rectifier controller 71 controls the rectifier 11 so that the rail-to-rail voltage is stabilized at, for example, about 400V.
[0088]
The inverter controller 73 generates a feedback value by multiplying the difference between the effective value of the output voltage and the effective value of the target output voltage by a normal feedback coefficient. Further, a gate signal data string is generated based on the feedback value, and a gate signal based on the gate signal data string is output to the third transistor 41 and the fourth transistor 43. As a result, the AC output voltage output from the inverter 17 is controlled such that its effective value becomes the effective value of the target output voltage.
[0089]
As a result, normal AC power input to the pair of input terminals 2 and 3 is converted into a DC rail-to-rail voltage of about 400 V, for example, by the rectifier 11 and then further converted to a desired AC voltage by the inverter 17. Converted. This AC voltage is supplied to the load device 7 from the pair of output terminals 4 and 5.
[0090]
When the stored voltage of the battery 19 measured by a battery voltage detector (not shown) is lower than a desired voltage, the control body 74 causes the DC / DC converter controller 72 to output a charging gate signal. . The DC / DC converter 18 converts a rail-to-rail voltage into a charging voltage. Thereby, the battery 19 can be charged with a part of normal AC power input to the pair of input terminals 2 and 3.
[0091]
While carrying out the above-described constant inverter power supply control, the control main body 74 continues to monitor the input voltage. If it is determined that the AC power input to the pair of input terminals 2 and 3 is not normal based on the input voltage, the control body 74 outputs an AC / DC conversion gate signal from the rectifier controller 71. Is prohibited. Further, the DC / DC converter controller 72 is made to output a gate signal for discharge.
[0092]
The DC / DC converter controller 72 controls the DC / DC converter 18 so that the rail-to-rail voltage is stabilized at about 350V, for example. That is, in this case, the rail-to-rail voltage decreases from about 400V to about 350V.
[0093]
The variation of the rail-to-rail voltage is input to the inverter controller 73 as the variation of the effective value of the output voltage. The inverter controller 73 changes the gate signal output to the third transistor 41 and the fourth transistor 43 in accordance with the change in the rail-to-rail voltage.
[0094]
As a result, even if the rail-to-rail voltage drops by about 50 V from about 400 V to about 350 V, for example, the effective value of the output voltage output from the inverter 17 is maintained at the target effective value. That is, the output voltage output from the inverter 17 is stable.
[0095]
As a result, even if the AC power input to the pair of input terminals 2 and 3 is not normal, the load device 7 is connected to the load device 7 based on the stored power stored in the battery 19. Stable, good quality output voltage continues to be supplied.
[0096]
When the AC power input to the pair of input terminals 2 and 3 returns to the normal state based on the input voltage, the control main body 74 receives the gate signal for discharge from the DC / DC converter controller 72. Prohibit output. Further, the rectifier controller 71 outputs a gate signal for AC / DC conversion. Even after switching to the constant inverter power supply control, the control body 74 continues to monitor the input voltage.
[0097]
Thereby, the uninterruptible power supply 1 mainly supplies the input power input to the pair of input terminals 2 and 3 to the load device 7. As a result, the stored power of the battery 19 can be prevented from being consumed more than necessary, and the shortening of the life of the battery 19 can be effectively suppressed.
[0098]
The control body 74 outputs a gate signal for charging to the DC / DC converter controller 72 as necessary after the AC power input to the pair of input terminals 2 and 3 is restored to a normal state. You may let them.
[0099]
The timer 75 measures time. The measurement time of the timer 75 is input to the control body 74. The control main body 74 repeatedly executes the online deterioration determination mode of the battery 19 every time the measurement time of the timer 75 reaches a predetermined period.
[0100]
In the online deterioration determination mode, the control body 74 first confirms that the input power determined based on the input voltage is normal. When the input power is not normal, the mode is not switched to the online deterioration determination mode.
[0101]
When determining that the input power is normal, the control main body 74 prohibits the output of the gate signal for AC / DC conversion from the rectifier controller 71. Further, the DC / DC converter controller 72 is made to output a gate signal for discharge. The discharge gate signal is a signal for outputting a discharge voltage of about 350 V from the DC / DC converter 18 when the new battery 19 is fully charged.
[0102]
Therefore, when a fully charged new battery 19 is connected to the DC / DC converter 18, the rail-to-rail voltage is about 350V, for example.
[0103]
Then, the control body 74 determines the deterioration state of the battery 19 based on the detected value of the rail-to-rail voltage or a change in the detected value. If it is determined that the battery 19 has deteriorated, the lamp 24 is turned on.
[0104]
When the lamp 24 is turned on, the user of the uninterruptible power supply 1 can know that the battery 19 has deteriorated and it is time to replace it. When it is determined that the battery 19 has deteriorated, the control main body 74 may notify the user to that effect via a communication line, for example.
[0105]
By the way, the battery 19 used in such an uninterruptible power supply 1 deteriorates with time. For example, when charging / discharging is repeated, the capacity of the battery 19 gradually decreases. Therefore, the voltage at the time of full charge of the battery 19 becomes gradually smaller as the use period becomes longer. In particular, since the battery 19 that has reached the end of its life is not charged at all even if it is charged, the output voltage of the battery 19 becomes a voltage close to 0V.
[0106]
When the battery 19 is deteriorated as described above, even if the DC / DC converter 18 is operated with the above-described gate signal for discharging, the voltage output from the DC / DC converter 18 is a desired voltage, for example, about 350V. It becomes a voltage lower than about 350V. In particular, when the battery 19 is exhausted, the voltage output from the DC / DC converter 18 is 0 V or a voltage close thereto.
[0107]
The control main body 74 confirms that the input power is normal when starting the online deterioration determination mode. Therefore, at least immediately after starting the online deterioration determination mode, there is a high possibility that a normal input voltage is input to the rectifier 11. One input terminal 2 is connected to the first capacitor 14 via the first diode 33. Therefore, the rectifier 11 can charge the first capacitor 14 to a positive amplitude value of the input voltage even though the AC / DC conversion gate signal is not input. Similarly, the rectifier 11 can charge the second capacitor 16 to a negative amplitude value of the input voltage.
[0108]
Therefore, when the battery 19 is deteriorated, the rail-to-rail voltage is output from the rectifier 11 even though the operation of the rectifier 11 is stopped and the DC / DC converter 18 is operated. Voltage (rectified voltage). At this time, the output voltage of the rectifier 11 is about 280 V, which is twice the voltage when the amplitude of the input voltage is about 140 V, for example.
[0109]
As a result, when the battery 19 is deteriorated, when the online deterioration determination mode is started, the rail-to-rail voltage drops instantaneously from about 400V to about 280V, for example.
[0110]
Therefore, the control main body 74 monitors the instantaneous change value of the rail-to-rail voltage immediately after switching to the online deterioration determination mode. The instantaneous change value of the rail-to-rail voltage can be obtained, for example, by storing the previous rail-to-rail voltage in a register and subtracting the current rail-to-rail voltage from the value of this register.
[0111]
When this instantaneous change value becomes, for example, 100V or more, the control main body 74 causes the selector 87 to select the second feedback coefficient register 86. The second feedback coefficient register 86 stores a feedback coefficient having a value larger than that of the first feedback coefficient register 85.
[0112]
Therefore, the feedback value output from the multiplying unit 88 changes to a large value before the effective value of the output voltage changes greatly due to the abrupt change of the rail-to-rail voltage described above. As a result, the number of bits “1” included in the gate signal data string increases, and the inverter 17 converts more DC power into output power.
[0113]
As a result, even if the battery 19 has deteriorated and the rail-to-rail voltage may instantaneously drop from, for example, about 400 V to about 280 V immediately after switching to the online deterioration determination mode, feedback is immediately performed based on the detection. The coefficient can be switched to a larger value. Therefore, the inverter 17 is controlled so as to compensate for the drop in the rail-to-rail voltage in a feed-forward manner, so that fluctuations in the effective value of the output voltage can be effectively suppressed. Even when the battery 19 is deteriorated, the quality of the output voltage can be maintained at a desired quality.
[0114]
When canceling the online deterioration determination mode, the control body 74 causes the selector 87 to select the second feedback coefficient register 86 and prohibits the output of the discharge gate signal from the DC / DC converter controller 72. The rectifier controller 71 is caused to output a gate signal for AC / DC conversion.
[0115]
Thereby, the online deterioration determination mode is canceled. With the DC power output from the rectifier 11, the rail-to-rail voltage returns to the original voltage, for example, about 400V.
[0116]
At this time, after the selector 87 selects the second feedback coefficient register 86 and the time corresponding to two cycles of the input voltage has elapsed, the control body 74 causes the selector 87 to select the first feedback coefficient register 85.
[0117]
As a result, the second feedback coefficient register 86 having a larger value than usual is maintained in a period from when the mode is switched to the online deterioration determination mode until the rail-to-rail voltage is restored to the original voltage, for example, about 400 V after the interruption. Will be used. As a result, the inverter 17 can maintain the quality of the output voltage in response to the large and sudden drop and rise in the rail-to-rail voltage generated during this period.
[0118]
In addition, after the rail-to-rail voltage returns to the original voltage, for example, about 400 V, the feedback coefficient of the first feedback coefficient register 85 is used. Therefore, it is possible to suppress output voltage oscillation caused by using the feedback coefficient of the second feedback coefficient register 86 as it is. In addition, it is possible to prevent the output voltage from reacting excessively by reacting excessively to the noise component included in the rail-to-rail voltage at the normal time.
[0119]
After returning to the normal operation mode in this way, the control main body 74 turns on the lamp 24 indicating that the battery needs to be replaced.
[0120]
As described above, in the uninterruptible power supply 1 according to this embodiment, the control main body 74 periodically executes the online deterioration determination mode of the battery 19. In the on-line deterioration determination mode of the battery 19, the transistors 32 and 34 of the rectifier 11 stop operating and output a rectified voltage of, for example, about 280V obtained by rectifying the input voltage. Further, the DC / DC converter 18 outputs a voltage of, for example, about 350 V, which is higher than the rectified voltage in combination with the battery 19 which has not deteriorated.
[0121]
Then, the control body 74 determines the deterioration of the battery 19 based on the amount of change in the rail-to-rail voltage before and after the operation of the transistors 32 and 34 of the rectifier 11 is stopped. As a result, when the battery 19 is exhausted, the output voltage of the DC / DC converter 18 is deteriorated so that the output voltage of the DC / DC converter 18 becomes lower than the rectified voltage immediately after the operation of the transistors 32 and 34 of the rectifier 11 is stopped. It can be determined that the battery 19 has deteriorated.
[0122]
Further, if the control body 74 does not determine that the battery 19 has deteriorated based on the amount of change in the rail-to-rail voltage before and after the operation of the transistors 32 and 34 of the rectifier 11 is stopped, The deterioration of the battery 19 is determined based on the change in the rail-to-rail voltage with the rectifier 11 stopped.
[0123]
As a method of determining the deterioration of the battery 19 based on the change amount of the rail-to-rail voltage, for example, there are the following methods. First, the battery 19 is discharged to 50% of the voltage when the output voltage of the battery 19 is switched to the battery 19 output. Then, the timer 75 measures the discharge time for the discharge. If the discharge time is shorter than the predetermined time, it is determined that the battery 19 has deteriorated. For example, there are the following methods. The battery 19 is discharged until the output voltage becomes about 70% of the voltage when the output voltage is switched to the battery 19 output. Thereafter, the battery 19 is discharged by a predetermined current value, and the output voltage of the battery 19 before and after that is measured. The amount of change in the output voltage of the battery 19 before and after this is divided by the previous current value to calculate the internal resistance value of the battery 19. When the calculated internal resistance value is larger than a predetermined resistance value, it is determined that the battery 19 has deteriorated.
[0124]
As a result, the output voltage of the DC / DC converter 18 is not deteriorated so that the output voltage of the DC / DC converter 18 becomes lower than the rectified voltage immediately after the operation of the transistors 32 and 34 of the rectifier 11 is stopped. It can be determined that the battery 19 that has deteriorated as much as possible has deteriorated.
[0125]
Since the rectifier 11 outputs a rectified voltage, even if the battery 19 is deteriorated and the output voltage of the DC / DC converter 18 is lowered, the rail-to-rail voltage is at least the rectifier. 11 is maintained at the rectified voltage output. The inverter 17 converts this rectified voltage into an AC voltage.
[0126]
As a result, in the on-line degradation determination mode, the transistors 32 and 34 of the rectifier 11 are not operated, so that a regenerative current to the AC power supply 6 side can be prevented. Moreover, it is possible to determine the deterioration of the battery 19 while maintaining the online state in which the output power is output from the inverter 17. When the battery 19 is exhausted, the battery 19 in which the output voltage of the DC / DC converter 18 becomes lower than the rectified voltage immediately after the transistors 32 and 34 of the rectifier 11 are stopped, and so on. The deterioration of the battery 19 can be determined for both the battery 19 and the battery 19 that has not deteriorated so much as to cause a change.
[0127]
In the uninterruptible power supply 1 according to this embodiment, the control body 74 is a case where the AC / DC conversion operation by the rectifier 11 is stopped, and the change amount of the rail-to-rail voltage before and after the stop is predetermined. If it is equal to or greater than the change amount, the inverter 17 is caused to select the second feedback coefficient register 86. Thereby, it is possible to cause the inverter 17 to perform compensation processing for the DC voltage drop.
[0128]
Therefore, even if the voltage of the rail wiring greatly changes immediately after the operation of the transistors 32 and 34 of the rectifier 11 is stopped when the battery 19 is deteriorated, the change in the output voltage output from the inverter 17 is effective. Can be suppressed. That is, the stability and quality of the output voltage can be maintained when determining battery deterioration.
[0129]
Further, the response characteristic of the inverter 17 when the DC voltage drop compensation process is not performed is a response characteristic such that the output voltage of the inverter 17 does not oscillate because the selector 87 normally selects the first feedback coefficient register 85. be able to. As a result, the response characteristic of the inverter 17 at the normal time can be a characteristic that can ensure the stability and quality of the output voltage.
[0130]
As a result, the stability and quality of the output voltage can be ensured throughout the normal time and the battery determination time.
[0131]
When the control main body 74 stops the operation of the transistors 32 and 34 of the rectifier 11, if the rail-to-rail voltage becomes equal to or lower than a predetermined voltage (for example, about 300V) immediately after the stop, the inverter 17 may be made to perform a DC voltage drop compensation process. In this case, the same effect of output voltage stability can be expected.
[0132]
Further, in the uninterruptible power supply 1 according to this embodiment, the control main body 74 has a pair of input terminals before stopping the operation of the transistors 32 and 34 of the rectifier 11 in order to determine the deterioration of the battery 19. It has been confirmed that the AC power input to 2 and 3 is normal. When the AC power is not normal, the operation of the transistors 32 and 34 of the rectifier 11 is not stopped.
[0133]
Therefore, when the operation of the transistors 32 and 34 of the rectifier 11 is stopped, it is always confirmed that the input voltage is normal immediately before that, so that the voltage of the rail wiring is at least rectified. The voltage will be maintained. Therefore, even if the battery 19 is deteriorated, the inverter 17 can continue to output AC power and can maintain an online state.
[0134]
In the uninterruptible power supply 1 according to this embodiment, in the online deterioration determination mode, first, it is confirmed that the input power determined based on the input voltage is normal, and when the input power is not normal, The mode switch to online degradation judgment mode is stopped. Thereby, when the input voltage is in an abnormal state such as a power failure, it is possible to prevent the AC / DC transistor from being stopped for determining the deterioration of the battery 19. That is, it is possible to substantially prevent the rail wiring voltage from being abnormally low or eliminated due to an abnormality in the input voltage when the AC / DC transistor is stopped for determining the deterioration of the battery 19. As a result, an online state in which an AC voltage is output from the inverter 17 can be maintained almost certainly.
[0135]
The above embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to this, and various modifications and changes are possible.
[0136]
For example, in this embodiment, the deterioration state of the battery 19 is determined based on the voltage drop amount of the rail-to-rail voltage. In addition to this, for example, whether or not the battery 19 is deteriorated may be determined based on whether or not the rail-to-rail voltage is the rectified voltage of the rectifier 11. Further, for example, based on whether or not the rail-to-rail voltage after the operation of the transistors 32 and 34 of the rectifier 11 is less than a voltage that cannot be replaced by the battery 19 that does not need to be replaced, for example, 300 V or less. It may be determined whether or not the battery has deteriorated.
[0137]
In the above embodiment, the discharge voltage based on the charging voltage of the battery 19 is supplied to the pair of rail wirings 13 and 15 via the positive side transistor 54 of the DC / DC converter 18. In addition to this, for example, a diode as a direct diode is provided between the capacitor 51 and the first rail wiring 13, and the discharge voltage is supplied to the pair of rail wirings 13 and 15 via this diode. May be.
[0138]
【The invention's effect】
In the present invention, it is possible to maintain an online state in which an AC voltage is output from the orthogonal converter without performing complicated control on the AC / DC converter, and to determine deterioration of the battery in this state.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram showing a configuration of a DC / DC converter in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram showing an inverter controller in FIG. 1;
[Explanation of symbols]
2 One input terminal (input terminal)
3 The other input terminal (input terminal)
11 Rectifier (AC-DC converter)
13 First rail wiring (rail wiring)
14 First capacitor (capacitor)
15 Second rail wiring (rail wiring)
16 Second capacitor (capacitor)
17 Inverter (orthogonal transformer)
18 DC / DC converter (direct converter)
19 Battery
20 First detector (input voltage detector)
21 Second detector (DC voltage detector)
23 DSP (control means)
31 Input coil
32 First transistor (transistor for AC / DC)
33 First diode (AC / DC diode)
34 Second transistor (AC / DC transistor)
35 Second diode (AC / DC diode)
54 Positive side transistor (Direct transistor)

Claims (6)

交流電圧を直流電圧へ変換してレール配線へ供給する交直変換器と、An AC / DC converter that converts AC voltage to DC voltage and supplies it to the rail wiring;
上記レール配線に接続される第１のコンデンサであって、上記交直変換器により変換された電圧を蓄積する第１のコンデンサと、A first capacitor connected to the rail wiring, the first capacitor storing the voltage converted by the AC / DC converter;
バッテリの蓄電電圧を直流電圧へ変換して上記レール配線へ供給する直直変換器と、A direct-to-direct converter that converts the stored voltage of the battery into a DC voltage and supplies it to the rail wiring;
上記レール配線の直流電圧から他の交流電圧を生成する直交変換器と、An orthogonal transformer that generates another AC voltage from the DC voltage of the rail wiring;
上記交直変換器から、上記交流電圧を整流した整流電圧を出力させるとともに、この整流電圧よりも高い直流電圧を出力するように上記直直変換器を制御し、この状態での上記レール配線の電圧に基づいて上記バッテリの劣化を判定する制御手段とThe AC / DC converter outputs a rectified voltage obtained by rectifying the AC voltage, and controls the DC / DC converter so as to output a DC voltage higher than the rectified voltage. The voltage of the rail wiring in this state Control means for determining the deterioration of the battery based on
を有し、Have
上記交直変換器は、The above AC / DC converter
交流電圧が入力される入力端子に接続される入力コイルと、An input coil connected to an input terminal to which an AC voltage is input;
上記入力コイルから上記レール配線までの経路に設けられ、交流電圧を直流電圧へ変換する交直用ダイオードと、An AC / DC diode that is provided in a path from the input coil to the rail wiring and converts an AC voltage into a DC voltage;
スイッチング動作により上記入力コイルに電圧を発生させる交直用トランジスタとAn AC / DC transistor for generating a voltage in the input coil by a switching operation;
を有し、Have
上記直直変換器は、The direct converter is
上記バッテリに接続されるバッテリコイルと、A battery coil connected to the battery;
スイッチング動作により上記バッテリコイルに電圧を発生させる直直用トランジスタと、A direct transistor for generating a voltage in the battery coil by switching operation;
上記レール配線に接続される第２のコンデンサであって、上記バッテリコイルに発生した電圧を蓄電する第２のコンデンサとA second capacitor connected to the rail wiring, the second capacitor storing the voltage generated in the battery coil;
を有し、Have
上記制御手段は、The control means includes
上記交直用トランジスタのスイッチング動作を停止させるとともに、上記バッテリが所定の電圧以上の蓄電電圧を有している場合に上記直直変換器からの直流電圧が、上記交直用トランジスタのスイッチング動作が停止した後の整流電圧よりも高い電圧となる単位時間あたりのスイッチング回数で上記直直変換器の上記直直用トランジスタを動作させ、その状態での上記レール配線の電圧に基づいて上記バッテリの劣化を判定し、The switching operation of the AC / DC transistor is stopped while the switching operation of the AC / DC transistor is stopped when the switching operation of the AC / DC transistor is stopped and the battery has a storage voltage higher than a predetermined voltage. The direct-current converter of the direct-current converter is operated at the number of times of switching per unit time that becomes a voltage higher than the rectified voltage later, and the deterioration of the battery is determined based on the voltage of the rail wiring in that state And
上記交直用トランジスタをスイッチング動作させる場合には、上記バッテリの劣化判定の際に上記直直変換器から出力させようとする電圧よりも高い直流電圧が出力される単位時間あたりのスイッチング回数で上記交直変換器の上記交直用トランジスタを動作させるWhen switching the AC / DC transistor, the AC / DC transistor is switched at the number of times of switching per unit time at which a DC voltage higher than the voltage to be output from the DC / DC converter is output when determining the deterioration of the battery. Operate the AC / DC transistor of the converter
ことを特徴とする無停電電源装置。An uninterruptible power supply. 前記制御手段は、前記バッテリの劣化判定の際には、前記交直用トランジスタのスイッチング動作を停止させる前に前記直流電圧検出器が検出する電圧と、停止させた後に前記直流電圧検出器が検出する電圧との電圧差が所定の電圧差以上になったら、あるいは、停止させた後の前記直流電圧検出器が検出する電圧が所定の電圧以下になったら、バッテリが劣化していると判定する
ことを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。The control means, when determining the deterioration of the battery, detects the voltage detected by the DC voltage detector before stopping the switching operation of the AC / DC transistor, and detects the DC voltage detector after stopping the switching operation. When the voltage difference from the voltage is greater than or equal to the predetermined voltage difference, or when the voltage detected by the DC voltage detector after being stopped is less than or equal to the predetermined voltage, it is determined that the battery has deteriorated. The uninterruptible power supply according to claim 1. 前記制御手段は、前記交直用トランジスタを停止した前後の検出電圧の電圧差あるいは前記交直用トランジスタを停止した後の電圧に基づいてバッテリが劣化していると判定しなかった場合には、さらに、前記交直用トランジスタのスイッチング動作を停止したまま、前記直流電圧検出器が検出する電圧の変化に基づいて、バッテリの劣化を判定する
ことを特徴とする請求項２記載の無停電電源装置。If the control means does not determine that the battery has deteriorated based on the voltage difference between the detected voltages before and after stopping the alternating transistor or the voltage after stopping the alternating transistor, The uninterruptible power supply according to claim 2, wherein the deterioration of the battery is determined based on a change in voltage detected by the DC voltage detector while the switching operation of the AC / DC transistor is stopped. 前記入力端子に入力される入力電圧を検出する入力電圧検出器を有し、
前記制御手段は、上記入力電圧検出器の検出電圧に基づいて入力電力が正常であるか否かを判定し、入力電力が正常であると判定した場合には、前記交直用トランジスタを停止してバッテリの劣化判定を行い、入力電力が正常であると判定しない場合には、前記交直用トランジスタを停止せずバッテリの劣化判定を行わない
ことを特徴とする請求項１から３の中のいずれか１項記載の無停電電源装置。An input voltage detector for detecting an input voltage input to the input terminal;
The control means determines whether or not the input power is normal based on the detection voltage of the input voltage detector, and when the input power is determined to be normal, stops the AC / DC converter transistor. 4. The battery deterioration determination is performed without stopping the AC / DC transistor when the battery deterioration determination is performed and it is not determined that the input power is normal. 5. The uninterruptible power supply according to item 1. 前記制御手段は、前記バッテリの劣化判定の際には、前記交直用トランジスタのスイッチング動作を停止させる前に前記直流電圧検出器が検出する電圧と、停止させた後に前記直流電圧検出器が検出する電圧との電圧差が所定の電圧差以上になったら、あるいは、停止させた後の前記直流電圧検出器が検出する電圧が所定の電圧以下になったら、前記直交変換器に、直流電圧の低下を補償する処理を行わせる
ことを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。The control means, when determining the deterioration of the battery, detects the voltage detected by the DC voltage detector before stopping the switching operation of the AC / DC transistor, and detects the DC voltage detector after stopping the switching operation. When the voltage difference from the voltage is greater than or equal to the predetermined voltage difference, or when the voltage detected by the DC voltage detector after being stopped is less than or equal to the predetermined voltage, the DC voltage is reduced to the orthogonal converter. The uninterruptible power supply apparatus according to claim 1, wherein a process for compensating for is performed. 交流電圧を直流電圧へ変換してレール配線へ供給する交直変換器と、An AC / DC converter that converts AC voltage to DC voltage and supplies it to the rail wiring;
上記レール配線に接続される第１のコンデンサであって、上記交直変換器により変換された電圧を蓄積する第１のコンデンサと、A first capacitor connected to the rail wiring, the first capacitor storing the voltage converted by the AC / DC converter;
バッテリの蓄電電圧を直流電圧へ変換して上記レール配線へ供給する直直変換器と、A direct-to-direct converter that converts the stored voltage of the battery into a DC voltage and supplies it to the rail wiring;
上記レール配線の直流電圧から他の交流電圧を生成する直交変換器とAn orthogonal converter that generates another AC voltage from the DC voltage of the rail wiring;
を有する無停電電源装置のバッテリのオンライン劣化判定方法において、In an on-line degradation determination method for an uninterruptible power supply battery having
上記交直変換器から、上記交流電圧を整流した整流電圧を出力させるとともに、この整流電圧よりも高い直流電圧を出力するように上記直直変換器を制御し、この状態での上記レール配線の電圧に基づいて上記バッテリの劣化を判定する制御ステップとThe AC / DC converter outputs a rectified voltage obtained by rectifying the AC voltage, and controls the DC / DC converter so as to output a DC voltage higher than the rectified voltage. The voltage of the rail wiring in this state A control step for determining deterioration of the battery based on
を含み、Including
上記交直変換器は、The above AC / DC converter
交流電圧が入力される入力端子に接続される入力コイルと、An input coil connected to an input terminal to which an AC voltage is input;
上記入力コイルから上記レール配線までの経路に設けられ、交流電圧を直流電圧へ変換する交直用ダイオードと、An AC / DC diode that is provided in a path from the input coil to the rail wiring and converts an AC voltage into a DC voltage;
スイッチング動作により上記入力コイルに電圧を発生させる交直用トランジスタとAn AC / DC transistor for generating a voltage in the input coil by a switching operation;
を有し、Have
上記直直変換器は、The direct converter is
上記バッテリに接続されるバッテリコイルと、A battery coil connected to the battery;
スイッチング動作により上記バッテリコイルに電圧を発生させる直直用トランジスタと、A direct transistor for generating a voltage in the battery coil by switching operation;
上記レール配線に接続される第２のコンデンサであって、上記バッテリコイルに発生した電圧を蓄電する第２のコンデンサとA second capacitor connected to the rail wiring, the second capacitor storing the voltage generated in the battery coil;
を有し、Have
上記制御ステップは、The above control steps are:
上記交直用トランジスタのスイッチング動作を停止させるとともに、上記バッテリが所定の電圧以上の蓄電電圧を有している場合に上記直直変換器からの直流電圧が、上記交直用トランジスタのスイッチング動作が停止した後の整流電圧よりも高い電圧となる単位時間あたりのスイッチング回数で上記直直変換器の上記直直用トランジスタを動作させ、その状態での上記レール配線の電圧に基づいて上記バッテリの劣化を判定し、The switching operation of the AC / DC transistor is stopped while the switching operation of the AC / DC transistor is stopped when the switching operation of the AC / DC transistor is stopped and the battery has a storage voltage higher than a predetermined voltage. The direct-current converter of the direct-current converter is operated at the number of times of switching per unit time that becomes a voltage higher than the rectified voltage later, and the deterioration of the battery is determined based on the voltage of the rail wiring in that state And
上記交直用トランジスタをスイッチング動作させる場合には、上記バッテリの劣化判定の際に上記直直変換器から出力させようとする電圧よりも高い直流電圧が出力される単位時間あたりのスイッチング回数で上記交直変換器の上記交直用トランジスタを動作させるWhen switching the AC / DC transistor, the AC / DC transistor is switched at the number of times of switching per unit time at which a DC voltage higher than the voltage to be output from the DC / DC converter is output when determining the deterioration of the battery. Operate the AC / DC transistor of the converter
ことを特徴とする無停電電源装置のバッテリのオンライン劣化判定方法。An on-line battery deterioration determination method for an uninterruptible power supply.
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