專利名稱：不間斷供電電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不間斷供電電源裝置，特別涉及利用雙電層電容器作為蓄電裝置的不間斷供電電源裝置。
背景技術(shù)：
以往，作為用于向計算機系統(tǒng)等重要負載穩(wěn)定地提供交流電力的電源裝置，廣泛使用不間斷供電電源裝置。例如日本專利特開2001-61238號公報(專利文獻1)所示的那樣，不間斷供電電源裝置一般包括整流器，該整流器將交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力；逆變器，該逆變器將直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力；及蓄電裝置，該蓄電裝置儲存直流電力。通常，整流器將來自商用交流電源的交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力，一邊對蓄電裝置進行充電，一邊向逆變器提供直流電力。逆變器將直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力以提供給負載。在商用交流電源停電的情況下，將來自蓄電裝置的電力提供給逆變器，從而逆變器繼續(xù)向負載提供交流電力?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1 日本專利特開2001-61238號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題作為蓄電裝置，使用蓄電池、雙電層電容器等。從環(huán)境保護、壽命的觀點來看，雙電層電容器優(yōu)于蓄電池。但是，與蓄電池不同，雙電層電容器在停電時間較長的情況下，放電至0V。因而，在使用雙電層電容器的情況下，除利用整流器進行正常充電以外，在裝置啟動時或有長時間的停電時，需要將雙電層電容器從OV預(yù)充電到規(guī)定電壓。作為進行預(yù)充電的方法，可考慮如下方法在整流器與雙電層電容器之間設(shè)置雙向斬波電路，通過控制雙向斬波電路來使得從整流器流到雙電層電容器的電流緩緩增大。 但是，在該方法中，存在會導(dǎo)致裝置尺寸大型化、裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的問題。因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種能利用簡單的結(jié)構(gòu)來容易進行雙電層電容器的預(yù)充電的不間斷供電電源裝置。用于解決技術(shù)問題的技術(shù)方案本發(fā)明所涉及的不間斷供電電源裝置包括整流器、雙電層電容器、逆變器、整流電路、及充電電路。整流器將來自商用交流電源的第1交流電力轉(zhuǎn)換成直流電力。雙電層電容器儲存直流電力。逆變器將來自整流器及雙電層電容器的直流電力轉(zhuǎn)換成第2交流電力。 整流電路將第2交流電力轉(zhuǎn)換成直流電力。充電電路在逆變器第1次啟動時，將整流電路的輸出電力提供給雙電層電容器，在逆變器第2次以上啟動時，選擇性地將整流器和整流電路中的任一方的輸出電力提供給雙電層電容器。發(fā)明的效果
在本發(fā)明所涉及的不間斷供電電源裝置中，設(shè)置將逆變器的輸出電力轉(zhuǎn)換成直流電力的整流電路，在逆變器第1次啟動時，將整流電路的輸出電力提供給雙電層電容器，在逆變器第2次以上啟動時，選擇性地將整流器和整流電路中的任一方的輸出電力提供給雙電層電容器。因而，通過控制逆變器，能利用簡單的結(jié)構(gòu)來容易進行雙電層電容器的預(yù)充 H1^ ο


圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式所涉及的不間斷供電電源裝置的結(jié)構(gòu)和旁路供電模式的電路框圖。圖2是表示圖1所示的不間斷供電電源裝置啟動時的動作的時序圖。圖3是表示圖1所示的不間斷供電電源裝置的EDLC預(yù)充電模式的電路框圖。圖4是表示圖1所示的不間斷供電電源裝置的EDLC充電模式的電路框圖。圖5是表示圖1所示的不間斷供電電源裝置的逆變器供電模式的電路框圖。圖6是表示圖1所示的不間斷供電電源裝置的動作的流程圖。圖7是表示與圖1所示的控制電路中的逆變器的軟啟動相關(guān)聯(lián)的部分的電路框圖。圖8是表示圖7所示的軟啟動電路的動作的時序圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明的一個實施方式所涉及的不間斷供電電源裝置包括開關(guān) Sffl SW6、整流器1、電容器2、5、逆變器3、變壓器4、STS6、整流電路7、電流檢測電路8、控制電路9、及雙電層電容器10。開關(guān)SWl的一個端子接收來自商用交流電源的交流電壓VAC1，其另一端子與整流器1相連接。開關(guān)SWl由控制電路9進行控制，在接通不間斷供電電源裝置的電源的情況下導(dǎo)通。整流器1由控制電路9進行控制，通過開關(guān)SWl將從商用交流電源提供的交流電壓VACI轉(zhuǎn)換成直流電壓，并輸出到電源節(jié)點m。電容器2連接在電源節(jié)點m與基準電壓 GND的線路之間，對電源節(jié)點m的電壓進行濾波。逆變器3由控制電路9進行控制，將電源節(jié)點m的直流電壓轉(zhuǎn)換成商用頻率的交流電壓VAC2。變壓器4將逆變器3的輸出電壓VAC2傳送到開關(guān)SW2的一個端子。電容器 5連接在變壓器4的輸出節(jié)點與基準電壓GND的線路之間。變壓器4及電容器4構(gòu)成將由逆變器3等產(chǎn)生的噪聲去除的輸出濾波器。開關(guān)SW2的另一端子與計算機系統(tǒng)之類的重要負載11相連接。開關(guān)SW2由控制電路9進行控制，在將逆變器3的輸出電壓VAC2提供給負載11的逆變器供電模式時導(dǎo)通， 在將來自商用交流電源的交流電壓VACl通過旁路用的開關(guān)SW3、SW4提供給負載11的旁路供電模式時不導(dǎo)通。開關(guān)SW3的一個端子接收來自商用交流電源的交流電壓VAC1，其另一端子通過開關(guān)SW4與負載11相連接。當(dāng)使用不間斷供電電源裝置時，使開關(guān)SW3處于導(dǎo)通狀態(tài)。開關(guān) SW4由控制電路9進行控制，在逆變器供電模式時不導(dǎo)通，在旁路供電模式時導(dǎo)通。STS6與開關(guān)SW4并聯(lián)連接。STS6由控制電路9進行控制，在逆變器供電模式時在逆變器3發(fā)生故障的情況下導(dǎo)通，將來自商用交流電源的交流電力VACl瞬間提供給負載11。開關(guān)SW5的一個端子與變壓器4的輸出節(jié)點相連接，其另一端子與整流電路7的輸入節(jié)點相連接。開關(guān)SW5由控制電路9進行控制，在進行雙電層電容器10的預(yù)充電的 EDLC(Electric Double-Layer Capacitor 雙電層電容器)預(yù)充電模式時導(dǎo)通，在除此以外的期間內(nèi)不導(dǎo)通。在EDLC預(yù)充電模式時，整流電路7將通過開關(guān)SW5提供來的交流電壓VAC2進行整流，以生成直流電壓。雙電層電容器10的正極與整流電路7的輸出節(jié)點10相連接，其負極與基準電壓GND的線路相連接。雙電層電容器10儲存直流電力。開關(guān)SW6連接在雙電層電容器10的正極與電源節(jié)點m之間。開關(guān)SW6由控制電路9進行控制，在EDLC預(yù)充電模式時不導(dǎo)通，在除此以外的期間內(nèi)導(dǎo)通。電流檢測電路8對從整流電路7流到雙電層電容器10的直流電流進行檢測，將表示檢測值的信號提供給控制電路9?？刂齐娐?基于來自商用交流電源的交流電壓VACl及電流檢測電路8的輸出信號，對整個不間斷供電電源裝置進行控制。接下來，對不間斷供電電源裝置的動作進行說明。圖2是表示逆變器3第1次啟動時的動作的時序圖。在初始狀態(tài)，如圖1所示，開關(guān)SW3、SW4導(dǎo)通，同時開關(guān)SW1、SW2、SW5、 SW6不導(dǎo)通，來自商用交流電源的交流電壓VACl通過開關(guān)SW3、SW4提供給負載1。若在某一時刻t0接通不間斷供電電源裝置的電源，則在時刻tl，開關(guān)SWl導(dǎo)通， 在時刻t2，整流器1被激活。接下來，在時刻t3，逆變器3被激活，且開關(guān)SW5導(dǎo)通，如圖3 所示，開始EDLC預(yù)充電模式。為了防止變壓器4的偏磁，控制逆變器3，使得輸出電壓VAC2 緩緩上升。逆變器3的輸出電壓VAC2經(jīng)由變壓器4及開關(guān)SW5提供給整流電路7。整流電路7對逆變器3的輸出電壓VAC2進行整流，以提供給雙電層電容器10。因此，雙電層電容器10的端子間電壓VDC也緩緩上升。此時，在由電流檢測電路8檢測出的整流電路7的輸出電流超過閾值電流的情況下，控制電路9使逆變器3的輸出電壓VAC2暫時停止上升。在整流電路7的輸出電流低于閾值電流的情況下，控制電路9使逆變器3的輸出電壓VAC2再次上升。接下來，在時刻t4，若逆變器3的輸出電壓VAC2達到規(guī)定電壓，雙電層電容器10 的端子間電壓VDC達到規(guī)定電壓，則開關(guān)SW5不導(dǎo)通，且開關(guān)SW6導(dǎo)通，如圖4所示，開始 EDLC充電模式。整流器1的輸出電壓通過開關(guān)SW6提供給雙電層電容器10，對雙電層電容器10進行充電。接下來，在圖4中，開關(guān)SW2導(dǎo)通，逆變器3的輸出電壓VAC2通過變壓器4及開關(guān) SW2提供給負載11。此時，由于開關(guān)SW3、SW4也導(dǎo)通，因此，對負載11提供來自商用交流電源的交流電壓VACl和逆變器3的輸出電壓VAC2這兩者。接下來，如圖5所示，開關(guān)SW4不導(dǎo)通，實現(xiàn)逆變器供電模式。在逆變器供電模式中，在從商用交流電源提供交流電壓VACl的正常動作時，整流器1將來自商用交流電源的交流電力轉(zhuǎn)換成直流電力，以提供給逆變器3及雙電層電容器10。在停止提供來自商用交流電源的交流電壓VACl的停電時，整流器1停止驅(qū)動，儲存在雙電層電容器10中的直流電力提供給逆變器3。逆變器3將直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力，以提供給負載11。因而，即使在停電時，也能對負載11提供交流電力，以對負載11進行驅(qū)動。在停電時間較短的情況下， 繼續(xù)圖5的逆變器供電模式，在停電時間較長的情況下，由于需要對雙電層電容器10進行預(yù)充電，因此，返回至圖1的旁路供電模式。圖6是表示該不間斷供電電源裝置的動作的流程圖。在圖6中，若接通電源，則在步驟Sl中，控制電路9執(zhí)行旁路供電模式，將來自商用交流電源的交流電力通過開關(guān)SW3、 SW4提供給負載11。在步驟S2中，控制電路9執(zhí)行EDLC預(yù)充電模式，使開關(guān)SWl、SW5導(dǎo)通， 并使逆變器3的輸出電力緩緩上升。由此，逆變器3的輸出電力由整流電路7進行整流，以轉(zhuǎn)換成直流電力，雙電層電容器10的端子間電壓VDC緩緩上升。在步驟S3中，控制電路9執(zhí)行EDLC充電模式，使開關(guān)SW5不導(dǎo)通且使開關(guān)SW6導(dǎo)通，將整流器1的輸出電力提供給雙電層電容器10，以代替整流電路7的輸出電力。在步驟 S4中，控制電路9執(zhí)行逆變器供電模式，使開關(guān)SW4不導(dǎo)通且使開關(guān)SW2導(dǎo)通，將逆變器3 的輸出電力提供給負載11，以代替來自商用交流電源的交流電力。在步驟S5中，控制電路9判別是否有停電，在有停電的情況下，在步驟S6中，判別停電時間Tb是否比預(yù)先確定的時間TO要長。在控制電路9判別為停電時間Tb比預(yù)先確定的時間TO要短的情況下，由于無需進行雙電層電容器10的預(yù)充電，因此，返回至步驟S4。 此外，在控制電路9判別為停電時間Tb比預(yù)先確定的時間TO要長的情況下，由于需要再次進行雙電層電容器10的預(yù)充電，因此，返回至步驟Si。另外，在停電時，儲存在雙電層電容器10中的直流電力提供給逆變器3，停電時間 Tb越長，雙電層電容器10的充電電平越低。因而，判別停電時間Tb是否比預(yù)先確定的時間 TO要長相當(dāng)于判別雙電層電容器10的充電電平是否比預(yù)先確定的閾值電平要低。作為判別雙電層電容器10的充電電平是否比預(yù)先確定的閾值電平要低的方法，有判別雙電層電容器10的端子間電壓VDC是否比預(yù)先確定的閾值電壓要低的判別方法。圖7是表示與控制電路9中的逆變器3的軟啟動相關(guān)聯(lián)的部分的電路框圖。在圖 7中，控制電路9包括與門20、或門21、觸發(fā)器22、比較電路23、及軟啟動電路24。與門20將信號Fl F3的邏輯與信號提供給觸發(fā)器22的置位端子(S)。信號Fl 是在開關(guān)SWl導(dǎo)通的情況下成為“H”電平的信號。信號F2是在發(fā)出指令執(zhí)行逆變器供電模式的情況下成為“H”電平的信號。信號F3是在逆變器3的輸出電壓VAC2達到目標電壓的情況下成為“H”電平的信號。若信號Fl F3均成為“H”電平，則與門20的輸出信號上升為“H”電平，觸發(fā)器22被置位，觸發(fā)器22的輸出信號φ22成為“H”電平。因而，在觸發(fā)器 22的輸出信號φ22成為“H”電平的情況下，結(jié)束雙電層電容器10的預(yù)充電?；蜷T21將信號F4、F5的邏輯或信號提供給觸發(fā)器22的復(fù)位端子(R)。信號F4 是在發(fā)生嚴重故障的情況下成為“H”電平的信號。信號F5是在不間斷供電電源裝置發(fā)生故障而被復(fù)位的情況下成為“H”電平的信號。若信號F4及信號F5中的至少一個信號成為 “H”電平，則或門21的輸出信號上升為“H”電平，觸發(fā)器22被復(fù)位，觸發(fā)器22的輸出信號 φ22成為“L”電平。因而，在觸發(fā)器22的輸出信號φ22成為“L”電平的情況下，需要進行雙電層電容器10的預(yù)充電。比較電路23將由電流檢測電路8檢測出的整流電路7的輸出電流I與預(yù)先確定的閾值電流ITH進行比較，并輸出與比較結(jié)果相對應(yīng)的電平的信號φ23。在整流電路7的輸出電流I比閾值電流ITH要高的情況下，信號φ23成為“H”電平。在整流電路7的輸出電流I 比閾值電流ITH要低的情況下，信號φ23成為“L”電平。軟啟動電路對按照信號φ22、φ23, 使逆變器3的輸出電壓指令值VC從0緩緩上升到目標電壓指令值VT。逆變器3的輸出電壓VAC2按照輸出電壓指令VC，緩緩上升到目標電壓。圖8是舉例表示軟啟動電路24的動作的時序圖。圖8中的曲線A表示信號 φ22、φ23均為“L”電平的情況下逆變器3的輸出電壓指令值VC的時間變化。在此情況下，由于需要進行雙電層電容器10的預(yù)充電，因此，軟啟動電路24使逆變器3的輸出電壓指令值VC例如用600秒從0緩緩上升到目標電壓指令值VT。由此，能使雙電層電容器10 的端子間電壓VDC從OV緩緩上升到規(guī)定電壓，從而能防止整流電路7中流過過電流，且防止變壓器4的偏磁。此夕卜，圖8中的曲線B表示信號φ22、φ23分別為“H”電平和“L”電平的情況下逆變器3的輸出電壓指令值VC的時間變化。在此情況下，由于進行了一次雙電層電容器10 的預(yù)充電，因此，在雙電層電容器10中殘留有電荷。因而，軟啟動電路24使逆變器3的輸出電壓指令值VC以比信號φ22為“L”電平的情況要快的速度進行上升。即，軟啟動電路24 使逆變器3的輸出電壓指令值VC例如用1秒從0緩緩上升到目標電壓指令值VT。由此，能使雙電層電容器10的端子間電壓VDC較快地上升到規(guī)定電壓。此外，圖8中的曲線C表示信號φ22為“H”電平時、信號φ23多次(圖8中為3次) 從“L”電平變化到“H”電平的情況下逆變器3的輸出電壓指令值VC的時間變化。在此情況下，由于進行了一次雙電層電容器10的預(yù)充電，因此，在雙電層電容器10中殘留有電荷。 因而，軟啟動電路24使逆變器3的輸出電壓指令值VC以比信號φ22為“L”電平的情況要快的速度進行上升。但是，在整流電路7的輸出電流I超過閾值電流ITH的情況下，軟啟動電路24使逆變器3的輸出電壓指令值VC暫時停止上升，等待整流電路7的輸出電流I小于閾值電流 ITH0在整流電路7的輸出電流低于閾值電流ITH的情況下，軟啟動電路24使逆變器3的輸出電壓指令值VC再次上升。在此情況下，逆變器3的輸出電壓指令值VC用1秒與600 秒之間的時間tx從0變化到目標電壓指令值VT。這樣，通過重復(fù)使逆變器3的輸出電壓指令值VC上升、或使其暫時停止上升，從而能防止流過過電流，并迅速對雙電層電容器10進行充電。在該實施方式中，為了防止變壓器4的偏磁，利用一直以來設(shè)置的逆變器3的軟啟動功能來進行雙電層電容器10的預(yù)充電。因而，與另外設(shè)置預(yù)充電電路的情況相比，能利用簡單的結(jié)構(gòu)來容易進行雙電層電容器10的預(yù)充電。應(yīng)該認為這里所揭示的實施方式在所有方面都是舉例表示，而不是限制性的?？梢哉J為本發(fā)明的范圍并不是由上述說明來示出，而是由權(quán)利要求的范圍來示出，且包含與權(quán)利要求的范圍同等的含義及范圍內(nèi)的所有變更。標號說明Sffl SW6 開關(guān)1整流器2、5電容器3逆變器4變壓器6STS (Static Transfer Switch 靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān))7整流電路
8電流檢測電路
9控制電路
10雙電層電容器
11負載
20與門
21或門
22觸發(fā)器
23比較電路
24軟啟動電路
權(quán)利要求
1.一種不間斷供電電源裝置，其特征在于，包括整流器(1)，該整流器(1)將來自商用交流電源的第1交流電力轉(zhuǎn)換成直流電力；雙電層電容器(10)，該雙電層電容器(10)儲存直流電力；逆變器(3)，該逆變器(3)將來自所述整流器⑴及所述雙電層電容器(10)的直流電力轉(zhuǎn)換成第2交流電力；整流電路(7)，該整流電路(7)將所述第2交流電力轉(zhuǎn)換成直流電力；及充電電路(9，SW5，SW6)，該充電電路(9，SW5，SW6)在所述逆變器(3)第1次啟動時，將所述整流電路(7)的輸出電力提供給所述雙電層電容器(10)，在所述逆變器C3)第2次以上啟動時，選擇性地將所述整流器(1)和所述整流電路(7)中的任一方的輸出電力提供給所述雙電層電容器(10)。
2.如權(quán)利要求1所述的不間斷供電電源裝置，其特征在于，所述充電電路(9，Sff5, SW6)在所述逆變器第2次以上啟動時，在判別為所述雙電層電容器的充電電平低于預(yù)先確定的閾值電平的第1情況下，將所述整流電路(7)的輸出電力提供給所述雙電層電容器(10)，在判別為所述雙電層電容器(10)的充電電平高于所述預(yù)先確定的閾值電平的第2情況下，將所述整流器(1)的輸出電力提供給所述雙電層電容器 (10)。
3.如權(quán)利要求2所述的不間斷供電電源裝置，其特征在于，所述充電電路(9，Sff5, SW6)在所述商用交流電源的停電時間比預(yù)先確定的時間要長的情況下，判別為所述雙電層電容器(10)的充電電平低于所述預(yù)先確定的閾值電平，在所述商用交流電源的停電時間比所述預(yù)先確定的時間要短的情況下，判別為所述雙電層電容器(10)的充電電平高于所述預(yù)先確定的閾值電平。
4.如權(quán)利要求2所述的不間斷供電電源裝置，其特征在于，所述充電電路(9，SW5，SW6)在所述雙電層電容器(10)的端子間電壓低于預(yù)先確定的電壓的情況下，判別為所述雙電層電容器(10)的充電電平低于所述預(yù)先確定的閾值電平， 在所述雙電層電容器(10)的端子間電壓高于所述預(yù)先確定的電壓的情況下，判別為所述雙電層電容器(10)的充電電平高于所述預(yù)先確定的閾值電平。
5.如權(quán)利要求2所述的不間斷供電電源裝置，其特征在于，還包括切換電路(9，Sff2, SW4)，該切換電路(9，Sff2, SW4)接收所述第1交流電力及第2交流電力，隨著所述逆變器(3)的第1次啟動結(jié)束而將所述第2交流電力提供給負載 (11)，當(dāng)所述商用交流電源有停電時，在所述第1情況下，將所述第1交流電力提供給所述負載(11)，在所述第2情況下，將所述第2交流電力提供給所述負載(11)。
6.如權(quán)利要求1所述的不間斷供電電源裝置，其特征在于，還包括軟啟動電路04)，該軟啟動電路04)在所述逆變器C3)第1次啟動時，使所述逆變器C3)的輸出電壓以第1速度上升至目標電壓，在所述逆變器C3)第2次以上啟動時， 使所述逆變器(3)的輸出電壓以比所述第1速度要快的第2速度上升至目標電壓。
7.如權(quán)利要求6所述的不間斷供電電源裝置，其特征在于，還包括對所述整流電路(7)的輸出電流進行檢測的電流檢測電路(8)，所述軟啟動電路04)在所述電流檢測電路(8)的檢測值低于預(yù)先確定的閾值電流的情況下，使所述逆變器C3)的輸出電壓以所述第1速度或第2速度上升，在所述電流檢測電路(8)的檢測值高于所述預(yù)先確定的閾值電流的情況下，使所述逆變器(3)的輸出電壓暫時停止上升。
全文摘要
在本不間斷供電電源裝置中，設(shè)置對逆變器(3)的輸出電力進行整流的整流電路(7)，在逆變器(3)第1次啟動時，將整流電路(7)的輸出電力提供給雙電層電容器(10)，在逆變器(3)第2次以上啟動時，選擇性地將整流器(1)和整流電路(7)中的任一方的輸出電力提供給雙電層電容器(10)。因而，通過控制逆變器(3)，能利用簡單的結(jié)構(gòu)來容易進行雙電層電容器(10)的預(yù)充電。
文檔編號H02J7/02GK102449876SQ200980159599
公開日2012年5月9日 申請日期2009年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月29日
發(fā)明者松岡一正, 池田勝己 申請人:東芝三菱電機產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)株式會社