WO2000008735A1 - Systeme d'alimentation electrique sans coupure - Google Patents

Description

明

技術分野

本発明は、 接続された負荷機器への電源供給を保護する無停電電源 装置に関するものであり、 詳しくはその接続されたコンピュータ機器 等の負荷機器の動作状態によって、 装置、 負荷機器及び周辺機器の消 細

費電力を削減できる無停電電源装置に関するものである。

背景技術

従来、 無停電電源装置には、 常時商用給電方式と呼ばれる方式が用 いられていた。 これは、 定常時は入力の電源をそのまま負荷に供給し かつ充電回路により電池の充電を行い、 停電時にはリ レーを機械的に 商用電源からィンバータ回路に切り換え、 電池から電源を供給するも のであった。 この方式は、 現状では標準的な仕様であるためコス トが 安く、 かつ損失が少ないというメ リ ッ トはあるが、 入力の電源をその まま負荷に供給するため商用電源の変動に左右されやすく、 また大型 のトランスが必要となるため小型化 ·軽量化が困難であり、 さらに停 電時に機械的にリ レーによって電池からの電源に切替えるため切替え 時間がかかる、 というデメ リ ッ トがあった。 電源電圧の変動や切り替 え時間中の電源供給の停止があると、 例えば負荷機器としてコンビュ ータを用いている場合には、それが誤動作の原因となる可能性があり、 改善の必要性があった。

この常時商用給電方式を改善して、 昇降圧回路を用いることで商用 電源の変動に対応可能としたものに、 A V R ( = A U T O V O L T A G E R E G U L A T I O N ) 機能付常時商用給電方式があった。 この方式によると、 電源電圧が低下した場合には出力電圧を昇圧し、 上昇した場合には出力を降庄して、 負荷への供給電圧を一定範囲内に 保つことができた。 これにより、 先の方式と比べると負荷に安定した 電圧供給が可能となり、 例えば交流入力が 1 0 0 Vの際には出力電圧 範囲を 1 0 0 ± 1 0 Vに保つことが可能となっていた。しかしながら、 この方式においても昇降圧の切替え時間があり万全な負荷への電圧安 定供給ということはできなかった。 また、 昇降圧の切替え時に数秒間 バックァップ運転となることで電池の劣化を促進する恐れがあった。 さらに、 大型のトランスが必要となるため小型化 ·軽量化が困難であ るという課題が依然残っていた。

また常時商用給電方式とは別の方式として、 常時ィンバ一タ給電方 式も実用化されている。 この方式は、 定常時は商用電源を直流に変換 しこの直流をィンバ一タ回路によって再度交流にして負荷機器に電源 を供給すると共に、 充電回路により電池を充電するものである。 そし て、 停電時には電池を電源と してィンバータ回路を動作させ負荷機器 に電源を供給するものである。 この方式では、 インバ一タ回路を介し て負荷に電源を供給するため商用電源が変動しても常に ± 3 %の範囲 の略一定電圧を負荷機器に供給することができ、 また機械的な切替え 回路がないため停電時にも無瞬断で負荷機器に供給することができ、 さらに大型のトランスも不要となるので、 先の常時商用給電方式にお ける課題は有していなかった。

しかし、 一方、 省電力化という面に目を向けてみると、 内部の回路 が常に動作している常時ィンバータ給電方式は、 先の 2種類の常時商 用給電方式に比べると、 消費電力が多く、 明らかに劣っていた。 無停電電源装置は、 それに接続されているコンピュータ等の負荷機 器の電源供給を保護するという概念で設計 ·開発されており、 常時ィ ンバ一タ給電方式の無停電電源装置本体の省電力化という観点では、 A Cから D Cに変えるコンバ一ターや D Cから A Cに変えるインバー タの効率を改善するという考え方のみが存在していた。 その一つの方 法として、 負荷機器の入力許容電圧範囲内でィンバータ電圧を変化さ せて、 負荷機器のもっとも効率がよく消費電力が少なくなる電圧 判 定し、 その判定電圧にィンバ一タ出力電圧を固定し運転させる省エネ ルギー型の無停電電源装置が提案されていた。

しかし、従来の常時ィンバ一タ給電方式による無停電電源装置では、 無停電電源装置全体の省電力化や、 さらには無停電電源装置に接続さ れているコンピュータなどの負荷機器とその負荷機器に付属している プリンタ一、 ディスプレイ等の周辺機器とを含めたトータルシステム としての省電力化はほとんど考えられていなかった。 このため、 トー タルシステムと しては無駄に電力が消費されており、 この改善が課題 となっていた。

本発明は、 上記従来の課題を解決するものであり、 常時インバータ 給電方式による無停電電源装置全体の省電力化、 及び無停電電源装置 とそれに接続されたコンピュータ等の負荷機器や負荷機器に付属して いる周辺機器をも含めたトータルシステムと しての省電力化を計るこ とを目的とするものである。

発明の開示

前記目的を達成するために本発明の無停電電源装置は、 商用電源を 装置に供給する電源入力手段と、 前記電源入力手段の交流出力を直流 出力に変換する ACZDCコンバータと、 内蔵した二次電池と、 前記 二次電池を充電する充電回路と、 前記 AC ZD Cコンバータもしくは 前記二次電池からの直流出力を交流出力に変換する D CZ ACインバ ータと、 装置の各種制御を行う制御回路とを備え、 停電時に前記二次 電池から電源を供給して接続された負荷機器への電源供給を正常に保 つ常時ィンバータ給電方式の無停電電源装置であって、 前記電源入力 手段からの交流出力を前記制御回路に伝達する電源回路と、 前記電源 入力手段と接続されたスィツチ aと、 電源供給経路を変更するスィッ チ bと、 負荷機器に流れる電流値を測定する負荷電流検出回路とを備 え、 前記負荷電流検出回路からの出力により前記制御回路が前記スィ ツチ a · スィッチ bを切り換えるものである。

この構成によれば、 負荷電流検出回路による電流検出値が規定値以 下となった際に、 スィ ッチ aは開放して、 電源入力手段と前記スイツ チ bとを直接接続し、 ACZDCコンバータ、 二次電池、 充電回路、 DCZACインバ一タで構成される無停電電源装置主回路への電源供 給を休止して、 負荷電流検出回路による電流検出値が規定値以上とな つた際に、無停電電源装置主回路への電源供給を開始することができ、 従来の常時ィンバータ給電方式の無停電電源装置に比べて、 装置単体 のみならず、 トータルシステムとしての省電力化を図ることができる。 また本発明は、 商用電源を装置に供給する電源入力手段と、 前記電 源入力手段の交流出力を直流出力に変換する A CZD Cコンバータと、 内蔵した二次電池と、 前記二次電池を充電する充電回路と、 前記 AC ZDCコンバータもしくは前記二次電池からの直流出力を交流出力に 変換する DC/ ACィンバータと、 装置の各種制御を行う制御回路と を備え、 停電時に前記二次電池から電源を供給して接続された負荷機 器への電源供給を正常に保ち、 運転時間の設定が可能な常時ィンバー タ給電方式の無停電電源装置であって、 前記電源入力手段からの交流 出力を前記制御回路に伝達する電源回路と、 前記電源入力手段と接続 されたスィツチ a と、 電源供給経路を変更するスィツチ b とを備え、 運転時間外には前記制御回路が前記スィッチ a · スィッチ bを開放位 置に切り換えるものである。

この構成によれば、 運転時間外には無停電電源装置主回路への給電 を完全に休止して、 また負荷電流検出回路による電流検出値が規定値 以下となった際に、 スィッチ aは開放して、 電源入力手段と前記スィ ツチ b とを直接接続し、 A C Z D Cコンバータ、 二次電池、 充電回路、 D C Z A Cインバータで構成される無停電電源装置主回路への電源供 給を休止して、 負荷電流検出回路による電流検出値が規定値以上とな つた際に、無停電電源装置主回路への電源供給を開始することができ、 従来の常時ィンバータ給電方式の無停電電源装置に比べて、 装置単体 のみならず、 ト一タルシステムと しての省電力化をさらに図ることが できる。

さらにまた本発明は、 商用電源を装置に供給する電源入力手段と、 前記電源入力手段の交流出力を直流出力に変換する A C Z D Cコンパ ータと、 内蔵した二次電池と、 前記二次電池を充電する充電回路と、 前記 A C Z D Cコンバータもしくは前記二次電池からの直流出力を交 流出力に変換する D C Z A Cィンバータと、 装置の各種制御を行う制 御回路とを備え、 停電時に前記二次電池から電源を供給して接続され た負荷機器への電源供給を正常に保つ常時ィンバータ給電方式の無停 電電源装置であって、 前記制御回路は、 負荷機器への給電状況と同期 させて負荷機器に付属している周辺機器への電源供給を制御する制御 出力端子を備えたものである。

これにより、 無停電電源装置で電源保護しているコンピュータ等の 負荷機器が省エネモード （亀源入力手段と負荷機器とがスィツチ bを 通じて直結している状態） にある力、 スィッチ bを開放状態として負 荷機器への給電休止モードにある場合には、 プリンタやディスプレイ 等の負荷機器に付属している周辺機器への電源供給を休止させること ができ、 さらにトータルシステムとしての省電力化を図ることができ る。

図面の簡単な説明

図 1は、 本発明に係わる無停電電源装置を示すブロック図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明を実施するための最良の形態について、 図 1を用いて 詳細に説明する。

(実施の形態 1 )

電源入力手段 1から交流入力 （ョ本 ·北米では 1 0 0 V、 欧州など は 2 2 0 Vなど） され、 一つは電源回路 3に入る。 この電源回路 3は、 スィツチ a 2を経由せずに電源入力手段 1 と接続されており、 無停電 電源装置の動作モードとは関係なく電源を制御回路 9に供給している。 また電源入力手段 1は通常の無停電電源装置動作状態では、 スィ ッチ a 2が短絡状態で、 スィッチ b 1 2が a接点と接続されている。 その ため、 電源入力手段 1から入力された交流電圧が A C Z D Cコンバ一 タ 4で直流電圧に変換され、 さらに D C Z A Cィンバータ 8で交流に 戻され、 負荷電流検出回路 1 3を経由して出力 A 1 4よりコンビュ一 タ等の負荷機器に出力される。 一方、 スィッチ a 2を経由した入力は さらに A C Z D Cコンバータ 4、 充電回路 5を経由して、 二次電池 6 を充電する。 点線で囲んだ部分は、 本発明においては無停電電源装置 主回路 2 0として動作し、 万一商用電源の入力が停電等により無くな つても、 二次電池 6に蓄えられた電気が逆流防止用ダイォ一ド 7を経 由して D C / A Cインバータ 8に供給され、 出力 A 1 4からコンビュ ータ等の負荷機器への出力は一定に保つことができるものである。 そ して表示手段 1 1は、 制御回路 9からの出力を受け、 二次電池 6の劣 化状態や、 負荷機器へ出力しているのが交流入力、 二次電池 6のどち らからの出力であるか等を表示している。

本発明では、 負荷電流検出回路 1 3にて常に出力 A 1 4に接続され ている負荷機器に流れる電流値を測定し、 ある規定値より下になつた ときに制御回路 9からの出力によりスィッチ a 2を開放にし、 スィッ チ b 1 2を b接点との接続に切り換え、 無停電電源装置主回路 2 0へ の電源供給を力ッ トするとともに、 電源入力手段 1 を負荷電流検出回 路 1 3、 出力 A 1 4を通じて、 直接負荷機器に接続するものである。 負荷電流検出回路 1 3の感度設定は、 負荷機器の種類に応じて負荷機 器側から変えられるようになっている。 また負荷電流検出回路 1 3に よる測定値が規定値を越えるとスィツチ a 2を短絡し、 スィ ッチ！） 1 2を a接点との接続に戻し無停電電源装置の通常の動作を行うもので ある。 本発明では無停電電源装置主回路 2 0 (図 1 の点線で囲んだ部 分） の入力部と出力部とにスィツチを設け明確にこの無停電電源装置 2 0への電源供給を O N - O F Fしたが、 回路構成上これ程明確にな らなくても、 一部の回路の動作を停止させるようにスィツチを配置し た場合も本発明に含まれることは言うまでもない。 なお、 電源入力手 段 1を負荷電流検出回路 1 3、 出力 A 1 4を通じて、 直接負荷機器に 接続している際に、 停電等起こると、 制御回路 9への給電も停止する 力 制御回路 9内部にはノィズ除去用の電解コンデンサが通常備わつ ているので、 その電力を利用してスィッチ a 2及びスィツチ b 1 2を 制御して無停電電源装置を動作させ負荷機器への給電を行い、 かつ表 示手段 1 1 によりその情報を表示するようにしても良い。

なお、 電源入力手段 1 と負荷機器とを直接接続すると、 商用電源の 変動に左右されやすいという側面はあるが、 この直接接続している際 には、 負荷機器はほとんど動作していないため、 実用上はほとんど問 題とはならない。

(実施の形態 2 )

他の実施の形態を示す。基本構成は実施の形態 1 と同様であるため、 相違する点だけを説明する。本実施の形態における無停電電源装置は、 負荷機器の使用時間が予め判明している場合を想定している。例えば、

F A ( F A C T O R Y A U T O M A T I O N ) に用いている場合等 は、 土日と平ョの数時間は確実に負荷機器を未使用であると判明して いるので、 このよ うな使用に際しての省電力化を考慮に入れている。 本実施の形態において、 負荷電流検出回路 1 3は必ずしも必要ではな く、 実施の形態 1で説明した内容の制御も合わせて行う場合のみ必要 となる。

制御回路 9には、 あらかじめユーザーにより、 無停電電源装置の運 転時間の設定がされている。 これは、 負荷機器の未使用時間に相当す る。 制御回路 9では、 負荷機器を使用しない場合、 スィ ッチ a 2を開 放するとともに、 スィ ッチ b 1 2を C接点に接続 （何も接続しない開 放状態） することにより、 電力を最大限節約する。 また、 負荷機器を 再度動作させる場合も、 無停電電源装置主回路 2 0が確実に安定とな -.

9 るのに必要な時間等を考慮して、 動作再開時間の少し前に前述のスィ ツチ a 2とスィ ッチ b 1 2を無停電電源装置主回路 2 0が動作する位 置に戻せば良い。 '

一例として I K V Aタイプにおける省電力度合いを示す。 従来は有 負荷 ·無負荷運転とも 4 0 WZ時間程度の電力消費であり、 今回の改 善では有負荷運転では同様の 4 0 WZ時間、 無負荷運転では 2 0 W/ 時間程度の電力消費とすることができた。 これを毎週二日間は一日中 稼働せず、 残りの五日間は八時間稼働しないと想定すると、 年間非稼 働時間は 1 0 4 X 2 4時間 + 2 6 1 日 X 8時間 = 4 5 8 4時間とな り、 年間の消費電力削減量は、 （4 0— 2 0 ) W/時間 X 4 5 8 4時 間 = 9 1 6 8 0 W Hとなる。 このように、 本発明によると、 顕著な省 電力効果を得ることができる。

本実施の形態においても実施の形態 1 と同様に回路構成上、 図 1の ように無停電電源装置主回路 2 0を全て O N · O F Fする構成と した 力 部分的に電力を大きく消費している部分を O F Fするようにして も良いことはいうまでもない。

(実施の形態 3 )

他の実施の形態を示す。基本構成は実施の形態 1 と同様であるため、 相違する点だけを説明する。 本実施の形態では、 実施の形態 1 もしく は実施の形態 2に記載の機能と同等の機能を有しており、 負荷機器が 未使用時等には、 省エネモード （電源入力手段と負荷機器とがスイツ チ bを通じて直結している状態） か、 スィッチ bを開放状態とした負 荷機器への給電休止モードにしている。 そして、 これらのモー ドの際 には、 周辺機器への電力供給を同期させて休止するための制御出力端 子を備えており、 この端子からスィ ッチ c 1 0を制御することが可能 となる。 すなわち、 無停電電源装置が上記いずれかのモー ドの時にス イッチ c 1 0は開放状態となり、 無停電電源装置で電源保護すること が不要なために別電源となっている周辺機器 （例えばプリンタ一ゃデ イスプレイなど） に対する電源供給も無停電電源装置の制御により休 止させることが可能となる。 これによつて、 さらにトータルシステム として、 省電力化できるものである。 また万一周辺機器の電源を切り 忘れた場合でも自動的にオフとして電力を節約することができるとい う効果も奏するものである。

機器の中には、 コンピュータやサーバ一等の電源が安定していない といけない負荷機器と、 それらに接続しているプリンタ一やディスプ レイなど比較的電源が安定していなくても良い負荷機器に付属してい る周辺機器があるが、 本発明によるとこれらのトータルシステムとし て電力を節約することが可能となる。

本発明において、 D C Z A Cインバータより出力される波形は、 正 弦波や矩形波が主に考えられる。 矩形波を用いる場合は、 スィ ッチン グ電源を使用しているコンピュータ ·ディスプレイ · ハードディスク 等に対して用いることができる。 正弦波を用いる場合は、 矩形波のよ うな制約は少なく、 モータ等で一部使用できないものも存在するが、 負荷機器の種類はほとんど制約されない。

本発明の無停電電源装置の適用範囲は幅広く、 上述のようなコンビ ユータ管理、コンピュータネッ トワーク管理のみならず、ゲ一ト開閉 ' エレベータ ·火災警報 · 照明 · 空調等のビル管理、 監視カメラ ·監視 ビデオ .集中管理等のセキュリティ管理、 各種工作機械 · ロボッ ト等 の F A、オンライン '無人貸出機等の金融システム、スーパーの販売 · 在庫管理等の P O S Sシステム、 出張 .現金出納 '勤怠 . 人事等の各 種管理システム、 券売機 ·検札システム等の様々なシステムの電源保 護に適用することができる。 産業上の利用可能性

以上のように本発明の無停電電源装置によれば、 通常の無停電電源 装置使用状態と、 省エネモードと、 給電休止モードとを使い分けるこ とで負荷機器と無停電電源装置とのトータルシステムとしての省電力 化を図ることができるという優れた効果を有する。

また本発明の無停電電源装置によれば、 周辺機器への給電制御を行 う制御出力端子を制御回路に設けたので、 無停電電源装置と無停電電 源装置に接続されている負荷機器とその負荷機器に付属している周辺 機器までを含めたトータルシステムと しての省電力化を図ることがで きるという優れた効果を有する。 '

Claims

請求の範囲

1 . 商用電源を装置に供給する電源入力手段と 、 前記電 源入力手段の交流出力を直流出力に変換する A C Z D C コ ン バータ と 、 内蔵した二次電池と 、 前記二次電池を充電する充 電回路と 、 前記 A C Z D C コ ンバータ も しく は前記二次電池 か らの直流出力を交流出力に変換する D C A Cイ ンバ一タ と、 装置の各種制御を行う制御回路と を備え、 停電時に前記 二次電池から電源を供給して接続された負荷機器への電源供 給を正常に保つ常時イ ンバ一タ給電方式の無停電電源装置で あってヽ

前記電源入力手段からの交流出力を前記制御回路に伝達す る電源回路と、前記電源入力手段と接続されたスィ ツチ a と、 電源供給経路を変更するスィ ッチ b と 、 負荷機器に流れる電 流値を測定する負荷電流検出回路と を備え、 前記負荷電流検 出回路からの出力によ り 前記制御回路が前記スィ ツチ a · ス イ ッチ b を切 り換える こ と を特徴とする無停電電源装置。

2 . 負荷電流検出回路によ る電流検出値が規定値以下と なった際に、 スィ ッチ a は開放して、 電源入力手段と前記ス イ ッチ b と を直接接続する こ と を特徴とする請求項 1 記載の 無停電電源装置。

3 . 負荷電流検出回路による電流検出値が規定値以下と なった際に、 A C Z D C コ ンバータ、 二次電池、 充電回路、 D C / A Cィ ンバ一タで構成される無停電電源装置主回路へ の電源供給を休止する こ と を特徴とする請求項 1 記載の無停 電電源装置。

4 . 負荷電流検出回路による電流検出値が規定値以上と なった際に、 無停電電源装置主回路への電源供給を開始する こ と を特徴とする請求項 1 記載の無停電電源装置。

5 . 制御回路からのスィ ッチ a と スィ ッチ b への出力 と 同期 して制御する制御出力端子を前記制御回路に備えたこ と を特徴とする請求項 1 記載の無停電電源装置。

6. 商用電源を装置に供給する電源入力手段と 、 前記電 源入力手段の交流出力を直流出力に変換する A CZD Cコ ン バータ と 、 内蔵した二次電池と 、 前記二次電池を充電する充 電回路と 、 前記 A CZD Cコ ンバータ も しく は前記二次電池 からの直流出力を交流出力に変換する D CZA Cイ ンバータ と 、 装置の各種制御を行う制御回路と を備え、 停電時に前記 二次電池から電源を供給して接続された負荷機器への電源供 給を正常に保ち、 運転時間の設定が可能な常時イ ンバータ給 電方式の無停電電源装置であって、

前記電源入力手段からの交流出力を前記制御回路に伝達す る電源回路と、前記電源入力手段と接続されたスィ ツチ a と 、 電源供給経路を変更するスィ ッチ b と を備え、 運転時間外に は前記制御回路が前記スィ ッチ a ， スィ ッチ b を開放位置に 切 り換える こ と を特徴とする無停電電源装置。

7 . 負荷電流検出回路と接続されたスィ ッチ b は、 A C /D Cコ ンバータ、 二次電池、 充電回路、 D C/A Cイ ンノく ータで構成される無停電電源装置主回路と接続され、 または 電源入力手段と直接接続され、 または開放される こ と を特徴 とする請求項 6記載の無停電電源装置。

8 . 負荷機器に流れる電流値を測定する負荷電流検出回 路を備え、 前記負荷電流'検出回路によ る電流検出値が規定値 以下と なった際に、 スィ ッチ a は開放して、 電源入力手段と 前記スィ ツチ b と を直接接続する こ と を特徴とする請求項 6 記載の無停電電源装置。

9 . 負荷機器に流れる電流値を測定する負荷電流検出回 路を備え、 前記負荷電流検出回路による電流検出値が規定値 以下と なった際に、 A CZ D C コンバータ、 二次電池、 充電 回路、 D C A Cイ ンバータで構成される無停電電源装置主 回路への電源供給を休止する こ と を特徴とする請求項 6記載 の無停電電源装置。

1 0 . 負荷機器に流れる電流値を測定する負荷電流検出 回路を備え、 前記負荷電流検出回路による電流検出値が規定 値以上と なった際に、 A C Z D C コ ンバータ、 二次電池、 充 電回路、 D C Z A Cィ ンバータで構成される無停電電源装置 主回路への電源供給を開始する こ と を特徴とする請求項 6記 載の無停電電源装置。

1 1 . 制御回路からのスィ ッチ a と スィ ッチ b への出力 と 同期 して制御する制御出力端子を前記制御回路に備えたこ と を特徴とする請求項 6記載の無停電電源装置。

1 2 . 商用電源を装置に供給する電源入力手段と 、 前記 電源入力手段の交流出力を直流出力に変換する A C / D C コ ンバータ と、 内蔵した二次電池と 、 前記二次電池を充電する 充電回路と、 前記 A C ZD C コ ンバータ も しく は前記二次電 池からの直流出力を交流出力に変換する D C / A Cイ ンバー タ と 、 装置の各種制御を行 う制御回路と を備え、 停電時に前 記二次電池から電源を供給して接続された負荷機器への電源 供給を正常に保つ常時イ ンバータ給電方式の無停電電源装置 であって、

前記制御回路は、 負荷機器への給電状況と 同期させて負荷 機器に付属している周辺機器への電源供給を制御する制御出 力端子を備えたこ と を特徴とする無停電電源装置。