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不间断电源装置的制作方法

时间:2022-06-26 23:43 点击次数:
  而且,根据实施方式1的不间断电源装置1,采用了在关断晶闸管15a、15b时,对各晶闸管的栅极施加负的电压的构成,从而能够将晶闸管为关断状态时的栅极-阴极间电压v
如以上说明那样,根据实施方式2的不间断电源装置1,除了实施方式1的作用效果之外,还能够在旁路供电模式的执行中,基于流经半导体开关15的电流的检测值以及构成半导体开关15的晶闸管15a、15b的栅极-阴极间电压v
12.本发明为了解决上述这样的课题而完成,其目的在于提供能够提高从旁路供电向逆变器供电切换时的输出的可靠性的不间断电源装置。
[0125]
(+v1)比阈值电压vref高,因此比较器40输出h电平的信号。另一方面,在晶闸管15b为关断状态时,由于晶闸管15b的栅极-阴极间电压v

20.图4是用于说明半导体开关未被完全关断时的电力的流动的图。
[0065]
[0123]

[0099]
[0082]
gc
28.图11是说明实施方式2的不间断电源装置的动作的图。
低于阈值电压vref(0v)(时刻t3),则状态检测器32的输出信号ts由h电平转变为l电平。
[0047]
gc
[0122]
,状态检测器32的输出信号ts,xor电路34的输出信号det1,接触器14的开启指令(闭指令),比较器54的输出信号,xor电路56的输出信号det2,以及or电路58的输出信号det3的波形。
gc
半导体开关15为具有彼此反并联连接的一对晶闸管的晶闸管开关,连接于交流输入端子t1与交流输出端子t2之间。半导体开关15由控制装置18控制,在旁路供电模式时开启,在逆变器供电模式时关断。半导体开关15对应于“第一开关”的一实施例。
时刻t4以后,or电路58的输出信号det3维持为h电平。在该情况下,ups控制部36判
成为正的电压(+v1)。
即使在时刻t1之后的时刻t2切断栅极信号gs,开启状态也持续至流经晶闸管15b的阳极-阴极之间的电流成为保持电流以下。在切断栅极信号gs之后,栅极-阴极间电压v
[0044]
gc
在晶闸管15b为关断状态时,栅极-阴极间电压v
图9是说明实施方式1的不间断电源装置1的动作的图。在图9中示出了栅极信号gs,晶闸管15a、15b的栅极-阴极间电压v
在图8b中示出了由图8a的栅极电路300生成的晶闸管15b的栅极-阴极间电压v
gc
22.图6是表示图5所示的栅极电路以及状态检测器的构成的电路框图。
gc
成为接地电压(0v)。
gc
[0070]
另外,在上述的实施方式1、2中,说明了在商用交流电源21以及负载22之间连接有单个的不间断电源装置1的构成例,但如图12所示,在多个不间断电源装置1相对于负载22以并联的方式连接的构成例中也能够应用本实施方式。
gc
gc
具体实施方式
3.在上述不间断电源装置中,在从交流电源正常地供给交流电的通常时,使用转换器以及逆变器。在停止供给来自交流电源的交流电的停电时,使用逆变器继续供电。这种供电方式也被称作逆变器始终供电方式。逆变器始终供电方式不管是在交流电源正常时还是停电时都经由直流链路从逆变器向负载供电,因此无论输入电源的品质如何都容易确保输出的电源品质,因此,向负载供电的供电稳定性优异。另一方面,逆变器始终供电方式由于在通常时能量经过转换器以及逆变器,因此产生电力损失,运转效率的提高成为课题。
[0056]
10.然而,构成半导体开关的晶闸管在栅极信号被切断后,也为开启状态直至流经晶闸管的电流成为规定值(保持电流)以下。因此,即使在检测出交流电源的电压降低时切断栅极信号,根据切断栅极信号的定时,也有可能发生半导体开关不立即关断,不间断电源装置的交流输出端子与交流输入端子经由半导体开关电连接的状态持续的情况。或者即使在发生了晶闸管未正常地关断的故障的情况下,也有可能出现相同的现象。
[0051]
背景技术:
[0104]
26.图9是说明实施方式1的不间断电源装置的动作的图。

的脉动影响地,准确地检测晶闸管15b的状态。
[0039]
,状态检测器32的输出信号ts,xor电路34的输出信号det1,以及接触器14的开启指令(闭指令)的波形。
11.在该情况下,与从交流电源供给交流输入端子的交流电压相比,从逆变器向交流输出端子输出的交流电压相对变高,因此从逆变器输出的交流电流的一部分可能经由晶闸管开关流入交流输入端子。其结果,存在导致发生供给负载的电压降低或者停电的隐患。因
二极管d2连接于二次绕组31b的第一端子以及npn晶体管tr1的集电极之间。二极管d3以及电容器c2分别连接于二次绕组31b的第一端子以及中点之间。二极管d4连接于二次绕组31b的第二端子以及pnp晶体管tr2的集电极之间。二极管d5以及电容器c3分别连接于二次绕组31b的第二端子以及中点之间。
状态检测器32检测晶闸管15a、15b各自的栅极-阴极间电压v
图7是用于说明状态检测器32的动作的图。图7中示出了晶闸管15b的栅极-阴极间电压v
gc
如图9所示,在时刻t1若接收h电平的栅极信号gs而晶闸管15a、15b均开启,则开始旁路供电模式。接触器14被关断。时刻t1以后,由于晶闸管15a、15b各自的栅极-阴极间电压v
[0071]
[0046]
在图8a中作为比较例,示出了通常的栅极电路300的构成。比较例的栅极电路300具有输入端子300a、300b,二极管d6、d7,电阻r3,以及电容器c4。输入端子300b连接于接地布线gnd。二极管d7、电阻r3以及电容器c4分别连接于输入端子300a以及输入端子300b之间。
7.专利文献1:美国专利第7372177号说明书
[0061]
电容器4以及电抗器5构成低通滤波器,使商用频率的交流电从商用交流电源21通过转换器6,并防止由转换器6产生的开关频率的信号通过商用交流电源21。
[0037]
[0090]
此,为了提高不间断电源装置的输出的可靠性,需求确认从旁路供电向逆变器供电的切换是否不存在问题(即,晶闸管是否被正常地关断)。
图4是用于说明半导体开关15未被完全关断时的电力的流动的图。在半导体开关15未被完全关断的状态下接触器14被开启时,如图4中箭头所示,由逆变器10生成的三相交流电经由半导体开关15返回交流输入端子t1。由于逆变器10的输出电流的一部分经由半导体开关15被导向交流输入端子t1,从而可能发生供给负载22的电压降低或者停电。其结果,在负载22中产生电力不足,存在无法驱动负载22的隐患。
的脉动,可能误检测晶闸管15b的状态。
(-v2)比阈值电压vref低,因此比较器40输出l电平的信号。
由于在旁路供电模式时发生商用交流电源21的电压降低或者停电,因此即使在时刻t2切断栅极信号gs,在有电流流动的晶闸管中,电流也继续流动。此时的晶闸管的栅极-阴极间电压v
电阻r1连接于npn晶体管tr1以及pnp晶体管tr2的连接点与晶闸管15b的栅极之间。电阻r2连接于npn晶体管tr1以及pnp晶体管tr2的连接点与二次绕组31b的中点之间。
19.图3是用于说明商用交流电源的电压发生降低时的电力的流动的图。
[0041]
gc
逆变器10的输出节点连接于电抗器12的一方端子,电抗器12的另一方端子(节点n2)经由接触器14连接于交流输出端子t2。电容器13连接于节点n2。
与阈值电压vref(0v)进行比较。在晶闸管15a为开启状态时,由于晶闸管15a的栅极-阴极间电压v
图1是表示实施方式1的不间断电源装置的构成的电路框图。不间断电源装置1将来自商用交流电源21的三相交流电暂时转换为直流电,并将该直流电转换为三相交流电供给负载22。在图1中,为了简化附图以及说明,仅示出了三相(u相、v相、w相)中的一相所对应的部分的电路。
[0089]
8.发明所要解决的课题
gc
[0086]
若在旁路供电模式时发生商用交流电源21的电压降低或者停电,则ups控制部36切断半导体开关15的栅极信号gs。而且,ups控制部36在栅极信号gs被切断的状态下,从xor电路34赋予的信号det1为l电平时,判定晶闸管15a、15b均为关断状态,半导体开关15被关断。在该情况下,ups控制部36通过开启接触器14,将不间断电源装置1切换为逆变器供电模式。由于半导体开关15被关断,因此如图3所示,由逆变器10生成的交流电供给负载22。
[0116]
在接地电压(0v)附近脉动。因此,在将阈值电压vref设定为接地电压(0v),并对栅极-阴极间电压v
在旁路供电模式中若发生商用交流电源21的电压降低或者停电,则不间断电源装置1切换为逆变器供电模式。若选择逆变器供电模式,则半导体开关15被关断,并且接触器14被开启。逆变器供电模式对应于“第二供电模式”。
在晶闸管15b为开启状态时,由于晶闸管15b的栅极-阴极间电压v
控制装置18基于交流输入电压vi、直流电压vdc、电池电压vb、以及交流输出电压vo等控制不间断电源装置1整体。即,控制装置18基于交流输入电压vi的检测值,判定有无发生商用交流电源21的电压降低以及停电,并且与交流输入电压vi的相位同步地控制转换器6以及逆变器10。
控制装置18例如能够由微计算机等构成。作为一例,控制装置18内置未图示的存储器以及cpu(central processing unit),能够通过基于由cpu执行在存储器中预先储存的程序的软件处理,执行后述的控制动作。或者也可以由软件处理取代该控制动作的一部分或者全部,通过使用了内置的专用电子电路等的硬件处理来实现。
相当于pn结的电压下降(约0.6v)。若流经阳极-阴极之间的电流成为规定值以下,晶闸管关断,则栅极-阴极间电压v
[0103]
[0060]
式的情况下,即使以关断半导体开关15的方式动作,在半导体开关15未被完全关断时,存在图3所示的电力的流动受到阻碍的可能性。
接下来,对该不间断电源装置1的动作进行说明。在从商用交流电源21供给交流电的通常时,若选择旁路供电模式,则接触器2以及半导体开关15被开启,并且接触器14被关断。图2是用于说明旁路供电模式中的电力的流动的图。在图2中如箭头所示,从商用交流电源21供给的交流电经由半导体开关15供给负载22。负载22由从商用交流电源21供给的交流电驱动。旁路供电模式对应于“第一供电模式”。
与阈值电压vref(0v)进行比较。如图7所示,晶闸管15b为关断状态时的栅极-阴极间电压v
[0101]
逆变器10由控制装置18控制,将从转换器6或者双向斩波器7经由直流线路l1供给的直流电转换为商用频率的交流电而输出。即,逆变器10在通常时将从转换器6经由直流线路l1供给的直流电转换为交流电,在停电时将从电池23经由双向斩波器7供给的直流电转换为交流电。逆变器10的输出电压能够控制为希望的值。
[0105]
(-v2)比阈值电压vref低,因此比较器42输出l电平的信号。
。该栅极-阴极间电压v
[0076]
gc
[0119]
不间断电源装置1还具备电磁接触器(接触器)2、8、14,电容器4、9、13,电抗器5、12,转换器6,双向斩波器7,逆变器10,半导体开关15,以及控制装置18。
若晶闸管一旦被开启,则即使将栅极电流设为0,开启状态也会持续。晶闸管在切断(关断)栅极信号gs的状态下,根据流经阳极-阴极之间的电流成为规定值(保持电流)以下而关断。在晶闸管的栅极-阴极之间有电流流动的期间,产生栅极-阴极间电压v
gc
[0072]
晶闸管基本上由第一p层、第一n层、第二p层、第二n层这四层构成,将第一p层设为阳极(a),将第二n层设为阴极(c),将第二p层设为栅极(g)。晶闸管在以正向电流流经阳极-阴极之间的方式施加了电压的状态下,响应于栅极信号gs通过使栅极电流从栅极向阴极流动而开启。
gc
图3是用于说明发生商用交流电源21的电压降低时的电力的流动的图。如图3中箭头所示,若商用交流电源21的电压发生降低,则电池23的直流电通过双向斩波器7供给逆变器10。逆变器10将来自双向斩波器7的直流电转换为交流电并供给负载22。
[0033]
gc
[0124]
gc
[0062]
gc
,检测半导体开关15未正常地开启的故障。
电流传感器50检测流经半导体开关15的电流。构成半导体开关15的晶闸管15a、15b在被输入栅极信号gs的期间,按照从商用交流电源21供给的交流电压的极性,在交流电压的每半个周期期间交替地成为开启状态。电流传感器50按交流电压的每半个周期期间检测交替地流经晶闸管15a、15b的电流。
[0067]
[0107]
27.图10是表示实施方式2的不间断电源装置的控制装置的构成的框图。
gc
gc
的脉动影响地准确地检测晶闸管15a、15b的状态。其结果,能够提高从旁路供电向逆变器供电切换时的输出的可靠性。
17.图1是表示实施方式1的不间断电源装置的构成的电路框图。
gc
[0040]
为阈值电压vref以上的情况下,判定晶闸管15a为开启状态。另一方面,状态检测器32在栅极-阴极间电压v
这种现象可能由于构成半导体开关15的晶闸管在切断栅极信号之后,在流经晶闸管的电流降低至规定值(保持电流)以下时才被关断而引起。换言之,在栅极信号被切断后,至电流降低至规定值以下为止,晶闸管也为开启状态。因此,在检测出商用交流电源21的电压降低时,即使切断栅极信号,根据切断栅极信号的定时,也有可能发生半导体开关15不被立即关断,交流输出端子t2与交流输入端子t1经由半导体开关15电连接的状态持续的情况。在该状态下,若开启接触器14,则与从商用交流电源21供给交流输入端子t1的交流电压相比,从逆变器10向交流输出端子t2输出的交流电压相对变高,因此从逆变器10输出的交流电流的一部分经由半导体开关15流入交流输入端子t1。
节点n1处出现的交流输入电压vi的瞬时值由控制装置18检测。基于交流输入电压vi的瞬时值,来辨别有无发生商用交流电源21的电压降低以及停电等。
[0108]
1不间断电源装置,2、8、14接触器,4、9、13、c1~c4电容器,5、12电抗器,6转换器,7双向斩波器,10逆变器,15半导体开关,15a、15b晶闸管,18、18a控制装置,21商用交流电源,22负载,23电池,30、300栅极电路,31变压器,32状态检测器,34、56xor电路,36ups控制部,40、42、54比较器,44、58or电路,50电流传感器,52电流检测器,d1~d7二极管,gnd接地布线,gs栅极信号,l1直流线路,r1~r3电阻,t1交流输入端子,t2交流输出端子,t3电池端子,tr1、tr2晶体管。
6.专利文献
(+v1)比阈值电压vref高,因此比较器42输出h电平的信号。另一方面,在晶闸管15a为关断状态时,由于晶闸管15a的栅极-阴极间电压v

gc
18.图2是用于说明旁路供电模式中的电力的流动的图。
[0045]
,来检测半导体开关15已被关断的情况。
对npn晶体管tr1以及pnp晶体管tr2的基极输入栅极信号gs。在栅极信号gs为h电平时,npn晶体管tr1开启,pnp晶体管tr2关断。若npn晶体管tr1开启,则二次绕组31b的第一端子连接于晶闸管15b的晶闸管15b的栅极。由此,晶闸管15b的栅极被施加正的电压(+v1)。
成为正的电压(+v1),因此状态检测器32的输出信号ts成为h电平。由于栅极信号gs为h电平,并且信号ts为h电平,因此时刻t1以后xor电路34的输出信号det1也维持为l电平。
25.图8b是用于说明比较例的栅极电路以及状态检测器的图。
[0054]
[0059]
变压器31具有初级绕组31a以及二次绕组31b。初级绕组31a连接于正侧直流端子30a以及负侧直流端子30b之间。二极管d1以及电容器c1分别连接于正侧直流端子30a以及负侧直流端子30d之间。二次绕组31b的中点连接于晶闸管15b的阴极以及接地布线gnd。
gc
[0109]
[0036]
定在旁路供电模式中发生了半导体开关15未正常地开启的故障。ups控制部36通过将接触器14维持为关断状态,从而不将不间断电源装置1切换为逆变器供电模式。
即,or电路58在对输入晶闸管15a、15b输入(开启)栅极信号gs的状态下,晶闸管15a、15b的至少一方为开启状态并且在半导体开关15中有电流流动时,输出l电平的信号det3。或者or电路58在栅极信号gs被从晶闸管15a、15b切断(关断)的状态下,晶闸管15a、15b均为关断状态并且在半导体开关15中无电流流动时,输出l电平的信号det3。
成为正的电压(0.6~1.5v左右)。接着在时刻t2若切断栅极信号gs,则栅极-阴极间电压v
[0066]
附图标记说明
30.以下,参照附图详细地说明本发明的实施方式。另外,以下,对于图中的相同的部分或者相当的部分标注相同的附图标记,原则上不重复其说明。
[0117]
[0043]
[0073]
4.近年来,作为提高效率的对策,提出了具备旁路供电模式的不间断电源装置(例如参照美国专利第7372177号说明书(专利文献1))。据此,不间断电源装置执行在通常时从交流电源经由作为旁路电路的半导体开关向负载供给交流电的旁路供电。半导体开关使用将一对晶闸管彼此反并联连接而构成的晶闸管开关。
[0111]
即,xor电路56在半导体开关15中有电流流动,并且晶闸管15a、15b的至少一方为开启状态时,输出l电平的信号det2。或者xor电路56在半导体开关15中无电流流动,并且晶闸管15a、15b均为关断状态时,输出l电平的信号det2。
接触器2以及电抗器5以串联的方式连接于交流输入端子t1与转换器6的输入节点之间。电容器4连接于接触器2与电抗器5的输入节点之间的节点n1。接触器2在不间断电源装置1的使用时被开启(导通),例如在不间断电源装置1的维护时关断(切断)。
[0075]
gc
gc
时刻t1以后,由于晶闸管15a、15b在交流电压的每半个周期期间交替地开启,从而电流在半导体开关15中流动。由于比较器54的输出信号成为h电平,因此xor电路56的输出信号det2成为l电平。由于信号det1以及信号det2均为l电平,因此信号det3也成为l电平。
[实施方式2]
设为比阈值电压(0v)低的电压。据此,能够不受栅极-阴极间电压v
[0053]
gc
gc
[0085]
未图示的直流电源的电压v。
[0068]
与此相对,xor电路34在对晶闸管15a、15b输入栅极信号gs的状态下晶闸管15a、15b均为关断状态时,输出h电平的信号det1。或者xor电路34在栅极信号gs被从晶闸管15a、15b切断的状态下晶闸管15a、15b的至少一方为开启状态时,输出h电平的信号det1。xor电路34的输出信号det1被输入usp控制部36。
gc
xor电路56的输出信号det2被输入or电路58的第一输入端子。对or电路58的第二输入端子输入xor电路34的输出信号det1。or电路58在xor电路34的输出信号det1以及xor电路56的输出信号det2的至少一方为h电平时,输出h电平的信号det3。另一方面,在xor电路34的输出信号det1以及xor电路56的输出信号det2均为l电平时,or电路58输出l电平的信号det3。
比较器42对晶闸管15a的栅极-阴极间电压v
图10是表示实施方式2的不间断电源装置1的控制装置18a的构成的框图。参照图10,实施方式2的控制装置18a相对于图5所示的控制装置18,追加了电流传感器50、电流检测器52、比较器54、xor电路56以及or电路58。
[0102]
[0091]
图5是表示图1所示的控制装置18的构成的框图。参照图5,控制装置18具有栅极电路30、状态检测器32、xor(异或)电路34、以及ups控制部36。
gc
[0069]
与此相对,如图7所示,由于本实施方式的栅极电路30构成为晶闸管15b为关断状态时的栅极-阴极间电压v
接触器8在不间断电源装置1的使用时开启,例如在不间断电源装置1以及电池23的维护时关断。出现在电池端子t3的电池23的端子间电压(以下,也称为“电池电压”)vb的瞬时值由控制装置18检测。
这次公开的实施方式在所有方面均为例示,应当认为并非限制性的内容。本发明的范围由权利要求书表示而非上述的说明,意为包含与权利要求书等同的意思以及范围内的所有变更。
[0120]
[0100]
具体而言,xor电路34在信号ts为h电平、并且栅极信号gs为h电平时,或者信号ts为l电平、并且栅极信号gs为l电平时,输出l电平的信号det1。另一方面,xor电路34在信号ts为h电平、并且栅极信号gs为l电平时,或者信号ts为l电平、并且栅极信号gs为h电平时,输出h电平的信号det1。
[0094]
的波形。如图8b所示,在时刻t1若输入栅极信号gs,则晶闸管15b开启,晶闸管15b的栅极-阴极间电压v
在从切断栅极信号gs的时刻(时刻t2)至晶闸管15a、15b关断的时刻(时刻t3)为止的期间,xor电路34的输出信号det1暂时成为h电平。在时刻t3若xor电路34的输出信号det1转变为l电平,则ups控制部36判定晶闸管15a、15b均为关断状态,半导体开关15被关断。ups
与此相对,or电路58在虽然对晶闸管15a、15b输入栅极信号gs,晶闸管15a、15b的至少一方为开启状态,但在半导体开关15中无电流流动时,输出h电平的信号det3。
另一方面,在栅极信号gs为l电平时,npn晶体管tr1关断,pnp晶体管tr2开启。若pnp晶体管tr2开启,则二次绕组31b的第二端子连接于晶闸管15b的栅极。由此,晶闸管15b的栅极被施加负的电压(-v2)。
[0118]
gc
[0114]
双向斩波器7在将直流电储存于电池23的情况下,使直流线路l1的直流电压vdc降压并施加于电池23。此外,双向斩波器7在将电池23的直流电供给逆变器10的情况下,将电池电压vb升压并向直流线路l1输出。直流线路l1连接于逆变器10的输入节点。
然而,在商用交流电源21的电压发生降低时从旁路供电模式切换为逆变器供电模

电抗器12以及电容器13构成低通滤波器,使由逆变器10生成的商用频率的交流电
31.[实施方式1]
[0087]
[0093]
[0083]
npn晶体管tr1以及pnp晶体管tr2以串联的方式电连接于二次绕组31b的第一端子与第二端子之间。二次绕组31b的第一端子电连接于npn晶体管tr1的集电极。二次绕组31b的第二端子电连接于pnp晶体管tr2的集电极。npn晶体管tr1的发射极与pnp晶体管tr2的发射极的连接点电连接于晶闸管15b的栅极。
xor电路56在第一输入端子接收比较器54的输出信号,在第二输入端子接收状态检测器32的输出信号ts。xor电路56运算两个输入信号的异或,并输出表示运算结果的信号det2。具体而言,xor电路56在比较器54的输出信号为h电平、并且信号ts为h电平时,或者比较器54的输出信号为l电平、并且信号ts为l电平时,输出l电平的信号det2。另一方面,xor电路56在比较器54的输出信号为h电平、并且信号ts为l电平时,或者比较器54的输出信号为l电平、并且信号ts为h电平时,输出h电平的信号det2。

,并基于检测到的电压v

[0035]
[0095]
[0074]
状态检测器32具有比较器40、42以及or电路44。比较器40对晶闸管15b的栅极-阴极间电压v
在图1中,不间断电源装置1具备交流输入端子t1、交流输出端子t2、以及电池端子t3。交流输入端子t1从商用交流电源21接收商用频率的交流电。交流输出端子t2连接于负载22。负载22由交流电驱动。电池端子t3连接于电池23。电池23储存直流电。
状态检测器32在晶闸管15a以及晶闸管15b的至少一方为开启状态的情况下,输出h(逻辑高)电平的信号ts。状态检测器32在晶闸管15a以及晶闸管15b均为关断状态的情况下,输出l(逻辑低)电平的信号ts。
[0034]
14.根据本发明的某方面,不间断电源装置连接于交流电源以及负载之间。不间断电源装置具备:第一开关,第一端子接收从交流电源供给的交流电,第二端子连接于负载;逆变器,将直流电转换为交流电;第二开关,第一端子接收从逆变器输出的交流电,第二端子连接于负载;以及控制装置,控制第一开关、第二开关以及逆变器。第一开关包含彼此反并联连接的第一以及第二晶闸管。控制装置构成为通过对第一以及第二晶闸管的栅极施加以阴极为基准的正的电压,从而将第一开关开启。控制装置构成为通过对第一以及第二晶闸管的栅极施加以阴极为基准的负的电压,从而关断第一开关。不间断电源装置具有将第一开关开启并且将第二开关关断,对负载供给来自交流电源的交流电的第一供电模式,以及将第一开关关断并且将第二开关开启,对负载供给从逆变器输出的交流电的第二供电模式。在第一供电模式的执行时检测出交流电源的电压降低时,控制装置对第一以及第二晶闸管的栅极施加负的电压。控制装置在第一以及第二晶闸管的栅极-阴极间电压比接地电压低时,通过开启第二开关,从而将不间断电源装置切换为第二供电模式。
与此相对,在晶闸管15a、15b的至少一方为开启状态,但在半导体开关15中无电流流动时,输出h电平的信号det1。
小于阈值电压vref的情况下,判定晶闸管15a为关断状态。同样,状态检测器32在晶闸管15b的栅极-阴极间电压v
成为负的电压(-v2)。若晶闸管15a、15b的栅极-阴极间电压v
gc
[0112]
[0057]
[0032]
接触器14由控制装置18控制,在向负载22供给由逆变器10生成的交流电的逆变器供电模式时开启,在经由半导体开关15对负载22供给来自商用交流电源21的交流电的旁路供电模式时关断。接触器14对应于“第二开关”的一实施例。
而且,ups控制部36经由通信线20,对于剩余的正常的不间断电源装置1的ups控制部36,输出表示自身的不间断电源装置1的故障的信号err。剩余的正常的不间断电源装置1的ups控制部36若接收信号err,则基于正常的不间断电源装置1的台数,变更(增加)逆变器10的输出电流的目标值即电流指令值。由此,即使在不间断电源装置1发生了故障的情况下,也能够对负载22稳定地供电。
即,xor电路34在对晶闸管15a、15b输入(开启)栅极信号gs的状态下晶闸管15a、15b的至少一方为开启状态时,输出l电平的信号det1。或者xor电路34在栅极信号gs被从晶闸管15a、15b切断(关断)的状态下晶闸管15a、15b均为关断状态时,输出l电平的信号det1。
如图11所示,若在时刻t1接收h电平的栅极信号gs而晶闸管15a、15b均开启,则开始旁路供电模式。接触器14被关断。时刻t1以后,由于晶闸管15a、15b各自的栅极-阴极间电压v
电容器9连接于直流线路l1,使直流线路l1的电压平滑化。直流线路l1处出现的直流电压vdc的瞬时值由控制装置18检测。直流线路l1连接于双向斩波器7的高电压侧节点,双向斩波器7的低电压侧节点经由接触器8连接于电池端子t3。
13.用于解决课题的手段
与此相对,在实施方式1的不间断电源装置1中,由于基于栅极信号gs已被切断的晶闸管15a、15b的栅极-阴极间电压v
[0055]
24.图8a是用于说明比较例的栅极电路以及状态检测器的图。
如以上说明那样,实施方式1的不间断电源装置1构成为,基于栅极信号gs被切断的状态下的、构成半导体开关15的晶闸管15a、15b的栅极-阴极间电压v
的栅极-阴极间电压v
29.图12是说明实施方式的不间断电源装置的应用例的图。
5.现有技术文献
gc
gc
通过交流输出端子t2,并防止由逆变器10产生的开关频率的信号通过交流输出端子t2。
栅极电路30按照从ups控制部36赋予的栅极信号gs,驱动构成半导体开关15的晶闸管。半导体开关15具有彼此反并联连接的一对晶闸管15a、15b。晶闸管15a、15b分别由栅极电路30控制开启关断。
状态检测器32对栅极-阴极间电压v
技术实现要素:
xor电路34在第一输入端子接收状态检测器32的输出信号ts,在第二输入端子接收栅极信号gs。xor电路34运算两个输入信号的异或,并输出表示运算结果的信号det1。
15.发明效果
gc
[0079]
并且控制装置18在通常时以电池电压vb成为希望的参照电压vbr的方式控制双向斩波器7,在商用交流电源21的电压降低或者停电时以直流电压vdc成为希望的参照电压vdcr的方式控制双向斩波器7。

附图说明
并且控制装置18在从商用交流电源21供给交流电的通常时,以直流电压vdc成为希望的参照电压vdcr的方式控制转换为器6,在商用交流电源21的电压降低或者停电时停止转换器6的运转。
gc
21.图5是表示图1所示的控制装置的构成的框图。
[0096]
图6是表示图5所示的栅极电路30以及状态检测器32的构成的电路框图。图6中示出了栅极电路30中的用于驱动晶闸管15b的电路部分。未图示的用于驱动晶闸管15a的电路部分具有与用于驱动晶闸管15b的电路部分相同的构成。
具体而言,控制装置18以将电池电压vb升压并向直流线路l1输出的方式,控制双向斩波器7。控制装置18进而以将从直流线路l1供给的直流电转换为商用频率的三相交流电的方式,控制逆变器10。由此,电池23的直流电转换为商用频率的三相交流电,并经由接触器14供给负载22。控制装置18在电池23的剩余容量达到预先确定的下限值时,停止双向斩波器7以及逆变器10的运转。由此,在电池23中储存有直流电的期间,能够继续负载22的运转。另外,转换器6的运转停止。
转换器6由控制装置18控制,在从商用交流电源21供给交流电的通常时,将三相交流电转换为直流电并向直流线路l1输出。在来自商用交流电源21的交流电的供给被停止的停电时,转换器6的运转被停止。转换器6的输出电压能够控制为希望的值。
小于阈值电压vref的情况下,判定晶闸管15b为关断状态。后述栅极电路30以及状态检测器32的详细构成。
[0113]
gc
[0097]
2.在不间断电源装置中,广泛采用具备将来自交流电源的交流电转换为直流电的转换器、将由转换器生成的直流电或者蓄电装置的直流电转换为交流电并对负载供给的逆变器、以及在交流电源与负载之间与转换器以及逆变器的串联电路并联连接的旁路电路的构成。
[0077]
这里,为了检测半导体开关15已被关断的情况,能够使用对流经半导体开关15的电流进行检测,在电流检测值小于预先设定的阈值电流的情况下,判定半导体开关15已被关断的方法。
在二次绕组31b的第一端子与中点之间产生电压v1。在二次绕组31b的中点与第二端子之间产生电压v2。二次绕组31b的中点的电压(=接地电压(0v))被施加于晶闸管15b的阴极,并且在状态检测器32中被用作阈值电压vref。

[0084]
成为负的电压(-v2)。
[0050]
以及栅极信号gs的波形。在时刻t1若输入栅极信号gs,则晶闸管15b开启,晶闸管15b
双向斩波器7由控制装置18控制,在从商用交流电源21供给交流电的通常时,将由转换器6生成的直流电储存于电池23,在停电时将电池23的直流电经由直流线路l1供给逆变器10。
gc
相当于pn结导致的电压下降(约0.6v左右)。若晶闸管15b关断(时刻t3),则栅极-阴极间电压v
或者,上述的现象在发生半导体开关15固定为开启状态的故障(开启故障)的状态下接触器14被开启时也可能出现。在这种情况下,供给负载22的电压降低(或者停电),因此也存在导致负载22中电力不足的隐患。因此,在从旁路供电模式切换为逆变器供电模式时需要检测半导体开关15是否被完全关断。
与此相对,在图中如虚线所示,在时刻t2以后,晶闸管15b未被正常地关断的情况下,状态检测器32的输出信号ts维持为h电平。因此,xor电路34的输出信号det1在时刻t2以后也被维持为h电平。在该情况下,ups控制部36判定晶闸管15a、15b的至少一方为开启状态,半导体开关15未被关断。ups控制部36通过将接触器14维持为关断状态,从而不将不间断电源装置1切换为逆变器供电模式。
[0121]
or电路44在比较器40的输出信号以及比较器42的输出信号的至少一方为h电平时,输出h电平的信号ts。另一方面,在比较器40的输出信号以及比较器42的输出信号均为l电平时,or电路44输出l电平的信号ts。即,or电路44在晶闸管15a以及晶闸管15b的至少一方为开启状态时,输出h电平的信号ts,在晶闸管15a以及晶闸管15b均为关断状态时,输出l电平的信号ts。
与此相对,在栅极信号gs被切断的状态下从xor电路34赋予的信号det1为h电平时,ups控制部36判定晶闸管15a、15b的至少一方为开启状态,半导体开关15未被关断。在该情况下,ups控制部36判断为发生半导体开关15的开启故障,通过将接触器14维持为关断状态,不将不间断电源装置1切换为逆变器供电模式。并且ups控制部36停止不间断电源装置1的运转。
1.本发明涉及不间断电源装置。
[0052]
[0106]
[0063]
23.图7是用于说明状态检测器的动作的图。
[0092]
gc
9.在具备上述旁路供电模式的不间断电源装置中,为了防止在旁路供电的执行中从交流电源供给的交流电压发生降低的电压降低,或者在发生停电的情况下负载设备的破损、停止运转,需求从旁路供电无瞬时中断地切换为逆变器供电。这需要高速切断半导体开关并且开始逆变器供电。
在图12所示的构成例中,各不间断电源装置1的ups控制部36在旁路供电模式时或者从旁路供电模式向逆变器供电模式的转移时,检测半导体开关15的故障。若在多个不间断电源装置1中的任一个不间断电源装置1中,检测出半导体开关15的故障,则该不间断电源装置1的ups控制部36停止自身的不间断电源装置1的运转,并且通过关断接触器2、14使自身的不间断电源装置1解列。
本实施方式的不间断电源装置1具有用于检测半导体开关15为开启状态还是关断状态的状态检测器。控制装置18构成为,若由该状态检测器检测出半导体开关15被关断,则通过开启接触器14,从旁路供电模式切换为逆变器供电模式。由此,提高了从旁路供电模式向逆变器供电模式切换时的输出的可靠性。
[0081]
[0048]
[0049]
[0110]
为阈值电压vref以上的情况下,判定晶闸管15b为开启状态,在栅极-阴极间电压v
[0078]
[0058]
控制部36通过开启接触器14,从而将不间断电源装置1切换为逆变器供电模式。
gc
电流检测器52对由电流传感器50检测的交流电流的振幅(或者有效值)进行检测。比较器54对电流检测器52的检测值与预先设定的阈值电流iref进行比较。阈值电流iref设定为0a。在电流检测器52的检测值比阈值电流iref大的情况下,比较器54输出h电平的信号。另一方面,在电流检测器52的检测值为阈值电流iref以下的情况下,比较器54输出l电平的信号。即,比较器54在半导体开关15中有电流流动时输出h电平的信号,在半导体开关15中无电流流动时输出l电平的信号。
参照图6,栅极电路30具有直流端子30a、30b、变压器31,二极管d1~d5,电容器c1~c3,晶体管tr1、tr2,以及电阻r1、r2。对正侧直流端子30a以及负侧直流端子30b之间施加
判定各晶闸管为开启状态还是关断状态。状态检测器32具有预先设定的阈值电压vref,在晶闸管15a的栅极-阴极间电压v
这里,设想在旁路供电模式的执行中的时刻t4,在半导体开关15(晶闸管15a、15b)发生断线的情况。在该情况下,由于流向半导体开关15的电流被切断,因此如图中虚线所示,xor电路56的输出信号det2转变为h电平。其结果,or电路58的输出信号det3也转变为h电平。
然而,在该方法中,在发生商用交流电源21的电压降低或者停电时,流经半导体开关15的电流降低的结果,导致在电流检测值低于阈值电流的情况下,尽管半导体开关15为开启状态,也可能误判定为半导体开关15已被关断。此外,在已发生半导体开关15的开启故障的情况下,由于流经半导体开关15的电流降低并低于阈值电流,也可能误判定为半导体开关15已被关断。
[0115]
根据实施方式2的控制装置18a,在旁路供电模式的执行中,能够检测发生了晶闸管15a、15b未正常地开启的故障。图11是说明实施方式2的不间断电源装置1的动作的图。图11中示出了栅极信号gs,晶闸管15a、15b的栅极-阴极间电压v
相当于pn结导致的电压下降(约0.6v左右)。若晶闸管15b关断(时刻t3),则栅极-阴极间电压v
相当于栅极-阴极间的pn结所致的电压下降(约0.6v左右)。
成为负的电压(-v2),因此状态检测器32能够不受栅极-阴极间电压v
根据情况,晶闸管15a、15b分别响应从ups控制部36输入(开启)的栅极信号gs而开启。晶闸管15a、15b在输入栅极信号gs期间,按照从商用交流电源21供给的交流电压的极性,在交流电压的正弦波形中的每半个周期期间交替地成为开启状态。
与阈值电压vref进行比较。阈值电压vref设定为接地电压(0v)。
[0038]
[0042]
gc

与阈值电压vref(0v)进行比较的情况下,由于栅极-阴极间电压v
[0064]
[0080]
[0098]
16.根据本发明,能够提供能够提高从旁路供电向逆变器供电切换时的输出的可靠性的不间断电源装置。
gc
,检测半导体开关15已被关断,因此能够不受流经半导体开关15的电流降低影响地,准确地检测半导体开关15的关断。
成为正的电压(+v1),因此状态检测器32的输出信号ts成为h电平。由于栅极信号gs为h电平,并且信号ts为h电平,因此在时刻t1以后,xor电路34的输出信号det1也维持为l电平。
成为负的电压(-v2),与阈值电压vref(0v)相比较低。因此,状态检测器32能够检测出晶闸管15b为关断状态。
[0088]

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