特許 6266816 無停電システム並びにその制御方法及び制御部

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6266816

(24)【登録日】2018年1月5日

(45)【発行日】2018年1月24日

(54)【発明の名称】無停電システム並びにその制御方法及び制御部

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20180115BHJP

   H02J 9/06 20060101ALI20180115BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 N

   H02J9/06 120

【請求項の数】34

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2017-21128(P2017-21128)

(22)【出願日】2017年2月8日

(65)【公開番号】特開2017-229224(P2017-229224A)

(43)【公開日】2017年12月28日

【審査請求日】2017年2月8日

(31)【優先権主張番号】105119685

(32)【優先日】2016年6月23日

(33)【優先権主張国】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】510002442

【氏名又は名称】台達電子工業股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】Ｄｅｌｔａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000383

【氏名又は名称】特許業務法人 エビス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】陳 殿河

(72)【発明者】

【氏名】林 巧仟

【審査官】 小林 秀和

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−２０５４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１９８２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−００９４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１６４８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０９５９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１４６７１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｊ ９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

商用電源モード及びバッテリーモードを有する無停電システムであって、
商用電源電圧を受けて交流変換電圧を出力する電源変換回路と、
前記商用電源電圧及び前記交流変換電圧を受け、前記商用電源モードにおいて前記商用電源電圧を出力し、前記バッテリーモードにおいて前記交流変換電圧を出力するスイッチ部と、
前記交流変換電圧及び前記商用電源電圧を検出し、前記電源変換回路及び前記スイッチ部を制御する制御部と、を含み、
前記制御部は、
前記商用電源モードにおいて、前記商用電源電圧に応じて三角波ベース信号を生成し、
前記バッテリーモードで動作する場合に商用電源が復帰したと検出すると、商用電源のゼロクロス点において前記三角波ベース信号のクロス値が所定範囲内にあるか否かを判断し、所定範囲内にある場合、前記無停電システムが前記バッテリーモードから前記商用電源モードに切替わるとともに、前記交流変換電圧の出力から前記商用電源電圧の出力へ切替えるように前記スイッチ部を制御することを特徴とする無停電システム。

【請求項2】

前記所定範囲は、前記三角波ベース信号の中央値の上下にある誤差許容範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の無停電システム。

【請求項3】

前記制御部は、
前記商用電源モードにおいて、前記商用電源電圧の立ち上がりのゼロクロス点または前記商用電源電圧の立ち下がりのゼロクロス点を前記三角波ベース信号の中央値とすることにより、前記三角波ベース信号を生成し、
前記商用電源モードから前記バッテリーモードに切替えた場合、前記商用電源電圧と同じ周波数、同じ山の位置及び同じ谷の位置の前記交流変換電圧を出力するように前記電源変換回路を制御することを特徴とする請求項１に記載の無停電システム。

【請求項4】

前記制御部は、
商用電源のゼロクロス点において前記クロス値が前記所定範囲外と判断した場合、前記三角波ベース信号の周波数を調整することを特徴とする請求項１に記載の無停電システム。

【請求項5】

前記三角波ベース信号の立ち下がり且つ前記クロス値が前記所定範囲よりも小さい場合には、前記三角波ベース信号の周波数を減少させることを特徴とする請求項４に記載の無停電システム。

【請求項6】

前記三角波ベース信号の立ち下がり且つ前記クロス値が前記所定範囲よりも大きい場合、または前記三角波ベース信号の立ち上がり且つ前記クロス値が所定範囲外の場合には、前記三角波ベース信号の周波数を増加させることを特徴とする請求項４に記載の無停電システム。

【請求項7】

前記制御部は、
前記商用電源電圧を受けて、前記三角波ベース信号及びスイッチトリガ信号を出力する搬送波制御手段と、
前記交流変換電圧及び前記スイッチトリガ信号を受けて、前記電源変換回路を制御するためのパルス幅変調制御信号と、前記スイッチ部を制御するためのスイッチ制御信号とを出力するパルス制御手段と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の無停電システム。

【請求項8】

前記パルス制御手段は、
前記交流変換電圧を受けて電圧変換制御信号を出力するフィードバック制御ユニットと、
前記三角波ベース信号及び前記電圧変換制御信号を受信して、前記バッテリーモードにおいて前記パルス幅変調制御信号を出力するパルス幅変調ユニットと、を含むことを特徴とする請求項７に記載の無停電システム。

【請求項9】

前記搬送波制御手段は、
前記商用電源電圧を受け、前記商用電源電圧の商用電源のゼロクロス点に応じて商用電源ゼロクロス信号を出力する商用電源検出ユニットと、
前記商用電源ゼロクロス信号を受信して前記三角波ベース信号を出力する搬送波生成ユニットと、
前記三角波ベース信号を受信してサンプリング電圧値を出力する三角波ベース電圧値サンプリングユニットと、
前記商用電源ゼロクロス信号及び前記サンプリング電圧値を受信して、前記スイッチトリガ信号を出力するとともに、商用電源のゼロクロス点において前記クロス値が前記所定範囲内にあるか否かを判断し、判断信号を前記搬送波生成ユニットに出力する判断ユニットと、を含むことを特徴とする請求項７に記載の無停電システム。

【請求項10】

前記搬送波生成ユニットは、
前記判断信号を受信して、周波数調整信号を出力する周波数調整ユニットと、
前記商用電源ゼロクロス信号及び前記周波数調整信号を受信して、前記三角波ベース信号を出力する搬送波カウントリセットユニットと、を含み、
前記無停電システムは、前記バッテリーモードで動作する場合かつ前記商用電源モードに復帰しようとする場合、前記周波数調整ユニットが前記判断信号に応じて前記三角波ベース信号の周波数を調整することを特徴とする請求項９に記載の無停電システム。

【請求項11】

前記パルス制御手段は、
前記スイッチトリガ信号を受信して前記スイッチ制御信号を出力することで、前記スイッチ部を制御するスイッチ制御ユニットをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の無停電システム。

【請求項12】

前記スイッチ制御ユニットは、スイッチ遅延時間テーブルを含み、
前記スイッチ遅延時間テーブルは、前記スイッチ部の種類に応じたスイッチ遅延時間を与え、
前記無停電システムは前記バッテリーモードから前記商用電源モードに復帰しようとする前に、前記スイッチ制御ユニットは、前記スイッチ遅延時間を早めて前記スイッチ部を切替えることを特徴とする請求項１１に記載の無停電システム。

【請求項13】

商用電源モード及びバッテリーモードを有する無停電システムの制御部であって、
商用電源電圧を受けて三角波ベース信号及びスイッチトリガ信号を出力する搬送波制御手段と、
電源変換回路から出力された交流変換電圧及び前記スイッチトリガ信号を受け、前記電源変換回路を制御するためのパルス幅変調制御信号と、スイッチ部を制御するためのスイッチ制御信号とを出力するパルス制御手段と、を含み、
前記制御部は、
前記商用電源モードにおいて、前記商用電源電圧に応じて前記三角波ベース信号を生成し、
前記バッテリーモードで動作する場合に商用電源が復帰したと検出すると、商用電源のゼロクロス点において前記三角波ベース信号のクロス値が所定範囲内にあるか否かを判断し、所定範囲内にある場合に前記交流変換電圧の出力から前記商用電源電圧の出力へ切替えるように前記スイッチ部を制御することを特徴とする無停電システムの制御部。

【請求項14】

前記パルス制御手段は、
前記交流変換電圧を受けて電圧変換制御信号を出力するフィードバック制御ユニットと、
前記三角波ベース信号及び前記電圧変換制御信号を受信して、前記パルス幅変調制御信号を出力するパルス幅変調ユニットと、を含み、
前記パルス幅変調ユニットは、前記バッテリーモードにおいて前記パルス幅変調制御信号を出力することを特徴とする請求項１３に記載の無停電システムの制御部。

【請求項15】

前記所定範囲は、前記三角波ベース信号の中央値の上下にある誤差許容範囲内であることを特徴とする請求項１３に記載の無停電システムの制御部。

【請求項16】

前記制御部は、
前記商用電源モードにおいて、前記商用電源電圧の立ち上がりのゼロクロス点または前記商用電源電圧の立ち下がりのゼロクロス点を前記三角波ベース信号の中央値とすることにより、前記三角波ベース信号を生成し、
前記商用電源モードから前記バッテリーモードに切替えた場合、前記商用電源電圧と同じ周波数、同じ山の位置及び同じ谷の位置の前記交流変換電圧を出力するように前記電源変換回路を制御することを特徴とする請求項１３に記載の無停電システムの制御部。

【請求項17】

前記搬送波制御手段は、
前記商用電源電圧を受け、商用電源ゼロクロス信号を出力する商用電源検出ユニットと、
前記商用電源ゼロクロス信号を受信して前記三角波ベース信号を出力する搬送波生成ユニットと、
前記三角波ベース信号を受信してサンプリング電圧値を出力する三角波ベース電圧値サンプリングユニットと、
前記商用電源ゼロクロス信号及び前記サンプリング電圧値を受信して、前記スイッチトリガ信号を出力するとともに、商用電源のゼロクロス点において前記クロス値が前記所定範囲内にあるか否かを判断し、判断信号を前記搬送波生成ユニットに出力する判断ユニットと、を含むことを特徴とする請求項１３に記載の無停電システムの制御部。

【請求項18】

前記搬送波生成ユニットは、
前記判断信号を受信して、周波数調整信号を出力する周波数調整ユニットと、
前記商用電源ゼロクロス信号及び前記周波数調整信号を受信して、前記三角波ベース信号を出力する搬送波カウントリセットユニットと、を含み、
前記無停電システムは、前記バッテリーモードで動作する場合かつ前記商用電源モードに復帰しようとする場合、前記周波数調整ユニットが前記判断信号に応じて前記三角波ベース信号の周波数を調整することを特徴とする請求項１７に記載の無停電システムの制御部。

【請求項19】

前記制御部は、
前記スイッチトリガ信号を受信して前記スイッチ制御信号を出力することで、前記スイッチ部を制御するスイッチ制御ユニットをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の無停電システムの制御部。

【請求項20】

前記スイッチ制御ユニットは、スイッチ遅延時間テーブルを含み、
前記スイッチ遅延時間テーブルは、前記スイッチ部の種類に応じたスイッチ遅延時間を与え、
前記無停電システムは前記バッテリーモードから前記商用電源モードに復帰しようとする前に、前記スイッチ制御ユニットは、前記スイッチ遅延時間を早めて前記スイッチ部を切替えることを特徴とする請求項１９に記載の無停電システムの制御部。

【請求項21】

前記制御部は、
商用電源のゼロクロス点において前記クロス値が前記所定範囲外と判断した場合、前記三角波ベース信号の周波数を調整することを特徴とする請求項１３に記載の無停電システムの制御部。

【請求項22】

前記三角波ベース信号の立ち下がり且つ前記クロス値が前記所定範囲よりも小さい場合には、前記三角波ベース信号の周波数を減少させることを特徴とする請求項２１に記載の無停電システムの制御部。

【請求項23】

前記三角波ベース信号の立ち下がり且つ前記クロス値が前記所定範囲よりも大きい場合、または前記三角波ベース信号の立ち上がり且つクロス値が所定範囲外の場合には、前記三角波ベース信号の周波数を増加させることを特徴とする請求項２１に記載の無停電システムの制御部。

【請求項24】

無停電システムの制御方法であって、
商用電源モードまたはバッテリーモードで操作可能な無停電システムを提供するステップ（ａ）と、
前記無停電システムが前記商用電源モードにおいて動作する場合に商用電源電圧を受けるステップ（ｂ）と、
前記商用電源電圧に応じて三角波ベース信号を生成するステップ（ｃ）と、
前記商用電源電圧に応じて交流変換電圧を生成するステップ（ｄ）と、
前記無停電システムが前記バッテリーモードにおいて動作する場合に前記交流変換電圧を出力するステップ（ｅ）と、
前記無停電システムが復帰した商用電源電圧を受けるステップ（ｆ）と、
復帰した商用電源電圧がゼロクロス点にある場合、前記三角波ベース信号のクロス値が所定範囲内にあるか否かを判断するステップ（ｇ）と、
前記クロス値が前記所定範囲内にある場合、前記交流変換電圧の出力から復帰した商用電源電圧の出力へ切り替えるステップ（ｈ）と、を含むことを特徴とする無停電システムの制御方法。

【請求項25】

スイッチ遅延時間を有するスイッチ遅延時間テーブルを提供するステップ(ｉ)と、
前記スイッチ遅延時間に基づき、前記無停電システムを前記バッテリーモードから前記商用電源モードへ切り替えるステップ（ｊ）と、をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の無停電システムの制御方法。

【請求項26】

前記商用電源電圧の立ち上がりのゼロクロス点または前記商用電源電圧の立ち下がりのゼロクロス点を前記三角波ベース信号の中央値とすることにより、前記三角波ベース信号を生成するステップをさらに含み、
前記交流変換電圧の周波数、山の位置及び谷の位置は、前記商用電源電圧と同じであることを特徴とする請求項２４に記載の無停電システムの制御方法。

【請求項27】

前記所定範囲は、前記三角波ベース信号の中央値の上下にある誤差許容範囲内であることを特徴とする請求項２４に記載の無停電システムの制御方法。

【請求項28】

商用電源のゼロクロス点において前記クロス値が前記所定範囲外の場合、前記三角波ベース信号の周波数を調整するステップ（ｋ）をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の無停電システムの制御方法。

【請求項29】

前記三角波ベース信号の立ち下がり且つ前記クロス値が前記所定範囲よりも小さい場合には、前記三角波ベース信号の周波数を減少させるステップ（ｋ１）と、
前記三角波ベース信号の立ち下がり且つ前記クロス値が前記所定範囲よりも大きい場合には、前記三角波ベース信号の周波数を増加させるステップ（ｋ２）と、
前記三角波ベース信号の立ち上がり且つ前記クロス値が所定範囲外の場合には、前記三角波ベース信号の周波数を増加させるステップ（ｋ３）と、
をさらに含むことを特徴とする請求項２８に記載の無停電システムの制御方法。

【請求項30】

前記無停電システムを前記商用電源モードまたは前記バッテリーモードに切り替えるためのスイッチ部を提供するステップと、
前記交流変換電圧を生成するための電源変換回路を提供するステップと、
前記三角波ベース信号及びスイッチトリガ信号を出力する搬送波制御手段を提供するステップと、
前記交流変換電圧、前記三角波ベース信号及び前記スイッチトリガ信号を受けるパルス制御手段を提供するステップと、をさらに含み、
前記パルス制御手段は、前記電源変換回路を制御するためのパルス幅変調制御信号と、前記スイッチ部を制御するためのスイッチ制御信号とを出力することを特徴とする請求項２４に記載の無停電システムの制御方法。

【請求項31】

前記パルス制御手段は、
前記交流変換電圧を受けて電圧変換制御信号を出力するフィードバック制御ユニットと、
前記三角波ベース信号及び前記電圧変換制御信号を受信して、前記パルス幅変調制御信号を出力するパルス幅変調ユニットと、を含み、
前記制御方法は、
前記無停電システムが前記バッテリーモードにある場合、前記パルス幅変調ユニットが前記パルス幅変調制御信号を出力するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３０に記載の無停電システムの制御方法。

【請求項32】

スイッチ制御ユニットを提供するステップと、
前記スイッチ制御ユニットが前記スイッチトリガ信号を受信するステップと、
前記スイッチ制御ユニットが前記スイッチ制御信号を出力して前記スイッチ部を制御するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項３０に記載の無停電システムの制御方法。

【請求項33】

前記商用電源電圧を受け、商用電源のゼロクロス点に応じて商用電源ゼロクロス信号を出力する商用電源検出ユニットを提供するステップと、
前記商用電源ゼロクロス信号を受信して前記三角波ベース信号を出力する搬送波生成ユニットを提供するステップと、
前記三角波ベース信号を受信してサンプリング電圧値を出力する三角波ベース電圧値サンプリングユニットを提供するステップと、
前記商用電源ゼロクロス信号及び前記サンプリング電圧値を受信して、前記スイッチトリガ信号を出力するとともに、商用電源のゼロクロス点において前記クロス値が前記所定範囲内にあるか否かを判断し、判断信号を前記搬送波生成ユニットに出力する判断ユニットを提供するステップと、を含むことを特徴とする請求項３０に記載の無停電システムの制御方法。

【請求項34】

前記判断信号を受信して、周波数調整信号を出力する周波数調整ユニットを提供するステップと、
前記商用電源ゼロクロス信号及び前記周波数調整信号を受信して、前記三角波ベース信号を出力する搬送波カウントリセットユニットを提供するステップと、を含み、
前記無停電システムは、前記バッテリーモードで動作する場合かつ前記商用電源モードに復帰しようとする場合、前記周波数調整ユニットが前記判断信号に応じて前記三角波ベース信号の周波数を調整することを特徴とする請求項３３に記載の無停電システムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無停電システム並びにその制御方法及び制御部に関し、特に、矩形波を出力するオフライン方式の無停電システム並びにその制御方法及び制御部に関する。

【背景技術】

【0002】

社会の発展に伴い、電気機器への供給電力の品質に対する要請が高まっている。電気機器の安全性を確保するために、無停電システムが重要視されている。特に、オフライン方式の無停電システムの電源は小型軽量化、低価格のため、幅広く使用されている。

【0003】

図１は、従来のオフライン方式の無停電システム（Ｏｆｆ−ｌｉｎｅ ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ）の回路ブロック図である。このようなオフライン方式の無停電システムは、主に、商用電源電圧Ｖａｃを受けて交流変換電圧Ｖｏを出力する電源変換回路２と、商用電源電圧Ｖａｃ及び交流変換電圧Ｖｏを受けるスイッチ部３と、交流変換電圧Ｖｏ及び商用電源電圧Ｖａｃを検出して、電源変換回路２及びスイッチ部３を制御する制御部４とを含む。電源変換回路２は、充電部２１と、充電部２１に電気的に接続されるバッテリー部２２と、バッテリー部２２に電気的に接続されるＤＣ−ＤＣ変換部２３と、ＤＣ−ＤＣ変換部２３に電気的に接続されるＤＣ−ＡＣ変換部２４とを含む。商用電源電圧Ｖａｃが正常な時に、商用電源電圧Ｖａｃは、スイッチ部３を介して負荷に出力されるとともに、電源変換回路２内におけるバッテリー部２２に充電される。検出点Ｘにおいて商用電源電圧Ｖａｃの中断または商用電源の異常発生が制御部４によって検出されると、電源変換回路２のバッテリー部２２は、ＤＣ−ＤＣ変換部２３及びＤＣ−ＡＣ変換部２４を介して交流変換電圧Ｖｏを出力する。スイッチ部３は、交流変換電圧Ｖｏを負荷に出力する。

【0004】

一般に、このようなオフライン方式の無停電システムから出力された交流変換電圧Ｖｏの波形は、矩形波または正弦波であることも可能であるが、適用やコストを考慮すると、現在矩形波がよく使われている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来のオフライン方式の無停電システムには、次の欠点がある。
１．従来のオフライン方式の無停電システムは、多くの制御の場合に、商用電源電圧Ｖａｃの出力と電源変換回路２との位相ロックをかけて切替えを行う機能を実現できず、切替え中に交流電源の瞬間短絡が発生するリスクがある。
２．スイッチ部３の切替え時と、制御部４が指令を与える時との間に遅延時間がある。制御部４は商用電源のゼロクロス点においてスイッチ部３を切替えようとする場合でも、スイッチ部３が上記の遅延時間で商用電源のゼロクロス点において切替えることができない。これにより、過大な切替えストレスによるスイッチ部３の破損を招きやすい。

【0006】

そこで、位相ロックをかけて切替えを行う機能により、切替え中に交流電源の瞬間短絡発生のリスクを防止するとともに、スイッチ部が商用電源のゼロクロス点において切替えできずに、過大な切替えストレスによるスイッチ部の破損を回避可能な無停電システム並びにその制御方法及び制御部を如何にして設計するかということは、本発明者が克服して解決を求める重要な課題となっている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の問題を克服するために、本発明は商用電源モードまたはバッテリーモードで操作可能な無停電システムを提供する。本発明に係る無停電システムは、電源変換回路と、スイッチ部と、制御部とを含む。前記電源変換回路は、商用電源電圧を受けて交流変換電圧を出力する。前記スイッチ部は、前記商用電源電圧及び前記交流変換電圧を受け、前記商用電源モードにおいて前記商用電源電圧を出力し、前記バッテリーモードにおいて前記交流変換電圧を出力する。前記制御部は、前記交流変換電圧及び前記商用電源電圧を検出し、前記電源変換回路及び前記スイッチ部を制御する。また、前記制御部は、前記商用電源モードにおいて、前記商用電源電圧に応じて三角波ベース信号を生成し、前記バッテリーモードで動作する場合に商用電源が復帰したと検出すると、商用電源のゼロクロス点において前記三角波ベース信号のクロス値が所定範囲内にあるか否かを判断し、所定範囲内にある場合、前記無停電システムが前記バッテリーモードから前記商用電源モードに切替わるとともに、前記交流変換電圧の出力から前記商用電源電圧の出力へ切替えるように前記スイッチ部を制御する。

【0008】

一実施形態において、前記制御部は、商用電源のゼロクロス点において前記クロス値が前記所定範囲外と判断した場合、前記三角波ベース信号の周波数を調整する。また、前記三角波ベース信号の立ち下がり且つ前記クロス値が前記所定範囲よりも小さい場合には、前記三角波ベース信号の周波数を減少させる。また、前記三角波ベース信号の立ち下がり且つ前記クロス値が前記所定範囲よりも大きい場合、または前記三角波ベース信号の立ち上がり且つ前記クロス値が所定範囲外の場合には、前記三角波ベース信号の周波数を増加させる。

【0009】

一実施形態において、前記所定範囲は、前記三角波ベース信号の中央値の上下にある誤差許容範囲内である。前記誤差許容範囲は、三角波ベース信号の山と谷との電圧差の絶対値の１０％である。

【0010】

一実施形態において、前記制御部は、前記商用電源モードにおいて、前記商用電源電圧の立ち上がりのゼロクロス点または前記商用電源電圧の立ち下がりのゼロクロス点を前記三角波ベース信号の中央値とすることにより、前記三角波ベース信号を生成し、前記商用電源モードから前記バッテリーモードに切替えた場合、前記商用電源電圧と同じ周波数、同じ山の位置及び同じ谷の位置の前記交流変換電圧を出力するように前記電源変換回路を制御する。

【0011】

一実施形態において、前記制御部は、搬送波制御手段と、パルス制御手段とを含む。前記搬送波制御手段は、前記商用電源電圧を受けて、前記三角波ベース信号及びスイッチトリガ信号を出力する。前記パルス制御手段は、前記交流変換電圧及び前記スイッチトリガ信号を受けて、前記電源変換回路を制御するためのパルス幅変調制御信号と、前記スイッチ部を制御するためのスイッチ制御信号とを出力する。

【0012】

一実施形態において、前記パルス制御手段は、前記交流変換電圧を受けて電圧変換制御信号を出力するフィードバック制御ユニットと、前記三角波ベース信号及び前記電圧変換制御信号を受信して、前記バッテリーモードにおいて前記パルス幅変調制御信号を出力するパルス幅変調ユニットと、を含む。

【0013】

一実施形態において、前記搬送波制御手段は、商用電源検出ユニットと、搬送波生成ユニットと、三角波ベース電圧値サンプリングユニットと、判断ユニットと、を含む。前記商用電源検出ユニットは、前記商用電源電圧を受け、前記商用電源電圧の商用電源のゼロクロス点に応じて商用電源ゼロクロス信号を出力する。前記搬送波生成ユニットは、前記商用電源ゼロクロス信号を受信して前記三角波ベース信号を出力する。前記三角波ベース電圧値サンプリングユニットは、前記三角波ベース信号を受信してサンプリング電圧値を出力する。前記判断ユニットは、前記商用電源ゼロクロス信号及び前記サンプリング電圧値を受信して、前記スイッチトリガ信号を出力するとともに、商用電源のゼロクロス点において前記クロス値が前記所定範囲内にあるか否かを判断し、判断信号を前記搬送波生成ユニットに出力する。

【0014】

一実施形態において、前記搬送波生成ユニットは、前記判断信号を受信して、周波数調整信号を出力する周波数調整ユニットと、前記商用電源ゼロクロス信号及び前記周波数調整信号を受信して、前記三角波ベース信号を出力する搬送波カウントリセットユニットと、を含む。前記無停電システムは、前記バッテリーモードで動作する場合かつ前記商用電源モードに復帰しようとする場合、前記周波数調整ユニットが前記判断信号に応じて前記三角波ベース信号の周波数を調整する。

【0015】

一実施形態において、前記パルス制御手段は、スイッチ制御ユニットをさらに含む。前記スイッチ制御ユニットは、前記スイッチトリガ信号を受信して前記スイッチ制御信号を出力することで、前記スイッチ部を制御する。前記スイッチ制御ユニットは、スイッチ遅延時間テーブルを含む。前記スイッチ遅延時間テーブルは、前記スイッチ部の種類に応じたスイッチ遅延時間を与える。前記無停電システムが前記バッテリーモードから前記商用電源モードに復帰しようとする前に、前記スイッチ制御ユニットは、前記スイッチ遅延時間だけ早めて前記スイッチ部を切替える。

【0016】

上記の問題を克服するために、本発明は商用電源モードまたはバッテリーモードで操作可能な無停電システムの制御部を提供する。本発明に係る無停電システムの制御部は、搬送波制御手段と、パルス制御手段と、を含む。前記搬送波制御手段は、商用電源電圧を受けて三角波ベース信号及びスイッチトリガ信号を出力する。前記パルス制御手段は、電源変換回路から出力された交流変換電圧及び前記スイッチトリガ信号を受け、前記電源変換回路を制御するためのパルス幅変調制御信号と、前記スイッチ部を制御するためのスイッチ制御信号とを出力する。前記制御部は、前記商用電源モードにおいて、前記商用電源電圧に応じて前記三角波ベース信号を生成し、前記バッテリーモードで動作する場合に商用電源が復帰したと検出すると、商用電源のゼロクロス点において前記三角波ベース信号のクロス値が所定範囲内にあるか否かを判断し、所定範囲内にある場合に前記交流変換電圧の出力から前記商用電源電圧の出力へ切替えるように前記スイッチ部を制御する。

【0017】

上記の問題を克服するために、本発明は無停電システムの制御方法を提供する。本発明に係る制御方法は、商用電源モードまたはバッテリーモードで操作可能な無停電システムを提供するステップ（ａ）と、前記無停電システムが前記商用電源モードにおいて動作する場合に商用電源電圧を受けるステップ（ｂ）と、前記商用電源電圧に応じて三角波ベース信号を生成するステップ（ｃ）と、前記商用電源電圧に応じて交流変換電圧を生成するステップ（ｄ）と、前記無停電システムが前記バッテリーモードにおいて動作する場合に前記交流変換電圧を出力するステップ（ｅ）と、前記無停電システムが復帰した商用電源電圧を受けるステップ（ｆ）と、復帰した商用電源電圧がゼロクロス点にある場合、前記三角波ベース信号のクロス値が所定範囲内にあるか否かを判断するステップ（ｇ）と、前記クロス値が前記所定範囲内にある場合、前記交流変換電圧の出力から復帰した商用電源電圧の出力へ切り替えるステップ（ｈ）と、を含む。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、切替え中に交流電源の瞬間短絡発生のリスクを防止するとともに、過大な切替えストレスによるスイッチ部の破損を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】従来のオフライン方式の無停電システムの回路ブロック図である。

【図2】本発明の好適な実施形態に係る無停電システムの回路ブロック図である。

【図3】制御部の内部ブロック図である。

【図4】本発明に係る無停電システムの、商用電源モード及びバッテリーモードにおける動作を説明するための波形図である。

【図5A】本発明に係る無停電システムの、バッテリーモードから商用電源モードへの切替えタイミングを判断するための波形図である。

【図5B】本発明に係る無停電システムの、バッテリーモードから商用電源モードへの切替え動作を説明するための波形図である。

【図6】本発明に係る無停電システムの、商用電源モードからバッテリーモードへ、さらにバッテリーモードから商用電源モードへの切替え動作を説明するための波形図である。

【図7】本発明に係る無停電システムのバッテリーモードから商用電源モードへの切替え動作を説明するためのフローチャートである。

【図8】本発明に係る無停電システムの制御部によるスイッチ部の遅延時間の予知を説明するための波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明が上記の目的を達成するために採用する技術、手段および効果がより詳細に理解されるように、以下で本発明に関する詳細な説明および図面を参照されたい。本発明の目的、特徴および特長は、これにより深くかつ具体的に理解できると確信するが、添付の図面は単に参考および説明用として提供するものであって、本発明を制限するためのものではない。

【0021】

以下、本発明の技術内容及び詳細な説明について、図面を参照しつつ説明する。

【0022】

図２は、本発明の好適な実施形態に係る無停電システムの回路ブロック図である。図２に示すように、本実施形態に係る無停電システム１００は、商用電源モード（Ｌｉｎｅ Ｍｏｄｅ：ＬＭ）及びバッテリーモード（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍｏｄｅ：ＢＭ）での操作が可能であるとともに、商用電源電圧Ｖａｃを受ける。無停電システム１００は、商用電源電圧Ｖａｃの周波数及び二乗平均平方根が正常な場合に商用電源モードＬＭに入り、商用電源が故障した場合にバッテリーモードＢＭに入る。図２に示すように、無停電システム１００は、商用電源電圧Ｖａｃを受けて交流変換電圧Ｖｏを出力する電源変換回路２と、商用電源電圧Ｖａｃ及び交流変換電圧Ｖｏを受け、商用電源モードＬＭにおいて商用電源電圧Ｖａｃを出力し、バッテリーモードＢＭにおいて交流変換電圧Ｖｏを出力するスイッチ部３とを含む。本実施形態において、スイッチ部３としては、単極単投（ＳＰＳＴ）リレーを用いるが、これに限定されず、同機能を持つ電気素子であれば、本発明の範囲に含まれる。さらに、無停電システム１００は、交流変換電圧Ｖｏ及び商用電源電圧Ｖａｃを検出するとともに、電源変換回路２及びスイッチ部３を制御する制御部４をさらに含む。制御部４は、搬送波制御手段４１を含む。搬送波制御手段４１は、商用電源電圧Ｖａｃを受けて、三角波ベース信号Ｓｃ及びスイッチトリガ信号Ｒｔを出力する。また、制御部４は、パルス制御手段４２をさらに含む。パルス制御手段４２は、交流変換電圧Ｖｏ、三角波ベース信号Ｓｃ及びスイッチトリガ信号Ｒｔを受けて、電源変換回路２を制御するためのパルス幅変調制御信号ＰＷＭと、スイッチ部３を制御するためのスイッチ制御信号Ｒｃとを出力する。

【0023】

図３は、制御部４の内部ブロック図である。図２及び図３に示すように、搬送波制御手段４１は、商用電源検出ユニット４１１と、搬送波生成ユニット４１２とを含む。商用電源検出ユニット４１１は、商用電源電圧Ｖａｃを受け、商用電源電圧Ｖａｃの商用電源のゼロクロス点ｚｃに応じて商用電源ゼロクロス信号Ｓｚを出力する。搬送波生成ユニット４１２は、商用電源ゼロクロス信号Ｓｚを受信して三角波ベース信号Ｓｃを出力する。なお、搬送波制御手段４１は、三角波ベース電圧値サンプリングユニット４１３と、判断ユニット４１４とをさらに含む。三角波ベース電圧値サンプリングユニット４１３は、三角波ベース信号Ｓｃを受信してサンプリング電圧値Ｖｓを記録する。判断ユニット４１４は、商用電源ゼロクロス信号Ｓｚ及びサンプリング電圧値Ｖｓを受信して、スイッチトリガ信号Ｒｔを出力するとともに判断信号Ｓｄを搬送波生成ユニット４１２に出力する。搬送波生成ユニット４１２は、周波数調整ユニット４１２２と、搬送波カウントリセットユニット４１２１とを含む。周波数調整ユニット４１２２は、判断信号Ｓｄを受信して、周波数調整信号Ｓｆを出力する。搬送波カウントリセットユニット４１２１は、商用電源ゼロクロス信号Ｓｚ及び周波数調整信号Ｓｆを受信して、三角波ベース信号Ｓｃを出力する。制御部４及び判断ユニット４１４の操作形態や判断方法の詳細については、後述する。また、パルス制御手段４２は、フィードバック制御ユニット４２１と、パルス幅変調ユニット４２２とを含む。フィードバック制御ユニット４２１は、交流変換電圧Ｖｏを受けて電圧変換制御信号Ｖｃを出力する。パルス幅変調ユニット４２２は、三角波ベース信号Ｓｃ及び電圧変換制御信号Ｖｃを受信して、パルス幅変調制御信号ＰＷＭを出力する。パルス制御手段４２は、スイッチ制御ユニット４２３をさらに含む。スイッチ制御ユニット４２３は、スイッチトリガ信号Ｒｔを受信して、スイッチ制御信号Ｒｃを出力してスイッチ部３を制御する。スイッチ制御ユニット４２３は、スイッチ遅延時間テーブル４２３１を有する。

【0024】

図４は、本発明に係る無停電システムの、商用電源モード及びバッテリーモードにおける動作を説明するための波形図である。図２乃至図４を参照しながら、無停電システム１００の動作について説明する。商用電源電圧Ｖａｃがある場合には、無停電システム１００が商用電源モードＬＭに入る。商用電源電圧Ｖａｃがない場合には、無停電システム１００は商用電源モードＬＭからバッテリーモードＢＭに切替わる。図４に示すように、商用電源モードＬＭにおいて、商用電源検出ユニット４１１は、商用電源電圧Ｖａｃの立ち上がりのゼロクロス点ｚｕ及び立ち下がりのゼロクロス点ｚｄを基に、商用電源ゼロクロス信号Ｓｚを生成する。商用電源ゼロクロス信号Ｓｚは、連続した矩形波信号である。なお、商用電源ゼロクロス信号Ｓｚの立ち上がり及び立ち下がりは、商用電源電圧Ｖａｃの立ち上がりのゼロクロス点ｚｕ及び立ち下がりのゼロクロス点ｚｄにそれぞれ対応する。搬送波生成ユニット４１２は、商用電源ゼロクロス信号Ｓｚを受信して三角波ベース信号Ｓｃを生成する。図４に示すように、三角波ベース信号Ｓｃは、連続した三角波信号である。なお、三角波ベース信号Ｓｃは、商用電源ゼロクロス信号Ｓｚの立ち上がりを三角波ベース信号Ｓｃの立ち下がりの中点ｍｄとし、商用電源ゼロクロス信号Ｓｚの立ち下がりを三角波ベース信号Ｓｃの立ち上がりの中点ｍｕとして生成される。また、商用電源電圧Ｖａｃの立ち上がりのゼロクロス点ｚｕよりも９０°遅相した位相角は、制御部４が４分の１周期分遅れて三角波ベース信号Ｓｃをリセットする根拠とされる。搬送波カウントリセットユニット４１２１は、商用電源モードＬＭにおいて三角波ベース信号Ｓｃのカウント（Ｃｏｕｎｔ）及びリセット（Ｒｅｓｅｔ）を継続的に行う。こうすることで、スイッチ部３がバッテリーモードＢＭに切替えた場合には、出力される交流変換電圧Ｖｏを商用電源電圧Ｖａｃと同位相に維持することができる。商用電源モードＬＭにおいては、パルス幅変調ユニット４２２がパルス幅変調制御信号ＰＷＭを出力しないため、電源変換回路２が交流変換電圧Ｖｏを出力しないようになる。図４に示す商用電源モードＬＭにおいては、出力されない交流変換電圧Ｖｏが点線で示される。商用電源がない場合、または、商用電源検出ユニット４１１によって商用電源に異常が検出された場合、商用電源検出ユニット４１１は、連続したハイレベルの商用電源ゼロクロス信号Ｓｚを生成するが、これに限定されず、説明上の便宜のために例示されるものである。換言すれば、商用電源検出ユニット４１１は、商用電源がない場合または商用電源に異常がある場合を制御部４によって判断するための商用電源ゼロクロス信号Ｓｚを送信するものであれば、本発明の範囲に含まれる。図４に示すように、商用電源がない場合、または、商用電源検出ユニット４１１によって商用電源に異常が検出された場合には、無停電システム１００が商用電源モードＬＭからバッテリーモードＢＭに切替わる。搬送波カウントリセットユニット４１２１は、元の商用電源電圧Ｖａｃによって生成された三角波ベース信号Ｓｃのカウント及びリセットを継続的に行う。その際、パルス幅変調ユニット４２２は、電圧変換制御信号Ｖｃ及び三角波ベース信号Ｓｃに基づき、パルス幅変調制御信号ＰＷＭを出力する。パルス幅変調制御信号ＰＷＭは、周波数、山の位置及び谷の位置が商用電源電圧Ｖａｃと同じである交流変換電圧Ｖｏを継続的に出力するように電源変換回路２を制御する。商用電源電圧Ｖａｃが入力されないことが商用電源検出ユニット４１１によって検出された場合、判断ユニット４１４は、スイッチトリガ信号Ｒｔを生成してスイッチ制御ユニット４２３に出力する。スイッチ制御ユニット４２３は、スイッチ制御信号Ｒｃを出力してスイッチ部３を制御する。こうすることで、スイッチ部３は、商用電源電圧Ｖａｃの出力から交流変換電圧Ｖｏの出力へ切替える。商用電源異常とは、商用電源電圧異常の発生や商用電源周波数異常の発生を表す。一実施形態において、制御部４は、商用電源電圧Ｖａｃの入力時に生じたノイズによる誤動作を回避することができる。本実施形態において、好ましくは、商用電源電圧の実効値（ＲＭＳ）が所定値９０〜１４５Ｖ以外の場合は、商用電源電圧異常の発生と判断され、商用電源の周波数が所定値±５Ｈｚ以外の場合は、商用電源周波数異常の発生と判断される。

【0025】

図５Ａは、本発明に係る無停電システムの、バッテリーモードと商用電源モードの切替えタイミングを判断するための波形図である。図２及び図３に合わせて、図５Ａの波形図を説明する。商用電源電圧Ｖａｃがない場合には、無停電システム１００がバッテリーモードＢＭに入る。パルス幅変調ユニット４２２は、電圧変換制御信号Ｖｃ及び三角波ベース信号Ｓｃに応じて、パルス幅変調制御信号ＰＷＭを出力する。パルス幅変調制御信号ＰＷＭは、交流変換電圧Ｖｏを出力するように電源変換回路２を制御するためのものである。商用電源が復帰した場合には、商用電源検出ユニット４１１が商用電源ゼロクロス信号Ｓｚを出力する。この際、三角波ベース電圧値サンプリングユニット４１３は、三角波ベース信号Ｓｃを受信して、ゼロクロス点ｚｃに最も接近する時のサンプリング電圧値Ｖｓ及びクロス値Ｖｚｃを出力する。判断ユニット４１４は、サンプリング電圧値Ｖｓとクロス値Ｖｚｃとの間の傾きが０よりも小さいか否かを判断する。なお、商用電源のゼロクロス点ｚｃにおける三角波ベース信号Ｓｃの電圧値は、クロス値Ｖｚｃである。上記の傾きが０よりも小さい場合、判断ユニット４１４は、クロス値Ｖｚｃが所定範囲Ｃｒ内にあるか否かをさらに判断する。また、サンプリング電圧値Ｖｓは、３００μsｅｃごとにサンプリングした三角波ベース信号Ｓｃの電圧値であるが、これに限定されず、説明上の便宜のために例示されるものである。さらに、商用電源のゼロクロス点ｚｃにおける三角波ベース信号Ｓｃの傾きを判断するために、三角波ベース電圧値サンプリングユニット４１３から出力されたサンプリング電圧値Ｖｓが少なくとも１つ以上である。例えば、商用電源のゼロクロス点ｚｃにおける三角波ベース信号Ｓｃの傾きをより正確に判断するために、三角波ベース電圧値サンプリングユニット４１３は、２つのサンプリング電圧値Ｖｓを出力してもよい。図５Ａに示すように、本実施形態では、商用電源電圧Ｖａｃの立ち上がりのゼロクロス点ｚｕと、三角波ベース信号Ｓｃの立ち下がりの中点ｍｄとを判断基準として、バッテリーモードＢＭと商用電源モードＬＭとの切替えを判断する。実際の回路への適用の場合、モードの切替えの判断基準は、上記の判断基準に限定されない。換言すれば、例えば、商用電源電圧Ｖａｃの立ち下がりのゼロクロス点ｚｄと、三角波ベース信号Ｓｃの立ち上がりの中点ｍｕとを判断基準として、バッテリーモードＢＭと商用電源モードＬＭの切替えを判断してもよい。そのため、本発明の実施形態の説明を混乱しないために、選択された機能の詳細を示したり、記載したりしない。

【0026】

図５Ｂは、本発明に係る無停電システムの、バッテリーモードから商用電源モードへの切替え動作を説明するための波形図である。図２乃至図４に合わせて、図５Ｂの波形図を説明する。本実施形態において、互いに位相差のある第一の三角波Ａ〜第五の三角波Ｅを例として説明する。第一の三角波Ａは、第二の三角波Ｂよりも位相が進んでいる。一方、第三の三角波Ｃ〜第五の三角波Ｅは、第二の三角波Ｂよりも位相が遅れている。図５Ｂに示すように、第一の三角波Ａは、第二の三角波Ｂよりも位相が進んでいる。さらに、第一の三角波Ａの立ち下がりの中点ｍｄは、現在復帰した商用電源電圧Ｖａｃの商用電源のゼロクロス点ｚｃよりも位相が進んでいる。現在復帰した商用電源電圧Ｖａｃの商用電源のゼロクロス点ｚｃにおいて、第二の三角波Ｂの立ち下がりの中点ｍｄは、所定範囲Ｃｒ内にある。第三の三角波Ｃ〜第五の三角波Ｅは、第二の三角波Ｂよりも位相が遅れている。さらに、第三の三角波Ｃ〜第五の三角波Ｅの立ち下がりの中点ｍｄは、現在復帰した商用電源電圧Ｖａｃの商用電源のゼロクロス点ｚｃよりも位相が遅れている。商用電源が復帰すると、三角波ベース信号Ｓｃが第二の三角波Ｂの場合、商用電源のゼロクロス点ｚｃにおいて三角波ベース信号Ｓｃの立ち下がりの中点ｍｄが所定範囲Ｃｒ内にある。なお、パルス幅変調ユニット４２２は、パルス幅変調制御信号ＰＷＭの出力を停止する。その際、判断ユニット４１４は、スイッチトリガ信号Ｒｔを生成してスイッチ制御ユニット４２３に出力する。スイッチ制御ユニット４２３は、スイッチ制御信号Ｒｃを出力して、交流変換電圧Ｖｏの出力から商用電源電圧Ｖａｃの出力へ切替えるようにスイッチ部３を制御する。なお、所定範囲Ｃｒは，三角波ベース信号Ｓｃの中央値の上下にある誤差許容範囲内にある。この誤差許容範囲は、例えば、三角波ベース信号Ｓｃの山と谷との電圧差の絶対値の１０％であるが、これに限定されず、説明上の便宜のために例示されるものである。換言すれば、より正確な判断のために、誤差許容範囲は、１０％よりも小さくなるように限定されてもよい。また、より大きい商用電源のクロスを許容するためにスイッチ部３のタイミングを切替えるために、誤差許容範囲は、１０％よりも大きくなるように限定されてもよい。

【0027】

図２、図３及び図５Ｂに示すように、商用電源が復帰した場合、商用電源検出ユニット４１１は、商用電源ゼロクロス信号Ｓｚを出力することになる。その際、三角波ベース電圧値サンプリングユニット４１３は、三角波ベース信号Ｓｃを受信して、ゼロクロス点ｚｃに最も接近する時のサンプリング電圧値Ｖｓを出力する。判断ユニット４１４は、サンプリング電圧値Ｖｓとクロス値Ｖｚｃとの間の傾きが０よりも小さいか否かを判断する。傾きが０以上の場合は、図５Ｂに示す第四の三角波Ｄ及び第五の三角波Ｅで表される。なお、第四の三角波Ｄ及び第五の三角波Ｅは、第二の三角波Ｂよりも位相が遅れている。この場合、判断ユニット４１４は、クロス値Ｖｚｃが所定範囲Ｃｒ以外と判断すると、三角波ベース信号Ｓｃの周波数を増加させるための判断信号Ｓｄを周波数調整ユニット４１２２に送信する。また、周波数調整ユニット４１２２は、周波数調整信号Ｓｆを搬送波カウントリセットユニット４１２１に出力して、三角波ベース信号Ｓｃの周波数を増加させる。傾きが０よりも小さい場合、判断ユニット４１４は、クロス値Ｖｚｃが所定範囲Ｃｒ内にあるか否かを判断する。クロス値Ｖｚｃが所定範囲Ｃｒ以外の場合は、図５Ｂに示す第一の三角波Ａまたは第三の三角波Ｃで表される。三角波ベース信号Ｓｃの立ち下がりの中点ｍｄが現在復帰した商用電源電圧Ｖａｃの商用電源のゼロクロス点ｚｃよりも位相が進む場合は、第二の三角波Ｂよりも位相が進む第一の三角波Ａで表される。そのため、クロス値Ｖｚｃが所定範囲Ｃｒよりも小さくて、判断ユニット４１４は、三角波ベース信号Ｓｃの周波数を減少させるための判断信号Ｓｄを周波数調整ユニット４１２２に送信する。また、周波数調整ユニット４１２２は、周波数調整信号Ｓｆを搬送波カウントリセットユニット４１２１に出力して、三角波ベース信号Ｓｃの周波数を減少させる。三角波ベース信号Ｓｃの立ち下がりの中点ｍｄが現在復帰した商用電源電圧Ｖａｃの商用電源のゼロクロス点ｚｃよりも位相が遅れる場合は、第二の三角波Ｂよりも位相が遅れる第三の三角波Ｃで表される。そのため、クロス値Ｖｚｃが所定範囲Ｃｒよりも大きくて、判断ユニット４１４は、三角波ベース信号Ｓｃの周波数を増加させるための判断信号Ｓｄを周波数調整ユニット４１２２に送信する。また、周波数調整ユニット４１２２は、周波数調整信号Ｓｆを搬送波カウントリセットユニット４１２１に出力して、三角波ベース信号Ｓｃの周波数を増加させる。

【0028】

図６は、本発明に係る無停電システムの、商用電源モードからバッテリーモードへ、さらにバッテリーモードから商用電源モードへの切替え動作を説明するための波形図である。図２及び図３に合わせて、図６に示す波形図を説明する。無停電システム１００の商用電源モードＬＭからバッテリーモードＢＭへの切替えは図４に示す形態と同様であるため、その説明を省略する。商用電源電圧Ｖａｃの立ち上がりのゼロクロス点ｚｕと、三角波ベース信号Ｓｃの立ち下がりの中点ｍｄとを判断基準として、商用電源モードＬＭとバッテリーモードＢＭとの切替えを判断する。実際の回路への適用の場合、モードの切替えの判断基準は、上記の判断基準に限定されない。換言すれば、例えば、商用電源電圧Ｖａｃの立ち下がりのゼロクロス点ｚｄと、三角波ベース信号Ｓｃの立ち上がりの中点ｍｕとを判断基準として、商用電源モードＬＭとバッテリーモードＢＭとの切替えを判断してもよい。そのため、本発明の実施形態の説明を混乱しないために、選択された機能の詳細を示したり、記載したりしない。図６に示すように、商用電源が復帰した場合、無停電システム１００は、周波数調整区間Ｔａｄｊを有する。周波数調整区間Ｔａｄｊの間に、無停電システム１００は、三角波ベース信号Ｓｃを調整することで、商用電源電圧Ｖａｃの立ち上がりのゼロクロス点ｚｕにおいて三角波ベース信号Ｓｃの立ち下がりの中点ｍｄを所定範囲Ｃｒ内にする。商用電源電圧Ｖａｃの立ち上がりのゼロクロス点ｚｕにおいて三角波ベース信号Ｓｃの立ち下がりの中点ｍｄが所定範囲Ｃｒ内にある場合、無停電システム１００は、バッテリーモードＢＭから商用電源モードＬＭに切替わる。そのため、周波数調整区間Ｔａｄｊ内において、無停電システム１００は、三角波ベース信号Ｓｃの周波数を増減する。周波数調整区間Ｔａｄｊ内において、電源変換回路２は、三角波ベース信号Ｓｃの周波数の増減に伴って、交流変換電圧Ｖｏの周波数を増減する。図６に示すように、周波数調整区間Ｔａｄｊの初期において、三角波ベース信号Ｓｃの波形は図５Ｂに示す第一の三角波Ａであると仮定する。商用電源が復帰した場合に、商用電源検出ユニット４１１は、商用電源ゼロクロス信号Ｓｚを出力することになる。その際、三角波ベース電圧値サンプリングユニット４１３は、三角波ベース信号Ｓｃを受信して、サンプリング電圧値Ｖｓをサンプリングして出力する。判断ユニット４１４は、サンプリング電圧値Ｖｓとクロス値Ｖｚｃとの間の傾きが０よりも小さくて、クロス値Ｖｚｃが所定範囲Ｃｒよりも小さいと判断する。そのため、判断ユニット４１４は、三角波ベース信号Ｓｃの周波数を減少させるための判断信号Ｓｄを周波数調整ユニット４１２２に送信する。周波数調整ユニット４１２２は、周波数調整信号Ｓｆを搬送波カウントリセットユニット４１２１へ出力して、三角波ベース信号Ｓｃの周波数を減少させる。複数の三角波を経った後、商用電源電圧Ｖａｃの立ち上がりのゼロクロス点ｚｕにおいて、三角波ベース信号Ｓｃの立ち下がりの中点ｍｄが所定範囲Ｃｒ内にある場合、パルス幅変調ユニット４２２は、パルス幅変調制御信号ＰＷＭの出力を停止する。この場合、判断ユニット４１４は、スイッチトリガ信号Ｒｔを生成してスイッチ制御ユニット４２３に出力する。スイッチ制御ユニット４２３は、スイッチ制御信号Ｒｃを出力して、交流変換電圧Ｖｏの出力から商用電源電圧Ｖａｃの出力へ切替えるようにスイッチ部３を制御する。なお、無停電システム１００は、バッテリーモードＢＭから商用電源モードＬＭへ切替わる。図６に示す実施形態は、図５Ｂの第一の三角波Ａを例示するものであるが、これに限定されない。すなわち、図５Ｂの第一の三角波Ａ〜第五の三角波Ｅに対しては、本実施形態と同様に三角波ベース信号Ｓｃの周波数を調整可能であるため、その詳細の説明を省略する。図６では、バッテリーモードＢＭから商用電源モードＬＭへの切替えの場合、出力されない交流変換電圧Ｖｏが点線で示される。商用電源モードＬＭにおいて、商用電源検出ユニット４１１は、商用電源電圧Ｖａｃの立ち上がりのゼロクロス点ｚｕ及び立ち下がりのゼロクロス点ｚｄを基に、商用電源ゼロクロス信号Ｓｚを生成する。商用電源ゼロクロス信号Ｓｚは、連続した矩形波信号である。なお、商用電源ゼロクロス信号Ｓｚの立ち上がり及び立ち下がりは、商用電源電圧Ｖａｃの立ち上がりのゼロクロス点ｚｕ及び立ち下がりのゼロクロス点ｚｄにそれぞれ対応する。搬送波生成ユニット４１２は、商用電源ゼロクロス信号Ｓｚを受信して三角波ベース信号Ｓｃを生成する。三角波ベース信号Ｓｃは、連続した三角波信号である。なお、三角波ベース信号Ｓｃは、商用電源ゼロクロス信号Ｓｚの立ち上がりを三角波ベース信号Ｓｃの立ち下がりの中点ｍｄとし、商用電源ゼロクロス信号Ｓｚの立ち下がりを三角波ベース信号Ｓｃの立ち上がりの中点ｍｕとして生成される。また、商用電源電圧Ｖａｃの立ち上がりのゼロクロス点ｚｕよりも９０°遅相した位相角は、制御部４が４分の１周期分遅れて三角波ベース信号Ｓｃをリセットする根拠とされる。そのため、図６に示す、バッテリーモードＢＭから商用電源モードＬＭへの切替えの場合、制御部４は４分の１周期分遅れて三角波ベース信号Ｓｃをリセットすることで、三角波ベース信号Ｓｃに小さな三角形のサージが現れる。その際、搬送波カウントリセットユニット４１２１は、商用電源モードＬＭにて三角波ベース信号Ｓｃのカウント（Ｃｏｕｎｔ）及びリセット（Ｒｅｓｅｔ）を継続的に行う。こうすることで、スイッチ部３がバッテリーモードに切替わった場合には、出力された交流変換電圧Ｖｏを商用電源電圧Ｖａｃと同位相に維持することができる。

【0029】

図７は、本発明に係る無停電システムのバッテリーモードから商用電源モードへの切替えを説明するためのフローチャートである。図２、図３、図５及び図７を参照しながら、無停電システムのバッテリーモードから商用電源モードへの切替えについて説明する。バッテリーモードＢＭ（Ｓ１００）において、制御部４内における搬送波制御手段４１は、商用電源ゼロクロス信号Ｓｚを継続的に検出する。搬送波制御手段４１によって商用電源ゼロクロス信号Ｓｚが検出された場合には、商用電源の復帰を判断する（Ｓ１１０）。この場合、搬送波制御手段４１内における判断ユニット４１４は、三角波ベース信号Ｓｃのサンプリング電圧値Ｖｓとクロス値Ｖｚｃとの間の傾きが０よりも小さいか否かを判断する（Ｓ１１２〜Ｓ１２０）。傾きが０以上の場合、クロス値Ｖｚｃが所定範囲Ｃｒ以外と判断されると（Ｓ１２４）、判断ユニット４１４は、三角波ベース信号Ｓｃの周波数を増加させるための判断信号Ｓｄを周波数調整ユニット４１２２に出力する（Ｓ１２８）。その結果、無停電システム１００は、バッテリーモードＢＭに維持する。傾きが０よりも小さい場合には、クロス値Ｖｚｃが所定範囲Ｃｒ内にあるか否かを判断する（Ｓ１２２）。クロス値Ｖｚｃが所定範囲Ｃｒ内にある場合、無停電システム１００は、バッテリーモードＢＭから商用電源モードＬＭに切替わる（Ｓ１３２）。クロス値Ｖｚｃが所定範囲Ｃｒ以外の場合には、クロス値Ｖｚｃが所定範囲Ｃｒよりも大きいか否かを判断する（Ｓ１２６）。クロス値Ｖｚｃが所定範囲Ｃｒよりも大きい場合、判断ユニット４１４は、三角波ベース信号Ｓｃの周波数を増加させるための判断信号Ｓｄを周波数調整ユニット４１２２に出力する（Ｓ１２８）。その結果、無停電システム１００は、バッテリーモードＢＭに維持する。クロス値Ｖｚｃが所定範囲Ｃｒよりも小さい場合、判断ユニット４１４は、三角波ベース信号Ｓｃの周波数を減少させるための判断信号Ｓｄを周波数調整ユニット４１２２に出力する（Ｓ１３０）。その結果、無停電システム１００は、バッテリーモードＢＭに維持する。

【0030】

図８は、本発明に係る無停電システムの制御部によるスイッチ部の遅延時間の予知を説明するための波形図である。図２及び図３に合わせて、図８の波形図を説明する。無停電システム１００は、バッテリーモードＢＭから商用電源モードＬＭへ切替わって、制御部４がスイッチ制御信号Ｒｃをスイッチ部３に送信してスイッチ部３を実行させる場合、遅延時間ＤＴが存在する。そのため、制御部４が商用電源のゼロクロス点ｚｃにおいてスイッチ制御信号Ｒｃをスイッチ部３へ送信すると、スイッチ部３は、遅延時間ＤＴを経過した後にバッテリーモードＢＭから商用電源モードＬＭに切替える恐れがある。その結果、実質上、無停電システム１００は、商用電源のゼロクロス点ｚｃにおいてスイッチ部３を切替えず、スイッチ部３が作動中に大きい商用電源電圧Ｖａｃを受けることになる。本実施形態において、スイッチ制御ユニット４２３は、スイッチ部３の種類に応じたスイッチ遅延時間テーブル４２３１を有する。無停電システム１００がバッテリーモードＢＭから商用電源モードＬＭに復帰する前に、スイッチ制御ユニット４２３は、スイッチ遅延時間テーブル４２３１に基づき、現在使用するスイッチ部３の遅延時間ＤＴを決定する。スイッチ制御ユニット４２３は、遅延時間ＤＴだけ早めてスイッチ部３を切替える。図８に示すように、商用電源が復帰して、無停電システム１００がバッテリーモードＢＭから商用電源モードＬＭへ切替わろうとすると、三角波ベース信号Ｓｃの傾きが０よりも小さくて、クロス値Ｖｚｃが所定範囲Ｃｒ内にある場合には、制御部４は、１つの三角波を遅延した後にモードをバッテリーモードＢＭから商用電源モードＬＭへ切替える。スイッチ制御ユニット４２３は、遅延した三角波の立ち下がりの中点において遅延時間ＤＴだけ早めてスイッチ制御信号Ｒｃをスイッチ部３に送信する。これにより、無停電システム１００がバッテリーモードＢＭから商用電源モードＬＭに切替わると、スイッチ部３は、商用電源のゼロクロス点ｚｃにおいて切替わることができる。

【0031】

以上により、本発明の１つ以上の実施形態は、少なくとも、次の利点うちの１つを有するものである。
１．無停電システムの位相ロック制御ポリシーを実現することができる。位相ロック切替え機能によれば、切替え中に交流瞬間短絡発生のリスクを回避し、実現しやすくて幅広く利用できる。
２．制御部が同一位相時に切替えタイミングを検出したうえ、指令を与える時間差によってスイッチ部を切替えることで、商用電源のゼロクロス点においてスイッチ部を切替えることができる。その結果、スイッチ部は、過大な切替えストレスによって破損されることを防止できる。

【0032】

ただし、上記は、本発明の好ましい実施例の詳細な説明および図面に過ぎず、本発明の特徴はこれに限定されるものではないため、本発明を限定するために用いられるものではなく、本発明の全ての範囲は別紙の特許請求の範囲を基準とすべきである。およそ本発明の特許請求の範囲における技術的思想およびその類似の変形例に合うものは、いずれも本発明の範疇に含まれるものであって、当業者が本発明の範囲内で容易に想到し得る変化または付加はいずれも本願の特許請求の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0033】

＜従来技術＞
１００ 無停電システム
２ 電源変換回路
２１ 充電部
２２ バッテリー部
２３ ＤＣ−ＤＣ変換部
２４ ＤＣ−ＡＣ変換部
３ スイッチ部
４ 制御部
Ｖａｃ 商用電源電圧
Ｖｏ 交流変換電圧
Ｘ 検出点
＜本発明＞
１００ 無停電システム
ＬＭ 商用電源モード
ＢＭ バッテリーモード
２ 電源変換回路
３ スイッチ部
４ 制御部
４１ 搬送波制御手段
４１１ 商用電源検出ユニット
４１２ 搬送波生成ユニット
４１２１ 搬送波カウントリセットユニット
４１２２ 周波数調整ユニット
４１３ 三角波ベース電圧値サンプリングユニット
４１４ 判断ユニット
４２ パルス制御手段
４２１ フィードバック制御ユニット
４２２ パルス幅変調ユニット
４２３ スイッチ制御ユニット
４２３１ スイッチ遅延時間テーブル
Ｖａｃ 商用電源電圧
Ｖｏ 交流変換電圧
Ｓｃ 三角波ベース信号
Ｒｔ スイッチトリガ信号
ＰＷＭ パルス幅変調制御信号
Ｒｃ スイッチ制御信号
Ｓｚ 商用電源ゼロクロス信号
Ｖｓ サンプリング電圧値
Ｖｃ 電圧変換制御信号
Ｖｚｃ クロス値
Ｓｄ 判断信号
Ｓｆ 周波数調整信号
Ｃｒ 所定範囲
Ａ 第一の三角波
Ｂ 第二の三角波
Ｃ 第三の三角波
Ｄ 第四の三角波
Ｅ 第五の三角波
Ｔａｄｊ 周波数調整区間
ＤＴ 遅延時間
ｚｃ 商用電源のゼロクロス点
ｚｕ 立ち上がりのゼロクロス点
ｚｄ 立ち下がりのゼロクロス点
ｍｕ 立ち上がりの中点
ｍｄ 立ち下がりの中点
Ｓ１００〜Ｓ１３２ ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】