(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-07-19
(45)【発行日】2022-07-27
(54)【発明の名称】無停電電源装置
(51)【国際特許分類】
H02J 9/06 20060101AFI20220720BHJP
【ＦＩ】
H02J9/06
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2021507532
(86)(22)【出願日】2020-09-08
(86)【国際出願番号】 JP2020033952
【審査請求日】2021-02-10
(73)【特許権者】
【識別番号】501137636
【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】李 定安
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 清文
【審査官】大濱 伸也
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１０－１５８１０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２０／０２１５９１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００８－０９９４６８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ９／００－１１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
交流電源および負荷の間に接続される無停電電源装置であって、第１端子が前記交流電源から供給される交流電力を受け、第２端子が前記負荷に接続された第１のスイッチと、
直流電力を交流電力に変換するインバータと、
第１端子が前記インバータから出力される交流電力を受け、第２端子が前記負荷に接続された第２のスイッチと、
前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチおよび前記インバータを制御する制御装置とを備え、
前記第１のスイッチは、互いに逆並列に接続された第１および第２のサイリスタを含み、
前記制御装置は、前記第１および第２のサイリスタのゲートに、カソードを基準とした正の電圧を印加することにより前記第１のスイッチをオンする一方で、前記第１および第２のサイリスタの前記ゲートに、前記カソードを基準とした負の電圧を印加することにより前記第１のスイッチをオフするように構成され、
前記無停電電源装置は、前記第１のスイッチをオンするとともに前記第２のスイッチをオフし、前記交流電源からの交流電力を前記負荷に供給する第１の給電モードと、前記第１のスイッチをオフするとともに前記第２のスイッチをオンし、前記インバータから出力される交流電力を前記負荷に供給する第２の給電モードとを有しており、
前記第１の給電モードの実行時において前記交流電源の電圧低下を検出したときには、前記制御装置は、前記第１および第２のサイリスタの前記ゲートに前記負の電圧を印加し、前記第１および第２のサイリスタのゲート－カソード間電圧が接地電圧よりも低くなったときに前記第２のスイッチをオンすることにより、前記無停電電源装置を前記第２の給電モードに切り替える ように構成され、
前記制御装置は、
前記第１のスイッチを駆動するゲート回路と、
前記第１のスイッチの状態を検出する状態検出器とを含み、
前記ゲート回路は、ゲート信号が入力されたときに前記第１および前記第２のサイリスタの前記ゲートに前記正の電圧を印加し、前記ゲート信号が遮断されたときに前記第１および前記第２のサイリスタの前記ゲートに前記負の電圧を印加するように構成され、
前記状態検出器は、前記第１および第２のサイリスタのゲート－カソード間電圧と接地電圧とを比較することにより前記第１のスイッチの状態を検出し、
前記制御装置は、前記ゲート信号が遮断された状態において前記状態検出器により前記第１のスイッチがオフされたと判定されたときに、前記第２のスイッチをオンするように構成され、
前記第１のスイッチに流れる電流を検出する電流検出器をさらに備え、
前記第１の給電モードの実行時、前記制御装置は、前記状態検出器により前記第１のスイッチがオンされていると判定された状態において前記電流検出器による検出値が閾値電流よりも低いときには、前記第１のスイッチの故障を検出する 、無停電電源装置。
【請求項2】
前記制御装置は、前記ゲート信号が遮断された状態において前記状態検出器により前記第１のスイッチがオンしていると判定されたときには、前記第２のスイッチをオンしない、請求項１に記載の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無停電電源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
無停電電源装置においては、交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、コンバータで生成された直流電力または電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、交流電源および負荷の間に、コンバータおよびインバータの直列回路と並列に接続されたバイパス回路とを備えた構成が広く採用されている。
【0003】
上記無停電電源装置においては、交流電源から正常に交流電力が供給されている通常時には、コンバータおよびインバータを使用する。交流電源からの交流電力の供給が停止された停電時には、インバータで給電を継続する。このような給電方式は、常時インバータ給電方式とも呼ばれている。常時インバータ給電方式は、交流電源が正常なときも停電のときも直流リンクを介してインバータから負荷へ給電するため、入力電源の品質にかかわらず出力の電源品質を確保しやすく、よって、負荷への給電安定性に優れている。その一方で、常時インバータ給電方式は、通常時にエネルギーがコンバータおよびインバータを通過するために電力損失が発生し、運転効率の向上が課題となっている。
【0004】
近年では、効率化の対策として、バイパス給電モードを備えた無停電電源装置が提案されている（たとえば米国特許第７３７２１７７号明細書（特許文献１）参照）。これによれば、無停電電源装置は、通常時は交流電源からバイパス回路である半導体スイッチを経由して負荷に交流電力を供給するバイパス給電を実行する。半導体スイッチには、一対のサイリスタを互いに逆並列に接続して構成されたサイリスタスイッチが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】米国特許第７３７２１７７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記バイパス給電モードを備えた無停電電源装置においては、バイパス給電の実行中に交流電源から供給される交流電圧が低下する電圧低下、または停電が発生した場合に、負荷設備の破損や運転停止を防ぐために、バイパス給電からインバータ給電に無瞬断で切り替えることが求められる。これには、半導体スイッチを高速に遮断するとともに、インバータ給電を開始する必要がある。
【0007】
しかしながら、半導体スイッチを構成するサイリスタは、ゲート信号が遮断された後もサイリスタを流れる電流が所定値（保持電流）以下となるまではオン状態となっている。そのため、交流電源の電圧低下が検出されたときにゲート信号を遮断しても、ゲート信号を遮断するタイミングによっては、半導体スイッチが直ちにオフされずに、無停電電源装置の交流出力端子と交流入力端子とが半導体スイッチを介して電気的に接続されている状態が続く場合が起こり得る。あるいは、サイリスタが正常にオフされない故障が生じている場合においても、同様の現象が起こり得る。
【0008】
この場合、交流電源から交流入力端子に供給される交流電圧に比べて、インバータから交流出力端子に出力される交流電圧の方が高くなることから、インバータから出力された交流電流の一部がサイリスタスイッチを経由して交流入力端子に流れ込む可能性がある。その結果、負荷に供給される電圧の低下または停電の発生を招くことが懸念される。したがって、無停電電源装置の出力の信頼性を高めるためには、バイパス給電からインバータ給電への切り替えに問題がないか（すなわち、サイリスタが正常にオフされているか）を確認することが求められる。
【0009】
この発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、バイパス給電からインバータ給電への切り替え時における出力の信頼性を高めることができる無停電電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
この発明のある局面によれば、無停電電源装置は、交流電源および負荷の間に接続される。無停電電源装置は、第１端子が交流電源から供給される交流電力を受け、第２端子が負荷に接続された第１のスイッチと、直流電力を交流電力に変換するインバータと、第１端子がインバータから出力される交流電力を受け、第２端子が負荷に接続された第２のスイッチと、第１のスイッチ、第２のスイッチおよびインバータを制御する制御装置とを備える。第１のスイッチは、互いに逆並列に接続された第１および第２のサイリスタを含む。制御装置は、第１および第２のサイリスタのゲートに、カソードを基準とした正の電圧を印加することにより第１のスイッチをオンするように構成される。制御装置は、第１および第２のサイリスタのゲートに、カソードを基準とした負の電圧を印加することにより第１のスイッチをオフするように構成される。無停電電源装置は、第１のスイッチをオンするとともに第２のスイッチをオフし、交流電源からの交流電力を負荷に供給する第１の給電モードと、第１のスイッチをオフするとともに第２のスイッチをオンし、インバータから出力される交流電力を負荷に供給する第２の給電モードとを有する。第１の給電モードの実行時において交流電源の電圧低下を検出したときには、制御装置は、第１および第２のサイリスタのゲートに負の電圧を印加する。制御装置は、第１および第２のサイリスタのゲート－カソード間電圧が接地電圧よりも低くなったときに第２のスイッチをオンすることにより、無停電電源装置を第２の給電モードに切り替える。
【発明の効果】
【0011】
この発明によれば、バイパス給電からインバータ給電への切り替え時における出力の信頼性を高めることができる無停電電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】実施の形態１に係る無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図2】バイパス給電モードにおける電力の流れを説明するための図である。
【図3】商用交流電源の電圧低下の発生時における電力の流れを説明するための図である。
【図4】半導体スイッチが完全にオフされていないときの電力の流れを説明するための図である。
【図7】状態検出器の動作を説明するための図である。
【図8A】比較例に係るゲート回路および状態検出器を説明するための図である。
【図8B】比較例に係るゲート回路および状態検出器を説明するための図である。
【図9】実施の形態１に係る無停電電源装置の動作を説明する図である。
【図10】実施の形態２に係る無停電電源装置の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図11】実施の形態２に係る無停電電源装置の動作を説明する図である。
【図12】実施の形態に係る無停電電源装置の適用例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。
【0014】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係る無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。無停電電源装置１は、商用交流電源２１からの三相交流電力に直流電力に一旦変換し、その直流電力を三相交流電力に変換して負荷２２に供給するものである。図１では、図面および説明の簡単化のため、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のうちの一相に対応する部分の回路のみが示されている。
図１は、実施の形態１に係る無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。無停電電源装置１は、商用交流電源２１からの三相交流電力に直流電力に一旦変換し、その直流電力を三相交流電力に変換して負荷２２に供給するものである。図１では、図面および説明の簡単化のため、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のうちの一相に対応する部分の回路のみが示されている。
【0015】
図１において、無停電電源装置１は、交流入力端子Ｔ１、交流出力端子Ｔ２およびバッテリ端子Ｔ３を備える。交流入力端子Ｔ１は、商用交流電源２１から商用周波数の交流電力を受ける。交流出力端子Ｔ２は、負荷２２に接続される。負荷２２は、交流電力によって駆動される。バッテリ端子Ｔ３は、バッテリ２３に接続される。バッテリ２３は直流電力を蓄える。
【0016】
無停電電源装置１は、さらに、電磁接触器（コンタクタ）２，８，１４、コンデンサ４，９，１３、リアクトル５，１２、コンバータ６、双方向チョッパ７、インバータ１０、半導体スイッチ１５、および制御装置１８を備える。
【0017】
コンタクタ２およびリアクトル５は、交流入力端子Ｔ１とコンバータ６の入力ノードとの間に直列に接続される。コンデンサ４は、コンタクタ２とリアクトル５の入力ノードとの間のノードＮ１に接続される。コンタクタ２は、無停電電源装置１の使用時にオン（導通）され、例えば無停電電源装置１のメンテナンス時にオフ（遮断）される。
【0018】
ノードＮ１に現れる交流入力電圧Ｖｉの瞬時値は、制御装置１８によって検出される。交流入力電圧Ｖｉの瞬時値に基づいて、商用交流電源２１の電圧低下および停電の発生の有無などが判別される。
【0019】
コンデンサ４およびリアクトル５は、低域通過フィルタを構成し、商用交流電源２１からコンバータ６に商用周波数の交流電力を通過させ、コンバータ６で発生するスイッチング周波数の信号が商用交流電源２１に通過することを防止する。
【0020】
コンバータ６は、制御装置１８によって制御され、商用交流電源２１から交流電力が供給されている通常時は、三相交流電力を直流電力に変換して直流ラインＬ１に出力する。商用交流電源２１からの交流電力の供給が停止された停電時は、コンバータ６の運転は停止される。コンバータ６の出力電圧は、所望の値に制御可能になっている。
【0021】
コンデンサ９は、直流ラインＬ１に接続され、直流ラインＬ１の電圧を平滑化させる。直流ラインＬ１に現れる直流電圧ＶＤＣの瞬時値は、制御装置１８によって検出される。直流ラインＬ１は双方向チョッパ７の高電圧側ノードに接続され、双方向チョッパ７の低電圧側ノードはコンタクタ８を介してバッテリ端子Ｔ３に接続される。
【0022】
コンタクタ８は、無停電電源装置１の使用時はオンされ、たとえば無停電電源装置１およびバッテリ２３のメンテナンス時にオフされる。バッテリ端子Ｔ３に現れるバッテリ２３の端子間電圧（以下、「バッテリ電圧」とも称する）ＶＢの瞬時値は、制御装置１８によって検出される。
【0023】
双方向チョッパ７は、制御装置１８によって制御され、商用交流電源２１から交流電力が供給されている通常時は、コンバータ６によって生成された直流電力をバッテリ２３に蓄え、停電時は、バッテリ２３の直流電力を、直流ラインＬ１を介してインバータ１０に供給する。
【0024】
双方向チョッパ７は、直流電力をバッテリ２３に蓄える場合は、直流ラインＬ１の直流電圧ＶＤＣを降圧してバッテリ２３に与える。また、双方向チョッパ７は、バッテリ２３の直流電力をインバータ１０に供給する場合は、バッテリ電圧ＶＢを昇圧して直流ラインＬ１に出力する。直流ラインＬ１は、インバータ１０の入力ノードに接続されている。
【0025】
インバータ１０は、制御装置１８によって制御され、コンバータ６または双方向チョッパ７から直流ラインＬ１を介して供給される直流電力を商用周波数の交流電力に変換して出力する。すなわち、インバータ１０は、通常時にはコンバータ６から直流ラインＬ１を介して供給される直流電力を交流電力に変換し、停電時にはバッテリ２３から双方向チョッパ７を介して供給される直流電力を交流電力に変換する。インバータ１０の出力電圧は、所望の値に制御可能になっている。
【0026】
インバータ１０の出力ノードはリアクトル１２の一方端子に接続され、リアクトル１２の他方端子（ノードＮ２）はコンタクタ１４を介して交流出力端子Ｔ２に接続される。コンデンサ１３は、ノードＮ２に接続される。
【0027】
リアクトル１２およびコンデンサ１３は、低域通過フィルタを構成し、インバータ１０で生成された商用周波数の交流電力を交流出力端子Ｔ２に通過させ、インバータ１０で発生するスイッチング周波数の信号が交流出力端子Ｔ２に通過することを防止する。
【0028】
コンタクタ１４は、制御装置１８によって制御され、インバータ１０によって生成された交流電力を負荷２２に供給するインバータ給電モード時にはオンされ、商用交流電源２１からの交流電力を、半導体スイッチ１５を介して負荷２２に供給するバイパス給電モード時にはオフされる。コンタクタ１４は「第２のスイッチ」の一実施例に対応する。
【0029】
半導体スイッチ１５は、互いに逆並列に接続された一対のサイリスタを有するサイリスタスイッチであり、交流入力端子Ｔ１と交流出力端子Ｔ２との間に接続される。半導体スイッチ１５は、制御装置１８によって制御され、バイパス給電モード時にはオンされ、インバータ給電モード時にはオフされる。半導体スイッチ１５は「第１のスイッチ」の一実施例に対応する。
【0030】
制御装置１８は、例えばマイクロコンピュータなどで構成することが可能である。一例として、制御装置１８は、図示しないメモリおよびＣＰＵ（Central Processing Unit）を内蔵し、メモリに予め格納されたプログラムをＣＰＵが実行することによるソフトウェア処理によって、後述する制御動作を実行することができる。あるいは、当該制御動作の一部または全部について、ソフトウェア処理に代えて、内蔵された専用の電子回路などを用いたハードウェア処理によって実現することも可能である。
【0031】
制御装置１８は、交流入力電圧Ｖｉ、直流電圧ＶＤＣ、バッテリ電圧ＶＢ、および交流出力電圧Ｖｏなどに基づいて無停電電源装置１全体を制御する。すなわち、制御装置１８は、交流入力電圧Ｖｉの検出値に基づいて、商用交流電源２１の電圧低下および停電の発生の有無を判定するとともに、交流入力電圧Ｖｉの位相に同期してコンバータ６およびインバータ１０を制御する。
【0032】
さらに制御装置１８は、商用交流電源２１から交流電力が供給されている通常時は、直流電圧ＶＤＣが所望の参照電圧ＶＤＣｒになるようにコンバータ６を制御し、商用交流電源２１の電圧低下または停電時は、コンバータ６の運転を停止させる。
【0033】
さらに制御装置１８は、通常時は、バッテリ電圧ＶＢが所望の参照電圧ＶＢｒになるように双方向チョッパ７を制御し、商用交流電源２１の電圧低下または停電時は、直流電圧ＶＤＣが所望の参照電圧ＶＤＣｒになるように双方向チョッパ７を制御する。
【0034】
次に、この無停電電源装置１の動作について説明する。商用交流電源２１から交流電力が供給されている通常時において、バイパス給電モードが選択されると、コンタクタ２および半導体スイッチ１５がオンされるとともに、コンタクタ１４がオフされる。図２は、バイパス給電モードにおける電力の流れを説明するための図である。図２中に矢印で示すように、商用交流電源２１から供給される交流電力は、半導体スイッチ１５を介して負荷２２に供給される。負荷２２は、商用交流電源２１から供給される交流電力によって駆動される。バイパス給電モードは「第１の給電モード」に対応する。
【0035】
バイパス給電モード中に商用交流電源２１の電圧低下または停電が発生すると、無停電電源装置１はインバータ給電モードに切り替えられる。インバータ給電モードが選択されると、半導体スイッチ１５がオフされるとともに、コンタクタ１４がオンされる。インバータ給電モードは「第２の給電モード」に対応する。
【0036】
図３は、商用交流電源２１の電圧低下の発生時における電力の流れを説明するための図である。図３中に矢印で示すように、商用交流電源２１の電圧低下が発生すると、バッテリ２３の直流電力が双方向チョッパ７によってインバータ１０に供給される。インバータ１０は、双方向チョッパ７からの直流電力を交流電力に変換して負荷２２に供給する。
【0037】
具体的には、制御装置１８は、バッテリ電圧ＶＢを昇圧して直流ラインＬ１に出力するように、双方向チョッパ７を制御する。制御装置１８は、さらに、直流ラインＬ１から供給される直流電力を商用周波数の三相交流電力に変換するように、インバータ１０を制御する。これにより、バッテリ２３の直流電力は商用周波数の三相交流電力に変換され、コンタクタ１４を介して負荷２２に供給される。制御装置１８は、バッテリ２３の残容量が予め定められた下限値に達したときには、双方向チョッパ７およびインバータ１０の運転を停止させる。これにより、バッテリ２３に直流電力が蓄えられている期間、負荷２２の運転を継続することができる。なお、コンバータ６の運転は停止されている。
【0038】
しかしながら、商用交流電源２１の電圧低下の発生時にバイパス給電モードからインバータ給電モードに切り替える場合において、半導体スイッチ１５をオフするように動作させても、半導体スイッチ１５が完全にオフされていないときには、図３に示す電力の流れが妨げられる可能性がある。
【0039】
図４は、半導体スイッチ１５が完全にオフされていないときの電力の流れを説明するための図である。半導体スイッチ１５が完全にオフされていない状態においてコンタクタ１４がオンされた場合、図４中に矢印で示すように、インバータ１０によって生成された三相交流電力は、半導体スイッチ１５を経由して交流入力端子Ｔ１に戻される。インバータ１０の出力電流の一部が半導体スイッチ１５を介して交流入力端子Ｔ１に導かれることによって、負荷２２に供給される電圧の低下または停電が発生する可能性がある。その結果、負荷２２において電力不足が生じてしまい、負荷２２を駆動できなくなることが懸念される。
【0040】
このような現象は、半導体スイッチ１５を構成するサイリスタが、ゲート信号を遮断した後、サイリスタを流れる電流が所定値（保持電流）以下に低下したときにオフされることにより起こり得る。言い換えると、ゲート信号が遮断された後も電流が所定値以下に低下するまではサイリスタはオン状態となっている。そのため、商用交流電源２１の電圧低下が検出されたときにゲート信号を遮断しても、ゲート信号を遮断するタイミングによっては、半導体スイッチ１５が直ちにオフされずに、交流出力端子Ｔ２と交流入力端子Ｔ１とが半導体スイッチ１５を介して電気的に接続されている状態が続く場合が起こり得る。この状態においてコンタクタ１４がオンされると、商用交流電源２１から交流入力端子Ｔ１に供給される交流電圧に比べて、インバータ１０から交流出力端子Ｔ２に出力される交流電圧の方が高くなるため、インバータ１０から出力された交流電流の一部が半導体スイッチ１５を経由して交流入力端子Ｔ１に流れ込む。
【0041】
あるいは、上記の現象は半導体スイッチ１５がオン状態に固定される故障（オン故障）が生じている状態においてコンタクタ１４がオンされた場合においても起こり得る。このような場合にも、負荷２２に供給される電圧が低下（または停電）してしまうため、負荷２２において電力不足を招くことが懸念される。したがって、バイパス給電モードからインバータ給電モードに切り替えるときに半導体スイッチ１５が完全にオフされているか否かを検出する必要がある。
【0042】
本実施の形態に係る無停電電源装置１は、半導体スイッチ１５がオン状態であるかオフ状態であるかを検出するための状態検出器を有する。制御装置１８は、この状態検出器によって半導体スイッチ１５がオフされたことが検出されると、コンタクタ１４をオンすることにより、バイパス給電モードからインバータ給電モードに切り替えるように構成される。これにより、バイパス給電モードからインバータ給電モードへの切り替え時における出力の信頼性を向上させる。
【0043】
【0044】
ゲート回路３０は、ＵＰＳ制御部３６から与えられるゲート信号ＧＳに従って、半導体スイッチ１５を構成するサイリスタを駆動する。半導体スイッチ１５は、互いに逆並列に接続された一対のサイリスタ１５ａ，１５ｂを有している。サイリスタ１５ａ，１５ｂの各々は、ゲート回路３０によってオンオフが制御される。
【0045】
具合的には、サイリスタ１５ａ，１５ｂの各々は、ＵＰＳ制御部３６から入力（オン）されるゲート信号ＧＳに応答してオンする。サイリスタ１５ａ，１５ｂは、ゲート信号ＧＳが入力されている間、商用交流電源２１から供給される交流電圧の極性に従って、交流電圧の正弦波波形における半サイクル期間ごとに交互にオン状態となる。
【0046】
サイリスタは、基本的に、第１のＰ層、第１のＮ層、第２のＰ層、第２のＮ層の４層からなり、第１のＰ層をアノード（Ａ）とし、第２のＮ層をカソード（Ｃ）とし、第２のＰ層をゲート（Ｇ）とする。サイリスタは、アノード－カソード間に順方向電流が流れるように電圧を加えた状態で、ゲート信号ＧＳに応答してゲートからカソードにゲート電流を流すことによってオンされる。
【0047】
サイリスタは一旦オンされると、ゲート電流を０にしてもオン状態が続く。サイリスタは、ゲート信号ＧＳを遮断（オフ）した状態において、アノード－カソード間に流れる電流が所定値（保持電流）以下になるのに応じてオフされる。サイリスタのゲート－カソード間に電流が流れている間、ゲート－カソード間電圧ＶＧＣが発生する。このゲート－カソード間電圧ＶＧＣは、ゲート－カソード間のＰＮ接合による電圧降下（約０．６Ｖ程度）に相当する。
【0048】
状態検出器３２は、サイリスタ１５ａ，１５ｂの各々のゲート－カソード間電圧ＶＧＣを検出し、検出した電圧ＶＧＣに基づいて各サイリスタがオン状態であるかオフ状態であるかを判定する。状態検出器３２は、予め設定された閾値電圧Ｖｒｅｆを有しており、サイリスタ１５ａのゲート－カソード間電圧ＶＧＣが閾値電圧Ｖｒｅｆ以上である場合にサイリスタ１５ａがオン状態であると判定する。一方、状態検出器３２は、ゲート－カソード間電圧ＶＧＣが閾値電圧Ｖｒｅｆ未満である場合、サイリスタ１５ａがオフ状態であると判定する。同様に、状態検出器３２は、サイリスタ１５ｂのゲート－カソード間電圧ＶＧＣが閾値電圧Ｖｒｅｆ以上である場合にサイリスタ１５ｂがオン状態であると判定し、ゲート－カソード間電圧ＶＧＣが閾値電圧Ｖｒｅｆ未満である場合にサイリスタ１５ｂがオフ状態であると判定する。ゲート回路３０および状態検出器３２の詳細な構成については後述する。
【0049】
状態検出器３２は、サイリスタ１５ａおよびサイリスタ１５ｂの少なくとも一方がオン状態である場合、Ｈ（論理ハイ）レベルの信号ＴＳを出力する。状態検出器３２は、サイリスタ１５ａおよびサイリスタ１５ｂがともにオフ状態である場合、Ｌ（論理ロー）レベルの信号ＴＳを出力する。
【0050】
ＸＯＲ回路３４は、第１入力端子に状態検出器３２の出力信号ＴＳを受け、第２入力端子にゲート信号ＧＳを受ける。ＸＯＲ回路３４は、２つの入力信号の排他的論理和を演算し、演算結果を示す信号ＤＥＴ１を出力する。
【0051】
具体的には、ＸＯＲ回路３４は、信号ＴＳがＨレベルであり、かつ、ゲート信号ＧＳがＨレベルであるとき、または、信号ＴＳがＬレベルであり、かつ、ゲート信号ＧＳがＬレベルであるときに、Ｌレベルの信号ＤＥＴ１を出力する。一方、ＸＯＲ回路３４は、信号ＴＳがＨレベルであり、かつ、ゲート信号ＧＳがＬレベルであるとき、または、信号ＴＳがＬレベルであり、かつ、ゲート信号ＧＳがＨレベルであるとき、Ｈレベルの信号ＤＥＴ１を出力する。
【0052】
すなわち、ＸＯＲ回路３４は、サイリスタ１５ａ，１５ｂにゲート信号ＧＳが入力（オン）されている状態においてサイリスタ１５ａ，１５ｂの少なくとも一方がオン状態であるときに、Ｌレベルの信号ＤＥＴ１を出力する。あるいは、ＸＯＲ回路３４は、サイリスタ１５ａ，１５ｂからゲート信号ＧＳが遮断（オフ）されている状態においてサイリスタ１５ａ，１５ｂがともにオフ状態であるときに、Ｌレベルの信号ＤＥＴ１を出力する。
【0053】
これに対して、ＸＯＲ回路３４は、サイリスタ１５ａ，１５ｂにゲート信号ＧＳが入力されている状態においてサイリスタ１５ａ，１５ｂがともにオフ状態であるときに、Ｈレベルの信号ＤＥＴ１を出力する。あるいは、ＸＯＲ回路３４は、サイリスタ１５ａ，１５ｂからゲート信号ＧＳが遮断されている状態においてサイリスタ１５ａ，１５ｂの少なくとも一方がオン状態であるときに、Ｈレベルの信号ＤＥＴ１を出力する。ＸＯＲ回路３４の出力信号ＤＥＴ１はＵＳＰ制御部３６に入力される。
【0054】
ＵＰＳ制御部３６は、バイパス給電モード時に商用交流電源２１の電圧低下または停電が発生すると、半導体スイッチ１５のゲート信号ＧＳを遮断する。そして、ＵＰＳ制御部３６は、ゲート信号ＧＳが遮断されている状態においてＸＯＲ回路３４から与えられる信号ＤＥＴ１がＬレベルであるとき、サイリスタ１５ａ，１５ｂがともにオフ状態であり、半導体スイッチ１５がオフされていると判定する。この場合、ＵＰＳ制御部３６は、コンタクタ１４をオンすることにより、無停電電源装置１をインバータ給電モードに切り替える。半導体スイッチ１５がオフされているため、図３に示したように、インバータ１０によって生成された交流電力が負荷２２に供給される。
【0055】
これに対して、ゲート信号ＧＳが遮断されている状態においてＸＯＲ回路３４から与えられる信号ＤＥＴ１がＨレベルであるとき、ＵＰＳ制御部３６は、サイリスタ１５ａ，１５ｂの少なくとも一方がオン状態であり、半導体スイッチ１５がオフされていないと判定する。この場合、ＵＰＳ制御部３６は、半導体スイッチ１５のオン故障が生じていると判断し、コンタクタ１４をオフ状態に維持することにより、無停電電源装置１をインバータ給電モードに切り替えない。さらにＵＰＳ制御部３６は、無停電電源装置１の運転を停止させる。
【0056】
図６は、図５に示したゲート回路３０および状態検出器３２の構成を示す回路ブロック図である。図６には、ゲート回路３０のうちサイリスタ１５ｂを駆動するための回路部分が示される。図示しないサイリスタ１５ａを駆動するための回路部分は、サイリスタ１５ｂを駆動するための回路部分と同じ構成を有している。
【0057】
図６を参照して、ゲート回路３０は、直流端子３０ａ，３０ｂと、トランス３１と、ダイオードＤ１～Ｄ５と、コンデンサＣ１～Ｃ３と、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２と、抵抗Ｒ１，Ｒ２とを有する。正側直流端子３０ａおよび負側直流端子３０ｂの間には、図示しない直流電源の電圧Ｖが印加される。
【0058】
トランス３１は、１次巻線３１ａおよび２次巻線３１ｂを有する。１次巻線３１ａは、正側直流端子３０ａおよび負側直流端子３０ｂの間に接続される。ダイオードＤ１およびコンデンサＣ１の各々は、正側直流端子３０ａおよび負側直流端子３０ｄ間に接続される。２次巻線３１ｂの中点は、サイリスタ１５ｂのカソードおよび接地配線ＧＮＤに接続される。
【0059】
２次巻線３１ｂの第１端子と中点との間には電圧Ｖ１が生じる。２次巻線３１ｂの中点と第２端子との間には電圧Ｖ２が生じる。２次巻線３１ｂの中点の電圧（＝接地電圧（０Ｖ））は、サイリスタ１５ｂのカソードに印加されるとともに、状態検出器３２において閾値電圧Ｖｒｅｆとして用いられる。
【0060】
２次巻線３１ｂの第１端子と第２端子との間には、ＮＰＮトランジスタＴｒ１およびＰＮＰトランジスタＴｒ２が電気的に直列に接続される。２次巻線３１ｂの第１端子はＮＰＮトランジスタＴｒ１のコレクタと電気的に接続される。２次巻線３１ｂの第２端子はＰＮＰトランジスタＴｒ２のコレクタと電気的に接続される。ＮＰＮトランジスタＴｒ１のエミッタとＰＮＰトランジスタＴｒ２のエミッタとの接続点はサイリスタ１５ｂのゲートに電気的に接続される。
【0061】
抵抗Ｒ１は、ＮＰＮトランジスタＴｒ１およびＰＮＰトランジスタＴｒ２の接続点とサイリスタ１５ｂのゲートとの間に接続される。抵抗Ｒ２は、ＮＰＮトランジスタＴｒ１およびＰＮＰトランジスタＴｒ２の接続点と２次巻線３１ｂの中点との間に接続される。
【0062】
ダイオードＤ２は、２次巻線３１ｂの第１端子およびＮＰＮトランジスタＴｒ１のコレクタの間に接続される。ダイオードＤ３およびコンデンサＣ２の各々は、２次巻線３１ｂの第１端子および中点の間に接続される。ダイオードＤ４は、２次巻線３１ｂの第２端子およびＰＮＰトランジスタＴｒ２のコレクタの間に接続される。ダイオードＤ５およびコンデンサＣ３の各々は、２次巻線３１ｂの第２端子および中点の間に接続される。
【0063】
ＮＰＮトランジスタＴｒ１およびＰＮＰトランジスタＴｒ２のベースには、ゲート信号ＧＳが入力される。ゲート信号ＧＳがＨレベルのとき、ＮＰＮトランジスタＴｒ１がオンし、ＰＮＰトランジスタＴｒ２がオフする。ＮＰＮトランジスタＴｒ１がオンすると、２次巻線３１ｂの第１端子がサイリスタ１５ｂのサイリスタ１５ｂのゲートに接続される。これにより、サイリスタ１５ｂのゲートに正の電圧（＋Ｖ１）が印加される。
【0064】
一方、ゲート信号ＧＳがＬレベルのときには、ＮＰＮトランジスタＴｒ１がオフし、ＰＮＰトランジスタＴｒ２がオンする。ＰＮＰトランジスタＴｒ２がオンすると、２次巻線３１ｂの第２端子がサイリスタ１５ｂのサイリスタ１５ｂのゲートに接続される。これにより、サイリスタ１５ｂのゲートに負の電圧（－Ｖ２）が印加される。
【0065】
状態検出器３２は、比較器４０，４２と、ＯＲ回路４４とを有する。比較器４０は、サイリスタ１５ｂのゲート－カソード間電圧ＶＧＣと閾値電圧Ｖｒｅｆとを比較する。閾値電圧Ｖｒｅｆは接地電圧（０Ｖ）に設定されている。
【0066】
サイリスタ１５ｂがオン状態のとき、サイリスタ１５ｂのゲート－カソード間電圧ＶＧＣ（＋Ｖ１）が閾値電圧Ｖｒｅｆよりも高いため、比較器４０はＨレベルの信号を出力する。一方、サイリスタ１５ｂがオフ状態のとき、サイリスタ１５ｂのゲート－カソード間電圧ＶＧＣ（－Ｖ２）が閾値電圧Ｖｒｅｆよりも低いため、比較器４０はＬレベルの信号を出力する。
【0067】
比較器４２は、サイリスタ１５ａのゲート－カソード間電圧ＶＧＣと閾値電圧Ｖｒｅｆ（０Ｖ）とを比較する。サイリスタ１５ａがオン状態のとき、サイリスタ１５ａのゲート－カソード間電圧ＶＧＣ（＋Ｖ１）が閾値電圧Ｖｒｅｆよりも高いため、比較器４２はＨレベルの信号を出力する。一方、サイリスタ１５ａがオフ状態のとき、サイリスタ１５ａのゲート－カソード間電圧ＶＧＣ（－Ｖ２）が閾値電圧Ｖｒｅｆよりも低いため、比較器４２はＬレベルの信号を出力する。
【0068】
ＯＲ回路４４は、比較器４０の出力信号および比較器４２の出力信号の少なくとも一方がＨレベルのときにＨレベルの信号ＴＳを出力する。一方、比較器４０の出力信号および比較器４２の出力信号がともにＬレベルのときに、ＯＲ回路４４はＬレベルの信号ＴＳを出力する。すなわち、ＯＲ回路４４は、サイリスタ１５ａおよびサイリスタ１５ｂの少なくとも一方がオン状態であるときにＨレベルの信号ＴＳを出力し、サイリスタ１５ａおよびサイリスタ１５ｂがともにオフ状態であるときにＬレベルの信号ＴＳを出力する。
【0069】
図７は、状態検出器３２の動作を説明するための図である。図７には、サイリスタ１５ｂのゲート－カソード間電圧ＶＧＣおよびゲート信号ＧＳの波形が示されている。時刻ｔ１にてゲート信号ＧＳが入力されると、サイリスタ１５ｂがオンされ、サイリスタ１５ｂのゲート－カソード間電圧ＶＧＣは正の電圧（＋Ｖ１）となる。
【0070】
時刻ｔ１より後の時刻ｔ２にてゲート信号ＧＳを遮断しても、サイリスタ１５ｂのアノード－カソード間に流れる電流が保持電流以下になるまでオン状態が続く。ゲート信号ＧＳを遮断した後、ゲート－カソード間電圧ＶＧＣはＰＮ接合による電圧降下（約０．６Ｖ程度）相当となる。サイリスタ１５ｂがオフすると（時刻ｔ３）、ゲート－カソード間電圧ＶＧＣは負の電圧（－Ｖ２）となる。
【0071】
状態検出器３２は、ゲート－カソード間電圧ＶＧＣと閾値電圧Ｖｒｅｆ（０Ｖ）とを比較する。図７に示すように、サイリスタ１５ｂがオフ状態のときのゲート－カソード間電圧ＶＧＣは負の電圧（－Ｖ２）となり、閾値電圧Ｖｒｅｆ（０Ｖ）に比べて低い。そのため、状態検出器３２は、サイリスタ１５ｂがオフ状態であることを検出できる。
【0072】
図８Ａには、比較例として、一般的なゲート回路３００の構成が示される。比較例に係るゲート回路３００は、入力端子３００ａ，３００ｂと、ダイオードＤ６，Ｄ７と、抵抗Ｒ３と、コンデンサＣ４とを有する。入力端子３００ｂは接地配線ＧＮＤに接続される。ダイオードＤ７、抵抗Ｒ３およびコンデンサＣ４の各々は、入力端子３００ａおよび入力端子３００ｂの間に接続される。
【0073】
図８Ｂには、図８Ａのゲート回路３００により生成されるサイリスタ１５ｂのゲート－カソード間電圧ＶＧＣの波形が示されている。図８Ｂに示すように、時刻ｔ１にてゲート信号ＧＳが入力されると、サイリスタ１５ｂがオンされ、サイリスタ１５ｂのゲート－カソード間電圧ＶＧＣは正の電圧（０．６～１．５Ｖ程度）となる。次に時刻ｔ２にてゲート信号ＧＳを遮断すると、ゲート－カソード間電圧ＶＧＣはＰＮ接合による電圧降下（約０．６Ｖ程度）相当となる。サイリスタ１５ｂがオフすると（時刻ｔ３）、ゲート－カソード間電圧ＶＧＣは接地電圧（０Ｖ）となる。
【0074】
サイリスタ１５ｂがオフ状態のとき、ゲート－カソード間電圧ＶＧＣは接地電圧（０Ｖ）付近で脈動している。そのため、閾値電圧Ｖｒｅｆを接地電圧（０Ｖ）に設定し、ゲート－カソード間電圧ＶＧＣと閾値電圧Ｖｒｅｆ（０Ｖ）とを比較した場合、ゲート－カソード間電圧ＶＧＣの脈動に起因して、サイリスタ１５ｂの状態を誤って検出してしまう可能性がある。
【0075】
これに対して、図７に示したように、本実施の形態に係るゲート回路３０は、サイリスタ１５ｂがオフ状態のときのゲート－カソード間電圧ＶＧＣが負の電圧（－Ｖ２）となるように構成されているため、状態検出器３２は、ゲート－カソード間電圧ＶＧＣの脈動に影響されることなく、サイリスタ１５ｂの状態を正確に検出することができる。
【0076】
図９は、実施の形態１に係る無停電電源装置１の動作を説明する図である。図９には、ゲート信号ＧＳ、サイリスタ１５ａ，１５ｂのゲート－カソード間電圧ＶＧＣ、状態検出器３２の出力信号ＴＳ、ＸＯＲ回路３４の出力信号ＤＥＴ１、およびコンタクタ１４のオン指令（閉指令）の波形が示される。
【0077】
図９に示すように、時刻ｔ１にてＨレベルのゲート信号ＧＳを受けてサイリスタ１５ａ，１５ｂがともにオンすると、バイパス給電モードが開始される。コンタクタ１４はオフされている。時刻ｔ１以降、サイリスタ１５ａ，１５ｂの各々のゲート－カソード間電圧ＶＧＣは正の電圧（＋Ｖ１）となるため、状態検出器３２の出力信号ＴＳはＨレベルとなる。ゲート信号ＧＳがＨレベルであり、かつ、信号ＴＳがＨレベルであるため、時刻ｔ１以降もＸＯＲ回路３４の出力信号ＤＥＴ１はＬレベルに維持される。
【0078】
バイパス給電モード時に商用交流電源２１の電圧低下または停電が発生したことにより、時刻ｔ２にてゲート信号ＧＳを遮断しても、電流が流れているサイリスタには電流が流れ続ける。このときのサイリスタのゲート－カソード間電圧ＶＧＣはＰＮ接合の電圧降下（約０．６Ｖ）に相当する。アノード－カソード間に流れる電流が所定値以下になり、サイリスタがオフすると、ゲート－カソード間電圧ＶＧＣは負の電圧（－Ｖ２）になる。サイリスタ１５ａ，１５ｂのゲート－カソード間電圧ＶＧＣが閾値電圧Ｖｒｅｆ（０Ｖ）を下回ると（時刻ｔ３）、状態検出器３２の出力信号ＴＳはＨレベルからＬレベルに遷移する。
【0079】
ゲート信号ＧＳを遮断した時点（時刻ｔ２）からサイリスタ１５ａ，１５ｂがオフする時点（時刻ｔ３）までの期間、ＸＯＲ回路３４の出力信号ＤＥＴ１は一時的にＨレベルとなる。時刻ｔ３にてＸＯＲ回路３４の出力信号ＤＥＴ１がＬレベルに遷移すると、ＵＰＳ制御部３６は、サイリスタ１５ａ，１５ｂがともにオフ状態であり、半導体スイッチ１５がオフされていると判定する。ＵＰＳ制御部３６は、コンタクタ１４をオンすることにより、無停電電源装置１をインバータ給電モードに切り替える。
【0080】
これに対して、図中に破線で示すように、時刻ｔ２以降、サイリスタ１５ｂが正常にオフされない場合には、状態検出器３２の出力信号ＴＳがＨレベルに維持される。そのため、ＸＯＲ回路３４の出力信号ＤＥＴ１も時刻ｔ２以降、Ｈレベルに維持される。この場合、ＵＰＳ制御部３６は、サイリスタ１５ａ，１５ｂの少なくとも一方がオン状態であり、半導体スイッチ１５がオフされていないと判定する。ＵＰＳ制御部３６は、コンタクタ１４をオフ状態に維持することにより、無停電電源装置１をインバータ給電モードに切り替えない。
【0081】
以上説明したように、実施の形態１に係る無停電電源装置１は、ゲート信号ＧＳが遮断された状態における、半導体スイッチ１５を構成するサイリスタ１５ａ，１５ｂのゲート－カソード間電圧ＶＧＣとに基づいて、半導体スイッチ１５がオフされていることを検出するように構成される。
【0082】
ここで、半導体スイッチ１５がオフされていることを検出するためには、半導体スイッチ１５に流れる電流を検出し、電流検出値が予め設定された閾値電流未満である場合に、半導体スイッチ１５がオフされていると判定する手法を用いることができる。
【0083】
しかしながら、この手法では、商用交流電源２１の電圧低下または停電の発生時に半導体スイッチ１５に流れる電流が低下した結果、電流検出値が閾値電流を下回った場合には、半導体スイッチ１５がオン状態であるにもかかわらず、半導体スイッチ１５がオフされていると誤って判定してしまう可能性がある。また、半導体スイッチ１５のオン故障が生じている場合においても、半導体スイッチ１５に流れる電流が低下して閾値電流を下回ったことにより、誤って半導体スイッチ１５がオフされていると判定してしまう可能性がある。
【0084】
これに対して、実施の形態１に係る無停電電源装置１では、ゲート信号ＧＳが遮断されているサイリスタ１５ａ，１５ｂのゲート－カソード間電圧ＶＧＣに基づいて半導体スイッチ１５がオフされていることを検出するため、半導体スイッチ１５に流れる電流の低下に影響されることなく、半導体スイッチ１５のオフを正確に検出することができる。
【0085】
さらに、実施の形態１に係る無停電電源装置１によれば、サイリスタ１５ａ，１５ｂをオフする際に、負の電圧を各サイリスタのゲートに印加する構成を採用したことにより、サイリスタがオフ状態であるときのゲート－カソード間電圧ＶＧＣを閾値電圧（０Ｖ）よりも低い電圧とすることができる。これによると、ゲート－カソード間電圧ＶＧＣの脈動に影響されることなくサイリスタ１５ａ，１５ｂの状態を正確に検出することができる。この結果、バイパス給電からインバータ給電への切り替え時における出力の信頼性を向上させることが可能となる。
【0086】
［実施の形態２］
図１０は、実施の形態２に係る無停電電源装置１の制御装置１８Ａの構成を示すブロック図である。図１０を参照して、実施の形態２に係る制御装置１８Ａは、図５に示した制御装置１８に対して、電流センサ５０、電流検出器５２、比較器５４、ＸＯＲ回路５６および、ＯＲ回路５８を追加したものである。
図１０は、実施の形態２に係る無停電電源装置１の制御装置１８Ａの構成を示すブロック図である。図１０を参照して、実施の形態２に係る制御装置１８Ａは、図５に示した制御装置１８に対して、電流センサ５０、電流検出器５２、比較器５４、ＸＯＲ回路５６および、ＯＲ回路５８を追加したものである。
【0087】
電流センサ５０は、半導体スイッチ１５に流れる電流を検出する。半導体スイッチ１５を構成するサイリスタ１５ａ，１５ｂは、ゲート信号ＧＳが入力されている間、商用交流電源２１から供給される交流電圧の極性に従って、交流電圧の半サイクル期間ごとに交互にオン状態となる。電流センサ５０は、交流電圧の半サイクル期間ごとにサイリスタ１５ａ，１５ｂに交互に流れる電流を検出する。
【0088】
電流検出器５２は、電流センサ５０により検出される交流電流の振幅（または実効値）を検出する。比較器５４は、電流検出器５２による検出値と予め設定された閾値電流Ｉｒｅｆとを比較する。閾値電流Ｉｒｅｆは０Ａに設定されている。電流検出器５２による検出値が閾値電流Ｉｒｅｆより大きい場合、比較器５４はＨレベルの信号を出力する。一方、電流検出器５２による検出値が閾値電流Ｉｒｅｆ以下である場合、比較器５４はＬレベルの信号を出力する。すなわち、比較器５４は、半導体スイッチ１５に電流が流れているときにＨレベルの信号を出力し、半導体スイッチ１５に電流が流れていないときにＬレベルの信号を出力する。
【0089】
ＸＯＲ回路５６は、第１入力端子に比較器５４の出力信号を受け、第２入力端子に状態検出器３２の出力信号ＴＳを受ける。ＸＯＲ回路５６は、２つの入力信号の排他的論理和を演算し、演算結果を示す信号ＤＥＴ２を出力する。具体的には、ＸＯＲ回路５６は、比較器５４の出力信号がＨレベルであり、かつ、信号ＴＳがＨレベルであるとき、または、比較器５４の出力信号がＬレベルであり、かつ、信号ＴＳがＬレベルであるときに、Ｌレベルの信号ＤＥＴ２を出力する。一方、ＸＯＲ回路５６は、比較器５４の出力信号がＨレベルであり、かつ、信号ＴＳがＬレベルであるとき、または、比較器５４の出力信号がＬレベルであり、かつ、信号ＴＳがＨレベルであるとき、Ｈレベルの信号ＤＥＴ２を出力する。
【0090】
すなわち、ＸＯＲ回路５６は、半導体スイッチ１５に電流が流れており、かつ、サイリスタ１５ａ，１５ｂの少なくとも一方がオン状態であるときに、Ｌレベルの信号ＤＥＴ２を出力する。あるいは、ＸＯＲ回路５６は、半導体スイッチ１５に電流が流れておらず、かつ、サイリスタ１５ａ，１５ｂがともにオフ状態であるときに、Ｌレベルの信号ＤＥＴ２を出力する。
【0091】
これに対して、サイリスタ１５ａ，１５ｂの少なくとも一方がオン状態であるが、半導体スイッチ１５に電流が流れていないときに、Ｈレベルの信号ＤＥＴ１を出力する。
【0092】
ＸＯＲ回路５６の出力信号ＤＥＴ２は、ＯＲ回路５８の第１入力端子に入力される。ＯＲ回路５８の第２入力端子には、ＸＯＲ回路３４の出力信号ＤＥＴ１が入力される。ＯＲ回路５８は、ＸＯＲ回路３４の出力信号ＤＥＴ１およびＸＯＲ回路５６の出力信号ＤＥＴ２の少なくとも一方がＨレベルのときにＨレベルの信号ＤＥＴ３を出力する。一方、ＸＯＲ回路３４の出力信号ＤＥＴ１およびＸＯＲ回路５６の出力信号ＤＥＴ２がともにＬレベルのときに、ＯＲ回路５８はＬレベルの信号ＤＥＴ３を出力する。
【0093】
すなわち、ＯＲ回路５８は、サイリスタ１５ａ，１５ｂにゲート信号ＧＳが入力（オン）されている状態において、サイリスタ１５ａ，１５ｂの少なくとも一方がオン状態であり、かつ、半導体スイッチ１５に電流が流れているときに、Ｌレベルの信号ＤＥＴ３を出力する。あるいは、ＯＲ回路５８は、サイリスタ１５ａ，１５ｂからゲート信号ＧＳが遮断（オフ）されている状態において、サイリスタ１５ａ，１５ｂがともにオフ状態であり、かつ、半導体スイッチ１５に電流が流れていないときに、Ｌレベルの信号ＤＥＴ３を出力する。
【0094】
これに対して、ＯＲ回路５８は、サイリスタ１５ａ，１５ｂにゲート信号ＧＳが入力されており、サイリスタ１５ａ，１５ｂの少なくとも一方がオン状態であるが、半導体スイッチ１５に電流が流れていないときに、Ｈレベルの信号ＤＥＴ３を出力する。
【0095】
実施の形態２に係る制御装置１８Ａによれば、バイパス給電モードの実行中、サイリスタ１５ａ，１５ｂが正常にオンされない故障が生じていることを検出することができる。図１１は、実施の形態２に係る無停電電源装置１の動作を説明する図である。図１１には、ゲート信号ＧＳ、サイリスタ１５ａ，１５ｂのゲート－カソード間電圧ＶＧＣ、状態検出器３２の出力信号ＴＳ、ＸＯＲ回路３４の出力信号ＤＥＴ１、コンタクタ１４のオン指令（閉指令）、比較器５４の出力信号、ＸＯＲ回路５６の出力信号ＤＥＴ２、およびＯＲ回路５８の出力信号ＤＥＴ３の波形が示される。
【0096】
図１１に示すように、時刻ｔ１にてＨレベルのゲート信号ＧＳを受けてサイリスタ１５ａ，１５ｂがともにオンすると、バイパス給電モードが開始される。コンタクタ１４はオフされている。時刻ｔ１以降、サイリスタ１５ａ，１５ｂの各々のゲート－カソード間電圧ＶＧＣは正の電圧（＋Ｖ１）となるため、状態検出器３２の出力信号ＴＳはＨレベルとなる。ゲート信号ＧＳがＨレベルであり、かつ、信号ＴＳがＨレベルであるため、時刻ｔ１以降もＸＯＲ回路３４の出力信号ＤＥＴ１はＬレベルに維持される。
【0097】
時刻ｔ１以降、サイリスタ１５ａ，１５ｂが交流電圧の半サイクル期間ごとに交互にオンすることにより、半導体スイッチ１５に電流が流れる。比較器５４の出力信号がＨレベルとなるため、ＸＯＲ回路５６の出力信号ＤＥＴ２はＬレベルとなる。信号ＤＥＴ１および信号ＤＥＴ２がともにＬレベルのため、信号ＤＥＴ３もＬレベルとなる。
【0098】
ここで、バイパス給電モードの実行中の時刻ｔ４にて、半導体スイッチ１５（サイリスタ１５ａ，１５ｂ）に断線が生じた場合を想定する。この場合、半導体スイッチ１５に流れる電流が遮断されるため、図中に破線で示すように、ＸＯＲ回路５６の出力信号ＤＥＴ２がＨレベルに遷移する。その結果、ＯＲ回路５８の出力信号ＤＥＴ３もＨレベルに遷移する。
【0099】
時刻ｔ４以降、ＯＲ回路５８の出力信号ＤＥＴ３はＨレベルに維持される。この場合、ＵＰＳ制御部３６は、バイパス給電モード中に半導体スイッチ１５が正常にオンされない故障が発生したと判定する。ＵＰＳ制御部３６は、コンタクタ１４をオフ状態に維持することにより、無停電電源装置１をインバータ給電モードに切り替えない。
【0100】
以上説明したように、実施の形態２に係る無停電電源装置１によれば、実施の形態１による作用効果に加えて、バイパス給電モードの実行中に、半導体スイッチ１５を流れる電流の検出値および半導体スイッチ１５を構成するサイリスタ１５ａ，１５ｂのゲート－カソード間電圧ＶＧＣに基づいて、半導体スイッチ１５が正常にオンされない故障を検出することができる。
【0101】
なお、上述した実施の形態１，２では、商用交流電源２１および負荷２２の間に単一の無停電電源装置１が接続されている構成例を説明したが、図１２に示すように、複数の無停電電源装置１が負荷２２に対して並列に接続されている構成例においても本実施の形態を適用することができる。
【0102】
図１２に示す構成例においては、各無停電電源装置１のＵＰＳ制御部３６は、バイパス給電モード時または、バイパス給電モードからインバータ給電モードへの移行時に半導体スイッチ１５の故障を検出する。複数の無停電電源装置１のうちのいずれか１つの無停電電源装置１において半導体スイッチ１５の故障が検出されると、当該無停電電源装置１のＵＰＳ制御部３６は、自己の無停電電源装置１の運転を停止させるとともに、コンタクタ２，１４をオフすることによって自己の無停電電源装置１を解列させる。
【0103】
さらに、ＵＰＳ制御部３６は、通信線２０を介して、残りの正常な無停電電源装置１のＵＰＳ制御部３６に対し、自己の無停電電源装置１の故障を示す信号ＥＲＲを出力する。残りの正常な無停電電源装置１のＵＰＳ制御部３６は、信号ＥＲＲを受信すると、正常な無停電電源装置１の台数に基づいて、インバータ１０の出力電流の目標値である電流指令値を変更（増加）する。これにより、無停電電源装置１の故障が発生した場合であっても、負荷２２に対して安定して電力を供給することができる。
【0104】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0105】
１ 無停電電源装置、２，８，１４ コンタクタ、４，９，１３，Ｃ１～Ｃ４ コンデンサ、５，１２ リアクトル、６ コンバータ、７ 双方向チョッパ、１０ インバータ、１５ 半導体スイッチ、１５ａ，１５ｂ サイリスタ、１８，１８Ａ 制御装置、２１ 商用交流電源、２２ 負荷、２３ バッテリ、３０，３００ ゲート回路、３１ トランス、３２ 状態検出器、３４，５６ ＸＯＲ回路、３６ ＵＰＳ制御部、４０，４２，５４ 比較器、４４，５８ ＯＲ回路、５０ 電流センサ、５２ 電流検出器、Ｄ１～Ｄ７ ダイオード、ＧＮＤ 接地配線、ＧＳ ゲート信号、Ｌ１ 直流ライン、Ｒ１～Ｒ３ 抵抗、Ｔ１ 交流入力端子、Ｔ２ 交流出力端子、Ｔ３ バッテリ端子、Ｔｒ１，Ｔｒ２ トランジスタ。
【要約】
制御装置は、第１および第２のサイリスタのゲートに、カソードを基準とした正の電圧を印加することにより第１のスイッチをオンする一方で、第１および第２のサイリスタのゲートに、カソードを基準とした負の電圧を印加することにより第１のスイッチをオフするように構成される。無停電電源装置は、第１のスイッチをオンするとともに第２のスイッチをオフし、交流電源からの交流電力を負荷に供給する第１の給電モードと、第１のスイッチをオフするとともに第２のスイッチをオンし、インバータから出力される交流電力を負荷に供給する第２の給電モードとを有する。第１の給電モードの実行時において交流電源の電圧低下を検出したときには、制御装置は、第１および第２のサイリスタのゲートに負の電圧を印加する。制御装置は、第１および第２のサイリスタのゲート－カソード間電圧が接地電圧よりも低くなったときに第２のスイッチをオンすることにより、無停電電源装置を第２の給電モードに切り替える。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】