电力变换装置的制作方法

1.本发明涉及一种电力转换装置，特别涉及一种具有使斩波器的输出电压稳定化的电容器的电力转换装置。


背景技术：

2.例如在国际公开第2010/100737号说明书(专利文献1)中公开了一种电力转换装置，该电力转换装置具有：斩波器，其将从直流电源供给的第一直流电压转换为第二直流电压而供给至直流负载；以及电容器，其使第二直流电压稳定化。
3.先行技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：国际公开第2010/100737号说明书


技术实现要素：

6.发明要解决的问题
7.对于这样的电力转换装置，如果开始斩波器的运转，则电容器的温度逐渐上升。如果电容器的温度上升值超过上限值，则发生热失控而电容器损坏。以往，为了防止电容器的损坏，使用大容量的电容器以避免电容器的温度上升饱和值超过上限值。因此，存在装置大型化、高成本化的问题。
8.因此，本发明的主要目的在于提供一种小型且低成本的电力转换装置。
9.用于解决问题的方案
10.本发明所涉及的电力转换装置具有：斩波器，其将从直流电源供给的第一直流电压转换为第二直流电压而供给至直流负载；电容器，其使第二直流电压稳定化；电流检测器，其检测直流电源的输出电流；以及控制电路，其基于电流检测器的检测结果，每经过预先确定的时间就估计电容器的温度上升值，在估计出的温度上升值高于上限值的情况下使斩波器的运转停止。
11.发明的效果
12.对于本发明所涉及的电力转换装置，基于电流检测器的检测结果，每经过规定时间估计电容器的温度上升值，在估计出的温度上升值高于上限值的情况下使斩波器的运转停止。因而，能够使用小容量的电容器，能够实现装置的小型化、低成本化。
附图说明
13.图1是表示实施方式1所涉及的不间断电源装置的结构的电路框图。
14.图2是表示图1所示的双向斩波器的结构的电路图。
15.图3是表示图2所示的控制电路7的结构的框图。
16.图4是表示图3所示的放电判定器的结构的框图。
17.图5是用于说明图4所示的存储部的存储内容的图。
18.图6是表示图5所示的电解电容器的温度上升值的时间变化的时序图。
19.图7是例示在图5和图6中说明的实验结果的图。
20.图8是表示图7所示的直流电流与温度上升饱和值之间的关系的图。
21.图9是用于说明图4所示的运算部的动作的时序图。
22.图10是用于说明图4所示的放电判定器的动作的时序图。
23.图11是表示图3所示的pwm控制部的结构的框图。
24.图12是用于说明图11所示的pwm控制部的动作的时序图。
25.图13是表示实施方式2所涉及的不间断电源装置的结构的电路框图。
26.图14是表示图13所示的双向斩波器的结构的电路图。
具体实施方式
27.[实施方式1]
[0028]
图1是表示实施方式1所涉及的不间断电源装置1的结构的电路框图。在图1中，该不间断电源装置1具有电流检测器2、6、9、转换器3、直流线路l1～l3、电容器c1、c2、11、控制电路4、7、14、双向斩波器5、逆变器8、电抗器10、以及电磁接触器12、13。
[0029]
该不间断电源装置1由从商用交流电源21供给的商用频率的交流电力所驱动。从商用交流电源21供给的交流输入电压vi的瞬时值由控制电路4来检测。电流检测器2检测从商用交流电源21流向转换器3的交流输入电流ii，将表示其检测值的信号iif发给控制电路4。
[0030]
转换器3(正向转换器)由控制电路4来控制，在从商用交流电源21正常地供给交流电力的情况下(商用交流电源21正常工作时)，转换器3将交流电力转换为直流电力后输出到直流线路l1、l2、l3。在停止从商用交流电源21供给交流电力的情况下(商用交流电源21停电时)，转换器3的运转停止。
[0031]
在商用交流电源21正常工作时，转换器3基于从商用交流电源21供给的交流电压vi来生成3电平的直流电压vdc1、vdc2、vdc3，将直流电压vdc1～vdc3分别输出到直流线路l1～l3。直流电压vdc1是正电压，直流电压vdc2是负电压，直流电压vdc3是接地电压(0v)。vdc1＝vdc1-vdc3，vdc2＝vdc3-vdc2，vdc1＝vdc2。当设vdc1-vdc2＝vdc时，vdc1+vdc2＝vdc。
[0032]
电容器c1连接于直流线路l1、l3之间，使直流线路l1、l3之间的直流电压vdc1平滑化。电容器c2连接于直流线路l3、l2之间，使直流线路l3、l2之间的直流电压vdc2平滑化。直流线路l1、l2之间的直流电压vdc的瞬时值由控制电路4来检测。
[0033]
控制电路4基于交流输入电压vi的检测值来检测商用交流电源21是否发生了停电。在商用交流电源21正常工作时，控制电路4基于交流输入电压vi、交流输入电流ii以及直流电压vdc来控制转换器3，使得直流电压vdc变为规定的参照直流电压vdcr(例如，660v)。在商用交流电源21停电时，控制电路4使转换器3的运转停止。
[0034]
直流线路l1、l2、l3与逆变器8连接，并且分别与双向斩波器5的高电压侧节点5a、5b、5c连接。双向斩波器5的低电压侧节点5d、5e分别与电池22的正极及负极连接。电池22(电力贮存装置)蓄积直流电力。
[0035]
双向斩波器5由控制电路7来控制，在商用交流电源21正常工作时，将由转换器3生
成的直流电力蓄积到电池22，对应于商用交流电源21发生停电，将电池22的直流电力经由直流线路l1～l3供给给逆变器8。
[0036]
直流线路l1、l2之间的直流电压vdc的瞬时值由控制电路7来检测。也可以将直流线路l1、l3之间的直流电压vdc1的瞬时值与直流线路l3、l2之间的直流电压vdc2的瞬时值相加，来求出直流线路l1、l2之间的直流电压vdc的瞬时值。
[0037]
电流检测器6检测在双向斩波器5的低电压侧节点5d与电池22的正极之间流过的直流电流ib，将表示其检测值的信号ibf提供给控制电路7。电池22的端子间电压vb的瞬时值由控制电路7来检测。
[0038]
控制电路7基于直流电压vdc、直流电流ib、以及电池22的端子间电压vb来控制双向斩波器7。控制电路7基于直流电流ib的极性来判定商用交流电源21是否发生了停电。
[0039]
在商用交流电源21正常工作时，控制电路7对双向斩波器5进行控制，使得由转换器3生成的直流电力蓄积到电池22，且电池22的端子间电压vb变为规定的参照直流电压vbr(例如，480v)。
[0040]
另外，对应于商用交流电源21发生了停电，控制电路7对双向斩波器5进行控制，使得电池22的直流电力供给至逆变器8，且直流线路l1、l2之间的直流电压vdc变为规定的参照直流电压vdcr(例如，660v)。
[0041]
另外，控制电路7存储有表示直流电流ib、双向斩波器5所包括的电容器的温度上升的时间常数、以及电容器的温度上升饱和值之间的关系的信息。在商用交流电源21停电时，控制电路7基于直流电源ib和所存储的信息，每经过规定时间就计算电容器的温度上升估计值，在计算出的温度上升估计值超过了上限值的情况下停止双向斩波器5的运转。
[0042]
逆变器8由控制电路14来控制，将从转换器3或双向斩波器5经由直流线路l1～l3供给的直流电力转换为商用频率的交流电力后输出。即，在商用交流电源21正常工作时，逆变器8将从转换器3经由直流线路l1～l3供给的直流电力转换为交流电力，对应于商用交流电源21发生了停电，将从电池22经由双向斩波器5供给的直流电力转换为交流电力。逆变器8的交流输出电压能够控制为期望的值。
[0043]
此时，逆变器8基于直流线路l1～l3的直流电压vdc1～vdc3来生成交流输出电压vo。控制电路14基于交流输出电压vo和交流输出电流io来控制逆变器8，使得交流输出电压vo变为规定的参照交流电压vor。
[0044]
逆变器8的输出节点与电抗器10的一个端子连接，电抗器10的另一个端子(节点n1)经由电磁接触器12来与负载23连接。电容器11连接于节点n1与直流线路l3之间。负载23的接地端子23a与直流线路l3连接。
[0045]
电抗器10和电容器11构成低通滤波器，使由逆变器8生成的商用频率的交流电力通过负载23、且防止在逆变器8产生的开关频率的信号通过负载23。逆变器8、电抗器10以及电容器11构成反向转换器。逆变器8、电抗器10、电容器11以及负载23(交流负载)构成直流负载。
[0046]
电流检测器9检测逆变器8的输出电流io的瞬时值，将表示其检测值的信号iof提供给控制电路14。出现在节点n1的交流输出电压vo的瞬时值由控制电路14来检测。控制电路14基于交流输出电压vo和交流输出电流io来控制逆变器8，使得交流输出电压vo变为规定的参照交流电压vor。
[0047]
在将由逆变器8生成的交流电力供给至负载23的逆变器供电模式时，电磁接触器12接通，在将来自商用交流电源21的交流电力供给至负载23的旁路供电模式时，电磁接触器12断开。
[0048]
电磁接触器13连接于商用交流电源21与负载23之间，在逆变器供电模式时断开，在旁路供电模式时接通。另外，在逆变器供电模式时，在逆变器8发生了故障的情况下，将电磁接触器13接通并且将电磁接触器12断开，来自商用交流电源21的交流电力供给至负载23。
[0049]
图2是表示双向斩波器5的结构的电路图。在图2中，双向斩波器5包括igbt q1～q4、二极管d1～d4、电抗器x1、x2以及电容器c11、c12。
[0050]
igbt q1的集电极与高电压侧节点5a连接，igbt q1的发射极经由电抗器x1与低电压侧节点5d连接，并且与igbt q2的集电极连接。igbt q2的发射极与高电压侧节点5c连接，并且与igbt q3的集电极连接。igbt q3的发射极经由电抗器x2与低电压侧节点5e连接，并且与igbt q4的集电极连接。igbt q4的发射极与高电压侧节点5b连接。
[0051]
二极管d1～d4分别与igbt q1～q4反向并联连接。电容器c11连接于高电压侧节点5a、5c之间，使高电压侧节点5a、5c之间的直流电压vdc1稳定化。电容器c12连接于高电压侧节点5c、5b之间，使高电压侧节点5c、5b之间的直流电压vdc2稳定化。
[0052]
igbt q1(第一开关元件)和igbt q4(第四开关元件)在商用交流电源21正常工作时以规定频率接通和断开，将由转换器3生成的直流电力蓄积到电池22。在商用交流电源21正常工作时，igbt q2、q3固定为断开状态。
[0053]
igbt q1、q4由来自控制电路7的选通信号s1控制。选通信号s1以规定频率交替地设为“h”电平和“l”电平。如果将选通信号s1设为“h”电平，则igbt q1、q4接通，如果将选通信号s1设为“l”电平，则igbt q1、q4断开。
[0054]
在商用交流电源21正常工作时，在vdc》vb的情况下如果igbt q1、q4接通，则在从直流线路l1经由igbt q1、电抗器x1、电池22、电抗器x2以及igbt q4到达直流线路l2的路径上流过电流ib，电池22充电，并且电抗器x1、x2蓄积电磁能量。
[0055]
如果igbt q1、q4断开，则在从电抗器x1的一个端子(电池22侧的端子)经由电池22、电抗器x2以及二极管d3、d2到达电抗器x1的另一个端子的路径上流过电流，电池22充电，并且电抗器x1、x2的电磁能量释放。
[0056]
选通信号s1设为“h”电平的时间(脉宽)与1个周期之比称作占空比。通过对选通信号s1的占空比进行调整，能够将电池22的端子间电压vb调整为规定的参照直流电压vbr。将直流线路l1、l2之间的直流电压vdc＝vdc1+vdc2降压而提供到电池22，成为vb《vdc。
[0057]
igbt q2(第二开关元件)和igbt q3(第三开关元件)对应于商用交流电源21发生了停电而以规定频率接通和断开，将电池22的直流电力供给至逆变器8。
[0058]
igbt q2、q3由来自控制电路7的选通信号s2控制。选通信号s2以固定频率交替地设为“h”电平和“l”电平。如果将选通信号s2设为“h”电平，则igbt q2、q3接通，如果将选通信号s2设为“l”电平，则igbt q2、q3断开。
[0059]
如果停止从商用交流电源21供给交流电力而直流线路l1、l2之间的直流电压vdc下降到低于电池22的端子间电压vb，则igbt q1、q4固定为断开状态，并且igbt q2、q3开始接通和断开。
[0060]
如果igbt q2、q3接通，则电流从电池22的正极经由电抗器x1、igbt q2、q3以及电抗器x2向电池22的负极流动，电抗器x1、x2蓄积电磁能量。如果igbt q2、q3断开，则原本从电抗器x1流向igbt q2的电流转而从电抗器x1流向二极管d1，经由电容器c11、c12、二极管d4以及电抗器x2流向电池22的负极，电容器c11、c12充电，并且电抗器x1、x2的电磁能量释放。
[0061]
选通信号s2设为“h”电平的时间(脉宽)与1个周期之比称作占空比。通过对选通信号s2的占空比进行调整，能够将直流线路l1、l2之间的直流电压vdc＝vdc1+vdc2调整为规定的参照直流电压vdcr。电池22的端子间电压vb升压而提供到直流线路l1、l2之间，成为vb《vdc。
[0062]
igbt q1～q4、二极管d1～d4以及电抗器x1、x2构成在商用交流电源21停电时将直流电压vb转换为直流电压vdc的斩波器，c11、c12构成使斩波器的输出电压稳定化的电容器。
[0063]
控制电路7基于电流检测器6的输出信号ibf来检测商用交流电源21是否发生了停电。即，如果商用交流电源21发生停电，则转换器3的运转停止，从电容器c1、c2、c11、c12向逆变器8供给直流电力，直流线路l1、l2之间的直流电压vdc下降。如果vdc＝vb，则即使使igbt q1、q4接通和断开，电流也不再流过igbt q1、q4，如果进一步地成为vdc《vb，则电流ib从电池22的正极经由电抗器x1、二极管d1、电容器c11、c12、二极管d4以及电抗器x2流向电池22的负极。
[0064]
因而，如果商用交流电源21发生停电，则从双向斩波器5的低电压侧节点5d流向电池22的正极的电流ib的极性反转。如果将从双向斩波器5的低电压侧节点5d流向电池22的正极的电流ib的极性设为负，则控制电路7在电流ib的极性从负反转为正时检测到商用交流电源21发生了停电。此外，电流检测器6也可以设置于双向斩波器5内。例如，电流检测器6也可以检测在igbt q1的发射极与电抗器x1之间流过的电流ib。
[0065]
对于这样的双向斩波器5，在商用交流电源21停电时向逆变器8供给电池22的直流电力时，纹波电流流过电容器c11、c12从而电容器c11、c12的温度上升。如果电容器c11、c12的温度上升值超过规定的上限值，则发生热失控而电容器c11、c12损坏。为了将电容器c11、c12的温度上升抑制得小，需要使电容器c11、c12的容量值大。
[0066]
以往，将电容器c11、c12的容量值设定为，稳定地流过在商用交流电源21停电时流过的最大电流ib的情况下的电容器c11、c12的温度上升饱和值不会超过上限值。因此，电容器c11、c12的容量值变得过大，装置大型化而成本变高。本实施方式1用于解决该问题。
[0067]
图3是表示控制电路7的结构的框图。在图3中，控制电路7包括参照电压生成部31、36、校正部32、39、电压检测器33、37、减法器34、38、电压控制部35、40、极性判定器41、放电判定器42、以及pwm(pulse width modulation：脉宽调制)控制部43。
[0068]
参照电压生成部31生成作为电池22的端子间电压vb的目标电压的参照直流电压vbr。校正部32基于电流检测器6(图2)的输出信号ibf来进行动作，根据流入电池22的电流ib对参照直流电压vbr进行校正，输出参照电压校正值vbr1。校正部32例如一边监视电流ib的大小一边调整参照电压校正值vbr1，以防止在电池22的初始充电时流过过大的电流ib。
[0069]
电压检测器33检测电池22的端子间电压vb，输出表示检测值的信号vbf。减法器34求出参照电压校正值vbr1与由电压检测器33的输出信号vbf表示的电池22的端子间电压vb
之间的偏差δvb＝vbr1-vb。电压控制部35将与偏差δvb成正比的值和偏差δvb的积分值相加来生成电压指令值vbc。
[0070]
校正部32、减法器34以及电压控制部35构成生成电压指令值vbc以使电池22的端子间电压vb变为参照直流电压vbr的第一电压指令部。
[0071]
参照电压生成部36生成作为直流线路l1、l2之间的直流电压vdc的目标电压的参照直流电压vdcr。电压检测器37检测直流线路l1、l2之间的直流电压vdc，输出表示检测值的信号vdcf。减法器38求出参照直流电压vdcr与由电压检测器37的输出信号vdcf表示的直流电压vdc之间的偏差δvdc＝vdcr-vdc。
[0072]
校正部39基于电流检测器6(图2)的输出信号ibf来进行动作，根据从电池22流出的电流ib的大小对偏差δvdc进行校正，输出偏差校正值δvdc1。校正部39例如一边监视电流ib的大小一边调整偏差校正值δvdc1，以防止在电池22的初始放电时流过过大的电流ib。电压控制部40将与偏差校正值δvdc1成正比的值和偏差校正值δvdc1的积分值相加来生成电压指令值vdcc。
[0073]
减法器38、校正部39以及电压控制部40以直流线路l1、l2之间的直流电压vdc变为参照直流电压vdcr的方式构成生成电压指令值vdcc的第二电压指令部。
[0074]
极性判定器41基于电流检测器6(图2)的输出信号ibf来判定在双向斩波器5的低电压侧节点5d与电池22的正极之间流过的直流电流ib的极性，输出表示判定结果的信号dt1。
[0075]
在直流电流ib从双向斩波器5的低电压侧节点5d朝向电池22的正极流动的情况下(商用交流电源21正常工作时)，将直流电流ib判定为是负极性，将信号dt1设为“l”电平。反之，在直流电流ib从电池22的正极朝向双向斩波器5的低电压侧节点5d流过的情况下(商用交流电源21停电时)，将直流电流ib判定为是正极性，将信号dt1设为“h”电平。
[0076]
放电判定器42在信号dt1为“h”电平的情况下(商用交流电源21停电时)，基于电压检测器33的输出信号vbf和电流检测器6(图1、图2)的输出信号ibf来判定是否能够使电池22的直流电力放电，输出表示判定结果的信号dt2。在能够使电池22的直流电力放电的情况下，将信号dt2设为“h”电平。在不能使电池22的直流电力放电的情况下，将信号dt2设为“l”电平。
[0077]
图4是表示放电判定器42的结构的框图。在图4中，放电判定器42包括电压判定部51、存储部52、运算部53、温度判定部54以及与门55。
[0078]
电压判定部51对由电压检测器33(图3)的输出信号vbf表示的直流电压vb与电池22(图1、图2)的放电终止电压vbe的高低进行比较，输出表示比较结果的信号φ51。在直流电压vb比放电终止电压vbe高的情况下，将信号φ51设为“h”电平。在直流电压vb比放电终止电压vbe低的情况下，将信号φ51设为“l”电平。
[0079]
存储部52保存有表示商用交流电源21停电时的直流电流ib、电容器c11、c12的温度上升的时间常数τ与电容器c11、c12的温度上升饱和值ts之间的关系的信息。
[0080]
在此，说明获取表示ib、τ、ts的关系的信息的实验方法。电容器c11、c12分别包括并联连接的多个电解电容器。如图5所示，选择这些电解电容器中的温度上升最大的电解电容器60(例如多个电解电容器中的配置于中央的电解电容器)，在选择出的电解电容器60的内部配置温度传感器61，检测电解电容器60的内部温度t1。
[0081]
另外，在选择出的电解电容器60的外部配置温度传感器62，检测电解电容器60的周围温度t2。将由温度传感器61的输出信号t1f表示的电解电容器60的内部温度t1与由温度传感器62的输出信号t2f表示的电解电容器60的周围温度t2之差作为电解电容器60的温度上升值t＝t1-t2。
[0082]
此外，在内部配置有温度传感器61的电解电容器60的寿命短，因此实际上无法一边使不间断电源装置1运转一边检测电解电容器60的内部温度t1。
[0083]
另外，将固定容量(例如400kw)的负载23与不间断电源装置1连接，并连接能够调整输出电压vb的直流电源来代替电池22。将直流电源的输出电压vb设定为规定值，与商用交流电源21停电时同样地使双向斩波器5和逆变器8运转。
[0084]
通过电流检测器6来检测直流电流ib，通过温度传感器61、62来检测电解电容器60的温度上升值t(k)。温度上升值t(k)随着时间的经过而逐渐上升，因此使双向斩波器5和逆变器8持续运转直到温度上升值t(k)饱和为止，绘制出表示温度上升值t(k)的时间变化的曲线。
[0085]
图6是表示电解电容器60的温度上升值t(k)的时间变化的时序图。在图6中，在初始状态(时刻t0)下，ib＝0(a)、t＝0(k)。将直流电压vb设定为规定值。在时刻t1，如果开始双向斩波器5和逆变器8的运转，则流过直流电流ib，温度上升值t(k)逐渐增大，在时刻t3温度上升值t(k)饱和，达到温度上升饱和值ts(k)。
[0086]
温度上升值t(k)从0(k)达到温度上升饱和值ts(k)的62.3(％)的值为止的时间为时间常数τ＝t2-t1。使直流电压vb以多个阶段变化，针对各直流电压vb绘制温度上升曲线a，记录直流电压vb(v)、直流电流ib、温度上升饱和值ts以及时间常数τ。
[0087]
图7是例示图5和图6中说明的实验结果的图。在图7中示出了以下情况：将负载23的消耗电力pl固定为400(kw)，使直流电压vb以400、420、440、480(v)这四个阶段变化。在使直流电压vb变化为400、420、440、480(v)的情况下，直流电流ib分别为1000.0、952.4、909.1、833.3(a)，温度上升饱和值ts分别为51、48、44、39(k)。时间常数τ在哪个情况下都为约15分钟。
[0088]
图8是表示图7所示的直流电流ib与温度上升饱和值ts之间的关系的图。在图8中，曲线b经过原点(ib＝0，ts＝0)和四个点p1(ib＝833.3，ts＝39)、p2(ib＝909.1，ts＝44)、p3(ib＝952.4，ts＝48)、p4(ib＝1000.0，ts＝51)。温度上升饱和值ts与直流电流ib的函数能够通过表达式ts＝f(ib)近似。事先将该表达式ts＝f(ib)和时间常数τ保存在存储部52。
[0089]
再次参照图4，运算部53在信号dt1为“h”电平的情况下(商用交流电源21停电时)激活，基于由电流检测器6的输出信号ibf表示的直流电流ib和存储部52的存储内容，每规定时间δt就计算电容器c11、c12的温度上升估计值ta。
[0090]
图9是用于说明运算部53的动作的时序图。在图9中，(a)表示电容器c11、c12的温度上升值t(k)的时间变化，(b)表示直流电流ib(a)的时间变化。
[0091]
在图9中示出了以下情况：在某个时刻t0流过833.3(a)的直流电流ib，在时刻t0之后的时刻t1直流电流ib增大到1000(a)。在时刻t0，电容器c11、c12的温度上升值t0(k)是39(k)。运算部53计算从时刻t1起经过了规定时间δt后的时刻t2的温度上升估计值ta。
[0092]
即，运算部53首先根据时刻t1的直流电流ib＝1000(a)计算出温度上升饱和值ts＝f(1000)＝51(k)。估计温度上升值t(k)沿着以时间常数τ表示的曲线c朝向计算出的温度
上升饱和值ts＝51(k)增大。运算部53按照下式(1)来计算时刻t2的温度上升估计值ta。n是正整数，在每次计算时递增(+1)。
[0093]
ta＝t0+(ts-t0)
×
[1-exp(-δt
×
n/τ)]
…
(1)
[0094]
温度判定部54对由运算部53计算出的温度上升估计值ta与上限值th的大小进行比较，输出表示比较结果的信号φ54。在温度上升估计值ta比上限值th小的情况下，将信号φ54设为“h”电平。在温度上升估计值ta比上限值th大的情况下，将信号φ54设为“l”电平。上限值th例如是45(k)。
[0095]
与门55输出信号φ51、φ54的逻辑与信号dt2。在直流电压vb比放电终止电压vbe高、且温度上升估计值ta比上限值th低的情况下，信号dt2为“h”电平，允许电池22的放电。在直流电压vb下降到比放电终止电压vbe低的情况下、或者在温度上升估计值ta上升到比上限值th高的情况下，信号dt2为“l”电平，禁止电池22的放电。
[0096]
图10是用于说明放电判定器42的动作的时序图。在图10中，(a)表示温度上升饱和值ts和温度上升估计值ta的时间变化，(b)表示电池22的端子间电压vb(直流电压vb)的时间变化，(c)表示电池22的放电电流ib(直流电流ib)的时间变化。图10的横轴表示电池22的放电时间。
[0097]
在图10中，如果电池22开始放电，则电池22的端子间电压vb从初始值(例如470v)起逐渐下降。由于负载23的消耗电力是固定值(例如400kw)，因此随着电池22的端子间电压vb下降，电池22的放电电流ib从初始值(例如851a)起逐渐上升。
[0098]
运算部53每规定时间δt(例如1分钟)就计算温度上升饱和值ts和温度上升估计值ta。电池22的放电电流ib逐渐上升，因此温度上升饱和值ts也从初始值(例如40k)起逐渐上升。温度上升估计值ta从初始值(0k)起逐渐上升。
[0099]
在图10所示的情况下，在从放电开始起经过约35分钟时温度上升估计值ta变得比上限值th(例如45k)高，在从放电开始起经过约26分钟时电池22的端子间电压vb变得比放电终止电压(例如400v)低。因而，在该情况下，在从放电开始起经过约26分钟时，电压判定部51(图4)的输出信号φ51降低为“l”电平且信号dt2降低为“l”电平，禁止电池22的放电。
[0100]
再次参照图3，在极性判定器41的输出信号dt1为“l”电平的情况下(商用交流电源21正常工作时)，pwm控制部43基于来自电压控制部35的电压指令值vbc与规定频率的三角波信号cw的比较结果来生成选通信号s1，并且将选通信号s2固定为“l”电平。
[0101]
另外，在极性判定器41的输出信号dt1为“h”电平且放电判定器42的输出信号dt2为“h”电平的情况(在商用交流电源21停电时，直流电压vb比放电终止电压vbe高且温度上升估计值ta比上限值th低的情况)下，pwm控制部43基于来自电压控制部40的电压指令值vdcc与规定频率的三角波信号cw的比较结果来生成选通信号s2，并且将选通信号s1固定为“l”电平。
[0102]
另外，在极性判定器41的输出信号dt1为“h”电平且放电判定器42的输出信号dt2为“l”电平的情况(在商用交流电源21停电时，直流电压vb比放电终止电压vbe低的情况或者温度上升估计值ta比上限值th高的情况)下，pwm运算部43将选通信号s1、s2固定为“l”电平。
[0103]
图11是表示pwm运算部43的结构的框图。在图11中，pwm运算部43包括三角波发生器71、比较器72、73、选择器74以及信号输出电路75、76。
[0104]
三角波发生器71生成规定频率的三角波信号cw。比较器72对来自电压控制部35(图3)的电压指令值vbc与三角波信号cw的高低进行比较，输出表示比较结果的pwm信号φ1。在vbc》cw的情况下将pwm信号φ1设为“h”电平，在vbc《cw的情况下将pwm信号φ1设为“l”电平。
[0105]
比较器73对来自电压控制部40(图3)的电压指令值vdcc与三角波信号cw的高低进行比较，输出表示比较结果的pwm信号φ2。在vdcc》cw的情况下将pwm信号φ2设为“h”电平，在vdcc《cw的情况下将pwm信号φ2设为“l”电平。
[0106]
在极性判定器41(图3)的输出信号dt1为“l”电平的情况下，选择器74选择pwm信号φ1、φ2中的pwm信号φ1，并将选择出的pwm信号φ1作为pwm信号φ1a提供给信号输出电路75，并且将已固定为“l”电平的pwm信号φ2a提供给信号输出电路76。
[0107]
另外，在极性判定器41(图3)的输出信号dt1为“h”电平的情况下，选择器74选择pwm信号φ1、φ2中的pwm信号φ2，并将选择出的pwm信号φ2作为pwm信号φ2a提供给信号输出电路76，并且将已固定为“l”电平的pwm信号φ1a提供给信号输出电路75。
[0108]
信号输出电路75在信号dt2为“h”电平的情况下激活，对来自选择器74的pwm信号φ1a实施放大和电平转换处理，生成与pwm信号φ1a相同波形的选通信号s1，并提供到双向斩波器5的igbt q1、q4的栅极。在信号dt2为“l”电平的情况下，信号输出电路75将选通信号s1固定为“l”电平。
[0109]
信号输出电路76在信号dt2为“h”电平的情况下激活，对来自选择器74的pwm信号φ2a实施放大和电平转换处理，生成与pwm信号φ2a相同波形的选通信号s2，并提供到双向斩波器5的igbt q2、q3的栅极。在信号dt2为“l”电平的情况下，信号输出电路76将选通信号s2固定为“l”电平。
[0110]
图12是用于说明pwm控制部43的动作的时序图。在图12中，(a)是表示电压指令值vdcc、三角波信号cw以及pwm信号φ2的波形的时序图。如图12的(a)所示，三角波信号cw以固定频率在负侧峰值与正侧峰值之间变化。电压指令值vdcc在负侧峰值与正侧峰值之间变化。在图12的(a)中示出了电压指令值vdcc从负的值线性地变化至正的值的情况。
[0111]
如图12的(a)、(b)所示，在电压指令值vdcc大于三角波信号cw的情况下pwm信号φ2变为“h”电平，在电压指令值vdcc小于三角波信号cw的情况下pwm信号φ2变为“l”电平。因而，随着电压指令值vdcc增加，pwm信号φ2的占空比增大。
[0112]
电压指令值vbc、三角波信号cw以及pwm信号φ1的波形与电压指令值vdcc、三角波信号cw以及pwm信号φ2的波形相同，因此不重复其说明。
[0113]
接着，说明图1～图12所示的不间断电源装置1的动作。设为选择了逆变器供电模式、接通了电磁接触器12、且断开了电磁接触器13。在商用交流电源21正常工作时，从商用交流电源21供给的交流电力被转换器3转换为直流电力，该直流电力被逆变器8转换为交流电力而供给至负载23，使负载23运转。
[0114]
另外，由转换器3生成的直流电力的一部分通过双向斩波器5蓄积到电池22。此时，对于控制电路7(图3)，生成电压指令值vbc以使电池22的端子间电压vb变为参照直流电压vbr，并且通过极性判定器41将信号dt1设为“l”电平。
[0115]
对于pwm控制部43(图11)，生成表示三角波信号cw与电压指令值vbc的比较结果的pwm信号φ1，生成波形与该pwm信号φ1的波形相同的选通信号s1。通过该选通信号s1来使
双向斩波器5的igbt q1、q4(图2)接通和断开，将直流线路l1、l2之间的直流电压vdc降压而供给给电池22。
[0116]
如果商用交流电源21发生了停电，则转换器3的运转停止，电池22的直流电力通过双向斩波器5供给至逆变器8，转换为交流电力而供给至负载23。
[0117]
即，如果转换器3的运转停止而直流线路l1、l2之间的直流电压vdc下降，电流ib从电池22的正极朝向双向斩波器5的低电压侧节点5d(图2)流动，电流ib的极性从负反转为正，极性判定器41(图3)的输出信号dt1成为“h”电平。另外，对于控制电路7(图3)，生成电压指令值vdcc以使直流线路l1、l2之间的直流电压vdc变为参照直流电压vdcr。
[0118]
对于pwm控制部43(图11)，生成表示三角波信号cw与电压指令值vdcc的比较结果的pwm信号φ2，生成波形与该pwm信号φ2的波形相同的选通信号s2。通过该选通信号s2来使双向斩波器5的igbt q2、q3(图2)接通和断开，将电池22的端子间电压vb升压而经由直流线路l1、l2供给至逆变器8。
[0119]
另外，如果商用交流电源21发生停电，则运算部53(图4)每隔规定时间δt就计算电容器c11、c12的温度上升估计值ta。如果计算出的温度上升估计值ta超过上限值th，则通过温度判定部54使信号φ54下降为“l”电平，使信号dt2下降为“l”电平。
[0120]
另外，在电池22的端子间电压vb下降到低于放电终止电压vbe的情况下，通过温度判定部54使信号φ51下降为“l”电平，使信号dt2下降为“l”电平。如果信号dt2成为“l”电平，则信号s1、s2被信号输出电路75、76固定为“l”电平，电池22的放电停止。
[0121]
如以上那样，在该实施方式1中，基于电流检测器6的检测结果和存储部52的存储内容，每经过规定时间δt就计算电容器c11、c12的温度上升估计值ta，在计算出的温度上升估计值ta高于上限值th的情况下使双向斩波器5的运转停止。因而，能够使用与以往相比小容量的电容器c11、c12，能够实现装置的小型化、低成本化。
[0122]
此外，在该实施方式1中，说明了独立地设置有用于使转换器3的输出电压稳定化的电容器c1、c2以及用于使双向斩波器5的输出电压稳定化的电容器c11、c12的情况，但是不限于此，在电容器c1、c2包括电容器c11、c12的情况下也能得到相同的效果。其中，电容器c1、c2分别包括并联连接的多个电解电容器，因此需要选择这些电解电容器中的温度上升最大的电解电容器60(图5)，对选择出的电解电容器60的内部温度t1和周围温度t2进行检测。
[0123]
[实施方式2]
[0124]
图13是表示实施方式2的不间断电源装置81的结构的电路框图，是与图1对比的图。参照图13，该不间断电源装置81与图1的不间断电源装置1的不同点在于，转换器3、逆变器8以及双向斩波器5分别置换为转换器3a、逆变器8a以及双向斩波器5a，控制电路4、7、14分别置换为控制电路4a、7a、14a，电容器c1、c2置换为电容器c3，将直流线路l3去除。
[0125]
转换器3a由控制电路4a来控制，在商用交流电源21正常工作时，将交流电力转换为直流电力后输出到直流线路l1、l2。在商用交流电源21停电时，转换器3a的运转停止。能够将转换器3a的直流输出电压vdc控制为期望的值。
[0126]
电容器c3连接于直流线路l1、l2之间，使直流线路l1、l2之间的电压平滑化和稳定化。直流线路l1、l2之间的直流电压vdc的瞬时值由控制电路4a来检测。
[0127]
控制电路4a基于交流输入电压vi的检测值来检测商用交流电源21是否发生了停
电。在商用交流电源21正常工作时，控制电路4a基于交流输入电压vi、交流输入电流ii以及直流电压vdc来控制转换器3a，使得直流电压vdc变为规定的参照直流电压vdcr(例如，660v)。在商用交流电源21停电时，控制电路4a使转换器3a的运转停止。
[0128]
直流线路l1、l2与逆变器8a连接，并且分别与双向斩波器5a的高电压侧节点5a、5b连接。双向斩波器5a的低电压侧节点5d、5e分别与电池22的正极及负极连接。
[0129]
双向斩波器5a由控制电路7a来控制，在商用交流电源21正常工作时，将由转换器3a生成的直流电力蓄积到电池22，在商用交流电源21停电时，将电池22的直流电力经由直流线路l1、l2供给至逆变器8a。
[0130]
直流线路l1、l2之间的直流电压vdc的瞬时值由控制电路7a来检测。电流检测器6检测在双向斩波器5的低电压侧节点5c与电池22的正极之间流过的直流电流ib，将表示其检测值的信号ibf提供到控制电路7a。电池22的端子间电压vb的瞬时值由控制电路7a来检测。
[0131]
控制电路7a基于直流电压vdc、直流电流ib、以及电池22的端子间电压vb来控制双向斩波器5a。控制电路7a基于直流电流ib的极性来判定商用交流电源21是否发生了停电。
[0132]
在商用交流电源21正常工作时，控制电路7a对双向斩波器5a进行控制，使得由转换器3a生成的直流电力蓄积到电池22，且电池22的端子间电压vb变为规定的参照直流电压vbr(例如，480v)。
[0133]
另外，对应于商用交流电源21发生了停电，控制电路7a对双向斩波器5a进行控制，使得电池22的直流电力供给至逆变器8a，且直流线路l1、l2之间的直流电压vdc变为规定的参照直流电压vdcr(例如，660v)。
[0134]
另外，控制电路7a存储有表示直流电流ib、双向斩波器5a所包含的电容器c11的温度上升的时间常数τ、以及电容器c11的温度上升饱和值ts之间的关系的信息。在商用交流电源21停电时，控制电路7a基于直流电源ib和所存储的信息，每经过规定时间δt就计算电容器c11的温度上升估计值ta，在计算出的温度上升估计值ta超过了上限值th的情况下，停止双向斩波器5a的运转。
[0135]
逆变器8a由控制电路14a来控制，将从转换器3a或双向斩波器5a经由直流线路l1、l2供给的直流电力转换为商用频率的交流电力而输出。即，在商用交流电源21正常工作时，逆变器8a将从转换器3a经由直流线路l1、l2供给的直流电力转换为交流电力，对应于商用交流电源21发生了停电，逆变器8a将从电池22经由双向斩波器5a供给的直流电力转换为交流电力。能够将逆变器8a的交流输出电压控制为期望的值。
[0136]
图14是表示双向斩波器5a的结构的电路图，是与图2对比的图。在图14中，双向斩波器5a包括igbt q1、q2、二极管d1、d2、电抗器x1以及电容器c11。
[0137]
igbt q1的集电极与高电压侧节点5a连接，igbt q1的发射极经由电抗器x1与低电压侧节点5d连接，并且与igbt q2的集电极连接。igbt q2的发射极与高电压侧节点5b及低电压侧节点5e连接。二极管d1、d2分别与igbt q1、q2反向并联连接。电容器c11连接于高电压侧节点5a、5b之间，使高电压侧节点5a、5b之间的直流电压vdc稳定化。
[0138]
igbt q1(第一开关元件)在商用交流电源21正常工作时以规定频率接通和断开，将由转换器3a生成的直流电力蓄积到电池22。在商用交流电源21正常工作时，igbt q2固定为断开状态。
[0139]
igbt q1由来自控制电路7a的选通信号s1控制。选通信号s1以规定频率成为“h”电平和“l”电平。如果选通信号s1成为“h”电平，则igbt q1接通，如果选通信号s1成为“l”电平，则igbt q1断开。
[0140]
在商用交流电源21正常工作时，如果在vdc》vb的情况下igbt q1接通，则在从直流线路l1经由igbt q1、电抗器x1以及电池22到达直流线路l2的路径上流过电流ib，电池22充电，并且电抗器x1蓄积电磁能量。
[0141]
如果igbt q1断开，则在从电抗器x1的一个端子(电池22侧的端子)经由电池22和二极管d2到达电抗器x1的另一个端子的路径上流过电流，电池22充电，并且电抗器x1的电磁能量释放。
[0142]
选通信号s1成为“h”电平的时间(脉宽)与1个周期之比称作占空比。通过对选通信号s1的占空比进行调整，能够将电池22的端子间电压vb调整为规定的参照直流电压vbr。直流线路l1、l2之间的直流电压vdc降压而提供到电池22，成为vb《vdc。
[0143]
igbt q2(第二开关元件)对应于商用交流电源21发生了停电而以规定频率接通和断开，将电池22的直流电力供给至逆变器8a。
[0144]
igbt q2由来自控制电路7a的选通信号s2控制。选通信号s2以规定频率成为“h”电平和“l”电平。如果选通信号s2成为“h”电平，则igbt q2接通，如果选通信号s2成为“l”电平，则igbt q2断开。
[0145]
如果停止从商用交流电源21供给交流电力而直流线路l1、l2之间的直流电压vdc下降到低于电池22的端子间电压vb，则igbt q1固定为断开状态，并且igbt q2开始接通和断开。
[0146]
如果igbt q2接通，则电流从电池22的正极经由电抗器x1和igbt q2向电池22的负极流动，电抗器x1蓄积电磁能量。如果igbt q2断开，则原本从电抗器x1流向igbt q2的电流转从电抗器x1流向二极管d1，经由电容器c11流向电池22的负极，电池22充电，并且电抗器x1的电磁能量释放。
[0147]
选通信号s2成为“h”电平的时间(脉宽)与1个周期之比称作占空比。通过对选通信号s2的占空比进行调整，能够将直流线路l1、l2之间的直流电压vdc调整为规定的参照直流电压vdcr。电池22的端子间电压vb升压而提供到直流线路l1、l2之间，成为vb《vdc。
[0148]
控制电路7a基于电流检测器6的输出信号ibf来检测商用交流电源21是否发生了停电。即，如果商用交流电源21发生了停电，则转换器3a的运转停止，从电容器c3向逆变器8a供给直流电力，直流线路l1、l2之间的直流电压vdc下降。如果变为vdc＝vb，则即使使igbt q1接通和断开，电流也不再流向igbt q1，如果进一步地变为vdc《vb，则电流ib从电池22的正极经由电抗器x1、二极管d1以及电容器c1流向电池22的负极。
[0149]
因而，如果商用交流电源21发生了停电，则从双向斩波器5a的低电压侧节点5d流向电池22的正极的电流ib的极性反转。如果将从双向斩波器5a的低电压侧节点5d流向电池22的正极的电流ib的极性设为负，则控制电路7a在电流ib的极性从负反转为正时判定为商用交流电源21发生了停电。其它结构和动作与实施方式1相同，因此不重复其说明。
[0150]
在该实施方式2中，也得到与实施方式1相同的效果。
[0151]
此外，在该实施方式2中，说明了独立地设置有用于使转换器3a的输出电压稳定化的电容器c3以及用于使双向斩波器5a的输出电压稳定化的电容器c11，但是不限于此，在电
容器c3包括电容器c11的情况下也得到相同的效果。其中，电容器c3包括并联连接的多个电解电容器，因此需要选择这些电解电容器中的温度上升最大的电解电容器60(图5)，对选择出的电解电容器60的内部温度t1和周围温度t2进行检测。
[0152]
应该认为本次公开的实施方式在所有方面都是例示性的而不是限制性的。本发明是由权利要求书表示，而不是由上述的说明表示，意图包括与权利要求书等同的含义和范围内的所有变更。
[0153]
附图标记说明
[0154]
1、81：不间断电源装置；2、6、9：电流检测器；3、3a：转换器；l1～l3：直流线路；c1～c3、c11、c12：电容器；4、4a、7、7a、14、14a：控制电路；5、5a：双向斩波器；8、8a：逆变器；10、x1、x2：电抗器；12、13：电磁接触器；q1～q4：igbt；d1～d4：二极管；x1、x2：电抗器；21：商用交流电源；22：电池；23：负载；31、36：参照电压生成部；32、39：校正部；33、37：电压检测器；34、38：减法器；35、40：电压控制部；41：极性判定器；42：放电判定器；43：pwm控制部；51：电压判定部；52：存储部；53：运算部；54：温度判定部；55：与门；60：电解电容器；61、62：温度传感器；71：三角波发生器；72、73：比较器；74：选择器；75、76：信号输出电路。