JP6692168B2 - Power storage device having UPS function and method of controlling power storage device having UPS function - Google Patents
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Description
本発明は、UPS機能を有する蓄電装置及びUPS機能を有する蓄電装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a power storage device having a UPS function and a method for controlling a power storage device having a UPS function.
UPS(Uninterruptible Power Supply)機能を有する蓄電装置では、各種の負荷に交流電力を安定供給するために、常時インバータ方式が採用されている。 In a power storage device having a UPS (Uninterruptible Power Supply) function, a constant inverter system is adopted in order to stably supply AC power to various loads.
当該蓄電装置は、商用電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路と、コンバータ回路から入力された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、蓄電池と、蓄電池の直流電圧を昇圧してインバータ回路に出力する昇圧コンバータ回路と、昇圧コンバータ回路の出力電圧が所定電圧となるようにフィードバック制御する昇圧制御部と、を備えている。 The power storage device includes a converter circuit that converts an AC voltage supplied from a commercial power source into a DC voltage, an inverter circuit that converts a DC voltage input from the converter circuit into an AC voltage, a storage battery, and a DC voltage boosted by the storage battery. A boost converter circuit that outputs the output voltage to the inverter circuit and a boost control unit that performs feedback control so that the output voltage of the boost converter circuit becomes a predetermined voltage are provided.
コンバータ回路として、力率の改善を図りながら昇圧するPFC(Power Factor Correction)回路や、整流回路で整流された直流電圧を昇圧するコンバータ回路等が用いられている。 As the converter circuit, a PFC (Power Factor Correction) circuit for boosting while improving the power factor, a converter circuit for boosting a DC voltage rectified by a rectifying circuit, and the like are used.
そして、商用電源の停電時には、昇圧制御部によって昇圧コンバータ回路が起動され、蓄電池の出力電圧が所定電圧に昇圧されてインバータ回路に入力されるように構成されている。 Then, when the commercial power source fails, the boost converter circuit activates the boost converter circuit, boosts the output voltage of the storage battery to a predetermined voltage, and inputs the boosted voltage to the inverter circuit.
特許文献1には、負荷特性や応答性を損なわずに不連続モードの動作を最適かつ効率よく維持できる昇圧形DC−DCコンバータが開示されている。 Patent Document 1 discloses a step-up DC-DC converter capable of optimally and efficiently maintaining operation in a discontinuous mode without impairing load characteristics and responsiveness.
当該昇圧形DC−DCコンバータは、インダクタンス素子と、直流の電圧を入力する入力端子と基準電位端子との間にノードを介してインダクタンス素子と直列に接続されるスイッチング素子と、ノードと出力端子との間に接続される整流素子と、出力端子と基準電位端子との間に接続される出力コンデンサと、一定周波数の主クロックで規定される各サイクルを可変のオン期間とオフ期間とに2分割し、オン期間中はスイッチング素子をオンさせ、オフ期間中は前記スイッチング素子をオフさせるスイッチング制御回路と、各サイクルの終了間際にインダクタンス素子から出力コンデンサに向かって電流が未だ流れているか否かを監視する電流監視回路と、各サイクル毎にオン期間を所定の上限以下に制限し、電流監視回路の監視結果に応じて次のサイクルにおけるオン期間の上限を可変制御するオン期間上限制御回路とを備えて構成されている。 The step-up DC-DC converter includes an inductance element, a switching element connected in series with the inductance element via a node between a DC voltage input input terminal and a reference potential terminal, a node and an output terminal. A rectifying element connected between the output terminal and the reference potential terminal, an output capacitor connected between the output terminal and the reference potential terminal, and each cycle defined by the main clock of a constant frequency is divided into two variable ON and OFF periods. However, a switching control circuit that turns on the switching element during the on period and turns off the switching element during the off period, and whether or not current is still flowing from the inductance element to the output capacitor at the end of each cycle. The current monitoring circuit to be monitored and the ON period for each cycle are limited to the specified upper limit or less, and the monitoring result of the current monitoring circuit is adjusted. Te is configured to include an on period limit control circuit for variably controlling the upper limit of the ON period in the next cycle.
当該特許文献1には、電流不連続モード時の伝達関数は1次ポールシステムとして近似でき安定動作できるが、電流連続モード時の伝達関数は2次ポールシステムになり、RHP(右半面)の零点を有するので補償が複雑で困難なため、専ら電流不連続モードで動作するように構成することで、安定動作と回路構成の簡素化を図れる旨記載されている。 In Patent Document 1, the transfer function in the current discontinuous mode can be approximated as a first-order pole system and stable operation can be performed, but the transfer function in the current continuous mode becomes a second-order pole system, and the zero point of the RHP (right half plane). It is described that since the compensation is complicated and difficult because it has, the stable operation and the simplification of the circuit configuration can be achieved by exclusively configuring to operate in the current discontinuous mode.
ところで、上述したUPS機能を有する蓄電装置は、商用電源から所定レベルの交流電圧が入力されている場合には、PFC回路等のコンバータ回路を介して昇圧された所定の直流電圧(例えば、DC150V)がインバータ回路へ入力され、インバータ回路で生成された所定の交流電圧(例えば、AC100V)が負荷に供給されるように構成されている。 By the way, in the above-described power storage device having the UPS function, when an AC voltage of a predetermined level is input from a commercial power source, a predetermined DC voltage boosted via a converter circuit such as a PFC circuit (for example, DC150V). Is input to the inverter circuit, and a predetermined AC voltage (for example, AC 100 V) generated by the inverter circuit is supplied to the load.
そして、商用電源が停電した場合には、蓄電池の直流電圧が昇圧コンバータ回路で所定の直流電圧(例えば、DC150V)に昇圧された後にインバータ回路へ入力されるように構成されている。 Then, when the commercial power supply fails, the DC voltage of the storage battery is boosted to a predetermined DC voltage (for example, DC150V) by the boost converter circuit and then input to the inverter circuit.
さらに、商用電源に電圧変動が生じてもインバータ回路から安定した交流電圧が出力されるように、インバータ回路の入力段には大容量の電解コンデンサが設けられている。 Further, a large-capacity electrolytic capacitor is provided at the input stage of the inverter circuit so that a stable AC voltage can be output from the inverter circuit even if the commercial power supply fluctuates in voltage.
このようなUPS機能を有する蓄電装置に接続された商用電源が停電すると、昇圧制御部によって昇圧コンバータ回路の出力電圧が所望の電圧(例えば、DC150V)になるようにフィードバック制御、具体的には所定のゲインのPI制御により設定されるデューティ比でPWM制御が行なわれるように構成されている。そして、フィードバック制御のゲインは、通常、インバータに接続される負荷が重く、電流連続モードで動作するときを基準に設定されている。 When a commercial power supply connected to such a power storage device having a UPS function fails, feedback control is performed by the boost control unit so that the output voltage of the boost converter circuit becomes a desired voltage (for example, DC150V), specifically, a predetermined control. The PWM control is performed at the duty ratio set by the PI control of the gain. Then, the gain of the feedback control is usually set with reference to the case where the load connected to the inverter is heavy and the operation is performed in the continuous current mode.
しかし、商用電源の停電発生直後には上述した電解コンデンサに十分な電荷が残っており、昇圧コンバータ回路から見れば無負荷状態と同じような状態となるため、出力電流が少ない電流不連続モードで制御されるようになり、応答性が低下して安定した制御が困難になるという問題があった。 However, sufficient charge remains in the above-mentioned electrolytic capacitor immediately after the occurrence of a power failure in the commercial power supply, and the boost converter circuit is in a state similar to the no-load state, so in the current discontinuous mode with a small output current. However, there has been a problem that the responsiveness is lowered and stable control becomes difficult.
そのため、インダクタに流れる電流のピーク値を小さくして、常時電流連続モードで制御するように構成すると、インダクタの値を大きくする必要があり回路部品が大型になる。 Therefore, if the peak value of the current flowing through the inductor is reduced and the control is performed in the continuous current mode at all times, the value of the inductor needs to be increased and the circuit component becomes large.
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、小さな値のインダクタを使用しながらも、電流不連続モードで制御される場合の応答性の低下を改善可能なUPS機能を有する蓄電装置及びUPS機能を有する蓄電装置の制御方法を提供する点にある。 In view of the above-mentioned problems, an object of the present invention is to provide a power storage device and a UPS function having a UPS function capable of improving a decrease in responsiveness when controlled in a discontinuous current mode while using an inductor having a small value. Another object is to provide a method for controlling a power storage device having the above.
上述の目的を達成するため、本発明によるUPS機能を有する蓄電装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項1に記載した通り、商用電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換するAC/DCコンバータ回路と、前記AC/DCコンバータ回路から入力された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、蓄電池と、前記蓄電池の直流電圧を昇圧して前記インバータ回路に出力する昇圧コンバータ回路と、前記昇圧コンバータ回路の出力電圧が所定電圧となるようにフィードバック制御する昇圧制御部と、を備えているUPS機能を有する蓄電装置であって、前記昇圧制御部は、前記昇圧コンバータ回路を電流連続モードで制御するか電流不連続モードで制御するかを切り替え可能に構成されるとともに、電流連続モードと電流不連続モードとで前記フィードバック制御のゲインが異なる値に設定され、前記商用電源の停電を検知すると前記昇圧コンバータ回路を起動して電流不連続モードで制御し、その後前記蓄電池から前記昇圧コンバータ回路への入力電流に基づいて電流連続モードに切り替えるように構成されている点にある。 In order to achieve the above-mentioned object, the first characteristic configuration of the power storage device having the UPS function according to the present invention is, as described in claim 1 of the document of the claims, an AC voltage supplied from a commercial power source to a DC voltage. AC / DC converter circuit for converting to voltage, inverter circuit for converting DC voltage input from the AC / DC converter circuit to AC voltage, storage battery, and boosting DC voltage of the storage battery to output to the inverter circuit A booster converter circuit, and a booster control unit that performs feedback control so that the output voltage of the booster converter circuit becomes a predetermined voltage. The converter circuit can be switched between continuous current mode control and current discontinuous mode control. Is set to de-value gain is different of the feedback control in the current discontinuous mode, the control in the current discontinuous mode to detect a power failure of the commercial power supply to start the step-up converter circuit, said from subsequent storage battery It is configured to switch to the continuous current mode based on the input current to the boost converter circuit .
負荷が重い場合には電流連続モードで制御され、負荷が軽い場合には電流不連続モードで制御される。そして、電流連続モードで制御される場合のゲインと電流不連続モードで制御される際のゲインが異なる値に設定されているので、夫々のモードで適切な応答性能で制御可能になる。 When the load is heavy, the current continuous mode is controlled, and when the load is light, the current discontinuous mode is controlled. Since the gain when controlled in the continuous current mode and the gain when controlled in the discontinuous current mode are set to different values, it is possible to control with appropriate response performance in each mode.
そして、上述の構成によれば、商用電源が停電すると電流不連続モードで速やかに昇圧され、その後、例えばインバータ回路に設定されている所定の目標入力電圧近傍になると、電流連続モードに切り替えられる。電流不連続モードでは電流連続モードと異なるゲインでフィードバック制御されるので、インバータ回路の入力段に大きな容量のコンデンサが設けられている場合であっても、応答性の低下を生じることがない。電流不連続モードで制御されている際に当該入力電流が所定の閾値電流より上昇すると負荷が重くなったと判断して、電流不連続モードとは異なるゲインで電流連続モードによる制御に切り替えられる。Then, according to the above configuration, when the commercial power supply fails, the current is rapidly boosted in the current discontinuous mode, and then, when the voltage becomes close to the predetermined target input voltage set in the inverter circuit, for example, the current continuous mode is switched. Since the feedback control is performed in the current discontinuous mode with a gain different from that in the current continuous mode, the responsiveness does not decrease even when a large capacity capacitor is provided in the input stage of the inverter circuit. When the input current rises above a predetermined threshold current during the control in the current discontinuous mode, it is determined that the load becomes heavy, and the control is switched to the current continuous mode with a gain different from that in the current discontinuous mode.
本発明によるUPS機能を有する蓄電装置の制御方法の第一の特徴構成は、同請求項4に記載した通り、商用電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路と、前記コンバータ回路から入力された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、蓄電池と、前記蓄電池の直流電圧を昇圧して前記インバータ回路に出力する昇圧コンバータ回路と、前記昇圧コンバータ回路の出力電圧が所定電圧となるようにフィードバック制御する昇圧制御部と、を備えているUPS機能を有する蓄電装置の制御方法であって、前記商用電源の停電を検知すると前記昇圧コンバータ回路を起動して、電流連続モードで所定ゲインによるフィードバック制御を行ない、その後前記蓄電池から前記昇圧コンバータ回路への入力電流に基づいて電流不連続モードに切り替えて異なるゲインによるフィードバック制御を行なう点にある。 A first characteristic configuration of a method for controlling a power storage device having a UPS function according to the present invention is, as described in claim 4 , a converter circuit for converting an AC voltage supplied from a commercial power source into a DC voltage, and the converter circuit. An inverter circuit that converts a DC voltage input from the AC voltage into an AC voltage, a storage battery, a boost converter circuit that boosts the DC voltage of the storage battery and outputs the boosted DC voltage to the inverter circuit, and an output voltage of the boost converter circuit is a predetermined voltage. A method of controlling a power storage device having a UPS function, comprising: a boost control unit that performs feedback control so that the boost converter circuit is started when a power failure of the commercial power supply is detected, and a predetermined current mode is set. performs feedback control by the gain, and from then the storage battery based on the input current to the boost converter circuit Lies in performing feedback control by different gains is switched to flow discontinuous mode.
以上説明した通り、本発明によれば、小さな値のインダクタを使用しながらも、電流不連続モードで制御される場合の応答性の低下を改善可能なUPS機能を有する蓄電装置及びUPS機能を有する蓄電装置の制御方法を提供することができるようになった。 As described above, according to the present invention, a power storage device having a UPS function and a UPS function capable of improving a decrease in responsiveness when controlled in a current discontinuous mode are provided while using an inductor having a small value. It has become possible to provide a method for controlling a power storage device.
以下、本発明によるUPS機能を有する蓄電装置及びUPS機能を有する蓄電装置の制御方法の一例を図面に基づいて説明する。 An example of a power storage device having a UPS function and a control method of a power storage device having a UPS function according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1には本発明によるUPS機能を有する蓄電装置1が示されている。
UPS機能を有する蓄電装置1は商用電源10から供給される交流電圧を直流電圧に変換するAC/DCコンバータ回路20と、AC/DCコンバータ回路20から入力された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路30と、蓄電池40と、蓄電池40の直流電圧を昇圧してインバータ回路30に出力する昇圧コンバータ回路50と、昇圧コンバータ回路50の出力電圧が所定電圧となるようにフィードバック制御する昇圧制御部60を備えて構成されている。
FIG. 1 shows a power storage device 1 having a UPS function according to the present invention.
The power storage device 1 having the UPS function includes an AC /
常時インバータ方式のUSP機能を有する蓄電装置1においてAC出力15の電圧を維持するためにインバータ回路30の入力部Bには大容量の電解コンデンサを搭載している。
In the electricity storage device 1 having the USP function of the inverter system at all times, a large-capacity electrolytic capacitor is mounted on the input portion B of the
昇圧制御部60は、昇圧コンバータ回路50を電流連続モードで制御するか電流不連続モードで制御するかを切り替え可能に構成されるとともに、電流連続モードと電流不連続モードとでフィードバック制御のゲインを異なる値に設定されている。
The
負荷が重い場合には電流連続モードで制御され、負荷が軽い場合には電流不連続モードで制御される。そして、電流連続モードで制御される場合のゲインと電流不連続モードで制御される際のゲインが異なる値に設定されているので、夫々のモードで適切な応答性能で制御可能になる。 When the load is heavy, the current continuous mode is controlled, and when the load is light, the current discontinuous mode is controlled. Since the gain when controlled in the continuous current mode and the gain when controlled in the discontinuous current mode are set to different values, it is possible to control with appropriate response performance in each mode.
ここで、商用電源10が停電した場合の動作について説明する。図5には商用電源が停電により停止した場合、従来制御によるインバータ回路10への入力電圧と昇圧コンバータ回路50の出力電流の波形図5(a)及び、本発明によるインバータ回路10への入力電圧と昇圧コンバータ回路50の出力電流の波形図5(b)が示されている。
Here, the operation when the
従来、商用電源10が停止した場合、インバータ回路30の入力部Bには大容量の電解コンデンサが搭載されているため、昇圧コンバータ回路50の出力側から見た負荷は軽く、電流不連続モードで制御されながら蓄電池40から電流が供給されていた。その為、大容量の電解コンデンサに蓄積される電荷量が少ないが、インバータ回路10で消費される電流は変化しない事からインバータ回路30の入力電圧が昇圧コンバータの出力電流が電流連続モードに切り替わるまで、一時的に落ち込み安定して電圧をインバータ回路30に供給する事ができないという問題があった。
Conventionally, when the
本発明では、商用電源10が停止した場合、インバータ回路30の入力部Bには大容量の電解コンデンサが搭載されているため、昇圧コンバータ回路50の出力側から見た負荷は軽く、電流不連続モードで制御が開始される。しかし、昇圧制御部60は昇圧コンバータ回路50の出力電圧の変化を監視しながら、停電が発生した直後から制御部60の内部に搭載されているPI制御部でゲインを調整しながら電流連続モードに切り替えるように構成されている。昇圧コンバータ回路50から流れる電流を増加させて、インバータ回路10で消費される電流に見合った電流が昇圧コンバータ回路50からインバータ回路30に供給されて次第に電流連続モードに切り替わっていく。したがって、インバータ回路30に負荷が大きく掛って電流が消費されても、インバータ回路10の入力電圧が落ち込む事はなくなる。
According to the present invention, when the
商用電源10が停電すると電流連続モードで速やかに昇圧され、その後、例えばインバータ回路30に設定されている所定の目標入力電圧近傍になると、電流不連続モードに切り替えられる。電流不連続モードでは電流連続モードと異なるゲインでフィードバック制御されるので、インバータ回路30の入力段に大きな容量の電解コンデンサが設けられている場合であっても、応答性の低下を生じることがない。
When the
以上の制御方式を各素子の信号波形から説明する。
図3には従来の制御方式による回路図と昇圧コンバータ回路50のインダクタL1に流れる電流I(L1)、昇圧コンバータ回路50のスイッチング素子Tr1のスイッチング信号であるゲート−ソース間電圧VGS及び制御部のPWM信号電圧を示す。
The above control method will be described from the signal waveform of each element.
FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional control method, a current I (L1) flowing in an inductor L1 of the
停電が発生すると、図3の電解コンデンサC2の両端の電圧Voが変化する。電解コンデンサC2の容量は大きい為に、停電当初の電圧Voの変化は大きくない。しかし、停電当初の電圧Voの変化を受けて昇圧制御部が図3(d)に示すPWM動作を始め、当初は図3(d)のPWM動作電圧が(n)の位置で図3(c)に示すスイッチング信号であるゲート−ソース間電圧VGSが生成される。それに伴いインダクタL1には電流不連続モードの電流I(L1)が流れて、電磁エネルギーが蓄積される。 When a power failure occurs, the voltage Vo across the electrolytic capacitor C2 in FIG. 3 changes. Since the capacity of the electrolytic capacitor C2 is large, the change in the voltage Vo at the beginning of the power failure is not large. However, the step-up control unit starts the PWM operation shown in FIG. 3 (d) in response to the change in the voltage Vo at the beginning of the power failure, and initially the PWM operation voltage in FIG. 3 (d) is at the position (n) in FIG. 3 (c). A gate-source voltage VGS, which is a switching signal shown in FIG. Along with this, the current I (L1) in the current discontinuous mode flows through the inductor L1, and electromagnetic energy is accumulated.
一方、インバータ30では負荷R1の両端に当初電圧Voが出力されていたが、停電により蓄電池40から昇圧コンバータ回路50を経由して出力される電圧が電流不連続モードのために図3(c)のIoff期間は電流が流れず、インバータ30の負荷R1で消費される電力をまかなうだけの電流が供給できず、結果として昇圧コンバータ回路50の出力電圧Voの低下が大きくなる。
On the other hand, in the
出力電圧Voの低下が大きくなると、初めて出力電圧Voの変化を検出して昇圧制御部では図3(d)のPWM動作電圧が(m)に示す位置に変化し、図3(b)に示すスイッチング信号であるゲート−ソース間電圧VGSが生成され、それに伴いインダクタL1には電流連続モードの電流I(L1)が流れつつ、電磁エネルギーが蓄積される。 When the decrease of the output voltage Vo becomes large, the change of the output voltage Vo is detected for the first time, and the PWM control voltage of FIG. 3 (d) changes to the position shown in (m) in the step-up control unit, as shown in FIG. 3 (b). A gate-source voltage VGS, which is a switching signal, is generated, and along with this, a current I (L1) in the current continuous mode flows through the inductor L1, while electromagnetic energy is accumulated.
電流連続モードの電流I(L1)が流れ始めるとインバータ30の負荷R1で消費される電力をまかなうだけの電流が供給され結果として昇圧コンバータ回路50の出力電圧Voは停電前の電圧に戻る。
When the current I (L1) in the continuous current mode begins to flow, a current sufficient to cover the power consumed by the load R1 of the
以上の一連の動作の中で停電時には電流不連続モードから電流連続モードに切り替わるまで昇圧コンバータ回路50の出力電圧Voは一時的に変動する。
During a power failure in the above series of operations, the output voltage Vo of the
次に、図4に本発明の制御方式による回路図と昇圧コンバータ回路50のインダクタL1に流れる電流I(L1)、昇圧コンバータ回路50のスイッチング素子Tr1のスイッチング信号であるゲート−ソース間電圧VGS及び昇圧制御部60のPWM信号電圧を示す。
Next, FIG. 4 shows a circuit diagram according to the control method of the present invention, a current I (L1) flowing in the inductor L1 of the
停電または入力電圧変動が発生すると、図4の電解コンデンサC2の両端の電圧Voが変化する。電解コンデンサC2の容量は大きい為に、停電当初の昇圧コンバータ回路50の出力電圧Voの変化は大きくない。しかし、停電当初の昇圧コンバータ回路50の出力電圧Voの変化を受けて昇圧制御部が図4(c)に示すPWM動作を始める。この場合、従来の制御方式とは異なり、昇圧コンバータ回路50の出力電圧Voの変化量に応じてPI制御によるゲインが掛け合わされて図4(c)のPWM動作が(o)で図4(b)に示すスイッチング信号であるゲート−ソース間電圧VGSを生成して、それに伴いインダクタL1には電流不連続モードから電流連続モードに遷移していく。インダクタL1には電流I(L1)が徐々に増加して、電磁エネルギーが蓄積される。
When a power failure or an input voltage fluctuation occurs, the voltage Vo across the electrolytic capacitor C2 in FIG. 4 changes. Since the capacity of the electrolytic capacitor C2 is large, the change in the output voltage Vo of the
電流連続モードの電流I(L1)が流れ始めるとインバータ30の負荷R1で消費される電力をまかなうだけの電流が供給され結果として昇圧コンバータ回路50の出力電圧Voは停電前の電圧を低下させる事なく維持し続ける。
When the current I (L1) in the continuous current mode starts to flow, a current sufficient to cover the power consumed by the load R1 of the
以上に説明した本発明による電圧制御方式による昇圧制御部60の構成を図2に示す。昇圧コンバータ回路50の出力電圧Voを抵抗分割によりその電圧変化を入力信号として取り込み、制御用の回路等によりPI制御を行い、ゲインKp、Kiを電圧変化量等に掛け合わせてその結果をPWM回路の入力としている。PWM回路はスイッチング素子の動作を行うためのパルス信号をドライブ回路経由でスイッチング素子のゲート電極に入力する。このスイッチング素子に入力されるパルス信号により昇圧コンバータ回路50の出力電圧Voは制御される。
FIG. 2 shows the configuration of the
制御用の回路としてマイクロコンピュータを使用してもよい。この場合、昇圧コンバータ回路50の出力電圧Voを抵抗分割によりその電圧変化を入力信号として取り込んだ後にその入力信号をA/D変換して、予めマイクロコンピュータに組み込まれたPI制御用プログラムの入力として与える。PI制御用プログラムにて計算された結果をD/A変換してPWM回路に入力する事により同様の制御が可能になる。
A microcomputer may be used as the control circuit. In this case, the output voltage Vo of the
また、蓄電池40が動作している間に、昇圧制御部60は、蓄電池40から昇圧コンバータ回路50への入力電流に基づいて昇圧コンバータ回路50を電流不連続モードで制御するか電流連続モードで制御するかを切り替えるようにも構成されている。
Further, while the
蓄電池40から昇圧コンバータ回路50への入力電流に基づいて負荷の軽重が判断でき、例えば電流連続モードで制御されている際に当該入力電流が所定の閾値電流より低下すると負荷が軽くなったと判断して、電流連続モードとは異なるゲインで電流不連続モードによる制御に切り替えられる。また例えば電流不連続モードで制御されている際に当該入力電流が所定の閾値電流より上昇すると負荷が重くなったと判断して、電流不連続モードとは異なるゲインで電流連続モードによる制御に切り替えられる。何れの場合も安定した応答性を実現できるようになる。
Whether the load is light or heavy can be determined based on the input current from the
さらに、昇圧制御部60は、電流連続モードで昇圧コンバータ回路50を起動した後、所定時間経過すると電流不連続モードに切り替えるように構成されている。
Furthermore, the
電流連続モードで昇圧コンバータ回路50を起動した後、インバータ回路30に設定されている所定の目標入力電圧近傍まで昇圧される時間はほぼ一定であるため、当該時間が経過したときに電流不連続モードに切り替えてもよい。
After the
本発明によるUPS機能を有する蓄電装置の制御方式を図6のフローチャートに示す。まず、昇圧制御部60は常に停電をモニターにしている。停電が検知できたならば(S1)出力電圧の変化を検知して電流不連続モードで昇圧コンバータ回路50の動作を開始させる(S2)。PI制御にてゲインを調整して(S3)電流連続モードに切り替わり(S4)出力電圧もしくは蓄電池40の出力電流や蓄電池40の動作時間をモニターし、電流不連続モードに切り替えるべきかどうかを判断する(S5)。負荷に対して出力電圧が安定してきたならば電流不連続モードに切り替え(S6)、安定していなければゲインを再度調整して電流連続モードで運転を行う(S4)。負荷に対して出力電圧が安定している場合でも負荷の変動に備えてゲインの調整を行い(S7)停電が回復する迄の間蓄電池による運転を行う。
A control method of the power storage device having the UPS function according to the present invention is shown in the flowchart of FIG. First, the
さらに、停電時に限らず、商用電源が供給されている場合であっても、電流連続モードと電流不連続モードを適宜切り替え、接続される負荷の大きさに対してもそれぞれのモードで最適な出力電圧が得られるように各電流モードでゲインを制御する事もできる。 Furthermore, not only during a power failure, but also when commercial power is supplied, the current continuous mode and the current discontinuous mode are switched as appropriate to optimize the output for each mode even for the size of the connected load. The gain can also be controlled in each current mode so that a voltage can be obtained.
一例として図7に示すように、電流連続モードと電流不連続モードがそれぞれ異なるゲインを持つ時、インダクタに流れる電流I(L1)も変化する。例えば、電流不連続モードでゲインg1の場合は経過時間とともに電流が流れない時間が短くなっていき、負荷が大きくなった場合でも一定の出力電圧を保持できる。また、電流連続モードでゲインg2の場合は経過時間とともにインダクタに流れる電流I(L1)が増加していき、この場合も負荷が大きくなった場合でも一定の出力電圧を保持できることがわかる。 As an example, as shown in FIG. 7, when the current continuous mode and the current discontinuous mode have different gains, the current I (L1) flowing through the inductor also changes. For example, when the gain is g1 in the discontinuous current mode, the time during which no current flows decreases with the passage of time, and a constant output voltage can be maintained even when the load increases. Further, it is understood that when the gain is g2 in the continuous current mode, the current I (L1) flowing in the inductor increases with the passage of time, and in this case as well, a constant output voltage can be maintained even when the load becomes large.
昇圧コンバータ回路50及びインバータ回路30に備えたスイッチング素子は、MOS−FETやバイポーラトランジスタ以外に、入力部がMOS構造で出力部がバイポーラ構造のパワー半導体であるIGBT等を用いることも可能である。
As the switching elements provided in the
別実施形態として、以上で説明してきた昇圧コンバータ回路50とは異なり蓄電池40に商用電源10から昇降圧コンバータ回路が接続されるような回路構成が考えられる。これは夜間等商用電源をあまり使用しない時に商用電源10を通じて昇降圧コンバータ回路を用いて蓄電池40に充電する目的で使用されるものである。
As another embodiment, unlike the
上述した実施形態は、何れも本発明によるUPS機能を有する蓄電装置の具体例を説明したに過ぎず、当該記載により本発明の範囲が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。 In each of the above-described embodiments, only a specific example of a power storage device having a UPS function according to the present invention has been described, and the scope of the present invention is not limited by the description, and the specific configuration of each part is the present invention. Needless to say, it is possible to appropriately change the design within a range in which the above-mentioned action and effect are exhibited.
1:UPS機能を有する蓄電装置
10:商用電源
15:AC出力
20:AC/DCコンバータ回路
30:インバータ回路
40:蓄電器
50:昇圧コンバータ
60:昇圧制御部
1:
Claims (2)
前記AC/DCコンバータ回路から入力された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、
蓄電池と、
前記蓄電池の直流電圧を昇圧して前記インバータ回路に出力する昇圧コンバータ回路と、
前記昇圧コンバータ回路の出力電圧が所定電圧となるようにフィードバック制御する昇圧制御部と、
を備えているUPS機能を有する蓄電装置であって、
前記昇圧制御部は、前記昇圧コンバータ回路を電流連続モードで制御するか電流不連続モードで制御するかを切り替え可能に構成されるとともに、電流連続モードと電流不連続モードとで前記フィードバック制御のゲインが異なる値に設定され、
前記商用電源の停電を検知すると前記昇圧コンバータ回路を起動して電流不連続モードで制御し、その後前記蓄電池から前記昇圧コンバータ回路への入力電流に基づいて電流連続モードに切り替えるように構成されていることを特徴とするUPS機能を有する蓄電装置。 An AC / DC converter circuit for converting an AC voltage supplied from a commercial power source into a DC voltage;
An inverter circuit for converting a DC voltage input from the AC / DC converter circuit into an AC voltage;
Storage battery,
A boost converter circuit for boosting the DC voltage of the storage battery and outputting it to the inverter circuit;
A boost control unit that performs feedback control so that the output voltage of the boost converter circuit becomes a predetermined voltage;
A power storage device having a UPS function, comprising:
The boost control unit is configured to be able to switch between controlling the boost converter circuit in a continuous current mode or in a discontinuous current mode, and also provides a gain of the feedback control in a continuous current mode and a discontinuous current mode. Are set to different values ,
When a power failure of the commercial power source is detected, the boost converter circuit is activated to control in the current discontinuous mode, and then switched to the current continuous mode based on the input current from the storage battery to the boost converter circuit . A power storage device having a UPS function characterized by the above.
前記AC/DCコンバータ回路から入力された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、
蓄電池と、
前記蓄電池の直流電圧を昇圧して前記インバータ回路に出力する昇圧コンバータ回路と、
前記昇圧コンバータ回路の出力電圧が所定電圧となるようにフィードバック制御する昇圧制御部と、
を備えているUPS機能を有する蓄電装置の制御方法であって、
前記商用電源の停電を検知すると前記昇圧コンバータ回路を起動して、電流不連続モードで所定ゲインによるフィードバック制御を行ない、その後前記蓄電池から前記昇圧コンバータ回路への入力電流に基づいて電流連続モードに切り替えて異なるゲインによるフィードバック制御を行なうことを特徴とするUPS機能を有する蓄電装置の制御方法。
An AC / DC converter circuit for converting an AC voltage supplied from a commercial power source into a DC voltage;
An inverter circuit for converting a DC voltage input from the AC / DC converter circuit into an AC voltage;
Storage battery,
A boost converter circuit for boosting the DC voltage of the storage battery and outputting it to the inverter circuit;
A boost control unit that performs feedback control so that the output voltage of the boost converter circuit becomes a predetermined voltage;
A method of controlling a power storage device having a UPS function, comprising:
When the power failure of the commercial power source is detected, the boost converter circuit is started to perform feedback control with a predetermined gain in the current discontinuous mode, and then switched to the current continuous mode based on the input current from the storage battery to the boost converter circuit. A method of controlling a power storage device having a UPS function, which comprises performing feedback control with different gains.
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