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JPH07108096B2 - Uninterruptible power supply control method - Google Patents

Uninterruptible power supply control method

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Publication number
JPH07108096B2
JPH07108096B2 JP61314220A JP31422086A JPH07108096B2 JP H07108096 B2 JPH07108096 B2 JP H07108096B2 JP 61314220 A JP61314220 A JP 61314220A JP 31422086 A JP31422086 A JP 31422086A JP H07108096 B2 JPH07108096 B2 JP H07108096B2
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JP
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output
voltage
power supply
inverter
feedback
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JP61314220A
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徹 佐藤
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Aichi Electric Co Ltd
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Aichi Electric Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、負荷に無停電で電力を供給する無停電電源装
置に係り、特に、OA機器等に好適な小容量の無停電電源
装置の制御方式に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an uninterruptible power supply device that supplies electric power to a load uninterruptibly, and particularly to a small-capacity uninterruptible power supply device suitable for OA equipment and the like. Regarding control method.

〈発明の技術的背景〉 近時、コンピュータを利用したOA(オフィスオートメー
ション)、FA(ファクトリオートメーション)の普及は
めざましく、特に、マイクロプロセッサを利用した小形
のパソコンによるオートメーション化がすすんでいる。
それらはスタンドアローン若しくは大形計算機の端末機
として使用されている。
<Technical background of the invention> Recently, OA (office automation) and FA (factory automation) using a computer have been remarkably spread, and in particular, automation by a small personal computer using a microprocessor is advancing.
They are used as stand-alone or large computer terminals.

これらのOA、FAシステムは一般に商用電源にて運転され
ているが商用電源の停電、瞬時停電に対して無防備であ
り、わずかな停電であってもプログラムやメモリデータ
が消失してしまう危険がある。このため、大形計算機で
は専用の発電機を用いたり、大形の定電圧、定周波数の
無停電電源装置(CVCF)を設置している。一方、パソコ
ンによるワークステーション等にあっては小形の無停電
電源装置(以下UPSという)が用いられてきている。し
かし、この種UPSは一般にオフィス内に設置されるた
め、小形、低騒音さらに安価なものが要求され、その上
CVCF機能である定電圧、定周波数でかつ歪の少ない正弦
波の出力が要望されている。
These OA and FA systems are generally operated with commercial power supplies, but are unprotected against commercial power supply power interruptions and instantaneous power failures, and there is a risk that programs and memory data will be lost even with a slight power failure. . For this reason, large computers use a dedicated generator or have a large constant voltage, constant frequency uninterruptible power supply (CVCF). On the other hand, a small uninterruptible power supply (hereinafter referred to as UPS) has been used in a workstation such as a personal computer. However, since this kind of UPS is generally installed in the office, it is required to be small, low in noise and inexpensive.
There is a demand for a sine wave output with a constant voltage and a constant frequency, which is a CVCF function, and has little distortion.

〈従来技術とその問題点〉 従来、この種のUPSの制御方式としては例えば第3図及
至第5図に示すようなものがある。第3図は、通常アナ
ログ直流フィードバック制御方式と呼ばれるもので、直
流電源110に、複数のスイッチング素子をブリッジ接続
して、直流を交流に変更して出力するパルス幅変調形の
インバータ111の出力電圧をL.Cからなる出力フィルタ11
2を介して負荷(図示せず)に出力するようにし、この
出力フィルタ112の出力電圧を、電圧変成器113を介し
て、入力を整流平滑して出力する整流回路114に送出
し、この整流回路114の出力電圧と直流基準電圧回路115
の基準電圧との両入力差を加算器116を介してPI調節器1
17に入力させ、PI調節器117は入力を比例、積分(以
下、PI動作という)して、直流レベルの出力信号を正弦
波発生器118に送出し、これをうけた正弦波発生器118は
入力信号に応じた正弦波信号をPWM制御回路119に送出
し、PWM制御回路119は正弦波の入力信号と三角波のキャ
リアとによりパルス幅を変調させたパルス幅変調信号
(以下PWM信号という)を上記インバータ111の各スイッ
チング素子に送出して、インバータ111の出力電圧を制
御し、出力フィルタ112の出力電圧が上記基準電圧と一
致するようフィードバック制御するようになっている。
<Prior Art and Its Problems> Conventionally, as a control method for this type of UPS, there are, for example, those shown in FIGS. 3 to 5. FIG. 3 shows what is usually called an analog DC feedback control system. The output voltage of a pulse width modulation type inverter 111 which connects a plurality of switching elements to a DC power supply 110 in a bridge manner and changes DC to AC for output. Output filter consisting of LC 11
The output voltage of this output filter 112 is sent to a load (not shown) via 2 and is sent to a rectifier circuit 114, which rectifies and smoothes the input through a voltage transformer 113, and outputs the rectified output. Output voltage of circuit 114 and DC reference voltage circuit 115
The difference between both inputs and the reference voltage of the PI controller 1 via the adder 116
17, the PI controller 117 proportionally and integrates the input (hereinafter referred to as PI operation), and outputs a DC level output signal to the sine wave generator 118, which receives the sine wave generator 118. A sine wave signal corresponding to the input signal is sent to the PWM control circuit 119, and the PWM control circuit 119 outputs a pulse width modulation signal (hereinafter referred to as a PWM signal) in which the pulse width is modulated by the sine wave input signal and the triangular wave carrier. The voltage is sent to each switching element of the inverter 111 to control the output voltage of the inverter 111, and feedback control is performed so that the output voltage of the output filter 112 matches the reference voltage.

この方式の場合、交流を直流に変換し、整流平滑してフ
ィードバックをかけているため、応答に数サイクルを要
し、1サイクル以内の応答ができず、過渡応答が遅く、
また、フィードバックが直流ループとなるため波形歪を
修正するようなフィードバックループが形成されず、加
えてインバータは一般にデッドタイム(アーム短絡防止
のための休止期間)を設ける必要があり、このためイン
バータの制御入力信号(PWM信号)と出力電圧とは完全
に比例せず、PWM制御回路に歪のない正弦波が入力され
た場合でも出力は歪んでしまい、出力波形歪が大きいと
いう問題を有している。しかも、OA機器等の非線形負荷
にあっては出力電圧のピーク時のみ電流が流れることに
なり、出力波形もピーク付近が平坦となるいわゆる頭の
つぶれた第3高調波を多く含んだ歪波形となるという問
題を有している。第4図は、通称デジタル演算制御方式
と呼ばれるもので、出力フィルタ112の出力電圧変成器1
13を介してA/Dコンバータ120に入力させ、コンバータ12
0はアナログ値をデジタル値に変換して入力部(図示せ
ず)を介して演算部121に入力させ、演算部121は、上記
出力電力の1サイクルのPWMパターンを演算設定し、こ
の設定値にもとづいてPWMパターンを記憶させた記憶部1
22から読出し、これにより、出力部(図示せず)を介し
てインバータを制御し、出力電圧が上記基準値と一致す
るようフィードバック制御するようになっている。
In this method, alternating current is converted to direct current, rectified and smoothed, and feedback is applied. Therefore, it takes several cycles to respond, a response within one cycle cannot be made, and a transient response is slow,
Further, since the feedback becomes a DC loop, a feedback loop that corrects the waveform distortion is not formed, and in addition, the inverter generally needs to have a dead time (a quiescent period for preventing arm short circuit). The control input signal (PWM signal) is not perfectly proportional to the output voltage, and even if a sinusoidal wave without distortion is input to the PWM control circuit, the output will be distorted and the output waveform distortion will be large. There is. Moreover, in a non-linear load such as OA equipment, a current flows only at the peak of the output voltage, and the output waveform has a so-called distorted waveform with many flattened peaks near the peak. Has the problem of becoming. FIG. 4 shows a so-called digital operation control system, which is an output voltage transformer 1 of the output filter 112.
Input to A / D converter 120 via 13
0 converts the analog value into a digital value and inputs it to the arithmetic unit 121 via an input unit (not shown). The arithmetic unit 121 arithmetically sets the PWM pattern of one cycle of the output power, and the set value Storage unit 1 that stores the PWM pattern based on
The data is read out from 22 and thereby, the inverter is controlled via the output section (not shown), and feedback control is performed so that the output voltage matches the reference value.

この方式の場合、1サイクルの値を平均して基準電圧と
比較するため、1サイクル後にしか応答できず、目標と
する基準値に収束するのに2〜3サイクルを要し、当然
第3高調波歪に対するフィドバックもできず、波形歪も
大きいものになるという問題を有している。
In the case of this method, since the value of one cycle is averaged and compared with the reference voltage, it can respond only after one cycle, and it takes two to three cycles to converge to the target reference value. There is a problem that the feedback cannot be performed against the wave distortion and the waveform distortion becomes large.

又、第5図は通称マルチフィードバック制御方式と呼ば
れるもので、第3図の構成に、出力電圧を電圧変成器11
3と加算器123を介してPWM制御回路119に入力させるよう
にして、過渡的な電圧変動に対してPWM信号を瞬時に変
化させるようにした瞬時値フィードバックループを付加
して、過渡特性、歪特性の改善を図るようにしたもので
ある。
Further, FIG. 5 is a so-called multi-feedback control system, and in the configuration of FIG.
It is input to the PWM control circuit 119 via 3 and the adder 123, and an instantaneous value feedback loop that instantaneously changes the PWM signal in response to transient voltage fluctuations is added to add transient characteristics and distortion. This is intended to improve the characteristics.

この方式の場合でも、瞬時値フィードバックループの利
得をあげるのが困難であり、過渡応答を十分向上させる
こと及び波形歪を十分に抑圧することができず、しかも
2系統のフィードバックループを有するため、構成を複
雑化し、調整にも手間を要するという問題を有してい
る。即ち、フィードバックループでは、このフィードバ
ックループが閉成される前のオープンループの利得は、
位相遅れが180°を超える前に1(利得OdB)を割ってい
なければならない(1を割っていないと発振することに
なる)。しかるに第5図に示すように、位相遅れがまず
LとCからなる出力フィルタ112の部分で発生し、この
出力フィルタは、2次遅れとなるので、位相は180°遅
れとなる。このことはオープンループの利得を出力フィ
ルタのカットオフ周波数fc以上で1(OdB)以上にあげ
ることができないことを示している。一方、上記出力フ
ィルタはインバータのPWMのキャリアを十分に抑圧する
必要があるため、カットオフ周波数fcはスイッチング周
波数及びキャリア周波数(以下スイッチング周波数とい
う)foに比して十分低い値(fc<<fo)に設定しなけれ
ばならない。これを第6図に示すボード線図によって説
明を加えると、出力フィルタ112は、カットオフ周波数f
c付近において利得は実線A1で示すようにLC共振ピーク
を生じ、位相は実線A1′で示すように急変する。また、
インバータの出力電圧は、直流入力電圧がそのままピー
ク値となって出力されるためスイッチング周波数成分が
非常に大きく、これを十分抑圧するためには上述したよ
うに出力フィルタのカットオフ周波数fcをfc<<foの関
係にしなければならない。
Even in the case of this method, it is difficult to increase the gain of the instantaneous value feedback loop, the transient response cannot be sufficiently improved, and the waveform distortion cannot be suppressed sufficiently. There is a problem that the configuration is complicated and adjustment is time-consuming. That is, in the feedback loop, the gain of the open loop before this feedback loop is closed is
It must be less than 1 (gain OdB) before the phase delay exceeds 180 ° (otherwise it will oscillate). However, as shown in FIG. 5, a phase delay first occurs in the output filter 112 portion consisting of L and C, and this output filter is a second-order delay, so the phase is delayed by 180 °. This indicates that the open loop gain cannot be increased to 1 (OdB) or more above the cutoff frequency fc of the output filter. On the other hand, since the above output filter needs to sufficiently suppress the PWM carrier of the inverter, the cutoff frequency fc has a value (fc << fo which is sufficiently lower than the switching frequency and carrier frequency (hereinafter referred to as switching frequency) fo. ) Must be set. If this is further explained by the Bode diagram shown in FIG. 6, the output filter 112 has the cutoff frequency f
In the vicinity of c, the gain has an LC resonance peak as shown by the solid line A 1 and the phase changes abruptly as shown by the solid line A 1 ′. Also,
The output voltage of the inverter has a very large switching frequency component because the DC input voltage is output as it is with its peak value. To sufficiently suppress this, the cutoff frequency fc of the output filter is set to fc <<Must have a relationship of fo.

一般に、スイッチング周波数foは無騒音とするために20
〜30kHz程度に選定されるのでカットオフ周波数fcは1
〜2kHz程度(fc=fo/10〜20)が必要とされている。
Generally, the switching frequency fo is 20
The cutoff frequency fc is 1 because it is selected at about 30kHz.
Approximately 2kHz (fc = fo / 10-20) is required.

このような伝達要素を含む系に安定なフィードバックを
かけるためには、オープンループが第6図の一点鎖線
B1、B1′で示す特性となるよう利得、位相を調整するこ
とが必要となる。これを第7図に示すブロック線図でみ
ると伝達関係Gは、 で示され、今上式におけるGI、HをGI=1、H=1とす
れば、オープンループが−1となると,分母(1+GC・
GI・GF・H)が0となって発振することになるので、GC
(PI調節器)を第6図で示す点線C1、C1′の特性となる
ようにしないと安定したフィードバックが実現しないこ
とになる。
In order to provide stable feedback to a system including such a transmission element, an open loop is shown in FIG.
It is necessary to adjust the gain and phase so that the characteristics shown by B 1 and B 1 ′ are obtained. Looking at this in the block diagram shown in FIG. 7, the transfer relationship G is If GI and H in the above equation are GI = 1 and H = 1, and the open loop becomes -1, the denominator (1 + GC ·
Since GI, GF, H) will be 0 and will oscillate, GC
Stable feedback cannot be realized unless the (PI adjuster) has the characteristics of the dotted lines C 1 and C 1 ′ shown in FIG.

このように、オープンループの利得をカットオフ周波数
fc近傍で下げなければ位相遅れφが180°に近づくにも
かかわらず、利得がOdB(1)以上となって系が不安定
又は、発振状態になってしまうことになる。このため、
オープンループの利得がOdBとなる周波数fxはfx<fcの
関係となり、例えばfx≒fc/10〜3程度に設定しないと
十分安定したフィードバックループが形成されないこと
になる。今、理解を容易にするため、fcを1.5kHz、fxを
fc/5とすると、fx=300Hzとなり、これから基本波f1
対するオープンループの利得はfx/f1=300/60=5(但
し、f1=60Hzとして)第3調波f3に対しては、fx/f3=3
00/60×3=1.7しかならず、オープンループの利得を大
きくすることができないといえる。このことは、基本波
(例えば60Hz)に関しては、外乱(電源電圧変動、負荷
変動等)に対して、約1/5しか抑圧能力(定電圧を保つ
能力)がないことになり外乱で20%変動があった場合4
%(20%×1/5)の出力変動を生ずることになる。
Thus, open-loop gain cutoff frequency
Unless the phase is decreased near fc, the gain becomes OdB (1) or more, and the system becomes unstable or becomes oscillating even though the phase delay φ approaches 180 °. For this reason,
The frequency fx at which the gain of the open loop becomes OdB has a relationship of fx <fc. For example, unless fx≈fc / 10 to 3 is set, a sufficiently stable feedback loop cannot be formed. Now, to make it easier to understand, fc is 1.5kHz, fx is
If fc / 5, then fx = 300Hz, and the gain of the open loop for the fundamental wave f 1 is fx / f 1 = 300/60 = 5 (provided that f 1 = 60Hz) for the 3rd harmonic f 3 . Is fx / f 3 = 3
Only 00/60 x 3 = 1.7, which means that the open loop gain cannot be increased. This means that for the fundamental wave (eg 60Hz), there is only about 1/5 the ability to suppress disturbances (power supply voltage fluctuations, load fluctuations, etc.) (ability to maintain a constant voltage), and 20% If there is a change 4
% (20% x 1/5) output fluctuation will occur.

又、歪率に関しても第3調波に対しては、多少の抑圧が
可能となるが、高次の調波に対しては、オープンループ
の利得が1(OdB)よりも小さくなって、抑圧すること
ができない。しかもLCフィルタ(出力フィルタ)が十分
に効くのはカットオフ周波数fcの2倍以上からであるた
め、300Hz〜3kHzの間は調波歪は改善されないといえ
る。
As for the distortion, it is possible to suppress the third harmonic to some extent, but for higher harmonics, the open loop gain becomes smaller than 1 (OdB) and the suppression is suppressed. Can not do it. Moreover, since the LC filter (output filter) is sufficiently effective from twice or more the cutoff frequency fc, it can be said that the harmonic distortion is not improved between 300 Hz and 3 kHz.

一方、過渡応答特性についても、オープンループの利得
が高い周波数域において小さいため、負荷急変時の応答
が悪く、安定性を保つことができず例えば第8図に示す
ような出力電圧となって、十分な性能が得られない。ま
た、負荷がOA装置等のように、コンデンサインプット形
整流回路を有した装置の場合も出力電圧は第9図に示す
ようにピークが平担になった歪波形となる。このよう
に、高い周波数域においてオープンループの利得が小さ
いことは、特性の改善にあまり効果を発揮しないことに
なる。
On the other hand, as for the transient response characteristic, the open loop gain is small in the high frequency range, so the response at the time of sudden load change is poor, and the stability cannot be maintained. For example, the output voltage becomes as shown in FIG. Sufficient performance cannot be obtained. Also, in the case of a device having a capacitor input type rectifier circuit such as an OA device, the output voltage has a distorted waveform with a flat peak as shown in FIG. As described above, the small open-loop gain in the high frequency range is not very effective in improving the characteristics.

基本波成分においても、上述したような利得では、定電
圧精度を満足させることはできないため、直流フィード
ループを併用せざるを得ないともいえる。
Even with respect to the fundamental wave component, the above-described gain cannot satisfy the constant voltage accuracy, so it can be said that the DC feed loop must be used together.

この方式は、第6図のボード線図でも理解されるよう
に、fx<fc<<foの関係が成立する以上、foを高くする
以外にfxを高くすることはできず、一方インバータに使
用されるスイッチング素子の動作速度、スイッチング損
失の増大からみてfoを高くすることを困難であり、結
果、fxはあまり高くすることができずオープンループの
利得を上げることができないということになる。
As can be seen from the Bode diagram in Fig. 6, this method cannot be used to increase fx other than increasing fo, as long as the relationship of fx <fc << fo is established. It is difficult to increase fo in view of the increase in operating speed and switching loss of the switching element, and as a result, fx cannot be increased so much that open loop gain cannot be increased.

〈発明の目的〉 本発明は、上述した点にかんがみてなされたもので2系
統のフィードバックループを形成することなく、瞬時値
フィードバックループのみの簡単な構成で、オープンル
ープの利得を大きくとることができ、大幅な特性向上を
図ることができるようにした制御方式を提供することに
ある。
<Objects of the Invention> The present invention has been made in view of the above points, and a large open loop gain can be obtained with a simple configuration of only an instantaneous value feedback loop without forming a two-system feedback loop. An object of the present invention is to provide a control method capable of achieving a significant improvement in characteristics.

〈発明の概要〉 上記目的を達成するため、インバータの出力電圧を位相
遅れが90°以内となるRCフィルタからなる電圧フィード
バック回路を介して、基準正弦波信号との偏差をとり、
これをPI調節器に入力させることにより、系を発振させ
ることなくオープンループの利得を上げて瞬時フィード
バック制御するようにしたもである。
<Outline of the Invention> In order to achieve the above object, the output voltage of the inverter has a phase delay of 90 ° or less, and a deviation from the reference sine wave signal is taken through a voltage feedback circuit including an RC filter.
By inputting this to the PI controller, the open loop gain is increased and instantaneous feedback control is performed without oscillating the system.

〈発明の実施例〉 以下、本発明の実施例を第1図及び第2図によって説明
する。1は商用交流電源(以下、商用電源という)、2
は上記商用電源1に接続されて直流電源を無停電で供給
する直流電源部である。これは、商用電源1に、入力を
整流平滑して直流で出力する整流平滑回路21と、電源ト
ランスと整流器を有し、蓄電池23を常時フロート充電す
るようにした充電用電源回路22とを接続し、上記整流平
滑回路21の出力端に、上記蓄電池23の出力端をスイッチ
24を介して接続して、蓄電池23を常時フロート充電させ
るとともに、商用電源1が停電した時、制御手段(図示
せず)の出力信号により上記スイッチ24を閉成して蓄電
池23の電荷を放電させるようになっている。3は、イン
バータでMOS FETからなる4個のスイッチング素子Qu、Q
v、QyのQuとQvのドレーンを入力端Pに、QxとQyのソー
スを入力端Nに、QuとQx、QvとQyをそれぞれ接続してブ
リッジ回路を形成し、上記QuとQx,QvとQyの接続点を出
力端として、スイッチング素子Qu、Qv、Qx、Qyのゲート
に入力するパルス幅変調信号(以下、PWM信号という)
により、直流を交流に変換して出力するようになってい
る。なお、上記スイッチング素子Qu、Qv、Qx、Qyのドレ
ーン・ソース間には、フリー・ホイール・ダイオードD
u、Dv、Dyがそれぞれ逆方向に挿入されている。4は、
上記インバータ3の出力端に接続された出力フィルタ
で、上記インバータ3のスイッチング素子QuとQxの接続
点と出力端の一方との間にリアクトルL1を挿入し、出力
端の他方を上記スイッチング素子QvとQyの接続点に接続
し、出力端子間にコンデンサC1を挿入して、いわゆるLC
フィルタを形成し、インバータ3の出力電圧に含まれる
スイッチング周波数をろ波して、上記コンデンサC1の両
端から出力を負荷(図示せず)に送出するようになって
いる。5は、上記出力フィルタ4の入力端から接続され
て、入力電圧を検出して出力するようにした電圧フィー
ドバック回路で、出力フィルタ4の入力端子間に分圧抵
抗R1、R2を挿入し、この抵抗R2の端子間にコンデンサC2
を並列に接続して、CRによるローパスフィルタを形成
し、上記コンデンサC2の端子間から上記出力フィルタ4
の入力電圧に比例しかつ90°位相遅れとなった電圧を、
フィードバック信号として出力するようになっている。
6は、水晶発振器の基準信号により、商用電源1の商用
周波数(例えば60Hz)の基準正弦波信号を送出するよう
にした基準正弦波発生回路である。7は、上記電圧フィ
ードバック回路5と基準正弦波発生回路6とから接続さ
れて両入力の偏差を比例積分して(PI動作)出力するよ
うにしたPI調節回路である。これは、上記電圧フィード
バック回路5の抵抗R1とR2の接続点に反転増幅器A1の入
力端子を接続し、上記抵抗R2の他方の端子を回路接地
し、非反転入力端子を回路接地した演算増幅器A2の反転
入力端子に、抵抗R3を介して、上記反転増幅器A1の出力
端子を接続するとともに、抵抗R4を介して、基準正弦波
発生回路6の出力端を接続し、上記演算増幅器A2の出力
端子と反転入力端子との間にコンデンサC3と抵抗R5を直
列に挿入して、演算増幅器A2の出力端子から出力するよ
うになっている。8は上記PI調節回路7の出力端に接続
されたPWM制御回路で、基準三角波キャリア発生器と比
較器を有し、入力信号とキャリアとを比較してパルス幅
を変調したPWM信号を上記インバータ3に送出するよう
になっている。次に、その動作について説明する。商用
電源1をうけた直流電源部2は、整流平滑回路21により
整流平滑した直流電圧をインバータ3に印加するととも
に、蓄電池23が充電用電源回路22を介してフロート充電
される。インバータ3は、直流電圧をPWM制御回路8のP
WM信号により、スイッチング素子Qu〜Qyを順次オンオフ
制御して交流電圧に変換して出力する。これをうけた出
力フィルタ4は、インバータ3の出力電圧のスイッチン
グ周波数をろ波して負荷(図示せず)に交流電圧を印加
する。そして、上記インバータ3の出力電圧をフィード
バックさせる。この際、インバータ3の出力電圧はPWM
波であるため、直接フィードバックをかけることができ
ないので、R.Cによりローパスフィルタに形成した電圧
フィードバック回路5はスイッチング周波数をろ波し、
上記PWM波を復調して出力する。これをうけたPI調節回
路7は、反転増幅器A1により入力電圧を反転増幅し、こ
れを基準正弦波発生回路6の基準正弦波信号とともに演
算増幅器A2に送出し、この演算増幅器A2は両入力の偏差
を比例積分して、PWM制御回路8に出力する。PWM制御回
路8は、入力とキャリアを比較してPWM信号を上記イン
バータ3の各スイッチング素子に順次送出して、インバ
ータ3の出力電圧を定電圧となるよう制御する。このフ
ィードバック制御の動作において、上記RCフィルタに形
成された電圧フィードバック回路5はそのカットオフ周
波数fDをfo/3〜5(但し、fo:スイッチング周波数)と
なるよう設定し スイッチング周波数foを除去して電圧を出力する。この
電圧フィードバック回路5のRCフィルタは1次遅れであ
るから、位相遅れφは90°となる。そして、このフィー
ドバックループのブロック線図は第10図のように示さ
れ、これを上述した第7図と対比するとわかるように、
GF(出力フィルタ)がフィードバックループの外に出て
いることになり、オープンループの伝達関数Goは、Go=
Gc・GI・Hとなり、これを第11図に示すボード線図によ
って説明すると、実線A2、A2′は、PI動作をかける前の
オープンループ特性を示したもので、このA2′からもわ
かるように、位相遅れφは90°しかなっていないので、
オープンループの利得をどれだけでもあげれそうである
が、実際には、インバータ3の特性上、スイッチング周
波数foに近づくにつれて位相が点線A2″で示すように急
激に遅れだし、これが無視できないものとなる。このた
め、オープンループの利得は、該利得がOdBとなる周波
数fxを例えばfo/4程度に設定する。今、電圧フィードバ
ック回路5のカットオフ周波数fDをfD=fo/4にしたとす
ればfx=fDとなるように設定したPI調節回路(GC)の特
性が、点線B2、B2′で示され、オープンループGo=Gc・
GI・Hの特性は一点鎖線C2、C2′のようになる。この結
果、上述した数値により従来例と比較すると、 従来例 fo=20kHz fx=300Hz 本例 fo=20kHz fx=5kHz となり、オープンループの利得は利得比で約17倍(5kHz
/300Hz)増加させることができる。したがって、 基本波の利得は利得比で83倍 (5kHz/60Hz) 第3調波の利得は利得比で28倍 (5kHz/60Hz×3) 第5調波の利得は利得比で17倍 (5kHz/60Hz×5) となって、従来に比し、高調波に対しても十分に高い利
得を得ることができる。
<Embodiment of the Invention> An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. 1 is a commercial AC power supply (hereinafter referred to as a commercial power supply), 2
Is a DC power supply unit which is connected to the commercial power supply 1 and supplies a DC power supply without interruption. This is connected to a commercial power supply 1 with a rectifying / smoothing circuit 21 that rectifies and smoothes an input and outputs a direct current, and a charging power supply circuit 22 that has a power transformer and a rectifier and is configured to always float-charge a storage battery 23. Switch the output end of the storage battery 23 to the output end of the rectifying / smoothing circuit 21.
The storage battery 23 is always connected to the storage battery 24 via a float, and when the commercial power supply 1 fails, the switch 24 is closed by the output signal of the control means (not shown) to discharge the charge of the storage battery 23. It is designed to let you. 3 is an inverter, 4 switching elements consisting of MOS FETs Qu and Q
The Qu and Qx drains of Qu and Qv are connected to the input end P, the sources of Qx and Qy are connected to the input end N, and Qu and Qx, Qv and Qy are connected to form a bridge circuit. Pulse width modulation signal (hereinafter referred to as PWM signal) input to the gates of switching elements Qu, Qv, Qx, and Qy with the connection point of Qy and Qy as the output end.
By this, DC is converted into AC and output. In addition, between the drain and source of the switching elements Qu, Qv, Qx, Qy, a free wheel diode D
u, Dv, and Dy are inserted in the opposite directions. 4 is
In the output filter connected to the output terminal of the inverter 3, the reactor L 1 is inserted between the connection point of the switching elements Qu and Qx of the inverter 3 and one of the output terminals, and the other of the output terminals is connected to the switching element. Connect to the connection point of Qv and Qy, insert a capacitor C 1 between the output terminals,
A filter is formed, the switching frequency included in the output voltage of the inverter 3 is filtered, and the output is sent to the load (not shown) from both ends of the capacitor C 1 . 5 is a voltage feedback circuit which is connected from the input end of the output filter 4 and detects and outputs the input voltage. The voltage dividing resistors R 1 and R 2 are inserted between the input terminals of the output filter 4. , capacitor C 2 between the resistor R 2 terminal
Are connected in parallel to form a CR low-pass filter, and the output filter 4 is connected between the terminals of the capacitor C 2.
The voltage that is proportional to the input voltage of
It is designed to output as a feedback signal.
Reference numeral 6 is a reference sine wave generating circuit for transmitting a reference sine wave signal of a commercial frequency (for example, 60 Hz) of the commercial power source 1 by the reference signal of the crystal oscillator. Reference numeral 7 is a PI adjusting circuit which is connected from the voltage feedback circuit 5 and the reference sine wave generating circuit 6 and proportionally integrates the deviation between both inputs (PI operation) and outputs the result. This is because the input terminal of the inverting amplifier A 1 is connected to the connection point between the resistors R 1 and R 2 of the voltage feedback circuit 5, the other terminal of the resistor R 2 is grounded, and the non-inverting input terminal is grounded. Connect the output terminal of the inverting amplifier A 1 to the inverting input terminal of the operational amplifier A 2 via the resistor R 3 and the output terminal of the reference sine wave generating circuit 6 via the resistor R 4. , a resistor R 5 and capacitor C 3 between the output terminal of the operational amplifier a 2 and the inverting input terminal is inserted in series, and outputs from the output terminal of the operational amplifier a 2. Reference numeral 8 denotes a PWM control circuit connected to the output terminal of the PI adjustment circuit 7, which has a reference triangular wave carrier generator and a comparator, compares the input signal with the carrier, and modulates the pulse width of the PWM signal to obtain the inverter. It is designed to be sent to the 3rd party. Next, the operation will be described. The DC power supply unit 2 receiving the commercial power supply 1 applies the DC voltage rectified and smoothed by the rectification smoothing circuit 21 to the inverter 3, and the storage battery 23 is float-charged via the charging power supply circuit 22. The inverter 3 outputs the DC voltage to the P of the PWM control circuit 8.
The WM signal sequentially controls the switching elements Qu to Qy to be turned on and off to be converted into an alternating voltage and output. The output filter 4 that receives this filters the switching frequency of the output voltage of the inverter 3 and applies an AC voltage to a load (not shown). Then, the output voltage of the inverter 3 is fed back. At this time, the output voltage of the inverter 3 is PWM
Since it is a wave, direct feedback cannot be applied, so the voltage feedback circuit 5 formed in the low pass filter by RC filters the switching frequency,
Demodulate the above PWM wave and output. PI adjusting circuit 7 that has received this, the input voltage is inverted and amplified by the inverting amplifier A 1, which was sent together with the reference sine wave signal of the reference sine wave generating circuit 6 to the operational amplifier A 2, the operational amplifier A 2 is The deviations of both inputs are proportionally integrated and output to the PWM control circuit 8. The PWM control circuit 8 compares the input and the carrier and sequentially sends out the PWM signal to each switching element of the inverter 3 to control the output voltage of the inverter 3 to be a constant voltage. In this feedback control operation, the voltage feedback circuit 5 formed in the RC filter sets its cutoff frequency fD to fo / 3 to 5 (where fo: switching frequency). The switching frequency fo is removed and the voltage is output. Since the RC filter of this voltage feedback circuit 5 has a primary delay, the phase delay φ is 90 °. The block diagram of this feedback loop is shown in FIG. 10, and as can be seen by comparing this with FIG. 7 described above,
The GF (output filter) is out of the feedback loop, and the open-loop transfer function Go is Go =
Gc · GI · H, which is explained by the Bode diagram shown in FIG. 11. Solid lines A 2 and A 2 ′ show open loop characteristics before the PI operation is applied. From this A 2 ′, As you can see, the phase delay φ is only 90 °, so
It seems that the open loop gain can be increased as much as possible, but in reality, due to the characteristics of the inverter 3, the phase suddenly lags as shown by the dotted line A 2 ″ as it approaches the switching frequency fo, which cannot be ignored. Therefore, the gain of the open loop is set such that the frequency fx at which the gain becomes OdB is, for example, about fo / 4.Now, it is assumed that the cutoff frequency fD of the voltage feedback circuit 5 is set to fD = fo / 4. For example, the characteristics of the PI control circuit (GC) set so that fx = fD are shown by dotted lines B 2 and B 2 ′, and open loop Go = Gc ·
The characteristics of GI · H are as shown by the one-dot chain lines C 2 and C 2 ′. As a result, comparing with the conventional example using the above-mentioned numerical values, the conventional example fo = 20kHz fx = 300Hz This example fo = 20kHz fx = 5kHz, and the gain of the open loop is approximately 17 times (5kHz
/ 300Hz) can be increased. Therefore, the gain of the fundamental wave is 83 times as the gain ratio (5kHz / 60Hz) The gain of the third harmonic is 28 times as the gain ratio (5kHz / 60Hz × 3) The gain of the fifth harmonic is 17 times as the gain ratio (5kHz It becomes / 60Hz × 5), and it is possible to obtain a sufficiently high gain for harmonics as compared with the conventional one.

また、出力フィルタをフィードバックループから除外し
てあるため、電圧フィードバック回路5のカットオフ周
波数fDが出力フィルタ4のカットオフ周波数fcより大き
く設定しても(fD>fc)系は不安定とならず、十分に高
調波を抑制するように出力フィルタ4のカットオフ周波
数fcを設定することができ、適渡応答特性を一段と向上
させることができ、調波歪の改善を図ることができる。
Further, since the output filter is excluded from the feedback loop, even if the cutoff frequency fD of the voltage feedback circuit 5 is set higher than the cutoff frequency fc of the output filter 4 (fD> fc), the system does not become unstable. The cut-off frequency fc of the output filter 4 can be set so as to sufficiently suppress the harmonics, the appropriate delivery response characteristics can be further improved, and harmonic distortion can be improved.

また、基本波の精度は上述した従来例の数値を用いれ
ば、20%の外乱があった場合でも、0.24%(20%/83)
の出力変動としてしかあらわれず精度も一段と向上させ
ることができる。
In addition, the accuracy of the fundamental wave is 0.24% (20% / 83) even if there is a 20% disturbance by using the numerical value of the above-mentioned conventional example.
It appears only as the output fluctuation of, and the accuracy can be further improved.

なお、実施例における出力フィルタ4及び電圧フィード
バック回路5は要旨を変更しない範囲で種々変形するこ
とができることは云うまでもない。
It goes without saying that the output filter 4 and the voltage feedback circuit 5 in the embodiment can be variously modified without changing the gist.

〈発明の効果〉 本発明によれば、インバータ出力電圧のフィードバック
信号を、位相遅れを90°以内に保って、基準正弦波信号
との偏差をとり、これをPI調節するようになっているの
で、高い周波数域でオープンループの利得を上げること
ができ、インバータ出力電圧の瞬時電圧制御を、高精度
で行うことができる。
<Effect of the Invention> According to the present invention, the feedback signal of the inverter output voltage is kept at a phase delay within 90 °, the deviation from the reference sine wave signal is taken, and the PI adjustment is performed. The open-loop gain can be increased in a high frequency range, and the instantaneous voltage control of the inverter output voltage can be performed with high accuracy.

また、高い周波数域でオープンループの利得を上げるこ
とができるので、過度応答性を一段と向上させることが
でき、負荷変動、停電−復電、電源の急変等に対しても
良質の電源を供給することができる。しかも、フィード
バックループは、2系統で形成することなく、かつイン
バータの出力フィルタを除外して形成するようにしてあ
るので、出力フィルタは、そのカットオフ周波数を、系
を不安定にすることなく、高周波を十分制御できるよう
に設定することができ、調波歪を一段と改善して歪み率
の少ない正弦波を出力させることができる。
In addition, since the open loop gain can be increased in the high frequency range, the transient response can be further improved, and a good quality power supply can be supplied even for load fluctuations, power failures-power recovery, sudden power changes, etc. be able to. Moreover, since the feedback loop is formed without forming the two systems and excluding the output filter of the inverter, the output filter has its cutoff frequency without destabilizing the system, It can be set so that high frequencies can be controlled sufficiently, harmonic distortion can be further improved, and a sine wave with a low distortion rate can be output.

更に、90°以内の位相遅れを保ってとりだすインバータ
出力電圧のフィードバック信号は、RCフィルタをインバ
ータの出力端に付加するだけで構成することができるか
ら、構成を簡略化し、調整も容易となり、信頼性の高
い、かつ安価な装置とすることができる。また、電圧変
成器などで結合することなくフィードバックループを構
成することができるので、インバータの出力電圧に直流
分があっても自動的に補正することができ、負荷に直流
分を生じない出力を送出することができる。
Furthermore, the feedback signal of the inverter output voltage, which is taken out with a phase delay of 90 ° or less, can be configured simply by adding an RC filter to the output end of the inverter, which simplifies the configuration, facilitates adjustment, and improves reliability. It is possible to provide a highly inexpensive and inexpensive device. Also, since the feedback loop can be configured without coupling with a voltage transformer etc., even if there is a DC component in the output voltage of the inverter, it can be automatically corrected, and an output that does not generate a DC component in the load can be generated. Can be sent out.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明の実施例を示すブロック図、第2図
は、第1図の主要部を具体化して示すブロック図、第3
図乃至第5図は、従来例を示すブロック図、第6図は、
第5図のボード線図、第7図は、第5図のブロック線
図、第8図及び第9図は、従来例における出力電圧、負
荷電流波形図、第10図は、第1図のブロック線図、第11
図は、第1図のボード線図である。 2:直流電源部、3:インバータ 4:出力フィルタ、5:電圧フィードバック回路 6:基準正弦波発生回路、7:PI調節回路 8:PWM制御回路
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram concretely showing the main part of FIG. 1, and FIG.
5 to 5 are block diagrams showing a conventional example, and FIG. 6 is
FIG. 5 is a Bode diagram, FIG. 7 is a block diagram of FIG. 5, FIGS. 8 and 9 are output voltage and load current waveform diagrams in the conventional example, and FIG. 10 is a diagram of FIG. Block diagram, number 11
The figure is a Bode diagram of FIG. 2: DC power supply section, 3: Inverter 4: Output filter, 5: Voltage feedback circuit 6: Reference sine wave generation circuit, 7: PI control circuit 8: PWM control circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】無停電で出力する直流電源部に接続され
て、PWM信号により制御されるインバータの出力電圧
を、出力フィルタを介して負荷に供給するようにした無
停電電源装置において、上記インバータにPWM信号を送
出するPWM制御回路の入力端に、比例積分した出力を送
出するPI調節回路を接続し、このPI調節回路の入力端
に、基準正弦波信号と、RCフィルタからなる電圧フィー
ドバック回路を介した上記インバータの出力電圧との偏
差を入力させるようにして、上記インバータの出力電圧
を、フィードバック信号の位相遅れを90°以内に保って
瞬時電圧制御するようにしたことを特徴とする無停電電
源装置の制御方式。
1. An uninterruptible power supply unit which is connected to a DC power supply unit for uninterruptible output and which supplies an output voltage of an inverter controlled by a PWM signal to a load through an output filter. To the input terminal of the PWM control circuit that sends the PWM signal to the PI control circuit that sends the output that is proportionally integrated, connect the reference sine wave signal and the voltage feedback circuit consisting of the RC filter to the input terminal of this PI control circuit. By inputting a deviation from the output voltage of the inverter through the output voltage of the inverter, the phase delay of the feedback signal is kept within 90 °, and the instantaneous voltage is controlled. Control system for power failure power supply.
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