CN106104412A - 电源系统 - Google Patents

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Abstract

一种电源系统(201)，具备具有进行电力变换的转换器部(1)的多个单元(100A、100B、…)，多个单元(100A、100B、…)的输入部和输出部分别进行并联连接，多个单元(100A、100B、…)相互进行通信，单元(100A)设定为对其他单元(100B等)的驱动和停止进行控制的主控模块，其中，单元(100A)在输出电流检测电路(5)检测到的输出电流IO超过了阈值时使其他全部单元(100B等)驱动。在全部单元(100B等)驱动的情况下，基于各单元(100A、100B、…)的输出电流的合计而使其他全部单元(100B等)中的任一单元停止。由此，提供能够在负载电流急剧增加时抑制各模块以过电流状态被使用的电源系统。

Description

电源系统
技术领域
本发明涉及具备多个电源装置并且所述多个电源装置的输入部和输出部分别进行并联连接的电源系统。
背景技术
以高输出化或电路的冗余化为目的，可利用将多个电源装置进行并联连接而构成的电源系统。在专利文献1中公开了将主控模块和多个受控模块进行并联连接而构成的电源系统。在该电源系统中，主控模块监视将各模块的输出电流进行合计而得的负载电流，并决定与该负载电流相应的最佳的模块运转台数。而且，主控模块使决定的台数的受控模块驱动。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-102164号公报
专利文献2：日本特开平3-124228号公报
发明内容
发明要解决的课题
在此，在专利文献1所记载的电源系统中，有时如专利文献2所记载的那样，在各受控模块中检测负载电流并根据它们的检测信息来控制所驱动的电源模块的台数。然而，在如专利文献1所记载的那样利用收发电路进行通信的控制中，每单位时间能够传递的信息量是有限的，因此在负载电流急剧增加的情况下，主控模块需要时间来收集基于各受控模块的负载电流检测值的负载电流信息并决定最佳的模块运转台数。因此，产生主控模块无法配合负载电流的急剧增加而立即驱动所需数目的各受控模块的问题。因而，存在各模块以过电流状态被使用的情况，有可能会产生不良状况。
此外，在如专利文献1所记载的电源系统那样统一检测电源系统的输出的情况下，会流过大电流，因此需要大的检测电路，从而导致尺寸增加或成本增加。
因此，本发明的目的在于，提供一种即使在减少工作台数时负载电流急剧增加的情况下也能够迅速地驱动各模块来抑制各模块以过电流状态被使用的电源系统。
用于解决课题的技术方案
本发明的电源系统具备具有进行电力变换的转换器部的多个电源装置，所述多个电源装置的输入部和输出部分别被并联连接，所述多个电源装置相互进行通信，所述多个电源装置中的至少一个电源装置被设定为对其他所述电源装置的驱动和停止进行控制的主控模块，所述电源系统的特征在于，所述其他电源装置具备：输出电流检测输出部，对输出电流进行检测，并向被设定为所述主控模块的电源装置输出检测结果，被设定为所述主控模块的电源装置具备：输出电流检测部，对输出电流进行检测；驱动控制部，在所述输出电流检测部检测到的输出电流超过了阈值时，使其他所述电源装置全部驱动；计算部，在所述其他电源装置全部驱动的情况下，对所述输出电流检测部检测到的输出电流和所述其他电源装置输出的输出电流的检测结果进行加法运算，来计算输出电流的合计；以及台数决定部，基于所述计算部的计算结果来决定所驱动的电源装置的台数，在其他所述电源装置全部驱动时，所述驱动控制部基于所述台数决定部决定出的台数而使所述其他电源装置中的任一个电源装置停止。
在该结构中，在被设定为主控模块的电源装置中，当检测到超过阈值的输出电流时，向其他所有电源装置发出驱动指令，从而即使在负载电流急剧增加时其他电源装置也会迅速启动。由此，能够在负载电流急剧增加时抑制各电源装置以过电流状态被使用。此外，因为具备对输出电流的检测结果进行加法运算处理的计算部，所以不需要大的检测电路，能够实现小型化和削减成本。
优选地，在一个以上的所述电源装置停止的情况下，所述阈值为所述输出电流检测部检测的输出电流值以上。
在该结构中，用于稳态时的台数切换工作和用于负载骤增时的全部电源启动工作互不干扰，能够使电源系统稳定地工作。
优选地，所述多个电源装置具备过电流保护电路，所述阈值小于所述过电流保护电路的过电流保护点。
在该结构中，在超过过电流保护点之前使其他所有电源装置驱动来使各电源装置分担输出电流，从而能够事先防止过电流保护的动作。
发明效果
根据本发明，能够在负载电流急剧增加时抑制各电源装置以过电流状态被使用。
附图说明
图1是实施方式涉及的电源系统的电路图。
图2是将作为主控器工作的控制器的功能进行模块化来表示的图。
图3是将作为受控器工作的控制器的功能进行模块化来表示的图。
图4是示出相对于负载的电源单元的效率特性的图表。
图5是示出配合增加的负载电流而增加了工作台数时的每一台单元的效率的图。
图6是将图5进行图表化的图。
图7是用于说明负载急剧增加时使全部单元驱动的定时的图。
图8是示出单元的控制器执行的处理的流程图。
具体实施方式
图1是本实施方式涉及的电源系统的电路图。该电源系统201构成为具备多个电源装置单元(以下，仅称为“单元”)100A、100B、…，它们的输入部和输出部分别进行并联连接。在图1中省略了第三个以后的单元的图示。单元100A、100B、…的每一个基本上是相同的结构，但是在该例子中，单元100A作为主控器工作，其他单元100B等作为受控器工作。
单元100A具备转换器部1、开关控制电路2、控制器10A、输出电压检测电路3、输出电流检测电路5以及下降生成电路6。
转换器部1具备开关元件Q1、二极管D1、电感器L1以及电容器C1，构成非绝缘的降压转换器电路。开关控制电路2具备由误差放大器、PWM比较器以及三角波生成电路等构成的PWM控制电路。
输出电压检测电路3是由电阻R0、R1构成的分压电路。开关控制电路2根据从输出电压检测电路3输入的电压值来生成变更了导通占空比的PWM调制信号，并提供给开关元件Q1。用该进行了PWM调制的信号来控制开关元件Q1。在开关元件Q1的导通期间在电感器L1流过励磁电流，在截止期间通过二极管D1流过回流电流。
输出电流检测电路5检测单元100A的输出电流Io，并向控制器10A输出检测结果。
当输出电流检测电路5检测到的输出电流Io超过阈值(过电流保护点)时，控制器10A向开关控制电路2输出信号，开关控制电路2对开关元件Q1进行开关控制，使得不会流过过电流。例如，开关控制电路2使开关元件Q1截止或者缩短导通占空比。开关元件Q1、开关控制电路2、输出电流检测电路5以及控制器10A等相当于本发明涉及的过电流保护电路。
下降(Droop)生成电路6生成下降用修正值，该下降用修正值用于使单元具有输出电压随着输出电流Io增大而减小的电压电流特性，即，下降特性。下降用修正值随着输出电流Io增大而增大，并与输出电压检测电路3的输出电压进行加法运算。通过对输出电压检测电路3的输出电压与下降用修正值进行加法运算，从而输出电压随着输出电流Io增大而降低。因为各单元100A、100B、…具有下降特性，所以从各单元100A、100B、…输出彼此相等的输出电流，因此在使多个单元100A、100B、…并行运转的情况下，能够实现适当的负载分配。
图2是将作为主控器工作的控制器10A的功能进行模块化来表示的图。
在控制器10A中，通信部11经由串行总线4而与其他单元(100B等)进行通信。输出电流获取部12从输出电流检测电路5输入表示输出电流Io的大小的电压信号并将其变换为数字数据。在由输出电流获取部12获取到的输出电流Io为阈值以上的情况下，驱动控制部13经由通信部11使各单元(100B等)全部驱动。
在此，在驱动控制部13中使用的阈值处于在多个单元100B、…中的至少一台为停止状态的情况下检测的输出电流的值以上，且小于在过电流保护部16中使用的阈值(过电流保护点)。
加法运算部14对输出电流获取部12获取到的单元100A的输出电流Io和经由通信部11获取到的处于运转状态的其他单元(100B等)的输出电流进行加法运算。通过该加法运算，可得到电源系统201整体的输出电流。
台数决定部15根据加法运算部14进行加法运算而得到的电源系统201的输出电流来决定单元的工作台数。驱动控制部13根据该决定来使各单元(100B等)驱动或停止。
过电流保护部16判定输出电流获取部12获取到的单元100A的输出电流Io是否超过阈值(过电流保护点)。在由过电流保护部16判定出输出电流Io超过阈值的情况下，开关控制部17向开关控制电路2输出信号。输入了该信号的开关控制电路2使开关元件Q1截止或者缩短导通占空比，使得不会成为过电流状态。此外，在关断整个电源系统201的情况下，使开关元件Q1截止，从而使转换器部1停止。
图3是将作为受控器工作的控制器10B的功能进行模块化来表示的图。控制器10B是不具备控制器10A的驱动控制部13、加法运算部14以及台数决定部15而具备通信部11、过电流保护部16以及开关控制部17的结构。控制器10B在输出电流获取部12中将由输出电流检测电路5检测到的单元100B的输出电流Io的信息变换为数字数据，并将该数字数据从通信部11输出到作为主控器工作的控制器10A。此外，控制器10B根据来自作为主控器工作的控制器10A的基于通信的驱动或停止指令而使转换器部1驱动或停止。
在具备如以上那样构成的单元100A、100B、…的电源系统201中，作为主控器工作的单元100A使作为受控器工作的其他单元(100B等)驱动或停止。以下，对该控制进行说明。
图4是示出相对于负载的电源单元的效率特性的图表。在图4所示的图表中，将横轴设为一个单元(100A等)的输出电流[A]，将纵轴设为效率(％)。在该例子中，单元的最大输出设为100A。而且，设计为输出电流在50A附近时效率最高。因此，在使多个单元100A、100B、…并行运转的情况下，切换工作台数，使得每一台单元的输出在50A附近(40A～70A)，从而能够维持高效率。
图5是示出配合增加的负载电流而增加了工作台数时的电源系统201的效率的图。在图5中，为了进行比较，还示出了与负载电流无关地将单元的工作台数设为5台的情况下的效率。图6是将图5进行图表化的图。图6的横轴是电源系统201的输出电流，即，是各单元100A、100B、…的输出电流的合计。
如在图4中说明的那样，通过设定单元的工作台数以使得各单元的输出电流在50A附近(例如40A～70A)，从而电源系统201能够维持高效率。另外，与负载电流无关作为主控器工作的单元100A始终处于工作状态。
例如，在负载电流为40A的情况下，台数决定部15将工作台数决定为一台。在该情况下，只有作为主控器工作的单元100A驱动，其他单元(100B等)成为停止状态。如图6所示，在只使一台单元(100A)工作的情况下，与不变更台数而使5台单元工作的情况相比，每一台的效率更高。
在负载电流为180A的情况下，台数决定部15将工作台数决定为3台。在该情况下，每一台单元的负载电流为60A。此时，使包含单元100A在内的3台进行运转。如图6所示，在使3台单元工作的情况下，与不变更台数而使5台单元工作的情况相比，每一台的效率更高。
进而，在通过加法运算部14进行加法运算的结果是负载电流为260A的情况下，台数决定部15将工作台数决定为5台。在该情况下，每一台单元的负载电流为52A。此时，包括单元100A在内的5台进行运转。
如上所述，根据负载电流来设定工作台数并使单元100A、100B、…驱动，从而能够维持高效率。由单元100A的控制器10A一边与其他单元(100B等)的控制器(10B等)进行通信一边进行该处理。在负载变动小的情况下，即使进行所述处理，电源系统201也能够维持高效率。
另一方面，在负载电流陡然变化的情况下，当在单元100A进行通信、计算电源系统201的负载电流且决定所需的工作台数之后使该台数的单元(100B等)驱动时，使处于停止状态的其他单元驱动会产生延迟，单元的工作台数无法配合负载电流的增加来追随，从而产生电源系统201的各单元以过电流状态被使用等不良状况。因此，在本实施方式中，作为主控器工作的单元100A的控制器10A在输出电流检测电路5检测的输出电流超过了阈值时经由串行总线4使各单元全部驱动。
图7是用于说明负载急剧增加时使全部单元驱动的定时的图。在该例子中，设最初电源系统201的负载电流为120A。此外，使全部单元驱动时的输出电流的阈值设为80A。
在负载电流为120A的情况下，有两台单元100A、100B在工作。此后，在负载电流急剧增加的情况下，在负载电流超过了140A时，为了维持高效率，如图5和图6所示，需要使工作台数变为3台。并且，在负载电流为160A时，需要有3台单元是运转状态。然而，因为负载陡然变动，所以在负载电流超过140A之后，在进行将工作台数从两台单元增至3台单元的处理之前负载电流就会立刻达到160A。若在负载电流为160A的情况下只有两台单元在工作，则每一台单元的输出电流为80A，超过能够维持高效率的每一台单元的输出电流40A～70A。
因此，将阈值例如设定为80A，在作为主控器工作的单元100A的输出电流超过了该阈值80A时，即，在负载电流超过了160A时，立刻发送使作为受控器工作的其他单元全部驱动的命令。由此，即使在负载电流骤增的情况下，也能够通过使全部单元驱动来减轻每一台负担的输出电流，能够抑制各单元以过电流状态被使用。而且，电源系统201能够应对负载电流的急剧增加并维持高效率。
在一个以上的单元停止的情况下，阈值设定为每一台单元负担的输出电流的最大值以上。即，在该例子中，最低也要设为70A以上。由此，能够防止在通常的减少工作台数时驱动全部模块这样的误操作。优选在输出电流的最大值与阈值之间具有余量，使得不会因稍微的负载变动而驱动全部模块，但是为了不在负载骤增时启动过电流保护工作，需要使阈值小于过电流保护点，对此，也优选具有余量。
图8是示出单元100A的控制器10A执行的处理的流程图。
当控制器10A启动时(S1)，由输出电流检测电路5检测输出电流(S2)。控制器10A判定检测到的该输出电流是否为阈值(例如80A)以上(S3)。
在检测到的输出电流为阈值以上的情况下(S3：是)，控制器10A使全部单元驱动(S4)。由此，即使在负载电流骤增的情况下，也能够通过使全部单元驱动来减轻每一台负担的输出电流，从而能够抑制各单元以过电流状态被使用。
在检测到的输出电流不是阈值以上的情况下(S3：否)，控制器10A计算负载电流(S5)。详细地，控制器10A经由通信从其他单元(100B等)获取其他单元检测到的输出电流，并对全部输出电流进行加法运算。然后，控制器10A根据计算出的负载电流来决定工作台数(S6)，并根据该工作台数而使各单元驱动或停止(S7)。
曾在S4中使全部单元100A、100B、…驱动的情况下，在S5至S7的处理中，在该全部台数超过根据各单元的输出电流的合计而决定出的台数的情况下，使单元停止。通过使不需要的单元停止，从而能够高效率地输出电流。
在S8中，控制器10A判定是否结束本处理。结束本处理的情况例如是电源系统201的电源被关断的情况等。在不结束本处理的情况下(S8：否)，控制器10A执行S2的处理。在结束本处理的情况下(S8：是)，控制器10A例如进行停机处理等，从而结束本处理。
另外，在图8中全部处理均以稳态处理示出，在稳态处理中，还能够设为S2→S5→…、将S3的处理作为中断触发并将S4的处理作为中断程序，从而更快地启动全部单元。
如以上说明的那样，在本实施方式涉及的电源系统201中，即使在负载电流骤增的情况下，也能够通过使全部单元100A、100B、…驱动来减轻每一台负担的输出电流，从而能够抑制各单元以过电流状态被使用。
此外，本实施方式通过通信来交换检测信息。因此，与如专利文献2所记载的电源系统那样将各模块的运转状况的检测结果分别通过信号线传递给台数控制器的情况相比，不需要连接模块的台数的量的信号线和连接器端子，能够使装置小型化、成本下降以及简化。
附图标记说明
1：转换器部；
2：开关控制电路；
3：输出电压检测电路；
4：串行总线；
5：输出电流检测电路(输出电流检测部)；
6：下降生成电路；
10A、10B：控制器；
11：通信部；
12：输出电流获取部(输出电流检测部)；
13：驱动控制部；
14：加法运算部(计算部)；
15：台数决定部；
16：过电流保护部；
17：开关控制部；
21：三角波生成电路；
100A、100B：单元；
201：电源系统；
C1、C2：电容器；
CMP1：PWM比较器；
D1：二极管；
L1：电感器；
OPAMP1：误差放大器；
Q1：开关元件；
R0、R1、R2：电阻。

Claims (3)

1.一种电源系统，具备具有进行电力变换的转换器部的多个电源装置，所述多个电源装置的输入部和输出部分别被并联连接，所述多个电源装置相互进行通信，所述多个电源装置中的至少一个电源装置被设定为对其他所述电源装置的驱动和停止进行控制的主控模块，其中，
所述其他电源装置具备：
输出电流检测输出部，对输出电流进行检测，并向被设定为所述主控模块的电源装置输出检测结果，
被设定为所述主控模块的电源装置具备：
输出电流检测部，对输出电流进行检测；
驱动控制部，在所述输出电流检测部检测到的输出电流超过了阈值时，使其他所述电源装置全部驱动；
计算部，在所述其他电源装置全部驱动的情况下，对所述输出电流检测部检测到的输出电流和所述其他电源装置输出的输出电流的检测结果进行加法运算，来计算输出电流的合计；以及
台数决定部，基于所述计算部的计算结果来决定所驱动的电源装置的台数，
在其他所述电源装置全部驱动时，所述驱动控制部基于所述台数决定部决定出的台数而使所述其他电源装置中的任一个电源装置停止。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其中，
在一个以上的所述电源装置停止的情况下，所述阈值为所述输出电流检测部检测的输出电流值以上。
3.根据权利要求1或2所述的电源系统，其中，
所述多个电源装置具备过电流保护电路，
所述阈值小于所述过电流保护电路的过电流保护点。
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