JP2005168107A - 並列駆動型電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易で高寿命な並列駆動型電源装置を提供する。
【解決手段】 負荷２に並列接続されるＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂの各々に関するＶＩ特性線が、互いに異なる傾きを有し、かつ、動作範囲内において互いに交差するようにする。ある一つの出力電圧に対して２つのＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂの双方から電流が流れ出ることとなる範囲が広くなる。つまり、動作範囲の大部分において２つのＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂの双方に負荷が分散される。しかも、動作範囲の途中で、２つのＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂからの出力電流ＩＡ，ＩＢの大きさが逆転する。この結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂに対する負荷が均等化され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂの寿命が伸び、ひいては並列駆動型電源装置自体の高寿命化が可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の電圧源を並列接続して構成される並列駆動型電源装置に関する。

従来より、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の直流電圧源を複数並列に接続して使用することが行われている。これは、複数の直流電圧源の各々に負荷を分散して、それぞれの寿命を延ばすことを目的とする場合や、電源装置の高出力化を図る場合に有効である。

この種の並列駆動型電源装置としては、いくつかの方式が提案されているが、それにはカレントシェア方式とオーバーフロー方式とがある。カレントシェア方式には、さらに、電圧源・電圧源タイプと、電圧源・電流源タイプとがある。

電圧源・電圧源タイプは、図１１（Ａ）に示したように、２つの直流電圧源１００Ａ，１００Ｂを負荷に対して並列に接続して、これらの各々から同じ大きさの電流ＩＡ，ＩＢを引き出して、出力電流Ｉ（＝ＩＡ＋ＩＢ）を得ようとするものである。この方式では、図１１（Ｂ），（Ｃ）に示したように、２つの直流電圧源１００Ａ，１００Ｂが全く同じＶＩ特性をもつことが必要である。同じＶＩ特性をもつ、とは、無負荷時の出力電圧が互いに等しく、かつ、負荷が増加（つまり、出力電流が増加）しても、出力電圧が一定を保つことを意味する。このように同じＶＩ特性をもたせることにより、並列駆動型電源装置の全体のＶＩ特性は、例えば図１１（Ｄ）に示したように、負荷０から出力限界（Ｉmax ×２）に至るまで、双方の直流電圧源１００Ａ，１００Ｂから均等に電流が引き出されるので、双方の直流電圧源の負担が均等になる。したがって、並列駆動型電源装置全体の合計出力電流が等しいことを前提とすると、いずれか一方の直流電圧源からのみ電流が引き出されるようにした場合に比べて、双方の直流電圧源１００Ａ，１００Ｂから均等に電流が引き出されるようにした方が、並列駆動型電源装置の寿命が延びる。例えば、個々の直流電圧源の最大出力電流をＩmax とすると、直流電圧源１００Ａの出力電流がＩmax であり直流電圧源１００Ｂの出力電流が０（アンペア）であるように使用される場合に比べて、直流電圧源１００Ａ，１００Ｂの各出力電流がそれぞれＩmax ／２ずつとなるように使用される場合の方が直流電圧源１００Ａ，１００Ｂが平均的に劣化するので、並列駆動型電源装置全体としての装置寿命が延びる。

電圧源・電流源タイプは、例えば下記の特許文献１において提案されているが、図１２（Ａ）に示したように、直流電圧源１０１Ａと直流電流源１０１Ｂとを負荷に対して並列に接続して構成したものである。
特開平７−３９１５１号公報

このタイプでは、直流電圧源１０１Ａと直流電流源１０１Ｂの電流値をそれぞれ検出し、その検出結果を基に、双方の出力電流値が均衡するように直流電流源１０１Ｂのスイッチング素子（図示せず）を制御することにより、直流電流源１０１Ｂの出力電流を制御するようになっている。

また、オーバーフロー方式は、図１３（Ａ）に示したように、互いに異なる出力電圧の２つの直流電圧源１０２Ａ，１０２Ｂを負荷に対して並列に接続して構成したものである。この方式では、低負荷領域では、より高い出力電圧をもつ１台目の直流電圧源（ここでは、直流電圧源１０２Ａ）のみから電流が引き出される。そして、その１台目の直流電圧源の出力限界（一定電圧を維持しつつ電流を増加させることができなくなる点）を超えるほどまで負荷が増大して初めて２台目の（より出力電圧が低い）直流電圧源１０２Ｂからも電流が引き出され、それ以降、直流電圧源１０２Ａ，１０２Ｂによる真の意味での並列運転となる。

しかしながら、上記した電圧源・電圧源タイプのカレントシェア方式（図１１）は、理想的ではあるものの、２つの直流電圧源１００Ａ，１００Ｂの出力電圧を正確に一致させることは、製造上困難であり、両者の出力電圧が僅かでもずれると、結果的に、図１３に示したオーバーフロー方式と同じ駆動方式になってしまう。このオーバーフロー方式では、図１３（Ｄ）に示したように、全動作範囲のうちの相当広範な領域（低負荷側の領域）において、より高い出力電圧の直流電圧源１０２Ａにのみ負荷がかかることから、この直流電圧源１０２Ａが早期に劣化し、並列駆動型電源装置全体としての寿命が短くなってしまう。

これに対して、上記特許文献１に記載された電圧源・電流源タイプのカレントシェア方式（図１２）では、低負荷領域から高負荷領域に至る全動作範囲において、直流電圧源１０１Ａと直流電流源１０１Ｂとからバランスよく電流が引き出されるので、それぞれに対する負荷が均等化され、並列駆動型電源装置全体としても寿命が延びる。しかしながら、この方式では、双方の出力電流値が均衡するように直流電流源１０１Ｂのスイッチング素子を制御する制御手段が必要になり、また、負荷過渡応答に電流源が追従するような制御方式が必要となる等、回路構成が複雑化し、コストが上昇するおそれがある。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易で高寿命な並列駆動型電源装置を提供することにある。

本発明の並列駆動型電源装置は、負荷に対して並列に接続された２以上の直流電圧源を備え、２以上の直流電圧源のうち、任意の２つの直流電圧源の各々に関する電圧対電流特性ラインが互いに異なる傾きを有しかつ動作範囲内において互いに交差するようにしたものである。

この並列駆動型電源装置では、２つの直流電圧源の各々に関する電圧対電流特性ラインがそれぞれ傾きを有することから、直流電圧源の各々に関する電圧対電流特性線は、それぞれの動作範囲の大部分において、電流軸（横軸）と平行な一の直線と交差することとなり、その結果、ある一つの出力電圧に対して２つの直流電圧源の双方から電流が流れ出ることとなる範囲が広くなる。つまり、動作範囲の大部分において２つの直流電圧源の双方に負荷が分散されることになる。しかも、２つの電圧対電流特性ラインの傾きが互いに異なり、かつ動作範囲内で互いに交差するようになっていることから、その交差点を境として、ある一つの出力電圧に対して２つの直流電圧源からそれぞれ流れ出る電流の大きさが逆転する。このため、２つの直流電圧源の相互間での負荷バランスが良好となる。

また、上述の２以上の直流電圧源の各々に関する電圧対電流特性ラインが電流軸と不平行であれば、２つの直流電圧源から流れる電流値が互いに近い値となるので、より効率的にバランスをとることができ、並列型駆動回路の更なる長寿命化が図れる。

本発明の並列駆動型電源装置では、２つの直流電圧源の少なくとも一方の出力線に外付け抵抗器を挿入配置して電圧対電流特性ラインの傾きを変化させるようにするか、または、２つの直流電圧源の各々として、それ自体の電圧対電流特性ラインが傾きを有するものを用いるように構成することが可能である。特に、直流電圧源を２つ備えるようにした場合には、各直流電圧源を、最も使用頻度の高い負荷電流値において２つの直流電圧源の各々に関する各出力電圧が互いに等しくなるように構成することが好ましい。

なお、本発明における文言の意義は以下の通りである。

「直流電圧源」とは、直流電圧を出力する電源をいい、直流−直流（ＤＣ−ＤＣ）コンバータや交流−直流（ＡＣ−ＤＣ）コンバータのほか、バッテリ電源も含む。「電圧対電流特性ライン」とは、直流電圧源における出力電圧と出力電流との関係を示す特性線をいう。「任意の２つ」とは、どの２つに着目したときでも、必ずその条件が満たされていることを意味する。「動作範囲」とは、並列駆動型電源装置の仕様として定められた出力電圧または出力電流の範囲をいう。

「異なる傾き」とは、２つの直流電圧源の電圧対電流特性の勾配が互いに異なることをいい、具体的には、負荷の増加に伴って、２つの電圧対電流特性ラインが互いに離れる方向に変化する場合と、互いに近づく方向に変化する場合とがある。なお、「傾き」は、勾配が０である場合、すなわち、電流軸と平行な場合を含む。「電流軸」とは、出力電圧および出力電流のうちの一方を横軸とし他方を縦軸として電圧対電流特性ラインを描いたとき、出力電流に対応する方の軸をいう。

「２つの直流電圧源の少なくとも一方の……その直流電圧源の各々に関する電圧対電流特性ラインの傾きを変化させる」とは、いずれか一方の直流電圧源の出力線にのみ外付け抵抗器を挿入配置して、その一方の直流電圧源に関する電圧対電流特性ラインにのみ傾きを与える場合と、互いに異なる抵抗値の外付け抵抗器を両方の直流電圧源の出力線に外付け抵抗器をそれぞれ挿入配置して、それらの２つの直流電圧源の電圧対電流特性ラインにそれぞれ傾きを与える場合とを含む意味である。

「使用頻度の高い」とは、通常運転時において出現頻度が最も高いことを意味し、「負荷電流値」とは、２つの直流電圧源の各出力電流値の合計、すなわち、その並列駆動型電源装置の出力電流値を意味する。

本発明の並列駆動型電源装置では、負荷に対して並列に接続された２以上の直流電圧源のうち、任意の２つの直流電圧源の各々に関する電圧対電流特性ラインが互いに異なる傾きを有しかつ動作範囲内において互いに交差するようにしたので、動作範囲の大部分において２つの直流電圧源の双方に負荷が分散される。しかも、電圧対電流特性ラインの交差点を境として、ある一つの出力電圧に対して２つの直流電圧源からそれぞれ流れ出る電流の大きさが逆転することから、２つの直流電圧源の相互間での負荷バランスが良好となる。このため、個々の直流電圧源への負荷が均等化され、並列駆動型電源装置としての寿命が延びる。しかも、２つの直流電圧源の各電圧対電流特性を外付けの抵抗器で調整するか、または、直流電圧源自体で内部的に調整するだけでよいので、複雑な制御回路が不要で構成が極めて簡易であり、コストアップの要因が少ない。

特に、直流電圧源を２つ備える場合に、各直流電圧源を、最も使用頻度の高い合計出力電流値の２分の１の中間電流値において２つの直流電圧源の各々に関する各出力電圧が互いに等しくなるようにし、２つの直流電圧源の各々に関する電圧対電流特性ラインが互いに異なる傾きを有しかつ中間電流値において互いに交差するようにした場合には、それらの２つの直流電圧源に対する負荷バランスを、より好適なものにすることができるので、さらなる高寿命化が期待できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に実施の形態という。）について、図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態に係る並列駆動型電源装置の構成を表すものである。この並列駆動型電源装置１は、直流電圧源としての第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａおよび第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｂを備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂの各出力線は、負荷２の入力端子Ｔ１，Ｔ２に対して、それぞれ並列に接続されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ，１Ｂは、第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換するためのものであり、いずれも図示はしないが、入力巻線および出力巻線を有する電力変換トランスと、この電力変換トランスの入力巻線に接続され入力直流電圧（第１の直流電圧）をスイッチングするスイッチング回路と、このスイッチング回路のスイッチング動作に伴って電力変換トランスの出力巻線に現れる電圧を整流する整流回路と、整流された電圧を平滑化して第２の直流電圧として出力する平滑回路とを含んで構成される。

この並列駆動型電源装置１はまた、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａの正極側出力線に挿入配置された外付け抵抗器ＲＡと、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｂの正極側出力線に挿入配置された外付け抵抗器ＲＢとを備えている。これらの外付け抵抗器ＲＡ，ＲＢは、それぞれ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ，１Ｂの出力電圧対出力電流特性（以下、ＶＩ特性という。）に傾きを与えるために設けられたものである。その詳細は後述する。

図２（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ，１Ｂを負荷２に接続していない状態（すなわち、無負荷状態）を表すものである。図３（Ａ）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ単体のＶＩ特性を表し、図３（Ｂ）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｂ単体のＶＩ特性を表すものである。図３（Ｃ）は、外付け抵抗器ＲＡが付加された場合のＤＣ−ＤＣコンバータ１ＡのＶＩ特性を表し、図３（Ｄ）は、外付け抵抗器ＲＢが付加された場合のＤＣ−ＤＣコンバータ１ＢのＶＩ特性を表すものである。図３（Ｅ）は、図３（Ｃ），（Ｄ）に示したＶＩ特性をまとめて描いたものである。

図２（Ａ），（Ｂ）および図３（Ａ），（Ｂ）に示したように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａは、それ単体で定電圧ＶＡ０を出力し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｂは、それ単体で定電圧ＶＢ０を出力するようになっている。本実施の形態では、ＶＡ０＞ＶＢ０である。定電圧ＶＡ０，ＶＢ０の差はごく僅かなものであり、例えば、ＶＡ０＝１４．０１［Ｖ］，ＶＢ０＝１３．９９［Ｖ］程度である。但し、図３では説明の便宜上、両者の差を誇張して描いている。

図３（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ）に示したように、外付け抵抗器ＲＡが付加された状態のＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａは、無負荷状態（ＩＡ＝０）において電圧ＶＡ０を出力し、負荷の増加と共に出力電圧ＶＡが徐々に低下するという傾きをもったＶＩ特性線ＬＡを有する。一方、外付け抵抗器ＲＢが付加された状態のＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｂは、無負荷状態において電圧ＶＢ０を出力し、負荷の増加と共に出力電圧ＶＢが徐々に低下するという傾きをもったＶＩ特性線ＬＢを有する。外付け抵抗器ＲＡ，ＲＢは、例えば１〜２Ω程度の小さな抵抗値を有するもので十分であるが、その値に応じてＶＩ特性線ＬＡ，ＬＢの傾きが変化する。この抵抗値をより大きくすれば、ＶＩ特性線ＬＡ，ＬＢの傾きをより大きくすることができる。

ＶＩ特性線ＬＡとＶＩ特性線ＬＢとは、互いに異なる傾きを有し、かつ動作範囲内において互いに交差している。なお、ここでいう動作範囲は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂの各仕様として定められた出力電流の範囲をいい、例えば図３（Ｃ）〜（Ｅ）に示した例では、０〜ＩＡmax,０〜ＩＢmax である。

次に、図４〜図６を参照して、以上のような構成の並列駆動型電源装置１の動作を説明する。ここで、図４は、図３（Ｅ）に示したＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１ＢのＶＩ特性グラフをより詳細に描いたものである。図５は、この並列駆動型電源装置１における主な出力電圧値に対する出力電流値を表すものであり、図６は、図５に示した値をプロットして描いた並列駆動型電源装置１の総合ＶＩ特性線を表すものである。

図４に示したように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａは、外付け抵抗器ＲＡの付加により、無負荷時の出力電圧ＶＡ０を始点として、負荷の増加と共に出力電圧ＶＡが漸減するＶＩ特性ＬＡを有する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｂは、外付け抵抗器ＲＢの付加により、無負荷時の出力電圧ＶＢ０（＜ＶＡ０）を始点として、負荷の増加と共に出力電圧ＶＢがＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａの出力電圧ＶＡと異なる割合（傾き）で漸減するＶＩ特性ＬＢを有する。この図では、ＶＩ特性線ＬＡよりもＶＩ特性ＬＢの傾きの方が小さい。外付け抵抗器ＲＡの付加されたＤＣ−ＤＣコンバータ１ＡのＶＩ特性ＬＡは、出力電圧範囲ＶＡ０〜ＶＡ１（出力電流範囲０〜ＩＡmax ）においてほぼ直線状を呈するが、出力電流ＩＡmax を越えると出力電圧が急激に垂下する。同様に、外付け抵抗器ＲＢの付加されたＤＣ−ＤＣコンバータ１ＢのＶＩ特性ＬＢは、出力電圧範囲ＶＢ０〜ＶＢ１（出力電流範囲０〜ＩＢmax ）においてほぼ直線状を呈するが、出力電流ＩＢmax を越えると出力電圧が急激に垂下する。このような特性の２つのＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ，１Ｂを含む並列駆動型電源装置１は、出力電圧範囲ＶＡ０〜ＶＡ１において動作可能である。すなわち、出力電圧範囲ＶＡ０〜ＶＡ１が並列駆動型電源装置１の動作範囲に該当する。

ここで、２つのＶＩ特性線ＬＡ，ＬＢは、いずれも、電流軸（横軸）に対して傾きをもっているので、この並列駆動型電源装置１の動作範囲の大部分において、電流軸と平行な一の直線と交差する。このため、ある一つの出力電圧に対してＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂの双方から電流が流れ出ることとなる範囲が広くなる。つまり、動作範囲の大部分においてＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂの双方に負荷が分散されることになる。

また、ＶＩ特性線ＬＡよりもＶＩ特性ＬＢの傾きの方が小さいことから、２つのＶＩ特性線ＬＡ，ＬＢは、各直線領域の中央部分の１点ＣＰにおいて、互いに交差する。すなわち、この交差点ＣＰを境として、ある一つの出力電圧に対して２つのＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂからそれぞれ流れ出る電流の大きさが逆転する。このため、２つのＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂの相互間での負荷バランスが良好となる。以下、この点について、より詳細に説明する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂは負荷２に対して並列接続されているので、並列駆動型電源装置１の出力電流（すなわち、実際に負荷２に供給される電流）の大きさは、より高い出力電圧をもつ方のＤＣ−ＤＣコンバータによって支配される。したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｂの出力限界電圧ＶＢ０を超える電圧の範囲では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａのみが電流を出力する。例えば、電圧Ｖ１（＞ＶＢ０）のときは、出力電流は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａから出力される電流ＩＡ１のみである。また、電圧ＶＢ０のときは、出力電流は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａから出力される電流ＩＡｄのみである（図５参照）。

負荷が重くなり、出力電圧が電圧ＶＢ０よりも小さくなると、今度はＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａのみならず、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｂからも電流が流れ始める。例えば、電圧Ｖ２（＜ＶＢ０）では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂから、それぞれ、電流ＩＡ２，ＩＢ２が流れ、並列駆動型電源装置１の総出力電流はＩＡ２＋ＩＢ２となる（図５参照）。電圧ＶＢ０よりも小さい電圧範囲においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａからの出力電流ＩＡの方がＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｂからの出力電流ＩＢよりも大きい。例えば上記の電圧Ｖ２では、ＩＡ２＞ＩＢ２である。

出力電圧が、２つのＶＩ特性線ＬＡ，ＬＢの交差点ＣＰに対応する電圧Ｖｃになると、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂからは、それぞれ同じ出力電流Ｉｃが流れ、並列駆動型電源装置１の総出力電流はＩ０＝Ｉｃ×２となる（図５参照）。この電流値Ｉ０は、並列駆動型電源装置１の最も使用頻度の高い合計出力電流値と等しく設定するのが好ましい。言い換えると、最も使用頻度の高い合計出力電流値Ｉ０の２分の１の中間電流値Ｉｃにおいて２つのＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂの各々に関する各出力電圧が互いに等しくなるように設定するのが好ましい。

出力電圧が、交差点ＣＰに対応する電圧Ｖｃを下回ると、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａからの出力電流ＩＡとＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｂからの出力電流ＩＢの大小関係が逆転し、出力電流ＩＢの方が大きくなる。例えば、電圧Ｖ３（＜Ｖｃ）では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂから、それぞれ、電流ＩＡ３，ＩＢ３が流れ、並列駆動型電源装置１の総出力電流はＩＡ３＋ＩＢ３であるが、各電流の大小関係はＩＡ３＜ＩＢ３となる（図５参照）。

負荷がさらに重くなり、出力電圧がＶＢ１になると、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａからの出力電流がＩＡｓ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｂからの出力電流がＩＢｍａｘとなる。さらに負荷が重くなり、出力電圧がＶ４になると、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａからの出力電流がＩＡ４、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｂからの出力電流がＩＢ４となる。そして、負荷がさらに重くなって出力電圧がＶＡ１になると、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａからの出力電流がＩＡmax 、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｂからの出力電流がＩＢ５となる。ここで、電流値ＩＢ４、ＩＢ５は電圧垂下過程の電流であり、ＩＡmax 、ＩＢmax は、それぞれ、上記したようにＶＩ特性ＬＡ，ＬＢが直線性を維持できる限界の電流値である。なお、電圧ＶＡ１を下回る電圧範囲では並列駆動型電源装置１自体の動作を停止させるようにするのが好ましい。

本実施の形態の並列駆動型電源装置では、上記したように、出力電圧がＶＡ０〜ＶＡ１の範囲を動作範囲として設定されている。すなわち、出力電圧がＶＡ０〜ＶＡ１の範囲で正常に動作し、そのＶＩ特性は、図６に示したように、無負荷時の出力電圧ＶＡ０を始点として負荷の増加と共に出力電圧Ｖが漸減するＶＩ特性となる。この図から明らかなように、出力電圧範囲がＶＡ０〜ＶＢ０（出力電流範囲０〜ＩＡｄ）では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａのみから電流が流れるが、それ以外の出力電圧範囲ＶＢ０〜ＶＡ１（出力電流範囲ＩＡｄ〜ＩＡmax ＋ＩＢ５）では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂの双方から電流が流れる。すなわち、動作範囲の大部分において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａのみならず、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｂも動作する。したがって、出力電圧の大きいＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａにのみ負荷がかかってしまう、という不都合を回避することができる。

しかも、本実施の形態では、２つのＶＩ特性線ＬＡ，ＬＢが各動作範囲の中央部分の１点ＣＰにおいて互いに交差していることから、この交差点ＣＰを境として、ある一つの出力電圧に対して２つのＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂからそれぞれ流れ出る電流の大きさが逆転し、２つのＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂの相互間での負荷バランスをとることができる。特に、最も使用頻度の高い合計出力電流値Ｉ０の２分の１の中間電流値Ｉｃにおいて２つのＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂの各々に関する各出力電圧が互いに等しくなるように設定するようにすれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂの相互間での負荷バランスが一層良好になる。

このように、本実施の形態の並列駆動型電源装置によれば、２つの直流電圧源の各々に関する電圧対電流特性ラインがそれぞれ傾きを有することから、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂの各々に関するＶＩ特性線ＬＡ，ＬＢは、それぞれの動作範囲の大部分において、電流軸（横軸）と平行な一の直線と交差することとなり、その結果、ある一つの出力電圧に対して２つのＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂの双方から電流が流れ出ることとなる範囲が広くなる。つまり、動作範囲の大部分において２つのＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂの双方に負荷が分散される。しかも、２つのＶＩ特性線ＬＡ，ＬＢの傾きが互いに異なり、かつ動作範囲内で互いに交差するようになっていることから、その交差点ＣＰを境として、一の出力電圧に対して２つの直流電圧源からそれぞれ流れ出る電流の大きさが逆転する。このため、２つの直流電圧源の相互間での負荷バランスが良好となる。この結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａの寿命が伸び、ひいては並列駆動型電源装置１自体の高寿命化に繋がる。

なお、上記の説明では、電圧ＶＢ１を下回った場合には電圧垂下状態でＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａを動作させ、電圧ＶＡ１を下回る電圧範囲では並列駆動型電源装置１自体の動作を停止させるようにしたが、これに代えて、電圧ＶＢ１を下回る電圧範囲で並列駆動型電源装置１自体の動作を停止させるようにしてもよい。

また、上記の説明では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂの各正極側に外付け抵抗器ＲＡ，ＲＢをそれぞれ配置するようにしたが、これに代えて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂの各負極側に外付け抵抗器ＲＡ，ＲＢをそれぞれ配置するようにしてもよい。

さらに、上述の説明では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ，１ＢのＶＩ特性線ＬＡ，ＬＢのどちらも出力電流軸に対して不平行であるとしたが、２つのＶＩ特性のいずれか一方が出力電流軸に平行であることを否定するものではない。例えば、図４において、ＶＩ特性線ＬＢが０〜ＩＢｍａｘの範囲で出力電流軸に平行であり、出力電流値がＣＰ、出力電圧値がＶｃでＶＩ特性線ＬＡと交差するものでも良い。この場合、並列駆動型電源装置にかかる負荷が軽い場合には、出力電流は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａから出力される電流ＩＡ１のみである。負荷が重くなり、出力電圧が電圧ＶｃになるとＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｂからも電流が僅かに流れ始まる。このときＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａから出力される電流はＩｃである。負荷が更に重くなっても、ＶＩ特性ＬＢが、出力電流軸と平行であるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａから出力される電流はＩｃを維持し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｂから出力される電流が上昇する。負荷が更に重くなりＶＩ特性ＬＢが、電圧垂下過程、すなわち、ＶＩ特性ＬＢの出力電流軸と平行な部分の電圧から下がった状態になると、これに合わせてＶＩ特性ＬＡの出力電圧も下がり、この出力電圧に相当する電流がＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ，１Ｂから出力されることとなる。

このように、ＶＩ特性線ＬＢが０〜ＩＢｍａｘの範囲で出力電流軸と平行になっていると、２つのＶＩ特性線ＬＡ，ＬＢの交差点に対応する出力電圧Ｖｃにおいては、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａの出力電流ＩＡが一定値Ｉｃをとる一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｂの出力電流ＩＢは０〜ＩＢ５の間で変化する。すなわち、出力電流ＩＡと出力電流ＩＢとが常に接近した値であるようにはならない。これに対し、ＶＩ特性線ＬＡ，ＬＢが共に電流軸と平行でない場合には、出力電流ＩＡと出力電流ＩＢとが、常に、比較的接近した値をとるようになる。このため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ，１Ｂの劣化の度合いを、より均等化することができ、長寿命化を図れるのである。

［変形例］
上記実施の形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂについて、それぞれ、外付け抵抗器ＲＡ，ＲＢを付加することにより、図４に示したような各ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１ＢについてのＶＩ特性を得るようにしたが、これとは異なり、図７に示した並列駆動型電源装置１αのように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂのいずれか一方にのみ外付け抵抗器を設けるようにしてもよい。図７に示した例では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａの出力ラインにのみ外付け抵抗器ＲＡを挿入配置している。なお、図７において、図１に示した構成要素と同じものには同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。

本変形例では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ，１Ｂ自体のＶＩ特性は、図８（Ａ）に示したように、上記実施の形態（図３（Ａ），（Ｂ））とは異なり、互いに等しい傾きをもっているものとする。但し、無負荷時の出力電圧ＶＡ０，ＶＢ０は、互いに異なっており、ＶＡ０＞ＶＢ０である。このようなＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａに外付け抵抗器ＲＡを付加することにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１ＡのＶＩ特性は、図８（Ａ）の状態から、図８（Ｃ）に示した傾きをもつＶＩ特性線ＬＡへと変化する。但し、この場合の外付け抵抗器ＲＡの抵抗値は、上記実施の形態の場合（図３（Ａ），（Ｃ））の値とは異ならせるのが妥当である。一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｂについては、ＶＩ特性線ＬＢに変化はない（図８（Ｄ）参照）。結局、両者のＶＩ特性を重ねて描いた図８（Ｅ）は、図３（Ｅ）と同じになる。

このように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ，１Ｂ自体のＶＩ特性が元々傾きをもっている場合には、いずれか一方のＤＣ−ＤＣコンバータにのみ外付け抵抗器を付加するだけでよいので、回路構成がより簡易になる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。

上記実施の形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａ、１Ｂの少なくとも一方に外付け抵抗器を付加することにより図４に示したようなＶＩ特性を得るようにしたが、各ＤＣ−ＤＣコンバータを、それ自体で図４に示したような傾きを有するＶＩ特性を持つように予め構成すれば、外付け抵抗器は不要である。この場合には、図９に示したように、ＤＣ−ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂの各出力線を負荷２の入力端子Ｔ１，Ｔ２に直接並列接続して並列駆動型電源装置３を構成すればよい。なお、図９で、図１に示した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。ＤＣ−ＤＣコンバータ３Ａ、３Ｂ自体が、図４に示したような傾きを有するＶＩ特性をもつようにするには、その内部回路を、例えば図１０に示したように構成すればよい。

図１０に示したように、ＤＣ−ＤＣコンバータ３Ａは、１次側の基本回路として、入力直流電圧から電磁妨害（ＥＭＩ）成分を除去するための入力フィルタ３１Ａと、入力直流電圧を平滑化するための入力コンデンサ３２Ａと、平滑化された入力直流電圧をスイッチングしてほぼ矩形波状の交流電圧波形に変換するスイッチング回路３３Ａとを備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３Ａはまた、スイッチング回路３３Ａからの交流電圧が印加される１次側巻線と、１次側巻線に入力された交流電圧を電圧変換して出力する２次側巻線とを有するトランス３４Ａを備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３Ａはさらに、２次側の基本回路として、トランス３４Ａからの出力交流電圧を整流して平滑化するための整流平滑回路３５Ａと、電磁妨害成分の発生を阻止するための出力フィルタ３６Ａとを備えている。整流平滑回路３５Ａは、いずれも図示しないが、１対の整流ダイオードと、平滑回路をなすチョークコイルおよび出力コンデンサとを含んで構成される。

ＤＣ−ＤＣコンバータ３Ａはまた、制御回路として、入力コンデンサ３２Ａからスイッチングか３３Ａに供給される電流の値を検出する電流検出回路３７Ａと、整流平滑回路３５Ａからの出力電圧の値を検出する出力電圧検出回路３８Ａと、スイッチング回路３３Ａを駆動するドライバ回路３９Ａと、電流検出回路３７Ａにより検出された検出電流値と出力電圧検出回路３８Ａにより検出された出力電圧値とに基づいてドライバ回路３９Ａを制御するカレントモード制御回路４０Ａとを備えている。電流検出回路３７Ａは、いわゆるカレントトランスとして構成され、ドライバ回路３９Ａは、いわゆるパルストランスとして構成される。出力電圧検出回路３８Ａは、いずれも図示しないが、例えば、整流平滑回路３５Ａの正極出力端と接地との間に直列接続された２つの分圧生成用抵抗器と、これらの２つの分圧生成用抵抗器の相互接続点に一端側が接続されたＶＩ特性傾き調整用抵抗器とから構成される。２つの分圧生成用抵抗器の相互接続点は、カレントモード制御回路４０Ａの定電位端子（図示せず）に接続され、ＶＩ特性傾き調整用抵抗器の他端側は、カレントモード制御回路４０Ａの比較電位端子（図示せず）に接続されている。カレントモード制御回路４０Ａは、いわゆるＰＷＭ（パルス幅モジュレーション）制御、すなわち、パルス幅デューティ制御によってドライバ回路３９Ａを制御するものである。

なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ３Ｂは、図１２に示したＤＣ−ＤＣコンバータ３Ａと同様の構成を有するので、その説明を省略する。

この並列駆動型電源装置３は、次のように動作する。出力電圧検出回路３８Ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３Ａの出力電圧を検出し、また、電流検出回路３７Ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３Ａの出力電流を検出する。並列駆動型電源装置３に接続されている負荷が重くなる、すなわち、負荷抵抗が小さくなると、ＤＣ−ＤＣコンバータ３Ａ，３Ｂのそれぞれに流れる電流が大きくなるため、電流検出回路３７Ａによってそのことが検出される。このときカレントモード制御回路４０Ａは、比較電位端子の電圧を上げる。したがって、比較電位端子とＶＩ特性傾き調整用抵抗器を介して接続されている定電位端子の電圧も上がる。この低電位端子と電圧上昇に基づいて、カレントモード制御回路４０Ａは、ドライバ回路３９Ａを制御して、スイッチング回路３３Ａのスイッチング動作間隔を狭める。これにより、並列駆動型電源装置３の出力電圧が下がる。この結果、上記の第１の実施の形態で示したＶＩ特性（図６）と同様のＶＩ特性が得られる。

このように、本実施の形態によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ３Ａ，３Ｂ自身が図４に示したＶＩ特性をもつように構成しているので、図４における外付け抵抗器ＲＡ，ＲＢが不要となる。このため、この外付け抵抗器による電力消費がなくなり、効率が上がるという利点を有する。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記各実施の形態では、２つのＤＣ−ＤＣコンバータを並列接続した例について説明したが、本発明はこれに限られず、３以上のＤＣ−ＤＣコンバータを並列接続した場合にも同様である。この場合には、それらのうちの任意の２つのＤＣ−ＤＣコンバータのＶＩ特性線が、図４に示したように、互いに異なる傾きを有し、かつ、動作範囲内において互いに交差していればよい。

また、上記各実施の形態および変形例では、直流電圧を出力する電源として、２つのＤＣ−ＤＣコンバータを例示したが、２つの交流−直流（ＡＣ−ＤＣ）コンバータや、２つのバッテリ電源についても適用可能であり、さらに、それらの任意の組み合わせについても適用可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る並列駆動型電源装置の全体構成を表すブロック図である。 図１に示した並列駆動型電源装置を構成するＤＣ−ＤＣコンバータの無負荷時の状態を表す図である。 図１に示した並列駆動型電源装置を構成する各ＤＣ−ＤＣコンバータのＶＩ特性を表す図である。 図３（Ｅ）に示したＶＩ特性をより詳細に表す図である。 図１に示した並列駆動型電源装置についての、主要な出力電圧における出力電流値を示す図である。 図５に基づいて得られる、並列駆動型電源装置のＶＩ特性を示す図である。 変形例に係る並列駆動型電源装置を示すブロック図である。 図７に示した並列駆動型電源装置を構成する各ＤＣ−ＤＣコンバータのＶＩ特性を表す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る並列駆動型電源装置の全体構成を表すブロック図である。 図１１に示した並列駆動型電源装置を構成するＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。 従来のカレントシェア方式の並列駆動型電源装置における一例を説明する図である。 従来のカレントシェア方式の並列駆動型電源装置における他の例を説明する図である。 従来のオーバーフロー方式の並列駆動型電源装置における一例を説明する図である。

符号の説明

１，１α，３…並列駆動型電源装置、１Ａ，１Ｂ，３Ａ，３Ｂ…ＤＣ−ＤＣコンバータ、２…負荷、ＲＡ，ＲＢ…外付け抵抗器、ＬＡ，ＬＢ…ＶＩ特性線。

Claims (5)

1. 負荷に対して並列に接続された２以上の直流電圧源を備え、
   前記２以上の直流電圧源のうち、任意の２つの直流電圧源の各々に関する電圧対電流特性ラインが、互いに異なる傾きを有し、かつ、動作範囲内において互いに交差している
   ことを特徴とする並列駆動型電源装置。
2. 前記２以上の直流電圧源の各々に関する電圧対電流特性ラインが電流軸と不平行であることを特徴とする請求項１記載の並列駆動型電源装置。
3. 前記２つの直流電圧源の少なくとも一方の出力線に外付け抵抗器を挿入配置して電圧対電流特性ラインの傾きを変化させることにより、前記２つの直流電圧源の各々に関する電圧対電流特性ラインが、互いに異なる傾きを有し、かつ、動作範囲内において互いに交差するようにした
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の並列駆動型電源装置。
4. 前記２つの直流電圧源の各々として、それ自体の電圧対電流特性ラインが傾きを有するものを用いる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の並列駆動型電源装置。
5. ２つの直流電圧源を備え、
   各直流電圧源を、最も使用頻度の高い負荷電流値において前記２つの直流電圧源の各々に関する各出力電圧が互いに等しくなるようにした
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の並列駆動型電源装置。

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