JP2006034047A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

垂下特性部分が定電流動作をする複数個の電源ユニットを外部負荷に対して互いに並列に接続する。最初の電源ユニットのみ起動させ、出力電流が定電流となったことを契機として、次段のユニットへ起動信号を送り起動させ、次いで、このユニットからの定電流を契機として、第３電源ユニットへ起動信号を送り、予め設定順位した順位にしたがって順次段階的に起動させて行く。各電源ユニットの定電流動作の制御は、各電源ユニット内のスイッチング電源部からの出力電流を電圧変換し、この変換した電圧と予め設定した基準電圧とを比較して行う。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、垂下特性部分が定電流動作であることを利用した電源ユニットの複数台を並列接続して成る電源装置に関し、特に、電源装置の電圧立ち上げ時において、各電源ユニットを順次個別に起動させて段階的に出力電圧を上昇させて行くことを特徴とする電源装置に関する。

従来、複数台の電源ユニットを並列に接続して並列冗長運転をする事により、単体での電源ユニットを小容量のものとしながらも、安定して所望の出力電力を供給できる電源装置があった。

例えば、並列冗長運転により定電流の供給を行なうことを内容とする公知発明としては、特許文献１が開示されている。かかる開示発明の構成では、各電源ユニット毎に出力電流の制御を行なう方式のものであり、各電源ユニット毎に出力電流を検出のための回路(以下「検出部」)を設け、図７に示すように、この検出部からの信号を基に各電源ユニットへ制御信号を送出するための出力電圧制御回路を構成する共通ボ−ドが必要であった。
特開平０８−０９５６５０号公報

本願発明は、上記背景技術に鑑みて為されたものであり、上記した定電流並列冗長運転を目的とした上記開示発明(特開平０８−０９５６５０号公報)の構成では、各電源ユニットの出力電圧端子へ接続する出力電圧制御用の回路構成が必要であり、そのために各電源ユニットの出力電流を各々検出し、各電源ユニットの出力電流が均等になるようにフィ−ドバック信号を電源ユニットに戻すための回路部を構成する共通ボード等が必要となっていた。このことは、並列させる電源ユニットを多数個で構成した場合は、この共通ボ−ド等が大きなスペ−スを占めるばかりか、回路構成が複雑になって故障率の上昇を招くものであった。

さらには、各電源ユニットを同時に起動させるものであるため、各電源ユニット毎に発生したインラッシュ電流が相乗して過大な電流となって入力電圧供給側に流れることになる。そのため、これを考慮してヒュ−ズ、ブレ−カー等から成る保護回路は大容量のものを構成しておく必要があった。

このように、回路構成の複雑化や保護回路の大容量化は、当然に電源装置の信頼性の低下に繋がると共に、経済面からも製品コストの上昇を招くという課題があった。

上記課題を解決するため、本願発明に係る電源装置(以下「本電源装置」)は、次のように構成している。

すなわち、垂下特性部分が定電流動作をする複数個の電源ユニットを外部負荷に対して並列に接続し、投入信号により第１順位の電源ユニット(「第１電源ユニット」、以下同様形式で記載。) を起動させ、この第１の電源ユニットの定電流動作を検知により第２電源ユニットを起動させる。次いで、この第２電源ユニットの定電流動作を検知により第３電源ユニットを起動させるようにして、複数個(Ｎ個)の電源ユニットを設定した順位にしたがって順次段階的に起動させて行くものである。

敷衍すると、これらの複数個の電源ユニットは、起動させて行くための順位(第１位〜第ｎ位)を定めて回路構成をし、本電源装置の起動においては、最初に第１電源ユニットのみにＯＮ信号を投入して起動させる。次に、この第１電源ユニットからの定電流を検知したことを契機として、第２電源ユニットへ起動信号(電源ＯＮの信号)が送られて第２電源ユニットが起動する。さらに第２電源ユニットからの定電流を検知して、第３電源ユニットへ起動信号(電源ＯＮの信号)を送られて起動する。このようにして、上位の電源ユニットの定電流出力動作を契機にして、次に順位の電源ユニットを段階的(又は積上げ的)に起動させて行く構成を特徴としている

各電源ユニットの定電流動作の制御は、該電源ユニット内の電源部(例えば、スイッチング方式を用いた電源部)からの出力電流を電圧変換し、この変換した電圧と予め設定して置いた（又は適宜に設定した）基準電圧とを比較して行うようにしている。

さらに、各電源ユニットからの出力電圧の定電圧制御は、例えば、回路に並列接続させた抵抗によって分割し、その分割電圧と基準電圧とを比較して一定に保持する制御を行っている。

この基準電圧の設定は、それぞれの電源ユニットの内部又は外部に個別に実装した基準電圧生成用の抵抗により行うようにしてもよく、または、直接基準電圧生成源から供給するようにしてもよい。そして、この基準電圧は各電源ユニット毎にその生成源を設けることも可能であるが、上記第１電源ユニットに投入した基準電圧を、順次下位の電源ユニットへ送出するようにしても良い。

本願発明の構成によれば、複数個を配置した各電源ユニットを上位側から順次動作させることにより、本電源装置からの出力電圧を、過電流領域から定電流状態で徐々に増加させて行くことができる。起動している各電源ユニットは、その電源部から出力される電圧を同一にする働きが生じるため、これが各電源ユニット間のバランスを保ちながら電源装置の出力電圧を上昇させて行くことになる。すなわち、電源装置からの出力電圧の立ち上がり時に、１つの電源ユニットの電流と電圧の関係は、下位の電源ユニットが動作することにより、上位の電源ユニットの出力電流の分担が少なくなるため電圧が上昇することとなる。これと同時に、本電源装置における出力側の端子には各電源ユニットが直接に並列接続しているため，各電源ユニットからの出力電圧を同一にする作用が働き、この出力電圧が電源装置の出力電圧となる。

かかる作用により、電源装置の内部に又は外部に、特別に出力電圧制御用の制御装置を設ける必要がなくなり、各電源ユニットの出力端子を直接に外部負荷へ接続できるメリットがある。すなわち、各電源ユニットの電流を格別に配置した検出部で検出して、各電源ユニットの出力電流を一定に制御するためのフィ−ドバック信号を、各電源ユニットへ戻すためのフィ−ドバック回路を構成する上記従来装置に必要であった共通ボ−ド等が不要となり、これら部品点数の減少によるコスト低減に加え、故障率を下げて装置の信頼性を向上させることができる効果を有する。

また、本電源装置内に複数個を配設した各電源ユニットは、第１位の順位より、順次段階的に起動させて行くため、一般に電源起動時に発生するインラッシュ電流が本電源装置では分散され、結果的に電源装置の入力電圧供給側へのヒュ−ズ、ブレ−カ−などの保護回路は小さい容量のもので済ませることできる効果もある。

次に、本願発明の各構成を実施するための最良の形態である実施例（「本実施例装置」）及び部分的変更例をブロック図及び概念図等に基づいて説明する。

図１は、本実施例装置を示すブロック図であり、図２は本実施例装置内に配設した電源ユニットの内部回路を示す回路ブロック図であり、図３は電源ユニット単体における動作図であり、図４は出力電圧の立ち上がり状態を概念的に示す波形図であり、図５は本実施例装置の出力電流特性を示す概念図であり、図６は、本実施例装置における基準電圧の生成方法の変更例を示す回路ブロック図である。

本実施例装置１には、複数個の電源ユニット１０、１０、・・・を、入力部１１と出力部１２の間に並列接続して配置しており、各電源ユニット１０からの各出力回路はそれぞれ直接に出力部１２へ接続するようにしている。入力部１１には外部給電源(交流・直流を問わない。図示省略)が接続され、出力部１２には、適宜に負荷装置Ｌを接続している。電源ユニット１０のそれぞれには、予め起動させる順位を設定し、その順位にしたがって第１電源ユニット１０(１)、第２電源ユニット１０(２)、第３電源ユニット１０(３)、・・・・、第ｎ電源ユニット１０(ｎ)、(ただし、ｎは整数)と取り決めを行っている。

また、第１電源ユニット１０(１)からは第２電源ユニット１０(２)へ起動信号(ＯＮ／ＯＦＦ信号)を供給する信号回路１３(２)を形成している。この様にして、順次に上位の電源ユニット１０(ｎ−１)から下位の電源ユニット１０(ｎ)へ起動信号(ＯＮ／ＯＦＦ信号)を供給する信号回路１３(ｎ)を形成している。

次に各電源ユニット１０は、図２に示すように、主に、例えばスイチッング方式により電圧・電流を生成する電源部(以下、「ＳＷ部」)１００と、ＳＷ部１００からの出力電流の定電流状態を制御するためのフィードバック回路［１］１０１と、ＳＷ部１００からの出力電圧の定電圧状態を制御するためのフィードバック回路［２］１０２とから構成している。

フィードバック回路［１］１０１は、ＳＷ部１００からの出力電流を検出抵抗Ｒ１への印加電圧として電圧変換し、この電圧変換された電圧とフィ−ドバック回路［１］内に又は外部にその生成源を設けた基準電圧とを比較して決定された定電流値(「垂下ポイント」)以上になるとに制御信号をＳＷ部１００へ送出して制御し、定電流動作をさせる。

またフィードバック回路［１］１０１からは、定電流動作に移行した段階で、次順位の電源ユニット１０(２)へ起動信号(ＯＮ／ＯＦＦ信号)を送る信号回路１３(２)を接続している。

フィードバック回路［２］１０２は、ＳＷ部１００からの出力電圧を分割抵抗Ｒ２と分割抵抗Ｒ３とに分割して得られた印加電圧とフィ−ドバック回路［２］内にその発生源を設けた基準電圧とを比較し、該印加電圧が高い場合には、出力電圧を下げる制御信号をフィードバック回路［１］１０１を介してＳＷ部１００へ送出して制御する。また、上記印加電圧が低い場合には、出力電圧を上げる信号を送出して出力電圧を一定電圧に制御することとしている。

なお、第１電源ユニット１０(１)には、本実施例装置１の電源投入時に、最初に起動させるための起動信号を入力させるようにしている。

上記構成により、第１電源ユニット１０(１)を起動させると、ＳＷ部１００からの出力は上記フィ−ドバック回路［１］１０１、及びフィ−ドバック回路［２］１０２からのフィ−ドバック制御により定電流となって出力される(図３を参照。)。この定電流値、すなわち垂下ポイントになった時点で、次の下位順位の電源ユニット１０(２)へ信号回路１３(２)を介して起動信号(ＯＮ／ＯＦＦ信号)が送られ、これにより次の第２電源ユニット１０(２)が起動する。そして、その電源ユニット１０(２)が定電流となったところで、次の順位の第３電源ユニット１０(３)へ起動信号を送ることとなる。このようにして、順次段階的に順位にしたがって電源ユニット１０を起動させて行く。このように、電源ユニット１０を上位側から順次動作させることにより、電源装置の過電流領域から定電流状態で出力電圧が徐々に増加することとなる。すなわち、図４の波形図、及び図５の出力電圧電流特性図に示すにように、出力電圧はＡ点からＢ点、Ｃ点を通りＮ点に向いながら定電流状態を維持しつつ、出力電圧が上昇して行くことになる。ただし、電源装置が順次起動した結果、各電源の出力電圧は垂下領域に留まる。すなわち、本実施例装置１は、立ち上がり時、１つの電源ユニット１０(ｎ)の出力電流と出力電圧との関係において、下位の電源ユニット１０(ｎ)が動作すると上位の電源ユニット１０(ｎ−１)の出力電流の分担が少なくなるため出力電圧が上昇することとなる。また、本実施例装置１の出力部１２には各電源ユニット１０へ直接にかつそれぞれ並列に接続されている為，各電源ユニット１０からの出力電圧は同一となる。このように各電源ユニット１０は、バランスを保ちながら本実施例装置１の出力電圧が順次上昇して行くことになる。ここでバランスを保つとは、下記の状態を意味するものである。

すなわち、
Ａ)先ず、第１電源ユニット１０(１)と第２電源ユニット１０(２)との起動時においては、第１電源ユニット１０(１)の出力電流と第２電源ユニット１０(２)の出力電流とのバランス。
Ｂ)第３電源ユニット１０(３)の起動においては、この第３電源ユニット１０(３)の出力電流と、第１電源ユニット１０(１) の出力電流と第２電源ユニット１０(２)の出力電流の合計とのバランス。
Ｃ)第ｎ電源ユニット１０(ｎ)の起動においては、この第ｎ電源ユニット１０(ｎ)の出力電流と、第１電源ユニット１０(１) の出力電流から第ｎ−１電源ユニット１０(ｎ−
１)の出力電流までの総計とのバランス。

次に、フィ−ドバック回路へ供給するための垂下ポイントの値を決定するための基準電圧の生成は、上記実施例では、図６に示すように、第１電源ユニット１０(１)の内部に実装した内部実装抵抗Ｒ４に印加させる電圧値の如何によって生成している。これ以外に基準電圧の生成のための変更例としは、第１電源ユニット１０(１)の外部、又は本実施例装置１の外部に配置した外部抵抗Ｒ５によって生成するようにしても良い。さらにまた、これらの抵抗を用いることなく他の電源を利用して直接基準電圧を印加させるようにしてもよい。

第１電源ユニット１０(１)に供給した基準電圧は、順次下位の電源ユニット１０(２)〜(ｎ)に供給されて、各電源ユニット１０に同一の垂下ポイントが設定されることになる。

本実施例装置を示すブロック図である。 本実施例装置内に配設した電源ユニットの内部回路を示す回路ブロック図である。 電源ユニット単体における動作図である。 出力電圧の立ち上がり状態を概念的に示す波形図である。 本実施例装置の出力電流特性を示す概念図である。 本実施例装置における基準電圧の生成方法の変更例を示す回路ブロック図である。 従来例装置の機能を示すブロック図である。

符号の説明

１ 本実施例装置
１０ 電源ユニット
１０（１）〜（ｎ） 第１〜ｎ電源ユニット
１００ ＳＷ部（電源部）
１０１ フィードバック回路［１］
１０２ フィードバック回路［２］
１１ 入力部
１２ 出力部
１３（２）〜（ｎ） 信号回路
Ｌ 負荷装置
Ｒ１ 検出抵抗
Ｒ２ 分割抵抗
Ｒ３ 分割抵抗
Ｒ４ 内部実装抵抗
Ｒ５ 外部抵抗

Claims (5)

1. 定電流動作を動作範囲に含む複数の電源ユニットを外部負荷に対して並列に接続し、投入信号により起動させた第１順位の電源ユニットの定電流動作を検知して第２順位の電源ユニットを起動させ、該第２順位の電源ユニットの定電流動作を検知して第３順位の電源ユニットを起動させるように順次段階的に各電源ユニットを起動させて行くことを特徴とする電源装置。
2. 電源ユニットの垂下特性部分が定電流動作であることを利用して、電源ユニット内の電源部からの出力電流を電圧変換し、この変換した電圧と予め設定した基準電圧とを比較して定電流制御を行っていることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 電源ユニットからの出力電圧を分割して基準電圧と比較して出力電圧を一定に保持する定電圧制御を行っていることを特徴とする請求項２記載の電源装置。
4. 基準電圧の設定において、
   電源ユニットの内部又は外部に実装した抵抗により行うことを特徴とする請求項２、又は３記載の電源装置。
5. 基準電圧の設定において、
   第１順位の電源ユニットに供給した基準電圧を、下位の電源ユニットへ送出するようにしたことを特徴とする請求項２、３、又は４記載の電源装置。
   
   

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