JP2007221880A - 電源装置、電源システム、および電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源の異常検出回路において、パワー回路の損失電力の異常の検出を可能とし、安全性の高い電源装置、電源システム、電子装置を提供する。
【解決手段】入力電流検出回路５（５ａ、５ｂ）と出力電流検出回路１１（１１ａ、１１ｂ）の出力差を減算器１５（１５ａ、１５ｂ）は出力し、コンパレータ１６（１６ａ、１６ｂ）は減算器１５の出力と基準電圧源１４（１４ａ、１４ｂ）の出力を比較して、その結果により停止回路１８（１８ａ、１８ｂ）を動作させて、パワー回路の損失電力の異常の検出を可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、異常検出回路を使用した電源装置、異常検出回路を使用した電源システム、異常検出回路を使用した電子装置に関する。

電子装置には一般的に電源回路が内蔵されている。一般的な電源回路には、それに接続される負荷の過電流や短絡、電源回路自体の故障などが原因で発生する異常電流を検出する異常検出回路が内蔵されている。この異常検出回路の具体的な方式については、例えば特許文献１に記載されているような、電源の入力電流を検出する方式が知られている。

また、平滑用コンデンサを含む整流平滑回路を備えた電源装置において、平滑用コンデンサの故障時の保護対策を講じた電源装置が、特許文献２に記載されている。

さらに、信頼性向上のために、電子装置等に用いられる電源を冗長並列構成とすることがある。冗長並列構成には、必要台数Ｎに対してより多くの電源を並列接続する、例えば、２台の電源を並列運転した場合や、それ以上の電源を並列運転した場合などがあり、電源が故障しても電源システムは停止せずに運転を継続できるようにして、電源システムの信頼性を向上させている。

図５に、従来の異常検出回路を用いた電源回路を冗長並列構成とした例を示す。図５において、電源システムは、１つの負荷５３に対する２台の電源装置５２（５２ａ、５２ｂ）として構成されている。電源装置５２の各電源入力５４（５４ａ、５４ｂ）に直流電源５１（５１ａ、５１ｂ）が接続されている。この電源入力５４に接続された入力電流検出回路５５（５５ａ、５５ｂ）は、インバータ５７（５７ａ、５７ｂ）へ入力される電流を検出する。インバータ５７、トランス５８（５８ａ、５８ｂ）、整流回路５９（５９ａ、５９ｂ）、平滑回路６０（６０ａ、６０ｂ）により、パワー回路が構成されている。平滑回路６０はＦＥＴスイッチ６２（６２ａ、６２ｂ）を介して電源出力６３（６３ａ、６３ｂ）に接続され、この電源出力６３に負荷５３が接続される。

また、コンパレータ６６（６６ａ、６６ｂ）の入力側に入力電流検出回路５５及び異常判定基準電圧６４（６４ａ、６４ｂ）が接続され、コンパレータ６６の出力側は停止回路６８（６８ａ、６８ｂ）に接続されている。停止回路６８の出力側はＰＷＭ回路５６（５６ａ、５６ｂ）及びＦＥＴスイッチ６２に接続されている。電源出力６３の電圧と電源出力基準電圧６９（６９ａ、６９ｂ）の電圧とが電圧比較器６７（６７ａ、６７ｂ）で比較され、この結果がＰＷＭ回路５６に入力される。ＰＷＭ回路５６は電圧比較器６７の出力によりインバータ５７が出力するパルス幅を変化させ、これにより電源出力６３の電圧が一定になるように制御される。

図５の電源システムの中で、入力電流検出回路５５、および、異常判定基準電圧６４、および、コンパレータ６６で構成される部分が異常検出回路である。入力電流検出回路５５は、通常、パワー回路の入力電流を検出し、入力電流に比例した電圧を出力する回路である。コンパレータ６６は入力電流検出回路５５の出力電圧と異常判定基準電圧６４の電圧を比較して、入力電流検出回路５５の出力電圧が異常判定基準電圧６４の電圧を超えない場合はＬレベル、入力電流検出回路５５の出力電圧が異常判定基準電圧６４の電圧を超えた場合にＨレベルを出力する。

停止回路６８はコンパレータ６６の出力がＨレベルとなった場合にパワー回路のインバータ５７の動作を停止させる回路である。パワー回路もしくは負荷５３が故障により、パワー回路に異常な過大な入力電流が流入した場合には、過大な入力電流を入力電流検出回路５５が検出し、入力電流検出回路５５の出力電圧が異常判定基準電圧６４の電圧を超えるため、コンパレータ６６の出力がＨレベルとなり、停止回路６８が動作して、パワー回路のインバータ５７を停止させる。停止回路６８が動作するパワー回路の入力電流は、入力電流検出回路５５の感度と異常判定基準電圧６４の電圧値によって決定される。例えば、入力電流検出回路５５の感度が０．１Ｖ／Ａ、異常判定基準電圧６４の電圧値が２Ｖの場合の停止回路６８が動作するパワー回路の入力電流は２Ｖ／（０．１Ｖ／Ａ）＝２０Ａである。

並列運転回路７０（７０ａ、７０ｂ）は、電源システムを構成する２台の電源装置５２の出力電流が同一になるように制御を行う回路である。具体的には入力電流検出回路５５の出力と２つの電源装置５２の平均電流を比較して、平均電流より出力電流が少ない場合には電源基準電圧６９の電圧を上昇させ、出力電流を増加する制御を行う。７１（７１ａ、７１ｂ）は並列運転信号である。

特開２０００−２４５１４２号公報 特開平１１−１６４５４７号公報

図５に示した従来の異常検出回路を用いた電源システムでは、パワー回路の一部、例えばトランス、整流回路、あるいは平滑回路に故障が発生した場合に、内部の故障電流を検出できず、冗長とならない場合がある。

一例として、電源定格１００Ａ、過電流検出電流１２０Ａ、負荷電流１００Ａの場合を考える。すなわち、１台の負荷５３の電流１００Ａに対して、電源定格１００Ａの２台の電源装置５２（電源装置５２ａ、電源装置５２ｂ）を並列接続した１＋１の冗長構成を想定する。

この場合、入力電流検出回路５５における過電流検出電流は、１００Ａに２０％マージンを持った１２０Ａに設定されるものとする。

まず、パワー回路が正常な時には、電源装置５２ａの出力電流が５０Ａ、電源装置５２ｂの出力電流も５０Ａとなる。すなわち、並列運転回路７０によって、電源装置５２ａと電源装置５２ｂの電流は常に同じ値になるように制御されている。

次に、電源装置５２ｂのパワー回路に異常がある時を考えると、次のように、異常を検出できない場合と、検出できる場合とがある。

例えば、パワー回路を構成するトランス、整流回路、平滑回路の故障電流が６０Ａとする。このとき、電源装置５２ａの出力電流は８０Ａ、電源装置５２ｂの出力電流も８０Ａ（内部故障電流６０Ａ、外部に出力２０Ａ）となり、電源装置５２ａと電源装置５２ｂの電流は常に同じ値になるように制御されている。しかし、コンパレータ６６ｂの出力は入力電流検出回路５５ｂの出力電圧が異常判定基準電圧６４ｂの電圧を超えない場合はＬレベルのままであり、電源装置５２ｂのパワー回路の異常を検出できない。

一方、電源装置５２ｂのパワー回路を構成するトランス、整流回路、平滑回路の故障電流が１４０Ａの場合を考えると、電源装置５２ａの出力電流は１２０Ａ、電源装置５２ｂの出力電流も１２０Ａ（内部故障電流１４０Ａ、外部に出力−２０Ａ（逆流））となり、電源装置５２ａと電源装置５２ｂの電流は常に同じ値になるように制御されている。コンパレータ６６ｂは入力電流検出回路５５ｂの出力電圧が異常判定基準電圧６４ｂの電圧を超えているのでＨレベルとなり、電源装置５２ｂのパワー回路の異常を検出する。しかし、電源装置５２ｂの異常を検出できたとしても、並列運転回路により電流がバランスしているため、２台の電源装置５２ａ、５２ｂの両方の異常が検出されるため、その結果共倒れとなり、冗長構成の意味がない。

以上のように従来技術では、パワー回路の内部の故障電流が極めて大きくならないと異常検出不可能であり、検出されるためには冗長分の電源容量分以上の電流が流れる必要がある。また、検出できた場合でも、電源が共倒れになるため（並列運転回路により電流がバランスしている。）、冗長とならず、信頼性を確保できない場合がある。

本発明は、冗長並列構成の電源装置におけるパワー回路の損失電力の異常の検出を可能とし、安全性の高い電源システム、電子装置を提供することを目的としている。

この問題の解決のため、本発明の電源装置は、少なくとも１つの他の電源装置と共に電源システムを構成する電源装置であって、入力電流検出回路と、出力電流検出回路と、前記入力電流検出回路の出力と前記出力電流検出回路の出力の差の大きさが予め決められた値を超えた場合に異常を判定する異常検出回路と、前記各電源装置の出力電流が同一になるように制御する並列運転回路を備えた、ことを特徴とする。

本発明の電源装置を冗長並列構成の電源システムに採用することにより、内部故障を早期に的確に検出し故障電源のみを遮断することができる。これにより、故障の早期の検出を行い、信頼性の高い電源装置、電源システム、電子装置を提供できる。

以下、本発明の実施形態になる電源システムの実施例を、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施例になる電源システムの回路構成を示す図である。図１において、電源システムは複数(本実施例は２つ)の電源装置２（２ａ、２ｂ）から構成される。直流電源１（１ａ、１ｂ）の出力は電源装置２の電源入力４（４ａ、４ｂ）に接続され、電源装置２の電源出力１３（１３ａ、１３ｂ）が負荷３に接続されている。電源入力４は入力電流検出回路５（５ａ、５ｂ）に接続され、この入力電流検出回路５がパワー回路に接続されている。パワー回路は、電源装置２に入力された直流電源１の電圧を負荷３で必要な電圧に変換する回路であり、インバータ７（７ａ、７ｂ）、ＰＷＭ回路６（６ａ、６ｂ）、トランス８（８ａ、８ｂ）、整流回路９（９ａ、９ｂ）、平滑回路１０（１０ａ、１０ｂ）で構成されている。インバータ７は、直流電源１をスイッチして交流パルス電圧に変換する。トランス８はインバータ７の出力電圧を降圧する。整流回路９はトランスの出力を整流しパルス電圧に変換する。平滑回路１０はパルス電圧を平滑して直流電圧に変換する。平滑回路１０は出力電流検出回路１１（１１ａ、１１ｂ）及びＦＥＴスイッチ１２（１２ａ、１２ｂ）を介して電源出力１３に接続されている。ＦＥＴスイッチ１２は平滑回路１０の出力と負荷３との間を電気的に開閉する電子スイッチである。

入力電流検出回路５は、パワー回路の入力電流を検出し、入力電流に比例した電圧を出力する回路であり、この実現方法として、例えば、シャント抵抗の両端の電圧を検出する方法、ホール素子による検出方法などがある。出力電流検出回路１１（１１ａ、１１ｂ）はパワー回路の出力電流を検出し、出力電流に比例した電圧を出力する回路であり、この実現方法として、例えば、シャント抵抗の両端の電圧を検出する方法、ホール素子による検出方法などがある。減算器１５（１５ａ、１５ｂ）は入力電流検出回路５の出力電圧から出力電流検出回路１１の出力電圧を引き算した電圧を出力する演算回路であり、オペアンプなどを用いた電子回路などで容易に構成することができる。

また、コンパレータ１６（１６ａ、１６ｂ）は、減算器１５（１５ａ、１５ｂ）及び異常判定基準電圧１４（１４ａ、１４ｂ）の各出力を比較し、この結果が停止回路１８（１８ａ、１８ｂ）に出力され、停止回路がＰＷＭ回路６及びＦＥＴスイッチ１２に接続される構成となっている。電圧比較器１７（１７ａ、１７ｂ）は電源出力１３（１３ａ、１３ｂ）の電圧と電源出力基準電圧１９（１９ａ、１９ｂ）の電圧を比較して、この結果をＰＷＭ回路６に入力する。ＰＷＭ回路６は電圧比較器１７の出力によりインバータ７が出力するパルス幅を変化させ、これにより電源出力１３の電圧が一定になるように制御する。

パワー回路の平滑回路１０が出力電流検出回路１１及びＦＥＴスイッチ１２を介して電源出力１３に接続され、この電源出力１３には負荷３が接続される。また、入力電流検出回路５が減算器１５の正側入力に接続され、出力電流検出回路１１が減算器１５の負側入力に接続されている。さらに、コンパレータ１６の正側入力に減算器１５が接続され、異常判定基準電圧１４が負側入力に接続されている。コンパレータ１６に接続された停止回路１８が、ＰＷＭ回路６及びＦＥＴスイッチ１２に接続される構成となっている。

２０（２０ａ、２０ｂ）は並列運転回路、２１（２１ａ、２１ｂ）は並列運転信号である。
並列運転回路２０は、電源システムを構成する２台の電源装置２の出力電流が同一になるように制御を行う。具体的には、出力電流検出回路１１の出力と２つの電源装置２（２ａ、２ｂ）の平均電流を比較して、平均電流より自電源装置の出力電流が少ない場合には並列運転回路２０が自電源装置の電源出力基準電圧１９に電圧を加算してその電圧を上昇させ、出力電流を増加する制御を行う。この上昇量は、並列運転される２台の電源間の出力電流の差がなくなるのに必要な量であり、実質的に並列運転される全電源の出力電圧は等しい値となる。なお、並列運転する複数の電源装置２において、並列運転回路２０による出力電圧調整範囲の限界値は、異常検出回路の検出値よりも小さく設定されている。

もし、並列運転される電源装置２の１つが過電圧故障を起して出力電圧がわずかに上昇すると、この故障した電源装置の出力電流が増え、他の正常な電源装置の出力電流が減るから、並列運転回路２０の作用により正常な電源装置の出力電圧は上昇して、過電圧を起した故障電源装置の出力電圧に、正常な電源装置２の出力電圧が追従する。更に故障の電源装置の出力電圧が上昇すると、並列運転回路２０内の制限機能によって、正常な電源装置の出力電圧は上昇しなくなる。すなわち、正常な電源装置の出力電圧は、過電圧を起した故障電源装置の出力電圧に追従しなくなる。このとき、各電源装置間の電流バランスは崩れ、過電圧で故障した電源装置が最大の電流を出力し、他の正常な電源装置の出力電流はより少ない状態になる。そして更に故障した電源装置の出力電圧が上昇すると、この故障した電源装置内の異常検出回路の作用により停止回路１８が動作して、故障した電源装置の動作を停止する。図１の中で、入力電流検出回路５、出力電流検出回路１１、減算器１５、異常判定基準電圧１４および、コンパレータ１６で構成される部分が異常検出回路であり、この異常検出回路により異常時に停止回路１８を動作させる。故障した電源装置が動作を停止すると、過剰な電圧を発生する電源装置がなくなるので、残った正常な電源装置で、電源システムとしての正規の出力電圧での正常な動作が復活する。

ここで、本実施例における停止回路１８の動作について、説明する。
異常検出回路のコンパレータ１６は減算器１５の出力電圧と異常判定基準電圧１４の電圧を比較して、減算器１５の出力電圧が異常判定基準電圧１４の電圧を超えない場合はＬレベル、減算器１５の出力電圧が異常判定基準電圧１４の電圧を超えた場合にＨレベルを出力する。停止回路１８はコンパレータ１６の出力がＨレベルとなった場合にパワー回路のインバータ７の動作を停止させる回路である。パワー回路が故障や劣化により、パワー回路の電力損失が過大になった場合には、入力電流検出回路５の出力電圧が増加するため、減算器１５の出力電圧が増加して、異常判定基準電圧１４の電圧を超えるため、コンパレータ１６の出力がＨレベルとなり、停止回路１８が動作して、パワー回路を停止させる。停止回路１８が動作するパワー回路の電力損失は、入力電流検出回路５の感度、および、出力電流検出回路１１の感度、および、パワー回路の入力電圧、および、パワー回路の出力電圧、および、異常判定基準電圧１４の電圧により決定される。

例えば、入力電流検出回路５の感度が０．６Ｖ／Ａ、出力電流検出回路１１の感度が０．０９Ｖ／Ａ、パワー回路の入力電圧が１２Ｖ、パワー回路の出力電圧が１．８Ｖ、パワー回路の電力効率が９０％、負荷３の消費電流が１２０Ａ、異常判定基準電圧１４の電圧が１．５Ｖの場合にはパワー回路の出力電力は１．８Ｖ×１２０Ａ＝２１６Ｗであり、パワー回路の入力電力は２１６Ｗ／９０％＝２４０Ｗであり、パワー回路の電力損失は２４０Ｗ−２１６Ｗ＝２４Ｗであり、入力電流検出回路５の電力に関する感度は（０．６Ｖ／Ａ）／１２Ｖ＝０．０５Ｖ／Ｗであり、出力電流検出回路１１の電力に関する感度は（０．０９Ｖ／Ａ）／１．８Ｖ＝０．０５Ｖ／Ｗである。減算器１５の出力電圧は入力電流検出回路５の出力電圧から出力電流検出回路１１の出力電圧を引いた結果であり、入力電流検出回路５と出力電流検出回路１１の電力に関する感度が０．０５Ｖ／Ｗと同一であることから、減算器１５の出力電圧はパワー回路の入力電力から出力電力を引いた結果、すなわち、パワー回路の電力損失に比例した電圧であり、この感度係数は０．０５Ｖ／Ｗである。コンパレータ１６は減算器１５の出力電圧と異常判定基準電圧１４の電圧を比較するので、停止回路１８が動作するパワー回路の電力損失は１．５Ｖ／（０．０５Ｖ／Ｗ）＝３０Ｗ、すなわち正常時の電力損失２４Ｗの１．２５倍となった場合に停止回路１８が動作して、パワー回路を停止させる。

以上説明した通り、停止回路１８はパワー回路の電力損失があらかじめ設定された値を超えた場合に動作するため、パワー回路の異常時に、停止回路１８の動作条件が負荷３の消費電力に依存することなく、安全にパワー回路の動作を停止することができる。以上より、本異常検出回路はパワー回路の損失電力の異常の検出が可能であり、検出しきい値が負荷の消費電力に依存しないため、パワー回路の異常や劣化によりパワー回路の損失電力が増えた場合において、安全にパワー回路の動作を停止することが可能である。

次に、本実施例における冗長並列構成の電源システムの、全体的な動作について説明する。本実施例の電源システムは、各々並列運転回路２０を含む２台の電源装置２で構成されており、並列運転回路２０により、２台の電源装置２の出力電流が同一になるように制御されている。

ここでは、電源定格を１００Ａ、電源装置２の異常検出電流（入出力電流の差）を２０Ａとし、負荷電流は１００Ａの場合、すなわち、負荷電流１００Ａに対して電源定格１００Ａの電源装置を２台並列接続したＮ＋１の冗長構成を想定する。このとき、異常検出電流はコンパレータ１６で検出される入出力電流の差が２０Ａに設定されているものとする。

既に述べたとおり、各コンパレータ１６は、減算器１５の出力電圧と異常判定基準電圧１４の電圧を比較して、減算器１５の出力電圧が異常判定基準電圧１４の電圧を超えない場合はＬレベル、減算器１５の出力電圧が異常判定基準電圧１４の電圧を超えた場合にＨレベルを出力する。

最初に、パワー回路が正常な状態について述べる。
この場合、並列運転回路２０によって、電源２ａと電源２ｂの出力電流は常に同じ値になるように制御されている。電源２ａの入力電流が５０Ａで出力電流は５０Ａのとき、電源２ｂの入力電流は５０Ａで、出力電流も５０Ａとなる。（なお、ここでは、説明を簡単にするために、入出力電流の差を無視しうる程度に小さいものとする。）
パワー回路の入出力電流差が小さく（２０Ａ未満）、減算器１５の出力電圧が正規の範囲にあるため、異常判定基準電圧１４の電圧を超えず、コンパレータ１６はＬレベルを出力する。その結果、異常検出回路は作動しない。

次に、パワー回路の異常時について述べる。
この場合、電源２ｂのパワー回路を構成するトランス、整流回路、平滑回路の故障電流を２０Ａとし、電源２ａは正常な状態にあるとする。

電源２ａの入力電流は５０Ａ、出力電流も５０Ａとなる。一方、電源２ｂの入力電流は７０Ａとなり、出力電流は５０Ａとなる。これは、並列運転回路２０によって、２つの電源２ａと電源２ｂの出力電流が常に同じ値になるように制御されているためである。

その結果、電源２ｂの入出力電流差が２０Ａとなり、減算器１５の出力電圧が異常判定基準電圧１４の電圧を超えるので、コンパレータ１６ｂはＨレベルを出力する。すなわち、電源２ｂのパワー回路の異常が検出可能となる。これにより、電源２ｂのみ停止となり、電源システムは電源２ａのみで負荷３へ１００Ａの電流を供給する。すなわち、電源２ａの入力電流が１００Ａ、出力電流も１００Ａであり、一方、電源２ｂの入力電流は０Ａ、出力電流も０Ａとなる。

以上のように、本実施例の冗長並列構成の電源システムによれば、内部の故障電流が少ない状態でパワー回路の異常を検出可能である。また、冗長並列構成の電源システム内の正常な電源についての誤検出も無い。よって、電源の信頼性が高くなる。

本実施例では、冗長並列構成の電源システムとして、２並列の場合を説明したが、２並列に限らず３並列以上の場合でも適用可能であり、同等の効果がある。また、電源が冗長、非冗長構成に限らず同様の効果がある。
［変形例］
なお、第１の実施例において、入力電流検出回路５の代わりに電流検出回路と電圧検出回路と乗算回路を設けて両検出回路の出力を乗算して入力電力情報を出力する入力電力検出回路を具備し、出力電流検出回路１１の代わりに同様に電流検出回路と電圧検出回路と乗算回路を設けて出力電力情報を出力する出力電力検出回路を具備することができる。この場合、減算回路の出力はパワー回路の損失電力になる。このように、入力電流や出力電流を加工して、異常の判定、検出に使うことができる。

こうすれば、入力電圧が変化しても、出力電圧が変化しても、パワー回路の損失電力を誤り無く検出できるので、入力電圧や出力電圧に関して許容範囲の広い異常検出回路、電源装置、電源システムを得ることができる。

また、第１の実施例において、異常判定基準電圧１４の値を、出力電流や入力電流などで変化させることができる。例えば、異常判定基準電圧１４の値を、出力電力の半分で異常検出するような値にすれば、パワー回路の損失電力が出力電力の半分を超えたときに異常と判定する。これは、パワー回路の効率が２／３＝６６％を下回ったときに異常を検出すると言える。こうすれば、電源の出力電流が小さいときでも、小さい異常を高感度で検出することができ、パワー回路をより安全に停止することができる。なお、一般に電源の効率は出力電流が微小のときには著しく低下するので、これを配慮した設計を行う必要がある。

あるいは、出力電力検出回路の出力の１．５倍と、入力電力検出回路の出力を、コンパレータに入力して異常を判定することもできる。この場合、パワー回路の効率が２／３＝６６％を下回ったときに異常を検出する。

更に、異常判定基準電圧１４や減算器１５及びコンパレータ１６を含む異常を検出するための回路部は、ＡＤコンバータとマイクロプロセッサおよびソフトウェアで構成することが可能である。すなわち、パワー回路の入力と出力にＡＤコンバータを接続して、入力電流と出力電流を監視し、必要に応じて入力電圧や出力電圧を監視して電力計算などを行い、入力電流と出力電流の関係、あるいは入力電力と出力電力の関係などを、予め決めた値を上回るか（下回るか）否かを判定して、異常を検出することができる。この場合、部品点数が少なくなる他、ソフトウェアの性質を生かして、きめ細かい判定条件を実現したり、判定条件の変更を可能としたり、温度など他の条件との組合せを実現したり、することができる。

次に、図２は本発明の第２の実施例になる電源装置である。電源装置３１は、実施例１で説明したのと同様な、冗長並列構成の電源システムを構成する複数の電源装置の１つである。

図２において、３１は電源装置であり、３２は電源入力であり、３３ａは入力電流検出回路であり、３３ｂは出力電流検出回路であり、３３ｃは異常判定回路であり、３４はパワー回路であり、３７は停止回路であり、３５は電源出力であり、３３は異常検出回路である。図２に示すように本実施例の電源装置３１は電源入力３２に入力電流検出回路３３ａを接続し、入力電流検出回路３３ａにパワー回路３４を接続し、パワー回路３４に出力電流検出回路３３ｂを接続し、出力電流検出回路３３ｂに電源出力３５を接続し、入力電流検出回路３３ａに異常判定回路３３ｃを接続し、出力電流検出回路３３ｂに異常判定回路３３ｃを接続し、異常判定回路３３ｃに停止回路３７を接続し、停止回路３７にパワー回路３４を接続した構成となっている。また、冗長並列構成の電源システムを構成する２台の電源装置３１の出力電流が同一になるように、電流制御を行う並列運転回路３９を備えている。

ここで、入力電流検出回路３３ａは実施例１の入力電流検出回路５と同じものであり、出力電流検出回路３３ｂは実施例１の出力電流検出回路１１と同じものであり、異常判定回路３３ｃは実施例１の減算器１５、異常判定基準電圧源１４およびコンパレータ１６で構成される部分と同じものであり、これらを含む全体的な異常検出回路３３は実施例１の異常検出回路部と同じものである。並列運転回路３９も実施例１の並列運転回路２０と同じものである。

以上説明した通り、本電源装置３１は実施例１の異常検出回路を使用していることから、実施例１と同様にパワー回路の損失電力の異常の検出が可能であり、検出しきい値が負荷の消費電力に依存しないため、パワー回路の異常や劣化によりパワー回路の損失電力が増えた場合において、安全にパワー回路の動作を停止することが可能である。すなわち、より安全な電源装置を得ることができる。

また、本実施例の冗長並列構成の電源装置によれば、内部の故障電流が少ない状態でパワー回路の異常を検出可能である。また、冗長並列構成の電源システム内の正常な電源についての誤検出も無い。よって、電源の信頼性が高くなる。

図３は、本発明の第３の実施例になる電源システムである。この電源システムは、実施例１で説明したのと同様な、冗長並列構成の電源システムを構成する複数の電源装置で構成されている。図３において、１０１は電源システムであり、１０２は電源システム入力であり、１０３は整流回路であり、１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃは電源入力であり、１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃは図２の電源装置３１であり、１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃは電源出力であり、１０７は電源システム出力である。図３に示すように本実施例の電源システム１０１は電源システム入力１０２に整流回路１０３を接続し、整流回路１０３に電源装置１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの電源入力１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃを並列接続し、電源装置１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの電源出力１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃを並列接続したものに電源システム１０１の電源システム出力１０７を接続するものである。ここで、整流回路１０３は電源システム入力１０２に入力された交流電圧を整流して直流に変換する回路である。この回路の実現方法としてたとえばダイオードブリッジを使用した整流回路、ＰＦＣ（力率改善）回路などを使用することができる。以上説明した通り、本電源システム１０１は実施例２の電源装置を使用していることから、実施例２と同様に電源装置内のパワー回路の損失電力の異常の検出が可能であり、検出しきい値が負荷の消費電力に依存しないため、パワー回路の異常や劣化によりパワー回路の損失電力が増えた場合において、安全にパワー回路の動作を停止することが可能である。

この電源システムでは、負荷変動が大きい場合に、本発明は効力を発揮する。例えば、負荷の消費電力が電源の定格電力の５０％で運転しているときに、電源の故障などで２０％の電力に相当する電力損失の増加が発生していたとすると、従来の技術ではこの異常は発見できないが、本発明になる技術では発見可能である。従来技術では、負荷の動作が変って消費電力が電源の定格電力の９０％に達したとすると、電源が故障のままならば、電源の電力は１１０％と定格を超える場合があって、過電流検出や過熱などで電源システムが停止する場合がある。しかし、本発明の技術により、異常を早期に発見していれば、異常の電源を交換して、電源を正常にし、電源システムの停止を避けることができる。このように、小さな損失増加でパワー回路を安全に停止する機能は、特に、電源システムで効力を発揮する場合がある。この効力は、冗長電源システムのように、高信頼が求められたり、稼動時の交換が可能な場合に、顕著となる。

また、本実施例の冗長並列構成の電源装置システムによれば、内部の故障電流が少ない状態でパワー回路の異常を検出可能である。また、冗長並列構成の電源システム内の正常な電源についての誤検出も無い。よって、電源の信頼性が高くなる。

図４は、本発明の第４の実施例で電子装置である。図４において、２０１は電子装置であり、２０２は電子装置２０１の電源入力であり、２０３は電源システム２０４の電源入力である。電源システム２０４は図３に示した電源システムであり、２０５は電源出力であり、２０６は電子回路である。図４に示すように本実施例の電子装置２０１は電源入力２０２に電源システム２０４を接続し、電源システム２０４に電子回路２０６を接続したものである。ここで、電子回路２０６は、例えば電子演算回路、メモリ回路、増幅回路、発振回路、Ｄ／Ａコンバータ、Ａ／Ｄコンバータなどのデジタル回路、アナログ回路を問わない全ての電子回路である。以上説明した通り、電子装置２０１は実施例３の電源システムを使用していることから、実施例３と同様に電源システム内のパワー回路の損失電力の異常の検出が可能であり、検出しきい値が電子回路２０６の消費電力に依存しないため、パワー回路の異常や劣化によりパワー回路の損失電力が増えた場合において、安全にパワー回路の動作を停止することが可能である。

この電子装置では、電源の異常を早期に発見し、該当パワー回路を安全に停止できるので、電子装置としてより安全で、また、電源の故障による装置の停止の少ない、高信頼の装置を実現することができる。これは、特に、電源に冗長電源システムを用いて、高信頼が求められたり、稼動時の交換が可能な場合に、効力が顕著であり、また、電子回路に通信手段を持ち、通報が可能なときに最高となる。すなわち、本発明になる異常検出技術で、小さな異常を敏感に検出し、これを電子回路に伝えて、通信手段などにより点検、保守を要求し、冗長電源の稼動時保守機能により、電子装置の動作中に、異常の電源を交換して、電子装置の停止を未然に防ぐことができる。

また、この電子装置では、冗長並列構成の実施例３の電源システムを備えているため、内部の故障電流が少ない状態でパワー回路の異常を検出可能である。また、冗長並列構成の電源システム内の正常な電源についての誤検出も無い。よって、電源の信頼性の高い電子装置を提供できる。

本発明は、異常検出回路、異常検出回路を使用した電源装置、異常検出回路を使用した電源システム、異常検出回路を使用した電子装置に関するもので、電源のパワー回路の損失電力の異常の検出が可能であり、検出しきい値が負荷の消費電力に依存しないため、パワー回路の異常や劣化によりパワー回路の損失電力が増えた場合に、安全にパワー回路の動作を停止することが可能であることから、安全性の高い電源装置、電源システム、電子装置を提供することができる。すなわち、ＤＣ／ＤＣ電源、ＡＣ／ＤＣ電源、力率改善電源、ＵＰＳ電源などの各種電源、各種電源システム、及び、各種電子装置に利用することができる。

本発明の第１の実施例である。 本発明の第２の実施例である。 本発明の第３の実施例である。 本発明の第４の実施例である。 従来技術の例である。

符号の説明

１：直流電源
２：電源装置
３：負荷
４：電源入力
５：入力電流検出回路
６：ＰＷＭ回路
７：インバータ
８：トランス
９：整流回路
１０：平滑回路
１１：出力電流検出回路
１２：ＦＥＴスイッチ
１３：電源出力
１４：異常判定基準電圧
１５：減算器
１６：コンパレータ
１７：電圧比較器
１８：停止回路
１９：電源出力基準電圧
２０：並列運転回路
２１：並列運転信号
３１：電源装置
３２：電源入力
３３：異常検出回路
３３ａ：入力電流検出回路
３３ｂ：出力電流検出回路
３３ｃ：異常判定回路
３４：パワー回路
３５：電源出力
３７：停止回路
１０１：電源システム
１０２：電源システム入力
１０３：整流回路
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ：電源入力
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ：電源装置
１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ：電源出力
１０７：電源システム出力
２０１：電子装置
２０２：電源入力
２０３：電源入力
２０４：電源システム
２０５：電源出力
２０６：電子回路
５１：直流電源
５２：電源装置
５３：負荷
５４：電源入力
５５：入力電流検出回路
５６：ＰＷＭ回路
５７：インバータ
５８：トランス
５９：整流回路
６０：平滑回路
６２：ＦＥＴスイッチ
６３：電源出力
６４：異常判定基準電圧
６６：コンパレータ
６７：電圧比較器
６８：停止回路
６９：電源出力基準電圧
７０：並列運転回路
７１：並列運転信号。

Claims (5)

1. 少なくとも１つの他の電源装置と共に電源システムを構成するのに用いられる電源装置であって、
   入力電流検出回路と、
   出力電流検出回路と、
   前記入力電流検出回路の出力と前記出力電流検出回路の出力の差の大きさが予め決められた値を超えた場合に異常を判定する異常検出回路と、
   前記各電源装置の出力電流が同一になるように制御する並列運転回路とを備えた、
   ことを特徴とする電源装置。
2. 請求項１の電源装置において、
   前記異常検出回路は、
   前記入力電流検出回路の出力信号を加工してあるいはそのまま入力検出信号とし、前記出力電流検出回路の出力信号を加工してあるいはそのまま出力検出信号とし、前記入力検出信号と前記出力検出信号の差の大きさが予め決められた値を超えた場合に異常を判定することを特徴とする電源装置。
3. 請求項１の電源装置において、前記入力電流検出回路と前記出力電流検出回路との間に接続されたパワー回路が、インバータ、ＰＷＭ回路、トランス、整流回路及び平滑回路を含み、前記異常検出回路の出力により前記ＰＷＭ回路を制御することを特徴とする電源装置。
4. 複数の電源装置を複数台並列接続して構成した電源システムであって、前記電源装置は、
   入力電流検出回路と、
   出力電流検出回路と、
   前記入力電流検出回路の出力と前記出力電流検出回路の出力の差の大きさが予め決められた値を超えた場合に異常を判定する異常検出回路と、
   前記各電源装置の出力電流が同一になるように制御する並列運転回路とを備えた、
   ことを特徴とする電源システム。
5. 請求項４に記載の電源システムを備えたことを特徴とする電子装置。

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