JP2010158125A - 直流電源装置及びリアクトル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シンプルな構成により横流を抑制でき、小型化を実現することができる、並列運転型の直流電源装置及びこれに用いられるリアクトル装置を提供する。
【解決手段】直流電源装置５０は、負荷Ｒｌに並列に接続された直流の複数のスイッチング電源Ｓ１及びＳ２を備える。例えば、第２のスイッチング電源Ｓ２から第１のスイッチング電源Ｓ１へ流れる、コイルＬ１を通る横流Ｉ１と、負荷ＲｌからコイルＬ２を通り第２のスイッチング電源Ｓ２へ流れ込む戻り電流Ｉ２とが同じ向きの電流であるコモンモード電流となる。すなわちこの場合、高周波であるリップル成分の電流である横流成分は、コモンモード電流となり、コイルＬ１及びＬ２はコモンモードチョークコイルＬｃ１を構成するため、この横流成分が抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、並列接続された複数の電源を備える並列駆動型の直流電源装置及びこれに用いられるリアクトル装置に関する。

従来から、大電流を必要とする負荷に対して並列駆動型の電源装置が用いられている。例えば、特許文献１では、複数のＤＣ／ＤＣコンバータにより構成されたスイッチング電源装置が負荷に大電流を供給する（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、複数のスイッチング電源ではなく１つのスイッチング電源が、大電流（例えば数百Ａ以上あるいは１０００Ａ以上）を必要とする装置（以下、便宜的に大電流装置という。）に大電流を供給しようとすると、スイッチング電源内のスイッチング素子によるスイッチング損失が大きくなり、また、スイッチング周波数を高く設定できないという問題がある。また、１つのスイッチング電源が大電流装置に大電流を供給する場合、１つのスイッチング電源内で多数のスイッチング素子が並列接続され、それらのスイッチング素子の出力電流のバランスが必要となる。この場合、スイッチング電源の出力電流の設定値を低く見積もらなければならず、その分、１つのスイッチング素子あたりのエネルギー損失も大きい。さらに、そのように大電流を供給する１つのスイッチング電源は、専用品となるため、製造コストも増え、信頼性も劣るものとなる。

また、コンピュータを停電等の電力供給障害から保護するＵＰＳ（Uninterruptible Power Supply）においては、インバータ方式の場合、負荷に対する電力供給動作を分担するために複数のインバータが並列接続される（例えば、特許文献２参照。）。ＵＰＳでは、電力供給動作の分担のために限られず、例えば、障害時にそれら複数のインバータのうち１つを利用し、他は予備用とするために複数のインバータが用いられることもある。

近年、電源装置では、省エネルギー化、装置の小型化を実現するために、スイッチング電源が用いられることが多い。スイッチング電源は、出力電圧にスイッチング周波数に同期したリップルを持っている。したがって、複数のスイッチング電源で構成される並列駆動型の直流電源装置の場合、複数の電源ごとの、リップル電圧により、１つの電源から他の電源へ電流が流れる現象である「横流」が問題となる。

特許文献２では、負荷電流及びインバータ出力電流に基づいて、各インバータ間に流れる横流を抑制する補正量が生成される。

特開２００８−２７１７５７号公報（段落[００１３]） 特開２００８−１９９８７４号公報（段落[００２５]）

しかしながら、特許文献２に記載のように横流を抑制するための補正量を生成する方法では、例えばインバータの出力電流や負荷電流を検出し、それを補正量の演算に用いる等、制御系が複雑になる。また、このような制御系を実現するために、上記各電流や電圧を検出する検出器を含む制御回路が必要になるため、装置が大型化する。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、シンプルな構成により横流を抑制でき、小型化を実現することができる、並列運転型の直流電源装置及びこれに用いられるリアクトル装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る直流電源装置は、複数のスイッチング電源と、複数の正極ラインと、正極接続ラインと、複数の負極ラインと、負極接続ラインと、第１のコモンモードチョークコイルとを具備する。
前記複数の正極ラインは、前記複数のスイッチング電源を負荷に並列接続するために前記複数のスイッチング電源にそれぞれ接続されている。
前記正極接続ラインは、前記複数の正極ラインと前記負荷との間に接続され、前記複数の正極ラインを介して前記複数のスイッチング電源からそれぞれ流れる出力電流を前記負荷へ流すためのものである。
前記複数の負極ラインは、前記複数のスイッチング電源を前記負荷に並列接続するために前記複数のスイッチング電源にそれぞれ接続されている。
前記負極接続ラインは、前記複数の負極ラインと前記負荷との間に接続され、前記負荷からの戻り電流を前記複数の負極ラインを介して前記複数のスイッチング電源へ流すためのものである。
前記第１のコモンモードチョークコイルは、第１のコイル及び第２のコイルを有する。前記第１のコイルは、前記複数のスイッチング電源のうち第１のスイッチング電源に接続された前記正極ライン上に設けられる。前記第２のコイルは、前記複数のスイッチング電源のうち第２のスイッチング電源に接続された前記負極ライン上に設けられる。

第１のスイッチング電源から正極ライン及び正極接続ラインを介して負荷へ電流が流れる。その電流の流れとは逆向きである横流であって第２のスイッチング電源から第１のスイッチング電源へ流れる、正極ライン上の第１のコイルを通る横流と、負極接続ラインを通り負極ライン上の第２のコイルを通る、負荷からの戻り電流とが同じ向きの電流であるコモンモード電流となる。したがって、第１及び第２のコイルのインダクタンスが大きくなり、第２のスイッチング電源から第１のスイッチング電源へ流れる横流が抑制される。つまり、リップル電圧が発生してもシンプルな回路構成により横流が抑制され、横流抑制のための制御回路等も必要ないので、直流電源装置の小型化を実現することができる。また、そのように制御回路等が不要でシンプルな回路構成とすることができることから、直流電源装置が故障する等の不具合の発生率を低くすることができ、高い信頼性を確保することができる。

また、各スイッチング電源を負荷に並列接続することにより、１つのスイッチング電源が多数のスイッチング素子を有する場合に比べ、スイッチング損失を低減させることができ、また、スイッチング素子の出力電流の設定値を低くする必要もなく、その分エネルギー損失も低減される。また、各スイッチング電源として汎用品を用いることも可能となるので、直流電源装置の製造コストを低くすることができ、信頼性が向上する。

特に、このような並列駆動型の直流電源装置が、上述の大電流装置に適用される場合、１つのスイッチング電源、つまり１つの電源盤（回路基板）が大電流を大電流装置に供給する場合に比べ、複数の電源盤が大電流を供給する場合の方が発熱量も抑えられる。その結果、例えばヒートシンク等の放熱用部品のサイズも小さくなり、電源ユニット全体のサイズの小型化に寄与する。

正極接続ラインは、１本でも複数本でもよい。負極接続ラインも同様に、１本でも複数本でもよい。このことは、以下の説明でも同様である。

前記直流電源装置は、第３のコイル及び第４のコイルを有する第２のコモンモードチョークコイルをさらに具備してもよい。前記第３のコイルは、前記第２のスイッチング電源に接続された前記正極ライン上に設けられる。前記第４のコイルは、前記第１のスイッチング電源に接続された前記負極ライン上に設けられる。

第１のスイッチング電源から第２のスイッチング電源へ流れる、正極ライン上の第３のコイルを通る横流と、負極ライン上の第４のコイルを通る出力電流とが同じ向きの電流であるコモンモード電流となる。したがって、第３及び第４のコイルのインダクタンスが大きくなり、第１のスイッチング電源から第２のスイッチング電源へ流れる横流が抑制される。

前記直流電源装置は、前記第１のスイッチング電源の出力電流値を検出する検出手段をさらに具備してもよい。その場合、前記第１のスイッチング電源は、前記第１のスイッチング電源に入力された指令電圧値に基づきスイッチング制御を実行する。また、前記第２のスイッチング電源は、前記指令電圧値及び前記検出された出力電流値に基づき、スイッチング制御を実行する。

検出手段により検出された、第１のスイッチング電源の出力電流値が、第２のスイッチング電源の指令電圧値の生成に利用されるので、２つのスイッチング電源の出力電流の差を小さくすることができる。つまり第１及び第２のスイッチング電源の出力電流値を同じとするための精度を高めることができる。

本発明の他の一形態に係る直流電源装置は、複数のスイッチング電源と、複数の正極ラインと、正極接続ラインと、複数の負極ラインと、負極接続ラインと、コモンモードチョークコイルとを具備する。
前記複数の正極ラインは、前記複数のスイッチング電源を負荷に並列接続するために前記複数のスイッチング電源にそれぞれ接続されている。
前記正極接続ラインは、前記複数の正極ラインと前記負荷との間に接続され、前記複数の正極ラインを介して前記複数のスイッチング電源からそれぞれ流れる出力電流を前記負荷へ流すためのものである。
前記複数の負極ラインは、前記複数のスイッチング電源を前記負荷に並列接続するために前記複数のスイッチング電源にそれぞれ接続されている。
前記負極接続ラインは、前記複数の負極ラインと前記負荷との間に接続され、前記負荷からの戻り電流を前記複数の負極ラインを介して前記複数のスイッチング電源へ流すためのものである。
前記第１のコモンモードチョークコイルは、第１のコイル及び第２のコイルを有する。前記第１のコイルは、前記複数のスイッチング電源のうち第１のスイッチング電源に接続された前記負極ライン上に設けられる。前記第２のコイルは、前記複数のスイッチング電源のうち第２のスイッチング電源に接続された前記正極ライン上に設けられる。

第２のスイッチング電源から正極ライン及び正極接続ラインを介して負荷へ電流が流れる。その電流の流れとは逆向きである横流であって第１のスイッチング電源から第２のスイッチング電源へ流れ、正極ライン上の第２のコイルを通る横流と、負極接続ラインを通り負極ライン上の第１のコイルを通る、負荷からの戻り電流とが同じ向きの電流であるコモンモード電流となる。したがって、第１及び第２のコイルのインダクタンスが大きくなり、第２のスイッチング電源から第１のスイッチング電源へ流れる横流が抑制される。つまり、リップル電圧が発生してもシンプルな回路構成により横流が抑制され、横流抑制のための制御回路等も必要ないので、直流電源装置の小型化を実現することができる。また、そのように制御回路等が不要でシンプルな回路構成とすることができることから、直流電源装置が故障する等の不具合の発生率を低くすることができ、高い信頼性を確保することができる。

本発明の一形態に係るリアクトル装置は、複数のスイッチング電源に接続されたリアクトル装置であって、複数の正極ラインと、正極接続ラインと、複数の負極ラインと、負極接続ラインと、コモンモードチョークコイルとを具備する。
前記複数の正極ラインは、前記複数のスイッチング電源を負荷に並列接続するために前記複数のスイッチング電源にそれぞれ接続されている。
前記正極接続ラインは、前記複数の正極ラインと前記負荷との間に接続され、前記複数の正極ラインを介して前記複数のスイッチング電源からそれぞれ流れる出力電流を前記負荷へ流すためのものである。
前記複数の負極ラインは、前記複数のスイッチング電源を前記負荷に並列接続するために前記複数のスイッチング電源にそれぞれ接続されている。
前記負極接続ラインは、前記複数の負極ラインと前記負荷との間に接続され、前記負荷からの戻り電流を前記複数の負極ラインを介して前記複数のスイッチング電源へ流すためのものである。
前記コモンモードチョークコイルは、第１のコイル及び第２のコイルを有する。前記第１のコイルは、前記複数のスイッチング電源のうち第１のスイッチング電源に接続された前記正極ライン上に設けられる。前記第２のコイルは、前記複数のスイッチング電源のうち第２のスイッチング電源に接続された前記負極ライン上に設けられる。

このようなリアクトル装置では、第１のスイッチング電源から正極ライン及び正極接続ラインを介して負荷へ電流が流れる。その電流の流れとは逆向きである横流であって第２のスイッチング電源から第１のスイッチング電源へ流れる、正極ライン上の第１のコイルを通る横流と、負極接続ラインを通り負極ライン上の第２のコイルを通る、負荷からの戻り電流とが同じ向きの電流であるコモンモード電流となる。したがって、第１及び第２のコイルのインダクタンスが大きくなり、第２のスイッチング電源から第１のスイッチング電源へ流れる横流が抑制される。つまり、リップル電圧が発生してもシンプルな回路構成により横流が抑制され、横流抑制のための制御回路等も必要ないので、例えばこのリアクトル装置が適用される直流電源装置の小型化を実現することができる。また、そのようにシンプルな回路構成とすることができることから、リアクトル装置が故障する等の不具合の発生率を低くすることができ、高い信頼性を確保することができる。

本発明の他の一形態に係るリアクトル装置は、本発明の一形態に係るリアクトル装置は、複数のスイッチング電源に接続されたリアクトル装置であって、複数の正極ラインと、正極接続ラインと、複数の負極ラインと、負極接続ラインと、コモンモードチョークコイルとを具備する。
前記複数の正極ラインは、前記複数のスイッチング電源を負荷に並列接続するために前記複数のスイッチング電源にそれぞれ接続されている。
前記正極接続ラインは、前記複数の正極ラインと前記負荷との間に接続され、前記複数の正極ラインを介して前記複数のスイッチング電源からそれぞれ流れる出力電流を前記負荷へ流すためのものである。
前記複数の負極ラインは、前記複数のスイッチング電源を前記負荷に並列接続するために前記複数のスイッチング電源にそれぞれ接続されている。
前記負極接続ラインは、前記複数の負極ラインと前記負荷との間に接続され、前記負荷からの戻り電流を前記複数の負極ラインを介して前記複数のスイッチング電源へ流すためのものである。
前記コモンモードチョークコイルは、第１のコイル及び第２のコイルを有する。前記第１のコイルは、前記複数のスイッチング電源のうち第１のスイッチング電源に接続された前記負極ライン上に設けられる。前記第２のコイルは、前記複数のスイッチング電源のうち第２のスイッチング電源に接続された前記正極ライン上に設けられる。

このようなリアクトル装置では、第２のスイッチング電源から正極ライン及び正極接続ラインを介して負荷へ電流が流れる。その電流の流れとは逆向きである横流であって第１のスイッチング電源から第２のスイッチング電源へ流れ、正極ライン上の第２のコイルを通る横流と、負極接続ラインを通り負極ライン上の第１のコイルを通る、負荷からの戻り電流とが同じ向きの電流であるコモンモード電流となる。したがって、第１及び第２のコイルのインダクタンスが大きくなり、第２のスイッチング電源から第１のスイッチング電源へ流れる横流が抑制される。つまり、リップル電圧が発生してもシンプルな回路構成により横流が抑制され、横流抑制のための制御回路等も必要ないので、例えばこのリアクトル装置が適用される直流電源装置の小型化を実現することができる。また、そのようにシンプルな回路構成とすることができることから、リアクトル装置が故障する等の不具合の発生率を低くすることができ、高い信頼性を確保することができる。

以上のように、本発明では、シンプルな構成により横流を抑制でき、装置の小型化を実現することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る直流電源装置を示す回路図である。

直流電源装置５０は、負荷Ｒｌに並列に接続された直流の複数のスイッチング電源Ｓ１及びＳ２と、これら複数のスイッチング電源Ｓ１及びＳ２と、負荷Ｒｌとの間に接続されたリアクトル部３０とを備える。

複数のスイッチング電源として、例えば２つのスイッチング電源Ｓ１及びＳ２が用いられる。

図２は、各スイッチング電源Ｓ１及びＳ２の構成をそれぞれ示すブロック図及び回路図である。

第１のスイッチング電源Ｓ１は、図示しないスイッチング素子を有する主回路２２、この主回路２２のスイッチング素子を制御するスイッチング制御回路２３、平滑用のコンデンサ２５、主回路２２の出力電圧を検出する電圧検出部２４、出力電流を検出する変流器２６及び増幅器２７等を備える。

主回路２２は、例えばトランスにより電流を絶縁して変圧し、交流から直流に変換する。主回路２２は、このようなコンバータに限られず、他のコンバータであってもよい。

電圧検出部２４は、主回路２２の出力電圧値を検出し、この検出された電圧値と指令電圧値Ｖ０との差分が取られ、その差分が増幅器２７により増幅される。

第２のスイッチング電源Ｓ２は、第１のスイッチング電源Ｓ１と基本的に同様に構成されている。第２のスイッチング電源Ｓ２には、上記第１のスイッチング電源Ｓ１の変流器２６で検出された電流値が入力され、第２のスイッチング電源Ｓ２の変流器２６で検出された出力電流値と比較され、その差分が取られる。その差分は電流／電圧変換器２８により電圧値に変換され、上記指令電圧値Ｖ０と加算される。このように加算された電圧値Ｖ１が第２のスイッチング電源Ｓ２の指令電圧値となる。

このように第１のスイッチング電源Ｓ１の出力電流値が、第２のスイッチング電源Ｓ２の指令電圧値の生成に利用されることにより、２つのスイッチング電源の出力電流の差を小さくすることができる。

図１に示すように、リアクトル部３０は、第１のスイッチング電源Ｓ１に接続された正極ライン３１上に設けられたコイルＬ１と、第２のスイッチング電源Ｓ２に接続された正極ライン３３上に設けられたコイルＬ３とを有する。また、リアクトル部３０は、第１のスイッチング電源Ｓ１に接続された負極ライン３２に設けられたコイルＬ４と、第２のスイッチング電源Ｓ２に接続された負極ライン３４に設けられたコイルＬ２とを有する。

コイルＬ１及びＬ２は、典型的には図示しない共通のコアに巻回され、これらコア、コイルＬ１及びＬ２によりコモンモードチョークコイルＬｃ１が構成される。これと同様に、コイルＬ３及びＬ４は、図示しない共通のコアに巻回され、これらコア、コイルＬ３及びＬ４によりコモンモードチョークコイルＬｃ２が構成される。

各正極ライン３１及び３３と、負荷Ｒｌとの間には正極接続ライン４１が接続されている。正極接続ライン４１は、各正極ライン３１及び３３を介して第１及び第２のスイッチング電源Ｓ１及びＳ２からそれぞれ流れる出力電流を前記負荷Ｒｌへ流す。各負極ライン３２及び３４と、負荷Ｒｌとの間には負極接続ライン４２が接続されている。負極接続ライン４２は、負荷からの戻り電流を、各負極ライン３２及び３４を介して第１及び第２のスイッチング電源Ｓ１及びＳ２へ流す。

以上のように構成された直流電源装置５０において、各スイッチング電源Ｓ１及びＳ２から出力された電流は、正極ライン３１及び３３を介して負荷Ｒｌを通り、負極ライン３２及び３４を介して各スイッチング電源Ｓ１及びＳ２へ戻る。

また、この直流電源装置５０において、各スイッチング電源Ｓ１及びＳ３間の正極ライン３１及び３３に横流Iａが発生しようとしても、コモンモードチョークコイルＬｃ１及びＬｃ２の次のような作用により、その横流が抑制される。

第２のスイッチング電源Ｓ２から第１のスイッチング電源Ｓ１へ流れる、コイルＬ１を通る横流Ｉ１と、負荷ＲｌからコイルＬ２を通り第２のスイッチング電源Ｓ２へ流れ込む戻り電流Ｉ２とが同じ向きの電流であるコモンモード電流となる。すなわちこの場合、高周波であるリップル成分の電流である横流成分は、コモンモード電流となるため、コイルＬ１及びＬ２のインダクタンスが大きくなり、抑制される。つまり、コイルＬ１及びＬ２によりコモンモードチョークコイルＬｃ１が構成される。

同様に、第１のスイッチング電源Ｓ１から第２のスイッチング電源Ｓ２へ流れる、コイルＬ３を通る横流Ｉ３と、負荷ＲｌからコイルＬ４を通り第１のスイッチング電源Ｓ１へ流れ込む戻り電流とＩ４が同じ向きの電流であるコモンモード電流となる。すなわちこの場合、高周波であるリップル成分の電流である横流成分は、コモンモード電流となるため、コイルＬ３及びＬ４のインダクタンスが大きくなり、抑制される。つまり、コイルＬ３及びＬ４によりコモンモードチョークコイルＬｃ２が構成される。

以上のように、リップル電圧が発生してもシンプルな回路構成により横流が抑制され、横流抑制のための制御回路等も必要ないので、直流電源装置５０の小型化を実現することができる。また、そのように制御回路等が不要でシンプルな回路構成とすることができることから、直流電源装置５０が故障する等の不具合の発生率を低くすることができ、高い信頼性を確保することができる。

特に、このような並列駆動型の直流電源装置５０が、大電流（例えば数百Ａ以上あるいは１０００Ａ以上）を必要とする装置（以下、便宜的に大電流装置という。）に適用される場合、１つのスイッチング電源、つまり１つの電源盤（回路基板）が大電流を大電流装置に供給する場合に比べ、複数の電源盤が大電流を供給する場合の方が発熱量も抑えられる。その結果、例えばヒートシンク等の放熱用部品のサイズも小さくなり、電源ユニット全体のサイズの小型化に寄与する。

図３は、本発明の他の実施形態に係る直流電源装置５０を示す回路図である。

本実施形態に係る直流電源装置６０は、負荷Ｒｌに並列接続された３つのスイッチング電源Ｓ１、Ｓ２及びＳ３を備える。本実施形態の場合、第１及び第２のスイッチング電源Ｓ１及びＳ２は、図２に示したスイッチング電源Ｓ１及びＳ２と同様の構成のものが用いられる。第３のスイッチング電源Ｓ３は、図２に示した第２のスイッチング電源Ｓ２と同様の構成ものが用いられればよい。すなわち、第３のスイッチング電源Ｓ３では、指令電圧値Ｖ０と、第１のスイッチング電源Ｓ１の出力電流値とが加算された電圧値が第３のスイッチング電源Ｓ３の指令電圧値となる。

第１、第２及び第３のスイッチング電源Ｓ１、Ｓ２及びＳ３には、正極ライン３１、３３及び３５がそれぞれ接続され、また、それぞれ負極ライン３２、３４及び３６がそれぞれ接続されている。

正極接続ライン４１は、例えば２本の正極接続ライン４１１及び４１２を備える。正極接続ライン４１２は、正極ライン３３及び３５の合流点７と、正極ライン３１との間に接続されている。正極接続ライン４１１は、正極接続ライン４１２及び正極ライン３１の合流点５と、負荷Ｒｌとの間に接続されている。

また、負極接続ライン４２は、例えば２本の負極接続ライン４２１及び４２２を備える。負極接続ライン４２２は、負極ライン３４及び３６の合流点８と、負極ライン３２との間に接続されている。負極接続ライン４２１は、負極接続ライン４２２及び負極ライン３２の合流点６と、負荷Ｒｌとの間に接続されている。

各スイッチング電源Ｓ１、Ｓ２及びＳ３間の正極ライン３１、３３、３５に横流Ｉａが発生しようとしても、リアクトル部４０のコモンモードチョークコイルＬｃ１、Ｌｃ２及びＬｃ３の次のような作用により、その横流が抑制される。

第２のスイッチング電源Ｓ２及び／または第３のスイッチング電源Ｓ３から、第１のスイッチング電源Ｓ１へ流れる、コイルＬ１を通る横流Ｉ１と、負荷ＲｌからコイルＬ２を通り第３のスイッチング電源Ｓ３へ流れ込む戻り電流Ｉ２とが同じ向きの電流であるコモンモード電流となる。したがってこの横流成分は、コイルＬ１及びＬ２を有するコモンモードチョークコイルＬｃ１により抑制される。

同様に、第１のスイッチング電源Ｓ１及び／または第３のスイッチング電源Ｓ３から、第２のスイッチング電源Ｓ２へ流れる、コイルＬ３を通る横流Ｉ３と、負荷ＲｌからコイルＬ４を通り第１のスイッチング電源Ｓ１へ流れ込む戻り電流Ｉ４とが同じ向きの電流であるコモンモード電流となる。したがってこの横流成分は、コイルＬ３及びＬ４を有するコモンモードチョークコイルＬｃ２により抑制される。

同様に、第１のスイッチング電源Ｓ１及び／または第２のスイッチング電源Ｓ２から、第３のスイッチング電源Ｓ３へ流れる、コイルＬ５を通る横流Ｉ５と、負荷ＲｌからコイルＬ６を通り第２のスイッチング電源Ｓ２へ流れ込む戻り電流Ｉ６とが同じ向きの電流であるコモンモード電流となる。したがってこの横流成分は、コモンモードチョークコイルＬｃ３により抑制される。

スイッチング電源が４つの場合は、図１に示したスイッチング電源Ｓ１及びＳ２のセットが２つあり、それらが負荷Ｒｌに並列接続されればよい。あるいは、スイッチング電源が４つ以上の場合、第１のスイッチング電源の負極ライン及び第２のスイッチング電源に接続される正極ライン上の各コイルによりコモンモードチョークコイルが構成され、第２のスイッチング電源に接続される負極ライン及び第３のスイッチング電源に接続される正極ライン上の各コイルによりコモンモードチョークコイルが構成されればよい。さらに、その場合、第３のスイッチング電源の負極ライン及び第４のスイッチング電源に接続される正極ライン上の各コイルによりコモンモードチョークコイルが構成され、第４のスイッチング電源に接続される負極ライン及び第１のスイッチング電源に接続される正極ライン上の各コイルによりコモンモードチョークコイルが構成されればよい。

したがって、スイッチング電源がいくつあっても、例えばスイッチング電源が３つあるいは４つに限られず５つ以上であっても、各スイッチング電源に接続された正極ライン上に流れる横流を抑制することができる。

このように並列接続されるスイッチング電源の数が増えるほど、後述するように技術的な効果が増大する。

ここで、これらのスイッチング電源が並列接続される理由を述べる。例えば、１つのスイッチング電源が大電流装置に大電流を供給しようとすると、スイッチング電源内のスイッチング素子によるスイッチング損失が大きくなり、また、スイッチング周波数を高く設定できない。また、１つのスイッチング電源が大電流装置に大電流を供給する場合、１つのスイッチング電源内で多数のスイッチング素子が並列接続され、それらのスイッチング素子の出力電流のバランスが必要となる。この場合、スイッチング電源の出力電流の設定値を低く見積もらなければならず、その分、１つのスイッチング素子あたりのエネルギー損失も大きい。さらに、そのように大電流を供給する１つのスイッチング電源は、専用品となるため、製造コストも増え、信頼性も劣るものとなる。

各スイッチング電源を並列接続することにより、以上のような様々な問題を解決することができる。すなわち、１つのスイッチング電源が多数のスイッチング素子を有する場合に比べ、スイッチング損失を低減させることができ、また、スイッチング素子の出力電流の設定値を低くする必要もなく、その分エネルギー損失も低減される。また、各スイッチング電源として汎用品を用いることも可能となるので、直流電源装置の製造コストを低くすることができ、信頼性が向上する。

このように、並列接続されることにより得られる効果が大きいことから、上述したように、スイッチング電源が増えるほど、その効果も大きくなる。特に、一般的にスイッチング電源の数を増やす場合に、発生される横流を抑制するための制御回路も増やさなければならない。しかし、本実施形態ではリアクトル部のコイルが増えるだけなので、シンプルな構成とすることができ、直流電源装置の小型化に寄与する。また、スイッチング電源の数が増えても、コイルが増えるだけでシンプルな回路構成とすることができることから、直流電源装置が故障する等の不具合の発生率を低くすることができ、高い信頼性を確保することができる。

図４は、例えば３つのスイッチング電源（図３に示した３つのスイッチング電源Ｓ１、Ｓ２及びＳ３）を備え、リアクトル部４０を備えていてない電源装置の出力電流のシミュレーションによる波形を示している。特に、図４（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、各スイッチング電源Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の出力電流の波形を示し、図４（Ｄ）は、それらの出力電流の総和を示している。

図５は、図３に示した直流電源装置６０の出力電流のシミュレーションによる波形を示している。特に、図５（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、３つのスイッチング電源Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の出力電流の波形を示し、図５（Ｄ）は、それらの出力電流の総和を示している。

なお、これらのシミュレーションでは、負荷電流として交流が用いられている。

図４及び図５から、本実施形態のようなリアクトル部４０が設けられることにより、リップル電圧による横流の発生が抑制されることがわかる。

本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が考えられる。

例えば、上記各実施形態に係る直流電源装置５０及び６０、例えば図１に示した直流電源装置５０では、コモンモードチョークコイルＬｃ１及びＬｃ２が設けられ、各スイッチング電源Ｓ１及びＳ２間の双方向の横流が抑制される例を挙げた。しかし、コモンモードチョークコイルＬｃ１及びＬｃ２のうちいずれか一方が設けられ、片方向のみの横流が抑制される形態も本発明の範囲に含まれる。

図３に示した直流電源装置６０でも同様に、必ずしもコモンモードチョークコイルＬｃ１、Ｌｃ２及びＬｃ３のすべてが設けられることを要せず、コモンモードチョークコイルＬｃ１、Ｌｃ２及びＬｃ３のうちいずれか１つ（または２つ）が設けられる構成であってもよい。

本発明の一実施形態に係る直流電源装置を示す図である。 各スイッチング電源の構成をそれぞれ示すブロック図及び回路図である。 本発明の他の実施形態に係る直流電源装置を示す回路図である。 ３つのスイッチング電源を備え、リアクトル部を備えていてない電源装置の出力電流のシミュレーションによる波形を示すグラフである。 図３に示した直流電源装置の出力電流のシミュレーションによる波形を示すグラフである。

符号の説明

Ｒｌ…負荷
Ｓ１〜Ｓ３…スイッチング電源（複数のスイッチング電源に相当）
Ｖ０…指令電圧値
Ｌ１…コイル（第１のコイルに相当）
Ｌ２…コイル（第２のコイルに相当）
Ｌ３…コイル（第２のコイルに相当）
Ｌ４…コイル（第１のコイルに相当）
Ｌ５…コイル
Ｌ６…コイル
Ｌｃ１…コモンモードチョークコイル（第１のコモンモードチョークコイルに相当）
Ｌｃ２…コモンモードチョークコイル（第２のコモンモードチョークコイルに相当）
Ｌｃ３…コモンモードチョークコイル
２２…主回路
２３…スイッチング制御回路
２４…電圧検出部
２６…変流器（検出手段に相当）
３０、４０…リアクトル部
３１、３３、３５…正極ライン
３２、３４、３６…負極ライン
４１（４１１、４１２）…正極接続ライン
４２（４２１、４２２）…負極接続ライン
５０、６０…直流電源装置

Claims (6)

1. 複数のスイッチング電源と、
   前記複数のスイッチング電源を負荷に並列接続するために前記複数のスイッチング電源にそれぞれ接続された複数の正極ラインと、
   前記複数の正極ラインと前記負荷との間に接続され、前記複数の正極ラインを介して前記複数のスイッチング電源からそれぞれ流れる出力電流を前記負荷へ流すための正極接続ラインと、
   前記複数のスイッチング電源を前記負荷に並列接続するために前記複数のスイッチング電源にそれぞれ接続された複数の負極ラインと、
   前記複数の負極ラインと前記負荷との間に接続され、前記負荷からの戻り電流を前記複数の負極ラインを介して前記複数のスイッチング電源へ流すための負極接続ラインと、
   前記複数のスイッチング電源のうち第１のスイッチング電源に接続された前記正極ライン上の、第１のコイルと、前記複数のスイッチング電源のうち第２のスイッチング電源に接続された前記負極ライン上の、第２のコイルとを有する第１のコモンモードチョークコイルと
   を具備する直流電源装置。
2. 請求項１に記載の直流電源装置であって、
   前記第２のスイッチング電源に接続された前記正極ライン上の、第３のコイルと、前記第１のスイッチング電源に接続された前記負極ライン上の、第４のコイルとを有する第２のコモンモードチョークコイルをさらに具備する直流電源装置。
3. 請求項１または２に記載の直流電源装置であって、
   前記第１のスイッチング電源の出力電流値を検出する検出手段をさらに具備し、
   前記第１のスイッチング電源は、前記第１のスイッチング電源に入力された指令電圧値に基づきスイッチング制御を実行し、
   前記第２のスイッチング電源は、前記指令電圧値及び前記検出された出力電流値に基づき、スイッチング制御を実行する直流電源装置。
4. 複数のスイッチング電源と、
   前記複数のスイッチング電源を負荷に並列接続するために前記複数のスイッチング電源にそれぞれ接続された複数の正極ラインと、
   前記複数の正極ラインと前記負荷との間に接続され、前記複数の正極ラインを介して前記複数のスイッチング電源からそれぞれ流れる出力電流を前記負荷へ流すための正極接続ラインと、
   前記複数のスイッチング電源を前記負荷に並列接続するために前記複数のスイッチング電源にそれぞれ接続された複数の負極ラインと、
   前記複数の負極ラインと前記負荷との間に接続され、前記負荷からの戻り電流を前記複数の負極ラインを介して前記複数のスイッチング電源へ流すための負極接続ラインと、
   前記複数のスイッチング電源のうち第１のスイッチング電源に接続された前記負極ライン上の、第１のコイルと、前記複数のスイッチング電源のうち第２のスイッチング電源に接続された前記正極ライン上の、第２のコイルとを有するコモンモードチョークコイルと
   を具備する直流電源装置。
5. 複数のスイッチング電源に接続されたリアクトル装置であって、
   前記複数のスイッチング電源を負荷に並列接続するために前記複数のスイッチング電源にそれぞれ接続された複数の正極ラインと、
   前記複数の正極ラインと前記負荷との間に接続され、前記複数の正極ラインを介して前記複数のスイッチング電源からそれぞれ流れる出力電流を前記負荷へ流すための正極接続ラインと、
   前記複数のスイッチング電源を前記負荷に並列接続するために前記複数のスイッチング電源にそれぞれ接続された複数の負極ラインと、
   前記複数の負極ラインと前記負荷との間に接続され、前記負荷からの戻り電流を前記複数の負極ラインを介して前記複数のスイッチング電源へ流すための負極接続ラインと、
   前記複数のスイッチング電源のうち第１のスイッチング電源に接続された前記正極ライン上の、第１のコイルと、前記複数のスイッチング電源のうち第２のスイッチング電源に接続された前記負極ライン上の、第２のコイルとを有するコモンモードチョークコイルと
   を具備するリアクトル装置。
6. 複数のスイッチング電源に接続されたリアクトル装置であって、
   前記複数のスイッチング電源を負荷に並列接続するために前記複数のスイッチング電源にそれぞれ接続された複数の正極ラインと、
   前記複数の正極ラインと前記負荷との間に接続され、前記複数の正極ラインを介して前記複数のスイッチング電源からそれぞれ流れる出力電流を前記負荷へ流すための正極接続ラインと、
   前記複数のスイッチング電源を前記負荷に並列接続するために前記複数のスイッチング電源にそれぞれ接続された複数の負極ラインと、
   前記複数の負極ラインと前記負荷との間に接続され、前記負荷からの戻り電流を前記複数の負極ラインを介して前記複数のスイッチング電源へ流すための負極接続ラインと、
   前記複数のスイッチング電源のうち第１のスイッチング電源に接続された前記負極ライン上の、第１のコイルと、前記複数のスイッチング電源のうち第２のスイッチング電源に接続された前記正極ライン上の、第２のコイルとを有するコモンモードチョークコイルと
   を具備するリアクトル装置。

Images