JP2013138557A - 電源装置及びそれを用いた電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】汎用のＵＡＲＴモジュールを用いて少ない配線数で通信でき、並列及び直列運転時のバランス制御が容易なスイッチング電源装置及びそれを用いた電源システムを提供する。
【解決手段】スイッチング電源装置１６は、出力電圧検出回路２２と、出力電流検出回路２４と、主スイッチング素子２８駆動用のパルス電圧Ｖ３６を発生するパルス発生回路２０と、ＴＸ及びＲＸ端子を接続したＩＮＦライン４４を通じて通信可能なＵＡＲＴモジュール４０と、制御信号Ｖｄを生成する制御部４２とを設けた制御回路２６を備える。制御部４２は、モード設定信号Ｖｍｏによりマスタ・モードに指定されると、出力電圧信号Ｖｏ１が電圧設定信号Ｖｔｒｍにより定まる自己目標値Ｖｒに近づくよう制御信号Ｖｄを生成する。制御部４２が、スレーブ・モードに指定されると、ＵＡＲＴモジュール４０で受信した信号により定まる調整目標値Ｖｒに近づくように制御信号Ｖｄを生成する。
【選択図】図２

Description

この発明は、並列又は直列運転が可能なスイッチング電源装置及びそれを用いた電源システムに関する。

ＤＣ−ＤＣコンバータを含むスイッチング電源装置は、一般に、主スイッチング素子のオンオフにより入力電圧を所定の出力電圧に変換して出力する電力変換回路と、主スイッチング素子のオン時間及びオフ時間を規定する制御信号を生成する制御回路と、その制御信号に基づいて主スイッチング素子を駆動するためのパルス電圧を発生するパルス発生回路とで構成されている。

複数台のスイッチング電源装置を並列運転し、共通の負荷に電力供給する電源システムを構築する場合、特定のスイッチング電源装置に負担が集中しないように、各スイッチング電源装置の出力電流を自動的にバランスさせる機能を備えたスイッチング電源装置が選択される。出力電流のバランス制御には様々な方式があるが、数百ワット以上の大電力のスイッチング電源装置の場合、各スイッチング電源装置の制御回路同士が連絡を取り合い、互いの出力電流の差が小さくなるように、各主スイッチング素子のオン時間及びオフ時間を個別調整する方式が用いられることが多い。

従来、例えば、特許文献１に開示されているように、複数台のスイッチング電源装置の制御回路同士が連絡を取り合うため、電流バランス端子同士が電流バランス線により連結され、負荷の一端が接続されるマイナス出力端子同士がマイナス出力線により連結された並列運転電源システムがある。各スイッチング電源装置の制御回路は、自己の出力電流をアナログ電圧情報に変換し、そのアナログ電圧情報を電流バランス線及びマイナス出力線を通じて交換し合い、互いの出力電流が等しくなるように主スイッチング素子をオンオフ制御する。さらに、各スイッチング電源装置の基準電圧端子同士が基準電圧バランス線により連結され、特定のスイッチング電源装置の基準電圧（アナログ電圧情報）が基準電圧バランス線及びマイナス出力線を通じて他のスイッチング電源装置に送られ、基準電圧が共通化されることによって出力電流のバランス制御を容易にする構成も開示されている。

この並列運転電源システムは、同一仕様のスイッチング電源装置を複数台用意して配線すれば、自動的に出力電流のバランス制御を行うものであり、並列台数の増減も自在に可能なものである。

また、特許文献２に開示されているように、並列運転される複数台のスイッチング電源装置（電源ブロック）と専用のホスト制御回路とを組み合わせた多並列電源装置がある。この多並列電源装置では、出力電圧の制御における比較的高い周波数帯域はスイッチング電源装置ごとに設けたローカルフィードバック経路を通じてアナログ制御を行い、比較的低い周波数帯域はホスト制御回路を通過する各電源ブロック共通のグローバルフィードバック経路を通じてデジタル制御を行う。さらに、出力電流のバランス制御は、スイッチング電源装置ごとに設けた電流フィードバック経路と上記のグローバルフィードバック経路による複合的な制御を行い、平均的な出力電流をバランスする。

この多並列電源装置は、複数台のスイッチング電源装置を連結するため配線が長くなってしまうグローバルフィードバック経路を通じて、耐ノイズ性の高いデジタル制御（出力電圧制御）と複合制御（出力電流のバランス制御）とを行い、個々のスイッチング電源装置ごとに短く配線できるローカルフィードバック経路を通じて、高速応答性に優れたアナログ制御（出力電圧制御）を行うものである。また、ホスト制御回路をマスタ電源に内蔵し、複数のスレーブ電源と組み合わせて構成した多並列電源装置も開示されている。

また、特許文献３に開示されているように、複数台のスイッチング電源装置（ＰＯＬレギュレータ）と専用のシステムコントローラとを組み合わせた電源システムがある。この電源システムに使用されるスイッチング電源装置は、制御回路等がマイクロコントローラやＤＳＰ等のデジタルプロセッサで構成され、Ｉ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）をベースとした通信システムを用いて外部のシステムコントローラとの間で双方向通信を行う。特許文献３の明細書等には記載されていないが、複数台のスイッチング電源装置の並列運転を行なう場合、システムコントローラによって各スイッチング電源装置の出力電圧や出力電流を集中管理し、各スイッチング電源装置の制御回路に対して制御の補正指令を送ることによって、出力電流をバランスさせることができると考えられる。

特開２００７−１４３２９２号公報 特開２０１０−１４２０７７号公報 ＵＳ７，０００，１２５号公報

特許文献１のスイッチング電源装置及び並列運転電源システムの場合、スイッチング電源装置の出力電流のバランス制御がアナログ制御によって行われるので、バランス制御用の回路の構成が複雑化し、部品点数が多くなる。また、電流バランス線、基準電圧バランス線及びマイナス出力線の配線がある程度長くなってしまうことが避けられないところ、各スイッチング電源装置の間の情報の交換がアナログ電圧信号を用いて行われるので、ノイズ等の影響を受けて誤動作しやすい。また、各信号を絶縁して伝達することも考えられるが、アナログ信号を高精度に伝達することを考えると、絶縁は容易ではない。

特許文献２の多並列電源装置の場合、複数台のスイッチング電源装置以外に専用のホスト制御回路を用意しなければならず、装置全体が大型化しやすい。また、マスタ電源となるスイッチング電源装置にホスト制御回路を内蔵したとしても、マスタ電源とスレーブ電源の２種類のスイッチング電源装置を用意しなければならず、在庫管理や調達などの生産管理の手間が増える。

特許文献３の電源システムの場合、Ｉ２Ｃ方式をベースとした通信システムが採用されているので、スイッチング電源装置の間を連結する通信用の信号線が少なくとも２本（同期クロック用の信号線、データ用の信号線）必要になる。さらに、信号線同士の容量結合による相互干渉等を回避するため、信号線ごとにグランド線を沿わせるように配線しなければならない。従って、特に多数台のスイッチング電源装置を用いて電源システムを構築する場合、通信用の信号線の配線が非常に煩雑になるという問題がある。Ｉ２Ｃ方式は、１対多の双方向通信を行うため、データ情報に加えスイッチング電源装置のアドレス情報も持たせなければならない。通常、アドレス情報とデータ情報が分離独立したフレームで送信され、かつフレーム内にパリティ等のエラー検出を持たないため、例えば外来ノイズ等の影響でアドレス情報にビットエラーが発生すると、正規の送信先と異なるスイッチング電源装置にデータ情報が送信されやすく、通信の信頼性が非常に低いものである。さらに、Ｉ２Ｃモジュールは、ＵＡＲＴモジュールに比べて高機能の通信モジュールであるため、比較的高価なデジタルプロセッサにしか搭載されていない。

この発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、汎用のＵＡＲＴモジュールを用いて少ない配線数で通信ができ、並列及び直列運転時のバランス制御が容易なスイッチング電源装置及びそれを用いた電源システムを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、入力端に供給される入力電圧を主スイッチング素子のスイッチング動作により直流の電圧に変換し、出力端に接続される負荷に出力電圧及び出力電流を供給する電力変換回路と、前記主スイッチング素子のオン時間及びオフ時間を規定する制御信号を生成する制御回路と、前記制御信号に基づいて前記主スイッチング素子を駆動するためのパルス電圧を発生させるパルス発生回路とを備えたスイッチング電源装置であって、
前記出力電圧又はそれに相当する電圧を検出して出力電圧信号を出力する出力電圧検出回路、及び前記出力電流又はそれに相当する電流を検出して出力電流信号を出力する出力電流検出回路が設けられ、
前記制御回路には、ハイ・インピーダンス入力であるＲＸ端子を有する受信部、及びローレベル、ハイレベル又はハイ・インピーダンスに変化可能な出力であるＴＸ端子を有する送信部で構成された通信用のＵＡＲＴモジュールと、前記出力電圧信号、前記出力電流信号、マスタ・モード又はスレーブ・モードの何れかを指定するモード設定信号、及び外部入力が可能な信号であって前記出力電圧の目標値を定める電圧設定信号を受けて、前記ＵＡＲＴモジュールによる通信の制御及び前記制御信号の生成を行う制御部とが設けられ、
前記ＵＡＲＴモジュールは、前記ＲＸ端子と前記ＴＸ端子とを互いに接続したＩＮＦライン、及び前記ＵＡＲＴモジュールのグランド電位であるＧＮＤラインを通じて外部通信が可能であり、
前記制御部は、マスタ・モードが指定された場合、自己の前記出力電圧信号が自己の前記電圧設定信号より定まる自己目標値に近づくように前記制御信号を生成し、スレーブ・モードが指定された場合、前記ＵＡＲＴモジュールの前記送信部をハイ・インピーダンスに保持し、自己の前記出力電圧信号が前記受信部で受信した信号により定まる調整目標値に近づくように前記制御信号を生成するスイッチング電源装置である。

さらに、入力側の第一発光ダイオード及び出力側の第一フォトトランジスタにより入出力が絶縁された第一フォトカプラと、入力側の第二発光ダイオード及び出力側の第二フォトトランジスタにより入出力が絶縁された第二フォトカプラとが設けられ、前記ＲＸ端子に前記第一フォトトランジスタが接続され、前記ＴＸ端子に前記第二発光ダイオードが接続され、前記第一発光ダイオードのアノードと前記第二フォトトランジスタのコレクタとが互いに接続され外部通信用の前記ＩＮＦラインとして使用され、前記第一発光ダイオードのカソードと前記第二フォトトランジスタのエミッタとが互いに接続され外部通信用の前記ＧＮＤラインとして使用される構成にしてもよい（請求項２記載の発明）。

請求項３記載の発明は、入力端に供給される入力電圧を主スイッチング素子のスイッチング動作により直流の電圧に変換し、出力端に接続される負荷に出力電圧及び出力電流を供給する電力変換回路と、前記主スイッチング素子のオン時間及びオフ時間を規定する制御信号を生成する制御回路と、前記制御信号に基づいて前記主スイッチング素子を駆動するためのパルス電圧を発生させるパルス発生回路とを備えたスイッチング電源装置であって、
前記出力電圧又はそれに相当する電圧を検出して出力電圧信号を出力する出力電圧検出回路、及び特定部品の温度を検出して温度信号を出力する温度検出回路が設けられ、
前記制御回路には、ハイ・インピーダンス入力であるＲＸ端子を有する受信部と、ローレベル、ハイレベル又はハイ・インピーダンスに変化可能な出力であるＴＸ端子を有する送信部とで構成された通信用のＵＡＲＴモジュールと、前記出力電圧信号、前記温度信号、マスタ・モード又はスレーブ・モードの何れかを指定するモード設定信号、及び外部入力が可能な信号であって前記出力電圧の目標値を定める電圧設定信号を受けて、前記ＵＡＲＴモジュールによる通信の制御及び前記制御信号の生成を行う制御部とが設けられ、
前記ＵＡＲＴモジュールは、前記ＲＸ端子と前記ＴＸ端子とを互いに接続したＩＮＦライン、及び前記ＵＡＲＴモジュールのグランド電位であるＧＮＤラインを通じて外部通信が可能であり、
前記制御部は、マスタ・モードが指定された場合、自己の前記出力電圧信号が自己の前記電圧設定信号により定まる自己目標値に近づくように前記制御信号を生成し、スレーブ・モードが指定された場合、前記ＵＡＲＴモジュールの前記送信部をハイ・インピーダンスに保持し、自己の前記出力電圧信号が前記受信部で受信した信号により定まる調整目標値に近づくように前記制御信号を生成するスイッチング電源装置である。

さらに、入力側の第一発光ダイオード及び出力側の第一フォトトランジスタにより入出力が絶縁された第一フォトカプラと、入力側の第二発光ダイオード及び出力側の第二フォトトランジスタにより入出力が絶縁された第二フォトカプラとが設けられ、
前記ＲＸ端子に前記第一フォトトランジスタが接続され、前記ＴＸ端子に前記第二発光ダイオードが接続され、
前記第一発光ダイオードのアノードと前記第二フォトトランジスタのコレクタとが互いに接続され外部通信用の前記ＩＮＦラインとして使用され、前記第一発光ダイオードのカソードと前記第二フォトトランジスタのエミッタとが互いに接続されて、外部通信用の前記ＧＮＤラインとして使用される構成にしてもよい（請求項４記載の発明）。

請求項５記載の発明は、請求項１記載の構成に加え、特定部品の温度を検出して温度信号を出力する温度検出回路が設けられ、さらに、前記制御回路に、前記出力電圧信号、前記出力電流信号、前記温度信号、前記モード設定信号、及び前記電圧設定信号を受けて、前記ＵＡＲＴモジュールによる通信の制御及び前記制御信号の生成を行う制御部が設けられているスイッチング電源装置である。

さらに、入力側の第一発光ダイオード及び出力側の第一フォトトランジスタにより入出力が絶縁された第一フォトカプラと、入力側の第二発光ダイオード及び出力側の第二フォトトランジスタにより入出力が絶縁された第二フォトカプラとが設けられ、
前記ＲＸ端子に前記第一フォトトランジスタが接続され、前記ＴＸ端子に前記第二発光ダイオードが接続され、
前記第一発光ダイオードのアノードと前記第二フォトトランジスタのコレクタとが互いに接続され外部通信用の前記ＩＮＦラインとして使用され、前記第一発光ダイオードのカソードと前記第二フォトトランジスタのエミッタとが互いに接続され外部通信用の前記ＧＮＤラインとして使用される構成でもよい（請求項６記載の発明）。

請求項７記載の発明は、請求項１記載のスイッチング電源装置を複数台使用し、前記出力端が互いに並列又は直列に接続され、共通の前記負荷に電力を供給する電源システムであって、
前記複数台のスイッチング電源装置は、前記ＩＮＦライン同士が互いに連結され、前記ＧＮＤライン同士が互いに連結され、前記ＩＮＦライン及び前記ＧＮＤラインを通じて通信が可能であり、いずれか１台の前記スイッチング電源装置が、マスタ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてマスタ電源となり、前記マスタ電源以外の前記スイッチング電源装置が、スレーブ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてスレーブ電源となり、
前記マスタ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、自己の前記電圧設定信号及び前記出力電流信号を前記ＴＸ端子から前記ＩＮＦラインを通じて前記スレーブ電源に送信し、
前記スレーブ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、前記マスタ電源が送信した前記二つの信号を前記ＲＸ端子を通じて受信し、それを認識した前記制御部が、自己の前記出力電流信号が前記マスタ電源の前記出力電流信号に近づくように前記調整目標値を定め、さらに、自己の前記出力電圧信号が当該調整目標値に近づくように前記制御信号を生成する電源システムである。

請求項８記載の発明は、請求項２記載のスイッチング電源装置を複数台使用し、前記出力端が互いに並列又は直列に接続され、共通の前記負荷に電力を供給する電源システムであって、
前記複数台のスイッチング電源装置は、前記ＩＮＦライン同士が互いに連結され、前記ＧＮＤライン同士が互いに連結され、前記ＧＮＤラインをグランド側とするプルアップ用電源が設けられ、当該ＩＮＦラインがプルアップ抵抗を介して前記プルアップ用電源にプルアップされ、前記ＩＮＦライン及び前記ＧＮＤラインを通じて通信が可能であり、いずれか１台の前記スイッチング電源装置が、マスタ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてマスタ電源となり、前記マスタ電源以外の前記スイッチング電源装置が、スレーブ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてスレーブ電源となり、
前記マスタ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、自己の前記電圧設定信号及び前記出力電流信号を前記ＴＸ端子から前記ＩＮＦラインを通じて前記スレーブ電源に送信し、
前記スレーブ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、前記マスタ電源が送信した前記二つの信号を前記ＲＸ端子を通じて受信し、それを認識した前記制御部が、自己の前記出力電流信号が前記マスタ電源の前記出力電流信号に近づくように前記調整目標値を定め、さらに、自己の前記出力電圧信号が当該調整目標値に近づくように前記制御信号を生成する電源システムである。

請求項９記載の発明は、請求項３記載のスイッチング電源装置を複数台使用し、前記出力端が互いに並列又は直列に接続され、共通の前記負荷に電力を供給する電源システムであって、
前記複数台のスイッチング電源装置は、前記ＩＮＦライン同士が互いに連結され、前記ＧＮＤライン同士が互いに連結され、前記ＩＮＦライン及び前記ＧＮＤラインを通じて通信が可能であり、いずれか１台の前記スイッチング電源装置が、マスタ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてマスタ電源となり、前記マスタ電源以外の前記スイッチング電源装置が、スレーブ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてスレーブ電源となり、
前記マスタ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、自己の前記電圧設定信号及び前記温度信号を前記ＴＸ端子から前記ＩＮＦラインを通じて前記スレーブ電源に送信し、
前記スレーブ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、前記マスタ電源が送信した前記二つの信号を前記ＲＸ端子を通じて受信し、それを認識した前記制御部が、自己の前記温度信号が前記マスタ電源の前記温度信号に近づくように前記調整目標値を定め、さらに、自己の前記出力電圧信号が当該調整目標値に近づくように前記制御信号を生成する電源システムである。

請求項１０記載の発明は、請求項４記載のスイッチング電源装置を複数台使用し、前記出力端が互いに並列又は直列に接続され、共通の前記負荷に電力を供給する電源システムであって、
前記複数台のスイッチング電源装置は、前記ＩＮＦライン同士が互いに連結され、前記ＧＮＤライン同士が互いに連結され、前記ＧＮＤラインをグランド側とするプルアップ用電源が設けられ、当該ＩＮＦラインがプルアップ抵抗を介して前記プルアップ用電源にプルアップされ、前記ＩＮＦライン及び前記ＧＮＤラインを通じて通信が可能であり、いずれか１台の前記スイッチング電源装置が、マスタ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてマスタ電源となり、前記マスタ電源以外の前記スイッチング電源装置が、スレーブ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてスレーブ電源となり、
前記マスタ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、自己の前記電圧設定信号及び前記温度信号を前記ＴＸ端子から前記ＩＮＦラインを通じて前記スレーブ電源に送信し、
前記スレーブ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、前記マスタ電源が送信した前記二つの信号を前記ＲＸ端子を通じて受信し、それを認識した前記制御部が、自己の前記温度信号が前記マスタ電源の前記温度信号に近づくように前記調整目標値を定め、さらに、自己の前記出力電圧信号が当該調整目標値に近づくように前記制御信号を生成する電源システムである。

請求項１１記載の発明は、請求項５記載のスイッチング電源装置を複数台使用し、前記出力端が互いに並列又は直列に接続され、共通の前記負荷に電力を供給する電源システムであって、
前記複数台のスイッチング電源装置は、前記ＩＮＦライン同士が互いに連結され、前記ＧＮＤライン同士が互いに連結され、前記ＩＮＦライン及び前記ＧＮＤラインを通じて通信が可能であり、いずれか１台の前記スイッチング電源装置が、マスタ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてマスタ電源となり、前記マスタ電源以外の前記スイッチング電源装置が、スレーブ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてスレーブ電源となり、
前記マスタ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、自己の前記電圧設定信号、前記出力電流信号及び前記温度信号を前記ＴＸ端子から前記ＩＮＦラインを通じて前記スレーブ電源に送信し、
前記スレーブ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、前記マスタ電源が送信した前記三つの信号を前記ＲＸ端子を通じて受信し、それを認識した前記制御部が、自己の前記出力電流信号及び前記温度信号が前記マスタ電源の前記出力電流信号及び前記温度信号に近づくように前記調整目標値を定め、さらに、自己の前記出力電圧信号が当該調整目標値に近づくように前記制御信号を生成する電源システムである。

請求項１２記載の発明は、請求項６記載のスイッチング電源装置を複数台使用し、前記出力端が互いに並列又は直列に接続され、共通の前記負荷に電力を供給する電源システムであって、
前記複数台のスイッチング電源装置は、前記ＩＮＦライン同士が互いに連結され、前記ＧＮＤライン同士が互いに連結され、前記ＧＮＤラインをグランド側とするプルアップ用電源が設けられ、当該ＩＮＦラインがプルアップ抵抗を介して前記プルアップ用電源にプルアップされ、前記ＩＮＦライン及び前記ＧＮＤラインを通じて通信が可能であり、いずれか１台の前記スイッチング電源装置が、マスタ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてマスタ電源となり、前記マスタ電源以外の前記スイッチング電源装置が、スレーブ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてスレーブ電源となり、
前記マスタ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、自己の前記電圧設定信号、前記出力電流信号及び前記温度信号を前記ＴＸ端子から前記ＩＮＦラインを通じて前記スレーブ電源に送信し、
前記スレーブ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、前記マスタ電源が送信した前記三つの信号を前記ＲＸ端子を通じて受信し、それを認識した前記制御部が、自己の前記出力電流信号及び前記温度信号が前記マスタ電源の前記出力電流信号及び前記温度信号に近づくように前記調整目標値を定め、さらに、自己の前記出力電圧信号が当該調整目標値に近づくように前記制御信号を生成する電源システムである。

請求項７又は８記載の電源システムの場合、前記マスタ電源が送信する通信フレームは、少なくとも１フレーム中に所定ビット数の通信情報が含まれるように構成され、前記通信情報は、前記電圧設定信号又は前記出力電流信号であるデータ情報と、当該データ情報が何れの信号であるかを識別するための１ビット分の識別情報とで構成され、前記データ情報が前記出力電流信号である頻度が、前記電圧設定信号である頻度よりも高くするのが好ましい（請求項１３記載の発明）。

請求項１１又は１２記載の電源システムの場合、前記マスタ電源が送信する通信フレームは、少なくとも１フレーム中に所定ビット数の通信情報が含まれるように構成され、前記通信情報は、前記電圧設定信号、前記出力電流信号又は前記温度信号であるデータ情報と、当該データ情報が何れの信号であるかを識別するための２ビット分の識別情報とで構成され、前記データ情報が前記出力電流信号である頻度は、前記電圧設定信号及び前記温度信号である頻度よりも高く、
前記スレーブ電源の前記制御部は、前記識別情報の第１ビットにより、前記データ情報が前記出力電流信号であるか否かの判断を行い、出力電流信号でないと判断した場合、さらに前記識別情報の第２ビットにより、前記データ情報が前記電圧設定信号か前記温度信号かを識別し、出力電流信号であると判断した場合、前記識別情報の第２ビットも前記データ情報を構成するビットの一部であるとみなして前記出力電流信号を認識するようにするのが好ましい（請求項１４記載の発明）。

この発明のスイッチング電源装置は、インテリジェント性の高いデジタル演算処理によってバランス制御を行うので、アナログ制御に比べて少ない部品点数でコンパクトに制御回路を構成することができる。しかも、制御回路は、通常のデジタル演算処理とＵＡＲＴ方式の通信が可能なものであればよく、安価な汎用マイクロコントローラを用いて実現することができる。また、並列又は直列運転用の外部接続端子が少なくて済むので、端子ピン又は端子台を設けるスペースを最小限に抑えることができる。

この発明の電源システムは、スイッチング電源装置を並列及び直列運転するに際し、システムコントローラ等の制御機器を別個に設けなくても、各スイッチング電源装置の出力電流や温度のバランス制御を精度よく行うことができる。しかも、スイッチング電源装置としてマスタ用とスレーブ用の２種類を用意する必要がなく、同一仕様のスイッチング電源を複数台用意し、配線するだけでよい。

また、各スイッチング電源装置の間の配線数が少なく、通信線間の容量結合による相互干渉等の問題も回避しやすい。また、通信フレームは、１フレーム中に含まれる所定ビット数の通信情報のうち、識別情報のビット数を最小限に抑えてデータ情報のビット数を増やし、特にデータ情報が出力電流信号である場合の分解能を高くすることができる。

この発明の第一実施形態の電源システムを示す回路図である。 第一実施形態の電源システムに使用されているｎ台のスイッチング電源装置の内部構成を示す回路図である。 図２で省略されている過電流保護回路の一例である。 第一実施形態の電源システムが行う通信動作を説明するタイムチャート（ａ）、通信フレームのフォーマット（ｂ）である。 この発明の第二実施形態の電源システムを示す回路図である。 第二実施形態の電源システムに使用されているｎ台のスイッチング電源装置の内部構成を示す回路図である。 図５で省略されている過熱保護回路の一例である。 第二実施形態の電源システムが行う通信動作を説明するタイムチャート（ａ）、通信フレームのフォーマット（ｂ）である。 この発明の第三実施形態の電源システムを示す回路図である。 第三実施形態の電源システムに使用されているｎ台のスイッチング電源装置の内部構成を示す回路図である。 第三実施形態の電源システムが行う通信動作を説明するタイムチャートである。 第四実施形態のスイッチング電源装置を示す回路図である。

以下、この発明のスイッチング電源装置及びそれを用いた電源システムの第一実施形態について、図１〜図４に基づいて説明する。この実施形態の電源システム１０は、図１に示すように、１つの入力電源１２から電力の供給を受け、１つの負荷１４に所定の電圧及び電流を出力するシステムであり、第一実施形態のスイッチング電源装置１６が任意の数ｎ台が使用されている。以下、説明の便宜のため、ｎ台の電源装置を１６（１），・・，１６（ｋ），・・，１６（ｎ）の符号を付して表わし、その他の関係する各構成についても符号の末尾にスイッチング電源装置の台数番号である（１），・・，（ｋ），・・，（ｎ）を付して表わす。

スイッチング電源装置１６は、図２に示すように、電力変換回路１８、パルス発生回路２０、出力電圧検出回路２２、出力電流検出回路２４及び制御回路２６を備えている。

電力変換回路１８は、入力端子＋ＩＮ（ｋ），−ＩＮ（ｋ）の間に供給された入力電圧Ｖｉを断続する主スイッチング素子２８と、その断続電圧が一次巻線に印加され二次巻線から出力するトランス３０と、トランス３０の二次巻線の交流電圧を出力電圧Ｖｏに変換する整流平滑回路３２とで構成され、出力端子＋ＯＵＴ（ｋ），−ＯＵＴ（ｋ）に接続される負荷１４に出力電圧Ｖｏ（ｋ）、出力電流Ｉｏ（ｋ）する。出力電圧Ｖｏ（ｋ）は、スイッチング素子２８がスイッチングするオン時間及びオフ時間によって決まる。電力変換回路１８として、ここではシングルエンディッドフォワード方式のコンバータを例示しているが、フライバック方式、ブリッジ方式、チョッパ方式等の異なるコンバータでもよい。

パルス発生回路２０は、三角波発生回路３４と比較器３６とで構成され、主スイッチング素子２８を駆動するためのパルス電圧Ｖ３６を発生させる。三角波発生回路３４は、ノコギリ状の電圧変化を一定の周波数で繰り返す三角波電圧Ｖ３４を発生させ、比較器３６の反転入力端子に入力する。比較器３６の非反転入力端子には、後述する制御回路２６が出力するアナログ電圧である制御信号Ｖｄ（ｋ）が入力される。比較器３６は、三角波電圧Ｖ３４の方が制御信号Ｖｄ（ｋ）よりも高い期間はパルス電圧Ｖ３６をローレベルにし、三角波電圧Ｖ３４の方が低い期間はパルス電圧Ｖ３６をハイレベルにする。従って、制御信号Ｖｄ（ｋ）が高くなると、パルス電圧Ｖ３６のハイレベルの時間が長くなって、主スイッチング素子のオン時間が長くなる。その結果、オンの時比率が高くなり、それに比例するように出力電圧Ｖｏ（ｋ）が高くなる。反対に、制御信号Ｖｄ（ｋ）が低くなると、出力電圧Ｖｏ（ｋ）が低くなる。三角波電圧Ｖ３４の周波数は、主スイッチング素子２８のスイッチング周波数となる。

出力電圧検出回路２２は、出力電圧Ｖｏ又はそれに相当する電圧を検出し、アナログ電圧である出力電圧信号Ｖｏ１を制御回路２６に向けて出力する。出力電圧信号Ｖｏ１が入力される制御回路２６は、トランス３０の一次側にグランド電位ＧＮＤ（ｋ）があるので、出力電圧検出回路２２のグランド電位も、制御回路２６のグランド電位ＧＮＤ（ｋ）と共通にすると都合がよい。従って、出力電圧検出回路２２の構成として、例えば、トランス３０に図示しない三次巻線を設け、三次巻線に発生する電圧を整流平滑することによって出力電圧Ｖｏに略比例した出力電圧信号Ｖｏ１を得る、という構成が好適である。他の方法として、整流平滑回路３２の平滑インダクタに絶縁された補助巻線を設け、補助巻線に発生する電圧を利用して出力電圧信号Ｖｏ１を得る方法も考えられる。

出力電流検出回路２４は、出力電流Ｉｏ又はそれに相当する電流を検出し、アナログ電圧に変換して制御回路２６に向けて出力する。出力電流検出回路２４のグランド電位も、出力電圧検出回路２２の場合と同様に、制御回路２６のグランド電位ＧＮＤ（ｋ）と共通にすると都合がよい。従って、出力電流検出回路２４は、主スイッチング素子２８とグランド電位ＧＮＤ（ｋ）との接続点に挿入した抵抗でスイッチング電流を電圧に変換し、そのピーク値を観測することによって出力電流Ｉｏに略比例した信号を取得する構成になっている。なお、図２では省略してあるが、スイッチング電源装置１６には、図３に示すように、比較回路３８ａ及びラッチ回路３８ｂを備えたパルス・バイ・パルス方式の過電流保護回路３８が設けられている。過電流保護回路３８は、スイッチング電流が一定値を超えた瞬間に主スイッチング素子２８を強制的にオフさせ、出力電流Ｉｏが過大になるのを制限する公知の回路である。この種の保護回路は、出力電流検出回路２４とセットにして多くのスイッチング電源装置に設けられている。従って、過電流保護用の出力電流検出回路２４があれば、新たに出力電流検出回路を設ける必要はない。

制御回路２６は、通信用のＵＡＲＴモジュール４０と、ＵＡＲＴモジュール４０を制御すると共にパルス発生回路２０に向けて制御信号Ｖｄ（ｋ）を出力する制御部４２とで構成されている。制御回路２６のグランド電位ＧＮＤ（ｋ）はマイナス入力端子−ＩＮ（ｋ）と共通電位になっており、制御部４２の多くの部分とＵＡＲＴモジュール４０が、一つのマイクロコントローラ内に設けられている。

ＵＡＲＴモジュール４０は、ＵＡＲＴ方式の通信を行うためのモジュールであり、ハイ・インピーダンスの入力であるＲＸ（ｋ）端子を有する受信部４０ａと、ローレベル、ハイレベル又はハイ・インピーダンスに変化可能な出力であるＴＸ（ｋ）端子を有する送信部４０ｂとで構成されている。ＲＸ（ｋ）端子とＴＸ（ｋ）端子は、互いに接続されて他のスイッチング電源装置１６（ｋ）と通信を行うＩＮＦライン４４となり、外部接続端子であるＩＮＦ（ｋ）端子に引き出されている。

送信部４０ｂがＴＸ（ｋ）端子から出力する通信フレームは、図４（ｂ）のようにフォーマットされ、１フレームが、Ｓｔａｒｔビット（１ｂｉｔ）、通信情報（８ｂｉｔ）、Ｐａｒｉｔｙビット（１ｂｉｔ）、Ｓｔｏｐビット（１ｂｉｔ）の合計１１ビットで構成されている。この中の通信情報（８ｂｉｔ）は、検出信号等のデータ情報（７ｂｉｔ）と、データ情報の種類を識別する識別情報（１ｂｉｔ）で構成されている。Ｐａｒｉｔｙビットは、エラーチェック用のビットである。 制御部４２は、誤差アンプ４６、基準電源４８、及び処理部５０で構成されている。誤差アンプ４６は、オペアンプの反転入力端子に出力電圧信号Ｖｏ１が入力され、非反転入力端子に基準電源４８の電圧Ｖｒ（ｋ）が入力され、その差分（誤差分）を反転増幅してアナログの電圧信号である制御信号Ｖｄ（ｋ）を発生させ、パルス発生回路２０に向けて出力する。この誤差分の反転増幅動作により、出力電圧Ｖｏについての負帰還ループが形成され、出力電圧信号Ｖｏ１（ｋ）が電圧Ｖｒ（ｋ）に一致するようにフィードバック制御が行われる。電圧Ｖｒ（ｋ）は、後述する自己目標値又は調整目標値の何れかの値である。

処理部５０は、複数のデジタル信号（モード設定信号Ｖｍｏ、電圧設定信号Ｖｔｒｍ、出力電流信号Ｉｏ１、及び、受信部４０ａで受信した信号）を受け、メモリに記録されたプログラムを実行し、所定のデジタル演算処置を行うブロックである。

モード設定信号Ｖｍｏは、外部入力端子であるＭＯ（ｋ）端子から処理部５０に入力される信号であり、処理部５０の動作モードをマスタ・モード又はスレーブ・モードの何れかに指定する信号である。ここでは、モード設定信号Ｖｍｏがハイレベルのときがマスタ・モードで、ローレベルのときがスレーブ・モードである。電圧設定信号Ｖｔｒｍは、外部入力端子であるＴＲＭ（ｋ）端子から処理部５０に入力される信号であり、負荷１４の種類に合わせて出力電圧Ｖｏの目標値を設定する信号である。出力電圧Ｖｏを切り替えるとき（例えば、３．３Ｖ設定を２．０Ｖ設定に変更するとき）は、例えば、ＴＲＭ（ｋ）端子に印加する電圧を変更し、Ａ／Ｄ変換器５２ａを介して電圧設定信号Ｖｔｒｍを変更する。出力電流信号Ｉｏ１は、出力電流検出回路２４から出力されたパルス状電圧のピーク値が、Ａ／Ｄ変換器５２ｂによってデジタル変換された信号である。ここで、電圧設定信号Ｖｔｒｍ及び出力電流信号Ｉｏ１は、検出の分解能を高くするため、十分大きなビット数（例えば１０ｂｉｔ）で構成されている。受信部４０ａで受信した信号については後述する。

処理部５０の動作は、マスタ・モードの場合とスレーブ・モードの場合とで異なる。マスタ・モードに指定された処理部５０は、ＵＡＲＴモジュール４０の送信部４０ｂに対し、自己の電圧設定信号Ｖｔｒｍ（ｋ）_１及び出力電流信号Ｉｏ１（ｋ）_１をＴＸ（ｋ）端子からＩＮＦライン４４を通じて送信するよう命令する。ここで、電圧設定信号Ｖｔｒｍ（ｋ）_１及び出力電流信号Ｉｏ１（ｋ）_１は、１０ｂｉｔの電圧設定信号Ｖｔｒｍ（ｋ）及び出力電流信号Ｉｏ１（ｋ）を７ｂｉｔに丸めた信号である。さらに、処理部５０は、電圧設定信号Ｖｔｒｍ（ｋ）より定まる自己目標値Ｖｒ（ｋ）を算出し、基準電源４８の電圧を自己目標値Ｖｒ（ｋ）に設定する。例えば、電圧設定信号Ｖｔｒｍ（ｋ）と自己目標値Ｖｒ（ｋ）との関係を一次関数で定義すれば、電圧設定信号Ｖｔｒｍ（ｋ）を１／２の電圧にすれば、自己目標値Ｖｒ（ｋ）が１／２の電圧となり、その結果、出力電圧Ｖｏ（又は出力電圧信号Ｖｏ１）を１／２の電圧にすることができる。このように、マスタ・モードに指定されると、自己目標値Ｖｒ（ｋ）を算出する際、自己の出力電流信号Ｉｏ１（ｋ）については考慮しない。

一方、スレーブ・モードに指定された処理部５０は、ＵＡＲＴモジュール４０の送信部４０ｂに対し、ＴＸ（ｋ）端子をハイ・インピーダンスに保持した状態で動作を停止するよう命令する。さらに、受信部４０ａで受信した信号により定まる調整目標値Ｖｒ（ｋ）を算出し、基準電源４８の電圧を調整目標値Ｖｒ（ｋ）に設定する。このように、スレーブ・モードに指定されると、自己の電圧設定信号Ｖｔｒｍ（ｋ）は無視されることになる。調整目標値Ｖｒ（ｋ）については、電源システム１０の動作説明の中で詳しく述べる。

電源システム１０は、上述したｎ台のスイッチング電源装置１６（１）〜１６（ｎ）で構成され、図１に示すように、±ＩＮ（１）〜±ＩＮ（ｎ）端子が個々に入力電源１２の両端に接続され、一対の±ＯＵＴ（１）〜±ＯＵＴ（ｎ）端子が共通の負荷１４に対して互いに並列に接続され、ｎ台で並列運転を行う構成になっている。

さらに、スイッチング電源装置１６（１）〜１６（ｎ）のＩＮＦ（１）〜ＩＮＦ（ｎ）端子同士が１本のＩＮＦライン４４で連結されている。各スイッチング電源装置１６のＴＸ，ＲＸ端子が外部接続端子として直接引き出されている場合は、各スイッチング電源装置１６の外でＴＸ端子とＲＸ端子を短く接続し、その接続点同士を１本のＩＮＦライン４４で連結すればよい。また、各制御回路２６（１）〜２６（ｎ）のグランド電位ＧＮＤ（１）〜ＧＮＤ（ｎ）も、−ＩＮ（１）〜−ＩＮ（ｎ）端子が連結されることによってＧＮＤライン５３が連結されている。

スイッチング電源装置１６（１）のＭＯ（１）端子は、入力電源１２と並列に設けた入力抵抗５４とツェナーダイオード５６との直列回路の中点に接続され、入力電圧Ｖｉｎが投入されるとＭＯ（１）端子がハイレベル（ツェナーダイオード５６のツェナ電圧）に保持されるようになっており、制御回路２６の処理部５０の指定がマスタ・モードになる。一方、スイッチング電源装置１６（２）〜１６（ｋ）のＭＯ（２）〜ＭＯ（ｎ）端子は、プルダウン抵抗５８を介して、グランド電位である−ＩＮ（２）〜−ＩＮ（ｎ）端子に接続され、常にローレベルに保持され、各制御回路２６の処理部５０の指定が全てスレーブ・モードになる。これにより、スイッチング電源装置１６（１）がマスタ電源１６（１）となり、他の全てのスイッチング電源装置１６（２）〜１６（ｎ）がスレーブ電源１６（２）〜１６（ｎ）となる。

マスタ電源１６（１）のＴＲＭ（１）端子は、ツェナーダイオード５６のツェナ電圧を抵抗６０と可変抵抗６２とで分圧する分圧回路の中点に接続され、所定の直流電圧が入力されている。従って、可変抵抗６２の抵抗値を可変することによって、上記の電圧設定信号Ｖｔｒｍを所定の値に設定することができる。一方、スレーブ電源１６（２）〜１６（ｎ）のＴＲＭ（２）〜ＴＲＭ（ｎ）端子は開放されている。スレーブ電源１６の場合、処理部５０が自己の電圧設定信号Ｖｔｒｍを無視するので、特に信号入力する必要はない。

次に、電源システム１０の動作を図４に基づいて説明する。ここで、図４（ａ）のタイムチャートは、ＩＮＦライン４４の電圧ロジックを「１」と「０」で表わしている。この図の「１」「０」は、各ＵＡＲＴモジュール４０の設定により逆になる場合もある。

マスタ電源１６（１）は、処理部５０（１）が自己の電圧設定信号Ｖｔｒｍ（１）より定まる自己目標値Ｖｒ（１）を算出し、基準電源４８の電圧が自己目標値Ｖｒ（１）に設定される。そして、出力電圧信号Ｖｏ１（１）が自己目標値Ｖｒ（１）に近づくように、主スイッチング素子２８のオン時間及びオフ時間が設定される。さらに、マスタ電源１６（１）は、データ情報が電圧設定信号Ｖｔｒｍ（１）_１又は出力電流信号Ｉｏ１（１）_１である通信フレームをＴＸ（１）端子からＩＮＦライン４４を通じて逐次送信し、スレーブ電源１６（２）〜１６（ｎ）がＲＸ（２）〜ＲＸ（ｎ）端子を通じて受信する。スレーブ電源１６（２）〜１６（ｎ）の各処理部５０は、図４（ｂ）に示すように、識別情報のｂ０ビットが「１」か「０」かにより、データ情報が何れの信号であるかを識別する。

スレーブ電源１６（２）の動作を説明すると、まず、処理部５０（２）で、受信した電圧設定信号Ｖｔｒｍ（１）_１を自己の電圧設定信号Ｖｔｒｍ（２）とみなし、大まかな調整目標値Ｖｒ（２）を算出する。次に、受信した出力電流信号Ｉｏ１（１）_１と自己の出力電流信号Ｉｏ１（２）とを比較考量し、出力電流信号Ｉｏ１（２）が出力電流信号Ｉｏ１（１）_１に近づくように、調整目標値Ｖｒ（２）を補正する演算を行う。例えば、Ｉｏ１（２）＜Ｉｏ１（１）_１であれば、調整目標値Ｖｒ（２）を高くする方向に補正する。そして、その補正量が規定範囲内であれば、基準電源４８の電圧が補正後の調整目標値Ｖｒ（２）に設定され、出力電圧信号Ｖｏ１（２）が調整目標値Ｖｒ（２）に近づくように主スイッチング素子２８のオン時間及びオフ時間が設定される。

調整目標値Ｖｒ（２）を算出する処理は、上記のように２つのステップにより行っている。出力電流信号Ｉｏ１（１）_１とＩｏ１（２）をバランスさせることを考えると、先のステップを省略して後のステップだけで調整目標値Ｖｒ（２）を算出することも可能であるが、先のステップを設けることによって、電源システム１０の安全性をさらに向上させることができる。例えば、スレーブ電源１６（２）の出力電流検出回路２４に故障が発生し出力電流信号Ｉｏ１（２）を検出できなくなると、補正量が異常に大きくなって、主スイッチング素子２８のオン時間が急激に長くなり、スレーブ電源１６（２）の出力電圧Ｖｏの制御が不能となって危険である。しかし、スレーブ電源１６（２）は、先のステップで算出した調整目標値Ｖｒ（２）と後のステップで補正した調整目標値Ｖｒ（２）との差（すなわち補正量）が規定範囲を超えると、何らかの異常が発生したと判断し、調整目標値Ｖｒ（２）が上昇するのを制限したり、スイッチング動作を停止させたりして、保護が働くようになっている。

他のスレーブ電源１６（３）〜１６（ｎ）の動作も、スレーブ電源１６（２）と同様である。このようにして、マスタ電源１６（１）及びスレーブ電源１６（２）〜１６（ｎ）の出力電流信号Ｉｏ１（１）〜Ｉｏ１（ｎ）が互いに歩み寄るようにバランスされる。

図４（ａ）に示すように、マスタ電源１６（１）が逐次送信するデータ情報は、出力電流信号Ｉｏ１（１）_１である頻度が電圧設定信号Ｖｔｒｍ（１）_１である頻度よりも高く、ここでは４対１に設定されている。電圧設定信号Ｖｔｒｍ（１）_１は、ＴＲＭ（１）端子の外部の可変抵抗６２によって一旦設定された後は変更されることが少ない信号であるのに対し、出力電流信号Ｉｏ１（１）_１は、上記のバランス制御により頻繁に変化する信号である。従って、出力電流信号Ｉｏ１（１）_１の頻度を高くすることによって、出力電流のバランス制御の応答性を高くすることができる。

また、図４（ｂ）に示すように、出力電流信号Ｉｏ１（１）_１は７ｂｉｔで構成されており、出力電流Ｉｏの範囲が０〜１００Ａとすれば、１００Ａ÷２^７＝０．７８Ａの分解能をもち、出力電流のバランス制御にとって十分である。一方、出力設定信号Ｖｏ１（１）_１は、同じく７ｂｉｔで構成され、出力電圧Ｖｏの設定範囲が０〜５Ｖに設定されているとすれば、５Ｖ÷２^７＝３９ｍＶの分解能となり、出力電圧の制御にとって十分とは言えない。しかし、各スレーブ電源１６（２）〜１６（ｎ）は、上記の２つのステップにより調整目標値Ｖｒ（２）〜Ｖｒ（ｎ）を定めているので、先のステップで多少の誤差分が発生したとしても、後のステップによる補正（出力電流信号Ｉｏ１（１）_１に基づく補正）によって当該誤差分がマスクされるので、問題にはならない。

以上説明したように、スイッチング電源装置１６は、インテリジェント性の高いデジタル演算処理によってバランス制御を行うので、アナログ制御に比べて少ない部品点数でコンパクトに制御回路２６を構成することができる。しかも、制御回路２６は、通常のデジタル演算処理とＵＡＲＴ方式の通信が可能なものであればよく、汎用のマイクロコントローラを用いて安価に構成することができる。また、並列運転用の外部接続端子の数が少ないので、端子ピン又は端子台を設けるスペースを最小限に抑えることができる。

また、電源システム１０は、スイッチング電源装置１６以外の制御機器（システムコントローラ等）を別個に設けなくても、各スイッチング電源装置１６の出力電流のバランス制御を精度よく行うことができる。しかも、スイッチング電源装置としてマスタ用とスレーブ用の２種類を用意する必要がなく、同一仕様のスイッチング電源１６を複数台用意し、配線するだけでよい。また、各スイッチング電源装置１６の間の配線数が少なく、通信線間の容量結合による相互干渉等の問題も回避しやすい。
さらに、スイッチング電源システム１０は、通信フレームが、図４（ｂ）のようにフォーマットされているので、信頼性の高い通信が可能である。背景技術で説明したＩ２Ｃ方式の場合、１つのデータの転送が、アドレス情報のフレーム及びデータ情報のフレームに分割して行われ、且つ、各フレーム内にＰａｒｉｔｙ等のエラー検出を持っていないので、外来ノイズ等の影響でアドレス情報にビットエラーが発生すると、正規の送信先と異なるスイッチング電源装置にデータが送信される可能性があり、通信の信頼性が非常に低いという問題があった。これに対して、スイッチング電源システム１０の場合、マスタ電源からスレーブ電源への電圧設定信号等の送信が、それぞれ１フレームの単位で行われ、且つ、各フレーム内に設けたＰａｒｉｔｙビットにより、フレームごとにビットエラーを検出する構成になっている。従って、ビットエラーが検出された場合、そのフレームのデータ情報を破棄して次回の送信を待つという制御を行うことによって、スレーブ電源が誤動作するのを確実かつ容易に防止することができる。

次に、この発明のスイッチング電源装置及びそれを用いた電源システムの第二実施形態について、図５〜図８に基づいて説明する。ここで、第一実施形態の電源システム１０及びスイッチング電源装置１６と同一の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。第二実施形態の電源システム６４は、図５に示すように、１つの入力電源１２から電力の供給を受け、１つの負荷１４に所定の電圧と電流を出力するシステムであり、第二実施形態のスイッチング電源装置６６がｎ台使用されている。

スイッチング電源装置６６は、図６に示すように、電力変換回路１８、パルス発生回路２０、出力電圧検出回路２２、出力電流検出回路２４、温度検出回路６８及び制御回路７０を備えている。図２のスイッチング電源装置１６との違いは、温度検出回路６８が新設され、さらに制御回路２６に代えて制御回路７０が設けられている点である。以下、これらの部分を中心に、スイッチング電源装置６６の構成を説明する。

温度検出回路６８は、装置内部の特定部品の温度を検出し、制御回路２６に向けて信号を出力する。特定部品は、温度ストレスに弱い回路素子や部材が選択され、例えば、高温時に故障率が著しく高くなるパワー半導体、ＩＣ、タンタルコンデンサなどが考えられ、それらの素子が実装されているプリント基板や放熱板の温度でもよい。温度検出回路６８のグランド電位も、出力電圧検出回路２２や出力電流検出回路２４の場合と同様の理由で、制御回路７０のグランド電位ＧＮＤ（ｋ）と共通になっている。温度検出回路６８は、ここでは、一端がグランド電位ＧＮＤ（ｋ）に接続された直流電源６８ａの電圧を、温度によって抵抗値が変化する温度検知用のサーミスタ６８ｂと抵抗６８ｃとで分圧して出力する構成になっている。図６では省略してあるが、スイッチング電源装置６６には、図７に示すように、比較回路７２ａ及びラッチ回路７２ｂを備えた過熱保護回路７２が設けられている。過熱保護回路７２は、主スイッチング素子２８の温度が一定値を超えると主スイッチング素子２８をオフに固定し、電力変換動作を停止させる公知の回路であり、この種の回路は温度検出６８とセットにして多くのスイッチング電源装置に設けられている。従って、過熱保護用の温度検出回路６８があれば、新たに温度検出回路を設ける必要はない。

制御回路７０は、通信用のＵＡＲＴモジュール４０と、ＵＡＲＴモジュール４０を制御すると共にパルス発生回路２０に向けて制御信号Ｖｄ（ｋ）を出力する新たな制御部７４とを備えている。制御部７４は、誤差アンプ４６、基準電源４８、及び新たな処理部７６とで構成され、誤差アンプ４６と基準電圧４８は、図２の制御回路２６のものと同じである。

処理部７６は、複数のデジタル信号（モード設定信号Ｖｍｏ、電圧設定信号Ｖｔｒｍ、出力電流信号Ｉｏ１、温度信号Ｖｔｍｐ及び、受信部４０ａで受信した信号）を受け、メモリに記録された所定のプログラムを実行し、各種の処理や演算を行うブロックである。すなわち、図２の処理部５０では取り扱っていなかった温度信号Ｖｔｍｐについても処理を行う。

モード設定信号Ｖｍｏ、電圧設定信号Ｖｔｒｍ、出力電流信号Ｉｏ１、及び受信部４０ａで受信した信号については、上記と同様である。温度信号Ｖｔｍｐは、温度検出回路６８から出力されたアナログの電圧がＡ／Ｄ変換器７８によってデジタル変換された信号である。温度信号Ｖｔｍｐも、電圧設定信号Ｖｔｒｍや出力電流信号Ｉｏ１と同様に、十分大きなビット数（例えば１０ｂｉｔ）で構成されている。

処理部７６の動作は、マスタ・モードの場合とスレーブ・モードの場合とで異なり、マスタ・モードに指定された処理部７６は、ＵＡＲＴモジュール４０の送信部４０ｂに対し、自己の電圧設定信号Ｖｔｒｍ（ｋ）_１、出力電流信号Ｉｏ１（ｋ）_１及び温度信号Ｖｔｍｐ（ｋ）_１をＴＸ（ｋ）端子からＩＮＦライン４４を通じて送信するよう命令する。ここで、電圧設定信号Ｖｔｒｍ（ｋ）_１、出力電流信号Ｉｏ１（ｋ）_１、及び温度信号Ｖｔｍｐ（ｋ）_１は、１０ｂｉｔの電圧設定信号Ｖｔｒｍ（ｋ）及び出力電流信号Ｉｏ１（ｋ）を６ｂｉｔ又は７ｂｉｔに丸めた信号である。さらに、処理部７６は、電圧設定信号Ｖｔｒｍ（ｋ）より定まる自己目標値Ｖｒ（ｋ）を算出し、基準電源４８の電圧を自己目標値Ｖｒ（ｋ）に設定する。

一方、スレーブ・モードに指定された処理部７６は、ＵＡＲＴモジュール４０の送信部４０ｂに対し、ＴＸ（ｋ）端子をハイ・インピーダンスに保持した状態で動作を停止するよう命令する。さらに、受信部４０ａで受信した信号により定まる調整目標値Ｖｒ（ｋ）を算出し、基準電源４８の電圧を調整目標値Ｖｒ（ｋ）に設定する。このように、スレーブ・モードに指定されると、自己の電圧設定信号Ｖｔｒｍ（ｋ）は無視されることになる。調整目標値Ｖｒ（ｋ）については、電源システム６４の動作説明の中で詳しく述べる。

ＵＡＲＴモジュール４０の構成は上記と同様であるが、送信部４０ｂがＴＸ（ｋ）端子から出力する通信フレームのフォーマットは、図４（ｂ）から変更されている。すなわち、図８（ｂ）に示すように、１フレームが、Ｓｔａｒｔビット（１ｂｉｔ）、通信情報（８ｂｉｔ）、Ｐａｒｉｔｙビット（１ｂｉｔ）、Ｓｔｏｐビット（１ｂｉｔ）の合計１１ビットで構成され、この中の通信情報（８ｂｉｔ）は、検出データ等のデータ情報（６ｂｉｔ）と、データ情報の種類を識別する識別情報（２ｂｉｔ）で構成されている。Ｐａｒｉｔｙビットは、エラーチェック用のビットである。

電源システム６４は、ｎ台のスイッチング電源装置６６（１）〜６６（ｎ）で構成され、図５に示すように、±ＩＮ（１）〜±ＩＮ（ｎ）端子が個々に入力電源１２の両端に接続され、一対の±ＯＵＴ（１）〜±ＯＵＴ（ｎ）端子が共通の負荷１４に対して互いに直列に接続され、ｎ台で直列運転を行う構成になっている。その他のＩＮＦ（１）〜ＩＮＦ（ｎ）端子、ＭＯ（１）〜ＭＯ（ｎ）端子及びＴＲＭ（１）〜ＴＲＭ（ｎ）端子の接続は、図１の電源システム１０と同様である。従って、電源システム６４では、スイッチング電源装置６６（１）がマスタ電源６６（１）となり、他の全てのスイッチング電源装置６６（２）〜６６（ｎ）がスレーブ電源６６（２）〜６６（ｎ）となる。

次に、電源システム１０の動作を図８に基づいて説明する。マスタ電源６６（１）は、処置部７６（１）が自己の電圧設定信号Ｖｔｒｍ（１）より定まる自己目標値Ｖｒ（１）を算出し、基準電源４８の電圧が自己目標値Ｖｒ（１）に設定される。そして、出力電圧信号Ｖｏ１（１）が自己目標値Ｖｒ（１）に近づくように主スイッチング素子２８のオン時間及びオフ時間が設定される。さらに、マスタ電源６６（１）は、データ情報が電圧設定信号Ｖｔｒｍ（１）_１、温度信号Ｖｔｍｐ（１）_１又は出力電流信号Ｉｏ１（１）_１である通信フレームをＴＸ（１）端子からＩＮＦライン４４を通じて逐次送信し、スレーブ電源６６（２）〜６６（ｎ）がＲＸ（２）〜ＲＸ（ｎ）端子を通じて受信する。スレーブ電源６６（２）〜６６（ｎ）の各処理部７６は、図８（ｂ）に示すように、識別情報の第１ビットであるｂ０ビットが「１」か「０」かにより、データ情報が出力電流信号Ｉｏ１（１）_１か否かを識別する。ここでは、識別情報のｂ０ビットが「１」のときは、データ情報が出力電流信号Ｉｏ１（１）ではないと判断し、さらに識別情報のｂ２ビットにより、データ情報が電圧設定信号Ｖｔｒｍ（１）_１か温度信号Ｖｔｍｐ（１）_１かを識別する。一方、ｂ０ビットが「０」のときは、データ情報が出力電流信号Ｉｏ１（１）_１である判断し、ｂ１ビットもデータ情報を構成するビットの一部であるとみなして出力電流情報Ｉｏ１（１）_１を認識する。

スレーブ電源６６（２）の動作を説明すると、まず、処理部７６（２）が、受信したマスタ電源６６（１）の電圧設定信号Ｖｔｒｍ（１）_１を自己の電圧設定信号Ｖｔｒｍ（２）とみなし、大まかな調整目標値Ｖｒ（２）を算出する。次に、受信した出力電流信号Ｉｏ１（１）_１と自己の出力電流信号Ｉｏ１（２）とを比較考量し、出力電流信号Ｉｏ１（２）が出力電流信号Ｉｏ１（１）_１に近づくように、調整目標値Ｖｒ（２）を補正する演算を行い、その補正量が規定範囲内であれば、その補正を有効にする。ここでは、直列運転のシステムなので、出力電流信号Ｉｏ１（１）と出力電流信号Ｉｏ１（２）との間に差が生じることがなく、補正量が実質ゼロになる。次に、受信したマスタ電源６６（１）の温度信号Ｖｔｒｍ（１）_１と自己の温度信号Ｖｔｒｍ（２）とを比較考量し、温度信号Ｖｔｍｐ（２）が温度信号Ｖｔｍｐ（１）_１に近づくように、さらに調整目標値Ｖｒ（２）を補正する演算を行う。例えば、自己の主スイッチング素子２８の温度の方が高ければ、調整目標値Ｖｒ（２）を低くする方向に補正する。そして、その補正量が規定範囲内であれば、基準電源４８の電圧が補正後の調整目標値Ｖｒ（２）に設定され、出力電圧信号Ｖｏ１（２）が調整目標値Ｖｒ（２）に近づくように主スイッチング素子２８のオン時間及びオフ時間が設定される。

調整目標値Ｖｒ（２）を算出する処理は、上記のように３つのステップにより行っている。これにより、例えば、出力電流検出回路２４や温度検出回路６８に故障が発生した場合でも、調整目標値Ｖｒ（２）が上昇するのを制限したり、スイッチング動作を停止させたりして、電源システム６４の安全性を向上させている。

他のスレーブ電源６６（３）〜６６（ｎ）の動作も、スレーブ電源６６（２）と同様である。このようにして、マスタ電源６６（１）及びスレーブ電源１６（２）〜１６（ｎ）の出力電圧Ｖｏ（２）〜Ｖｏ（ｎ）が増減し、温度信号Ｖｔｍｐ（２）〜Ｖｔｍｐ（ｎ）がマスタ電源に歩み寄るようにバランスされる。

図８（ｂ）に示すように、マスタ電源６６（１）が逐次送信するデータ情報は、温度信号Ｖｔｍｐ（１）_１が６ｂｉｔで構成されており、温度の変化幅が１００℃とすれば、１００℃÷２^６＝０．７８℃の分解能をもち、温度のバランス制御にとって十分である。一方、出力設定信号Ｖｏ１（１）_１は、同じく６ｂｉｔで構成され、出力電圧Ｖｏの設定範囲が０〜５Ｖに設定されているとすれば、５Ｖ÷２^６＝７８ｍＶの分解能となり、出力電圧の制御にとって十分とは言えない。しかし、各スレーブ電源６６（２）〜６６（ｎ）は、上記の３つのステップにより調整目標値Ｖｒ（２）〜Ｖｒ（ｎ）を定めているので、先のステップで多少の誤差分が発生しても、後のステップによる補正（温度信号Ｖｔｍｐ（１）_１に基づく補正）によって当該誤差分がマスクされるので、問題にはならない。

以上説明したように、電源システム６４は、上記電源システムス１０の作用効果に加え、スイッチング電源装置６６（１）〜６６（ｎ）内部部品の温度のバランス制御を精度よく行うことができる。例えば、狭い筺体内にｎ台のスイッチング電源装置６６が実装された場合、出力電流のバランスがとれていたとしても、他のスイッチング電源装置６６に周囲を囲まれるように実装されたスイッチング電源装置６６は、内部の特定部品の温度が高くなる。そこで、上記の温度のバランス制御を行うことによって、特定のスイッチング電源装置６６に温度ストレスが集中するのを防止し、電源システム６４全体の信頼性を向上させることができる。

また、図７の過熱保護回路７２に相当する機能ブロックを制御回路７０（マイクロコントローラ）の内部に設け、上記の温度検出信号Ｖｔｒｍを用いて過熱保護動作を行なう構成とし、過熱保護回路７２を省略することも可能である。

なお、電源システム６４は、ｎ台のスイッチング電源装置６６を直列運転のシステムなので、各出力電流Ｉｏ（１）〜Ｉｏ（ｎ）が常に一致し、出力電流のバランス制御を行う必要がない。従って、スイッチング電源装置６６の構成から電流検出回路２４、Ａ／Ｄ変換器５２ｂを省略し、さらに処理部７６において出力電流信号Ｉｏ１（ｋ），Ｉｏ１（ｋ）_１に関連した処理を行なわないスイッチング電源装置を使用してシステムを構成した場合でも、実質的に同様の作用効果を得ることができる。

また、スイッチング電源装置６６を使用して並列運転の電源システムを構成することも可能であり、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができ、出力電流バランス制御と温度バランス制御を容易に実現することができる。並列運転の電源システムの場合、マスタ電源６６（１）が逐次送信するデータ情報は、出力電流信号Ｉｏ１（１）_１である頻度が電圧設定信号Ｖｔｒｍ（１）_１’又は温度信号Ｖｔｍｐ（１）_１である頻度よりも高くなるようにすることが好ましい。例えば、マスタ電源６６（１）は、図８（ａ）に示すように、出力電流信号Ｉｏ１（１）_１、電圧設定信号Ｖｔｒｍ（１）_１、温度信号Ｖｔｍｐ（１）_１の頻度が、４対１対１に設定するとよい。電圧設定信号Ｖｔｒｍ（１）は、ＴＲＭ（１）端子の外部の可変抵抗６２によって一旦設定された後は変更されることが少ない信号であり、温度信号Ｖｔｍｐ（１）も比較的緩やかに変化する信号であるが、出力電圧信号Ｉｏ１（１）は頻繁に変化し得る信号である。従って、出力電流信号Ｉｏ１（１）_１の頻度を高くすることによって、出力電流のバランス制御の応答性を高めることができる。

次に、この発明のスイッチング電源装置及びそれを用いた電源システムの第三実施形態について、図９〜図１１に基づいて説明する。ここで、第一実施形態の電源システム１０及びスイッチング電源装置１６と同一の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。第三実施形態の電源システム８０は、図９に示すように、１つの入力電源１２から電力の供給を受け、１つの負荷１４に所定の電圧及び電流を出力するシステムであり、第三実施形態のスイッチング電源装置８２がｎ台使用されている。

スイッチング電源装置８２は、図１０に示すように、電力変換回路１８、パルス発生回路２０、出力電圧検出回路２２、出力電流検出回路２４、制御回路２６、第一及び第二のフォトカプラ８４，８６を備えている。図２のスイッチング電源装置１６との違いは、第一及び第二フォトカプラ８４，８６が設けられている点である。以下、２つのフォトカプラ８４，８６の部分を中心に、スイッチング電源装置８２の構成を説明する。

第一フォトカプラ８４は、入力側の第一発光ダイオード８４ａと出力側の第一フォトトランジスタ８４ｂとで入出力が絶縁されている。第二フォトカプラ８６も同様に、入力側の第二発光ダイオード８６ａと出力側の第二フォトトランジスタ８６ｂとで入出力が絶縁されている。

第一フォトトランジスタ８４ｂは、ＲＸ（ｋ）端子と制御回路２６のグランド電位ＧＮＤ（ｋ）との間に接続され、第二発光ダイオード８６ａは、ＴＸ（ｋ）端子とグランド電位ＧＮＤ（ｋ）との間に接続されている。また、第一発光ダイオード８４ａのアノードと第二フォトトランジスタ８６ｂのコレクタとが互いに接続されて新たなＩＮＦライン４４となり、外部接続用のＩＮＦ（ｋ）端子に引き出されている。また、第一発光ダイオード８４ａのカソードと第二フォトトランジスタ８６ｂのエミッタとが互いに接続されて新たなＧＮＤライン５３となり、新設された外部接続用のＳＧ（ｋ）端子に引き出されている。従って、スイッチング電源装置８２（ｋ）は、通信用のＩＮＦライン４４とＴＸ（ｋ），ＲＸ（ｋ）端子の間が絶縁され、かつ、通信用のＧＮＤライン５３とグランド電位ＧＮＤ（ｋ）が接続された−ＩＮ（ｋ）端子との間が絶縁されているという点に大きな特徴がある。

電源システム８０は、ｎ台のスイッチング電源装置８２（１）〜８２（ｎ）を備え、図９に示すように、±ＩＮ（１）〜±ＩＮ（ｎ）端子が個々に入力電源１２の両端に接続され、一対の±ＯＵＴ（１）〜±ＯＵＴ（ｎ）端子が共通の負荷１４に対して互いに並列に接続され、ｎ台で並列運転を行う構成になっている。さらに、入力電源１２とスイッチング電源装置８２（１）〜８２（ｎ）の±ＩＮ（１）〜±ＩＮ（ｎ）端子との間に、ラインノイズ低減用のノイズフィルタ８８（１）〜８８（ｎ）が挿入されている。ノイズフィルタ８８は、例えば、巻線が往路及び復路に配置されたコモンモードインダクタと複数のコンデンサとで構成された一般的なフィルタ回路である。

ＩＮＦ（１）〜ＩＮＦ（ｎ）端子は互いに１本のＩＮＦライン４４で連結され、ＳＧ（１）〜ＳＧ（ｎ）端子も１本のＧＮＤライン５３で連結されている。そして、ＩＮＦライン４４とＧＮＤライン５３との間にプルアップ用電源９０が設けられ、ＩＮＦライン４４がプルアップ抵抗９２を介してプルアップされている。ＭＯ（１）〜ＭＯ（ｎ）端子及びＴＲＭ（１）〜ＴＲＭ（ｎ）端子の接続は、図１の電源システム１０と同様である。従って、電源システム８０では、スイッチング電源装置８２（１）がマスタ電源８２（１）となり、他の全てのスイッチング電源装置８２（２）〜８２（ｎ）がスレーブ電源８２（２）〜８２（ｎ）となる。

次に、電源システム８０の動作について説明する。電源システム８０は、図１の電源システム１０と基本的に同様に動作し、良好な出力電流のバランス制御が行われる。異なる点は、マスタ電源８２（１）から送信された通信フレームのロジックが、ＩＮＦライン４４及びＧＮＤライン５３を通過する際に、一時的に反転するという点である。

マスタ電源８２（１）の送信部４０ｂの出力であるＴＸ（１）端子の電圧ロジックは、図１１に示すように、図４に示す変化と同じである。このＴＸ（１）端子の電圧ロジックは、第一及び第二フォトカプラ８４（１），８６（１）を通過することによって反転し、ＩＮＦライン４４の電圧ロジックがＴＸ（１）端子と逆になる。そして、ＩＮＦライン４４の電圧ロジックは、第一フォトカプラ８４（２）〜８４（ｎ）及び第二フォトカプラ８６（２）〜８６（ｎ）を通過することによって反転し、ＲＸ（２）〜ＲＸ（ｎ）端子の電圧ロジックがＴＸ（１）端子の電圧ロジックに同じになる。

スイッチング電源装置８２を使用した電源システム８０は、システムＩＮＦライン４４及びＧＮＤライン５３が他の回路から絶縁され、マスタ電源８２（１）とスレーブ電源８２（２）〜８２（ｎ）との間の通信経路にノイズフィルタ８８（１）〜８８（ｎ）が介在しなくなる。従って、インピーダンスの高いノイズフィルタ８８（１）〜８８（ｎ）を使用した場合でも、それが原因で通信障害が発生することはない。

なお、電源システム８０を構成する際、プルアップ用電源９０及びプルアップ抵抗９２をスイッチング電源装置８２と別個に設けるのが困難であれば、各スイッチング電源装置８２の内部（ＩＮＦ（ｋ）端子とＳＧ（ｋ）端子との間）に、プルアップ用電源９０及びプルアップ抵抗９２を設けておいても構わない。

次に、この発明のスイッチング電源装置の第四実施形態について、図１２に基づいて説明する。ここで、第一実施形態のスイッチング電源装置１６と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。第四実施形態のスイッチング電源装置９４は、図１２に示すように、電力変換回路１８、パルス発生回路９６、出力電圧検出回路２２、出力電流検出回路２４及び制御回路９８を備えている。図２のスイッチング電源装置１６との違いは、パルス発生回路２０に代えてパルス発生回路９６が設けられ、制御回路２６に代えて制御回路９８が設けられている点である。以下、これらの部分を中心に、スイッチング電源装置９４の構成を説明する。

パルス発生回路９６は、デジタル信号である制御信号Ｄ１（ｋ）に基づいて、主スイッチング素子２８を駆動するためのパルス電圧Ｖ９６を発生させる回路であり、例えば、クロック、カウンタ、パルス出力回路等で構成されたデジタルＰＷＭが好適である。

パルス発生回路９６は、以下の動作を行なって、周期とデューティが制御されたパルス電圧Ｖ９６を発生させる。デジタルＰＷＭのカウンタにはクロックが供給され、カウンタがクロック数をカウントする。カウンタのカウント値がゼロにリセットされると、パルス出力回路が出力するパルス電圧Ｖ９６がハイレベルになる。その後、パルス電圧Ｖ９６がハイレベルの状態でカウントが継続され、カウント値がセット値Ｄ１に達するとパルス電圧Ｖ９６がローレベルに転じ、さらにカウント値がセット値Ｄ２に達するとカウンタがリセットされ、パルス電圧Ｖ９６がハイレベルに転じる。パルス発生回路９６は、上記の動作を繰り返すことによって、ハイレベルとローレベルを繰り返すパルス電圧Ｖ９６を発生させる。従って、パルス電圧Ｖ９６の周期とデューティは、セット値Ｄ１，Ｄ２によって定めることができる。

パルス発生回路９６では、主スイッチング素子２８のスイッチング周期を一定するため、セット値Ｄ２はデフォルト設定された所定の値に固定されている。そして、後述する制御回路９８から出力された制御信号Ｄ１（ｋ）がセット値Ｄ１として入力され、その制御信号Ｄ１（ｋ）よって、パルス電圧Ｖ９６のハイレベルの時間、すなわち主スイッチング素子２８のオン時間が設定される。

制御回路９８は、通信用のＵＡＲＴモジュール４０と、ＵＡＲＴモジュール４０を制御すると共にパルス発生回路９６に向けて制御信号Ｄ１（ｋ）を出力する制御部１００を備えている。制御部１００は、図２の制御部５０、基準電源４８及び誤差アンプ４６が行うのと同様の動作を、全てデジタル演算処理で行い、デジタル信号である制御信号Ｄ１（ｋ）を出力する。この場合、出力電圧検出回路２２の出力はアナログの電圧信号なので、Ａ／Ｄ変換器１０２によってデジタル信号に変換された出力電圧信号Ｖｏ１（ｋ）を制御部１００に入力する必要がある。

以上の構成を備えたスイッチング電源装置９４は、図２のスイッチング電源装置１６と同様の機能を備え、同様の作用効果を得ることができる。また、パルス発生回路９６及び制御回路９８のほとんどの動作がデジタル演算処理で行われるので、マイクロコントローラと僅かの電子部品で構成することができる。ただし、デジタル演算処理による制御の遅れが問題になる場合は、図２のスイッチング電源装置１６のように、高速のアナログ信号処理とデジタル演算処置とを複合させたパルス発生回路２０及び制御部４２の方を選択するとよい。

なお、この発明のスイッチング電源装置及び電源システムは、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、このスイッチング電源装置は、単体でも使用することができ、ＴＲＭ端子又はＩＮＦ端子を通じて外部制御を行うことも可能である。また、電力変換回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータとＡＣ−ＤＣコンバータのどちらでもよく、入出力絶縁型か非絶縁型かも問わない。また、ブリッジ方式のように複数個の主スイッチング素子を備えている場合は、パルス発生回路に複数の出力を設け、各主スイッチング素子ごとに、対応するパルス電圧を出力する構成にすればよい。また、スイッチング周波数が固定式でも変動式でもよく、パルス幅制御、周波数制御、フェーズシフト制御などの制御の種類も問わない。

また、図１０に示すスイッチング電源装置８２において、第一フォトトランジスタ８４ｂ及び第二発光ダイオード８６ａの接続は、ＵＡＲＴモジュール４０の内部の構成に合わせて変更され得るものである。例えば、第一フォトトランジスタは、受信部４０ａの内部構成に合わせ、コレクタが図示しない直流電源（制御回路２６の駆動用の電源など）のプラス端子に接続され、エミッタがＲＸ（ｋ）端子に接続される場合がある。また、第二発光ダイオードは、送信部４０ｂの内部構成に合わせ、アノードが図示しない直流電源のプラス端子に接続され、カソードがＴＸ（ｋ）端子に接続される場合もある。このように、使用するＵＡＲＴモジュールの内部構成に合わせ、適切な接続方法を適宜選択し、複数のＵＡＲＴモジュールの間で上記と同様の通信ができるように構成する。

また、この電源システムは、並列運転、直列運転又は直並列運転のいずれも実現可能である。また、出力電流のバランス制御と温度のバランス制御の何れを行うかは、システムの形態に応じて適宜選択することができる。また、マスタ電源のＭＯ端子及びＴＲＭ端子の外部接続回路は、上記実施例の構成以外の構成に変更してもよい。例えば、ＭＯ端子を用いて制御回路のモード指定を行う構成は、図１に示す抵抗５４及びツェナーダイオード５６の構成に代えて、ＭＯ端子の接続をオープン又はショートとし、その状態を制御回路が判別することによって、マスタ又はスレーブの指定を行う構成にしてもよい。また、ＭＯ端子に印加したアナログ電圧をＡ／Ｄ変換器を介して制御回路に入力する構成とし、制御回路がその電圧値に基づいて判定を行い、マスタ又はスレーブの指定を行うようにすることも可能である。また、ＴＲＭ端子の外部接続回路は、ＴＲＭ端子に安定なアナログ電圧を印加することが可能な回路であればよく、図１に示すツェナーダイオード５６、抵抗５４，６０及び可変抵抗６２の構成に限定されるものではない。

また、図４、図８で説明した通信フレームのビットの構成は、特定のＵＡＲＴモジュールが備える総ビット数に対する割り当て方の一例であり、データ情報に求められる分解能、やＵＡＲＴモジュールの性能などに応じて変更することができる。上記の例では、通信フレームのフォーマットが、Ｓｔａｒｔビットとして１ｂｉｔ、通信情報として８ｂｉｔ、Ｐａｒｉｔｙビットとして１ｂｉｔ、Ｓｔｏｐビットとして１ｂｉｔのように構成されているが、使用するＵＡＲＴモジュールの種類によっては、通信情報として７ｂｉｔもしくは９ｂｉｔを選択しても良いし、Ｓｔｏｐビットとして、１．５ｂｉｔ、もしくは、２ｂｉｔを選択することもできる。例えば、通信情報として７ｂｉｔを選択すると、識別情報が１ｂｉｔもしくは２ｂｉｔなので、データ情報が６ｂｉｔもしくは５ｂｉｔとなる。一方、通信情報として９ｂｉｔを選択すると、識別情報が１ｂｉｔもしくは２ｂｉｔなので、データ情報が８ｂｉｔもしくは７ｂｉｔとなる。

１０，６４，８０ 電源システム
１６，６６，８２，９４ スイッチング電源装置
１８ 電力変換回路
２０，９６ パルス発生回路
２２ 出力電圧検出回路
２４ 出力電流検出回路
２６，７０，９８ 制御回路
２８ 主スイッチング素子
３２ 整流平滑回路
４０ ＵＡＲＴモジュール
４０ａ 受信部
４０ｂ 送信部
４２，７４，１００ 制御部
４４ ＩＮＦライン
５３ ＧＮＤライン
６８ 温度検出回路
８４ 第一フォトカプラ
８４ａ 第一発光ダイオード
８４ｂ 第一フォトトランジスタ
８６ 第二フォトカプラ
８６ａ 第二発光ダイオード
８６ｂ 第二フォトトランジスタ
８８ ノイズフィルタ
９０ プルアップ用電源
９２ プルアップ用抵抗

Claims (14)

1. 入力端に供給される入力電圧を主スイッチング素子のスイッチング動作により直流の電圧に変換し、出力端に接続される負荷に出力電圧及び出力電流を供給する電力変換回路と、前記主スイッチング素子のオン時間及びオフ時間を規定する制御信号を生成する制御回路と、前記制御信号に基づいて前記主スイッチング素子を駆動するためのパルス電圧を発生させるパルス発生回路とを備えたスイッチング電源装置において、
   前記出力電圧又はそれに相当する電圧を検出して出力電圧信号を出力する出力電圧検出回路、及び前記出力電流又はそれに相当する電流を検出して出力電流信号を出力する出力電流検出回路が設けられ、
   前記制御回路には、ハイ・インピーダンス入力であるＲＸ端子を有する受信部、及びローレベル、ハイレベル又はハイ・インピーダンスに変化可能な出力であるＴＸ端子を有する送信部で構成された通信用のＵＡＲＴモジュールと、
   前記出力電圧信号、前記出力電流信号、マスタ・モード又はスレーブ・モードの何れかを指定するモード設定信号、及び外部入力が可能な信号であって前記出力電圧の目標値を定める電圧設定信号を受けて、前記ＵＡＲＴモジュールによる通信の制御及び前記制御信号の生成を行う制御部とが設けられ、
   前記ＵＡＲＴモジュールは、前記ＲＸ端子と前記ＴＸ端子とを互いに接続したＩＮＦライン、及び前記ＵＡＲＴモジュールのグランド電位であるＧＮＤラインを通じて外部通信が可能であり、
   前記制御部は、マスタ・モードが指定された場合、自己の前記出力電圧信号が自己の前記電圧設定信号より定まる自己目標値に近づくように前記制御信号を生成し、スレーブ・モードが指定された場合、前記ＵＡＲＴモジュールの前記送信部をハイ・インピーダンスに保持し、自己の前記出力電圧信号が前記受信部で受信した信号により定まる調整目標値に近づくように前記制御信号を生成することを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 入力側の第一発光ダイオード及び出力側の第一フォトトランジスタにより入出力が絶縁された第一フォトカプラと、入力側の第二発光ダイオード及び出力側の第二フォトトランジスタにより入出力が絶縁された第二フォトカプラとが設けられ、
   前記ＲＸ端子に前記第一フォトトランジスタが接続され、前記ＴＸ端子に前記第二発光ダイオードが接続され、
   前記第一発光ダイオードのアノードと前記第二フォトトランジスタのコレクタとが互いに接続され外部通信用の前記ＩＮＦラインとして使用され、前記第一発光ダイオードのカソードと前記第二フォトトランジスタのエミッタとが互いに接続され外部通信用の前記ＧＮＤラインとして使用される請求項１記載のスイッチング電源装置。
3. 入力端に供給される入力電圧を主スイッチング素子のスイッチング動作により直流の電圧に変換し、出力端に接続される負荷に出力電圧及び出力電流を供給する電力変換回路と、前記主スイッチング素子のオン時間及びオフ時間を規定する制御信号を生成する制御回路と、前記制御信号に基づいて前記主スイッチング素子を駆動するためのパルス電圧を発生させるパルス発生回路とを備えたスイッチング電源装置において、
   前記出力電圧又はそれに相当する電圧を検出して出力電圧信号を出力する出力電圧検出回路、及び特定部品の温度を検出して温度信号を出力する温度検出回路が設けられ、
   前記制御回路には、ハイ・インピーダンス入力であるＲＸ端子を有する受信部と、ローレベル、ハイレベル又はハイ・インピーダンスに変化可能な出力であるＴＸ端子を有する送信部とで構成された通信用のＵＡＲＴモジュールと、
   前記出力電圧信号、前記温度信号、マスタ・モード又はスレーブ・モードの何れかを指定するモード設定信号、及び外部入力が可能な信号であって前記出力電圧の目標値を定める電圧設定信号を受けて、前記ＵＡＲＴモジュールによる通信の制御及び前記制御信号の生成を行う制御部とが設けられ、
   前記ＵＡＲＴモジュールは、前記ＲＸ端子と前記ＴＸ端子とを互いに接続したＩＮＦライン、及び前記ＵＡＲＴモジュールのグランド電位であるＧＮＤラインを通じて外部通信が可能であり、
   前記制御部は、マスタ・モードが指定された場合、自己の前記出力電圧信号が自己の前記電圧設定信号により定まる自己目標値に近づくように前記制御信号を生成し、スレーブ・モードが指定された場合、前記ＵＡＲＴモジュールの前記送信部をハイ・インピーダンスに保持し、自己の前記出力電圧信号が前記受信部で受信した信号により定まる調整目標値に近づくように前記制御信号を生成することを特徴とするスイッチング電源装置。
4. 入力側の第一発光ダイオード及び出力側の第一フォトトランジスタにより入出力が絶縁された第一フォトカプラと、入力側の第二発光ダイオード及び出力側の第二フォトトランジスタにより入出力が絶縁された第二フォトカプラとが設けられ、
   前記ＲＸ端子に前記第一フォトトランジスタが接続され、前記ＴＸ端子に前記第二発光ダイオードが接続され、
   前記第一発光ダイオードのアノードと前記第二フォトトランジスタのコレクタとが互いに接続され外部通信用の前記ＩＮＦラインとして使用され、前記第一発光ダイオードのカソードと前記第二フォトトランジスタのエミッタとが互いに接続されて、外部通信用の前記ＧＮＤラインとして使用される請求項３記載のスイッチング電源装置。
5. 特定部品の温度を検出して温度信号を出力する温度検出回路が設けられ、さらに、前記制御回路に、前記出力電圧信号、前記出力電流信号、前記温度信号、前記モード設定信号、及び前記電圧設定信号を受けて、前記ＵＡＲＴモジュールによる通信の制御及び前記制御信号の生成を行う制御部が設けられている請求項１記載のスイッチング電源装置。
6. 入力側の第一発光ダイオード及び出力側の第一フォトトランジスタにより入出力が絶縁された第一フォトカプラと、入力側の第二発光ダイオード及び出力側の第二フォトトランジスタにより入出力が絶縁された第二フォトカプラとが設けられ、
   前記ＲＸ端子に前記第一フォトトランジスタが接続され、前記ＴＸ端子に前記第二発光ダイオードが接続され、
   前記第一発光ダイオードのアノードと前記第二フォトトランジスタのコレクタとが互いに接続され外部通信用の前記ＩＮＦラインとして使用され、前記第一発光ダイオードのカソードと前記第二フォトトランジスタのエミッタとが互いに接続され外部通信用の前記ＧＮＤラインとして使用される請求項５記載のスイッチング電源装置。
7. 請求項１記載のスイッチング電源装置を複数台使用し、前記出力端が互いに並列又は直列に接続され、共通の前記負荷に電力を供給する電源システムであって、
   前記複数台のスイッチング電源装置は、前記ＩＮＦライン同士が互いに連結され、前記ＧＮＤライン同士が互いに連結され、前記ＩＮＦライン及び前記ＧＮＤラインを通じて通信が可能であり、
   いずれか１台の前記スイッチング電源装置が、マスタ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてマスタ電源となり、前記マスタ電源以外の前記スイッチング電源装置が、スレーブ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてスレーブ電源となり、
   前記マスタ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、自己の前記電圧設定信号及び前記出力電流信号を前記ＴＸ端子から前記ＩＮＦラインを通じて前記スレーブ電源に送信し、
   前記スレーブ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、前記マスタ電源が送信した前記二つの信号を前記ＲＸ端子を通じて受信し、それを認識した前記制御部が、自己の前記出力電流信号が前記マスタ電源の前記出力電流信号に近づくように前記調整目標値を定め、さらに、自己の前記出力電圧信号が当該調整目標値に近づくように前記制御信号を生成することを特徴とする電源システム。
8. 請求項２記載のスイッチング電源装置を複数台使用し、前記出力端が互いに並列又は直列に接続され、共通の前記負荷に電力を供給する電源システムであって、
   前記複数台のスイッチング電源装置は、前記ＩＮＦライン同士が互いに連結され、前記ＧＮＤライン同士が互いに連結され、前記ＧＮＤラインをグランド側とするプルアップ用電源が設けられ、当該ＩＮＦラインがプルアップ抵抗を介して前記プルアップ用電源にプルアップされ、前記ＩＮＦライン及び前記ＧＮＤラインを通じて通信が可能であり、
   いずれか１台の前記スイッチング電源装置が、マスタ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてマスタ電源となり、前記マスタ電源以外の前記スイッチング電源装置が、スレーブ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてスレーブ電源となり、
   前記マスタ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、自己の前記電圧設定信号及び前記出力電流信号を前記ＴＸ端子から前記ＩＮＦラインを通じて前記スレーブ電源に送信し、
   前記スレーブ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、前記マスタ電源が送信した前記二つの信号を前記ＲＸ端子を通じて受信し、それを認識した前記制御部が、自己の前記出力電流信号が前記マスタ電源の前記出力電流信号に近づくように前記調整目標値を定め、さらに、自己の前記出力電圧信号が当該調整目標値に近づくように前記制御信号を生成することを特徴とする電源システム。
9. 請求項３記載のスイッチング電源装置を複数台使用し、前記出力端が互いに並列又は直列に接続され、共通の前記負荷に電力を供給する電源システムであって、
   前記複数台のスイッチング電源装置は、前記ＩＮＦライン同士が互いに連結され、前記ＧＮＤライン同士が互いに連結され、前記ＩＮＦライン及び前記ＧＮＤラインを通じて通信が可能であり、
   いずれか１台の前記スイッチング電源装置が、マスタ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてマスタ電源となり、前記マスタ電源以外の前記スイッチング電源装置が、スレーブ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてスレーブ電源となり、
   前記マスタ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、自己の前記電圧設定信号及び前記温度信号を前記ＴＸ端子から前記ＩＮＦラインを通じて前記スレーブ電源に送信し、
   前記スレーブ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、前記マスタ電源が送信した前記二つの信号を前記ＲＸ端子を通じて受信し、それを認識した前記制御部が、自己の前記温度信号が前記マスタ電源の前記温度信号に近づくように前記調整目標値を定め、さらに、自己の前記出力電圧信号が当該調整目標値に近づくように前記制御信号を生成することを特徴とする電源システム。
10. 請求項４記載のスイッチング電源装置を複数台使用し、前記出力端が互いに並列又は直列に接続され、共通の前記負荷に電力を供給する電源システムであって、
    前記複数台のスイッチング電源装置は、前記ＩＮＦライン同士が互いに連結され、前記ＧＮＤライン同士が互いに連結され、前記ＧＮＤラインをグランド側とするプルアップ用電源が設けられ、当該ＩＮＦラインがプルアップ抵抗を介して前記プルアップ用電源にプルアップされ、前記ＩＮＦライン及び前記ＧＮＤラインを通じて通信が可能であり、
    いずれか１台の前記スイッチング電源装置が、マスタ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてマスタ電源となり、前記マスタ電源以外の前記スイッチング電源装置が、スレーブ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてスレーブ電源となり、
    前記マスタ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、自己の前記電圧設定信号及び前記温度信号を前記ＴＸ端子から前記ＩＮＦラインを通じて前記スレーブ電源に送信し、
    前記スレーブ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、前記マスタ電源が送信した前記二つの信号を前記ＲＸ端子を通じて受信し、それを認識した前記制御部が、自己の前記温度信号が前記マスタ電源の前記温度信号に近づくように前記調整目標値を定め、さらに、自己の前記出力電圧信号が当該調整目標値に近づくように前記制御信号を生成することを特徴とする電源システム。
11. 請求項５記載のスイッチング電源装置を複数台使用し、前記出力端が互いに並列又は直列に接続され、共通の前記負荷に電力を供給する電源システムであって、
    前記複数台のスイッチング電源装置は、前記ＩＮＦライン同士が互いに連結され、前記ＧＮＤライン同士が互いに連結され、前記ＩＮＦライン及び前記ＧＮＤラインを通じて通信が可能であり、
    いずれか１台の前記スイッチング電源装置が、マスタ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてマスタ電源となり、前記マスタ電源以外の前記スイッチング電源装置が、スレーブ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてスレーブ電源となり、
    前記マスタ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、自己の前記電圧設定信号、前記出力電流信号及び前記温度信号を前記ＴＸ端子から前記ＩＮＦラインを通じて前記スレーブ電源に送信し、
    前記スレーブ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、前記マスタ電源が送信した前記三つの信号を前記ＲＸ端子を通じて受信し、それを認識した前記制御部が、自己の前記出力電流信号及び前記温度信号が前記マスタ電源の前記出力電流信号及び前記温度信号に近づくように前記調整目標値を定め、さらに、自己の前記出力電圧信号が当該調整目標値に近づくように前記制御信号を生成することを特徴とする電源システム。
12. 請求項６記載のスイッチング電源装置を複数台使用し、前記出力端が互いに並列又は直列に接続され、共通の前記負荷に電力を供給する電源システムであって、
    前記複数台のスイッチング電源装置は、前記ＩＮＦライン同士が互いに連結され、前記ＧＮＤライン同士が互いに連結され、前記ＧＮＤラインをグランド側とするプルアップ用電源が設けられ、当該ＩＮＦラインがプルアップ抵抗を介して前記プルアップ用電源にプルアップされ、前記ＩＮＦライン及び前記ＧＮＤラインを通じて通信が可能であり、
    いずれか１台の前記スイッチング電源装置が、マスタ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてマスタ電源となり、前記マスタ電源以外の前記スイッチング電源装置が、スレーブ・モードを指定した前記モード設定信号が前記制御部に外部入力されてスレーブ電源となり、
    前記マスタ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、自己の前記電圧設定信号、前記出力電流信号及び前記温度信号を前記ＴＸ端子から前記ＩＮＦラインを通じて前記スレーブ電源に送信し、
    前記スレーブ電源は、前記ＵＡＲＴモジュールが、前記制御部の指令により、前記マスタ電源が送信した前記三つの信号を前記ＲＸ端子を通じて受信し、それを認識した前記制御部が、自己の前記出力電流信号及び前記温度信号が前記マスタ電源の前記出力電流信号及び前記温度信号に近づくように前記調整目標値を定め、さらに、自己の前記出力電圧信号が当該調整目標値に近づくように前記制御信号を生成することを特徴とする電源システム。
13. 前記マスタ電源が送信する通信フレームは、少なくとも１フレーム中に所定ビット数の通信情報が含まれるように構成され、前記通信情報は、前記電圧設定信号又は前記出力電流信号であるデータ情報と、当該データ情報が何れの信号であるかを識別するための１ビット分の識別情報とで構成され、前記データ情報が前記出力電流信号である頻度が、前記電圧設定信号である頻度よりも高い請求項７又は８記載の電源システム。
14. 前記マスタ電源が送信する通信フレームは、少なくとも１フレーム中に所定ビット数の通信情報が含まれるように構成され、前記通信情報は、前記電圧設定信号、前記出力電流信号又は前記温度信号であるデータ情報と、当該データ情報が何れの信号であるかを識別するための２ビット分の識別情報とで構成され、前記データ情報が前記出力電流信号である頻度は、前記電圧設定信号及び前記温度信号である頻度よりも高く、
    前記スレーブ電源の前記制御部は、前記識別情報の第１ビットにより、前記データ情報が前記出力電流信号であるか否かの判断を行い、出力電流信号でないと判断した場合、さらに前記識別情報の第２ビットにより、前記データ情報が前記電圧設定信号か前記温度信号かを識別し、出力電流信号であると判断した場合、前記識別情報の第２ビットも前記データ情報を構成するビットの一部であるとみなして前記出力電流信号を認識する請求項１１又は１２記載の電源システム。

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