JP2013150390A - 並列運転電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】各電源回路の出力電流のばらつきを抑制し、運転電源数に制限がなく、広い負荷電流範囲全てで高効率化を実現すると共に、冗長構成により信頼性を向上する並列運転電源装置を得る。
【解決手段】負荷300,301に電源を供給するスイッチングレギュレータ110,111,112,・・・と、複数のスイッチングレギュレータから出力される各出力電流を検出する電流検出回路120,121,122,・・・と、電流検出回路により検出される各出力電流が同一になるようにスイッチングレギュレータの各出力電圧を制御すると共に、電流検出回路により検出される出力電流がスイッチングレギュレータの効率に基づいて予め設定された負荷電流範囲から外れる場合に、電流検出回路により検出される出力電流が負荷電流範囲に入るように、スイッチングレギュレータの運転電源数を増減する制御回路140とを備えた。
【選択図】図1
【解決手段】負荷300,301に電源を供給するスイッチングレギュレータ110,111,112,・・・と、複数のスイッチングレギュレータから出力される各出力電流を検出する電流検出回路120,121,122,・・・と、電流検出回路により検出される各出力電流が同一になるようにスイッチングレギュレータの各出力電圧を制御すると共に、電流検出回路により検出される出力電流がスイッチングレギュレータの効率に基づいて予め設定された負荷電流範囲から外れる場合に、電流検出回路により検出される出力電流が負荷電流範囲に入るように、スイッチングレギュレータの運転電源数を増減する制御回路140とを備えた。
【選択図】図1
Description
本発明は、例えば、サブラック式電子装置等の負荷変動が大きい装置に対して適用され、複数の電源回路により高効率に大電流を給電する並列運転電源装置に関する。
従来の並列運転電源装置は、複数の電源回路を用いることにより、大きな出力が得られることから、電流不足を補う目的や、一部の電源回路に故障が発生しても、電力供給に支障のない冗長構成として、信頼性向上を目的として用いられてきた。
また、従来の使用目的とは異なるが、並列運転を用いた電圧変換効率の改善手法として、リニアレギュレータとスイッチングレギュレータを並列構成とし、低負荷時には、リニアレギュレータを選択し、高負荷時には、スイッチングレギュレータを選択することにより、低負荷時の効率改善を図ったものがある(例えば、下記特許文献1参照)。
さらに、必要出力定格を複数のスイッチングレギュレータで分割して供給し、低負荷時には、1台のみ起動し、高負荷時には、複数台起動することにより、1台のみで供給する場合と比較して、低負荷時の効率改善を図ったものがある(例えば、下記特許文献2参照)。
従来の並列運転電源装置は、以下のような課題がある。
各電源回路の出力電圧のばらつきと、その出力電圧のばらつきに伴う出力電流のばらつきに対応できない。
よって、大電流を複数の電源回路から給電する場合に、出力電流定格を超える電源回路が発生する懸念があることから、電源回路の並列構成数に制限が発生し、大電流時に複数の電源回路より高効率に電流供給することが困難になる。
各電源回路の出力電圧のばらつきと、その出力電圧のばらつきに伴う出力電流のばらつきに対応できない。
よって、大電流を複数の電源回路から給電する場合に、出力電流定格を超える電源回路が発生する懸念があることから、電源回路の並列構成数に制限が発生し、大電流時に複数の電源回路より高効率に電流供給することが困難になる。
また、サブラック式電子装置等、機能ユニットの挿入枚数により負荷が大きく変動し、電流供給量が広範囲となる場合に、上記のとおり、並列構成数に制限が発生し、また、各電源回路の出力電流にばらつきがあると、各電源回路を広い負荷電流範囲全てで高効率化を実現することは困難になる。
さらに、小電流時に高効率化となる構成を適用しているため、高出力対応の他、冗長構成が適用できない。
本発明は、上記のような課題を解消するためになされたものであり、各電源回路の出力電流のばらつきを抑制し、運転電源数に制限がなく、広い負荷電流範囲全てで高効率化を実現すると共に、冗長構成により信頼性を向上する並列運転電源装置を得ることを目的とする。
本発明の並列運転電源装置は、負荷に電源を供給する複数の電源回路と、複数の電源回路から出力される各出力電流を検出する電流検出回路と、電流検出回路により検出される各出力電流が同一になるように電源回路の各出力電圧を制御すると共に、電流検出回路により検出される出力電流が電源回路の効率に基づいて予め設定された出力電流範囲から外れる場合に、電流検出回路により検出される出力電流が出力電流範囲に入るように、電源回路の運転電源数を増減する制御回路とを備えたものである。
本発明によれば、電流検出回路により検出される各出力電流が同一になるように電源回路の各出力電圧を制御するので、各電源回路の出力電流のばらつきを抑制することができる。
よって、複数の電源回路により大電流を給電する場合でも、出力電流定格を超える電源回路がないことから、運転電源数に制限がなく、複数の電源回路により高効率に大電流を給電することができる。
また、複数の電源回路の各出力電流が、電源回路の効率に基づいて予め設定された出力電流範囲に入るように制御されるので、給電対象が大きく変動する負荷であっても、広い負荷電流範囲全てで高効率化を実現することができる。
さらに、複数の電源回路の並列実装電源総数を増やすことにより、予備電源として多くの数を割り当てることが可能になるため、冗長構成により信頼性を向上させることができる効果がある。
よって、複数の電源回路により大電流を給電する場合でも、出力電流定格を超える電源回路がないことから、運転電源数に制限がなく、複数の電源回路により高効率に大電流を給電することができる。
また、複数の電源回路の各出力電流が、電源回路の効率に基づいて予め設定された出力電流範囲に入るように制御されるので、給電対象が大きく変動する負荷であっても、広い負荷電流範囲全てで高効率化を実現することができる。
さらに、複数の電源回路の並列実装電源総数を増やすことにより、予備電源として多くの数を割り当てることが可能になるため、冗長構成により信頼性を向上させることができる効果がある。
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1による並列運転電源装置を示す全体構成図である。
図において、電源ユニット(並列運転電源装置)100は、主電源200に接続されると共に、負荷300,301,・・・に接続される。
図1は本発明の実施の形態1による並列運転電源装置を示す全体構成図である。
図において、電源ユニット(並列運転電源装置)100は、主電源200に接続されると共に、負荷300,301,・・・に接続される。
電源ユニット100において、スイッチングレギュレータ(電源回路)110,111,112,・・・は、負荷300,301,・・・に電源を供給する。
なお、スイッチングレギュレータにおいて、ENは、パワーオン端子、TRIMは、出力電圧調整端子である。
電流検出回路120,121,122,・・・は、スイッチングレギュレータから出力される各出力電流を検出し、出力電流検出信号150,151,152,・・・を生成する。
逆流防止用ダイオード130,131,132,・・・は、電流検出回路の後段に接続され、その後、合成されて、出力端子より負荷300,301,・・・に接続される。
なお、スイッチングレギュレータにおいて、ENは、パワーオン端子、TRIMは、出力電圧調整端子である。
電流検出回路120,121,122,・・・は、スイッチングレギュレータから出力される各出力電流を検出し、出力電流検出信号150,151,152,・・・を生成する。
逆流防止用ダイオード130,131,132,・・・は、電流検出回路の後段に接続され、その後、合成されて、出力端子より負荷300,301,・・・に接続される。
制御回路140は、各電流検出回路により生成される出力電流検出信号150,151,152,・・・が同一になるように、スイッチングレギュレータの各出力電圧を調整する出力電圧調整信号170,171,172,・・・を出力する。
また、制御回路140は、電源ユニット100の電源投入時、あるいは各電流検出回路により生成される出力電流検出信号150,151,152,・・・が、スイッチングレギュレータの負荷電流−効率特性に基づいて設定された負荷電流範囲から外れる場合に、負荷電流範囲に入るようにスイッチングレギュレータをオンまたはオフし、運転電源数を増減するパワーオン信号160,161,162,・・・を出力する。
また、制御回路140は、電源ユニット100の電源投入時、あるいは各電流検出回路により生成される出力電流検出信号150,151,152,・・・が、スイッチングレギュレータの負荷電流−効率特性に基づいて設定された負荷電流範囲から外れる場合に、負荷電流範囲に入るようにスイッチングレギュレータをオンまたはオフし、運転電源数を増減するパワーオン信号160,161,162,・・・を出力する。
次に動作について説明する。
(1)出力電流のばらつき抑制工程
電源ユニット100の電源投入時には、全てのスイッチングレギュレータ110,111,112,・・・を起動させ、初期状態での各出力電流を出力電流検出回路120,121,122,・・・により検出する。
制御回路140では、各電流検出回路により生成される出力電流検出信号150,151,152,・・・に基づいて、全ての出力電流の平均値を算出する。
(1)出力電流のばらつき抑制工程
電源ユニット100の電源投入時には、全てのスイッチングレギュレータ110,111,112,・・・を起動させ、初期状態での各出力電流を出力電流検出回路120,121,122,・・・により検出する。
制御回路140では、各電流検出回路により生成される出力電流検出信号150,151,152,・・・に基づいて、全ての出力電流の平均値を算出する。
また、算出された出力電流の平均値と、各スイッチングレギュレータの出力電流との差分が、ばらつきに相当するものであるから、この差分が無くなるように、出力電圧調整信号を調整する。
すなわち、各スイッチングレギュレータの出力電流検出信号150,151,152,・・・をモニタしながら、平均値より高い電流を出力している場合は、出力電圧が低下するように、平均値より低い電流を出力している場合は、出力電圧が上昇するように、出力電圧調整信号170,171,172,・・・を変化させ、各スイッチングレギュレータ110,111,112,・・・の出力電流のばらつきを抑制する。
すなわち、各スイッチングレギュレータの出力電流検出信号150,151,152,・・・をモニタしながら、平均値より高い電流を出力している場合は、出力電圧が低下するように、平均値より低い電流を出力している場合は、出力電圧が上昇するように、出力電圧調整信号170,171,172,・・・を変化させ、各スイッチングレギュレータ110,111,112,・・・の出力電流のばらつきを抑制する。
(2)運転電源数の調整工程
各スイッチングレギュレータの出力電流のばらつきを抑制した後、スイッチングレギュレータ110,111,112,・・・を1台ずつパワーオフしてゆき、運転電源数を調整することにより、各スイッチングレギュレータの1台当たりにかかる負荷電流を調整する。
各スイッチングレギュレータの出力電流のばらつきを抑制した後、スイッチングレギュレータ110,111,112,・・・を1台ずつパワーオフしてゆき、運転電源数を調整することにより、各スイッチングレギュレータの1台当たりにかかる負荷電流を調整する。
ここで、一般的なスイッチングレギュレータの負荷電流に対する効率特性について説明する。
図2は1台接続のスイッチングレギュレータの負荷電流−効率特性を示す特性図である。
図2に示すように、効率特性Aは、低負荷時では、定常的な消費電力により低下し、高負荷時では、コイルおよびFETの抵抗成分に、動作電流値の2乗分が積算された値が消費電力として発生することにより低下する。
そのため、スイッチングレギュレータの動作周波数や周辺回路(コイル、FET)の選択により、負荷電流に対する効率特性を、軽負荷重視または重負荷重視といった調整が可能ではあるが、最も高効率となる負荷電流範囲(出力電流範囲)は、図2中に示すように、I1〜I2といった中間領域となる。
図2は1台接続のスイッチングレギュレータの負荷電流−効率特性を示す特性図である。
図2に示すように、効率特性Aは、低負荷時では、定常的な消費電力により低下し、高負荷時では、コイルおよびFETの抵抗成分に、動作電流値の2乗分が積算された値が消費電力として発生することにより低下する。
そのため、スイッチングレギュレータの動作周波数や周辺回路(コイル、FET)の選択により、負荷電流に対する効率特性を、軽負荷重視または重負荷重視といった調整が可能ではあるが、最も高効率となる負荷電流範囲(出力電流範囲)は、図2中に示すように、I1〜I2といった中間領域となる。
そこで、各スイッチングレギュレータの負荷電流が高効率な負荷電流範囲になる負荷調整方法を具体的に説明する。
並列電源使用可能総数、すなわち、電源ユニット100に設けられているスイッチングレギュレータ110,111,112,・・・の数をN、そのうちの運転電源数をn、電流検出回路120,121,122,・・・により検出される総出力電流をItotal、図2に示した負荷電流−効率特性に基づいて、高効率となる負荷電流範囲であると認められる下限をI1、上限をI2と設定する。
並列電源使用可能総数、すなわち、電源ユニット100に設けられているスイッチングレギュレータ110,111,112,・・・の数をN、そのうちの運転電源数をn、電流検出回路120,121,122,・・・により検出される総出力電流をItotal、図2に示した負荷電流−効率特性に基づいて、高効率となる負荷電流範囲であると認められる下限をI1、上限をI2と設定する。
上記のように設定した場合において、総出力電流Itotalを運転電源数nに1加えたn+1により割った値と、総出力電流Itotalを運転電源数nにより割った値と、総出力電流Itotalを運転電源数nに1減じたn−1により割った値とを算出し、算出された3つの値を比較して、最も高効率となる負荷電流範囲I1〜I2の中心値(出力電流目標値)=(I1+I2)/2に、一番近い値となる運転電源数を適用する。但し、nが1の場合は、n−1は無効、nが上限Nに達している場合はn+1は無効とする。
以下、さらに、具体的に説明する。
(21)説明を簡単にするために、図1に示したように、並列電源使用可能総数Nを、3台のスイッチングレギュレータ110,111,112のN=3とし、そのうちの運転電源数をn=3とした場合を例に説明する。なお、N−nは、運転停止中、すなわち、予備電源に相当するスイッチングレギュレータの台数である。
まず、スイッチングレギュレータ110,111,112の検出される各出力電流から総出力電流Itotalを算出する。
次に、Itotal/3と、Itotal/2を算出する。
なお、Itotal/4は、n=3が上限N=3に達しているので、n+1は無効なので算出しない。
ここで、
Itotal/3の方がItotal/2よりも(I1+I2)/2に近いとき、そのまま、運転電源数n=3台により並列運転する。
Itotal/3よりもItotal/2の方が(I1+I2)/2に近いとき、運転電源数n=2台にする。例えば、出力電圧調整信号172により、スイッチングレギュレータ112をパワーオフする。
(21)説明を簡単にするために、図1に示したように、並列電源使用可能総数Nを、3台のスイッチングレギュレータ110,111,112のN=3とし、そのうちの運転電源数をn=3とした場合を例に説明する。なお、N−nは、運転停止中、すなわち、予備電源に相当するスイッチングレギュレータの台数である。
まず、スイッチングレギュレータ110,111,112の検出される各出力電流から総出力電流Itotalを算出する。
次に、Itotal/3と、Itotal/2を算出する。
なお、Itotal/4は、n=3が上限N=3に達しているので、n+1は無効なので算出しない。
ここで、
Itotal/3の方がItotal/2よりも(I1+I2)/2に近いとき、そのまま、運転電源数n=3台により並列運転する。
Itotal/3よりもItotal/2の方が(I1+I2)/2に近いとき、運転電源数n=2台にする。例えば、出力電圧調整信号172により、スイッチングレギュレータ112をパワーオフする。
(22)スイッチングレギュレータ112のパワーオフにより、運転電源数がn=2になった場合、
まず、スイッチングレギュレータ110,111の検出される各出力電流から総出力電流Itotalを算出する。
次に、Itotal/3と、Itotal/2と、Itotal/1を算出する。
ここで、
Itotal/3と、Itotal/2と、Itotal/1とを比較し、
Itotal/3が最も(I1+I2)/2に近いとき、運転電源数n=3台にする。例えば、出力電圧調整信号172により、スイッチングレギュレータ112をパワーオンする。
なお、スイッチングレギュレータ112をパワーオンして、運転電源数n=3台にした結果、上記(21)の工程において、Itotal/3よりもItotal/2の方が(I1+I2)/2に近いと判定された場合、運転電源数n=3台と運転電源数n=2台とで無限に処理しないように、(21)の工程におけるItotal/3と、(22)の工程におけるItotal/2とで、(I1+I2)/2に近い方の運転電源数を選択する。
Itotal/2が最も(I1+I2)/2に近いとき、そのまま、運転電源数n=2台により並列運転する。
Itotal/1が最も(I1+I2)/2に近いとき、運転電源数n=1台にする。例えば、出力電圧調整信号171により、スイッチングレギュレータ111をパワーオフする。
まず、スイッチングレギュレータ110,111の検出される各出力電流から総出力電流Itotalを算出する。
次に、Itotal/3と、Itotal/2と、Itotal/1を算出する。
ここで、
Itotal/3と、Itotal/2と、Itotal/1とを比較し、
Itotal/3が最も(I1+I2)/2に近いとき、運転電源数n=3台にする。例えば、出力電圧調整信号172により、スイッチングレギュレータ112をパワーオンする。
なお、スイッチングレギュレータ112をパワーオンして、運転電源数n=3台にした結果、上記(21)の工程において、Itotal/3よりもItotal/2の方が(I1+I2)/2に近いと判定された場合、運転電源数n=3台と運転電源数n=2台とで無限に処理しないように、(21)の工程におけるItotal/3と、(22)の工程におけるItotal/2とで、(I1+I2)/2に近い方の運転電源数を選択する。
Itotal/2が最も(I1+I2)/2に近いとき、そのまま、運転電源数n=2台により並列運転する。
Itotal/1が最も(I1+I2)/2に近いとき、運転電源数n=1台にする。例えば、出力電圧調整信号171により、スイッチングレギュレータ111をパワーオフする。
(23)スイッチングレギュレータ111のパワーオフにより、運転電源数がn=1になった場合、
まず、スイッチングレギュレータ110の検出される出力電流を総出力電流Itotalを算出する。
次に、Itotal/2と、Itotal/1を算出する。
なお、nが1の場合は、n−1は無効なので算出しない。
ここで、
Itotal/2の方がItotal/1よりも(I1+I2)/2に近いとき、運転電源数n=2台にする。例えば、出力電圧調整信号171により、スイッチングレギュレータ111をパワーオンする。
なお、スイッチングレギュレータ111をパワーオンして、運転電源数n=2台にした結果、上記(22)の工程において、Itotal/2よりもItotal/1の方が(I1+I2)/2に近いと判定された場合、運転電源数n=2台と運転電源数n=1台とで無限に処理しないように、(21)の工程におけるItotal/2と、(22)の工程におけるItotal/1とで、(I1+I2)/2に近い方の運転電源数を選択する。
Itotal/1が最も(I1+I2)/2に近いとき、そのまま、運転電源数n=1台により並列運転する。
まず、スイッチングレギュレータ110の検出される出力電流を総出力電流Itotalを算出する。
次に、Itotal/2と、Itotal/1を算出する。
なお、nが1の場合は、n−1は無効なので算出しない。
ここで、
Itotal/2の方がItotal/1よりも(I1+I2)/2に近いとき、運転電源数n=2台にする。例えば、出力電圧調整信号171により、スイッチングレギュレータ111をパワーオンする。
なお、スイッチングレギュレータ111をパワーオンして、運転電源数n=2台にした結果、上記(22)の工程において、Itotal/2よりもItotal/1の方が(I1+I2)/2に近いと判定された場合、運転電源数n=2台と運転電源数n=1台とで無限に処理しないように、(21)の工程におけるItotal/2と、(22)の工程におけるItotal/1とで、(I1+I2)/2に近い方の運転電源数を選択する。
Itotal/1が最も(I1+I2)/2に近いとき、そのまま、運転電源数n=1台により並列運転する。
上記(21)〜上記(23)の運転電源数の調整工程を行い、Itotal/nが(I1+I2)/2に最も近くなるまで、運転電源数を増減する。
なお、上記のように、電源ユニット100の電源投入後に、制御回路140により、運転電源数を増減することによって、1台当たりのスイッチングレギュレータの負荷電流が、最も高効率となる負荷電流範囲I1〜I2の中心値に近付くように調整したが、その後、出力電流検出信号150,151,152,・・・が、負荷電流範囲I1〜I2から外れる場合に、制御回路140により、上記(21)〜上記(23)の運転電源数の調整工程を行い、出力電流検出信号150,151,152,・・・が、負荷電流範囲I1〜I2に入るように調整する。
このように、最も高効率となる負荷電流範囲I1〜I2を設定し、出力電流検出信号150,151,152,・・・が、その負荷電流範囲I1〜I2から外れるタイミングで運転電源数の調整工程を行うことにより、供給する電源系統そのものを切り替えず、負荷状況に応じて運転電源数を1台ずつ増減させるため、切換時のタイミング考慮は不要となる。
図3は並列実装電源総数N=3にて得られるスイッチングレギュレータの負荷電流−効率特性を示す特性図である。
図からも明らかなとおり、N=3のときの効率特性Bは、N=1のときの効率特性Aと比較して、高負荷時での効率特性が改善でき、また、上限I2をスイッチングレギュレータの1台分の最大定格Imaxとした場合、冗長数2が確保可能となる。
図からも明らかなとおり、N=3のときの効率特性Bは、N=1のときの効率特性Aと比較して、高負荷時での効率特性が改善でき、また、上限I2をスイッチングレギュレータの1台分の最大定格Imaxとした場合、冗長数2が確保可能となる。
上記具体例では、並列実装電源総数を3台として説明したが、当然本提案の並列運転電源装置では、並列実装電源総数を増やすことにより、高効率となる負荷電流範囲を拡張させ、予備電源数も多く割り当てることが可能となるため、冗長数を確保することが可能となる。
以上のように、本実施の形態1によれば、電流検出回路により検出される各出力電流が同一になるように、スイッチングレギュレータの各出力電圧を制御するので、各スイッチングレギュレータの出力電流のばらつきを抑制することができる。
よって、複数のスイッチングレギュレータにより大電流を給電する場合でも、出力電流定格を超えるスイッチングレギュレータがないことから、運転電源数に制限がなく、複数のスイッチングレギュレータにより高効率に大電流を給電することができる。
また、複数のスイッチングレギュレータの各出力電流が、スイッチングレギュレータの負荷電流−効率特性に基づいて設定された負荷電流範囲に入るように制御されるので、給電対象が大きく変動する負荷であっても、広い負荷電流範囲全てで高効率化を実現することができる。
さらに、複数のスイッチングレギュレータ110,111,112,・・・の並列実装電源総数を増やすことにより、予備電源として多くの数を割り当てることが可能になるため、冗長構成により信頼性を向上させることができる。
よって、複数のスイッチングレギュレータにより大電流を給電する場合でも、出力電流定格を超えるスイッチングレギュレータがないことから、運転電源数に制限がなく、複数のスイッチングレギュレータにより高効率に大電流を給電することができる。
また、複数のスイッチングレギュレータの各出力電流が、スイッチングレギュレータの負荷電流−効率特性に基づいて設定された負荷電流範囲に入るように制御されるので、給電対象が大きく変動する負荷であっても、広い負荷電流範囲全てで高効率化を実現することができる。
さらに、複数のスイッチングレギュレータ110,111,112,・・・の並列実装電源総数を増やすことにより、予備電源として多くの数を割り当てることが可能になるため、冗長構成により信頼性を向上させることができる。
実施の形態2.
上記実施の形態1では、各電源回路の出力電流のばらつきを、その原因となる出力電圧を制御することにより抑制したが、並列運転電源装置に適用する並列実装電源総数が多く、予め冗長数を多く確保する構成であれば、検出される出力電流のばらつきの小さいものを選択することにより、各電源回路の出力電流のばらつきを抑制するようにしても良い。
上記実施の形態1では、各電源回路の出力電流のばらつきを、その原因となる出力電圧を制御することにより抑制したが、並列運転電源装置に適用する並列実装電源総数が多く、予め冗長数を多く確保する構成であれば、検出される出力電流のばらつきの小さいものを選択することにより、各電源回路の出力電流のばらつきを抑制するようにしても良い。
図4は本発明の実施の形態2による並列運転電源装置を示す全体構成図である。
図において、スイッチングレギュレータ(電源回路)180,181,182,・・・は、図1に示したスイッチングレギュレータ110,111,112,・・・に比較して、出力電圧調整機能、および出力電圧調整端子TRIMが設けられていない。
図において、スイッチングレギュレータ(電源回路)180,181,182,・・・は、図1に示したスイッチングレギュレータ110,111,112,・・・に比較して、出力電圧調整機能、および出力電圧調整端子TRIMが設けられていない。
制御回路141は、図1に示した制御回路140に比較して、電流検出回路120,121,122,・・・により生成される出力電流検出信号150,151,152,・・・が同一になるように、スイッチングレギュレータの各出力電圧を調整する出力電圧調整信号170,171,172,・・・を出力する機能が設けられていない。
代わりに、電流検出回路により生成される出力電流検出信号150,151,152,・・・に応じて、出力電流の小さい順に各スイッチングレギュレータを優先順位付けする。
制御回路141は、電源ユニット100の電源投入時、あるいは電流検出回路により生成される出力電流検出信号150,151,152,・・・が、スイッチングレギュレータの負荷電流範囲から外れる場合に、負荷電流範囲に入るようにスイッチングレギュレータをオンまたはオフし、運転電源数を増減することになるが、このとき、出力電流の小さい順の優先順位に基づいてスイッチングレギュレータをオンまたはオフする。
その他の構成については、図1と同様である。
代わりに、電流検出回路により生成される出力電流検出信号150,151,152,・・・に応じて、出力電流の小さい順に各スイッチングレギュレータを優先順位付けする。
制御回路141は、電源ユニット100の電源投入時、あるいは電流検出回路により生成される出力電流検出信号150,151,152,・・・が、スイッチングレギュレータの負荷電流範囲から外れる場合に、負荷電流範囲に入るようにスイッチングレギュレータをオンまたはオフし、運転電源数を増減することになるが、このとき、出力電流の小さい順の優先順位に基づいてスイッチングレギュレータをオンまたはオフする。
その他の構成については、図1と同様である。
次に動作について説明する。
(1a)スイッチングレギュレータの優先順位付け工程
電源ユニット100の電源投入時には、全てのスイッチングレギュレータ180,181,182,・・・を起動させ、初期状態での各出力電流を出力電流検出回路120,121,122,・・・により検出する。
制御回路141では、各電流検出回路により生成される出力電流検出信号150,151,152,・・・に基づいて、出力電流の小さい順に各スイッチングレギュレータを優先順位付けし、記憶する。
(1a)スイッチングレギュレータの優先順位付け工程
電源ユニット100の電源投入時には、全てのスイッチングレギュレータ180,181,182,・・・を起動させ、初期状態での各出力電流を出力電流検出回路120,121,122,・・・により検出する。
制御回路141では、各電流検出回路により生成される出力電流検出信号150,151,152,・・・に基づいて、出力電流の小さい順に各スイッチングレギュレータを優先順位付けし、記憶する。
その後、上記実施の形態1の(2)運転電源数の調整工程で説明したように、電源ユニット100の電源投入時、あるいは電流検出回路により生成される出力電流検出信号150,151,152,・・・が、スイッチングレギュレータの負荷電流範囲から外れる場合に、負荷電流範囲に入るようにスイッチングレギュレータをオンまたはオフし、運転電源数を増減するパワーオン信号を出力することになるが、このとき、出力電流の小さい順の優先順位に基づいてスイッチングレギュレータをオンまたはオフする。
これをより具体的に説明すると、スイッチングレギュレータ180,181,182,・・・をオフするときは、現運転電源のうちの最も出力電流の小さいスイッチングレギュレータを優先してオフする。
また、スイッチングレギュレータ180,181,182,・・・をオンするときは、電源停止中の予備電源のうちの最も出力電流の大きいスイッチングレギュレータを優先してオンする。
また、スイッチングレギュレータ180,181,182,・・・をオンするときは、電源停止中の予備電源のうちの最も出力電流の大きいスイッチングレギュレータを優先してオンする。
以上のように、本実施の形態2によれば、電流検出回路により検出される出力電流の小さい順にスイッチングレギュレータを優先順位付けし、スイッチングレギュレータの運転電源数の増減を優先順位に基づいて制御するので、各スイッチングレギュレータの出力電流のばらつきを抑制することができる。
よって、複数のスイッチングレギュレータにより大電流を給電する場合でも、出力電流定格を超えるスイッチングレギュレータがないことから、運転電源数に制限がなく、複数のスイッチングレギュレータにより高効率に大電流を給電することができる。
また、複数のスイッチングレギュレータの各出力電流が、スイッチングレギュレータの負荷電流−効率特性に基づいて設定された負荷電流範囲に入るように制御されるので、給電対象が大きく変動する負荷であっても、広い負荷電流範囲全てで高効率化を実現することができる。
さらに、複数のスイッチングレギュレータ180,181,182,・・・の並列実装電源総数を増やすことにより、予備電源として多くの数を割り当てることが可能になるため、冗長構成により信頼性を向上させることができる。
さらに、スイッチングレギュレータ180,181,182,・・・に、出力電圧調整機能、および出力電圧調整端子TRIMを設ける必要が無く、また、制御回路141に、出力電圧調整信号170,171,172,・・・を出力する機能を設ける必要が無いことから、並列運転電源装置全体として、構成を簡易化することができる。
よって、複数のスイッチングレギュレータにより大電流を給電する場合でも、出力電流定格を超えるスイッチングレギュレータがないことから、運転電源数に制限がなく、複数のスイッチングレギュレータにより高効率に大電流を給電することができる。
また、複数のスイッチングレギュレータの各出力電流が、スイッチングレギュレータの負荷電流−効率特性に基づいて設定された負荷電流範囲に入るように制御されるので、給電対象が大きく変動する負荷であっても、広い負荷電流範囲全てで高効率化を実現することができる。
さらに、複数のスイッチングレギュレータ180,181,182,・・・の並列実装電源総数を増やすことにより、予備電源として多くの数を割り当てることが可能になるため、冗長構成により信頼性を向上させることができる。
さらに、スイッチングレギュレータ180,181,182,・・・に、出力電圧調整機能、および出力電圧調整端子TRIMを設ける必要が無く、また、制御回路141に、出力電圧調整信号170,171,172,・・・を出力する機能を設ける必要が無いことから、並列運転電源装置全体として、構成を簡易化することができる。
実施の形態3.
上記実施の形態1および上記実施の形態2では、電源ユニット100内にスイッチングレギュレータを内蔵したが、着脱自在の電源モジュールを適用しても良い。
上記実施の形態1および上記実施の形態2では、電源ユニット100内にスイッチングレギュレータを内蔵したが、着脱自在の電源モジュールを適用しても良い。
図5は本発明の実施の形態3による並列運転電源装置を示す全体構成図である。
図において、電源モジュール(電源回路)190,191,192,・・・は、電源ユニット100内に設けられたソケットに着脱自在なものである。
なお、図5では、図1に示したスイッチングレギュレータ110,111,112,・・・の代わりに適用されるように、パワーオン端子EN、および出力電圧調整端子TRIMを設けたものについて示したが、図4に示したスイッチングレギュレータ180,181,182,・・・の代わりに適用されるように、パワーオン端子ENのみ設けたものでも良い。
図において、電源モジュール(電源回路)190,191,192,・・・は、電源ユニット100内に設けられたソケットに着脱自在なものである。
なお、図5では、図1に示したスイッチングレギュレータ110,111,112,・・・の代わりに適用されるように、パワーオン端子EN、および出力電圧調整端子TRIMを設けたものについて示したが、図4に示したスイッチングレギュレータ180,181,182,・・・の代わりに適用されるように、パワーオン端子ENのみ設けたものでも良い。
以上のように、本実施の形態3によれば、上記実施の形態1および上記実施の形態2に加えて、電源ユニット100内に、空きソケットを多数用意しておくことにより、電源モジュール190,191,192,・・・の故障発生時に、容易に交換が可能となることから、保守性が向上する。
また、図5でも示したが、電源モジュール190,191,192,・・・が、脱着可能なホットスワップ(活線挿抜:電源を投入したまま着脱を行える機器)対応である場合は、より保守性の向上が望める。
その他、並列実装電源総数を容易に拡張できることから、出力電流定格等を容易に拡張でき、サブラック式電子装置に要求されるスペックへの調整が容易となり、オーバースペックとならず、低コスト化が望める。
また、その機能拡張性からサブラック式電子装置に挿入される機能ユニットの変更に伴い、必要な供給電流量が増加した場合でも、電源ユニット100の再設計なく、電源モジュールの追加により対応が可能となる。
また、図5でも示したが、電源モジュール190,191,192,・・・が、脱着可能なホットスワップ(活線挿抜:電源を投入したまま着脱を行える機器)対応である場合は、より保守性の向上が望める。
その他、並列実装電源総数を容易に拡張できることから、出力電流定格等を容易に拡張でき、サブラック式電子装置に要求されるスペックへの調整が容易となり、オーバースペックとならず、低コスト化が望める。
また、その機能拡張性からサブラック式電子装置に挿入される機能ユニットの変更に伴い、必要な供給電流量が増加した場合でも、電源ユニット100の再設計なく、電源モジュールの追加により対応が可能となる。
上記実施の形態1から上記実施の形態3では、具体的にサブラック式電子装置に適用する単一出力の電源ユニットとして記載したが、並列に複数出力を有する構成も可能であり、サブラック式電子装置に限らず電源装置単体に対しても本構成は適用可能である。
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
100 電源ユニット(並列運転電源装置)、110,111,112,・・・,180,181,182,・・・ スイッチングレギュレータ(電源回路)、120,121,122,・・・ 電流検出回路、130,131,132,・・・ 逆流防止用ダイオード、140,141 制御回路、150,151,152,・・・ 出力電流検出信号、160,161,162,・・・ パワーオン信号、170,171,172,・・・ 出力電圧調整信号、190,191,192,・・・ 電源モジュール(電源回路)、200 主電源、300,301,・・・ 負荷。
Claims (4)
- 負荷に電源を供給する複数の電源回路と、
上記複数の電源回路から出力される各出力電流を検出する電流検出回路と、
上記電流検出回路により検出される各出力電流が同一になるように上記電源回路の各出力電圧を制御すると共に、該電流検出回路により検出される出力電流が該電源回路の効率に基づいて予め設定された出力電流範囲から外れる場合に、該電流検出回路により検出される出力電流が該出力電流範囲に入るように、上記電源回路の運転電源数を増減する制御回路とを備えた並列運転電源装置。 - 負荷に電源を供給する複数の電源回路と、
上記複数の電源回路から出力される各出力電流を検出する電流検出回路と、
上記電流検出回路により検出される出力電流の小さい順に上記各電源回路を優先順位付けすると共に、該電流検出回路により検出される出力電流が該電源回路の効率に基づいて予め設定された出力電流範囲から外れる場合に、該電流検出回路により検出される出力電流が該出力電流範囲に入るように、上記電源回路の運転電源数を上記優先順位に基づいて増減する制御回路とを備えた並列運転電源装置。 - 制御回路は、
複数の電源回路の並列実装電源総数をN(Nは2以上の任意の自然数)、そのうちの運転電源数をn(nはN以下の任意の自然数)、上記電流検出回路により検出される総出力電流をItotalとした場合に、
Itotal/(n+1)、但し、n=Nの場合は除く、
Itotal/n、
Itotal/(n−1)、但し、n=1の場合は除く、
を算出し、
上記算出された3つの値のうち、Itotal/(n+1)が上記電源回路の効率に基づいて予め設定された出力電流目標値に最も近いとき、上記電源回路の運転電源数を1台増加し、
Itotal/nが上記出力電流目標値に最も近いとき、現運転電源数により上記電源回路を運転し、
Itotal/(n−1)が上記出力電流目標値に最も近いとき、上記電源回路の運転電源数を1台減少し、
Itotal/nが上記出力電流目標値に最も近くなるまで、上記電源回路の運転電源数を増減することを特徴とする請求項1または請求項2記載の並列運転電源装置。 - 複数の電源回路は、
着脱自在の電源モジュールであることを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載の並列運転電源装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012007169A JP2013150390A (ja) | 2012-01-17 | 2012-01-17 | 並列運転電源装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN104980024A (zh) * | 2015-06-30 | 2015-10-14 | 成都芯源系统有限公司 | 均流电路及其控制方法 |
JP2019038344A (ja) * | 2017-08-24 | 2019-03-14 | 矢崎総業株式会社 | 負荷制御装置及び負荷制御方法 |
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CN104980024B (zh) * | 2015-06-30 | 2017-10-17 | 成都芯源系统有限公司 | 均流电路及其控制方法 |
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