JP2015050814A - Power supply unit and power supply device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源ユニットおよびそれを用いた電源装置に関し、特に、一つの電源が正常に作動しない場合に他の電源に自動的に切り換わり、途切れることなく負荷へ電力供給を行うことができるように、複数の電源を並列接続して冗長化（二重化）させた構成に対応し得る、電源ユニット、およびこの電源ユニットを用いて構成される電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply unit and a power supply device using the power supply unit. In particular, when one power supply does not operate normally, the power supply unit automatically switches to another power supply so that power can be supplied to the load without interruption. Furthermore, the present invention relates to a power supply unit that can support a configuration in which a plurality of power supplies are connected in parallel to achieve redundancy (duplication), and a power supply device configured using the power supply unit.
例えば機器の電源部に使用される電源は、累積稼働時間に応じた部品の経年劣化や故障（以下、単に故障等と称する）により正常に作動しなくなることがある。特に電力供給停止により大きな障害が生じるシステムにおいては、上記のような冗長化された電源を用い、一つの電源が故障等しても他の電源が自動的にバックアップすることで電力供給が連続して行われるようになっている。なお、故障した電源を正常に作動する電源と交換することで円滑なバックアップ体制が維持されるように、電源（電源ユニット）は機器に対して着脱自在に構成されることが求められる。 For example, a power supply used for a power supply unit of a device may not operate normally due to aging or failure (hereinafter, simply referred to as failure) of a component according to the accumulated operation time. Especially in a system where a major failure occurs due to power supply interruption, the redundant power supply as described above is used, and even if one power supply fails, the other power supply automatically backs up so that power supply continues. It is supposed to be done. The power supply (power supply unit) is required to be detachable from the device so that a smooth backup system can be maintained by replacing the failed power supply with a normally operating power supply.
この冗長化された電源においては、一般的に、一つの電源から出力された電流が他の電源に逆流して入力されるのを防止する逆流防止手段が必要とされる。例えば下記特許文献１には、互いに並列接続された第１電源ユニット１ａおよび第２電源ユニット１ｂの出力側に、逆流防止手段としてのダイオード４を備えた冗長化電源装置が開示されている。また、下記特許文献２には、逆流防止手段としてショットキーバリアダイオード１２，２２を備えた電源装置が開示されている。
This redundant power supply generally requires a backflow prevention means for preventing a current output from one power supply from flowing back to the other power supply. For example, Patent Document 1 below discloses a redundant power supply device including a diode 4 as a backflow prevention means on the output side of a first power supply unit 1a and a second power supply unit 1b connected in parallel to each other. Further, Patent Document 2 below discloses a power supply device including Schottky
しかし、上記いずれの特許文献においても、逆流防止用のダイオードを用い、電源へ電流が逆流して入力されることを防止して、電源の冗長化に対応させた構成になっているが、故障や停止した電源（電源ユニット）を取り外して交換するための着脱構造については一切開示されていない。なお、特に特許文献２は、電源ユニットの外部に制御回路を配置する構成であるため、電源ユニットを使用する機器の中に専用の回路構成を設ける必要があり、この点で機器の汎用性や機器更新等の自由度を低下させている。 However, in any of the above patent documents, a backflow prevention diode is used to prevent a current from flowing back into the power source and is configured to support power redundancy. There is no disclosure of a detachable structure for removing and replacing a stopped power supply (power supply unit). In particular, since Patent Document 2 has a configuration in which a control circuit is disposed outside the power supply unit, it is necessary to provide a dedicated circuit configuration in the device that uses the power supply unit. The degree of freedom of equipment update is reduced.
また、特許文献１および２において逆流防止用として使用されるダイオードは、順方向電圧以上の電圧において急激に電流を流すことができるという特性を備えるものであるが、ダイオードの中で比較的順方向電圧（電圧降下）が小さいとされるショットキーバリアダイオードであっても、特に一般の電子回路に使用される電源電圧（例えば、５Ｖや３．３Ｖ）に対しては無視できない電圧降下が生じるという課題があった。 Further, the diodes used for preventing backflow in Patent Documents 1 and 2 have a characteristic that a current can be rapidly flowed at a voltage equal to or higher than the forward voltage. Even in the case of a Schottky barrier diode whose voltage (voltage drop) is small, a voltage drop that cannot be ignored occurs especially for power supply voltages (for example, 5 V and 3.3 V) used in general electronic circuits. There was a problem.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、逆流防止手段における順方向電圧（電圧降下）を小さく抑えた電源ユニット、およびそれを用いた電源装置を提供することを目的とする。また、好ましい態様においては、電源ユニットを機器等に着脱自在に構成することで、バックアップ体制を強化させることも目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a power supply unit that suppresses a forward voltage (voltage drop) in the backflow prevention means and a power supply device using the power supply unit. Moreover, in a preferable aspect, it aims at strengthening a backup system by comprising a power supply unit so that attachment or detachment is possible.
上記目的を達成するため、本発明に係る電源ユニットは、外部電源と負荷との間に配されてなり、前記外部電源から電力を供給され前記負荷に応じた所定電圧を前記負荷に出力可能に構成された電源ユニットであって、前記外部電源からの電力を入力され、前記所定電圧に変換して出力する内部電源（例えば、実施形態における搭載電源１１）と、前記内部電源の出力側に電流が逆流して入力することを防止する逆流防止手段とを備えて構成され、前記逆流防止手段は、前記内部電源と前記負荷との間に互いに並列に配された複数のＭＯＳＦＥＴと、各々の前記ＭＯＳＦＥＴにおける入力電圧と出力電圧との電圧差に応じて前記ＭＯＳＦＥＴの作動制御を行う作動制御手段（例えば、実施形態における作動制御部１４）とを備えて構成されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a power supply unit according to the present invention is arranged between an external power supply and a load, and is supplied with power from the external power supply and can output a predetermined voltage corresponding to the load to the load. An internal power source configured to receive power from the external power source, convert the power into the predetermined voltage (for example, the mounted
上述の電源ユニットにおいて、前記作動制御手段は、所定の切換基準電圧差（例えば、実施形態における所定の電圧値Ｖ１）に係る情報を記憶しており、前記作動制御手段は、前記電圧差が前記所定の切換基準電圧差未満のときには、前記ＭＯＳＦＥＴのソースとドレインとの間をオフ状態とし、前記電圧差が前記所定の切換基準電圧差に達したときには、前記ＭＯＳＦＥＴの前記ソースと前記ドレインとの間における電流の流れを許容して前記電圧差が前記所定の切換基準電圧差近傍の値となるように、前記ＭＯＳＦＥＴのゲートに対して電圧印加制御を行う構成とすることが好ましい。ここで、所定の切換基準電圧差は、内部電源と負荷との間、すなわち、ＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間の電圧差に対応するものである。また、ＭＯＳＦＥＴのソースとドレインとの間には、構造上、ソースからドレインに並列にダイオード（並列ダイオード）が形成されているが、この並列ダイオードが通常の逆流防止ダイオードと同一の構成配置となるように、ＭＯＳＦＥＴが配設される。この並列ダイオードは、一般のシリコンダイオードであって上記所定の切換基準電圧差に対して順方向電圧が極めて大きいため、ＭＯＳＦＥＴの動作に影響を与えるものではない。 In the above-described power supply unit, the operation control means stores information related to a predetermined switching reference voltage difference (for example, the predetermined voltage value V1 in the embodiment), and the operation control means has the voltage difference equal to the voltage difference. When the difference between the source and the drain of the MOSFET is less than a predetermined switching reference voltage difference, the source and the drain of the MOSFET are turned off, and when the voltage difference reaches the predetermined switching reference voltage difference, It is preferable that voltage application control is performed on the gate of the MOSFET so that the voltage difference becomes a value in the vicinity of the predetermined switching reference voltage difference while allowing current flow between them. Here, the predetermined switching reference voltage difference corresponds to the voltage difference between the internal power supply and the load, that is, between the source and drain of the MOSFET. In addition, a diode (parallel diode) is formed between the source and drain of the MOSFET in parallel from the source to the drain. This parallel diode has the same configuration as a normal backflow prevention diode. Thus, a MOSFET is provided. This parallel diode is a general silicon diode and has a very large forward voltage with respect to the predetermined switching reference voltage difference, and therefore does not affect the operation of the MOSFET.
また、前記ＭＯＳＦＥＴの稼働状態を表示する稼働状態表示手段（例えば、実施形態における稼働状態表示部１６）を備えており、前記稼働状態表示手段は、前記作動制御手段から出力される表示指示信号に基づいて、前記ＭＯＳＦＥＴの稼働状態を表示する構成がさらに好ましい。
In addition, an operation state display unit (for example, an operation
本発明に係る電源装置は、外部電源と負荷との間に配された電源ユニットを備え、前記電源ユニットが、前記外部電源から電力を供給され前記負荷に応じた所定電圧を前記負荷に出力可能に構成されてなる電源装置であって、前記電源ユニットは、前記外部電源からの電力を入力され、前記所定電圧に変換して出力する内部電源と、前記内部電源の出力側に電流が逆流して入力することを防止する逆流防止手段とを備えて構成され、前記逆流防止手段は、前記内部電源と前記負荷との間に互いに並列に配された複数のＭＯＳＦＥＴと、各々の前記ＭＯＳＦＥＴにおける入力電圧と出力電圧との電圧差に応じて前記ＭＯＳＦＥＴの作動制御を行う作動制御手段とを備えて構成されることを特徴とする。 A power supply apparatus according to the present invention includes a power supply unit arranged between an external power supply and a load, and the power supply unit is supplied with power from the external power supply and can output a predetermined voltage corresponding to the load to the load. The power supply unit includes: an internal power source that receives power from the external power source, converts the power into the predetermined voltage, and outputs the current; and a current flows backward to the output side of the internal power source. And a backflow prevention means for preventing the input of the plurality of MOSFETs arranged in parallel between the internal power supply and the load, and an input in each of the MOSFETs It is characterized by comprising operation control means for controlling the operation of the MOSFET according to the voltage difference between the voltage and the output voltage.
上述の電源装置において、複数の前記電源ユニットが前記外部電源と前記負荷との間に互いに並列に配されて、冗長化された構成とされていることが好ましい。 In the above-described power supply device, it is preferable that a plurality of the power supply units are arranged in parallel with each other between the external power supply and the load to be redundant.
例えば冗長化（二重化）された電源部を構成する電源ユニットにおいては、電源ユニットの内部電源に電流が逆流して入力されることを防止するために逆流防止手段が必須とされるが、本発明に係る電源ユニットでは、この逆流防止手段が、内部電源と負荷との間に互いに並列に配された複数のＭＯＳＦＥＴにより構成される。このため、ＭＯＳＦＥＴの個数に反比例するように逆流防止手段における電気抵抗を小さく抑えることができて、逆流防止手段（各ＭＯＳＦＥＴ）を電流が流れるときに生じるエネルギー損失（電圧降下や発熱）を小さく抑えることができる。また、例えばコネクタを用いて電源ユニットを機器に対して着脱自在な構成とすれば、円滑なバックアップ体制を維持することが可能となる。 For example, in a power supply unit constituting a redundant (redundant) power supply unit, a backflow prevention means is indispensable in order to prevent a current from flowing back into the internal power supply of the power supply unit. In this power supply unit, the backflow prevention means is composed of a plurality of MOSFETs arranged in parallel with each other between the internal power supply and the load. For this reason, the electrical resistance in the backflow prevention means can be kept small so as to be inversely proportional to the number of MOSFETs, and energy loss (voltage drop or heat generation) generated when current flows through the backflow prevention means (each MOSFET) is kept small. be able to. Further, for example, if the power supply unit is detachable from the device using a connector, a smooth backup system can be maintained.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。まず、図１および図２を参照しながら、本発明に係る電源ユニット１０の構成について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the configuration of the
この電源ユニット１０は、図示しない機器に着脱可能に装着されて機器の電源部を構成するものであって、図１に示すように、外部電源１００から取り込んだ一次側電源入力を負荷１０１で要求される電源出力に変換して、負荷１０１に供給する装置である。なお、図１は単一の電源ユニット１０により機器の電源部を構成する例を示しているが、図３に示すように、この電源ユニット１０は、複数用いられて冗長電源部２０を構成可能な構造を備えるものである。
The
図１に示すように、電源ユニット１０は、例えば商用電源である外部電源１００からの一次側電源入力を、外部取込ライン１０２、接続嵌合コネクタ１０４ａおよび入力嵌合コネクタ１９ａを経由して取り込むように構成される。このようにして電源ユニット１０に取り込まれた一次側電源入力は、電源スイッチ１５への電流入力ライン１７ａ、電源スイッチ１５および電源スイッチ１５からの電流出力ライン１７ｂを経由して搭載電源１１へ供給される。
As shown in FIG. 1, the
ここで、搭載電源１１について説明する。電源ユニット１０は、必要最小限の機能を備えた安価な市販品としての搭載電源１１を用いて、安価に構成された点を特徴の１つとしている。この搭載電源１１は、一次側（入力側）の接続端子と、二次側（出力側）の接続端子と、二次側の出力調整を行うための出力調整ボリュームとを備える。また、搭載電源１１は、安価な電源とはいえ内部に保護回路（図示せず）を有しており、この保護回路の作用により出力が切断（停止）されることで、過電流、過電圧および過温度上昇等が防止されるようになっている。
Here, the mounted
この搭載電源１１からの電源出力は、入力ライン１８ａを介して、冗長化構成に対応させる為に設けられた逆流防止手段１２に入力された後、この逆流防止手段１２から出力ライン１８ｂに出力される。出力ライン１８ｂに出力された電源出力は、出力嵌合コネクタ１９ｂ、接続嵌合コネクタ１０４ｂおよび外部出力ライン１０３を経由して、ＣＰＵや電子回路等により構成される負荷１０１へ供給される。
The power output from the on-
なお、図１においては、ケーブルを表す外部取込ライン１０２および外部出力ライン１０３により、電源ユニット１０を外部電源１００および負荷１０１と電気的に接続する構成を例示しているが、この構成に代えて、機器のバックプレーンや電源ユニット用バックプレーン（の銅箔、すなわち配線パターン）により、電源ユニット１０を外部電源１００および負荷１０１と電気的に接続する構成としても良い。図１では、機器のバックプレーンまたは電源ユニット用バックプレーンを、点線により１１０として示している。
In FIG. 1, the configuration in which the
なお、電源ユニット１０の出力嵌合コネクタ１９ｂと嵌合する接続嵌合コネクタ１０４ｂは、機器における電源ユニット実装形態に応じた態様とすることができる。例えば電気ケーブルに接続された接続嵌合コネクタ１０４ｂと出力嵌合コネクタ１９ｂを嵌合させて、電気ケーブルにより電源ユニット１０を負荷１０１（ＣＰＵや電子回路が実装されている基板や、このような基板を嵌合接続するバックプレーンなどを含む場合もある）に接続させるタイプ（図１参照）や、バックプレーンに実装された接続嵌合コネクタ１０４ｂに出力嵌合コネクタ１９ｂを嵌合させて、バックプレーン上の配線パターンにより電源ユニット１０を負荷１０１に接続させるタイプ等が可能である。
In addition, the connection
なお、図１においては、入力嵌合コネクタ１９ａと、出力嵌合コネクタ１９ｂとを別々に構成し、これらのコネクタ１９ａ，１９ｂを利用して機器に電源ユニット１０を着脱させる例を示しているが、これに代えて、例えば入力嵌合コネクタ１９ａと出力嵌合コネクタ１９ｂとを一体に形成し、この一体に形成されたコネクタを利用して、機器に電源ユニット１０を着脱させる構成としても良い。
FIG. 1 shows an example in which the
次に、電源ユニット１０の主な特徴構成について説明する。
Next, main characteristic configurations of the
逆流防止手段１２は、詳しくは後述するが、互いに並列に接続された複数のＭＯＳＦＥＴ１３および作動制御部１４から構成され、このＭＯＳＦＥＴ１３がダイオード機能を備える。そして、本発明に係る電源ユニット１０は、逆流防止手段１２（ＭＯＳＦＥＴ１３および作動制御部１４）を、電源ユニット１０が装着される機器側ではなく電源ユニット１０側に備えた構成を特徴構成としている。この理由は、第１に、電源ユニット１０の使用数（装着数）がＭＯＳＦＥＴ１３の個数に応じて決定されるので、電源ユニット１０が装着される機器側に逆流防止手段１２を配置すると、例えば電源ユニット１０を増設して装着する場合に新たにＭＯＳＦＥＴ１３を追加実装しなければならないという不都合を防止するためである。
As will be described in detail later, the backflow prevention means 12 includes a plurality of
第２に、ＭＯＳＦＥＴ１３は、電流が流れることで順方向電圧（電圧降下）を生じるが、ＭＯＳＦＥＴ１３それぞれの順方向電圧が互いに同一ではない、すなわち、誤差の範囲内で順方向電圧にばらつきがあるためである。よって、電源ユニット１０は事前に、負荷１０１における要求値を満たすように、搭載電源１１の出力電圧を調整することが必要である。例えば逆流防止手段１２を機器側に備えた構成においては、電源ユニット１０を機器に装着して電源を入れ、順方向電圧を差し引いた後の電源電圧が負荷１０１で要求される電源電圧となるように、搭載電源１１の出力電圧が調整される。このため、この調整段階において、要求値から外れた出力電圧が負荷１０１に供給される可能性があり、機器の運用に支障をきたす虞がある。また、電源ユニット１０を機器に装着した状態で、搭載電源１１の出力電圧を調整する為には、その為の専用の手段が必要であり、電源ユニット１０が装着される機器側にこの構造や手段を持たせることは物理的に困難である。一方で、電源ユニット１０に電圧調整用の手段を外部に向けて持たせることが難しいという問題もある。
Second, the
これに対して本発明に係る電源ユニット１０であれば、電源ユニット１０を機器に装着することなく単体の状態で搭載電源１１を調整して、逆流防止手段１２を通った後の出力電圧を、負荷１０１で要求される出力電圧に調整することが可能である。このため、このようにして出力電圧が調整された電源ユニット１０を機器に装着すれば、電源ユニット１０を機器に装着した当初から、要求に見合った出力電圧を負荷１０１に供給することが可能であり、機器の運用に支障をきたすことがない。
On the other hand, in the case of the
本発明に係る電源ユニット１０のさらなる特徴構成は、図２に示すように、逆流防止手段１２としてダイオードにＭＯＳＦＥＴ１３を使用し、このＭＯＳＦＥＴ１３によりダイオード機能を有した回路を構成している点である。ＭＯＳＦＥＴ１３は、従来より周知の半導体素子であり、各種機器や回路に使用されている。最近ではパワースイッチング素子として広く普及しており、ソース・ドレイン間の電圧が小さい場合には、オン抵抗として動作するものとして表すことが可能である。このオン抵抗は、ゲート電圧が一定電圧以上の場合において最小となる。なお、数百ミリオーム〜数十ミリオームの最小のオン抵抗を有するＭＯＳＦＥＴが多く存在するが、最近においては数ミリオームの最小のオン抵抗を有するＭＯＳＦＥＴも開発されている。
A further characteristic configuration of the
ＭＯＳＦＥＴ１３において、ドレイン・ソース間にその半導体としての構造上、ＰＮ接合が形成され、その為に保護ダイオードまたは寄生ダイオードと称されるダイオードが必然的に形成される。このダイオードは、ＭＯＳＦＥＴ１３の動作に対して独立して作動する。図２に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１３は、この必然的に形成されるダイオードをＭＯＳＦＥＴ１３が機能しない場合においても汎用の逆流防止ダイオードとして機能させるため、ソースが入力側となるように接続されて使用される。
In the
次に、逆流防止手段１２について説明する。 Next, the backflow prevention means 12 will be described.
ＭＯＳＦＥＴ１３を用いて構成される逆流防止手段１２において、エネルギー損失を低減させるためには、順方向電圧が零ボルトとなるＭＯＳＦＥＴを用いて逆流防止手段１２を構成することが理想であるが、そのようなＭＯＳＦＥＴは実現困難である。そこで、本発明に係る電源ユニット１０においては、図２に示すように、搭載電源１１に対して互いに並列に接続された複数のＭＯＳＦＥＴ１３と、ＭＯＳＦＥＴ１３の作動制御を行う作動制御部１４とから逆流防止手段１２を構成している。
In order to reduce the energy loss in the backflow prevention means 12 configured using the
各ＭＯＳＦＥＴ１３は、搭載電源１１のプラス側出力端子１１ａに接続された入力ライン１８ａと、出力嵌合コネクタ１９ｂに接続された出力ライン１８ｂとの間に設けられている。また、搭載電源１１のマイナス側出力端子１１ｂに接続されたマイナス側ライン１８ｃは、出力嵌合コネクタ１９ｂに接続されている。作動制御部１４と各ＭＯＳＦＥＴ１３のゲートとが作動信号ライン１４ａにより接続され、作動制御部１４と入力ライン１８ａとが入力電圧ライン１４ｂにより接続され、作動制御部１４と出力ライン１８ｂとが出力電圧ライン１４ｃにより接続され、作動制御部１４と稼働状態表示部１６とが点灯信号ライン１４ｆにより接続され、作動制御部１４と出力嵌合コネクタ１９ｂとが異常信号ライン１４ｇによりそれぞれ接続されている。なお、マイナス側ライン１８ｃと作動制御部１４とが基準電位ライン１４ｄにより接続されている。
Each
作動制御部１４は、ＭＯＳＦＥＴ１３の作動を制御するための所定の電圧値Ｖ１（例えば、数十ミリボルトの値）を記憶しており、入力電圧ライン１４ｂおよび出力電圧ライン１４ｃにおける電圧差を検出することにより、この電圧差に基づいて逆流防止手段１２としてのＭＯＳＦＥＴ１３の入出力（ソース・ドレイン間）の導通を制御する。具体的には、検出される入出力電圧差が所定の電圧値Ｖ１未満のときには、ソース・ドレイン間における電流の流れを規制するようにゲート電圧を制御する。その結果、ＭＯＳＦＥＴ１３はオフ状態となり、搭載電源１１に電流が逆流しない様に機能する。そして、ソース・ドレイン間が所定の電圧値Ｖ１に達した時点から、その所定の電圧値Ｖ１を維持するように作動信号ライン１４ａを介してＭＯＳＦＥＴ１３が導通する様にゲート電圧を制御する。なお、ＭＯＳＦＥＴ１３のゲート電圧が所定のゲート電圧（これ以上ゲート電圧を大きくしてもＭＯＳＦＥＴ１３の内部が平衡状態となりＯＮ抵抗が一定となる電圧）に達すると、ＭＯＳＦＥＴ１３の最小のオン抵抗と電流とによる電圧降下が生じることとなる。
The
このように、ＭＯＳＦＥＴ１３のオン抵抗と搭載電源１１から出力される電流とによる電力がエネルギー損失として生じるが、複数のＭＯＳＦＥＴ１３を並列に接続した本発明に係る逆流防止手段１２においては、個々のＭＯＳＦＥＴ１３のオン抵抗の並列動作により、逆流防止手段１２全体のオン抵抗を低くすることができる。このため、電源ユニット１０は、逆流防止手段１２における動作電流による電圧降下を、極めて小さな所定の電圧値Ｖ１と極めて小さなオン抵抗とにより、ショットキーダイオード等の電圧降下に比べてはるかに小さく抑えることが可能なので、特に５Ｖや３．３Ｖの電源用として使用する場合には、出力電圧に対する電圧降下割合を小さくすることができて好適である。
As described above, the power generated by the on-resistance of the
また、電源ユニット１０は、逆流防止手段１２における電圧降下が抑えられて発熱が少ないため、放熱ファン等の専用の放熱構造を追加する必要がなく、ユニット全体をコンパクトに構成することができる。さらに、一般にオン抵抗の比較的小さなＭＯＳＦＥＴは高価で、逆にオン抵抗の比較的大きなＭＯＳＦＥＴは安価であるが、本発明の構成によれば、オン抵抗の比較的小さな高価なＭＯＳＦＥＴを使用しなくとも、オン抵抗の比較的大きな安価なＭＯＳＦＥＴを複数使用することにより、オン抵抗と電流容量とに係る各条件を満足させる安価な逆流防止手段１２を構成することが可能である。
Moreover, since the
本発明に係る電源ユニット１０における異常は、搭載電源１１の故障に起因する異常と、逆流防止手段１２（ＭＯＳＦＥＴ１３）の故障に起因する異常である。まず、搭載電源１１の異常について説明する。例えば搭載電源１１が故障して過電圧が生じたり過電流が流れた場合には、上述したように、搭載電源１１の保護回路により搭載電源１１からの出力が切断されて、逆流防止手段１２への入力が断たれる。搭載電源１１で生じる異常に対しては、搭載電源１１自身の保護回路によって保護されることを基本としている。このため、電源ユニット１０においては、搭載電源１１の入力がオンにされているにも関わらず、稼働状態表示部１６の電源表示のＬＥＤが点灯していない場合には、搭載電源１１が稼働していない、すなわち非稼働状態であると判断することができる。
The abnormality in the
続いて、ＭＯＳＦＥＴ１３の異常について説明する。本発明に係る電源ユニット１０の構成として新たに組み込まれた逆流防止手段１２（ＭＯＳＦＥＴ１３）については、この電源ユニット１０において異常を検知する必要がある。逆流防止手段１２（ＭＯＳＦＥＴ１３）の主な故障態様として、ゲート電圧制御によりＭＯＳＦＥＴ１３をオン状態（ソース・ドレイン間に電流が流れる状態）にさせる制御を行っているのにも拘わらず、ＭＯＳＦＥＴ１３のソース・ドレイン間が正常にオン状態にならないという事態が考えられる。このようなＭＯＳＦＥＴ１３の異常を検出するため、作動制御部１４は所定の故障判断電圧値Ｖ２（例えば２００ミリボルト〜３００ミリボルト程度の値）を記憶している。この所定の故障判断電圧値Ｖ２は、ショットキーダイオードで生じる電圧降下と比べても十分小さな値であるが、所定の電圧値Ｖ１に対しては十分大きな値となっている。本発明に係る電源ユニット１０は、搭載電源１１の最大動作電流がＭＯＳＦＥＴ１３のソース・ドレイン間を流れても、ＭＯＳＦＥＴ１３における電圧降下が所定の故障判断電圧値Ｖ２に対して十分に低くなるように構成されている。
Subsequently, the abnormality of the
作動制御部１４は、ＭＯＳＦＥＴ１３のソース・ドレイン間の電圧差を監視しており、例えば上記電圧差が所定の故障判断電圧値Ｖ２を下回っていればＭＯＳＦＥＴ１３が正常と判断するが、上記電圧差が所定の故障判断電圧値Ｖ２以上になった場合には、ＭＯＳＦＥＴ１３に異常が生じていると判断して、ＭＯＳＦＥＴ１３のゲート電圧をオフとしてＭＯＳＦＥＴ１３の動作を停止させる（オフ状態とする）。このとき、作動制御部１４は、点灯信号ライン１４ｆを介して稼働状態表示部１６のＬＥＤに異常を知らせる表示を行わせる。
The
また、作動制御部１４は、点灯信号ライン１４ｆを介して稼働動作表示部１６に点灯信号を出力する以外にも、異常信号ライン１４ｇおよび出力嵌合コネクタ１９ｂを介して機器の制御部（図示せず）に状態信号を出力する。具体的には、搭載電源１１が正常に起動されており逆流防止手段１２（ＭＯＳＦＥＴ１３）が正常時のみ、ショートの状態であることを示す状態信号を出力する。一方、搭載電源１１がオフの時や、逆流防止手段１２（ＭＯＳＦＥＴ１３）が異常（作動制御部１４で異常を検出した状態）の時には、オープン状態であることを示す状態信号を出力する。当然、電源ユニット１０が機器に装着されていない時には接続されていないので、オープン状態が維持されるようになっている。このため、電源ユニット１０が正常に機器に装着されているか否かを含めて、電源ユニット１０が正常に動作中か否かを、機器のシステムにおいて監視、把握することができる。
Further, the
なお、搭載電源１１は、故障ではなくても、出力電圧に劣化変動（例えば、出力電圧の低下）が生じる場合があり、この出力電圧の劣化変動を考慮して、作動制御部１４における入力電圧ライン１４ｂの電圧（搭載電源１１の出力電圧）が、個々に設定する電圧範囲内にあるか否かを検出することも可能である。なお、この検出手段は、電源ユニット１０の構成に応じて任意に実装できるものである。
Even if the on-
次に、図３を参照しながら、上述した電源ユニット１０を複数用いて、機器の内部に構成される冗長電源部２０について説明する。なお、図１および図２で示した構成部材と同一の構成部材には同一番号を付し、その説明を省略する。
Next, with reference to FIG. 3, a redundant
冗長電源部２０は、外部電源１００と負荷１０１との間に、複数の電源ユニット１０を並列に接続して構成され、これにより一の電源ユニット１０が正常に作動しない場合に他の電源ユニット１０が途切れることなく負荷１０１へ電力供給を行うことができるようになっている。なお、図３においては、１つの外部電源１００からの一次側電源入力が、それぞれの電源ユニット１０に取り込まれる構成を示しているが、この構成に代え、各電源ユニット１０に対応させて外部電源１００を設けた構成でも良い。この構成によれば、一の外部電源１００の故障にも対応可能な、一層安全性を高めた冗長電源部２０を実現できる。
The redundant
この冗長電源部２０では、複数の電源ユニット１０のうちで、最も搭載電源１１の出力電圧が高い電源ユニット１０の逆流防止手段１２のＭＯＳＦＥＴ１３がオン状態となり、このＭＯＳＦＥＴ１３がオン状態の電源ユニット（以下、第１電源ユニット１０ａと称する）からの出力電圧（電力）が負荷１０１に供給される。このとき、残りの電源ユニット１０（第１電源ユニット１０ａよりも出力電圧が低い電源ユニット）においては、逆流防止手段１２のＭＯＳＦＥＴ１３がオフ状態であり、第１電源ユニット１０ａからの電流が逆流して入力されることが防止される。
In the redundant
この供給状態において、例えば第１電源ユニット１０ａの出力電圧が低下した場合、残りの電源ユニット１０のうちで、最も搭載電源１１の出力電圧の高い第２電源ユニット１０ｂにおいて、上記所定の電圧値Ｖ１に達した時から、逆流防止手段１２のＭＯＳＦＥＴ１３がオフ状態からオン状態に自動的に切り換わり、この第２電源ユニット１０ｂから負荷１０１への電力供給が途切れることなく連続して行われる。なお、複数の電源ユニット１０間における搭載電源１１の出力電圧が相対的に高いとの判断は、個々の電源ユニット１０に設定された所定の電圧値Ｖ１の変動分を含んだ状態に対して逆流防止手段１２においてなされるものであり、搭載電源１１の出力電圧そのものの値とは多少異なる場合がある。
In this supply state, for example, when the output voltage of the first power supply unit 10a decreases, the second power supply unit 10b having the highest output voltage of the mounted
上記のように電源供給を行うようになった第２電源ユニット１０ｂにおいては、点灯信号ライン１４ｆを介して作動制御部１４から稼働表示部１６に点灯信号が出力され、稼働表示部１６の電力供給中の表示ＬＥＤが点灯される。また、第１電源ユニット１０ａにおいては、検出される入出力電圧差が所定の電圧値Ｖ１以下になると、ＭＯＳＦＥＴ１３がオフ状態となり、作動制御部１４からの、点灯信号ライン１４ｆを介して稼働表示部１６に入力されていた点灯信号の出力が停止される。これにより、第１電源ユニット１０ａでは、稼働状態表示部１６においてそれまで点灯されていた、負荷１０１に電力供給中であることを示す表示ＬＥＤが消灯される。
In the second power supply unit 10b configured to supply power as described above, a lighting signal is output from the
第１電源ユニット１０ａが、前述のＭＯＳＦＥＴ１３の異常検出（ソース・ドレイン間の電圧差と、所定の故障判断電圧値Ｖ２とに基づく異常検出）により出力電圧が低下した場合は、作動制御部１４から点灯信号が出力され、この点灯信号が点灯信号ライン１４ｆを介して稼働状態表示部１６に入力されて、稼働状態表示部１６における異常を示すＬＥＤが点灯される。このように稼働状態表示部１６の異常表示ＬＥＤが点灯制御されるので、異常が生じている電源ユニット１０を簡単に把握することができる。また、前述した搭載電源１１の異常の場合を含め、異常が生じている電源ユニット１０は、電源スイッチ１５をオフとした上で機器から外し、正常に作動する電源ユニット１０と交換することが可能である。
When the first power supply unit 10a detects the abnormality of the MOSFET 13 (abnormality detection based on the voltage difference between the source and drain and the predetermined failure determination voltage value V2), the operation control unit 14 A lighting signal is output, and this lighting signal is input to the operating
次に、上述の電源ユニット１０の部材配置の態様について、３つの例を挙げて説明する。まず、図４には第１の例としての電源ユニット２００を示しており、この図を参照しながら電源ユニット２００について説明する。
Next, the aspect of the member arrangement of the
電源ユニット２００は、入力嵌合コネクタ１９ａと出力嵌合コネクタ１９ｂとが一体形成されたユニット側嵌合コネクタ１９を備えて構成される。なお、図４（ａ）は電源ユニット２００の正面図、図４（ｂ）は電源ユニット２００の側面図、図４（ｃ）は電源ユニット２００の平面図、図４（ｄ）はユニット側嵌合コネクタ１９の背面図である。また、以下の説明においては、図１および図２で示した構成部材と同一の構成部材には同一番号を付して、その詳細な説明を省略する。
The
電源ユニット２００は、フロントパネル２０１と、フロントパネル２０１に取り付けられたキャリアボード２０２と、キャリアボード２０２の裏側に取り付けられた接触防止シールドカバー２０３とを備えて構成される。フロントパネル２０１に電源スイッチ１５が設けられ、一方、キャリアボード２０２に搭載電源１１と、逆流防止手段１２と、稼働状態表示部１６と、ユニット側嵌合コネクタ１９とが実装されている。
The
稼働状態表示部１６は、搭載電源１１がオン状態であることを表すＰＯＷＥＲランプ１６ａと、負荷への電力供給状態を表すＡＣＴＩＶＥランプ１６ｂと、異常が発生していることを表すＥＲＲＯＲランプ１６ｃと、これらのランプ（ＬＥＤ）を駆動する表示ランプ駆動部（図示せず）とを備えて構成される。ＰＯＷＥＲランプ１６ａは、搭載電源１１が正常に作動している場合に点灯され、保護回路により出力が切断されると消灯される。ＡＣＴＩＶＥランプ１６ｂは、ＭＯＳＦＥＴ１３がオン状態（負荷１０１に電力供給を行っている状態）のときに点灯される。ＥＲＲＯＲランプ１６ｃは、上述したように、作動制御部１４においてＭＯＳＦＥＴ１３に異常が生じていると判断される場合に点灯される。なお、ＭＯＳＦＥＴ１３に異常が生じている場合に加えて、搭載電源１１に異常が生じている場合にも、ＥＲＲＯＲランプ１６ｃを点灯させるようにしても良い。
The operating
次に、図５を参照しながら、電源ユニットの第２の部材配置の態様について説明する。図５には、第２の例としての電源ユニット３００を示している。なお、図５（ａ）は電源ユニット３００の正面図、図５（ｂ）は電源ユニット３００の側面図、図５（ｃ）は電源ユニット３００の平面図、図５（ｄ）はユニット側嵌合コネクタ１９の背面図である。
Next, the aspect of the second member arrangement of the power supply unit will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a
電源ユニット３００は、フロントパネル３０１と、フロントパネル３０１に取り付けられたキャリアボード３０２とを備えて構成される。フロントパネル３０１に、電源スイッチ１５と、稼働状態表示部１６とが取り付けられている。キャリアボード３０２に、搭載電源１１と、電源ユニット用インターフェイス基板３０３とが実装されている。電源ユニット用インターフェイス基板３０３には、逆流防止手段１２（図示せず）およびユニット側嵌合コネクタ１９が実装されている。搭載電源１１および電源スイッチ１５等は、図示しない配線を介して電気的に接続されている。
The
次に、図６を参照しながら、電源ユニットの第３の部材配置の態様について説明する。図６には、第３の例としての電源ユニット４００を示している。なお、図６（ａ）は電源ユニット４００の正面図、図６（ｂ）は電源ユニット４００の側面図、図６（ｃ）は出力嵌合コネクタ１９ｂの背面図である。
Next, a third member arrangement mode of the power supply unit will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a
電源ユニット４００は、フロントパネル４０１と、フロントパネル４０１に取り付けられたキャリアボード４０２とを備えて構成される。フロントパネル４０１に、電源スイッチ１５と、稼働状態表示部１６と、入力嵌合コネクタ１９ａと、放熱用ファン４０３とが取り付けられている。キャリアボード４０２に、第１搭載電源１１ｃと、第２搭載電源１１ｄと、第３搭載電源１１ｅと、第１コネクタ実装基板４０４と、第２コネクタ実装基板４０５とが実装されている。第１コネクタ実装基板４０４には、第１搭載電源１１ｃの逆流防止手段１２（図示せず）および出力嵌合コネクタ１９ｂが実装されている。第２コネクタ実装基板４０５には、第２搭載電源１１ｄおよび第３搭載電源１１ｅ両者の逆流防止手段１２（図示せず）と出力嵌合コネクタ１９ｂとが実装されている。
The
この電源ユニット４００は、例えば第１搭載電源１１ｃが１２Ｖ、第２搭載電源１１ｄが５Ｖ、第３搭載電源１１ｅが３．３Ｖの出力電圧を供給可能に構成されたものである。このため、この電源ユニット４００を用いれば、１２Ｖ、５Ｖおよび３．３Ｖの出力電圧を供給可能な電源部を構成することができる。なお、これらの各構成部材は、図示しない配線を介して搭載電源毎に電気的に接続されている。
The
上述の実施形態においては、１つの搭載電源１１について複数のＭＯＳＦＥＴ１３を用いる構成を例示して説明したが、配置スペースや製造コストを考慮すると２〜３個のＭＯＳＦＥＴ１３を用いる態様が良いと考えられる。もっとも、その個数は状況に応じて４個以上とすることも可能であるが、作動制御部１４の制御能力の範囲内に設定する必要がある。
In the above-described embodiment, the configuration using a plurality of
上述の実施形態においては、電源ユニット１０を機器の内部に装着して機器の電源部を構成する例について説明したが、例えば電源ユニットを収容保持する電源ラックに、複数の電源ユニット１０を着脱自在に装着して、冗長化された電源装置を構成することも可能である。
In the above-described embodiment, the example in which the
上述の実施形態においては、電源ユニット１０の高さ寸法（基板規格）に応じて、１つまたは３つの搭載電源１１を実装する構成を例示して説明したが、例えば高さ方向に２つまたは４つ以上の搭載電源１２（種類の異なる搭載電源でも良い）を実装して電源ユニットを構成することも可能である。
In the above-described embodiment, the configuration in which one or three
上述の実施形態においては、外部電源として商用交流電源を用いる場合を例示して説明したが、外部電源としてはこれ以外にも、例えば電池を用いることができる。 In the above-described embodiment, the case where a commercial AC power source is used as an external power source has been described as an example. However, for example, a battery can be used as the external power source.
上述の実施形態においては、ｎ型のＭＯＳＦＥＴ１３を搭載電源１１のプラス側出力端子１１ａに接続させる構成について説明したが、本発明はこの構成に限られず、例えばｐ型のＭＯＳＦＥＴを搭載電源１１のマイナス側出力端子１１ｂに接続させる構成にも適用できる。
In the above-described embodiment, the configuration in which the n-
以上、ここまでの実施形態においては、１つの搭載電源１１に対して複数のＭＯＳＦＥＴ１３を設けて、逆流防止手段における電気抵抗を低減させた構成について説明した。この構成に対して、１つの搭載電源１１について１つのＭＯＳＦＥＴ１３を設けた構成は、本発明の概念から外れるものではあるが、逆流防止手段としてダイオードを用いた従来構成と比較して電気抵抗を低く抑えることができ、本発明には及ばないが一定の効果を奏することができる。
As described above, in the embodiments described so far, the configuration in which the plurality of
１０ 電源ユニット
１１ 搭載電源（内部電源）
１２ 逆流防止手段
１３ ＭＯＳＦＥＴ
１４ 作動制御部（作動制御手段）
１６ 稼働状態表示部（稼働状態表示手段）
１００ 外部電源
１０１ 負荷
Ｖ１ 所定の電圧値（所定の切換基準電圧差）
10
12 Backflow prevention means 13 MOSFET
14 Operation control unit (operation control means)
16 Operating status display section (Operating status display means)
100
Claims (5)
前記外部電源からの電力を入力され、前記所定電圧に変換して出力する内部電源と、
前記内部電源の出力側に電流が逆流して入力することを防止する逆流防止手段とを備えて構成され、
前記逆流防止手段は、
前記内部電源と前記負荷との間に互いに並列に配された複数のＭＯＳＦＥＴと、
各々の前記ＭＯＳＦＥＴにおける入力電圧と出力電圧との電圧差に応じて前記ＭＯＳＦＥＴの作動制御を行う作動制御手段とを備えて構成されることを特徴とする電源ユニット。 A power supply unit that is arranged between an external power supply and a load, is configured to be supplied with power from the external power supply and to output a predetermined voltage corresponding to the load to the load,
An internal power source that receives power from the external power source, converts the power into the predetermined voltage, and outputs the voltage;
Backflow prevention means for preventing current from flowing back and input to the output side of the internal power supply,
The backflow prevention means includes
A plurality of MOSFETs arranged in parallel between the internal power supply and the load;
A power supply unit comprising an operation control means for controlling the operation of the MOSFET in accordance with a voltage difference between an input voltage and an output voltage in each of the MOSFETs.
前記作動制御手段は、
前記電圧差が前記所定の切換基準電圧差未満のときには、前記ＭＯＳＦＥＴのソースとドレインとの間をオフ状態とし、
前記電圧差が前記所定の切換基準電圧差に達したときには、前記ＭＯＳＦＥＴの前記ソースと前記ドレインとの間における電流の流れを許容して前記電圧差が前記所定の切換基準電圧差近傍の値となるように、前記ＭＯＳＦＥＴのゲートに対して電圧印加制御を行うように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の電源ユニット。 The operation control means stores information related to a predetermined switching reference voltage difference,
The operation control means includes
When the voltage difference is less than the predetermined switching reference voltage difference, the source and drain of the MOSFET is turned off,
When the voltage difference reaches the predetermined switching reference voltage difference, current flow between the source and the drain of the MOSFET is allowed, and the voltage difference is a value near the predetermined switching reference voltage difference. The power supply unit according to claim 1, wherein voltage supply control is performed on the gate of the MOSFET.
前記稼働状態表示手段は、前記作動制御手段から出力される表示指示信号に基づいて、前記ＭＯＳＦＥＴの稼働状態を表示するように構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の電源ユニット。 Comprising an operating state display means for displaying the operating state of the MOSFET;
3. The power supply unit according to claim 1, wherein the operating state display unit is configured to display an operating state of the MOSFET based on a display instruction signal output from the operation control unit. .
前記電源ユニットは、
前記外部電源からの電力を入力され、前記所定電圧に変換して出力する内部電源と、
前記内部電源の出力側に電流が逆流して入力することを防止する逆流防止手段とを備えて構成され、
前記逆流防止手段は、
前記内部電源と前記負荷との間に互いに並列に配された複数のＭＯＳＦＥＴと、
各々の前記ＭＯＳＦＥＴにおける入力電圧と出力電圧との電圧差に応じて前記ＭＯＳＦＥＴの作動制御を行う作動制御手段とを備えて構成されることを特徴とする電源装置。 A power supply device comprising a power supply unit arranged between an external power supply and a load, wherein the power supply unit is configured to be supplied with power from the external power supply and to output a predetermined voltage corresponding to the load to the load. There,
The power supply unit is
An internal power source that receives power from the external power source, converts the power into the predetermined voltage, and outputs the voltage;
Backflow prevention means for preventing current from flowing back and input to the output side of the internal power supply,
The backflow prevention means includes
A plurality of MOSFETs arranged in parallel between the internal power supply and the load;
A power supply device comprising: an operation control means for controlling the operation of the MOSFET in accordance with a voltage difference between an input voltage and an output voltage in each of the MOSFETs.
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