JP2016119742A

JP2016119742A - スイッチング電源装置

Info

Publication number: JP2016119742A
Application number: JP2014256728A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　真; Makoto Sato; 真佐藤
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-06-30

Abstract

【課題】
複数のスイッチング電源を入力を直列に接続し、スイッチング電源の特性にバラツキがあっても入力電圧が各スイッチング電源の入力電圧規格を超えることが無いように入力電圧を調整するスイッチング電源装置を提案する。
【解決手段】
複数のＤＣ−ＤＣコンバータの入力を、直流電源に直列に接続すると共に、出力を直列に接続し電力を負荷に供給するスイッチング電源装置であって、それそれのＤＣ−ＤＣコンバータに印加される入力電圧の平均値を検出する平均値検出部を備える。そして、それぞれのＤＣ−ＤＣコンバータの制御回路は、平均値検出部が出力する入力電圧の平均値とそれぞれのＤＣ−ＤＣコンバータに印加される入力電圧との差を検出する差分信号を生成し、この差分信号およびそれぞれのＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧に応じてそれぞれのＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高い入力電圧でも使用することができるスイッチング電源に関する。

たとえば、工場などではＡＣ４８０Ｖなどの高入力電圧の電力系統がある。しかし、一般的な電源装置用部品は最大でもＡＣ３００Ｖ以下で使用することを前提に作られている物が多く、ＡＣ４８０Ｖに対応している部品は存在自体が少ない、あるいは非常に高額である。そこで電源装置を直列に接続し、耐圧を稼ぐ手段が考えられるが、入力あるいは出力がアンバンランスし、効率的に電源を使うことができない、あるいは危険な状態に陥る可能性があった。

電源電圧ＡＣ４８０Ｖの場合に入力最大電圧ＡＣ２４０Ｖ入力のスイッチング電源を直列に接続することが考えられるが、この場合は各スイッチング電源の入力電圧を制限する必要がある。そこで、複数台のスイッチング電源を、入力を直列に接続すると共に出力を並列に接続し、各スイッチング電源の入力電圧の平均値を求め、その平均値とスイッチング電源の入力電圧との差分信号を、スイッチング電源の出力電圧のセンス入力にフィードバックする。これにより、各スイッチング電源の出力電圧が等しくなると共に、入力電圧の値が入力電圧の平均値と等しくなるようにコントロールされる。このため、各スイッチング電源の入力電圧が等しくなり、その結果出力電流も等しくなり、入力電圧及び出力電流は共にバランスすることになる（先行技術１）。

特開平１１−００４５７９号公報

先行技術１は、入力あるいは出力をバランスさせるのに有効であるが、複数のスイッチング電源の入力を直列に接続し出力を並列に接続するので、スイッチング電源の特性にバラツキがあると各スイッチング電源の入力電圧および出力電流が等しくならない。バラツキによっても入力電圧が各スイッチング電源の入力電圧規格を超えることが無いようにする必要がある。そこでより入力電圧の調整に有効な方法を提案する。

複数のＤＣ−ＤＣコンバータの入力を、直流電源に直列に接続すると共に、出力を直列に接続し電力を負荷に供給するスイッチング電源装置であって、それぞれのＤＣ−ＤＣコンバータに印加される入力電圧の平均値を検出する平均値検出部を備える。そして、それぞれのＤＣ−ＤＣコンバータの制御回路は、平均値検出部が出力する入力電圧の平均値とそれぞれのＤＣ−ＤＣコンバータに印加される入力電圧との差を検出する差分信号を生成し、この差分信号およびそれぞれのＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧に応じてそれぞれのＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を調整する。

それぞれのＤＣ−ＤＣコンバータの制御回路は、差分信号およびそれぞれのＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧に応じて、それぞれのＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧の比率を調整しても良い。
さらに、それぞれのＤＣ−ＤＣコンバータの制御回路は、負荷に供給する電力を一定の電圧にするめに、各ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧の比率を変更しても良い。

本発明によると、それぞれのＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧をそれぞれのＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧に応じて調整するので、それぞれのＤＣ−ＤＣコンバータにばらつきがあっても、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧を同じ電圧値にすることができる。

本発明の実施例１を示すブロック図

図１に本発明のスイッチング電源のブロック図を示す。図１に沿って本発明を説明する。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２の入力とＤＣ−ＤＣコンバータ３の入力が直列に接続され、直流電源１から直流電圧Ｖｉｎが入力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力とＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力は直列に接続され、端子＋と端子−間に発生する直流電力を負荷に出力する。制御回路４は、直流電源１から直流電圧Ｖ１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の入力とＤＣ−ＤＣコンバータ３の入力の接続点の電圧Ｖ２と、負荷に供給される電圧Ｖａと、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力とＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力の接続点の電圧Ｖｂを検出し、検出した各電圧に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ２のスイッチング素子Ｑ１およびＤＣ−ＤＣコンバータ３のスイッチング素子Ｑ２のオンオフを制御する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２はコンデンサＣ１とトランスＴ１の一次巻線とスイッチング素子Ｑ１を直列に接続し、制御回路４からの駆動信号Ｇ１に応じてスイッチング素子Ｑ１をオンオフする。トランスＴ１の二次巻線には、ダイオードＤ１およびコンデンサＣ３から成る整流平滑回路が接続され、コンデンサＣ３に変換した直流電圧Ｖｏ１が生成される。同様に、ＤＣ−ＤＣコンバータ３はコンデンサＣ２とトランスＴ２の一次巻線とスイッチング素子Ｑ２を直列に接続し、制御回路４からの駆動信号Ｇ２に応じてスイッチング素子Ｑ２をオンオフする。トランスＴ２の二次巻線には、ダイオードＤ２およびコンデンサＣ４から成る整流平滑回路が接続され、コンデンサＣ４に変換した直流電圧Ｖｏ２が生成される。ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力とＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力は直列に接続されるので、端子＋と端子−の間にはＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏ１とＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｏ２が合算された電圧Ｖｏが発生し、負荷に供給される。

制御回路４は以下のように動作する。直流電圧Ｖ１と直流電圧Ｖ２を検出し、平均値Ｖａｖを生成する。この平均値Ｖａｖと各ＤＣ−ＤＣコンバータの入力に印加される電圧との差分信号を生成する。つまり、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の差分信号Ｖｄｅｆ１はＶ１−Ｖ２−Ｖａｖとなり、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の差分信号Ｖｄｅｆ２はＶ２−Ｖａｖとなる。また、制御回路４はＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏ１＝Ｖａ−Ｖｂを生成し、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｏ２＝Ｖｂとする。各ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧と所定の基準電圧Ｖｒｅｆとを比較しそれぞれの誤差信号Ｖｅｒｒ１およびＶｅｒｒ２を生成する。そして制御回路４は、Ｖｄｅｆ１とＶｅｒｒ１とを加算した信号に基づいてスイッチング素子Ｑ１をオンオフする。同様にＶｄｅｆ２とＶｅｒｒ２とを加算した信号に基づいてスイッチング素子Ｑ２をオンオフする。このため、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の入力電圧（Ｖ１−Ｖ２）とＤＣ−ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖ２のバランスが崩れ、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ２の入力電圧（Ｖ１−Ｖ２）が高くなり、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖ２が低くなったとすると、差分信号Ｖｄｅｆ１が上昇し差分信号Ｖｄｅｆ２が低下する。制御回路４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏ１を上昇させるとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｏ２を低下させる。このため、ＤＣ−ＤＣコンバータ２は消費電力が上昇し入力電圧が低下し、且つＤＣ−ＤＣコンバータ３の消費電力は低下するので入力電圧が上昇する。このように動作するので、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の入力電圧とＤＣ−ＤＣコンバータ３の入力電圧はバランスする。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧は上昇するが、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の出力電圧は低下するので、負荷に供給される電圧Ｖｏは一定である。
ｎ台以上のＤＣ−ＤＣコンバータを使用する場合は、各ＤＣ−ＤＣコンバータを入力および出力を直列に接続し、各ＤＣ−ＤＣコンバータに対して上記のように制御すればよい。

また、制御回路４は以下のように出力電圧を制御しても良い。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、差分信号Ｖｄｅｆ１と誤差信号Ｖｅｅｒ１とを加算した信号に基づいてスイッチング素子Ｑ１をオンオフし出力電圧Ｖｏ１を制御する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３は基準電圧を出力電圧Ｖｏ１の電圧値が上昇すると低下するように補正した基準電圧Ｖｒｅｆ２と出力電圧Ｖｏ２を比較して得られた誤差信号Ｖｅｒｒ２に応じて、スイッチング素子Ｑ２をオンオフし出力電圧Ｖｏ２を制御する。基準電圧Ｖｒｅｆと出力電圧Ｖｏ１との差の電圧をＶｒｅｆ１としても良い。この場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の入力電圧（Ｖ１−Ｖ２）とＤＣ−ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖ２のバランスが崩れ、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ２の入力電圧（Ｖ１−Ｖ２）が高くなり、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖ２が低くなったとすると、差分信号Ｖｄｅf１が上昇し、制御回路４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏ１を上昇させる。すると、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の基準電圧Ｖｒｅｆ１は低下するので出力電圧Ｖｏ２を低下させる。このため、ＤＣ−ＤＣコンバータ２は消費電力が上昇し入力電圧が低下し、且つＤＣ−ＤＣコンバータ３の消費電力は低下するので入力電圧が上昇する。このように実施例２においても、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の入力電圧とＤＣ−ＤＣコンバータ３の入力電圧はバランスする。さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧は上昇すると、この上昇分だけＤＣ-ＤＣコンバータ３の出力電圧は低下するので、負荷に供給される電圧Ｖｏは一定となり、実施例１より各ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧をバランスさせることができる。
ｎ台以上のＤＣ−ＤＣコンバータを使用する場合は、各ＤＣ−ＤＣコンバータを入力および出力を直列に接続し、ｎ−１台のＤＣ−ＤＣコンバータに対して実施例１と同様に制御し、ｎ台目のＤＣ−ＤＣコンバータを上記実施例２のＤＣ−ＤＣコンバータ２と同様に制御すればよい。

高電圧が配電されたところに使用する電源に最適である。

１直流電源
２、３ＤＣ−ＤＣコンバータ
４制御回路
Ｔ１、Ｔ２トランス
Ｑ１、Ｑ２スイッチング素子
Ｄ１，Ｄ２ダイオード
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４コンデンサ

Claims

複数のＤＣ−ＤＣコンバータの入力を、直流電源に直列に接続すると共に、出力を直列に接続し電力を負荷に供給するスイッチング電源装置であって、
前記それぞれのＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧の平均値を検出する平均値検出部を備え、
前記それぞれのＤＣ−ＤＣコンバータを制御する制御回路は、
前記入力電圧の平均値とそれぞれのＤＣ−ＤＣコンバータに印加される入力電圧との差を検出する差分信号を生成し、
前記差分信号および前記それぞれのＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧に応じて、前記それぞれのＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を調整することを特徴とするスイッチング電源装置。
複数のＤＣ−ＤＣコンバータはｎ(２以上の整数）台で構成され、
前記それぞれのＤＣ−ＤＣコンバータを制御する制御回路は、
ｎ−１台を前記差分信号および前記それぞれのＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧に応じて、前記それぞれのＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を調整し、残りの１台を負荷に供給する電圧からｎ−１台の各ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧の合計電圧を差し引いた電圧にすることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。