JP2020150639A - 電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】メイン電源とサブ電源の両方をシンプルな構成で診断可能な電源システムを提供すること。【解決手段】第１のオアリング素子を有し、第１の電源電圧を前記第１のオアリング素子に対して出力するメイン電源と、第２のオアリング素子を有し、前記第１の電源電圧よりも高く設定された第２の電源電圧を前記第２のオアリング素子に対して出力するサブ電源と、前記第１のオアリング素子と前記第２のオアリング素子に共通に接続される電源ラインと、前記第２の電源電圧の出力をオフにする第１の指令状態で前記電源ラインの電圧を検出することによって、前記メイン電源を診断し、前記第２の電源電圧の出力をオンにする第２の指令状態で前記電源ラインの電圧を検出することによって、前記サブ電源を診断する診断部とを備える、電源システム。【選択図】図１

Description

本発明は、電源システムに関する。

高信頼性が要求されるシステムでは、システム内の負荷に電力を供給する電源を冗長化する場合がある。一方、ＩＥＣ ６１５０８やＩＳＯ ２６２６２などの機能安全の規格に対応するためには、シングルポイントフォールトやレイテントフォールト等への対処が必要である。そこで、電源が冗長化された電源システムを診断し、劣化や故障等の異常を発見する技術が求められている。

例えば、主電源と予備電源とを備える設備において、最大消費電流に相当する負荷を予備電源に加えたときの予備電源の電圧を所定期間にわたり測定し、所定期間にわたる測定電圧の変化を可視的に出力する予備電源試験装置が存在する（例えば、特許文献１参照）。

また、予備電源ラインに模擬負荷を接続し、診断対象の電源装置から模擬負荷に電力を供給した状態で、診断対象の電源装置を診断する電源システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。

また、診断対象の電力供給部の接続先を、各電子機器が接続される運用ラインから、負荷の変動を模擬する負荷装置が接続される診断ラインに切り替えることによって、診断対象の電力供給部を診断する電源システムが知られている（例えば、特許文献３参照）。

また、第１及び第２のオアダイオードを介して接続された第１及び第２の電源ユニットの各々の出力電流に基づいて、第１及び第２のオアダイオードの異常を検出する多重化電源装置が知られている（例えば、特許文献４参照）。

また、２つのオアダイオードを介して接続された第１及び第２の電圧変換安定化回路の各出力電圧を変化させ、両オアダイオードに共通に接続されるラインの電圧変化に基づいて、両オアダイオードの故障を判定する技術が知られている（例えば、特許文献５参照）。

また、メインバッテリから供給される電力に基づいてバックアップコンデンサを充電する昇圧回路をメインバッテリ側に備え、バックアップ電源系の故障診断を行う場合、昇圧回路を非作動状態にするシステムが知られている（例えば、特許文献６参照）。

特開平９−１４７９２６号公報 特開２０１０−１８７５０３号公報 特開２０１７−１９８２４２号公報 特開２０１３−１９８２４２号公報 特開２００９−１８９１２６号公報 特開２００３−９４２２号公報

しかしながら、従来の技術では、メイン電源とサブ電源の両方を診断するために、複雑な回路や制御が必要になる。

そこで、本開示は、メイン電源とサブ電源の両方をシンプルな構成で診断可能な電源システムを提供する。

本開示は、
第１のオアリング素子を有し、第１の電源電圧を前記第１のオアリング素子に対して出力するメイン電源と、
第２のオアリング素子を有し、前記第１の電源電圧よりも高く設定された第２の電源電圧を前記第２のオアリング素子に対して出力するサブ電源と、
前記第１のオアリング素子と前記第２のオアリング素子に共通に接続される電源ラインと、
前記第２の電源電圧の出力をオフにする第１の指令状態で前記電源ラインの電圧を検出することによって、前記メイン電源を診断し、前記第２の電源電圧の出力をオンにする第２の指令状態で前記電源ラインの電圧を検出することによって、前記サブ電源を診断する診断部とを備える、電源システムを提供する。

本開示の技術によれば、メイン電源とサブ電源の両方をシンプルな構成で診断可能な電源システムを提供できる。

本開示に係る電源システムの構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態における電源システムの構成例を示す図である。 メイン電源の故障診断方法の一例を示すフローチャートである。 バックアップ電源（サブ電源）の故障診断方法の一例を示すフローチャートである。 第２の実施形態における電源システムの構成例を示す図である。 第３の実施形態における電源システムの構成例を示す図である。 第４の実施形態における電源システムの構成例を示す図である。

図１は、本開示に係る電源システムの構成例を示すブロック図である。本開示に係る電源システムは、各々の出力ラインが第１のオアリング素子及び第２のオアリング素子のワイヤードオアで接続されたメイン電源及びサブ電源を備える電源冗長化回路である。図１には、各々の出力ラインがメインダイオード１４及びサブダイオード２４のダイオードオアで接続されたメイン電源１０及びサブ電源２０を備える電源システム１００が示されている。また、電源システム１００は、メインダイオード１４のカソードとサブダイオード２４のカソードとに共通に接続される電源ライン１５を備える。電源ライン１５には、負荷３６が接続されている。したがって、電源システム１００は、メイン電源１０が故障しても、サブ電源２０から電源ライン１５を介して負荷３６に電力を供給できる。

メイン電源１０は、第１のオアリング素子の一例であるメインダイオード１４と、メイン電源電圧ＶＰＡをメインダイオード１４のアノードに対して出力するメイン電源部１８とを有する。メイン電源電圧ＶＰＡは、第１の電源電圧の一例であり、メイン電源１０は、第１の電源電圧を第１のオアリング素子に対して出力する第１の電源の一例である。一方、サブ電源２０は、第２のオアリング素子の一例であるサブダイオード２４と、メイン電源電圧ＶＰＡよりも高く設定されたサブ電源電圧ＶＰＢ２をサブダイオード２４のアノードに対して出力するサブ電源部２８とを有する。サブ電源電圧ＶＰＢ２は、第２の電源電圧の一例であり、サブ電源２０は、第２の電源電圧を第２のオアリング素子に対して出力する第２の電源の一例である。

電源システム１００は、メイン電源１０とサブ電源２０の両方を診断する診断部３４を備える。診断部３４は、電源ライン１５の電圧（電源電圧ＶＰＨ）を検出する機能と、サブ電源電圧ＶＰＢ２の出力をオン又はオフに切り替える機能とを有する。診断部３４は、負荷３６に含まれてもよい。

診断部３４は、メイン電源１０の異常を診断する場合、サブ電源電圧ＶＰＢ２の出力をオフにする第１の指令信号を出力する。サブ電源電圧ＶＰＢ２の出力がオフの状態では、電源電圧ＶＰＨは、メイン電源１０が故障していなければ、メイン電源電圧ＶＰＡに対応する規定電圧（より詳しくは、メイン電源電圧ＶＰＡからメインダイオード１４の電圧降下分を減算した電圧）になる。メイン電源電圧ＶＰＡに対応する規定電圧を、以下、"規定電圧ＶＰＨＡ"と称する。

したがって、診断部３４は、サブ電源電圧ＶＰＢ２の出力をオフにする第１の指令信号を出力している状態（第１の指令状態）で電源電圧ＶＰＨを検出することによって、メイン電源１０の異常を診断できる。例えば、診断部３４は、第１の指令状態での電源電圧ＶＰＨの検出値が、規定電圧ＶＰＨＡを含む規定範囲内にあれば、メイン電源１０は異常でないと診断でき、規定電圧ＶＰＨＡを含む規定範囲内になければ、メイン電源１０は異常であると診断できる。

一方、診断部３４は、サブ電源２０の異常を診断する場合、サブ電源電圧ＶＰＢ２の出力をオンにする第２の指令信号を出力する。サブ電源電圧ＶＰＢ２は、メイン電源電圧ＶＰＡよりも高く設定されている。このため、サブ電源電圧ＶＰＢ２の出力がオンの状態では、電源電圧ＶＰＨは、サブ電源２０が故障していなければ、サブ電源電圧ＶＰＢ２に対応する規定電圧（より詳しくは、サブ電源電圧ＶＰＢ２からサブダイオード２４の電圧降下分を減算した電圧）になる。サブ電源電圧ＶＰＢ２に対応する規定電圧を、以下、"規定電圧ＶＰＨＢ"と称する。

したがって、診断部３４は、サブ電源電圧ＶＰＢ２の出力をオンにする第２の指令信号を出力している状態（第２の指令状態）で電源電圧ＶＰＨを検出することによって、サブ電源２０の異常を診断できる。例えば、診断部３４は、第２の指令状態での電源電圧ＶＰＨの検出値が、規定電圧ＶＰＨＢを含む規定範囲内にあれば、サブ電源２０は異常でないと診断でき、規定電圧ＶＰＨＢを含む規定範囲内になければ、サブ電源２０は異常であると診断できる。

このように、上述のような構成を有する電源システム１００によれば、図１に示すように、メイン電源１０とサブ電源２０の両方を比較的シンプルな構成で診断できる。例えば、メイン電源１０又はサブ電源２０の診断用の特別な動作をメイン電源１０にさせなくても、メイン電源１０又はサブ電源２０の診断用の特別な回路をメイン電源１０に備えなくても、メイン電源１０とサブ電源２０の両方を診断できる。診断用回路を備えるメイン電源の故障率は、診断用回路自体の故障も起こり得る。よって、メイン電源の故障率を下げるためには、メイン電源の構成は、できるだけシンプルなことが好ましい。本実施形態におけるメイン電源１０は、その構成をシンプルにできるので、メイン電源１０の故障率を抑制できる。メイン電源１０の故障率を抑制できる点は、メイン電源１０が負荷３６の常用電源として使用される形態では、特に有利である。

また、上述のような構成を有する電源システム１００によれば、負荷３６に供給する電力を止めなくても、メイン電源１０とサブ電源２０の両方を診断できる。したがって、負荷３６を含むシステムを停止させずに通常通り稼働させながら、メイン電源１０とサブ電源２０の両方を診断できる。メイン電源１０とサブ電源２０の両方を診断できる点は、機能安全の観点で好ましい。

診断部３４は、サブ電源電圧ＶＰＢ２の出力をオフにする第１の指令状態で電源電圧ＶＰＨの検出値が、規定電圧ＶＰＨＡを含む規定範囲内にない異常値である場合、サブ電源電圧ＶＰＢ２の出力をオフからオンに切り替えてもよい。これにより、メイン電源１０が故障しても、電源ライン１５及び負荷３６への電力供給源を、異常と診断されたメイン電源１０から正常と診断済みのサブ電源２０に安全に切り替えできる。

診断部３４は、サブ電源電圧ＶＰＢ２の出力をオンにする第２の指令状態で電源電圧ＶＰＨの検出値が、規定電圧ＶＰＨＢを含む規定範囲内にある正常値である場合、サブ電源電圧ＶＰＢ２の出力をオンからオフに切り替えてもよい。これにより、電源ライン１５及び負荷３６への電力供給源を、正常と診断されたサブ電源２０から正常と診断済みのメイン電源１０に安全に切り替え（復帰）できる。サブ電源２０に比べて構成がシンプルなメイン電源１０の故障率は、サブ電源２０の故障率よりも低いと考えられる。したがって、サブ電源２０が正常と診断されても、正常と診断済みのメイン電源１０に切り替えることによって、電源システム１００全体での故障率を低減できる。

診断部３４は、サブ電源電圧ＶＰＢ２の出力をオンにする第２の指令状態で電源電圧ＶＰＨの検出値が、規定電圧ＶＰＨＢを含む規定範囲内にない異常値である場合、サブ電源電圧ＶＰＢ２の出力をオンからオフに切り替えてもよい。これにより、電源ライン１５及び負荷３６への電力供給源を、異常と診断されたサブ電源２０から正常と診断済みのメイン電源１０に安全に切り替え（復帰）できる。

次に、図１に示す本開示に係る電源システム１００について、より具体的な構成を例示して、説明する。

図２は、本開示に係る第１の実施形態における電源システムの構成例を示す図である。第１の実施形態に関して、上述の説明と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。

図２に示す電源システム１０１は、運用側のメイン電源電圧ＶＰＡと待機側のサブ電源電圧ＶＰＢ３とをダイオードオアすることで、電源電圧ＶＰＨの直流電力を、メイン電源回路１６等の負荷に供給する。待機側のサブ電源電圧ＶＰＢ２は、運用側のメイン電源電圧ＶＰＡよりも高く設定されている。また、電源システム１０１は、電源ライン１５等の各部の電圧を検出する電圧検出部と、サブ電源電圧ＶＰＢ２の出力をオン又はオフに切り替える選択部とを有する。電圧検出部は、レベル変換器２７及びＡＤ（Analog to Digital）変換器３２を含む。選択部は、ＧＰＯ（General Purpose Output）３３及びスイッチ回路４１）を含む。

図２に示す電源システム１０１は、メイン電源１０、サブ電源２０、電源ライン１５、メイン電源回路１６及び診断部３４を備える。診断部３４は、レベル変換器２７、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）３０を備える。

メイン電源１０は、メインバッテリ１１、メイン出力ライン１３及びメインダイオード１４を有する。メインバッテリ１１は、メイン電源部１８（図１参照）に含まれる要素の一例である。メインバッテリ１１は、メイン電源電圧ＶＰＡをメイン出力ライン１３に出力する。メインバッテリ１１の正極は、メイン出力ライン１３を介して、メインダイオード１４のアノードに接続される。

サブ電源２０は、サブバッテリ２１、バックアップ電源回路２２、スイッチ回路４１及びサブダイオード２４を有する。サブバッテリ２１は、待機電源電圧ＶＰＢを出力する。待機電源電圧ＶＰＢは、第３の電源電圧の一例であり、サブバッテリ２１は、第３の電源電圧を出力する待機電源の一例である。バックアップ電源回路２２は、待機電源電圧ＶＰＢをサブ電源電圧ＶＰＢ２に変換する直流−直流コンバータである。サブバッテリ２１及びバックアップ電源回路２２は、サブ電源部２８（図１参照）に含まれる要素の一例である。スイッチ回路４１は、バックアップ電源回路２２とサブダイオード２４との間に設けられるスイッチ４２を有する。スイッチ４２は、バックアップ電源回路２２の出力側とサブダイオード２４のアノード側とを接続するサブ出力ライン２３に直列に挿入されている。サブ出力ライン２３は、バックアップ電源回路２２とスイッチ４２との間の部分ライン２３ａと、スイッチ４２とサブダイオード２４との間の部分ライン２３ｂとを含む。

電源ライン１５は、メインダイオード１４のアノードとサブダイオード２４のアノードとに共通に接続され、メイン電源回路１６の電源入力部に入力される。

メイン電源回路１６は、電源ライン１５の電源電圧ＶＰＨを降圧変換して制御電源電圧ＶＤＤを生成するレギュレータである。制御電源電圧ＶＤＤは、ＭＰＵ３０の電源端子３１に入力さる。ＭＰＵ３０は、制御電源電圧ＶＤＤで動作する。

レベル変換器２７は、制御電源電圧ＶＤＤよりも低くなるように、入力される各部の電圧検出値を降圧変換し、各部の電圧検出値に対応するアナログ検出電圧を生成して出力する。レベル変換器２７に入力される各部の電圧検出値には、メイン電源電圧ＶＰＡ、待機電源電圧ＶＰＢ、電源電圧ＶＰＨ及びサブ電源電圧ＶＰＢ２，ＶＰＢ３の検出値が含まれる。

図３は、メイン電源１０の故障診断方法の一例を示すフローチャートである。診断部３４は、電源システム１０１から供給される負荷を含むシステムの稼働中、図３に示す診断フローをＭＰＵ３０により周期的に行うことが好ましい。

診断部３４は、メイン電源１０側の診断をＭＰＵ３０により行う場合、サブ電源電圧ＶＰＢ２の出力をオン又はオフにする指令信号ＢＡＣＫＵＰＯＮを非アクティブ（＝０）に設定する（ステップＳ１１）。

指令信号ＢＡＣＫＵＰＯＮが非アクティブに設定されることにより、スイッチ回路４１のオフ（オープン）が診断部３４から指令され、診断部３４の指令状態は、サブ電源電圧ＶＰＢ２の出力をオフにする第１の指令状態となる。

診断部３４は、第１の指令状態でメイン電源電圧ＶＰＡを検出することによって、メインバッテリ１１を含むメイン電源部を診断する（ステップＳ１３）。診断部３４は、第１の指令状態で電源ライン１５の電源電圧ＶＰＨを検出することによって、メインダイオード１４を診断する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５では、診断部３４は、電源電圧ＶＰＨが、ステップＳ１３で先に正常と診断したメイン電源電圧ＶＰＡに対して、メインダイオード１４の電圧降下分を引いた値になっているか否かを判定すればよい。診断部３４は、第１の指令状態で、メイン電源電圧ＶＰＡの検出値が規定範囲内にあり、且つ、電源電圧ＶＰＨの検出値が規定範囲内にあれば、メイン電源１０は正常と診断する（ステップＳ１７）。

一方、診断部３４は、第１の指令状態でメイン電源電圧ＶＰＡの検出値が、規定範囲内にない異常値である場合、指令信号ＢＡＣＫＵＰＯＮをアクティブ（＝１）に設定し（ステップＳ２３）、ＦＴＴＩ内に電力供給源をサブ電源２０に切り替えることが好ましい。ＦＴＴＩ（Fault Tolerant Time Interval）は、各故障がシステム全体に影響を及ぼすまでの時間間隔を表す。診断部３４は、第１の指令状態でメイン電源電圧ＶＰＡの検出値が、規定範囲内にない異常値である場合、メインバッテリ１１を含むメイン電源部が異常と診断し、その異常診断結果をユーザに通知する（ステップＳ２５）。

診断部３４は、第１の指令状態で電源電圧ＶＰＨの検出値が、規定範囲内にない異常値である場合、指令信号ＢＡＣＫＵＰＯＮをアクティブ（＝１）に設定し（ステップＳ１９）、ＦＴＴＩ内に電力供給源をサブ電源２０に切り替えることが好ましい。診断部３４は、第１の指令状態で電源電圧ＶＰＨの検出値が、規定範囲内にない異常値である場合、メインダイオード１４が異常と診断し、その異常診断結果をユーザに通知する（ステップＳ２１）。

図４は、バックアップ電源（サブ電源２０）の故障診断方法の一例を示すフローチャートである。診断部３４は、図３に示す診断フローに比べて長い周期で、図４に示す診断フローを定期的に行う。これにより、サブ電源２０の診断が繰り返されることによる消費電力の増大を抑制できる。例えば、診断部３４は、図３に示す診断フローでメイン電源１０の診断が正常と診断された状態で（ステップＳ３０）、電源システム１０１から供給される負荷を含むシステムの起動時に、図４に示す診断フローをＭＰＵ３０によりに行う（ステップＳ３１）。

診断部３４は、サブ電源電圧ＶＰＢ２の出力をオフにする第１の指令状態で待機電源電圧ＶＰＢを検出することによって、サブバッテリ２１を診断する（ステップＳ３３）。診断部３４は、第１の指令状態で待機電源電圧ＶＰＢの検出値が、規定範囲内にない異常値である場合、バックアップ用のサブバッテリ２１が無負荷状態で異常と診断し、その異常診断結果をユーザに通知する（ステップＳ３５）。

診断部３４は、第１の指令状態でサブ電源電圧ＶＰＢ２を検出することによって、バックアップ電源回路２２を診断する（ステップＳ３７）。診断部３４は、第１の指令状態でサブ電源電圧ＶＰＢ２の検出値が、規定範囲内にない異常値である場合、バックアップ電源回路２２が無負荷状態で異常と診断し、その異常診断結果をユーザに通知する（ステップＳ３９）。

診断部３４は、第１の指令状態で、待機電源電圧ＶＰＢの検出値が規定範囲内にあり、且つ、サブ電源電圧ＶＰＢ２の検出値が規定範囲内にあれば、サブバッテリ２１及びバックアップ電源回路２２を含むサブ電源部が無負荷状態で正常と診断する。

診断部３４は、サブ電源部が無負荷状態で正常と診断した後、指令信号ＢＡＣＫＵＰＯＮをアクティブ（＝１）に設定する（ステップＳ４１）。

指令信号ＢＡＣＫＵＰＯＮがアクティブに設定されることにより、スイッチ回路４１のオン（短絡）が診断部３４から指令され、診断部３４の指令状態は、サブ電源電圧ＶＰＢ２の出力をオンにする第２の指令状態となる。

診断部３４は、第２の指令状態で待機電源電圧ＶＰＢを検出することによって、サブバッテリ２１を診断する（ステップＳ４３）。診断部３４は、第２の指令状態でサブ電源電圧ＶＰＢ２を検出することによって、バックアップ電源回路２２を診断する（ステップＳ４７）。ステップＳ４７では、診断部３４は、サブ電源電圧ＶＰＢ２が、ステップＳ４３で先に正常と診断した待機電源電圧ＶＰＢに対して、バックアップ電源回路２２の電圧降下分を引いた値になっているか否かを判定すればよい。診断部３４は、第２の指令状態で、待機電源電圧ＶＰＢの検出値が規定範囲内にあり、且つ、サブ電源電圧ＶＰＢ２の検出値が規定範囲内にあれば、サブバッテリ２１及びバックアップ電源回路２２を含むサブ電源部が実負荷状態で正常と診断する。

診断部３４は、第２の指令状態でスイッチ回路４１とサブダイオード２４との間のサブ電源電圧ＶＰＢ３を検出することによって、スイッチ回路４１を診断する（ステップＳ５１）。ステップＳ５１では、診断部３４は、サブ電源電圧ＶＰＢ３が、ステップＳ４７で先に正常と診断したサブ電源電圧ＶＰＢ２と等しいか否かを判定すればよい。診断部３４は、第２の指令状態で電源ライン１５の電源電圧ＶＰＨを検出することによって、サブダイオード２４を診断する（ステップＳ５５）。ステップＳ５５では、診断部３４は、電源電圧ＶＰＨが、ステップＳ５１で先に正常と診断したサブ電源電圧ＶＰＢ３に対して、サブダイオード２４の電圧降下分を引いた値になっているか否かを判定すればよい。

診断部３４は、第２の指令状態で、サブ電源２０側の電圧（ＶＰＢ，ＶＰＢ２，ＶＰＢ３）及び電源ライン１５の電源電圧ＶＰＨの各々の検出値が、いずれも、各々の規定範囲内にあれば、指令信号ＢＡＣＫＵＰＯＮを非アクティブに設定する（ステップＳ５９）。これにより、診断部３４の指令状態は、サブ電源電圧ＶＰＢ２の出力をオフにする第１の指令状態となる。また、診断部３４は、それらの各々の検出値が、いずれも、各々の規定範囲内にあれば、バックアップ用のサブ電源２０は正常と診断する（ステップＳ６１）。

一方、診断部３４は、第２の指令状態で待機電源電圧ＶＰＢの検出値が、規定範囲内にない異常値である場合、バックアップ用のサブバッテリ２１が実負荷状態で異常と診断し、その異常診断結果をユーザに通知する（ステップＳ４５）。診断部３４は、第２の指令状態でサブ電源電圧ＶＰＢ２の検出値が、規定範囲内にない異常値である場合、バックアップ電源回路２２が実負荷状態で異常と診断し、その異常診断結果をユーザに通知する（ステップＳ４９）。診断部３４は、第２の指令状態でサブ電源電圧ＶＰＢ３の検出値が、ステップＳ４７で先に正常と診断したサブ電源電圧ＶＰＢ２と等しくない場合、スイッチ回路４１がオープン故障異常と診断し、その異常診断結果をユーザに通知する（ステップＳ５３）。診断部３４は、第２の指令状態で電源電圧ＶＰＨの検出値が、規定範囲内にない異常値である場合、サブダイオード２４が異常と診断し、その異常診断結果をユーザに通知する（ステップＳ５７）。

診断部３４は、第２の指令状態で、サブ電源２０側の電圧（ＶＰＢ，ＶＰＢ２，ＶＰＢ３）及び電源ライン１５の電源電圧ＶＰＨの各々の検出値のいずれかが規定範囲内になければ、指令信号ＢＡＣＫＵＰＯＮを非アクティブに設定する（ステップＳ６３）。これにより、診断部３４の指令状態は、サブ電源電圧ＶＰＢ２の出力をオフにする第１の指令状態となる。また、診断部３４は、それらの各々の検出値のいずれかが規定範囲内になければ、バックアップ用のサブ電源２０は異常と診断する（ステップＳ６５）。

なお、待機側のサブ電源２０が故障していても、運用側のサブ電源２０が正常であれば、システムダウンはしない。よって、システムを稼働させた状態で、待機側のサブ電源２０の診断が可能になる。

図５は、本開示に係る第２の実施形態における電源システムの構成例を示す図である。第２の実施形態に関して、上述の説明と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。

図５に示す電源システム１０２では、スイッチ回路４１がより具体的に示されている。スイッチ回路４１は、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ４３と、抵抗４４，４５と，Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）４６とを有する。診断部３４は、ＭＰＵ３０のＧＰＯから、ローレベルの指令信号ＢＡＣＫＵＰＯＮを出力することにより、ＭＯＳＦＥＴ４６をオフにし、ハイレベルの指令信号ＢＡＣＫＵＰＯＮを出力することにより、ＭＯＳＦＥＴ４６をオンにする。図５に示すように、スイッチ回路４１の構成は比較的シンプルなため、サブ電源２０の故障率の上昇を抑制できる。

図６は、本開示に係る第３の実施形態における電源システムの構成例を示す図である。第３の実施形態に関して、上述の説明と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。

図６に示す電源システム１０３は、起動以前から運用側のメイン電源１０が異常の場合に、待機側のサブ電源２０で診断部３４のＭＰＵ３０を立ち上げるためのバックアップ起動回路を備える。スイッチ回路４１は、コンパレータ４７、論理和ゲート４８及びスイッチ４２を有する。コンパレータ４７は、メイン電源電圧ＶＰＡと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、その比較結果を出力する。論理和ゲート４８は、コンパレータ４７の出力信号とＭＰＵ３０の指令信号ＢＡＣＫＵＰＯＮとの論理和を出力する。スイッチ４２は、論理和ゲート４８の出力信号に従ってオン又はオフする。基準電圧Ｖｒｅｆは、零よりも大きくメイン電源電圧ＶＰＡの設定値（目標値）よりも低く設定される。コンパレータ４７は、メイン電源電圧ＶＰＡが基準電圧Ｖｒｅｆよりも高いとき、ローレベルの信号を出力し、メイン電源電圧ＶＰＡが基準電圧Ｖｒｅｆよりも低いとき、ハイレベルの信号を出力する。スイッチ４２は、論理和ゲート４８の出力信号がローレベルでオフし、論理和ゲート４８の出力信号がハイレベルでオンする。

このような構成によれば、起動前又は起動時にメイン電源１０の異常によりメイン電源電圧ＶＰＡが零でも、コンパレータ４７の出力信号に基づいてスイッチ４２はオンとなる。スイッチ４２がオンすると、サブバッテリ２１から電源ライン１５を介して供給される電力により、ＭＰＵ３０を立ち上げできる。

図７は、本開示に係る第４の実施形態における電源システムの構成例を示す図である。第４の実施形態に関して、上述の説明と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。

図７に示す電源システム１０４は、電源システム１０３と同様、起動以前から運用側のメイン電源１０が異常の場合に、待機側のサブ電源２０で診断部３４のＭＰＵ３０を立ち上げるためのバックアップ起動回路を備える。スイッチ回路４１は、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ４３と、抵抗４４，４５と，Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ４６と、コンパレータ４７とを有する。コンパレータ４７は、メイン電源電圧ＶＰＡが基準電圧Ｖｒｅｆよりも高いとき、オープン（ハイインピーダンス）出力となるので、コンパレータ４７の出力部の電位は、抵抗４４，４５によって、ハイレベルになる。メイン電源電圧ＶＰＡが基準電圧Ｖｒｅｆよりも低いとき、ローレベルの信号を出力する。ＭＯＳＦＥＴ４６は、そのゲートがハイレベルでオフし、そのゲートがローレベルでオンする。

このような構成によれば、起動前又は起動時にメイン電源１０の異常によりメイン電源電圧ＶＰＡが零でも、コンパレータ４７の出力信号に基づいてＭＯＳＦＥＴ４６はオンとなる。ＭＯＳＦＥＴ４６がオンすると、サブバッテリ２１から電源ライン１５を介して供給される電力により、ＭＰＵ３０を立ち上げできる。

なお、診断部３４を実現する場合、診断部３４用のプログラムをＭＰＵ３０内のメモリに格納しておき、このプログラムをＭＰＵ３０内のプロセッサが実行することにより、診断部３４の機能が実現される。

以上、電源システムを実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

例えば、オアリング素子は、ダイオードに限られず、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）等の他のオアリング素子でもよい。この場合のオアリングＦＥＴは、例えば、ゲート電圧が印加されていない状態で、ソースからドレインに電流が流れるディプレッション形のＦＥＴである。

また、サブ電源部２８又はサブバッテリ２１は、バックアップ専用の電源でもよいし、通常時は別の用途で使用されていてメイン電源１０の故障時に一時的に利用される電源でもよい。例えば、サブバッテリ２１がモータを駆動するインバータに接続されている場合、サブバッテリ２１は、通常時はインバータの電源用途で使用されていてメイン電源１０の故障時に一時的に利用されてもよい。

また、本開示に係る電源システムは、ハイブリッド自動車や電気自動車などの車載電源に使用されてもよいし、無停電電源装置に使用されてもよい。

１０ メイン電源
１１ メインバッテリ
１３ メイン出力ライン
１４ メインダイオード
１５ 電源ライン
１８ メイン電源部
２０ サブ電源
２１ サブバッテリ
２２ バックアップ電源回路
２３ サブ出力ライン
２４ サブダイオード
２８ サブ電源部
３０ ＭＰＵ
３４ 診断部
４１ スイッチ回路
４２ スイッチ
１００，１０１，１０３，１０４ 電源システム

Claims (11)

1. 第１のオアリング素子を有し、第１の電源電圧を前記第１のオアリング素子に対して出力するメイン電源と、
   第２のオアリング素子を有し、前記第１の電源電圧よりも高く設定された第２の電源電圧を前記第２のオアリング素子に対して出力するサブ電源と、
   前記第１のオアリング素子と前記第２のオアリング素子に共通に接続される電源ラインと、
   前記第２の電源電圧の出力をオフにする第１の指令状態で前記電源ラインの電圧を検出することによって、前記メイン電源を診断し、前記第２の電源電圧の出力をオンにする第２の指令状態で前記電源ラインの電圧を検出することによって、前記サブ電源を診断する診断部とを備える、電源システム。
2. 前記診断部は、前記第１の指令状態で前記電源ラインの電圧が異常の場合、前記第２の電源電圧の出力をオンにする、請求項１に記載の電源システム。
3. 前記診断部は、前記第２の指令状態で前記電源ラインの電圧が正常の場合、前記第２の電源電圧の出力をオフにする、請求項１又は２に記載の電源システム。
4. 前記診断部は、前記第２の指令状態で前記電源ラインの電圧が異常の場合、前記第２の電源電圧の出力をオフにする、請求項１又は２に記載の電源システム。
5. 前記メイン電源は、前記第１の電源電圧を出力するメイン電源部を有し、
   前記診断部は、前記第１の指令状態で前記第１の電源電圧を検出することによって、前記メイン電源部を診断し、前記第１の指令状態で前記電源ラインの電圧を検出することによって、前記第１のオアリング素子を診断する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電源システム。
6. 前記サブ電源は、前記第２の電源電圧を出力するサブ電源部を有し、
   前記診断部は、前記第２の指令状態で前記第２の電源電圧を検出することによって、前記サブ電源部を診断し、前記第２の指令状態で前記電源ラインの電圧を検出することによって、前記第２のオアリング素子を診断する、請求項１から５のいずれか一項に記載の電源システム。
7. 前記サブ電源は、前記第２の電源電圧を出力するサブ電源部と、前記サブ電源部と前記第２のオアリング素子との間に設けられたスイッチ回路とを有し、
   前記第１の指令状態は、前記スイッチ回路をオフにする指令状態であり、前記第２の指令状態は、前記スイッチ回路をオンにする指令状態である、請求項１から６のいずれか一項に記載の電源システム。
8. 前記診断部は、前記第１の指令状態で前記サブ電源部と前記スイッチ回路との間の電圧を検出することによって、前記サブ電源部を診断する、請求項７に記載の電源システム。
9. 前記診断部は、前記第２の指令状態で前記サブ電源部と前記スイッチ回路との間の電圧を検出することによって、前記サブ電源部を診断する、請求項７又は８に記載の電源システム。
10. 前記診断部は、前記第２の指令状態で前記スイッチ回路と前記第２のオアリング素子との間の電圧を検出することによって、前記スイッチ回路を診断する、請求項７から９のいずれか一項に記載の電源システム。
11. 前記サブ電源部は、第３の電源電圧を出力する待機電源と、前記第３の電源電圧を前記第２の電源電圧に変換するコンバータとを有し、
    前記診断部は、前記第２の指令状態で前記第３の電源電圧を検出することによって、前記待機電源を診断し、前記第２の指令状態で前記第２の電源電圧を検出することによって、前記コンバータを診断する、請求項６から１０のいずれか一項に記載の電源システム。

Images