JP2020156224A - 電源システム及び電源装置 - Google Patents
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Abstract
Description
<比較例1>
図1に示されるように、比較例1に係る電源システム90は、電源装置91と、電源装置92とを備える。電源装置91は、コンバータ911と、突き合わせダイオード912と、出力端子913と、接地端子914とを備える。電源装置92は、コンバータ921と、突き合わせダイオード922と、出力端子923と、接地端子924とを備える。以下、電源装置91及び92に共通する事項は、電源装置91についてのみ説明されるとする。
比較例2として、電源装置91及び92が突き合わせダイオード912及び922を有しない場合が説明される。比較例2において、電源装置91及び92の電流−電圧特性は、ドループ特性を有する。ドループ特性は、負荷70に出力する電流が大きくなるほど出力する電圧が低くなる特性を表している。電源装置91及び92が並列に負荷70に接続されている場合に、突き合わせダイオード912及び922を有しなくても、ドループ特性によって、電源装置91及び92がそれぞれ出力する電流のバランスがとられやすくなる。しかし、突き合わせダイオード912及び922が存在しないことによって、例えば電源装置91が短絡故障した場合に、電源装置92の電流が電源装置91の短絡箇所に流入する。この場合、電源装置92から負荷70に供給する電流が不足したり、電源装置92が出力する電圧が低下したりすることによって、電源システム90は全体として、負荷70に対する電力の供給を維持できなくなる。
比較例3として、電源装置91及び92はそれぞれ、他の装置が出力する電流に合わせた電流を出力する構成が説明される。比較例3において、電源装置91は、他の装置が出力する電流を検出する回路と、検出結果に基づいて出力する電流を制御する回路とを備える必要がある。このような構成は、装置コストの増大につながる。
比較例4として、電源装置91及び92がMCU(Micro Control Unit)を備える構成が説明される。比較例4において、負荷70に並列に接続されている電源装置91及び92のうちの1台の装置がマスタとして機能し、他の装置がスレーブとして機能する。マスタとして機能する装置のMCUは、各装置が出力する電圧及び電流の検出結果に基づいて、スレーブとして機能する装置のMCUに対して制御情報を出力する。このようにすることで、MCUは、各装置が出力する電流のバランスをとるとともに、電圧の変動を小さくできる。しかし、MCUを用いた構成は、各装置が出力する電圧及び電流を検出したり通信したりする構成を必要とする。また、MCUを動作させるプログラムが必要となる。したがって、MCUの使用は、装置コストの増大につながる。
以上述べてきたように、各比較例に係る構成には、電源装置91及び92が出力する電流のバランスをとることが難しかったり、短絡故障に対する脆弱性を有していたりするという課題がある。これらの課題は、電源システム90及び電源装置91の信頼性を低下させる。
図2に示されるように、一実施形態に係る電源システム1は、電源装置10a及び10bを備える。電源装置10a及び10bは、区別される必要が無い場合、電源装置10と称される。
VB = VCONV+R137/R135・REFN−Rs・IL・[1+R137/(R135//R136)] (1)
R135//R136は、抵抗R135と抵抗R136との並列抵抗値を表している。
IL ≦ R137・R136/[R135・R136+R137・(R135+R136)]×(REFN/Rs)が成立する場合
ID=0 (2)
(case2)
IL > R137・R136/[R135・R136+R137・(R135+R136)]×(REFN/Rs)、且つ、
IL ≦ (R135+R137)/[(R135・R136+R137・(R135+R136))×(REFN/Rs)が成立する場合
ID=[Rs×IL×[1+R137/(R135//R136)]−R137/R135×REFN]/R138 (3)
(case3)
IL > (R135+R137)/[(R135・R136+R137・(R135+R136))×(REFN/Rs)が成立する場合
ID=REFN/R138 (4)
Ibk={−REFP×R132/(R131+R132)}/Rs (5)
|Ibk|+ILmax≦Irate (6)
言い換えれば、式(6)が成立する電源装置10を突き合わせて負荷70に並列に接続する場合、1台の電源装置10に逆流電流が流れても、電源システム1全体の稼働が維持される。
ILoff=−REFP×{R142/(R141+R142)}/Ron (7)
逆流電流閾値ILoffは、FET40のソースからドレインに流れる場合に正の値になるとする。Ronは、FET40のオン抵抗を表している。
|ILoff|+ILmax≦IOLP2 (8)
IOLP2は、OLP点の電流を表している。
図9に示されるように、他の実施形態に係る電源システム1は、電源装置10a、10b及び10cを備える。電源装置10a及び10bは、図2に示される電源装置10a及び10bと同じであるとする。電源装置10a、10b及び10cは、区別される必要が無い場合、電源装置10と称される。
IB1=ILmax/3 (9)
IB2=(−Ibk+ILmax)/2 (10)
Irate≧IB2max>(−Ibk+ILmax)/2 (11)
IB1=ILmax/(N+1) (12)
IB2=(−Ibk+ILmax)/N (13)
Irate≧IB2max>(−Ibk+ILmax)/N (14)
IB2=ILmax/N (15)
この場合、IB2は、最大負荷電流ILmaxと第2所定数の逆数との積として表される。
10(10a、10b、10c) 電源装置
11(11a、11b、11c) 出力端子
12(12a、12b、12c) 接地端子
20 コンバータ
21 コンバータ出力端子
22 コンバータ接地端子
23 フィードバック端子
24 制御部
25 誤差アンプ部
26 電圧変換部
30 電流検出部
32 垂下特性制御部
34 切り離し部
40 FET
50 電圧監視部
70 負荷
80 接地点
Claims (9)
- 1つの負荷に対して電流を供給する、少なくとも2台の電源装置を含む電源システムであって、
前記電源装置は、
電流を前記負荷に供給するコンバータと、
前記コンバータと前記負荷との間に直列に接続されているFETと、
前記コンバータと前記負荷との間に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記コンバータから前記負荷に向かって流れる負荷電流の大きさに基づいて決定される垂下率で前記コンバータの出力電圧を垂下させる垂下特性制御部と
を備え、
前記負荷電流が第1電流区間に含まれる場合の垂下率は、第2電流区間及び第3電流区間それぞれに前記負荷電流が含まれる場合の垂下率よりも大きく、
前記第2電流区間は、前記第1電流区間に含まれる電流より小さい電流を含み、
前記第3電流区間は、前記第1電流区間に含まれる電流より大きい電流を含む、電源システム。 - 前記電源装置は、前記負荷から前記コンバータに向かう方向に流れる逆流電流を制限する逆流制限手段をさらに備える、請求項1に記載の電源システム。
- 前記逆流制限手段は、前記電流検出手段による前記逆流電流の検出結果と前記逆流制限基準値との比較結果に基づく信号を前記FETのゲートに入力する切り離し部を含む、請求項2に記載の電源システム。
- 前記逆流制限手段は、前記FETのドレインの電位と、前記FETのソースの電位及び監視オフセット電圧の和との比較結果に基づく信号を前記FETのゲートに入力する電圧監視部を含む、請求項2又は3に記載の電源システム。
- 前記コンバータは、定格電流を有し、
前記定格電流は、前記最大負荷電流と前記逆流制限基準値との和よりも大きい値に設定されている、請求項2から4のいずれか一項に記載の電源システム。 - 前記コンバータから前記負荷に向かって電流が流れる経路と、接地点との間を橋絡する経路のうち少なくとも1つの経路に抵抗素子が直列に接続されている、請求項1から5のいずれか一項に記載の電源システム。
- 前記第1電流区間は、前記最大負荷電流の50%の電流を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の電源システム。
- 前記負荷電流が第4電流区間に含まれる場合の垂下率は、第5電流区間及び前記第3電流区間それぞれに前記負荷電流が含まれる場合の垂下率よりも大きく、
前記第4電流区間は、前記第3電流区間に含まれる電流より大きい電流を含み、
前記第5電流区間は、前記第4電流区間に含まれる電流より大きい電流を含み、
前記第1電流区間は、第1所定数の逆数と前記最大負荷電流との積で表される電流を含み、
前記第4電流区間は、前記第1所定数から1を引いた第2所定数の逆数と前記最大負荷電流との積で表される電流を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の電源システム。 - 電流を負荷に供給するコンバータと、
前記コンバータと前記負荷との間に直列に接続されているFETと、
前記コンバータと前記負荷との間に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記コンバータから前記負荷に向かって流れる負荷電流の大きさに基づいて決定される垂下率で前記コンバータの出力電圧を垂下させる垂下特性制御部と
を備え、
前記負荷電流が第1電流区間に含まれる場合の垂下率は、第2電流区間及び第3電流区間それぞれに前記負荷電流が含まれる場合の垂下率よりも大きく、
前記第2電流区間は、前記第1電流区間に含まれる電流より小さい電流を含み、
前記第3電流区間は、前記第1電流区間に含まれる電流より大きい電流を含む、電源装置。
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