JP2022113336A

JP2022113336A - 電力供給装置

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Publication number: JP2022113336A
Application number: JP2021009506A
Authority: JP
Inventors: 涼竹井; Ryo Takei
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2021-01-25
Filing date: 2021-01-25
Publication date: 2022-08-04
Also published as: CN114900017A; TWI805139B; TW202304095A

Abstract

【課題】冗長運転を行う２つの電源ユニットにおいて、１つの電源ユニットが停止したときの瞬時電圧降下幅を抑制し、この電圧降下による駆動装置の停止を回避する。【解決手段】電力供給装置１は、入力電圧に応じた出力電圧を出力するスイッチング回路１５および出力電圧に応じてスイッチング回路のオン／オフ動作を制御することで出力電圧を安定させるＰＷＭ制御回路１６を有する電圧変換回路１１と、入力電圧が既定電圧より低いときのみ出力電圧を昇圧する電圧補正回路１２と、を含む電源ユニット１０を２つ備え、２つの電源ユニットは、それぞれの出力端子から出力される出力電圧を並列接続して構成する１つの駆動電圧で負荷装置３０を駆動し、２つの電源ユニットのうち、１つの電源ユニットの入力電圧が低下したときに他の電源ユニットがその低下した駆動電圧を所定の電圧に復旧する。【選択図】図１

Description

本発明は電力供給装置に関し、特に、ＰＷＭ制御方式を利用したスイッチング電源ユニットを複数並列接続して冗長運転を行う電力供給装置に関する。

入力された電圧を所望の電圧に変換して出力する電力変換装置として、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御方式を利用して出力電圧を安定化するスイッチング電源ユニットが広く知られている。近年、重要なサーバーや医療機器等の停止させることができないシステムへの電力供給の信頼性を高めるために、特定の電源ユニットが停止しても電力供給が停止しないように、複数のスイッチング電源ユニットを並列接続して冗長運転を行い所定の電力を供給する電力供給装置が利用されている。

このような冗長運転方式では、負荷装置が必要とする電力を、複数の電源ユニットが分担して供給している。したがって、複数の電源ユニットのうちの一部のユニットが停止したときでも、他の電源ユニットからの出力電力を増加させて必要な電力の供給を維持し、この出力電圧によって駆動される負荷装置の運転を連続して継続することができる。しかしながら、ＰＷＭ制御方式を利用するスイッチング電源ユニットは、出力電圧の低下を検出してはじめて逐次出力電力を増加させるため、電圧低下の検出から出力電力の増加までには一定の時間遅れを生じる。

このことから、たとえ冗長運転を行っていたとしても、一部の電源ユニットが停止したときは、その後に他の電源ユニットが出力電圧を増加させて所定の電力供給に復旧するまで間に、瞬時電圧降下が生じる。この電圧降下幅が大きいと駆動されている負荷装置が停止する虞がある。

本開示はこのような課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の電源ユニットを並列接続して冗長運転を行う電力供給装置において、一部の電源ユニットが停止したときの瞬時電圧降下幅を抑制し、この電圧降下による負荷装置の停止を回避する電力供給装置を提供することにある。

本開示の１つの態様の電力供給装置は、スイッチング回路と、ＰＷＭ制御回路と、を有する電圧変換回路であって、スイッチング回路が入力電圧に応じた出力電圧を出力し、ＰＷＭ制御回路が出力電圧に応じてスイッチング回路のオン／オフ動作を制御することで出力電圧を安定させる、電圧変換回路と、入力電圧が既定電圧より低いときのみ出力電圧を昇圧する、電圧補正回路と、入力端子と、出力端子と、を含む電源ユニットを２つ備え、２つの電源ユニットのそれぞれの入力端子は、互いに電気的に絶縁され、２つの電源ユニットは、それぞれの出力端子から出力される出力電圧を並列接続して構成する１つの駆動電圧で負荷装置を駆動し、２つの電源ユニットのうちの１つの電源ユニットの入力電圧が低下したときに当該入力電圧の低下に伴う前駆動電圧が低下を検出して、２つの電源ユニットのうちの他の電源ユニットがその低下した駆動電圧を所定の電圧に復旧する、ことを特徴とする。

本開示の電力供給装置によれば、複数の電源ユニットを並列接続して冗長運転を行う電力供給装置において、一部の電源ユニットが停止したときの瞬時電圧降下幅を抑制し、この電圧降下による負荷装置の停止を回避する電力供給装置を提供することができる。

図１は、電力供給装置の第１実施形態のブロック回路図である。図２は、図１の電力供給装置の第１実施形態の詳細な回路図である。図３Ａは、電圧補正回路を接続しない電力供給装置において、１つの電源ユニットへの入力が遮断されたときのタイミングチャートである。図３Ｂは、電力供給装置の第１実施形態において、１つの電源ユニットへの入力が遮断されたときのタイミングチャートである。図４Ａは、電圧補正回路を接続しない電力供給装置において、１つの電源ユニットを再起動するときのタイミングチャートである。図４Ｂは、電力供給装置の第１実施形態において、１つの電源ユニットを再起動するときのタイミングチャートである。図５は、図２の電力供給装置の第１実施形態の詳細な回路図の変形例である。図６は、電力供給装置の第２実施形態のブロック回路図である。図７は、図６の電力供給装置の第２実施形態の詳細な回路図である。図８は、図７の電力供給装置の第２実施形態の詳細な回路図の変形例である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１に電力供給装置１の第１実施形態のブロック回路図を示す。電力供給装置１は、２つの電源ユニット１０、２０を備える。一方の電源ユニット１０は、電圧変換回路１１と、電圧変換回路１１と並列に接続された電圧補正回路１２と、入力端子１３と、出力端子１４と、を含む。

電圧変換回路１１は、スイッチング回路１５とＰＷＭ制御回路１６とを有する。スイッチング回路１５は、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御により、入力端子１３から供給される入力電圧Ｖｉｎ１に応じて変換電圧ＶｏＡ１を出力する。スイッチング回路１５は、一定の周期で高速スイッチングを行い、入力電圧Ｖｉｎ１のオンとオフを繰り返す。そして、この一定の周期の中でオンしている時間を増減させる、すなわち、オン／オフ比（Ｄｕｔｙ比）を変化させることで変換電圧ＶｏＡ１を調整することができる。

ＰＷＭ制御回路１６は、スイッチング回路１５の変換電圧ＶｏＡ１に応じてスイッチング回路１５のオン／オフ動作を制御することで変換電圧ＶｏＡ１を安定化する。ＰＷＭ制御回路１６は、スイッチング回路１５の変換電圧ＶｏＡ１を監視し、スイッチング回路１５へ変換電圧ＶｏＡ１に応じた制御信号を送信する。

例えば、変換電圧ＶｏＡ１が所定の電圧よりも高いときは、スイッチング素子のオン／オフ比を減少（オン時間を短く）させる信号を送信し、スイッチング回路１５はこの信号を受信して、スイッチング素子のオン時間を短くして変換電圧ＶｏＡ１を低下させる。また、変換電圧ＶｏＡ１が所定の電圧よりも低いときは、スイッチング素子のオン／オフ比を増加（オン時間を長く）させる信号を送信し、スイッチング回路１５はこの信号を受信して、スイッチング素子のオン時間を長くして変換電圧ＶｏＡ１を上昇させる。変換電圧ＶｏＡ１は、直列に接続されたダイオード素子１７を介して出力端子１４から出力電圧ＶｏＫ１として出力される。

電圧補正回路１２は、電圧変換回路１１への入力電圧Ｖｉｎ１を常時直接的に監視しており、電圧変換回路１１への入力電圧Ｖｉｎ１が既定電圧より低いときのみ変換電圧ＶｏＡ１を昇圧する機能を有する。電圧補正回路１２は、既定電圧より低い入力電圧Ｖｉｎ１を検出することにより入力電圧Ｖｉｎ１の低下を検出すると、ＰＷＭ制御回路１６にスイッチング素子のオン／オフ比を増加させる信号を送信する。ＰＷＭ制御回路１６はこの電圧補正回路１２からの信号を受信すると、スイッチング回路１５の変換電圧ＶｏＡ１に応じて決まるスイッチング素子のオン／オフ比よりも、さらにオン／オフ比を増加させる信号をスイッチング回路１５に送信する。これによりさらに、変換電圧ＶｏＡ１を昇圧する。なお、既定電圧よりも低い入力電圧Ｖｉｎ１が検出されない間は、電圧補正回路１２はこのような動作はしない。

他方の電源ユニット２０も、一方の電源ユニット１０と同一の回路構成を有し同一の回路動作をする。すなわち、他方の電源ユニット２０は、電圧変換回路２１と、電圧変換回路２１と並列に接続された電圧補正回路２２と、入力端子２３と、出力端子２４と、を含む。電圧変換回路２１は、スイッチング回路２５とＰＷＭ制御回路２６とを有し、ＰＷＭ制御回路２６は、スイッチング回路２５の変換電圧ＶｏＡ２に応じてスイッチング素子のオン／オフ動作を制御することで変換電圧ＶｏＡ２を安定化する。また、電圧補正回路２２は、電圧変換回路２１への入力電圧Ｖｉｎ２が既定電圧より低いときのみ変換電圧ＶｏＡ２を昇圧する機能を有する。

図１に示すように、電力供給装置１は、２つの電源ユニット１０、２０のそれぞれの出力端子１４、２４から出力される出力電圧ＶｏＫ１、ＶｏＫ２を並列接続して構成する１つの駆動電圧Ｖｏｕｔを負荷装置３０に出力してこれを駆動する。これら２つの電源ユニット１０、２０のそれぞれの入力端子１３、２３は、互いに電気的に絶縁されている。これら２つの電源ユニット１０、２０は冗長運転を行い、負荷装置３０に供給する電力を、２つの電源ユニット１０、２０で分担して供給している。

また、２つの電源ユニット１０、２０のいずれか一方の電源ユニット１０の入力電圧Ｖｉｎ１が低下すると、負荷装置３０への供給電力が不足して駆動電圧Ｖｏｕｔが一旦低下する。その電圧低下を検出して２つの電源ユニット１０、２０のうちの他方の電源ユニット２０が供給する電力を増加させて、一旦低下した駆動電圧を所定の電圧に復旧するように機能する。

このような機能をどのようにして実現されるかについて以下に説明する。まず、図１に示された第１実施形態の電力供給装置１において、仮に、２つの電源ユニット１０、２０のそれぞれの電圧補正回路１２、２２を接続しない構成の動作について説明する。

一方の電源ユニット１０の入力が遮断されると、電圧変換回路１１への入力電圧Ｖｉｎ１が低下する。入力電圧Ｖｉｎ１が低下すると、スイッチング回路１５の、スイッチング素子がオン／オフする際の電圧も低下しその結果変換電圧ＶｏＡ１も低下する。このとき、電圧変換回路１１のＰＷＭ制御回路１６は、変換電圧ＶｏＡ１の低下を検出して、スイッチング素子のオン／オフ比を増加させる信号を送信し、スイッチング回路１５はこの信号を受信して、スイッチング素子のオン時間を長くして変換電圧ＶｏＡ１を上昇させ、所定の変換電圧ＶｏＡ１を維持する。

ただし、電源ユニット１０の入力が遮断されたとき、入力電圧Ｖｉｎ１は単調に低下し続けるため、変換電圧ＶｏＡ１の低下を検出してスイッチング回路１５にスイッチング素子のオン時間を長くさせる動作だけでは、所定の変換電圧ＶｏＡ１を維持できなくなり、いずれ変換電圧ＶｏＡ１も低下する。その結果、電源ユニット１０の出力端子１４からの出力電圧ＶｏＫ１も低下する。

電力供給装置１の２つの電源ユニット１０、２０は、並列接続され冗長運転されており、負荷装置３０が必要とする電力を、２つの電源ユニット１０、２０で分担して供給している。したがって、電源ユニット１０の出力端子１４からの出力電圧ＶｏＫ１が低下すると、負荷装置３０への供給電力が不足して駆動電圧Ｖｏｕｔも低下する。駆動電圧Ｖｏｕｔが低下すると、連動してもう一方の電源ユニット２０の出力端子２４から出力される出力電圧ＶｏＫ２も低下する。出力端子２４の出力電圧ＶｏＫ２が低下すると、さらに電源ユニット２０のスイッチング回路２５の変換電圧ＶｏＡ２も低下する。

電圧変換回路２１のＰＷＭ制御回路２６は、この変換電圧ＶｏＡ２の低下を検出すると、スイッチング素子のオン／オフ比を増加させる信号を送信し、スイッチング回路２５はこの信号を受信して、スイッチング素子のオン時間を長くして変換電圧ＶｏＡ２を上昇させ、一旦低下した電源ユニット２０の出力電圧ＶｏＫ２を所定の電圧に復旧させる。このように、電源ユニット１０の入力が完全に遮断され、電源ユニット１０からの出力が完全に停止しても、負荷装置３０が必要とする電力は電源ユニット２０が単独で供給することができる。

しかしながら、電源ユニット２０のＰＷＭ制御回路２６が、電源ユニット２０の出力電圧ＶｏＫ２の接点の電圧の低下を検出してスイッチング回路２５にスイッチング素子のオン時間を長くする制御信号を送信し、スイッチング回路２５がこの信号を受信して、スイッチング素子のオン時間を長くして変換電圧ＶｏＡ２を上昇させて、出力端子２４からの出力電圧ＶｏＫ２を復旧させるためには一定の時間を要する。したがって、電源ユニット１０への入力が遮断されたときのように急激に出力電圧ＶｏＫ１が低下する場合には、電源ユニット２０が供給電力を増強するまでの間に、駆動電圧Ｖｏｕｔに一時的な瞬時電圧降下が生じることは不可避である。

次に、電源ユニット１０に電圧補正回路１２を設けたときの動作を説明する。電圧補正回路１２は、入力電圧Ｖｉｎ１が既定電圧より低下したことを検出すると、ＰＷＭ制御回路１６の入力端子のうち変換電圧ＶｏＡ１を監視する端子の電圧を引き下げる。この入力端子の接点の電圧が引き下げられると、ＰＷＭ制御回路１６は変換電圧ＶｏＡ１の低下を検出したときと同じ動作、つまり、スイッチング回路１５にスイッチング素子のオン時間を長くする信号を出力して変換電圧ＶｏＡ１を昇圧させる動作を行う。この機能により、電圧変換回路１１は、入力電圧Ｖｉｎ１が既定電圧より低い間は、入力電圧Ｖｉｎ１に対応して出力されるべき本来の変換電圧ＶｏＡ１よりも、所定の割合で昇圧された変換電圧ＶｏＡ１を出力し続ける。

このように、電圧補正回路１２は、変換電圧ＶｏＡ１が低下し停止に至るまでの過渡応答において、変換電圧ＶｏＡ１を昇圧しその低下速度を減少させることができる。したがって、電源ユニット２０により一時的に低下した駆動電圧Ｖｏｕｔが復旧されるまでの間に生じる瞬時電圧降下の降下幅を、電源ユニット１０の電圧補正回路１２が、出力電圧ＶｏＫ１を所定の割合で昇圧している分だけ抑制することができる。

駆動電圧Ｖｏｕｔにより電力を供給される負荷装置３０には、通常、動作可能な電源電圧範囲が設定されており、瞬時電圧降下により駆動電圧Ｖｏｕｔが、この動作可能な電源電圧範囲を下回ると負荷装置３０が停止することがある。したがって、瞬時電圧降下幅は、負荷装置が停止しない範囲に設定されることが必須であり、瞬時電圧降下の降下幅を抑制する機能は重要である。

以上、電源ユニット１０の入力が遮断された場合について説明したが、電源ユニット２０の入力が遮断された場合についても、電源ユニット２０の電圧補正回路２２および電源ユニット１０により同様な動作をさせることができる。

図２に、図１の電力供給装置の第１実施形態の詳細な回路図を示す。スイッチング回路１５は、入力電圧Ｖｉｎ１のオン／オフ比を切り替えてパルスする信号を生成するスイッチング素子、このスイッチング素子を駆動する駆動回路ＳＷ、およびインダクタとコンデンサから構成されるローパスフィルタを有する。このスイッチング素子は、例えば、絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成し得る。

ＰＷＭ制御回路１６は、スイッチング回路１５の出力電圧ＶｏＫ１から抵抗分圧回路により生成された電圧と基準電圧Ｖｒｅｆ１とを比較するコンパレータＣｏｍ１、および、このコンパレータＣｏｍ１の出力に応じて、スイッチング回路１５の駆動回路ＳＷを制御する制御部ＰＷＭ、から構成される。

電圧補正回路１２は、入力電圧Ｖｉｎ１を抵抗分圧回路により生成された電圧と基準電圧Ｖｒｅｆ２を比較するコンパレータＣｏｍ２により、入力電圧Ｖｉｎ１を監視する。さらに、このコンパレータＣｏｍ２の出力と基準電圧Ｖｒｅｆ３を比較するコンパレータＣｏｍ３により、入力電圧Ｖｉｎ１があらかじめ決められた既定電圧より低くなったことに応答して、出力素子を非導通状態から導通状態に切り替える。

この出力素子が導通状態となることで、ＰＷＭ制御回路１６のコンパレータＣｏｍ１の入力電圧Ｖｐｈは、入力電圧Ｖｉｎ１を抵抗分圧することにより生成された電圧よりもさらに低下する。したがって、ＰＷＭ制御回路１６には、スイッチング回路１５の変換電圧ＶｏＡ１の実際の電圧を抵抗分圧した電圧よりもさらに低い電圧が入力される。その結果、本来のＰＷＭ制御回路１６の補正に対して過剰な補正を行うことになり、スイッチング回路１５の変換電圧ＶｏＡ１を、本来出力すべき電圧よりもさらに昇圧する。

電圧補正回路１２の出力素子は、フォトカプラを用いて構成することができる。また、フォトカプラの替わりにトランジスタを用いてもよい。

スイッチング回路１５の入出力間は、スイッチング素子によりオン／オフ、つまり導通／非導通を制御されるが、電気的に完全に絶縁されていなくてよい。

図３Ａおよび図３Ｂに、図１の電力供給装置１の１つの電源ユニットへの入力が遮断されたときのタイミングチャートを示す。図３Ａは、ＰＷＭ制御を行う２つの電源ユニットを並列接続して冗長運転を行う一般的な電力供給装置、すなわち、図１の電力供給装置１において電圧補正回路１２、２２を接続しない構成のときに、１つの電源ユニットへの入力が遮断されたときのタイミングチャートである。図３Ｂは、電力供給装置１の第１実施形態において、１つの電源ユニットへの入力が遮断されたときのタイミングチャートである。

まず、図３Ａに記載のタイミングチャートについて説明する。定常運転時は一方の電源ユニット１０に入力電圧Ｖｉｎ１が入力され、他方の電源ユニット２０に入力電圧Ｖｉｎ２が入力され、それぞれの出力電圧ＶｏＫ１および出力電圧ＶｏＫ２が並列接続されて負荷装置３０に供給する駆動電圧Ｖｏｕｔを生成している。ここで、出力電圧ＶｏＫ１、出力電圧ＶｏＫ２、および駆動電圧Ｖｏｕｔは概ね同一の電圧値であり、負荷装置３０に供給する電力を一方の電源ユニット１０および他方の電源ユニット２０で分担して提供している。

ここで、電源ユニット１０への入力が遮断されると、入力電圧Ｖｉｎ１が低下する。入力電圧Ｖｉｎ１の低下量が一定の範囲内であれば、ＰＷＭ制御により出力電圧ＶｏＫ１は維持される。しかし、既定電圧（ａ１）を大きく超えて入力電圧Ｖｉｎ１が低下すると出力電圧ＶｏＫ１も低下し始める（ａ３）。並列接続されている出力電圧ＶｏＫ２もそれと連動して低下し始める（ａ２）。

電源ユニット２０のＰＷＭ制御回路２６が出力電圧ＶｏＫ２の低下を検出すると、スイッチング回路２５がスイッチング素子のオン時間を長くして出力電圧ＶｏＫ２を昇圧する。出力電圧ＶｏＫ１は引き続き低下し電源ユニット１０は停止に至るが、電源ユニット２０が供給する電力を増加することで駆動電圧Ｖｏｕｔは所定の電圧に復旧する。そして、電力供給装置１は電源ユニット２０が単独で電力を供給することで定常運転に復帰する。

しかしながら、電源ユニット２０が出力電圧ＶｏＫ２の低下を検出してから駆動電圧Ｖｏｕｔを所定の電圧に復旧するまでには一定の時間を要する。したがって、その間に駆動電圧Ｖｏｕｔの瞬時電圧降下が生じることは不可避である。

次に、図３Ｂに記載のタイミングチャートについて説明する。定常運転時は図３Ａに記載のタイミングチャートと同様であり、一方の電源ユニット１０に入力電圧Ｖｉｎ１が入力され、他方の電源ユニット２０に入力電圧Ｖｉｎ２が入力され、それぞれ出力電圧ＶｏＫ１および出力電圧ＶｏＫ２を出力し、それらの出力を並列接続して負荷装置３０に供給する駆動電圧Ｖｏｕｔを生成している。ここで、出力電圧ＶｏＫ１、出力電圧ＶｏＫ２、およびＶｏｕｔは概ね同一の電圧値であり、負荷装置３０に供給する電力を電源ユニット１０および電源ユニット２０で分担して提供している。

ここで、電源ユニット１０への入力が遮断されると、入力電圧Ｖｉｎ１が低下する。入力電圧Ｖｉｎ１の低下量が一定の範囲内であれば、ＰＷＭ制御により出力電圧ＶｏＫ１は維持される。しかしながら、図３Ａに示した通り、一般的なＰＷＭ制御だけでは既定電圧（ａ１）を大きく超えて入力電圧Ｖｉｎ１が低下すると出力電圧ＶｏＫ１（ａ３）も低下し始めることが知られている。

そこで、電圧補正回路１２が、入力電圧Ｖｉｎ１が時刻ｔ１において既定電圧Ａ１まで低下したことに応答して、コンパレータＣｏｍ３の出力電圧Ｖｃｐがローレベルとなり、時刻ｔ２において出力素子（図２のバイポーラトランジスタ）を非導通状態から導通状態に切り替える。ＰＷＭ制御回路１６は、スイッチング回路１５の変換電圧ＶｏＡ１を監視する入力端子を有し、電圧補正回路１２の出力素子が導通状態なると、この入力端子の入力電圧Ｖｐｈがローレベルに引き下げられる。

この入力端子への入力電圧Ｖｐｈが低下すると、ＰＷＭ制御回路１６は変換電圧ＶｏＡ１が低下したときと同様な動作、すなわち、スイッチング回路１５のスイッチング素子のオン時間を長くする信号を送信して変換電圧ＶｏＡ１を昇圧する動作を行う。昇圧動作には一定の時間を要するが、実際に出力端子１４の出力電圧ＶｏＫ１が低下し始める時刻ｔ３よりも先行して、時刻ｔ２から昇圧する動作を開始しているので、出力端子１４の出力電圧ＶｏＫ１が時刻ｔ３から低下し始めた直後からＰＷＭ制御回路１６による昇圧動作が出力電圧ＶｏＫ１に寄与する。

一方、時刻ｔ３において、出力電圧ＶｏＫ１が低下し始めると、連動して出力電圧ＶｏＫ２も低下する。電源ユニット２０のＰＷＭ制御回路２６がこの電圧低下を検出すると、スイッチング回路２５がスイッチング素子のオン時間を長くする制御を行う。出力電圧ＶｏＫ１は引き続き低下し電源ユニット１０は停止に至るが、電源ユニット２０が供給する電力を増加させることで駆動電圧Ｖｏｕｔは所定の電圧に復旧する。そして、電力供給装置１は電源ユニット２０が単独で電力を供給して定常運転に復帰する。

時刻ｔ３の直後からＰＷＭ制御回路１６による昇圧動作が寄与することで、時刻ｔ３以降の出力電圧ＶｏＫ１の低下速度を減少させることができる。このように、時刻ｔ３からの出力電圧ＶｏＫ１の低下の傾きが緩やかになることで駆動電圧Ｖｏｕｔの電圧低下の傾きも緩やかになる。このように、駆動電圧Ｖｏｕｔの電圧低下が遅れることで、その電圧低下幅が小さいうちに電源ユニット２０の電力供給の増加が寄与する。よって、駆動電圧Ｖｏｕｔが所定の電圧に復旧するまでの間に生じる瞬時電圧降下の降下幅を、ｄＶｏｕｔだけ抑制することができる。

図４Ａおよび図４Ｂに、図１の電力供給装置１において入力が遮断された１つの電源ユニットを再起動するときのタイミングチャートを示す。

図４Ａは、ＰＷＭ制御を行う２つの電源ユニットを並列接続して冗長運転を行う一般的な電力供給装置、すなわち、図１の電力供給装置１において電圧補正回路１２、２２を接続しない構成において、入力が遮断された１つの電源ユニットを再起動するときのタイミングチャートである。電力供給装置１は電源ユニット１０が停止している間は、電源ユニット２０単独での電力供給により定常運転されている。

ここで、電源ユニット１０に入力電圧Ｖｉｎ１が供給されると、入力電圧Ｖｉｎの上昇に応じて出力電圧ＶｏＫ１が上昇し、出力電圧ＶｏＫ１が所定の電圧に達した時点で定電圧を出力する動作に収束される。図４Ａでは、ＰＷＭ制御のみで制御されており、出力電圧ＶｏＫ１が上昇する傾きはｂ１領域およびｂ２領域において同様となるように設定されている。

図４Ｂは、電力供給装置１の第１実施形態において、入力が遮断された１つの電源ユニット１０を再起動するときのタイミングチャートである。電力供給装置１は電源ユニット１０が停止している間は、電源ユニット２０単独の電力供給により定常運転されている。

ここで、電源ユニット１０に入力電圧Ｖｉｎ１が供給されると、その入力電圧Ｖｉｎ１がＢ３よりも低い間は、電圧補正回路１２のコンパレータＣｏｍ３の出力電圧Ｖｃｐがローレベルであり、出力素子（図２のバイポーラトランジスタ）を導通状態に維持している。したがって、ＰＷＭ制御回路１６のスイッチング回路１５の変換電圧ＶｏＡ１を監視する入力端子の入力電圧は、実際の変換電圧ＶｏＡ１に対応した電圧よりも低くなる。よって、Ｂ１領域では、入力電圧Ｖｉｎ１に対応して本来出力すべき変換電圧ＶｏＡ１よりも高い電圧となり、変換電圧ＶｏＡ１はダイオード素子１７を介して出力端子１４から出力する出力電圧ＶｏＫ１も高くなる。

しかしながら、入力電圧Ｖｉｎ１が上昇して時刻ｔ１において既定電圧Ｂ３に達すると、電圧補正回路１２のコンパレータＣｏｍ３の出力電圧Ｖｃｐがハイレベルになり、時刻ｔ２において出力素子（図２のバイポーラトランジスタ）が導通状態から非導通状態に切り替わる。これにより、ＰＷＭ制御回路１６のスイッチング回路１５の変換電圧ＶｏＡ１を監視する入力端子の入力電圧は、実際の変換電圧ＶｏＡ１に対応した電圧となり、時刻ｔ３以降のＢ１領域では、電圧補正回路１２は寄与せず、ＰＷＭ制御回路１６だけで変換電圧ＶｏＡ１を維持する定常運転に復帰する。

このように、入力が遮断された１つの電源ユニット１０を再起動するときにおいても、電圧補正回路１２は動作するものの再起動特性への影響は全くない。

図５に、図４の電力供給装置１の第１実施形態の詳細な回路図の変形例を示す。この第１実施形態の変形例では、スイッチング回路１５の入力側と出力側は絶縁トランスにより結合され、スイッチング回路１５の入出力間が電気的に常時絶縁された構成である。

図１に示す電力供給装置１は、さらに、一方の電源ユニット１０の入力端子１３と電圧変換回路１１との間にさらに入力回路１８を含んでよい。この入力回路１８は、入力端子１３に入力される電圧Ｖｅｘｔ１を電圧変換回路１１への入力電圧Ｖｉｎ１に変換する。この入力回路１８はＡＣ／ＤＣコンバータまたはＤＣ／ＤＣコンバータを含み得る。

他方の電源ユニット２０についても同様に、入力端子２３と電圧変換回路２１との間にさらに入力回路２８を含んでよい。この入力回路２８は、入力端子２３に入力される電圧Ｖｅｘｔ２を電圧変換回路２１への入力電圧Ｖｉｎ２に変換する。この入力回路１８はＡＣ／ＤＣコンバータまたはＤＣ／ＤＣコンバータを含み得る。

一方の電源ユニット１０に入力端子１３と他方の電源ユニット２０に入力端子２３とは電気的に互いに絶縁されている。一方の電源ユニット１０に入力されるＶｅｘｔ１と他方の電源ユニット２０に入力されるＶｅｘ２とは、互いに独立に供給される。

＜第２実施形態＞
図６に、電力供給装置１０１の第２実施形態のブロック回路図を示す。一方の電源ユニット１１０には、電圧変換回路１１１のスイッチング回路１１５と出力端子１１４との間に、電圧変換回路１１１から出力される変換電圧ＶｏＡ１が低下した際に出力端子１１４から電圧変換回路１１１へ電流が流れることを防止する、ダイオード素子１１７が直列に接続されている。

このようなダイオード素子１１７の２端子（アノード及びカソード）間には電位差が生じる場合がある。第２実施形態では、この電位差を補正する信号をＰＷＭ制御回路１１６に提供するカソード制御回路１１９を更に含む。このカソード制御回路１１９は、電圧変換回路１１１の変換電圧ＶｏＡ１及び出力端子の出力電圧ＶｏＫ１に応じた信号を供給する。また、この第２実施形態では、電圧補正回路１１２は、電圧変換回路１１１への入力電圧Ｖｉｎ１が既定電圧より低いときに、カソード制御回路１１９を介して変換電圧ＶｏＡ１を昇圧させる。

同様に、他方の電源ユニット１２０には、電圧変換回路１２１のスイッチング回路１２５と出力端子１２４との間に、電圧変換回路１２１から出力される変換電圧ＶｏＡ２が低下した際に出力端子１２４から電圧変換回路１２１へ電流が流れることを防止するダイオード素子１２７が直列に接続されている。

このようなダイオード素子１２７の端子（アノード及びカソード）間には電位差が生じる場合がある。この電位差を補正する信号をＰＷＭ制御回路１２６に提供するカソード制御回路１２９を更に含んでもよい。このカソード制御回路１２９は、電圧変換回路１２１の変換電圧ＶｏＡ２及び出力端子の出力電圧ＶｏＫ２に応じた電圧を供給する。また、この変形例では、電圧補正回路１２２は、電圧変換回路１２１への入力電圧Ｖｉｎ２が既定電圧より低いときに、カソード制御回路１２９を介してＰＷＭ制御回路１２６の動作を制御し変換電圧ＶｏＡ２を昇圧させる。

図７に、図６の電力供給装置の第２実施形態の詳細な回路図を示す。カソード制御回路１１９は、変換電圧ＶｏＡ１を抵抗分圧することにより生成された電圧と出力電圧ＶｏＫ１を抵抗分圧することにより生成された電圧とを比較するコンパレータＣｏｍ４からなる。コンパレータＣｏｍ４の出力は、ＰＷＭ制御回路１１６のコンパレータＣｏｍ１の基準電圧Ｖｒｅｆ１側の端子に入力され、変換電圧ＶｏＡ１と出力電圧ＶｏＫ１との電位差を補正したＰＷＭ制御を行うことができる。

また、電圧補正回路１１２の出力は、カソード制御回路のＶｏＡ１側の抵抗分圧回路に接続され、入力電圧Ｖｉｎ１が既定電圧よりも低いときに、ＰＷＭ制御回路がスイッチング回路１１５の変換電圧ＶｏＡ１をより昇圧する制御を行うように動作する。その余の構成は図５に示す第１実施形態と同様である。

図８に、図７の電力供給装置の第２実施形態の詳細な回路図の変形例を示す。この第２実施形態の変形例では、スイッチング回路１５の入力側と出力側は絶縁トランスにより結合され、スイッチング回路１５の入出力間が電気的に常時絶縁された構成である。

以上、図１や図６に示された電源ユニットを２つ有する構成の電力供給装置について説明したが、本開示はこれには限定されず、電源ユニットを３つ以上の複数個有する電力供給装置をも含む。この場合、複数の電源ユニットのそれぞれの出力端子から出力される出力電圧を並列接続して構成する１つの駆動電圧で負荷装置を駆動する。複数の電源ユニットのそれぞれの入力端子は、互いに電気的に絶縁されている。これら並列接続された複数の電源ユニットは、冗長運転を行い、負荷装置が必要とする電力を、複数の電源ユニットで分担して供給する構成とし得る。

また、複数の電源ユニットのうちの１つ電源ユニットの入力電圧が低下したときに駆動電圧が低下することを検出して、これら複数の電源ユニットのうちの他の電源ユニットが、出力する電力を増加させて、低下した前記駆動電圧を所定の電圧に復旧する構成とすることができる。

１、１０１電力供給装置
１０、２０、１１０、１２０電源ユニット
１１、２１、１１１、１２１電圧変換回路
１２、２２、１１２、１２２電圧補正回路
１３、２３、１１３、１２３入力端子
１４、２４、１１４、１２４出力端子
１５、２５、１１５、１２５スイッチング回路
１６、２６、１１６、１２６ＰＷＭ制御回路
１７、２７、１１７、１２７ダイオード素子
１８、２８、１１８、１２８入力回路
３０、１３０負荷装置

Claims

スイッチング回路と、ＰＷＭ制御回路と、を有する電圧変換回路であって、前記スイッチング回路が入力電圧に応じた出力電圧を出力し、前記ＰＷＭ制御回路が前記出力電圧に応じて前記スイッチング回路のオン／オフ動作を制御することで前記出力電圧を安定させる、電圧変換回路と、
前記入力電圧が既定電圧より低いときのみ前記出力電圧を昇圧する、電圧補正回路と、
入力端子と、
出力端子と、を含む電源ユニットを２つ備え、
前記２つの電源ユニットのそれぞれの前記入力端子は、互いに電気的に絶縁され、
前記２つの電源ユニットは、それぞれの前記出力端子から出力される前記出力電圧を並列接続して構成する１つの駆動電圧で負荷装置を駆動し、
前記２つの電源ユニットのうちの１つの電源ユニットの前記入力電圧が低下したときに当該入力電圧の低下に伴う前記駆動電圧が低下を検出して、前記２つの電源ユニットのうちの他の電源ユニットがその低下した前記駆動電圧を所定の電圧に復旧する、電力供給装置。
前記電圧補正回路は、前記１つの電源ユニットの前記入力電圧が遮断されたときに、前記入力電圧が前記既定電圧より低くなったことを検出して前記出力電圧を昇圧することで、前記入力電圧の遮断による前記出力電圧の低下速度を減少させ、前記負荷装置に供給する前記駆動電圧の瞬時電圧降下幅を抑制する、請求項１に記載の電力供給装置。
前記瞬時電圧降下幅は、前記負荷装置が停止しない範囲に制御される、請求項２に記載の電力供給装置。
前記電圧補正回路の各々はコンパレータと出力素子とを有し、前記コンパレータは前記入力電圧を監視し、前記入力電圧が前記既定電圧より低くなったことを検出して前記出力素子を非導通状態から導通状態に切り替える、請求項１から３までのいずれか１項に記載の電力供給装置。
前記出力素子は、フォトカプラまたはトランジスタを含む、請求項４に記載の電力供給装置。
前記スイッチング回路の入出力間は電気的に絶縁されていない、請求項１から５までのいずれか１項に記載の電力供給装置。
前記スイッチング回路は絶縁トランスを有し、前記スイッチング回路の入出力間は電気的に絶縁されている、請求項１から５までのいずれか１項に記載の電力供給装置。
前記電圧変換回路の前記スイッチング回路と前記出力端子との間にダイオード素子が直列に接続されており、前記ダイオード素子の２端子間の電位差を補正する信号を前記ＰＷＭ制御回路に提供するカソード制御回路を更に含む、請求項１から７までのいずれか１項に記載の電力供給装置。
前記入力電圧が遮断されていた前記１つの電源ユニットに再度入力電圧が供給されたとき、当該入力電圧が前記既定電圧以上に上昇したことを検出して、前記電圧補正回路が前記出力電圧を昇圧する制御を停止する、請求項２に記載の電力供給装置。
前記２つの電源ユニットのそれぞれは、前記入力電圧を前記入力端子に供給する入力回路をさらに備え、前記入力回路には、互いに電気的に絶縁されている複数の外部電源のうち、対応する前記外部電源から電圧が供給され、前記入力回路は、前記供給された電圧を前記入力電圧に変換する、請求項１から９までのいずれか１項に記載の電力供給装置。
前記入力回路は、ＡＣ／ＤＣコンバータまたはＤＣ／ＤＣコンバータを含む、請求項１０に記載の電力供給装置。