JP2660173B2 - 二重化電源装置の過電圧追従防止回路 - Google Patents

二重化電源装置の過電圧追従防止回路

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【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明はロードシェア方式の二重化電源装置に係り、
特に一方の電源の過電圧防止回路が故障した場合の他方
の電源の信頼性向上に関する。
<従来の技術> 電源装置は、例えば『計測と制御』第27巻第6号(昭
和63年6月)第44頁に掲載されている。第6図は従来の
二重化電源装置の構成ブロック図である。ここでは同一
構成の電源PS I,IIが並列に接続されており、直流入力
電圧Vinがそれぞれ印加され直流出力電圧Voutが負荷に
供給されている。電源PSIは入力電圧Vinを入力して所定
電圧E1の直流を出力するDC/DCコンバータ部10と、この
直流出力E1と他方の電源PS IIの直流出力E2を突合わせ
るダイオードD(突合わせ回路)と、出力電圧Voutを安
定化する出力安定化回路20を備えている。出力安定化回
路20は、例えば、出力電圧Voutを所定の基準電圧Vrefと
比較して誤差信号を得る回路と、この誤差信号を小さく
する方向に制御信号を送るパルス幅制御回路PWMCTLとを
有している。
また他方の電源との協調をとる関係で、直流出力E1を
検出して電源PS IIに送る出力電圧検出回路30と、この
送られた電圧を元にパルス幅制御回路PWMCTLにロード制
御信号を送るロードシェア回路40を有している。このロ
ードシェアは出力電圧制御型と呼ばれるもので、二台の
うち出力電圧が高いほうの電源PSに低いほうの電源PSの
出力電圧を追従させて、これにより二台の電源から負荷
電力を供給するものである。
そして、負荷側の短絡等に起因して異常事態が発生し
てもDC/DCコンバータ部が故障して再使用できなくなる
事を防止するために、正常な値よりも大きく定められた
所定のしきい値電圧よりも大きい場合に当該DC/DCコン
バータ部の動作を停止させる過電圧防止回路50を有して
いる。
<発明が解決しようとする課題> この様な装置において、一方の電源PSが何等かの故障
で出力に過電圧を発生すると、他方の電源のロードシェ
ア回路の働きで過電圧に追従する。第7図は問題点の説
明をする波形図である。時刻t1で電源PS Iに故障が発生
し出力電圧E1が上昇すると、ロードシェア回路40の作用
で電源PS IIの出力電圧E2が上昇する。ここでは時刻t2
で電源PS IIの出力電圧E2が過電圧防止回路50の動作電
圧E2ovpに達して電源PS IIの出力が零になる。続いて時
刻t3で電源Iの出力電圧E1が過電圧防止回路50の動作電
圧E1ovpに達して電源PS IIの出力が零になって停止す
る。通常、片電源だけでも負荷に必要な電力を供給でき
るから片電源の故障で二重化電源装置全体が停止するこ
とは防止する必要がある。
本発明はこのような課題を解決したもので、二重化電
源装置の片電源に過電圧状態が発生しても正常な側での
電力供給を確実に行なう二重化電源装置を提供すること
を目的とする。
<課題を解決するための手段> 第1図は上記目的を達成する本発明を説明する構成ブ
ロック図である。図において、二台の直流電源PSは、そ
れぞれ直流電力を入力し直流電流を出力するDC/DCコン
バータ部10と、このDC/DCコンバータ部10の出力電圧が
所定電圧と一致する方向に制御信号を当該DC/DCコンバ
ータ部10に供給する出力安定化回路20と、当該出力電圧
が正常な値よりも大きいときにDC/DCコンバータ部10の
出力を抑止する過電圧防止回路50を有している。そし
て、各直流電源の出力電圧を突合わせて負荷に供給する
二重化電源装置にしている。
さらに、当該直流電源の出力電圧を検出する手段30
と、他方電源の出力電圧検出手段が出力する信号を入力
し、他方電源の出力電圧に均衡させるロードシェア信号
を自電源に出力するロードシェア回路40と、ロードシェ
ア信号の指示する出力電圧を過電圧防止回路50の動作す
る電圧よりも低い値に制限する過電圧追従防止回路60と
を具備することを特徴としている。
<作 用> 本発明の各構成要素はつぎの作用をする。ロードシェ
ア回路は両電源が動作中に両者が負担する電流の均衡を
出力電圧の高い側に合わせて取るもので、従って一方の
電源に過電圧が発生すると他方の電源も追従して電圧が
上する。このまま追従させる過電圧防止回路が動作し
て、正常な電源も動作を停止するので、これを防ぐため
過電圧追従防止回路により一定電圧以上は上昇しないよ
うにしている。
<実施例> 以下図面を用いて、本発明を説明する。
第2図は本発明の一実施例を示す回路図である。尚第
2図において、前記第1図と同一作用をするものには同
一符号をつけ説明を省略する。図において、DCコンバー
タ部10は一般的なスイッチング電源で、トランスの一次
巻線n1に直流電圧Vinを印加して、トランジスタなどの
スイッチング素子Qによりオンオフしている。すると、
トランスの二次巻線n2にスイッチング信号が誘起される
ので、ダイオードD1,D2により整流し、チョークコイルL
1で高周波数成分を除去して、コンデンサC1により平滑
化して出力電圧E2を得ている。出力安定化回路20は、こ
こでは誤差増幅回路21、パルス幅制御回路22及びスイッ
チング素子Qに制御信号を送るドライブ回路23よりなっ
ている。出力電圧検出手段30はここでは抵抗R1,R2で、
ダイオードD3を介して各直流電源PSの出力電圧Voutを分
圧しているが、ダイオードD3を介さないで出力電圧E2を
分圧しても良い。
ロードシェア回路40はコンパレータU2を有し、プラス
端子には抵抗R7を介して他方の直流電源PS Iの出力電圧
E1が供給され、マイナス端子には自電源PS IIの出力電
圧E2が供給されている。マイナス端子とプラス端子との
間は、抵抗R6で接続されていて、抵抗R7に相当してい
る。そして、出力電圧E2が出力電圧E1に比べて低いとき
は、コンパレータU2の出力はHになっている。コンパレ
ータU2の出力端子には抵抗R5を介してダイオードD4が接
続されている。過電圧防止回路50はここではコンパレー
タU3であって、プラス端子に基準電圧Vref2を接続しマ
イナス端子にDC/DCコンバータ部10の出力電圧E2を接続
しており、出力電圧E2が基準電圧Vref2よりも大きくな
ったときは、ドライブ回路23にストップ信号を送る。
過電圧追従防止回路60は、ロードシェア回路40の出力
端子に一端が接続されたゼナーダイオードD5よりなり、
ロードシェア信号がゼナー電圧以下に制限される。この
ゼナー電圧は過電圧防止回路50の基準電圧Vref2に比べ
(出力電圧Voutの値として)低くしてある。過電圧追従
防止回路60の出力端子は誤差増幅回路21をなすアンプU1
のプラス端子に接続されており、抵抗R3を介して接続さ
れた基準電圧Vref並びに抵抗R4も並列して接続されてい
る。アンプU1では、ロードシェア信号がゼナー電圧以下
の電圧で入力され、出力電圧検出手段30をへた出力電圧
Voutと比較され、誤差信号として出力される。パルス幅
制御回路22は誤差増幅回路21の出力する誤差信号が小さ
くなる方向にパルス幅制御信号を出力する。ドライブ回
路23はパルス幅制御信号をスイッチング素子Qに出力す
るもので、過電圧防止回路50からストップ信号を受けて
いるときは出力を停止している。
このように構成された装置の動作を次に説明する。第
3図は正常状態に於ける電源PS Iの出力電圧E1及び電源
PS IIの出力電圧E2を示している。ロードシェア回路40
は出力電圧E1が出力電圧E2と等しくなるようにロードシ
ェア信号電圧E3を制御しており、このとき各電源PS I、
IIの負荷電流I1,I2が等しくなっている。従って、最初
に出力電圧E10であれば、出力電圧E20はE10と等しくな
っている。次に時刻t1で設定値が変更され、時刻t2で定
常値になったとすると、電源PS Iの出力電圧E1がE11
増大すると、これに応答して電源PS IIの出力電圧E2がE
11に等しいE21に増大する。
第4図は異常状態に於ける電源PS Iの出力電圧E1及び
電源PS IIの出力電圧E2を示している。当初、電源PS I
の出力電圧がE10であれば、出力電圧E20はE10と等しく
なっていると共に、ロードシェア信号電圧がE30である
とする。時刻t1に何等かの異常により出力電圧E1が増大
すると、ロードシェア回路の動作によりロードシェア信
号電圧E3及び出力電圧E2が増加する。時刻t2でロードシ
ェア信号電圧E3がゼナー電圧に達すると、それ以降は一
定電圧E3zに維持される。これに付随して、出力電圧E2
は電源PS IIの過電圧防止回路50の動作電圧E2OVPよりも
低い一定値E2zに維持され、この値E2zは次式で与えられ
る。
E2z=E3z・(1+R1/R2)+VF (1) ここでVFはダイオードD3の順方向電圧である。すなわ
ち、出力電圧Voutとロードシェア信号電圧E3には次式が
成立している。
Vout=E3z・(1+R1/R2) (2) 時刻t3で出力電圧E1が電源PS Iの過電圧防止回路50の
動作電圧E1OVPに達すると、過電圧防止回路50が動作し
てDC/DCコンバータ部10の動作が抑止され、然して出力
電圧が零電圧であるE13になる。すると、ロードシェア
信号電圧が零電圧であるE33となる。電源PS IIは単独で
の設定電圧E23となる。
第5図は本発明の他の実施例の回路図である。第2図
との比較で説明すると、誤差増幅回路21と過電圧追従防
止回路60の構成を変形すると共に、過電圧防止回路50を
省略してある。過電圧追従防止回路60は基本的にはボル
テージフォロアU4であって、出力端にダイオードD6を挿
入してある。誤差アンプU1のマイナス端子の電圧Vaは出
力電圧Voutと次式の関係にある。
Vout=Va・(1+R1/R2) (3) また、ボルテージフォロアU4のプラス端子には基準電
圧Vref及びこれと直列に接続された出力電圧調整用の可
変抵抗R3が接続されており、これと並列に分圧抵抗R6,R
7も接続されている。このプラス端子への入力電圧Vbは
次式で与えられる。
Vb=Vref・(R4+R5)/(R3+R4+R5) (4) 従って、これを分圧抵抗R6,R7で分圧した電圧Vcは次
のようになる。
Vc=Vref・R5/(R3+R4+R5) (5) この電圧Vcはロードシェア信号と共に誤差アンプU1の
プラス端子に入力されている。
このように構成された装置の動作を次に説明する。電
源PS IIの単体動作時には、ロードシェア回路40は動作
していないから、ダイオードD4はカットオフ状態にあ
る。従って誤差アンプU1の両端子の電圧は等しくなって
いる。
Va=Vc (6) 従って(3)式及び(5)式より、次の関係が成り立
つ。
Vout=Vref・R5/(R3+R4+R5)・(1+R1/R2) (7) 次にロードシェアを行なう場合であって、片電源が過
電圧モードの故障時には正常側電源の最大出力電圧は次
の関係を有している。
Va=Vb (8) 従って(3)式及び(4)式より、次の関係が成り立
つ。
Vout=Vref・(R4+R5)/(R3+R4+R5) ・(1+R1/R2) (9) 従って、可変抵抗R3により設定された出力電圧の(1
+R4/R5)倍の出力電圧までしかロードシェア回路40が
追従しないことになる。
この実施例に於ける過電圧追従防止回路60は出力電圧
調整型であって、第2図の実施例の出力電圧固定型に比
較して適用範囲が拡大すると言う効果がある。
尚、上記実施例においては各電源に過電圧追従防止回
路を設けたものを示したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、二重化電源の信頼性に差がある場合には
信頼性の高い側だけに過電圧追従防止回路を設けても良
い。
さらに、オンラインメンテナンスなどで一方の電源の
動作を開始した後に他方の電源を立上げる場合がある。
この場合にはすでにロードシェア回路が動作状態にある
ため誤差アンプU1の基準電圧レベル(E3)は高くなり、
従って後から立上がった側の電源に過電圧(オーバシュ
ート)が発生する。そのため、過電圧防止回路の動作に
よってDC/DCコンバータ部が停止する虞があった。
この様な二重化電源装置に本発明を適用すれば、ロー
ドシェア回路に過電圧追従防止回路を装着するので、ロ
ードシェア信号電圧E3が過電圧防止回路の動作電圧より
も低い一定値に押さえられるので、オーバシュートが緩
和されると言う効果がある。
<発明の効果> 以上説明したように、本発明によれば過電圧追従防止
回路をロードシェア回路に設けているので、片電源の過
電圧発生に対して他方の電源出力電圧は追従して増大す
ることがなく、故障側はシステムから切り離されるから
全体の電源システムのダウンが回避でき信頼性が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を説明する構成ブロック図、第2図は本
発明の一実施例を示す回路図、第3図は正常状態に於け
る電源PS I,IIの出力電圧E1,2の波形図、第4図は異常
状態に於ける電源PS I,IIの出力電圧E1,2の波形図、第
5図は本発明の他の実施例の回路図である。 第6図は従来装置の構成ブロック図、第7図は問題点を
説明する波形図である。 10……DC/DCコンバータ部、20……出力安定化回路、21
……誤差増幅回路、22……パルス幅制御回路、23……ド
ライブ回路、30……出力電圧検出手段、40……ロードシ
ェア回路、50……過電圧防止回路、60……過電圧追従防
止回路。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流電力を入力し直流電流を出力するDC/D
    Cコンバータ部と、このDC/DCコンバータ部の出力電圧が
    所定電圧と一致する方向に制御信号を当該DC/DCコンバ
    ータ部に供給する出力安定化回路と、当該出力電圧が正
    常な値よりも大きいときに当該DC/DCコンバータ部の出
    力を抑止する過電圧防止回路を有する直流電源を二台備
    えると共に、各直流電源の出力電圧を突合わせて負荷に
    供給する二重化電源装置において、 当該直流電源の出力電圧を検出する手段と、 他方電源の出力電圧検出手段が出力する信号を入力し、
    他方電源の出力電圧に均衡させるロードシェア信号を自
    電源に出力するロードシェア回路と、 このロードシェア信号の指示する出力電圧を前記過電圧
    防止回路の動作する電圧よりも低い値に制限する過電圧
    追従防止回路と、 を具備することを特徴とする二重化電源装置の過電圧追
    従防止回路。
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