JP2776086B2 - 活線交換用電源装置 - Google Patents

活線交換用電源装置

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JP2776086B2 JP3249243A JP24924391A JP2776086B2 JP 2776086 B2 JP2776086 B2 JP 2776086B2 JP 3249243 A JP3249243 A JP 3249243A JP 24924391 A JP24924391 A JP 24924391A JP 2776086 B2 JP2776086 B2 JP 2776086B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、活線交換用電源装置
に関するものであり、たとえばフォールトトレラントコ
ンピュータなどの電源装置が故障した場合でもコンピュ
ータへの電源が途断えることなく供給されつづけ、故障
した電源装置をＡＣおよびＤＣ共活線のまま交換可能な
電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は、従来の活線交換用電源装置の基
本部分の回路および構成を示したものであり、図におい
て１は活線交換用電源装置を構成する電源ユニット、そ
の電源ユニット１の内部回路中のＤ１〜Ｄ４はダイオー
ド、Ｃ１、Ｃ２はコンデンサ、Ｌ１はインダクタ、Ｔ１
は絶縁のためのパルストランス、ＴＲ１はコンデンサＣ
２の両端に発生した直流電圧をパルス電圧とするための
スイッチングトランジスタである。
【０００３】次に動作について説明する。電源ユニット
１は、図５の構成では３台として示されており、５ＶＤ
Ｃ出力の負荷は、この電源ユニット２台分の出力容量で
供給可能な範囲としておく。ここで、電源ユニット１の
いずれか１台が故障したと仮定すると、その故障した電
源ユニット内トランスの２次側２の部分にスイッチング
パルスが正しく発生しなくなり、３の部分の電圧が低下
する。そして、３の部分の電圧が低下することによっ
て、故障した電源ユニットからは５ＶＤＣ出力に電流は
供給されなくなるが、他の２台の電源ユニットからの出
力からの供給によって、５ＶＤＣ出力は途断えることな
く連続して負荷に供給され続ける。
【０００４】一方、故障した電源ユニットは、３の部分
の電圧低下を検出してオペレータに知らせ、良品の電源
ユニットに交換されることになる。まず、故障した電源
ユニットを抜くときは、４のラインには電流が流れてい
ないので、５ＶＤＣ出力に影響を与えることはない。次
に、良品の電源ユニットを代わりに挿入するときは、初
期状態において３の部分の電圧は０ＶでコンデンサＣ１
には電荷がチャージされていないが、ダイオードＤ１の
働きによって５ＶＤＣラインからこのコンデンサＣ１へ
電流が流れるのが防止されるため、やはり５ＶＤＣ出力
に影響を与えることはない。そして、この電源ユニット
が動作して３の部分の電圧が正常になれば、ダイオード
Ｄ１を経由して５ＶＤＣラインに電流が供給される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の活線交換用電源
装置は以上のように構成されているので、電源の出力部
分に常にダイオードＤ１が直列に接続されることになる
ため、そのダイオードの順方向電圧降下をＶF とし、電
力損失をＰとし、電源ユニットの出力電流をＩFとする
と、 Ｐ＝ＶF ×ＩF となり、電源の変換効率の低下、発熱などの問題点があ
った。例えば、ＩF ＝１００Ａ、ＶF ＝１Ｖとすると、
Ｐ＝１００Ｗの電力損失となり、問題が大きかった。
【０００６】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、電力の変換効率を低下させず、
かつ発熱を増加させない活線交換用電源装置を得ること
を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係る活線交
換用電源装置は、電力損失の原因となる出力部分の直列
ダイオードを取り去るとともに、出力部分のコンデンサ
に直列にスイッチを設けるとともに、プリチャージ回路
を設け、このプリチャージ回路によりこのコンデンサに
プリチャージが終了した後にこのスイッチが閉じると同
時に電源の動作を開始するようにして、電源ユニット挿
入時の過度電流を無くし、ＤＣ供給ラインが瞬時的に途
断えることを防止するとともに出力のコンデンサが切り
離された不安定な状態での電源の動作をさせないように
したものである。
【０００８】また第２の発明に係る活線交換用電源装置
は、電力損失の原因となる出力部分の直列ダイオードを
取り去ることを可能とするために、出力部分のコンデン
サに直列にスイッチを設け、このコンデンサに活線交換
時に負荷側活線ラインからの電圧を、抵抗を経由してプ
リチャージし、入力部に入力源が接続されてから一定の
時間経過後にこのスイッチを閉じるとともに電源の動作
を開始するようにしたものである。
【０００９】また、第３の発明に係る活線交換用電源装
置は、出力部分のコンデンサに直列にスイッチを設け、
このコンデンサに活線交換時に負荷側活線ラインからの
電圧を抵抗を経由してプリチャージするとともに、この
スイッチを閉じる制御および電源の動作を開始する制御
のためにこのコンデンサの両端の電圧をコンパレータを
使って検出するようにしたものである。
【００１０】
【作用】この出力部分の直列ダイオードが無い場合に
は、電源ユニット挿入時に出力部分のコンデンサに急激
な充電電流がＤＣ供給ラインから供給されるためＤＣ供
給ラインが瞬時的に途断えてしまい、負荷となるコンピ
ュータなどの電子回路が誤動作してしまう。そこで、本
発明（第１〜第３の発明）は、電源ユニット挿入時の上
記コンデンサへの充電電流をスイッチによって流れない
ようにするとともに、このコンデンサに対しプリチャー
ジを行なってコンデンサに電荷をあらかじめ与えてお
き、その後でこのスイッチを閉じるようにしたものであ
る。そして、第１の発明では、専用のプリチャージ回路
がこのプリチャージを行ない、第２、第３の発明では、
コンデンサと出力端子との間にある抵抗を経由してプリ
チャージを行なうものである。これらのプリチャージに
よって電源ユニット挿入時に発生するコンデンサへの急
激な充電電流を押さえる働きがある。
【００１１】また、電源装置の動作に対しては、このコ
ンデンサは不可欠なものであるため、第１、第２の発明
ではディレイにより所定時間後、また第３の発明ではプ
リチャージ電圧が所定の電圧となるのが検出された後、
スイッチが閉じられるようにしている。
【００１２】
【実施例】実施例１． 以下、この発明の一実施例を図について説明する。図１
において、１０は、この発明による活線交換用電源装置
を構成する電源ユニット、そして、その電源ユニット１
０の内部回路中のＤ１〜Ｄ４はダイオード、Ｃ２はコン
デンサ、Ｔ１は絶縁のためのパルストランス、ＴＲ１は
コンデンサＣ２の両端に発生した直流電圧をパルス電圧
とするためのスイッチングトランジスタである。以上の
各部により入力源１００ＶＡＣから電流の入力部を構成
している。そして、Ｃ１はコンデンサ、Ｄ５はダイオー
ド、１１は供給後一定時間の遅延時間を作るためのディ
レイ、ＲＬはディレイ１１からの信号により接点がコン
トロールされるスイッチ、Ｒ１は電流を制限するための
抵抗器、Ｔ２はＡＣと絶縁され電圧を変換するためのト
ランスである。なお、１２はダイオードＤ５およびトラ
ンスＴ２からなるプリチャージ回路を表わす。また、１
３は直流５ＶＤＣを出力する直流出力ラインである。
【００１３】電源ユニット１０は、図１では３台の例を
示しており、５ＶＤＣの負荷はこの電源ユニット２台分
の出力容量で供給可能な範囲としておく。ここで、電源
ユニット１０のいずれか１台が故障したと仮定するとそ
の故障した電源ユニットから出力１３に電流供給されな
くなるが、他の２台の電源からの出力の供給によって５
ＶＤＣ出力は途絶えることなく連続して負荷に供給され
続ける。すなわち複数の電源ユニット１０の各々の出力
１３どうし、各々のＡＣ入力１４どうしをお互いに接続
し、１台の電源ユニットが故障した場合でも全体として
出力がダウンしない活線交換用電源装置を構成してい
る。
【００１４】このように、活線交換用電源装置全体の動
作は、従来例で示した通りであるので省略し、電源ユニ
ットが故障し、交換するときの動作について説明する。
【００１５】故障した電源ユニットを抜くときは、ダイ
オードＤ２によって５ＶＤＣライン（ＤＣ供給ライン）
間の電流はカットされ１３のラインには電流が流れない
ため、５ＶＤＣラインに影響を与えることはない。
【００１６】次に良品の電源ユニットを代わりに挿入す
るときは、初期状態においてコンデンサＣ１の両端の電
圧ＶC ＝０Ｖであるが、スイッチＲＬがＯＦＦであるの
で、５ＶＤＣラインから充電電流が流れ込むことなく、
５ＶＤＣラインに影響を与えることはない。
【００１７】この部分の動作について図２を用いて詳細
に述べる。電源ユニットがコンピュータ等の電子回路に
挿入され（負荷接続工程）、１００ＶＡＣ入力が電源ユ
ニットに供給されると（入力源接続工程）、プリチャー
ジ回路１２内トランスＴ２を介してＡＣ電圧がダイオー
ドＤ５に供給され直流電圧が１４の部分に発生する。さ
らに、この１４の部分の直流電圧は抵抗器Ｒ１により電
流が制限されてコンデンサＣ１を充電する（プリチャー
ジ工程）。一方、１００ＶＡＣが入力されてから一定時
間の遅延時間後にディレイ１１からスイッチＲＬをＯＦ
ＦからＯＮとする信号が出てスイッチＲＬはＯＮとな
り、結果として１３のラインにコンデンサＣ１が接続さ
れることになる（スイッチング工程）。そして、このス
イッチＲＬがＯＮとなるときには、コンデンサＣ１の充
電が完了するように設計しておけば、Ｃ１への充電電流
が１３のラインを経由して流れ込むことはない。
【００１８】また、スイッチングトランジスタＴＲ１の
スイッチング動作も、ディレイ１１を経由してスイッチ
ＲＬをＯＦＦからＯＮとする信号が出るのと同時にスタ
ートするように構成しているため、電源の動作上、出力
部分にコンデンサＣ１は常に接続されていることにな
り、安定した動作が可能となる。
【００１９】以上のように、上記実施例では、電源の出
力ラインに直列にダイオードを挿入することなく複数台
の直流電源ユニットの直流出力を並列接続し、いずれか
の１台の直流電源ユニットが故障した場合でもその直流
出力が途断えることなく負荷に供給できると共に、故障
した電源ユニットを正常の電源ユニットに活線のまま交
換することが可能となる。直流出力部分に並列に挿入さ
れるべきコンデンサと直列にスイッチを接続し、当該ス
イッチは電源ユニットへのＡＣ入力源がない状態ではＯ
ＦＦ、入力源が入ってから一定時間後にＯＮとなるよう
に制御されるとともに、当該コンデンサは、直列にダイ
オードおよび電流制限抵抗器を介してＡＣ入力源から電
圧を発生するようにしたプリチャージ回路によって、上
記スイッチがＯＮとなるより前に充電されるようにした
活線交換用電源装置を説明した。
【００２０】実施例２． 次に、第２の発明に係る活線交換用電源装置について説
明する。実施例１で述べたようにプリチャージ回路１２
を備えると装置の占有体積が増加する欠点がある。そこ
で、第２の発明に係る活線交換用電源装置は装置の小型
化を図るために考えられたものである。図３において、
図１と同一符号のものは同一あるいは相当部分のもので
あり、ここでは説明を省略する。異なるところは、Ｒ１
とＲ２とＬＥＤの部分であり、Ｒ１はコンデンサＣ１と
直列に接続され、スイッチＲＬと並列に置かれた抵抗、
Ｒ２はトランスＴ１の２次側１５に配置された抵抗、Ｌ
ＥＤは発光ダイオードであり、電源ユニットが故障して
いないことを示す表示ランプの働きをする。
【００２１】この実施例では、故障した電源ユニット
は、２次側１５のパルス電圧の低下を発光ダイオードＬ
ＥＤが消灯することによってオペレータに知らせ、良品
の電源ユニットに交換されることになる。故障した電源
ユニットを抜くときはダイオードＤ２によって出力１３
からの電流が故障電源の内部に流れることはなく、５Ｖ
ＤＣラインへの影響はない。
【００２２】そして、良品の電源ユニットを代わりに挿
入するときは、初期状態においてコンデンサＣ１の両端
の電圧Ｖc ＝０Ｖであるが、スイッチＲＬがＯＦＦであ
るので、５ＶＤＣラインから充電電流はＲ１によって制
限されるためＲ１の値を適当な値とすることにより５Ｖ
ＤＣラインは影響を受けないようにすることができる。
【００２３】この部分の動作について再び図２を用いて
詳細に述べる。電源ユニットがそれを収納する電源装置
筐体内に活線状態で挿入され５ＶＤＣラインが負荷回路
に接続され（負荷接続工程）、１００ＶＡＣ入力がその
電源ユニットに接続されると（入力源接続工程）、抵抗
器Ｒ１を経由して制限された充電電流がコンデンサＣ１
に流れてＣ１の両端の電圧が徐々に高くなる（プリチャ
ージ工程）。一方１００ＶＡＣが入力されてから一定時
間の遅延時間後にディレイ１１からスイッチＲＬをＯＦ
ＦからＯＮとする信号が出てスイッチＲＬはＯＮとな
り、結果として１３のラインにコンデンサＣ１が接続さ
れることになる（スイッチング工程）。そして、このス
イッチＲＬがＯＮとなるときには、コンデンサＣ１の充
電が完了するように設計しておけば、Ｃ１への充電電流
が急激に流れて５ＶＤＣライン１３の電圧が過渡的に低
下することがなくなり、悪影響を与えることはない。
【００２４】また、スイッチングトランジスタＴＲ１の
スイッチング動作もディレイ１１を経由してスイッチＲ
ＬをＯＦＦからＯＮとする信号が出るのと同時にスター
トするように構成しているため、電源ユニットの動作上
において出力部分にコンデンサＣ１が常に接続されてい
ることになり、安定した動作が可能となる。
【００２５】実施例３． 次に、第３の発明の活線交換用電源装置について説明す
る。上記実施例２ではコンデンサＣ１と直列に挿入する
スイッチＲＬを制御するためにディレイ１１を使用した
が、コンデンサＣ１の両端の電圧を検出して一定の電圧
以上となったときにこのスイッチＲＬを閉じるような構
成とすることもできる。
【００２６】たとえば、図４において、ＩＣ１はＶTHな
る基準電圧を越えると出力信号を出すコンパレータ、１
６はスイッチＲＬをＯＮとし、スイッチングトランジス
タＴＲ１を動作させるように構成されたドライバであ
る。
【００２７】この図４の実施例３の動作は、スイッチＲ
ＬのＯＮおよび電源動作開始の制御動作を除いては図３
の実施例２の場合と同一であるのでスイッチＲＬの動作
についてのみここでは説明する。
【００２８】良品の電源ユニットを故障した電源の代わ
りに挿入するときは、初期状態においてコンデンサＣ１
の両端の電圧Ｖc ＝０v であり、スイッチＲＬがＯＦＦ
のままで５ＶＤＣラインから抵抗Ｒ１によって電流が制
限され、５ＶＤＣラインに影響を与えない。そして、抵
抗Ｒ１からコンデンサＣ１に充電電流が流れ、徐々にコ
ンデンサＣ１の両端の電圧が上昇し、基準電圧ＶTHを越
えるとコンパレータＩＣ１から出力が出る。この出力に
よって、ドライバ１６がスイッチＲＬをドライブしてＯ
Ｎとさせるとともにスイッチングのドライブを開始して
電源としての機能を開始させる。このとき、電源の動作
としては５ＶＤＣ出力ライン１３にはコンデンサＣ１が
接続されているので安定した動作が可能となる。
【００２９】以上のように、第２の実施例によれば電源
ユニットの治線挿抜を実現するために出力部の直列ダイ
オードを使わず、出力端子と並列に挿入されるコンデン
サと直列にスイッチを設け、さらにそのスイッチと並列
に抵抗を入れるようにしてＡＣ入力があった後所定の時
間遅れの後そのスイッチをＯＮと同時に電源の動作を開
始するようにした構成としたので、小型で、しかも、発
熱の少ない効率の高い電源を実現することができる。
【００３０】また、第３の実施例で述べたように、この
スイッチをＯＮとするタイミングを出力端子と並列に挿
入されるコンデンサの両端の電圧を検出してコンデンサ
の充電が完了したことを見て行うようにしても、同様の
効果が得られる。
【００３１】なお、上記実施例２、３では電源ユニット
の故障を抵抗Ｒ１および発光ダイオードＬＥＤにより検
出しているが、本発明はこれのみに限定されるものでは
なく、ダイオードにより直流化するとともにその電圧を
コンパレータ等により検出して表示器やリレー接点出力
などの手段により警報を出すように構成してもよい。
【００３２】なお、上記実施例１〜３では３台の電源ユ
ニットについて説明したが、本発明はこれのみに限定さ
れるものではなく、２台または４台以上の場合でも良
い。
【００３３】また、上記実施例では、スイッチングレギ
ュレータ部分の回路をシングルインバータ型を代表とし
て示したが、本発明はこれのみに限定されるものではな
く、他の型の電源ユニットで構成しても同様の効果があ
る。
【００３４】
【発明の効果】以上のように、第１〜第３の発明によれ
ば電源ユニット出力部分のコンデンサに直列にスイッチ
を設け、そのスイッチのＯＮおよび電源動作開始のタイ
ミングをＡＣ供給から一定時間遅らせるように構成した
ので出力ラインのダイオードを除くことができ、電源の
効率向上および発熱を低下させることができるため、活
線交換用電源装置の小型化、高信頼化、そして低消費電
力化などの効果がある。さらに、第２の発明では上記効
果に加えてプリチャージ回路のトランスおよびダイオー
ドを使用しないで実現したため、さらに電源装置を小型
化できる効果がある。そして、第３の発明では上記効果
に加えて、コンデンサに対するプリチャージの電圧を検
出してスイッチを閉じるようにしたので、正確なスイッ
チ投入が可能となり、電源ユニット交換後の最小時間で
の立ち上げが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明の一実施例による活線挿抜電源装置
の基本部分の回路を含む構成図。
【図２】第１の発明による図１の動作を説明するための
タイミング図。
【図３】第２の発明の一実施例による活線挿抜電源装置
の基本部分の回路を含む構成図。
【図４】第３の発明の一実施例による活線挿抜電源装置
の基本部分の回路を含む構成図。
【図５】従来の活線挿抜電源装置の基本部分の回路を含
む構成図。
【符号の説明】
１０ 電源ユニット １１ ディレイ １２ プリチャージ回路 １３ 直流出力ライン １６ ドライバ Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ Ｄ１〜Ｄ５ ダイオード Ｔ１、Ｔ２ パルストランス ＴＲ１ スイッチングトランジスタ ＲＬ スイッチ Ｒ１ 抵抗器

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 以下の要素を有する活線交換用電源装置 （ａ）活線交換後、入力源から電流を入力する入力部、 （ｂ）活線交換後、スイッチが閉じた後、直流を出力す
    る直流出力ライン、 （ｃ）直流出力ラインに並列に接続されたスイッチとコ
    ンデンサの直列回路、 （ｄ）入力部に入力源が接続されてから、コンデンサを
    充電するプリチャージ回路、 （ｅ）プリチャージ回路によりコンデンサが充電された
    後、スイッチを閉じると同時に電源の動作を開始するよ
    うに設定されたディレイ手段。
  2. 【請求項２】 以下の要素を有する活線交換用電源装置 （ａ）活線交換後入力源から電流を入力する入力部、 （ｂ）活線交換後、スイッチが閉じた後、直流を出力す
    る直流出力ライン、 （ｃ）直流出力ラインに並列に接続されたスイッチとコ
    ンデンサの直列回路、 （ｄ）スイッチと並列に接続された抵抗、 （ｅ）入力部に入力源が接続されてから、一定時間の遅
    延時間後にスイッチを閉じると同時に電源の動作を開始
    するように設定されたディレイ回路。
  3. 【請求項３】 以下の要素を有する活線交換用電源装置 （ａ）活線交換後、入力源から電流を入力する入力部、 （ｂ）活線交換後、スイッチが閉じた後、直流を出力す
    る直流出力ライン、 （ｃ）直流出力ラインに並列に接続されたスイッチとコ
    ンデンサの直列回路、 （ｄ）スイッチと並列に接続された抵抗、 （ｅ）コンデンサの両端の電圧を検出し、所定の基準電
    圧を越えたとき出力信号を出力するコンパレータ、 （ｆ）コンパレータの出力信号が出たときにスイッチを
    閉じると同時に電源の動作を開始するように制御された
    ドライブ回路。
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