JP2846679B2 - 電源ユニットの並列冗長運転方式 - Google Patents

電源ユニットの並列冗長運転方式

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【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術(第3図) 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段(第1図) 作用 実施例 (a) 一実施例の説明(第2図) (b) 他の実施例の説明 発明の効果 〔概要〕 負荷に対し複数の電源ユニットを並列に接続し、電流
バランスをとりながら並列冗長運転する電源ユニットの
並列冗長運転方式に関し、 電流バランス機能を付加しても冗長機能が失われない
ようにすることを目的とし、 出力電圧を一定電圧に制御するための電圧制御部と、
出力電圧を検出し、所定の電圧と比較し、制御電圧を該
電圧制御部に出力する第1の電圧比較部と、該第1の電
圧比較部の出力電圧検出点に接続され、出力電流に比例
した電圧を発生する電圧源とを有する電源ユニットを負
荷に対し複数並列に接続し、各電源ユニットの該電圧源
を電流バランス端子を通して互いに接続してなる電源ユ
ニットの並列冗長運転方式において、各電源ユニット
に、該出力電圧を検出し、所定の電圧と比較し、制御電
圧を該電圧制御部に出力する第2の電圧比較部を設け
た。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、負荷に対し複数の電源ユニットを並列接続
し、電流バランスをとりながら並列冗長運転する電源ユ
ニットの並列冗長運転方式に関する。
情報処理装置等の電子機器において、処理の増大によ
って大容量及び高信頼性を目的とした電源ユニットの並
列冗長運転が増加している。
並列冗長運転とは、例えば100Aの負荷に対し50Aの電
源ユニットを三台並列に接続し、一台がダウンした場合
でも残る二台で100Aの負荷電流を賄うものである。
このような並列冗長運転では、更に信頼度の向上を目
的に各電源ユニットの出力電流をバランスさせる並列冗
長・電流バランス運転が望まれている。
〔従来の技術〕
第3図は従来技術の説明図である。
負荷Rに対し、2つの電源ユニットPWR1、PWR2が接続
されている。
各電源ユニットPWR1、PWR2は、出力電圧Vo1、Vo2を一
定電圧に制御する電圧制御部1と、出力電圧を検出し、
所定電圧Voと比較して電圧制御部1に制御電圧を出力す
る第1の電圧比較部2とを有している。
電圧制御部1は、トランスTrの一次側に接続されたト
ランジスタQと、トランスTrの二次側に設けられたダイ
オードD1、D2の整流回路と、コイルL1、コンデンサC1
平滑回路とを有し、第1の電圧比較部2の制御電圧をパ
ルス幅変調回路PWMでパルス幅変調し、トランジスタQ
を駆動することで出力電圧を安定化する。
一方、第1の電圧比較部2は、直列抵抗r1、r2、r3
よって出力電圧Vo1、Vo2を分圧し、分圧電圧Vs1、Vs2
所定電圧Voを比較アンプAMP1で比較して制御電圧を出力
する。
このような2台の電源ユニットPWR1、PWR2の出力電流
をバランスするために、各電源ユニットPWR1、PWR2に、
第1の電圧比較部2の出力電圧検出点(抵抗r2とr3の接
続点)に接続され、出力電流に比例した電圧Vi1、Vi2
発生する電圧源3が設けられ、各電源ユニットPWR1、PW
R2の電圧源3が電流バランス端子CB1、CB2を通して互い
に接続している。
電圧源3は、電圧制御部1のトランスTrの一次側の電
流を変流器Tcで検出し、ダイオードD3、抵抗r4、コンデ
ンサC2によって電圧Vi1、Vi2に変換する。
この電流バランス動作は、次のようである。
2台の電源ユニットPWR1、PWR2の出力電圧Vo1、V
o2が、Vo1=Vo2と等しく電流がバランスしている時は、
各電圧源3の電圧Vi1、Vi2は、Vi1=Vi2であり、電流バ
ランス端子CB1、CB2間に流れる電流Iiは0であり、2台
の電源ユニットPWR1、PWR2は電流バランス端子CB1、CB2
を接続していない時と同じ動作を行う。
次に、出力電圧Vo1、Vo2がVo1>Vo2の時は、出力電流
Io1、Io2がIo1>Io2となるから、電圧源3の電圧Vi1、V
i2はVi1>Vi2となって、電源ユニットPWR1の電圧源3か
ら電圧比較部2の抵抗r3、電源ユニットPWR2の電圧比較
部2の抵抗r3、電源ユニットPWR2の電圧源3の順で電流
が流れ、これによって電流バランス端子CB2から電流バ
ランス端子CB1に向かって電流Iiが流れる。
これによって、電源ユニットPWR1の電圧比較部2の抵
抗r3の電圧VR1は上昇し、逆に電源ユニットPWR2の電圧
比較部2の抵抗r3の電圧VR2は低下することになる。
このため、電源ユニットPWR1の電圧比較部2の検出電
圧Vs1は上昇し、電源ユニットPWR1は出力電圧Vo1を下げ
る方向に、電源ユニットPWR2の電圧比較部2の検出電圧
Vs2は下降し、電源ユニットPWR2は出力電圧Vo2を上げる
方向に制御が動く。
その結果、各電源ユニットPWR1、PWR2の出力電流I
o1、Io2はIo1=Io2となるように出力電圧が制御され
る。
又、出力電圧Vo1、Vo2が、Vo1<Vo2の時は逆の動作と
なる。
このようにして、容易に出力電流のバランスがとれた
並列運転が実現できる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、従来技術では、動作中に電源ユニット
の一台がダウンした場合に不具合が生じる。
例えば、電源ユニットPWR2がダウンしたとすると、電
源ユニットPWR2の出力電流Io2=0、電源ユニットPWR1
の出力電流Io1=IRとなり、電源ユニットPWR2の電圧源
3の電圧Vi2=0、電源ユニットPWR1の電圧源3の電圧V
i1は正常時の倍の出力となる。
従って、電流バランス端子CB2からCB1へ向かって大き
な電流Iiが流れ、電源ユニットPWR1の電圧比較部2の検
出電圧Vs1は上昇し、電源ユニットPWR1の出力電圧Vo1
大幅に低下する。
このため、従来技術では電流バランス機能を付加した
ことによって冗長の機能を失うことになるという問題が
生じた。
従って、本発明は、電流バランス機能を付加しても冗
長機能を失うことのない電源ユニットの並列冗長運転方
式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図は本発明の原理図である。
本発明は、第1図に示すように、出力電圧を一定電圧
に制御するための電圧制御部1と、出力電圧を検出し、
所定の電圧と比較し、制御電圧を該電圧制御部1に出力
する第1の電圧比較部2と、該第1の電圧比較部2の出
力電圧検出点に接続され、出力電流に比例した電圧を発
生する電圧源3とを有する電源ユニットPWR1、PWR2を負
荷Rに対し複数並列に接続し、各電源ユニットPWR1、PW
R2の該電圧源3を電流バランス端子を通して互いに接続
してなる電源ユニットの並列冗長運転方式において、各
電源ユニットPWR1、PWR2に、該出力電圧を検出し、所定
の電圧と比較し、制御電圧を該電圧制御部1に出力する
第2の電圧比較部4を設けたものである。
〔作用〕
本発明では、各電源ユニットPWR1、PWR2に2系統の電
圧比較部2、4を設け、両者の出力で電圧制御部1を制
御するようにしている。
ここで、第1の電圧比較部2が出力電圧Vout1に、第
2の電圧比較部4が出力電圧をVout2(Vout1>Vout2)
に制御するように設定しておけば、両電源ユニットPWR
1、PWR2が正常に動作している場合には、第1の電圧比
較部2の制御電圧が第2の電圧比較部4の制御電圧より
大となって、第1の電圧比較部2によって電流バランス
に応じて電圧制御部1が制御される。
一方、電源ユニットPWR1、PWR2の一方がダウンする
と、ダウンしてない電源ユニットの第1の電圧比較部2
の制御電圧はほとんど0となるから、第2の電圧比較部
4の制御電圧によって電圧制御部1が制御され、冗長運
転が実現される。
〔実施例〕
(a) 一実施例の説明 第2図は本発明の一実施例構成図である。
図中、第1図及び第3図で示したものと同一のもの
は、同一の記号で示してある。
第2の電圧比較部4は、出力電圧端子間に設けられた
直列抵抗r5、r6と、直列抵抗r5、r6による出力電圧の分
圧電圧と所定電圧Voとを比較し、制御電圧を発生する比
較アンプ(誤差増幅器)AMP2と、比較アンプAMP2の出力
を電圧制御部1のPWM回路PWMに導くダイオードD5とを有
する。
第1の電圧比較部2にも、比較アンプAMP1の出力を電
圧制御部1のPWM回路PWMに導くダイオードD4が設けられ
ており、従って、両比較アンプAMP1、AMP2の出力はダイ
オードORされてPWM回路PWMへ入力する。
この比較アンプAMP1は出力電圧をVout1に、比較アン
プAMP2は出力電圧をVout2(Vout1>Vout2)に制御する
ように設定され、例えば出力電圧が5Vの場合、Vout1=
5.0V、Vout2=4.9Vにセットする。
次に、実施例の動作について説明する。
先づ、電源ユニットPWR1、PWR2が正常に動作している
場合には、比較アンプAMP1の制御電圧VA1と比較アンプA
MP2の制御電圧VA2との関係は、VA1>VA2となり、ダイオ
ードORにより比較アンプAMP1の制御電圧VA1が有効とな
って、PWM回路PWMに出力される。
従って、出力電圧は5.0Vとなり、電流バランス動作
は、第2の電圧比較部4が設けられていない状態と同一
のもの、即ち第3図で示した従来通りの動作を行う。
次に、電源ユニットPWR2がダウンした場合には、第3
図の従来技術で説明したように、電源ユニットPWR1の第
1の電圧比較部2の比較アンプAMP1の入力電圧Vs1は大
幅に上昇し、比較アンプAMP1の制御電圧VA1≒0Vとな
り、ダイオードD4がカットオフし、第2の電圧比較部4
の比較アンプAMP2の出力(制御電圧)が有効となる。
このため、出力電圧は、比較アンプAMP2の設定値であ
る4.9Vに保たれ、冗長運転が実現できる。
尚、負荷の電圧精度は通常5V±5%(5.25〜4.75V)
であり、電源の出力電圧が4.9V程度まで低下しても負荷
は正常に動作する。
従って、電源ユニットPWR2がダウンしても、負荷電流
が電源ユニットPWR1の出力電流以下であれば正常に動作
を続けることができる。
(b) 他の実施例の説明 上述の実施例では2台の電源ユニットの並列運転につ
いて説明したが、3台以上の電源ユニットの並列運転に
も適用できる。
又、電圧制御部1、電圧比較部2、4も実施例のもの
に限られず、いわゆる安定化電源を構成するものであれ
ばよい。
以上本発明を実施例により説明したが、本発明は本発
明の主旨に従い種々の変形が可能であり、本発明からこ
れらを排除するものではない。
〔発明の効果〕
以上説明した様に、本発明によれば、各電源ユニット
に、電流バランス制御を行う第1の電圧比較部の他に、
第2の電圧比較部を設けているので、各電源ユニットを
電流バランスする機能を与えても、電源ユニットの1台
がダウンした時他の電源ユニットで運転する冗長運転を
実現できるという効果を奏し、安定な並列冗長・電流バ
ランス運転の実現に寄与することろが大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理図、 第2図は本発明の一実施例構成図、 第3図は従来技術の説明図である。 図中、PWR1、PWR2……電源ユニット、 1……電圧制御部、 2……第1の電圧比較部、 3……電圧源、 4……第2の電圧比較部、 R……負荷。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】出力電圧を一定電圧に制御するための電圧
    制御部(1)と、 出力電圧を検出し、所定の電圧と比較し、制御電圧を該
    電圧制御部(1)に出力する第1の電圧比較部(2)
    と、該第1の電圧比較部(2)の出力電圧検出点に接続
    され、出力電流に比例した電圧を発生する電圧源(3)
    とを有する電源ユニット(PWR1、PWR2)を負荷(R)に
    対し複数並列に接続し、 各電源ユニット(PWR1、PWR2)の該電圧源(3)を電流
    バランス端子を通して互いに接続してなる電源ユニット
    の並列冗長運転方式において、 各電源ユニット(PWR1、PWR2)に、 該出力電圧を検出し、所定の電圧と比較し、制御電圧を
    該電圧制御部(1)に出力する第2の電圧比較部(4)
    を設けたことを特徴とする電源ユニットの並列冗長運転
    方式。
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