JP3897251B2 - 電源装置の電流バランス制御回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電源装置の出力側を負荷に並列接続して並列電流バランスをとる電源装置の電流バランス制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の電源装置を負荷に並列接続して冗長運転する際に使用する電流バランス制御回路としては、例えば図３に示すようなものがある（特許文献１）。
【０００３】
図３において、１Ａ，１Ｂは電源装置であり、負荷２がダイオードＤ３，Ｄ４を介して並列接続されている。電源装置１Ａ，１Ｂから負荷２に対して同じ値の電流Ｉ１，Ｉ２を供給する。
電源装置１Ａ，１Ｂには出力制御回路３が設けられ、スイッチング制御により一定電圧に安定化された出力電圧Ｖ０が負荷２に供給される。出力電圧Ｖ０は抵抗Ｒ１とＲ２で分圧されて増幅器４の（−）入力端子に与えられ、（＋）入力端子にはツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧により予め定めた基準電圧を固定的に設定する。
【０００４】
増幅器４は、出力電圧Ｖ０を抵抗Ｒ１とＲ２で分圧した電圧にバイアス電圧発生用の抵抗Ｒ０で発生した電圧＋Ｖｉを加えた電圧と、ツェナーダイオードＺＤの基準電圧との差電圧に応じて増幅したある電圧を出力制御回路３に出力し、出力制御回路３の出力電圧Ｖ０が一定となるように制御する。
【０００５】
一方、電源装置１Ａ，１Ｂには、電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂが設けられる。電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂには、負荷２に供給する出力電流Ｉ１，Ｉ２を検出するカレントトランス５が設けられ、カレントトランス５の出力はダイオードＤ０により整流されてコンデンサＣ０に検出電圧Ｖi1，Ｖi2として充電される。またコンデンサＣ０には電流−電圧変換用の抵抗Ｒ３が並列接続される。
【０００６】
この電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂのそれぞれに設けたカレントトランス５、ダイオードＤ０、コンデンサＣ０および抵抗Ｒ３でなる電流検出回路には、抵抗Ｒ０を介して定電流回路６が接続され、更に定電流回路６の出力側で相互接続される。
【０００７】
次に、図３の動作を説明する。電源装置１Ａ，１Ｂから負荷２に流れる電流が等しいバランス状態では、電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂの電流検出電圧Ｖi1、Ｖi2が等しい。このため電流バランス制御回路１０Ａでは、電流検出電圧Ｖi1を電圧源としてコンデンサＣ０のプラス側から抵抗Ｒ０、定電流回路６、ダイオードＤ１を経てコンデンサＣ０のマイナス側に定電流Ｉc1が流れる。
【０００８】
また電流バランス制御回路１０Ｂでは、電流検出電圧Ｖi2を電圧源としてコンデンサＣ０のプラス側から抵抗Ｒ０、定電流回路６、ダイオードＤ２を経てコンデンサＣ０のマイナス側に定電流Ｉc2流れる。このため電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂの間に不平衡電流ｉは流れない。ここで定電流Ｉc1、Ｉc2は同じ電流値であり、例えば１ｍＡとなる。
【０００９】
これにより電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂの抵抗Ｒ０に発生するバイアス電圧＋Ｖｉは等しく、増幅器４の入力電圧も等しく、増幅器４は出力制御回路３を出力電圧Ｖ０が等しくなるように制御し、負荷２に対する出力電流Ｉ１，Ｉ２はバランスしている。
【００１０】
この出力電圧Ｖ０を一定値にする安定制御状態において、電源装置１Ａの出力電流Ｉ１が電源装置１Ｂの出力電流Ｉ２より大きくなる電流バランスの崩れを生じたとする。このＩ１＞Ｉ２となる電流バランスの崩れに対し、電源装置１Ａの出力電流Ｉ１に応じて電流バランス制御回路１０Ａの電流検出電圧Ｖi1が増加し、また電源装置１Ｂの出力電流Ｉ２に応じて電流バランス制御回路１０Ｂの電流検出電圧Ｖi2は低下し、Ｖi1＞Ｖi2となる。
【００１１】
このため電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂ間には、電源装置１Ａから１Ｂに向けて不平衡電流ｉが電流検出電圧の差に応じて流れる。例えば不平衡電流ｉとして０．２ｍＡ流れたとすると、電流バランス制御回路１０Ａでは抵抗Ｒ０に定電流回路６の定電流Ｉc1＝１ｍＡに不平衡電流ｉ＝０．２ｍＡを加えた１．２ｍＡの電流が流れ、バイアス電圧＋Ｖｉが増加する。
【００１２】
一方、電流バランス制御回路１０Ｂでは、不平衡電流ｉ＝０．２ｍＡが流れ込むことで、抵抗Ｒ０には定電流回路６の定電流Ｉc1＝１ｍＡから不平衡電流ｉ＝０．２ｍＡを差し引いた０．８ｍＡの電流が流れ、バイアス電圧＋Ｖｉが減少する。
【００１３】
電流バランス制御回路１０Ａにおいてバイアス＋Ｖｉが増加すると、増幅器４の出力は低下し、出力制御回路３の出力電圧を下げて電源装置１Ａからの出力電流Ｉ１を減少させる。一方、電流バランス制御回路１０Ｂにおいてバイアス＋Ｖｉが減少すると、増幅器４の出力は増加し、出力制御回路３の出力電圧を上げて電源装置１Ｂからの出力電流Ｉ１を増加させ、最終的に出力電流Ｉ１＝Ｉ２、ずなわち不平衡電流ｉ＝０となる電流バランスの保持状態を保つようになる。
【００１４】
【特許文献１】
特開平９−２８８５１８号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の電源装置の電流バランス制御回路にあっては、片側の電源装置が故障して電流検出電圧が断たれた場合、正常な電源装置の出力電圧が低下してしまうという問題がある。
【００１６】
例えば片方の電源装置１Ｂが故障して、電流バランス制御回路１０Ｂの電流検出電圧Ｖi2が０Ｖになった場合には、ダイオードＤ２によって抵抗Ｒ０、Ｒ３に流れる電流は阻止されるが、定電流回路６の定電流Ｉc2に一致する不平衡電流ｉが電源装置１Ａの電流バランス制御回路１０Ａから故障した電源装置１Ｂの電流バランス制御回路１０Ｂに流れる。
【００１７】
このため正常な電源装置１Ａの電流バランス制御回路１０Ａに設けた抵抗Ｒ０に両方の定電流回路６に流れる定電流を加算した電流（Ｉc1＋Ｉc2）が流れ、バイアス電圧＋Ｖｉがほぼ２倍に増加する。
【００１８】
このため増幅器４の出力が低下し、出力制御回路３は出力電圧Ｖ０を下げるように制御され、正常な電源装置１Ａから負荷２に対する出力電圧が低下する。
【００１９】
この問題に対し従来は、片方の電源装置の故障で生ずる出力電圧の低下を、電源装置の仕様上無視できる範囲に抑えるように抵抗Ｒ０の値や定電流回路６の定電流を決めることで対応している。
【００２０】
しかし、片側の電源装置の故障により負荷に対する出力電圧が低下することは、例え出力電圧の低下が装置の仕様を損なわない範囲であったとしても、複数の電源装置を負荷に並列接続して故障が起きても安定化した電源供給を維持するという冗長運転本来の意図が損なわれており、この点の改善が望まれる。
【００２１】
本発明は、負荷に並列接続して冗長運転している複数の電源装置の一部に故障が起きても、正常な電源装置に出力電圧の低下が起きないようにした電源装置の電流バランス制御回路を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は次のように構成する。
【００２３】
本発明は、冗長運転のために複数の電源装置を負荷に並列接続し、複数の電源装置から負荷に流れる電流が一致するように制御する他の電源装置の電流バランス回路と相互に接続された電源装置の電流バランス制御回路を対象とする。
【００２４】
この電流バランス制御回路は、負荷に流れる電流に比例した電圧を発生し、他の電源装置の電流検出回路と相互接続される電流検出回路と、電流検出回路に対する電流の逆流を阻止するダイオードと、電流検出回路に接続され一定電流を流す定電流回路と、電流検出回路と定電流回路を結ぶプラス側信号ラインに挿入接続されるバイアス電圧発生回路とを備える。
【００２５】
このバイアス電圧発生回路は、
ａ）電流検出回路と他の電源装置の電流検出回路との間に電圧差がない時は、定電流回路に流す一定電流に応じたバイアス電圧を発生し、
ｂ）電流検出電圧源の検出電圧が他の電源装置の電流検出回路に対しプラスの電圧差を持つ時は、定電流回路に流す一定電流に他の電源装置に流れ出す不平衡電流を加えた電流に応じたバイアス電圧を発生し、更に、
ｃ）電流検出回路の検出電圧が他の電源装置の電流検出回路に対しマイナスの電圧差を持つ時は、定電流回路に流す一定電流から他の電源装置から流れ込む不平衡電流を差し引いた電流に応じたバイアス電圧を発生し、
ｄ）各バイアス電圧を前記増幅器に対する出力電圧に加算して負荷に流れる電流が他の電源装置から負荷に流れる電流に一致するように差電圧を変化させる。
【００２６】
これに加え本発明の電流バランス制御回路にあっては、電流検出回路の発生電圧が失われる故障を検出した時に、定電流回路を切り離して他の電源装置からの不平衡電流の流れ込みを阻止する故障切離し回路を設けたことを特徴とする。
【００２７】
このため例えば２台の電源装置を負荷に並列接続して冗長運転している際に、片側の電源装置が故障して負荷電流が断たれた場合、故障を起こした電源装置の電流バランス制御回路に設けている電流検出回路の発生電圧が失われ、これを故障切離し回路で検出して定電流回路を切離すことで正常な電源装置の電流バランス回路からの不平衡電流の流れ込みを阻止し、正常な電流バランス制御回路の抵抗に発生するバイアス電圧を、複数の電源装置の出力電流がバランスした安定制御状態の電圧に保つ。このため片側の電源装置が故障しても、残された正常な電源装置の負荷に対する出力電圧は低下せずに一定電圧に制御され、安定した冗長運転を継続することができる。
【００２８】
ここで、故障切離し回路は、定電流回路に直列接続されたトランジスタと、電流検出回路の発生電圧を分圧してトランジスタのベースにバイアス電圧を印加し、電流検出回路の発生電圧が断たれる故障検出時にトランジスタをオフして定電流回路を切離すバイアス回路とを備える。
【００２９】
また故障切離し回路は、定電流回路に直列接続された電界効果トランジスタと、電流検出回路の発生電圧を分圧して電界効果トランジスタのゲートにバイアス電圧を印加し、電流検出回路の発生電圧が断たれる故障検出時に電界効果トランジスタをオフして定電流回路を切離すバイアス回路とを備えるようにしても良い。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による電源装置の電流バランス制御回路の実施形態を冗長運転のための接続状態ついて示した回路図である。
【００３１】
図１において、電源装置１Ａ，１Ｂは、冗長運転による電源供給のため、ダイオードＤ３，Ｄ４を介して負荷２に並列接続され、電源装置１Ａ，１Ｂから負荷２に対して同じ値の電流Ｉ１，Ｉ２を供給するよう出力制御回路３により出力電圧Ｖ０を制御させる電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂを設けている。
【００３２】
電源装置１Ａ，１Ｂに設けた出力制御回路３はスイッチングレギュレータで構成され、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ、整流出力回路、制御回路を備え、ＤＣ−ＤＣコンバータに設けたトランスの１次巻線に接続したスイッチ素子のオン，オフ制御により負荷２に供給する出力電圧Ｖ０を一定電圧に安定化制御する。
【００３３】
出力電圧Ｖ０は抵抗Ｒ１とＲ２で分圧されて増幅器４の（−）入力端子に与えられ、（＋）入力端子にはツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧により予め定めた基準電圧を固定的に設定する。
【００３４】
増幅器４は、出力電圧Ｖ０を抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧した電圧に、電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂの抵抗Ｒ０で発生したバイアス電圧＋Ｖｉを加えた電圧を入力し、ツェナーダイオードＺＤの基準電圧との差に応じて増幅した差電圧を出力制御回路３に出力し、出力制御回路３の出力電圧Ｖ０が一定電圧となるように制御する。
【００３５】
電源装置１Ａ，１Ｂに設けた電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂには、負荷２に供給する出力電流Ｉ１，Ｉ２を検出するカレントトランス５が設けられる。カレントトランス５は出力制御回路３に設けているＤＣ−ＤＣコンバータの１次側のスイッチ素子のオン、オフ制御による電流を１次巻線に流し、２次側に上向き矢印方向の電圧を発生する。
【００３６】
カレントトランス５の出力はダイオードＤ０により整流されてコンデンサＣ０に電流検出電圧Ｖi1，Ｖi2として充電される。またコンデンサＣ０には電流−電圧変換用の抵抗Ｒ３が並列接続され、検出電流に比例した電圧を発生する電圧源として機能する。
【００３７】
この電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂに設けたカレントトランス５、ダイオードＤ０、コンデンサＣ０及び抵抗Ｒ３でなる電流検出回路には、抵抗Ｒ０を介して定電流回路６が接続され、更に定電流回路６の出力側で電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂは相互接続される。
【００３８】
電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂに設けた定電流回路６と直列トランジスタＴr1，Ｔr2のコレクタとエミッタが接続される。トランジスタＴr1，Ｔr2のベースは、電流検出回路のコンデンサＣ０に発生する電流検出電圧Ｖi1，Ｖi2を分圧する抵抗Ｒ４，Ｒ５の分圧点に接続され、分圧電圧によるバイアスを受ける。
【００３９】
このトランジスタＴr1，Ｔr2及び抵抗Ｒ４，Ｒ５の分圧バイアス回路によって、電流検出回路の発生電圧が失われる電源装置の故障を検出した時に、定電流回路６を切り離して他の電源装置からの不平衡電流ｉの流れ込みを阻止する故障切離し回路が構成される。
【００４０】
次に、図１の動作を説明する。電源装置１Ａ，１Ｂから負荷２に流れる電流が等しいバランス状態では、電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂで負荷２に流れる電流Ｉ１，Ｉ２に比例した互いに等しい電流検出電圧Ｖi1、Ｖi2がコンデンサＣ０の両端に発生する。この電流検出電圧Ｖi1、Ｖi2は抵抗Ｒ４，Ｒ５で分圧され、トランジスタＴr1，Ｔr2に印可されてオンし、定電流回路６を電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂに接続している。
【００４１】
このため電流バランス制御回路１０Ａでは、電流検出電圧Ｖi1を電圧源としてコンデンサＣ０のプラス側から抵抗Ｒ０、定電流回路６、トランジスタＴr1、ダイオードＤ１を経てコンデンサＣ０のマイナス側に定電流Ｉc1が流れる。
【００４２】
また電流バランス制御回路１０Ｂでは、電流検出電圧Ｖi2を電圧源としてコンデンサＣ０のプラス側から抵抗Ｒ０、定電流回路６、トランジスタＴr2、ダイオードＤ２を経てコンデンサＣ０のマイナス側に定電流Ｉc2流れる。このため電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂの間に不平衡電流ｉは流れない。ここで定電流Ｉc1、Ｉc2は同じ電流値であり、例えば１ｍＡとなる。
【００４３】
これにより電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂの抵抗Ｒ０に発生するバイアス電圧＋Ｖｉは等しく、増幅器４の入力電圧も等しく、増幅器４は出力制御回路３を出力電圧Ｖ０が等しくなるように制御し、負荷２に対する出力電流Ｉ１，Ｉ２はバランスしている。
【００４４】
この出力電圧Ｖ０を一定値にする安定制御状態において、電源装置１Ａの出力電流Ｉ１が電源装置１Ｂの出力電流Ｉ２より大きくなる電流バランスの崩れを生じたとする。このＩ１＞Ｉ２となる電流バランスの崩れに対し、電源装置１Ａの出力電流Ｉ１に応じて電流バランス制御回路１０Ａの電流検出電圧Ｖi1が増加し、また電源装置１Ｂの出力電流Ｉ２に応じて電流バランス制御回路１０Ｂの電流検出電圧Ｖi2は低下し、Ｖi1＞Ｖi2となる。
【００４５】
このため電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂ間には、電源装置１Ａから１Ｂに向けて不平衡電流ｉが電流検出電圧の差に応じて流れる。例えば不平衡電流ｉとして０．２ｍＡ流れたとすると、電流バランス制御回路１０Ａでは抵抗Ｒ０に定電流回路６の定電流Ｉc1＝１ｍＡに不平衡電流ｉ＝０．２ｍＡを加えた１．２ｍＡの電流が流れ、バイアス電圧＋Ｖｉが増加する。
【００４６】
一方、電流バランス制御回路１０Ｂでは、不平衡電流ｉ＝０．２ｍＡが流れ込むことで、抵抗Ｒ０には定電流回路６の定電流Ｉc1＝１ｍＡから不平衡電流ｉ＝０．２ｍＡを差し引いた０．８ｍＡの電流が流れ、バイアス電圧＋Ｖｉが減少する。
【００４７】
電流バランス制御回路１０Ａにおいてバイアス＋Ｖｉが増加すると、増幅器４の出力は低下し、出力制御回路３の出力電圧を下げて電源装置１Ａからの出力電流Ｉ１を減少させる。一方、電流バランス制御回路１０Ｂにおいてバイアス＋Ｖｉが減少すると、増幅器４の出力は増加下し、出力制御回路３の出力電圧を上げて電源装置１Ｂからの出力電流Ｉ１を増加させ、最終的に出力電流Ｉ１＝Ｉ２、すなわち不平衡電流ｉ＝０となる電流バランスの保持状態を保つようになる。
【００４８】
次に片方の電源装置１Ｂが故障して、電流バランス制御回路１０Ｂの電流検出電圧Ｖi2が０Ｖになった場合には、抵抗Ｒ４，Ｒ５の分圧電圧も０Ｖとなり、トランジスタＴr2がオフし、定電流回路６を電流バランス制御回路１０Ｂから切離す。
【００４９】
このため正常な電源装置１Ａの電流バランス制御回路１０Ａにおける電流検出電圧Ｖi1からバイアス電圧＋Ｖｉを差し引いた電圧（Ｖi1−Ｖｉ）が、故障した電源装置１Ｂの電流バランス制御回路１０Ｂに加わっても、不平衡電流ｉは流れない。
【００５０】
従って、正常な電源装置１Ａの抵抗Ｒ０に流れる電流は、電源装置１Ｂの故障前の定電流回路６で決まる同じ定電流Ｉｃ１であり、バイアス電圧＋Ｖｉも同じで増幅器４の入力端子に対する入力電圧も変わらないため、増幅器４の出力も変わらない。それ故、電源装置１Ｂが故障しても電源装置１Ａの出力制御回路３の出力電圧Ｖ０は変化せず、出力電圧Ｖ０の低下を防止することができる。
【００５１】
図２は本発明の他の実施形態であり、電源装置１Ａ側を取出して示している。この実施形態は、カレントトランス５の２次巻線に発生する電圧の向きを図１の実施形態に対し逆極性とした場合である。
【００５２】
これに対応して電流バランス制御回路１０ＡのＤ０，Ｄ１、コンデンサＣ０、抵抗Ｒ０，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５、定電流回路６およびトランジスタＴr1を発生電圧の逆極性に合わせて接続を変更した構成としている。この場合の動作は図１の実施形態と基本的に同じになる。また図１の電源装置１Ｂ側も図２の電源装置１Ａと同じ構成になる。
【００５３】
尚、上記の実施形態にあっては、電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂの故障切離し回路としてトランジスタＴr1，Ｔr2を使用しているが、これに代えて電界効果トランジスタを使用しても良い。
【００５４】
即ち、図１のトランジスタＴr1，Ｔr2に代え、ＭＯＳＦＥＴのドレインとソースを定電流回路６に直列接続し、電流検出回路のコンデンサＣ０の発生電圧Ｖi1，Ｖi2を抵抗Ｒ４，Ｒ５で分圧してＭＯＳＦＥＴのゲートにバイアス電圧として印可すれば良い。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、冗長運転のために負荷に並列接続された複数の電源装置のいずれかが故障しても、正常な電源装置の出力電圧は低下せず、装置故障に対し負荷に一定電圧を継続して供給する安定した冗長運転を継続することができる。
【００５６】
また複数の電源装置のいずれかの故障に対し正常な電源装置の出力電圧は低下しないように電流バランス制御回路に設ける故障切離し回路は、小電力の抵抗２本と小信号トランジスタ１個といった僅かな追加部品で済み、低コストで対応が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示した回路図
【図２】本発明の他の実施形態を示した回路図
【図３】従来例の回路図
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ：電源装置
２：負荷
３：出力制御回路
４：増幅器
５：カレントトランス
６：定電流回路
１０Ａ，１０Ｂ：電流バランス制御回路
Ｄ０〜Ｄ４：ダイオード
Ｒ０〜Ｒ５：抵抗
ＺＤ：ツェナーダイオード
Ｔr1，Ｔr2：トランジスタ
Ｉ１，Ｉ２：出力電流
Ｖ０：出力電圧
Ｖi1，Ｖi2：電流検出電圧
Ｉｃ１，Ｉｃ２：定電流
ｉ：不平衡電流
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電源装置の出力側を負荷に並列接続して並列電流バランスをとる電源装置の電流バランス制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の電源装置を負荷に並列接続して冗長運転する際に使用する電流バランス制御回路としては、例えば図３に示すようなものがある（特許文献１）。
【０００３】
図３において、１Ａ，１Ｂは電源装置であり、負荷２がダイオードＤ３，Ｄ４を介して並列接続されている。電源装置１Ａ，１Ｂから負荷２に対して同じ値の電流Ｉ１，Ｉ２を供給する。
電源装置１Ａ，１Ｂには出力制御回路３が設けられ、スイッチング制御により一定電圧に安定化された出力電圧Ｖ０が負荷２に供給される。出力電圧Ｖ０は抵抗Ｒ１とＲ２で分圧されて増幅器４の（−）入力端子に与えられ、（＋）入力端子にはツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧により予め定めた基準電圧を固定的に設定する。
【０００４】
増幅器４は、出力電圧Ｖ０を抵抗Ｒ１とＲ２で分圧した電圧にバイアス電圧発生用の抵抗Ｒ０で発生した電圧＋Ｖｉを加えた電圧と、ツェナーダイオードＺＤの基準電圧との差電圧に応じて増幅したある電圧を出力制御回路３に出力し、出力制御回路３の出力電圧Ｖ０が一定となるように制御する。
【０００５】
一方、電源装置１Ａ，１Ｂには、電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂが設けられる。電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂには、負荷２に供給する出力電流Ｉ１，Ｉ２を検出するカレントトランス５が設けられ、カレントトランス５の出力はダイオードＤ０により整流されてコンデンサＣ０に検出電圧Ｖi1，Ｖi2として充電される。またコンデンサＣ０には電流−電圧変換用の抵抗Ｒ３が並列接続される。
【０００６】
この電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂのそれぞれに設けたカレントトランス５、ダイオードＤ０、コンデンサＣ０および抵抗Ｒ３でなる電流検出回路には、抵抗Ｒ０を介して定電流回路６が接続され、更に定電流回路６の出力側で相互接続される。
【０００７】
次に、図３の動作を説明する。電源装置１Ａ，１Ｂから負荷２に流れる電流が等しいバランス状態では、電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂの電流検出電圧Ｖi1、Ｖi2が等しい。このため電流バランス制御回路１０Ａでは、電流検出電圧Ｖi1を電圧源としてコンデンサＣ０のプラス側から抵抗Ｒ０、定電流回路６、ダイオードＤ１を経てコンデンサＣ０のマイナス側に定電流Ｉc1が流れる。
【０００８】
また電流バランス制御回路１０Ｂでは、電流検出電圧Ｖi2を電圧源としてコンデンサＣ０のプラス側から抵抗Ｒ０、定電流回路６、ダイオードＤ２を経てコンデンサＣ０のマイナス側に定電流Ｉc2流れる。このため電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂの間に不平衡電流ｉは流れない。ここで定電流Ｉc1、Ｉc2は同じ電流値であり、例えば１ｍＡとなる。
【０００９】
これにより電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂの抵抗Ｒ０に発生するバイアス電圧＋Ｖｉは等しく、増幅器４の入力電圧も等しく、増幅器４は出力制御回路３を出力電圧Ｖ０が等しくなるように制御し、負荷２に対する出力電流Ｉ１，Ｉ２はバランスしている。
【００１０】
この出力電圧Ｖ０を一定値にする安定制御状態において、電源装置１Ａの出力電流Ｉ１が電源装置１Ｂの出力電流Ｉ２より大きくなる電流バランスの崩れを生じたとする。このＩ１＞Ｉ２となる電流バランスの崩れに対し、電源装置１Ａの出力電流Ｉ１に応じて電流バランス制御回路１０Ａの電流検出電圧Ｖi1が増加し、また電源装置１Ｂの出力電流Ｉ２に応じて電流バランス制御回路１０Ｂの電流検出電圧Ｖi2は低下し、Ｖi1＞Ｖi2となる。
【００１１】
このため電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂ間には、電源装置１Ａから１Ｂに向けて不平衡電流ｉが電流検出電圧の差に応じて流れる。例えば不平衡電流ｉとして０．２ｍＡ流れたとすると、電流バランス制御回路１０Ａでは抵抗Ｒ０に定電流回路６の定電流Ｉc1＝１ｍＡに不平衡電流ｉ＝０．２ｍＡを加えた１．２ｍＡの電流が流れ、バイアス電圧＋Ｖｉが増加する。
【００１２】
一方、電流バランス制御回路１０Ｂでは、不平衡電流ｉ＝０．２ｍＡが流れ込むことで、抵抗Ｒ０には定電流回路６の定電流Ｉc1＝１ｍＡから不平衡電流ｉ＝０．２ｍＡを差し引いた０．８ｍＡの電流が流れ、バイアス電圧＋Ｖｉが減少する。
【００１３】
電流バランス制御回路１０Ａにおいてバイアス＋Ｖｉが増加すると、増幅器４の出力は低下し、出力制御回路３の出力電圧を下げて電源装置１Ａからの出力電流Ｉ１を減少させる。一方、電流バランス制御回路１０Ｂにおいてバイアス＋Ｖｉが減少すると、増幅器４の出力は増加し、出力制御回路３の出力電圧を上げて電源装置１Ｂからの出力電流Ｉ１を増加させ、最終的に出力電流Ｉ１＝Ｉ２、ずなわち不平衡電流ｉ＝０となる電流バランスの保持状態を保つようになる。
【００１４】
【特許文献１】
特開平９−２８８５１８号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の電源装置の電流バランス制御回路にあっては、片側の電源装置が故障して電流検出電圧が断たれた場合、正常な電源装置の出力電圧が低下してしまうという問題がある。
【００１６】
例えば片方の電源装置１Ｂが故障して、電流バランス制御回路１０Ｂの電流検出電圧Ｖi2が０Ｖになった場合には、ダイオードＤ２によって抵抗Ｒ０、Ｒ３に流れる電流は阻止されるが、定電流回路６の定電流Ｉc2に一致する不平衡電流ｉが電源装置１Ａの電流バランス制御回路１０Ａから故障した電源装置１Ｂの電流バランス制御回路１０Ｂに流れる。
【００１７】
このため正常な電源装置１Ａの電流バランス制御回路１０Ａに設けた抵抗Ｒ０に両方の定電流回路６に流れる定電流を加算した電流（Ｉc1＋Ｉc2）が流れ、バイアス電圧＋Ｖｉがほぼ２倍に増加する。
【００１８】
このため増幅器４の出力が低下し、出力制御回路３は出力電圧Ｖ０を下げるように制御され、正常な電源装置１Ａから負荷２に対する出力電圧が低下する。
【００１９】
この問題に対し従来は、片方の電源装置の故障で生ずる出力電圧の低下を、電源装置の仕様上無視できる範囲に抑えるように抵抗Ｒ０の値や定電流回路６の定電流を決めることで対応している。
【００２０】
しかし、片側の電源装置の故障により負荷に対する出力電圧が低下することは、例え出力電圧の低下が装置の仕様を損なわない範囲であったとしても、複数の電源装置を負荷に並列接続して故障が起きても安定化した電源供給を維持するという冗長運転本来の意図が損なわれており、この点の改善が望まれる。
【００２１】
本発明は、負荷に並列接続して冗長運転している複数の電源装置の一部に故障が起きても、正常な電源装置に出力電圧の低下が起きないようにした電源装置の電流バランス制御回路を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は次のように構成する。
【００２３】
本発明は、冗長運転のために複数の電源装置を負荷に並列接続し、複数の電源装置から負荷に流れる電流が一致するように制御する他の電源装置の電流バランス回路と相互に接続された電源装置の電流バランス制御回路を対象とする。
【００２４】
この電流バランス制御回路は、負荷に流れる電流に比例した電圧を発生し、他の電源装置の電流検出回路と相互接続される電流検出回路と、電流検出回路に対する電流の逆流を阻止するダイオードと、電流検出回路に接続され一定電流を流す定電流回路と、電流検出回路と定電流回路を結ぶプラス側信号ラインに挿入接続されるバイアス電圧発生回路とを備える。
【００２５】
このバイアス電圧発生回路は、
ａ）電流検出回路と他の電源装置の電流検出回路との間に電圧差がない時は、定電流回路に流す一定電流に応じたバイアス電圧を発生し、
ｂ）電流検出電圧源の検出電圧が他の電源装置の電流検出回路に対しプラスの電圧差を持つ時は、定電流回路に流す一定電流に他の電源装置に流れ出す不平衡電流を加えた電流に応じたバイアス電圧を発生し、更に、
ｃ）電流検出回路の検出電圧が他の電源装置の電流検出回路に対しマイナスの電圧差を持つ時は、定電流回路に流す一定電流から他の電源装置から流れ込む不平衡電流を差し引いた電流に応じたバイアス電圧を発生し、
ｄ）各バイアス電圧を前記増幅器に対する出力電圧に加算して負荷に流れる電流が他の電源装置から負荷に流れる電流に一致するように差電圧を変化させる。
【００２６】
これに加え本発明の電流バランス制御回路にあっては、電流検出回路の発生電圧が失われる故障を検出した時に、定電流回路を切り離して他の電源装置からの不平衡電流の流れ込みを阻止する故障切離し回路を設けたことを特徴とする。
【００２７】
このため例えば２台の電源装置を負荷に並列接続して冗長運転している際に、片側の電源装置が故障して負荷電流が断たれた場合、故障を起こした電源装置の電流バランス制御回路に設けている電流検出回路の発生電圧が失われ、これを故障切離し回路で検出して定電流回路を切離すことで正常な電源装置の電流バランス回路からの不平衡電流の流れ込みを阻止し、正常な電流バランス制御回路の抵抗に発生するバイアス電圧を、複数の電源装置の出力電流がバランスした安定制御状態の電圧に保つ。このため片側の電源装置が故障しても、残された正常な電源装置の負荷に対する出力電圧は低下せずに一定電圧に制御され、安定した冗長運転を継続することができる。
【００２８】
ここで、故障切離し回路は、定電流回路に直列接続されたトランジスタと、電流検出回路の発生電圧を分圧してトランジスタのベースにバイアス電圧を印加し、電流検出回路の発生電圧が断たれる故障検出時にトランジスタをオフして定電流回路を切離すバイアス回路とを備える。
【００２９】
また故障切離し回路は、定電流回路に直列接続された電界効果トランジスタと、電流検出回路の発生電圧を分圧して電界効果トランジスタのゲートにバイアス電圧を印加し、電流検出回路の発生電圧が断たれる故障検出時に電界効果トランジスタをオフして定電流回路を切離すバイアス回路とを備えるようにしても良い。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による電源装置の電流バランス制御回路の実施形態を冗長運転のための接続状態ついて示した回路図である。
【００３１】
図１において、電源装置１Ａ，１Ｂは、冗長運転による電源供給のため、ダイオードＤ３，Ｄ４を介して負荷２に並列接続され、電源装置１Ａ，１Ｂから負荷２に対して同じ値の電流Ｉ１，Ｉ２を供給するよう出力制御回路３により出力電圧Ｖ０を制御させる電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂを設けている。
【００３２】
電源装置１Ａ，１Ｂに設けた出力制御回路３はスイッチングレギュレータで構成され、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ、整流出力回路、制御回路を備え、ＤＣ−ＤＣコンバータに設けたトランスの１次巻線に接続したスイッチ素子のオン，オフ制御により負荷２に供給する出力電圧Ｖ０を一定電圧に安定化制御する。
【００３３】
出力電圧Ｖ０は抵抗Ｒ１とＲ２で分圧されて増幅器４の（−）入力端子に与えられ、（＋）入力端子にはツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧により予め定めた基準電圧を固定的に設定する。
【００３４】
増幅器４は、出力電圧Ｖ０を抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧した電圧に、電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂの抵抗Ｒ０で発生したバイアス電圧＋Ｖｉを加えた電圧を入力し、ツェナーダイオードＺＤの基準電圧との差に応じて増幅した差電圧を出力制御回路３に出力し、出力制御回路３の出力電圧Ｖ０が一定電圧となるように制御する。
【００３５】
電源装置１Ａ，１Ｂに設けた電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂには、負荷２に供給する出力電流Ｉ１，Ｉ２を検出するカレントトランス５が設けられる。カレントトランス５は出力制御回路３に設けているＤＣ−ＤＣコンバータの１次側のスイッチ素子のオン、オフ制御による電流を１次巻線に流し、２次側に上向き矢印方向の電圧を発生する。
【００３６】
カレントトランス５の出力はダイオードＤ０により整流されてコンデンサＣ０に電流検出電圧Ｖi1，Ｖi2として充電される。またコンデンサＣ０には電流−電圧変換用の抵抗Ｒ３が並列接続され、検出電流に比例した電圧を発生する電圧源として機能する。
【００３７】
この電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂに設けたカレントトランス５、ダイオードＤ０、コンデンサＣ０及び抵抗Ｒ３でなる電流検出回路には、抵抗Ｒ０を介して定電流回路６が接続され、更に定電流回路６の出力側で電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂは相互接続される。
【００３８】
電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂに設けた定電流回路６と直列トランジスタＴr1，Ｔr2のコレクタとエミッタが接続される。トランジスタＴr1，Ｔr2のベースは、電流検出回路のコンデンサＣ０に発生する電流検出電圧Ｖi1，Ｖi2を分圧する抵抗Ｒ４，Ｒ５の分圧点に接続され、分圧電圧によるバイアスを受ける。
【００３９】
このトランジスタＴr1，Ｔr2及び抵抗Ｒ４，Ｒ５の分圧バイアス回路によって、電流検出回路の発生電圧が失われる電源装置の故障を検出した時に、定電流回路６を切り離して他の電源装置からの不平衡電流ｉの流れ込みを阻止する故障切離し回路が構成される。
【００４０】
次に、図１の動作を説明する。電源装置１Ａ，１Ｂから負荷２に流れる電流が等しいバランス状態では、電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂで負荷２に流れる電流Ｉ１，Ｉ２に比例した互いに等しい電流検出電圧Ｖi1、Ｖi2がコンデンサＣ０の両端に発生する。この電流検出電圧Ｖi1、Ｖi2は抵抗Ｒ４，Ｒ５で分圧され、トランジスタＴr1，Ｔr2に印可されてオンし、定電流回路６を電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂに接続している。
【００４１】
このため電流バランス制御回路１０Ａでは、電流検出電圧Ｖi1を電圧源としてコンデンサＣ０のプラス側から抵抗Ｒ０、定電流回路６、トランジスタＴr1、ダイオードＤ１を経てコンデンサＣ０のマイナス側に定電流Ｉc1が流れる。
【００４２】
また電流バランス制御回路１０Ｂでは、電流検出電圧Ｖi2を電圧源としてコンデンサＣ０のプラス側から抵抗Ｒ０、定電流回路６、トランジスタＴr2、ダイオードＤ２を経てコンデンサＣ０のマイナス側に定電流Ｉc2流れる。このため電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂの間に不平衡電流ｉは流れない。ここで定電流Ｉc1、Ｉc2は同じ電流値であり、例えば１ｍＡとなる。
【００４３】
これにより電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂの抵抗Ｒ０に発生するバイアス電圧＋Ｖｉは等しく、増幅器４の入力電圧も等しく、増幅器４は出力制御回路３を出力電圧Ｖ０が等しくなるように制御し、負荷２に対する出力電流Ｉ１，Ｉ２はバランスしている。
【００４４】
この出力電圧Ｖ０を一定値にする安定制御状態において、電源装置１Ａの出力電流Ｉ１が電源装置１Ｂの出力電流Ｉ２より大きくなる電流バランスの崩れを生じたとする。このＩ１＞Ｉ２となる電流バランスの崩れに対し、電源装置１Ａの出力電流Ｉ１に応じて電流バランス制御回路１０Ａの電流検出電圧Ｖi1が増加し、また電源装置１Ｂの出力電流Ｉ２に応じて電流バランス制御回路１０Ｂの電流検出電圧Ｖi2は低下し、Ｖi1＞Ｖi2となる。
【００４５】
このため電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂ間には、電源装置１Ａから１Ｂに向けて不平衡電流ｉが電流検出電圧の差に応じて流れる。例えば不平衡電流ｉとして０．２ｍＡ流れたとすると、電流バランス制御回路１０Ａでは抵抗Ｒ０に定電流回路６の定電流Ｉc1＝１ｍＡに不平衡電流ｉ＝０．２ｍＡを加えた１．２ｍＡの電流が流れ、バイアス電圧＋Ｖｉが増加する。
【００４６】
一方、電流バランス制御回路１０Ｂでは、不平衡電流ｉ＝０．２ｍＡが流れ込むことで、抵抗Ｒ０には定電流回路６の定電流Ｉc1＝１ｍＡから不平衡電流ｉ＝０．２ｍＡを差し引いた０．８ｍＡの電流が流れ、バイアス電圧＋Ｖｉが減少する。
【００４７】
電流バランス制御回路１０Ａにおいてバイアス＋Ｖｉが増加すると、増幅器４の出力は低下し、出力制御回路３の出力電圧を下げて電源装置１Ａからの出力電流Ｉ１を減少させる。一方、電流バランス制御回路１０Ｂにおいてバイアス＋Ｖｉが減少すると、増幅器４の出力は増加下し、出力制御回路３の出力電圧を上げて電源装置１Ｂからの出力電流Ｉ１を増加させ、最終的に出力電流Ｉ１＝Ｉ２、すなわち不平衡電流ｉ＝０となる電流バランスの保持状態を保つようになる。
【００４８】
次に片方の電源装置１Ｂが故障して、電流バランス制御回路１０Ｂの電流検出電圧Ｖi2が０Ｖになった場合には、抵抗Ｒ４，Ｒ５の分圧電圧も０Ｖとなり、トランジスタＴr2がオフし、定電流回路６を電流バランス制御回路１０Ｂから切離す。
【００４９】
このため正常な電源装置１Ａの電流バランス制御回路１０Ａにおける電流検出電圧Ｖi1からバイアス電圧＋Ｖｉを差し引いた電圧（Ｖi1−Ｖｉ）が、故障した電源装置１Ｂの電流バランス制御回路１０Ｂに加わっても、不平衡電流ｉは流れない。
【００５０】
従って、正常な電源装置１Ａの抵抗Ｒ０に流れる電流は、電源装置１Ｂの故障前の定電流回路６で決まる同じ定電流Ｉｃ１であり、バイアス電圧＋Ｖｉも同じで増幅器４の入力端子に対する入力電圧も変わらないため、増幅器４の出力も変わらない。それ故、電源装置１Ｂが故障しても電源装置１Ａの出力制御回路３の出力電圧Ｖ０は変化せず、出力電圧Ｖ０の低下を防止することができる。
【００５１】
図２は本発明の他の実施形態であり、電源装置１Ａ側を取出して示している。この実施形態は、カレントトランス５の２次巻線に発生する電圧の向きを図１の実施形態に対し逆極性とした場合である。
【００５２】
これに対応して電流バランス制御回路１０ＡのＤ０，Ｄ１、コンデンサＣ０、抵抗Ｒ０，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５、定電流回路６およびトランジスタＴr1を発生電圧の逆極性に合わせて接続を変更した構成としている。この場合の動作は図１の実施形態と基本的に同じになる。また図１の電源装置１Ｂ側も図２の電源装置１Ａと同じ構成になる。
【００５３】
尚、上記の実施形態にあっては、電流バランス制御回路１０Ａ，１０Ｂの故障切離し回路としてトランジスタＴr1，Ｔr2を使用しているが、これに代えて電界効果トランジスタを使用しても良い。
【００５４】
即ち、図１のトランジスタＴr1，Ｔr2に代え、ＭＯＳＦＥＴのドレインとソースを定電流回路６に直列接続し、電流検出回路のコンデンサＣ０の発生電圧Ｖi1，Ｖi2を抵抗Ｒ４，Ｒ５で分圧してＭＯＳＦＥＴのゲートにバイアス電圧として印可すれば良い。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、冗長運転のために負荷に並列接続された複数の電源装置のいずれかが故障しても、正常な電源装置の出力電圧は低下せず、装置故障に対し負荷に一定電圧を継続して供給する安定した冗長運転を継続することができる。
【００５６】
また複数の電源装置のいずれかの故障に対し正常な電源装置の出力電圧は低下しないように電流バランス制御回路に設ける故障切離し回路は、小電力の抵抗２本と小信号トランジスタ１個といった僅かな追加部品で済み、低コストで対応が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示した回路図
【図２】本発明の他の実施形態を示した回路図
【図３】従来例の回路図
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ：電源装置
２：負荷
３：出力制御回路
４：増幅器
５：カレントトランス
６：定電流回路
１０Ａ，１０Ｂ：電流バランス制御回路
Ｄ０〜Ｄ４：ダイオード
Ｒ０〜Ｒ５：抵抗
ＺＤ：ツェナーダイオード
Ｔr1，Ｔr2：トランジスタ
Ｉ１，Ｉ２：出力電流
Ｖ０：出力電圧
Ｖi1，Ｖi2：電流検出電圧
Ｉｃ１，Ｉｃ２：定電流
ｉ：不平衡電流
Claims (3)
- 冗長運転のために複数の電源装置を負荷に並列接続し、前記複数の電源装置から負荷に流れる電流が一致するように制御する他の電源装置の電流バランス制御回路と相互に接続された電源装置の電流バランス回路に於いて、
前記負荷に流れる電流に比例した電圧を発生し、他の電源装置の電流検出回路と相互接続される電流検出回路と、
前記電流検出回路に対する電流の逆流を阻止するダイオードと、
前記電流検出回路に接続され一定電流を流す定電流回路と、
前記電流検出回路と定電流回路を結ぶプラス側信号ラインに挿入接続され、前記電流検出回路と他の電源装置の電流検出回路との間に電圧差がない時は前記定電流回路に流す一定電流に応じたバイアス電圧を発生し、前記電流検出電圧源の検出電圧が他の電源装置の電流検出回路に対しプラスの電圧差を持つ時は前記定電流回路に流す一定電流に他の電源装置に流れ出す不平衡電流を加えた電流に応じたバイアス電圧を発生し、更に、前記電流検出回路の検出電圧が他の電源装置の電流検出回路に対しマイナスの電圧差を持つ時は前記定電流回路に流す一定電流から他の電源装置から流れ込む不平衡電流を差し引いた電流に応じたバイアス電圧を発生し、前記各バイアス電圧を前記増幅器に対する出力電圧に加算して負荷に流れる電流が他の電源装置から負荷に流れる電流に一致するように差電圧を変化させるバイアス電圧発生回路と、
前記電流検出回路の発生電圧が失われる故障を検出した時に、前記定電流回路を切り離して他の電源装置からの不平衡電流の流れ込みを阻止する故障切離し回路と、
を備えたことを特徴とする電源装置の電流バランス制御回路。 - 請求項１記載の電源装置の電流バランス制御回路に於いて、前記故障切離し回路は、
前記定電流回路に直列接続されたトランジスタと、
前記電流検出回路の発生電圧を分圧して前記トランジスタのベースにバイアス電圧を印加し、前記電流検出回路の発生電圧が断たれる故障検出時に前記トランジスタをオフして前記定電流回路を切離すバイアス回路と、
を備えたことを特徴とする電源装置の電流バランス制御回路。 - 請求項１記載の電源装置の電流バランス制御回路に於いて、前記故障切離し回路は、
前記定電流回路に直列接続された電界効果トランジスタと、
前記電流検出回路の発生電圧を分圧して前記電界効果トランジスタのゲートにバイアス電圧を印加し、前記電流検出回路の発生電圧が断たれる故障検出時に前記電界効果トランジスタをオフして前記定電流回路を切離すバイアス回路と、
を備えたことを特徴とする電源装置の電流バランス制御回路。
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