JP4240849B2 - 電源装置およびこれを用いた電源モジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置およびこれを用いた電源モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らは、特願２０００−３０４６０２号で、複数の電源装置をディンレール上において互いに並列接続可能とした電源モジュールを提案している。この電源装置は一対の交流入力部と、一対の直流出力部とを少なくとも備える。各電源装置は、ディンレール上で交流入力部どうしと直流出力部どうしとが並列に接続される。そして、いずれか１つの電源装置から他の電源装置に対して外部交流が供給可能とされる。このような電源モジュールによると、電源装置の複数を増減組み合わせて、任意の電源容量を得られるようにすることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本発明者らは、上記提案に係る電源モジュールについて種々な改良を図るべく鋭意研究している。その１つに、この電源モジュールの場合、互いの直流出力部から直流の出力電流が逆流してくるおそれがあるから、直流出力部にショットキーダイオードなどの逆流防止ダイオードを接続することを考えている。また、もう１つに、電源モジュール内における各電源装置間における互いの出力電流のバランスを図るために、電流バランス部を設けることを考えている。この電流バランス部は、自己の出力電流と、他の電源装置からの平均出力電流とを比較し、自己出力電流を平均出力電流に合致させるよう制御をかけるためのものである。このような電流バランスが無いと、複数の電源装置を用いて例えば１つの負荷を駆動する場合、特定の電源装置だけから、出力電流が供給されてしまい、その特定の電源装置の寿命に影響するおそれがある。電流バランス部は、このような各電源装置それぞれからの出力電流のアンバランスを解消し、特定の電源装置に対する負担を軽減して電源モジュールとしての信頼性を高められる。
【０００４】
このような電流バランス部について研究を進めたところ、次の課題に遭遇した。すなわち、複数の電源装置のうち、いずれか一台が故障した場合、その故障した電源装置は、二次側整流平滑部に蓄積されている電力エネルギにより電流バランス部は即座に機能停止するようなことはない。そして、その故障した電源装置に対して他の電源装置からの出力電流が逆流防止ダイオードを介してリークして逆入力し、この逆入力電流が、二次側整流平滑部の平滑コンデンサを充電し、これによって、電流バランス部が相当に長い間、作動し、他の電源装置の電流バランスに影響を及ぼすという問題がある。
【０００５】
したがって、本発明は、複数の電源装置を並列運転する場合において、いずれか１つの電源装置に故障を来たしても、他の電源装置の電流バランスを良好にとれるようにすることを解決課題している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明第１の電源装置は、自己の直流出力端子が１ないし複数の他の電源装置それぞれの直流出力端子と並列に接続されて並列運転が可能な電源装置であって、他の電源装置それぞれの出力電流との間でバランスをとるためのバランス用電流と、自己の出力電流に対応する検出電流とを入力し、前記バランス用電流と前記検出電流とから自己の出力電流を前記バランス用電流にバランスさせるための出力動作を行う電流バランス部と、前記並列運転状態で、当該電源装置が故障して出力電圧が低下したときには、該出力電圧の低下によって、前記電流バランス部の入力インピーダンスを高くするインピーダンス制御部とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明第２の電源装置は、自己の直流出力端子が１ないし複数の他の電源装置それぞれの直流出力端子と並列に接続されて並列運転が可能な電源装置であって、各電源装置それぞれの出力電流に自己の出力電流をバランスさせるためのバランス用電流が流れる電流バランスバスラインと、自己の出力電流を検出するための電流検出部と、前記電流バランスバスラインからの前記バランス用電流と前記電流検出部からの検出電流とに基づいて自己の出力電流を前記バランス用電流にバランスさせるための出力動作を行う電流バランス部と、前記電流バランス部の出力に応答して入力電圧を所要の出力電圧に変換制御する制御部と、前記並列運転状態で、当該電源装置が故障して出力電圧が低下したときには、該出力電圧の低下によって、前記電流バランス部の入力インピーダンスを高くするインピーダンス制御部とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明第３の電源装置は、自己の直流出力端子が１ないし複数の他の電源装置それぞれの直流出力端子と並列に接続されて並列運転が可能な電源装置であって、入力電圧を所要の出力電圧に変換する変換部と、前記変換部よりの電圧を整流平滑する整流平滑部と、前記整流平滑部と前記直流出力端子との間に設けられ前記直流出力端子から他の電源装置よりの出力電流の逆流を防止する逆流防止ダイオードと、自己の出力電流を検出するための電流検出部と、前記整流平滑部より供給される作動電源により作動可能とされ、かつ、他の電源装置それぞれの出力電流との間でバランスをとるためのバランス用電流と、自己の出力電流に対応する検出電流とを入力し、前記制御と検出の両電流から自己の出力電流を前記バランス用電流にバランスさせるための出力動作を行う電流バランス部と、前記電流バランス部の出力に応答して前記変換部を制御する制御部と、前記並列運転状態で、当該電源装置が故障して出力電圧が低下したときには、該出力電圧の低下によって、前記電流バランス部の入力インピーダンスを高くするインピーダンス制御部とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明第１ないし第３の電源装置によると、他の複数の電源装置と並列に接続されている場合において、いずれかの電源装置が故障して出力電圧が低下すると、インピーダンス制御部により電流バランス部の入力インピーダンスが高くされるから、故障した電源装置に他の電源装置が影響されずに、電流バランスをとることが可能となり、信頼性の高い動作を確保できる。
【００１０】
この場合、故障した電源装置において電流バランス部が、電力エネルギが蓄積される整流平滑部の出力を作動電源としている場合、その整流平滑部における僅かの電力エネルギの消耗に伴う電圧低下で、ツェナダイオードなどの電源遮断素子は、非導通となって電流バランス部を即座に機能停止させてその入力インピーダンスを高く制御することができる。そのため、他の電源装置の電流バランス動作に対する悪影響を実質的に無くすことができる。
【００１１】
本発明の電源モジュールは、前記電源装置の複数を備え、各電源装置それぞれの直流出力部が、互いに共通に接続されていることを特徴とする。
【００１２】
この電源モジュールの場合、電源装置の接続個数の設定で任意の容量の電源を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１４】
なお、この実施形態における電源装置は、比較的小型のスイッチング電源に適用して説明するが、本発明の電源装置は、このスイッチング電源に限定されるものではない。
【００１５】
図１ないし図４は本発明の実施形態に係り、図１は、ディン（ＤＩＮ）レールとそれに装着された電源装置を示す図、図２は、各電源装置の電気的接続関係を示す図、図３は、電源装置の回路図、図４は、電源装置の要部の回路図である。
【００１６】
これらの図を参照して、１は、ディンレール、２は、電源装置である。
【００１７】
ディンレール１は、電源装置を移動可能に装着する。
【００１８】
電源装置２において、２ａは、交流入力端子、２ｂは、直流出力端子、２ｃは、電源回路、２ｄは、交流出力側コネクタ、２ｅは、直流入力側コネクタ、２ｆは、直流出力側コネクタ、２ｇは、交流入力側コネクタ、２ｈは、電流バランス側コネクタである。
【００１９】
電源装置２は、直方体形状のケーシングに所要の電源回路用部品を内蔵した例えば１００〜２４０ＶＡＣ入力、２４ＶＤＣ出力、２．５Ａ、６０Ｗ出力用のスイッチング電源である。
【００２０】
交流入力端子２ａは、正面パネル上部に配設されて前記１００〜２４０ＶＡＣの外部商用交流を内部電源回路２ｃに導くものであり、直流出力端子２ｂは、正面パネル下部に配設されて２４ＶＤＣを出力するものである。
【００２１】
電源回路２ｃは、交流入力端子２ａを介して外部から入力されてくる交流入力を安定化した２４ＶＤＣの出力に変換して直流出力端子２ｂを介して外部に出力するようになっており、この実施形態では絶縁型スイッチングレギュレータなどの電源回路である。
【００２２】
直流出力端子２ｂは、プラス、マイナス一対となって二対の直流出力端子２ｂ構成となっている。
【００２３】
交流入力側コネクタ２ａと交流出力側コネクタ２ｄとの間、直流入力側コネクタ２ｅと直流出力側コネクタ２ｆとの間、一対の電流バランス側コネクタ２ｈどうしの間は、それぞれ、電源装置２の内部において適宜のバスライン配線を介して電気的に直接に接続されている。
【００２４】
電流バランス側コネクタ２ｈどうしの間のバスラインは、特に、電流バランスバスラインという。
【００２５】
以上の電源モジュールにおいては、いずれか１つの電源装置２の交流入力端子２ａから入力された交流は、他の電源装置２それぞれに供給される結果、各電源装置２の直流出力端子２ｂそれぞれから直流を出力することができる。
【００２６】
この電源モジュールでは、電源装置２の１つだけの電源容量だけで負荷に対応できない場合、他の電源装置を拡張することで電源容量を増加させることができる。
【００２７】
その結果、この電源モジュールによれば、電源メーカーにとっては、例えば出力電圧を同一とする電源装置を製造するだけで任意の容量の電源をユーザーに提供することができる。ユーザーにとっては、電源装置１台の販売価格の低廉さに加えて、容量毎に別々の電源を購入することに比較して同一容量の電源装置を用途に応じて１つまたは複数、購入するだけで済むから、メンテナンス用の在庫品が少なくて済む。
【００２８】
なお。電源装置２を追加し、いずれかの電源装置が故障した場合、その追加電源装置２を予備として使用できるようにしてもよい。
【００２９】
次に、本実施の形態の特徴について説明する。
【００３０】
まず、この電源装置２において、電源回路２ｃは、一次側整流平滑部３、スイッチ素子４、制御部５、コンバータトランス６、二次側整流平滑部７、電圧検出部８、逆流防止ダイオード９、電流検出部１０、電流バランス部１１、電源遮断素子としてのツェナダイオード１２を有する。また、一次側整流平滑部３やスイッチ素子４やコンバータトランス６は、入力電圧を所要の出力電圧に変換する変換部を構成する。
【００３１】
交流入力端子２ａより入力された交流は、一次側整流平滑部３で直流の入力電圧にされる。スイッチ素子４のオンオフ作動により、コンバータトランス６の一次コイルに発生した電圧は、二次コイルに誘起される。この誘起電圧は、二次側整流平滑部７で直流にされ出力電圧として電圧検出部８および逆流防止ダイオード９を経て直流出力端子２ｂから出力される。
【００３２】
そして、電圧検出部８は、出力電圧を検出し、制御部５に帰還する。制御部５は、この検出によりスイッチ素子４をオンオフ制御して出力電圧を一定に制御する。
【００３３】
このような電源回路２ｃにおける基本動作に対して、本実施の形態では、電流検出部１０および電流バランス部１１により、自己の出力電流と他の電源装置の平均出力電流とを比較する。その比較結果を制御部５に出力させる。これによって、各電源装置２間における電流のバランスを図る。その一方、出力電圧が所定値以下に低下した時にはツェナダイオード１２が非導通になって電流バランス部１１への電源の供給を停止させる。これで、電流バランス部１１の作動を停止させる。
【００３４】
さらに詳しく説明する。
【００３５】
電流バランス部１１は、非反転増幅器１１１と、比較増幅器１１２とを有する。非反転増幅器１１１のマイナス入力部は電流検出部１０に接続されている。この接続点を(ａ)とする。非反転増幅器１１１のプラス入力部は、抵抗１１３を介して接地されている。非反転増幅器１１１の出力部とプラス入力部とは抵抗１１７を介して接続されている。
【００３６】
なお、直流出力端子２ｂと電圧検出部８との間に逆流防止ダイオード９が接続されている。この逆流防止ダイオード９はそのカソードを直流出力端子２ｂに向けられており、これによって、当該電源装置２を他の電源装置２と並列運転するときに、当該電源装置２に対して他の電源装置２から出力電流が逆流するのを防止する。
【００３７】
比較増幅器１１２のマイナス入力部は、非反転増幅器１１１の出力部に対して抵抗１１４を介して接続され、また、プラス入力部は、抵抗１１５、１１６を介して、非反転増幅器１１１の出力部に接続されている。両抵抗１１５，１１６の接続部は、電流バランスバスラインを介して電流バランス側コネクタ２ｈに接続されている。この接続点を(ｂ)とする。
【００３８】
そして、非反転増幅器１１１および比較増幅器１１２は、それぞれ、電源入力部１１１ａ，１１２ａと接地部１１１ｂ，１１２ｂとを有し、この電源入力部１１１ａ，１１２ａは、電源遮断素子としてのツェナダイオード１２を介して、二次側整流平滑部７と電圧検出部８との間の接続ラインに接続されている。この接続点を(ｃ)とする。
【００３９】
上記構成を有する電流バランス部１１の作用を説明する。
【００４０】
まず、複数の電源装置２がすべて正常である場合において、例えば１つの電源装置２における電流バランス部１１の作用を説明する。なお、電源装置２の並列数をｎとする。
【００４１】
まず、接続点(ｂ)の電圧を検討する。接続点(ｂ)は、複数の電源装置２それぞれの電流バランス部共通の接続点であるから、キルヒホッフの法則により、ここに流れる電流はゼロとなる。詳しい説明は省略するが、接続点(ｂ)における電圧Ｖは、各電源装置２それぞれの非反転増幅器１１１の出力部の電圧をＶ１，Ｖ２，…，Ｖｎとすると、Ｖ＝(Ｖ１＋Ｖ２＋，…，＋Ｖｎ)／ｎとなる。つまり、接続点(ｂ)の電圧は、平均電圧となる。
【００４２】
非反転増幅器１１１の出力部の電圧は、言い換えれば、電流検出部１０により検出された出力電流であるから、接続点(ｂ)の電圧は、つまり、各電源装置２それぞれの平均出力電流に対応することとなる。
【００４３】
比較増幅器１１２においては、マイナス入力部には、抵抗１１４を介して非反転増幅器１１１の出力電圧が印加され、プラス入力部には、抵抗１１６を介して接続点(ｂ)の電圧が印加される。つまり、比較増幅器１１２においては、自己の出力電流と各電源装置２それぞれの平均出力電流とを比較することになり、その比較増幅器１１２の出力は、自己の出力電流が平均の出力電流からどれだけずれているかを示す比較信号が出力されることになる。
【００４４】
制御部５は、電流バランス部１１からの比較信号に応答して自己の出力電流が平均の出力電流にバランスするようにスイッチ素子４のオンオフを制御する。
【００４５】
次に、電源装置２が正常な場合、ツェナダイオード１２が導通していて、非反転増幅器１１１は作動しているので、接続点(ｂ)からみた入力インピーダンス(電流バランス部１１の入力インピーダンス)は、非反転増幅器１１１の出力インピーダンスと抵抗１１５の抵抗値との和になる。この場合、非反転増幅器１１１の出力インピーダンスは、抵抗１１３，１１７の両抵抗値の和より十分に小さい。
【００４６】
そして、電源装置２が故障して出力電圧低下によりツェナダイオード１２が非導通となると、非反転増幅器１１１が作動停止する結果、接続点(ｂ)から見た入力インピーダンス(電流バランス部１１の入力インピーダンス)は、抵抗１１３，１１７、１１５それぞれの抵抗値の和となる。この場合、非反転増幅器１１１の出力インピーダンスは、両抵抗１１３，１１７の抵抗値の和より十分に大きい。
【００４７】
つまり、電源装置２が正常な場合の前記入力インピーダンスと、故障の場合の入力インピーダンスとの差は、抵抗１１３、１１７の抵抗値の和より十分に小さい非反転増幅器１１１の出力インピーダンスと、抵抗１１３，１１７の抵抗値の和との差になる。これは、明らかに、電源装置２が故障した場合の入力インピーダンスの方が十分に高くなっている。
【００４８】
したがって、ツェナダイオード１２は、当該電源装置２の状態が故障などする、所定の状態のとき、前記電流バランス部１１の入力インピーダンスを高くするよう制御するインピーダンス制御部として作用する。
【００４９】
以上により、自己の電源装置２が故障などしてその出力電流が例えば大きく低下する場合、ツェナダイオード１２が非導通となって接続点(ｂ)から電流バランス部１１をみた入力インピーダンスは、上述したように高くなるから、接続点(ｂ)における平均電圧は影響を受けない。
【００５０】
この場合、ツェナダイオード１２が無ければ、自己の電源装置２と他の複数の電源装置２とが互いの直流出力端子２ｂを介して接続されているために、他の電源装置２側から逆流防止ダイオード９を介して出力電流がリークしてそれが二次側整流平滑部８内の平滑コンデンサに充電される。そして、この充電電力が電流バランス部１１における非反転増幅器１１１、比較増幅器１１２の各電源入力部１１１ａ，１１２ａに供給されて、これら非反転増幅器１１１、比較増幅器１１２が動作状態となる。そうすると、接続点(ｂ)から電流バランス部１１をみた入力インピーダンスは低くなっており、接続点(ｂ)における平均電圧は低くなり、正常な他の電源装置２における電流バランスに悪影響を及ぼす。
【００５１】
しかしながら、本実施の形態では、ツェナダイオード１２の非導通により、非反転増幅器１１１、比較増幅器１１２が共に動作停止するから、前記平滑コンデンサから電源が供給されるようなことがなくなり、接続点(ｂ)から電流バランス部１１をみた入力インピーダンスは高くなっており、正常な他の電源装置２における電流バランスに悪影響を及ぼすようなことがなくなる。
【００５２】
なお、上述の場合、非反転増幅器１１１の電源入力部１１１ａに対してツェナダイオード１２を接続し、比較増幅器１１２にツェナダイオード１２を接続しなくてもよい。
【００５３】
なお、上述の場合、他の電源装置それぞれの出力電流との間でバランスをとるためのバランス用電流として、前記平均出力電流とし、自己の出力電流をこの平均出力電流に追随させて電流バランスを行っている。本発明は、バランス用電流としてこれに限定されるものではなく、最大出力電流をバランス用電流としこれに自己の出力電流を追随させて電流バランスを行うようにしてもよいし、最小出力電流をバランス用電流とこれに自己の出力電流を追随させて電流バランスを行うようにしてもよい。
【００５４】
なお、上述の場合、電源遮断素子としてツェナダイオード１２を用いたが、これに限定されるものではなく、他の電源遮断機能を有する回路や素子であっても構わない。
【００５５】
なお、上述の場合、変換部は、コンバータトランスを備えたフォワード方式あるいはフライバック方式などの絶縁型スイッチング電源における、スイッチ素子やコンバータトランスなどであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、タップインダクタを用いた非絶縁型のスイッチング電源におけるタップインダクタやスイッチ素子を用いたものにも適用することができる。
【００５６】
なお、上述の非反転増幅器１１１の場合、抵抗１１３を省略し、その出力部とプラス入力部とを短絡することでバッファアンプとした場合、ツェナダイオード１２が非導通となって電流バランス部１１に対する電源供給が遮断されると、接続点(ｂ)から電流バランス部１１をみた入力インピーダンスをより高くすることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数の電源装置を並列運転する場合において、いずれか１つの電源装置に故障を来たしても、他の電源装置の電流バランスを良好にとれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電源モジュールの構成を示す図
【図２】図１の電源モジュールの電気的構成を示す回路図
【図３】図１の電源モジュールを構成する電源装置の回路図
【図４】図３の要部である電流バランス部の回路図
【符号の説明】
１ ディンレール
２ 電源装置
３、７ 整流平滑回路
４ スイッチ素子
５ 制御部
６ コンバータトランス
８ 電圧検出部
９ 逆流防止ダイオード
１０ 電流検出部
１１ 電流バランス部
１２ ツェナダイオード(電源遮断素子)
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置およびこれを用いた電源モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らは、特願２０００−３０４６０２号で、複数の電源装置をディンレール上において互いに並列接続可能とした電源モジュールを提案している。この電源装置は一対の交流入力部と、一対の直流出力部とを少なくとも備える。各電源装置は、ディンレール上で交流入力部どうしと直流出力部どうしとが並列に接続される。そして、いずれか１つの電源装置から他の電源装置に対して外部交流が供給可能とされる。このような電源モジュールによると、電源装置の複数を増減組み合わせて、任意の電源容量を得られるようにすることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本発明者らは、上記提案に係る電源モジュールについて種々な改良を図るべく鋭意研究している。その１つに、この電源モジュールの場合、互いの直流出力部から直流の出力電流が逆流してくるおそれがあるから、直流出力部にショットキーダイオードなどの逆流防止ダイオードを接続することを考えている。また、もう１つに、電源モジュール内における各電源装置間における互いの出力電流のバランスを図るために、電流バランス部を設けることを考えている。この電流バランス部は、自己の出力電流と、他の電源装置からの平均出力電流とを比較し、自己出力電流を平均出力電流に合致させるよう制御をかけるためのものである。このような電流バランスが無いと、複数の電源装置を用いて例えば１つの負荷を駆動する場合、特定の電源装置だけから、出力電流が供給されてしまい、その特定の電源装置の寿命に影響するおそれがある。電流バランス部は、このような各電源装置それぞれからの出力電流のアンバランスを解消し、特定の電源装置に対する負担を軽減して電源モジュールとしての信頼性を高められる。
【０００４】
このような電流バランス部について研究を進めたところ、次の課題に遭遇した。すなわち、複数の電源装置のうち、いずれか一台が故障した場合、その故障した電源装置は、二次側整流平滑部に蓄積されている電力エネルギにより電流バランス部は即座に機能停止するようなことはない。そして、その故障した電源装置に対して他の電源装置からの出力電流が逆流防止ダイオードを介してリークして逆入力し、この逆入力電流が、二次側整流平滑部の平滑コンデンサを充電し、これによって、電流バランス部が相当に長い間、作動し、他の電源装置の電流バランスに影響を及ぼすという問題がある。
【０００５】
したがって、本発明は、複数の電源装置を並列運転する場合において、いずれか１つの電源装置に故障を来たしても、他の電源装置の電流バランスを良好にとれるようにすることを解決課題している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明第１の電源装置は、自己の直流出力端子が１ないし複数の他の電源装置それぞれの直流出力端子と並列に接続されて並列運転が可能な電源装置であって、他の電源装置それぞれの出力電流との間でバランスをとるためのバランス用電流と、自己の出力電流に対応する検出電流とを入力し、前記バランス用電流と前記検出電流とから自己の出力電流を前記バランス用電流にバランスさせるための出力動作を行う電流バランス部と、前記並列運転状態で、当該電源装置が故障して出力電圧が低下したときには、該出力電圧の低下によって、前記電流バランス部の入力インピーダンスを高くするインピーダンス制御部とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明第２の電源装置は、自己の直流出力端子が１ないし複数の他の電源装置それぞれの直流出力端子と並列に接続されて並列運転が可能な電源装置であって、各電源装置それぞれの出力電流に自己の出力電流をバランスさせるためのバランス用電流が流れる電流バランスバスラインと、自己の出力電流を検出するための電流検出部と、前記電流バランスバスラインからの前記バランス用電流と前記電流検出部からの検出電流とに基づいて自己の出力電流を前記バランス用電流にバランスさせるための出力動作を行う電流バランス部と、前記電流バランス部の出力に応答して入力電圧を所要の出力電圧に変換制御する制御部と、前記並列運転状態で、当該電源装置が故障して出力電圧が低下したときには、該出力電圧の低下によって、前記電流バランス部の入力インピーダンスを高くするインピーダンス制御部とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明第３の電源装置は、自己の直流出力端子が１ないし複数の他の電源装置それぞれの直流出力端子と並列に接続されて並列運転が可能な電源装置であって、入力電圧を所要の出力電圧に変換する変換部と、前記変換部よりの電圧を整流平滑する整流平滑部と、前記整流平滑部と前記直流出力端子との間に設けられ前記直流出力端子から他の電源装置よりの出力電流の逆流を防止する逆流防止ダイオードと、自己の出力電流を検出するための電流検出部と、前記整流平滑部より供給される作動電源により作動可能とされ、かつ、他の電源装置それぞれの出力電流との間でバランスをとるためのバランス用電流と、自己の出力電流に対応する検出電流とを入力し、前記制御と検出の両電流から自己の出力電流を前記バランス用電流にバランスさせるための出力動作を行う電流バランス部と、前記電流バランス部の出力に応答して前記変換部を制御する制御部と、前記並列運転状態で、当該電源装置が故障して出力電圧が低下したときには、該出力電圧の低下によって、前記電流バランス部の入力インピーダンスを高くするインピーダンス制御部とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明第１ないし第３の電源装置によると、他の複数の電源装置と並列に接続されている場合において、いずれかの電源装置が故障して出力電圧が低下すると、インピーダンス制御部により電流バランス部の入力インピーダンスが高くされるから、故障した電源装置に他の電源装置が影響されずに、電流バランスをとることが可能となり、信頼性の高い動作を確保できる。
【００１０】
この場合、故障した電源装置において電流バランス部が、電力エネルギが蓄積される整流平滑部の出力を作動電源としている場合、その整流平滑部における僅かの電力エネルギの消耗に伴う電圧低下で、ツェナダイオードなどの電源遮断素子は、非導通となって電流バランス部を即座に機能停止させてその入力インピーダンスを高く制御することができる。そのため、他の電源装置の電流バランス動作に対する悪影響を実質的に無くすことができる。
【００１１】
本発明の電源モジュールは、前記電源装置の複数を備え、各電源装置それぞれの直流出力部が、互いに共通に接続されていることを特徴とする。
【００１２】
この電源モジュールの場合、電源装置の接続個数の設定で任意の容量の電源を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１４】
なお、この実施形態における電源装置は、比較的小型のスイッチング電源に適用して説明するが、本発明の電源装置は、このスイッチング電源に限定されるものではない。
【００１５】
図１ないし図４は本発明の実施形態に係り、図１は、ディン（ＤＩＮ）レールとそれに装着された電源装置を示す図、図２は、各電源装置の電気的接続関係を示す図、図３は、電源装置の回路図、図４は、電源装置の要部の回路図である。
【００１６】
これらの図を参照して、１は、ディンレール、２は、電源装置である。
【００１７】
ディンレール１は、電源装置を移動可能に装着する。
【００１８】
電源装置２において、２ａは、交流入力端子、２ｂは、直流出力端子、２ｃは、電源回路、２ｄは、交流出力側コネクタ、２ｅは、直流入力側コネクタ、２ｆは、直流出力側コネクタ、２ｇは、交流入力側コネクタ、２ｈは、電流バランス側コネクタである。
【００１９】
電源装置２は、直方体形状のケーシングに所要の電源回路用部品を内蔵した例えば１００〜２４０ＶＡＣ入力、２４ＶＤＣ出力、２．５Ａ、６０Ｗ出力用のスイッチング電源である。
【００２０】
交流入力端子２ａは、正面パネル上部に配設されて前記１００〜２４０ＶＡＣの外部商用交流を内部電源回路２ｃに導くものであり、直流出力端子２ｂは、正面パネル下部に配設されて２４ＶＤＣを出力するものである。
【００２１】
電源回路２ｃは、交流入力端子２ａを介して外部から入力されてくる交流入力を安定化した２４ＶＤＣの出力に変換して直流出力端子２ｂを介して外部に出力するようになっており、この実施形態では絶縁型スイッチングレギュレータなどの電源回路である。
【００２２】
直流出力端子２ｂは、プラス、マイナス一対となって二対の直流出力端子２ｂ構成となっている。
【００２３】
交流入力側コネクタ２ａと交流出力側コネクタ２ｄとの間、直流入力側コネクタ２ｅと直流出力側コネクタ２ｆとの間、一対の電流バランス側コネクタ２ｈどうしの間は、それぞれ、電源装置２の内部において適宜のバスライン配線を介して電気的に直接に接続されている。
【００２４】
電流バランス側コネクタ２ｈどうしの間のバスラインは、特に、電流バランスバスラインという。
【００２５】
以上の電源モジュールにおいては、いずれか１つの電源装置２の交流入力端子２ａから入力された交流は、他の電源装置２それぞれに供給される結果、各電源装置２の直流出力端子２ｂそれぞれから直流を出力することができる。
【００２６】
この電源モジュールでは、電源装置２の１つだけの電源容量だけで負荷に対応できない場合、他の電源装置を拡張することで電源容量を増加させることができる。
【００２７】
その結果、この電源モジュールによれば、電源メーカーにとっては、例えば出力電圧を同一とする電源装置を製造するだけで任意の容量の電源をユーザーに提供することができる。ユーザーにとっては、電源装置１台の販売価格の低廉さに加えて、容量毎に別々の電源を購入することに比較して同一容量の電源装置を用途に応じて１つまたは複数、購入するだけで済むから、メンテナンス用の在庫品が少なくて済む。
【００２８】
なお。電源装置２を追加し、いずれかの電源装置が故障した場合、その追加電源装置２を予備として使用できるようにしてもよい。
【００２９】
次に、本実施の形態の特徴について説明する。
【００３０】
まず、この電源装置２において、電源回路２ｃは、一次側整流平滑部３、スイッチ素子４、制御部５、コンバータトランス６、二次側整流平滑部７、電圧検出部８、逆流防止ダイオード９、電流検出部１０、電流バランス部１１、電源遮断素子としてのツェナダイオード１２を有する。また、一次側整流平滑部３やスイッチ素子４やコンバータトランス６は、入力電圧を所要の出力電圧に変換する変換部を構成する。
【００３１】
交流入力端子２ａより入力された交流は、一次側整流平滑部３で直流の入力電圧にされる。スイッチ素子４のオンオフ作動により、コンバータトランス６の一次コイルに発生した電圧は、二次コイルに誘起される。この誘起電圧は、二次側整流平滑部７で直流にされ出力電圧として電圧検出部８および逆流防止ダイオード９を経て直流出力端子２ｂから出力される。
【００３２】
そして、電圧検出部８は、出力電圧を検出し、制御部５に帰還する。制御部５は、この検出によりスイッチ素子４をオンオフ制御して出力電圧を一定に制御する。
【００３３】
このような電源回路２ｃにおける基本動作に対して、本実施の形態では、電流検出部１０および電流バランス部１１により、自己の出力電流と他の電源装置の平均出力電流とを比較する。その比較結果を制御部５に出力させる。これによって、各電源装置２間における電流のバランスを図る。その一方、出力電圧が所定値以下に低下した時にはツェナダイオード１２が非導通になって電流バランス部１１への電源の供給を停止させる。これで、電流バランス部１１の作動を停止させる。
【００３４】
さらに詳しく説明する。
【００３５】
電流バランス部１１は、非反転増幅器１１１と、比較増幅器１１２とを有する。非反転増幅器１１１のマイナス入力部は電流検出部１０に接続されている。この接続点を(ａ)とする。非反転増幅器１１１のプラス入力部は、抵抗１１３を介して接地されている。非反転増幅器１１１の出力部とプラス入力部とは抵抗１１７を介して接続されている。
【００３６】
なお、直流出力端子２ｂと電圧検出部８との間に逆流防止ダイオード９が接続されている。この逆流防止ダイオード９はそのカソードを直流出力端子２ｂに向けられており、これによって、当該電源装置２を他の電源装置２と並列運転するときに、当該電源装置２に対して他の電源装置２から出力電流が逆流するのを防止する。
【００３７】
比較増幅器１１２のマイナス入力部は、非反転増幅器１１１の出力部に対して抵抗１１４を介して接続され、また、プラス入力部は、抵抗１１５、１１６を介して、非反転増幅器１１１の出力部に接続されている。両抵抗１１５，１１６の接続部は、電流バランスバスラインを介して電流バランス側コネクタ２ｈに接続されている。この接続点を(ｂ)とする。
【００３８】
そして、非反転増幅器１１１および比較増幅器１１２は、それぞれ、電源入力部１１１ａ，１１２ａと接地部１１１ｂ，１１２ｂとを有し、この電源入力部１１１ａ，１１２ａは、電源遮断素子としてのツェナダイオード１２を介して、二次側整流平滑部７と電圧検出部８との間の接続ラインに接続されている。この接続点を(ｃ)とする。
【００３９】
上記構成を有する電流バランス部１１の作用を説明する。
【００４０】
まず、複数の電源装置２がすべて正常である場合において、例えば１つの電源装置２における電流バランス部１１の作用を説明する。なお、電源装置２の並列数をｎとする。
【００４１】
まず、接続点(ｂ)の電圧を検討する。接続点(ｂ)は、複数の電源装置２それぞれの電流バランス部共通の接続点であるから、キルヒホッフの法則により、ここに流れる電流はゼロとなる。詳しい説明は省略するが、接続点(ｂ)における電圧Ｖは、各電源装置２それぞれの非反転増幅器１１１の出力部の電圧をＶ１，Ｖ２，…，Ｖｎとすると、Ｖ＝(Ｖ１＋Ｖ２＋，…，＋Ｖｎ)／ｎとなる。つまり、接続点(ｂ)の電圧は、平均電圧となる。
【００４２】
非反転増幅器１１１の出力部の電圧は、言い換えれば、電流検出部１０により検出された出力電流であるから、接続点(ｂ)の電圧は、つまり、各電源装置２それぞれの平均出力電流に対応することとなる。
【００４３】
比較増幅器１１２においては、マイナス入力部には、抵抗１１４を介して非反転増幅器１１１の出力電圧が印加され、プラス入力部には、抵抗１１６を介して接続点(ｂ)の電圧が印加される。つまり、比較増幅器１１２においては、自己の出力電流と各電源装置２それぞれの平均出力電流とを比較することになり、その比較増幅器１１２の出力は、自己の出力電流が平均の出力電流からどれだけずれているかを示す比較信号が出力されることになる。
【００４４】
制御部５は、電流バランス部１１からの比較信号に応答して自己の出力電流が平均の出力電流にバランスするようにスイッチ素子４のオンオフを制御する。
【００４５】
次に、電源装置２が正常な場合、ツェナダイオード１２が導通していて、非反転増幅器１１１は作動しているので、接続点(ｂ)からみた入力インピーダンス(電流バランス部１１の入力インピーダンス)は、非反転増幅器１１１の出力インピーダンスと抵抗１１５の抵抗値との和になる。この場合、非反転増幅器１１１の出力インピーダンスは、抵抗１１３，１１７の両抵抗値の和より十分に小さい。
【００４６】
そして、電源装置２が故障して出力電圧低下によりツェナダイオード１２が非導通となると、非反転増幅器１１１が作動停止する結果、接続点(ｂ)から見た入力インピーダンス(電流バランス部１１の入力インピーダンス)は、抵抗１１３，１１７、１１５それぞれの抵抗値の和となる。この場合、非反転増幅器１１１の出力インピーダンスは、両抵抗１１３，１１７の抵抗値の和より十分に大きい。
【００４７】
つまり、電源装置２が正常な場合の前記入力インピーダンスと、故障の場合の入力インピーダンスとの差は、抵抗１１３、１１７の抵抗値の和より十分に小さい非反転増幅器１１１の出力インピーダンスと、抵抗１１３，１１７の抵抗値の和との差になる。これは、明らかに、電源装置２が故障した場合の入力インピーダンスの方が十分に高くなっている。
【００４８】
したがって、ツェナダイオード１２は、当該電源装置２の状態が故障などする、所定の状態のとき、前記電流バランス部１１の入力インピーダンスを高くするよう制御するインピーダンス制御部として作用する。
【００４９】
以上により、自己の電源装置２が故障などしてその出力電流が例えば大きく低下する場合、ツェナダイオード１２が非導通となって接続点(ｂ)から電流バランス部１１をみた入力インピーダンスは、上述したように高くなるから、接続点(ｂ)における平均電圧は影響を受けない。
【００５０】
この場合、ツェナダイオード１２が無ければ、自己の電源装置２と他の複数の電源装置２とが互いの直流出力端子２ｂを介して接続されているために、他の電源装置２側から逆流防止ダイオード９を介して出力電流がリークしてそれが二次側整流平滑部８内の平滑コンデンサに充電される。そして、この充電電力が電流バランス部１１における非反転増幅器１１１、比較増幅器１１２の各電源入力部１１１ａ，１１２ａに供給されて、これら非反転増幅器１１１、比較増幅器１１２が動作状態となる。そうすると、接続点(ｂ)から電流バランス部１１をみた入力インピーダンスは低くなっており、接続点(ｂ)における平均電圧は低くなり、正常な他の電源装置２における電流バランスに悪影響を及ぼす。
【００５１】
しかしながら、本実施の形態では、ツェナダイオード１２の非導通により、非反転増幅器１１１、比較増幅器１１２が共に動作停止するから、前記平滑コンデンサから電源が供給されるようなことがなくなり、接続点(ｂ)から電流バランス部１１をみた入力インピーダンスは高くなっており、正常な他の電源装置２における電流バランスに悪影響を及ぼすようなことがなくなる。
【００５２】
なお、上述の場合、非反転増幅器１１１の電源入力部１１１ａに対してツェナダイオード１２を接続し、比較増幅器１１２にツェナダイオード１２を接続しなくてもよい。
【００５３】
なお、上述の場合、他の電源装置それぞれの出力電流との間でバランスをとるためのバランス用電流として、前記平均出力電流とし、自己の出力電流をこの平均出力電流に追随させて電流バランスを行っている。本発明は、バランス用電流としてこれに限定されるものではなく、最大出力電流をバランス用電流としこれに自己の出力電流を追随させて電流バランスを行うようにしてもよいし、最小出力電流をバランス用電流とこれに自己の出力電流を追随させて電流バランスを行うようにしてもよい。
【００５４】
なお、上述の場合、電源遮断素子としてツェナダイオード１２を用いたが、これに限定されるものではなく、他の電源遮断機能を有する回路や素子であっても構わない。
【００５５】
なお、上述の場合、変換部は、コンバータトランスを備えたフォワード方式あるいはフライバック方式などの絶縁型スイッチング電源における、スイッチ素子やコンバータトランスなどであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、タップインダクタを用いた非絶縁型のスイッチング電源におけるタップインダクタやスイッチ素子を用いたものにも適用することができる。
【００５６】
なお、上述の非反転増幅器１１１の場合、抵抗１１３を省略し、その出力部とプラス入力部とを短絡することでバッファアンプとした場合、ツェナダイオード１２が非導通となって電流バランス部１１に対する電源供給が遮断されると、接続点(ｂ)から電流バランス部１１をみた入力インピーダンスをより高くすることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数の電源装置を並列運転する場合において、いずれか１つの電源装置に故障を来たしても、他の電源装置の電流バランスを良好にとれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電源モジュールの構成を示す図
【図２】図１の電源モジュールの電気的構成を示す回路図
【図３】図１の電源モジュールを構成する電源装置の回路図
【図４】図３の要部である電流バランス部の回路図
【符号の説明】
１ ディンレール
２ 電源装置
３、７ 整流平滑回路
４ スイッチ素子
５ 制御部
６ コンバータトランス
８ 電圧検出部
９ 逆流防止ダイオード
１０ 電流検出部
１１ 電流バランス部
１２ ツェナダイオード(電源遮断素子)
Claims (6)
- 自己の直流出力端子が１ないし複数の他の電源装置それぞれの直流出力端子と並列に接続されて並列運転が可能な電源装置であって、
他の電源装置それぞれの出力電流との間でバランスをとるためのバランス用電流と、自己の出力電流に対応する検出電流とを入力し、前記バランス用電流と前記検出電流とから自己の出力電流を前記バランス用電流にバランスさせるための出力動作を行う電流バランス部と、
前記並列運転状態で、当該電源装置が故障して出力電圧が低下したときには、該出力電圧の低下によって、前記電流バランス部の入力インピーダンスを高くするインピーダンス制御部と、
を有することを特徴とする電源装置。 - 自己の直流出力端子が１ないし複数の他の電源装置それぞれの直流出力端子と並列に接続されて並列運転が可能な電源装置であって、
各電源装置それぞれの出力電流に自己の出力電流をバランスさせるためのバランス用電流が流れる電流バランスバスラインと、
自己の出力電流を検出するための電流検出部と、
前記電流バランスバスラインからの前記バランス用電流と前記電流検出部からの検出電流とに基づいて自己の出力電流を前記バランス用電流にバランスさせるための出力動作を行う電流バランス部と、
前記電流バランス部の出力に応答して入力電圧を所要の出力電圧に変換制御する制御部と、
前記並列運転状態で、当該電源装置が故障して出力電圧が低下したときには、該出力電圧の低下によって、前記電流バランス部の入力インピーダンスを高くするインピーダンス制御部と、
を有することを特徴とする電源装置。 - 自己の直流出力端子が１ないし複数の他の電源装置それぞれの直流出力端子と並列に接続されて並列運転が可能な電源装置であって、
入力電圧を所要の出力電圧に変換する変換部と、
前記変換部よりの電圧を整流平滑する整流平滑部と、
前記整流平滑部と前記直流出力端子との間に設けられ前記直流出力端子から他の電源装置よりの出力電流の逆流を防止する逆流防止ダイオードと、
自己の出力電流を検出するための電流検出部と、
前記整流平滑部より供給される作動電源により作動可能とされ、かつ、他の電源装置それぞれの出力電流との間でバランスをとるためのバランス用電流と、自己の出力電流に対応する検出電流とを入力し、前記制御と検出の両電流から自己の出力電流を前記バランス用電流にバランスさせるための出力動作を行う電流バランス部と、
前記電流バランス部の出力に応答して前記変換部を制御する制御部と、
前記並列運転状態で、当該電源装置が故障して出力電圧が低下したときには、該出力電圧の低下によって、前記電流バランス部の入力インピーダンスを高くするインピーダンス制御部と、
を有することを特徴とする電源装置。 - 請求項１ないし３いずれかに記載の電源装置において、
前記インピーダンス制御部は、前記出力電圧の低下によって、前記電流バランス部への電源の供給を遮断することにより当該電流バランス部の入力インピーダンスを高く制御する電源遮断素子を含む、ことを特徴とする電源装置。 - 請求項４に記載の電源装置において、
前記電源遮断素子が、ツェナダイオードであることを特徴とする電源装置。 - 請求項１ないし５いずれかに記載の電源装置の複数を備え、
各電源装置それぞれの直流出力端子が、互いに共通に接続されている、ことを特徴とする電源モジュール。
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