JP4568858B2 - 電流バランス回路 - Google Patents

Description

本発明は、複数のスイッチング電源装置を並列接続して、負荷に安定化した電圧を印加し、並列運転する各スイッチング電源装置が負担する電流のバランスを図る電流バランス回路に関する。

コンピュータ等の各種電子装置に対して安定化した動作電圧を供給する場合、１台の電源装置から供給する構成が一般的であったが、電源装置の小型化と信頼性の向上とを図る為に、複数の小型の電源装置を並列運転する構成が採用されている。又出力電圧を安定化する為に、スイッチング電源装置を用いる場合が一般的である。このように、小型のスイッチング電源装置を並列運転して負荷に安定化電圧を供給することにより、１台のスイッチング電源装置が故障しても、他のスイッチング電源装置により分担して、負荷に安定化電圧を供給することができる。従って、電源装置の小型化と信頼性の向上とを図ることができる。

図４は、ｎ台のスイッチング電源装置ＣＯＮＶ１，ＣＯＮＶ２，・・・ＣＯＮＶｎを並列接続して、負荷に安定化電圧を印加する構成を示し、１台のスイッチング電源装置が障害発生により負荷に電力を供給できなくなった場合には、ｎ−１台のスイッチング電源装置により、継続して負荷に電力を供給することが可能のものであり、各スイッチング電源装置ＣＯＮＶ１〜ＣＯＮＶｎに電力供給の余裕があれば、複数台のスイッチング電源装置の障害発生時に於いても、健全なスイッチング電源装置から負荷に電力を供給することが可能となる。なお、図６に於いて、Ｖｉｎ＋，Ｖｉｎ−は入力電圧、Ｖｏｕｔ＋，Ｖｏｕｔ−は出力電圧、ＣＢは電流バランス端子を示す。この電流バランス端子ＣＢは、相互に接続して出力電流検出値を各スイッチング電源装置ＣＯＮＶ１〜ＣＯＮＶｎに於いて比較することにより、それぞれが負担する出力電流のバランスを図るものである。

図５は、従来例のスイッチング電源装置を示すもので、５１はトランス、５２は整流回路、５３は平滑回路、５４は出力電圧検出回路、５５は出力電流検出回路、５６は電流バランス回路、５７は制御回路、Ｑ１はスイッチングトランジスタ、ＣＢは電流バランス端子、Ｖｉｎは入力電圧、Ｖｏｕｔは出力電圧を示し、電流バランス端子ＣＢは、前述のように複数のスイッチング電源装置を並列運転する場合に、相互に接続するものである。

トランス５１の一次巻線に接続したスイッチングトランジスタＱ１を制御回路５７によりスイッチング制御し、トランス５１の二次巻線の誘起電圧を整流回路５２により整流して、平滑回路５３により平滑化して出力する出力電圧Ｖｏｕｔを負荷に印加する。この出力電圧Ｖｏｕｔを出力電圧検出回路５４により検出して制御回路５７に入力し、この制御回路５７により、設定した出力電圧Ｖｏｕｔとなるように、スイッチングトランジスタＱ１のオン期間等を制御して、出力電圧Ｖｏｕｔを安定化する。又カレントトランス或いは抵抗による検出値を出力電流検出回路５５に入力して出力電流を検出し、電流バランス回路５６に入力する。この電流バランス回路５６に電流バランス端子ＣＢからの他の並列運転しているスイッチング電源装置の出力電流の情報を入力することにより、複数のスイッチング電源装置の出力電流のバランスが得られるように、制御回路５７に出力電流についての制御信号を入力する。

図６は、従来の電流バランス回路を示し、Ｒ１〜Ｒ４，Ｒａ，Ｒｂは抵抗、Ｄ１はダイオード、ＯＰＡは演算増幅器を示す。図５に於ける出力電流検出回路５５からの出力電流検出信号がダイオードＤ１に入力され、又演算増幅器ＯＰＡの出力信号が制御回路５７に入力される。出力電流検出信号は、ダイオードＤ１を介して抵抗Ｒｂに印加され、その抵抗Ｒｂの両端に、出力電流検出信号に対応した出力電流検出電圧Ｖ１が生じる。この出力電流検出電圧Ｖ１は、抵抗Ｒ２を介して演算増幅器ＯＰＡの−端子に印加され、又抵抗Ｒａ，Ｒ１，Ｒ３による抵抗Ｒ３の両端に生じる電圧として演算増幅器ＯＰＡの＋端子に印加される。又抵抗Ｒａ，Ｒ１の接続点に電流バランス端子ＣＢが接続される。なお、演算増幅器ＯＰＡの＋端子に接続された抵抗Ｒ１，Ｒ３，Ｒａ，Ｒｂについては、Ｒ１＋Ｒ３＞Ｒａ＋Ｒｂの抵抗値の関係に設定されている。従って、演算増幅器ＯＰＡは、抵抗Ｒｂのよる出力電流検出電圧Ｖ１と電流バランス端子ＣＢの他の電流バランス回路の出力電流検出電圧との差分が演算増幅器ＯＰＡから制御回路５７に入力される。

スイッチング電源装置の並列運転時には、電流バランス端子ＣＢを相互に並列に接続するものであり、従って、他のスイッチング電源装置の出力電流検出電圧が大きい方に追従するような信号を演算増幅器ＯＰＡから制御回路５７に入力し、電流バランスを図る。反対に、他のスイッチング電源装置の出力電流検出電圧が小さい場合、その差が所定値内となるような信号を演算増幅器ＯＰＡから制御回路５７に入力して、電流バランスを図る。従って、各スイッチング電源装置は、出力電流が同一になるように、即ち，電流バランス制御を行うものである。

又複数のスイッチング電源装置のトランスの一次側の電流を検出し、各スイッチング電源装置の電流バランス端子間を接続して、各スイッチング電源装置の一次側の検出電流値の差分を積分して、電流バランス制御を行う電流バランス回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。又複数のスイッチング電源装置のトランスの二次側の電流を検出し、各スイッチング電源装置の電流バランス端子間を接続して、各スイッチング電源装置の二次側の検出電流値の差分に対して制限する構成を設けて、出力電流が急変することを防止する構成が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特公平６−２６４７３号公報 特開２００１−１６１０６３号公報

前述の従来例の図６に示す電流バランス回路に於いて、各スイッチング電源装置の電流バランス端子ＣＢが、図４に示すように並列に接続されるものであるから、各電流バランス端子ＣＢを介して抵抗Ｒａ，Ｒｂが並列に接続されることになる。そして、障害が発生したスイッチング電源装置は、出力電流が零となり、そのスイッチング電源装置の電流バランス回路のダイオードＤ１を介して抵抗Ｒｂに印加される電圧Ｖ１は零となる。その結果、他のスイッチング電源装置の電流バランス回路の電流バランス端子ＣＢの電位は並列接続の抵抗Ｒａ，Ｒｂにより低下し、正常時の電流バランス制御系のインピーダンスが低下して、電流バランス特性が著しく劣化する。

例えば、図７の（Ａ）に示すように、複数のスイッチング電源装置の中の１台がマスター電源（出力電流検出電圧が他より僅か高い状態のスイッチング電源装置）となっているとすると、他のスイッチング電源装置はスレーブ電源となり、負荷電流の増加に従ってマスター電源とスレーブ電源とは電流バランス状態を維持し、且つ所定の電流差で動作する。しかし、障害発生のスイッチング電源装置の電流バランス端子ＣＢは、前述のように、抵抗Ｒａ，Ｒｂを、他のスイッチング電源装置の電流バランス端子ＣＢに対して並列接続されることになり、従って、電流バランス制御系のインピーダンスが低下するから、図７の（Ｂ）に示すように、マスター電源の出力電流の増加に対してスレーブ電源の出力電流の追従動作が遅れて、出力電流差が大きくなる。即ち、電流バランス特性が劣化する問題がある。

本発明は、比較的簡単な構成により、電流バランス特性の劣化を防止することを目的とする。

本発明の電流バランス回路は、複数のスイッチング電源装置を並列運転して負荷に安定化した電圧を供給し、各スイッチング電源装置の出力電流検出電圧を電流バランス端子間の相互接続により比較して、出力電流のバランス制御を行う電流バランス回路に於いて、ダイオードを介して印加した出力電流の検出信号を、対応するスイッチング電源装置の出力電流検出電圧として出力する第１の抵抗と、この第１の抵抗と前記ダイオードとの接続点と、前記電流バランス端子との間に接続した第２の抵抗と、この第２の抵抗と前記電流バランス端子との接続点が入力抵抗を介して接続され、他のスイッチング電源装置の電流バランス回路から前記バランス端子に供給される出力電流検出電圧を受信する第１の端子と、前記第１の抵抗と前記ダイオードとの接続点が入力抵抗を介して接続され、前記第１の抵抗からの出力電流検出電圧を受信する第２の端子とを有し、他のスイッチング電源装置の電流バランス回路から供給される出力電流検出電圧と、前記第１の抵抗からの出力電流検出電圧との差分を示す信号を出力する演算増幅器と、障害発生検出信号に応じて、前記電流バランス端子から前記第２の抵抗を切り離すスイッチ回路とを設けた構成を有するものである。

又障害発生検出信号により第１の抵抗をアースに対して切り離すスイッチ回路を設けた構成とすることができる。

又入力電圧、入力電流、出力電圧、出力電流、各部の温度、各部の動作状態、前記電流バランス端子の出力電流検出電圧の何れか一つ又は複数を監視し、異常検出により前記障害検出信号を出力して、前記スイッチ回路を制御する判定回路を設けることができる。

障害発生検出信号により、電流バランス端子に対して第１、第２の抵抗をスイッチ回路のより切り離すことにより、並列運転の電源装置の中の動作停止状態となった電源装置の電流バランス回路による電流バランス制御系のインピーダンス低下を、簡単な構成により防止することができる。

本発明の電流バランス回路は、複数のスイッチング電源装置を並列運転して負荷に安定化した電圧を供給し、各スイッチング電源装置の出力電流検出電圧を電流バランス端子ＣＢ間の相互接続により比較して、出力電流のバランス制御を行う電流バランス回路であって、出力電流の検出信号を、ダイオードＤ１を介して印加して出力電流検出電圧とする第１の抵抗Ｒｂと、この第１の抵抗Ｒｂと前記ダイオードＤ１との接続点と前記電流バランス端子ＣＢとの間に接続した第２の抵抗Ｒａと、この第２の抵抗Ｒａと前記電流バランス端子ＣＢとの接続点及び前記第１の抵抗Ｒｂと前記ダイオードＤ１との接続点をそれぞれ入力抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して入力し、出力電流検出電圧と電流バランス端子ＣＢに印加される他の電流バランス回路からの出力電流検出電圧との差分に相当する信号を出力する演算増幅器ＯＰＡとを含み、障害発生検出信号により前記電流バランス端子ＣＢと前記第２の抵抗Ｒａとの間を切り離すスイッチ回路ＳＷ１を設けた構成を有する。

図１は、本発明の実施例１の説明図であり、ＯＰＡは演算増幅器，Ｒ１〜Ｒ４は抵抗、Ｒａ，Ｒｂは第２及び第１の抵抗、Ｄ１はダイオード、ＳＷ１はスイッチ回路、ＣＢは電流バランス端子を示す。出力電流検出信号を、ダイオードＤ１を介して印加して出力電流検出電圧とする第１の抵抗Ｒｂと、この第１の抵抗ＲｂとダイオードＤ１との接続点と、電流バランス端子ＣＢとの間に接続した第２の抵抗Ｒａと、この第２の抵抗Ｒａと電流バランス端子ＣＢとの接続点及び第１の抵抗ＲｂとダイオードＤ１との接続点をそれぞれ入力抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して入力し、出力電流検出電圧と電流バランス端子ＣＢに印加される他の電流バランス回路からの出力電流検出電圧との差分に相当する信号を出力する演算増幅器ＯＰＡと、検出回路(図示を省略)からの障害発生検出信号により、電流バランス端子ＣＢと第２の抵抗Ｒａとの間を切り離すスイッチ回路ＳＷ１とを有するものである。

なお、スイッチング電源装置は、例えば、図５に示す構成を有し、その出力電流検出回路５５による出力電流検出信号は、前述のように、ダイオードＤ１を介して第２の抵抗Ｒｂに印加されて、出力電流検出電圧Ｖ１となる。又演算増幅器ＯＰＡの出力信号は、トランス５１の一次側に接続したスイッチングトランジスタＱ１のオン，オフ制御を行う制御回路５７に入力される。又検出回路は、図示を省略しているが、例えば、制御回路５７によるスイッチング制御の為の発振器を含む構成に於ける発振出力信号の検出手段、各部の温度検出手段、各部の動作異常検出手段等の検出手段を適用し、障害発生検出信号により切替スイッチＳＷ１をオフとする。

このスイッチ回路ＳＷ１は、機械的接点を有するスイッチ回路やトランジスタ等によるスイッチ回路の構成を適用することができる。そして、検出回路からの正常な電源動作の検出信号によりオン（ＯＮ）、電源停止時の障害発生検出信号によりオフ（ＯＦＦ）となるように制御されるものである。従って、電源動作時は、電流バランス端子ＣＢを他のスイッチング電源装置の電流バランス端子ＣＢと相互に接続されるが、電源停止時は、スイッチ回路ＳＷ１がオフとなるから、電流バランス端子ＣＢに対して抵抗Ｒａ，Ｒｂが切り離された状態となり、健全なスイッチング電源装置の電流バランス回路に対するインピーダンス低下となる状態を回避することができる。即ち、障害発生電源の電流バランス制御系が、健全な電源の電流バランス制御系から切り離されることにより、マスター電源とスレーブ電源との出力電流の特性は、図７の（Ａ）に示す正常時と同様の電流バランス特性を維持することができる。

図２は、本発明の実施例２の説明図であり、図１と同一符号は同一名称部分を示す。この実施例２は、スイッチ回路ＳＷ１により第１の抵抗Ｒｂをアースに接続するか否かを切替える構成とし、電源停止の障害状態検出により、スイッチ回路ＳＷ１をオフ（ＯＦＦ）とし、正常な電源動作時に、スイッチ回路ＳＷ１をオン（ＯＮ）とする。前述の実施例１と同様に、正常な電源動作時は、スイッチ回路ＳＷ１はオン状態に制御され、電流バランス制御が行われる。又検出回路により電源停止の状態となる障害を検出すると、スイッチ回路ＳＷ１をオフとして、第２、第１の抵抗Ｒａ，Ｒｂをアースから切り離す。即ち、電流バランス制御系のインピーダンス低下を回避する。なお、電流バランス端子ＣＢは、抵抗Ｒ１，Ｒ３を介してアースされているが、これらの抵抗Ｒ１，Ｒ３は、前述のように、Ｒ１＋Ｒ３＞Ｒａ＋Ｒｂの関係を有することから、電流バランス制御系のインピーダンス低下には殆ど影響しないことになる。

図３は、本発明の実施例３の説明図であり、１はトランス、２は整流回路、３は平滑回路、４は出力電圧検出回路、５は出力電流検出回路、６は電流バランス回路、７は制御回路、１０は判定回路、１１は入力電圧監視部、１２は入力電流監視部、１３は回路故障監視部、１４は温度監視部、Ｑ１はスイッチングトランジスタ、ＣＢは電流バランス端子、Ｖｉｎは入力電圧、Ｖｏｕｔは出力電圧を示す。又電流バランス回路６は、図１又は図２に示す構成とすることができるものである。

入力電圧Ｖｉｎが印加されるトランス１の一次巻線に接続したスイッチングトランジスタＱ１を、制御回路７によりスイッチング制御し、トランス１の二次巻線の誘起電圧を整流回路２により整流し、コンデンサを含む平滑回路３により平滑化して出力する出力電圧Ｖｏｕｔを負荷(図示を省略)に印加する。この出力電圧Ｖｏｕｔを出力電圧検出回路４により検出して制御回路７に入力し、この制御回路７により、設定した出力電圧Ｖｏｕｔとなるように、スイッチングトランジスタＱ１のオン期間等を制御して、出力電圧Ｖｏｕｔを安定化する。又カレントトランス或いは抵抗による検出値を出力電流検出回路５に入力して出力電流を検出し、電流バランス回路６に入力する。この電流バランス回路６に電流バランス端子ＣＢからの他の並列運転しているスイッチング電源装置の出力電流の情報を入力することにより、複数のスイッチング電源装置の出力電流のバランスが得られるように、制御回路７に出力電流についての制御信号を入力する。

又入力電圧監視部１１は、入力電圧Ｖｉｎの所定値以下の低下や断を検出した時に、その検出信号を判定回路１０に入力する。又入力電流監視部１２は、トランス１の一次巻線に流れる入力電流の異常を検出した時に、その検出信号を判定回路１０に入力する。又回路故障監視部１３は、各部の回路動作異常を検出した時に、その検出信号を判定回路１０に入力する。又温度監視部１４は、各部の回路の温度の異常上昇を検出した時に、その検出信号を判定回路１０に入力する。又出力電圧検出回路４による出力電圧Ｖｏｕｔの検出信号又は出力電圧Ｖｏｕｔの異常上昇の検出信号を判定回路１０に入力し、又出力電流検出回路５による出力電流の検出信号又は過電流の検出信号を判定回路１０に入力し、又電流バランス端子ＣＢに於ける電流バランス制御信号を判定回路１０に入力する。

判定回路１０は、それぞれ入力された検出信号により、障害発生状態か否かを判定し、障害発生と判定すると、電流バランス回路６を制御し、図１又は図２に於けるスイッチ回路ＳＷ１をオフとする。それにより、電流バランス端子ＣＢから内部を見たインピーダンスが高くなり、他の健全なスイッチング電源装置の電流バランス制御系のインピーダンスの低下を回避して、電流バランス特性を良好に維持することができる。

本発明の実施例１の説明図である。 本発明の実施例２の説明図である。 本発明の実施例３の説明図である。 スイッチング電源装置の並列運転の説明図である。 従来例のスイッチング電源装置の説明図である。 従来例の電流バランス回路の説明図である。 電流バランスの特性説明図である。

符号の説明

Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒａ，Ｒｂ 抵抗
Ｄ１ ダイオード
ＯＰＡ 演算増幅器
ＣＢ 電流バランス端子
ＳＷ１ スイッチ回路

Claims (3)

1. 複数のスイッチング電源装置を並列運転して負荷に安定化した電圧を供給し、各スイッチング電源装置の出力電流検出電圧を電流バランス端子間の相互接続により比較して、出力電流のバランス制御を行う電流バランス回路に於いて、
   ダイオードを介して印加した前記出力電流の検出信号を、対応するスイッチング電源装置の出力電流検出電圧として出力する第１の抵抗と、
   該第１の抵抗と前記ダイオードとの接続点と、前記電流バランス端子との間に接続した第２の抵抗と、
   該第２の抵抗と前記電流バランス端子との接続点が入力抵抗を介して接続され、他のスイッチング電源装置の電流バランス回路から前記バランス端子に供給される出力電流検出電圧を受信する第１の端子と、前記第１の抵抗と前記ダイオードとの接続点が入力抵抗を介して接続され、前記第１の抵抗からの出力電流検出電圧を受信する第２の端子とを有し、他のスイッチング電源装置の電流バランス回路から供給される出力電流検出電圧と、前記第１の抵抗からの出力電流検出電圧との差分を示す信号を出力する演算増幅器と、
   障害発生検出信号に応じて、前記電流バランス端子から前記第２の抵抗を切り離すスイッチ回路とを設けたことを特徴とする電流バランス回路。
2. 複数のスイッチング電源装置を並列運転して負荷に安定化した電圧を供給し、各スイッチング電源装置の出力電流検出電圧を電流バランス端子間の相互接続により比較して、出力電流のバランス制御を行う電流バランス回路に於いて、
   ダイオードを介して印加した前記出力電流の検出信号を、対応するスイッチング電源装置の出力電流検出電圧として出力する第１の抵抗と、
   該第１の抵抗と前記ダイオードとの接続点と、前記電流バランス端子との間に接続した第２の抵抗と、
   該第２の抵抗と前記電流バランス端子との接続点が入力抵抗を介して接続され、他のスイッチング電源装置の電流バランス回路から前記電流バランス端子に供給される出力電流検出電圧を受信する第１の端子と、前記第１の抵抗と前記ダイオードとの接続点が入力抵抗を介して接続され、前記第１の抵抗からの出力電流検出電圧を受信する第２の端子とを有し、他のスイッチング電源装置の電流バランス回路から供給される出力電流検出電圧と、前記第１の抵抗からの出力電流検出電圧との差分を示す信号を出力する演算増幅器と、
   障害発生検出信号に応じて、アースから前記第１の抵抗を切り離すスイッチ回路とを設けたことを特徴とする電流バランス回路。
3. 入力電圧、入力電流、出力電圧、出力電流、各部の温度、各部の動作状態、前記電流バランス端子の出力電流検出電圧の何れか一つ又は複数を監視し、異常検出により前記障害発生検出信号を出力して、前記スイッチ回路を制御する判定回路を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の電流バランス回路。

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