JP4617804B2

JP4617804B2 - 保護機能を強化した電源回路、電源システム、および電子装置

Info

Publication number: JP4617804B2
Application number: JP2004280835A
Authority: JP
Inventors: 重雄大前; 英穂山村; 和則中島; 正明井上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-09-28
Filing date: 2004-09-28
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2024-09-28
Also published as: JP2006101565A

Description

本発明は、並列に接続して運転する電源回路、およびそれらを含む電源システムまたは電子装置に関する。

従来の技術として、電子装置などに使用する電源回路は、出力電流の増加や信頼性向上などの目的のために、複数の電源回路を並列接続した構成にすることがある。

出力電流の増加のための電源回路の並列接続については、DENSEI-LAMBDA社スイッチング電源・ノイズフィルタ総合カタログ２００４ Ver.１、B-３１ページ「４並列運転アプリケーションノート」の項に記載されている。この例では、並列接続する各電源回路の制御回路のPC端子と呼ばれる並列運転信号端子を接続し、各電源回路の出力電圧を一致させることで、各電源回路の出力電流がほぼ均等に分担されるようになる。この技術を用いれば、電子装置の負荷電流が、１個の電源回路の出力電流容量を超える場合でも、複数の電源回路を並列運転することで、所望の負荷電流を供給することができる。このようにして、複数の電源回路を有する電源システムを構成することができる。

また、信頼性向上のための電源回路の並列接続方法については、特開平７-１９４１１８号公報に記載されている。この技術を用いれば、高い信頼性が要求される電子装置の場合でも、電源回路N個分の負荷電流に対し、N+１個以上の電源回路を並列接続しておけば、電源回路が１個故障した場合でも、電源システムの運転を継続することが可能となり、また、電源システムあるいは電子装置を停止させることなく故障した電源回路のみを交換することが可能となる。但し、このように故障した電源回路で電子装置を停止させることなく交換して良いのは、故障した電源回路が他の電源の部品に故障を発生させない場合のみである。

従来の技術では、電源回路への電流の逆流を防止する目的として、電源回路の出力段に保護ダイオードなどの保護素子を接続する。しかし、この保護素子によりコストや発熱損失が増大してしまう。

図５は従来の技術において、出力段の保護素子を無くした構成の図である。

電源回路PsC１はパワー回路PC１と制御回路CC１、そして保護機構PT１から構成されている。電源回路PsC２は電源回路PsC１と同型である。電源回路のそれぞれの出力端子は共通に接続して、負荷Loに給電する構成である。パワー回路PC１から保護機構PT１へ入力電圧Vin１と出力電圧Vout１を入力する。制御回路CC１は、並列接続された他電源回路PsC２等の制御回路CC２等と制御線ＰＣＬにより並列接続されている。制御回路CC１では、停止信号Ssp１と、制御線ＰＣＬからの他電源の情報をもとに出力制御信号Ctl１を生成し、パワー回路PC１へ出力する。保護機構PT1では、入力電圧Vin１と出力電圧Vout１をもとに停止信号Ssp１を生成し、制御回路CC1に出力する。この電源システムは、出力段に保護ダイオードなどの保護素子が無い構成としているので、コストや電力損失が小さいなどのメリットがある。しかしパワー回路の出力の整流素子がショート故障する場合には、その整流素子を含む電源回路は自ら故障を検知して停止するが、他の電源はその故障を検知できないので動作し続けるため、そのショート故障した整流素子に他の電源回路から電流が流れ込み続けるので、その影響により他の電源の部品が故障する場合がある。このように、故障の被害が拡大する場合がある。

特開平７−１９４１１８号公報 DENSEI-LAMBDA社スイッチング電源・ノイズフィルタ総合カタログ２００４ Ver.１

複数の電源回路を並列接続して構成される電源システム、特に冗長構成の電源システムにおいて、１台の電源回路の故障が他の電源の部品に故障を発生させ、被害が拡大する場合がある。

本発明の目的は、電源回路、電源システムあるいは電子装置において、電源回路の故障の被害拡大の防止を図ることにある。

上記主たる目的は、並列接続している電源回路において、電源の異常状態を外部に出力する信号を備え、該信号により他の並列接続された電源回路を停止させる機構を設けることにより達成する。並列接続している電源回路のうち、少なくとも１台が異常状態となった場合、その異常状態の電源回路は自己のパワー回路を停止させ、また他の電源回路もパワー回路を停止させる。その結果、電源故障時の被害の拡大を防止することができる。

本発明によれば、１個の電源回路が故障した場合の被害の拡大を防止することができ、損失金額の削減、修理費用の削減、修理時間の短縮などの効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施例を示す電源システムのブロック図である。

電源回路PsC１はパワー回路PC１と制御回路CC１、そして保護機構PT１から構成されている。電源回路PsC２は電源回路PsC１と同型である。電源回路のそれぞれの出力端子は共通に接続され、負荷Loに給電する構成である。パワー回路PC１から保護機構PT１へ入力電圧Vin１と出力電圧Vout１を入力する。制御回路CC１は、並列接続された他電源回路PsC２等の制御回路CC２等と、制御線ＰＣＬにより接続されている。制御回路CC１では、停止信号Ssp１と制御線ＰＣＬからの他電源の情報をもとに出力制御信号Ctl１を生成し、パワー回路PC１へ出力する。保護機構PT１では、入力電圧Vin１と出力電圧Vout１と並列電源の異常情報入力ＡＢｉｎを基に停止信号Ssp１を生成し、保護回路CC1に出力する。また保護機構PT１からは異常情報出力ABout１が電源回路外部へ出力する。並列電源の異常情報入力ＡＢｉｎは、電源回路PsC１の異常情報出力ABout１と電源回路PsC２の異常情報出力ABout２をOR回路OR１により論理ORをとることで生成され、並列接続された全ての電源回路の保護機構へ入力される。このように並列接続された全電源回路の異常情報出力の論理ORをとって異常情報入力を生成することにより、１つの電源回路が異常状態により停止する場合に、他の電源回路も停止させることができ、被害の拡大を防止することができる。

本発明の制御機構の詳細例を図２より説明する。過電流検出機構Isと過電圧検出機構Vsには、入力電圧Vin１と出力電圧Vout１が入力される。過電流検出機構Isの出力と過電圧検出機構Vsの出力と過熱検出機構Tsの出力と並列電源の異常情報入力ＡＢｉｎは、OR回路OR２により論理ORをとり、保持回路LatCに入力される。保持回路LatCでは、OR回路OR２の出力がアクティブになるとそれを保持し、それに応じて停止信号Ssp１と異常情報出力ABout１が生成される。なおLatCの値は、Ｃｌｅａｒ信号によりリセット可能であり、Ｃｌｅａｒ信号端子は適宜上位の電源制御機構に接続される。

図３は本発明の第２の実施例を示す電源システムのブロック図である。

電源回路の構成は、第１の実施例の電源回路と同型である。電源回路のそれぞれの出力には電流・電圧異常検知センサＳＥＮＳ１，ＳＥＮＳ２を接続し、出力はそのセンサを介した後で共通に接続され、負荷Loに給電する構成である。電流・電圧異常検知センサＳＥＮＳ１，ＳＥＮＳ２は、過電流，逆電流，過電圧などの電流・電圧の異常状態を検知するセンサである。並列電源の異常情報入力ＡＢｉｎは、電流・電圧異常検知センサＳＥＮＳ１，ＳＥＮＳ２のそれぞれの異常情報出力Sout１，Sout２をOR回路OR３により論理ORをとった信号である。このように接続された電源回路の電流・電圧の異常情報出力の論理ORをとって異常情報入力を生成することにより、１つの電源回路の出力が異常状態になる場合に、並列接続されている電源回路を停止させることができ、被害の拡大を防止することができる。

図４は本発明の第３の実施例を示す電源システムのブロック図である。

電源回路の構成は、第１の実施例の電源回路と同型である。電源回路のそれぞれの出力は共通に接続され、負荷Loに給電する構成である。それぞれの電源回路の近傍に温度異常検知センサＴｓｅｎｓ１，Ｔｓｅｎｓ２を配置している。並列電源の異常情報入力ＡＢｉｎは、温度異常検知センサＴｓｅｎｓ１，Ｔｓｅｎｓ２のそれぞれの異常情報出力Tsout１，Tsout２をOR回路OR４により論理ORをとった信号である。このように並列接続された全電源回路の近傍の温度の異常情報出力のORをとって異常情報入力を生成することにより、１つの電源回路の温度が異常状態になる場合に、並列接続されている電源回路を停止させることができ、電源回路による異常発熱を無くすことにより、被害の拡大を防止することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、電源システムを構成する並列接続の電源回路の数は２個以上でも構わないし、異常状態を検知するセンサの数は電源回路１個あたり１個以上でも構わない。そして、上記の実施例を２つ以上組み合わせた構成でも構わない。

本発明は、電子装置に一般に広く利用することができる。すなわち、電子産業界で広く利用・応用が可能である。

本発明の第１の実施例を示す図である。本発明の保護機構を示す図である。本発明の第２の実施例示す図である。本発明の第３の実施例を示す図である。従来の技術を示す図である。

符号の説明

ＰｓＣ１，ＰｓＣ２，ＰｓＣ３ … 電源回路
ＰＣ１，ＰＣ２ … パワー回路
ＣＣ１，ＣＣ２ … 制御回路
ＰＴ１，ＰＴ２ … 保護機構
ＰＣＬ … 制御線
Ｖｉｎ１，Ｖｉｎ２ … 入力電圧
Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２ … 出力電圧
Ｃｔｌ１，Ｃｔｌ２ … パワー回路停止信号
Ｃｌｅａｒ … クリア信号
ＡＢｉｎ … 並列電源の異常情報入力
ＡＢｏｕｔ１，ＡＢｏｕｔ２，Ｓｏｕｔ１，Ｓｏｕｔ２，Ｔｓｏｕｔ１，Ｔｓｏｕｔ２ … 異常情報出力
ＯＲ１，ＯＲ２，ＯＲ３，ＯＲ４ … OR回路
ＳＥＮＳ１，ＳＥＮＳ２ … 電流・電圧異常検知センサ
Ｔｓｅｎｓ１，Ｔｓｅｎｓ２ … 温度異常検知センサ
Ｓｓｐ１，Ｓｓｐ２ … 停止信号
Ｓ … 電源ソース
Ｌｏ … 負荷
Ｉｓ … 過電流検出機構
Ｖｓ … 過電圧検出機構
Ｔｓ … 過熱検出機構
ＬａｔＣ … 保持回路

Claims

パワー回路と、前記パワー回路の入力電圧と出力電圧から電源回路の異常状態を検出して停止信号を出力する保護機構と、前記保護機構からの停止信号と他電源回路からの制御情報を入力して前記パワー回路を制御する制御回路から構成され、並列運転が可能となる機構を備えた電源回路を少なく２つ有する電源システムにおいて、各電源回路の保護機構は前記停止信号を異常情報としてＯＲ回路を介して全ての他電源回路の保護機構に出力する機構を備え、さらに、各電源回路の保護機構は前記ＯＲ回路を介して他電源回路の保護機構からの異常情報を入力した場合にも前記停止信号を前記制御回路に出力する機構を備えたことを特徴とする電源システム。
パワー回路と、前記パワー回路の入力電圧と出力電圧から電源回路の異常状態を検出して停止信号を出力する保護機構と、前記保護機構からの停止信号と他電源回路からの制御情報を入力して前記パワー回路を制御する制御回路から構成され、並列運転が可能となる機構を備えた電源回路を少なく２つ有する電子装置において、各電源回路の保護機構は前記停止信号を異常情報としてＯＲ回路を介して全ての他電源回路の保護機構に出力する機構を備え、さらに、各電源回路の保護機構は前記ＯＲ回路を介して他電源回路の保護機構からの異常情報を入力した場合にも前記停止信号を前記制御回路に出力する機構を備えたことを特徴とする電子装置。